Смеси полимолочной кислоты и термопластичных полимеров для областей применения при упаковывании

Смеси полимолочной кислоты и термопластичных полимеров для областей применения при упаковывании

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к смеси полимеров, в том числе, например, полимолочной кислоты и полиэтилентерефталата, и изделию, изготовленному из них. В определенных вариантах осуществления изобретение включает смеси полимеров, в том числе, например, полимолочной кислоты и полиэтилентерефталата, которые являются подходящими для использования при упаковывании и обладают улучшенными физическими свойствами, такими как гибкость, относительное удлинение и/или способность образовывать неразглаживающиеся складки. В дополнение к этому полимерные смеси настоящего изобретения могут оказаться подходящими для использования в нескольких областях применения, таких как при изготовлении одноразовых бутылок, оберток, мешков и других упаковочных материалов или в случае материалов покрытий.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Определенные упаковочные материалы предназначены только для однократного использования, так как в случае ящиков, коробок, пакетов, мешков и оберток, использующихся для упаковывания изделий, приобретаемых у предприятий оптовой и розничной торговли. Количество упаковочных материалов, которые используют один раз, а после этого выбрасывают, возрастает все более и более. С учетом большого объема выработки упаковочных материалов одноразового использования некоторые страны, в частности страны Европы, начали обязывать осуществлять вторичное использование.

Изобретатели настоящего изобретения разработали улучшенные полимерные смеси, которые описываются и заявляются в настоящем документе.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение в общем случае относится к композициям, включающим смесь полимеров.

В определенных вариантах осуществления композиция включает полимерную смесь полимолочной кислоты и полиэтилентерефталата.

В определенных вариантах осуществления композиция имеет характеристическую вязкость в диапазоне от приблизительно 0,5 дл/г до приблизительно 0,9 дл/г.

В определенных вариантах осуществления композиция имеет характеристическую вязкость, равную приблизительно 0,7 дл/г.

В определенных вариантах осуществления полимолочная кислота присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 20 мас.%

В определенных вариантах осуществления полимолочная кислота присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 3 мас.% до приблизительно 10 мас.%

В определенных вариантах осуществления полимолочная кислота присутствует в количестве, равном приблизительно 5 мас.%

В определенных вариантах осуществления полиэтилентерефталат присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 80 мас.% до приблизительно 99 мас.%

В определенных вариантах осуществления полиэтилентерефталат присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 90 мас.% до приблизительно 97 мас.%

В определенных вариантах осуществления полиэтилентерефталат присутствует в количестве, равном приблизительно 95 мас.%

В определенных вариантах осуществления композиции характеризуются аксиальным модулем Юнга, равным, по меньшей мере, приблизительно 210000 фунт/дюйм² (1450000 кПа).

В определенных вариантах осуществления композиции характеризуются радиальным модулем Юнга, равным, по меньшей мере, приблизительно 410000 фунт/дюйм² (2830000 кПа).

Изобретение также включает упаковочные материалы, включающие от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 20 мас.% полимолочной кислоты и полиэтилентерефталат.

В определенных вариантах осуществления композиция демонстрирует характеристическую вязкость, большую, чем приблизительно 0,7 дл/г.

В определенных вариантах осуществления полимолочная кислота присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 3 мас.% до приблизительно 10 мас.%

В определенных вариантах осуществления полимолочная кислота присутствует в количестве, равном приблизительно 5 мас.%

В определенных вариантах осуществления полиэтилентерефталат присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 80 мас.% до приблизительно 99 мас.%

В определенных вариантах осуществления полиэтилентерефталат присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 90 мас.% до приблизительно 97 мас.%

В определенных вариантах осуществления полиэтилентерефталат присутствует в количестве, равном приблизительно 95 мас.%

В определенных вариантах осуществления композиции характеризуются аксиальным модулем Юнга, равным, по меньшей мере, приблизительно 210000 фунт/дюйм² (1450000 кПа).

В определенных вариантах осуществления композиции характеризуются радиальным модулем Юнга, равным, по меньшей мере, приблизительно 410000 фунт/дюйм² (2830000 кПа).

