CN117940502A - 有机复合材料、从异质废物获得这种有机复合材料的方法及其用途 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种有机复合材料(OCM)、其制备方法及其用途，该OCM包含含有至少90重量％的异质有机物质的共混物；该OCM的特征在于(i)如根据ISO14040:2006所测定的低于约10KgCO2eq/Kg的碳足迹；(ii)当该OCM与聚丙烯配混时，如根据1801133‑1:2011所测定的超过约30g/10min的熔体流动指数(MFI 230℃/2.16Kg)以及生物降解性。此外，该OCM的特征在于在0重量％与3重量％之间的合成聚合物含量和/或不可检测量的特定合成聚合物。
Description
技术领域
本技术涉及废物管理。
背景技术
以下列出了被认为与目前公开的主题的背景技术相关的参考文献：
-国际专利申请公布号WO10082202。
-国际专利申请公布号WO14193748。
-欧洲专利申请公布号EP0781806。
-国际专利申请公布号WO9725368。
-美国专利号US5973035。
-美国专利号US2004080072。
-美国专利号US2004043097。
-国际专利申请公布号WO03084726。
-国际专利申请公布号WO9411176。
本文对上述参考文献的承认不应被推断为意指这些参考文献以任何方式与目前公开的主题的专利性相关。
背景技术
WO10082202描述了一种复合材料，该复合材料具有热塑性特性并且包含有机物质并且任选地提供具有独特特征的无机物质和塑料中的一者或两者。这种复合材料可以由废物(诸如家庭废物)制备。为了制备复合材料，将废物干燥并颗粒化。然后将干燥和颗粒化的废料加热，同时在剪切力下混合。对复合材料进行加工以获得有用的制品。
WO14193748涉及由从废水流出物获得的纤维素制剂制成的生物塑料组合物、纳米纤维素材料、纳米晶纤维素材料和/或纳米纤维，以及用于生产这些生物塑料组合物、纳米纤维素材料、纳米晶纤维素材料和/或纳米纤维的方法和系统。
EP0781806描述了纤维素粉末粒料及其制造方法，其中用液体阻燃剂浸渍通过粉碎纸或木材产生的干燥的纤维素粉末，然后干燥该纤维素粉末以产生耐热纤维素粉末。将耐热纤维素粉末、润滑剂和粉碎的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂放入加热捏合机中，并将混合物在压缩和加热下捏合以产生糊状材料。将该糊状材料供应到双螺杆挤出机中，将从挤出机的端部挤出的小直径的棒状型坯切成片，对片进行空气冷却，以产生纤维素粉末粒料。
WO9725368描述了一种包含工程化树脂和木质纤维复合物的组合物，该组合物可以以线性挤出物或热塑性粒料的形式用于制造结构构件。树脂/木质纤维复合构件可在挤出工艺或注塑工艺中制造。本发明还涉及对环境敏感的废物流再循环。该树脂/木质纤维复合物可以含有包含聚合物薄片或颗粒或木质纤维的废物流的有意再循环。
US5973035描述了卷曲变形的纤维素或木质纤维素纤维和选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丁烯、热塑性聚酯、聚醚、热塑性聚氨酯、PVC的树脂的复合物，以及形成该复合物的方法。
US2004080072和US2004043097描述了利用水解器将城市固体废物加工成复合材料。
WO03084726描述了可用于制造纤维素纤维增强的聚合物产品和材料的低水分加工的纤维素纤维粒料，以及一种用于由湿的加工的纤维素纤维基废物源材料形成这种低水分纤维素纤维粒料的无挤出机方法。纤维素纤维粒料包括加工的纤维素纤维和混合的塑料和/或无机物(诸如矿物、粘土等)。
WO9411176描述了一种使用挤出机生产具有经取向的塑料材料和经取向的颗粒物质的组合物的方法。该组合物包含不大于80重量％的量的木质纤维。
发明内容
本公开提供了一种包含异质共混物的复合材料，该异质共混物包含至少90重量％的有机材料。由于高的有机物含量，复合材料在本文中由术语“有机物”或“有机复合材料”或“OCM”来指代。本文公开的有机复合材料(organic composite material，OCM)的特征在于以下中的至少一种：
-OCM具有如根据ISO14040:2006所测定的低于约-10KgCO2 eq/Kg的碳足迹；
-当OCM与70重量％的聚丙烯(polypropylene，PP)配混以获得PP-OCM时；所得PP-OCM具有如根据ISO1133-1:2011所测定的超过约30g/10min的熔体流动指数(MFI 230℃/2.16Kg)；并且
-当OCM与70重量％的聚乳酸(polylactic acid，PLA)配混以获得PLA-OCM时，并且当PLA-OCM在堆肥中放置至少80天时，PLA-OCM表现出至少90重量％的降解；
并且其中OCM的特征还在于以下中的至少一种：
-OCM包含如根据ISO11358所测定的占OCM的总重量的0重量％与3重量％之间的合成聚合物(即等于或小于3％)；并且
-如根据ISO11358所测定，OCM包含不可检测量的聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，PET)中的至少一者。
目前公开的主题还提供了一种制备OCM的方法，该方法包括：
a.提供包含共混物的摄入材料，该共混物包含异质有机废物和异质无机废物，该异质有机废物占摄入材料的总重量的至少90重量％；以及
b.使该摄入材料在高达约130℃的温度、至少约2,500rpm的速度和真空条件下经受高速混合，从而获得OCM；
其中摄入材料的特征在于以下中的至少一种：
-其包含如通过ISO11358所测定的占OCM的总重量的0重量％与3重量％之间的合成聚合物(即等于或小于3％)；并且
-如使用ISO11358所测定，其包含不可检测量的聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一者。
此外，本公开提供了一种包含至少一种合成聚合物和本文公开的OCM的共混物的制品，其中该制品的碳足迹低于该至少一种合成聚合物的碳足迹。
附图说明
为了更好地理解本文所公开的主题并且举例说明如何在实践中实施该主题，现在将参考附图仅通过非限制性示例来描述实施方案，在附图中：
图1是根据本公开的一些示例获得的OCM的图像。
图2A至图2C是在负压力条件下制备的OCM的注塑样品的图像(图2A)、在与OCM样品相同的条件下但不施加负压制备的参考复合材料的图像(图2B)或在负压下与80重量％的聚丙烯配混的OCM的图像(图2C)。
图3是显示4种不同样品的累积生物降解的曲线图，其中样品1和样品2分别用根据本公开的OCM产生，没有或具有OXO，样品3和样品4分别包含聚乳酸聚合物，没有或具有OXO。
图4A至图4D是组合的热重法(thermogravimetry，TG)和差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry，DSC)分析(TG-DSC)的曲线图，其中图4A至图4B是无塑料复合材料(“Q0.9”)，以50℃/分钟的速率从0℃至1500℃的DSC曲线图；图4C至图4D是OCM根据本公开以50℃/分钟的速率从0℃至1500℃的DSC曲线图。
图5是显示本文所公开的OCM与无塑料复合材料(Q0.9)之间的差异的ART-FTIR光谱。
图6提供了用于计算避免排放(avoided emissions)的一阶衰减(First OrderDecay，FOD)方法的方程，该方程包括以下参数：模型校正因子(“10”)、在SWDS处捕获的甲烷的级分(“20”)、甲烷的全球变暖潜势影响(“30”)、氧化因子(“40”)、碳向甲烷的转化(“50”)、在SWDS处的甲烷的级分(“60”)、可分解的可降解有机碳的级分(“70”)、甲烷校正因子(“80”)、区分时间范围(“90”)、区分废物类型(“100”)、防止在SWDS中处置的SW类型j的量(“110”)、废物类型中的可降解有机碳的级分(“120”)、废物类型的衰减率(“130”)、审查中的时间范围(“140”)。
具体实施方式
由异质废物生产可用的复合材料面临许多挑战。然而，全世界每天产生的废物的量要求从中重新产生新的有用材料。因此，有机废物，特别是食物废物管理需要由地方、区域、国家和国际政府列为最高优先事项。
本公开基于从异质家庭固体天然废物(household solid natural waste，HSNW)开发生物基(基本上不含塑料)热塑性样复合物，其中基本上所有非天然(合成)材料已被去除。发现所公开的生物基复合材料具有出乎意料的低碳足迹并且是可生物降解的，如下文将进一步描述的。
具体地，本公开提供了一种基本上无合成的有机复合材料，该有机复合材料包含由占总所得复合材料的至少90重量％、有时至少95重量％或甚至至少97重量％的异质有机废物制成的共混物(该有机复合材料有时由缩写“有机物”或“有机复合材料”或简称“OCM”来指代)；OCM的特征在于以下中的至少一种：
