[发明专利]催化可降解的塑料以及其用途

说明书

本发明涉及一种催化可降解的塑料材料，特别地具有纤维素酯内含物，并 且涉及其用途，特别地在用来生产过滤嘴香烟的过滤嘴塞的过滤嘴丝束中的用 途。本申请要求欧洲申请号13180137.5的优先权，出于所有目的将该申请的全 部内容通过引用结合在此。

在其生命周期尽头时结束或者可能在环境中结束的塑料材料应该是在短期 时间内占主导的条件下可降解的以便最小化任何污染。然而，甚至对于原则上 生物可降解的塑料材料，其分解所需的时间高度取决于外部条件。因此，在堆 肥条件下的降解比在同样含有微生物的土壤中更快。当其所需要的微生物条件 不充足时，生物降解是显著更慢的。当相关塑料材料是完全或部分位于表面上， 例如铺路板、柏油、砂、土地或草地时，就是这样的情况。当情况是这样时， 需要其他或另外的降解机理。在这些情况下，在光的作用下的光催化分解是特 别合适的。这可以是材料完全降解的唯一机理或者另外它可以支持其他降解机 理。

长期以来已知，二氧化钛、特别地呈锐钛矿改性，可以通过光催化作用分 解有机材料。锐钛矿吸收在光谱的紫外范围内的光，随后的电子传递过程提供 引发链反应介导的降解的自由基。

作为在20世纪90年代一旦塑料材料已经实现其预期用途后的持久性上的 增加的社会关注的结果，已经增加了对于在纤维素酯以及由此生产的过滤嘴丝 束的环境中降解的努力。

本申请人已经预先为聚合物纤维素酯的光催化降解提供了令人满意的方案 (参见，例如WO-A-2010/017989)，其中可降解性通过碳改性的二氧化钛来增 强。

背离先前描述的现有技术，本发明的目的是进一步发现在环境条件下催化 可降解的塑料材料。本发明进一步以这种催化可降解的塑料材料为目的以便发 现作为模制品的有利的应用，特别地在用来生产香烟过滤嘴的过滤嘴塞的过滤 嘴丝束中的应用。

当该催化可降解塑料材料在该塑料材料中包含催化活性的过渡金属改性的 二氧化钛(特别地呈精细分开的、例如分散的形式)时，根据本发明通过一开 始描述的类型的催化可降解塑料材料实现此目的。

在本发明的上下文中，“过渡金属改性的”应理解为是指特别地，已经通过 加入(例如混合、浸渍、共沉淀、共结晶)过渡金属的金属、金属化合物或金 属络合物来改变二氧化钛。“过渡金属”是周期表(IUPAC，2013)的第3至 12族中除了钛之外的金属，例如铬、钴、铜、镍、银、金、钒、锆、钨、钼、 钽、铌、锰、锌和铁。给予优选的是无毒的或低毒性的过渡金属，特别地锰、 锌和铁。铁是非常特别优选的。特别合适的包含氧化铁(III)的铁改性的二氧化 钛在WO-A-2012/139726中披露，在此通过引用将其内容完全结合在本申请中。

出人意料地，用过渡金属改性二氧化钛导致了塑料材料的对于分解的催化 活性的改进而没有对于塑料材料产品的性能特征的实质性损害。

当该塑料材料是纤维素酯时，给予特别优选的是乙酸纤维素酯、丙酸纤维 素酯、丁酸纤维素酯、乙酸丙酸纤维素酯和/或乙酸丁酸纤维素酯。平均取代度 (DS)优选地是在1.5与3.0之间、特别地在2.2至2.7之间，这是特别地对于 乙酸纤维素酯的情况。适宜的是当优化纤维素酯、特别地乙酸纤维素酯的平均 聚合度来有利实现所述目的时。纤维素酯的最佳平均聚合度是在150与500之 间、特别地在180与280之间。

根据本发明的塑料材料，特别地纤维素酯组合物，在环境中经受迅速的催 化降解。如通过以下实例示出的，一个合适的参数是催化可降解的塑料材料的 质量随时间降低。因此，本发明的核心在于选择在其表面上或另外贯穿其整个 体积被过渡金属改性的过渡金属改性的二氧化钛。给予优选的是过渡金属改性 的二氧化钛，其表面是过渡金属掺杂的。掺杂降低了半导体二氧化钛的能带隙， 并且与未掺杂的二氧化钛相比，还允许更长波长的光用于激发价带电子并且由 此用于激活光催化特性。