专利名称：降低薄膜或涂层的水蒸气渗透率的方法
技术领域：
本发明涉及一种降低薄膜或涂层的水蒸气渗透率的方法，所述的薄膜或涂层由含有蜂蜡或含有褐煤酯蜡或含有它们的混合物的聚合物组合物(Q)制成。本发明还涉及由含有蜂蜡或含有褐煤酯蜡或含有它们的混合物的聚合物组合物(Q)制成的薄膜或涂层。本发明还涉及组合物，其含有Z1)40-98.5重量％的至少一种部分芳族的聚酯，Z2)0.5-20重量％的淀粉、纤维素或它们的混合物，Z3)1-20重量％的蜂蜡或褐煤酯蜡或它们的混合物以及Z4)0-20重量％的至少一种添加剂，本发明还涉及这些组合物作为预混物并降低水蒸气的渗透率的用途。
生产薄膜或涂层的聚合物组合物本质上是公知的。许多薄膜或涂层对于多数用途比如用于食品和饮料方面，对水蒸气阻隔性不足。亦公知将聚合物直接混合得到的聚合物组合物通常不能满足所有的技术要求。只有当加入添加剂时，这些组合物才能在经济上和技术上变得有用。由于聚合物组合物中需要加入的添加剂的量通常很少，而且少量添加剂的加入以及均相分布通常在技术上是个难题，因此添加剂通常加入到聚合物组合物中是以预混物(称作母料)的形式，其中添加剂的浓度相对较高。
如果将润滑剂如蜡用作添加剂，在实际操作中存在的问题是润滑剂通常很难混入聚合物基质中，而是在基质中团聚且存在于它的表面。这首先导致润滑剂沉积在使用的混合设备如挤出机的壁上。其次，由于外润滑作用，使得随后加入的任何添加剂很难混入。润滑剂的这种行为在母料的生产过程中导致特定的问题，因为很难制备蜡和添加剂浓度高的预混物。
基于可生物降解聚合物、淀粉或纤维素以及基于蜡的组合物是公知的(DE-A1 44 40 858)。
例如WO 98/14326公开了可含有聚酯如聚羟基链烷酸酯以及基于100重量份组合物为2-30重量份的作为添加剂的蜡的组合物。通常也公开了所述的组合物还可含有纤维状或片状的填料或增强材料。
含有蜡层的可生物降解层压物也是公知的，所述的蜡层由作为主要成分的蜡和一种聚合物如聚乙烯醇制得，或由作为主要成分的蜡和一种醋酸酯或丙烯酸酯制得。所述的蜡层可能还含有增稠剂，例如淀粉、甲基纤维素或羟甲基纤维素(EP-B1 616 569)。
WO 98/20073涉及基于可生物降解聚合物如脂族-芳族共聚酯的含淀粉组合物。这些组合物含有作为聚合物基质与分散于基质的填料二者之间的增容剂的酯化多元醇，即0.5-20重量％的脂肪或油。淀粉的量的实例为20-95重量％，优选为30-75重量％。蜡用作添加剂。
WO 94/3543公开了可生物降解组合物，其中存在的流动改进剂可能特别含有基于各自组合物总重量为5-70重量％的聚烯烃蜡。根据此公开文献，所述的流动改进剂对于制备具有高填料含量的组合物尤其有用。力学性能通过举例来研究的组合物基于聚乙烯-乙烯醇、聚乙烯-丙烯酸、40或25％的木粉以及分别为7或5％的聚乙烯蜡。
本发明的一个目的是发现一种降低薄膜或涂层的水蒸气渗透率的方法。具体地讲，提供的方法应该得到与环境相容的薄膜或涂层。本发明的又一个目的是发现水蒸气渗透率降低、能用于食品和饮料方面的薄膜或涂层。最后，提供的薄膜或涂层应该具有良好的表面。
我们发现通过在聚合物组合物中使用蜂蜡或褐煤酯蜡或它们的混合物以降低由此制得的薄膜或涂层的水蒸气渗透率可实现本发明所述目的。令人惊奇的是我们还发现淀粉或纤维素适合用作将蜂蜡或褐煤酯蜡或它们的混合物掺入聚合物基质中的增容剂，因此该目的通过一种降低从含有蜂蜡或含有褐煤酯蜡或含有二者的混合物的聚合物组合物(Q)制得的薄膜或涂层的水蒸气渗透率的方法就可实现，该方法包括在第一步中制备一种组合物(Z)，其含有Z1)40-98.5重量％的与构成Q的基础的聚合物(Q1)相容的至少一种聚合物，Z2)0.5-20重量％的作为增容剂的淀粉或纤维素或它们的混合物，Z3)1-20重量％的蜂蜡或褐煤酯蜡或它们的混合物以及Z4)0-20重量％的至少一种添加剂，其中重量百分数基于Z的总重量；以及在第二步中将组合物Z与构成Q的基础的聚合物Q1混合。
根据本发明，可以用作预混物的优选的组合物Z含有60-97重量％的Z1，1-15重量％的Z2，2-15重量％的Z3以及0-10重量％的Z4。在另一个优选实施方案中，组合物Z含有70-95.9重量％的Z1，1-10重量％的Z2，3-10重量％的Z3以及0.1-10重量％的Z4。
原则上对聚合物Z1没有限制，但优选可热塑性加工的聚合物。优选的聚合物包括可生物降解聚合物。这些可生物降解聚合物包括结构不同的聚合物，也包括不同可生物降解聚合物的混合物。
