CN116848150A - 生物塑料组合物、包括其的生物塑料产品以及相关生产方法 - Google Patents

Abstract

生物塑料组合物包括：至少一种海藻提取物，相对于生物塑料组合物的重量，浓度为按重量计30％至80％；水，相对于生物塑料组合物的重量，浓度为按重量计1％至30％；至少四种添加剂，相对于生物塑料组合物的重量，以按重量计20％至70％的总浓度存在；其中添加剂包括至少一种增塑剂、至少一种抗微生物剂、至少一种胶凝剂和至少一种佐剂。

Description

生物塑料组合物、包括其的生物塑料产品以及相关生产方法

技术领域

本发明涉及生物塑料组合物、包括其的生物塑料产品以及相关生产方法。

背景技术

大部分工业行业涉及由塑料材料制成的物品的生产或使用。具体地，其中，一次性用品行业，诸如，例如家用容器或餐具以及包装行业在它们的生产循环中是塑料材料的最大用户。

最常用的材料是来源于石油的合成聚合物，诸如，例如聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚丙烯(PP)等。

这些材料具有多种优势，包括以下事实：它们结实、柔韧且可以容易地使用，例如通过在模具中形成或以薄膜铺展来获得具有预定形状的产品，和/或通过热封(heat-sealing)来获得用于包装的物品(如小袋和袋)。

然而，众所周知，在生产循环和它们的后续处理两个方面，这些材料具有高环境影响并且它们的广泛使用对污染具有极大影响。

事实上，除它们自身极大的污染之外，塑料材料需要反过来极其污染的生产循环，这涉及使用对于环境和对于动物生物有毒/有害的物质。

平均地，每年生产3.8亿吨塑料，这涉及使用超过12亿桶原油来生产它们。在3.8亿吨塑料中，接近50％的包装物品是一次性的，并且据估计到2050年该数字将增至三倍。

当在环境中分散时，已知的塑料材料具有100-1000年的平均寿命。在该时间期间，已知的塑料材料倾向于分解成极小的塑料碎片，即所谓的微米和纳米塑料。

这些微米和纳米塑料几乎总是在海洋中完结并成为食物链的一部分，在以它们为生的动物的组织中生物积累，并且因此在人类的组织中生物积累，以及随之对后者健康具有显著不利影响。

在地中海，微米和纳米塑料与浮游生物的比例为1:2。近期研究发现全球市场中销售的鱼中25％被微米塑料污染，并在消化道中显示出它们的踪迹。这种鱼作为饲料或者作为植物的肥料用于人类消费。

同时，常规塑料材料的再循环过程并不总是可能的，因为所处置的(disposed)物品通常较脏或者由无法分开的不同材料的组合制成。此外，就膜来说，再循环过程不是经济上可行的，并因此这些通常通过焚烧直接处理。

另外，常规塑料材料的再循环不是真实“环形的”，而是遵循螺旋下降模式，这仅是延迟了废塑料问题，而不是解决了该问题。事实上，塑料再循环过程的得率不是100％，因为它在任何情况下需要补充“纯”塑料材料以获得所需的产品，而再循环部分质量较低。例如，在直接食品应用中所使用的塑料材料(假设它们以对于再循环足够干净的状态达到再循环机构)，在这种塑料材料的寿命期间在再循环等后不可以重复用于食品应用，它们最终将不得不被垃圾填埋或焚烧。

因此，近年来，对于环境影响降低、有效可再循环、可生物降解并且可堆肥的新型塑料材料的研究和开发增加。

其中，氧化可降解(oxo-degradable)的材料是常规石油基塑料，其由多达5％的旨加速降解塑料的氧化剂组成。然而，该氧化剂不会使石油基塑料更可生物降解。此外，由于这种氧化添加剂，即使氧化可降解塑料也不是可再循环的。

生物共混物由常规石油基塑料材料组成并且具有小百分比的生物塑料，诸如，例如来源于淀粉的生物塑料。

生物PET和生物PP是来源于酯化植物油来源而不是原油的常规聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚丙烯。然而，生物基不意味着可生物降解，并且尽管生物PET和生物PP含有小部分的热塑性淀粉或来源于天然油剂，但是它们在化学上与它们相应的石油来源的对应物相同，并且因此具有相同缺点。

