CN116157466A - 生物可降解复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明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。

Description

生物可降解复合材料

技术领域

本发明涉及一种生物可降解复合材料。本发明还涉及：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。

背景技术

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。

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)。

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)。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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.221-229；以及Kusuktham，Siliconidia 11(4)，2019，pp.1997-2013]、聚苯乙烯[Latthe等人，Mater.Chem.Phys.2020，pp.122634；Nasution等人，J.Eng.，15(2)，2019，pp.17-29；Bruscato等人，J.Clean Prod.，234，2019，pp 225-232]、聚丙烯[Fernanda等人，Polym.Test.，19，2000，pp.625-629]、天然橡胶[Homkhiew等人，Int.J.Polym.Sci.，2018]、乙烯-丙烯-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。

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。

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。

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。

发明内容

在第一方面，本发明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重量％至50重量％的量存在，并且水以2重量％至15重量％的量存在。

在实施例中，该复合材料基本上由海藻提取物、生物可降解填料和水组成。合适地，该复合材料由海藻提取物、生物可降解填料和水组成。合适地，海藻提取物、生物可降解填料和水的重量百分比总计为该复合材料的总重量的100重量％。

在实施例中，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。合适地，海藻提取物为卡拉胶。合适地，卡拉胶为κ型卡拉胶。

在实施例中，该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。

在实施例中，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。合适地，生物可降解填料为软木。

在实施例中，该复合材料进一步包含一种或多种添加物。合适地，该一种或多种添加物以不大于复合材料的总重量的40重量％存在。合适地，该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。

在实施例中，该复合材料为完全生物可降解的。合适地，该复合材料的海藻提取物：

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)在家庭堆肥堆中少于六个月即可完全堆肥

d)在海洋中少于6个月即可完全生物降解。

在实施例中，该复合材料为可模塑的。

在第二方面，本发明提供了一种由第一方面的复合材料形成的产品。合适地，该产品具有选自由以下项组合的组的形状：板；平面片材；规则球体；不规则球体；规则球状体；不规则球状体；规则立方体；不规则立方体；规则长方体；不规则长方体；规则椭圆体；不规则椭圆体；规则圆柱体；不规则圆柱体；规则锥体；不规则锥体；规则棱柱体；不规则棱柱体；规则角锥体；不规则角锥体；壳状、蛤状或具有内部空隙或中空的形状，以及它们的任意组合。

第三方面，本发明提供了一种生产第一方面的复合材料的方法，该方法包括以下步骤：

a)使所述海藻提取物与水接触，以形成海藻提取物水凝胶，

b)将所述海藻提取物水凝胶与生物可降解填料混合，以形成混合物，以及

c)使所述混合物干燥，以便形成所述复合材料。

合适地，生物可降解填料为软木。在实施例中，步骤(a)包括将海藻提取物在水中的混合物加热至在大约70℃至大约100℃范围内的温度，以形成海藻提取物水凝胶。

在实施例中，该方法包括第三方面的生产复合材料的方法的步骤(a)至(c)，以及在步骤(b)与(c)之间的以下附加步骤：将混合物模塑成产品的形状或三维形式。

第四方面，本发明提供了一种对产品进行再加工的方法，该方法包括通过第三方面的方法生产产品，其中该方法进一步包括：

f)通过使所述产品与水或蒸汽接触来软化或融化产品，以提供软化的产品；

g)进一步操纵所述软化的产品，以提供再加工产品，其中所述再加工产品具有与所述产品不同的形状；

h)将所述再加工产品干燥，以提供干燥的再加工产品。

在第五方面，本发明提供了一种工业生物降解第一方面的复合材料或第二方面的产品的方法，该方法包括以下步骤：将复合材料或产品暴露于其中生物降解速率提高的条件。

在第六方面，本发明提供了一种将第一方面的组合物或第二方面的产品堆肥的方法，该方法包括以下步骤：将组合物或产品暴露于其中该组合物或产品降解形成堆肥或适合用于堆肥中或作为土壤添加物用作土壤肥料的材料的条件。

附图说明

现将仅以举例方式参照附图描述本发明的一个或多个实施例，在附图中：

图1示出了由本发明的复合材料(复合材料1；表1)形成的产品的一个实施例，该复合材料基于组合物的总重量计，具有重量％比率为51/40/9的κ型卡拉胶/软木/水。

图2示出了由本发明的复合材料(复合材料2；表1)形成的产品的一个实施例，该复合材料基于组合物的总重量计，具有重量％比率为50/41/9的κ型卡拉胶/软木/水。

图3示出了由本发明的复合材料(复合材料3；表1)形成的产品的一个实施例，该复合材料基于组合物的总重量计，具有重量％比率为49/42/8的κ型卡拉胶/软木/水。

图4示出了由本发明的复合材料(复合材料4；表1)形成的产品的一个实施例，该复合材料基于组合物的总重量计，具有重量％比率为52/40/8的琼脂/软木/水。

图5示出了根据本发明的两种复合材料的比较，这两种复合材料的不同之处在于所使用的软木颗粒的尺寸。(a)示出了具有重量％比率为49/42/8的κ型卡拉胶/软木/水的复合材料(复合材料5；表1)，其中软木颗粒的平均直径为0.2mm；(b)示出了重量％比率为51/40/9为κ型卡拉胶/软木/水的复合材料(复合材料1；表1)，其中软木颗粒的平均直径为0.5mm，所有重量百分比均基于组合物的总重量计。

图6示出了根据本发明的包含锯末作为生物可降解填料的组合物(复合材料9；表1)，其在模具上浇铸和干燥。

图7示出了根据本发明的包含茶叶作为生物可降解填料的组合物(复合材料10；表1)，其在模具上浇铸和干燥。

图8示出了根据本发明的包含咖啡渣作为生物可降解填料的组合物(复合材料11；表1)，其在模具上浇铸和干燥。

定义

为了方便起见，在进一步描述本公开之前，以下描述了说明书和实例中使用的某些术语。这些定义应当根据本公开的其余部分来解读并且被本领域技术人员所理解。本文所用的术语具有本领域技术人员认可和已知的含义，但是，为了方便和完整起见，以下阐述了特定术语及其含义。

