CN101283033A - 包含淀粉的水稳定组合物和制品及其制造方法 - Google Patents

包含淀粉的水稳定组合物和制品及其制造方法 Download PDF

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CN101283033A
CN101283033A CNA2006800377444A CN200680037744A CN101283033A CN 101283033 A CN101283033 A CN 101283033A CN A2006800377444 A CNA2006800377444 A CN A2006800377444A CN 200680037744 A CN200680037744 A CN 200680037744A CN 101283033 A CN101283033 A CN 101283033A
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acid
polymer composition
film
combination
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CNA2006800377444A
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野田勇夫
M·M·萨托科斯基
W·M·小艾伦
J·T·奈普迈尔
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Procter and Gamble Ltd
Procter and Gamble Co
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Procter and Gamble Ltd
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Abstract

包含淀粉的热塑性聚合物组合物和由此制成的制品是水稳定的或可以使得成为水稳定的。一种制造水稳定热塑性组合物的方法包括将变性的淀粉与多元醇和酸混合起来从而由多元醇的至少一部分和酸形成酯缩合反应产物的步骤。在一些实施方案中，由酯缩合反应形成的预聚物可以作为与淀粉混合的预聚物提供。

Description

包含淀粉的水稳定组合物和制品及其制造方法
发明领域
本发明涉及包含淀粉的热塑性聚合物组合物以及由此制成的制品。组合物和制品为水稳定的或可以成为水稳定的。本发明也涉及制造水稳定的热塑性聚合物组合物和制品的方法。
发明背景
热塑性聚合物可用于多种塑料制品，这些制品包括但不限于薄膜、薄片、粘合剂、粘结剂、层压体、涂层、纤维、泡沫、模制的制品等等。通常，塑料制品具有较短的使用周期，与在包装、农业、家庭用品和个人护理产品领域中一样。例如，在食品包装中，塑料制品通常充当保护剂的角色并且在食品吃完之后被很快丢掉。同样，塑料家庭制品(例如洗涤剂瓶)和塑料个人护理产品(例如尿布和棉塞施用装置)也在使用后丢弃。
通常，塑料制品由包括但不限于聚烯烃的石油基热塑性聚合物制成。然而，由于石油供应的中断和渐增的费用，石油基热塑性聚合物的使用正变得越来越不实际。此外，石油基塑料原料(通常是不可生物降解的)在使用之后通常变成将被丢弃到正在迅速消失的日益昂贵的垃圾掩埋场中的固体垃圾。
热塑性淀粉(TPS)已经被看作石油基聚合物的替代品。使用TPS是有利的，因为淀粉天然丰富并且相对便宜。此外，TPS具有典型不能在常规的石油基聚合物中观察到的期望的特性，这些特性包括但不限于可生物降解性、天然亲水性和对于传统上与石油基聚合物不相容的材料的相容性。
为了使淀粉变为热塑性的以用于加工，通常将其与一种或多种增塑剂和/或其它加工助剂结合起来。与许多石油基聚合物一样，可以使用包括但不限于熔体纺丝和其它熔融挤出技术的常规方式来加工TPS。然而，与许多石油基聚合物不同的是，TPS对水分敏感。在暴露于水时，TPS会在几小时内部分第或甚至完全碎裂。这种对水分的敏感性会限制其中可以利用TPS的应用。为克服TPS对水的敏感性而提出的一种解决办法是将其与包括但不限于聚烯烃的石油基聚合物混合起来。然而，向TPS中加入石油基聚合物会产生如上述那些缺点。
继续存在对由丰富的低成本淀粉制成的水稳定热塑性聚合物组合物的需要。热塑性聚合物组合物将有利地在不需要使用包括但不限于石油产品等添加剂的条件下是水稳定的。
还继续存在对包含TPS组合物的水稳定塑料制品(可任选地为可生物降解的)的需要。此类制品在不需要使用包括但不限于石油基产品等添加剂的条件下是水稳定的也将是有利的。
也希望提供可以被转化成水稳定热塑性聚合物组合物的淀粉组合物。由此类组合物制成的塑料制品可以在加工期间或加工之后变成水稳定的。此外，希望以容易制造、装运、加工、以及它们的组合的形式来提供淀粉组合物和/或它们的组分。
发明概述
在一些实施方案中，本发明涉及水稳定热塑性聚合物组合物，该热塑性聚合物组合物包含变性的淀粉和由包含多元醇和酸的反应混合物形成的酯缩合反应产物。在一些实施方案中，组合物包含变性的淀粉和多元醇与一种化合物的反应产物，其中反应产物为酯交换反应产物、酯缩合反应产物、以及它们的组合。
可以由所公开的水稳定热塑性聚合物组合物制成的塑料制品包括但不限于模制的制品、挤出的制品、以及它们的组合。具体的实例包括个人卫生制品、吸收制品和包装。
在一些实施方案中，本发明涉及可以被转化成水稳定热塑性聚合物组合物的淀粉组合物。这些组合物包含淀粉(在加入组合物中之前和/或就地变性)、多元醇、酸和任选的甘油三酯。公开了可以使淀粉组合物变为水稳定的方法；可以任何适当的次序进行该方法的各步骤。这些方法包括在多元醇和酸之间诱发酯缩合反应和/或在多元醇和甘油三酯之间诱发酯交换反应。在一些实施方案中，通过加热来诱发反应。
这些和其它实施方案、方面和优点均包括在本发明内，并且参考以下说明和附加的权利要求将变得更好理解。
发明详述
除非另外指明，本文所用的所有百分比、比率和比例均按所述组合物的重量百分比计。除非另外特别指出，所有的平均值均按所述组合物或其组分的重量计。除非另外指明，聚合物的“平均分子量”或“分子量”是指重均分子量。除非另外指明，通过凝胶渗透色谱法测定重均分子量。
如本文所用，“共聚物”是指包括共聚物、三元共聚物和其它多单体聚合物。
如本文所用，“反应物”是指在化学反应开始时存在的化学物质。
除非另外指明，如本文所用，“混合物”是指限定族群的组分中的任何组分的两种或更多种的混合物。
如本文所用，“可生物降解的”是指化合物最终被微生物和/或自然环境因素完全降解成CH4、CO2和水或生物质的能力。
如本文所用，“可堆肥的”是指满足以下三个要求的材料：(1)该材料能够在用于固体垃圾的堆肥设备中处理；(2)如果如此处理，那么该材料将在最终的混合肥料中结束；和(3)如果在土壤中使用该混合肥料，那么该材料最终将在土壤中被生物降解。
如本文所用，“包括”是指在实施本发明时可结合应用多种组分、成分或步骤。因此，术语“包括”包括更有限制性的术语“基本上由…组成”和“由…组成”。本发明的组合物可以包括、基本上由或由本文所公开的所需和任选元件中的任何一种组成。
除非另外指明，如本文所用，马库什语言包括单独马库什族成分的组合。
除非另外指明，本发明使用的所有百分比、比率和比例均按所述组合物的重量百分比计。除非另外特别指出，所有的平均值均按所述组合物或其组分的重量计。
本文所公开的所有数值范围是指包括该范围内的每个单个数字并且包括这些范围的公开上限和下限的任何组合。
本发明涉及淀粉组合物，以及包含淀粉的热塑性聚合物组合物和由此制成的塑料制品，它们是水稳定的，或可以使得成为水稳定的。本发明还涉及制造上述物质的方法。
本发明的水稳定热塑性聚合物组合物由本文也称为“淀粉组合物”的原料混合物制成。淀粉组合物可以包含：变性的淀粉、多元醇和酸(包括羧酸和/或羧酸酐部分)和/或甘油三酯等。不受理论的约束，据信多元醇充当增塑剂使变性的淀粉变为热塑性的，并且能够通过包括但不限于用来加工常规热塑性塑料的那些方法进行加工。还据信，通过加热原料混合物可在多元醇的至少一部分和酸之间诱发酯缩合反应和/或在多元醇的至少一部分和甘油三酯之间诱发酯交换反应。据信这些反应(独自或联合)使多元醇的至少一部分变为水不溶性的。据信水不溶性的多元醇可以向所得的热塑性聚合物组合物(或由此制成的制品)提供“水稳定性”。“水稳定性”一般是指抵抗水分的能力并且按下面的方法部分所规定进行测定。因此，本发明的包含淀粉的热塑性组合物可以在不需要使用石油基聚合物等的条件下使得成为水稳定的。
在一些实施方案中，多元醇和酸和/或甘油三酯可以作为本文所称的“预聚物”存在于淀粉组合物中。在这些情况下，在与淀粉混合之前前述多元醇和酸和/或甘油三酯之间的酯缩合反应和/或酯交换反应已经至少部分地(但没有完全地)发生。在另外一些实施方案中，预聚物也可以包含淀粉。
下面进一步论述前述的原料、制品以及制造上述物质的方法。
淀粉
淀粉是天然丰富的，因此相对便宜。热塑性淀粉可以具有典型不能在常规的石油基聚合物中观察到的期望的特性，这些特性包括但不限于可生物降解性、可堆肥性、天然亲水性和对于传统上与石油基聚合物不相容的材料的相容性。
淀粉可以采取几种不同的形式。如本文所用，“原淀粉”是指存在于其天然存在的、未改性状态的淀粉。任何合适来源的原淀粉均可用于本发明。来源的非限制性实例包括：玉米淀粉、马铃薯淀粉、甘薯淀粉、小麦淀粉、西谷椰子淀粉、树薯淀粉、大米淀粉、大豆淀粉、竹芋淀粉、欧洲蕨淀粉、藕淀粉、木薯淀粉、蜡质玉米淀粉、高淀粉酶玉米淀粉、商业淀粉酶粉末、以及它们的组合。
原淀粉通常具有颗粒状结构。为了使淀粉能够被进一步加工，典型地使其经受变性过程。不受理论的约束，据信淀粉颗粒由离散的支链淀粉和淀粉酶区域构成。为了将原淀粉转化为“变性的淀粉”，在变性过程中使这些区域裂开，该过程常伴随着淀粉的体积膨胀，尤其是在添加剂(包括但不限于增塑剂)存在的条件下。在变性淀粉时存在增塑剂(例如多元醇)与不存在增塑剂时变性淀粉相比典型地增大淀粉的粘度。变性过程典型地为不可逆的。在本发明的一些实施方案中，可能希望尽可能完全变性淀粉以便避免“结块”，“结块”会在后续工序(包括但不限于熔融过程)中产生不利影响。