Изобретение также включает способы получения потребительского упаковочного продукта, включающие:

(i) объединение от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 20 мас.% полимолочной кислоты и полиэтилентерефталата для получения полимерной смеси;

(ii) перемешивание полимерной смеси;

(iii) нагревание полимерной смеси;

(iv) экструдирование полимерной смеси; и

(v) формование с раздувом с получением потребительского упаковочного продукта.

Изобретение также включает потребительские продукты, включающие полимерную смесь, где полимер содержит:

(i) от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 20 мас.% полимолочной кислоты; и

(ii) полиэтилентерефталат, и где композиция демонстрирует характеристическую вязкость, большую, чем приблизительно 0,7 дл/г.

В определенных вариантах осуществления полиэтилентерефталат присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 80 мас.% до приблизительно 99 мас.%

В определенных вариантах осуществления полиэтилентерефталат присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 90 мас.% до приблизительно 97 мас.%

В определенных вариантах осуществления полиэтилентерефталат присутствует в количестве, равном приблизительно 95 мас.%

В определенных вариантах осуществления полимолочная кислота присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 3 мас.% до приблизительно 10 мас.%

В определенных вариантах осуществления полимолочная кислота присутствует в количестве, равном приблизительно 5 мас.%

В определенных вариантах осуществления полимерная смесь характеризуется аксиальным модулем Юнга, равным, по меньшей мере, приблизительно 210000 фунт/дюйм² (1450000 кПа).

В определенных вариантах осуществления полимерная смесь характеризуется радиальным модулем Юнга, равным, по меньшей мере, приблизительно 410000 фунт/дюйм² (2830000 кПа).

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР

Фигура 1 демонстрирует иллюстративные варианты осуществления, включающие полимерные смеси изобретения, в том числе 0,1% порошкообразной ПМК в ПЭТФ, 0,2% порошкообразной ПМК в ПЭТФ, 5% гранулированной ПМК в ПЭТФ и 1% гранулированной ПМК в ПЭТФ.

Фигура 2 демонстрирует иллюстративные варианты осуществления, включающие полимерные смеси изобретения, в том числе контрольный образец, 0,1% порошкообразной ПМК в ПЭТФ, 0,2% порошкообразной ПМК в ПЭТФ, 5% гранулированной ПМК в ПЭТФ и 1% гранулированной ПМК в ПЭТФ.

Фигура 3 демонстрирует иллюстративные варианты осуществления бутылок, включающие полимерные смеси изобретения, в том числе контрольный образец, 3% ПМК в системе ВИПЭТФ/первичная смола с составом 50/50 и 5% ПМК в системе ВИПЭТФ/первичная смола с составом 50/50.

Фигура 4 демонстрирует гистограмму аксиальных и радиальных модулей Юнга для иллюстративных бутылок, включающих полимерные смеси изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с использованием во всем данном документе диапазоны используют в качестве сокращения при описании всех без исключения значений, которые попадают в данный диапазон. Любое значение в пределах диапазона может быть выбрано в качестве границы диапазона. В дополнение к этому, все ссылки, процитированные в настоящем документе, во всей своей полноте посредством ссылки включаются в настоящий документ. В случае конфликта между определением в настоящем описании изобретения и описанием в процитированной ссылке определяющим является настоящее описание изобретения.

Общее описание изобретения

Изобретение относится к полимерным смесям, включающим один или несколько полимеров, например, полимолочную кислоту и полиэтилентерефталат. Полимерные смеси изобретения обладают улучшенными свойствами, в том числе повышенными прочностью, гибкостью, относительным удлинением, температуростойкостью, перерабатываемостью, воздухопроницаемостью и способностью образовывать неразглаживающиеся складки.

Полимерные смеси изобретения могут быть подвергнуты экструзионному, экструзионному с раздувом, литьевому или другому формованию для получения листов и пленок, предназначенных для использования в широком ассортименте упаковочных материалов, таких как обертки, мешки, пакеты, и ламинатных покрытий, или они могут быть сформованы для получения профилированных изделий, например бутылок. В определенных вариантах осуществления подходящей для использования при формовании пригодных изделий промышленного производства, в том числе бутылок, листов и пленок, из описывающихся в настоящем документе композиций полимерных смесей является существующая аппаратура для перемешивания, экструзионного, экструзионного с раздувом, литьевого и раздувного формования, известная на современном уровне техники разработки термопластов.

