生物可降解复合材料制造技术

本发明专利技术涉及一种生物可降解复合材料，其中所述复合材料包含占复合材料的总重量的30重量％至70重量％的量的海藻提取物、20重量％至60重量％的量的生物可降解填料和1重量％至20重量％的量的水。本发明专利技术还涉及：产品，包括由所述复合材料形成的包装材料和陶器；将所述复合材料或所述产品溶解、堆肥和生物降解的方法；生产所述复合材料和所述产品的方法；以及对所述复合材料进行再加工的方法。述复合材料进行再加工的方法。述复合材料进行再加工的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生物可降解复合材料


[0001]本专利技术涉及一种生物可降解复合材料。本专利技术还涉及：产品，包括由所述复合材料形成的包装材料和陶器；将所述复合材料或所述产品溶解、堆肥和生物降解的方法；生产所述复合材料和所述产品的方法；以及对所述复合材料进行再加工的方法。

技术介绍

[0002]常规的轻型隔热产品由石油基塑料(诸如发泡聚苯乙烯)或植物基生物塑料等同物制成。此类材料重量轻、耐用，具有良好的隔热特性，并且具有高抗拉强度。此外，此类材料可具有适合大规模制造的可模塑性特征。这使得它们非常适宜例如用作包装材料和杯子。
[0003]人们普遍期望远离来源于石油的塑料。这主要是由于此类产品在生产期间和使用后的处置过程中都对环境有严重影响。此外，无法进行工业堆肥或其他特定的废弃物处理过程的非生物可降解的生物塑料往往会在自然界中分解，产生可能存留在环境中(具有有害影响)达数百年之久的微粒塑料材料(微塑料或纳米塑料)。
[0004]如果任其发展，预计塑料污染到2050年将增加四倍，到那时海洋中的塑料重量预计将超过鱼类。造成这一日益严重的问题的关键因素之一是用作结构库存单位[SKU]诸如用于包装和一次性杯子的一次性塑料(可形成刚性和承重型容器的那些)。
[0005]鉴于这些问题，最近出现了使用生物可降解塑料的趋势。但是，传统的生物可降解塑料以及那些基于植物源性材料的塑料(所谓的生物基材料)往往分解缓慢，其分解时间通常比产品的使用寿命长得多。因此，即使是这些号称环境友好的所谓生物可降解材料，也需要复杂的废弃物管理系统，或者如果不适当地丢弃，可能在环境中存留相当长的时间，潜在地造成持续数十年甚至数百年的重大生态危害。
[0006]作为泡沫塑料的替代物，复合材料已知用于制备隔热材料。与单组分产品相比，复合材料具有许多优势，主要优势在于它们能够基于成分的选择和比例来调整和改造特性。但是，复合材料往往难以回收，因为各组分通常需要不同的废弃物处置流程，并且分离这些组分往往很棘手。
[0007]一些复合材料充当隔热材料诸如瓦楞纸板的衬里或涂层，一个实例是一次性咖啡杯。其他复合材料使用填料微粒材料和粘结剂。由生物可降解填料和/或天然有机填料(诸如软木、茶叶、咖啡颗粒、锯末、纸、大麻纤维、干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物等)以及合适的粘结剂或粘合剂形成的复合材料是已知的，例如，软木颗粒被称为聚合软木，这些软木颗粒任选地与其他材料的颗粒混合，通过粘结剂保持在一起以形成片状或块状材料。但是，这些复合材料中的粘结剂通常是胶基的或其他石油衍生物，其存在与其他石油衍生产品相同的环境危害。
[0008]术语“生物可降解复合材料”包括各种至少两相的混合材料，其中填料或基质或两者都必须选自生物可降解来源。但是，将生物可降解填料包封在非生物可降解的粘结剂中不一定会得到生物可降解材料。为确保材料快速机械和/或化学分解，将填料保持在一起的
粘结剂必须快速分解，以发挥填料材料的固有生物降解性。
[0009]软木作为生物可降解填料的一个实例，是一种具有高度可持续性的天然材料，其来自栓皮栎树(种名：栓皮槠(Quercus suber))的外层树皮，该外层树皮为可再生资源并且定期收获自活树(不快于每5年一次)。软木具有独特的特性，诸如轻盈和浮性、隔热、耐高温，并且具有低过敏原性以及不透液体和气体的特性。
[0010]软木用于多个行业中，诸如消费品、汽车、电力工业、建筑、地板、面板和复合材料等。软木可以在其自然状态下使用，但是，99％的软木产品由软木复合材料制成；将软木颗粒与石油基塑料粘结剂(诸如ABS、PVC、PE)、热塑性弹性体(如橡胶)或生物塑料(如PLA)相结合。但是，这些复合材料在自然中不可生物降解，并会造成持续几个世纪的环境危害。
[0011]使用软木颗粒填料和聚氨酯胶的聚合软木是已知的，参见例如美国专利第5,317,047号。尽管软木是一种天然木材产品并且具有固有的生物可降解性，但由于粘结剂的非生物降解性，复合材料并非生物可降解的。
[0012]已经描述了使用包含生物可降解材料的粘结剂的软木复合材料。WO2016020361描述了使用生物基塑料作为粘结剂。但是，据称粘结剂必须满足ASTM 6400中规定的标准，该标准要求材料能够在工业和市政复合设施中进行好氧堆肥。所描述的复合材料的用途是用于软木瓶塞，并且因此这意味着必然结果是该材料在与水或湿气接触时不会轻易或快速地生物降解。
[0013]锯末是生物可降解填料的另一个实例，作为木工操作(诸如刨削、铣削钻孔、打磨和锯切)的废料副产品，其是干净的、散粒的、廉价且易于获得的。使用锯末为回收的木纤维提供了新用途，从而减少了垃圾填埋场的废弃物。锯末已作为填料与不同的石油衍生聚合物(诸如聚乙烯[Horta等人，Procedia Manufacturing，12，2017，pp.221
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229；以及Kusuktham，Siliconidia 11(4)，2019，pp.1997
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2013]、聚苯乙烯[Latthe等人，Mater.Chem.Phys.2020，pp.122634；Nasution等人，J.Eng.，15(2)，2019，pp.17
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29；Bruscato等人，J.Clean Prod.，234，2019，pp 225
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232]、聚丙烯[Fernanda等人，Polym.Test.，19，2000，pp.625
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629]、天然橡胶[Homkhiew等人，Int.J.Polym.Sci.，2018]、乙烯
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丙烯
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聚合物橡胶[Craciun等人，Polymers，12(1)，2020，215]一起使用。锯末先前尚未被用作超级生物可降解复合材料中的生物可降解材料或与海藻基粘结剂一起使用。
[0014]茶叶和咖啡渣作为酒店业的副产品是生物可降解填料的另外的实例，这些生物可降解填料具有一旦复合材料开始分解即可发挥的生物降解性的综合优势，并且还利用了在其他情况下最终会被填埋的废弃物。
[0015]大麻、纸、干草和秸秆是另外的在其他复合材料中使用的众所周知的填料。
[0016]仍然需要利用在环境中或在废弃物流中快速和完全生物降解的、对环境或生态系统无危害或危害极小的环境友好的材料替代产品中的隔热塑料和生物塑料。此类替代可以合适地将生物可降解粘结剂用于生物可降解的隔热填料材料，诸如软木。合适地，隔热材料的生物降解时间将更好地匹配使用时段(具体地，一次性使用)，同时仍然提供上述常规隔热塑料的期望的材料特性中的至少一种。