可以在原淀粉包含在本发明的混合物中之前变性可用于本发明的原淀粉。除此之外或作为另外一种选择，可以在原淀粉处于混合物中之后(即就地)变性原淀粉。在本发明的一些实施方案中，使用原淀粉比使用变性的淀粉便宜，这是因为前者不需要使用独立的变性步骤。
可以使用任何合适方式来变性原淀粉。可以通过包括但不限于以下的方式实现至少部分变性：加热；酶改性；化学改性，包括但不限于乙氧基化等(如通过加入例如环氧乙烷)；化学降解；以及它们的组合。可以充当淀粉增塑剂的试剂可用来变性淀粉。在一些实施方案中，这些试剂在进一步加工的过程中可以保持与淀粉混合。在其它实施方案中，这些试剂可以是暂时的，即，它们被移除使得它们在进一步加工的过程中和/或在最终的塑料制品中不存在。
在一些实施方案中，变性的淀粉可以包括已通过改性(如上文所论述)而变性的原淀粉。改性的淀粉被定义为其天然的分子特性(分子量或化学结构)已经以任何方式改变的原淀粉。例如，在一些实施方案中，如果原淀粉的分子量改变，但是没有对原淀粉进行其它改变，那么该淀粉可以被称为改性的淀粉。淀粉的化学改性典型地包括酸水解或碱水解和氧化断链作用以降低分子量或分子量分布。原淀粉一般具有非常高的平均分子量和较宽的分子量分布(例如，天然玉米淀粉具有最多约60,000,000克/摩尔(g/mol)的平均分子量)。可以通过酸还原、氧化还原、酶还原、水解(酸或碱催化的)、物理/机械降解(例如，通过加工设备的热机械能输入)、以及它们的组合，根据本发明的需要降低淀粉的平均分子量。当就地进行的时候，热机械方法和氧化方法提供了额外的优势。只要平均分子量在可接受的范围内，那么淀粉的确切化学本性和分子量降低方法就不是很重要。加入熔体中的淀粉或淀粉共混物的重均分子量的范围可以为约3,000g/mol至约8,000,000g/mol，约10,000g/mol至约5,000,000g/mol，或约20,000g/mol至约3,000,000g/mol。在其它实施方案中，重均分子量在上述范围内，但是为约1,000,000或更小，或约700,000或更小。具有不同分子量的淀粉可以按需混合以用于本发明。
在一些实施方案中，变性的淀粉包括取代的淀粉。取代的淀粉为它们的醇(即羟基)官能团中的一些被其它化学部分所替换的淀粉。如果想得到取代的淀粉，那么淀粉的化学改性典型地包括醚化作用和酯化作用。可以使用环氧乙烷来完成化学改性(另外称为乙氧基化)，导致如上文所论述的变性淀粉。为了获得与热塑性聚合物和多元醇的更好相容性或混溶性，可能需要取代的淀粉。然而，可能期望使取代与降解性速率的降低相平衡。化学取代的淀粉的取代度通常为约1％至约100％(即完全取代)。作为另外一种选择，可以使用约1％至约6％的较低取代度。
在一些实施方案中，本发明的淀粉组合物或热塑性组合物包含约1％至约99％，约30％至约90％，约50％至约85％，或约55％至80％的淀粉，其中包括淀粉的结合水含量。淀粉选自由下列组成的组：原淀粉、变性的淀粉(其可以包括改性的淀粉和/或取代的淀粉)、以及它们的组合。术语“结合水”是指在将淀粉与其它组分混合以制成组合物之前在淀粉中发现的天然存在的水。相反，术语“游离水”是指可以加入到本发明的组合物中的水。例如，游离水可以被作为增塑剂掺入或与增塑剂结合。本领域的普通技术人员将会发现，一旦将组分混入组合物中，就不再能按来源区分水。没有经受过干燥过程的淀粉典型地在环境条件下具有按所述淀粉的重量计约5％至约16％的结合水含量。在本发明的一些实施方案中，本发明的组合物和产品包含至少约50％的变性的淀粉，或至少约60％的变性的淀粉。
可用于本发明的淀粉可以包括如本文一般或具体所述的或如本领域所知的淀粉的任何组合。可用的合适淀粉可选自由下列组成的组：冷水不溶性淀粉、冷水相溶性淀粉、以及它们的组合。其中“冷水”是指处于或低于25℃的水。如本文所用，冷水不溶性淀粉为在25℃在水中溶解少于25％的淀粉。
本文所用的热塑性淀粉是指当在高温下(显著高于正常环境温度；通常高于80℃)时能够流动至淀粉或包含淀粉的组合物可以被成形为塑料制品的程度的淀粉组合物。塑料制品能够在高温降至环境温度之后固化以保持成型的形态。
多元醇
如本文所用的“多元醇”是指含有两个或更多个醇(即羟基)官能团的醇。不受理论的约束，据信上述多元醇可以在本发明的淀粉组合物中充当淀粉增塑剂。换句话讲，据信多元醇使淀粉能够流动并且被加工，即产生热塑性淀粉。
可以使用任何合适的多元醇或多元醇的组合。合适多元醇的非限制性实例包括：丙三醇(本领域也称为甘油)、二醇、糖、糖醇、以及它们的组合。可用的二醇的非限制性实例包括：乙二醇、丙二醇、双丙甘醇、丁二醇、己三醇等、它们的聚合物、以及它们的组合。可用的糖的非限制性实例包括：葡萄糖、蔗糖、果糖、棉子糖、麦芽右旋糖、半乳糖、木糖、麦芽糖、乳糖、甘露糖、赤藓糖、季戊四醇、以及它们的混合物。可用的糖醇的非限制性实例包括：赤藓醇、木糖醇、麦芽糖醇、甘露糖醇、山梨醇、以及它们的混合物。在本发明的具体实施方案中，多元醇包括甘油、甘露糖醇、山梨醇、以及它们的组合。
一般来讲，多元醇同与其混合的聚合物组分基本上相容。如本文所用，术语“基本上相容”是指当加热到组合物的软化和/或熔融温度以上的温度时，多元醇能够同其混合于其中的组分中存在的聚合物形成视觉上均匀的混合物。在一些实施方案中，增塑剂为水溶性的。
在本发明的一些实施方案中，多元醇也可以被用作淀粉的变性剂。在这些实施方案中，在变性淀粉时，多元醇可以充当变性的淀粉的增塑剂，从而使其变为热塑性的。在另一些实施方案中，在变性淀粉时，可以移除多元醇并且用不同的增塑剂将其取代以使变性的淀粉变为热塑性的。在一些实施方案中，多元醇可以改善所得塑料制品的柔韧性。
多元醇以变性淀粉和/或使变性的淀粉变为热塑性的任何合适量被包括在本发明的热塑性组合物中。一般来讲，必需的多元醇的量取决于淀粉的分子量、混合物中淀粉的量、多元醇对淀粉的亲和力、以及它们的组合。多元醇应当足以使淀粉组分变为热塑性的，以便它可以被有效地加工例如以形成塑料制品。一般来讲，多元醇的量随淀粉分子量的增大而增加。典型地，多元醇可以约2％至约70％，约5％至约50％，约10％至30％，或约15％至约25％的量存在于本发明的组合物中。
酸
可用于本发明的酸具有至少一个选自由下列物质组成的组的官能团：羧酸、羧酸酐、以及它们的组合。此类酸包括但不限于一元酸、二元酸、多元酸(含有至少三个酸基的酸)、包含至少一个酸部分的聚合物、包含至少一个酸部分的共聚物、它们的酸酐、以及它们的混合物。
可用的酸的非限制性实例包括：己二酸、皮脂酸(sebatic)酸、月桂酸、硬脂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、油酸、亚油酸、癸二酸、柠檬酸、草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、马来酸、富马酸、酞酸、异酞酸、对苯二甲酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、缩水甘油基甲基丙烯酸酯、以及它们的组合。此类酸的酸酐也可以在本发明的上下文内使用。可用的酸酐的非限制性实例包括：马来酸酐、邻苯二甲酸酐、琥珀酸酐、以及它们的组合。
包含至少一个酸部分的聚合物和共聚物和/或它们的酸酐是可用的。合适的聚合物和共聚物包括但不限于包含丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、缩水甘油基甲基丙烯酸酯、它们的酸酐、以及它们的组合的单体单元的那些。聚合物可以包含与这些酸单体单元结合的其它单体单元。例如，可以使用诸如乙烯-丙烯酸共聚物等乙烯-酸单体共聚物。在一个具体实施方案中，共聚物包含至少50％摩尔的酸单体单元。此类聚合物和共聚物的分子量可以从低至约2,000至超过约1,000,000不等。合适聚丙烯酸的一个实例得自阿坠克化学公司，具有约450,000的分子量。合适乙烯-丙烯酸共聚物的一个实例为得自道尔化学公司的初核(Primacore)59801，具有至少50％摩尔的丙烯酸含量。
在具体的实施方案中，酸包含至少一种二元酸、多元酸、酸聚合物或共聚物、或它们的混合物。在其它实施方案中，酸单独包含一种二元酸或包含一种二元酸与另一种酸例如一元酸的组合。在另外一些实施方案中，酸包含己二酸、硬脂酸、月桂酸、柠檬酸、聚丙烯酸和/或乙烯-丙烯酸共聚物。
通常，酸以约0.1％至约30％，约1％至约20％，或约2％至约12％的量用在淀粉组合物中。在一些实施方案中，淀粉组合物中的醇官能团与酸性官能团的摩尔比为至少约1∶1，或至少约4∶1。在一些实施方案中，淀粉组合物中的醇官能团与酸性基团的摩尔比为约1∶1至约200∶1，或约1∶1至约50∶1。
甘油三酯
任何合适的甘油三酯(本领域也称为三酯酰甘油)均可用于本发明。可用的甘油三酯的非限制性实例包括：三硬脂酸甘油酯、甘油三油酸酯、三棕榈酸甘油酯、1，2-二棕榈酸油酸甘油酯、1，3-二棕榈酸油酸甘油酯、1-棕榈酸-3-硬脂酸-2-油酸甘油酯、1-棕榈酸-2-硬脂酸-3-油酸甘油酯、2-棕榈酸-1-硬脂酸-3-油酸甘油酯、甘油三亚油酸酯、1，2-二棕榈酸亚油酸甘油酯、1-棕榈酸二亚油酸甘油酯、1-硬脂酸二亚油酸甘油酯、1，2-二乙酸棕榈酸甘油酯、1，2-二硬脂酸油酸甘油酯、1，3-二硬脂酸油酸甘油酯、三肉豆蔻酸甘油酯、甘油三月桂酸酯、以及它们的组合。
合适的甘油三酯可以纯态加入到本发明的组合物中。除此之外或作为另外一种选择，可以将包含合适甘油三酯的油和/或加工过的油加入到组合物中。油的非限制性实例包括椰子油、玉米胚芽油、橄榄油、棕榈籽油、棉籽油、棕榈油、油菜籽油、向日葵油、鲸油、大豆油、花生油、亚麻籽油、妥尔油、以及它们的组合。
典型地，甘油三酯以约0.1％至约30％，约1％至约20％，或约2％至约12％的量用于淀粉组合物中。在一些实施方案中，淀粉组合物中的醇官能团与酯官能团的摩尔比为至少约1∶1，或至少约4∶1。在一些实施方案中，淀粉组合物中的醇官能团与酯官能团的摩尔比为约1∶1至约200∶1，或约1∶1至约50∶1。
在一些实施方案中，酸和甘油三酯的组合可用于淀粉组合物中。在一些实施方案中，酸和甘油三酯的总量为约0.1％至约32％，约1％至约25％，或约2％至约20％。除此之外或作为另外一种选择，醇官能团与酯和酸的官能团总数的摩尔比为至少约1∶1，或至少约4∶1。在一些实施方案中，摩尔比为约1∶1至约200∶1，或约1∶1至约50∶1。
附加组分
