具有可生物降解涂层的装订线材和曲别针的制作方法
专利名称：具有可生物降解涂层的装订线材和曲别针的制作方法
技术领域：
本发明涉及配备有生物塑料材料涂层的钢线作为装订线材或曲别针的用途。本 发明还涉及配备有生物塑料材料涂层的装订线材或曲别针。更特别地，本发明涉及配备 有PLA涂层的装订线材和曲别针及其用途。本发明进一步涉及环境安全地回收所述装订 线材或曲别针的方法。
背景技术：
配备有可挤出聚合物涂层例如聚氯乙烯或聚酯的钢线通常是本领域已知的。申 请人的WO-A-2007/060040公开了用作装订线材的具有厚聚合物涂层的钢线。该线材兼 有纯聚合物线材的弹性和钢线的机械优点，且重量明显减轻。装订线材用于许多应用中。使用之后的弃置产生严重的废物问题。大多数聚 合物涂层例如聚氯乙烯和聚酯不能降解或者不能完全降解，和燃烧会导致有毒材料。通 常，钢线会锈蚀掉，但聚合物涂层会防止锈蚀发生。若原样地扔掉线材，则聚合物和钢 线的分解要花非常长的时间，从而导致许多长期和有毒的废物以及对局部环境的危害。例如在燃烧之前或者当回收时，当有害材料例如聚合物涂层需要与钢线分离 时，产生另一问题。这是几乎不可能采用的繁重的工作。这也是工业上或经济上不可行 的。可生物降解和/或可怄烂的生物塑料例如由玉米合成的塑料是本领域已知的。 生物塑料例如聚丙交酯酸(PLA)已经用于医药领域中。该材料的高成本阻碍了它在其它 领域中的应用。但由于技术的进步由生物塑料提供的生态优点现在已经可以以可比价格获得。生物塑料通常用于例如塑料袋、食品工业和园艺以及医疗仪器中。后两种应用 主要针对产品的寿命期间生物塑料(涂层)的缓慢生物降解。其它应用针对使用产品后 的生物降解，从而该产品在其寿命期间可能不会分解。但这种生物塑料材料显示出的缺点是刚硬和脆，且它们不能用于其中要求回弹 性和柔软性的应用。因此，生物塑料常常与提高弹性性能的其它聚合物或增塑剂混合， 但这也会降低生物降解性和/或可怄烂性。装订线材的问题是螺线或螺旋装订形式。聚合物涂层需要具有特定的弹性性 能，以便能耐受当制造或处理时线材的扭曲。因此，需要新的装订线材和曲别针，它们具有与常规聚合物相同的回弹性能， 可在使用之后安全、容易和便宜地弃置。
发明内容
本发明的目的是提供用涂层涂覆的装订线材和曲别针，所述涂层具有与常规涂 层相同的回弹性能，但可以问题不大或没有问题地弃置。本发明进一步的目的是提供可降解、可生物降解和/或可怄烂的装订线材和曲
3别针。本发明另一目的是提供装订线材和曲别针，它们兼有在用作装订线材过程中良 好的腐蚀防护以及一旦置于分解的环境内时可降解、可生物降解和/或可怄烂的特征。装订线材和曲别针是保持纸张在一起的常用的装订构件。装订线材用于广泛的 应用中，其中包括但不限于笔记本、目录、日记、样品本、日历、手册等。可采用在任 何办公或家庭环境中可获得的简单和便宜的机器，非常容易地利用装订线材进行装订。 曲别针非常广泛地用于保持少数纸张在一起。装订线材和曲别针例如由用聚合物涂层包覆的钢线制造。钢线提供强度；涂层 防止钢线芯锈蚀。已有的装订线材包括芯线材和尼龙涂层，或者芯线材和锡层涂层，或用Zn涂层 包覆的Fe涂层，而Zn涂层进一步用合成涂层包覆。涂层的技术特征是低的抗摩擦性、 对芯材很好的粘合性、优良的耐腐蚀性、良好的拉伸强度、低的厚度和轻的重量。芯线材优选钢线。装订线材形状是本领域已知的，曲别针的形状也一样已知。在一个实施方案 中，装订线材螺线或螺旋装订。在另一实施方案中，装订线材为双环梳形，也称为O型 或环状线材。线材装订元件由一定长度的线材形成，所述线材弯曲形成一系列弯曲的发 夹状的叉子以保持纸张。本发明的装订线材和曲别针适合任何已知或未来的装订或曲别 针折叠方法或形状。装订线材和曲别针具有加入到聚合物涂层上的所有种类的颜色。在第一实施方案中，本发明提供一种用作装订线材或曲别针的包括生物塑料材 料的线材。优选地，这一线材是具有生物塑料涂层的金属线材。该涂层是封闭涂层，该封闭涂层在所述线材用作装订线材或用作曲别针过程中 在正常的环境条件下暴露时为所述线材提供良好的腐蚀防护。一旦所述线材置于适合所 述涂层分解的环境内时，该涂层可降解、可生物降解或可降解。这意味着本发明的线材兼有在用作装订线材或曲别针线材过程中的良好腐蚀防 护特征，和一旦所述线材置于适合涂层分解的环境内时所述线材可降解、可生物降解或 可怄烂的特征。