專利名稱：可生物降解的樹(shù)脂組合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可生物降解的樹(shù)脂組合物及其制備方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種可生物降解的樹(shù)脂組合物，其是通過(guò)以適當(dāng)?shù)谋壤旌习ㄖ辨湹矸鄯肿右约爸ф湹矸鄯肿拥奶妓衔锞酆象w、選自聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯丙烯酸及其混合物的親水性聚合物、潤(rùn)滑劑、熱塑性樹(shù)脂以及穩(wěn)定劑，然后擠出所得的混合物制備而得，該樹(shù)脂組合物可在短時(shí)間內(nèi)被微生物分解。
背景技術(shù)：
多用途樹(shù)脂廣泛用于制備包裝膜、乙烯基封皮、以及PET瓶等。但是，用于上述用途的樹(shù)脂在廢棄后不能被微生物所降解，因此，當(dāng)其掩埋于土壤中時(shí)，將保持不被分解，從而損耗土壤的質(zhì)量并抑制植物的生長(zhǎng)。由于此原因，該類樹(shù)脂的分解已經(jīng)成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問(wèn)題。世界上許多國(guó)家都投入許多努力、時(shí)間以及資金試圖研發(fā)可生物降解的樹(shù)脂。迄今已經(jīng)研發(fā)出幾種可生物降解的樹(shù)脂。
但是，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出的可生物降解的樹(shù)脂具有下述缺陷它們需要非常復(fù)雜的方法制備，且由多種成分構(gòu)成，因而增加了生產(chǎn)成本。此外，由于其物理特性不足，使之不能多用途應(yīng)用而只能用于外科手術(shù)縫合線等特殊用途中。
最近研究出了由植物制成的聚乳酸樹(shù)脂。但是，它們是通過(guò)諸如淀粉等碳水化合物的發(fā)酵、反應(yīng)以及聚合而制備，它們的制備過(guò)程所需的能量要大于制備聚乙烯所需的能量，因此通常需要間接應(yīng)用礦物燃料來(lái)進(jìn)行制備。采用這種方法制備的聚乳酸樹(shù)脂具有不妨害生態(tài)環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是該種方法增加了生產(chǎn)成本。
此外，日本專利公開(kāi)號(hào)2001-026667和2002-020536中揭示了一種制備可生物降解的樹(shù)脂的方法。在這些公開(kāi)文獻(xiàn)中，在攪拌的條件下均勻混合作為天然聚合物成分的淀粉、親水性樹(shù)脂、熱塑性樹(shù)脂、作為軟化劑的聚乙二醇和作為加工性改進(jìn)劑的脂肪，然后加入作為偶聯(lián)劑的甘油并加入水，通過(guò)攪拌混合均勻。用雙螺桿擠出機(jī)擠出所得的混合物形成片材。但是，本發(fā)明的樹(shù)脂組合物包含作為潤(rùn)滑劑的聚乙烯蠟，以及作為穩(wěn)定劑的金屬皂，因此該樹(shù)脂的組成與上述日本公開(kāi)文獻(xiàn)中的成分有所不同。
此外，與本發(fā)明不同的是，上述日本公開(kāi)文獻(xiàn)中公開(kāi)的樹(shù)脂組合物中包含小于8％的淀粉，還包括水，以致于在擠出機(jī)中的剩余時(shí)間內(nèi)發(fā)生了碳化。在擠出機(jī)的入口處樹(shù)脂組合物變成稀薄的一團(tuán)并因此分散，以致于很難將其拉制成延長(zhǎng)的形狀，它們因而粘在入口處，從而使生產(chǎn)率降低。此外，為形成樹(shù)脂片材，需要對(duì)各個(gè)物質(zhì)進(jìn)行重復(fù)兩次或多次的混合以及攪拌，因而增加了生產(chǎn)成本，而不能獲得均勻的混合物。所述成分的非均勻混合物降低了乙烯注塑成型的平滑度。