Как к удивлению было показано, в определенных вариантах осуществления смеси, содержащие полимер, произведенный из природного источника, например, полимолочную кислоту, и термопластичный полимер, например, полиэтилентерефталат (ПЭТФ), полипропилен (ПП), полиэтилен (ПЭ) или их комбинации, демонстрируют характеристики прочности и относительного удлинения, которые превосходят свойства полимера (полимеров), взятого индивидуально. Таким образом, изобретение включает смеси, которые обладают или характеризуются удивительными синергетическими эффектами.

В определенных вариантах осуществления в композициях изобретения используют снеси, содержащие полимолочную кислоту и полиэтилентерефталат (ПЭТФ).

В еще одном варианте осуществления изобретение включает полимерные смеси, характеризующиеся наличием относительно высокой температуры стеклования, и которые являются высококристаллическими при комнатной температуре. Изобретатели обнаружили удивительный и неожиданный результат, заключающийся в фактической демонстрации различными смесями полимолочной кислоты с полиэтилентерефталатом большего относительного удлинения, чем у самих полимеров, а также большего разрушающего напряжения в сопоставлении с тем, что имеет место у самих полимеров.

В определенных вариантах осуществления перемешивание смеси полимолочной кислоты с полиэтилентерефталатом во многих случаях выявляет благоприятные характеристики каждого полимера самого по себе, а в некоторых случаях выявляет еще лучшие свойства при одновременных уменьшении или сведении к минимуму негативных свойств каждого полимера самого по себе.

В еще одном варианте осуществления изобретение включает полимерную смесь, включающую, например, полимолочную кислоту и характеризующуюся аксиальным модулем Юнга, равным, по меньшей мере, приблизительно 210000 фунт/дюйм² (1450000 кПа). В еще одном варианте осуществления изобретение включает полимерную смесь, включающую, например, полимолочную кислоту и характеризующуюся радиальным модулем Юнга, равным, по меньшей мере, приблизительно 410000 фунт/дюйм² (2830000 кПа).

Еще один вариант осуществления включает потребительский продукт, включающий смесь, например, полимолочной кислоты и одного или нескольких термопластичных полимеров, например полиэтилена, в том числе полиэтилена высокой плотности, полиэтилентерефталата или полипропилена.

Полимеры изобретения

Полимеры в объеме настоящего изобретения включают полимеры, которые включают определенный диапазон синтетических полимеров, таких как сложные полиэфиры, полиэфирамиды на основе сложных эфиров, поликарбонаты и тому подобное. Также могут быть использованы и произведенные из природного источника (например, в результате ферментации) полусинтетические сложные полиэфиры. Природные макромолекулы, содержащие гидролизуемые соединительные звенья, такие как белок, целлюлоза и крахмал, в общем случае подвержены разложению под действием гидролитических ферментов микроорганизмов. Полимерные смеси изобретения также демонстрируют характеристики, которые оказывают воздействие на разлагаемость, в том числе кристалличность, гибкость цепи и длину цепи.

Полимеры в объеме изобретения включают нижеследующее, но не ограничиваются только этим: синтетические сложные полиэфиры, полусинтетические сложные полиэфиры, полученные в результате ферментации, (например, ПГБ и ПГБВ), полиэфирамиды на основе сложных эфиров, поликарбонаты и полиэфируретаны на основе сложных эфиров. В других вариантах осуществления в объем изобретения необязательно включается широкий ассортимент природных полимеров и их производных, таких как полимеры, включающие крахмал, целлюлозу, другие полисахариды и белки или произведенные из них.

В объем полимерных смесей изобретения включаются полимеры на основе, например, полимолочной кислоты, полигидроксибутирата, полигироксиамида, политартрата и их смеси.

В определенных вариантах осуществления полимеры изобретения включают полимеры на основе или с включением полимолочной кислоты («ПМК»). В соответствии с использованием в настоящем документе термин «полимолочная кислота» синонимичен термину «полилактид» и включает разлагаемый термопластичный алифатический сложный полиэфир, произведенный из возобновляемый источников, таких как кукурузный крахмал или сахарный тростник.