冠词“一个”、“一种”和“该/所述”是指该冠词的语法对象中的一个/种或多于一个/种(即，至少一个/种)。

如本文所用，术语“包括/包含”意指必须包括任何所列举的要素并且也可以任选地包括其他要素。“基本上由…组成”意指任何所列举的要素都必须包括在内，排除会对所列要素的基本和新颖特征具有实质性影响的要素，并且可任选地包括其他要素。“由…组成”意指除所列要素外的所有其他要素均被排除在外。由这些术语中的每一者所定义的实施例在本发明的范围内。当用于复合材料的某些组分时，术语“包含”应被理解为术语“基本上由(那些相同组分)组成”和“由(那些相同组分)组成”提供明确的字面基础。

如本文所用，术语“生物可降解”意指能够在自然界中和/或通过生物的作用发生化学和/或物理分解。该术语在本文中用于指复合材料或复合材料中的组分，其通常通过诸如微生物诸如细菌或真菌的作用在水或含水或潮湿环境中自然分解成无害成分。复合材料可符合欧洲标准EN 13432，或更一般地说，90％的材料在十二周后分解为尺寸不超过2mm的颗粒碎片并且在六个月后生物降解至少90％(实验室测试方法EN 14046)。如本文所定义，术语“超级生物可降解”可用于指具有特别快的生物降解速率的材料，例如，在天然、非改造环境或废弃物流中在少于6个月、合适地少于3个月内完全生物降解。在此上下文中，术语“自然”或“自然的”是指非工业环境和/或未经改造以促进生物降解的环境，诸如露天或家庭堆肥堆。

如本文所用，术语“可堆肥的”意指能够在自然界中分解和/或通过生物的作用分解以用作堆肥。合适地，术语“可堆肥的”可用于指可以接受其添加到堆肥场地的复合材料或产品。术语“家庭可堆肥的”可用于指可以在家庭环境中接受堆肥的复合材料或产品，例如，添加到在家庭花园中建立的堆肥堆中。该术语可意指符合以下规范的塑料：澳大利亚规范AS 5810“Biodegradable plastics-biodegradable plastics suitable for homecomposting”(生物可降解塑料-适合家庭堆肥的生物可降解塑料)；比利时认证的

OK堆肥家庭认证计划，其要求在环境温度下在12个月内降解至少90％；和/或法国标准NF T 51-800“Plastics-Specifications for plastics suitable for home composting”(塑料-适合家庭堆肥塑料技术规范)。术语“工业可堆肥的”可用于指可以接受其添加到工业堆肥废弃物流中的复合材料或产品。工业堆肥废弃物流可能例如涉及活性堆肥阶段，然后是固化。活性堆肥阶段通常至少持续21天，并且在此期间将堆肥堆的温度保持在约50℃至60℃。出于卫生目的，温度可以保持高于60℃达至少一周，以消除病原微生物。在固化阶段期间，随着腐殖质的合成，分解速率减慢，并且温度降至＜40℃。

如本文所用，术语“无害”意指无毒或对人和动物或环境不构成风险。就化合物而言，无害可能意指符合以下中的任一项或多项：EC法规第1907/2006号，EC法规第1272/2008号，REACH指令1999/45/EC，第76/769/EEC号，欧洲理事会指令793/93和91/155/EEC、93/67/EEC或67/548/EEC；或根据美国联邦法规(156.62)第40篇达到IV类毒性(实际上无毒且无刺激性)或其等同规定。

本文所用的术语“生物塑料”意指由可再生生物质源(诸如植物脂肪和油、玉米淀粉、秸秆、木屑、锯末、回收的食物废弃物等)生产的塑料材料。生物塑料可由农业副产品制成。生物塑料指示制造该塑料的材料来源为生物源。尽管一些生物塑料可能是生物可降解的，但“生物塑料”一词并不暗示该材料是生物可降解的。

如本文所用的术语“软木”意指从栓皮栎树(种名：栓皮槠(Quercus suber))的外皮或树干获得的天然材料。

如本文所用，术语“海藻”是指通常在海洋或淡水体中或附近发现的数组多细胞藻类的常用术语。海藻的种类包括红藻门(红色)、褐藻门(褐色)和绿藻门(绿色)大型藻类。许多褐藻被简称为海带。

如本文所用，术语“海藻提取物”是指分离或隔离的海藻成分或组成部分。合适地，分离或隔离方法是通过化学或物理提取(即，凝胶压榨或在醇中沉淀和碱解)。例如，海藻提取物可通过以下方式获得：压碎海藻植物或其部分，接着过滤以去除固体海藻残余材料；或者可替代地，用合适的溶剂(例如碱性水溶液)洗涤海藻，并且收集作为剩余的不溶性物质或其一部分的所需提取物。提取物可经过进一步的纯化/分离步骤。根据本文的含义，海藻提取物的实例为提取物卡拉胶、琼脂和褐藻胶，合适地为卡拉胶。

如本文所用，术语“卡拉胶”是指从红海藻中提取的一类线性硫酸化多糖。卡拉胶主要分为三种，其硫酸化程度有所不同。κ型卡拉胶在每个二糖中具有一个硫酸酯基团，ι型卡拉胶具有两个硫酸酯基团，而λ型卡拉胶则具有三个硫酸酯基团。

如本文所用，术语“隔热”意指具有低热导率。材料的热导率是衡量其导热能力的量度。其通常用k、λ或κ表示。与具有高热导率的材料相比，具有低热导率的材料的传热速率较低。例如，金属通常具有高热导率并且导热效率非常高，而发泡聚苯乙烯(或

)等绝缘材料则相反。热导率通常使用傅里叶热传导定律/>

进行计算，其中q为热通量，k为热导率，并且/>

为温度梯度。

如本文所用，术语“粘结剂”是指复合材料中将填料或骨料保持或粘合在一起的基质。粘结剂可以是存在于复合材料中的并非填料的全部材料，或者粘结剂可以指将填料粘结在一起的材料，但其他材料也可以存在于复合材料中，或与粘结剂混合以提供复合材料。

如本文所用，术语“填料材料”或简称为“填料”或“生物骨料”是指添加至树脂或粘结剂以改善特定特性、使产品更廉价或两者兼而有之的颗粒。“天然有机填料”是来源于天然源诸如植物或动物的填料。“生物可降解填料”是复合材料中能够生物降解(如本文别处所定义)的填料。生物可降解填料的实例可以为软木(例如各种尺寸的软木颗粒)、茶叶、咖啡颗粒、锯末、大麻纤维、干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物等。

如本文所用，术语“生物可降解复合材料”是指具有至少两相的任何混合材料，其中填料或基质(粘结剂)或两者必须选自生物可降解来源。合适地，生物可降解复合材料意味着填料和基质(粘结剂)两者都必须选自生物可降解来源。

