DE69331952T2

DE69331952T2 - Polymerszusammensetzung

Info

Publication number: DE69331952T2
Application number: DE69331952T
Authority: DE
Inventors: Joachim Clauss; Neil George; Mark Horowitz; Keith Hunter; Keith Sanders
Original assignee: Monsanto Co
Current assignee: Monsanto Co
Priority date: 1992-09-28
Filing date: 1993-09-28
Publication date: 2003-01-09
Anticipated expiration: 2013-09-29
Also published as: FI114027B; AU675664B2; JP3667754B2; EP0662097A1; EP0662097B1; ATE217894T1; DK0662097T3; KR950703596A; JPH08502088A; NO951158L; BR9307130A; ES2179055T3; FI951452A0; DE69331952D1; AU4829693A; CA2144449C; FI951452L; CA2144449A1; NO951158D0; WO1994007940A1

Description

Polymerzusammensetzung

Diese Erfindung betrifft eine Polymerzusammensetzung und insbesondere ein kristallisierbares Polymer, welches in einem amorphen oder unvollständig kristallisierten Zustand stabilisiert wird, und Verfahren zur Herstellung solch einer Polymerzusammensetzung.
Bei der Verarbeitung eines kristallisierbaren Polymers ist es manchmal wünschenswert, es in einem amorphen oder unvollständig kristallisierten Zustand zu halten, während spezielle Verfahren durchgeführt werden. Obwohl dieses durch Schmelzen des Polymers oder durch dessen Kältebehandlung oder durch die Anwesenheit von Weichmacher sowie durch die Verwendung als Lösung erreicht werden kann, wäre es angenehm, wenn das Polymer während der Lagerung und zu Beginn, oder möglicherweise sogar am Ende, der Verarbeitung amorph oder unvollständig kristallin vorliegen könnte.
Es ist vorgeschlagen worden (Sanders et al. "International Symposium on Bacterial Polyhydroxyalkanoates", Universität Göttingen, 1-5 Juni 1992; de Koning et al. Polymer Communications 1992, 33 (15), 3292-3294), dass ein solches Polymer, Polyhydroxybutyrat (PHB), wegen der Seltenheit von homogenen Kristallisationskeimbildungsereignissen zu diskreten einzelnen Teilchen und der wechselseitigen Isolation der Teilchen amorph ist und während einer langen Zeit amorph bleibt, wenn es in der Form von mikroskopischen Teilchen vorliegt, in Form derer es in bestimmten Mikroorganismuszellen gebildet wird. Eine mögliche Erklärung für dieses Verhalten liegt in der sehr geringen Größe von nativen Körnern oder Teilchen, welchen einen maximalen Durchmesser von ungefähr 0,25 um in Alcaligenes eutrophus oder Bacillus megaterium erreichen. Die erwartete Häufigkeit von homogener Kristallisationskeimbildung innerhalb eines vorliegenden Korns (f) ist sehr gering, in der Größenordnung von 10&supmin;&sup8; Ereignissen/Sekunde oder weniger. Bei dem am meisten zurückhaltenden Satz an Annahmen (Korndurchmesser von 1 um, Keimbildungsrate von 30 Ereignissen mm&supmin;³ sec&supmin;¹) beträgt die vorhergesagte Halbwertszeit von amorphem granulärem PHB 4,4·10&sup7; Sekunden oder 510 Tage. Unter Verwendung von realistischeren Annahmen (Korndurchmesser von 0,25 um, Keimbildungsrate bei 30ºC von 2,5 Ereignissen mm&supmin;³ sec&supmin;¹) beträgt die vorhergesagte Halbwertszeit einige 3,4·10¹&sup0; Sekunden, d. h. über 1000 Jahre. Im Gegensatz dazu, wenn das Polymer aus der Zelle entnommen wird, werden die natürlichen Teilchenumhüllungen entfernt, man lässt die Teilchen zusammenstoßen, und möglicherweise koaleszieren sie, was die Möglichkeit für das Stattfinden von heterogener Keimbildung oder häufigerer homogener Keimbildung eröffnet, woraus sich schnelle Kristallisation ergibt. Daher kristallisiert ein Großteil der Probe bei Raumtemperatur gewöhnlich in weniger als einer Stunde schnell bis zu einem Ausmaß von 50% oder mehr.
Die EP-A-0 145 233 offenbart ein Verfahren zur Entfernung von Polymerzellenmaterial, ausgenommen 3-Hydroxybutyrat, aus Mikroorganismuszellen, welche ein 3- Hydroxybutyratpolymer enthalten. F. Koosha et al., "J. of Controlled Release", 9 (1989), 149- 157, berichtet von den Ergebnissen der Untersuchungen in Bezug auf die chemische Oberflächenstruktur von Poly(beta-hydroxybutyrat)-Nanopartikeln, die durch ein Lösungsmittelverdampfungsverfahren hergestellt wurden. Die EP-A-0 535 534 betrifft biokompatible Emulsionsteilchen, die unter anderem Polyhydroxybutyratpolymer, biomedizinische Mittel und einen Großteil eines biologisch abbaubaren Tensids auf Zuckerbasis enthalten.
Es ist unter bestimmten Umständen wünschenswert, dazu in der Lage zu sein, die amorphe Natur des Polymers innerhalb einer deutlichen Zeitdauer nach der Herstellung und Entnahme des Polymers aufrecht zu erhalten. In ähnlicher Weise kann es wünschenswert sein, kristallisiertes Polymer wieder zu verjüngen und es in dem amorphen oder unvollständig kristallisierten Zustand bis zu seiner Verwendung zu halten. Die Anmelder haben herausgefunden, dass es möglich ist, den amorphen oder unvollständig kristallisierten Zustand des Polymers innerhalb einer deutlichen Zeitdauer aufrecht zu erhalten, wenn das Polymer in Form kleiner Teilchen gehalten wird, wobei jedes Teilchen mit einer Beschichtung an Tensid oder Phospholipid versehen ist.
Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Polymerzusammensetzung in der Form eines wässrigen Latex oder eines fließfähigen Pulvers aus einzelnen Teilchen oder losen Agglomeraten zur Verfügung gestellt, im wesentlichen frei an zellulärem Protein und umfassend ein kristallisierbares, biologisch abbaubares Polyhydroxyalkanoat, das zur Ausbildung von mehr als 30% Kristallinität fähig ist, in Form von Teilchen mit einer größten Dimension im Bereich von 0,1 bis 5 um, und welche auf ihrer Oberfläche ein Phospholipid oder ein Tensid aufweisen, wobei das Polymer ein Molekulargewicht mw von über 50000 aufweist und eine Kristallisations-Halbwertszeit, basierend auf Weitwinkel- Röntgenstrahlstreuung, von mehr als 0,1 Tag bei Umgebungstemperatur besitzt.
Das Polymer ist insbesondere ein solches, welches zu einem relativ hohen Grad an Kristallinität, beispielsweise über 30%, insbesondere 50 bis 90%, fähig ist. Solche Polymere können biologisch oder synthetisch hergestellt sein.
Geeignete biologisch hergestellte Polymere umschließen typischerweise mindestens ein biologisch hergestelltes Polyhydroxyalkanoat (PHA) mit Einheiten der Formel (I):
O-CmHn-CO- (I)
worin m im Bereich von 1 bis 13 liegt und n 2m oder (wenn m mindestens 2 ist) 2m-2 ist. Typischerweise enthält CmHn 2 bis 5 Kohlenstoffatome in der Polymerkette und dem Rest (wenn vorhanden) in der Seitenkette. In besonders geeigneten Polyestern ist m 3 oder 4, n ist 2m, und insbesondere sind Einheiten mit m = 3 und m = 4 zusammen mit jeweils einer C&sub1;- und C&sub2;-Seitenkette an dem Kohlenstoff neben dem Sauerstoff copolymerisiert. Spezielle Polyester enthalten einen Überschuß an Einheiten mit m = 3, insbesondere mit mindestens 70 Mol-% solcher Einheiten, wobei der Rest Einheiten mit m = 4 sind. Das Molekulargewicht des Polymers liegt insbesondere über 100000, z. B. bis zu 2·10&sup6;.
Ein Polyester der Formel (I), welcher nur Einheiten mit m = 3 aufweist, ist PHB, ein Polyester, der Einheiten mit m = 3 und m = 4 enthält, stellt das Copolymer von Polyhydroxybutyratcovalerat (PHBV) dar. PHBV enthält bevorzugt 4% bis 20% Einheiten mit m = 4. Der Polyester kann zudem aus zwei oder mehr PHAs, die sich in den m-Werten unterscheiden, gemischt sein. Ein spezielles Beispiel enthält:
(a) Polymer, hauptsächlich aus Einheiten der Formel (I) bestehend, worin 2-5 Mol-% der Einheiten m = 4, der Rest m = 3 aufweist; und
(b) Polymer, hauptsächlich aus Einheiten der Formel (I) bestehend, worin 5-30 Mol-% der Einheiten m = 4, der Rest m = 3 aufweist.
Die Verhältnisse der Polymere in solch einer Mischung sind bevorzugt derartig, dass sie einen mittleren Gehalt an m = 4 in dem Bereich von 4-20 Mol-% ergeben.