乳酸的聚合反应产物在本发明方法中可用作可生物降解聚合物。这些产物本身是公如的或可通过本身公知的方法制备。除了聚交酯外，也可使用基于乳酸和其它单体的共聚物或嵌段共聚物。大多数情况下使用线性聚交酯。然而也可使用支化的乳酸聚合物。支化剂的例子有多官能的酸或醇。可以当作例子提到的聚交酯是基本可从乳酸或乳酸的C1-C4烷基酯或它们的混合物与至少一种脂族C4-C10二羧酸以及至少一种含有3-5个羟基的C3-C10链烷醇得到的那些聚交酯。
可生物降解的聚合物的其它例子是脂族聚酯。所述的聚酯包括脂族羟基羧酸或内酯的均聚物，也包括不同羟基羧酸或内酯或它们的混合物的共聚物或嵌段共聚物。这些脂族聚酯还可含有二醇和/或异氰酸酯单元。所述的脂族聚酯还可含有从三官能团或多官能团化合物，例如从环氧化物、从酸或从三元醇衍生得到的单元。所述的脂族聚酯可以含有上述后者提到的单元作为单独单元，或者多种这些单元，可能的话与二醇和/或异氰酸酯一起。
制备脂族聚酯的方法对于本领域中熟练技术人员而言是公知的。脂族聚酯的摩尔质量(数均)一般在10,000-100,000g/mol。
特别优选的脂族聚酯包括聚己内酯。
特别优选的脂族聚酯是聚(3-羟基丁酸酯)以及3-羟基丁酸或其分别与4-羟基丁酸的混合物和3-羟基戊酸的混合物的共聚物，详细地讲，后一种酸的重量比至多为30％，优选至多20％。这类适合的聚合物也包括具有R-有规立构构型的那些，如WO 96/09402中公开的聚合物。聚羟基丁酸酯或其共聚物可通过微生物的方法制备。例如，从不同细菌和真菌中的制备方法可在Nachr.Chem Tech.Lab.39，1112-1124(1991)中找到，而制备有规立构聚合物的方法从WO 96/09402中可知。
也可使用上述羟基羧酸或内酯或它们的混合物、齐聚物或聚合物的嵌段共聚物。
其它脂族聚酯是从脂族二羧酸或脂环族二羧酸或它们的混合物以及肪族二醇或脂环族二醇或它们的混合物制成的聚酯。根据本发明，无规共聚物和嵌段共聚物都可使用。
根据本发明，合适的脂族二羧酸通常含有2-10个碳原子，优选含有4-6个碳原子。它们可以是线性的或支化的。对于本发明而言，可以使用的脂环族二羧酸通常是含有7-10个碳原子、特别是含有8个碳原子的那些。然而，原则上也可使用含有更多碳原子的二羧酸，例如含有多达30个碳原子的二羧酸。
应该提到的例子有丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、壬二酸、癸二酸、富马酸、2，2-二甲基戊二酸、辛二酸、1，3-环戊烷二羧酸、1，4-环己烷二羧酸、1，3-环己烷二羧酸、二甘醇酸(Diglykolsure)、衣康酸、马来酸以及2，5-降冰片烷二羧酸，优选己二酸。
也应该提到上述脂族二羧酸或脂环族二羧酸的形成酯的衍生物，它们同样也可使用，尤其是二-C1-C6-烷基酯，如二甲基、二乙基、二-正丙基、二异丙基，二-正丁基、二异丁基、二-叔丁基、二-正戊基、二异戊基以及二-正己基的酯。二羧酸的酸酐同样可以采用。
可单独使用二羧酸或二羧酸的形成酯的衍生物，也可使用它们的两种或两种以上的混合物。
可以使用的脂族聚酯的例子是如WO 94/14870中所述的脂族共聚酯，特别是从丁二酸、其二酯或它们分别与其它脂族酸或二酯的混合物制得的脂族共聚酯，后者如戊二酸和丁二醇或该二醇与乙二醇、丙二醇或己二醇或它们的混合物制得的混合物。
这种类型的脂族聚酯的摩尔质量(数均)通常为10,000-100,000g/mol。
所述的脂族聚酯也可以是含有其它单体的无规共聚物或嵌段共聚物。其它单体的比例一般至多为10重量％。优选的共聚单体是羟基羧酸或内酯或它们的混合物。
在制备脂族聚酯过程中，当然也可使用从两种或更多种共聚单体和/或从其它单元制得的混合物，例如从环氧化物、或从多官能团的脂族酸或芳族酸或从多官能团的醇制得的混合物。
聚合物组合物也可基于半芳族聚酯。对于本发明而言，所述组合物包括聚酯衍生物，如聚醚酯、聚酯酰胺和聚醚酯酰胺。适合的可生物降解半芳族聚酯包括线性非扩链聚酯(WO 92/09654)。优选扩链和/或支化半芳族聚酯。后者在开头提到的公开文献中已公开，这些文献有WO96/15173-15176，21689-21692、25446、25448或WO 98/12242，这些文献特地引入本文供参考。也可使用不同半芳族聚酯的混合物，如半芳族聚酯与聚交酯的共混物。