具体实施方式

本发明涉及一种生物可降解的隔热复合材料，该生物可降解的隔热复合材料在环境中(特别是在各种含水或其他非干燥环境中)或在废弃物流或在堆肥中完全且快速地分解(超级生物可降解)，但在其使用寿命期间仍然保持石油基塑料或植物基生物塑料隔热材料的益处中的一种、更多种或全部。

本发明的隔热复合材料通常包含海藻提取物和生物可降解填料或生物骨料(合适地为软木、茶叶、咖啡颗粒、锯末、大麻纤维、干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物、颗粒状植物种子、干燥的颗粒状水果和蔬菜皮/外皮。合适的生物可降解填料为软木，合适地为软木颗粒。该复合材料可进一步包含水。合适地，该复合材料包含海藻提取物、生物可降解填料和水。合适地，该复合材料基本上由海藻提取物、生物可降解填料和水组成。合适地，该复合材料由海藻提取物、生物可降解填料和水组成。

在实施例中，海藻提取物可以为卡拉胶、琼脂或其混合物。卡拉胶化合物和琼脂家族在食品、制药和个人护理产品领域众所周知；但是，它们在化学上是不同的。卡拉胶包含β-D-半乳糖-α-D-半乳糖的重复单元，而琼脂包含重复的β-D-半乳糖-α-L-半乳糖。合适地，在本发明的复合材料中使用的海藻提取物为卡拉胶。更合适地，卡拉胶可以为κ型卡拉胶。

可以设想，任何海藻提取物均可用于本发明。但是，正如预期的那样，虽然卡拉胶、琼脂和其他海藻提取物具有共同的来源(海藻)和相关的化学结构，但各物质在形成超级生物可降解替代材料时具有不同的特性。例如，与琼脂和其他海藻提取物相比，卡拉胶(特别是κ型卡拉胶)当与生物可降解填料(例如软木)混合时(如在本发明中那样)，表现出令人惊讶的有益的机械材料特性。

在实施例中，生物可降解填料材料可以从天然有机材料或从天然有机材料的混合物(通常为植物来源的)获得。合适地，生物可降解填料材料为软木、茶叶、咖啡颗粒、锯末、大麻纤维、干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物、颗粒状植物种子、干燥的颗粒状水果和蔬菜皮/外皮。合适地，生物可降解填料为软木。合适地，生物可降解填料可作为软木(合适地为软木颗粒或微粒或粉末)存在于复合材料中。

在实施例中，填料材料可具有针对复合材料的物理或机械特性而选择的或受到填料材料的商业可用性影响的特定粒径。例如，根据本公开的软木颗粒特别地包含具有根据ISO 2030：1990所测量的以下粒径的颗粒：在从1μ m至2cm的范围内，特别地在从1μm至1.5cm的范围内，更特别地在从0.1cm至1.2cm的范围内，甚至更特别地在从0.1cm至1cm的范围内，又更特别地在0.1cm至0.9cm的范围内，甚至更特别地在0.2cm至0.8cm的范围内，甚至更特别地在0.2cm至0.5cm的范围内。

在实施例中，隔热复合材料仅包含海藻提取物(诸如卡拉胶)、生物可降解填料(合适地为软木、茶叶、咖啡颗粒、锯末、大麻纤维、干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物、颗粒状植物种子、干燥的颗粒状水果和蔬菜皮/外皮，合适地为软木，合适地为软木颗粒)，该复合材料的其余部分为水。换句话说并且如本文所定义，复合材料可由海藻提取物和生物可降解填料，海藻提取物和生物可降解填料以及水组成。换句话说，这些组分的重量百分比可合计达基于隔热复合材料的总重量计的100重量％。

在实施例中，可以设想，复合材料中可包含其他添加物，这些添加物可提供一种或多种益处，而对该复合材料的整体特性无不利影响。换句话说并且如本文所定义，复合材料可基本上由海藻提取物和生物可降解填料(合适地为软木、茶叶、咖啡颗粒、锯末、大麻纤维、干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物、颗粒状植物种子、干燥的颗粒状水果和蔬菜皮/外皮，合适地为软木)组成，或由海藻提取物和生物可降解填料(合适地为软木、茶叶、咖啡颗粒、锯末、大麻纤维、干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物、颗粒状植物种子、干燥的颗粒状水果和蔬菜皮/外皮，适当地为软木)以及水组成。术语“次要添加物”或“添加物”旨在涉及除海藻提取物和生物可降解填料以外的添加物，其可以以40重量％或更少的量存在于复合材料中。合适地，少于35重量％、30重量％、25重量％、20重量％、15重量％、10重量％、5重量％、2重量％、1重量％。所有重量百分比均基于复合材料的总重量计。换句话说，海藻提取物、生物可降解填料(合适地为软木、茶叶、咖啡颗粒、锯末、大麻纤维、干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物、颗粒状植物种子、干燥的颗粒状水果和蔬菜皮/外皮，合适地为软木)、水和一种或多种添加物的重量百分比可合计达基于复合材料的总重量计的100重量％。

添加物或次要添加物可以为但不限于：无机盐，诸如海盐、食盐、氯化钾或氯化钙；亲水胶体、黄原胶、阿拉伯树胶、MC、CMC、HPMC；碳酸钙；甘油(glycerine)；苹果泥；淀粉；蒙脱石(MMT)；植物油；肉桂皮油；豆油；甘油(glycerol)；银纳米颗粒；葡萄柚籽提取物；Zataria multiflora精油；纳米粘土或粘土矿物；聚乙二醇(PEG)；几丁质；阿拉伯糖基木聚糖；香蕉粉；明胶；氧化钛纳米颗粒。替代性地，在实施例中，本发明的复合材料以及由其形成的产品可以不包含任何次要添加物(包括但不限于上文列出的那些中的一种或多种)。

在实施例中，复合材料可包含盐，更合适地包含碱金属盐或碱土金属盐，甚至更合适地包含锂盐、钠盐、钙盐或钾盐。最合适地，复合材料可包含钾盐。在实施例中，钾盐为氯化钾。合适地，复合材料可包含在0.1重量％至5重量％之间的范围内、更合适地在0.5重量％至3重量％之间的范围内、甚至更合适地在0.5重量％至1.5重量％之间的范围内的量的盐。合适地，盐可以以至少0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1.0重量％、2.0重量％、3.0重量％、4.0重量％或更高的量存在于复合材料中。合适地，盐可以以基于复合材料的总重量计至多5.0重量％、4.0重量％、3.0重量％、2.0重量％、1.9重量％、1.8重量％、1.7重量％、1.6重量％、1.5重量％或更低的量存在于复合材料中；所有重量百分比均基于复合材料的总重量计。不希望受理论的约束，据信包含此类盐可提高所得复合材料以及由其形成的产品的刚性。