最终，最近开发的材料包括生物塑料，其来源于从食品来源释放的植物生物质的直接或间接发酵。最常见的原材料是玉米、甘蔗和甜菜。

在生物塑料中，最熟知的是聚乳酸(PLA)，其通过发酵来自植物(如玉米、甘蔗和甜菜)的淀粉和糖产生。

PLA是可堆肥的，然而，PLA的堆肥涉及在限定温度和湿度条件下以及在专门微生物的存在下建立的工业降解过程。因此，PLA不能使用家用堆肥装置堆肥。

此外，用于生产PLA的植物需要长生长周期，并且大量使用污染流域和蓄水层并使其富营养化的化肥和杀虫剂。

另外，除了需要大量清水(由于稀缺，清水已日益成为宝贵物品)的事实外，用于生产生物塑料的农业用地的使用造成用于食品目的和用于塑料/工业目的的食品生产之间的显著矛盾，这种矛盾在农业生产已受限制和/或成问题且较差的地方更加严重。

最终，应注意已知的生物塑料(诸如，例如PLA)，如果未正确处置，将污染常规石化塑料的再循环过程，因此损害了再循环过程本身。这种污染使得必需焚烧整批要再循环的塑料废料，另外将对所涉及的机器造成严重损坏。

另一类生物塑料是聚羟基脂肪酸酯(polyhydroxyalkanoate)(PHA)。

这类生物塑料是在自然界中真实降解的唯一生物塑料。然而，由于它们高度的脆性和极高的成本，PHA具有非常有限的应用。尽管PHA的制造方法是自20世纪70年代中期开发和研究的技术，但是由于它们极高的生产成本(比常规塑料高15-20倍)，PHA从未能够达到工业规模。此外，像其它生物塑料一样，PHA也来源于相同原材料(甘蔗、甜菜、玉米…)，因此使它们不可持续。

与替代材料的使用有关的其它主要缺点在于以下事实：相对于关键方面，如机械强度、耐化学性、屏障性能、大规模可制造性和商业/经济可行性，这些材料通常是不令人满意的，这使得它们在制造商中仍不常见。

因此，需要允许有效降低常规塑料材料所引起的环境影响，并且同时在工业应用中易于使用的新型生物塑料组合物。

发明内容

本发明的主要目的是设计具有与常规塑料材料相当的物理机械性质的生物塑料组合物。

本发明的另一个目标是设计在自然界中可生物降解且可堆肥同时避免工业过程的生物塑料组合物。

本发明的其它目标是设计将能够制造对于消费者安全的生物塑料产品的生物塑料组合物。

本发明的又一个目标是设计涉及环境友好、环境可持续且可大规模重复的生产方法的生物塑料组合物。

本发明的另一个目标是设计允许在简单、合理、容易且有效使用并且在可承受的解决方案的范围内克服现有技术的上述缺点的生物塑料组合物。

通过具有权利要求1的特征的本生物塑料组合物实现上述目标。

此外，通过具有权利要求19的特征的本生物塑料产品实现上述目标。

最终，通过具有权利要求24的特征的生物塑料产品的本生产方法实现上述目标。

具体实施方式

本发明的其它特征和优势将从生物塑料组合物的优选(但不排他)的实施方式的描述中变得更加显而易见。

出于方便的目的，在本公开的其它描述前，本文列出了在描述和实例中所使用的某些术语。

术语“生物塑料”是指来源于生物来源并且具有与来源于石油衍生物的塑料类似性质的聚合物材料。生物塑料材料可以直接来源于生物材料或微生物，或者它们可以通过从相应单体起始的常规化学合成获得。

术语“海藻”是指常用于几组多细胞海藻(通常在海洋或淡水体中或靠近海洋或淡水体处发现)的术语。

术语“海藻提取物”是指从海藻中分开或分离的多糖。适当地，分开或分离方法是通过化学或物理提取(例如，醇沉淀和碱水解)。例如，可以通过挤压海藻植物或其部分，然后过滤以除去残余固体海藻材料来获得海藻提取物。替代地，可以通过用适合的溶剂(诸如，例如碱水溶液)洗涤海藻，并通过收集作为保留的不溶物质的所需的提取物来获得。提取物可以经受另外的纯化/分离阶段。海藻提取物可以来源于属于相同属的多种海藻和/或来源于属于不同属的海藻。

术语“添加剂”是指存在于组合物中的除海藻提取物以外的化合物。添加剂优选地是天然来源的，并且其自身可以提取自海藻。具体地，在国际食品认证机构批准的物质中选择添加剂以限制对环境和生态系统两者的影响。

