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生物可降解的聚酯混合物的制作方法與工藝

文檔序號:11697663閱讀:333來源:國知局
生物可降解的聚酯混合物本發(fā)明涉及一種生物可降解的聚酯混合物,包括:i)基于組分i和ii的總重量計的71至91重量%的聚酯I,所述聚酯I由以下組分構(gòu)成:a-1)基于組分a和b的總重量計的40至70重量%的脂族的C9-C18二羧酸或C9-C18二羧酸衍生物;b-1)基于組分a和b的總重量計的30至60重量%的對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿嵫苌?;c-1)基于組分a和b的總重量計的98至100重量%的C3-C6二醇;d-1)基于組分a和b的總重量計的0至2重量%的至少三元醇;e-1)基于組分a至e的總重量計的0至2重量%的擴(kuò)鏈劑,及ii)基于組分i和ii的總重量計的9至29重量%的聚酯II,所述聚酯II由以下組分構(gòu)成:a-2)基于組分a和b的總重量計的40至70重量%的脂族的C4-C6二羧酸或C4-C6二羧酸衍生物;b-2)基于組分a和b的總重量計的30至60重量%的對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿嵫苌?;c-2)基于組分a和b的總重量計的98至100重量%的C3-C6二醇;d-2)基于組分a至b的總重量計的0至2重量%的至少三元醇;e-2)基于組分a至e的總重量計的0至2重量%的擴(kuò)鏈劑。本發(fā)明還涉及所述聚酯混合物的用途。生物可降解聚酯例如聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯)(PBAT)已知于例如WO-A96/015173中。WO-A2010/034710記載了聚酯例如聚(癸二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯)(PBSeT)。在這些參考文獻(xiàn)中,生物可降解性在DINEN13432中的含義是指可堆肥性(compostability)。就此意義而言,堆肥指的是工業(yè)堆肥且應(yīng)理解為意指在微生物的存在下,當(dāng)在給定溫度、氧氣和濕度條件下曝露一段時間后,將會有超過90%降解為水、二氧化碳和生物質(zhì)的材料。家庭式園藝堆肥通常在較低的溫度下進(jìn)行,因此園藝廢品的腐爛時間明顯延長,并且相應(yīng)地,檢測到塑料的降解率明顯降低。ISO20200(2004)是用于家庭式園藝堆肥的國際標(biāo)準(zhǔn)化測試。持續(xù)研究DINENISO17556以確定土壤中最終有氧生物可降解性。在土壤中的最終降解對于塑料制品在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域(agrisector),例如,地膜、覆蓋膜、料倉膜(silofilms)、縱切薄膜袋(slitfilmtapes)、機(jī)織織物、非織造布、夾子(clips)、紡織品、線材、漁網(wǎng)、二次包裝、重質(zhì)包裝袋及花盆中的應(yīng)用特別重要。還必須考慮泡沫應(yīng)用中的土壤通氣性。記載于文獻(xiàn)中的聚酯的土壤降解性能并不總能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。因此,本發(fā)明的目的在于提供能滿足現(xiàn)有技術(shù)的擠出成型和注射成型應(yīng)用中的先決材料的聚酯,同時,與單獨(dú)的聚酯I和聚酯II組分相比,還具有改善或促進(jìn)的土壤降解性。已發(fā)現(xiàn),該目的通過上述的生物可降解的聚酯混合物實(shí)現(xiàn),所述聚酯混合物包括:i)基于組分i和ii的總重量計的71至91重量%的聚酯I,所述聚酯I由以下組分構(gòu)成:a-1)基于組分a和b的總重量計的40至70重量%的脂族的C9-C18二羧酸或C9-C18二羧酸衍生物;b-1)基于組分a和b的總重量計的30至60重量%的對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿嵫苌?;c-1)基于組分a和b的總重量計的98至100重量%的C3-C6二醇;d-1)基于組分a和b的總重量計的0至2重量%的至少三元醇;e-1)基于組分a至e的總重量計的0至2重量%的擴(kuò)鏈劑,及ii)基于組分i和ii的總重量計的9至29重量%的聚酯II,所述聚酯II由以下組分構(gòu)成:a-2)基于組分a和b的總重量計的40至70重量%的脂族的C4-C6二羧酸或C4-C6二羧酸衍生物;b-2)基于組分a和b的總重量計的30至60重量%的對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿嵫苌铮籧-2)基于組分a和b的總重量計的98至100重量%的C3-C6二醇;d-2)基于組分a和b的總重量計的0至2重量%的至少三元醇;e-2)基于組分a至e的總重量計的0至2重量%的擴(kuò)鏈劑。生物可降解的聚酯膜可被用作例如地膜。特別是在透明的地膜中,對于此決定性的要求不僅是切口撕裂強(qiáng)度,而且還有對光照的穩(wěn)定性。