[发明专利]聚乳酸与天然油的酯交换

说明书

公开了已与二醇和至少一种天然油进行酯交换的酯交换的聚乳酸产物。与未改性的聚乳酸相比，所述酯交换的聚乳酸产物令人惊讶地具有改进的性质，包括：在室温下为液体状态，降低的熔融温度和在各种溶剂中增大的溶解性。还公开了所述酯交换的聚乳酸产物的制备方法。所述酯交换的聚乳酸产物制备经济，并且包含高含量的可再生资源。此外，所述产物是可生物降解的。

技术领域

本发明一般涉及聚合物的酯交换，更特别涉及聚合物聚乳酸与天然油的酯交换。

发明背景

在过去，一些类型的聚合物骨架已经与某些天然油(如蓖麻油和大豆油)进行酯交换。这些聚合物骨架不包括聚乳酸骨架。聚乳酸骨架已经酯交换二醇或己内酯。在这两种情况下，期望酯交换方法将导致具有改进性质的聚合物。

聚乳酸是一种可生物降解的固体热塑性脂肪族聚酯，其衍生自可再生资源如玉米淀粉；木薯根、薯片或淀粉；或衍生自甘蔗。因为其是可生物降解和可再生的，因此已经有兴趣扩大其用途。在结构上，其是具有重复单元-[CH(CH₃)-C(O)-O]-的聚酯，因而其不是多元酸。其已被用于制造用于食品包装的密封膜、用于酸奶的杯子、生物医学设备和其他应用。在更多产品中使用聚乳酸的一个限制是所述聚合物是固体但缺乏韧性，因此其有用性受到限制。聚乳酸通常具有小于10％的断裂伸长率。另外，它在许多所需溶剂中具有低溶解度，并且溶解后往往具有太高的粘度而不适用于一些应用。因此，已经探索了增强所述聚合物的弱物理性质的方法。例如，已经将它与聚碳酸酯混合或与乙二醇、1,3-丙二醇和聚己内酯进行酯交换以试图降低其粘度，增加其柔韧性和改变其溶解度。将聚乳酸与其它化合物共混的问题之一是这引入了将可提取组分(extractable)添加到配制物中的可能性，这特别在医学或食品包装应用中可能是不希望的。可提取组分的水平可能提出安全性和监管问题。聚乳酸与聚碳酸酯的酯交换反应不能在最终产物中产生期望的柔韧性，并且生产成本太高。间羟基酸(如扁桃酸)的使用已经用于某些专门的医学应用，但是对于工业用途而言太昂贵。与己内酯的酯交换也是如此；对于工业用途来说，它太昂贵，并且己内酯的可得性低。

期望使用可生物降解的、容易获得的可再生资源制备聚合的、酯交换的聚乳酸产物及其制备方法，其中所制备的产物在室温下可以是低粘度的液体。在其他变型中，所制备的产物在室温下可以是蜡状固体。所制备的产物的制备相对便宜。

发明内容

一般而言，本发明提供了已经与天然油如大豆油或蓖麻油进行酯交换的聚乳酸及其制备方法。

在一个实施方式中，本发明为由包含下述组分的反应混合物的反应得到的酯交换的聚乳酸产物：a)聚乳酸；b)至少一种天然油；c)二醇；和d)任选存在的酯交换反应催化剂。

在一个实施方式中，本发明为由包含下述组分的反应混合物的反应得到的酯交换的聚乳酸产物：a)基于反应混合物的总重量，以50至85重量％的量存在的聚乳酸；b)基于所述反应混合物的总重量，以13至30重量％的量存在的至少一种天然油；c)基于所述反应混合物的总重量，以2至36重量％的量存在的二醇；和d)任选存在的酯交换反应催化剂。

在另一个实施方式中，本发明为将聚乳酸酯交换的方法，其包括下述步骤：a)至少将二醇、聚乳酸和任选存在的酯交换反应催化剂组合到一起以形成反应混合物，并将其加热至低于所述反应混合物组分的降解温度但足以形成熔融的反应混合物的温度；b)向熔融的反应混合物添加至少一种天然油，并混合直到基本上均匀；c)将基本上均匀的混合物的温度升高至足以进行酯交换反应的温度高度，并将所述基本上均匀的混合物保持在该温度或高于该温度，直到酯交换反应完成至期望程度；和d)将反应混合物冷却至适宜的温度，以处理和收集酯交换的聚乳酸产物。