[发明专利]乳酸聚合物的塑化方法

说明书

发明目的

一种用乳酸低聚物的混合物生产塑化乳酸聚合物的方法。

发明背景

从再生来源取得的所谓的生物高分子材料构成了新一代的高分子材料，其两个主要特性必然是：a)石油衍生物并非其组成部分，和b)其并无像用所述石油衍生物所制造的塑料那样造成的环境影响。理想的生物高分子材料在自然界中容易降解，之后其成份将重新进入我们这个星球的食物链。

本领域的现状是能够生产出某些可以投入商业应用的生物高分子材料，但是，由于这类材料的必然特征，仍然有其它的商业应用必须使用石油衍生物。

生物高分子的一个示例是通过2-羟基-丙酸(乳酸)单体的聚合反应所获得的的生物高分子，其中的单体在工业上是从诸如残留在糖厂的糖蜜废物中的葡萄糖等某些工业废弃产物通过热噬淀粉芽孢杆菌(Bacillusthermoamylovorans)的发酵来获得的。乳酸是最经济的生物单体，例如在工业上可以在作为催化剂的硫酸存在情况下进行聚合作用。

乳酸聚合物(下称聚乳酸，简称PLA)的自然分解速度与普通的植物材料等量齐观，在有些情况下是非常迅速的。在这个过程中，诸如湿度或者自然界中业已存在的某些细菌等因素在发挥作用。另一方面，PLA的机械特征与用石油生产的一些热塑性材料具有可比性，比如聚乙烯或聚氯乙烯。

纯的PLA通常结晶度相对较高，这使其具有高脆性。因此，生产挠性PLA薄膜就需要增塑剂。但是，目前在制造聚乙烯或聚氯乙烯薄膜中使用的某些类型的丙烯酸聚己二酸酯或特定类型的聚乙二醇的二酯类的增塑剂与PLA的兼容性受到限制，而且当聚合物是PLA时增塑剂的生态降解缓慢即成为一个缺点。这些情况的组合意味着塑料业现在无法向食品业提供薄的、挠性聚乙酸酯薄膜。

发明详述

本发明的目的是通过以下步骤或阶段解决当前在生产容易生态降解的PLA挠性薄膜时的问题：

a)磨细乳酸聚合物材料，

b)将磨细的固态乳酸聚合物与乳酸低聚物混合物相混合。

c)使该混合物接受150-200℃的温度和1.4-4巴的压力。

d)在乳酸低聚物与乳酸聚合物接触之后不足30分钟的时间内，

组合成混合物。

低聚物混合物(下称OLA)可以具有羧基或者同样地具有最终的游离羟基，或者其中任意一个可以通过酯化封端，或者两者均可以酯化。

增塑剂的功能包括提供低分子量链，其与最终聚合物的链混合时将阻止大分子链交联导致最终产品刚性升高。在本发明中，PLA的机械性能，譬如最终产品的挠性，取决于添加的低聚物的量以及低聚物的物理化学特性，例如分子量的分布或者OLA最终官能团的可能的酯化剂。

带有游离官能团的OLA不会明显地进入OLA链中形成其一个组成部分，因为在混合物阶段或者在之后的固态阶段低聚物与聚合物之间的反应可能性很小，以致于在用OLA塑化的PLA的有效寿命期间这种反应都并无显现。

对于用不同OLA塑化的不同PLA，扭力曲线(表示产品增塑力的曲线)与用诸如聚己二酸酯或己二酸二-2-乙基己醇酯等其它增塑剂的PLA所获得的曲线非常相似。

对这些PLA+OLA薄膜进行的量热差示扫描研究表明：

1.薄膜的透明度和高度均匀性意味着PLA与OLA之间恰当的相互作用。

2.玻璃化转变温度T_g，在非晶态或半晶态聚合物中表示从“固体”向“粘性流体”变化，在OLA量增加时该温度降低，这符合常规，因此，塑化的提高始终意味着所述T_g的下降。该项实验证实，OLA未结合进PLA中。

3.含20％的OLA的薄膜其T_g值仍然适合其商业应用。

曾将用OLA塑化的PLA薄膜的挠性与用市场上品名为Glyplast 206/3(下称G206/3)的聚己二酸酯塑化的PLA薄膜进行比较。通过测定抗牵引性以及断裂前伸长百分率进行这次比较。为此，遵循的是UNE-53100-85(ISO 1628-2：1999)标准，使用了一台Instron实验机。在这些比较分析中，使用的是平均分子量为997的OLA。

用OLA塑化的PLA薄膜的抗拉性值的变化方式与PLA薄膜中同样G206/3浓度间隔所获得的相似；