Das Polyhydroxyalkanoat kann ein Fermentationsprodukt darstellen, insbesondere eines mikrobiologischen Verfahrens, in dem ein Mikroorganismus Polyhydroxyalkanoat während des normalen Wachstums bildet oder durch Kultivierung in Abwesenheit eines oder mehrerer Nährstoffe, die für die Vervielfältigung der Zellen notwendig sind, dazu veranlasst wird. Der Mikroorganismus kann wild oder mutiert sein oder kann das dazu notwendige genetische Material eingesetzt bekommen haben. Alternativ kann das notwendige genetische Material durch einen Eukaryoten zum Bewirken des mikrobiologischen Verfahrens getragen werden.
Beispiele geeigneter mikrobiologischer Verfahren sind die folgenden:
Für Material der Formel (I) mit m = 3 oder m = teilweise 3, teilweise 4: EP-A-69497 (Alcaligenes eutrophus);
Für Material der Formel (I) mit m = 3:
US 4101533 (A. eutrophus), EP-A-144017 (A. latus);
Für Material der Formel (I) mit m = 7-13:
EP-A-0 392 687 (verschiedene Pseudomonas).
In solchen Verfahren kann das Polymer aus den Fermentationsproduktzellen mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels extrahiert werden, oder das zelluläre Proteinmaterial kann unter Verwendung einer wässrigen Route zersetzt werden, wobei mikroskopische Polymerteilchen zurückbleiben. Für spezialisierte Endverwendungen kann man das zelluläre Protein teilweise oder vollständig bei dem Polymer verbleiben lassen, allerdings wird es bevorzugt einem Zellbruch unterzogen. Ein nützliches Extraktionsverfahren wird in der EP-0 145 233 angegeben.
Alternativ kann das PHA durch im Stand der Technik bekannte chemische Verfahren synthetisiert werden. PHB kann gemäß Bloembergen, S. und Holden, D. A., "Macromolecules", 1989, Vol. 22, Seiten 1656-1663, hergestellt werden. PHBV kann gemäß Bloembergen, Holden, Bluhm, Hamer und Machessault, "Macromolecules", 1989, Vol. 22, Seiten 1663-1669, hergestellt werden.
Die Erfindung ist ebenso auf synthetische Polymere anwendbar, die zur Kristallisation fähig sind, insbesondere:
a) Polyester, beispielsweise Kopf-Schwanz-Polyester oder (bevorzugt) im wesentlichen stöchiometrische Kopf-Kopf-Schwanz-Schwanz-Polyester;
b) Polyester mit ausschließlich Alkohol- oder Phenol-Reaktivität oder ausschließlich Acyl-Reaktivität;
c) Andere Polymere, wie Polyamide, mit potentiell acylierbaren oder veresterbaren Gruppen.
Solche Polymere können alleine, in Kombination oder mit einem oder mehreren mikrobiologisch abgeleiteten Polymeren, wie oben beschrieben, verwendet werden. Beispiele geeigneter synthetischer Polymere sind synthetische Polyester, insbesondere Polycaprolacton, Polylactide, und Polymere, wie sie in der PCT-Anmeldung WO 92/09654 beschrieben werden, insbesondere solche Polyester, die Kombinationen von Dicarbonsäuren oder Derivaten davon und Diolen enthalten. Dicarbonsäuren werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Malonsäure, Bernsteinsäure, Glutarsäure, Adipinsäure, Pimelinsäure, Azelainsäure, Sebacinsäure, Fumarsäure, 2,2-Dimethylglutarsäure, Suberinsäure, 1,3- Cyclopentandicarbonsäure, 1,4-Dicyclohexandicarbonsäure, 1,3-Cyclohexandicarbonsäure, Diglykolsäure, Itaconsäure, Maleinsäure, 2,5-Norbornandicarbonsäure, 1,4-Terephthalsäure, 1,3-Terephthalsäure sowie Ester-bildende Derivate davon und Kombinationen daraus, und Diole werden ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykol, Diethylenglykol, Propylenglykol, 1,3-Propandiol, 2,2,-Dimethyl-1,3-propandiol, 1,3-Butandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 2,2,-Trimethyl-1,6-hexandiol, Thiodiethanol, 1,3- Cyclohexandimethanol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, Triethylenglykol, Tetraethylenglykol, Di-, Tri-, Tetrapropylenglykol und Kombinationen daraus.
Andere kristallisierbare Polymere, die Erwähnung finden könnten, sind, entweder alleine oder in Kombination mit jedem der hierin genannten Polymere, Polyethylen, Polypropylen, Polybuten, Polystyrol, Poly(chlortrifluorethylen), Polyoxymethylen, Poly(ethylenoxid), Poly(tetramethylenoxid), Poly(propylenoxid), Poly(decamethylensebacat), Poly(decamethylenterephthalat), Nylon, p-Ethylen, p-(Propen), p-(1-Buten), p-(Styrol), p- (Chlortrifluorethylen), p-(Isopren), p-(Methylenoxid), p-(Ethylenoxid), p-(Propylenoxid), Polycarbonat, Polyvinylalkohol, Cellulose und Celluloseacetate oder -butyrate, Polypeptide und Proteine, Polymethylmethacrylate.
Bevorzugte Polymerzusammensetzungen sind biologisch abbaubar oder enthalten mindestens ein biologisch abbaubares Polymer und sind wenigstens zur teilweisen Bioabbaubarkeit fähig.
In oder bei dem Polymer sind weitere Materialien (d. h. Additive) anwesend, vorausgesetzt sie beschleunigen nicht die Kristallisation und vermindern auf diese Weise die Kristallisationshalbwertszeit des teilchenförmigen Polymers auf weniger als 0,1 Tage bei Raumtemperatur. Insbesondere können ein oder mehrere Weichmacher anwesend sein. Das Verhältnis von Weichmacher zu Polymer hängt von der vorgesehenen Verwendung der Zusammensetzung ab. Der Bereich von 2-40 phr w/w schließt die meisten der geeigneten Verwendungen ein. Zur effektiven Herstellung von starren, aber nicht spröden Artikeln ist der Bereich von 5-20, insbesondere von 6-12, phr w/w allgemein geeignet.
Jeder der bekannten Weichmacher für diese Polymere ist geeignet, und jeder Weichmacher, der zum Weichmachen dieser Polymere im Anschluss an diese Erfindung gefunden wird, sollte zur Verwendung hierin geeignet sein. Beispiele geeigneter Weichmacher sind:
a) hochsiedende Ester von mehrbasigen Säuren, wie Phthalate, Isophthalate, Citrate, Fumarate, Glutarate, Phosphate oder Phosphite. Die veresterten Reste können beispielsweise C&sub1;-C&sub1;&sub2;-Alkyl, Aryl oder Aralkyl sein. Besondere Beispiele sind Dioctyl-, Diheptyl- und Decylphthalate und Dialkylalkylenoxidglutarat (Plasthall® 7050);
b) hochsiedende Ester und Teile von mehrwertigen Alkoholen, insbesondere Glykole, Polyglykole und Glycerin. Die von der Säure abgeleiteten Reste des Esters enthalten typischerweise 2 bis 10 Kohlenstoffatome. Beispiele sind Triacetin, Diacetin und Glyceryldibenzoat;
c) aromatische Sulfonamide, wie Paratoluolsulfonamid.
Ein besonders bevorzugter Weichmacher ist eine doppelt veresterte Hydroxycarbonsäure mit mindestens drei Estergruppen in dem Molekül. "Doppelt verestert" bedeutet, dass mindestens einige der Hydroxygruppen der Hydroxycarbonsäure mit einer Carbonsäure verestert sind und dass wenigstens einige der Carboxygruppen davon mit einem Alkohol oder Phenol verestert sind. Bevorzugt ist wenigstens die Hydroxycarbonsäure, von der der Ester abgeleitet ist, aliphatisch oder cycloaliphatisch. Die Rückgradstruktur (das heißt abgesehen von den Carboxygruppen) enthält bevorzugt 2 bis 6 Kohlenstoffatome. Sie enthält bevorzugt 2 bis 4 Carboxygruppen und 1 bis 3 Hydroxygruppen; und bevorzugter Weise übersteigt die Anzahl der Carboxygruppen die Anzahl der Hydroxygruppen. Ein Beispiel für einen solchen Weichmacher ist Estaflex® (Acetyltri-n-butylcitrat).
Die Polymerzusammensetzung kann jedes andere gängig in der Polymerverarbeitung verwendete Hilfsmittel enthalten, beispielsweise Pigmente, teilchenförmige, faserförmige oder plattenförmige Füllstoffe oder Verstärker, sowie Kristallisationskeimbildner, insbesondere Bornitrid, Talk, Ammoniumchlorid oder DZB/Zn-Stearat.
Wenn ein Kristallisationskeimbildner anwesend ist, liegt er bevorzugt in Anteilen im Bereich von 0.2 bis 2 phr vor.
In der vorliegenden Erfindung reichen kleine PHA-Teilchen bevorzugt von 0,1 bis 3 um, insbesondere von 0,1 bis 2,0 um.
Der Größenbereich für eine technisch angenehme Kristallisationshalbwertszeit unterscheidet sich unter den Polymeren. In den oben definierten mikrobiologisch hergestellten Polyestern kann die Teilchengröße umso größer sein, je höher der Wert von m ist, da solche Polyester langsamer kristallisieren. Die Auswahl eines Teilchengrößebereichs ist durchführbar, um die Kristallisationshalbwertszeit, die für eine bestimmte Endbenutzung des Polymers definiert wird, anzupassen.