涂层必须使得装订线材或夹子在正常的环境条件下观察不到降解。另外，当在 正常环境条件下暴露时，该涂层为所述线材提供良好的腐蚀防护。为了测试线材的耐腐 蚀性，将线材暴露于40°C的温度和100%的相对湿度下。在500小时暴露之后，观察不 到白色锈或咖啡色锈。本发明的线材在用作装订线材或用作曲别针线材过程中的腐蚀防护是由于所述 涂层形成封闭涂层的缘故。“封闭”涂层是指完全包覆线材的涂层，即100%或基本上100%包覆线材的涂 层。对于本领域的技术人员来说，显然可在涂层中存在一些缺陷。装订线材的正常环境条件是对于给定的场所来说正常的诸如压力、温度、相对 湿度之类的环境条件。—旦放入适合涂层分解的环境内，在涂层内形成孔隙，从而允许所述环境通过所述孔隙在钢上生锈，直到一定时间段之后，涂层完全分解。本发明“适合涂层分解的环境”是除了周围环境以外的任何环境。它可以是例 如潮湿环境、堆肥堆或燃烧烘箱。可在例如75天内完成分解。生物塑料具有大的生态优势它们衍生于可再生资源和通过微生物分解，而不 会留下任何残渣或产生有毒副产物。当焚烧或分解时释放的二氧化碳被原料产品从大气 中等量吸收。没有增加二氧化碳，因此没有温室气体排放。而且，生物塑料的成本使得 它在许多应用中使用具有竞争性。术语“生物塑料”涵盖衍生自可再生原材料例如淀粉(例如玉米、土豆、木 薯)、纤维素、大豆蛋白质、乳酸或任何其它的新一代可降解、可生物降解和/或可怄烂 的塑料。生物塑料在生产中不危险，和当弃置时在环境内分解为二氧化碳、水和生物物 质。玉米淀粉是目前制造生物塑料树脂中使用的主要原材料。均由玉米淀粉制备的 Mater-Bi和PolyActide(PLA)是目前用于生产可怄烂和可生物降解塑料的两种主要树脂 (原材料)，且认证为可怄烂性满足国际组织设定的标准。生物塑料领域一直随着新材料 进展，且开发出新技术并进入市场。在一个实施方案中，本发明涉及任何这种生物塑料 在装订线材和曲别针的涂层中的用途。在一个特别的实施方案中，所述生物塑料材料是可生物降解材料。在另一实施方案中，所述生物塑料材料是可怄烂材料。在本发明又一实施方案中，涂覆钢线的所述生物塑料材料是可降解材料。术语“可生物降解材料”是在一段时间内由于天然存在的微生物例如细菌、真 菌等的作用而降解的材料。不要求不留下有毒残渣，和不要求生物降解所花费的时间。 可生物降解塑料具有通过生物方式安全和相对快速地分解成自然界的原材料并消失在环 境内的能力。这些产品可以是生物降解到土壤中的固体(也称为可怄烂)或者生物降解 到水中的液体。可生物降解材料拟当暴露于(天然存在的)微生物例如细菌、真菌等一 段时间内分解。术语“可怄烂材料”是能在堆肥堆中经历生物分解的材料，以便所述 材料在视觉上消失且在与已知的可怄烂材料(例如纤维素)一致的速度下分解成 二氧化碳、水、无机化合物和生物物质且不留下有毒残渣(American Society for Testing&Materials (ASTM))。为了使材料称为可怄烂的，需要满足三个标准a)在与纤维素(纸张)相同的速度下，生物降解或分解成二氧化碳、水、生物物 质；b)解体，以便该材料在堆肥内消失；和c)生态毒性，是指生物降解不产生任何有毒材料和堆肥可支持植物生长。“可降解材料”是指化学结构在特定环境条件下经历明显变化，从而导致一些 性能丧失的材料。从特定的观点角度考虑，生物塑料材料的一个实施方案至少75%、优选至少 80%,更优选至少85%、仍更优选至少90%可降解、可生物降解或可怄烂。在优选的 实施方案中，生物塑料涂层95%可降解、可生物降解或可怄烂。所述涂层可以例如包括95%生物塑料和5%强化其它特征例如扭曲或伸长率的其它聚合物。在最优选的实施方案中，所述生物塑料涂层100%可降解、可生物降解或可怄在一个实施方案中，所述涂层包含聚丙交酯酸(PLA)。在又一实施方案中，所述涂层包括生物塑料和常规聚合物的组合物。在具体的实施方案中，所述涂层包括不同生物塑料的混合物或组合物。一种生 物塑料材料可具有更加有利的特征例如弹性，而另一种则可怄烂性更大。在又一实施方案中，生物塑料的所述涂层还包括色母料。在另一实施方案中，所述涂层可与增塑剂、染料和/或润滑剂混合。