[发明专利]用于商业可行的一步式模内退火注塑工艺的聚乳酸基母料

说明书

聚乳酸(PLA)零件可通过两种工艺结晶。在第一种工序中，即两步式模后退火工艺中，聚乳酸零件的完全结晶可在模制后被称为模后退火的二次操作中完成，以制造更高耐热的聚乳酸零件。这种两步式操作有其局限性，即，a)具有复杂几何形状的零件的翘曲；以及b)按比例增加高生产量的时间。在第二种工艺中，即一步式模内退火工艺，聚乳酸零件的完全结晶可通过将模具的温度保持在聚乳酸的结晶温度(约100℃)在模具本身内完成。采用与纯聚乳酸共混的母料的一步式模内退火工艺可在显著降低的周期时间内生产出高度结晶的制品。

技术领域

有两种可使聚乳酸(polylactide，PLA)零件(parts)完全结晶的方法。在第一种方法，即模后退火两步法中，聚乳酸零件的完全结晶可以在成型后的称为模后退火的二次操作中完成，以制造出更高耐热性的聚乳酸零件。这种两步式操作有其局限性，即，a)具有复杂几何形状的零件的翘曲；以及b)按比例增加高生产量的时间。在第二种方法中，即一步式模内退火工艺，聚乳酸零件的完全结晶可以通过将模具的温度保持在聚乳酸的结晶温度(约100℃)在模具本身内完成。在该一步式模内退火工艺中，翘曲现象明显减少，零件的处理也有限。然而，与其他热塑性塑料相比，聚乳酸在其约100℃的峰值结晶温度下的结晶速度较慢，这大大增加了注塑(injection molding)的周期时间(cycle time)。到目前为止，一步式模内退火工艺在商业上是不可行的，因为在标准的5克制品的注塑工艺中，周期太长，大约为50-70秒。

背景技术

在约70℃至80℃的温度或低于该温度模塑聚乳酸(PLA)，得到具有非常低的结晶度或结晶域的制品。由于聚合物中具有玻璃转化温度约为55℃的较高的无定形域，因此零件在约55℃以上会变软。这一事实是聚乳酸商业销售量低的最大缺点之一，特别是在高热的餐饮服务应用，如可分解(compostable)的一次性餐具(扔掉的)和其它可分解的模塑制品中。因此，正在寻找一种与添加剂混合的聚乳酸，可增加其结晶度并提高其热变形(扭曲)温度，而不影响其可分解性。

发明内容

已经开发了一种树脂母料，其可与纯(neat)聚乳酸树脂共混，以提供具有提升的韧性和操作性能的高耐热结晶聚乳酸餐具。最重要的是，周期时间减少到25-35秒，从而获得经济上可行的5克制品的一步式模内退火工艺。

该母料包含与无机填料(如滑石)和可分解的无规共聚酯共混的具有约0.2％至约2.5％的低d-含量(d-content)的聚乳酸。在相同成分和零件重量的情况下，与两步式模后退火工艺相比，这种与纯聚乳酸混合的母料提供了更快的结晶速度，并使一步式模内退火工艺的周期时间显著减少约35％至约60％。在一步式模内退火工艺中，退火是在模具内进行的，模具被保持在聚乳酸的约100℃的结晶温度。这种对一步式模内退火注塑工艺的显著改进，提供了一种经济上可行的、耐热的结晶聚乳酸餐具。

一种工艺，包括：对聚合物共混物进行一步式模内退火，以及形成制品，所述聚合物共混物包括A部分和B部分，A)具有重均分子量(weight average molecular weight)为约110000克/摩尔至约175000克/摩尔的纯聚乳酸树脂，所述纯聚乳酸树脂的d-含量(右旋物含量(dextrorotatory content))为约0.2％至约1.0％，以及B)约10份至约100份重量的母料，母料包含约15重量％至约50重量％的聚乳酸树脂，所述聚乳酸树脂的重均分子量为约110000至约175000，和约30重量％至约70重量％的结晶助剂化合物，以及约0重量％至约30重量％的可分解无规共聚酯(random copolyester)。

附图说明

图1示出了用于获得完全结晶的聚乳酸制品(5克)的各种技术(工艺)的周期时间的比较，包括本发明的方法。

图2示出了在32腔模具上使用本发明的实施例B的配方的一步式模内退火工艺注塑叉子、勺子和刀的周期时间。

图3示出了使用本发明的实施例B的配方的一步式模内退火工艺得到的叉子、勺子和刀的平均百分比结晶度大于50％。