Die Kristallisationshalbwertszeit des teilchenförmigen Polymers bei Umgebungstemperatur beträgt mindestens 0,1 Tage, im speziellen mindestens 1 Tag, bevorzugt mindestens 1 Woche (7 Tage), insbesondere 6 Monate (168 Tage) oder mehr.
Während der Lagerung sollten sie nicht irgendwelchen Mitteln ausgesetzt werden, die die Kristallisation fördern, wie atmosphärischen Verunreinigungen oder Strahlungen.
Die Teilchen können von einer jeden Form sein, allerdings sind sie bevorzugt annähernd sphärisch mit einer Verhältniszahl von bis zu 2, um einen versehentlichen Bruch zu vermeiden, was zu Kristallkeimbildungsereignissen führen würde.
Wenn das Polymer mikrobiologisch hergestellt wird, sollte es im wesentlichen frei von Zellmaterial sein, um dem Tensid einen Zugang zu der Oberfläche der Teilchen zu gestatten. Wenn irgendein Zellwandmaterial anwesend ist, kann es mindestens teilweise zerbrochen sein.
Das Tensid oder das Phospholipid sollte eine dicht-gepackte absorbierte Schicht auf mindestens 50% der Oberfläche der Teilchen ausbilden. Bevorzugt bedeckt es mindestens 80% der Oberfläche, und am meisten bevorzugt bildet es eine vollständige Schicht.
Die Tensid oder Phospholipid beschichteten Teilchen können hergestellt werden durch Vorlegen von unvollständig oder komplett kristallisiertem Polymer, Auflösen des Polymers in einem Lösungsmittel, wodurch die amorphe Natur des Polymers zurückgewonnen wird, und anschließendes Bilden der beschichteten Teilchen durch Emulgierung mit einem Tensid oder Phospholipid.
Daher sieht die Erfindung in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zur Herstellung einer Polymerzusammensetzung mit den Schritten vor:
(a) Auflösen des Polymers in einem Lösungsmittel von geringer Löslichkeit in Wasser, welches bei einer Temperatur von nicht über 120ºC siedet;
(b) Emulgieren der resultierenden Lösung in einer wässrigen Lösung eines Tensids oder Phospholipids; und
(c) Entfernen von Lösungsmittel von der dispersen Phase der resultierenden Emulsion.
Das Tensid kann anionisch, kationisch, nichtionisch, zwitterionisch sein oder hydrophile Gruppen mehr als einen Typs enthalten. Besonders geeignet ist es kationsich oder anionisch, und bevorzugt ist dessen hydrophiler Teil quaternäres Ammonium, beispielsweise Tri-C&sub1;-C&sub4;- alkylammonium. Der hydrophobe Teil des Tensids enthält bevorzugt mindestens 8, insbesondere 12 bis 20, Kohlenstoffatome. Wechselweise kann das Tensid ein Ethoxylat, beispielsweise ein Alkylethoxylat mit 7 bis 16 Kohlenstoffatomen und bis zu 100 Ethoxylateinheiten, oder ein Blockcopolymer aus Ethylenoxid und Propylenoxid oder ein Nonylphenylethoxylat sein. Sehr geeignet enthält das Tensid eine lineare Alkylgruppe, insbesondere wenn das Polymer biologisch abbaubar ist. Geeignete Tenside umschließen: Dodecyltrimethylammoniumbromid, Tetradecyltrimethylammoniumbromid, Cetyltrimethylammoniumbromid, Cetyldimethylethylammoniumbromid, Benzyldimethyldodecylammoniumbromid, Benzyldimethyltetradecylammoniumbromid, Benzyldimethylhexadecylammoniumbromid, Benzalkoniumchlorid, Benzethoniumchlorid, Methylbenzethoniumchlorid, Cetylpyridiniumchlorid, Natriumdodecylsulfat, Natrium-Sarkosyl®, Natriumdioctylsulfosuccinat, Natriumcholat, Natriumdeoxycholat, Natriumlaurat, Natriummyristat, Natriumpalmitat, Natriumstearat, Sorbitanmonopalmitat. Aus dieser Tensidgruppe sind Cetyltrimethylammoniumbromid, Natriumdeoxycholat, Natriumdodecylsulfat, Natrium- Sarkosyl® und Natriumdioctylsulfosuccinat bevorzugt (Sarkosyl ist ein gesetzlich geschützter Name).
Das Phospholipid ist in geeigneter Weise ein natürlich vorkommendes oder ein künstliches Phospholipid. Das Phospholipid kann aus der folgenden Gruppe ausgewählt sein: Phosphatidylcholin (z. B. Soja-Phosphatidylcholin), Phosphatidylethanolamin, Phosphatidylglycerin, Diphosphatidylglycerin, Phosphatidylserin, Phosphatidylthreonin, Phosphatidylinisotol, Phosphatidylglycerinphosphat, Phosphatidyl-(n-methyl)ethanolamin, Phosphatidyl- (n-dimethyl)ethanolamin, Phosphatidsäure, Phosphatidyl-(myo)inisotol, Phosphatidyl- (myo)inisotol-4-phosphat, Phosphatidyl-(myo)inisotol-4,5-phosphat, Phosphatidyl-(myo)- inisotoldimmosid, o-Aminosäureester von Phosphatidalglycerin und Phosphoglyceride.
Der Gehalt an Tensid oder Phospholipid ist mindestens derartig ausreichend, um eine dichtgepackte absorbierte Schicht an Tensid oder Phospholipid auf mindestens der Hälfte der Teilchenoberfläche zu bilden. Bevorzugt ist er ausreichend, um eine vollständige Schicht auszubilden, und ein Überschuß von beispielsweise bis zu 100% kann vorliegen. Allerdings ist es bevorzugt, den Gehalt an Tensid zu minimieren, da es eine unerwünschte Verunreinigung in einigen nachfolgenden Verwendungen des Polymers darstellen kann.
Die Emulgierung der Polymerlösungen kann mit jeglichen geeigneten Mitteln durchgeführt werden, beispielsweise durch mechanisches Rühren oder Beschallen. Hochdruckhomogenisierung ist zur Kontrolle der Größe des teilchenförmigen Polymers nützlich.
Wenn das Lösungsmittel im wesentlichen wasserunlöslich ist, erscheint die Leichtigkeit der Entfernung des Lösungsmittels von dessen Dampfdruck abhängig zu sein: Daher weist es bevorzugt einen Siedepunkt nicht oberhalb von 120ºC, bevorzugt nicht oberhalb 85ºC, auf. Geeignete Lösungsmittel für PHAs sind Kohlenwasserstoffe und halogenierte Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Chloroform, Methylenchlorid oder 1,2-Dichlorethan. Die geeigneten Lösungsmittel hängen von dem einzelnen Polymersystem ab. Wenn das Polymer einen mikrobiologischen Polyester darstellt, ist das Lösungsmittel bevorzugt Chloroform oder Methylenchlorid. Die Verfahrensanordnung sollte Vorkehrungen zur sicheren Handhabung solcher Lösungsmittel und Zusammensetzungen, die sie enthalten, einschließen.
Die Konzentration an Polymer in dem Lösungsmittel kann derartig ausgewählt sein, dass die Polymerteilchengröße, die nach der Entfernung des Lösungsmittels gefordert ist, angepasst ist. Die Polymerteilchengröße kann ebenso durch die Kontrolle der Teilchengröße der dispersen Phase der Emulsion kontrolliert werden. Das Tensid ist bevorzugt wie oben definiert. Dessen Konzentration liegt geeigneter Weise in dem Bereich von 1 bis 100 mM, insbesondere von 2 bis 50 mM.
Die Entfernung des Lösungsmittels aus der Emulsion kann durch jegliche geeignete Mittel erfolgen, durch Erwärmen der Emulsion, beispielsweise auf 70ºC in Luft, Blubbern von Gas durch die Emulsion, beispielsweise Stickstoffgas, Rotationsverdampfung der Emulsion, oder einfach die Entfernung des Lösungsmittels durch Verdampfung bei Raumtemperatur von einer großen Oberfläche, beispielsweise innerhalb von 24 Stunden. Solch ein Verfahren, welches das Erwärmen des Polymers einschließt, wird bevorzugt bei einem Druck unterhalb des Atmosphärendrucks durchgeführt, um Temperaturen zu vermeiden, bei denen die Kristallisation des Polymers schneller verläuft. Wenn das Lösungsmittel und Wasser sich in ihrer Flüchtigkeit nur unwesentlich unterscheiden, kann zusätzliches Wasser zu der Emulsion hinzugegeben werden, um einem übermäßigen Konzentrationsanstieg vorzubeugen. Wenn die Flüchtigkeiten geeignet ausbalanciert sind, kann die gesamte Emulsion luftgetrocknet werden, um fließfähige trockene Polymerteilchen zu bilden.
Ein alternatives Mittel zur Lösungsmittelentfernung stellt die Dialyse durch eine Membran dar, welche gegenüber dem Lösungsmittel durchlässig ist, aber nicht von diesem gelöst oder ausgedehnt wird. Eine geeignete Membran ist aus Cellulose hergestellt; andere hydrophile oder wasserbenetzbare Membranmaterialien können verwendet werden. Auf der Seite der Membran ("extern"), die der Emulsion ("intern") abgewandt ist, kann jedes passende fluide Medium vorliegen, in dem die Fugazität des Lösungsmittel geringer ist. Daher kann das Medium ein Gas, beispielsweise Luft, oder eine organische Flüssigkeit, in der das Lösungsmittel löslich ist, darstellen. Ein sehr geeignetes Fluid ist eine wässrige Lösung, die ein Tensid enthält und zum Emulgieren des Lösungsmittels fähig ist.