在一个实施方案中，所述涂层的伸长率为至少4%，优选8%。在一个替代的实施方案中，所述钢线用中间金属涂层包覆。在一个实施方案 中，所述金属涂层是铜、铜合金、锌、锌合金、镍、镍合金、锡或锡合金。在进一步的实施方案中，所述钢线的直径为至少0.2mm，和所述涂层的厚度为 钢线厚度的至少20%。在一个实施方案中，具有涂层的钢线的总直径低于5mm。在优 选的实施方案中，具有涂层的钢线的总直径低于3mm，和可以在0.60_到1.60mm之间 变化。在再进一步的实施方案中，钢线是碳含量低于0.20wt%的低碳钢线。在这一实施方案中，钢线的碳含量范围优选为0.04_0.20wt%。 线材棒的 总组成可以如下所述碳含量0.06wt%，硅含量0.166wt%，铬含量0.042wt%，铜 含量0.173wt%，锰含量0.382wt%，钼含量0.013wt%，氮含量0.006wt%，镍含量 0.077wt%,磷含量0.007wt%，硫含量0.013wt%。在另一实施方案中，钢线是碳含量高 于0.25wt%和低于1.0wt%的高碳钢线。钢线高度机械变形。在具体的实施方案中，机 械变形的钢线形成螺线装订或双环梳形。涂层的厚度可决定分解速度或环境涂层越厚，分解所花费的时间越长。这可 取决于应用的用途。对于在纸张工业中使用来说，环境对于分解或锈蚀来说不是非常具 有威胁，薄层可足以包覆芯线。对于在更加潮湿环境中例如在档案中的特定使用来说， 较厚的层可能更加合适。在进一步的方面中，本发明提供前述任何一个实施方案的配备 有生物塑料涂层的钢线的装订线材或曲别针。在再进一步的方面中，本发明提供前述任何一个实施方案的配备有可降解、可 生物降解或可怄烂涂层的钢线的装订线材或曲别针。一旦不再需要本发明的涂覆的线材，则可在合适的介质内进行燃烧或分解。可 降解、可生物降解或可怄烂的涂层燃烧且无毒，或者将随着时间流逝自然分解，和芯线 将蚀掉。尽管用可降解、可生物降解或可怄烂的涂层包覆的钢线受到保护避免锈蚀，但 可降解、可生物降解或可怄烂的涂层随着时间流逝分解。这通过潮湿环境例如潮湿的土 壤或堆肥堆来实现，其中涂层通过微生物分解，且不会留下任何残渣或有毒的副产物。 孔隙将部分打开，从而钢线暴露于水和冷凝液下，进而生锈。随着时间进一步流逝，可 降解、可生物降解或可怄烂的涂层的分解继续，钢线的锈蚀也同样继续。最后，可降 解、可生物降解或可怄烂的涂层和钢线分解并消失。
本发明进一步提供环境安全地分解装订线材或曲别针的方法，所述装订线材或 曲别针包括以上所述的可降解、可生物降解或可怄烂的涂层。该方法包括下述步骤a.将所述线材或曲别针置于适合涂层分解的环境内，以便在所述涂层内形成孔 隙，b.允许所述环境通过所述孔隙在钢上生锈，和c.等待，直到涂层和钢线完全分解。本发明“适合涂层分解的环境”是除了周围环境以外的任何环境。它可以是例 如潮湿环境、堆肥堆或燃烧烘箱。可例如在75天内完成分解。
图1示出了用生物塑料树脂包覆的线材的截面。图2示出了用生物塑料树脂和中间层包覆的线材的截面。图3示出了螺旋环状装订线材。图4示出了具有双环梳的装订线材。图5示出了曲别针。
具体实施例方式图1示出了具有用生物塑料涂层14包覆的钢线芯12的线材10。钢芯的直径范 围为0.60-1.60mm。涂层的厚度范围为0.020-0.30mm。图2示出了替代方案，其中钢线芯12还包覆有生物塑料涂层14。另外，通过中 间金属层20确保优越的耐腐蚀性。装订线材10通常高度机械变形，从而使它们具有螺旋30 (图3)或双环40 (图4) 的装订形式。另外，螺旋装订形式在其端部具有钩子形式32。一方面。线材的拉伸强 度必须与其长度非常一致，以确保形成完美的梳形。另一方面，生物塑料聚合物涂层必 须具有特定的回弹性或弹性性能，以便能耐受当制造和处理时线材的扭曲。因此对于聚 合物涂覆的装订线材来说，重要的性能是低的抗摩擦性，从而允许较高的形成速度， 这反过来将导致较高的效率和生产率；完美的粘合性，从而允许极端的可成形性；优越 的耐腐蚀性；美学吸引力，光滑性和均勻性。图5示出了由具有钢芯和生物塑料聚合物涂层的线材10制造的曲别针50。实施例1 用PLA和色母料涂覆的线材用可生物降解聚合物聚丙交酯酸(PLA)(获自NatureWorks 的PLA2002D)
