[发明专利]聚合物/生物实体合金的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及石化工业衍生的和/或生物来源的聚合物材料的制备方法，在聚合物材料的组成中含有生物实体，其选自能够使其降解的酶和微生物。

背景技术

近些年来，特别是在塑料领域，聚合物材料已被密集使用。这种普遍的密集使用已由环境中积聚的塑料反映出，这是视觉滋扰、废地丛生以及土壤和海洋介质的污染的根源。由于聚合物材料本身固有的特性，特别是它们的耐降解，衍生自这些材料的废物的处理目前构成真正的环境和经济问题。

目前，已提出几种解决方案，其中之一是可生物降解塑料材料。它们的配方是特别针对适于环境微生物降解的。然而，这种降解通常是部分发生。此外，降解需要极其有利的条件，这特别在标准EN13432中有详细描述。这些条件在人工条件下才能遇到，比如工业堆肥。例如，这些材料通常在40℃以上的温度降解。从能源和财务的角度看，要实现这些温度条件是非常昂贵的。

处理废物的标准替代方案，如焚烧或倾倒在垃圾场，证明是有害的，甚至当它们应用于可生物降解材料时，因为其降解并不完全发生。

此外，可生物降解材料在物理性能上，特别是对潮湿、温度以及机械拉伸的耐受性方面有缺陷。这些缺陷使它们不适合用于标准塑料加工操作，如注射成型或挤出，同时它们也不适合有针对性的应用。

因此，这些可生物降解的材料，虽然有前途的，但不能满足工业和环境要求。

已有人提出在由聚合物组成的材料中添加植物性填料以提高所述材料的可降解性。然而，降解是由于所述植物性填料的降解，这必然导致部分降解。此外，这种解决方案证明并不完善，因为它没有保留聚合物的机械性能。也因此限制了这种材料在塑料加工领域的应用。

因此，需要可生物降解的材料，其具有与石化来源塑料相同的机械性能，且适用于塑料加工的标准操作。所述材料能够以可接受的降解速率完全降解，且在与自然环境中通常发生的那些相适应的温度、pH和湿度条件下完全降解。

发明内容

经过长期深入的研究，本发明人已经研发出一种聚合物材料的制备方法，在该聚合物组成中含有使其能够降解的生物实体。由此制得的聚合物材料或聚合物/生物实体合金(polymer/biological entities alloy)所具有的物化性能使其能够在含水条件下完全降解而同时在固态条件下保持稳定。

本发明因此涉及一种聚合物/生物实体合金的制备方法，其包括在热处理过程中，将聚合物与降解它的生物实体混合的步骤，所述热处理在高于室温的温度T下进行且所述生物实体对所述温度T耐受，其特征在于所述生物实体选自能够降解所述聚合物的酶和能够降解所述聚合物的微生物。本发明人已表明，令人惊奇且出乎意料的是，这个制备方法使生物实体包含在固体聚合物的特有结构中，同时能够保持所述生物实体的酶活性。

不希望受理论约束，当所述生物实体是一种酶时，本发明人提出一种假说：温度的升高伴随着聚合物中羟基的气化，从而激活了酶。这种酶的激活引起聚合物的开始水解并因此玻璃化覆盖酶表面。酶然后得以保护。

本发明人也已表明生物实体的存在实质上提高了所述合金的可降解性且没有影响聚合物的机械性能。因此，所述合金的机械性能与单独聚合物的机械性能非常类似，甚至完全相同。通过测定弹性、熔体流动指数、拉伸参数(如最大拉伸应力、断裂伸长率、拉伸杨氏弹性模量)可以确定这些机械性能。因此，根据本发明的制备方法获得的合金非常适合塑料加工的标准操作。

本发明人已表明，令人惊奇的是，生物实体在本发明的合金中保持酶活性。此外，所述合金不在溶液中时，保持稳定。只有当本发明的合金置于溶液中时，生物实体才被激活。因此，这些生物实体的存在使得可以控制本发明的合金的降解条件和降解率。

因此，本发明的合金具有不在溶液中时稳定的优点，一方面，这便于材料的储存和运输，另一方面，这表明存在一个生物实体的活化的“释放”效果(或延迟效应)。这种释放效果非常有利，因为这使得可以控制酶活性的激活和本发明合金的降解。

术语“聚合物/生物实体合金”和“本发明的合金”是指一种在其组成中含有使其能够降解的生物实体的聚合物。因此这样的表述包含聚合物/酶合金和聚合物/微生物合金。

术语“生物实体”是指一种酶或一种微生物。在本法明的上下文中，所述生物实体具有能够降解目标聚合物的特点。

术语“聚合物/酶合金”是指一种在其组成中含有使其能够降解的酶的聚合物。优选地，所述聚合物是可生物降解聚合物。使用可生物降解聚合物作为完成制备的起始材料能够获得具有更有利的降解性能的聚合物/酶合金。