Es erscheint, dass diese Verfahren durchführbar ist, weil die Verbindung, obwohl von begrenzter Löslichkeit in Wasser, in den hydrophoben Bereichen der Micellen des amphiphatischen Mittels löslich ist. Die Konzentration dieses Mittels sollte mindestens dessen kritische Micellenkonzentration sein oder sollte die Konzentration zum Erhalten von etwas Verbindung erreichen.
Das amphiphatische Mittel sollte ein gemäßigtes bis hohes hydrolyophiles Gleichgewicht (HLB) aufweisen, so dass das Wasser die kontinuierliche Phase der wässrigen Lösung bildet. Es liegt jedoch im Bereich der Erfindung, ein relativ niedriges HLB zu verwenden, so dass bei fortlaufender Absorption der Verbindung die Emulsion einer Inversion zu Wasser-in-Öl unterliegt.
Geeignete tensidische amphiphatische Mittel sind beispielsweise Emulgatoren, Dispersionsmittel, Detergentien und Benetzungsmittel. Andere nicht speziell für diese Aufgaben wertvolle Mittel können für das Verfahren geeignet sein. Der hydrophile Teil des Mittels kann anionisch, kationisch oder nichtionisch sein oder kann mehr als eine solche Funktion enthalten. Der hydrophobe Teil kann aliphatisch, aromatisch oder polymer sein oder mehr als einen solchen Typ enthalten. Bevorzugt stellt er eine Gruppe dar, die in Abwesenheit des hydrophilen Teils, einen Schmelzpunkt unterhalb von 100ºC, insbesondere unterhalb von 50ºC, aufweisen würde, um eine leichte Löslichkeit der Verbindung in den Micellen sicherzustellen. Besonders geeignet ist das Tensid kationisch, und bevorzugt stellt dessen hydrophiler Teil quaternäres Ammonium dar, beispielsweise Tri-C&sub1;-C&sub4;-alkylammonium. Der hydrophobe Teil des Tensids enthält bevorzugt mindestens 8, insbesondere 12 bis 20, Kohlenstoffatome. Besonders geeignet ist eine lineare Alkylgruppe.
Die Konzentration an hydrophobem, d. h. gelöstem, Material in der wässrigen Lösung kann durch die Anwesenheit einer nicht-flüchtigen Flüssigkeit, die in den Micellen emulgiert ist, erhöht werden.
Das amphiphatische Mittel sollte eine niedrige oder gar keine Neigung zum Schäumen aufweisen. Wenn erwünscht, kann ein Antischaummittel, wie ein Silikon oder ein C&sub4;-C&sub1;&sub2;- Alkohol, anwesend sein.
Der Kontakt der fluiden Phase mit der wässrigen Lösung kann durch jedes konventionelle Mittel bewirkt werden, beispielsweise durch Sprühtürme mit Platten oder regelloser Füllung, Fallfilmkontaktoren oder Wischflächenkontaktoren, wenn das Fluid ein Gas ist. Wenn das Fluid ein Gas ist, und insbesondere wenn es eine Flüssigkeit ist, kann der Kontakt durch eine Membran hergestellt sein.
In dem bevorzugten Kontaktverfahren durch eine Membran ist die fluide Phase bevorzugt eine Emulsion der Verbindung in einer wässrigen Lösung mindestens eines amphiphatischen Mittels. Die amphiphatischen Mittel auf den beiden Seiten der Membran sollten selbstverständlich nicht gegenseitig unerwünscht wechselwirken: Daher ist es im allgemeinen nicht erwünscht, ein kationisches auf der einen Seite und ein anionisches auf der anderen Seite zu haben. Die disperse Phase der Emulsion kann anfangs eine Lösung einer Spezies darstellen, wie eines Polymers, die zur Durchdringung der Membran, wie in Beispiel 1 beschrieben, unfähig ist.
Die Membran sollte hydrophil oder wasserbenetzbar sein. Geeigneter Weise ist sie aus Cellulose hergestellt und kann einen Molekulargewichtsausschnitt in dem Bereich von 10000 bis 20000 Da aufweisen.
Da in einem solchen System die Verbindung in beide Richtungen passieren kann und tatsächlich gemäß dem chemischen Potential der eingesetzten Spezies eine in eine Richtung und die andere in die andere Richtung passieren kann, stellt die Erfindung in einem zweiten Aspekt ein Verfahren zum Transport einer Verbindung von begrenzter Löslichkeit in Wasser von einer wässrigen amphiphatischen Lösung zu einer anderen durch eine Membran, die gegenüber dieser Verbindung durchlässig ist, zur Verfügung.
Das Verfahren ist insbesondere auf flüchtige Verbindungen anwendbar, bevorzugt mit einem Siedepunkt nicht oberhalb 120ºC, insbesondere nicht oberhalb 85ºC, bei Atmosphärendruck, beispielsweise auf Kohlenwasserstoffe und halogenierte Kohlenwasserstoffe.
Das externe Tensid sollte zu wechselwirkenden Reaktionen mit dem internen Tensid unfähig sein. Beispielsweise sollte es nicht anionisch sein, wenn das interne Tensid kationisch ist. Das externe Tensid liegt bevorzugt oberhalb seiner kritischen Micellenkonzentration vor. Es kann eine emulgierte niedrig-flüchtige Flüssigkeit enthalten, in der das Lösungsmittel löslich ist. Wenn das externe Fluid eine Flüssigkeit ist, kann das Lösungsmittel der emulgierten Polymerlösung relativ nicht-flüchtig sein, da das externe Fluid ausreichend Verdünnungsfähigkeit vermitteln kann.
Die Arbeitsbedingungen zur Entfernung des Lösungsmittels durch eine Membran werden derartig ausgewählt, so dass die Erfordernisse der Selektivität und Geschwindigkeit passen. In einem bevorzugten Satz an Bedingungen weist die Membran einen Molekulargewichtsausschnitt von 10000 bis 20000 Da auf (was den Durchgang des Tensids erlauben würde) und das externe Fluid besitzt dieselbe Tensidkonzentration wie das interne. In Analogie kann die Tensidkonzentration in dem Polymerlatex erhöht oder erniedrigt werden. Bei Verwendung einer Membran mit einem niedrigeren Molekulargewichtsausschnitt besteht ein geringerer Bedarf, die externe und interne Tensidkonzentration anzugleichen.
In einem weiteren Verfahren zur Entfernung von Lösungsmittel wird eine weitere Flüssigkeit, die zum Umkehren der Aufteilung des Lösungsmittels zwischen der dispersen Phase und der kontinuierlichen Phase der Emulsion ausgewählt ist, hinzugegeben.
Bevorzugt wird das Verfahren bei Temperaturen in dem Bereich von 10 bis 50ºC durchgeführt.
Ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer Polymerzusammensetzung, die mit Tensid oder Phospholipid beschichtete kleine Polymerteilchen (ebenso hierin als teilchenförmiges Polymer bezeichnet) umfasst, besteht in der Bildung der Teilchen während des Ernteschritts eines mikrobiologischen Herstellungsverfahrens. Wenn das Polymer ein mikrobiologisch hergestellter Ester, abgelegt in Organismuszellen, ist, kann das teilchenförmige Polymer durch mindestens teilweises Ersetzen des Zellmaterials durch das Tensid hergestellt werden. Das kann in jedem beliebigen Schritt während der Rückgewinnung der Polyesterteilchen aus den Zellen erfolgen, vorausgesetzt der Polyester ist unvollständig kristallin.
Das teilchenförmige Polymer kann während der Massenherstellungsverfahren hergestellt werden, die für PHAs bekannt sind. Die EP-A-0 145 233 offenbart ein Verfahren, in dem eine wässrige Suspension von Mikroorganismuszellen, die ein PHB-Polymer enthalten, einer proteolytischen Enzymdigestion und/oder einer Tensiddigestion unterzogen wird, um das Nicht-Polymer-Zellenmaterial aufzulösen. Vor oder während der Digestion, allerdings vor jedem proteolytischen Enzymdigestionsschritt, wird die Suspension auf mindestens 80ºC erwärmt, um Nukleinsäuren zu denaturieren, die andernfalls die Abtrennung des PHB- haltigen Restes aus der Suspension behindern. In einem bevorzugten Aspekt dieses Verfahrens wird das restliche Material nach Auflösen des Nicht-Polymer-Zellmaterials mit Wasserstoffperoxid behandelt. Wenn die Zellen einer Tensiddigestion unterzogen werden, wird das Tensid vor der Wasserstoffperoxidbehandlung entfernt. Die Offenbarung der EP-A-0 145 233 ist hierin eingefügt.