ПМК изобретения является хиральной и поэтому может существовать в нескольких различных формах, включающих поли-L-лактид (П-L-МК), который представляет собой продукт, получающийся в результате полимеризации L,L-лактида (также известного под наименованием L-лактида). В определенных вариантах осуществления изобретения ПМК характеризуется степенью кристалличности, большей, чем 25%, например, равной приблизительно 37%, температурой стеклования 50-80°С и температурой плавления 173-178°С.

В определенных вариантах осуществления полимолочная кислота изобретения подобно большинству термопластов может быть переработана в волокно (например, при использовании обычных способов прядения из расплава) и пленку. Температура плавления П-L-МК может быть увеличена на 40-50°С, а его температура деформации при нагревании может быть увеличена от приблизительно 60°С вплоть до 190°С в результате физического перемешивания полимера с П-D-MK (поли-D-лактидом). Смеси П-D-MK и П-L-MK изобретения образуют высокорегулярный стереокомплекс, характеризующийся повышенной степенью кристалличности. В определенных вариантах осуществления температуростойкость может быть доведена до максимума в случае использования смеси с составом 50:50, но даже при меньших концентрациях П-D-MK в 3-10% все еще имеет место существенное улучшение. В последнем случае П-D-MK исполняет функцию зародышеобразователя, тем самым, увеличивая скорость кристаллизации. Разложение П-D-MK протекает медленнее, чем разложение ПМК вследствие большей степени кристалличности П-D-MK. В соответствии с этим изобретение включает молочную кислоту и ее несколько изомерных форм, например, L-(+)-молочную кислоту; D-(-)-молочную кислоту и их смеси. В еще одном варианте осуществления изобретение включает рацемическую смесь DL-молочную кислоту.

Также включаются и высокомолекулярные полимеры молочной кислоты (Mn = от приблизительно 50000 до приблизительно 110000), которые представляют собой прочные полимеры, из которых могут быть изготовлены подходящие продукты, которые могут разрушаться под действием обычных бактерий почвы. В определенных вариантах осуществления ПМК может представлять собой гомополимер, или она может быть сополимеризована с гликолидами, лактонами или другими мономерами.

Высокомолекулярные полимеры молочной кислоты могут быть получены, например, по двухстадийному способу. Молочную кислоту сначала олигомеризуют при удалении воды для получения линейной цепи, имеющей молекулярную массу, меньшую, чем 3000. После этого олигомер деполимеризуют для получения лактида, который представляет собой циклический димер, состоящий из двух конденсированных молекул молочной кислоты. Данное шестичленное кольцо очищают и подвергают полимеризации с раскрытием цикла для получения полимолочной кислоты, имеющей молекулярную массу 50000-110000.

Изобретение также включает полимерные смеси, включающие полилактидный алифатический сополимер («СПМК»), который представляет собой производное ПМК и продается в компании Dianippon Ink. Продаются два класса СПМК, которые называются «твердой СПМК» и «мягкой СПМК». Твердая СПМК имеет температуру стеклования 60°С, в то время как мягкая СПМК имеет температуру стеклования 51°С.

В определенных вариантах осуществления полимолочная кислота изобретения присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 1 мас.% до приблизительно 20 мас.% в расчете через массовый процент от полимерной смеси. В других вариантах осуществления полимолочная кислота присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 3 мас.% до приблизительно 10 мас.% В других вариантах осуществления полимолочная кислота присутствует в количестве, равном приблизительно 5 мас.%

Полимерные смеси изобретения также включают один или несколько термопластичных полимеров, например, полиэтилентерефталат, полипропилен, полиэтилен, полиэтилен высокой плотности, поли(этиленнафталат) и их смеси.

В определенных вариантах осуществления термопластичный полимер представляет собой полиэтилентерефталат (ПЭТФ). Полимерные ПЭТФ изготавливают в компании DuPont и продают под торговым наименованием BIOMAX. Изобретение также включает модифицированные полимерные ПЭТФ, продаваемые в компании DuPont и более подробно описывающиеся в патенте США № 5053482 автора Tietz, патенте США № 5097004 авторов Gallagher et al., патенте США № 5097005 автора Tietz, патенте США № 5171308 авторов Gallagher et al., патенте США № 5219646 авторов Gallagher et al. и патенте США № 5295985 авторов Romesser et al., содержание каждого из которых посредством ссылки включается в настоящий документ.