-如根据ISO14040:2006所测定的低于约-10KgCO2 eq/Kg的碳足迹；
-当OCM与70重量％的聚丙烯(PP)配混以提供PP-有机复合材料时，PP-有机复合材料具有如根据ISO1133-1:2011所测定的超过约30g/10min、优选超过约40g/10min、优选超过约50g/10min的熔体流动指数(MFI 230℃/2.16Kg)；并且
-当OCM与70重量％的聚乳酸(PLA)配混以获得OCM-PLA并且将OCM-PLA在堆肥中放置至少80天时，OCM-PLA表现出至少90％的降解；
OCM的特征还在于以下中的至少一种：
-占OCM的总重量的0％与3％之间、即至多3％的合成聚合物含量；
-如使用根据ISO11358进行的TG-DSC分析所测定(重量损失>5％)，不可检测量(例如，0重量％)的聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一者。
在目前公开的主题的上下文中，当提及“复合材料”时，其应被理解为在两种或更多种组成材料的复合物内基本上均匀分布的共混物(共混物意指均匀和匀质混合物)，该两种或更多种组成材料的化学和/或物理特性不同，但合并在一起以产生具有与形成它的单独材料不同的特性的材料。在一些示例中，复合材料是基本上所有天然来源的多种成分的共混物。在本公开的上下文中，共混物应理解为在不应用化学规程(诸如熔融、蒸发、溶剂化等)的情况下不能分离该成分，和/或该成分一起形成连续物质。该成分的配混形成其连续物质。
在本公开的上下文中，有机复合材料，即OCM，包括异质非合成有机物质，即包括多种非合成有机材料，其中一些可被识别为源自异质废物。OCM可通过其纤维素物质含量来识别，但其通常还含有动物来源的物质(例如DNA)。
本文公开的有机复合材料被认为是基本上“无合成的”复合材料，即如果存在合成聚合物(塑料)，则其量等于或小于3重量％、或甚至小于2重量％、或甚至小于1重量％、或甚至小于0.5重量％，或甚至其量使用例如根据ISO11358进行的TG-DSC分析(重量损失>5％)不能检测到。因此，在本公开的上下文中，术语“无合成的”表示最多3重量％的合成或半合成含碳聚合物，在本文中由术语“合成塑料”来指代。
在一些示例中，术语无合成的表示复合材料包含最多2.9重量％的合成塑料、有时最多2.5重量％的合成塑料；有时最多2重量％的合成塑料；有时最多1.5重量％的合成塑料；有时最多1重量％的合成塑料；有时最多0.5重量％的合成塑料；有时最多0.1重量％的合成塑料；有时最多0.01重量％的合成塑料；有时最多0重量％的合成塑料或不可检测量的合成塑料，如使用根据ISO11358进行的TG-DSC分析所测定(重量损失>5％)
在一些示例中，有机复合材料包含占复合材料的总重量的0重量％与5重量％之间的量的合成聚合物。有时，合成聚合物的量占0重量％与4重量％之间；有时，合成聚合物的量占0重量％与3重量％之间；有时，合成聚合物的量占0重量％与2重量％之间；有时，合成聚合物的量占0重量％与1重量％之间；有时，合成聚合物的量占0重量％与0.5重量％之间；有时，合成聚合物的量占0重量％与0.1重量％之间；有时，合成聚合物的量占0.01重量％与3重量％之间；有时，合成聚合物的量占0.1重量％与3重量％之间；有时，合成聚合物的量占0.1重量％与3重量％之间；有时，合成聚合物的量占0.1重量％与2重量％之间；有时，合成聚合物的量占0.1重量％与1重量％之间。
合成聚合物(塑料)含量的量是使用根据ISO11358的TG-DSC分析可测定的。
在一些示例中，本文公开的OCM基本上不含合成塑料在本公开的上下文中，当提及“基本上不含”时，应理解为意指OCM还可包括不显著痕量的合成聚合物。在本上下文中，痕量包括不超过1重量％的合成聚合物；有时，不超过0.5重量％的合成聚合物；有时，不超过0.1重量％的合成聚合物，有时不可检测量的合成聚合物，所有列举的量都如通过ISO11358所测定。
在一些示例中，OCM不含合成聚合物，即，当使用根据ISO11358的本文所述的TG-DSC分析条件检查时，具有不可检测量的合成塑料。
在本发明的上下文中，当提及“合成聚合物”或“合成塑料”时，应理解为至少涵盖通常存在于家庭和/或工业废物中的塑料，还涵盖本领域中已知的任何其它合成塑料。在一些示例中，合成塑料包括多种塑料。
在一些示例中，合成聚合物包括一种或多种聚烯烃。当涉及聚烯烃时，其包括但不限于高密度聚乙烯(high density polyethylene，HDPE)、低密度聚乙烯(low densitypolyethylene，LDPE)、聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)中的任何一种。
在一些示例中，合成聚合物包括一种或多种聚丙烯腈(polyacrylonitrile)。
在一些示例中，合成聚合物包括一种或多种聚丁二烯(polybutadiene)。
在一些示例中，合成聚合物包括一种或多种聚碳酸酯(polycarbonate)。
在一些示例中，合成聚合物包括一种或多种聚酰胺(polyamide，PA)。
在一些示例中，合成聚合物包括一种或多种乙烯-乙烯醇共聚物(ethylene vinylalcohol copolymer，EVOH)。
在一些示例中，合成聚合物包括一种或多种聚氨酯(polyurethane，PU)。
在一些示例中，合成聚合物包括一种或多种聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
在一些示例中，合成聚合物包括一种或多种热固性材料，例如硫化橡胶、硫化热塑性聚合物(thermoplastic polymers vulcanized，TPV)和/或聚氨酯(PU)。
因此，在一些示例中，OCM包含至少一种聚烯烃与至少一种其它塑料(非聚烯烃)，诸如上文识别的那些，聚烯烃和非聚烯烃的每个可能的组合构成根据本公开的不同示例。
在一些示例中，OCM基本上不含HDPE。
在一些示例中，OCM基本上不含LDPE。
在一些示例中，OCM基本上不含PE。
在一些示例中，OCM基本上不含PP。
在一些示例中，OCM基本上不含聚丙烯腈。
在一些示例中，OCM基本上不含聚丁二烯。
在一些示例中，OCM基本上不含聚碳酸酯。
在一些示例中，OCM基本上不含聚酰胺。
在一些示例中，OCM基本上不含乙烯-乙烯醇共聚物。
在一些示例中，OCM基本上不含聚氨酯。
在一些示例中，OCM基本上不含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
在一些示例中，OCM包括植物废物、来自植物源产品的废物和动物碎屑中的任何一种或组合。
在一些示例中，OCM包含纤维素基材料的异质共混物。这包括木质纤维素、纤维素、木质素和/或半纤维素生物质的任何组合。在下文中，术语“纤维素”统称为木质纤维素、纤维素、木质素和半纤维素中的任何一种或组合。
如上所述，OCM的特征在于如根据ISO14040:2006的生命周期评估(life cycleassessment，LCA)所测定的低于约-10KgCO2 eq/Kg的碳足迹。
在本公开的上下文中，术语“碳足迹”用于表示从复合材料排放的二氧化碳(CO2)或CO2当量的量。
根据本公开，碳足迹的测定利用联合国清洁发展机制(Clean DevelopmentMechanism，CDM)方法学工具4(V.8.0，其详情可在https://cdm.unfccc.int/Reference/tools/index.html找到)以及用于替代废物处理方法的联合方法学(ACM0022，其详情可在https://cdm.unfccc.int/methodologies/DB/YINQ0W7SUYOO2S6GU8E5DYVP2ZC2N3找到)。值得注意的是，CDM机制适用于所有市场，包括欧盟、英国、美国和以色列。
工具4涉及来自固体废物处置点(solid waste disposal site，SWDS)的排放。假设的基线情况(在不采用废物管理/再循环设施的情况下)是城市固体废物(municipalsolid waste，MSW)在部分管理的填埋场中的处置。填埋场产生厌氧条件，在该条件下有机废物在分解时产生甲烷。如所了解的，甲烷是非常强效的温室气体(greenhouse gas，GHG)，当在20年的时间线上考虑时(GWP20)，其全球变暖潜势(global warming potential，GWP)比二氧化碳(CO2)高86倍，或在100年时间范围内(GWP100)高34倍(关于这一点也参见https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WG1AR5_Chapter08_FINAL.pdf，第714页，表8.7.)。本文公开的复合材料通过将有机废物尤其是从填埋场转移并将其转化为防止这种甲烷产生的产物，为突出的需求提供了解决方案。