根据加工和/或最终使用组合物的需要，依照本发明的组合物可以包括一种或多种附加组分。附加组分可以任何合适的量存在。在一些实施方案中，附加组分可以约0.01％至约35％或约2％至约20％的量存在。附加组分的非限制性实例包括但不限于附加聚合物、填充剂、加工助剂等。
可用的附加聚合物的非限制性实例包括：聚羟基链烷酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、马来酸酐聚乙烯、马来酸酐聚丙烯、聚乳酸、改性聚丙烯、尼龙、己内酯、以及它们的组合。
在其中需要包括但不限于可生物降解性和/或可冲洗性等特性的实施方案中，可以使用附加的合适的可生物降解的聚合物和它们的组合。在一些实施方案中，包含脂族组分的聚酯为合适的可生物降解的热塑性聚合物。在一些实施方案中，在聚酯之中包含脂族组分的酯缩聚物和聚羟基羧酸是优选的。酯缩聚物包括但不限于：二元酸/二醇脂族聚酯，如聚丁烯琥珀酸酯和聚丁烯琥珀酸酯共己二酸酯；脂族/芳族聚酯，如由丁烯二醇、己二酸和对苯二酸制成的三元共聚物。聚羟基羧酸包括但不限于：乳酸基均聚物和共聚物；聚羟基丁酸酯；以及其它聚羟基链烷酸酯均聚物和共聚物。在一些实施方案中，聚乳酸的均聚物或共聚物是优选的。也可用使用改性的聚乳酸和它们的不同立体构型。合适的聚乳酸典型地具有约4,000g/mol至约400,000g/mol的分子量范围。合适的可商购获得的聚乳酸的实例包括得自卡吉欧道尔公司的NATUREWORKSTM和得自三井化学公司的LACEATM。合适的可商购获得的二元酸/二醇脂族聚酯的一个实例是聚丁烯琥珀酸酯/己二酸酯共聚物，其以商品名BIONOLLETM 1000和BIONOLLETM 3000售自位于日本东京的秀高聚合物有限公司。合适的可商购获得的脂族/芳族共聚酯的一个实例是己二酸丁二醇酯与对苯二酸酯的共聚物，其以商品名EASTAR BIOTM共聚酯售自伊斯门化学公司，或以ECOFLEXTM售自巴斯福。在一些实施方案中，可生物降解的聚合物或聚合物组合可以包含聚乙烯醇。
前述可生物降解的聚合物以及它们的组合按存在的淀粉和热塑性淀粉组合物的重量计可以约0.1％至约70％，约1％至约50％、或约2％至约25％的量存在。填充剂的非限制性实例包括：滑石、粘土、纸浆、面粉、胡桃壳、纤维素、棉花、黄麻、酒椰纤维、米糠、动物鬃毛、甲壳质、颗粒状淀粉、硅藻土、纳米颗粒、碳纤维、洋麻、以及它们的组合。
加工助剂通常以约0.1％至约3％，或约0.2％至约2％的量存在于当前的组合物中。加工助剂的非限制性实例包括：润滑剂、抗粘剂、聚合物、表面活性剂、油、增滑剂、以及它们的组合。具体加工助剂的非限制性实例包括：硬脂酸镁、脂肪酸酰胺、脂肪酸的金属盐；蜡酸酯和它们的皂；蒙旦蜡酸、酯和它们的皂；聚烯烃蜡；非极性聚烯烃蜡；天然和合成石蜡；氟聚合物；滑石；硅；粘土；硅藻土。此类化合物的商业实例包括但不限于：克饶得酰胺TM(克饶得，北亨伯赛德郡，英国)、AtmerTM(尤尼克马，厄福巴格，比利时)和EpostanTM(日本触媒公司，日本东京)。在一些实施方案中，淀粉包含至少约50％的淀粉组合物中的全部聚合物组分，更具体地讲至少约60％的淀粉组合物中的全部聚合物组分。
水稳定性
不受理论的约束，可以经由前述酯缩合反应和/或酯交换反应使依照本发明的热塑性聚合物组合物成为水稳定的。在将热塑性聚合物组合物制成塑料制品时，可以在制品形成之前、制品形成过程中、制品形成之后(即固化)以及它们的组合中诱发反应。在一些实施方案中，通过应用加热来诱发反应和/或推进反应完成。在本发明的一些实施方案中，可用使用催化剂来诱发和/或加速酯缩合和/或酯交换反应。可以使用任何合适的催化剂。可用催化剂的非限制性实例包括路易斯酸。一种路易斯酸的非限制性实例为对甲苯磺酸。
关于酯缩合反应，不受理论的约束，据信加热包含酸的热塑性聚合物组合物可以从淀粉组合物中移除足量的水(包括一些但不是全部的结合水)从而诱发多元醇与酸的反应以形成水稳定反应产物至向所得组合物提供水稳定性的程度。不受理论的约束，据信缩合反应会在多元醇与酸之间进行。一般来讲，支配此类缩合反应的化学在本领域被称为醇酸化学。
在本发明中，重要的是酯缩合反应没有完成至在最终加工热塑性组合物进行之前形成反应产物的凝胶的程度。如本文所用，“凝胶”是指不降低材料的分子量就不再可能交联至流动(甚至在高温下)程度的材料。重要的是在最终加工之前体系低于反应物的胶凝点，以便保持充分的流动行为使得能够将材料成型为包括但不限于纤维的塑料制品。胶凝点被定义为其中由反应物的产物形成的足够多聚合物链被键合在一起使得至少一个非常大的分子与聚合物相共同扩张从而流动不再可能并且材料的行为更像固体的状态。
向上直到胶凝点，反应向其中预聚物(如低聚物或甚至较大的分子)在该处形成的点进发会是有利的，然而这些种类应当保持流动和被成型为可用制品的能力。如本文所用的低聚物是来自包括至少两个单体并且最多约十个单体的组分单体的反应产物。在本发明的一些实施方案中，当在酸和醇之间进行酯缩合反应并且因此形成低聚物时，在形成最终产物之前从反应产物中移除过量的水会是有利的。据信移除水可以在最后的工序中加快酯缩合反应朝向完成。
在一些实施方案中，在至少约90℃，更具体地讲至少约100℃的温度下加热热塑性组合物以将热塑性组合物转化为水稳定组合物。典型地，将不在超过约250℃，或超过约225℃的温度下加热热塑性组合物。在一些实施方案中，在至少约115℃的温度下加热热塑性组合物以将热塑性组合物转化为水稳定组合物。在另一些实施方案中，在约130℃至约180℃的温度下加热热塑性组合物以将热塑性组合物转化为水稳定组合物。在一些实施方案中，将组合物的水含量减少至低于在环境条件下淀粉中天然存在的结合水含量的含量。在其它实施方案中，将组合物的水含量减少至组合物的5％或更少。在其它实施方案中，水含量为约4％或更少。在另一个实施方案中，将水含量减少至约3％或更少。另一个实施方案中，将水含量减少至约2％或更少。可以通过在其中水可以蒸发的条件下将淀粉组合物提供在高温下来减少水含量。
尽管没有要求，但是可以改进热塑性聚合物组合物的物理形式来提供更大的表面积以有利于从组合物移除水。将热塑性组合物转化为水稳定形式所必需的加热时间一般来讲将取决于多种因素，这些因素包括组分组成(即，具体的淀粉、多元醇和酸和/或甘油三酯)、加热温度、组合物的物理形式等。合适的时间可以自瞬间至约24小时，约1分钟至约24小时，约5分钟至约12小时，或约5分钟至约1小时不等。一般来讲，不应当在其中淀粉发生分解、燃烧或灼热的条件下，尤其是在视觉上显而易见的或显著水平的分解、燃烧或灼热发生的情况下减少水含量。
在一些实施方案中，通过使用常规的混合和/或挤出技术来熔融混合和/或挤出包含变性的淀粉、多元醇和酸和/或甘油三酯的混合物而形成依照本发明的热塑性组合物。可以通过组合变性的淀粉、多元醇和酸和/或甘油三酯来形成混合物。作为另外一种选择，可以通过组合未变性的淀粉、多元醇和酸和/或甘油三酯来提供混合物，加上通过上文所论述的变性技术中的任何一种在混合物中就地变性淀粉的附加步骤。典型地使用常规混合技术来混合这些组分。混合步骤的目的是生产至少视觉上均匀的包含淀粉的熔融组合物。
一种合适的混合装置是具有多个注入位置的多混合区域双螺杆挤出机。可以使用多个注入位置来加入变性的淀粉、多元醇和酸和/或甘油三酯。也可以使用双螺杆间歇式搅拌器或单螺杆挤出体系。只要进行了充分的混合和加热，那么所用的具体设备并不重要。用于混合这些材料的可供选择的方法包括向挤出体系中加入淀粉、多元醇和酸和/或甘油三酯，在那里它们在渐增的温度下混合。例如，可以使用具有六个加热区域的双螺杆挤出机。该过程可以导致淀粉的最小程度热降解，并且可以确保淀粉完全变性。然而，可能不必挤出熔融混合物，并且一般来讲可以使用本领域已知的或适于该目的的任何方法来结合这些组分的各成分以形成本发明的热塑性组合物。典型地此类技术将包括加热和混合以及任选地包括压力。如本领域的技术人员将理解，混合温度、混合速度或时间以及设备的具体次序可以变化，然而应当控制温度使得淀粉不显著降解。此外，如果熔融混合和/或挤出过程的温度足够高并且时间足够从淀粉中排除结合水的至少一部分并且驱动多元醇与酸之间的反应，那么通过熔融挤出这些组分形成的热塑性组合物将转化为水稳定的组合物。例如，熔融挤出可以在具有排气孔或其它改进的挤出机中进行，这些改进有利于水的移除和转化为水稳定组合物。在这样一个实施方案中，将组合物熔融挤出为适于最终使用的形式(例如，作为薄膜、薄片、粘合剂、粘结剂、层压体、涂层和泡沫；模制的制品；以及它们的组合)是有利的。
另一方面，如果包含变性的淀粉、多元醇和酸和/或甘油三酯的混合物的熔融挤出在其中进行的温度或条件是在足够低的温度下和/或时间不够从淀粉除去结合水的至少一部分并且驱动多元醇和酸和/或甘油三酯之间的反应，那么所得挤出物包含本发明的热塑性组合物。如果需要，可以进一步加工该组合物，并且可以通过进一步加热将其转化为水稳定组合物。因此可以将挤出物以有利于处理、进一步加工等的形式提供在该实施方案中。例如，热塑性组合物挤出物可以呈粒料形式、粉末或碎屑形式等。在一个具体的实施方案中，热塑性组合物挤出物呈粒料形式，该形式然后适于熔融挤出为所需的最终用途形式。在该实施方案中，粒料(或另一种形式的挤出物)的进一步熔融挤出以形成薄膜、薄片、粘合剂、粘结剂、层压体、涂层和泡沫；模制的制品、或其它期望的产品形式可以在充分的温度和时间条件下进行，以实现将热塑性组合物转化为水稳定组合物或产品。作为另外一种选择，如果熔融挤出没有在足以实现将热塑性组合物转化为水稳定组合物的温度和时间的条件下进行，那么可以进一步加热所得挤出物，以实现将挤出的热塑性组合物转化为水稳定产品。
在一些实施方案中，通过熔融挤出变性的淀粉、多元醇和酸和/或甘油三酯而形成呈粒料形式的热塑性组合物。挤出过程可能不提供对热塑性组合物实现向水稳定组合物转化的充分加热和足够时间。随后通过常规纤维纺丝工艺使粒料经受熔融挤出。通过在约100℃，更具体地讲115℃，还更具体地讲约130℃至约180℃的温度下的额外加热步骤使所得纤维变为水稳定的。作为另外一种选择，在使所得纤维变为水稳定的条件下在该范围内的温度下进行熔体纺丝过程。在另一个实施方案中，当纤维离开喷丝头骤变为压力降低时，通过闪蒸从纤维中除去必需的水。
