花王化工研究中心(TechnoChemicalResearchCenter)利用结晶控制技术及软化技术,开发出了与普通石油类树脂具有同等性能的改质型聚乳酸“ECORA”。有挤压成型和射出成型用2种,主要用于薄膜产品及个人电脑机身等塑料制品。
图1:原来的聚乳酸薄膜(左)与改进型聚乳酸薄膜(右)透明性的比较。改进型产品的结晶大小平均为16nm
目前,使用率最高的植物树脂为聚乳酸。其市场规模仅在日本国内每年就达到6000t左右,预计今后将增至目前的4倍以上。然而,原来的聚乳酸存在质硬、易碎、在高温下无法使用及成型时间长等问题,使用范围有限。具体而言,原来的聚乳酸虽然透明性好,但比聚丙烯(PP)等质硬,因此不易挤压成型。射出成型要获得充分强度,就需花费大量时间。
图2:粘弹性光谱。改进型聚乳酸实现了非结晶部的柔软性
花王化工研究中心为实现与PP及ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)的同等性能,对聚乳酸进行了改进。此次开发出了挤压成型及射出成型用2种改进型聚乳酸。
其中挤压成型用聚乳酸不但确保了透明性,还具有与PP等同等的柔软性。一般情况下,树脂内部有结晶和非结晶部分。该中心认为,树脂的结晶尺寸会影响透明性,非结晶部分的物性会影响柔软性。在研究了多种结晶控制技术之后,通过添加该公司自主开发的结晶促进剂,形成了纳米尺寸结晶,成功地确保了透明性(图1)。并且,通过添加软化剂,为非结晶部赋予了柔软性(图2)。
图3:结晶化速度。改进型聚乳酸提高了成形性
而射出成型用聚乳酸则由于结实、易加工,从而提高了生产效率。射出成型的树脂除了成型后的强度之外,还具有利用低温模具在短时间内成型的生产效率。一般情况下,PP及ABS的成型条件是模具温度为30℃,成型时间为30秒。而原来的聚乳酸由于结晶化速度慢,因此需要在120℃、600秒的条件下处理成型。
图4:耐热性(左)、抗冲击性(右)。改进型聚乳酸比ABS性能高
所以,该中心研究了利用结晶促进剂控制结晶化速度的方法。针对低温及高温两个领域各自的结晶化速度,通过添加该公司自主开发的结晶促进剂,在约30~120℃的大温度范围内提高了结晶化速度(图3)。加工后产品的抗冲击性及耐热性达到了与PP及ABS同等的水平(图4)。