特別地，由于所產(chǎn)生的氣泡使得含有大量水的樹(shù)脂片材難以通過(guò)乙烯基注塑成型來(lái)形成所需的形狀。而且，含有作為軟化劑的二醇諸如聚乙二醇等的樹(shù)脂組合物很容易吸收大氣中的濕氣從而帶來(lái)儲(chǔ)存問(wèn)題。
同時(shí)，前述的樹(shù)脂組合物中含有的脂肪不溶于水，具有令人討厭的氣味或味道，且在室溫下會(huì)硬化。因此，當(dāng)與土壤結(jié)合后，前述的樹(shù)脂組合物的多孔性降低，因此排泄及通風(fēng)性不足。相反，由于與淀粉結(jié)合的樹(shù)脂顆粒的分散和分離，本發(fā)明的樹(shù)脂組合物卻顯示了多孔性的增加。與本發(fā)明相比，上述日本公開(kāi)文獻(xiàn)中公開(kāi)的樹(shù)脂組合物包括了更多種的成分，因此增加了生產(chǎn)成本。
另外，韓國(guó)專利No.0174649中公開(kāi)了一種可生物降解的樹(shù)脂組合物，其包含淀粉、脂肪族共聚酯、乙烯-乙烯醇共聚物、增塑劑及潤(rùn)滑劑，其中所述的增塑劑選自水、甘油、乙二醇、4-丁二醇及其混合物，其中所述的潤(rùn)滑劑選自三甘油單硬脂酸酯、三甘油二硬脂酸酯、三甘油三硬脂酸酯及其混合物。
此外，韓國(guó)專利No.0100421還公開(kāi)了一種可生物降解的樹(shù)脂組合物，其包含淀粉、脂肪族共聚酯、聚乙烯醇以及添加劑，其中的添加劑選自磷酸單甲酯、磷酸三甲酯、磷酸三丁酯、磷酸及其組合。
韓國(guó)專利No.0332163公開(kāi)了第一種可生物降解的樹(shù)脂組合物，其包含脂肪族聚酯以及一種或多種選自淀粉、水、乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、山梨糖醇、甘油以及聚乙烯醇的成分，還公開(kāi)了第二種可生物降解的樹(shù)脂組合物，其包含脂肪族聚酯以及一種或多種選自淀粉、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、丙烯酸樹(shù)脂、甲基丙烯酸樹(shù)脂以及乙烯醇樹(shù)脂的成分。
上述韓國(guó)專利中公開(kāi)的所有的樹(shù)脂組合物均包含淀粉以及脂肪族共聚物。韓國(guó)專利No.0174649以及韓國(guó)專利No.0332163的第一種情況中采用了水，由此產(chǎn)生了與上述的日本公開(kāi)文獻(xiàn)中相同的缺陷。此外，在韓國(guó)專利No.0174649中所用的增塑劑以及在韓國(guó)專利No.0332163中所用的用于使淀粉糊化的乙烯和甘油也帶來(lái)了如在上述的日本公開(kāi)文獻(xiàn)中所述的缺陷。另外，韓國(guó)專利No.0100421中的磷酸酯-基的樹(shù)脂組合物在焚燒中與大氣中的氮相結(jié)合并成為酸雨的主要成分。

發(fā)明內(nèi)容
相應(yīng)地，本發(fā)明的提出解決了現(xiàn)有技術(shù)中的上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的就是提供一種可生物降解的樹(shù)脂組合物以及制備該組合物的方法，該組合物具有簡(jiǎn)單的組成，通過(guò)簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行制備，因此降低了生產(chǎn)成本，本發(fā)明的組合物在廢棄后還能在短時(shí)間內(nèi)分解，因而對(duì)自然環(huán)境不產(chǎn)生破壞作用。