В определенных вариантах осуществления ПЭТФ имеет молекулярную массу 60000-80000.

В определенных вариантах осуществления полимерным ПЭТФ является модифицированный ПЭТФ. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «модифицированный ПЭТФ» обозначает ПЭТФ, который включает сомономеры, например мономерные простой эфир, амид или алифатику, которые обеспечивают наличие слабых соединительных звеньев, которые подвержены разложению, в том числе биоразложению, в результате гидролиза.

В определенных вариантах осуществления полимерные ПЭТФ могут быть охарактеризованы как включающие чередующиеся звенья терефталата и алифатического компонента, при этом алифатический компонент включает статистическое распределение двух и более различных алифатических звеньев, произведенных из двух и более различных диолов, таких как этиленгликоль, диэтиленгликоль, триэтиленоксид, полиэтиленгликоль, низшие алкандиолы, как разветвленные, так и неразветвленные, и производные вышеупомянутых соединений.

В других вариантах осуществления часть алифатических звеньев также может быть произведена из алифатической дикислоты, такой как адипиновая кислота. В дополнение к этому, фракция фениленовых групп в повторяющихся терефталатных звеньях может быть сульфонирована и нейтрализована основанием на основе щелочного металла или щелочноземельного металла. Вклад в разлагаемость полимера BIOMAX вносят как алифатическая часть модифицированного полимерного ПЭТФ, так и статистически значимое количество сульфонированных терефталатных звеньев.

В других вариантах осуществления модифицированные полиэтилентерефталаты по существу состоят из повторяющихся структурных звеньев, описывающихся следующей далее общей формулой: --[--C(O)--R--C(O)--OGO--]_a--[--C(O)-Q-O--]_b--, где вплоть до приблизительно 40 мол.% R выбирают из группы, состоящей из химической связи и одного или нескольких двухвалентных неароматических С₁-С₁₀ гидрокарбиленовых радикалов, а остаток R составляют, по меньшей мере, приблизительно 85 мол.% п-фениленового радикала, где G включает от 0 до приблизительно 30 мол.% радикала полиэтиленэфира на основе простого эфира, выбираемого из группы, состоящей из: --(СН₂)₂--О--(СН₂)₂-- и --(СН₂)₂--О--(СН₂)₂--О--(СН₂)₂--, а остаток G выбирают из группы, состоящей из радикалов полиалкиленэфира на основе простого эфира, имеющих (среднечисленную) молекулярную массу, равную, по меньшей мере, приблизительно 250, и радикалов --(СН₂)₂--, --(СН₂)₃-- и --(СН₂)₄--, где Q производят из гидроксикислоты, описывающейся формулой: HO[--C(O)-Q-O--]_xH, где х представляет собой целое число, и такие гидроксикислоты имеют температуру плавления, по меньшей мере, на 5°С меньшую, чем их температура разложения, а Q выбирают из группы, состоящей из химической связи и гидрокарбиленовых радикалов --(СН₂)_n--, где n представляет собой целое число в диапазоне от 1 до 5, --С(R')Н-- и --C(R')HCH₂--, где R' выбирают из группы, состоящей из -СН₃ и --СН₂СН₃, и где «а» и «b» представляют собой молярные доли полимера, и молярная доля «а» может находиться в диапазоне от 0,6 до 1, и, соответственно, молярная доля «b» может находиться в диапазоне от 0 до 0,4, и где от приблизительно 0,1 до приблизительно 15 мол.%, предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 2,5 мол.%, полимера включают производные сульфогрупп, включающие щелочной металл или щелочноземельный металл, в особенности от приблизительно 1,5 до приблизительно 2 мол.% таких групп.