涂覆线材。PLA衍生于天然存在的植物糖(玉米淀粉)。PLA的玻璃化转变温度为 55-65°C和密度为1.25kg/cm3。除了以上列出的优点以外，PLA还具有非常低的毒性。 此外，PLA的印刷性能优良且具有大的拉伸强度，这意味着可降低涂层厚度。这些是在 造纸工业中使用的有利特征。在造纸工业中常见的是装订线材和曲别针具有不同颜色，从而编码某些文献或 者仅仅为了美观。对于这一目的来说，可获得透明和不透明颜色的多种色母料以供与 淀粉-共混物生物聚合物、聚乳酸(PLA)、共聚酯和其它可生物降解、可怄烂或可降解 树脂一起使用。供应商的实例是SUKAN0 和PoiyOneCorp 。可针对强化性能例如
7denesting,抗静电、滑动性、防粘连、紫外阻挡、蓝色色调和防雾类型的性能，具体添 加色母料。现已令人惊奇地发现，添加色母料到纯PLA中大大地改进了用于装订线材和曲 别针的PLA涂覆的线材的机械性能。正因为如此，这些聚合物不那么脆和硬，和非常适 合涂覆装订线材和曲别针。表1列出了一些试验结果。纯PLACnatural 2002D)的伸长率为4%，原样就足 以施用，且在螺旋装订线材的薄涂层上不产生裂纹。在添加2% Bio-RED(色母料)之 后，涂层的性能明显提高，达到8%的伸长率。表权利要求
1.包括生物塑料材料涂层的线材作为装订线材或曲别针的用途，所述涂层为封闭涂 层，该封闭涂层在所述线材作为装订线材或曲别针的使用过程中在正常的环境条件下暴 露时为所述线材提供腐蚀防护，和一旦所述线材暴露于适合所述涂层分解的环境时，所 述涂层是可降解、可生物降解或可怄烂的涂层。
2.权利要求1的用途，其中当暴露于40°C和100%相对湿度的环境下500小时期间， 在所述线材上观察不到白色锈和咖啡色锈。
3.权利要求1或2的用途，其中所述线材是具有生物塑料涂层的金属线材。
4.前述权利要求任一项的用途，其中所述涂层至少75%、优选至少80%、更优选至 少85%、仍更优选至少90%、最优选至少95%可降解、可生物降解或可怄烂。
5.前述权利要求任一项的用途，其中所述涂层100%可降解、可生物降解或可怄烂。
6.前述权利要求任一项的用途，其中所述涂层包含聚丙交酯酸(PLA)。
7.前述权利要求任一项的用途，其中所述涂层还包括色母料。
8.前述权利要求任一项的用途，其中所述钢线用中间金属涂层包覆。
9.权利要求8的用途，其中所述中间金属涂层是铜、铜合金、锌、锌合金、镍、镍合 金、锡或锡合金。
10.前述权利要求任一项的用途，其中所述金属线材的直径为至少0.2mm和所述涂层 的厚度为所述金属线材直径的至少20%。
11.前述权利要求任一项的用途，其中所述线材的总直径低于5mm。
12.前述权利要求任一项的用途，其中所述线材的总直径低于3mm。
13.前述权利要求任一项的用途，其中所述金属线材是碳含量低于低碳钢线。
14.前述权利要求任一项的用途，其中所述线材高度机械变形。
15.环境安全地分解装订线材或曲别针的方法，所述装订线材或曲别针包括用生物塑 料材料涂层包覆的线材，所述涂层为封闭涂层，该封闭涂层在所述线材作为装订线材或 曲别针的应用过程中为所述线材提供腐蚀防护，和一旦所述线材暴露于适合所述涂层分 解的环境时，所述涂层可降解、可生物降解或可怄烂，所述方法包括下述步骤a.将所述线材或曲别针置于适合所述涂层分解的环境内，以便在所述涂层内形成孔隙，b.允许所述环境通过所述孔隙在钢上生锈，和c.等待，直到涂层和钢线完全分解。
全文摘要
本申请涉及包括生物塑料材料涂层的线材作为装订线材或曲别针的用途。所述涂层为封闭涂层，该封闭涂层在所述线材在作为装订线材或曲别针的应用过程中在正常的环境条件下暴露时为所述线材提供腐蚀防护，和一旦所述线材暴露于适合所述涂层分解的环境时，所述涂层可降解、可生物降解或可沤烂。更特别地，本申请涉及具有PLA涂层的装订线材和曲别针及其用途。本申请进一步涉及回收所述装订线材和曲别针的方法。
文档编号B42F1/02GK102015150SQ200980113924
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月20日 优先权日2008年4月21日
发明者A·勒普莱, A·格鲁波, P·波尔曼 申请人:贝卡尔特公司
