[发明专利]用于聚羟基脂肪酸酯的晶体成核剂

说明书

本发明涉及用于提高聚羟基脂肪酸酯(PHA)聚合物的结晶速率和/或加工速度的组合物和方法。PHA聚合物因缓慢的结晶速率、降低PHA用于消费品的实用性而声名狼藉。具有类似于PHA的晶体结构且熔点高于PHA的熔点的化合物，如季戊四醇，以及在聚合物的熔点或低于聚合物的熔点发生晶体结构变化的化合物，如硫或硒，作为PHA良好的晶体成核剂。

技术领域

本发明涉及用于提高聚羟基脂肪酸酯聚合物的结晶速率和/或加工速度的组合物和方法。

背景技术

塑料，如聚酯，通常通过众所周知的合成方法由石化原料生产。处理后这些石化基聚合物需要几个世纪才能降解。对塑料废物在环境中积累的担忧导致最近开始使用可生物降解的聚合物。

生物基可生物降解的聚合物，通常也称为“生物塑料”，由于其高的生产成本，在市场上未能获得巨大的成功。然而，生物技术的进步导致了其生产方法的成本减少。在一个例子中，可生物降解的脂肪族共聚酯现在通常通过大规模的细菌发酵生产。统称为聚羟基脂肪酸酯，也称为“PHA”，这些聚合物可以在发酵设备中由植物或喂养特定底物(如葡萄糖)的细菌合成。在许多例子中，PHA的结构或机械性质可以定制，以符合所需最终产品的规格。PHA可以有氧地和厌氧地降解。

PHA是非常通用的，并且已经识别出多达100种不同的PHA结构。PHA结构可以以两种方式变化。首先，PHA可以根据侧基的结构而变化，侧基通常与具有(D)-立体化学的碳原子连接。侧基形成羟基脂肪酸的侧链，对PHA的碳主链没有贡献。其次，PHA可以根据其衍生自的单元的数量以及类型而变化。例如，PHA可以是均聚物、共聚物、三元共聚物或更高的单体组合。PHA结构的这些变化可以导致其物理特性的变化。这些物理特性允许PHA用于许多具有商业价值的产品。

可以对PHA进行加工，以生产供消费者使用的物品。首先通过熔融聚合物，使熔融的聚合物成形并且最后使聚合物固化(一般通过结晶)，包括PHA的热塑性聚合物可以转化为供消费者使用的物品。因此，结晶速率是一个重要的参数，其可以控制PHA聚合物的加工速率。一般情况下，PHA结晶越快，聚合物加工越快。另外，如果结晶不能足够快地发生，则某些聚合物形成方法，包括薄膜吹塑和熔融纤维纺丝，可能难以以实际的方式进行。在这些情况中，熔融的聚合物以仅在短时间内稳定的方式成形。如果在必要的时间范围内没有发生结晶，则该方法是不成功的。因此，在某些情况下，结晶速度在很大程度上决定了某些聚合物的加工是否实用。

专利申请JP 07188537 A(TOKUYAMA SODA KK)公开了羟基丁酸酯和羟基戊酸酯的共聚物。羟基戊酸酯是HA单元，其仅具有5个碳原子。为了提高共聚物的结晶速率，该文献公开了添加选自脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪酸胺和脂肪酸金属盐的脂肪酸系化合物。

因此，需要快速的方法以及试剂，用于使PHA聚合物结晶。这些方法和试剂可以是有效的、节省成本的，并且适于PHA材料的大规模加工。

发明内容

本发明提供了一种用于使具有至少20摩尔百分比的羟基脂肪酸酯重复单元的聚合物结晶的方法，该方法包括将聚合物与具有类似于PHA晶体结构的晶体结构的化合物(例如季戊四醇)混合，提供异种成核位点。

本发明还提供了一种组合物，其包括具有至少20摩尔百分比的羟基脂肪酸酯重复单元的聚合物，以及具有同素异形特性的化合物，例如硫和硒。

更具体地，在第一方面，本发明提供了一种聚合物组合物，其包括至少一种聚合物和成核剂，该成核剂的量为聚合物重量的约0.01％至约20％。该聚合物包括至少20摩尔百分比的羟基脂肪酸酯重复单元。该成核剂选自由以下组成的组：(1)具有正交晶体结构的化合物，(2)具有六方晶体结构的化合物，(3)具有四方晶体结构的化合物，(4)具有至少一种晶形的同素异形元素，该晶形为正交的、六方的或四方的，(5)具有至少一种晶形的多态性化合物，该晶形为正交的、六方的或四方的，以及(6)其混合物。