在一些实施方案中，作为本文所称的“预聚物”提供多元醇和酸和/或甘油三酯会是有利的。在这些情况下，在与淀粉混合之前前述多元醇和酸和/或甘油三酯之间的缩合反应和/或酯交换反应已经至少部分地(但没有完全地)发生。在另外一些实施方案中，预聚物也可以包含淀粉。预聚物可以采取可方便制造、装运、加工以及它们的组合的任何合适的形式。这些形式的非限制性实例包括丝缕、粒料、粉末、以及它们的组合。
方法
按以下方式来测定包含热塑性淀粉的组合物和制品的水稳定性。将1000mL自来水装入干净的玻璃烧杯中。将一个热塑性淀粉组合物或包含热塑性淀粉组合物的制品的样本放入水中。试块的具体大小可以根据制品类型和构造方法而改变，但是一般来讲试块的最小尺寸应当小于5mm。用于多种形式的具体尺寸为：
薄片或层压体：5cm x 5cm x 0.5mm-(不超过0.5mm厚)
薄膜或涂层：5cm x 5cm x 0.25mm-(不超过0.3mm厚)
模制的制品：2.5cm x 0.6cm x 0.7mm-(不超过1mm厚)
粘合剂或粘结剂：5.0cm x 5.0cm x 0.5mm-(不超过1mm厚)
泡沫：2.0cm x 2.0cm x 0.5cm
加入一个搅拌棒并且以至少3.1rad/s(30rpm)的速度搅拌内容物24小时。在24小时之后，移除试块并且在室温下干燥24小时。再次测量该试块。如果薄片沿任何长度的尺寸改变小于10％，那么该试块和因此制成该试块的热塑性组合物或制品显示水稳定性。
塑料制品
如本文所用，“塑料制品”是指包括单独由或至少一部分由依照本发明的热塑性组合物制成的制品。塑料制品包括但不限于挤出的制品，如：薄膜、薄片、粘合剂、粘结剂、层压体、涂层和泡沫；模制的制品；以及它们的组合。个人卫生制品和吸收制品可以为塑料制品或包括由本发明的热塑性聚合物组合物制成的塑料制品。
挤出的制品
薄膜
在本发明的一些实施方案中，塑料制品是薄膜。如本文所用，“薄膜”是指具有较高的长厚比和较高的宽厚比的非常薄的连续物质块，“较高”是指超过约10∶1的比率。尽管没有要求精确的厚度上限，但是上限将为约0.254mm，约0.01mm，或约0.005mm。
本发明的薄膜可用于多种一次性产品中，这些产品包括但不限于一次性个人卫生制品(例如尿布、经期用品等)、收缩包裹物(例如食品包裹物、消费品包裹物、货盘和/或板条箱包裹物等)或袋子(杂货袋、食品保藏袋、三明治袋、可重新密封的“Ziploc
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”型袋、垃圾袋等)。本发明的薄膜的保护性能(非常象其它薄膜)可能取决于其为连续的，即没有洞或裂缝，使得它可以用作分子(例如大气中的水蒸汽和/或氧气)的有效屏障。在本发明的一些实施方案中，薄膜为液体不可透过的并且适用于包括但不限于一次性尿布、妇女卫生垫等的一次性吸收卫生物品。
本发明的薄膜可以具有许多物理特性，例如可生物降解性和可堆肥性。可很好用作包括但不限于尿布和妇女卫生垫等个人卫生制品中的可堆肥底片的薄膜可以具有例如描述于美国专利5,498,692中的那些特性。
本发明的薄膜可以使用用于生产单层或多层薄膜的任何合适的方法来制造。可使用的方法的非限制性实例包括注塑薄膜吹制、注塑薄膜挤出和吹塑薄膜挤出。这些方法以及其它合适的方法描述于美国专利5,498,692。
在一些实施方案中，在薄膜挤出机中干混和熔融混合由本发明所公开的热塑性聚合物组合物制成的丝缕、粒料或粉末、以及它们的组合。在其中在薄膜挤出机中发生不充分混合的实施方案中，可以在薄膜挤出之前先干混丝缕、粒料、粉末、以及它们的组合，然后在预混挤出机中熔融混合，继而再次造粒。
薄片
在本发明的另一个实施方案中，塑料制品是薄片。如本文所用，“薄片”是指具有较高的长厚比(超过10∶1)和较高的宽厚比(超过10∶1)的非常薄的连续物质片，其中材料超过约0.254mm厚。薄片可以在性能和制造方面与薄膜分享许多相同的特性。然而，薄片可以比薄膜更硬，并且可以具有自承本性。硬度和支撑方面的不同可能起因于薄膜制造方法的改进。可以使用任何合适的制造方法。一种方法的非限制性实例是注塑挤出。该方法以及其它方法描述于美国专利5,498,692中。
粘合剂
在本发明的另一个实施方案中，塑料制品是粘合剂。如本文所用，“粘合剂”是指将两种其它材料(称为粘合体)接合在一起的材料。关于粘合剂的一般论述可见于“聚合物科学和工程百科全书(Encyclopediaof Polymer Science and Engineering)”，第1卷，第547至577页，(后文称为“EPSE-6”)。在本发明的一些实施方案中，粘合剂作为液体(任选低粘度)应用。粘合剂以液体形式润湿并且流入粘合体的裂缝中。通过加热至流动发生的点、将材料溶解或分散在溶剂中、或以在应用之后聚合或反应的液体单体或低聚物开始来获得液体形式的粘合剂。粘合剂然后通过冷却、溶剂蒸发或反应而经历至固体的相变，以使接头获得必要的强度来抵抗剪切力。然而，由于没有相变发生，因此压敏粘合剂是例外。
本发明的热塑性聚合物组合物或淀粉组合物可以被加工成多种粘合剂，包括但不限于热熔粘合剂、溶液粘合剂、分散体粘合剂和压敏粘合剂。
如本文所用，“热熔粘合剂”是指一种依照本发明的热塑性聚合物组合物，该组合物被加热以获得具有易流动粘性的液体，并且在应用至粘合体之后冷却以获得固体。一般来讲，定制粘合剂的分子量以在熔体中提供流动性但是在固体形式中仍足够坚固以抵挡应用中所经历的剪切力。热熔粘合剂的主要特征是热塑性材料在超过一确定温度(高于粘结的正常使用温度)后流动的能力。在冷却后，材料或者通过经历组分之一的玻璃化转变温度或者结晶温度而变硬。该硬化赋予粘结物理完整性。
可以任何合适的方式来应用本发明的粘合剂。所述应用的非限制性实例包括将粘合剂作为在水中或有机溶剂中的溶液应用，或以水分散体的形式应用。在任何一种形式中，在应用之后均移除溶剂以使粘合剂获得所需的固体形式。通常将溶液或分散体应用到待粘结的表面之一上，然后在接合第二表面之前移除溶剂；通常必需加热来加速干燥步骤。在使用诸如纸张或木材等多孔基质的情况下，最后的干燥可以在接头形成之后发生。尽管20％至50％的溶液的固体内容物最常见，但是该值在5％至95％之间变动。
如本文所用，“分散体”是指通过真实的乳液聚合作用制备的或在某种载体流体中分散为较大颗粒的粘合剂。除了它们的经济优势之外，包含40％至50％固体的分散体还提供比溶液低的粘度，即使固体为高分子量聚合物(EPSE-6)。可以通过本领域的技术人员熟知的方法在表面活性剂存在的条件下高剪切来制备本发明的粘合剂分散体以获得水溶性制剂。
和本文所公开的其它粘合剂不同，包含本发明的热塑性聚合物的压敏粘合剂从最初应用到最终的粘接键断裂都不改变它们的物理状态。它们永久保持可变形，甚至可以在微小的压力应用下改变。处于干燥形式的压敏粘合剂在室温下永久发粘，并且在仅仅接触之后就牢固地粘附到表面上。压敏粘合剂的最常见形式是在背衬上，通常采取胶带的形式。例如，普通的遮蔽胶带在使用者从一卷上取下所需长度之后被手动应用。许多绷带经由压敏粘合剂被固定在皮肤上。
粘结剂
TPS材料可在任何合适的应用中用作粘合剂或“粘结剂”，所述应用包括但不限于非织造材料、复合材料等。如本文所用，“粘结剂”是指用于将纤维网的纤维元件接合在一起以便向纤维网提供粘合完整性和/或强度的粘合剂物质。在一些包含较长纤维非织造材料的实施方案中，可以形成未粘结的材料，然后使用本领域公认的“浸”涂方法来涂敷，其中非织造材料穿过分散体或溶液中的粘合剂(如水中的胶态分散体)浴。然后粘合剂干燥或凝固，并且任选被挤压以提供粘结的非织造材料。对于缺乏用于经受浸涂的机械完整性的材料，可以使用喷涂。喷涂使用喷出的粘合剂(包括但不限于加热的粘合剂的水分散体)，然后粘合剂干燥或固化并且任选被挤压以提供粘结的非织造材料。
对于由纤维制成的其它材料，粘结材料可以为在纤维网内混合的纤维本身。这些纤维可以在加热后部分或完全熔融和熔化，然后冷却以提供纤维网的粘合。粘结剂纤维可以全部由粘结材料制成，或只有一部分作为纤维中的芯壳排列，其中外壳是粘结剂材料。
层压体
在本发明的一些实施方案中，前述薄膜和/或薄片可用于层压包括但不限于纸张的基质。薄膜和/或薄片可以为多层基质(即层压体或复合材料)的全部或部分。层压体被定义为接合在一起的两个或更多个基质。层压体可以具有一个或多个包含如本文所阐述的混合淀粉组合物的层。在另一个实施方案中，层压体可以具有包含如本文所述的热塑性淀粉组合物的第一层和包括纸层的第二层。在一些实施方案中，层压体还可以具有包含聚丙烯聚合物的第一层、包含热塑性淀粉的第二层和包含聚丙烯的第三层，或期望层的任何组合。如本文所用，术语第一、第二或第三层旨在描述单独的层，而不旨在限制层的位置。在本发明的一个实施方案中，层压体具有三个层，其中外侧的两个层包含热塑性淀粉组合物，而中间层包括纸张或卡纸材料，如纸板。
涂层
如本文所用，术语“涂层”既指专有地处于基质表面上的层又指在一定程度上穿透基质的层。合适的基质包括但不限于合成或生物来源的聚合物膜、纸张、织物、丝线和纱。通常基质将为纸张。如本文所用，“纸张”是指由纤维素纤维形成的基质，包括纸张和纸板。如本文所用，“织物”包括天然和合成织物。织物可以为编织物、机织物或非织造材料。合适的织物包括棉、人造丝、羊毛和聚酯、以及可生物降解的织物。如本文所用，“丝线和纱”包括天然和合成的丝线和纱，如棉、人造丝、聚酯、羊毛、蚕丝、尼龙和丙烯酸纤维以及可生物降解的丝线。如本文所用，“纤维”是指具有较高的长宽比(超过约10∶1)和较小的横截面的柔韧的、宏观均匀的主体。
可以将涂层应用到诸如纸张或织物等基质的一个或两个侧面上。用本发明的热塑性淀粉组合物涂敷的织物和纸张可用于形成具有改善的水稳定性的物品，如包装纸、纸袋、塑料袋、纸板容器、饮料箱、碟、桌布、餐巾纸。
涂层可适用于任何合适的目的(包括但不限于用作屏障、装饰涂层)、或用于其它目的，如改善印刷。可以使用涂层来应用粘合剂以将一个纤维网层压至另一个上或用于制造压敏胶带和标签。也可以使用涂层来浸润多孔的纤网坯(例如纸张)以改善其对水分的稳定性或改善其强度。
涂层的厚度通常以“密耳”测量。一密耳等于约0.025mm(0.001英寸)。基质通常具有最多约0.13mm(5密耳)，约0.10mm(4密耳)至约0.01mm(0.5密耳)，或约0.05mm(2密耳)至约0.03mm(1密耳)厚的涂层。纸基质通常具有约0.13mm(5密耳)至约0.01mm(0.5密耳)，或约0.05mm(2密耳)至例如约0.03mm(1密耳)厚的涂层，而织物基质通常具有约0.13mm(5密耳)至约0.03mm(1密耳)，或约0.08mm(3密耳)至约0.05mm(2密耳)厚的涂层。丝线和纱基质通常具有比纸或织物基质薄的涂层，如约0.05mm(2密耳)至约0.005mm(0.2密耳)，或约0.03mm(1密耳)至约0.013mm(0.5密耳)的厚度。