术语“包括”是指以下事实：必须包括任何上述要素并且可以任选地包括其它要素。

术语“可生物降解的”是指在自然界和/或在生物的作用下能够被化学和/或物理分解的产品。该术语在本文中用于表示组合物或组合物内的组分，它们在水或含水或潮湿环境中，通常通过微生物(如细菌或真菌)的作用天然分解成无害成分。

术语“可堆肥的”是指以下事实：在降解后，产品被分解成可以用于肥沃土壤的营养物。

术语“可食用的”是指在由结构(如EFSA和/或FDA)管理和批准的每日摄入限制内无危害的物质，它们可以被人类或动物摄入而没有不利影响或造成健康风险。

组合物包括：

至少一种海藻提取物，相对于生物塑料组合物的重量，浓度为按重量计30％至80％；

水，相对于生物塑料组合物的重量，浓度为按重量计1％至30％；

至少四种添加剂，相对于生物塑料组合物的重量，以按重量计20％至70％的总浓度存在。

海藻提取物有助于使组合物显著地可持续。事实上，海藻不需要大量利用土地或者使用清水或者肥料和杀虫剂。此外，海藻通常具有相当短的生命周期，并因此可以以集约方式(intensive way)培养。

优选地，为了不影响水生生态系统，海藻提取物来源于培养的海藻。此外，根据所培养的种，海藻每年每培养公顷捕获5吨至10吨的量的二氧化碳，所以培养是有利的。

有利地，海藻提取物包括以下项的至少一种：卡拉胶、琼脂、海藻酸盐、岩藻依聚糖(fucoidan)或它们的组合。

卡拉胶是通过半乳糖和3,6-脱水半乳糖(可能硫酸酯化)单元的重复所提供并通过糖苷键连接在一起的高分子量多糖。

卡拉胶是在影响其性质的硫酸酯基团的数目和位置以及连接单个单体的键方面彼此不同的不同分子结构的形式。

琼脂是通过琼脂糖和琼脂胶单元的重复所提供的多糖。琼脂糖是由琼脂二糖单元(一种反过来主要由D-半乳糖单元组成的二糖)的重复组成的线性多糖聚合物。琼脂胶是通过丙酮酸和葡糖醛酸单元重复所提供的聚合物。

海藻酸盐是通过D-甘露糖醛酸和L-古罗糖醛酸单元的重复所提供并且具有高增稠和胶凝能力的多糖。

反过来，岩藻依聚糖是由岩藻糖及包括半乳糖、木糖、阿拉伯糖的其它糖单元的重复所提供的多糖。

生物塑料组合物可以包括两种或更多种海藻提取物的组合。事实上，与通过单独使用同一海藻提取物所获得的性质的简单组合相比，两种或更多种海藻提取物的组合可以允许获得显著改善的性质。

优选地，生物塑料组合物包括卡拉胶和琼脂的组合。

具体地，卡拉胶选自包括以下项的列表：ι卡拉胶、λ卡拉胶、κ卡拉胶以及它们的组合。

优选地，卡拉胶是κ卡拉胶。κ卡拉胶形成强且耐久的凝胶，特别是在钾离子的存在下。此外，κ卡拉胶形成显著透明的凝胶，这为生物塑料组合物提供优良的光学性质。

方便地，海藻提取物来源于属于红藻门(phylum Rhodophyta)和来源于选自包括江蓠属(Gracilaria)、石花菜科(Gelidiaceae)、卡帕藻属(Kappaphycus)、宽果藻属(Mastocarpus)、麒麟菜属(Euchema)和角叉菜属(Chondrus)的列表的属之一的至少一种海藻。

上述海藻富含凝胶物质，如琼脂和卡拉胶。

如上所述，生物塑料组合物还包括添加剂。这些添加剂具有调节生物塑料组合物性质的功能，从而根据通过本生物塑料组合物所获得的所需生物塑料产品的类型，为后者提供所需的机械性质。

方便地，生物塑料组合物包括：

至少一种海藻提取物，相对于生物塑料组合物的重量，浓度为按重量计40％至70％；

水，相对于生物塑料组合物的重量，浓度为按重量计5％至25％；

至少四种添加剂，相对于生物塑料组合物的重量，总浓度为按重量计30％至50％。

根据本发明，添加剂包括至少一种增塑剂、至少一种抗微生物剂、至少一种胶凝剂和至少一种佐剂。

具体地，增塑剂具有与海藻提取物链形成特异性相互作用并且在它们之间形成空隙的功能，该空隙允许聚合物链自由移动，从而导致生物塑料产品具有更大柔韧性。

抗微生物剂具有杀死微生物或者减缓它们生长的功能。抗微生物剂包括抗菌剂、抗病毒剂、抗真菌剂和抗寄生虫剂。这些化学品的目标应用用于保持材料的完整性以防止过早降解，以及延长包括这些生物塑料组合物的产品和其中所含的任何制品两者的货架期(shelf life)。这对于食品应用特别重要，其中抗微生物剂为模具提供保护并且在生产、运输和存储期间使微生物远离食品。