优选的半芳族聚酯包括如下聚酯，其含有作为主要成分的组分A)和B)A)一种酸组分，其由a1)30-95mol％的至少一种脂族二羧酸或至少一种脂环族二羧酸或其形成酯的衍生物或它们的混合物，a2)5-70mol％的至少一种芳族二羧酸或其形成酯的衍生物或它们的混合物，和a3)0-5mol％的含有磺酸盐基团的化合物制成；B)至少一种选自C2-C12链烷二醇或C5-C10环烷二醇或它们的混合物的二醇组分；以及如果需要的话还含有一种或多种选自组分C)和D)的组分C)一种选自如下的组分c1)至少一种含有醚官能团并具有式I的二羟基化合物，HO-[(CH2)n-O]m-H (I)其中n是2、3或4，m是2-250的整数，c2)至少一种具有式IIa或IIb的羟基羧酸 其中p是1-1500的整数，r是1-4的整数，G是选自亚苯基、-(CH2)q-、-C(R)H-和-C(R)HCH2的基团，其中q是1-5的整数，R是甲基或乙基，c3)至少一种氨基-C2-C12链烷醇或至少一种氨基-C5-C10环烷醇或它们的混合物，c4)至少一种二氨基-C1-C8链烷烃，c5)至少一种具有式III的2，2’-双噁唑啉 其中R1是单键、(CH2)z亚烷基，其中z＝2，3或4，或者是亚苯基，以及c6)至少一种选自如下的氨基羧酸天然氨基酸、摩尔质量不大于18,000g/mol且可由含有4-6个碳原子的二羧酸与含有4-10个碳原子的二胺缩聚得到的聚酰胺、具有式IVa和IVb的化合物， 其中s是1-1500的整数，t是1-4的整数，T是选自亚苯基、-(CH2)n-、-C(R2)H-和-C(R2)HCH2-的基团，其中n是1-12的整数，R2是甲基或乙基，以及具有重复单元V的聚噁唑啉 其中R3是氢，C1-C6烷基，C5-C8环烷基，苯基，其未被取代或具有至多三个C1-C4烷基取代基，或四氢呋喃基，或者由c1-c6制得的混合物；D)一种选自如下的组分
d1)至少一种含有至少三个能生成酯的基团的化合物，d2)至少一种异氰酸酯，以及d3)至少一种二乙烯基醚，或由d1)-d3)制得的混合物。
优选的半芳族聚酯中的酸组分A含有30-70mol％，优选为40-60mol％的a1；30-70mol％，优选为40-60mol％的a2。
使用的脂族酸和脂环族酸或它们对应的衍生物a1可以是上述那些。特别优选使用己二酸或癸二酸或它们每一种生成酯的衍生物或它们的混合物。特别优选使用己二酸或它的生成酯的衍生物，例如它的烷基酯或其混合物。
芳族二羧酸a2通常是含有8-12个碳原子，优选含有8个碳原子的二羧酸，例如对苯二甲酸，间苯二甲酸，2，6-萘甲酸和1，5-萘甲酸以及它们生成酯的衍生物。此处特别优选的例子是二-C1-C6烷基酯，例如二甲基、二乙基、二-正丙基、二异丙基、二-正丁基、二异丁基、二-叔丁基、二-正戊基、二异戊基或二-正己基的酯。二羧酸a2的酸酐也是适合的生成酯的衍生物。
然而，原则上也可利用含有更多碳原子数如多达20个碳原子的芳族二羧酸a2。
芳族二羧酸或其生成酯的衍生物a2可单独使用，也可以以它们的两种或两种以上的混合物的形式使用。特别优选使用对苯二甲酸或它的生成酯的衍生物，如对对苯二甲酸二甲酯。
使用的含有磺酸盐基团的化合物通常是含有磺酸盐的二羧酸或其生成酯的衍生物的碱金属盐或碱土金属盐，优选为5-磺基间苯二酸的碱金属盐或它们的混合物，特别优选钠盐。
在本发明的一个优选实施方案中，酸组分A含有40-60mol％的a1，40-60mol％ 的a2和0-2mol％ 的a3。在本发明的另一个优选实施方案中，酸组分A含有40-59.9mol％的a1，40-59.9mol％的a2和0.1-1mol％的a3，特别优选含有40-59.8mol％的a1，40-59.8mol％ 的a2和0.2-0.5mol％的a3。
二醇B一般选自含有2-12个、优选含有4-6个碳原子的支化或线性链烷二醇或选自含有5-10个碳原子的环烷二醇。
适合的链烷二醇的例子是乙二醇，1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，2-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、2，4-二甲基-2-乙基-1，3-己二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-乙基-2-丁基-1，3-丙二醇、2-乙基-2-异丁基-1，3-丙二醇以及2，2，4-三甲基-1，6-己二醇，优选乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇或2，2-二甲基-1，3-丙二醇(新戊二醇)，环戊二醇、1，4-环己二醇、1，2-环己烷二甲醇、1，3-环己烷二甲醇、1，4-环己烷二甲醇或2，2，4，4-四甲基-1，3-环丁二醇。也可使用不同链烷二醇的混合物。