在实施例中，复合材料可包含植物油或其提取物或衍生物(诸如甘油)。更合适地，复合材料可包含在0.1重量％至40重量％范围内、甚至更合适地在10重量％至35重量％范围内、更特别地在25重量％至35重量％范围内的量的甘油，所有重量百分比均基于复合材料的总重量计。不希望受理论的约束，据信包含植物油(诸如甘油)可提高所得产品的柔韧性。

在实施例中，复合材料可包含40重量％至95重量％、合适地50重量％至95重量％、更合适地50重量％至70重量％的量的海藻提取物。合适地，复合材料可包含至少40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％或90重量％的量的海藻提取物。合适地，复合材料可包含至多95重量％、90重量％、85重量％、80重量％、75重量％、70重量％、65重量％、60重量％、55重量％、50重量％或45重量％的量的海藻提取物。所有重量百分比均基于复合材料的总重量计。

在实施例中，复合材料可包含5重量％至50重量％，更合适地20重量％至50重量％或30重量％至50重量％的量的生物可降解填料(合适地为软木、茶叶、咖啡颗粒、锯末、大麻纤维、干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物、颗粒状植物种子、干燥的颗粒状水果和蔬菜皮/外皮，合适地为软木)。合适地，复合材料可包含至少5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％或45重量％的量的生物可降解填料。合适地，复合材料可包含至多50重量％、45重量％、40重量％、35重量％、30重量％、25重量％、20重量％、15％重量％或10重量％的量的生物可降解填料。所有重量百分比均基于复合材料的总重量计。

在实施例中，复合材料可包含1重量％至20重量％、甚至更特别地2重量％至15重量％的水，所有重量百分比均基于复合材料的总重量计。合适地，复合材料可包含至少2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％或14重量％的量的水。合适地，复合材料可包含至多15重量％、14重量％、13重量％、12重量％、11重量％、10重量％、9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％或3重量％的量的水。所有重量百分比均基于复合材料的总重量计。

在根据本发明的复合材料的一个具体实施例中，该复合材料可包含50重量％至90重量％或合适地45重量％至55重量％的量的κ型卡拉胶(在实施例中，基于所提供的数据，需要至少48重量％的海藻提取物，但是，使用50重量％至60重量％的海藻提取物可获得更好的结果)、10重量％至60重量％或合适地30重量％至45重量％的量的软木颗粒(在实施例中，基于所提供的数据，需要最多43重量％的软木，但是，软木的百分比可低至10重量％)、4重量％至25重量％或合适地6重量％至10重量％的量的水。所有重量百分比均基于复合材料的总重量计。在实施例中，κ型卡拉胶、软木和水的重量百分比可合计达基于复合材料的总重量计的100重量％。

本发明的隔热复合材料具有吸湿性，即，该复合材料吸水。不希望受理论的约束，据信本发明的复合材料的优异的生物降解性或超级生物降解性至少部分地是由于其吸水能力以及该复合材料的主要组分为天然食物来源，这促使并且有利于微生物诸如细菌或真菌在该复合材料上的生长，从而引起其生物降解。

本发明的隔热复合材料的海藻粘结剂可吸收大量水，而不失去完整性或泄漏或开裂。例如，海藻粘结剂每克材料可吸收大约10克至13克水，使得该粘结剂暴露于水时重量发生大约1,000％至1,300％的变化。

本发明的复合材料的一个特定优势在于，该材料是隔热的，即，具有低热导率。低热导率在各种应用(包括隔热)中很重要，例如作为盛放温热饮料的容器，或作为其中内容物旨在保持在高于或低于环境温度的温度的包装材料。可设想本发明的复合材料至少在一定程度上也是电绝缘的。

本发明的复合材料的另一个优势在于，通过掺入具有固有的低密度的填料(例如软木)，单位体积的该复合材料较轻，即，具有低密度。这在需要减轻重量的应用(诸如大型容器)或可以漂浮的应用中可能特别有利。

此外，本发明的复合材料在接触后吸水的倾向促使微生物生长，并且由此促进与空气中的水(例如，湿气或降水(城市路边型环境))接触时、在堆肥中、在废弃物流中或在下水道、海洋或河流中的快速(＜2个月)和显著的生物降解。此外并且不希望受理论的约束，可设想材料以这种方式吸水，然后通过蒸发再次释放水的能力是其快速物理降解的一个因素，这是由于材料经历润湿和干燥循环所产生的应力引起材料结构的塌陷和破碎。

还预期本发明的复合材料的至少一部分在消化道液中也能够分解和/或溶解。因此，鉴于其无害且具有食品安全性的组分，可设想该复合材料对于人类和/或动物消费是无害的，即，该材料至少在原则上是可食用的。由于海藻提取物，特别是卡拉胶和琼脂，例如是许多食品中的常见添加物，因此本发明的复合材料的一个特征是该复合材料是具有食品安全性的。由于该复合材料含有软木、锯末等，因此一些组分可能并非所有动物都能消化。

可设想该复合材料的海藻粘结剂可以在至少50℃、更特别地至少75℃、甚至更特别地至少85℃的温度溶于水。溶解所需的时长至少部分地取决于材料的形式或形状和厚度，对于壁厚为大约1mm的片状材料，预期在85℃连续混合条件下将在1小时内完全溶解。

虽然本发明的复合材料或由其形成的产品在环境中或在水中的生物降解性方面表现出令人惊讶的有益特性，但当储存在80％或更低的相对湿度条件下时，该复合材料或由其形成的产品在使用前可表现出最多3年、更特别地为2年至3年的保质期。

在另一方面，本发明涉及包含上述生物可降解的隔热复合材料或由其形成的产品。在实施例中，产品可以为成型制品，诸如片材或薄膜，或者产品可以为三维成型制品。合适地，三维成型制品通常可以成形为板或平面片材，或成形为规则或不规则的球体或球状体、立方体或长方体、椭圆体、圆柱体、锥体、棱柱体、角锥体或它们的组合。合适地，产品可以为包装材料。合适地，包装材料可以为容器或其一部分。合适地，容器或其一部分可以为杯子、托盘、扁篮、蛤壳状物、盒子、瓶、管或盖。合适地，容器或其一部分可以为包装材料，特别地为用于易腐物品诸如食品的包装材料。除包装以外，本发明还涉及由上述复合材料形成的其他一次性消费品，诸如吸管、杯子、盘子或食品托盘。该复合材料的令人惊讶的结构刚性和其他材料特性使其特别适用于具有薄壁的结构三维产品，诸如包装材料和杯子。

