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TWI841855B - 複合式熱可塑性膜及其製造方法 - Google Patents

複合式熱可塑性膜及其製造方法 Download PDF

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TWI841855B
TWI841855B TW110124213A TW110124213A TWI841855B TW I841855 B TWI841855 B TW I841855B TW 110124213 A TW110124213 A TW 110124213A TW 110124213 A TW110124213 A TW 110124213A TW I841855 B TWI841855 B TW I841855B
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film
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林至逸
鄭國光
蔣其晉
戴文信
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三芳化學工業股份有限公司
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Abstract

一種複合式熱可塑性膜及其製造方法，包括：提供第一結構層及第二結構層；執行共擠出步驟以形成複合層，利用第一押出機對第一結構層執行共擠出步驟，使得第一結構層在經過第一押出機之後分流成第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜、及利用第二押出機對第二結構層執行共擠出步驟，使得第二結構層在經過第二押出機之後形成第二熱熔膠膜，且設置在第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜之間以形成複合層；及執行成膜步驟，利用成型輪將複合層冷卻成膜，且控制成型輪的轉速以得到所需厚度的複合式熱可塑性膜，此複合式熱可塑性膜可應用於真空成型材料。

Description

複合式熱可塑性膜及其製造方法
本發明有關於一種熱可塑性膜，特別是有關於一種複合式熱可塑性膜及其製造方法。
目前常使用在座椅、椅墊上的人工皮革多為聚氯乙烯(PVC，poly(vinyl chloride))或是聚胺甲酸酯(PU，polyurethane)材質，PVC的製程不環保且材料不可回收，容易造成環境污染，PU與PVC是有相同的問題。此外，在製備PU的製程中會加添溶劑，添加的溶劑容易造成廢水處理的環境污染以及影響人體健康。
目前已知的片材例如：聚丙烯(PP，polypropylene)、熱塑性聚烯烴(TPO，thermoplastic olefin)、聚乙烯(PE，polyethylene)、聚氯乙烯(PVC，poly(vinyl chloride))、聚胺甲酸酯(PU，polyurethane)，使用上、下輻射加熱的真空吸塑裝置，可作為椅蒂、手把、塑膠外殼及汽車內飾件。
現有技術中的人造皮革需要使用接著劑，且表面為PVC膠皮或是PU膠皮進行複合加工製成人造皮革，其缺點是製作過程較為繁複且接著劑及表 面材料PVC膠皮或是PU膠皮較不環保且不可回收。另外，利用PVC材料應用於坐墊，特別是自行車坐墊表皮，其PVC材料難降解且容易散方刺鼻味，較不環保。
又，傳統的聚氯乙烯(PVC，poly vinyl chloride)製程是由聚氯乙烯單體(VCM，vinyl chloride monomer)經過氧化物或受光、受熱後自由基聚合而成，其聚合過程會產生有毒氣體，也不易回收，因其中添加塑化劑，會影響到再生塑膠的品質，若是將裂解，也會於空氣中產生戴奧辛(dioxin)有毒氣體危害環境以及人民健康。