涂层可以包含添加剂，如着色剂。在一些实施方案中，此类着色剂是非易逝的。如本文所用，“非易逝的”是指不以比材料生物降解更快的速度逸出TPS的添加剂。本文的涂层可以由包含TPS和着色剂的组合物形成。作为另外一种选择，可以在制成之后将颜色和设计印刷在物品上。着色剂优选为无毒的。一些物品(例如垃圾袋)可以具有包含除臭剂、芳香剂或消毒剂的涂层。
可以使用任何常规的涂敷技术或涂敷设备来形成涂敷的制品。涂敷技术包括但不限于挤压涂布、滚涂、刷涂、浸涂、喷涂、静电涂布、离心涂布和浇注涂布。制品可以用熔融的TPS涂敷，然后暴露于冷却剂(如水或空气)。可以将基质与包含TPS的薄片或薄膜(如溶液注塑薄膜或熔融挤压薄膜)一起层压。可以将包含TPS的浆液或悬浮液应用到基质上，然后让基质干燥并且任选挤压基质。
以非固体形式应用的涂层必须充分流动以遍及基质分布成均匀的薄层。因此，涂层典型地作为乳液、作为热熔融体(通过加热熔化或软化的固体)被应用。挤压涂布类似于热熔融涂布。在挤压涂布中，熔化的聚合物的薄膜被沉积在由一个橡胶压力辊和一个镀铬钢冷辊产生的辊隙中的两个移动纤维网之间。
可以将涂层应用到绕成卷的纤维网材料上，或应用到预切割的薄片上。可以通过在成形模之间挤压涂敷的卡纸坯来形成诸如一次性盘和碟的物品，如美国专利5,776,619所公开。
泡沫
在本发明的另一个实施方案中，塑料制品是泡沫。如本文所用，“泡沫”是指本发明的热塑性组合物，该组合物的表观密度已由于遍及其堆积体积分布的许多小孔的存在而充分减小(参见ASTM D 883-62T，美国测试和材料协会，费城，宾夕法尼亚州，(1962年))。这种两相气/固体系(其中固体为连续的并且由合成聚合物或橡胶组成)包括泡沫状聚合物(或共聚物)、膨胀塑料和发泡塑料(化学技术百科全书(Encyclopediaof Chemical Technology)，第11卷，John Wiley&Sons，纽约(1980年))。
气相可以散布入称为“小孔”的口袋或空隙中，“小孔”可以分为两种类型：开放的和关闭的。开孔材料为其中的小孔为互连的以致气体可以自由穿过小孔的泡沫。闭孔材料具有离散并互相隔离的小孔。
进一步将泡沫分成柔韧泡沫和刚性泡沫。这种分类基于具体的ASTM测试程序(参见ASTM D，第37卷，第1566至1578页，美国测试和材料协会，费城，宾夕法尼亚州，(1978年))。柔韧泡沫是当20 x2.5 x 2.5cm的块在15℃至25℃下以1 lap/5s的均匀速度围绕2.5cm的轴柄包裹时不破裂的泡沫。在该测试下确实破裂的泡沫被称为刚性泡沫。
依照本发明的泡沫可以找到任何合适的用途，包括但不限于包装、舒适减震、绝缘、结构组件等。在一些包装领域中，具有增强的可生物降解性和/或可堆肥性的发泡材料将提供胜过当前使用的包装(例如聚苯乙烯、纸张和淀粉泡沫)的有益效果。在热食品容器中，聚苯乙烯提供比当前仅可降解的替代物纸包裹物显著更高的热绝缘。包含本发明的热塑性聚合物组合物的发泡制品具有聚苯乙烯的热绝缘特性，然而是可生物降解的和/或可堆肥的。这些材料用于热食品外卖和冷食品包装是理想的。
发泡聚苯乙烯薄片用作消费者和工业货物的减震包装材料。这些薄片中的许多被丢弃在垃圾掩埋地中。包含本发明的热塑性聚合物组合物的发泡薄片的性能会象聚苯乙烯，然而具有增强的可生物降解性和/或可堆肥性。此外，依照本发明的发泡薄片可以是水稳定的。
可以使用任何合适的方法来制造本发明的泡沫。所述方法的非限制性实例描述于美国专利5,498,692。
模制的制品
在本发明的另一个实施方案中，塑料制品是模制的制品。如本文所用，“模制的制品”是指由热塑性材料形成的物体。可以将热塑性材料例如注入或压缩或依靠气体吹制成由阴模所限定的形状。这些物体可以为固体物体(如玩具)或中空的(如瓶子和容器)。制造模制的制品的方法进一步详细描述于美国专利5,498,692。
一次性个人护理产品
本发明还涉及包含本发明的热塑性聚合物组合物的一次性个人护理产品。在一些实施方案中，一次性个人护理吸收制品包括液体可透过的顶片、包含本发明的薄膜的液体不可透过的底片、以及设置在顶片和底片之间的吸收芯。在一些实施方案中，个人护理吸收制品是可堆肥的。此类吸收制品的非限制性实例包括婴儿尿布、成人失禁短内裤和垫、以及妇女卫生垫和衬里。
包含本发明的热塑性聚合物组合物的另外一些个人护理产品包括但不限于：个人清洁擦拭物；一次性保健产品，如绷带、伤口敷料、伤口清洁垫、外科手术衣、外科手术床罩、外科手术垫；其它公共机构和保健的一次性制品如长袍、擦拭物、垫、诸如被单和枕头套等被褥物品、泡沫床垫。
在本发明的吸收制品(如一次性尿布)中用作液体不可透过的底片的本发明的薄膜典型地具有约0.01mm至约0.2mm，或0.012mm至约0.051mm的厚度。
一般来讲，液体不可透过的底片与液体可透过的顶片以及设置在顶片和底片之间的吸收芯相结合。任选地，可以包括弹性构件和带突出扣件。尽管可以多种熟知的构型装配顶片、底片、吸收芯和弹性构件，但是一种优选的尿布构型一般描述于美国专利3,860,003。
顶片可以为感觉柔软的并且对穿着者的皮肤无刺激性。此外，顶片可以为液体可透过的，允许液体容易地渗透其厚度。合适的顶片可由多种材料制成，这些材料包括但不限于多孔泡沫、蜂窝状泡沫、有孔塑料薄膜、天然纤维(例如，木纤维或棉纤维)、合成纤维(例如，聚酯纤维或聚丙稀纤维)，或者得自天然纤维与合成纤维的组合。在一些实施方案中，顶片由疏水材料制成以将穿着者的皮肤与吸收芯中的液体隔离开。
在一个实施方案中，顶片包含具有约1.5旦尼尔的短纤维长度的纤维。如本文所用，术语“短纤维长度的纤维”是指具有至少约16mm的长度的那些纤维。
有许多制造技术可用于制造顶片。例如，顶片可以为机织的、非织造的、纺粘的、梳理成网的等。在一个实施方案中，顶片是梳理成网的，并且通过织物领域的技术人员熟知的方式热粘合。顶片可以具有约18至约25g/m2的重量、纵向至少约400g/cm的最小干拉伸强度和横向至少约55g/cm的湿拉伸强度。在本发明的一些实施方案中，顶片包含本发明的热塑性聚合物组合物。
以任何合适的方式将顶片和底片接合在一起。如本文所用，术语“接合”包括通过将顶片直接粘贴到底片上而将顶片直接接合到底片上的构型，以及通过将顶片粘贴到中间组件继而将中间组件粘贴到底片上而将顶片间接地接合到底片上的构型。在一个实施方案中，通过连接部件(如粘合剂或本领域已知的任何其它连接部件)使顶片和底片在尿布周边彼此直接粘贴。例如，可以使用粘合剂的均匀连续层、粘合剂的成图案层或粘合剂的一排独立线或点来将顶片粘贴到底片上。在本发明的一些实施方案中，粘合剂包含本发明的热塑性聚合物组合物。
典型地将带突出扣件应用到尿布的后腰带区域以提供扣紧部件来将尿布固定在穿着者身上。可以使用任何合适的带突出扣件，包括但不限于公开于美国专利3,848,594的那些。典型地将带突出扣件或其它尿布扣紧部件应用在尿布的拐角近旁。
在一些实施方案中，尿布具有邻近尿布的周边设置的弹性构件。弹性构件可以沿每个纵向边缘定位使得它们趋于紧贴穿着者的腿部拉住和固定尿布。可以将弹性构件以收缩状态固定到尿布上，使得在正常无约束的构型中弹性构件有效地使尿布缩短或积聚。可以至少两种方式以收缩状态固定弹性构件。例如，可以在尿布处于未收缩状态时将弹性构件拉长并固定。作为另外一种选择，可以通过例如打褶来收缩尿布，然后在弹性构件处于松弛或未伸展状态时将弹性构件固定和连接到尿布上。
弹性构件可以采取多种构型。例如，弹性构件的宽度可以在约0.25mm至约25mm或更多之间变动；弹性构件可以包括单条弹性材料或弹性构件可以为矩形或曲线形的。还可以本领域已知的几种方式中的任何一种将弹性构件固定到尿布上。例如可以使用多种粘合图案将弹性构件超声粘结、热密封和压力密封到尿布中，弹性构件可以简单地粘贴到尿布上等。在本发明的一些实施方案中，弹性构件包含本发明的热塑性组合物。
尿布的吸收芯被放置在顶片和底片之间。吸收芯可以多种大小和形状(例如，矩形、沙漏形、非对称形等)进行制造并且可以由大量材料制造。然而，吸收芯的总吸收能力应当与吸收制品或尿布的用于预期用途的设计液体载荷相一致。此外，吸收芯的大小和吸收能力可以改变，以适应从婴儿到成人的穿着者。
在一些实施方案中，尿布具有沙漏形成型的吸收芯。吸收芯可以为包括其中设置了透气毡、木浆纤维和/或粒状吸收性聚合组合物的纤维网或毛毡的吸收构件。
在一些实施方案中，吸收芯的吸收性聚合组合物包含本发明的热塑性聚合物组合物。
依照本发明的吸收制品的其它非限制性实例为设计用于接收和容纳阴道流出物(例如月经)的卫生巾。一次性卫生巾设计用于经由衣服媒介(如内衣或女性内裤或通过特殊设计的束带)邻近人体固定。本发明容易适合的几种卫生巾的实例示于美国专利4,687,478和美国专利4,589,876。将显而易见的是，包含本文所述的本发明的热塑性聚合物组合物的本发明的薄膜可以用作此类卫生巾的液体不可透过的底片。另一方面，人们将理解本发明不限于任何具体的卫生巾构型或结构。
一般来讲，卫生巾包括液体不可透过的底片、液体可透过的顶片和设置在底片和顶片之间的吸收芯。底片包含本发明的热塑性聚合物组合物。顶片可以包含关于尿布所论述的顶片材料中的任何一种。用在其中的粘合剂也可以包含本发明的热塑性聚合物组合物。吸收芯可以包含关于尿布所论述的吸收芯材料中的任何一种，其中包括本发明的热塑性聚合物组合物。
重要的是，依照本发明的吸收制品可以比使用例如聚烯烃(例如聚乙烯底片)等材料的常规吸收制品可生物降解和/或可堆肥至更大的程度。
实施例
实施例1
单层薄膜
在哈克瑞考得90熔融混合器(热电子公司，纽英特，新罕布什尔州)中混合以下材料：
30g EthylexTM 2015羟乙基化淀粉(塔特和莱尔，得克特，伊利诺斯州)
12.5g甘油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
7.5g己二酸(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
