土壤植物可堆肥可生物降解的基质及其生产方法技术

一种用于形成生物塑料的土壤植物基可堆肥可生物降解的组合物和生产所述树脂的方法，所述组合物包含：约17.5至45重量％的乙醇基绿色聚乙烯、约20至25重量％的碳酸钙、约2至12重量％的大麻秆芯或大豆蛋白、约32至45重量％的淀粉、和约0.5至1重量％的生物降解性添加剂，以使生物塑料能够生物降解和堆肥；其中所述组合物是通过如下方法生产的：首先将乙醇基绿色聚乙烯、碳酸钙、大麻秆芯或大豆蛋白、淀粉和生物降解性添加剂研磨成细粉，然后将细粉逐一机械干燥混合成最终混合物，一次约5

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】土壤植物可堆肥可生物降解的基质及其生产方法


[0001]本专利技术总体上涉及组合物，更具体地涉及具有生态友好的可持续性质的土壤植物基(earthplant
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based)组合物，其可以有效地用于生产生物塑料，不使用增塑剂或热塑性淀粉添加剂，而使用有机的、可持续的、可再生的或可再循环的材料来源来生产生物塑料树脂
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生物聚合物的母料，用于耐用品、食品和饮料容器、化妆品和保健包装、医疗器械、汽车材料、所有类型的包装材料以及目前由石油基塑料材料制成的任何其他相关应用。

技术介绍

[0002]如今，石油基树脂，例如聚邻苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、尼龙、聚烯烃和增塑聚氯乙烯(PVC)以及许多其它类似或相关的石油基树脂，被广泛用于各种应用，例如用于包装材料、汽车部件、家用电器、玩具等。然而，这样的石油基树脂不可堆肥或生物降解，从而以温室气体排放、污染、垃圾填埋问题、塑料填充海洋和人类健康问题的形式引起环境危害。
[0003]相应于这样的效果，科学家和工程师已经尝试开发生物聚合物(生物基树脂)，典型的是聚乳酸(PLA)树脂。PLA树脂已经变得流行，并且被广泛认为是石油基塑料的替代物。然而，在耐用品和其他塑料产品中使用PLA树脂存在一些问题、挑战和限制。
[0004]PLA树脂有温度问题，在阳光下或高温(如热水)下熔化，或在微波炉中分解，不能用于放在洗碗机中的产品。如果将PLA瓶子在炎热的夏天留在汽车中，瓶子将融化，在那种环境下分解成一团脏的粘性物质。PLA还是脆性的，因此不能用于耐用品应用。
[0005]PLA树脂还难以注塑，并且在现有的注塑设备中不能很好地加工。它在寒冷的温度下也不耐用。在尝试吹塑PLA树脂或挤出它时有许多挑战。为了吹塑PLA树脂，可以加入化学添加剂，由此污染PLA的生物基性质。此外，在加工过程中，PLA树脂在用于塑料工业应用，例如注塑、挤出、吹塑等之前，必须在烘箱中预干燥。例如，这导致劳动力、设备和能源成本的增加。此外，PLA不能与其他塑料(例如PE)一起再循环。
[0006]而且，另一个问题是与生产(PLA)聚乳酸树脂相关的高成本，和其目前有限的供应，以及其作为耐用品生物塑料的有限能力，使得石油基塑料的该替代物在经济上不可行。
[0007]另外，(PLA)聚乳酸树脂具有差的耐久性、差的耐热温度性能或耐寒温度性能，并且缺乏防潮性屏障或某些应用(例如高冲击耐用品、包装膜、瓶子、汽车部件、化妆品包装和玩具)所需的柔韧性，，仅举几个将PLA用于工业和消费品的问题。与石油基树脂相比，PLA树脂以及PHA(聚羟基脂肪酸酯)树脂缺乏机械性能(例如，PLA和PHA的高流动速率使它们都不适合吹塑；不适合耐用品)。