技术领域：
本发明涉及配备有生物塑料材料涂层的钢线作为装订线材或曲别针的用途。本 发明还涉及配备有生物塑料材料涂层的装订线材或曲别针。更特别地，本发明涉及配备 有PLA涂层的装订线材和曲别针及其用途。本发明进一步涉及环境安全地回收所述装订 线材或曲别针的方法。
背景技术：
配备有可挤出聚合物涂层例如聚氯乙烯或聚酯的钢线通常是本领域已知的。申 请人的WO-A-2007/060040公开了用作装订线材的具有厚聚合物涂层的钢线。该线材兼 有纯聚合物线材的弹性和钢线的机械优点，且重量明显减轻。装订线材用于许多应用中。使用之后的弃置产生严重的废物问题。大多数聚 合物涂层例如聚氯乙烯和聚酯不能降解或者不能完全降解，和燃烧会导致有毒材料。通 常，钢线会锈蚀掉，但聚合物涂层会防止锈蚀发生。若原样地扔掉线材，则聚合物和钢 线的分解要花非常长的时间，从而导致许多长期和有毒的废物以及对局部环境的危害。例如在燃烧之前或者当回收时，当有害材料例如聚合物涂层需要与钢线分离 时，产生另一问题。这是几乎不可能采用的繁重的工作。这也是工业上或经济上不可行 的。可生物降解和/或可怄烂的生物塑料例如由玉米合成的塑料是本领域已知的。 生物塑料例如聚丙交酯酸(PLA)已经用于医药领域中。该材料的高成本阻碍了它在其它 领域中的应用。但由于技术的进步由生物塑料提供的生态优点现在已经可以以可比价格获得。生物塑料通常用于例如塑料袋、食品工业和园艺以及医疗仪器中。后两种应用 主要针对产品的寿命期间生物塑料(涂层)的缓慢生物降解。其它应用针对使用产品后 的生物降解，从而该产品在其寿命期间可能不会分解。但这种生物塑料材料显示出的缺点是刚硬和脆，且它们不能用于其中要求回弹 性和柔软性的应用。因此，生物塑料常常与提高弹性性能的其它聚合物或增塑剂混合， 但这也会降低生物降解性和/或可怄烂性。装订线材的问题是螺线或螺旋装订形式。聚合物涂层需要具有特定的弹性性 能，以便能耐受当制造或处理时线材的扭曲。因此，需要新的装订线材和曲别针，它们具有与常规聚合物相同的回弹性能， 可在使用之后安全、容易和便宜地弃置。
发明内容
本发明的目的是提供用涂层涂覆的装订线材和曲别针，所述涂层具有与常规涂 层相同的回弹性能，但可以问题不大或没有问题地弃置。本发明进一步的目的是提供可降解、可生物降解和/或可怄烂的装订线材和曲
3别针。本发明另一目的是提供装订线材和曲别针，它们兼有在用作装订线材过程中良 好的腐蚀防护以及一旦置于分解的环境内时可降解、可生物降解和/或可怄烂的特征。装订线材和曲别针是保持纸张在一起的常用的装订构件。装订线材用于广泛的 应用中，其中包括但不限于笔记本、目录、日记、样品本、日历、手册等。可采用在任 何办公或家庭环境中可获得的简单和便宜的机器，非常容易地利用装订线材进行装订。 曲别针非常广泛地用于保持少数纸张在一起。装订线材和曲别针例如由用聚合物涂层包覆的钢线制造。钢线提供强度；涂层 防止钢线芯锈蚀。已有的装订线材包括芯线材和尼龙涂层，或者芯线材和锡层涂层，或用Zn涂层 包覆的Fe涂层，而Zn涂层进一步用合成涂层包覆。涂层的技术特征是低的抗摩擦性、 对芯材很好的粘合性、优良的耐腐蚀性、良好的拉伸强度、低的厚度和轻的重量。芯线材优选钢线。装订线材形状是本领域已知的，曲别针的形状也一样已知。在一个实施方案 中，装订线材螺线或螺旋装订。在另一实施方案中，装订线材为双环梳形，也称为O型 或环状线材。线材装订元件由一定长度的线材形成，所述线材弯曲形成一系列弯曲的发 夹状的叉子以保持纸张。本发明的装订线材和曲别针适合任何已知或未来的装订或曲别 针折叠方法或形状。装订线材和曲别针具有加入到聚合物涂层上的所有种类的颜色。在第一实施方案中，本发明提供一种用作装订线材或曲别针的包括生物塑料材 料的线材。优选地，这一线材是具有生物塑料涂层的金属线材。该涂层是封闭涂层，该封闭涂层在所述线材用作装订线材或用作曲别针过程中 在正常的环境条件下暴露时为所述线材提供良好的腐蚀防护。一旦所述线材置于适合所 述涂层分解的环境内时，该涂层可降解、可生物降解或可降解。这意味着本发明的线材兼有在用作装订线材或曲别针线材过程中的良好腐蚀防 护特征，和一旦所述线材置于适合涂层分解的环境内时所述线材可降解、可生物降解或 可怄烂的特征。