在实施例中，产品的厚度可适于该用途。合适地，本发明的产品，例如当产品为生物可降解的包装材料或杯子时，可具有10mm或更小的厚度(产品的两个表面之间的最小距离)(由于软木粒度，材料的厚度可增加最多10mm)。合适地，产品可具有至多9mm、8mm、7mm、6mm、5mm、4mm、3.5mm、3.0mm、2.5mm、2.0mm、1.5mm、1.0mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm或0.2mm或更小的厚度。合适地，产品可具有至少0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm、1.5mm、2mm或更大的厚度。这些厚度中的每一者均可用于结构性和承重的三维产品中。

在实施例中，本发明的隔热复合材料在模塑和随后干燥时形成弹性自支撑结构，其能够支撑负载和/或保持饮料，具有类似于石油基塑料或生物基复合材料的特性。本发明的复合材料的刚性和高抗拉强度特性允许使用该材料来形成“结构包装”，即，形成无需结构的外部支撑的三维承重结构的包装或产品，以及由其他结构或产品支撑的衬里或涂层。不希望受理论的约束，据信海藻提取物，合适地为卡拉胶，特别地为κ型卡拉胶，在结构和承重方面为复合材料提供了令人惊讶的有益特性。

本发明的复合材料或由其形成的产品可接受印刷介质，例如水基或油基印墨。本发明的复合材料以及由其形成的产品可以合适地经模塑以显示存在于模具上的压印细节。产品的结构刚性类似于石油基塑料或生物塑料复合材料的结构刚性，这意味着预期本发明的产品将能够在不经改性的情况下用于当前的印刷机械中。

本发明的产品，例如包装材料，可以表现出有用的氧气阻隔特性。这可能意味着包装材料将使所容纳的物品保持更长时间的新鲜度并且延长其保质期。

在本发明的另一个令人惊讶的益处中，已经发现与传统的石油基塑料(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))或生物塑料(诸如PLA)相比，由本发明的隔热复合材料制成或包含本发明的隔热复合材料的食品包装可使得其中容纳的食品(合适地为新鲜食品、蔬菜或乳制品诸如奶酪)的保质期延长。该复合材料的吸湿性意味着包装内的任何环境湿气均被该复合材料吸收并且保留，意味着储存食物的环境变得不太适合微生物生长，而微生物生长通常导致霉菌生长和腐烂。这与该复合材料的氧气阻隔特性一起，延缓了包装内食品的变质，从而延长了食品的保质期。

在实施例中，产品或结构库存单位(SKU)中容纳的农产品或易腐物品的保质期(定义为物品保持适合消费或可销售的时长)在给定温度下可延长至少10％。合适地，保质期可延长至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、200％、300％、400％、500％或更多。

在另一方面，本发明涉及一种制备如上文所定义的隔热复合材料的方法，该方法包括以下步骤：

(a)使海藻提取物与水或其他合适的极性溶剂接触，以形成海藻提取物水凝胶；

(b)将海藻提取物水凝胶与生物可降解填料混合，以形成混合物；

(c)将混合物干燥，以形成复合材料。

步骤(a)中的海藻提取物和/或步骤(b)中的生物可降解填料可以如本文别处所定义。合适地，海藻提取物为κ型卡拉胶。合适地，生物可降解填料可以是定义为生物可降解的任何微粒材料。合适地，生物可降解填料选自由以下项组成的组：软木；干茶叶；咖啡颗粒；锯末；大麻纤维；干草、秸秆、干燥的颗粒状食物废弃物、颗粒状植物种子、干燥的颗粒状水果和蔬菜皮或外皮，更合适地为软木颗粒。

除水以外，步骤(a)中合适的极性溶剂可以是能够与海藻提取物形成合适的水凝胶的任何极性溶剂。合适地，极性溶剂具有允许在模塑之后干燥配制品的沸点。合适地，该溶剂无害并且不破坏环境。在此上下文中的极性溶剂可包括但不限于乙醇、甲醇、丙醇、丁醇、丙酮、乙酸乙酯和二甲基亚砜。

在实施例中，在步骤(a)中，将海藻提取物(合适地呈粉末形式)与冷水混合或以其他方式合并，以形成糊状物。可以在该阶段合适地添加任何要添加的添加物，诸如甘油。然后将该糊状物加热(合适地进行混合)至升高的温度。加热时，形成海藻提取物水凝胶。合适地，该升高的温度可以为80℃或更高，更合适地为80℃至100℃，甚至更合适地为90℃至100℃。在实施例中，糊状物可在该升高的温度下保持大约20分钟与大约4小时之间。合适地，接触大约1小时至大约3小时之间。最合适地，接触大约2小时。

在实施例中，在步骤(a)中，海藻提取物水凝胶中海藻提取物的浓度可以为海藻提取物水凝胶的1％w/v至10％w/v，甚至更合适地为1％w/v至8％w/v，更合适地为5％w/v至6％w/v。在实施例中，在步骤(a)之后，将另外的水或其他适当的极性溶剂酌情加入水凝胶中，以达到期望的粘度。合适地，在步骤(b)中使用的海藻提取物水凝胶的稠度使其为液体。水凝胶中水的总量可以为在步骤(a)中加入的原始水体积的100％至300％之间。

在实施例中，在步骤(b)中，混合物中生物可降解填料的浓度可以在2重量％至10重量％之间，更合适地在4重量％至6重量％之间。

在实施例中，步骤(a)可以在升高的温度下进行。合适地，可以在大于80℃、更合适地在80℃至100℃范围内、甚至更合适地在90℃至100℃的温度下接触。

在实施例中，可以在步骤(b)中继续或重新开始加热。在步骤(b)中的混合期间(其在实施例中为大约30分钟)，将混合物加热至90℃。混合完成后，除去加热并且使混合物冷却。

在形成海藻提取物水凝胶时，由于混合物中形成气泡，可能发生起泡情况。在步骤(b)中的整个加热过程中，可能继续起泡。可以在步骤(b)期间或之后的任意时间去除泡沫，并且可以重复去除所形成的泡沫。可以在步骤(a)和/或(b)中应用消泡。混合物的脱气可以先于泡沫的去除，或同时进行。从溶液中脱气或其他形式的去除气泡可以在不去除泡沫的情况下自行进行。此类脱气可包括在加热期间搅拌混合物以促使从混合物中释放出气泡。可替代地或另外地使用并且也设想到了其他形式的脱气，诸如在大气压下或在减压(真空)下的超声处理和振动。合适地，将混合物脱气大约2小时至大约8小时。合适地，大约2小时至大约6小时。最合适地，脱气进行大约3小时至大约4小时。合适地，脱气发生在步骤(a)和/或(b)中加热的同时或紧接着在加热之后发生。