In den Verfahren der vorliegenden Erfindung ergibt die Zugabe des Tensids während des Wasserstoffperoxid-Schritts des Massenverfahrens (Bulkverfahrens) einen Latex von tensidbeschichteten kleinen Teilchen. Wenn erwünscht kann ein Antischaummittel, wie ein Silikon oder ein C&sub4;-C&sub1;&sub2;-Alkohol, anwesend sein.
Daher wird gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Polymerzusammensetzung, umfassend ein kristallisierbares Polymer in Form kleiner Teilchen, wobei jedes Teilchen mindestens teilweise mit einem Tensid oder Phospholipid beschichtet ist, zur Verfügung gestellt, welches Lysis von das Polymer enthaltenden Mikroorganismuszellen und Entfernen von Nicht-Polymer-Zellmaterial von der Oberfläche des Polymers unter Verwendung eines Oxidationsmittels in Gegenwart eines Tensids oder Phospholipids umfaßt.
Das Oxidationsmittel kann jedes Oxidationsmittel sein, das zur Entfernung oder zum Auflösen von Nicht-Polymer-Zellmaterial fähig ist. Bevorzugt ist das Oxidationsmittel ein Peroxid, beispielsweise Wasserstoffperoxid.
Das Ergebnis dieses Herstellungsverfahrens ist ein Latex, der zur Lagerung des teilchenförmigen Materials in dem amorphen oder unvollständig kristallisierten Zustand innerhalb von mindestens 0,1 Tagen, bevorzugt 1 Tag, insbesondere 1 Woche und speziell innerhalb von 6 Monaten oder mehr, verwendet werden kann.
Wechselweise kann der Latex in der üblichen Weise sprühgetrocknet werden.
Wenn das nach irgendeinem der Verfahren hergestellte teilchenförmige Polymer einem Trocknungsverfahren, wie Sprühtrocknung oder Lufttrocknung, unterworfen wird, kann die Tensidbeschichtung zerbrechen und die Kristallisation des Polymers kann beginnen. Allerdings liegt ein weiterer Vorteil des teilchenförmigen Polymers der Erfindung darin, dass die Kristallisationsrate der beschichteten Teilchen im Vergleich zu einem nach herkömmlichen Verfahren hergestellten Polymer deutlich verlangsamt wird. Das ist insbesondere für Polymere nützlich, die normalerweise hohe Anteile an Kristallinität gleich nach der Herstellung entwickeln. Solche Teilchen, die unvollständig kristallin sind und mindestens teilweise mit einem Tensid oder Phospholipid beschichtet sind, fallen in den Bereich der Erfindung, wenn die Kristallisations-Halbwertszeit länger als 0,1 Tage bei Umgebungstemperatur ist.
Die Verwendung dieses Herstellungsverfahrens zur Herstellung sprühgetrockneter Polymerteilchen hat den weiteren Vorteil, dass in der Massenherstellung des Polymers die Tensidbeschichtung die Ausflockung der kleinen Teilchen stoppt, was eine Suspensionsrheologie liefert, die insbesondere das Zentrifugieren in der Anlage unterstützt. Der Latex kann jedoch in dieser Form gelagert werden und zu jeder dem Benutzer angenehmen Zeit sprühgetrocknet werden.
Das Tensid zur Verwendung in der Herstellung eines wässrigen Latex aus tensidbeschichteten Teilchen in Massenherstellungsverfahren (Bulkherstellungsverfahren) kann jedes der vorstehend erwähnten Tenside oder Phospholipide sein. Das Tensid ist bevorzugt ein nichtionisches Tensid und ist bevorzugt aus der Gruppe gewählt, umfassend Alkylethoxylate, bevorzugt mit 9 bis 20 Kohlenstoffatomen in der Alkylgruppe, insbesondere mit 16 Kohlenstoffatomen, und zwischen 7 und 100, bevorzugt 20, Ethoxylat-Einheiten; aromatische Ethoxylate, beispielsweise Nonylphenylethoxylat; Blockcopolymere aus Ethylen- und Propylenoxid mit der allgemeinen Formel H-(OCH&sub2;CH&sub2;)a-(OCH(CH&sub3;)-CH&sub2;)-(OCH&sub2;CH&sub2;)a- OH.
Welches Verfahren auch immer zur Herstellung der Teilchen verwendet wird, jegliche hergestellten kristallinen Teilchen, absichtlich oder nicht, können von amorphen oder unvollständig kristallinen Teilchen durch mildes Zentrifugieren, z. B. bei 1000-5000 g, abgetrennt werden. Anschließend können, wenn erwünscht, die amorphen oder unvollständig kristallinen Teilchen (die von geringerer Dichte als die kristallinen Teilchen sind) aufkonzentriert werden oder durch stärkeres Zentrifugieren, z. B. bei 5000-100000 g, abgetrennt werden.
Somit kann das Polymer in der Form von kleinen Teilchen als ein fließfähiges Pulver einzelner Teilchen oder loser Agglomerate hergestellt werden. Solche Agglomerate weisen bevorzugt eine begrenzte Kohäsion auf, um Kristallisationskeimbildungsereignissen vorzubeugen, welche zwischen Teilchen in ihrem Innern übertragen werden, oder sind klein genug, um die Massenkristallisation (Bulkkristallisation) zu begrenzen.
Da die Herstellung eines solchen Pulvers eine spezielle Vorsicht erfordert, um Kristallisationskeimbildungsereignisse und folglich die Kristallisation zu vermeiden, wird das teilchenförmige Polymer bevorzugt in der Form einer Dispersion in einer Flüssigkeit hergestellt, in der das Polymer im wesentlichen unlöslich ist.
Daher wird als ein bevorzugter Aspekt der Erfindung ein wässriger Latex des Polymers zur Verfügung gestellt, welcher bevorzugt 1 bis 50, insbesondere 5 bis 20 Gew.-% Polymer enthält.
Das teilchenförmige Polymer kann in jedem nützlichen Verfahren zur Bildung von Formartikeln verwendet werden, wie Spritzgießen, Formpressen, Extrudieren von Fasern oder Folien, Extrudieren von Profilen, Gasstromspinnen, Klebspinnen, Beschichtung einer Schmelze auf ein Substrat, Beschichtung eines Latex auf ein Substrat, Formgebungslösung in einem flüchtigen Lösungsmittel. In solchen Verfahren wird das teilchenförmige Polymer wirksam eingeengt und koalesziert unter Bildung einer Polymerstruktur, d. h. eines Formartikels.
Beispiele für Artikel, die durch solche Verfahren hergestellt werden, umschließen Folien, insbesondere zum Verpacken, beschichtete Produkte (wie Papier, Pappe, nicht-gewebte Textilien), Fasern, nicht-gewebte Textilien, extrudierte Gewebe, persönliche Hygieneprodukte, Flaschen und Trinkgefäße, Landwirtschafts- und Gartenbaufolien und -gefäße, unterstützt oder kontrolliert freisetzende Granulate oder Vorrichtungen, Ostomie- Beutel. Alternativ kann das teilchenförmige Polymer als ein Klebstoff verwendet werden.
Daher stellt die Erfindung in einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Herstellung einer Polymerstruktur durch Einengen von Polymerteilchen gemäß dem ersten Aspekt und, in geeigneter Weise, durch Verursachen von gegenseitiger Adhäsion und/oder deren Kristallisation zur Verfügung.
Wenn gewünscht, können die Teilchen ein Lösungsmittel für das Polymer enthalten und, wenn sie durch die Verfahren des zweiten Aspektes der Erfindung hergestellt werden, können sie in Form der in Schritt (b) gebildeten Emulsion, eventuell mit einer unvollständigen Lösungsmittelentfernung in Schritt (c), angewendet werden. Dadurch wird die Anzahl der Verfahrensschritte verringert.
Ein besonders bevorzugtes Beispiel eines Verfahrens umfaßt das Beschichten eines wässrigen Latex aus solchen Polymerteilchen auf eine feste Oberfläche, anschließendes Verursachen von gegenseitiger Adhäsion und Kristallisation, möglicherweise mit Adhäsion an diese Oberfläche. Besonders komfortabel verwendet dieses Verfahren die Polymerteilchen in Latexform. Die feste Oberfläche stellt insbesondere eine gewebte oder nichtgewebte Textilie, insbesondere Papier oder Pappe, dar.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können ein oder mehrere Wirkstoff(e), beispielsweise ein pharmazeutischer oder agrochemischer Wirkstoff, in die kleinen Teilchen des Polymers während der Herstellung eingefügt werden. Das einen solchen Wirkstoff enthaltende teilchenförmige Polymer kann zur Bildung von Granulaten oder Vorrichtungen mit kontrollierter oder unterstützter Freisetzung verwendet werden, oder kann direkt durch Einspritzen oder Einnahme von wässrigen Suspensionen oder durch oberflächige Beschichtungen von wässrigen Suspensionen verwendet werden.