黑色(用炭黑)地膜早已具有UV吸收效應(yīng),但是還能吸收熱輻射,因此,可獲得產(chǎn)率/產(chǎn)量提升的效果,至少對于特定的農(nóng)作物例如西瓜和玉米而言更高。WO2009/071475公開了基于例如聚乙烯的地膜,其包含作為穩(wěn)定劑的羥基苯基三嗪。在WO2009/071475中沒有明確記載生物可降解的聚酯膜?;谏锟山到獾木埘サ纳锟山到獾耐该鞯啬さ氖褂脡勖?僅兩周)通常過短,這取決于膜壁厚度,所述生物可降解的聚酯由脂族和/或芳族的二羧酸和脂族的二羥基化合物組成。諸如紫外吸收劑和HALS穩(wěn)定劑或其組合的光穩(wěn)定劑通常被推薦用于地膜的紫外穩(wěn)定。UV吸收劑通過濾除光中的紫外線部分而發(fā)揮作用,因此吸收光的能量被轉(zhuǎn)化為熱。HALS穩(wěn)定劑通過抑制聚合物中光氧化生成裂解產(chǎn)物的反應(yīng)而發(fā)揮作用。當(dāng)將所提及的活性成分組合時,獲得協(xié)同效果以抑制兩種不同的降解機(jī)理。對部分芳族聚酯(BASFSE)的研究已表明,單獨(dú)使用基于羥基苯基三嗪的紫外吸收劑如1577或?qū)⑵渑cHALS穩(wěn)定劑如111或基于苯甲酮的紫外吸收劑如3008結(jié)合的確產(chǎn)生了一定的穩(wěn)定效應(yīng),但對于透明的地膜、特別是在低壁厚時,這種穩(wěn)定效應(yīng)實(shí)質(zhì)上是不足的。這些地膜的切口撕裂強(qiáng)度也不能滿足要求,特別是對于薄的地膜(小于30微米)。因此,本發(fā)明的另一目的是提供生物可降解的、優(yōu)選透明的地膜,所述地膜具有在田野中(地面上)更長的使用壽命、更高的切口撕裂強(qiáng)度且同時在土壤中(地面下)具有最終降解。已發(fā)現(xiàn),所述目的通過一種聚酯混合物實(shí)現(xiàn),所述聚酯混合物除了含有本發(fā)明的組分i和ii之外,還包含UV吸收劑2-(4,6-雙-二苯基-4-基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-(2-乙基-正己氧基)苯酚,該聚酯混合物對于農(nóng)業(yè)應(yīng)用是特別有用的?,F(xiàn)在,將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。一般而言,本發(fā)明的生物可降解的聚酯混合物由作為組分i的任意聚酯I和作為組分ii的任意聚酯II獲得,其作為部分芳族聚酯是已知的,所述聚酯II基于脂族的和芳族的二羧酸及脂族的二羥基化合物。這些聚酯共有的特征在于其在DINEN13432的含義內(nèi)是生物可降解的。聚酯I和II的本質(zhì)區(qū)別在于脂族二羧酸a的鏈長。就本發(fā)明而言,部分芳香族聚酯(組分i和ii)還包括含有小部分的子結(jié)構(gòu)(sub-structure)諸如聚醚酯、聚酯酰胺、聚醚酯酰胺或聚酯氨基甲酸酯(polyesterurethanes)的聚酯衍生物。合適的部分芳族聚酯包括直鏈聚酯(WO92/09654)。優(yōu)選支鏈的和/或鏈增長的部分芳族聚酯。所述支鏈的部分芳族聚酯于上述引用的參考——WO96/15173至15176、21689至21692、25446、25448或WO98/12242——中可知,在此通過引用的方式明確納入本說明書中。不同的部分芳族聚酯的混合物也是有用的。令人關(guān)注的最新發(fā)展是基于可再生的原材料(參見WO-A2006/097353、WO-A2006/097354和WO-A2010/034710)。本發(fā)明的聚酯I和II優(yōu)選通過WO2009/127556中記載的方法獲得。該文獻(xiàn)中記載的方法是合適的,這是因為這種溫和的操作方法提供了將高粘度與低酸值結(jié)合的聚酯。低酸值是與二異氰酸酯有效反應(yīng)的先決條件,因此本發(fā)明的低MVR值以簡單和有條理的(methodical)的方式獲得。根據(jù)ENISO1133(190℃,2.16kg重),熔體體積速率(MVR)為0.5至6.0cm3/10分鐘、特別是0.8至5cm3/10分鐘的聚酯已被證明在結(jié)合了切口撕裂強(qiáng)度和抗穿透性的非常薄的膜的生產(chǎn)中是特別有用的?,F(xiàn)在將更詳細(xì)地闡述記載于WO2009/127556中的連續(xù)方法。例如,將1,4-丁二醇、癸二酸、對苯二甲酸和任選的其他組分(但非催化劑)的混合物混合以形成糊狀物或者,可選擇地,將二羧酸和二羥基化合物的液態(tài)酯以及任選的其他組分(但非催化劑)加入反應(yīng)器中,并1.在第一步中,將所述混合物連續(xù)酯化或者,分別地與全部或部分催化劑一起發(fā)生酯交換;2.在第二階段,如果催化劑還有剩余,將按照步驟1.)獲得的酯化/酯交換產(chǎn)物與剩余的催化劑一起進(jìn)行連續(xù)預(yù)濃縮——優(yōu)選在產(chǎn)物料流同向流過的降模式串聯(lián)的塔式反應(yīng)器中進(jìn)行且反應(yīng)蒸汽從反應(yīng)混合物中原位除去——至DIN53728粘度值為20至60mL/g;3.在第三階段,將由2.)獲得的產(chǎn)物連續(xù)縮聚——優(yōu)選在籠式反應(yīng)器中進(jìn)行——至DIN53728粘度值為70至130mL/g;4.在第四階段,將由3.)