在约160℃的温度下以约6.3rad/s(60rpm)的速度搅拌淀粉与甘油约3分钟。添加组分的余量并且以约6.3rad/s(60rpm)的速度再搅拌7分钟。移除内容物并且使它们冷却至室温。然后使用刀将混合物切成直径大约50mm的块。
24小时之后，通过在165℃在卡弗TM压机(弗瑞德斯卡弗公司，蒙矛尼瀑布，威斯康星州)中的特氟隆薄板之间熔融材料而制成淀粉组合物的薄膜。调节薄板上的压力以生产大约0.25mm厚的薄膜。然后通过将模子放在巨大(5kg)的铝板之间并且使薄膜冷却至室温来将薄膜一致地冷却至室温。
将一个薄膜在90℃和3.9kPa(30mm Hg)的真空炉中干燥12小时。将一个薄膜在115℃的对流炉中干燥12小时。使另一个薄膜仅在环境空气温度(约22℃)下冷却12小时。使各自的薄膜经受如本文所述的水稳定性测试。在高温(90℃和115℃)下干燥的薄膜不溶解或破碎，显示如本文所定义的水稳定性。仅使其冷却而没有热处理的薄膜在水中24小时之后完全破碎。
实施例2
比较实施例
该实施例举例说明了用于熔融混合和产生非水稳定薄膜的常规过程。在所述哈克瑞考得90熔融混合器中混合以下材料：
30g EthylexTM 2015淀粉(塔特和莱尔，得克特，伊利诺斯州)
12.5g甘油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
在约160℃的温度下以约6.3rad/s(60rpm)的速度搅拌淀粉与甘油约3分钟。添加组分的余量并且以约6.3rad/s(60rpm)的速度再搅拌7分钟。移除内容物并且使它们冷却至室温。然后使用刀将混合物切成直径大约50mm的块。
24小时之后，通过在165℃在卡弗TM压机中的(弗瑞德斯卡弗公司，蒙矛尼瀑布，威斯康星州)特氟隆薄片之间熔融材料制成淀粉组合物的薄膜。调节薄片上的压力以生产大约0.25mm厚的薄膜。然后通过将模子放在巨大(5kg)的铝板之间并且使薄膜冷却至室温来将薄膜一致地冷却至室温。
将一个薄膜在90℃和3.9kPa(30mm Hg)的真空炉中干燥12小时。将一个薄膜在115℃的对流炉中干燥12小时。使另一个薄膜仅在环境空气温度(约22℃)下冷却12小时。使各自的薄膜经受如本文所述的水稳定性测试。在该案例中，在高温(90℃和115℃)和室温下干燥的薄膜在水中24小时后均完全破碎，因此未通过水稳定性测试。
实施例3
单层薄膜
该实施例举例说明了具有水稳定性的TPS的额外共混。使用以下材料：
6000g EthylexTM 2035(塔特和莱尔，得克特，伊利诺斯州)
2500g甘油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
350g己二酸(舍鲁迪化学公司，密苏里州的圣路易斯)
500g聚丙烯ProfaxTM PH835(贝斯欧，艾克藤，马里兰州)
500g马来酸酐聚丙烯G3003(伊斯门化学公司，金斯保，田纳西州)
50g硬脂酸镁(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
在亨舍欧原料混合器(绿色海湾，威斯康星州)中以104.7rad/s(1000rpm)的速度干混淀粉、己二酸、聚丙烯、马来酸酐聚丙烯和硬脂酸镁(用作加工助剂)4分钟。然后将混合物进料入具有40mm同步旋转螺杆的B&P加工体系双螺杆挤出混合体系(Process System Twin ScrewExtrusion Compounding System)(萨吉诺，密执安州)中。以维持上述所需组成的速度通过液体进料口进料甘油。将螺杆速度设定为9.4rad/s(90rpm)，其中热分布如下所示：
  温度   区域1   区域2   区域3   区域4   区域5   区域6   区域7   区域8   区域9   冲模
  设定值(℃)   85   85   100   145   155   160   160   160   140   100
  实际值(℃)   83   83   85   138   138   144   155   147   133   98
在这些条件下总挤出速度为9.1kg/hr(20lbs/hr)。将真空管应用到三个排气口中的两个上以在造粒过程中从材料吸取水。扭矩为10％。将混合物挤出为直径0.3至0.8cm的丝缕，然后经由康耐尔造粒机切断丝缕以形成粒料。将粒料进料入具有19.1mm(0.75英寸)螺杆直径的单螺杆挤出机(Rheomix Model 202)中。使用具有20∶1长径比和3∶1压缩比的等螺距锥体螺杆。挤出机圆筒的两个加热区域的温度均为160℃。挤出机配有宽152.4mm(6英寸)的冲模和1.02mm(0.04英寸)的模隙。使冲模保持在100°。使螺杆的rpm保持恒定3.1rad/s(30rpm)。用力使组合物穿过冲模并且在牵引辊收集体系(Postex)上以使热塑性淀粉能够在牵引之前凝固的速度收集。这些薄膜的宽度为标称101.6mm(4英寸)并且厚度大约为0.05mm(0.002英寸)。
在冷却至室温24小时之后，将100cm的薄膜在90℃和3.9kPa(30mm Hg)的真空炉中干燥12小时。将另外100cm的薄膜在115℃的对流炉中干燥12小时。使另外100cm的薄膜仅在环境空气温度(约22℃)下冷却12小时。使各自的薄膜经受如本文所述的水稳定性测试。在高温(90℃和115℃)下干燥的薄膜不溶解或破碎，显示如本文所定义的水稳定性。仅使其冷却而没有热处理的薄膜在水中24小时之后完全破碎。
实施例4
单层薄膜
在哈克瑞考得90熔融混合器(热电子公司，纽英特，新罕布什尔州)中混合以下材料：
30g EthylexTM 2035(塔特和莱尔，得克特，伊利诺斯州)
12.5g甘油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
1.7g己二酸(舍鲁迪化学公司，密苏里州的圣路易斯)
2.5g聚丙烯PH835(贝斯欧，艾克藤，马里兰州))
2.5g马来酸酐聚丙烯G3003(伊斯门化学公司，金斯保，田纳西州)
0.25g硬脂酸镁(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
在约165℃的温度下以约6.3rad/s(60rpm)的速度搅拌淀粉与甘油约3分钟。添加组分的余量并且以约6.3rad/s(60rpm)的速度再搅拌7分钟。移除内容物并且使它们冷却至室温。然后使用刀将混合物切成直径大约50mm的块。
24小时之后，通过在165℃在卡弗TM压机(弗瑞德斯卡弗公司，蒙矛尼瀑布，威斯康星州)中的特氟隆薄板之间熔融材料制成淀粉组合物的薄膜。调节薄板上的压力以生产大约0.25mm厚的薄膜。然后通过将模子放在巨大(5kg)的铝板之间并且使薄膜冷却至室温来将薄膜一致地冷却至室温。
将一个薄膜在90℃和3.9kPa(30mm Hg)的真空炉中干燥12小时。将一个薄膜在115℃的对流炉中干燥12小时。使另一个薄膜仅在环境空气温度(约22℃)下冷却12小时。使各自的薄膜经受如本文所述的水稳定性测试。在高温(90℃和115℃)下干燥的薄膜不溶解或破碎，显示如本文所定义的水稳定性。仅使其冷却而没有热处理的薄膜在水中24小时之后完全破碎。
实施例5
单层薄膜
在哈克瑞考得90熔融混合器(热电子公司，纽英特，新罕布什尔州)中混合以下材料：
30g EthylexTM 2035(塔特和莱尔，得克特，伊利诺斯州)
12.5g甘油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
2.5g己二酸(舍鲁迪化学公司，密苏里州的圣路易斯)
5.0g马来酸酐聚丙烯G3003(伊斯门化学公司，金斯保，田纳西州)
0.25g硬脂酸镁(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
在约165℃的温度下以约6.3rad/s(60rpm)的速度搅拌淀粉与甘油约3分钟。添加组分的余量并且以约6.3rad/s(60rpm)的速度再搅拌7分钟。移除内容物并且使它们冷却至室温。然后使用刀将混合物切成直径大约50mm的块。
24小时之后，通过在165℃在卡弗TM压机(弗瑞德斯卡弗公司，蒙矛尼瀑布，威斯康星州)中的特氟隆薄板之间熔融材料制成淀粉组合物的薄膜。调节薄板上的压力以生产大约0.25mm厚的薄膜。然后通过将模子放在巨大(5kg)的铝板之间并且使薄膜冷却至室温来将薄膜一致地冷却至室温。
将一个薄膜在90℃和3.9kPa(30mm Hg)的真空炉中干燥12小时。将一个薄膜在115℃的对流炉中干燥12小时。使另一个薄膜仅在环境空气温度(约22℃)下冷却12小时。使各自的薄膜经受如本文所述的水稳定性测试。在高温(90℃和115℃)下干燥的薄膜不溶解或破碎，显示如本文所定义的水稳定性。仅使其冷却而没有热处理的薄膜在水中24小时之后完全破碎。
实施例6
多层层压薄膜
热塑性淀粉薄膜的片可以如实施例5中那样制备，只是最后的干燥步骤在真空炉中进行。然后可以用具有更好水屏蔽性能的聚合物(例如聚丙烯)的薄片包住该热塑性片。在甚至必需更大的水屏蔽性能时，也可以使用这种方法。将按以下列次序堆叠的聚丙烯(贝斯欧ProfaxTM PH835)、热塑性淀粉、聚丙烯薄膜放在卡弗TM压机中。然后在160℃的温度下挤压材料。在以8896.4N(2000l b)的力压缩10分钟之后，释放压力并且使薄膜冷却至室温。如实施例1中那样将组合件在115℃的真空炉中干燥12小时。
实施例7
一次性尿布
依照本发明的一次性婴儿尿布如下制备。所列的尺寸是预计用于6至10公斤大小范围内的幼儿的尿布。可以依照标准做法成比例地修改这些尺寸以用于不同大小的幼儿或用于成人失禁贴身短内裤。
1.底片：0.020至0.038mm的由热塑性淀粉组成的薄膜(如实施例3所述那样制备)；顶部和底部处的宽度为33cm；在两侧上向内开凹口至中心处宽度为28.5cm；长度50.2cm。
2.顶片：梳理成网和热粘合的短纤维长度聚丙烯纤维(大力士公司151型聚丙烯)；顶部和底部处的宽度为33cm；在两侧上向内开凹口至中心处宽度为28.5cm；长度50.2cm。
3.吸收芯：包含28.6g纤维素木浆和4.9g吸收胶凝材料颗粒(得自日本触媒公司的商业聚丙烯酸酯)；8.4mm厚，压光的；顶部和底部处的宽度为28.6cm；在两侧向内开凹口至中心处宽度为10.2cm；长度44.5cm。
4.腿部松紧带：四个单独的橡皮条(每侧2个)；宽度4.77mm；长度370mm；厚度0.178mm(所有前述尺寸均处于松弛状态)。