组分A或组分B可过量使用，这取决于是否需要过量的酸基团或羟端基。在本发明的一个优选实施方案中，使用的组分A和B的摩尔比从0.4∶1到1.5∶1，优选从0.6∶1到1.1∶1。
除了组分A和组分B外，构成薄膜或涂层的基础并可用于本发明方法的聚酯还可以含有其它成分。
本发明优选使用的二羟基化合物c1是二甘醇、三甘醇、聚乙二醇、聚丙二醇和聚四氢呋喃(聚THF)，特别优选二甘醇、三甘醇和聚乙二醇，也可使用这些二羟基化合物的混合物，例如具有不同变量n(见式I)的化合物，例如含有亚丙基单元(n＝3)的聚乙二醇，例如可用本身已知的聚合方法并首先与环氧乙烷聚合，然后与环氧丙烷聚合得到；特别优选基于具有不同变量n的聚乙二醇的聚合物，其中由环氧乙烷形成的单元占主导。聚乙二醇的摩尔质量(Mn)一般选自250-8,000g/mol，优选600-3,000g/mol的范围。
在本发明的一个优选实施方案中，为了制备半芳族聚酯，例如可以使用基于B和c1的总量为15-98mol％，优选60-99.5mol％的二醇B，和0.2-85mol％，优选0.5-30mol％的二羟基化合物c1。
在本发明的一个优选实施方案中，使用的羟基羧酸c2)是乙醇酸、D-，L-或D，L-乳酸、6-羟基己酸、其环状衍生物，如乙交酯(1，4-二噁烷-2，5-二酮)、D-或L-二丙交酯(3，6-二甲基-1，4-二噁烷-2，5-二酮)、对-羟基苯甲酸，或它们的齐聚物和聚合物，比如聚(3-羟基丁酸)、聚羟基戊酸、聚丙交酯(例如EcoPLA的形式(Cargill))，或聚(3-羟基丁酸)和聚羟基戊酸的混合物(后者可从Zeneca以Biopol得到)，为了制备半芳族聚酯，特别优选其低分子量和环状衍生物。
可以使用的羟基羧酸的用量的实例基于A和B的量为0.01-50重量％，优选0.1-40重量％。
对本发明而言，使用的也包括4-氨基甲基环己烷甲醇的氨基-C2-C12链烷醇或氨基-C5-C10环烷醇(组分c3)优选为氨基-C2-C6链烷醇，如2-氨基乙醇、3-氨基丙醇、4-氨基丁醇、5-氨基戊醇或6-氨基己醇，或氨基-C5-C6环烷醇，如氨基环戊醇以及氨基环己醇，或这些醇的混合物。
使用的二氨基-C1-C8链烷烃(组分c4)优选为二氨基-C4-C6链烷烃，如1，4-二氨基丁烷、1，5-二氨基戊烷或1，6-二氨基己烷(六亚甲基二胺，HMD)。
在本发明的一个优选实施方案中，为了制备半芳族聚酯，基于B、c3和c4的摩尔量可以使用0.5-99.5mol％、优选70-98.0mol％的二醇组分B；0.5-99.5mol％、优选0.5-50mol％的c3以及0.5-50mol％、优选0-35mol％的c4。
具有式III的2，2’-双噁唑啉一般可通过Angew.Chem.Int.Edit.第11卷(1972)，pp 287-288所述方法制得。特别优选的双噁唑啉是其中R1是单键、(CH2)q亚烷基(其中q＝2，3或4)，如亚甲基、乙烷-1，2-二基、丙烷-1，3-二基或丙烷-1，2-二基，或亚苯基的那些双噁唑啉。可以提到的特别优选的双噁唑啉是2，2’-双(2-噁唑啉)、双(2-噁唑啉基)甲烷、1，2-双(2-噁唑啉基)乙烷、1，3-双(2-噁唑啉基)丙烷和1，4-双(2-噁唑啉基)丁烷，特别优选1，4-双(2-噁唑啉基)苯、1，2-双(2-噁唑啉基)苯或1，3-双(2-噁唑啉基)苯。
在制备半芳族聚酯时，例如可以使用每种情况下基于组分B1、c3、c4和c5的总摩尔量为70-98mol％的B1，至多30mol％的c3，0.5-30mol％的c4以及0.5-30mol％的c5。在另一个优选实施方案中，c5的用量基于A和B的总重量为0.1-5重量％，优选为0.2-4重量％。
本发明使用的组分c6可以是天然氨基羧酸。所述氨基羧酸包括α-氨基异戊酸、亮氨酸、异亮氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、苯基丙氨酸、色氨酸、赖氨酸、丙氨酸、精氨酸、天冬酰胺、半胱氨酸、谷氨酸、甘氨酸、组氨酸、脯氨酸、丝氨酸、酪氨酸、天冬酰胺和谷胺酰胺。