根据本公开，可以通过一阶衰减法(FOD)确定避免排放的确定，该一阶衰减法包括以下参数：
-SWDS气体中甲烷的级分
-在SWDS处捕获的甲烷的级分
-被SWDS覆盖物氧化的甲烷的量
-甲烷校正因子
-考虑模型不确定性的模型校正因子
-处理的每种类型的废物的量
-可降解有机碳(degradation organic carbon，DOC)的级分
-每种类型的废物的衰减率
FOD方程在图6中给出。
用于FOD参数的中心值示于表1A和表1B中。
表1A：模型参数的假设
*基线情况中MSW组分特异性DOCf的加权平均值用于计算
表1B：每种废物类型的可降解有机碳(DOC)和衰减率(k)的2006IPCC默认值
*DOCj值根据《2006IPCC国家GHG清单指南》(2006IPCC Guidelines for NationalGHG Inventories)中给出的不同废物类型的默认值进行调整。
**值是来自《2006IPCC国家GHG清单指南》的默认值。
当考虑碳足迹的确定时，应考虑以下术语的定义：
厌氧分解-不存在氧的情况下的分解。有机废物在存在氧的情况下分解时产生CO2，但在厌氧存在下分解成更强效的GHG甲烷(https://www.epa.gov/lmop/basic-information-about-landfill-gas)。
基线情况-在不存在所提出的项目或活动的情况下将发生的情况(也称为“一切照常(business as usual)”，https://cdm.unfccc.int/Reference/Guidclarif/glos_CDM.pdf)。
二氧化碳(CO2)-地球上最丰富的温室气体(GHG)。二氧化碳天然存在，但也由许多人类活动(包括运输、能量产生和工业过程)释放。以百万分率(ppm)测量(https://www.epa.gov/ghgemissions/overview-greenhouse-gases#carbon-dioxide)。
二氧化碳当量(CO2eq)-一种用于表示其他GHG的全球变暖潜势(GWP)以及过程、活动或产品的碳足迹的一量度，以CO2表示(https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php/Glossary:Carbon_dioxide_equivalent)
碳足迹-仅集中于气候变化影响类别以测量在产品的寿命期间或由组织的活动引起的碳排放的生命周期评估(LCA)(相关的ISO标准是14067，(https://www.iso.org/standard/71206.html)
负碳排(Carbon-negative)-负碳排产品、过程或组织必须隔离或防止比其产生的更多的碳排放如下文进一步讨论的，本文公开的复合材料是负碳排(也称为“气候正效益(climate-positive)”)产品(https://www.vox.com/the-goods/2020/3/5/21155020/companies-carbon-neutral-climate-positive)。
气候正效益-气候正效益产品、过程或组织必须隔离或防止比其产生的更多的碳排放。如本文所详述，本文公开的复合材料是气候正效益(也称为“负碳排”)产品。
清洁发展机制(CDM)-《京都议定书》(Kyoto Protocol)中定义的一种方法学，用于提供降低GHG排放并产生核证减排量(Certified Emission Reduction unit，CER)的项目，该项目可以在排放量交易计划中进行交易(https://cdm.unfccc.int/)。如上文和下文所述，该CDM方法学可以并且用于计算本文公开的复合材料的LCA的避免排放。
从摇篮到大门(Cradle-to-gate)-从摇篮到大门LCA考虑从提取阶段到生产过程、直到产品离开制造商或工厂大门的碳排放。这包括运输到工厂但不包括运输到客户(https://circularecology.com/glossary-of-terms-and-definitions.html#.X-Ir1C-ZPOQ)。
生命终止(EOL)-是指产品的生命周期的处置阶段。常见的EOL选项包括填埋、化学和机械再循环、堆肥和焚烧(https://www.wur.nl/en/article/Waste-stage-end-of-life-options-1.htm)。
温室气体(GHG)-一种具有通过防止辐射离开地球大气而捕获热量的潜势的气体，从而引起温室效应。二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和水蒸气是最重要的GHG，其次是表层臭氧、一氧化二氮和氟化气体(https://www.epa.gov/ghgemissions/overview-greenhouse-gases)
全球变暖潜势(GWP)-GHG捕集辐射并引起加热的能力。所有GHG的GWP都是基于CO2的GWP并表示为CO2 CO2eq。因为不同的气体具有不同的寿命，所以气体的GWP取决于分析的时间量。相对于CO2具有短寿命的气体将具有较短时间范围的较大GWP，因为一旦气体在大气中分解，效应将开始减小(https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WG1AR5_Chapter08_FINAL.pdf)。
GWP20-20年时间范围内的GWP，其中甲烷的效力是CO2的86倍(https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WG1AR5_Chapter08_FINAL.pdf)。
GWP100-100年时间范围内的GWP，其中甲烷的效力是CO2的34倍(https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/WG1AR5_Chapter08_FINAL.pdf)。
《京都议定书》(Kyoto Protocol)-1997年采纳并于2005年生效的设定有约束力的减排目标的协议。建立的灵活市场机制，诸如基于排放许可的交易的CDM。
生命周期评估(LCA)-产品、过程或组织的环境影响的定量分析。影响类别(例如，碳排放或水使用)和系统的边界(例如，从摇篮到大门)可以根据评估的目标而变化，但是它们应当被透明地陈述。相关ISO标准是14040和14044(https://pre-sustainability.com/legacy/download/Life-Cycle-Based-Sustainability-Standards-Guidelines.pdf)。
系统边界-描述在LCA中考虑与产品、过程或组织相关的活动的程度边界可以考虑生产阶段、地理区域和时间跨度(https://ec.europa.eu/environment/life/project/Projects/index.cfm？fuseaction＝ho me.showFile&rep＝file&fil＝ECOIL_Life_Cycle.pdf)。
基于上述，因此已根据联合国清洁发展机制(CDM)方法学工具4(V.8.0)和ACM0022确定了OCM的碳足迹。
在一些示例中，已确定OCM具有不超过-11KgCO2 eq/Kg的碳足迹。。
在一些示例中，OCM具有不超过-12KgCO2 eq/Kg的碳足迹。在一些示例中，OCM具有不超过-13KgCO2 eq/Kg的碳足迹。
在一些示例中，OCM具有不超过-14KgCO2 eq/Kg的碳足迹。
在一些示例中，OCM具有不超过-15KgCO2 eq/Kg的碳足迹。
在一些示例中，OCM具有不超过-16KgCO2 eq/Kg的碳足迹。
在一些示例中，OCM具有不超过-17KgCO2 eq/Kg的碳足迹。
在一些示例中，OCM具有不超过-18KgCO2 eq/Kg的碳足迹。
有时，OCM的特征在于其与原生塑料(virgin plastic，VP)配混后的特性。在本公开的上下文中，当提及“配混”时，并且也如上文所讨论，其应理解为表示OCM与另外的成分(例如VP)之间的匀质混合以形成配混的材料，例如“VP-OCM”。
在一些示例中，匀质混合包括加热(至混合物的至少一部分熔化的温度)和在混合物上施加剪切力。在一些示例中，匀质混合包括混合物的挤出或注塑。
在一些示例中，配混的VP-OCM包含最多90重量％的OCM；有时不超过80重量％的OCM；有时不超过70重量％的OCM；有时不超过60重量％的OCM；有时不超过50重量％的OCM；有时不超过40重量％的OCM；有时不超过30重量％的OCM；有时不超过20重量％的OCM。
在一些示例中，配混的VP-OCM包含至少1重量％的OCM；有时至少10重量％的OCM；有时至少20重量％的OCM；有时至少30重量％的OCM；有时至少40重量％的OCM；有时至少50重量％的OCM；有时至少60重量％的OCM；有时至少70重量％的OCM。