在步骤(b)结束时，组分的最终浓度可以为：海藻提取物在1重量％至12重量％之间、合适地5重量％至7重量％之间的范围内；生物可降解填料在3重量％至5重量％之间的范围内；并且水或其他合适的极性溶剂在80重量％至90重量％之间的范围内。所有重量百分比均基于步骤(b)结束时混合物的总重量计。

具有较高粘度(干燥前)的混合物(当干燥时)产生密度更大、结构性更强的产品。如果制备的混合物具有较低的粘度(干燥前)，则所得(干燥的)产品通常密度较低。

在实施例中，该方法可包括在步骤(a)和/或(b)中加入一种或多种如本文别处所定义的添加物的步骤。添加物可以为染料或颜料。这些添加物可以为复合材料上色。其他添加物可以为如上所述的盐或甘油。合适地，可以将盐或甘油加入在步骤(a)中所产生的混合物中。

在另一方面，本发明涉及一种生产如上文所定义的产品的方法。该方法包括如上文所定义的用于形成复合材料的步骤(a)至(c)，以及在步骤(b)与(c)之间的将混合物形成或模塑成产品形状的步骤。

形成步骤可包括模塑。合适地，模塑可包括浇铸、挤塑、压塑、压模、注塑、滚塑或滑模、吹塑。最合适地，模塑为压模。

模塑技术可选择为适合大规模制造，例如注塑、压模或浇铸。

通常在高于环境温度的条件下将材料加入模具中，以保持混合物具有所需的流动性。合适地，在大约80℃至100℃或更合适地85℃至95℃，将材料加入模具中。在实施例中，在大约70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃，将材料加入模具中。合适地，在大约90℃，将材料加入模具中。在低于70℃，材料可能凝固，从而使合适的模塑变得复杂或无法进行。

当包含生物可降解填料的液体复合水凝胶冷却并且凝固时(在适当的时间之后)，则可以分离模具，并且材料留在模具的凸形部分或凹形部分中的至少一者上，合适地在模具的凸形部分(或心轴)上，以使凝固的复合材料暴露于干燥环境，并且由此通过从凝固的凝胶中蒸发溶剂(合适地为水)来促进复合材料的干燥。该干燥过程通常将持续直至该复合材料变得合适地具有刚性和自支撑性(通过干燥过程)，使得它可以脱模，得到成品。在一些实施例中，成品具有与PET塑料和PLA生物塑料相媲美的外观和特性。此外，通过在干燥期间将凝固的凝胶保留在凸模或心轴上，控制收缩并且防止成品变形。

在其中材料在模具中至少部分地冷却的实施例中，将复合材料在模具中冷却至环境温度。合适地，可将复合材料冷却至低于大约40℃且高于大约0℃的温度。合适地，可将复合材料冷却至大约或恰好为30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃的温度。

在实施例中，本发明的复合材料可在室温、压力或渗透下干燥。在实施例中，复合材料可以在受控的大气环境(例如，低湿度环境或其中湿度低于环境大气的环境)中或在降低的大气压下或在紫外(UV)光下干燥。复合材料也可以经由在盐水(盐和水浴溶液)、盐颗粒/粉末或在玉米或小麦粉/粉末中的渗透作用进行干燥。合适地，干燥复合材料的装置可以在其中水的沸点下降的真空烘箱中进行。该方法通常用于热敏材料，诸如本发明的复合材料。

除其他干燥方法以外或代替其他干燥方法(包括上文所述的那些)，还可以应用加热以进一步促进干燥，但必须注意避免熔化复合材料。在实施例中，复合材料可以在低于60℃的温度干燥。合适地，复合材料可以在30℃与60℃之间、或30℃与50℃之间、最合适地40℃的温度干燥。合适地，复合材料可以在至少30℃、40℃或50℃的温度干燥。合适地，复合材料可以在至多60℃、50℃、40℃或30℃的温度干燥。与在环境大气条件下干燥相比，在大气压下降的干燥环境(诸如真空烘箱)中，可以降低所需的加热温度。

在其他实施例中或除上文所述的那些实施例以外，在干燥步骤期间容纳复合材料的模具上方的大气可具有低相对湿度。合适地，复合材料上方大气的相对湿度可以为大约70％或更低。合适地，模具上方大气的相对湿度可以在50％与70％之间。合适地，模具上方大气的相对湿度可以为大约60％、55％、50％、45％、40％或更低。

在其他实施例中或除上文所述的那些实施例以外，在干燥步骤期间容纳复合材料的模具上方的大气可以在低于环境大气压的压力下。合适地，在干燥步骤期间，模具上方的大气压力可以为7psi至14psi。合适地，压力为至多14psi、13psi、12psi、11psi、10psi、9psi、8psi、7psi或更低。合适地，压力为至少1psi、2psi、3psi、4psi、5psi、6psi、7psi或更高。

可(例如)在室温、在除湿机中(最高大约60℃)和/或在真空烘箱中(最高大约60℃)进行干燥。

在实施例中，可设想产品可由具有合适厚度的复合材料片材再加工而成。再加工可包括首先形成本发明的复合材料片材，例如通过将源自上述步骤(b)的混合物倾倒或沉积到平坦表面上，以及然后冷却，再然后以类似于上文在压模的上下文中所述的方式干燥该复合材料。在实施例中，将片材固定到平坦表面(合适地，通过合适的重物例如板)，以防止在干燥期间收缩或变形。然后可以将由复合材料形成的片材在水存在下进行汽蒸和/或加热，例如通过将其置于热水(高于80℃)中适当的时长(例如，5秒)，并且然后将其再加工成所需的形状。合适地，再加工可通过将片材包裹，然后保持在合适模型的轮廓的方法来进行。一旦复合材料已经充分冷却和/或干燥以形成产品，即可移除模型。可使用真空成型，通过向片材施加真空以使得它被紧紧地拉过合适的模型来进行再加工。对于再加工，片材在再加工之前可具有合适的厚度(即，在其最短尺寸上)，该厚度为0.0.1mm至10mm，更特别地为1mm至5mm，甚至更特别地为0.5mm至1.5mm。