具有式IVa和IVb优选氨基羧酸是其中s是1-1000的整数，t是1-4的整数，优选1或2，T选自亚苯基和-(CH2)-n的那些，其中n为1，5或12。
C6也可以是具有式V的聚噁唑啉。然而c6也可以是不同氨基羧酸和/或聚噁唑啉的混合物。
在本发明的一个优选实施方案中，c6的用量基于组分A和B的总量为0.01-50重量％，优选为0.1-40重量％。
如果需要的话，制备半芳族聚酯可以使用的其它组分包括含有至少三个能生成酯的基团的化合物d1。
化合物d1优选含有3-10个能形成酯键的官能团。化合物d1特别优选在分子中含有3-6个这样的官能团，特别是3-6个羟基和/或羧基。其实如下酒石酸、柠檬酸、马来酸；三羟甲基丙烷、三羟甲基乙烷；季戊四醇；聚醚三醇；甘油；1，3，5-苯三酸；1，2，4-苯三酸、1，2，4-苯三酸酐；1，2，4，5-苯四酸、1，2，4，5-苯四酸二酐以及羟基间苯二甲酸。
化合物d1的使用量通常基于组分A为0.01-5mol％，优选为0.05-4mol％。
使用的组分d2是一种异氰酸酯或不同异氰酸酯的混合物。例如可以使用芳族或脂族二异氰酸酯。然而也可使用更高官能度的异氰酸酯。
对本发明而言，芳族二异氰酸酯d2尤其为2，4-甲苯二异氰酸酯、2，6-甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷-2，2’-二异氰酸酯、二苯甲烷-2，4’-二异氰酸酯、二苯甲烷-4，4’二异氰酸酯、亚萘基-1，5-二异氰酸酯或亚二甲苯基二异氰酸酯。
在这些二异氰酸酯中，特别优选二苯甲烷-2，2’-，2，4’-以及4，4’-二异氰酸酯作为组分d2，后者通常以混合物的形式使用。
也可使用的三元环异氰酸酯d2是三(4-异氰酸基苯基)甲烷。多元环的芳族二异氰酸酯例如在制备一元环或二元环二异氰酸酯的过程中产生。
组分d2也可含有次要量，例如基于组分d2总重量至多为5重量％的尿硫酮(Urethion)基团，例如用以封端异氰酸酯基。
优选的异氰脲酸酯包括脂族异氰脲酸酯，如从含有2-20个，优选3-12个碳原子的亚烷基二异氰酸酯或亚环烷基二异氰酸酯，如异佛尔酮二异氰酸酯衍生的异氰脲酸酯。此处的亚烷基二异氰酸酯可以是线性的或者是支化的。特别优选基于正亚己基二异氰酸酯的二异氰脲酸酯。
组分d2的通常用量基于A和B的总摩尔量为0.01-5mol％，优选为0.05-4mol％。
可以使用的二乙烯基醚d3一般是市场上能买到的的任何常用二乙烯基醚。优选使用1，4-丁二醇二乙烯基醚、1，6-己二醇二乙烯基醚或1，4-环己烷二甲醇二乙烯基醚或这些醚的混合物。
二乙烯基醚的优选用量基于A和B的总重量为0.01-5重量％，优选为0.2-4重量％。
优选使用的半芳族聚酯的实例基于下列成分A，B，d1A，B，d2A，B，d1，d2A，B，d3A，B，c1A，B，c1，d3A，B，c3，c4A，B，c3，c4，c5A，B，d1，c3，c5A，B，c3，d3A，B，c3，d1A，B，c1，c3，d3
A，B，c2在上述聚酯中，特别优选基于A，B和d1或A，B和d2或A，B，d1和d2的半芳族聚酯。在本发明的另一个优选实施方案中，半芳族聚酯基于A，B，c3，c4和c5或者A，B，d1，c3和c5。
半芳族聚酯的制备本质上是公知的的或通过本质上公知的方法如WO96/15173给出的方法来制备。
优选的半芳族聚酯的特征在于摩尔质量Mn是5,000-50,000g/mol，特别优选10,000-40,000g/mol，粘数为50-400ml/g，特别优选100-300ml/g(在邻二氯苯/苯酚中测量，重量比50/50，浓度为0.5重量％聚合物，25℃)，熔点为60-170℃，优选为80-150℃。
根据本发明，在组合物Z中用作组分Z1的聚合物与构成聚合物组合物Q的基础的聚合物Q1相容。如果各组分是混溶的或一种聚合物具有溶解在另一种聚合物组分中的趋势，那么通常认为这两种聚合物组合物是相容的(见B.Vollmert，Grundriβ，der macromolekulen Chemie，Vol.IV，第222页及以下各页，E Vollmert Verlag 1979)。确定相容性的一种方法是利用它们各自在溶解度参数、光学透明度或玻璃化转变温度上的差异，或利用分光镜法，如NMR、IR或荧光测量，或利用浊度测量或散射法(例如见L.A.Utracki“Polymer Alloys and Blends”，pp 34-42，New York 1989)。