根據現有技術的缺點，本發明主要是揭露一種複合式熱可塑性膜，其結構為複合結構，其相較於現有技術中的PVC或是PU材料，其具有高彈性、可耐高溫及低溫、穩定性高與熱塑性聚氨酯(TPU)的相容性佳。
本發明的另一目的在於提供一種複合式熱可塑性膜，其材質與PVC的觸感相似，具有耐磨性，熱穩定性佳，製備過程環保，不需如PU製備過程中需要添加溶劑，因此對環境友善，且複合式熱可塑性膜容易真空塑型且回彈性佳，進一步的複合式熱可塑性膜的整體結構可以全部回收再利用。
本發明的再一目的在於提供一種複合式熱可塑性膜的製造方法，在製程中不使用有毒溶劑的淋膜技術，因此熱可塑性膜的製程對環境友善。
本發明的更一目的在於提供一種複合式熱可塑性膜，由熱塑性聚烯烴(TPO，thermoplastic olefin)及熱塑性聚氨酯構成複合層，其中的熱塑性聚烯烴可以提供塑型時良好的延伸性質，熱塑性聚氨酯可以提供與PVC相似的觸感，且透過成型輪/成型壓花輪可以賦與複合式熱可塑性膜有多種紋路的變化性。
根據上述目的，本發明揭露一種複合式熱可塑性膜的製造方法，包括：提供第一結構層及第二結構層；執行共擠出步驟以形成複合層，其中，共擠出步驟包括：利用第一押出機對第一結構層執行共擠出步驟，使得第一結構層在經過第一押出機之後分流成第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜、以及利用第二押出機對第二結構層執行共擠出步驟，使得第二結構層在經過第二押出機之後形成第二熱熔膠膜，且形成在第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜之間，據此，第一熱熔膠膜、第二熱熔膠膜及第三熱熔膠膜形成複合層；以及執行成膜步驟，利用成型輪/成型壓花輪將複合層冷卻成膜，且控制成型輪/成型壓花輪的轉速以得到所需厚度的複合式熱可塑性膜，此複合式熱可塑性膜可應用於真空成型材料。
在本發明的一較佳實施例中，更包含在執行共擠出步驟時添加助劑，其中助劑可以是聚烯烴彈性體接枝馬來酸酐(POE-g-MA)、聚丙烯接枝馬來酸酐(PP-g-MA)、馬來酸酐接枝率為0.3%-1%的聚乙烯接枝馬來酸酐(PE-g-MA)(1)或是馬來酸酐接枝率為0.3%-1%的聚乙烯接枝馬來酸酐(PE-g-MA)(2)。
在本發明的一較佳實施例中，助劑的重量濃度占第一結構層及第二結構層的總重量濃度的5%。
在本發明的一較佳實施例中，第一結構層的熔點範圍為120℃-160℃和軟硬度範圍為60A-90A及第二結構層的熔點範圍為60℃-160℃和軟硬度範圍為60 A-90A。
在本發明的一較佳實施例中，第一押出機及第二押出機為多個溫度區段。
在本發明的一較佳實施例中，第一押出機及第二押出機的多個溫度區段至少為三個溫度區段，每一個溫度區段的溫度範圍依序分別為180℃-190℃、200℃-205℃及200℃-205℃。
在本發明的一較佳實施例中，第一押出機及第二押出機的T字模(T-Die)模頭溫度範圍為170℃-185℃。
在本發明的一較佳實施例中，第一結構層可以是熱塑性聚烯烴或熱塑性聚氨酯及第二結構層為熱塑性聚烯烴。
根據上述目的，本發明還提供一種複合式熱可塑性膜，由下而上依序包括第一熱熔膠膜、第二熱熔膠膜及第三熱熔膠膜，且第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜的厚度範圍為0.03mm-0.07mm。
1:複合式熱可塑性膜
10:第一熱熔膠膜
12:第二熱熔膠膜
14:第三熱熔膠膜
S10-S14:複合式熱可塑性膜的製程步驟流程
圖1是根據本發明所揭露的技術，表示複合式熱可塑性膜的製程步驟流程示意圖。
圖2是根據圖1的步驟流程圖所形成的複合式熱可塑性膜的截面示意圖。
