[发明专利]树脂组合物、其成型制品以及它们的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种主要由聚乳酸树脂组成的树脂组合物，其成型制品以及它们的制造方法。

背景技术

过去相关合成树脂大部分由诸如石油、煤和天然气的化石资源制成。由于合成树脂的作为其原料的化石资源很快将被耗尽，其被丢弃后会积累在自然界中不分解而且焚烧该合成树脂产生的二氧化碳会使全球变暖等等原因，合成树脂在未来的前景非常令人担忧。

替代化石资源，由植物和微生物制造生物质塑料的概念受到热切关注。这种生物质塑料的原料永远不会耗尽，因为这些原料由大气中的二氧化碳通过光合作用生成。另外，由于生物质塑料可在自然界中生物降解，所以它们在被丢弃后很少积累在自然界中不分解。而且，焚烧该生物质塑料不会增加大气中二氧化碳的浓度，其原因是：大气中以二氧化碳形式存在的碳在以生物质塑料形式被暂时利用后，又以二氧化碳形式返回大气中。

在各种生物质塑料中，聚乳酸树脂的加工性能和机械性能出众，而且与其它生物质塑料相比因可商业生产从而更容易得到、更廉价。考虑到聚乳酸树脂可生物降解，其被用作工业材料、机械部件、医疗产品以及诸如网、膜和片材的农用材料、渔业用材料和土木工程用材料，还被用在需要冲击强度的应用领域中。

被用作例如用于电气设备外壳的结构材料的那些材料需要高冲击强度，从而它们在室温(约25℃)下很少破裂。在约25℃下很少破裂的性质意味着：在约25℃下的冲击强度(Izod冲击强度或Charpy冲击强度)大于约10kJ/m²。那些具有上述冲击强度的树脂通常具有不超过0℃的玻璃化转变温度(Tg)。以下说明这一点。

玻璃化转变温度被描述为具有玻璃化转变点的聚合物(诸如合成树脂和天然橡胶)经历玻璃转化时的温度。具有玻璃化转变点的任何物质具有无定型部分，其中，在分子热运动不活泼的较低温度下聚合物链的分子间旋转受分子间作用力的束缚而冻结。这种状态被称为玻璃态。另一方面，在分子热运动活泼的较高温度下，聚合物链的分子间旋转克服了聚合物链间的分子间作用力的束缚，这种状态被称为橡胶态。玻璃化转变温度是由玻璃态向橡胶态转化时的温度。当树脂被加热至高于其玻璃化转变温度时，任何树脂都能变形，但是如果不对它施加变形力，其仍保持其原始形状。这就是玻璃化转变温度和熔点(或晶体熔融时的温度)的差别。

大多数通用型树脂在等于或低于玻璃化转变温度的温度下通常具有等于或大于1000MPa的弹性弯曲模量；然而在等于或高于玻璃化转变温度的温度下具有小于1000MPa的弹性弯曲模量。最后，它们呈现橡胶态，从而不适于作为例如外壳的结构材料。

现在，聚乳酸树脂因其具有约60℃的玻璃化转变温度并且其成型制品在室温下具有约2000MPa的弹性弯曲模量，所以可被用作用于外壳的结构材料。然而，其与聚苯乙烯一样由于不耐冲击(其Charpy冲击强度为约2kJ/m²)而易于破裂。如果聚乳酸树脂被用作用于便携式设备外壳的结构材料，那么需要改善耐冲击性。

用于改善聚乳酸树脂的冲击强度的一种已知方式是：聚合物共混和聚合物合金化，以形成聚乳酸树脂与其它冲击强度高于聚乳酸树脂的树脂组成的复合材料。适于与聚乳酸树脂组合的树脂是那些在30℃下具有300MPa以下的弹性弯曲模量的树脂。这种树脂的实例包括聚琥珀酸丁二醇酯、聚琥珀酸己二酸丁二醇酯(polybutylene succinate adipate)、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚乳酸类的脂族聚酯聚合物、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。此外，耐冲击性高于聚乳酸树脂的任何树脂在本文中可被称为橡胶。

此外，用作用于电气设备外壳的结构材料的聚乳酸在约80℃下应当具有适当的弹性模量。聚乳酸树脂是一种呈现结晶结构的聚合物。如果聚乳酸树脂的成型制品在室温下具有低结晶率，那么该成型制品在高于聚乳酸树脂的玻璃化转变温度(60℃)的温度下明显软化、变形。已知如果聚乳酸树脂结晶并具有一定程度的结晶率，那么其在约80℃下具有适当的弹性模量。目前提出的使聚乳酸树脂结晶的可行方法是：在成型期间或之后进行热处理。