[发明专利]新颖的基于多羟基烷酸酯（PHA）的持久水解稳定的生物基塑料、其生产方法及其用途

说明书

本发明涉及创新的持久且水解稳定的、基于多羟基烷酸酯（PHA）的且以足够的熔体稳定性为特征的生物基塑料、其生产方法以及其用途。

生物基塑料，被称为生物聚合物，因为所采用的生物基原料而与基于石油化学的塑料相比是更加环境可持续的材料。特别地，就环境保护和引起气候变暖而言，生物基塑料已经不仅在包装行业而且在持久的并且工业的塑料产品的生产中获得了日益增长的重要性。然而，为了制造与常规的和已经建立的材料相比有竞争力的基于多羟基烷酸酯的生物基材料，在许多情况下仍然必须在这种材料的生产和处理中进行优化。

生物基塑料是例如由一种脂肪族的聚酯树脂构成的，该树脂是通过淀粉、糖、碳水化合物、植物油或脂肪的直接发酵制备而生产的。

生物基塑料具有的重要优点是它们是非常生态友好的。在工业应用领域中，从生物聚合物组之中，多羟基烷酸酯（PHA）特别地具有以下优点：它们具有例如与聚乳酸（PLA）相比更大的热变形耐受性。这允许生产持久的物品，这些物品不能由聚乳酸（由于低的软化点）制造使用，此类物品的实例是锅以及吹风机。此外，多羟基烷酸酯表现出了在所制造的产品中非常低的收缩率，由此允许了用常规的聚合物不能实现的产品几何形状。

聚乳酸和多羟基烷酸酯均属于脂肪族聚酯的类别并且在加工过程中以及在应用过程中均易发生聚合物降解。在聚乳酸的情况下降解机理是沿着酯水解的经典路径进行，其中在水的存在下酸或碱的作用伴随着聚乳酸中酯键的裂开，由此产生了新的羟基基团和羧基基团。

-COO-+H₂O→-COOH+HO-

这些新的羧基基团导致了该聚乳酸聚合物中另外的酯基团的水解，即，该过程自动催化地进行。聚乳酸中的酯裂解因而导致了聚合物降解并且因此导致了聚乳酸的寿命减小、还以及导致不稳定的操作状况。

然而，与聚乳酸相比，多羟基烷酸酯的产品类别是对于水解远更不敏感的。水解敏感性上的差异是不同降解机理的结果。在多羟基烷酸酯的情况下，与聚乳酸不同，一种不同的降解机理（即，β-消除）是主要的。这种β-消除导致了多羟基烷酸酯聚合物链的裂解，同时形成了不饱和的聚合物片段，参见Yoshihiro Aoyagi等人的“聚合物降解与稳定性76”，2002，53-59（Polymer Degradation and Stability76,2002,53-59）。

与聚乳酸相比，多羟基烷酸酯的水解降解起到较小的作用，但是同样会发生，因为PHA也是脂肪族聚酯。虽然降解机理不同，多羟基烷酸酯具有以下缺点：对于持久的且工业的应用而言，它们对水解不具有足够的稳定性，并且，此外，具有差的加工特性，如在熔体体积速度（MVR）的急剧上升方面所证明的。因此，必须寻找一种实现在加工过程中以及应用过程中稳定PHA的可能性，虽然结合了大大占主导的β-消除与仍然同样会的发生水解。

已经进行了尝试通过加入多种多样的添加剂而解决这个问题。例如JP-A2008303286的摘要描述了在多羟基烷酸酯中使用按重量计0.5%的一种多聚的碳二亚胺。然而，就水解稳定性而言这里并没有产生满意的结果。这同样适用于WO2009119512，该文件引用了来自聚丁二酸丁二酯的混合物以及还有聚丁二酸丁二酯与聚乳酸以及多羟基烷酸酯的共混物的聚碳二亚胺的用途。在此使用的脂肪族的聚碳二亚胺是为了稳定聚丁二酸丁二酯的目的而使用的。然而同样在此也没有获得足够的耐水解性。

EP-A1627894描述了在脂肪族的聚酯树脂中二异丙基苯基碳二亚胺作为水解抑制剂的用途。然而，就加工特性以及抑制水解而言，没有得到令人满意的结果。

在EP-A10172530中描述了单体的和低聚的碳二亚胺的组合的用途。虽然这确实导致使抑制水解以及加工方面的改进，然而，就水解抑制效应而言，这种结果在众多浓度范围内仍然是不足的。

出人意料地，现在已经发现本发明的来自多羟基烷酸酯类别的这种生物基塑料（包括按重量计至少>0.5%的低聚和/或多聚的芳香族的和/或芳代脂肪族的低聚的碳二亚胺）实现了这一目的。

因此，本发明提供多种生物基塑料，这些生物基塑料包括至少一种多羟基烷酸酯与按重量计至少0.5%、优选0.7%并且按重量计4%、更优选按重量计1%-2.5%、非常优选按重量计1%至2.0%的至少一种低聚和/或多聚的芳香族的和/或芳代脂肪族的碳二亚胺的组合，并且在本发明的一个优选实施例中，这种组合实质上由多羟基烷酸酯和碳二亚胺组成。

例如，另外的添加剂是稳定剂类，像抗氧化剂类、增塑剂类、抗冲击改性剂类、阻燃剂类和填充剂类。