在另一方面，本发明还涉及一种溶解、降解、生物降解或以其他方式安全分解上述本发明早先方面的复合材料或产品的方法。除该材料能够在各种自然环境和人造环境(诸如工业堆肥设施)中快速完全生物降解(少于4至6个月)之外，将复合材料溶于水中的选择在废弃物流的管理方面可能很重要。

具体地，该复合材料的海藻粘结剂易溶于水的能力可有利于帮助防止产品/复合材料在被消费者错误丢弃在回收箱中时污染塑料回收废弃物流(该复合材料旨在用于堆肥废弃物流)这通过促进其在可回收塑料浸没于液体中并且在加工前进行清洗之际的分离来实现。在复合材料中，仅海藻成分可溶于水，而复合材料中的生物可降解填料诸如软木则不溶于水。一旦海藻成分溶解，则生物可降解填料(合适地为软木塞)将再次呈颗粒状，并且仍然与塑料分离，且在塑料回收过程中不会造成任何破坏。

在复合材料或由其衍生的产品的实施例中，溶解复合材料或产品的方法包括以下步骤：使复合材料或产品与液态水在至少50℃、更特别地至少70℃、甚至更特别地至少85℃的温度接触。在该方法中，复合材料可包含40重量％至90重量％、更特别地60重量％至600重量％的量的海藻提取物。特别地，复合材料可包含5重量％至60重量％、更特别地30重量％至50重量％的量的生物可降解填料。更特别地，复合材料可包含1重量％至20重量％的水，甚至更特别地2重量％至15重量％的水。合适地，在连续搅拌下使复合材料与温度为90℃的水接触30分钟至1小时以实现溶解。

本发明的复合材料或由其衍生的产品能够溶解为无害的、具有食品安全性的水溶性组分，拥有提供简单且可靠的废弃物处理流的优势。如果复合材料和/或产品要在环境中完全且快速地生物降解，这一优势很有必要。当通过适当管理的废弃物流进行处置时，上述方法提供了一种易于处置复合材料或产品的手段。复合材料根据其温度溶于水中的能力允许针对给定用途选择特定的复合材料，具体取决于环境、其预期时间尺度和设想到的该用途的废弃物流。

实例

实例1-用于制备根据本发明的隔热复合材料/组合物的具体方法

将粉末形式的κ型卡拉胶(30g)加入500g水(20℃)中，然后混合5分钟。在其中加入甘油的实施例中，可以在该阶段加入甘油。将所得糊状物置于热水浴(90℃)中温热至90℃。随着混合物温度升高并且达到90℃，其变成液体凝胶(水凝胶)。将该混合物在90℃保持2小时。从水凝胶混合物中去除收集到的任何泡沫。

然后将生物可降解填料(24g至40g)加入热κ型卡拉胶凝胶中，并且在90℃的温度混合30分钟。从生物可降解填料-水凝胶混合物中去除收集到的任何泡沫。

通过将制得的90℃的热溶液倒入凹模中来生产模塑产品。然后将凸模压入凹模中(即，压模)，并且使溶液冷却至25℃，水凝胶随之凝固。然后分离模具，并且将附着在模具凸形部分的凝固的生物可降解填料-凝胶留下以在环境压力和湿度下在60℃进行干燥，直至其完全干燥(大约8小时)。

所得模塑产品包含如表1中所示比例的海藻提取物、水和填料(按重量计的含量，基于组合物的总重量计)。

基于通过比较模塑前凝固凝胶的重量和产品的最终重量所确定的含水量来计算相对重量百分比。假设在制备过程中生物可降解填料和κ型卡拉胶的材料质量无损失，或者在干燥前的制备期间无水分损失。

所得包装为完全生物可降解和隔热的，并且在80℃及更高温度的热水中溶解为生物可降解填料。

对于使用软木作为生物可降解填料的实例，软木颗粒具有0.1mm至0.3mm或0.3mm至0.8mm的平均粒径。

对于使用锯末作为生物可降解填料的实例，锯末作为来自木材加工的废料获得并且具有0.5mm的平均粒径。

对于使用茶叶作为生物可降解填料的实例，茶叶作为饮料行业的废料(已经用沸水或近沸水冲泡，压榨，然后丢弃)获得。将压榨的茶叶进一步干燥至含水量为约8重量％至15重量％进行储存，以消除霉菌形成。茶叶具有0.5mm的平均粒径。

对于使用咖啡渣作为生物可降解填料的实例，咖啡渣作为饮料行业的废料(已经用沸水或近沸水冲泡，压榨，过滤，然后丢弃)获得。将压榨的咖啡渣进一步干燥至含水量为约8重量％至15重量％进行储存，以消除霉菌形成。咖啡渣具有0.5mm的平均粒径。

对于使用甘油作为添加物的实例，在上文的一般实验中指出添加30克甘油，并且所得组合物包含27重量％至32重量％的κ型卡拉胶、27重量％至32重量％的甘油、26重量％至36重量％的软木颗粒和10重量％的水(按重量计的含量，基于组合物的总重量计)。

实例2-示例性组合物的制备

根据实例1的一般方法制备根据本发明的组合物1至7，适当地替换和/或调整海藻产品和组分的比例。

还根据实例1的一般方法制备并非根据本发明的比较组合物8，从该组合物中省去软木颗粒。组合物1至8的总结见表1：

表1

实例3-隔热

本发明组合物的实施例延缓热损失或传递的能力(隔热测试)使用由包含以下的本发明的组合物制成的容器进行：不同的海藻提取物；CK和琼脂以及不同的生物可降解填料，并且对于使用软木的实施例，为不同尺寸的软木颗粒。

为测量组合物中生物可降解填料量的隔热效果，将海藻提取物和水的含量保持相同。另一方面，生物可降解填料的量按重量计增加。使用实例1的一般方法并且通过在同一模具中形成各组合物(意味着它们被挤出为相同的体积)来制备所用的容器。

作为对照，仅用海藻提取物和水而不添加软木颗粒来制备另一种组合物(组合物8)，以说明海藻提取物组合物中软木颗粒的隔热效果。

在室温外部环境中，将冰块置于各测试容器中。10分钟后，用红外线温度计从外部测量各容器的表面温度。

结果如表2所示：

表2

结果表明，根据本发明的所有组合物(组合物1至6)和9至11均提供了良好的隔热能力。一般来说，软木似乎提供了更出色的结果，并且似乎用更大的软木粒径(组合物1至3)获得了稍微更好的结果。相比之下，其中不含生物可降解填料的海藻基组合物显示出最低的隔热能力(组合物8)。根据这些结果，在海藻基组合物中使用生物可降解填料(并且特别是软木颗粒)具有明显的优势。