在一些示例中，配混的VP-OCM包含以下任何范围内的OCM：在10重量％与90重量％之间；有时在20重量％与80重量％之间；有时在30重量％与70重量％之间；有时在40重量％与60重量％之间；有时在55重量％与65重量％之间；构成本公开的独立示例的任何这样的范围。
当与原生聚合物(诸如聚丙烯(PP)或聚乳酸(PLA))组合时，OCM将原生塑料聚合物的碳足迹显著降低至低于不存在OCM的情况下的原生塑料的碳足迹。这从表3至表4中呈现的非限制性示例中是明显的，显示了OCM的碳足迹。此外，表3至表4显示，当OCM与70％的合成聚合物(诸如PP或PLA)配混时，这两种聚合物的碳足迹分别从2.8KgCO2eq/Kg降低至-3.7KgCO2 eq/Kg以及从3.8KgCO2 eq/Kg降低至-3.1KgCO2eq/Kg。
本文公开的OCM的特征还在于其熔体流动指数(melt flow index(MFI)，也称为熔体流动速率(melt flow rate，MFR))。在本公开的上下文中，其应理解为是指OCM(当为熔体时)的流动容易程度的量度且定义为在10分钟内流过具有如ISO1133所定义的尺寸且在其它条件下的模具的OCM的重量(以公克计)。该标准定义了复合材料的熔体流动速率和熔体体积流动速率MVR的测定。
在一些示例中，当OCM与聚丙烯(70重量％，本文中为PP-OCM)配混时，测定OCM的流动性(即MFI)。
如根据ISO1133-1:2011所测定，PP-OCM的MFI(在230℃/2.16Kg下)超过约30g/10min，。
在一些示例中，PP-OCM的MFI为至少约35g/10min；有时至少约40g/10min；有时至少约45g/10min；有时至少约50g/10min；有时至少约55g/10min。
令人惊讶地，已经发现OCM仅最小程度地降低与其配混的原生塑料的MFI。因此，尽管允许在制品中使用较少的原生塑料，因此提供生态益处，但其不强加任何工业挑战。
鉴于上述发现，并且根据本公开的一些示例，一旦与OCM配混，原生塑料(VP)的MFI的变化不超过10％(本文中为“类似MFI”)。
OCM的MFI支持其热塑性行为。换句话说，OCM具有热塑性特性。
OCM的特征还在于是可生物降解的。如所了解的，生物可降解材料是可被细菌分解以产生天然副产物(诸如气体(CO2、N2)、水、生物质和无机盐)的材料。已经令人惊讶地发现，当与合成可生物降解聚合物(聚乳酸(PLA))以30:70的OCM/PLA比率配混或与聚乳酸和OXO(生物降解促进剂)(30:69:1)配混时，所得配混的材料(VP-OCM)具有类似于纤维素的生物降解性特性的生物降解性特性，包括其平均累积CO2(参见下表5)。该发现允许在包装工业中和在需要可生物降解聚合物的其它领域中使用较少的合成聚合物(通过其与本文公开的OCM的组合)。其它用途可涉及构造和构建元件、物流产品等。
在一些示例中，当根据UNE-EN13432-2001标准测试时，OCM:PLA(30:70)的特征在于80天后至少90％的％生物降解。在一些示例中，OCM:PLA(30:70)的特征在于至少95％的％生物降解。
在一些示例中，OCM的特征在于其核苷酸或多核苷酸，诸如DNA含量。已经发现例如当与其它加工的家庭废物相比时，OCM包含相对高的量的DNA。在一些示例中，相对高的量的DNA可被认为是本文公开的OCM的指纹。OCM中DNA或RNA的存在和量可通过使用如下文所述的2％氯仿:异戊醇(24:1)(CTAB)溶液的DNA提取方法来识别和测定。
在一些示例中，OCM包含至少0.1mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少0.5mg/gDNA。在一些示例中，OCM包含至少0.5mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少1mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少1.5mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少2mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少2.5mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少3mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少3.5mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少4mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少4.5mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少5mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少5.5mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少6mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少7mg/gDNA。在一些示例中，OCM包含至少8mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少9mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少10mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少11mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少12mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少13g/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少14mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少15mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少16mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少17mg/g DNA。在一些示例中，OCM包含至少18mg/gDNA。
OCM的特征还可以在于其纤维素含量。纤维素含量可通过根据ISO11358(重量损失>5％)在下述条件下进行的TG-DSC测定。因此，在本公开的上下文中，当提及纤维素含量时，应理解为至少通过ISO11358所测定的含量。
在一些示例中，OCM包含如通过ISO11358定义的TG-DSC条件所测定的至少80％的纤维素-基材料。在一些示例中，OCM包含至少82％的纤维素-基材料。在一些示例中，OCM包含至少84％的纤维素-基材料。在一些示例中，OCM包含至少86％的纤维素-基材料。在一些示例中，OCM包含至少87％的纤维素-基材料。在一些示例中，OCM包含至少88％的纤维素-基材料。在一些示例中，OCM包含至少89％的纤维素-基材料。在一些示例中，OCM包含至少90％的纤维素-基材料。在一些示例中，OCM包含至少91％的纤维素-基材料。在一些示例中，OCM包含至少92％的纤维素-基材料。在一些示例中，OCM包含至少93％的纤维素-基材料。
复合材料的特征还可以在于通过GC-MS所测定的其脂肪酸含量。
在一些示例中，本文公开的OCM的特征在于小于0.5的辛酸/油酸比率。在一些示例中，辛酸/油酸比率小于0.4；有时，小于0.3；有时，小于0.2。
在一些示例中，本文公开的OCM的特征在于小于1.3的壬酸/油酸比率(如通过GC-MS所测定)。在一些示例中，壬酸/油酸比率小于1.1；有时小于1.0；有时小于0.9；有时小于0.8；有时小于0.7；有时小于0.6。
根据一些示例，OCM的特征还在于无机含量。
在一些示例中，无机含量是指OCM内的高钾含量。例如，与WO10082202的复合材料中的钾含量(参见表9，作为非限制性示例)相比，发现在OCM中包括约三倍的含量(即OCM包含3倍的钾量)。
钾是植物细胞的主要渗压剂，因此根据一些示例，其高水平的OCM可被认为是其来自天然物质的来源的指纹。关于这一点，注意到合成聚合物或甚至木塑料不含有如此高水平的钾，因为木质纤维经历用水大量洗涤以从中去除钾。
因此，OCM的特征可在于复合物的总量中钾的量，如通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP/AES)所测定。