通过在底片上放置用顶片覆盖的芯材料然后粘贴来以标准样式制备尿布。
将松紧带(分别相应于最接近和最远离芯的带指定为“内部”和“外部”)拉长至大约50.2cm并且沿芯的每个纵向侧(每侧2个带)放在顶片/底片之间。沿每侧的内部带距离芯的最窄宽度(从松紧带的内边缘测量)大约55mm放置。这沿尿布每侧形成了在内部松紧带和芯的弯曲边缘之间包括柔韧的顶片/底片材料的间隔元件。将内部带沿它们的长度以拉伸状态粘下去。外部带距离内部带大约13mm放置，并且沿它们的长度以拉伸状态粘下去。顶片/底片组合件是柔韧的，因此粘下去的带收缩使尿布的两侧具有弹性。
实施例8
轻便短裤护垫
适用于月经期之间的轻便短裤护垫包括含1.0g吸收胶凝材料颗粒(商业聚丙烯酸酯；日本触媒公司)的垫(表面积117cm2；SSK透气毡3.0g)；所述垫被插入依照美国专利4,463,045的多孔成形膜顶片和包含0.03mm厚热塑性淀粉薄膜(如根据实施例3所制备)的底片之间。
实施例9
卫生巾
使用实施例8的式样的垫(表面积117cm2 8.5g SSK透气毡)，按照美国专利4,687,478(Van Tillburg，1987年8月18日)的设计来制备具有两个从它的吸收芯向外伸展的侧翼的卫生巾形式的经期用品。底片和顶片材料与实施例8中所述的同样。
实施例10
单层薄膜
该实施例举例说明了具有水稳定性的TPS的额外共混。使用以下材料：
6000g EthylexTM 2025(塔特和莱尔，得克特，伊利诺斯州)
2300g甘油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
350g己二酸(舍鲁迪化学公司，密苏里州的圣路易斯)
500g聚丙烯ProfaxTM PH 835(贝斯欧，艾克藤，马里兰州)
500g马来酸酐聚丙烯G3003(伊斯门化学公司，金斯保，田纳西州)
50g硬脂酸镁(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
在亨舍欧原料混合器(绿色海湾，威斯康星州)中以104.7rad/s(1000rpm)的速度干混淀粉、己二酸、聚丙烯、马来酸酐聚丙烯和硬脂酸镁(用作加工助剂)4分钟。然后将混合物进料入具有40mm同步旋转螺杆的B&P加工体系双螺杆挤出混合体系(Process System Twin ScrewExtrusion Compounding System)(萨吉诺，密执安州)中。以维持上述所需组成的速度通过液体进料口进料甘油。将螺杆速度设定为9.4rad/s(90rpm)，其中热分布如下所示：
  温度   区域1   区域2   区域3   区域4   区域5   区域6   区域7   区域8   区域9   冲模
  设定值(℃)   85   85   100   145   155   160   160   160   140   100
  实际值(℃)   83   83   85   138   138   144   155   147   133   98
在这些条件下总挤出速度为9.1kg/hr(20lbs/hr)。将真空管应用到三个排气口中的两个上以在造粒过程中从材料吸取水。扭矩为10％。将混合物挤出为直径0.3至0.8cm的丝缕然后经由康耐尔造粒机切断丝缕以形成粒料。将粒料进料入具有19.1mm(0.75英寸)螺杆直径的单螺杆挤出机(Rheomix Model 202)中。使用具有20∶1长径比和3∶1压缩比的恒定锥形螺杆。挤出机圆筒的两个加热区域的温度均为160℃。挤出机配有宽152.4mm(6英寸)的冲模和1.02mm(0.04英寸)的模隙。将冲模保持在100°。使螺杆的rpm保持恒定3.1rad/s(30rpm)。用力使组合物穿过冲模并且在牵引辊收集体系(Postex)上以使热塑性淀粉能够在牵引之前凝固的速度收集。这些薄膜的宽度为标称101.6mm(4英寸)并且厚度大约为0.05mm(0.002英寸)。
在冷却至室温24小时之后，将100cm的薄膜在90℃和3.9kPa(30mm Hg)的真空炉中干燥12小时。将另外100cm的薄膜在115℃的对流炉中干燥12小时。使另外100cm的薄膜仅在环境空气温度(约22℃)下冷却12小时。使各自的薄膜经受如本文所述的水稳定性测试。在高温(90℃和115℃)下干燥的薄膜不溶解或破碎，显示如本文所定义的水稳定性。仅使其冷却而没有热处理的薄膜在水中24小时之后完全破碎。
实施例11
一次性尿布
通过用由0.020至0.038mm厚的包含如实施例10所述制备的淀粉热塑性薄膜的薄膜组成的底片替换底片来改进实施例7的尿布。
实施例12
薄片
通过用厚度大约0.25cm和宽度15cm的狭槽冲模替换挤出机上的冲模来改进实施例3的薄膜制备过程。通过将从挤出机中出来的薄片插入两个反转滚筒之间来完成挤出之后的牵引。以这种方式从挤出机中拉出薄片并且切成32cm的长度。获得大约13cm宽和0.18cm厚的薄片。
实施例13
刚性泡沫
如实施例5中那样制备热塑性淀粉组合物，然后将30g的热塑性淀粉组合物和0.3g的改性偶氮甲酰胺Celogen
Figure A20068003774400361
125 FF(彻姆彻公司，中波瑞，康涅狄格州)充填到配有罗拉桨叶的Rheomix 600型熔融混合器的混合室中。将混合室的温度加热到超过热塑性淀粉的熔融温度(165℃)，但是低于发泡剂混合物的降解温度(195℃)。在以6.3rad/s(60rpm)的速度搅拌10分钟之后，收集混合物并且转移到热铝盘上，分散开使所得块为约0.5cm厚。然后将混合物放在炉(国家用具公司，型号5830)中并且再次加热至TPS的熔融温度(165℃)，保持在那个温度下直到热塑性淀粉组合物完全熔化(大约5分钟)。然后将炉温升到200℃，在此温度下发泡剂混合物降解并且热塑性组合物开始发泡。在这时将热塑性淀粉泡沫从200℃炉中取出。在冷却至室温之后，将热塑性淀粉泡沫放在115℃的炉中12小时。
实施例14
模制的制品
通过使用袖珍型马克斯MolderTM型号CS-183(通用科学仪器公司，威蓬尼，新泽西州)获得注模制品。将转子和定子杯的温度恒定保持在165℃。将约1.0克的如实施例10中所述的热塑性淀粉粒料装入定子杯中并且使其熔融3分钟。通过抬高和降下转子顶端五次来径向搅拌熔化的热塑性淀粉组合物。将哑铃形钢模喷上铸模硅氧烷隔离剂的薄涂层。将模子放在袖珍型马克斯MolderTM的模支撑轮上并且在转子顶端的作用下将熔化的组合物注入模中。热塑性淀粉被模制成哑铃形块：0.76mm(0.03英寸)厚，25.4mm(1英寸)长，在块的中间处为3.18mm(0.125英寸)宽并且在两端处为6.35mm(0.25英寸)宽。这些模制的部件适用于机械测试。将试块放入115℃的真空炉中12小时。然后使它们经受水稳定性测试，其中将它们放入1000mL自来水中24小时，然后从水中取出并且使它们干燥24小时。它们经历了比浸泡前尺寸小10％的尺寸变化，即认为它们通过了水稳定性测试。
实施例15
可堆肥的粘合剂
本文所述的热塑性淀粉组合物可以用作热熔粘合剂。如实施例10中那样制备热塑性淀粉的组合物，不同的是不将粒料浇注成薄膜，而是以如下方式用作粘合剂。将约1g的热塑性淀粉放在两片纸(佐治亚太平洋光谱公司DP白色)之间。将该组合件放入卡弗TM压机(弗瑞德斯卡弗公司，蒙矛尼瀑布，威斯康星州)中然后在165℃的温度下挤压。在以8896.4N(2000lb)的力压缩30分钟之后，释放压力并且使粘结的组合件冷却至室温。
实施例16
织物上的涂层
如实施例5中所述制备薄膜，只是最终的干燥步骤在真空炉中进行。将热塑性淀粉薄片放在127mm(5英寸)的未处理棉织物的正方形部分上。将组合件放在防粘纸(Idesco)之间并且放入预热至160℃的卡弗TM压机中。以4448.2N(1000lbs)的力挤压织物/TPS组合件20秒。然后将所得的涂敷织物从压机中移除并且使其冷却。然后将涂敷的织物放入真空炉中并且在115℃干燥12小时，然后移除并且使其冷却。然后使织物经受以下测试以检查水稳定性。将约20mL自来水放在织物的热塑性塑料涂敷侧并且使其保持1小时。织物颜色没有变深(变深将表示水的渗透)。
实施例17
粘合纤维
该实施例举例说明了具有水稳定性的粘合纤维的额外共混和纺丝。使用以下材料：
6000g EthylexTM 2015(塔特和莱尔，得克特，伊利诺斯州)
2500g甘油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
350g己二酸(舍鲁迪化学公司，密苏里州的圣路易斯)
500g马来酸酐聚丙烯(伊斯门化学公司，金斯保，田纳西州)
50g硬脂酸镁(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
在亨舍欧原料混合器(绿色海湾，威斯康星州)中以104.7rad/s(1000rpm)的速度干混淀粉、己二酸、马来酸酐聚丙烯和硬脂酸镁4分钟。然后将混合物进料入具有40mm同步旋转螺杆的B&P加工体系双螺杆挤出混合体系(萨吉诺，密执安州)中。以维持所需组成(上述)的速度通过液体进料口进料甘油。将螺杆速度设定为9.4rad/s(90rpm)，其中热分布如下所示：
  温度   区域1   区域2   区域3   区域4   区域5   区域6   区域7   区域8   区域9   冲模
  设定值(℃)   85   85   100   145   155   160   160   160   140   100
  实际值(℃)   83   83   85   138   138   144   155   147   133   98
在这些条件下总挤出速度为9.1kg/hr(20lbs/hr)。将真空管应用到三个排气口中的两个上以在造粒过程中从材料吸取水。扭矩为10％。将混合物挤出为直径0.3至0.8cm的丝缕然后经由康耐尔造粒机切断丝缕以形成粒料。在66℃(150℉)的通风烘干机中干燥粒料12小时。将粒料进料入具有希尔双组分皮/芯型4孔纺丝组合件的希尔4孔挤出机试验台(希尔有限公司，西墨尔本，佛罗里达州)中。该设备的特征为两台挤出机向单一纺丝头进料以生产双组分纤维。对于单组分纤维，将两个挤出机设定为如下相同的条件并且将相同的材料进料入两个挤出机中：