示例4-可模塑性

使用以下方法测试模塑实例2的示例性组合物的能力。

在包括凸形部件和凹形部件的压模中形成组合物。在移除模具的一部分后，可在干燥前观察凝胶态中各组合物的粘合特性。记录不同组合物如何在较小或较大的程度上附着到模具。

在该脱模过程中，观察到琼脂基组合物(组合物7)损坏。这表明琼脂组合物不具有足够的抗拉强度以承受脱模过程。

在干燥过程结束时(下方右侧栏)，观察到包含超过40重量％、尺寸为0.5mm的软木颗粒的组合物已经破裂和损坏。另一方面，当软木粒度减小至0.2mm时，可使用最多43％的软木颗粒。

对于那些包含锯末、茶叶或咖啡渣的组合物，观察到良好的模塑特性。

结果示于表3和图1至8中：

表3

Y＝定性正向结果

N＝定性负向结果

软木：

如图1所示，组合物1在模具上经成功干燥，无任何裂缝或裂纹。

如图2所示，组合物2在模具上经干燥无任何裂缝或裂纹。但是，材料收缩并且从模具中逸出，造成轻微变形。

如图3所示，组合物3在模具上经干燥出现裂缝或裂纹。此外，材料收缩并且从模具中逸出，导致显著变形。

如图4所示，组合物4在模具上经干燥具有几处裂缝和裂纹。此外，材料收缩并且从模具中逸出，导致显著变形。

如图5所示，观察到具有较小颗粒的组合物在表面上具有更光滑和更均匀的观感。

其他生物可降解填料：

如图6至8所示，组合物9至11分别在模具上经干燥，无任何裂缝或裂纹。另外，将组合物11(如图8所示)干燥后从模具中取出，然后进行修剪。

实例5-密度/亮度

利用实例2的组合物1至7和9至11确定最终干燥组合物的密度。如给定样品的质量所示。

将各组合物倒入具有相同体积的相同模具中。测量最终的干燥材料重量和厚度。

结果如表4所示：

表4

当固体凝胶/组合物最初脱模时(湿润时)，它们在相同模具中均具有相同的厚度。将它们留在凸模上干燥后，水分蒸发，并且材料收缩。因此，最终干燥后的厚度由生物填料的含水量和粒径决定。这也意味着仅内部(空心)体积由凸模控制。

通过将质量除以总体积来测量密度(厚度越大，意味着总体积越大)。

根据结果，具有最低密度的组合物是组合物3，其具有最高的软木含量和较小的软木粒度。通过将质量除以体积(M/V)来测量密度；因此，含有0.5粒度的组合物3具有最低的密度。但是，由于所有组合物均被模塑为相同的体积，因此含有0.2粒度的组合物6最轻，但比其余组合物更致密。

从表中可以看出，软木组合物(实例1至6)比其他茶叶、锯末和咖啡渣组合物(实例9至11)更轻。

实例6-κ型卡拉胶的分析

在以上实例中使用的κ型卡拉胶被鉴定为源自热带植物物种耳突麒麟菜(Eucheuma cottonii)/长心卡帕藻(kappaphycus alvarezii)(两者在工业上通常被视为一种)，其使用凝胶压榨工艺制得并且不添加稀释剂。

对本发明的示例性实例中使用的κ型卡拉胶的一个实施例进行了分析。总体评注是样品为非常常见的凝胶压榨κ型，具有良好的颜色和优异的透明度。一种通用级，而不是特定的果冻、糖果或乳制品级别。

表5中示出了有关所用样品的典型特性和评注：

过去见过的一个非常相似的级别是Andi-

AJK-491。

表5

用于本发明的κ型卡拉胶的典型规格如表6所示：

表6

尽管本文已经详细公开了本发明的特定实施例，但是其仅以举例的方式并且仅出于说明的目的公开。上述实施例并非旨在限制本发明的范围。本发明人设想到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明进行各种替换、更改和修改。

Claims (25)

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)在家庭堆肥堆中少于六个月即可完全堆肥

d)在海洋中少于6个月即可完全生物降解。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料为可模塑的。

18.一种由根据权利要求1至17中任一项所述的复合材料形成的产品。

19.根据权利要求18所述的产品，其中所述产品具有选自由以下项组合的组的形状：板；平面片材；规则球体；不规则球体；规则球状体；不规则球状体；规则立方体；不规则立方体；规则长方体；不规则长方体；规则椭圆体；不规则椭圆体；规则圆柱体；不规则圆柱体；规则锥体；不规则锥体；规则棱柱体；不规则棱柱体；规则角锥体；不规则角锥体；壳状、蛤状或具有内部空隙或中空的形状，以及它们的任意组合。

20.一种生产根据权利要求1至17中任一项所述的复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：

a)使所述海藻提取物与水接触，以形成海藻提取物水凝胶，

b)将所述海藻提取物水凝胶与生物可降解填料混合，以形成混合物，以及

c)使所述混合物干燥，以便形成所述复合材料。

21.根据权利要求20所述的方法，其中步骤(a)包括将所述海藻提取物在水中的混合物加热至在大约70℃至大约100℃范围内的温度，以形成所述海藻提取物水凝胶。

22.一种生产根据权利要求18或权利要求19所述的产品的方法，所述方法包括如权利要求20或权利要求21中所述的生产复合材料的方法的步骤(a)至(c)，以及在步骤(b)与(c)之间的以下附加步骤：将所述混合物模塑成所述产品的形状或三维形式。

23.一种对产品进行再加工的方法，其包括通过根据权利要求22所述的方法来生产产品，其中所述方法进一步包括：

f)通过使所述产品与水或蒸汽接触来软化或融化产品，以提供软化的产品；

g)进一步操纵所述软化的产品，以提供再加工产品，其中所述再加工产品具有与所述产品不同的形状；

h)将所述再加工产品干燥，以提供干燥的再加工产品。

24.一种工业生物降解根据权利要求1至17中任一项所述的复合材料或根据权利要求18或19所述的产品的方法，所述方法包括以下步骤：将所述复合材料或产品暴露于其中生物降解速率提高的条件。

25.一种将根据权利要求1至17中任一项所述的组合物或根据权利要求18或权利要求19所述的产品堆肥的方法，所述方法包括以下步骤：将所述组合物或产品暴露于其中所述组合物或产品降解形成堆肥或适合用于堆肥中或作为土壤添加物用作土壤肥料的材料的条件。

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