[0008]已经建议和常见的是，将低分子量增韧剂或增塑剂(不是有机/生物基的)添加到PLA或PHA树脂中，或加入添加剂(也不是生物/有机基材料的化学品)以减慢熔体流动速率。然而，由PLA或PHA制成的产品，例如包装膜、吸管、消费品，仍然表现出差的稳定性、脆性、温度问题、水分问题，使得PLA和PHA树脂不利。另外，测试表明，目前可用的添加剂使得所得组合物不可生物降解、不可堆肥，并且不是来自可持续或可再生的材料来源。
[0009]或者，绿色PE(例如，I'm Green
TM
)
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绿色聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或其他可源自有机、可持续的可再生材料来源(如甘蔗、甜菜或玉米)的“绿色”共聚物，已在组合物中用作石油基聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和其他由石油制成的聚合物的替代物。这些绿色(植物基)聚合物，如PE、PP、PET，结合了高性能和可加工性。由绿色PE、绿色PP、绿色PET和其他聚合物制成的塑料是可再循环的，类似于传统的塑料聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯产品，并且绿色PE、PP、PET绿色聚合物也被认为是可持续的可再生材料来源，因此具有帮助减少温室气体排放的能力。然而，绿色聚合物如绿色PE、绿色PP和绿色PET不可生物降解或不可堆肥，并且仍然可能造成垃圾填埋场和海洋的污染。还没有开发出任何经济上可行的技术来生产可生物降解或可生物堆肥的绿色PE、PP或PET，从而为真正的“绿色”。
[0010]到2020年，全球石油聚合物树脂年产量将超过7000亿磅，而我们仍然没有可行的经济上可行的、可持续的、可再生的、可生物降解的和可生物堆肥的树脂解决方案来解决进入我们的垃圾填埋场、海洋、河流和我们的大气的常规塑料的全球海啸废物流。
[0011]同样，已经开发了石基共聚物基质树脂作为树基纸张、硬纸和有限塑料制品的替代组合物。更具体地，该基质树脂涉及基于石灰石的共聚物基质，其可以用作当前由树基或石油基物质制造的有限物品的替代组合物。由于石基共聚物基质树脂是脆性的且无法用于制造膜、柔性制品、用于挤出产品以及挤出吹塑模具，因此该树脂通常不能用来代替石油基塑料产品。而且，石基树脂含有高浓度的碳酸钙(CaCO3)，其范围为约50
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85重量％，并且直径通常为2
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4微米。由于存在碳酸钙，因此由石基树脂制成的产品具有脆性、雾度增加、透明度大大降低、柔韧性和耐久性降低的缺点。因此，该树脂可应用于的领域和应用存在许多限制。
[0012]由于上述尝试的限制，目前市场上可买到的塑料通常还是石油基的，这需要大量的加工能量和生产成本。不幸的是，石油来源于原油，原油通常供应有限且需求高。此外，原油不是可再生材料。更糟糕的是，石油基塑料产品通常不可生物降解或不可生物堆肥，这在全球范围内造成了巨大的环境问题，包括一旦产品被使用就会导致处置问题。
[0013]总的来说，还没有开发出真正可持续的生物塑料材料，其可以经济地进行大规模生产，在经济上是可行的，并且可以用来替代当今全球市场上使用的广泛的石油基塑料产品。
[0014]因此，需要通过提供具有生态友好性质的、经济上可行的、土壤植物基可堆肥和可生物降解的组合物以及在全球制造所述树脂的可扩展方法来解决上述问题。
[0015]本节中介绍的方面或问题以及相关联的解决方案可能被追求，也可能已经被追求；它们不一定是先前已构想或追求的方法。因此，除非另有说明，否则不应假定本节中提出的任何方法仅由于它们存在于本申请的本节中而具有现有技术的质量。