獲得的產(chǎn)物與擴(kuò)鏈劑在擠出機(jī)、LIST反應(yīng)器或靜態(tài)混合器中以逐步加成聚合反應(yīng)的方式進(jìn)行連續(xù)反應(yīng)直至DIN53728粘度值為160至250mL/g。記載于WO2009/127556中的連續(xù)方法提供了脂族-芳族聚酯,所述聚酯的DINEN12634酸值小于1.0mgKOH/g且粘度值大于130mL/g,以及ISO1133MVR不大于6cm3/10分鐘(190℃,2.16kg重)。所述聚酯I優(yōu)選具有以下構(gòu)成:a-1)基于組分a和b的總重量計的40至70重量%的脂族的C9-C18二羧酸或C9-C18二羧酸衍生物;b-1)基于組分a和b的總重量計的30至60重量%的對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿嵫苌?;c-1)基于組分a和b的總重量計的98至100重量%的C3-C6二醇;d-1)基于組分a和b的總重量計的0至2重量%的至少三元醇;e-1)基于組分a至e的總重量計的0至2重量%的擴(kuò)鏈劑。C9-C18的二羧酸(組分a-1)優(yōu)選為壬二酸、癸二酸、十三烷二酸、C181,18-二羧酸或其相應(yīng)的二羧酸衍生物。癸二酸及其衍生物作為組分a-1是特別有用的?,F(xiàn)有的上述二羧酸由可再生原料獲得。脂族的二羧酸(a)和對苯二甲酸(b)可作為游離酸或以成酯衍生物的形式使用。有用的成酯衍生物特別包括二(C1-C6烷基)酯,例如二甲基、二乙基、二正丙基、二異丙基、二正丁基、二異丁基、二叔丁基、二正戊基、二異戊基或二正己基酯。也可使用二羧酸的酸酐。所述二羧酸或其成酯衍生物可單獨(dú)地或以混合物的形式使用。通常,在縮聚開始時,二醇(c)可相對于二元酸(a和b)進(jìn)行調(diào)整,使得二醇與二元酸的比值在1.0至2.5:1的范圍內(nèi),優(yōu)選在1.3至2.2:1的范圍內(nèi)。在聚合反應(yīng)期間回收過量的二醇,因此在聚合反應(yīng)結(jié)束時建立大約等摩爾的比率?!按蠹s等摩爾”意指二醇/二元酸的比值范圍為0.98至1.0:1。有用的至少三元醇(d)包括,例如:1,1,1-三羥甲基丙烷、1,1,1-三羥甲基乙烷、季戊四醇、聚醚三醇且特別是丙三醇。組分d可用來制備具有結(jié)構(gòu)粘度的生物可降解的聚酯i。熔體流變性能在此方面有所改進(jìn):使生物可降解的聚酯的處理變得更容易,例如更容易通過熔體固化引入自支撐膜/板。擴(kuò)鏈劑e是多官能的且特別是雙官能的異氰酸酯、異氰脲酸酯、噁唑啉、羧酸酸酐或環(huán)氧化合物。術(shù)語“環(huán)氧化合物”應(yīng)理解為意指特別是基于苯乙烯、丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯的含環(huán)氧基的共聚物。帶有環(huán)氧基團(tuán)的單元優(yōu)選為(甲基)丙烯酸縮水甘油酯。共聚物中甲基丙烯酸縮水甘油酯的含量大于20重量%、更優(yōu)選大于30重量%且甚至更優(yōu)選大于50重量%的共聚物被發(fā)現(xiàn)是特別有利的。這些聚合物中的環(huán)氧當(dāng)量(EEW)范圍優(yōu)選為150至3000g/當(dāng)量,更優(yōu)選為200至500g/當(dāng)量。聚合物的重均分子量Mw的范圍優(yōu)選為2000至25000且特別為3000至8000。聚合物的數(shù)均分子量Mn的范圍優(yōu)選為400至6000,且特別為1000至4000。多分散性(Q)通常在1.5和5之間。上述類型的含環(huán)氧基的共聚物是市售可得的,例如購自BASFResinsB.V.的商標(biāo)名為ADR下的產(chǎn)品。ADR4368作為擴(kuò)鏈劑是特別有用的。有用的雙官能擴(kuò)鏈劑e包括以下化合物:芳族的二異氰酸酯特別包括:甲苯2,4-二異氰酸酯、甲苯2,6-二異氰酸酯、2,2’-二苯基甲烷二異氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、亞萘基1,5-二異氰酸酯或亞二甲苯基二異氰酸酯。在這些之中,特別優(yōu)選2,2’-、2,4’-和4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯。通常,較后的二異氰酸酯作為混合物使用。所述二異氰酸酯還可包括少量(例如最高達(dá)5%重量,基于總重量計)的脲硫酮基團(tuán)(urethionegroups),例如用于封端異氰酸酯基團(tuán)。本文中的術(shù)語“脂族二異氰酸酯”特別是指具有2至20個碳原子、優(yōu)選3至12個碳原子的直鏈或支鏈的亞烷基二異氰酸酯或環(huán)亞烷基二異氰酸酯,例如1,6-六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯或亞甲基雙(4-異氰酸基環(huán)己烷)。特別優(yōu)選的脂族二異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯且特別是1,6-六亞甲基二異氰酸酯。優(yōu)選的異氰脲酸酯包括衍生自具有2至20個碳原子、優(yōu)選3至12個碳原子的亞烷基二異氰酸酯或環(huán)亞烷基二異氰酸酯的脂族異氰脲酸酯,例如異佛爾酮二異氰酸酯或亞甲基雙(4-異氰酸基環(huán)己烷)。