首先請參考圖1。圖1是根據本發明所揭露的技術，表示複合式熱可塑性膜的製程步驟流程示意圖。在圖1中，步驟S10：提供第一結構層及第二結構層。在此步驟中，第一結構層的熔點範圍為120℃-160℃、較佳的熔點溫度範圍為120℃-130℃和軟硬度範圍為(shore)60 A-90 A、較佳的軟硬度範圍為70A -80A及第二結構層的熔點範圍為60℃-160℃、較佳的熔點範圍為100℃-110℃和軟硬度範圍為60A-90A、較佳的軟硬度範圍為60A-70A。在本發明的實施例中，第一結構層可以是熱塑性聚烯烴(TPO，thermoplastic olefin)或熱塑性聚氨酯(TPU)以及第二結構層可以是熱塑性聚烯烴。
接著步驟S12：對第一結構層及第二結構層執行共擠出步驟以形成複合層。在此步驟中，利用第一押出機對第一結構層執行共擠出步驟，使得第一結構層在經過第一押出機之後分流成兩道流體，一道流體為第一熱熔膠膜及另一道流體為第三熱熔膠膜，以及第二押出機對第二結構層執行共擠出步驟以形成第二熱熔膠膜，且此第二熱熔膠膜形成在經由第一押出機擠出的第一熱熔膠膜和第三熱熔膠膜之間，以形成複合層。要說明的是，上述第一押出機和第二押出機的共擠出步驟是同時進行，即當第一結構層投入第一押出機之後分別擠出第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜的同時，第二結構層投入第二押出機之後擠出第二熱熔膠膜，且此第二熱熔膠膜是在第一熱熔膠膜和第三熱熔膠膜的中間以形成複合層。在本實施例中，第一押出機及第二押出機具有多個溫度區段。在本發明的實施例中，第一押出機及第二押出機的多個溫度區段至少為三個溫度區段，每一個溫度區段的溫度範圍依序分別為180℃-190℃、200℃-205℃及200℃-205℃。
另外，第一押出機及第二押出機的T字模(T-Die)模頭溫度範圍為170℃-185℃、較佳的T-Die模頭溫度範圍為170℃-175℃以及另一較佳的T-Die模頭溫度範圍為180℃-185℃。要說明的是，此步驟是藉由調控第一結構層及第二結構層分別投入第一押出機及第二押出機的轉速、線速度、第一押出機及第二 押出機的各個溫度區段的溫度以及T-Die模頭溫度，來調整擠出之後的複合層的厚度。
此外，在執行上述步驟S12時，進一步的還添加助劑在第一押出機及第二押出機的共擠出步驟中，以增加複合層之間各層的接著強度，其中，助劑可以是聚烯烴彈性體接枝馬來酸酐(POE-g-MA)、聚丙烯接枝馬來酸酐(PP-g-MA)、馬來酸酐接枝率為0.3%-1%的聚乙烯接枝馬來酸酐(PE-g-MA)(1)，於另一較佳的實施例，馬來酸酐接枝率為0.3%-0.5%的聚乙烯接枝馬來酸酐(PE-g-MA)(1)；或是馬來酸酐接枝率為0.3%-1%的聚乙烯接枝馬來酸酐(PE-g-MA)(2)，於另一較佳的實施例，馬來酸酐接枝率為0.5%-1%的聚乙烯接枝馬來酸酐(PE-g-MA)(2)，且助劑的重量濃度占第一結構層及第二結構層的總重量濃度的5%。
接下來進行步驟S14：對複合層執行成膜/成膜壓花步驟，以得到所需厚度的複合式熱可塑性膜。在此步驟中，將前述步驟S14所形成的複合層經由成型輪/成型壓花輪進行冷卻成膜，且在成膜的過程中控制成型輪/成型壓花輪的轉速為8M/min-12M/min以及成型輪/成型壓花輪的溫度範圍為15℃-30℃，藉此來調整複合式熱塑性膜的成膜厚度。
接著請參考圖2。圖2是根據圖1的步驟流程圖所製成的複合式熱可塑性膜的截面示意圖。在圖2中的複合式熱可塑性膜1是依據上述步驟S10-步驟S14所製備得到的，相關的物性就不在此重覆。複合式熱可塑性膜1由下而上依序為第一熱熔膠膜10、第二熱熔膠膜12及第三熱熔膠膜14，且第一熱熔膠膜10及第三熱熔膠膜14的厚度範圍為0.03mm-0.07mm，且在本發明的實施例中的複合式熱可塑性膜1可應用於真空成型材料。
根據上述圖1所示的步驟流程圖，本發明提出以下實施例來說明。
實施例一：