胶凝剂的功能是能够、加快或促进凝胶交联的形成，并且使其更坚固和更耐受多个生产阶段。更详细地，胶凝剂促进物理和化学交联(包括离子键)、促进氢键，并且允许获得渗漏(percolation)，从而使得交联整体上更稳定且更坚固。

佐剂相对于要获得的生物塑料产品的类型具有特定功能。

具体地，佐剂选自包括以下项的列表：防水剂、亲脂剂、pH调节剂、乳化剂、调味剂、着色剂、甜味剂、抗氧化剂、填充剂、抗湿剂或感官刺激剂。

有利地，添加剂包括：

增塑剂，相对于所述添加剂的总重量，浓度为按重量计50％至95％；

抗微生物剂，相对于所述添加剂的总重量，浓度为按重量计0.01％至30％；

胶凝剂，相对于所述添加剂的总重量，浓度为按重量计0.01％至30％；和

佐剂，相对于所述添加剂的总重量，浓度为按重量计0.01％至30％。

方便地，增塑剂选自包括以下项的列表：甘油、山梨糖醇、甘露糖醇、木糖醇、丙二醇、麦芽糖醇、赤藓糖醇、乳糖醇、蔗糖、果糖、氧化蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、甘油、异苹果酸酯(isomaltate)、脲、胆碱、硼酸、硼酸盐、硼砂、尿酸、柠檬酸、乙酸、山梨酸、硬脂酸、棕榈酸、三乙酸甘油酯、三辛酸甘油酯、一醋精(monodiacetin)、二醋精、三醋精。

根据本发明的优选实施方式，增塑剂是多元醇，优选为山梨糖醇。

山梨糖醇使得链之间的自由空间增加，并因此使得凝胶的可加工性以及所得组合物和由其形成的产品的柔韧性增加。

组合物包括以相对于添加剂的总重量的按重量计50％至95％，甚至更适当地按重量计60％至85％的浓度的增塑剂。

方便地，抗微生物剂选自包括以下项的列表：无机盐、银纳米颗粒、二氧化钛、氧化锌、铜氧化物、氢氧化钾、氢氧化钠、精油(例如，香草、肉桂、柠檬草、牛至、丁香、姜黄)、乳链菌肽(nisin)、山梨酸、硼酸、硼酸盐、硼砂。

无机盐选自包括以下项的列表：碱或碱土金属的氯化物、碱或碱土金属的山梨酸盐、碱或碱土金属的乙酸盐、碱或碱土金属的乳酸盐、碱或碱土金属的硝酸盐、碱或碱土金属的柠檬酸盐、碱或碱土金属的葡萄糖酸盐。

根据本发明的优选实施方式，抗微生物剂是无机盐，优选为碱或碱土金属的山梨酸盐，甚至更优选为山梨酸钾。

山梨酸盐(优选为山梨酸钾)允许提高所得组合物和由此获得的产品的抗菌性质并减缓它们的霉菌生长。

根据替代实施方式，抗微生物剂是硝酸钾。

组合物包括以相对于添加剂的总重量的按重量计0.01％至30％，甚至更适当地0.5％至20％的浓度的抗微生物剂。

有利地，胶凝剂选自包括以下项的列表：氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠、戊二醛、香草醛、棕榈酸、柠檬酸、乳酸、硼螺环化合物(boron spirans)、硼酸、硼砂、三聚磷酸钾、过硫酸钾、阿魏酸、无机盐、碱或碱土金属的氯化物、碱或碱土金属的山梨酸盐、碱或碱土金属的乙酸盐、碱或碱土金属的乳酸盐、碱或碱土金属的硝酸盐、碱或碱土金属的柠檬酸盐、碱或碱土金属的葡萄糖酸盐。

根据本发明的优选实施方式，胶凝剂是钙盐，优选为乳酸钙。的确，钙盐(并且优选为乳酸钙)使得能够通过提高所得组合物和由此获得的产品的胶凝作用力使接近它们的硫酸化末端的多糖链离子键合。