Beispiel 1

Herstellung von amorphen PHB-Teilchen

Poly(R-3-hydroxybutyrat)-Homopolymer (PHB) (Formel I, CmHn = -CH(CH&sub3;)CH&sub2;- mit Mw = 666000 und Mn = 206000 (mittels GPC), erhalten aus Zellen von Alcaligenes eutrophus durch enzymatische Zersetzung des Zellmaterials gefolgt von Sprühtrocknung, Schmelzen und Quenchen, wurde zu 5% w/v in Chloroform gelöst. Die Lösung wurde bei 20 kHz in 20 Volumeneinheiten Cetyltrimethylammoniumbromid-Lösung (CTAB) bei verschiedenen Konzentrationen in dem Bereich von 1 bis 50 mM bei 20ºC bis zu 20 Minuten lang beschallt. Die erhaltene Emulsion in 5 mM CTAB wurde gegen 3 Wechsel wässriger CTAB (5 mM) innerhalb 24 bis 48 Stunden unter Verwendung einer röhrenförmigen Cellulosemembran mit einem Molekulargewichtsausschnitt von 12000 bis 14000 Da dialysiert. Am Ende dieser Zeitspanne verblieb das Polymer in der Form eines Latex aus extrem feinen teilweise lichtdurchlässigen Teilchen dispergiert in der Lösung, die keine Neigung zum koagulieren zeigten. Die Teilchen waren in einem Transmissionselektronenmikroskop als nichtdoppelbrechende annähernde Kugeln mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,3 um sichtbar.
Eine Probe des dispergierten Polymers wurde durch jeweils zwei 30-minütige Zentrifugierungsdurchgänge bei 8000 g und 33000 g abgetrennt. Die amorphen Teilchen wurden erneut in D&sub2;O suspendiert und mittels Lösungs-¹³C-NMR-Spektroskopie (siehe nachstehende Bemerkung) gemessen. Die Teilchen zeigten scharfe Spektrallinien bei Temperaturen in dem Bereich von 50 bis 90ºC, allerdings keine Spuren von Chloroform. Kontrollproben des kristallinen Polymers und von Polymer, welches rasch aus der Schmelze abgekühlt wurde, zeigten kein Signal. Das NMR-Spektrum der hergestellten Teilchen war mit dem der Polymerteilchen in den vollständigen Zellen identisch. Die Spektren machen deutlich, dass das Polymer mit den Signalintensitäten, welche mit denen bei Polymerteilchen in vollständigen Zellen beobachteten vergleichbar sind, hoch amorph ist.
Saccharosedichtesäulen wurden zur Bestimmung der relativen Dichte der Teilchen verwendet. Die theoretische Dichte von amorphem PHB beträgt 1,176. Das kristalline PHB- Kontrollausgangsmaterial wies eine Dichte von 1,25 auf. Die hergestellten Teilchen hatten eine Dichte von 1,15 bis 1,18. Die Teilchen erschienen vornehmlich amorph zu sein.
Bemerkung: In dieser hochauflösenden Lösungs-¹³C-NMR-Spektroskopie hängen relativ scharfe PHB-Resonanzen von der Anwesenheit lokaler Molekularbewegungen bei Frequenzen in der Größenordnung von 10&sup7; s&supmin;¹ ab. Diese Bewegungen liegen in Elastomeren vor, allerdings nicht in kristallinen oder amorphen immobilen Feststoffen. Daher zeigen immobile PHB-Feststoffe keine PHB-Resonanzen. Eine Mischung von Elastomer und solchem Feststoff würde einigen Verlust in der Intensität, allerdings keine Änderung in der offensichtlichen Linienbreite zeigen. Ein allgemeiner aber teilweiser Verlust an Molekularbewegung würde eine Linienverbreiterung, allerdings keinen Verlust in der Intensität zeigen.
Das Verfahren des Beispiels 1 wurde unter Verwendung der in Tabelle 1 nachstehend aufgelisteten Lösungsmittel wiederholt. Der kristalline Gehalt der Teilchen wird als + oder ++ angegeben, wobei + weniger als 40% Kristallinität und ++ weniger als 10% Kristallinität bedeutet. (Nachstehend werden Markennamen mit einem Sternchen * bezeichnet). Tabelle 1
a begrenzte Wasserlöslichkeit
b das Tensid wurde in der organischen Phase bei der angegebenen Konzentration gelöst

Beispiel 2

Kornstabilitätsexperiment

Eine 5% (w/v) PHB-Lösung in Chloroform (1,5 ml) und eine 50 mM wässrige Lösung von Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB, 30 ml) wurden innerhalb von 20 Sekunden durch Ultrabestrahlung bei einer Frequenz von 20 kHz mit einem Leistungsausstoß von 200 W emulgiert. Die Emulsion wurde 35 Minuten lang unter Rühren auf 75ºC erhitzt, um das organische Lösungsmittel zu entfernen. Die synthetischen amorphen PHB-Teilchen wurden durch zwei 30-minütige Zentrifugierungsdurchgänge bei jeweils 8000 g und 33000 g gesammelt. Die Pellets aus jedem Zentrifügierungsdurchgang wurden in 0,25 ml D&sub2;O erneut suspendiert und vereinigt. Die aufkonzentrierte Granulatsuspension, bei ca. 10% Feststoffgehalt, wurde in einem NMR-Rohr, das eine C&sub6;D&sub6;-Glaskapillare enthielt, versiegelt. Die Probe wurde bei einer konstanten Temperatur von 30ºC gehalten und periodisch mittels ¹³C-NMR untersucht. Die NMR-Spektren wurden bei 70ºC bei 100.6 MHz in einem Bruker AM 400 NMR-Spektrometer aufgenommen, wobei eine Erfassungszeit von 0,279 Sekunden, eine Kreislaufzeit von 5 Sekunden, ein exponentieller Linienverbreiterungsfaktor von 20 Hz und 200 Übergangsprozesse pro Spektrum verwendet wurden. Besonders scharfe PHB- Resonanzen wurden beobachtet, was amorphes Material mit einer hohen Beweglichkeit anzeigt. Die NMR-Linienintensitäten (angegeben in Tabelle 2 mit einem Benzolpeak = 10,0) zeigen keine deutliche Änderung während eines Zeitraums länger als drei Monate, was eine stabile amorphe Emulsion anzeigt. Tabelle 2

Beispiel 3

Beschichtungsfolien-Experiment

Eine 5% (w/v) PHB-Lösung in Chloroform (10 ml) und eine 20 mM wässrige Lösung von Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB, 200 ml) wurden innerhalb von 3 Minuten durch Ultrabestrahlung bei einer Frequenz von 20 kHz mit einem Leistungsausstoß von 200 W emulgiert. Die Emulsion wurde 65 Minuten lang unter Rühren auf 75ºC erhitzt, um das organische Lösungsmittel zu entfernen. Die synthetischen amorphen PHB-Teilchen wurden durch einen 30-minütigen Zentrifugierungsdurchgang bei 8000 g gesammelt. Tensidbeschichtete amorphe Teilchen wurden als eine Paste auf einen Glasröntgenstrahlenschieber angewendet und umgehend durch Weitwinkel- Röntgenstrahlstreuung (WAXS) analysiert. Die Folie wurde anschließend an Luft bei Umgebungstemperatur trocknen gelassen und mittels WAXS nach Stehenlassen über Nacht und erneut nach 36 Tagen Stehen analysiert. Nach 36 Tagen wurde die Folie 8 Stunden lang im Vakuum auf 125ºC erhitzt und erneut mittels WAXS analysiert. Die Werte der Röntgenstrahl-Kristallinität der Probe werden in Tabelle 3 angegeben.