涂层必须使得装订线材或夹子在正常的环境条件下观察不到降解。另外，当在 正常环境条件下暴露时，该涂层为所述线材提供良好的腐蚀防护。为了测试线材的耐腐 蚀性，将线材暴露于40°C的温度和100%的相对湿度下。在500小时暴露之后，观察不 到白色锈或咖啡色锈。本发明的线材在用作装订线材或用作曲别针线材过程中的腐蚀防护是由于所述 涂层形成封闭涂层的缘故。“封闭”涂层是指完全包覆线材的涂层，即100%或基本上100%包覆线材的涂 层。对于本领域的技术人员来说，显然可在涂层中存在一些缺陷。装订线材的正常环境条件是对于给定的场所来说正常的诸如压力、温度、相对 湿度之类的环境条件。—旦放入适合涂层分解的环境内，在涂层内形成孔隙，从而允许所述环境通过所述孔隙在钢上生锈，直到一定时间段之后，涂层完全分解。本发明“适合涂层分解的环境”是除了周围环境以外的任何环境。它可以是例 如潮湿环境、堆肥堆或燃烧烘箱。可在例如75天内完成分解。生物塑料具有大的生态优势它们衍生于可再生资源和通过微生物分解，而不 会留下任何残渣或产生有毒副产物。当焚烧或分解时释放的二氧化碳被原料产品从大气 中等量吸收。没有增加二氧化碳，因此没有温室气体排放。而且，生物塑料的成本使得 它在许多应用中使用具有竞争性。术语“生物塑料”涵盖衍生自可再生原材料例如淀粉(例如玉米、土豆、木 薯)、纤维素、大豆蛋白质、乳酸或任何其它的新一代可降解、可生物降解和/或可怄烂 的塑料。生物塑料在生产中不危险，和当弃置时在环境内分解为二氧化碳、水和生物物 质。玉米淀粉是目前制造生物塑料树脂中使用的主要原材料。均由玉米淀粉制备的 Mater-Bi和PolyActide(PLA)是目前用于生产可怄烂和可生物降解塑料的两种主要树脂 (原材料)，且认证为可怄烂性满足国际组织设定的标准。生物塑料领域一直随着新材料 进展，且开发出新技术并进入市场。在一个实施方案中，本发明涉及任何这种生物塑料 在装订线材和曲别针的涂层中的用途。在一个特别的实施方案中，所述生物塑料材料是可生物降解材料。在另一实施方案中，所述生物塑料材料是可怄烂材料。在本发明又一实施方案中，涂覆钢线的所述生物塑料材料是可降解材料。术语“可生物降解材料”是在一段时间内由于天然存在的微生物例如细菌、真 菌等的作用而降解的材料。不要求不留下有毒残渣，和不要求生物降解所花费的时间。 可生物降解塑料具有通过生物方式安全和相对快速地分解成自然界的原材料并消失在环 境内的能力。这些产品可以是生物降解到土壤中的固体(也称为可怄烂)或者生物降解 到水中的液体。可生物降解材料拟当暴露于(天然存在的)微生物例如细菌、真菌等一 段时间内分解。术语“可怄烂材料”是能在堆肥堆中经历生物分解的材料，以便所述 材料在视觉上消失且在与已知的可怄烂材料(例如纤维素)一致的速度下分解成 二氧化碳、水、无机化合物和生物物质且不留下有毒残渣(American Society for Testing&Materials (ASTM))。为了使材料称为可怄烂的，需要满足三个标准a)在与纤维素(纸张)相同的速度下，生物降解或分解成二氧化碳、水、生物物 质；b)解体，以便该材料在堆肥内消失；和c)生态毒性，是指生物降解不产生任何有毒材料和堆肥可支持植物生长。“可降解材料”是指化学结构在特定环境条件下经历明显变化，从而导致一些 性能丧失的材料。从特定的观点角度考虑，生物塑料材料的一个实施方案至少75%、优选至少 80%,更优选至少85%、仍更优选至少90%可降解、可生物降解或可怄烂。在优选的 实施方案中，生物塑料涂层95%可降解、可生物降解或可怄烂。所述涂层可以例如包括95%生物塑料和5%强化其它特征例如扭曲或伸长率的其它聚合物。在最优选的实施方案中，所述生物塑料涂层100%可降解、可生物降解或可怄在一个实施方案中，所述涂层包含聚丙交酯酸(PLA)。在又一实施方案中，所述涂层包括生物塑料和常规聚合物的组合物。在具体的实施方案中，所述涂层包括不同生物塑料的混合物或组合物。一种生 物塑料材料可具有更加有利的特征例如弹性，而另一种则可怄烂性更大。在又一实施方案中，生物塑料的所述涂层还包括色母料。在另一实施方案中，所述涂层可与增塑剂、染料和/或润滑剂混合。在一个实施方案中，所述涂层的伸长率为至少4%，优选8%。在一个替代的实施方案中，所述钢线用中间金属涂层包覆。