Изобретение также включает термопластичные полимеры на основе крахмала, которые включают пластификаторы, такие как глицерин, сорбит, пропиленгликоль и тому подобное. В определенных вариантах осуществления при изготовлении оберток, предназначенных для оборачивания продуктов питания, термопластичные полимеры на основе крахмала получают без использования таких пластификаторов, которые потенциально могут диффундировать в продукт питания. Термопластичные полимеры на основе крахмала, предназначенные для использовании при изготовлении оберток для продуктов питания в выгодном случае могут использовать естественный уровень содержания воды в гранулах нативного крахмала для первоначального разрушения структуры гранул и плавления нативного крахмала. После этого для получения конечной полимерной смеси расплавленный крахмал может быть перемешан с одним или несколькими синтетическими полимерами, а смесь может быть высушена в результате продувания. При желательности изготовления оберток для продуктов питания или других листов или пленок, предназначенных для введения в контакт с продуктом питания, при использовании термопластичного полимера на основе крахмала, полученного при использовании высококипящего жидкого пластификатора, будет необходимо ограничивать количество таких термопластичных полимеров на основе крахмала величиной, меньшей, чем 10 мас.% от полимерной смеси за исключением каких-либо твердых наполнителей.

В дополнение к описывавшимся выше полимерам полимеры, предназначенные для использования в композициях и способах изобретения, могут включать нижеследующее, но не ограничиваются только этим: сополимер акрилонитрил-бутадиен-стирол (АБС); акриловая смола; целлулоид; ацетат целлюлозы; сополимер этилен-винилацетат (ЭВА); сополимер этилен-виниловый спирт (ЭВС); фторопласты (ПТФЭ, ФЭП, ПФА, ХТФЭ, ЭХТФЭ, ЭТФЭ); иономеры; сплав акриловая смола/ПВХ, имеющий торговую марку Kydex; жидкокристаллические полимеры (ЖКП); полиацеталь (ПОМ или ацеталь); полиакрилаты (акриловая смола); полиакрилонитрил (ПАН или акрилонитрил); полиамид (ПА или найлон); полиамидоимид (ПАИ); полиарилэфиркетон на основе простого эфира (ПАЭК или кетон); полибутадиен (ПБД); полибутилен (ПБ); полибутилентерефталат (ПБТФ); поликапролактон (ПКЛ); полихлортрифторэтилен (ПХТФЭ); полиэтилентерефталат (ПЭТФ); полициклогексилендиметилентерефталат (ПЦТ); поликарбонат (ПК); полигидроксиалканоаты (ПГА); поликетон (ПКТ); сложные полиэфиры; полиэтилен (ПЭ), в том числе полиэтилен высокой плотности (ПЭВП); полиэфирэфиркетон на основе простого эфира (ПЭЭК); полиэфиримид на основе простого эфира (ПЭИ); полиэфирсульфон на основе простого эфира (ПЭС); полиэтиленхлоринаты (ПЭХ); полиимид (ПИ); полимолочная кислота (ПМК); полиметилпентен (ПМП); полифениленоксид (ПФО); полифениленсульфид (ПФС); полифталамид (ПФА); полипропилен (ПП); полистирол (ПС); полисульфон (ПСУ); поливинилхлорид (ПВХ); поливинилиденхлорид (ПВДХ); и их комбинации.

В определенных вариантах осуществления термопластичные полимеры изобретения являются эластичными и гибкими выше температуры стеклования Tg, специфической для каждого полимера - средней точки температурного диапазона в противоположность резкой температуре замерзания чистого кристаллического вещества, подобного воде. В определенных вариантах осуществления ниже второй, более высокой температуры плавления Tm, также являющейся средней точкой диапазона, в определенных вариантах осуществления термопластичные полимеры имеют кристаллические области, чередующиеся с аморфными областями, в которых цепи приближаются к статистическим клубкам. В других вариантах осуществления аморфные области вносят вклад свой в эластичность, а кристаллические области вносят свой вклад в прочность и жесткость, что также имеет место для нетермопластичных волокнистых белков, таких как шелк. Выше значения Tm в определенных вариантах осуществления кристаллическая структура исчезает, а цепи становятся статистически распределенными среди друг друга. По мере увеличения температуры выше значения Tm вязкость постепенно уменьшается без какого-либо отчетливого фазового изменения.

В определенных вариантах осуществления термопластичный полимер изобретения может неоднократно проходить через циклы плавления/замораживания. Данное качество делает термопласты пригодными для вторичного использования. Способы, требуемые для вторичного использования, варьируются в зависимости от термопласта. Пластики, использующиеся для бутылок содовой воды, представляют собой обычный пример термопластов, которые могут быть использованы и широко используются вторично. Белок α-кератин размягчается при нагревании, в некоторой степени является пригодным для переформования и может рассматриваться в качестве природного квазитермопластичного материала.

