[发明专利]生物塑性材料

说明书

技术领域

本发明属于基于面粉和聚合物的可生物降解材料、其制备和它们的热机械加工的领域。

背景技术

合成聚合物用在非常多的工业领域，如包装领域中，这是因为它们通常容易模塑，具有非常良好的物理化学性质并且便宜。然而，主要的不利之处在于，这些材料在使用后不能通过天然和生态途径被生物降解。

为此，现今淀粉常常被用在短期应用中，如包装、容器和栽培物品。然而，淀粉，尤其是变性和变构淀粉在干燥状态或者甚至在低于10％的低含水量时通常硬而脆，并且在热成形或模塑成形制品、薄片或薄膜中通常采用的高温下不能被模塑。如US5362777中所述，通过能够降低淀粉的熔解温度至低于其分解温度的添加剂，如增塑剂，如甘油，模塑性可以被增强。然而，由于在存储和使用期间增塑剂的迁移或者甚至损失，得到的产品将不稳定且性能将很快降低。此外，产品将维持高水和湿气敏感。通过加入(合成的油基或可再生基以及不可生物降解的或可生物降解的)热塑性聚合物，模塑性也被增加，以便获得可挤出的或可注射模塑的材料。用于混合或共混的多种热塑性聚合物在本领域中被提议。用(可生物降解的)(乙烯基)酯(共)聚合物获得在加工性和总的生物降解性方面良好的结果-然而不总是处于有竞争性的价格水平。

淀粉和热塑性聚合物的组合在多个公开的专利申请中被教导，如EP-327.505[Warner-Lambert公司]、US-2006/0264539[Wacker Polymer Systems GmbH]、WO-99/29733[Rodenburg Veevoeders BV]和US 6,958,369[Biop Biopolymer Technologies AG]。本领域披露的是源自多种来源的淀粉，如马铃薯淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、米淀粉和木薯淀粉。淀粉可以天然形式、作为变性淀粉、以及作为化学和/或物理改性的淀粉来使用。马铃薯淀粉是优选的。在所有情况中，水以规定的比例加入到淀粉。作为加入水和热机械处理的结果，内部键被打断，且材料变得更软和可模塑。

US 7,148,272[Ulice SA]披露了基于分散共混物的可生物降解的材料，如聚合物和谷物面粉的不均匀混合物。聚合物根据其机械性能和其被挤出的能力来选择。在此方法中，谷物面粉首先经历受控的干燥以便消除湿气，以便在随后的模塑步骤中避免过多的脱气。如US 7,148,272之图1所示，仅在干燥后，将干燥的面粉颗粒和塑料，如不可生物降解的聚丙烯通过(干燥共混)双重注射模塑到一起，由此产生具有被认为对于本发明范围内应用较差的性能的不充分相容的分散共混物；例如，机械性能如伸长率将降低，并将获得更易碎的产品。虽然US 7,148,272的说明书提及0-30重量％的希望的水含量，但是唯一的实施例描述了少至1.2重量％的水含量。其涉及在190℃下的蒸煮挤出，在这个温度包含相当量的水的面粉将脱色或者甚至烧焦。本领域技术人员由此认识到在那个参考文献中面粉干燥的实质，以及说明书中提供的最大范围是完全不实际的。此外，US 7,148,272提议范围在10-500℃之间的非常广泛的挤出温度。然而，注意到烧焦在高端点处发生，而在10℃下面粉中的淀粉不熔化或者没有完全变构。其需要至少100℃的温度以实现充分的熔化和变构。双重注射和温度的作用在本说明书所附的实施例中说明。最后，US 7,148,272排除了增塑剂如甘油或脲的使用。

DE 19802718披露了可生物降解的聚合物共混物，其基于诸如聚酯或聚乙烯醇的可生物降解的热塑性聚合物以及淀粉，提供作为“面粉、粗粉或小麦粉”(“Mehl，Griess oder Schrot”)。它们使用精磨或粗磨的谷物而没有筛分步骤，因此具有高水平的纤维和灰。例如，聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇或聚乙烯吡啶酮被用于匀化聚合物共混物的不同组分。

同样地，FR 2872168和FR 2923488缺乏相容化聚合物(compatibilizing polymers)，且没有采取任何措施以防止分散的共混物在淀粉基质中形成疏水性聚合物。此结构也呈现在所附的图1中。

包含面粉的分散的共混物也从WO 2006/054156知晓：具有淀粉基的组分与相对少量的聚乙烯醇纤维共混，其中所述淀粉由谷物面粉提供。此系统与前述系统的不同之处在于它不涉及疏水性聚合物。亲水性PVA(即聚乙烯醇或PVOH)纤维向所述组合物提供用于强化的晶格结构。因为其仅涉及亲水性组分，所以淀粉和聚乙烯醇纤维使用单螺杆挤出机来混合。如所附实施例IV和V中所述，由此分散在淀粉中的聚乙烯醇纤维未提供足够的机械改进。应当补充说明的是淀粉和聚乙烯醇的组合还不利地使所述产品对水敏感。抗水涂层是必须的。