[发明专利]植物材料组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及新的热塑性组合物，这些组合物包含所选择的比例的至少四种组分，即，分别是淀粉状材料、用于淀粉状材料的增塑剂、聚烯烃和植物材料，此外所述植物材料是选自植物纤维和植物填料。它还涉及一种用于制备这些热塑性组合物的方法。

背景技术

在本发明中，术语“热塑性组合物”应理解为意指这样一种组合物，它在热的作用下可逆地软化并且在被冷却时硬化。它展现了至少一个“玻璃化转变”温度(Tg)，在该温度以下，这种组合物的非晶性部分处于脆性玻璃态并且在该温度以上，这种组合物可以经历可逆的塑性变形。本发明的淀粉基热塑性组合物的玻璃化转变温度或至少一个玻璃化转变温度优选地在-120°C和150°C之间。这种热塑性组合物展现了通过在转化塑料、纺织品或木材的产业中常规使用的方法(如挤出、注塑模制、模制、滚塑、热成型、吹塑、压延或压制)来成型的能力。在100°C至200°C的温度下测量时，它的粘度总体上在10和10⁶Pa.s之间。

优选地，所述热塑性组合物是一种“热溶体”组合物，也就是说可以在不施加高剪切力的情况下，也即通过单纯流动或通过单纯压制该熔体使它成型。在100°C至200°C的温度下测量时，它的粘度总体上在10和10³Pa.s之间。

在本发明的意思范围内，术语“植物材料”应理解为意指一种产物，它是植物来源的，基本上是多糖性质的，尤其是是纤维素、半纤维素、木质的或淀粉性质的；基本上是蛋白质性质的或者基于天然橡胶并且以粒子形式或以纤维状材料的形式存在。在本发明的背景下，所述植物材料是选自植物纤维和植物填料，如随后将在本专利申请中描述的。

在衍生得到常规塑料(也称作石油基塑料，与基于可再生资源的生物塑料相反)的油和气储量的稀缺性增大、因温室效应和全球变暖所致气候紊乱、在寻觅可持续发展以及更天然、更清洁、更健康、可循环与更高能效的产品方面的公众意见的状态以及法规与税收体系变化的当前环境和经济背景下，需要拥有从可再生资源产生的新组合物，这些组合物同时是有竞争力的，从开始就被设计成对环境仅具有微小的不利影响或没有不利影响，并且在技术上与从化石来源原料制备的材料一样有效。

在这种精神下，数十年来已经探索了多种途径，在于将生物源材料作为填料引入石油基塑料树脂中。这些填料显示了双重优点：与无机填料相比是密度低的并且是天然来源的且短期内可再生的。在石油基塑料树脂当中，聚烯烃就它们这部分而言显示了以下优点：以相对低的成本大量生产、就环境而言展现有利的生态轮廓(eco-profile)、与例如PVC相反而能够在不产生有毒气体的情况下被焚烧、并且是工业上可循环的。

在植物材料当中，许多研究已经涉及在石油基塑料树脂中、尤其是如在聚丙烯中掺入至多60%的植物纤维，尤其是如亚麻与大麻纤维、谷草纤维、洋麻纤维、木材纤维或纤维素(人造丝)纤维。因而获得常称作天然纤维复合物的产品。可以参考例如以下论文：

Lívia Dányádi的“Interfacial Interactions in Fiber Reinforced Thermoplastic Composites[纤维增强型热塑性复合材料中的界面相互作用]”，塑料和橡胶技术实验室，物理化学和材料科学系，布达佩斯技术与经济大学，材料与环境化学研究所化学研究中心，匈牙利科学院，2009。

目前相当好地掌握了这种配混操作，不过仍在实施许多研究以便改善这些复合物的生产和特征。这是因为，鉴于植物纤维总体上是十分亲水的而树脂在本质上是疏水的，不容易引入此类纤维。实际上，推荐干燥这些纤维以便减少它们的疏水性本质并且考虑植物纤维针对剪切、热、光和微生物的高度不稳定性而推荐使用合成产物(总体上是石油来源的)作为分散剂、相容剂和/或偶联剂、还以及特殊的稳定剂。另外，可能引入石油基塑料树脂中而不破坏其特性的植物源材料的最大量保持是相对有限的并且在正常实践下小于50%。

其他类型的植物材料也已经作为填料引入石油基塑料树脂中，从而纠正上文所列的缺陷或获得有利的特性。

对于淀粉而言正是这样，其中淀粉在颗粒状态下作为填料被尤其引入聚烯烃中。在这种背景下可以参考例如专利申请WO 2009022195，它描述了聚烯烃的复合材料和颗粒状淀粉的复合材料。这种淀粉则构成一种植物填料，显示了以下优点：本身也是可再生的但是尤其是相对于油和气是以经济上有利的成本可大量获得的。