此處,亞烷基二異氰酸酯可為直鏈的或支鏈的。特別優(yōu)選基于正六亞甲基二異氰酸酯的異氰脲酸酯,例如1,6-六亞甲基二異氰酸酯的環(huán)狀的三聚體、五聚體或更高的低聚物。2,2’-雙噁唑啉通常通過來自Angew.Chem.Int.Ed.,Vol.11(1972),第287-288頁的方法獲得。特別優(yōu)選的雙噁唑啉為其中的R1為單鍵、(CH2)z亞烷基的那些基團(tuán),其中z=2、3或4,例如亞甲基、1,2-乙二基、1,3-丙二基、1,2-丙二基或亞苯基。特別優(yōu)選的雙噁唑啉為:2,2’-雙(2-噁唑啉)、雙(2-噁唑啉基)甲烷、1,2-雙(2-噁唑啉基)乙烷、1,3-雙(2-噁唑啉基)丙烷或1,4-雙(2-噁唑啉基)丁烷,特別是1,4-雙(2-噁唑啉基)苯、1,2-雙(2-噁唑啉基)苯或1,3-雙(2-噁唑啉基)苯。聚酯I的數(shù)均分子量(Mn)的范圍通常為5000至100000g/mol,特別為10000至75000g/mol,優(yōu)選15000至50000g/mol;它們的重均分子量(Mw)的范圍通常為30000至300000g/mol,優(yōu)選為60000至200000g/mol;并且它們的Mw/Mn的比值范圍通常為1至6,優(yōu)選為2至4。其粘度值在30和450g/mL之間,優(yōu)選在50至400g/mL的范圍內(nèi)(在鄰二氯苯/苯酚的重量比為50:50中測得)。其熔點(diǎn)的范圍為85至150℃,優(yōu)選為95至140℃。根據(jù)ENISO1133(190℃,2.16kg重),聚酯I通常具有0.5至10.0cm3/10分鐘且優(yōu)選0.8至5cm3/10分鐘的熔體體積速率(MVR)。聚酯II具有以下組成:a-2)基于組分a和b的總重量計的40至70重量%的脂族的C4-C6二羧酸或C4-C6二羧酸衍生物;b-2)基于組分a和b的總重量計的30至60重量%的對苯二甲酸或?qū)Ρ蕉姿嵫苌?;c-2)基于組分a和b的總重量計的98至100重量%的C3-C6二醇;d-2)基于組分a和b的總重量計的0至2重量%的至少三元醇;e-2)基于組分a至e的總重量計的0至2重量%的擴(kuò)鏈劑。所述聚酯II和聚酯I之間的本質(zhì)區(qū)別在于二羧酸(組分a)的鏈長。二羧酸組分a-2的鏈比二羧酸組分a-1的短。C4-C6二羧酸指的是丁二酸、戊二酸以及特別優(yōu)選的己二酸?,F(xiàn)有的二羧酸丁二酸和己二酸可由可再生原料獲得。其余的聚酯II組分b-2、c-2、d-2和e-2的定義對應(yīng)于上述聚酯I中給出的b-1、c-1、d-1和e-1的定義。聚酯II由例如上述方法獲得。任選地,聚酯II是使用少量或沒有擴(kuò)鏈劑e而獲得的。還可在上述的已知于WO2009/127556的方法中建立更溫和的反應(yīng)條件或更短的反應(yīng)時間,以便實(shí)現(xiàn)ENISO1133(190℃,2.16kg重)熔體體積速率(MVR)為例如0.5至10.0cm3/10分鐘。更具體而言,部分芳族聚酯II為聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二酯)。(PBAT)。市售的PBAT產(chǎn)品例如F(BASFSE)和Bio、(Novamont)為優(yōu)選的聚酯II。特別地,當(dāng)聚酯I在本發(fā)明的聚酯混合物中形成連續(xù)相或共連續(xù)相時,獲得在土壤中改進(jìn)的生物可降解性,特別是聚酯I與聚酯II的混合比為如下時:聚酯混合物包含以組分i和ii計的71至91重量%、更優(yōu)選80至90重量%的聚酯I,及以組分i和ii計的9至29重量%、更優(yōu)選10至20重量%的聚酯II。在所述混合比中,本發(fā)明的聚合物混合物顯示出比各自單獨(dú)的組分(即聚酯I和聚酯II)改進(jìn)的DINENISO17556土壤生物可降解性。將聚酯II加入本發(fā)明的混合物中還導(dǎo)致在抗穿透性方面的改進(jìn)。該效果在向聚酯混合物中額外添加5至25重量%(基于聚酯混合物的總重量計)的聚乳酸時特別顯著。采用包含聚酯I、聚酯II以及以聚合物混合物總重量計的10至35重量%的填料的聚合物混合物觀察到優(yōu)異的切口撕裂強(qiáng)度和高的抗穿透性,所述聚酯I的ENISO1133(190℃,2.16kg重)熔體體積流率(MVR)為0.5至2.0cm3/10分鐘,所述聚酯II的ENISO1133(190℃,2.16kg重)熔體體積流率(MVR)為2.5至10.0cm3/10分鐘,所述填料為例如優(yōu)選碳酸鈣和滑石。因此,所述聚酯混合物還可包含其他成分。在下文中,所述包括全部其他成分的聚酯混合物指的是聚合物混合物。可使用例如10至25重量%、優(yōu)選10至20重量%且更優(yōu)選12至28重量%的碳酸鈣,基于聚合物混合物的總重量計。購自O(shè)mya的碳酸鈣證明是尤其適合的。碳酸鈣的平均粒徑范圍通常為0.5至10微米,優(yōu)選1至5微米,更優(yōu)選1至2.5微米??墒褂美?至15重量%、優(yōu)選5至10重量%且更優(yōu)選5至8重量%的滑石,基于聚合物混合物的總重量計。購自MondoMinerals的滑石是尤其適合的。