[发明专利]聚合物/热塑性淀粉组合物

说明书

发明领域

本发明大体涉及聚合物/热塑性淀粉(TPS)组合物。具体地，本发明涉及可生物降解的聚合物/TPS组合物、制备其的方法以及由其形成的产品。

发明背景

在很多工业化国家中，处置消费性废弃物已成为重要问题。例如，在一些地方，诸如欧洲和日本，存在相对少数的场所仍然可用于进行填埋。大量的消费性废弃物由聚合物材料构成，而且一直在共同努力以引入减少将要填埋的这种聚合物废弃物的聚合物回收策略。

然而，不像其它材料诸如玻璃、木材和金属，聚合物的回收可能是有问题的。例如，聚合物回收技术通常需要根据其化学组成来分类聚合物。具体地，由于不同商用聚合物的不同系列，以这种方式可能很难分离聚合物材料与废液流。此外，大多数聚合物回收技术涉及熔融加工步骤，其可降低聚合物的物理性能和机械性能。因此，回收的聚合物往往具有低劣的性能，而且这可限制其可被利用的应用范围。

除了与回收废弃聚合物材料相关的问题以外，当前使用的大多数聚合物源自基于石油的产品，使其无法长期持续地被制造。

作为对这些问题的回应，针对开发可至少部分地利用可再生资源制造的可生物降解的聚合物的研究已显著增加。不像常规的聚合物，可生物降解的聚合物可通过微生物的作用更容易地被降解以产生存在很少(如果有的话)环境关注的低分子量产物。此外，通过生物降解作用，废液流中这种聚合物所占据的体积显著减少。

迄今为止，可生物降解聚合物领域中的许多研究集中于利用天然存在的生物聚合物诸如淀粉。淀粉是特别合适的生物聚合物，因为其源自易于获得并相对便宜的可再生资源(即植物产品)。

在制备可生物降解聚合物时，通常地通过将淀粉或其改性形式与合适的可生物降解热塑性聚合物诸如聚酯熔融混合来利用淀粉。例如，可生物降解聚合物组合物可以通过将聚酯与淀粉、化学改性淀粉和/或TPS(通过将淀粉与增塑剂诸如甘油熔融混合而形成)熔融混合来制备。然而，淀粉及其不同的改性形式相对于通常与其熔融混合的热塑性聚合物来说是十分亲水的。因此，淀粉与其它热塑性聚合物熔融混合通常导致形成具有高界面张力的多相形态，其可不利地影响所得到的聚合物组合物的物理性能和机械性能。

大量研究已致力于改善含有淀粉的可生物降解聚合物组合物的物理性能和机械性能。尽管含有淀粉的可生物降解聚合物组合物的物理性能和机械性能有所提高，但是这种聚合物组合物通常还是由于具有与石油来源的聚合物相关的低劣的物理性能和机械性能而闻名。

此外，这种聚合物组合物往往还存在较差的加工性能，特别是其转化成产品诸如膜或片时。例如，在吹塑膜生产期间常规的聚酯淀粉聚合物组合物通常展现出较差的加工性能。

已尝试来解决这种加工问题。例如，可采用较慢的且温和的加工技术，而且已开发了专门的加工装置。然而，这种措施降低了产量和/或增加了制造过程的成本。

因此，仍然存在开发解决或改善与现有的组合物和/或其制造方法相关的一种或多种缺点或不足的新的聚合物/TPS组合物的可能性，或对这种组合物及其制造方法至少提供有用的替代的可能性。

发明概述

本发明提供了含有以下组分(a)-(d)和/或熔融混合以下组分产生的反应产物的可生物降解聚合物组合物：(a)聚碳酸亚烷基酯；(b)热塑性淀粉(TPS)和/或其构成组分；(c)具有侧链羧酸基团的聚合物；及(d)酯交换催化剂。

在一个实施方案中，可生物降解聚合物组合物还包括组分(e)一种或多种可生物降解聚酯。

因此，本发明还提供了含有以下组分(a)-(e)和/或熔融混合以下组分产生的反应产物的可生物降解聚合物组合物：(a)聚碳酸亚烷基酯；(b)热塑性淀粉(TPS)和/或其构成组分；(c)具有侧链羧酸基团的聚合物；(d)酯交换催化剂；及(e)一种或多种可生物降解聚酯。

本领域的技术人员将理解，聚碳酸亚烷基酯是聚酯的特殊形式。为了避免任何疑惑，如果根据本发明的组合物包括聚碳酸亚烷基酯和一种或多种可生物降解聚酯，该一种或多种可生物降解聚酯并非旨在包括聚碳酸亚烷基酯型聚酯(即该一种或多种可生物降解聚酯旨在定义除聚碳酸亚烷基酯以外的聚酯)。

不像大多数聚酯(及实际上大多数其它聚合物)，聚碳酸亚烷基酯可通过聚合二氧化碳和氧化烯来制备。通过有效“固定”二氧化碳，聚碳酸亚烷基酯的制备过程与制备大多数其它聚合物相比提供了降低的碳足迹(carbon footprint)。当前随着碳核算在消费品的制造中成为主导因素，利用这种低碳足迹材料是特别有吸引力的。