使用的聚合物Z1优选与在聚合物组合物Q中使用的那些相同。聚合物组合物Q可基于聚合物Q1或不同聚合物Q1的混合物。聚合物Q1优选为对Z1例举的那些聚合物。
在本发明方法中使用的淀粉的来源及组成差别大。包括在此处术语淀粉里的原料的例子是天然或植物来源的多糖，其主要由直链淀粉和/或支链淀粉组成。淀粉可以从各种不同的植物，如土豆、大米、木薯、玉米、豌豆或禾谷类如小麦、燕麦或黑麦中获得。淀粉优选从土豆、玉米、小麦或大米中制得。也可使用不同来源的淀粉的混合物。特别优选的淀粉包括土豆淀粉。然而也可使用可热塑性加工的淀粉。这些淀粉包括具有侧链的淀粉，例如通过醚基或通过酯基与淀粉键接的侧链。
特别优选使用粉末淀粉。适合的粉末的例子是堆密度为300-900kg/m3的那些。优选的粉末淀粉的堆密度为600-800kg/m3。粉末淀粉一般含有基于粉末淀粉为2-20重量％的水。
使用的纤维素来源差别大。例如可使用各种来源如棉花的纤维素，这种纤维素不含木素，或者来源于如木材的纤维素，这种纤维素含有木素，此时所用纤维素如木纤维素应基本不含木素。
改性后的纤维素也可用于本发明方法中。对本发明而言，所述的改性纤维素是纤维素酯或纤维素醚。其中优选使用取代度高达2.5的那些。优选的取代基是含有2-10个碳原子的链烷酰基。优选纤维素酯的实例是乙酸纤维素、丙酸纤维素、丁酸纤维素、乙酸-丙酸纤维素和乙酸-丁酸纤维素。
优选使用细纤维状的纤维素。所述纤维一般含有少量水，通常含有基于纤维为2-12重量％，优选2-5重量％的水。
在本发明方法中，也可使用不同淀粉或不同纤维素的混合物，或一种或多种淀粉与一种或多种纤维素的混合物。
组合物Z含有作为组分Z3的蜂蜡或褐煤酯蜡。根据本发明，组分Z3也可以是蜂蜡与褐煤酯蜡的混合物。在本发明的一个优选实施方案中，Z3是蜂蜡。由于污染的缘故蜂蜡可能含有少量其它蜡。然而，用作组分Z3的蜂蜡优选基本上不含其它蜡。用作Z3的蜂蜡可能有不同的来源，因此组成不同。同样也可使用组成不同的褐煤酯蜡。蜂蜡和褐煤酯蜡一般分别具有60-85℃，优选60-65℃的滴点，15-22的酸值和85-158，优选85-105的皂化值。蜂蜡可以以不同的形态使用，例如以熔体或颗粒使用。当用于本发明方法中时，蜂蜡一般是锭剂的形式。
组合物Z可通过将各组分混合和/或均化来制备，温度优选为聚合物Z1熔融的温度范围，如220-260℃，设备可以是任何类型的混合设备，例如捏合器如Haake捏合器；混合器如转鼓式混合器或Banbury混合器；或挤出机如单螺杆挤出机，优选双螺杆挤出机。各组分的加入顺序可以不同，可将两个组分预混，或者也可将所有三个组分混合在一起。一般优选的加入顺序是先加入聚合物组分Z1，使之熔融，然后加入增容剂Z2和蜂蜡Z3。此处特别优选加入Z2与Z3的混合物。
本发明组合物也可含有添加剂Z4，如脂肪酰胺，特别是芥酸酰胺；脂肪酸的甘油单酯、甘油二酯或甘油三酯，特别是甘油单硬脂酸酯或甘油三硬脂酸酯；滑石、中和剂、稳定剂或着色剂，能使用的稳定剂的实例有生育酚(维生素E)、有机磷化合物、单酚、二酚、多酚、氢醌、二芳基胺或硫醚。可以加入的着色剂的实例是UV稳定剂、颜料、碳黑或荧光染料。在荧光染料中特别优选不合离子基团并从二苯乙烯基苯、均二苯代乙烯、苯并噁唑(Benzoxyzole)、香豆素或芘，优选从氰基苯乙烯基化合物衍生而来的光学增白剂。在本发明的一个优选实施方案中，组合物Z含有甘油单硬脂酸酯作为添加剂Z4。这些其它的添加剂的加入顺序可以变化，例如可将添加剂与Z的一种组分预先混合。然而，它们也可一定程度预混或一定程度或全部后来加入。
可以将组合物Z作为预混物(母料)加入聚合物组合物Q中，或反之亦然，加入量为使蜂蜡和任何其它存在的添加剂达到所需最终浓度所需要的量。此处的聚合物组合物Q本身可能含有添加剂，如上面提到的稳定剂或染料，或者填料或增强材料，或者这些添加剂可在Z加入后再加入组合物Q中。在可生物降解聚合物组合物中，Q中可能存在的或者可在加入Z后再加入这些组合物中的填料或增强材料是淀粉或纤维素，比如纤维素纤维、剂麻或大麻。其它适合的添加剂的例子是作为成核剂的碳酸钙、硫酸钙和滑石。
