TWI453246B - Biodegradable Polymers and Their Production Methods - Google Patents

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TWI453246B TW100100356A TW100100356A TWI453246B TW I453246 B TWI453246 B TW I453246B TW 100100356 A TW100100356 A TW 100100356A TW 100100356 A TW100100356 A TW 100100356A TW I453246 B TWI453246 B TW I453246B
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Description

生物可分解高分子及其製作方法
本發明涉及一種生物可分解高分子及其製作方法，尤其是將作為分解促進聚合物的低分子量聚-3-羥基丁酸酯(LMWPHB)，掺入高分子量聚合物中。
聚-3-羥基丁酸酯(PHB)屬於聚羥基酯類(Polyhydroxyalkanoate,PHAs)的一種，最早是在1926發現，是一個可完全被微生物降解的高分子聚酯類，具生物可相容性，屬於熱塑性材料，有氣密性佳，高熔點及高結晶度的性質，屬於微生物發酵型的生物可分解高分子，已廣泛地用於各種生醫材料、包裝材方面。
隨著環保意識的抬頭，環境的永續利用成為越來越重要的課題，具有較大分子量的聚-3-羥基丁酸酯(PHB)雖然可以被生物所分解，然而速度較慢，且其性質並不能達到所有高分子材料的需求，而其他各種石化塑膠則缺乏這種生物可分解性的性質，有些在高溫燃燒時不易完全裂解，而產生戴奧辛等毒素，因此，需要一種能夠具有原來的塑膠性質，且能夠具有生物裂解性、生物相容性的高分子材料。
本發明的主要目的是提供一種生物可分解高分子，該生物可分解高分子包含高分子量聚合物以及分解促進聚合物，該高分子量聚合物可以為各種聚酯類高分子，該分解促進聚合物為低分子量聚-3-羥基丁酸酯(low molecular weight poly-3-hydroxybutyrate，LMWPHB)，其重量平均分子量在500~2500 g/mole的範圍，較佳為1767 g/mole、而數目平均分子量在500~2000 g/mole的範圍，較佳為1200 g/mole，且佔該生物可分解高分子的總重量百分比5%~30%，其結構式如下方化學結構式1所示，
化學結構式1：
本發明的另一目的在提供一種生物可分解高分子之製作方法，該方法包含一分解促進聚合物製備步驟以及一掺合步驟，分解促進聚合物製備步驟係從聚-3-羥基丁酸酯(PHB)分離出作為分解促進聚合物的低分子量聚-3-羥基丁酸酯，而該掺合步驟係將分離出的低分子量聚-3-羥基丁酸酯掺入高分子量聚合物中，其掺入的方法可以為擠壓、攪拌混練、混溶等，且分解促進聚合物製備步驟又包含混合步驟、通入氣氛步驟、加熱反應步驟以及清洗過濾步驟，混合步驟係將聚-3-羥基丁酸酯(PHB)與聚乙二醇(PEG)以一特定比例在一容器中混合唯一混合溶液；通入氣氛步驟係將氮氣通入該容器中；加熱反應步驟係將該容器加熱，使該混合溶液在高溫下反應一段時間，而形成反應溶液，清洗過濾步驟係將反應溶液以去離子水清洗多次，再經過過濾而分離為產物及未反應溶液，再將該產物除水，而獲得低分子量聚-3-羥基丁酸酯(LMWPHB)，以作為該分解促進聚合物。
本發明所提供的生物可分解高分子及其製作方法，藉由將PHB材料在劣解過程產出巴豆酸寡聚物之不飽和化合物，即作為分解促進聚合物的低分子量聚-3-羥基丁酸酯，掺入高分子量聚合物中，利用低分子量聚-3-羥基丁酸酯(LMWPHB)易於被菌類分解的特性，而能夠改善一般高分子量聚合物的生物降解性和生物相容性，而使得一般塑膠材料能夠在使用一段時間後能被生物所分解，而達到環保的效益。
以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。
一種生物可分解高分子，主要包含高分子量聚合物以及分解促進聚合物，該高分子量聚合物可以為熱塑性的聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸酯(Acrylate)、聚對苯二甲酸二乙酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚羥基丁酸酯(PHB)，熱固性的環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂(Unsaturated polyester)以及聚胺基甲酸酯(PU)的至少其中之一，該分解促進聚合物為低分子量聚-3-羥基丁酸酯(low molecular weight poly-3-hydroxybutyrate，LMWPHB)，其重量平均分子量在500~2500 g/mole的範圍，較佳為1767 g/mole、而數目平均分子量為500~2000 g/mole的範圍，較佳為1200 g/mole，且佔該生物可分解高分子的總重量百分比5%~30%，其結構式如下方化學結構式1所示，
化學結構式1：
參閱第一圖，本發明生物可分解高分子之製作方法的流程圖。如第一圖所示，生物可分解高分子之製作方法S1包含分解促進聚合物製備步驟S10以及一掺合步驟S20分解促進聚合物製備步驟S10係從聚-3-羥基丁酸酯(PHB)分離出作為分解促進聚合物的低分子量聚-3-羥基丁酸酯，而該掺合步驟S20係將分離出的低分子量聚-3-羥基丁酸酯掺入高分子量聚合物中，其掺入的方法可以為擠壓、攪拌混練、混溶等。
參閱第二圖，分解促進聚合物製備步驟的細項步驟流程圖。如第二圖所示，分解促進聚合物製備步驟S10包含混合步驟S11、通入氣氛步驟S13、加熱反應步驟S15以及清洗過濾步驟S17，混合步驟S11係將聚-3-羥基丁酸酯(PHB)與聚乙二醇(PEG)以一特定比例在一容器中混合唯一混合溶液，該特定比例較佳為重量比例1:2；通入氣氛步驟S13係將氮氣通入該容器中；加熱反應步驟S15係將該容器加熱，使該混合溶液在一高溫下反應一特定時間，如165℃下反應4小時，而形成反應溶液，清洗過濾步驟S17係將反應溶液以去離子水清洗多次，再經過過濾而分離為產物及未反應溶液，再將該產物除水，而獲得作為分解促進聚合物的低分子量聚-3-羥基丁酸酯(LMWPHB)。
本發明的特點在於，本發明的生物可分解高分子及其製作方法，藉由將PHB材料在劣解過程產出巴豆酸寡聚物之不飽和化合物，即作為分解促進聚合物的低分子量聚-3-羥基丁酸酯(LMWPHB)，掺入高分子量聚合物中，利用低分子量聚-3-羥基丁酸酯(LMWPHB)易於被菌類分解的特性，而能夠改善一般高分子量聚合物的生物降解性和生物相容性，而使得一般塑膠材料能夠在使用一段時間後能被生物所分解，而達到環保的效益。
[實驗實施例]
以下所提供的實驗實施例係比較未添加低分子量聚-3-羥基丁酸酯(LMWPHB)的聚-3-羥基丁酸酯(PHB)、添加16%LMWPHB的PHB、25%LMWPHB的PHB，其實驗結果如附圖一及表一所示。
由實驗實施例可以看出，藉由添加LMWPHB，能夠加速具有較大分子量之PHB的降解。
以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本創作做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之精神下所作有關本創作之任何修飾或變更，皆仍應包括在本創作意圖保護之範疇。
S1．．．生物可分解高分子之製作方法
S10．．．分解促進聚合物製備步驟
S11．．．混合步驟
S13．．．通入氣氛步驟
S15．．．加熱反應步驟
S17．．．清洗過濾步驟
S20．．．掺合步驟
第一圖係本發明生物可分解高分子之製作方法的流程圖。
第二圖係分解促進聚合物製備步驟的細項步驟流程圖。
S1．．．生物可分解高分子之製作方法
S10．．．分解促進聚合物製備步驟
S20．．．掺合步驟