  挤出机熔体压力(MPa(psi))   圆筒区域1(℃)   圆筒区域2(℃)   圆筒区域3(℃)   挤出机压力(MPa(psi))   熔体泵速度(rad/s(rpm))   纺丝头(℃)
Figure A20068003774400391
以0.8g/孔-分钟的质量产出穿过牵伸喷气流在筛网上收集纤维。喷气流设定为0.14MPa(20psi)。收集热塑性淀粉纤维并且用刀切成大约2cm的长度。将淀粉纤维与未粘结的人造短聚酯纤维(Wellman，福特米尔，南卡罗来纳州)按聚酯与淀粉纤维网的重量计10∶1的比率混合为大约50g sm的总基重。将未粘结的纤维网放入卡弗TM压机中，并且在165℃以6.89MPa(1000psi)的压力在特氟隆薄板之间压制10分钟。移除纤维网并且使其冷却。在115℃的真空炉中干燥纤维网整夜。使纤维网经受以下水稳定性测试：将5cm x 5cm的纤维网放入1000mL水中并且使其浸泡24小时。移除纤维网，如果其保持完整那么就说其通过了水稳定性测试。干燥过的纤维网通过了水稳定性测试。
实施例18
单层薄膜
在哈克瑞考得90熔融混合器(热电子公司，纽英特，新罕布什尔州)中混合以下材料：
30g EthylexTM 2035(塔特和莱尔，得克特，伊利诺斯州)
12.5g甘油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
2.5g己二酸(舍鲁迪化学公司，密苏里州的圣路易斯)
2.5g大豆油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
5.0g马来酸酐聚丙烯G3003(伊斯门化学公司，金斯保，田纳西州)
0.25g硬脂酸镁(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
在约165℃的温度下以约6.3rad/s(60rpm)的速度搅拌淀粉与甘油约3分钟。添加组分的余量并且以约6.3rad/s(60rpm)的速度再搅拌7分钟。移除内容物并且使它们冷却至室温。然后使用刀将混合物切成直径大约50mm的块。
24小时之后，通过在165℃在卡弗TM压机(弗瑞德斯卡弗公司，蒙矛尼瀑布，威斯康星州)中的特氟隆薄板之间熔融材料制成淀粉组合物的薄膜。调节薄板上的压力以生产大约0.25mm厚的薄膜。然后通过将模子放在巨大(5kg)的铝板之间并且使薄膜冷却至室温来将薄膜一致地冷却至室温。
将一个薄膜在90℃和3.9kPa(30mm Hg)的真空炉中干燥12小时。将一个薄膜在115℃的对流炉中干燥12小时。使另一个薄膜仅在环境空气温度(约22℃)下冷却12小时。使各自的薄膜经受如本文所述的水稳定性测试。在高温(90℃和115℃)下干燥的薄膜不溶解或破碎，显示如本文所定义的水稳定性。仅使其冷却而没有热处理的薄膜在水中24小时之后完全破碎。
实施例19
单层薄膜
在哈克瑞考得90熔融混合器(热电子公司，纽英特，新罕布什尔州)中混合以下材料：
30g EthylexTM 2035(塔特和莱尔，得克特，伊利诺斯州)
12.5g甘油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
2.5g己二酸(舍鲁迪化学公司，密苏里州的圣路易斯)
2.5g亚麻籽油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
5.0g马来酸酐聚丙烯G 3003(伊斯门化学公司，金斯保，田纳西州)
0.25g硬脂酸镁(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
在约165℃的温度下以约6.3rad/s(60rpm)的速度搅拌淀粉与甘油约3分钟。添加组分的余量并且以约6.3rad/s(60rpm)的速度再搅拌7分钟。移除内容物并且使它们冷却至室温。然后使用刀将混合物切成直径大约50mm的块。
24小时之后，通过在165℃在卡弗TM压机(弗瑞德斯卡弗公司，蒙矛尼瀑布，威斯康星州)中的特氟隆薄板之间熔融材料制成淀粉组合物的薄膜。调节薄板上的压力以生产大约0.25mm厚的薄膜。然后通过将模子放在巨大(5kg)的铝板之间并且使薄膜冷却至室温来将薄膜一致地冷却至室温。
将一个薄膜在90℃和3.9kPa(30mm Hg)的真空炉中干燥12小时。将一个薄膜在115℃的对流炉中干燥12小时。使另一个薄膜仅在环境空气温度(约22℃)下冷却12小时。使各自的薄膜经受如本文所述的水稳定性测试。在高温(90℃和115℃)下干燥的薄膜不溶解或破碎，显示如本文所定义的水稳定性。仅使其冷却而没有热处理的薄膜在水中24小时之后完全破碎。
实施例20
单层薄膜
在哈克瑞考得90熔融混合器(热电子公司，纽英特，新罕布什尔州)中混合以下材料：
30g EthylexTM 2035(塔特和莱尔，得克特，伊利诺斯州)
12.5g甘油(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
2.5g己二酸(舍鲁迪化学公司，密苏里州的圣路易斯)
5.0g马来酸酐聚丙烯G3003(伊斯门化学公司，金斯保，田纳西州)
0.0125g对甲苯磺酸(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
0.25g硬脂酸镁(阿坠克化学公司，密苏里州的圣路易斯)
在约165℃的温度下以约6.3rad/s(60rpm)的速度搅拌淀粉与甘油约3分钟。添加组分的余量并且以约6.3rad/s(60rpm)的速度再搅拌7分钟。移除内容物并且使它们冷却至室温。然后使用刀将混合物切成直径大约50mm的块。
24小时之后，通过在165℃在卡弗TM压机(弗瑞德斯卡弗公司，蒙矛尼瀑布，威斯康星州)中的特氟隆薄板之间熔融材料制成淀粉组合物的薄膜。调节薄板上的压力以生产大约0.25mm厚的薄膜。然后通过将模子放在巨大(5kg)的铝板之间并且使薄膜冷却至室温来将薄膜一致地冷却至室温。
将一个薄膜在90℃和3.9kPa(30mm Hg)的真空炉中干燥12小时。将一个薄膜在115℃的对流炉中干燥12小时。使另一个薄膜仅在环境空气温度(约22℃)下冷却12小时。使各自的薄膜经受如本文所述的水稳定性测试。在高温(90℃和115℃)下干燥的薄膜不溶解或破碎，显示如本文所定义的水稳定性。仅使其冷却而没有热处理的薄膜在水中24小时之后完全破碎。
本文所公开的尺寸和值不应当被理解为严格地限于所述的精确数值。相反，除非另外指明，每个上述尺寸旨在表示所述值以及该值附近的函数等效范围。例如，公开为“40mm”的尺寸是指“约40mm”。
发明详述中所有引用文献的相关部分均以引用方式并入本文中；任何文献的引用不可理解为是对其作为本发明的现有技术的认可。当本书面文献中术语的任何含义或定义与以引用方式并入的文献中术语的任何含义或定义发生冲突时，将以本书面文献中赋予该术语的含义或定义为准。
尽管已用具体实施方案来说明和描述了本发明，但对于本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下可作出许多其它的变化和修改。因此，有意识地在附加的权利要求书中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种热塑性聚合物组合物，所述聚合物组合物包含：
a.50％至85％的变性的淀粉，优选就地变性；和
b.5％至50％的由反应混合物形成的酯缩合产物，所述反应混合物包含：
i.含有醇官能团的多元醇，优选选自由下列物质组成的组：甘油、二醇、糖、糖醇、以及它们的组合；和
ii.含有至少一个选自由下列物质组成的组的酸官能团的酸：羧酸、羧酸酐、以及它们的组合；
所述官能团以1∶1至200∶1的醇官能团对酸官能团的摩尔比存在于所述反应混合物中；
其中所述热塑性聚合物组合物是水稳定的。
2.一种热塑性聚合物组合物，所述聚合物组合物包含：
c.50％至85％的变性的淀粉，优选就地变性；和
d.约5％至约50％的由反应混合物形成的反应产物，所述反应混合物包含：
i.多元醇，其优选选自由下列物质组成的组：甘油、二醇、糖、糖醇、以及它们的组合；和
ii.化合物，其优选选自由下列物质组成的组：酸、甘油三酯、以及它们的组合，
其中所述反应产物由选自由下列组成的组的反应形成：酯交换反应、酯缩合反应、以及它们的组合；
其中所述热塑性聚合物组合物是水稳定的。
3.如权利要求1或2所述的热塑性聚合物组合物，所述聚合物组合物包含由包括多元醇和甘油三酯的反应混合物形成的酯交换产物。
4.如前述任一项权利要求所述的热塑性聚合物组合物，其中所述酸选自由下列物质组成的组：一元酸、二元酸、多元酸、包含至少一个酸部分的聚合物、包含至少一个酸部分的共聚物、它们的酸酐、以及它们的组合。
5.如前述任一项权利要求所述的热塑性聚合物组合物，其中所述聚合物组合物还包含优选选自由下列物质组成的组的附加聚合物：聚羟基链烷酸酯、聚乙烯醇、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、马来酸酐聚乙烯、马来酸酐聚丙烯、聚乳酸、改性聚丙烯、尼龙、己内酯、以及它们的组合。
6.如权利要求1至4中任一项所述的热塑性聚合物组合物，其中所述组合物是可生物降解的，并且优选还包含选自由下列物质组成的组的附加聚合物：聚乙烯醇、酯缩聚物、脂族/芳族聚酯、以及它们的组合。
7.如前述任一项权利要求所述的热塑性聚合物组合物，其中将所述组合物与填充剂组合以形成复合材料，所述填充剂优选选自由下列组成的组：滑石、粘土、纸浆、面粉、胡桃壳、纤维素、棉花、黄麻、酒椰纤维、米糠、动物鬃毛、甲壳质、颗粒状淀粉、硅藻土、纳米颗粒、碳纤维、洋麻、以及它们的组合。
8.一种包含如前述任一项权利要求所述的热塑性聚合物组合物的塑料制品，其中所述制品选自由下列组成的组：模制的制品、挤出的制品、以及它们的组合。
9.一种包含如权利要求1至7中任一项所述的热塑性聚合物组合物的塑料制品，其中所述制品优选选自由下列组成的组：薄片、薄膜、粘合剂、粘结剂、层压体、涂层、泡沫、以及它们的组合。
10.一种包含如权利要求1至7中任一项所述的热塑性聚合物组合物的塑料制品，其中所述制品优选选自由下列组成的组：个人卫生制品、吸收制品、包装、以及它们的组合。
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