在本发明的一个优选实施方案中，由本发明方法制备的聚合物组合物Q含有基于聚合物组合物总重量为0.1-2重量％，优选0.1-1重量％的蜂蜡或褐酶酯蜡或它们的混合物以及0.1-50重量％，优选1-20重量％的添加剂如填料、增强材料或其它添加剂或它们的混合物。
本发明方法的一个优势是它使薄膜或涂层的水蒸气渗透率降低。另外，薄膜表面的手感良好。本发明方法的另一个优势是聚合物组合物的传送速率，也就是说挤出机螺杆每转每分钟的通量，例如比不是用本发明方法制备的聚合物组合物要高5-15％。
实施例试验方法熔体体积指数(MVI)[cm3/10’]按DIN53735或ISO 1133在190℃下测定，载荷为2.16kg。
撕裂强度[N/mm2](每种情况下为平行的和垂直的)按DIN 53504利用S3A冲压哑铃形试验样条测定。(样条长50mm，上端最大宽度8.5mm，试验宽度4mm)。试验开始时夹具间距25mm，样条拉伸速度100mm/min。
水蒸气渗透率WVP[g100μm m-2·d-1]按ASTM F 1249(试验仪器Mocon Permatran W 600)利用载气法来测定。在此方法中，载气(干氮气)将扩散进入薄膜的水蒸气分子输送到红外探测器，红外探测器将水蒸气流动定量化。水蒸气的流动用于确定基于100μm厚的薄膜的水蒸气渗透率。
滴点[℃]按DIN 51801用Ubbelohde方法测定。
酸值[mg KOH/g]按DIN 53402测定。
皂化值[mg KOH/g]按DIN 53401测定。
材料使用的聚合物Z11-Z13是从1，4-丁二醇、己二酸和对苯二甲酸(摩尔比100∶45∶55)以及基于所有使用的单体总重量为0.1重量％的甘油以及基于所有使用的单体总重量为0.5重量％的1，6-己烷二异氰酸酯制成的聚酯，其特征是Z11、Z12和Z13的熔融体积指数(MVI)分别为5、7和15cm3/10’。
聚合物Z11用作聚合物Q11。
使用的增容剂是粉末状土豆淀粉(白色)(Z21)或细纤维状的纤维素(Z22)(纤维素含量为99.5％且筛余物0.1％大于71μm、3％大于32μm的微纤维)。为了对照，还分别使用了MVI为25cm3/10’的聚己内酯(Z对比21)和粉末滑石(Z对比22)。
使用的组分Z31是锭剂形式的蜂蜡。所述蜂蜡的滴点为63℃，酸值为19.3，酯值为75.3，皂化值为94.6。
组合物Z的制备实施例1-5将聚酯在Haake捏合机中在150℃下退火10分钟，测定得到的扭矩。然后加入与增容剂混合的蜡，3分钟后测定得到的扭矩。这里的扭矩是对蜡掺入聚合物基质的衡量。扭矩的降低归因于蜡的外润滑。结果示于表1中。
对比例1-2重复实施例1-5的实验，只是不加增容剂。结果得到的颗粒感觉象蜡似的。冷却水含有较大量的蜡。
表1组合物Z的制备
实施例6-13将增容剂Z21和Z22分别与蜂蜡Z31在80℃预混合，然后分别加入聚酯Z11和Z12中。加工在表2给出的条件下在挤出机(Werner & Pfleider ZSK双螺杆挤出机)中进行。然后水浴冷却组合物并造粒。
对比例3-7将蜂蜡Z31分别与聚酯Z11和Z13在表3给出的条件下在挤出机(Werner& Pfleider ZSK双螺杆挤出机)中混合。然后水浴冷却组合物并造粒。
对比例8-11重复实验6-13，只是分别用聚己内酯Z对比21和滑石Z对比22代替增容剂Z21和Z22。实验条件与结果示于表3中。
表2本发明组合物Z的制备
a)蜡在水浴中b)颗粒表面呈高度蜡状c)非a)非b)表3对比组合物的制备
a)蜡在水浴中b)颗粒表面呈高度蜡状c)非a)非b)聚合物组合物Q的制备及由这些组合物生产薄膜实施例15-19将实施例10-14的组合物与聚合物Q11在约160℃的温度下在螺杆直径为60mm的Windmller & Hlscher挤出机中加工，得到聚合物组合物。将实施例14-17的每一聚合物组合物与基于聚合物组合物为0.6重量％的细滑石和0.2重量％的芥酸酰胺混合。将聚合物组合物18与基于聚合物组合物为0.2重量％的芥酸酰胺混合。在表4给出的条件下利用聚合物组合物生产吹塑薄膜，然后切割所述薄膜得到平膜。
对比例12重复实施例18，但只使用聚合物Q11(含有0.2重量％的芥酸酰胺)。
本发明的薄膜甚至与不含蜂蜡的薄膜比较时也具有良好的撕裂强度。甚至在只含0.2重量％的蜂蜡时，本发明薄膜的水蒸气渗透率降低55％。
与对比例12相比，传送速率提高9％。
表4聚合物组合物的制备及薄膜的生产
n.m.未测；a良好
权利要求