滑石的平均粒徑通常為0.5至10微米,優(yōu)選1至8微米,更優(yōu)選1至3微米。除填料碳酸鈣和滑石之外,存在的其他礦物質(zhì)可為:石墨、石膏、炭黑、氧化鐵、氯化鈣、高嶺土、二氧化硅(石英)、碳酸鈉、二氧化鈦、硅酸鹽、硅灰石、云母、蒙脫石、礦物纖維和天然纖維。天然纖維通常為纖維素纖維、洋麻纖維、大麻纖維、木粉或馬鈴薯皮。優(yōu)選使用以聚合物混合物計的1至20重量%的天然纖維。包含填料碳酸鈣和滑石的礦物質(zhì)還可以納米填料的形式使用。所述納米填料特別為細(xì)分散的片狀硅酸鹽,優(yōu)選黏土礦物且更優(yōu)選含有蒙脫石的黏土礦物,其表面用一種或多種季銨鹽和/或磷鹽和/或硫鹽修飾。優(yōu)選的黏土礦物為天然蒙脫石和膨潤土??傊?,聚酯混合物可包含例如10至35重量%的填料,基于聚合物混合物的總重量計。在一個優(yōu)選的實(shí)施方案中,還可將選自以下的其他聚合物添加至所述聚酯混合物中:聚乳酸(PLA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚羥基鏈烷酸酯、淀粉或由脂族二羧酸和脂族二羥基化合物制備的聚酯。優(yōu)選添加5至25重量%、更優(yōu)選6至12重量%的聚乳酸,基于聚合物混合物的總重量計。優(yōu)選使用具有以下范圍特性的PLA:·ENISO1133(190℃,2.16kg重)熔體體積流率(MVR)為0.5至2.0cm3/10分鐘、特別是2至40cm3/10分鐘;·熔點(diǎn)低于240℃;·玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)高于55℃;·含水量低于1000ppm;·剩余(交酯)單體含量低于0.3%;·分子量大于80000道爾頓。優(yōu)選的聚乳酸的實(shí)例為8052D、6201D、6202D、6251D、3051D且特別是4020D、4032D或4043D聚乳酸(購自NatureWorks)。按照所述的量加入PLA后,在由該聚合物混合物獲得的聚酯膜的性能(抗穿透性和切口撕裂強(qiáng)度)方面提供進(jìn)一步明顯的改進(jìn)。也可使用易于流動和更粘的PLA的混合物。還可優(yōu)選使用5至45重量%的脂族聚酯,基于聚合物混合物的總重量計。術(shù)語“脂族聚酯”還包括由脂族二醇和脂族二羧酸形成的聚酯,例如聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)、聚丁二酸己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚丁二酸癸二酸丁二醇酯(PBSSe)、聚癸二酸丁二醇酯(PBSe)或具有聚酯酰胺或聚酯氨基甲酸酯子結(jié)構(gòu)的相應(yīng)聚酯。脂族聚酯例如通過ShowaHighpolymers和Mitsubishi公司在各自的商品名為Bionolle和GSPla下市售。更多的最新進(jìn)展記載在WO-A2010/034711中。發(fā)現(xiàn)當(dāng)將10至35重量%(基于聚合物混合物的總重量計)的聚羥基鏈烷酸酯或淀粉添加至聚酯膜中有相似的效果。聚羥基鏈烷酸酯主要為聚-4-羥基丁酸酯和聚-3-羥基丁酸酯,以及上述的聚羥基丁酸酯與3-羥基戊酸酯、3-羥基己酸酯和/或3-羥基辛酸酯的共聚酯。聚-3-羥基丁酸酯例如由PHBIndustrial以商標(biāo)名為和Tianan以商標(biāo)名為進(jìn)行銷售。特別地,聚(3-羥基丁酸酯-共-4-羥基丁酸酯)已知于Metabolix。它們以商標(biāo)名為進(jìn)行銷售。聚(3-羥基丁酸酯-共-3-羥基己酸酯)已知于P&G或Kaneka。聚(3-羥基丁酸酯-共-3-羥基己酸酯)通常具有基于聚羥基鏈烷酸酯計的1至20mol%且優(yōu)選3至15mol%的3-羥基己酸酯。所述聚羥基鏈烷酸酯的分子量Mw的范圍通常為100000至1000000,優(yōu)選為300000至600000。所述淀粉還包括直鏈淀粉;熱塑化應(yīng)理解為表面修飾(參見EP-A937120、EP-A947559、EP-A965615)或者用增塑劑例如甘油、山梨醇或水進(jìn)行熱塑化(參見EP-A539541、EP-A575349、EP-A652910)。包含以聚合物混合物的總重量計的10至35重量%的熱塑性或非熱塑性淀粉的本發(fā)明的聚合物混合物不僅具有有效的土壤降解性還具有良好的機(jī)械性能(例如特別是高切口撕裂強(qiáng)度)。因此,這些含淀粉的混合物任選地與含填料聚合物混合物結(jié)合對于上述含填料混合物(含鈣和/或滑石)而言是令人關(guān)注的替代方案。本發(fā)明的聚酯膜還可包含本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他添加劑,例如在塑料技術(shù)中常規(guī)加入的材料,例如穩(wěn)定劑;成核劑;潤滑和脫模劑,例如硬脂酸鹽(特別是硬脂酸鈣);增塑劑,例如檸檬酸酯(特別是乙酰檸檬酸三丁酯)、甘油酸酯如三乙?;视突蛞叶佳苌铮槐砻婊钚詣?,例如聚山梨醇酯、棕櫚酸酯或月桂酸酯;蠟,例如芥酸酰胺、硬脂酰胺或山崳酸酰胺、蜂蠟或蜂蠟酯;抗靜電劑;UV吸收劑;UV穩(wěn)定劑;防霧劑或染料。添加劑的用量濃度為0至2重量%,特別是0.1至2重量%,基于本發(fā)明的聚酯膜計。