在一个实施方案 中，所述金属涂层是铜、铜合金、锌、锌合金、镍、镍合金、锡或锡合金。在进一步的实施方案中，所述钢线的直径为至少0.2mm，和所述涂层的厚度为 钢线厚度的至少20%。在一个实施方案中，具有涂层的钢线的总直径低于5mm。在优 选的实施方案中，具有涂层的钢线的总直径低于3mm，和可以在0.60_到1.60mm之间 变化。在再进一步的实施方案中，钢线是碳含量低于0.20wt%的低碳钢线。在这一实施方案中，钢线的碳含量范围优选为0.04_0.20wt%。 线材棒的 总组成可以如下所述碳含量0.06wt%，硅含量0.166wt%，铬含量0.042wt%，铜 含量0.173wt%，锰含量0.382wt%，钼含量0.013wt%，氮含量0.006wt%，镍含量 0.077wt%,磷含量0.007wt%，硫含量0.013wt%。在另一实施方案中，钢线是碳含量高 于0.25wt%和低于1.0wt%的高碳钢线。钢线高度机械变形。在具体的实施方案中，机 械变形的钢线形成螺线装订或双环梳形。涂层的厚度可决定分解速度或环境涂层越厚，分解所花费的时间越长。这可 取决于应用的用途。对于在纸张工业中使用来说，环境对于分解或锈蚀来说不是非常具 有威胁，薄层可足以包覆芯线。对于在更加潮湿环境中例如在档案中的特定使用来说， 较厚的层可能更加合适。在进一步的方面中，本发明提供前述任何一个实施方案的配备 有生物塑料涂层的钢线的装订线材或曲别针。在再进一步的方面中，本发明提供前述任何一个实施方案的配备有可降解、可 生物降解或可怄烂涂层的钢线的装订线材或曲别针。一旦不再需要本发明的涂覆的线材，则可在合适的介质内进行燃烧或分解。可 降解、可生物降解或可怄烂的涂层燃烧且无毒，或者将随着时间流逝自然分解，和芯线 将蚀掉。尽管用可降解、可生物降解或可怄烂的涂层包覆的钢线受到保护避免锈蚀，但 可降解、可生物降解或可怄烂的涂层随着时间流逝分解。这通过潮湿环境例如潮湿的土 壤或堆肥堆来实现，其中涂层通过微生物分解，且不会留下任何残渣或有毒的副产物。 孔隙将部分打开，从而钢线暴露于水和冷凝液下，进而生锈。随着时间进一步流逝，可 降解、可生物降解或可怄烂的涂层的分解继续，钢线的锈蚀也同样继续。最后，可降 解、可生物降解或可怄烂的涂层和钢线分解并消失。
本发明进一步提供环境安全地分解装订线材或曲别针的方法，所述装订线材或 曲别针包括以上所述的可降解、可生物降解或可怄烂的涂层。该方法包括下述步骤a.将所述线材或曲别针置于适合涂层分解的环境内，以便在所述涂层内形成孔 隙，b.允许所述环境通过所述孔隙在钢上生锈，和c.等待，直到涂层和钢线完全分解。本发明“适合涂层分解的环境”是除了周围环境以外的任何环境。它可以是例 如潮湿环境、堆肥堆或燃烧烘箱。可例如在75天内完成分解。
图1示出了用生物塑料树脂包覆的线材的截面。图2示出了用生物塑料树脂和中间层包覆的线材的截面。图3示出了螺旋环状装订线材。图4示出了具有双环梳的装订线材。图5示出了曲别针。
具体实施例方式图1示出了具有用生物塑料涂层14包覆的钢线芯12的线材10。钢芯的直径范 围为0.60-1.60mm。涂层的厚度范围为0.020-0.30mm。图2示出了替代方案，其中钢线芯12还包覆有生物塑料涂层14。另外，通过中 间金属层20确保优越的耐腐蚀性。装订线材10通常高度机械变形，从而使它们具有螺旋30 (图3)或双环40 (图4) 的装订形式。另外，螺旋装订形式在其端部具有钩子形式32。一方面。线材的拉伸强 度必须与其长度非常一致，以确保形成完美的梳形。另一方面，生物塑料聚合物涂层必 须具有特定的回弹性或弹性性能，以便能耐受当制造和处理时线材的扭曲。因此对于聚 合物涂覆的装订线材来说，重要的性能是低的抗摩擦性，从而允许较高的形成速度， 这反过来将导致较高的效率和生产率；完美的粘合性，从而允许极端的可成形性；优越 的耐腐蚀性；美学吸引力，光滑性和均勻性。图5示出了由具有钢芯和生物塑料聚合物涂层的线材10制造的曲别针50。实施例1 用PLA和色母料涂覆的线材用可生物降解聚合物聚丙交酯酸(PLA)(获自NatureWorks 的PLA2002D)