1.一种降低从含有蜂蜡或含有褐煤酯蜡或二者的混合物的聚合物组合物(Q)制得的薄膜或涂层的水蒸气渗透率的方法，包括在第一步中制备一种组合物(Z)，其含有Z1)40-98.5重量％的与构成Q的基础的聚合物(Q1)相容的至少一种聚合物，Z2)0.5-20重量％的作为增容剂的淀粉或纤维素或它们的混合物，Z3)1-20重量％的蜂蜡或褐煤酯蜡或它们的混合物以及Z4)0-20重量％的至少一种添加剂，其中重量百分数基于Z的总重量；以及在第二步中将组合物Z与构成Q的基础的聚合物混合。
2.如权利要求1所述的方法，其中Z通过将Z2与Z3混合，然后将得到的混合物与Z1混合来制备。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中使用基于Z的总重量为1-15重量％的增容剂Z2。
4.一种薄膜或一种涂层，其可从含有蜂蜡或含有褐煤酯蜡或含有它们的混合物的聚合物组合物(Q)通过将组合物(Z)与构成Q的基础的聚合物混合制得，其中所述组合物(Z)含有Z1)40-98.5重量％的与构成Q的基础的聚合物(Q1)相容的至少一种聚合物，Z2)0.5-20重量％的作为增容剂的淀粉或纤维素或它们的混合物，Z3)1-20重量％的蜂蜡或褐煤酯蜡或它们的混合物以及Z4)0-20重量％的至少一种添加剂，其中重量百分数基于Z的总重量。
5.如权利要求4所述的薄膜或涂层，其水蒸气渗透率为16-57[g·100μm·m-2·d-1，按ASTM F 1249测定]。
6.一种组合物，其包含Z1)40-98.5重量％的至少一种部分芳族聚酯；Z2)0.5-20重量％的淀粉或纤维素或它们的混合物；Z3)1-20重量％的蜂蜡或褐煤酯蜡或它们的混合物；Z4)0-20重量％的至少一种添加剂。
7.如权利要求6所述的组合物，其中用作组分Z1的聚酯含有作为主要成分的组分A)和B)A)一种酸组分，其由a1)30-95mol％的至少一种脂族二羧酸或至少一种脂环族二羧酸或其形成酯的衍生物或它们的混合物，a2)5-70mol％的至少一种芳族二羧酸或其形成酯的衍生物或它们的混合物，和a3)0-5mol％的含有磺酸盐基团的化合物制成；B)至少一种选自C2-C12链烷二醇或C5-C10环烷二醇或它们的混合物的二醇组分；以及如果需要的话还含有一种或多种选自组分C)和D)的组分C)一种选自如下的组分c1)至少一种含有醚官能团并具有式I的二羟基化合物，HO-[(CH2)n-O]m-H (I)其中n是2、3或4，m是2-250的整数，c2)至少一种具有式IIa或IIb的羟基羧酸 其中p是1-1500的整数，r是1-4的整数，G是选自亚苯基、-(CH2)q-、-C(R)H-和-C(R)HCH2的基团，其中q是1-5的整数，R是甲基或乙基，c4)至少一种二氨基-C1-C8链烷烃，c5)至少一种具有式III的2，2，-双噁唑啉 其中R1是单键、(CH2)z亚烷基，其中z＝2，3或4，或者是亚苯基，以及c6)至少一种选自如下的氨基羧酸天然氨基酸、摩尔质量不大于18,000g/mol且可由含有4-6个碳原子的二羧酸与含有4-10个碳原子的二胺缩聚得到的聚酰胺、具有式IVa和IVb的化合物， 其中s是1-1500的整数，t是1-4的整数，T是选自亚苯基、-(CH2)n-、-C(R2)H-和-C(R2)HCH2-的基团，其中n是1-12的整数，R2是甲基或乙基，以及具有重复单元V的聚噁唑啉 其中R3是氢，C1-C6烷基，C5-C8环烷基，苯基，其未被取代或具有至多三个C1-C4烷基取代基，或四氢呋喃基，或者由c1-c6制得的混合物；D)一种选自如下的组分d1)至少一种含有至少三个能生成酯的基团的化合物，d2)至少一种异氰酸酯，以及d3)至少一种二乙烯基醚，或由d1)-d3)制得的混合物。
8.如权利要求6或7所述的组合物制备预混物的用途。
9.如权利要求6或7所述的组合物降低薄膜或涂层的水蒸气渗透率的用途。
10.淀粉、纤维素或它们的混合物在制备含有蜂蜡或含有褐煤酯蜡或它们的混合物的聚合物组合物中作为增容剂的用途。
全文摘要
一种降低从含有蜂蜡或含有褐煤酯蜡或二者的混合物的聚合物组合物(Q)制得的薄膜或涂层的水蒸气渗透率的方法，包括制备一种组合物(Z)，其含有Z
文档编号C09D171/02GK1411489SQ01806097
公开日2003年4月16日 申请日期2001年3月6日 优先权日2000年3月8日
发明者U·维特, G·斯库平 申请人:巴斯福股份公司