技术实现思路

[0017]在第一方面，本专利技术提供了一种复合材料，该复合材料包含占复合材料的总重量
的30重量％至70重量％的量的海藻提取物、20重量％至60重量％的量的生物可降解填料和1重量％至20重量％的量的水。合适地，海藻提取物以40重量％至60重量％的量存在，生物可降解填料以30重本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种复合材料，其包含占复合材料的总重量的30重量％至70重量％的量的海藻提取物、20重量％至60重量％的量的生物可降解填料和1重量％至20重量％的量的水。2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述海藻提取物以40重量％至60重量％的量存在，生物可降解填料以30重量％至50重量％的量存在，并且水以2重量％至15重量％的量存在。3.根据权利要求1或权利要求2所述的复合材料，其中所述复合材料基本上由所述海藻提取物、所述生物可降解填料和水组成。4.根据权利要求1至3中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料由所述海藻提取物、所述生物可降解填料和水组成。5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合材料，其中所述海藻提取物、所述生物可降解填料和水的重量百分比总计为所述复合材料的总重量的100重量％。6.根据权利要求1至5中任一项所述的复合材料，其中所述海藻提取物选自由以下项组成的组：卡拉胶；琼脂；褐藻胶；和它们的混合物。7.根据权利要求6所述的复合材料，其中所述海藻提取物为卡拉胶。8.根据权利要求7所述的复合材料，其中所述卡拉胶为K型卡拉胶。9.根据权利要求1至8中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料不含由以下项组成的组中的一种或多种：淀粉；ι型卡拉胶；琼脂；褐藻胶；和壳聚糖。10.根据权利要求1至9中任一项所述的复合材料，其中所述生物可降解填料选自由以下项组成的组：软木、茶叶、咖啡颗粒、锯末、纸、大麻纤维、干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物、干燥的颗粒状植物种子、干燥的颗粒状水果和蔬菜皮或外皮以及它们的混合物。11.根据权利要求10所述的复合材料，其中所述生物可降解填料为软木。12.根据权利要求1至3和6至11中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料进一步包含一种或多种添加物。13.根据权利要求12所述的复合材料，其中所述一种或多种添加物以不大于所述复合材料的总重量的40重量％存在。14.根据权利要求12或权利要求13所述的复合材料，其中所述一种或多种添加物选自由以下项组成的组：盐，诸如海盐、食盐、氯化钠、氯化钾；和甘油。15.根据权利要求1至14中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料为完全生物可降解的。16.根据权利要求15所述的复合材料，其中所述复合材料的所述海藻提取物：a)在外部非工业环境中少于六个月即可完全生物降解；b)在有氧和/或厌氧气氛中可完全生物降解；和/或c)在...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：西罗实验室有限公司，
类型：发明
国别省市：