本發(fā)明的聚酯膜中存在的增塑劑可為0.1至10重量%。對于UV吸收劑,優(yōu)選使用0.1至1.5重量%且更優(yōu)選0.5至1.2重量%的2-(4,6-雙-二苯基-4-基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-(2-乙基-正己氧基)苯酚,基于聚合物混合物的總重量計。所述UV吸收劑的制備和性質(zhì)已知于WO2009/071475中。在此通過引用的方式將WO2009/071475明確地納入本文中。聚合物混合物——特別是含有聚乳酸的混合物——中還可引入0至1重量%、優(yōu)選0.01至0.8重量%且更優(yōu)選0.05至0.5重量%(基于成分i至vi的總重量計)的含環(huán)氧基的共聚物,所述含環(huán)氧基的共聚物基于苯乙烯、丙烯酸酯和/或甲基丙烯酸酯。帶有環(huán)氧基的單元優(yōu)選為(甲基)丙烯酸縮水甘油酯。發(fā)現(xiàn)共聚物中甲基丙烯酸縮水甘油酯的含量大于20重量%、更優(yōu)選大于30重量%且甚至更優(yōu)選大于50重量%的共聚物是特別有利的。這些聚合物中環(huán)氧當(dāng)量(EEW)的范圍優(yōu)選為150至3000g/當(dāng)量,更優(yōu)選為200至500g/當(dāng)量。聚合物的重均分子量Mw的范圍優(yōu)選為2000至25000,且特別為3000至8000。聚合物的數(shù)均分子量Mn的范圍優(yōu)選為400至6000,且特別為1000至4000。多分散性(Q)通常在1.5和5之間。上述類型的含環(huán)氧基的共聚物是市售可得的,例如購自BASFResinsB.V.的商標(biāo)名為ADR下的產(chǎn)品。ADR4368是特別適合的。特別地,在含PLA的聚酯混合物中使用組分v。一個優(yōu)選的實(shí)施方案旨在針對具有以下組分的生物可降解的聚酯混合物:i)基于組分i和ii計的71至91重量%、優(yōu)選80至90重量%的聚酯I;ii)基于組分i和ii計的9至29重量%、優(yōu)選10至20重量%的聚酯II;iii)基于組分i至vi的總重量計的0至25重量%、優(yōu)選10至25重量%的碳酸鈣;iv)基于組分i至vi的總重量計的0至15重量%、優(yōu)選3至10重量%的滑石;v)基于組分i至vi的總重量計的0至50重量%、優(yōu)選5至45重量%的一種或多種選自以下的聚合物:聚乳酸、聚己內(nèi)酯、聚羥基鏈烷酸酯、淀粉或由脂族二羧酸和脂族二羥基化合物制備的聚酯;特別優(yōu)選基于組分i至vi的總重量計的范圍為5至25重量%的聚乳酸;vi)基于組分i至vi的總重量計的0至2重量%、優(yōu)選0.1至1.5重量%的一種或多種以下的物質(zhì):穩(wěn)定劑、成核劑、潤滑和脫模劑、表面活性劑、蠟、抗靜電劑、防霧劑、染料、顏料、UV吸收劑、UV穩(wěn)定劑或其他塑料添加劑,特別優(yōu)選UV吸收劑2-(4,6-雙-二苯基-4-基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-(2-乙基-正己氧基)苯酚。就本發(fā)明而言,根據(jù)DINENISO17556,當(dāng)聚合物混合物在2年內(nèi)的降解百分比不小于90%時,即滿足“土壤中生物可降解的”特性。此外,需要檢測所用產(chǎn)品的生態(tài)毒理學(xué)(eco-toxicology),并符合重金屬的限度(參見Vicotte的“okbiodegradablesoil”認(rèn)證)。土壤中最終的有氧生物降解性可通過測量呼吸器中的需氧量或產(chǎn)生的二氧化碳的量(相對于纖維素的絕對量或相對量)而測出。生物可降解性的一般效應(yīng)為在合適的和可論證的期間內(nèi)將聚酯或聚酯混合物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和生物質(zhì)。降解可酶促、水解、氧化和/或通過曝露于電磁輻射(例如UV輻射)下發(fā)生,并且主要是由于微生物如細(xì)菌、酵母、真菌和藻類的作用。生物可降解性對于可堆肥性的意義在于可定量,例如,通過將聚酯與堆肥混合并貯存一段時間。例如根據(jù)DINEN13432(其參考ISO14855),在堆肥過程中使無CO2的空氣流過熟化的堆肥并使熟化的堆肥經(jīng)受預(yù)定的溫度程序。此處,生物可降解性定義為由樣品釋放的凈CO2(在扣除無樣品時堆肥釋放的CO2后)與樣品可釋放的最大量的CO2(按樣品碳含量計)的比率,以生物降解的百分?jǐn)?shù)表示。生物可降解的聚酯/聚酯混合物在堆肥僅幾天后,通常顯示出明顯的降解信號,例如真菌生長、開裂和洞化。確定生物可降解性的其他方法例如記載于ASTMD5338和ASTMD6400-4中。在開始時提及的生物可降解的聚酯混合物在網(wǎng)狀物和織物、管式膜、冷卻輥膜的生產(chǎn)中都是有用的,而不管是否有進(jìn)一步的操作,是否金屬化或SiOx包覆。開始定義的包含組分i)至vi)的聚酯混合物對于管式膜和拉伸包裝膜而言是特別有用的。