第一結構層為熱塑性聚氨酯(TPU)及第二結構層為熱塑性聚烯烴(TPO)，第一押出機及第二押出機的三個溫度區段分別依序設定為190℃、205℃及205℃及T-Die模頭溫度範圍設定為170℃-175℃。分別調整第一結構層和第二結構層投入第一押出機及第二押出機的速度，使得經由第一押出機及第二押出機所形成的複合層的厚度可以控制在0.33mm-0.35mm。再將複合層經成型輪/成型壓花輪的溫度範圍設定為15℃-20℃及轉速設定在8M/min-12M/min的條件下，以得到複合式熱可塑性膜1。
實施例二：
第一結構層及第二結構層均為熱塑性聚烯烴(TPO)。第一押出機及第二押出機的三個溫度區段分別依序設定為180℃、200℃及200℃及T-Die模頭溫度範圍設定為170℃-175℃。分別調整第一結構層和第二結構層投入第一押出機及第二押出機的速度，使得經由第一押出機所形成的複合層的上層、下層(也就是如前述經由第一押出機所擠出的第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜的厚度可以控制在0.33mm-0.35mm。再將複合層經成型輪/成型壓花輪的溫度範圍設定為15℃-20℃及轉速設定在8M/min-12M/min的條件下，以得到複合式熱可塑性膜1。
實施例三：
第一結構層為熱塑性聚氨酯(TPU)及第二結構層為熱塑性聚烯烴(TPO)。第一押出機的三個溫度區段分別依序設定為180℃、200℃及200℃及第二押出機的三個溫度區段分別依序設定為180℃、205℃及200℃以及T-Die模頭溫度範圍設定為180℃-185℃。分別調整第一結構層和第二結構層投入第一押出機 及第二押出機的速度，使得經由第一押出機所形成的複合層的上層、下層(如前述經由第一押出機所擠出的第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜)的厚度可以控制在0.05mm-0.07mm。再將複合層經成型輪/成型壓花輪的溫度範圍設定為20℃-30℃及轉速設定在8M/min-12M/min的條件下，以得到複合式熱可塑性膜1。
實施例四：
第一結構層為熱塑性聚氨酯(TPU)及第二結構層為熱塑性聚烯烴(TPO)。第一押出機的三個溫度區段分別依序設定為180℃、200℃及200℃及第二押出機的三個溫度區段分別依序設定為180℃、205℃及200℃以及T-Die模頭溫度範圍設定為180℃-185℃。分別調整第一結構層和第二結構層投入第一押出機及第二押出機的速度，使得經由第一押出機所形成的複合層的上層、下層(如前述經由第一押出機所擠出的第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜)的厚度可以控制在0.03mm-0.05mm。再將複合層經成型輪/成型壓花輪的溫度範圍設定為20℃-30℃及轉速設定在8M/min-12M/min條件下，以得到複合式熱可塑性膜1。
此外，本發明還利用熱塑性橡膠(TPE，thermoplastic elastomer)作為複合式熱可塑性膜的上層及下層，中間層為熱塑性聚烯烴作為參考樣，來與上述實施例一-實施例四所形成的複合式熱可塑膜1進行比對，其中參考樣的製備方式同前步驟S10-步驟S14，不再重複，僅將參考樣相關的物性數據列於表1。
Figure 110124213-A0305-02-0010-1
將上述實施例一-實施例四所形成的複合式熱可塑性膜1及參考樣分別進行拉力強度、延伸率及撕裂強度的實驗，其結果如表2所列。
Figure 110124213-A0305-02-0011-2
上述實施例一及實施例二的差異在於：實施例一的複合式熱可塑性膜是由熱塑性聚氨酯及熱塑性聚烯烴組成，實施例二的複合式熱可塑性膜是由熱塑性聚烯烴所組成，不同的材料會影響整體複合式熱可塑性膜的物性。
實施例三及實施例四的差異在於：實施例三的上層(第一熱熔膠膜)、下層(第三熱熔膠膜)的厚度為0.05mm-0.07mm，實施例四的上層(第一熱熔膠膜)、下層(第三熱熔膠膜)的厚度為0.03mm-0.05mm，雖然實施例三和實施例 四的複合式熱可塑性膜的總厚度都是0.35mm，由於分層厚度的不同，也會影響整體複合式熱可塑性膜的物性。
實施例五-實施例八：