根据替代实施方式，胶凝剂是柠檬酸。柠檬酸允许多糖链交联，因此提高所得组合物和由此获得的产品的机械强度。

组合物包括以相对于添加剂的总重量的按重量计0.01至30％，甚至更适当地0.5至20％的浓度的胶凝剂。

方便地，佐剂选自包括以下项的列表：无机碱(例如，氢氧化钾、氢氧化钠和碳酸氢钠)、蜂蜡、卵磷脂、阿魏酸、香草醛、戊二醛、硼酸、硼砂、麻纤维、纤维素衍生物、乳清蛋白、山梨酸、氯化钙、京尼平(genipin)、表氯醇、瓜耳胶、棕榈酸、硬脂酸、乳链菌肽、蒙脱石、层状硅酸盐、碳酸钙、碳纳米管、琥珀酸、硝酸钾、氯化钾、丙酸钙、葵花籽卵磷脂、云母、粘土、葡萄柚种子提取物。

根据本发明的优选实施方式，佐剂是氢氧化钾。的确，氢氧化钾(以1:100w/w的稀溶液)允许通过防止在组合物本身制备期间多糖链的可能水解来中和组合物的pH。事实上，多糖链的水解可以损害所获得的可生物堆肥产品的机械强度并且涉及由多糖链的寡聚物(特别是由κ卡拉胶产生的重量小于50kDa的寡聚物)的存在所引起的毒性的升高。

组合物包括以相对于添加剂的总重量的按重量计0.01％至30％，甚至更适当地0.01％至20％的浓度的佐剂。

由于添加剂的存在，生物塑料组合物具有类似于常见塑料材料的物理机械特征。

有利地，根据本发明的生物塑料组合物是完全可生物降解的。

通过由促使并促进微生物(如细菌或真菌)在包括生物塑料组合物的生物塑料产品上生长并且导致其生物降解的海藻提取物的存在所决定的高吸水能力提供了该性质。

根据对于湿度的暴露，生物降解速率从数周(在完全浸没在水中的情况下)到多达一年(在低湿度条件下)变化。

更详细地，根据本发明的生物塑料组合物在8周至20周的时间内完全降解。

方便地，生物塑料组合物还是完全可堆肥的。

事实上，在降解后，组合物产生可以用作土壤调节剂(即改善土壤物理特征)的物质。

具体地，根据本发明的生物塑料组合物是甚至在家庭堆肥系统中可有效堆肥的，即无需使用适合于该目的的酶或化学品和/或高处理温度。

即使分散在环境中，根据本发明的生物塑料组合物快速降解，由土壤吸收(在其中它用作肥料)，不会产生微米/纳米塑料并且不改变水生生态系统。

除此之外，生物塑料组合物是动物生物可食用的。

事实上，该生物塑料组合物还是可食用的。

具体地，海藻和相应的海藻提取物是在食品工业中也已知的物质并且添加剂选自通过机构(如EFSA或FDA)批准的食品添加剂。

因此，考虑到组合物的组分的安全性并且该组合物的组分即使在消化道流体中仍可降解的事实，预期该组合物对人类和/或动物消费无危险，即包括该组合物的产品本身至少在理论上是可食用的。

根据其它方面，本发明还涉及包括根据以上所述的一个或多个实施方式的至少一种组合物的生物塑料产品。

生物塑料产品具有0.01mm至5mm的厚度。

可以使用具有更大厚度(即大于0.8mm)的产品，例如作为刚性或半刚性的容器。相反地，可以使用具有小于0.8mm的厚度的产品，例如作为软包装或膜。

应指明生物塑料产品的硬度/柔性度不仅根据厚度，而且根据所使用的生物塑料组合物的具体类型改变。

优选地，生物塑料产品具有0.01mm至0.15mm的厚度。

有利地，生物塑料产品是以薄膜的形式。

应注意在本公开中，术语“膜”是指具有降低且恒定厚度的均质层。

具体地，根据本发明的生物塑料组合物易于以薄膜形式成形以制备生物塑料产品，如食品膜、小袋、袋，它们广泛用作一次性材料，并且当由常规塑料材料制成时，它们是塑料污染的主要来源。

当以薄膜形式时，生物塑料产品可以通过密封至根据本发明的其它生物塑料产品连接。连接可以例如通过热封或蒸汽密封进行。这种性质能够生产例如小袋和袋并且还允许它们气密密封。

作为薄膜的替代，生物塑料产品可以具有选自包括以下项的列表的形状：平面、平板、球、球体、立方体、长方体、椭圆、椭球体、圆柱体、圆锥体、棱柱、锥体或它们的组合。

方便地，产品选自包括以下项的列表：食品容器、包装材料、膜、片材、吸管、管、棉塞(tampon)和涂药器(applicator)、刀具、碟、托盘、振荡器、袋、小袋、购物袋(shopper)。

