花王化工研究中心(TechnoChemicalResearchCenter)利用結晶控制技術及軟化技術,開發出了與普通石油類樹脂具有同等性能的改質型聚乳酸“ECORA”。有擠壓成型和射出成型用2種,主要用于薄膜產品及個人電腦機身等塑料制品。

圖1:原來的聚乳酸薄膜(左)與改進型聚乳酸薄膜(右)透明性的比較。改進型產品的結晶大小平均為16nm
目前,使用率最高的植物樹脂為聚乳酸。其市場規模僅在日本國內每年就達到6000t左右,預計今后將增至目前的4倍以上。然而,原來的聚乳酸存在質硬、易碎、在高溫下無法使用及成型時間長等問題,使用范圍有限。具體而言,原來的聚乳酸雖然透明性好,但比聚丙烯(PP)等質硬,因此不易擠壓成型。射出成型要獲得充分強度,就需花費大量時間。

圖2:粘彈性光譜。改進型聚乳酸實現了非結晶部的柔軟性
花王化工研究中心為實現與PP及ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯)的同等性能,對聚乳酸進行了改進。此次開發出了擠壓成型及射出成型用2種改進型聚乳酸。
其中擠壓成型用聚乳酸不但確保了透明性,還具有與PP等同等的柔軟性。一般情況下,樹脂內部有結晶和非結晶部分。該中心認為,樹脂的結晶尺寸會影響透明性,非結晶部分的物性會影響柔軟性。在研究了多種結晶控制技術之后,通過添加該公司自主開發的結晶促進劑,形成了納米尺寸結晶,成功地確保了透明性(圖1)。并且,通過添加軟化劑,為非結晶部賦予了柔軟性(圖2)。

圖3:結晶化速度。改進型聚乳酸提高了成形性
而射出成型用聚乳酸則由于結實、易加工,從而提高了生產效率。射出成型的樹脂除了成型后的強度之外,還具有利用低溫模具在短時間內成型的生產效率。一般情況下,PP及ABS的成型條件是模具溫度為30℃,成型時間為30秒。而原來的聚乳酸由于結晶化速度慢,因此需要在120℃、600秒的條件下處理成型。

圖4:耐熱性(左)、抗沖擊性(右)。改進型聚乳酸比ABS性能高
所以,該中心研究了利用結晶促進劑控制結晶化速度的方法。針對低溫及高溫兩個領域各自的結晶化速度,通過添加該公司自主開發的結晶促進劑,在約30~120℃的大溫度范圍內提高了結晶化速度(圖3)。加工后產品的抗沖擊性及耐熱性達到了與PP及ABS同等的水平(圖4)。