第一結構層為熱塑性聚氨酯(TPU)及第二結構層為熱塑性聚烯烴(TPO)。第一押出機的三個溫度區段分別依序設定為180℃、200℃及200℃及第二押出機的三個溫度區段分別依序設定為180℃、205℃及200℃以及T-Die模頭溫度範圍設定為180℃-185℃。分別調整第一結構層和第二結構層投入第一押出機及第二押出機的速度，並同時添加不同種類的助劑，使得經由第一押出機所形成的複合層的上層、下層(如前述經由第一押出機所擠出的第一熱熔膠膜及第三熱熔膠膜)的厚度可以控制在0.05mm-0.07mm。再將複合層經成型輪/成型壓花輪的溫度範圍設定為20℃-30℃及轉速設定在8M/min-12M/mins的條件下，以得到複合式熱可塑性膜1。在實施例五-實施例八中，所使用的助劑的種類分別如表3所列。
Figure 110124213-A0305-02-0012-4
將上述實施例五-實施例八所形成的複合式熱可塑性膜進行水解前及水解後的剝離強度實驗，其結果如表4所示。
Figure 110124213-A0305-02-0013-6
由上述可以得知，在共擠出步驟中添加不同種類的助劑，也會影響複合式熱可塑性膜之間各層的剝離強度。
1:複合式熱可塑性膜
10:第一熱熔膠膜
12:第二熱熔膠膜
14:第三熱熔膠膜

Claims (4)

  1. 一種複合式熱可塑性膜的製造方法，包括：提供一第一結構層及一第二結構層，其中該第一結構層為熱塑性聚烯烴(TPO，thermoplastic olefin)或熱塑性聚氨酯(TPU)及該第二結構層為熱塑性聚烯烴(TPO)；執行一共擠出步驟以形成一複合層，且於該執行該共擠出步驟時添加一助劑，該共擠出步驟包括：利用一第一押出機對該第一結構層執行該共擠出步驟，使得該第一結構層在經過該第一押出機之後分流成該第一熱熔膠膜及一第三熱熔膠膜，其中，該第一押出機具有至少三個溫度區段，各該溫度區段的一溫度範圍依序分別依序為180℃-190℃、200℃-205℃及200℃-205℃及該第一結構層的一熔點範圍為120℃-160℃和一軟硬度範圍為60A-90A；以及利用一第二押出機對該第二結構層執行該共擠出步驟，使得該第二結構層在經過該第二押出機之後形成一第二熱熔膠膜，並且形成在該第一熱熔膠膜及該第三熱熔膠膜之間，據此該第一熱熔膠膜、該第二熱熔膠膜及該第三熱熔膠膜形成一複合層，其中，該第二押出機具有至少三個溫度區段，各該溫度區段的一溫度範圍依序分別依序為180℃-190℃、200℃-205℃及200℃-205℃及該第二結構層的一熔點範圍為60℃-160℃和一軟硬度點範圍為60A-90A；以及執行一成膜步驟，利用一成型輪或一成型壓花輪將該複合層冷卻成膜，且控制該成型輪或該成型壓花輪的一轉速以得到所需厚度的該複合式熱可塑性膜。
  2. 如請求項1所述的複合式熱可塑性膜的製造方法，其中該助劑為聚烯烴彈性體接枝馬來酸酐(POE-g-MA)、聚丙烯接枝馬來酸酐(PP-g-MA)、馬來酸酐接枝率為0.3%-1%的聚乙烯接枝馬來酸酐(PE-g-MA)(1)或是馬來酸酐接枝率為0.3%-1%的聚乙烯接枝馬來酸酐(PE-g-MA)(2)。
  3. 如請求項1所述的複合式熱可塑性膜的製造方法，其中該助劑的一重量濃度占該第一結構層及該第二結構層的一總重量濃度的5%。
  4. 一種依據請求項1所述的複合式熱可塑性膜的製造方法所製得的複合式熱可塑性膜，由下而上依序包括一第一熱熔膠膜、一第二熱熔膠膜及一第三熱熔膠膜，且該第一熱熔膠膜及該第三熱熔膠膜的一厚度範圍為0.03mm-0.07mm，其中該第一熱熔膠膜為熱塑性聚烯烴(TPO，thermoplastic olefin)或熱塑性聚氨酯(TPU)及該第二熱熔膠膜為熱塑性聚烯烴，且該第一熱熔膠的一熔點範圍為120℃-160℃和一軟硬度範圍為60A-90A及該第二熱熔膠的一熔點範圍為60℃-160℃和一軟硬度範圍為60A-90A。
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