技术实现思路

[0016]提供概述以便以简化形式介绍将在以下具体实施方式中进一步描述的概念选择。本概述并不旨在标识所要求保护的主题的关键方面或必要方面。而且，本概述不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
[0017]一方面，提供了一种土壤植物基可堆肥可生物降解(EarthPCB)组合物，其包括共
混的土壤(earth)和共聚物基质的组合物。可以向组合物提供约15
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75重量％的乙醇基绿色聚乙烯(例如I'm green
TM
聚乙烯)。该组合物还可包含约15
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于生产生物塑料的土壤植物基可堆肥可生物降解组合物，所述组合物包含乙醇基聚乙烯、淀粉和生物降解性添加剂，其中所述乙醇基聚乙烯选自5
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95重量％的范围，所述淀粉选自1
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60重量％的范围，且所述生物降解性添加剂选自0.5
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10重量％的范围。2.根据权利要求1所述的土壤植物基可堆肥可生物降解组合物，其进一步包含1重量％
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40重量％范围的碳酸钙。3.根据权利要求1所述的土壤植物基可堆肥可生物降解组合物，其进一步包含碳酸钙和植物基原料，其中所述碳酸钙选自5
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60重量％的范围，且所述植物基原料选自14
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55重量％的范围。4.根据权利要求3所述的土壤植物基可堆肥可生物降解组合物，其中所述组合物包含：乙醇基聚乙烯，占组合物的约17.5
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45重量％；碳酸钙，占组合物的约20
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25重量％；植物基原料，占组合物的约2
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12重量％；淀粉，占组合物的约32
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45重量％；以及生物降解性添加剂，占组合物的约0.5
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1重量％。5.根据权利要求4所述的组合物，其中所述植物基原料为大麻秆芯或大豆蛋白。6.根据权利要求4所述的组合物，其中所述乙醇基聚乙烯来源于甘蔗。7.一种生产用于形成生物塑料的土壤植物基可堆肥可生物降解树脂的方法，所述树脂包含乙醇基聚乙烯、淀粉和生物降解性添加剂，所述方法包括以下步骤：计量出第一预定量的乙醇基聚乙烯、第二预定量的淀粉和第三预定量的生物降解性添加剂；将第一预定量研磨成第一细粉，将第二预定量研磨成第二细粉，并且将第三预定量研磨成第三细粉，从而生产批量细粉；将所述批量细粉的第一细粉加入机械混合机中；将所述批量细粉的每种剩余细粉逐一添加到机械混合机中，同时将每种细粉在没有加热的情况下干燥地机械混合一段时间，直到所有细粉都搅拌在一起，从而形成最终混合物；和将最终混合物在约220
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360℉下加热，直到生产土壤植物基可堆肥可生物降解树脂。8.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括在约250至360℉下固化所述树脂以形成用于形成生物塑料产品的颗粒状生物塑料。9.根据权利要求7所述的方法，其中所述树脂进一步包括碳酸钙和植物基原料。10.根据权利要求7所述的方法，其中所述植物基原料为大麻秆芯或大豆蛋白。11.根据权利要求7所述的方法，其中所述批量细粉的每种细粉由直径为约0.10至4.0微米的颗粒组成。12.根据权利要求7所述的方法，其中所述一段时间为约5至25分钟。13.一种用于生产生物塑料的土壤植物基可堆肥可生物降解组合物，所述组合物包含：乙醇基聚乙烯，占组合物的约50至65重量％；淀粉，占组合物的约30至50重量％；CaCO3，占组合物的约2至10重量％；以及生物降解性添加剂，占组合物的约.5
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10重量％。
14.根据权利要求13所述的组合物，其中所述乙醇基聚乙烯来源于甘蔗。15.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约15重量％至99重量％的植物基聚乙烯、约0.5重量％至60重量％的碳酸钙(CaCO3)、约0.5重量％至85重量％的食物基淀粉、约0.5重量％至85重量％的食物基蛋白质以及约0.5重量％至10重量％的生物降解性添加剂。16.根据权利要求15所述的组合物，其中所述食物基淀粉为约0.5重量％至30重量％。17.根据权利要求15所述的组合物，其中所述植物基聚乙烯为约25重量％至99重量％。18.根据权利要求15所述的组合物，其中所述碳酸钙(CaCO3)为约1重量％至50重量％。19.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约1重量％至75重量％的研磨成约0.1至4.0微米的细粉的大麻秆芯。20.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约25重量％至60重量％的研磨成约0.1至4.0微米的细粉的食物基淀粉。21.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约0.5重量％至50重量％的研磨成约0.1至4.0微米的细粉的植物基蛋白质。22.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约1重量％至35重量％的研磨成约0.1至4.0微米的细粉的纤维素材料。23.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约25重量％至99重量％的植物基聚乙烯或聚丙烯、约1重量％至40重量％的碳酸钙(CaCO3)、约1重量％至50重量％的食物基淀粉、约1重量％至40重量％的食物基蛋白质、约1重量％至40重量％的木纤维或草纤维、约1重量％至50重量％的大麻秆芯以及约0.5重量％至10重量％的生物降解性添加剂。24.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约50重量％的植物基聚乙烯或聚丙烯、约15重量％的碳酸钙(CaCO3)、约25重量％的食物基淀粉，以15重量％的马铃薯淀粉和10重量％的木薯淀粉表示，约6重量％的大麻秆芯以及约4重量％的生物降解性添加剂。