产品还可以包括至少一个装饰部分。

例如，装饰部分可以包括彩色装饰(使用天然和/或可生物降解的墨水制备并且通过数字打印装置获得)和/或结构装饰(即具有通过特定三维模具获得的浮凸和凹陷)。

根据其它方面，本发明涉及生物塑料产品的生产方法。

该方法首先包括提供一种或多种海藻提取物的阶段。具体地，海藻提取物是以干提取物的形式。更详细地，海藻提取物是以粉末形式。

该方法还包括提供至少四种添加剂的阶段。

然后，该方法提供了一种或多种海藻提取物和添加剂用水进行水化以获得溶液的阶段。

优选地，水量为相对于海藻提取物和添加剂的总重量的按重量计5至50倍。优选地，水量为相对于海藻提取物和添加剂的总重量的按重量计15至30倍。

方便地，水化阶段在10℃至95℃的温度下进行。

优选地，水化阶段在40℃以上的温度下进行。

然后，该方法包括混合溶液以获得均匀分散的工作混合物的阶段。

方便地，混合阶段包括将工作混合物加热到85℃至100℃，优选地95℃至100℃的温度的步骤。

在混合期间，可以通过pH调节佐剂来中和pH。如上所述，维持中性pH允许避免构成海藻提取物的多糖链的水解以及由这种水解的副产物所引起的可能的毒性影响。

混合阶段实施了30分钟至90分钟，优选地60分钟的时间。

混合阶段还可以包括脱气步骤。该步骤允许除去在方法期间所形成的任何气泡，该气泡可以损害生物塑料组合物的均质性和相关机械性质。

接着，方法包括根据所需的形状，成形工作混合物的阶段。

在高于65℃的温度下实施成形阶段以确保工作混合物的最优可加工性。事实上，在较低的温度下，可能发生初始胶凝，这将使得混合物过度粘稠并且将不允许正确形成。

根据优选实施方式，通过将工作混合物铺展在工作表面上获得至少一层来实施成形阶段。优选地，上述层是薄膜类型。

混合物的铺展可以基本上是连续或不连续的方式。

在第一种情况下，工作表面可以是例如传送带类型，当将混合物分布在其上时，其在向前移动方向上可向前移动。然后，所得生物塑料产品是以连续带的形式的膜并且可以组织成辊，以及当需要时分成部分。方便地，这些辊可以安装在工业技术人员已知类型的包装机上以能够包装物品。

在第二种情况下，另一方面，工作表面包括例如平面形成模具，并且所获得的生物塑料产品是以尺寸对应于所形成的模具本身的尺寸的片材形式的膜。

根据替代实施方式，通过加压模塑、注塑、浇铸实施成形阶段。这些技术使得可以获得具有复杂形状和具有适当厚度的生物塑料产品以允许维持这些形状。

因此，所获得的生物塑料产品是容器类型或者是如上所述的其它三维物体类型。

优选地，通过在特定模具中浇铸实施成形阶段。

最终，该方法包括混合物固化以获得生物塑料产品的阶段。

固化阶段起初包括冷却工作混合物的步骤。

降低温度允许工作混合物胶凝并压紧以形成水凝胶。

具体地，冷却可以是天然的(即在室温下进行)或者是人工的(通过使用冷却手段以加速该过程)。

具体地，将水凝胶温度降低至40℃以下将是适合的。

此后，固化阶段包括干燥水凝胶以获得生物塑料产品的步骤。

可以通过在室温下蒸发残余水分、通过加热至65℃以下的温度或者通过使用多价螯合物质来进行干燥阶段。

优选地，在通风下使用红外灯实施固化阶段。

生物塑料产品包含相对于总重量的5％至25％的含水量。

以下提供了实施根据本发明的方法的两个实施例。

实施例1

将κ卡拉胶(3g，粉末)、琼脂(1g，粉末)、山梨酸钾(0.3g)、乳酸钙(0.1g)和山梨糖醇(7g)加入至250g预热的水(70℃)中，然后混合15分钟。使用加热搅拌板，将所得溶液加热至90℃。在加热期间，检查pH并用1:100w/w的氢氧化钠溶液将pH值调节至约7。将混合物在90℃下保持搅拌60分钟。

