环境友好的生物高聚物粘合剂和基于其的应用制造技术

描述了环境友好的生物高聚物粘合剂，其中粘合剂包括生物高聚物颗粒，更优选的是淀粉微粒、最优选的是淀粉纳米级颗粒和它们的含水分散体。描述了生物高聚物颗粒粘合剂的应用，它们是替代以石油为基础合成粘合剂的环境有利选择。生物高聚物颗粒粘合剂提供物生物可降解以及可再生，因此提供了以生物为基础的替代合成粘合剂的再循环－有利选择，合成粘合剂获得自石油来源。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用此申请要求提交于2001年5月2日的美国临时专利申请号60/288,259的权益。关于联邦政府赞助研究的说明不能申请专利技术背景1.专利技术的
专利技术涉及在多种粘合剂应用中使用新种类以生物高聚物为基础的纳米级颗粒和/或微粒粘合剂，包括生物高聚物如淀粉。这些生物高聚物乳胶粘合剂可应用作为合成乳胶粘合剂的替代溶液，用于多种多孔和非多孔基材。2.相关领域的描述WO 00/69916描述了用挤压过程制备生物高聚物纳米级颗粒的过程，其中生物高聚物例如淀粉或淀粉衍生物或它的混合物在交联剂存在时在高剪切力下加工。此专利申请也描述了淀粉纳米级颗粒、所述纳米级颗粒的含水分散体和加工过程制备的压出胶，压出胶浸没后在水介质中膨胀并形成粘性散布。所述颗粒的大小分布狭窄，颗粒尺寸低于400纳米，具体是低于200纳米，且进一步通过它们的粘性表现特征。提到许多用于纳米级颗粒使用的申请。然而没有提供例子来证明生物高聚物乳胶的粘合剂特性，任何所提到的具体粘合剂申请也没有提供证明。WO 00/40617描述了在两相系统中制备淀粉颗粒的方法。所得淀粉颗粒小且可控制，直径范围可从50nm到100μm。如前面的专利，提到了许多这些颗粒的应用。然而没有提供例子证明这些应用。专利技术概述我们称本专利技术的新粘合剂为生物高聚物乳胶粘合剂。生物高聚物乳胶粘合剂根据它们的乳胶性质和粘合剂性质表现特征。乳胶性质涉及它们的颗粒大小分布、散布性质、膜形成性质和干燥性质。粘合剂性质涉及所讨论的具体应用。生物高聚物乳胶粘合剂出于多种原因是吸引人的。这些可使用粘合剂是稳定的粘合剂散布。同样以生物高聚物为基础的乳胶粘合剂获得自再生资源而不是以石油为基础的原料，因此代表一种吸引人的环境利益。乳胶是水中不溶颗粒的分散体。它们通常在纳米大小范围中但也可在微米大小范围中。乳胶粘合剂是吸引人的，因为它们可以高固体含量制备，是稳定散布，迅速干燥并用环境有利介质(水)制备而不使用溶剂。乳胶也以用于高速应用合成粘合剂而知名，如用于压力敏感粘合剂应用的聚丙烯酸，和用于非压力敏感粘合剂应用的聚乙酸乙烯酯、聚乙烯乙酸乙烯酯、聚乙酸乙烯酯乙烯(polyvinylacetate ethylene)、聚苯乙烯丁二烯等。现在用于非压力敏感乳胶粘合剂的主导技术是聚乙酸乙烯酯，在用作乳胶粘合剂的合成聚合物家族的广阔范围内(R.D.Athery.Jr.，“乳液聚合物技术”(Emulsion Polymer Technology)，MarcelDekker，1991)。生物高聚物乳胶粘合剂可认为是取代以石油为基础合成乳胶粘合剂的生物基替代品，用于包装应用、学校胶水(school glue)、可移动的标志和注释、建筑粘合剂和许多其它需要乳胶粘合剂的粘合剂应用。用生物高聚物乳胶粘合剂取代合成乳胶粘合剂的可能可阐明用于学校胶水应用。不期待这种使用，因为天然聚合物如淀粉一般保存期稳定性非常差。水合生物高聚物散布的短保存期稳定性原因有两个(1)淀粉粘合剂溶液和有强倾向凝胶或退化的糊，有几小时或几天的稳定性，(2)在水中的淀粉粘合剂提供真菌和细菌良好的培养基。消费者习惯了白聚乙酸乙烯酯乳胶的学校胶水，它干燥快且有超过6个月的保存期稳定性。专利技术详述我们发现生物高聚物乳胶(例如，如WO 00/69916和WO 00/40617所述过程和方法制备的)有独特的粘合剂性质，使它们比获得自石油来源的合成粘合剂更具吸引力。然而这些生物高聚物乳胶的稳定性仍限于几天或几周，使上面两个问题没有具体解决。如WO 00/69916单独形成微球提供了不能长时间稳定的生物高聚物乳胶，除非用于产生交联的纳米级颗粒的淀粉是以高支链淀粉为基础的淀粉(＞95％支链淀粉、＜5％直链淀粉)。