為達(dá)成上述目的，一方面本發(fā)明提供了一種可生物降解的樹(shù)脂組合物，包括20-64.5wt％的碳水化合物聚合體、20-40wt％的親水性樹(shù)脂、5-20wt％潤(rùn)滑劑、10-30wt％的熱塑性樹(shù)脂，以及用作穩(wěn)定劑的0.5-5wt％的金屬皂，其中所述的碳水化合物聚合體包括直鏈淀粉分子以及支鏈淀粉分子，所述的親水性樹(shù)脂選自聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯丙烯酸及其混合物。
另一方面，本發(fā)明提供了一種制備可生物降解性樹(shù)脂組合物的方法，包括下述步驟向混合容器中引入20-64.5wt％的碳水化合物聚合體、20-40wt％的親水性樹(shù)脂、5-20wt％潤(rùn)滑劑、10-30wt％的熱塑性樹(shù)脂，以及用作穩(wěn)定劑的0.5-5wt％的金屬皂，其中所述的碳水化合物聚合體包括直鏈淀粉分子以及支鏈淀粉分子，所述的親水性樹(shù)脂選自聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯-共-丙烯酸及其混合物；在攪拌的同時(shí)加熱所引入的混合物使之熔化；利用擠出機(jī)擠出所得的攪拌好的混合物；在水中冷卻擠出型材；利用切割機(jī)將冷卻的擠出型材切割為預(yù)定的尺寸。
在本發(fā)明的制備方法中，碳水化合物的含水量低于8％，并且將冷卻后的原料切割為顆粒。
本發(fā)明的最佳實(shí)施方式下面將詳細(xì)描述本發(fā)明可生物降解的樹(shù)脂組合物及其制備方法。
所述的碳水化合物聚合體為淀粉，例如玉米淀粉、羊齒植物淀粉、竹芋淀粉、馬鈴薯淀粉、小麥淀粉、大麥淀粉、米淀粉、木薯(cassava)淀粉、西米淀粉、木薯(tapioca)淀粉、豆淀粉、蓮藕淀粉、荸薺淀粉，或者甘薯淀粉。上述的淀粉可通過(guò)從天然聚合體中分離得到，為未經(jīng)改性的淀粉。
本發(fā)明中可生物降解的樹(shù)脂組合物中含有的淀粉為植物的低分子量多糖，即，天然的聚合體多糖，例如馬鈴薯淀粉、甘薯淀粉、米淀粉、大麥淀粉、玉米淀粉、以及木薯淀粉。此外，還可采用化學(xué)淀粉，例如已分解的淀粉、α淀粉、淀粉衍生物、分化的淀粉、物理加工的淀粉及其混合物等。
所述已分解的淀粉包括酶改性的淀粉、氧化淀粉、酸處理的淀粉、以及糊精。淀粉衍生物包括淀粉酯及淀粉醚。淀粉酯包括淀粉磷酸酯、淀粉乙酸酯、淀粉己二酸酯、淀粉馬來(lái)酸酯、淀粉鄰苯二甲酸酯，以及淀粉黃原酸酯；淀粉醚包括羧甲基淀粉、羥烷基淀粉、表氯醇淀粉、芳基淀粉、陽(yáng)性淀粉以及共聚體嫁接淀粉。
另外，分化的淀粉包括直鏈淀粉和支鏈淀粉，而物理處理的淀粉包括輻射處理的淀粉和高頻處理的淀粉。
本發(fā)明的可生物降解的樹(shù)脂組合物包括含量為20-64.5wt％的淀粉。如果淀粉含量低于20wt％，則所得的樹(shù)脂組合物將需要非常長(zhǎng)的時(shí)間才能分解，因此對(duì)自然環(huán)境具有破壞作用。如果淀粉含量高于64.5wt％，則有利的是增加了所得樹(shù)脂組合物的可生物降解性，但是不利的是由于降低了其它成分的含量，因此其可成型性不足。
在本發(fā)明的樹(shù)脂組合物中含有的親水性樹(shù)脂具有羥基和羧基基團(tuán)。這類親水性樹(shù)脂的實(shí)例包括聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯丙烯酸(PEA)，及其混合物。親水性樹(shù)脂在本發(fā)明組合物中的含量為20-40wt％。
如果親水性樹(shù)脂的含量低于20wt％，則所得的樹(shù)脂組合物的親水性不足，而如果親水性樹(shù)脂的含量高于40wt％，則有利的是使所得的樹(shù)脂組合物的親水性增加，但是不利的是由于降低了其它成分的含量，因此其降解性以及可成型性不足。
