[发明专利]具有纳米结构特征的可生物降解共混物和膜

说明书

发明领域

本发明涉及一种可生物降解的聚合物组合物的物质，所述物质不来自基于食物的资源。特别地，本发明涉及一种二氧化碳衍生聚合物、热塑性纤维素衍生物和热塑性增容剂的三元共混物（tertiary blend），其可被熔融加工成柔韧性膜。

背景

由于增长的环境影响意识和基于化石的石化资源的枯竭，基于环境友好和可持续的材料来开发产品正在变成当今市场的重要因素。提供环境可持续的热塑性膜材料的方法之一是开发替代配方，所述配方可以向该膜中加入更多的基于非食物的可生物降解或可再生的材料。例如，可用热塑性纤维素材料制造热塑性膜，所述热塑性膜显示均衡的机械性能以应对石化资源的枯竭和原油价格的上浮或波动。由热塑性纤维素材料制成的常规膜已显示相对不良的性能品质。它们倾向于在热塑性加工中具有低的弹性和窄的温度窗口，这导致可用该膜的应用范围受到限制。比如，要解决的问题是需要开发一种具有增强的柔韧性的热塑性膜组合物。

发明概述

本发明在某种程度上描述了一种具有三元共混物的热塑性材料组合物，所述三元共混物为约1wt％到约95%wt%的聚碳酸亚烃酯（PAC）、约95wt%到约1wt%的热塑性纤维素（TPC）衍生物和约1wt%到约20wt%的聚羟基烷酸酯（PHA）增容剂。所得的热塑性材料表现出更高度的延展性和强度，这比聚碳酸亚烃酯（PAC）分别或单独与热塑性纤维素（TPC）衍生物或聚羟基烷酸酯（PHA）增容剂二者中的仅一种组成的二元混合物要更高。换言之，该三元共混物（PAC+TPC+PHA）可产生更好的物理性能，并且当单独加入到PAC中时其本身好于二元共混物中的任一个（PAC+TPC，或PAC+PHA）。

所述组合物可以被熔融加工为薄膜。通常地，基于聚碳酸亚烃酯和热塑性纤维素的共混物表现出低的延展性和低的坚韧性。然而，如所述膜材料的抗拉强度试验所证明的，本发明通过加入少量的增容剂，使该共混膜（blended film）显示出延展性和约化模量（reduced modulus）显著增加。本发明的膜使用两种基于非食物的可生物降解的聚合物作为膜的组分，使人们能够制造具有环境可持续益处的膜。本组合物预料之外的效果是各自具有相对低的延展性的单个材料的组合可产生比原始材料更加柔韧的材料。认为PAC和纤维素材料在增容剂的存在下，形成了更好或更细的聚合物相的分散（即PAC相或热塑性纤维素之一），成为纳米级的分散结构形态。

一般而言，根据本发明，所述热塑性材料组合物具有如下主要组分的共混物：a）约1wt%到约95wt%的聚碳酸亚烃酯和b）约95wt%到约1wt%的热塑性纤维素衍生物；和约1wt%到约20wt%的聚羟基烷酸酯（PHA）增容剂。所述聚碳酸亚烃酯的存在量为约10~90wt%，所述热塑性纤维素衍生物的存在量为约90~10wt%。所述聚碳酸亚烃酯可以为CO₂和烯烃氧化物的催化共聚合反应的产物。在特定的实施方式中，所述聚碳酸亚烃酯可以为聚碳酸丙烯酯、聚碳酸乙烯酯、聚碳酸丁烯酯，等等。所述热塑性纤维素衍生物可以为纤维素酯、纤维素醚或纤维素烷酸酯或羧基-烷基纤维素。所述纤维素烷酸酯具有两个或更多的不同的烷酸酯基。在特定的实施方式中，所述纤维素烷酸酯为纤维素乙酸丁酸酯。所述聚羟基烷酸酯（PHA）增容剂为：聚（3-羟基-丁酸酯）（PHB）、聚（3-羟基-丁酸酯-共-3-羟基-戊酸酯）（PHBV）、聚（3-羟基-丁酸酯-共-4-羟基-丁酸酯）、聚（3-羟基-丁酸酯-共-3-羟基-己酸酯）、聚（3-羟基-丁酸酯-共-3-羟基-辛酸酯），以及PHA共聚物或三聚物（terpolymer）的同系物，或它们的组合物。当所述组合物形成材料体（material body）时，表现出带状（ribbon-like）的纳米结构特征，该结构特征由均匀地分散在所述聚碳酸亚烃酯或所述热塑性纤维素衍生物之一的多数相中的少数相材料构成，二者中的任一个在共混物的多数组分的连续相中作为少数种类而存在。

供选择地，本发明涉及一种包含由三元组分共混物形成的膜的吸收制品或保健产品。所述膜可以是所述吸收制品的内部挡板或外部覆盖物的部分，所述吸收制品可以为个人卫生用品、女性护理产品、尿布、训练裤、或成人失禁产品。在另一种实施方式中，所述膜可被用作包装膜。