将混合物倒在具有可除去边缘的硅酮表面上，测量40×40cm，并使其在室温下干燥并固化以获得透明凝胶层，然后除去边缘。

将凝胶层和硅酮表面置于50℃的通风烘箱中4小时。然后，从硅酮表面除去所得膜。

所得膜具有膜总重量的18％的含水量。

实施例2

将κ卡拉胶(3g，粉末)、柠檬酸(0.2g)、硝酸钾(0.05g)和甘露糖醇(3g)加入至100g预热的水(70℃)中，然后混合15分钟。使用加热搅拌板，将所得溶液加热至90℃。在加热期间，检查pH并用1:100w/w的氢氧化钾溶液将pH值调节至约7。将混合物在90℃下保持搅拌60分钟。

将混合物倒在具有可除去边缘的玻璃表面上，测量40×40cm，并使其在室温下干燥并固化以获得透明凝胶层，然后除去边缘。

将凝胶层和玻璃表面在60℃下在红外灯下放置2.5小时。然后，使所得膜再水化60分钟，然后从玻璃表面除去。

所得膜具有膜总重量的15％的含水量。

通过实践确定所述的本发明实现了预期目标，并且具体地强调了以下事实：由于海藻提取物和添加剂之间的特定协同组合，生物塑料组合物具有与常规塑料材料相当的物理机械性质。

此外，本生物塑料组合物的组分使其易于在自然界中可生物降解和可堆肥，并因此避免了工业过程。

另外，本生物塑料组合物使得能够制造对于生物塑料消费者耐久且安全的生物塑料产品。具体地，根据本发明的生物塑料组合物易于以薄膜形式模制以制备食品膜、小袋、袋，它们广泛用作一次性材料并且代表塑料污染的主要来源之一。

最终，本生物塑料组合物是通过生产方法可获得的，该生产方法不涉及有毒化学品、溶剂或特殊条件的使用，这使其低环境影响、环境可持续并且可大规模重复。

Claims (34)

1.生物塑料组合物，包括：

-至少一种海藻提取物，相对于所述生物塑料组合物的重量，浓度为按重量计30％至80％；

-水，相对于所述生物塑料组合物的重量，浓度为按重量计1％至30％；

-至少四种添加剂，相对于所述生物塑料组合物的重量，以按重量计20％至70％的总浓度存在；

其特征在于以下事实：所述添加剂包括至少一种增塑剂、至少一种抗微生物剂、至少一种胶凝剂和至少一种佐剂。

2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于以下事实：所述组合物包括：

-所述至少一种海藻提取物，相对于所述生物塑料组合物的重量，浓度为按重量计40％至70％；

-所述水，相对于所述生物塑料组合物的重量，浓度为按重量计5％至25％；

-所述至少四种添加剂，相对于所述生物塑料组合物的重量，总浓度为按重量计30％至50％。

3.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述添加剂包括：

所述增塑剂，相对于所述添加剂的总重量，浓度为按重量计50％至95％；

所述抗微生物剂，相对于所述添加剂的总重量，浓度为按重量计0.01％至30％；

所述胶凝剂，相对于所述添加剂的总重量，浓度为按重量计0.01％至30％；和

所述佐剂，相对于所述添加剂的总重量，浓度为按重量计0.01％至30％。

4.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述至少一种海藻提取物包括以下项中的至少一种：卡拉胶、琼脂、海藻酸盐、岩藻依聚糖或它们的组合。

5.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述至少一种海藻提取物包括卡拉胶和琼脂的组合。

6.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述卡拉胶选自包括以下项的列表：ι卡拉胶、λ卡拉胶、κ卡拉胶、它们的组合。

7.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述卡拉胶是κ卡拉胶。

8.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述海藻提取物来源于属于红藻门和属于选自包括江蓠属、石花菜科、卡帕藻属、宽果藻属、麒麟菜属和角叉菜属的列表的属之一的至少一种海藻。

9.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述增塑剂选自包括以下项的列表：甘油、山梨糖醇、甘露糖醇、木糖醇、丙二醇、麦芽糖醇、赤藓糖醇、乳糖醇、蔗糖、果糖、氧化蔗糖、麦芽糖、葡萄糖、甘油、异苹果酸酯、脲、胆碱、硼酸、硼酸盐、硼砂、尿酸、柠檬酸、乙酸、山梨酸、硬脂酸、棕榈酸、三乙酸甘油酯、三辛酸甘油酯、一醋精、二醋精、三醋精。

10.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述增塑剂是山梨糖醇。

11.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述抗微生物剂选自包括以下项的列表：无机盐、银纳米颗粒、二氧化钛、氧化锌、铜氧化物、氢氧化钾、氢氧化钠、精油、乳链菌肽、山梨酸、硼酸、硼酸盐、硼砂。