另外，可用于本發(fā)明的熱塑性樹(shù)脂的實(shí)例包括聚鏈烯烴、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚縮醛、聚丙烯酰乙基(polyacrylethyl)、熱塑性聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚酰胺、聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、烯烴/乙烯酯共聚物、ABS共聚物、乙烯/丙烯腈共聚物、酰氨乙基(amide ethyl)/酰氨酯嵌段共聚物、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物、乙烯/丙烯酸共聚物、乙烯/丙烯酸乙酯共聚物、以及乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物。
在所述的熱塑性樹(shù)脂中，聚鏈烯烴樹(shù)脂具有優(yōu)秀的可成型性，優(yōu)選用于復(fù)雜形狀的熔化成型。
另外，所用潤(rùn)滑劑由聚乙烯蠟等制成，起到了加速碳水化合物共聚體、親水性共聚物和熱塑性樹(shù)脂之間更均勻混合的作用。此外，所用穩(wěn)定劑由金屬皂制成，具有防止高溫混合條件下共聚體的物理性質(zhì)發(fā)生變化的作用。
下面將詳細(xì)描述采用上述成分來(lái)制備本發(fā)明可生物降解的樹(shù)脂組合物的方法。
步驟1向混合容器中引入20-64.5wt％的碳水化合物聚合體、20-40wt％的親水性樹(shù)脂、5-20wt％潤(rùn)滑劑、10-30wt％的熱塑性樹(shù)脂，以及用作穩(wěn)定劑的0.5-5wt％的金屬皂，其中所述的碳水化合物聚合體包括直鏈淀粉分子以及支鏈淀粉分子，所述的親水性樹(shù)脂選自聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯-共-丙烯酸及其混合物，所述的潤(rùn)滑劑例如為聚乙烯蠟，所述的熱塑性樹(shù)脂諸如聚乙烯。在該步驟中，所述碳水化合物聚合體的含水量低于8％。
步驟2當(dāng)在步驟1中將上述成分引入混合容器后，攪拌上述成分并同時(shí)加熱至其熔化溫度，從而使這些成分彼此混合。在該情況下，將所述成分加熱到80-220℃的溫度下就能熔化。如果加熱溫度高于200℃，則上述成分將發(fā)生熱分解，而如果加熱溫度低于80℃，則所述成分不能熔化。此外，對(duì)所述成分的攪拌采用旋轉(zhuǎn)攪拌的方法進(jìn)行，轉(zhuǎn)數(shù)為80rpm±20。
步驟3當(dāng)在步驟2中將所述成分熔化并混合后，將所得混合物投入擠出機(jī)中，利用該擠出機(jī)在20-40kg/cm2的壓力條件下擠出混合物。擠出型材具有類似面條的形狀。
步驟4將步驟3中擠出的類似面條狀的擠出型材在水中進(jìn)行冷卻?？商鎿Q地，所得的擠出型材可通過(guò)噴水或者噴冷卻空氣進(jìn)行冷卻。優(yōu)選在水中進(jìn)行冷卻。
步驟5將步驟4中冷卻的擠出型材利用切割機(jī)切割為預(yù)定的尺寸，然后包裝。在該步驟中，將擠出型材切割為顆粒狀。
上述的可生物降解的樹(shù)脂組合物是一種用于制備所需產(chǎn)品的原料，通過(guò)用于制造最終的產(chǎn)品的擠出機(jī)或者注塑機(jī)等可制成多種薄膜、乙烯基封皮以及PET瓶等。
