包含半纤维素的聚合物膜或涂层制造技术

本发明专利技术披露了一种成膜组合物和聚合物膜或涂层，所述聚合物膜或涂层包括分子量小于５００００ｇ／ｍｏｌ的半纤维素，以及选自增塑剂、纤维素和合成低聚物或聚合物中的至少一种成分。也披露了所述膜或涂层作为氧气防渗材料的用途。此外，本发明专利技术还披露制备所述聚合物膜或涂层的方法，以及改进分子量小于５００００ｇ／ｍｌ的半纤维素成膜性能的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含半纤维素的聚合物膜或涂层
本专利技术涉及成膜组合物和包含半纤维素的聚合物膜或涂层。本专利技术还涉及所述膜或涂层作为氧气隔离材料(oxygen barrier)的用途。此外，本专利技术涉及制备包含半纤维素的聚合物膜或涂层的方法，以及改进半纤维素成膜性能的方法。
技术介绍
目前大部分包装用塑料材料是基于石油的。然而，地球上的化石资源有限。焚烧导致温室效应增加，而且这些材料通常是不可降解的。未来的持续发展要求转换至使用可再生的原材料。在众多食品包装应用中，保护食品不接触氧气是重要的，这是因为由于氧气的摄入，香味化合物(aroma compound)的氧化降低了产品的质量和风味。这可以通过使用隔离材料(barrier material)来实现，隔离材料具有低的氧气渗透率。此外，需要该材料是挠性的(flexible)、机械耐性的、透明的以及成本低。EVOH(乙烯乙烯醇共聚物)和PVOH(聚乙烯醇)是表现出良好防渗透性能的合成聚合物的实例。近来，已经基于可再生的原材料进行研究以获得氧气隔离材料。已经显示，基于例如淀粉和纤维素等蛋白质或多糖的膜是良好的氧气隔离材料。这些材料的缺陷之一是对水敏感。当周围的相对湿度增加时，氧气渗透率也增加。半纤维素是在大多数植物中生物合成的多糖，半纤维素在植物中起到存在于纤维素微纤维之间的基质材料和木素和纤维素之间的连接的作用。商业上，半纤维素已经用作食品中的甜味剂、增稠剂和乳化剂。目前，半纤维素的非食品应用十分有限。例如，它们尚未商业用于制备聚合物材料。基于半纤维素的膜的性能迄今为止研究地很少。通常，半纤维素表现出差的成膜性能，从而生成碎片的或十分脆的膜。然而，成膜性能随着半-->纤维素的结构而变化，而半纤维素又随着它的天然来源和提取方法而变化。为了适合作为隔离材料，必须改进成膜性能。WO 02/06411公开了杂木聚糖(heteroxylans)在制备含有植物防护剂(protectant)的成膜组合物中的用途。WO 02/06411的目的是提供一种组合物，该组合物适用于向种子或农产品施加植物防护剂。因此，掺入杂木聚糖的目的是获得植物防护剂用的成膜组合物。WO 02/06411中使用的杂木聚糖的分子量在100000至250000g/mol的范围内。使用高分子量的半纤维素产生了相对高粘度的组合物，这使得所述组合物实际上难以操作。在美国专利No 6004616中，通过使水溶性半纤维素发生成膜，获得了生物可降解的膜。所使用的半纤维素平均分子量为50000至1000000，优选为100000至400000。再次，由于粘度高，高分子量存在处理问题。此外，美国专利No 6004616中所述的膜的厚度为0.1mm(干态)。因此，所述膜相对厚，这在制备膜中要求消耗大量材料。其结果是，材料的成本将十分高。因此，需要生物可降解的成膜组合物，其能克服上述问题并具有所需的低的氧气渗透率的性质。专利技术概述因此，本专利技术的目的是提供一种基于分子量为50000g/mol或更少的半纤维素的挠性膜或涂层。另一目的是提供成膜组合物和基于分子量为50000g/mol或更少的半纤维素的膜或涂层，它们可用作氧气隔离材料。这些目的是如下实现的：混合分子量为50000g/mol或更少的半纤维素与选自增塑剂、纤维素和低聚物或聚合物中的至少一种成分，以及形成它们的膜或涂层。由此形成的聚合物膜或涂层可用作氧气隔离材料。使用分子量为50000或更少的半纤维素是有利的，因为它允许大量半纤维素原材料用于制备膜或涂层。此外，存在更多的提取方法来提取较低分子量的分子。本专利技术的另一优点是：生成的膜或涂层具有优异的氧气隔离性能。所测量的氧气渗透率对于商业应用的隔离材料EVOH和淀粉膜的氧气渗透率-->在相同的范围内。本专利技术的其它优点是所生成的膜或涂层的机械性能可通过添加各种数量或类型的增塑剂、纤维素或与其它聚合物或低聚物共混来控制。进一步的优点是本专利技术中的原材料是可再生的并且可以从生物质中提取。基于生物合成聚合物的材料具有数种环境优点。在它们的使用之后，这些材料并没有导致大气中二氧化碳净增加，此外它们中大多数为生物可降解的，因此可通过堆肥(composting)来处理。