Tabelle 3

Probe % Kristallinität (WAXS)

Ungetrocknete synthetische Teilchen 0
Luftgetrocknete (über Nacht) synthetische Teilchen 47
Luftgetrocknete (36 Tage) synthetische Teilchen 57
Gehärtete synthetische Teilchen 73
Die Ergebnisse zeigen, dass das Lufttrocknen der Beschichtung die Kristallisation bis zu einem mittleren Gehalt an Kristallinität eingeleitet hat, der dann relativ stabil bleibt, wie durch den 10%-Anstieg in Kristallinität angegeben ist, gezeigt anhand des Ergebnisses nach 36 Tagen. Bei normalem spritzgeformtem PHB entwickelt sich eine Kristallinität von 55% innerhalb eines Zeitraums von bis zu einer Stunde nach dem Formen, der auf mehr als 63% innerhalb eines Zeitraumes von 10 Tagen ansteigt. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung verlangsamt die Kristallisationsrate der luftgetrockneten tensidbeschichteten Teilchen, und sie werden bei einem mittleren Gehalt an Kristallinität mit dem potentiellen Vorteil stabilisiert, dass das Polymer eine größere Flexibilität beibehält.
Höhere Anteile an Kristallinität können durch Erhitzen der beschichteten Probe erreicht werden. Die Fähigkeit zur Kontrolle des kristallinen Zustands solcher Polymere durch eine Reihe von milden Behandlungen könnte signifikante Anwendungen in der Herstellung von Polymerbeschichtungen aus wässrigen Latices haben, die frei an die Umwelt zerstörenden Lösungsmitteln sind.

Beispiel 4

Dichtebestimmung für verschiedene Polymere

Es wurden Teilchenproben von drei verschiedenen Polymeren hergestellt. Die Polymere waren:
1. PHB-Polymer;
2. Eine 50/50-Mischung von PHB-Homopolymer und PHBV-Copolymer (28% HV);
3. PHBV-Copolymer mit 28% HV.
Die Teilchen wurden hergestellt durch Bereitstellung einer Lösung von 5% w/v des Polymers und Beschallen der Lösung innerhalb einer Minute bei 20 kHz (200 W Leistungsausstoß) mit 50 mM wässrigem Natriumdodecylsulfat (30 ml) auf einem Eiswasserbad. Die resultierende Emulsion wurde eine Stunde lang in einem Ölbad mit 75ºC in einem offenen Kolben unter Rühren erwärmt. Die synthetischen Teilchen wurden durch Unterziehen der Suspension einer Zentrifugierung bei 8000 g innerhalb von 30 Minuten (20º) sowie einer erneuten Zentrifugierung des Überstands bei 33000 g innerhalb von 45 Minuten (20ºC) gesammelt. Die Pellets eines jeden Zentrifugierungsdurchgangs wurden in 0,25 ml Wasser erneut suspendiert, und die zwei Suspensionen wurden vereinigt.
Die Dichteverteilungen der synthetischen Teilchen einer jeden Probe wurden anschließend unter Verwendung von Nycodenz*-Gradienten (Nycodenz* = 5-(N-2,3- Dihydroxypropylacetamido)-2,4,6-triiod-N,N' -bis(2,3-dihydroxypropyl)isophthalimid) analysiert. Fünf Lösungen von wässrigem Nycodenz* (30/35/40/45/50% wt/v) wurden in 25 ml-Teilmengen in verschließbare Ultrazentrifugenröhrchen zum Erhöhen der Dichte geschichtet. Synthetische Granulatsuspension (100 ul) wurde oben auf jeden Gradienten angewendet, und die Röhrchen wurden anschließend verschlossen und 45 Minuten lang horizontal zum Linearisieren des Gradienten hingelegt. Die Gradienten wurden anschließend zwei Stunden lang bei 11000 g (20ºC) zentrifugiert. Die Dichten der Kornbanden wurden refrakometrisch unter Verwendung der Formel bestimmt:
ρ(g/cm³) = 3,242n20ºC-3,323 (bei 20ºC) Ergebnisse:
In der Probe 2 erzeugten einzelne Teilchen, die jeweils eine 50/50-Mischung von PHB und PHBV (28% HV) enthielten, eine einzelne scharfe Bande von mittlerer Intensität in dem Nycodenz*-Gradienten. Im Gegensatz dazu ergab eine einfache Mischung von PHB-Teilchen und PHBV-Teilchen (28% HV) (Probe 4) zwei scharfe und leicht auflösbare Banden, was den bekannten amorphen Dichten der zwei Polymere entspricht.
Das zeigt, dass bei Herstellung von tensidbeschichteten Teilchen aus Mischungen von Polymeren unterschiedlicher Struktur und amorpher Dichte eine gute Mischung der Komponente mit einem resultierenden Teilchen mittlerer amorpher Dichte erreicht werden kann.

Beispiel 5

Kristallisation von tensidbeschichteten Teilchen

Das Kristallisationsverhalten von aus einer Polymermischung hergestellten Teilchen wurde studiert. Eine Chloroformlösung, die 10 ml 2,5% w/v PHB und 2,5% w/v PHBV (28% HV) enthielt, wurde bei 20 kHz mit 20 mM wässrigem Cetyltrimethylammoniumbromid (200 ml) 3 Minuten lang auf einem Eiswasserbad beschallt (Leistungsausstoß 200 W). Die resultierende Emulsion wurde in einen großen Becher umgefüllt und bei 75ºC eine Stunde lang unter Verwendung einer thermostatisch kontrollierten Wärmplatte gehalten. Die synthetischen Teilchen wurden durch Zentrifugieren bei 8000 g innerhalb von 30 Minuten bei 20ºC gesammelt und in einen Röntgenstrahldiffraktionsschieber überführt. Es wurden Weitwinkel-Röntgenstrahlstreuungsmuster (WAXS) in regelmäßigen Abständen innerhalb einer Dauer von mehreren Stunden gesammelt, während die Probe an Luft getrocknet wurde. Am Ende der letzten Messung (5,5 Stunden nach der Vorbereitung der Probe) hatte die Masse der Probe auf Grund von Verdampfung um 44% abgenommen. Anschließend wurde die Probe bei 125ºC 100 Minuten lang gehärtet, und das WAXS Muster wurde erneut gemessen. Die Ergebnisse lauteten wie folgt: Tabelle 4