由于所述樹(shù)脂組合物廢棄后其中所含有的碳水化合物共聚體可在短時(shí)間內(nèi)被微生物分解，因此上述制備的可生物降解的樹(shù)脂組合物的優(yōu)點(diǎn)在于對(duì)自然環(huán)境，尤其是土壤沒(méi)有破壞作用。此外，所述樹(shù)脂組合物無(wú)需焚燒即可進(jìn)行處理，從而避免了由焚燒帶來(lái)的空氣污染問(wèn)題。
工業(yè)實(shí)用性如上所述，本發(fā)明的可生物降解的樹(shù)脂組合物通過(guò)簡(jiǎn)單的方法制備而成，并具有簡(jiǎn)單的組成，因此可降低生產(chǎn)成本。這樣，就能以很便宜的價(jià)格為消費(fèi)者提供該可生物降解的樹(shù)脂組合物，且該可生物降解的樹(shù)脂組合物可用于多種用途以及特殊目的。
權(quán)利要求
1.一種可生物降解的樹(shù)脂組合物，包括20-64.5wt％的碳水化合物聚合體、20-40wt％的親水性樹(shù)脂、5-20wt％的潤(rùn)滑劑、10-30wt％的熱塑性樹(shù)脂，以及用作穩(wěn)定劑的0.5-5wt％的金屬皂，其中所述的碳水化合物聚合體包括直鏈淀粉分子以及支鏈淀粉分子，所述的親水性樹(shù)脂選自聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯丙烯酸及其混合物。
2.可生物降解的樹(shù)脂組合物，其中所述碳水化合物聚合體的含水量低于8％。
3.一種制備可生物降解的樹(shù)脂組合物的方法，包括下述步驟向混合容器中引入20-64.5wt％的碳水化合物聚合體、20-40wt％的親水性樹(shù)脂、5-20wt％的潤(rùn)滑劑、10-30wt％的熱塑性樹(shù)脂，以及用作穩(wěn)定劑的0.5-5wt％的金屬皂，其中所述的碳水化合物聚合體包括直鏈淀粉分子以及支鏈淀粉分子，所述的親水性樹(shù)脂選自聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯丙烯酸及其混合物；攪拌所引入的混合物并同時(shí)加熱至使之熔化的溫度；利用擠出機(jī)擠出所得的攪拌好的混合物；在水中冷卻擠出型材；以及利用切割機(jī)將冷卻的擠出型材切割為預(yù)定的尺寸。
4.權(quán)利要求3的方法，其中所述碳水化合物的含水量低于8％。
5.權(quán)利要求3的方法，其中將所述擠出型材切割為顆粒狀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種樹(shù)脂以及制備該樹(shù)脂的方法，所述樹(shù)脂可在短時(shí)間內(nèi)被幾種微生物所分解，本發(fā)明的可分解的樹(shù)脂由20－64.5wt％的碳水化合物聚合體、20－40wt％的親水性樹(shù)脂、5－20wt％潤(rùn)滑劑、10－30wt％的熱塑性樹(shù)脂，以及用作穩(wěn)定劑的0.5－5wt％的金屬皂所組成，其中所述的碳水化合物聚合體具有直鏈淀粉以及支鏈淀粉的分支結(jié)構(gòu)，所述的親水性樹(shù)脂由聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚乙烯丙烯酸中的一種或兩種以上混合制成。以上述比例混合制備的樹(shù)脂的效果在于制備方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本下降，因此消費(fèi)者能獲得便宜的產(chǎn)品，且該樹(shù)脂可用于普通用途以及特殊目的。
文檔編號(hào)C08L3/04GK1622970SQ02828484
公開(kāi)日2005年6月1日 申請(qǐng)日期2002年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月29日
發(fā)明者徐廷義 申請(qǐng)人:羅先高科技株式會(huì)社