在一些示例中，OCM包含至少6mg/g的钾。在一些示例中，OCM包含至少7mg/g的钾。在一些示例中，OCM包含至少8mg/g的钾。在一些示例中，OCM包含至少9mg/g的钾。在一些示例中，OCM包含至少10mg/g的钾。在一些示例中，OCM包含至少11mg/g的钾。在一些示例中，OCM包含至少12mg/g的钾。在一些示例中，OCM包含至少13mg/g的钾。在一些示例中，OCM包含至少14mg/g的钾。在一些示例中，OCM包含至少15mg/g的钾。在一些示例中，OCM包含至少16mg/g的钾。
OCM的特征可在于其无机物质的重量％。如在ISO11358的条件下通过TG-DSC所测定的，无机物质以至多约15％w/w的量存在。
在一些示例中，无机含量小于约14重量％。在一些示例中，无机含量小于约13％。在一些示例中，无机含量小于约12％。在一些示例中，无机含量小于约11％。在一些示例中，无机含量小于约10％。在一些示例中，无机含量小于约9％。在一些示例中，无机含量小于约8％。在一些示例中，无机含量小于约7％。在一些示例中，无机含量小于约6％。在一些示例中，无机含量小于约5％。在一些示例中，无机含量小于约4％。在一些示例中，无机含量小于约3％。在一些示例中，无机含量小于约2％。在一些示例中，无机含量小于约1％。
应当理解，当在本文中提及“小于”时，其还包括0重量％的量，即0重量％的范围，即不可检测重量的量，如通过定义的测量方法所测定的。
在一些示例中，无机物质的量可以在上述下限和上限之间的任何范围内。例如，无机物质可以在约0％与15％之间的范围内的任何范围内，例如在约1％与15％之间、或在约5％与10％之间、或在约1％与8％之间；或在0％与6％之间；或在1％与5％之间或在2％与6％之间等。
在一些示例中，复合材料内的无机材料是指通常存在于城市、家庭和/或工业废物中的材料。这包括但不限于沙子、石头、玻璃、陶瓷和其他矿物，以及金属(含铁和/或非铁金属)，包括例如铝、铁、铜。
令人惊讶地，不仅发现无机物(除钾以外)的总量低，而且铝含量独特地低，小于0.5mg/g OCM。
在一些示例中，OCM中的无机物质包含硅酸盐(“Si”)，其量与其在其它经加工的废物中的含量(例如WO10082202的复合材料(本文中为“未分选的”复合材料)的含量)相比显著且出乎意料地低。
在一些示例中，OCM包含小于1.5mg/g(即在0mg/g与1.5mg/g之间)的量的二氧化硅(Si)。在一些示例中，OCM包含小于1.4mg/g(即在0mg/g与1.4mg/g之间)的量的二氧化硅(Si)。在一些示例中，OCM包含小于1.3mg/g(即在0mg/g与1.3mg/g之间)的量的二氧化硅(Si)。在一些示例中，OCM包含小于1.2mg/g(即在0mg/g与1.2mg/g之间)的量的二氧化硅(Si)。在一些示例中，OCM包含小于1.1mg/g(即在0mg/g与1.1mg/g之间)的量的二氧化硅(Si)。在一些示例中，OCM包含小于1.0mg/g(即在0mg/g至1.0mg/g之间)的量的二氧化硅(Si)。在一些示例中，OCM包含小于0.9mg/g(即在0mg/g与0.9mg/g之间)的量的二氧化硅(Si)。在一些示例中，OCM包含小于0.8mg/g(即在0mg/g与0.8mg/g之间)的量的二氧化硅(Si)。在一些示例中，OCM包含小于0.7mg/g(即在0mg/g与0.7mg/g之间)的量的二氧化硅(Si)。在一些示例中，OCM包含小于0.6mg/g(即在0mg/g与0.6mg/g之间)的量的二氧化硅(Si)。
本文公开的OCM的特征也可在于使用二甲醚(DME)作为提取溶剂的总提取碳。已经发现，20公克的OCM样品的碳含量为至少约1公克(5重量％)；有时至少1.1g(5.5重量％)；有时至少1.2g(6重量％)；有时至少1.3g(6.5重量％)；有时至少1.4g(7重量％)。
在一些示例中，本文公开的OCM在热重分析(TGA)曲线中具有小于180℃的重量损失起始温度。
当已经与原生合成聚合物(例如与70重量％的聚丙烯(PP))配混的本文公开的OCM的样品和VP-OCM(或在特定示例中为PP-OCM)经受注塑时，本文公开的OCM还具有独特的物理特性。
在一些示例中，PP-OCM注塑试样的特征在于拉伸模量(根据ISO-527-2)为至少1,000MPa；有时至少1,100MPa；有时至少1,200MPa。在一些示例中，拉伸模量在1,000MPa至1,400MPa的范围内。
在一些示例中，PP-OCM注塑试样的特征在于屈服拉伸应力(根据ISO-527-2)为至少12MPa；有时至少13MPa。在一些示例中，屈服拉伸应力在13MPa至15MPa的范围内。
在一些示例中，PP-OCM注塑试样的特征在于屈服拉伸应变(根据ISO-527-2)为至少2.2％；有时至少2.3％；有时至少2.4％；有时至少2.5％；有时至少2.6％；有时至少2.7％；有时至少2.8％。在一些示例中，屈服拉伸应变在2.2％至2.85％的范围内。
在一些示例中，PP-OCM注塑试样的特征在于断裂拉伸应变(根据ISO-527-2)为至少3.2％；有时至少3.3％；有时至少3.4％；有时至少3.5％；有时至少3.6％；有时至少3.7％。在一些示例中，断裂拉伸应变在3.2％至4.0％的范围内。
在一些示例中，PP-OCM注塑试样的特征在于悬臂梁式缺口冲击(notched Izodimpact)(根据ISO-180)为至少2.8kJ/m2；有时至少2.9kJ/m2；有时至少3.0kJ/m2；有时至少3.1kJ/m2。在一些示例中，悬臂梁式缺口冲击在2.8kJ/m2至4.7kJ/m2的范围内。
在一些示例中，PP-OCM注塑试样的特征在于弯曲模量(根据ISO-178)为至少1,000MPa；有时至少1,100MPa；有时至少1,200MPa。在一些示例中，弯曲模量在1,000MPa至1,250MPa的范围内。
在一些示例中，PP-OCM注塑试样的特征在于弯曲应力(根据ISO-178)为至少20MPa；有时至少21MPa；有时至少22MPa；有时至少23MPa；有时至少24MPa。在一些示例中，弯曲应力在20MPa至28MPa、22MPa至26MPa的范围内。
在一些示例中，PP-OCM注塑试样的特征在于密度(根据ISO-1183)为约0.98(±0.1)。
当本文公开的OCM样品经受与50重量％的聚乳酸(PLA)的注塑以形成配混的PLA-OCM注塑试样(50％:50％)时，也表现出独特的物理特性。这些独特特性表明(不限于此)OCM可有益于可堆肥包装，如下文进一步论述。
在一些示例中，PLA-OCM注塑试样的特征在于拉伸模量(根据ISO-527-2)为至少2,000MPa；有时至少2,100MPa；有时至少2,200MPa。
在一些示例中，PLA-OCM注塑试样的特征在于屈服拉伸应力(也称为术语“屈服强度”)(根据ISO-527-2)为至少11MPa；有时至少12MPa。
在一些示例中，PLA-OCM注塑试样的特征在于断裂伸长率(也称为术语“断裂拉伸应变”)(根据ISO-527-2)为至少2.8％；有时至少2.9％。
在一些示例中，PLA-OCM注塑试样的特征在于悬梁臂式缺口冲击(根据ASTM D256)为至少15J/m2；有时至少16J/m2；有时至少17J/m2；有时至少18J/m2；有时至少19J/m2。
在一些示例中，PLA-OCM注塑试样的特征在于-悬梁臂式无缺口冲击(根据ASTMD256)为至少65J/m2；有时至少66J/m2；有时至少67J/m2；有时至少68J/m2；有时至少69J/m2。
OCM与PLA(PLA-OCM)的上述物理特性支持以下假设：这两者的各种组合可以是用于可堆肥(可生物降解)膜，诸如用于包装和农业覆盖膜。
本文还公开了一种产生本文公开的OCM的方法。发明人在尝试处理用于OCM的摄入材料时面临的一个障碍是其在挤出机内缺乏流动性。在不受限于此的情况下，结论是缺乏通常存在于废物材料中的最小量的合成塑料(诸如聚烯烃)阻止了OCM在常规挤出机中被挤出。
寻找挤出机的替代物，还发现，即使有机废物摄入材料经受剪切力，仅使构成至少90％的有机异质废物的摄入材料经受混合和加热是不够的。结论是需要额外的条件(除了在剪切力下混合之外，同时加热)。
因此，根据本公开的另一个方面，本公开还提供了一种用于制备如本文所定义和/或公开的OCM的方法，该方法包括：
a.提供包含至少90重量％的异质有机废物的共混物的摄入材料；以及
b.使该摄入材料在高达约130℃的温度、至少约2,500rpm的速度和真空条件下经受高速混合，从而获得OCM；
其中满足以下准则中的至少一个准则：
当从待获得的摄入材料或OCM的总重量测量时，摄入材料包含在0重量％与3重量％之间的合成聚合物；并且
如根据ISO11所测定，复合材料包含不可检测量的聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一者。
在一些示例中，高速混合是在至少80℃、有时至少90℃、有时至少100℃的温度下进行。
在一些示例中，高速混合是在约80℃与约130℃之间的任何温度或温度范围下进行。
在本公开的上下文中，术语“摄入材料”应理解为是指包含至少90％的异质有机物质(即至少90％的非合成异质有机物质)和如上文相对于OCM中的塑料含量所定义的量的合成聚合物(如果存在的话)(例如小于3％w/w的合成聚合物)的废物物质。