12.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述无机盐选自包括以下项的列表：碱或碱土金属的氯化物、碱或碱土金属的山梨酸盐、碱或碱土金属的乙酸盐、碱或碱土金属的乳酸盐、碱或碱土金属的硝酸盐、碱或碱土金属的柠檬酸盐、碱或碱土金属的葡萄糖酸盐。

13.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述抗微生物剂是无机盐，优选为碱或碱土金属的山梨酸盐，甚至更优选为山梨酸钾。

14.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述胶凝剂选自包括以下项的列表：无机碱、戊二醛、香草醛、棕榈酸、柠檬酸、乳酸、硼螺环化合物、硼酸、硼砂、有机钙、三聚磷酸钾、过硫酸钾、阿魏酸、无机盐。

15.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述无机盐选自包括以下项的列表：碱或碱土金属的氯化物、碱或碱土金属的山梨酸盐、碱或碱土金属的乙酸盐、碱或碱土金属的乳酸盐、碱或碱土金属的硝酸盐、碱或碱土金属的柠檬酸盐、碱或碱土金属的葡萄糖酸盐。

16.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述胶凝剂是乳酸钙。

17.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述佐剂选自包括以下项的列表：防水剂、亲脂剂、pH调节剂、乳化剂、调味剂、着色剂、甜味剂、抗氧化剂、填充剂、抗湿剂或感官刺激剂。

18.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述佐剂选自包括以下项的列表：氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠、蜂蜡、卵磷脂、阿魏酸、香草醛、戊二醛、硼酸、硼砂、麻纤维、纤维素衍生物、乳清蛋白、山梨酸、氯化钙、京尼平、表氯醇、瓜耳胶、棕榈酸、硬脂酸、乳链菌肽、蒙脱石、层状硅酸盐、碳酸钙、碳纳米管、琥珀酸、硝酸钾、氯化钾、丙酸钙、葵花籽卵磷脂、云母、粘土、葡萄柚种子提取物。

19.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：所述佐剂是氢氧化钾。

20.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：它是完全可生物降解的。

21.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：它是完全可堆肥的。

22.根据前述权利要求中一项或多项所述的组合物，其特征在于以下事实：它是可食用的。

23.生物塑料产品，包括根据权利要求1至22中一项或多项所述的至少一种组合物。

24.根据权利要求23所述的生物塑料产品，其特征在于以下事实：它具有0.01mm至5mm、优选0.01mm至0.15mm的厚度。

25.根据权利要求24所述的生物塑料产品，其特征在于以下事实：所述生物塑料产品是以薄膜的形式。

26.根据权利要求24所述的生物塑料产品，其特征在于以下事实：所述产品具有选自包括以下项的列表的形状：平面、平板、球、球体、立方体、长方体、椭圆、椭球体、圆柱体、圆锥体、棱柱、锥体、它们的组合。

27.根据权利要求23至26中一项或多项所述的生物塑料产品，其特征在于以下事实：所述产品选自包括以下项的列表：食品容器、包装材料、膜、片材、吸管、管、刀具、碟、托盘、振荡器、小袋、袋、购物袋。

28.根据权利要求23至24中一项或多项所述的生物塑料产品的生产方法，包括以下阶段：

-提供一种或多种海藻提取物；

-提供至少四种添加剂；

-将所述一种或多种海藻提取物和所述添加剂用水进行水化以获得溶液；

-混合所述溶液以获得均匀分散的工作混合物；

-根据所需的形状，成形所述工作混合物；

-使所述工作混合物固化以获得所述生物塑料产品。

29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于以下事实：所述水的量为相对于所述海藻提取物和所述添加剂的总重量的5至50倍，优选为15至30倍。

30.根据权利要求28或29所述的方法，其特征在于以下事实：所述水化在10℃至95℃的温度下进行。

31.根据权利要求28至30中一项或多项所述的方法，其特征在于以下事实：所述混合包括将所述工作混合物加热到85℃至100℃的温度的步骤。

32.根据权利要求31所述的方法，其特征在于以下事实：实施所述加热步骤直至达到95℃至100℃的温度。

33.根据权利要求28至32中一项或多项所述的方法，其特征在于以下事实：通过将所述工作混合物铺展在工作表面上获得至少一层来实施所述成形。

34.根据权利要求28至33中一项或多项所述的方法，其特征在于以下事实：通过加压模塑、注塑、浇铸来实施所述成形。