25.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约15重量％至99重量％的植物基聚乙烯，约0.25重量％至60重量％的碳酸钙(CaCO3)、约0.25重量％至85重量％的食物基淀粉以及约0.5重量％至10重量％的生物降解性添加剂。26.根据权利要求25所述的组合物，其中所述组合物包含约60重量％的植物基聚乙烯、约20重量％的碳酸钙(CaCO3)、约18重量％的食物基淀粉以及约2重量％的生物降解性添加剂。27.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约90重量％的植物基聚乙烯或聚丙烯，约7重量％的碳酸钙以及约3重量％的生物降解性添加剂。28.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约90重量％的植物基聚乙烯或聚丙烯、约9重量％的碳酸钙以及约1重量％的生物降解性添加剂。29.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含55重量％的植物基聚乙烯或聚丙烯、10重量％的碳酸钙、7重量％的马铃薯淀粉、7重量％的木薯淀粉、2重量％的大豆蛋白、2重量％的豌豆蛋白、2重量％的大麻秆芯、5重量％的竹纤维以及3重量％的生物降解性添加剂。
30.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约1
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30重量％的研磨成约0.1至4.0微米的细粉的大豆蛋白或竹草。31.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含63重量％的植物基聚乙烯、14重量％的碳酸钙、10重量％的马铃薯淀粉、10％的木薯淀粉以及3重量％的生物降解性添加剂。32.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含67重量％的植物基聚乙烯、24重量％的碳酸钙、8重量％的食物淀粉以及1重量％的生物降解性添加剂。33.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含99重量％的植物基聚乙烯，0.25重量％的碳酸钙、0.25重量％的食物淀粉以及0.5重量％的生物降解性添加剂。34.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物,所述组合物包含62重量％的植物基聚乙烯、2重量％的食物蛋白、17重量％的碳酸钙、18重量％的食物淀粉以及1重量％的生物降解性添加剂。35.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含65重量％的植物基聚乙烯、19重量％的碳酸钙、13重量％的食物淀粉以及3重量％的生物降解性添加剂。36.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含62重量％的植物基聚乙烯、25重量％的碳酸钙、12重量％的食物淀粉以及1重量％的生物降解性添加剂。37.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含50重量％的植物基聚乙烯、24重量％的碳酸钙、12重量％的马铃薯淀粉、12％的木薯淀粉以及2重量％的生物降解性添加剂。38.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含60重量％的植物基聚乙烯、17重量％的碳酸钙、10重量％的马铃薯淀粉、10％的木薯淀粉以及3重量％的生物降解性添加剂。39.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含70重量％的植物基聚乙烯、15重量％的碳酸钙、6重量％的马铃薯淀粉、6％的木薯淀粉以及3重量％的生物降解性添加剂。40.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含80重量％的植物基聚乙烯、9重量％的碳酸钙、4重量％的马铃薯淀粉、4％的木薯淀粉以及3重量％的生物降解性添加剂。41.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含90重量％的植物基聚乙烯、5重量％的碳酸钙、1重量％的马铃薯淀粉、1％的木薯淀粉以及3重量％的生物降解性添加剂。42.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含62重量％的植物基聚乙烯、14重量％的碳酸钙、10重量％的马铃薯淀粉、10％的木薯淀粉、1重量％的生物降解性添加剂以及2重量％的着色剂。43.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物,所述组合物包含90重
量％的植物基聚乙烯、6重量％的碳酸钙、2重量％的生物降解性添加剂以及2重量％的着色剂。44.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物,所述组合物包含95重量％的植物基聚乙烯、1重量％的碳酸钙、1重量％的生物降解性添加剂以及3重量％的着色剂。45.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约90重量％至99重量％的植物基聚乙烯和约1重量％至10重量％的生物降性解添加剂。46.根据权利要求45所述的组合物，其中所述组合物包含99重量％的植物基聚乙烯和1重量％的生物降解性添加剂。47.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含51重量％的植物基聚乙烯、22重量％的碳酸钙、20重量％的食物淀粉、4重量％的着色剂和3重量％的生物降解性添加剂。48.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约15重量％至95重量％的植物基聚乙烯、约5重量％至50重量％的PCR聚乙烯或聚丙烯、约1重量％至30重量％的碳酸钙(CaCO3)、约1重量％至30重量％的食物淀粉、约0.5重量％至10重量％的生物降解性添加剂、1重量％至30重量％的食物蛋白质以及约1重量％至50重量％的大麻秆芯、竹草和木屑中的至少一种。49.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约5重量％的PCR聚乙烯、约60重量％的植物基聚乙烯、约12重量％的碳酸钙、约10重量％的马铃薯淀粉、约10重量％的木薯淀粉以及约3重量％的生物降解性添加剂。50.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，所述组合物包含约10重量％的PCR聚乙烯树脂、约60重量％的植物基聚乙烯、约15重量％的碳酸钙、约12重量％的食物淀粉以及约3重量％的生物降解性添加剂。51.一种用于生产可堆肥和可生物降解的生物塑料的组合物，...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖沃尔特，
申请(专利权)人：肖沃尔特，
类型：发明
国别省市：