用于形成包含增塑的淀粉聚合物的热塑性组合物的方法技术

本发明专利技术提供了一种用于熔融加工含有淀粉和增塑剂的热塑性组合物的方法和系统。将所述组合物熔融共混并通过模具挤出以形成挤出物，其后使用本发明专利技术的多阶段系统冷却所述挤出物，所述本发明专利技术的多阶段系统包括至少一个水冷却阶段和至少一个空气冷却阶段。更具体地，首先使所述挤出物与水接触一定的时间使得其变得部分地被冷却并固化在其表面上。在水冷却阶段(或多个阶段)之后，使挤出物经受至少一个空气冷却阶段，在该空气冷却阶段中将气流放置到与挤出物接触。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】专利技术背景热塑性淀粉通常单独地或与其他聚合物组合地用于制造制品，其中认为水或生物降解对所述制品是重要的。热塑性淀粉通常通过使用功能性增塑剂或增塑剂的混合物增塑淀粉来形成。然而，常规热塑性淀粉的问题之一是它们具有吸湿性并且具有吸收大量水分的倾向，其可以导致在热塑性加工过程中的问题以及机械强度、延展性和韧性的降低。因此为了避免水分吸收，一般使用无水系统冷却热塑性淀粉，所述无水系统可以非常缓慢并且昂贵。因此，目前存在对于加工热塑性淀粉的更加有效和价格低廉的方法的需要。专利技术概沭根据本专利技术的一个实施方案，公开了用于形成基于热塑性淀粉的组合物的方法。所述方法包括:通过模具(die)熔融挤出热塑性组合物以形成挤出物，其中所述热塑性组合物包含淀粉聚合物和增塑剂。使所述挤出物经受至少一个水冷却阶段，在该水冷却阶段中将所述挤出物与水接触第一个时间段。此后，使水冷却的挤出物经受至少一个空气冷却阶段，在该空气冷却阶段中使挤出物与空气接触第二个时间段。空气冷却的挤出物的水分含量为约百万分之500至约百万分之20，000。根据本专利技术的另一个实施方案，公开了用于形成基于热塑性淀粉的组合物的系统。所述系统包括淀粉聚合物和增塑剂的供给源、挤出机和模具。淀粉聚合物和增塑剂能够在挤出机中被熔融共混并通过模具形成挤出物。所述系统还包括位于挤出机和模具下游的至少一个水冷却阶段，所述水冷却阶段包括水浴，挤出物在离开模具时被浸入所述水浴中。至少一个空气冷却阶段也位于水冷却阶段的下游，所述空气冷却阶段被配置为在气流离开水浴时，将所述气流供给到与挤出物接触。在以下更加详细地讨论了本专利技术的其它特征和方面。_7]附图的简要i兑明在本说明书的剩余部分中，参考所附的附图更具体地陈述了针对本领域普通技术人员的、本专利技术的完整和使其实现的公开内容，包括其最佳方式，其中:图1是可以用于本专利技术的一个实施方案的挤出机的局部剖开侧视图；图2是可以用于本专利技术的、用于冷却热塑性组合物的系统的一个实施方案的示意性说明；和图3是根据本专利技术用于形成膜的方法的一个实施方案的示意性说明。在本说明书和附图中参考符号的重复使用意在表示本专利技术的相同或类似特征或元件。代表性实施方案详述定义如在本文中所使用的，术语“生物可降解性” 一般指由于自然存在的微生物例如细菌、真菌和藻类；环境热；水分；或其它环境因子的作用而降解的材料。降解的程度可以根据ASTM测试方法5338.92来确定。详述现将详细参考本专利技术的多个实施方案，以下对其一个或多个实例进行陈述。通过解释说明本专利技术而不限制本专利技术的方式提供每个实例。事实上，对于本领域技术人员而言明显的是在不脱离本专利技术的范围或精神的情况下可以在本专利技术中进行多种修改和改变。例如，作为一个实施方案的部分说明或讨论的特征可以用于另一个实施方案以得到再另一个实施方案。因此，预期的是本专利技术覆盖落入所附的权利要求和它们的等同物的范围内的这样的修改和改变。一般来说，本专利技术涉及用于熔融加工含有淀粉和增塑剂的热塑性组合物的方法和系统。将所述组合物熔融共混并通过模具挤出以形成挤出物，此后，使用包括至少一个水冷却阶段和至少一个空气冷却阶段的多阶段系统来冷却所述挤出物。更具体地，首先使挤出物与水接触一定的时间，使得所述挤出物变得部分地冷却并固化在其表面上。在所述水冷却阶段(或多个阶段)之后，还使部分地冷却和固化的挤出物经受至少一个空气冷却阶段，在所述空气冷却阶段中，将气流放置成与挤出物接触。由于挤出物是至少部分地固化的，因此该挤出物可以缺乏粘性并具有充足的强度使得其可以处理气流而不物理降解。在空气冷却阶段，水可以从表面快速去除以避免水分被淀粉聚合物吸收，否则水分被淀粉聚合物吸收导致在熔融挤出过程中形成含水气泡。通过选择性控制每个冷却阶段的某些参数，本专利技术人发现熔融共混的淀粉/增塑剂混合物不吸收如此多的水分，以至于所得到的熔体加工性能和机械性能受到不良影响。相反，如在以下更加详细地解释的，出乎意料地发现，根据本专利技术冷却的挤出物实际上可以比其中仅使用空气冷却的系统具有甚至更好的机械性能。此外，水冷却阶段与空气冷却阶段的组合可以显著增强加工效率并降低冷却挤出物所需要的能源总量。现将更详细地描述本专利技术的多个实施方案。1.热塑性组合物A.淀粉聚合物淀粉是由直链淀粉和支链淀粉组成的天然聚合物。直链淀粉基本上为分子量为100，000-500，000的线性聚合物，而支链淀粉为分子量为高达数百万的高支化聚合物。