В определенных вариантах осуществления термопластичные полимеры не кристаллизуются и называются «аморфными» пластиками и являются подходящими для использования при температурах, меньших, чем значение Tg. Их зачастую используют в областях применения, в которых важна прозрачность. Некоторые типичные примеры аморфных термопластов представляют собой ПММА, ПС и ПК. В общем случае аморфные термопласты являются менее химически стойкими и могут подвергаться растрескиванию под действием напряжений. Термопласты будут в определенной степени кристаллизоваться и по этой причине называются «полукристаллическими». Типичные полукристаллические термопласты представляют собой ПЭ, ПП, ПБТФ и ПЭТФ. Скорость и степень, в которой кристаллизация может иметь место, отчасти зависят от гибкости полимерной цепи. Полукристаллические термопласты являются более стойкими к растворителям и другим химическим реагентам. В случае кристаллитов, больших, чем длина волны света, термопласт является мутным или непрозрачным. Полукристаллические термопласты становятся менее хрупкими выше значения Tg. В случае наличия у пластика, обладающего в других аспектах желательными свойствами, чрезмерно высокого значения Tg оно зачастую может быть уменьшено в результате добавления низкомолекулярного пластификатора в расплав до профилирования (экструдирования; формования пластиков) и охлаждения. Подобный результат иногда может быть достигнут в результате присоединения перед полимеризацией к мономерам нереакционноспособных боковых цепей. Оба способа приводят к некоторому отдалению полимерных цепей друг от друга. До введения пластификаторов автомобильные детали из пластика зачастую растрескиваются в холодную зимнюю погоду. Еще один способ уменьшения значения Tg (или увеличения значения Tm) заключается во включении первоначального пластика в сополимер, как в случае привитых сополимеров полистирола, или в композитный материал. Уменьшение значения Tg не является единственным способом уменьшения хрупкости. Хрупкость уменьшают также вытяжка (и подобные способы, которые приводят к растягиванию или ориентированию молекул) или увеличение длины полимерных цепей.

В объем изобретения попадает включение термопластичных полимеров на основе крахмала, которые включают высококипящий жидкий пластификатор, такой как глицерин, пропиленгликоль и тому подобное. В определенных вариантах осуществления при изготовлении оберток, предположительно попадающих в контакт с продуктами питания, используют термопластичные полимеры на основе крахмала, которые получают без использования таких пластификаторов, которые потенциально могут диффундировать в продукт питания. В определенных вариантах осуществления термопластичные полимеры на основе крахмала, предназначенные для использования при изготовлении оберток для продуктов питания, в выгодном случае могут использовать естественный уровень содержания воды в гранулах нативного крахмала для первоначального разрушения структуры гранул и плавления нативного крахмала. После этого для получения конечной полимерной смеси расплавленный крахмал может быть перемешан с одним или несколькими синтетическими полимерами, а смесь может быть высушена в результате продувания. В случае желательности изготовления оберток для продуктов питания или других листов или пленок, предположительно попадающих в контакт с продуктом питания, при использовании термопластичного полимера на основе крахмала, полученного при использовании высококипящего жидкого пластификатора, желательным может оказаться ограничение количества таких термопластичных полимеров на основе крахмала величиной, меньшей, чем 10 мас.% от полимерной смеси за исключением каких-либо твердых наполнителей.

В других вариантах осуществления в объем изобретения попадает включение в полимерные смеси одного или нескольких небиоразлагаемых полимеров (то есть, термопластичного полимера, который не является биополимером). Такие полимеры могут оставаться в дисперсной форме, или они могут становиться термопластичными во время переработки. В определенных вариантах осуществления получающиеся в результате полимерные смеси будут иметь тенденцию к демонстрации разлагаемости, например, неразлагаемые полимеры включают в виде дисперсной, а не непрерывной фазы.