此處可能的應(yīng)用為底折袋(bottomgussetbags)、側(cè)縫袋、握持手提袋、收縮標(biāo)簽或背心式手提袋、襯里、重型袋(heavy-dutybags)、冷凍袋、堆肥袋、農(nóng)用膜(地膜)、食品包裝薄膜袋、可剝落的封膜—透明或不透明、可熔封膜—透明或不透明、腸衣、沙拉膜、用于蔬菜和水果或者肉類和魚類的保鮮膜(拉伸包裝膜)、用于包裝托盤的拉伸包裝膜、用于網(wǎng)狀物的膜、用于小吃、糖果棒和穆茲利棒(muesli)的包裝膜、用于乳品(酸奶酪、奶油等)包裝或水果和蔬菜的可剝落的蓋膜(lidfilm)、用于熏腸和奶酪的半固包裝。由包含組分i)至vi)的聚酯混合物擠出的單層或多層的管式膜、流延膜或擠壓膜比由不含組分ii)至v)的混合物擠出的膜的切口撕裂強(qiáng)度明顯更高(根據(jù)ENISO6383-2:2004)。切口撕裂強(qiáng)度是非常重要的產(chǎn)品特性,特別是在薄(管狀的)膜用于例如生物廢物袋或薄壁載物袋(例如背心式載物袋、水果袋)的領(lǐng)域。切口撕裂強(qiáng)度對于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的地膜而言也是非常重要的。包含組分i)至vi)的聚酯混合物對于泡沫應(yīng)用例如土壤通氣、苗木的花盆或花托而言也是有用的。包含UV吸收劑(vi)2-(4,6-雙-二苯基-4-基-1,3,5-三嗪-2-基)-5-(2-乙基-正己氧基)苯酚的聚酯膜對于戶外領(lǐng)域例如土木建筑且特別是農(nóng)用產(chǎn)品(agriproduct)的應(yīng)用而言是更加特別有用的。所述農(nóng)用產(chǎn)品為地膜、覆蓋膜、料倉膜、縱切薄膜袋(slitfilmtapes)、機(jī)織織物、非織造布、夾子、紡織品、線材、漁網(wǎng)、二次包裝如——用于例如泥炭、肥料、水泥、農(nóng)作物保護(hù)劑、種子的——重質(zhì)包裝袋或花盆。農(nóng)產(chǎn)品通常暴露在風(fēng)吹雨打,特別是太陽光中。不得不將其穩(wěn)定以確保在田野中一定的使用壽命。相關(guān)性能的測定:部分芳族聚酯的分子量Mn和Mw按照DIN55672-1確定,用六氟異丙醇(HFIP)+0.05重量%的三氟乙酸鉀進(jìn)行洗脫。使用窄分布的聚甲基丙烯酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)物進(jìn)行標(biāo)定。粘度值按照DIN53728第3部分,January3,1985,毛細(xì)管測粘法確定。使用M-II型烏氏粘度計(Ubbelohdemicroviscometer)。使用的溶劑為50/50(w/w)的苯酚/鄰二氯苯。使用所述方法以確定MVR(詳細(xì)數(shù)據(jù)/差值,根據(jù)ENISO1133(190℃,2.16kg重)進(jìn)行測量)。根據(jù)ENISO6383-2:2004,切口撕裂強(qiáng)度是采用Pro撕裂儀(ProTearinstrument)在恒定半徑(43mm的撕裂長度)的試樣上經(jīng)由Elmendorf測試確定。彈性模量和斷裂伸長率是在厚度約為30μm的吹塑薄膜上進(jìn)行ISO527-3拉伸測試而確定的。ASTMD1709落錘測試方法A用于對30μm厚的膜進(jìn)行測試,以確定落錘到達(dá)膜上至穿過膜所需的最大能量。該能量以從某一高度跌落在薄膜上并導(dǎo)致50%破損的落錘的重量(以g為單位)表示(參見附錄ASTM)。生物可降解聚酯混合物和對比混合物的降解率按照DINENISO17556(12.01.2012)確定:在需氧生物降解中,物質(zhì)通過微生物活性轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和生物質(zhì)。此處描述的測試方法可定量追蹤聚合物樣品在土壤中的生物降解性。培養(yǎng)液由用2mm的篩網(wǎng)除去粗糙成分之后的天然土壤的混合物構(gòu)成。培養(yǎng)液的水含量調(diào)整為土壤混合物的最大保水量為40至60%。pH值為6和8之間,更特別是等于7.2。將聚合物樣品(粉末)與培養(yǎng)液直接混合(每500g土壤中1g聚合物)并置于反應(yīng)器中。所述反應(yīng)器不僅包括用于吸收產(chǎn)生的二氧化碳的氫氧化鉀溶液的容器,還包括用于防止土壤干燥的盛水容器。將反應(yīng)器密封不漏氣,并存放于25℃的暗處。通過滴定法測定產(chǎn)生的二氧化碳的量。每次滴定之后,更新氫氧化鉀溶液,并混合土壤,而且如果需要,潤濕土壤。生物降解性由產(chǎn)生的二氧化碳的量計算得出。為此,僅需允許背景排放(backgroundemission)(沒有聚合物樣品的培養(yǎng)液產(chǎn)生的二氧化碳:空白試驗),并獲知聚合物樣品的總的有機(jī)碳(TOC)含量。I.使用的材料:i-1聚(癸二酸丁二醇酯-共-對苯二甲酸)首先,將對苯二甲酸二甲酯(70.11kg)、1,4-丁二醇(90.00kg)、甘油(242.00g)、鈦酸丁酯(TBOT)(260.00g)和癸二酸(82.35kg)裝入250L的罐中,并且該裝置用氮?dú)獯祾?。蒸餾除去甲醇,直到內(nèi)部溫度達(dá)到200℃。冷卻至約160℃后,將混合物在最高達(dá)250℃的內(nèi)部溫度下真空(<5毫巴)濃縮。冷卻至室溫即獲得所需的粘度。預(yù)聚酯的粘度值為80mL/g。擴(kuò)鏈反應(yīng)在安裝有Rheomix600的Rheocord9000哈克捏合機(jī)中進(jìn)行。