Claims (7)

  1. 一種生物可分解高分子，包含：一高分子量聚合物；以及一分解促進聚合物，為低分子量聚-3-羥基丁酸酯，具有500~2500g/mole的範圍之重量平均分子量，以及500~2000g/mole的範圍的數目平均分子量，佔該生物可分解高分子的總重量百分比5%~30%，且該低分子量聚-3-羥基丁酸酯之化學結構式如下方化學結構式1所示，化學結構式1：
  2. 如申請專利範圍第1項所述之一種生物可分解高分子，其中該高分子量聚合物包含聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸酯(Acrylate)、聚對苯二甲酸二乙酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚羥基丁酸酯(PHB)、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂(Unsaturated polyester)以及聚胺基甲酸酯(PU)的至少其中之一。
  3. 一種生物可分解高分子之製作方法，包含一分解促進聚合物製備步驟，從聚-3-羥基丁酸酯(PHB)分離出作為一分解促進聚合物的低分子量聚-3-羥基丁酸酯；以及一掺合步驟，係將該分解促進聚合物掺入一高分子量聚合物中，其中該低分子量聚-3-羥基丁酸酯，具有500~2500g/mole的範圍之重量平均分子量，以及500~2000g/mole的範圍的數目平均分子量，佔該生物可分解高分子的總重量百分比5%~30%，且該低分子量聚-3-羥基丁酸酯之化學結構式如下方化學結構式1所示，化學結構式1：
  4. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該分解促進聚合物製備步驟包含：一混合步驟，係將聚-3-羥基丁酸酯與聚乙二醇以一特定比例在一容器中混合為一混合溶液；一通入氣氛步驟，係將氮氣通入該容器中；一加熱反應步驟，係將該容器加熱，使該混合溶液在一高溫下反應一特定時間，而形成一反應溶液；以及一清洗過濾步驟，係將該反應溶液以去離子水清洗多次，再過濾而分離為一產物及一未反應溶液，再將該產物除水，而獲得作為該分解促進聚合物的低分子量聚-3-羥基丁酸酯。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該特定比例為聚-3-羥基丁酸酯比聚乙二醇為重量比例1：2、該高溫為165℃、該特定時間為4小時。
  6. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該高分子量聚合物包含聚氯乙烯(PVC)、丙烯酸酯(Acrylate)、聚對苯二甲酸二乙酯(PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚羥基丁酸酯(PHB)、環氧樹脂、不飽和聚酯樹脂(Unsaturated polyester)以及聚胺基甲酸酯(PU)的至少其中之一。
  7. 如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該掺合步驟係以擠壓、攪拌混練、混溶的至少其中之一，將將該分解促進聚合物掺入該高分子量聚合物中。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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