尽管淀粉在许多植物中生产，但典型的来源包括谷物的种子，如玉米、糯玉米、小麦、高粱、大米和糯米；块莖，如马铃薯；根，如西谷米(tapioca)(即木薯(cassava)和树薯(manioc))、甘薯和竹芋；以及西谷椰子的髓。从广义上讲，在本专利技术中可以使用任何天然的(未改性)和/或改性淀粉。例如，通常使用已经通过本领域已知的典型方法进行化学改性(例如，酯化、醚化、氧化、酸水解、酶水解等)的改性淀粉。淀粉醚和/或淀粉酯可以是特别想要的，如羟烷基淀粉、羧甲基淀粉等。羟烷基淀粉的羟烷基基团可以包含，例如I至10个碳原子，在一些实施方案中为I至6个碳原子，在一些实施方案中为I至4个碳原子以及在一些实施方案中为2至4个碳原子。代表性的羟烷基淀粉，如羟乙基淀粉、羟丙基淀粉、羟丁基淀粉及其衍生物。例如可以使用多种酸酐(例如乙酸酐、丙酸酐、丁酸酐等)、有机酸、酰基氯或其它酯化试剂来制备淀粉酯。酯化的程度可以根据需要进行改变，如每淀粉糖苷单元I至3个酯基团。无论淀粉是天然形式还是改性形式，其可以包含不同百分比的直链淀粉和支链淀粉，不同尺寸的淀粉颗粒以及直链淀粉和支链淀粉的不同聚合物重量。高直链淀粉包含按重量计大于约50%的直链淀粉，而低直链淀粉包含按重量计小于约50%的直链淀粉。尽管不需要，但直链淀粉含量为按重量计约10%至约40%，以及在一些实施方案中为按重量计约15%至约35%的低直链淀粉特别适用于本专利技术。这样的低直链淀粉的实例包括玉米淀粉和马铃薯淀粉，其二者均具有按重量计大约20%的直链淀粉含量。这样的低直链淀粉的数均分子量(“Mn”)通常为约50，000至约1，000，000克/摩尔，在一些实施方案中为约75，000至约800，000克/摩尔，和在一些实施方案中为约100，000至约600，000克/摩尔，以及其重均分子量(“Mw”)为约5，000, 000至约25，000, 000克/摩尔，在一些实施方案中为约5，500, 000至约15，000, 000克/摩尔，以及在一些实施方案中为约6，000, 000至约12，000，000克/摩尔。重均分子量与数均分子量之比(“Mw/Mn”)，即“多分散指数”也是相对较高的。例如，多分散指数可以为约20至约100。可以通过本领域技术人员已知的方法来确定重均分子量和数均分子量。B.增塑剂如以上所表明的，在热塑性组合物中还使用液态增塑剂来帮助给予淀粉熔融可加工性(melt-processible)。例如,淀粉通常以颗粒形式存在,所述颗粒具有将更多水溶性的直链淀粉和支链淀粉链封装在颗粒内部的涂层或外膜。当加热时，极性溶剂(“增塑剂”)可以变软并穿透外膜，引起内部淀粉链吸收水分并溶胀。在某一时刻，这种溶胀会引起外壳破裂并导致淀粉颗粒的不可逆的去结构化(dest本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成基于热塑性淀粉的组合物的方法，该方法包括：通过模具熔融挤出热塑性组合物以形成挤出物，其中所述热塑性组合物包含淀粉聚合物和增塑剂；使所述挤出物经受至少一个水冷却阶段，在该水冷却阶段中将所述挤出物与水接触第一个时间段；和此后，使水冷却的挤出物经受至少一个空气冷却阶段，在该空气冷却阶段中使挤出物与空气接触第二个时间段，其中空气冷却的挤出物的水分含量为约百万分之500至约百万分之20,000。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.20 US 13/330,7891.一种用于形成基于热塑性淀粉的组合物的方法，该方法包括: 通过模具熔融挤出热塑性组合物以形成挤出物，其中所述热塑性组合物包含淀粉聚合物和增塑剂； 使所述挤出物经受至少一个水冷却阶段，在该水冷却阶段中将所述挤出物与水接触第一个时间段；和 此后，使水冷却的挤出物经受至少一个空气冷却阶段，在该空气冷却阶段中使挤出物与空气接触第二个时间段，其中空气冷却的挤出物的水分含量为约百万分之500至约百万分之 20,000。2.权利要求1所述的方法，其中所述第一个时间段为约I至约50秒。3.权利要求1或2所述的方法，其中所述水的温度为约10°C至约60°C。4.前述任一项权利要求所述的方法，其中在水冷却阶段将基材浸入水冷却装置中。5.前述任一项权利要求所述的方法，其中所述水冷却的挤出物的水分含量为约百万分之2，000至约百万分之50，000。6.前述任一项权利要求所述的方法，其中所述第二个时间段为约I至约50秒。7.前述任一项权利要求所述的方法，其中所述气流的温度为约0°C至约40°C。8.前述任一项权利要求所述的方法，其中所述气流由气刀提供。9.前述任一项权利要求所述的方法，其中所述空气冷却的挤出物的水分含量为百万...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·H·王，G·J·怀德曼，J·李，
申请(专利权)人：金伯利克拉克环球有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US