涂覆线材。PLA衍生于天然存在的植物糖(玉米淀粉)。PLA的玻璃化转变温度为 55-65°C和密度为1.25kg/cm3。除了以上列出的优点以外，PLA还具有非常低的毒性。 此外，PLA的印刷性能优良且具有大的拉伸强度，这意味着可降低涂层厚度。这些是在 造纸工业中使用的有利特征。在造纸工业中常见的是装订线材和曲别针具有不同颜色，从而编码某些文献或 者仅仅为了美观。对于这一目的来说，可获得透明和不透明颜色的多种色母料以供与 淀粉-共混物生物聚合物、聚乳酸(PLA)、共聚酯和其它可生物降解、可怄烂或可降解 树脂一起使用。供应商的实例是SUKAN0 和PoiyOneCorp 。可针对强化性能例如
7denesting,抗静电、滑动性、防粘连、紫外阻挡、蓝色色调和防雾类型的性能，具体添 加色母料。现已令人惊奇地发现，添加色母料到纯PLA中大大地改进了用于装订线材和曲 别针的PLA涂覆的线材的机械性能。正因为如此，这些聚合物不那么脆和硬，和非常适 合涂覆装订线材和曲别针。表1列出了一些试验结果。纯PLACnatural 2002D)的伸长率为4%，原样就足 以施用，且在螺旋装订线材的薄涂层上不产生裂纹。在添加2% Bio-RED(色母料)之 后，涂层的性能明显提高，达到8%的伸长率。表权利要求
1.包括生物塑料材料涂层的线材作为装订线材或曲别针的用途，所述涂层为封闭涂 层，该封闭涂层在所述线材作为装订线材或曲别针的使用过程中在正常的环境条件下暴 露时为所述线材提供腐蚀防护，和一旦所述线材暴露于适合所述涂层分解的环境时，所 述涂层是可降解、可生物降解或可怄烂的涂层。
2.权利要求1的用途，其中当暴露于40°C和100%相对湿度的环境下500小时期间， 在所述线材上观察不到白色锈和咖啡色锈。
3.权利要求1或2的用途，其中所述线材是具有生物塑料涂层的金属线材。
4.前述权利要求任一项的用途，其中所述涂层至少75%、优选至少80%、更优选至 少85%、仍更优选至少90%、最优选至少95%可降解、可生物降解或可怄烂。
5.前述权利要求任一项的用途，其中所述涂层100%可降解、可生物降解或可怄烂。
6.前述权利要求任一项的用途，其中所述涂层包含聚丙交酯酸(PLA)。
7.前述权利要求任一项的用途，其中所述涂层还包括色母料。
8.前述权利要求任一项的用途，其中所述钢线用中间金属涂层包覆。
9.权利要求8的用途，其中所述中间金属涂层是铜、铜合金、锌、锌合金、镍、镍合 金、锡或锡合金。
10.前述权利要求任一项的用途，其中所述金属线材的直径为至少0.2mm和所述涂层 的厚度为所述金属线材直径的至少20%。
11.前述权利要求任一项的用途，其中所述线材的总直径低于5mm。
12.前述权利要求任一项的用途，其中所述线材的总直径低于3mm。
13.前述权利要求任一项的用途，其中所述金属线材是碳含量低于低碳钢线。
14.前述权利要求任一项的用途，其中所述线材高度机械变形。
15.环境安全地分解装订线材或曲别针的方法，所述装订线材或曲别针包括用生物塑 料材料涂层包覆的线材，所述涂层为封闭涂层，该封闭涂层在所述线材作为装订线材或 曲别针的应用过程中为所述线材提供腐蚀防护，和一旦所述线材暴露于适合所述涂层分 解的环境时，所述涂层可降解、可生物降解或可怄烂，所述方法包括下述步骤a.将所述线材或曲别针置于适合所述涂层分解的环境内，以便在所述涂层内形成孔隙，b.允许所述环境通过所述孔隙在钢上生锈，和c.等待，直到涂层和钢线完全分解。
全文摘要
本申请涉及包括生物塑料材料涂层的线材作为装订线材或曲别针的用途。所述涂层为封闭涂层，该封闭涂层在所述线材在作为装订线材或曲别针的应用过程中在正常的环境条件下暴露时为所述线材提供腐蚀防护，和一旦所述线材暴露于适合所述涂层分解的环境时，所述涂层可降解、可生物降解或可沤烂。更特别地，本申请涉及具有PLA涂层的装订线材和曲别针及其用途。本申请进一步涉及回收所述装订线材和曲别针的方法。
文档编号B42F1/02GK102015150SQ200980113924
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月20日 优先权日2008年4月21日
发明者A·勒普莱, A·格鲁波, P·波尔曼 申请人:贝卡尔特公司
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