В определенных вариантах осуществления термопластичный полимер представляет собой полиэтилентерефталат. В определенных вариантах осуществления термопластичный полимер представляет собой полипропилен. В определенных вариантах осуществления термопластичный полимер представляет собой полиэтилен. В определенных вариантах осуществления полиэтиленом является полиэтилен высокой плотности. В определенных вариантах осуществления термопластичный полимер присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 80 мас.% до приблизительно 99 мас.% В определенных вариантах осуществления термопластичный полимер присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 90 мас.% до приблизительно 97 мас.% В определенных вариантах осуществления термопластичный полимер присутствует в количестве, равном приблизительно 95 мас.%

Композиции изобретения

Изобретение включает полимерные смеси, обладающие улучшенными свойствами в сопоставлении со свойствами неперемешанных полимеров или термопластичных гомополимеров и сополимеров. Полимерные смеси характеризуются, например, улучшенными прочностью, гибкостью, относительным удлинением, температуростойкостью, перерабатываемостью и способностью образовывать неразглаживающиеся складки. Кроме того, листы, пленки и другие изделия, изготовленные из таких смесей, во многих отношениях превосходят то, что получают из обычных пластиков, которые не являются легко воспринимающими печать в отсутствие специальной обработки и которые в общем случае демонстрируют неудовлетворительные характеристики способности образовывать неразглаживающиеся складки.

В одном варианте осуществления полимерные смеси, соответствующие изобретению, могут включать полимолочную кислоту и, по меньшей мере, один термопластичный полимер. В соответствии с использованием в настоящем документе термин «полимерная смесь (смеси)» и «смесь (смеси)» обозначает смесь, по меньшей мере, одного встречающегося в природе полимера и, по меньшей мере, одного термопластичного полимера. В определенных вариантах осуществления термин «полимерная смесь (смеси)» и «смесь (смеси)» обозначает смесь полимолочной кислоты и ПЭТФ, ПП, ПЭ, ПЭВП или их смесей.

При перемешивании полимеров друг с другом для получения пленок, листов и других изделий можно извлечь выгодные свойства каждого полимера при одновременных компенсации или исключении негативных свойств каждого полимера при раздельном использовании.

Потенциальные области применения полимерных смесей в объеме изобретения включают одноразовые бутылки, бумажные покрытия для упаковывания (картонные коробки для продуктов питания и напитков), пенопласт для продуктов питания быстрого приготовления, контейнеры, пригодные для использования в СВЧ-печи, и другие потребительские продукты, такие как одноразовые пеленки или мешки для дворовых отходов.

Полимерные смеси изобретения могут быть подвергнуты экструзионному, экструзионному с раздувом или другому формованию для получения листов и пленок, предназначенных для использования в широком ассортименте упаковочных материалов, таких как обертки, мешки, пакеты, обкладки и ламинатные покрытия. Как обнаружили изобретатели, в результате перемешивания полимолочной кислоты с термопластичным полимером в некоторых случаях выгодные свойства смеси фактически превосходят желательные свойства каждого полимера при его индивидуальном использовании. Таким образом, был продемонстрирован удивительный результат, заключающийся в неожиданном синергетическом эффекте.

В еще одном варианте осуществления изобретения композиции изобретения представляют собой листы или пленки, включающие полимерные смеси, и являются подходящими для использования при изготовлении оберток и других упаковочных материалов. Термины «листы» и «пленки» необходимо понимать имеющими их обычные значения, использующиеся на современном уровне техники разработки термопластов и упаковки. Тем не менее, поскольку различие между тем, что составляет «лист», и тем, что составляет «пленку», в основном определяется толщиной изделия промышленного производства, данное различие в некоторой степени является произвольным (то есть, некоторые изделия могут составлять как листы, так и пленки). Вследствие возможного использования композиций, соответствующих изобретению, для изготовления широкого ассортимента изделий промышленного производства, в том числе изделий, подходящих для использования при обертывании, упаковывании или другом упаковывании продукта питания или других твердых субстратов, в том числе листов и пленок, характеризующихся широким ассортиментом толщин (как измеренных, так и расчетных), у данного описания изобретения отсутствует намерение проводить точное различие во всех случаях между тем, что предположительно составляет «лист» в сопоставлении с изделиями, которые предположительно могут составлять «пленку». Поэтому в случае обращения описания изобретения к «листам и пленкам» и «листам или пленкам» намерение будет заключаться в определении полной совокупности изделий промышленного производства предполож