摄入材料是从原异质废物获得的。在本公开的上下文中，当提及“原异质废物”时，应理解为包含多种不同的合成塑料物质、多种至少包括纤维素的不同的非塑性有机物质和多种不同的无机物质的共混物的组合的材料。因此，在本公开的上下文中，术语“异质”应被理解为具有多种多样/不同组分的混合物的含义。
在一些示例中，原异质废物可以从城市、工业和/或家庭废物获得，并且是指这样的未分选的异质废料，即，没有经受任何实质性的工业分选过程。
在一些示例中，原异质废料经历预分选过程，在该预分选过程中去除大的不需要的废物。例如，可以对原废物进行预分选，以去除金属、玻璃和大型矿物中的任一者。预分选可以手动进行，例如通过在传送带上传送原废物并识别不需要的大型废物。
此外或另选地，预分选包括使用磁力的分离(基于磁体的分离)，通常用于铁金属、磁性材料和/或铁磁性材料的分离和去除。
此外或另选地，预分选包括使用涡流分离器进行分离，通常用于去除非铁金属。
经历预分选过程的原废物仍然包含多种异质塑料物质、非塑性有机物质和无机物。这种分选的废物被称为不含金属的异质废物。
然后可以使不含金属的异质废物经受几个干燥和分选步骤，以获得有机摄入材料(即，含有至少90％的有机物质并且包含在0％与3％之间的塑料)。
在本公开的上下文中，当提及干燥时，应理解为从异质废料中去除一部分水。干燥不应被解释为从废物中去除所有的水。在一些示例中，原废物包含约30％w/w至40％w/w的水，并且干燥涉及去除至少50％的水含量；有时至少60％的水含量；有时至少70％的水含量；有时至少80％的水含量；有时至少90％的水含量；有时至少95％的水含量。所得废料然后可以被视为干燥的废料。干燥的废料通常包含小于10重量％的水(水分)。
在一些示例中，干燥的废料以及因此摄入材料包含小于10重量％的水；有时小于9重量％的水；有时小于8重量％的水；有时小于7重量％的水；有时小于6重量％的水；有时小于5重量％的水；有时小于4重量％的水；有时小于3重量％的水；有时小于2重量％的水。
虽然不希望受理论的束缚，但认为，残余的剩余水含量在将干燥的/无水废料转化为本公开的复合材料的化学过程中发挥作用。
因此，在一些示例中，摄入材料中的水含量包含至少1重量％的水；有时至少2重量％的水；有时至少3重量％的水。在一些示例中，摄入材料包含占摄入材料的重量的1％至10％范围内的任何量的水。
干燥可以通过本领域已知的任何手段来实现。
在一些示例中，干燥是通过将异质废物放置在室外并使其干燥来实现的。在一些其他示例中，通过将废物放置在干燥空气流下和/或放置在炉室中和/或通过挤出液体来实现干燥。
在干燥过程中，水和有时一些挥发性液体被去除。这可以包括在20℃处具有至少15mmHg的蒸气压的液体，例如乙醇。
在一些示例中，通过利用废物中固有存在的细菌的生物干燥过程来实现干燥。为此，通常将废料放置在温度受控的环境中。在一些示例中，在保持在约70℃的温度处进行生物干燥。
在一些示例中，将细菌添加到异质废料中(例如，添加到预分选的废料中)，以诱导或增强生物干燥过程。
在一些示例中，然后使干燥的废物经受大小减小，以获得颗粒化废料。
在本公开的上下文中，术语“颗粒化”应被理解为包括导致废料大小减小的任何过程或过程的组合。颗粒化/大小减小可以通过造粒、切碎、剁碎、切块、切割、压碎、粉碎、研磨等中的任何一种或组合来进行。
在一些示例中，大小减小包括将废物(干燥或未干燥的，但优选干燥的)切碎成平均大小低于40mm、有时低于30mm、有时低于20mm、有时低于10mm的颗粒。
值得注意的是，由于切碎机内的摩擦，大小减小可能导致进一步的水分减少(例如，额外减少2％-3％)。
在一些示例中，废料的加工包括两个或更多个干燥阶段。在一些示例中，第一干燥阶段发生在金属去除之后，并且第二干燥阶段发生在废物的大小减小之后。
在一些示例中，然后对颗粒废物进行清洁处理，其中去除残留的金属和/或矿物颗粒(在大小减小阶段之前未被去除的“杂质”)(在第一金属去除过程之后残留的那些)。
在一些示例中，通过使颗粒物质经受空气分离器系统来去除残留的杂质，在该空气分离器系统中，通过重力去除重颗粒(例如，金属颗粒和/或矿物)，同时轻废物级分(“轻级分”)被收集和/或传送到下一工艺步骤。
所得轻级分将最多包含低量的金属和矿物。在不受限于此的情况下，据信该级分包含最多1％w/w的金属(含铁和非铁)和最多5％的矿物。
然后使用近红外(NIR)使所得轻级分经受合成物去除阶段。基于NIR的分离允许从基于聚合物类型(基于树脂的波长特征)从其他塑料废物中光学分选出不需要的塑性材料。如精通NIR技术领域的技术人员所理解的，基于NIR的分离系统被编程为能够识别许多聚合物和其他化合物。系统的操作者定义将保留什么化合物以及将分选出什么化合物。更具体地，NIR分离步骤利用了配备有用于待去除的每种物质的算法的系统，该物质包括与聚烯烃不相容的聚合物，诸如熔点高于200℃或甚至高于210℃的聚合物；和/或卤代聚合物和/或含芳基有机化合物以及任选的其他聚合物，根据需要。该算法能够相应地识别和分离每种化合物。关于这一点，精通本领域的技术人员应当理解，每种化学实体具有复杂的IR光谱，该IR光谱是化学实体的“指纹”ID。该指纹可以在任何公开的可获得的“化学图册”中找到，并由计算机程序识别。
在一些示例中，基于NIR的分离以允许分离至少在本领域中被认为与聚烯烃不相容的聚合物的方式操作。
在一些示例中，基于NIR的分离以允许分离至少卤化的聚合物树脂(诸如聚氯乙烯(PVC或乙烯基)树脂)的方式操作。
在一些另外的或另选的示例中，基于NIR-的分离以允许分离含芳基有机化合物(并且优选地苯乙烯或聚苯乙烯有机聚合物)的方式操作。
基于NIR的分离提供了无合成的有机物摄入材料，即，包含如通过ISO11358所测定的在0％与3％之间的合成材料的摄入材料。
在一些示例中，有机物摄入材料包含小于3重量％的合成聚合物。在一些示例中，有机物摄入材料包含小于2.5重量％的合成聚合物。在一些示例中，有机物摄入材料包含小于2.0重量％的合成聚合物。在一些示例中，有机物摄入材料包含小于1.5重量％的合成聚合物。在一些示例中，有机物摄入材料包含小于1.0重量％的合成聚合物。在一些示例中，有机物摄入材料包含小于0.5重量％的合成聚合物。在一些示例中，有机物摄入材料包含小于0.1重量％的合成聚合物。在一些示例中，有机物摄入材料包含小于0.01重量％的合成聚合物。
在一些示例中，有机物摄入材料的特征在于缺乏可检测量的合成塑料，如通过ISO11358所测定。
在一些示例中，有机物摄入材料基本上由干物质组成，该干物质包含95％的异质有机物质、在0重量％与1重量％之间的金属(含铁和非铁)以及在0重量％与5重量％之间的矿物。
在一些示例中，有机物摄入材料包含不同纤维素废料的共混物。
有机物摄入材料经受高速混合。应当理解，这种高速混合不是在挤出机中进行的。相反，高速混合是在密闭的(真空密封的)高速混合器中进行，从而允许在高达130℃(在一些示例中，在80℃与130℃之间)的高温下、在至少2,500rpm的速度下并且在负压下混合。
如本文关于非限制性示例所述，已发现有机物摄入材料不能经受常规的挤出，并且在上述条件下在高速混合器内对其进行加工是有利的。
在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少2,600rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少2,700rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少2,800rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少2,900rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少3,000rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少3,100rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少3,200rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少3,300rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少3,400rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少3,500rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少3,600rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少3,700rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少3,800rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少3,900rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少4,000rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少4,100rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少4,200rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少4,300rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少4,400rpm的速度下进行。在一些示例中，在高速混合器中的混合是在至少4,500rpm的速度下进行。