专利技术详述在得到本专利技术的研究工作中，显示基于半纤维素(特别是，富含戊聚糖(pontosan-rich)的多糖，如木聚糖)的内聚膜(coherent film)表现出优异的氧气隔离材料性能。意料不到地发现，出于制备可用作氧气隔离材料的膜的目的，可使用分子量小于50000g/mol的半纤维素。半纤维素是分子量从高至低的取代的/支化的聚合物。它们由排列在不同部分(portion)且具有不同取代基的糖单元构成。富含戊聚糖的多糖具有占优势(prevalent)的戊糖含量并且构成了半纤维素的最大基团。本文使用的，“富含戊聚糖的多糖”是指具有至少20重量％的戊聚糖含量和至少20重量％的木糖含量的多糖；例如，戊聚糖含量为40-80重量％和木糖含量为40-75重量％的多糖。富含戊聚糖的多糖，特别是木聚糖，是适用于本专利技术的最优选化合物，因为它们对湿气(humidity)不那么敏感。然而，根据本专利技术，也可使用其它种类的半纤维素，例如葡甘露聚糖(glucomannan)、半乳葡甘露聚糖或阿拉伯半乳聚糖(arabinogablactan)。用于本专利技术的半纤维素，特别是木聚糖的分子量小于50000g/mol。有利地，半纤维素的分子量大于8000g/mol。例如，半纤维素的分子量可为8000-50000g/mol，8000-48000g/mol或8000-45000g/mol。半纤维素分子量的其它实例有8000-15000g/mol，8000-14000g/mol，8000-13000g/mol，8000-12000g/mol，或者特别地为8000-11000g/mol。低分子量的使用是一个优点，这是因为可使用多种来源的半纤维素，以及简化了提取工序。-->半纤维素分子量的其它实例有15000-50000g/mol，20000-50000g/mol，15000-48000g/mol，20000-48000g/mol，15000-45000g/mol，或者特别地为20000-45000g/mol或者20000-40000g/mol。稍高分子量的使用有利于形成膜。如果使用甚至更高分子量，高粘度可能使用半纤维素生成膜或涂层复杂化，并且显著地限制了提取方法。木聚糖存在于生物质中，例如木材、谷类、草和草本植物中，并且它们被认为是植物王国中第二丰富的生物聚合物。为将木聚糖与各种生物质来源中的其它组分分离，可使用水和碱溶液进行萃取。木聚糖也可作为原料购自Sigma Chemical Company。木聚糖可分为杂木聚糖(heteroxylan)和均木聚糖(homoxylans)亚类。均木聚糖和杂木聚糖的化学结构不同。均木聚糖具有木糖残基主链，以及具有一些葡糖醛酸或4-O-甲基-葡糖醛酸取代基。杂木聚糖也具有木糖残基主链，但与均木聚糖不同的是，杂木聚糖广泛地取代有葡糖醛酸或4-O-甲基-葡糖醛酸取代基，还取代有阿拉伯糖残基。与杂木聚糖相比，均木聚糖的优势在于均木聚糖结晶程度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚合物膜或涂层，其包括分子量小于５００００ｇ／ｍｏｌ的半纤维素，以及选自增塑剂、纤维素和低聚物或聚合物中的至少一种成分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】SE 2003-3-21 0300801-81.一种聚合物膜或涂层，其包括分子量小于50000g/mol的半纤维素，以及选自增塑剂、纤维素和低聚物或聚合物中的至少一种成分。2.权利要求1的聚合物膜或涂层，其中所述半纤维素的分子量大于8000g/mol。3.权利要求2的聚合物膜或涂层，其中所述半纤维素的分子量在15000-48000g/mol之间。4.权利要求2的聚合物膜或涂层，其中所述半纤维素的分子量在8000-15000g/mol之间。5.权利要求1-4中任一项的聚合物膜或涂层，其中所述半纤维素是富含戊聚糖的多糖。6.权利要求5的聚合物膜或涂层，其中所述富含戊聚糖的多糖是木聚糖。7.权利要求6的聚合物膜或涂层，其中所述木聚糖是均木聚糖。8.权利要求7的聚合物膜或涂层，其中所述均木聚糖是葡糖醛酸木聚糖。9.权利要求6的聚合物膜或涂层，其中所述木聚糖是杂木聚糖。10.权利要求9的聚合物膜或涂层，其中所述杂木聚糖选自阿拉伯糖基木聚糖、葡糖醛酸阿拉伯糖基木聚糖和阿拉伯葡糖醛酸木聚糖。11.权利要求1-4中任一项的聚合物膜或涂层，其中所述半纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗加藤霍尔姆，阿斯博丁，玛丽亚格朗达尔，索菲亚达姆斯特罗姆，莉萨埃里克森，
申请(专利权)人：西洛芬股份公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]