Beispiel 6

Herstellung von lipidbeschichteten amorphen Teilchen

Synthetische mit Lipid beschichtete Teilchen wurden durch den Ersatz der Tensidbeschichtung der tensidbeschichteten Teilchen unter Verwendung von Reinigungsmittel-mizellierten Phospholipiden hergestellt. Sojaphosphatidylcholin (Sigma P5638, Typ II-S enthaltend 10-20% Phosphatidylcholin, wobei der Rest andere Phospholipide sind) wurde durch das Verfahren nach Eytan, G. D., "Reconstruction of Membrane Function with Liposomes", in "Techniques in the Life Science", Vol. B416 (Elsevier Biomedical, 1982) gereinigt und bei -20ºC als eine Chloroformlösung bei ca. 333 mg/ml (0,1 mg/ml BHT Konservierungsmittel) gelagert. Ein 2,4 ml-Anteil dieser Lösung wurde in einem starkwandigen Glastestrohr unter Verwendung eines trockenen Stickstoffstroms verdampft. Diethylether (5 ml) wurde zugegeben, und die Probe wurde erneut mit Stickstoff getrocknet. Anschließend wurden die Lipide in einem Vakuum mehrere Stunden lang getrocknet, wobei 767 mg eines gelben Harzes resultieren. Eine Lösung von Natriumcholat (2% w/v) in einem 50 mM Natriumphosphatpuffer (pH 8) wurde hergestellt, und 18,4 ml wurden zu dem Harz hinzugefügt. Die Probe wurde bei 20 kHz (Leistungsausstoß 50 W) 5 Minuten lang auf einem Eiswasserbad beschallt. Das Produkt stellte eine klare gelbe homogene Suspension dar, die 40 mg/l Sojalipide enthielt.
Synthetische Teilchen wurde hergestellt durch das allgemeine Verfahren unter Verwendung von Natriumcholat als Tensid. Eine 5% w/v Lösung von PHB in Chloroform (20 ml) wurde bei 20 kHz mit 50 mM wässrigem Natriumcholat (200 ml) (Leistungsausstoß 200 W) 3 Minuten lang auf einem Eiswasserbad beschallt. Die Prozedur wurde einmal wiederholt, so dass insgesamt 440 ml Emulsion erhalten wurden, die in einen großes Becher überführt wurde und bei 75ºC eine Stunde lang unter Verwendung einer thermostatisch kontrollierten Wärmeplatte gehalten wurde. Neun 20 ml-Proben der resultierenden Suspension synthetischer Teilchen wurden entnommen und zum Sammeln der Teilchen zentrifugiert. Jede Probe wurde zunächst bei 8000 g 30 Minuten lang (20ºC) zentrifugiert und anschließend erneut bei 33000 g 45 Minuten lang (20ºC) zentrifugiert. Pellets der Probe 1 (Kontrolle) wurden erneut in D&sub2;O (je 0,25 ml) suspendiert, vereinigt und aufbewahrt.
Die Pellets der zwei Zentrifugierungsdurchgänge jeder der verbleibenden Proben wurden in einem Puffer, welcher Sojalipid-Suspension enthält, verdünnt mit variierenden Mengen Natriumcholat (2% w/v) in Puffer (50 mM Natriumphosphat, pH 8,0), erneut suspendiert. Die beiden erneut suspendierten Pellets wurden für jede Probe vereint, wobei 0,5 ml Proben resultieren, die dann zum Entfernen des Tensids dialysiert wurden. Die Proben wurden in Cellulose-Dialyse-Behälter gegeben und bei Raumtemperatur gegenüber Puffer (50 ml Natriumphosphat, pH 8,0), enthaltend 25 g/l Amberlite XAD-2 Harz, erschöpfend dialysiert. Es wurden ¹³C-NMR-Spektren für alle Proben bei 70ºC unter Verwendung einer d&sub6;-Benzol- Kapillare als interne Referenz (Bedingungen wie obenstehend beschrieben) erhalten. Der Prozentanteil der amorphen Teilchen, welche durch die Zugabe von Sojalipid geschützt sind, wurde durch Vergleich der Intensitäten der Methylresonanzen in den NMR-Spektren mit denen der Kontrollprobe bestimmt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5

Beispiel 7

Herstellung von synthetischen Teilchen durch Massen- (Bulk-) Herstellungsverfahren

150 ml des Prä-Peroxidmaterials, hergestellt gemäß dem Verfahren der EP-145 233, wurden jeweils in zwei konische 250 ml Kolben gegeben. Es wurden 1,5 g Synperonic* A50 zu einem der Kolben hinzugefügt. Die Kolben wurden anschließend in ein schüttelndes Wasserbad bei 80ºC gegeben und bewegt. Man ließ die Kolben die Temperatur des Wasserbades erreichen, und der pH wurde auf 7,0 mit Ammoniumhydroxid (18%-ige Lösung) eingestellt. Es wurden 9,0 ml von 106,5-Vol. Wasserstoffperoxid zu jedem Kolben zugegeben. Die Kolben wurden 10 Stunden lang in dem Wasserbad belassen, währenddessen der pH durch periodische Zugabe von weiterem Ammoniumhydroxid (18%-ige Lösung) aufrecht erhalten wurde. Wenn die Umsetzung einmal vollständig war, wurden die Proben gekühlt, und eine Analyse wurde durchgeführt. Die Teilchengröße wurde mittels eines Malvern Master Sizers MS20 gemessen, die Teilchendichte wurde unter Verwendung eines CsCl-Dichtegradienten gemessen. Analar-CsCl (erhältlich von BDH) wurde zur Herstellung von CsCI-Lösungen in entionisiertem Wasser, enthaltend 15, 20, 25 und 28% w/w CsCl, verwendet. 2 ml einer jeden CsCI-Lösung wurden in ein Zentrifugenrohr gegeben, um die Dichte unter Verwendung einer Pasteurpipette zu erhöhen. Bei diesem Verfahren dürfen die Lösungen nicht bewegt werden, wenn die folgenden Lösungen hinzugefügt werden. Einige Tropfen der Probensuspension wurden oben auf den hergestellten Gradienten unter Verwendung einer Pasteurpipette gegeben. Die Gradienten wurden bei 4000 U/min 10 Minuten lang gedreht.
Kolben 1 - mit Tensid
Teilchengröße (d50 um) = 0,98
Teilchendichte = 60% bei 1,176 g/ml
30% bei 1,231 g/ml
10% zwischen den Banden
Kolben 2 - ohne Tensid
Teilchengröße (d50 um) = 9,96
Teilchendichte = 0% bei 1,176 g/ml
100% bei 1,231 g/ml
In Abwesenheit von Tensid findet ausgiebige Ausflockung statt, da das Peroxid die Verunreinigungen von der Teilchenoberfläche entfernt. Das ist verbunden mit einem Anstieg in der Teilchendichte, welche von der vollständigen Kristallisation der Teilchen herrührt. In der Gegenwart von Tensid wird die Ausflockung vollständig entfernt, die Teilchen verbleiben in ihrer monodispersen Größe von 1 um und verbleiben folglich hauptsächlich amorph, wie durch die geringere Dichte der Teilchen dargelegt wird.
Dieses Beispiel wurden mit den folgenden Tensiden wiederholt, und sehr ähnliche Ergebnisse wurden erhalten: Synperonic* A7, Synperonic* A11, Synperonic* A20, Synperonic* 91AT (alle bei ICI erhältlich), Berol 08 (bei Berol erhältlich), Genepol T-500 (bei Hoechst erhältlich), Synperonic* PE/F88, Synperonic* PE/F108, Synperonic* NP30 (bei ICI erhältlich) PE 6800 (bei der BASF erhältlich), Atlas G2541 (bei ICI erhältlich).

Claims

1. Polymerzusammensetzung in Form eines wässrigen Latex oder eines fließfähigen Pulvers aus einzelnen Teilchen oder losen Agglomeraten, im wesentlichen frei an zellulärem Protein und umfassend ein kristallisierbares, bioabbaubares Polyhydroxyalkanoat, das zur Ausbildung von mehr als 30% Kristallinität fähig ist, in Form von Teilchen mit einer größten Dimension im Bereich von 0,1 bis 5 m, und welche auf ihrer Oberfläche ein Phospholipid oder ein Tensid aufweisen, wobei das Polymer ein Molekulargewicht mw von über 50000 aufweist und eine Kristallisations-Halbwertszeit, basierend auf Weitwinkel- Röntgenstrahlstreuung, von mehr als 0,1 Tag bei Umgebungstemperatur besitzt.

2. Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Tensid oder Phospholipid 50% oder mehr der Oberfläche der Teilchen bedeckt.

3. Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Polymer Polyhydroxybutyrat oder Polyhydroxybutyrat-Co-valerat-Copolymer ist.

4. Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei das Tensid nichtionisch ist und aus C&sub9;&submin;&sub2;&sub0;-Alkylethoxylaten, aromatischen Ethoxylaten und Blockcopolymeren von Ethylenoxid und Propylenoxid gewählt ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1 durch Lysis von das Polymer enthaltenden Mikroorganismuszellen und Entfernen von nichtpolymerem Zellmaterial von der Oberfläche des Polymeren unter Verwendung eines Oxidationsmittels in Gegenwart eines Tensids oder Phospholipids.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das nichtpolymere Zellmaterial von dem Polymeren unter Verwendung eines proteolytischen Enzyms und/oder eines Tensids abgetrennt wird vor Behandlung des Polymeren mit einem Oxidationsmittel in Gegenwart eines Tensids oder eines Phospholipids.

7. Verfahren zur Herstellung einer Polymerzusammensetzung nach Anspruch 1 mit folgenden Schritten:

(a) Auflösen des Polymeren in einem Lösungsmittel von geringer Löslichkeit in Wasser, welches bei einer Temperatur von nicht über 120ºC siedet;

(b) Emulgieren der resultierenden Lösung in einer wässrigen Lösung eines Tensids oder Phospholipids; und

(c) Entfernen von Lösungsmittel von der dispersen Phase der resultierenden Emulsion.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Lösungsmittel eine flüchtige Verbindung ist und Schritt (c) bewirkt wird durch Kontaktieren der Emulsion mit einer wässrigen Lösung mindestens eines amphiphatischen Mittels bei einem Gehalt von mindestens dessen kritischen Micellenkonzentration.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kontaktieren über eine Membran erfolgt, die aus Cellulose hergestellt ist und einen Molekulargewichtsausschnitt im Bereich von 10000-20000 Da aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Verbindung bei nicht über 85ºC bei Atmosphärendruck siedet und ein Kohlenwasserstoff oder halogenierter Kohlenwasserstoff ist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Polymerstruktur durch Einengen von Teilchen wie in Anspruch 1 definiert und Verursachen einer gegenseitigen Adhäsion und/oder Kristallisation hiervon.