为防止真菌或细菌生长，发展了合适的无毒生物杀灭制剂。结合以高支链淀粉为基础的淀粉和适当无毒(对人)抗微生物剂可发展保存期稳定性超过6个月的100％生物可降解的学校胶水。结合高支链淀粉淀粉微球乳胶和适当无毒抗微生物剂来提供安全、保存期稳定性超过6个月的100％生物可降解的学校胶水(即没有凝胶或退化或微生物生长)是本专利技术的一个独特实施方案。发现纸粘结以淀粉纳米级颗粒为基础的乳胶可与聚乙酸乙烯酯乳胶相比。可想象许多其它纸粘合剂应用可在此相同应用基础上发展。例如，此专利技术可应用于其它纸转化操作，其中纸基材彼此粘附且通常在应用水粘合剂后使用干燥步骤。一个例子是在制备薄纸中或用于制造多种薄纸、餐巾、纸巾等。乳胶可用生物高聚物制备，用剪切力和同步交联通过加工生物高聚物形成纳米级颗粒。用本文的剪切力加工指机械处理，具体是在高剪切条件下以高温(高于40℃，具体是高于60℃，低于聚合物的降解点，直到如200℃具体是直到140℃)进行的挤压处理。此剪切可通过应用每克生物高聚物至少100焦耳比机械能(SME)来实现。取决于所用加工设备，最小能量可更高；同样当使用非预凝胶物质时最小SME可更高，如至少250J/g，具体是至少500J/g。机械处理在高温方便地进行。在淀粉的情况中，可通过使用碱性介质或使用预凝胶淀粉来缓和高温。在机械处理中，生物高聚物以高浓度存在水溶剂中，至少50wt％优选，水溶剂如水或水/醇混合物。可应用高压力(如5和150巴之间)以促进在高浓度加工。除了水或水/醇混合物，可存在可塑剂，如5-40％生物高聚物重量水平的多羟基化合物(乙二醇、丙二醇、聚乙二醇、甘油、糖醇、尿素、柠檬酸酯等)。然而水可作为可塑剂。可塑剂(即水和其它如甘油)总量优选在15和50％之间。滑润剂如卵磷脂、其它磷脂或甘油一酸酯也可以如0.5-2.5％重量水平存在。酸或碳水化合物-降解酶可以0.01-5％生物高聚物重量水平存在，酸优选的是固体或半固体有机酸如马来酸、柠檬酸、草酸、乳酸、葡糖酸，酶如淀粉酶；酸或酶协助轻微解聚作用，解聚作用认为是生产具体大小的纳米级颗粒过程中的优势。生产生物高聚物乳胶过程中的重要步骤是机械处理中的交联。交联优选是可逆的，即机械处理步骤后交联部分或全部裂开。适当的可逆交联剂包括那些在低水浓度形成化学键的，它们在存在更高水浓度时解离或水解。此交联模式导致加工中暂时的高粘度，加工后是较低粘度。可逆交联剂的例子是可逆形成半缩醛的二醛和多醛、酸酐和混合酐等。适当的二醛和多醛是戊二醛、乙二醛、高碘酸盐氧化碳水化合物等。乙二醛是用于生成乳胶颗粒的具体合适交联剂。这种交联剂可单独或作为可逆交联剂混合物使用，或作为可逆和非可逆交联剂混合物使用。因此常规交联剂如表氯醇和其它环氧化物、三磷酸、二乙烯砜可用作多糖生物高聚物的非可逆交联剂，二醛、硫醇剂等可用于蛋白质生物高聚物。交联反应可以是酸-或碱-催化。交联剂水平可方便地在0.1和10％生物高聚物重量之间。交联剂可在机械处理开始时存在，但在非预凝胶生物高聚物如颗粒淀粉的情况中，优选的是交联剂稍后加入，即在机械处理中。机械处理的交联生物高聚物随后通过在适当溶剂中散布来形成乳胶，通常溶剂是水或另外的羟基溶剂(如醇)，形成乳胶浓度在4和50wt.％之间，具体在10和和40wt.％之间。散布前可进行低温研磨步骤，但用温和加热搅拌同样作用良好。此处理导致胶在水吸收诱导同时或之后破裂成乳胶。可利用此粘性性质来应用颗粒，如改进混合等。如果需要，散本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生产以纤维为基础的产品的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：在生产以纤维为基础的产品时使用环境友好的生物高聚物粘合剂，该粘合剂包含生物高聚物颗粒。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：S布罗姆伯根，F卡朋，B比伦，
申请(专利权)人：生态合成材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]