所述預(yù)聚酯在220℃下熔化,并通過逐滴添加將該熔體與以聚酯I計的0.9重量%的HDI(六亞甲基二異氰酸酯)混合。通過觀察扭矩變化跟蹤反應(yīng)進(jìn)度。達(dá)到最大扭矩后冷卻所述反應(yīng)混合物,然后移出并表征擴(kuò)鏈后的生物可降解聚酯。聚酯i-1的MVR為1.0cm3/10分鐘。i-2聚(癸二酸丁二醇酯-共-對苯二甲酸)以與實(shí)施例1相同的方法制備預(yù)聚酯,并且與0.3重量%的HDI(六亞甲基二異氰酸酯)混合。聚酯i-2的MVR為4.6cm3/10分鐘。ii-1聚(己二酸丁二醇酯-共-對苯二甲酸)為了制備ii-1,將87.3kg的對苯二甲酸二甲酯、80.3kg的己二酸、117kg的1,4-丁二醇和0.2kg的甘油與0.028kg的鈦酸丁酯(TBOT)一起混合,所述醇組分和酸組分的摩爾比為1.30。將反應(yīng)混合物加熱至180℃,并于此溫度下反應(yīng)6h。隨后升溫至240℃,并將過量的二羥基化合物真空蒸餾3h。之后,于240℃下將0.9kg的六亞甲基二異氰酸酯在1h內(nèi)逐漸計量加入。由此獲得的聚酯ii-1的熔點(diǎn)為119℃,MVR為3.1cm3/10分鐘。iii-1)購自O(shè)MYA的型號為“Omyafilm764OM”的碳酸鈣iv-1)購自MondoMinerals的型號為“MicrotalkITextra”的滑石v-1)購自NatureworksLLC的4043D聚乳酸(PLA)vi-1)A批:聚酯ii-1中20重量%的JoncrylADR4368的母料(masterbatches)(其制備見EP-A1838784)II.配混將實(shí)施例1至4和對比實(shí)施例V1至V3a的聚合物混合物按照表1和2記錄的定量比進(jìn)行混合,并在L/D為44并有11個區(qū)段的CoperionZSK40MC擠出機(jī)上進(jìn)行配混。筒溫為180和210℃之間,熔融溫度為240和270℃之間。將組分i-1、ii-1、任選的v-1和vi-1冷喂料(cold-fed)至區(qū)段1,將組分iii-1任選地側(cè)喂料(side-fed)至區(qū)段8,并且將組分iv-1任選地側(cè)喂料至區(qū)段5。適當(dāng)?shù)貎?yōu)化用于復(fù)合的螺桿速度、生產(chǎn)量和所有其他的工藝參數(shù)。III.薄膜生產(chǎn)吹塑薄膜線管式膜生產(chǎn)線采用具有30mm的螺桿并裝配有平滑的進(jìn)料區(qū)和三區(qū)螺桿的長度為25D的擠出機(jī)進(jìn)行操作。所述進(jìn)料區(qū)在最大生產(chǎn)量時用10至15kg/h的冷水進(jìn)行冷卻。區(qū)段溫度的選擇應(yīng)使得熔融溫度在170和190℃之間。??跍囟鹊姆秶鸀?60至180℃。??谥睆綖?0mm,??趯挾葹?.8mm。3.5:1的膨脹率導(dǎo)致管式膜產(chǎn)生寬度為約440mm的平臺。IV.結(jié)果表1通過產(chǎn)生的二氧化碳根據(jù)DINENISO17556測量的研磨的聚合物粉末的土壤降解*118天之后的降解結(jié)果,按照DINENISO17556第18頁記載的條件(僅以更小的粒度)下進(jìn)行。表1示出,根據(jù)DINENISO17556,聚酯I和聚酯II以及聚酯I和II的混合物在土壤中的降解。然而,在土壤中,純聚酯I于120天后顯示出42.4%的降解,而純聚酯II幾乎沒有降解。更加令人驚訝的是,在土壤中,90重量%的聚酯I和10重量%的聚酯II的本發(fā)明混合物(實(shí)施例1)實(shí)際上比純的聚酯I降解得更快。此外,可見聚酯II的分?jǐn)?shù)達(dá)50重量%時,該降解值大于算術(shù)上預(yù)期的最大降解值(即,混合物中聚酯I的聚酯I[VI]*部分的降解),但是卻不大于聚酯I的降解值。對于本發(fā)明的聚合物混合物而言,存在令人驚訝的協(xié)同降解行為。表2:通過產(chǎn)生的二氧化碳根據(jù)DINENISO17556測量的研磨的聚合物粉末的土壤降解實(shí)施例2V1-a纖維素(參照)i-1[重量%]52.571.5i-2[重量%]--ii-1[重量%]19-ii-1比例*26.60iii-1[重量%]1414iv-1[重量%]66v-1[重量%]88vi-1[重量%]0.50.5粒度<100μm180天后的降解58.30%45.50%86.2%*組分ii-1在組分i和ii的總重量中所占的比例。與聚酯II相比,聚酯I具有良好的土壤降解性。更讓人驚訝的是,本發(fā)明的聚酯I與聚酯II的混合物在土壤中的降解比聚酯I明顯更快,因此,本發(fā)明混合物具有比兩種單獨(dú)組分的任一種更優(yōu)異的土壤可降解性。表3:厚度為30μm的膜的切口撕裂強(qiáng)度和落錘實(shí)驗*組分ii-1在組分i和ii的總重量中所占的比例。試驗表明,加入聚酯II(見V2-a)具有非常好的抗穿透性(落錘),而加入聚酯I(見V1-b)具有非常好的切口撕裂強(qiáng)度。本發(fā)明的聚酯混合物(參見實(shí)施例3至5)既具有非常好的切口撕裂強(qiáng)度又具有良好的抗穿透性(落錘)。
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