在一些示例中，混合在高速混合器中是在约2,500rpm与约4,500rpm之间的速度下进行。在一些示例中，混合在高速混合器中是在约3,000rpm与约5,000rpm之间的速度下进行。在一些示例中，混合在高速混合器中是在约3,000rpm与约4,500rpm之间的速度下进行。在一些示例中，混合在高速混合器中是在约2,500rpm与约4,000rpm之间的速度下进行。
在一些示例中，高速混合器内的混合是在约0.5巴与约0.9巴之间、有时在0.6巴与0.9巴之间、时间在0.6巴与0.8巴之间、有时约0.7巴的负压下进行。高速混合器被设计并可操作以在整个工作时间期间提供该负压。
在一些示例中，混合是在高达约120℃的温度下进行。
在一些示例中，高速混合器是以在约30m/sec与约100m/sec之间、有时在30m/sec与80m/sec之间、有时在约40m/sec与约70m/sec之间、有时且优选在约45m/sec与约60m/sec之间的尖端速度操作。在一些示例中，高速混合器被配置或构造为以在约45m/sec与约60m/sec之间、或甚至在约50m/sec与约70m/sec之间、或甚至在约55m/sec与约70m/sec之间的尖端速度操作。
在一些示例中，尖端速度由转子直径和旋转速率决定或支配。
在高速混合器内的混合时间足以形成具有上文定义的特征的有机复合材料的干共混物(即呈粉末形式，这不同于通常通过挤出获得的粒料)。混合的持续时间将取决于混合速度和混合器内的负压。
在一些示例中，高速混合器可以在2,500rpm与3,000rpm之间的速度、约0.7巴的负压、高达120℃的温度(或在80℃与120℃之间)下操作，并且任选地持续约30分钟至约50分钟。
在一些其它示例中，高速混合器被设计并可操作以允许混合同时产生涡流运动，同时以在加工期间实现均匀性。有时，这可以通过使用专门设计的叶片来实现。
在一些其它示例中，高速混合器被设计并可操作以保持涡流运动的平衡，从而防止振动。这是特别相关的，因为存在包含不同密度的材料的混合物的摄入材料。
通常，速度越高和/或负压越低，混合的持续时间越短。在一些示例中，继续混合直至混合器内的挥发物水平低于1％。
然后可将所得OCM包装/储存以供进一步使用，可将其引导至制品的制造。
因此，根据本公开的又一方面，提供一种包含至少一种合成聚合物和本公开的OCM的共混物的制品，其中该制品的碳足迹比基本上仅由该制品中使用的合成聚合物组成的对应制品的碳足迹更低。
已经令人惊讶地发现，当在制品的制造之前或期间将OCM与塑料聚合物配混时，本文公开的OCM可以降低含塑料制品的碳足迹。
制品可包含任何量的与至少一种塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含至少10重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含至少15重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含至少20重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含至少25重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含至少30重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含至少35重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含至少40重量％的与塑料聚合物配混的OCM。
在一些示例中，制品包含至少45重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含至少50重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含至少55重量％的与塑料聚合物配混的OCM。
在一些示例中，制品包含最多90重量％的与塑料聚合物配混的OCM；有时最多85％。在一些示例中，制品包含最多80重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含最多75重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含最多70重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含最多65重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含最多60重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含最多55重量％的与塑料聚合物配混的OCM。在一些示例中，制品包含最多50重量％的与塑料聚合物配混的OCM。
在一些示例中，制品包含约10重量％OCM至90重量％OCM。在一些示例中，制品包含约20重量％OCM至80重量％OCM。在一些示例中，制品包含约30重量％OCM至60重量％OCM。在一些示例中，制品包含约20重量％OCM至80重量％OCM。
制品可包含任何类型的塑料聚合物。在一些示例中，将OCM与至少一种聚烯烃(诸如聚丙烯和/或聚乙烯)配混。
在一些示例中，将制品与生物可降解聚合物配混。
在一些示例中，将制品与聚乳酸(PLA)配混。已经令人惊讶地发现，当与生物可降解聚合物(诸如PLA)配混时，如表5中所述，组合的制品表现出基本类似于纤维素的独特的生物降解性和类似的碳足迹(类似的平均累积CO2g排放)。
考虑到OCM的独特生物降解性，其可具有许多用途，其中有兴趣使用具有低碳影响的可生物降解聚合物。
在一些示例中，OCM用于产生包装材料。换句话说，制品是包装形式，例如食品包装，并且优选食品批准的包装。
根据本公开的另一个方面，提供了用作可生物降解塑料替代物的有机物复合材料。
在又一些其它方面中，OCM用作添加剂，例如填料，特别是用于减少其所添加到的聚合物或其它物质的碳足迹。换句话说，OCM可用作碳足迹减少剂。
非限制性实施例的描述
生物基复合物制备
家庭固体无合成废物(HSNW)摄入材料制备
从异质家庭废物中分选HSNW分几个连续步骤进行。
-预分选：涉及金属、玻璃和矿物的手动去除。
-金属分选：涉及通过使用强力磁体(IFE MPQ 900F-P)去除含铁和非铁金属颗粒。金属分离磁体包括在传送带上方飞行的电磁体；线圈产生一个窄而深的磁场，该磁场将含铁金属部件抬起并且通过其自身的传送带将它们传送一小段距离，从而将这些磁性金属与其余材料分离。将金属置于系统底部的箱中并送回再循环利用。磁带系统被安装在传送带的末端，并且箱正好位于飞行抛物线上方以捕获磁性材料。
-涡流分选：杆系统安装在带束层鼓(belt drum)内部，配备有具有1m/s至3m/s的外部速度的带束层鼓。内部鼓运行高达3,000rpm。这产生了排斥来自HSNW流的非铁金属的涡流场(瓦格纳电磁(Wagner Magnete)0429\0-37)。
在该分选过程结束时，获得具有显著减少的金属/塑料/无机物的家庭固体有机废物。在干燥后进行这些杂质的最终去除。
在该阶段，HSNW通常含有25％至50％之间的高水/湿度含量。因此，将该HSNW转移至干燥过程。
生物干燥
在该阶段干燥的目的是将水分水平降低至低于18％(w/w)。HSNW的干燥在工业生物干燥中进行，其中天然废物中固有存在的细菌和多细胞生物体的活性导致将HSNW加热至高达65℃的内部温度并从废料蒸发液体。通过与计算机控制连接的热电偶测定温度。
所产生的热量利用控制空气供应来调节，保持细菌保持活性的最佳过程温度，通常在55℃至65℃之间，有时甚至高达70℃。
数天至甚至2周后，此时HSNW达到约15％至18％水分含量的干燥水平(这是使用标准水分分析仪可测量的)。将干燥的有机废物流转移至切碎机站，以使基本上干燥的固体有机废物的粒度均匀化。
切碎
使用工业旋转切碎机进行切碎以获得至多30mm的HSNW粒度。
第二次干燥(风干)：
第二干燥阶段在以热空气原理工作的工业滚床干燥机中进行。该干燥阶段将水分水平降低至低于10％。
最终清洁
最终清洁包括去除无机和金属残留杂质以及所有类型的塑料。
最初，清洁基于大小，使用多层筛，其以一组振动板的原理进行操作。
空气分离
空气分离器系统(IFE UFS600X+1000X)用于分离轻颗粒和重颗粒。具体地，空气分离器/分级器由加速带和随后的空气棒组成，颗粒位于该加速带上的一个层中，该空气棒将可调节的、限定的空气流吹入材料中。在空气棒之后，通常在轻颗粒和重颗粒之间存在分离器。在分离之后，存在分隔空间，该分隔空间使轻部分有机会下沉。重物质在空气棒和分离器之间进行分离。
NIR分离
最后，塑料和剩余金属的去除是基于近红外的原理。
近红外系统(SESOTEC MN 1024)用于选择性地分选/分离出特定的塑料聚合物。具体地，使用了带有扫描仪以及主动传感器支撑件和主动吹杆的系统。此外，该系统配备有灵敏度为至少1.5mm的高分辨率NIR相机，该相机可以捕获特殊物质的IR光谱的反射并将其与各种物质的存储光谱进行比较。如果系统检测到所需物质，则以二进制形式来查询自由编程的功能-分离或保留。然后使用连接的吹嘴棒以与检测相同的细度吹出颗粒。
在NIR分离之后，固体有机废料基本上不含任何金属、无机和塑料材料(包含至少90％的无合成的有机物)。这种基本上干燥的颗粒状蓬松HSNW材料用作加工成所需有机复合材料的摄入材料。
OCM产生
然后将无合成的有机物蓬松的摄入材料转移到设计用于混合粉末的高速加热混合器中。为此，使用在负压(0.7巴，40分钟，在高达120℃的温度下)下以3,000rpm操作的高速加热混合器。
应注意，蓬松的摄入材料不能在常规的班伯里混合器(Banbury mixer)中加工，该班伯里混合器虽然是强力混合机，但是它被设计用于混合橡胶或熔融聚合物并且不适合于粉末和/或蓬松材料的强力混合。
由于粉末颗粒之间产生的涡流和内部摩擦，需要高速混合器的原理以允许在加热的同时进行混合、研磨和均匀化。监测内部温度并且一旦达到90℃的内部温度，施加负压(0.7巴)以去除封闭混合器内的挥发物。继续真空下的混合过程，直到内部温度达到120℃。
然后将所得均匀的无合成的复合材料转移到工业冷却混合器中以达到低于40℃的温度。
参考复合材料的制备
在下文中，还将本公开的天然复合物与也包含塑料并通过挤出技术获得的参考复合材料进行比较。为了便于参考，如下制备这些对比复合物。
基于国际专利申请公开号WO10082202的对比复合物(下文称为“未分选的复合物”)
为了比较，使用如WO10082202中所述的复合材料。这种复合材料包含塑料(至少10％)以及有机物质。基于实施例2中制备的复合材料分析塑料/有机复合物。具体地，复合材料由从私人家庭收集的基本上未分选的废物(SUW)制备，在配备有叶片的切碎机中切碎，然后研磨成大小在几微米至几厘米之间的颗粒。然后将研磨的颗粒筛分以收集直径在100mm至200mm范围内的颗粒。100mm至200mm的颗粒流通过磁体，该磁体去除SUW的至少一些原始磁性金属含量。在分离磁性金属后，将剩余的颗粒流研磨并再次筛分以获得具有大约20mm大小的颗粒。然后将研磨的颗粒风干几天，在干燥空气流下干燥，直到去除至少一些但不是所有水分以获得干燥的颗粒。将干燥的颗粒进料到设定在180℃的温度和约50rpm的转速下的单螺杆挤出机(Erema或自制挤出机)中。在挤出机中加工颗粒材料，停留时间在约3分钟至约5分钟之间。将挤出机喷头冷却以增加挤出机中的压力和剪切力。将挤出物冷却至室温。
无塑料复合材料
使用摄入材料制备具有降低的塑料含量但含有合成和非合成有机物两者的复合材料，该摄入材料经历如上所述的生物干燥和切碎过程，随后使用一些非聚烯烃合成聚合物的NIR分离进行选择性分选。因此，所获得的复合材料尽管含有塑料物质，但具有减少量的被认为与聚烯烃不相容的所选聚合物(与它们在基本上未分选的家庭废物中的量相比)，诸如卤化聚合物(例如聚氯乙烯(PVC))和/或含芳基化合物和/或熔点范围为至少200℃或更高的聚合物(诸如(PVC)、聚苯乙烯(PS)和PET)。具体地，摄入材料包含小于1％的PVC、小于3％的PS和/或小于5％的PET。
无塑料摄入材料然后经受单螺杆挤出机(尺寸为145mm直径，螺杆长度：950cm，螺杆与机筒的间隙：0.5mm至2mm，高耐磨螺杆和机筒，模具开口直径为最多30mm和2个排气区)。然后使挤出的无塑料复合材料经受研磨过程以获得以下粒度的无塑料复合物：1.4mm(下文称为“Q1.4”)、0.9mm(下文称为“Q0.9”)和0.7mm(下文称为“Q0.7”)。
结果和对比分析
高速加热混合器对比挤出
以下比较旨在区分根据本公开产生的无合成的有机复合材料与当使用WO10082202的方法时来自相同无合成的有机摄入材料的挤出物，在WO10082202的方法中，在挤出机内加工异质废物。
为此，将无合成的有机摄入材料在120℃下烘箱干燥以将湿度降低至10％。然后将干燥的无合成的有机摄入材料在具有6mm筛的研磨机中进一步研磨。然后使研磨的游离有机摄入材料经受以下替代：
-在高速加热混合器中在负压(0.7巴，40分钟，在高达120℃的温度下)下以3,000rpm混合；
ο然后将研磨的干燥无合成的有机物质在高速混合器中在0.7巴的真空下在高达120℃下以3,000rpm混合40分钟；
或者
ο在100℃-120℃下以60rpm在单螺杆挤出机中挤出干燥的无合成的有机摄入材料。
当试图将无合成的有机摄入材料转移通过挤出机时，无合成的有机摄入材料由于材料粘到挤出机螺杆上和早期降解而不能通过。尝试了其它rpm和温度设置，没有成功。
即将得出的结论是，在不存在甚至少量塑料的情况下，没有流动介质来携带无合成的有机摄入材料通过挤出机，并且因此，为了允许无合成的有机摄入材料的挤出，需要添加少量的热塑性物质或其他类型的润滑剂(例如蜡)。
施加或不施加负压的高速加热混合器
为了评价在真空条件下混合的重要性，将干燥的无合成的有机摄入材料(干燥至约10％水分)研磨至6mm大小(使用6mm筛)并且在真空(0.7巴的负压，“无合成的有机物”或“有机物”)或无真空(“参考物”或“Ref”)下在115℃至120℃下以3,000rpm高速混合40分钟，然后在冷却混合器中冷却，如上所述，以获得无合成的有机复合材料。
对于样品评价(制备)，然后使用单螺杆挤出机在如表2中设定的以下条件下将所得的无合成的有机复合材料与聚丙烯(70％，共聚物MFI＝60)配混：
表2：挤出条件
| 样品 | 真空(巴) | 压力(巴) | 扭矩(％) | 速度(rpm) | 产量(kg/h) |
| 有机物 | 0.7 | 18 | 35 | 250 | 4 |
| 参考物 | 无 | 20 | 38 | 250 | 4 |
然后使所得挤出材料(无合成的有机物或参考物)经受注塑，并测试所得模具的表面外观、气味和机械特性。
拍摄注塑样品的图像并提供在图2A至图2B中。具体地，图2A显示了在真空条件下制备的无合成的有机物复合材料的注塑样品；而图2B显示了在其制备过程中在不施加负压/真空的情况下制备的参考复合材料的注塑样品。
作为进一步的示例，类似地在真空条件下将有机物与80％ PP配混，其图像提供为图2C。
从这些图像中可以清楚地看出，复合材料中挥发物的存在(即在不施加负压的情况下在制备过程中没有将挥发物去除)损害了注塑产品的表面外观。不受理论的约束，认为在封闭的高速混合器内聚集的蒸汽引起这些表面损坏。
还评价了两种样品类型的气味并基于从1至5(1是无气味的，5是高气味的)的内部评分系统，结论是参考复合材料的气味评分为5，而有机物复合材料的评分为3。这些结果加强了真空对最终复合材料提供有益效应的结论。
OCM碳足迹
碳足迹是由给定活动(诸如特定产品的制造)释放的温室气体的一种量度，并且以所产生的二氧化碳当量(CO2eq)排放的公吨表示。
根据ISO14040，使用LCA计算器软件，根据新方法所需的总能量质量平衡，通过LCA(生命周期评估)测定OCM的碳足迹。上文提供了计算的方法学。
具体地，计算复合材料的LCA的方法学需要确定转化活性的影响。关于这一点，注意到OCM的碳足迹的计算仅考虑用于转化过程本身的能量，并且不包括先前的干燥和切碎步骤，因为这些步骤是在废物到达加工设施之前进行的。
以下非限制性实施例基于一家位于以色列南部的泽埃林(Tze'elim)的工厂，其中由于可获得用于干燥的太阳热而需要很少的能量来产生OCM。因此，在该非限制性实施例的条件下，产生每千克OCM仅需要0.39kWh的电力，其转化为1.40MJ/kg。
以色列电力混合物的气候影响为0.31kg CO2eq/MJ(GWP100)和0.35kg CO2eq/MJ(GWP20)。该信息取自LCA软件IMPACT 2002+(vQ2.28)(2017年7月)V2.28/IMPACT 2002+，并与Quantis的可持续性顾问公司一起确定。
通过从转化过程的能量使用的气候影响(上文)中减去根据图6中呈现的方程计算的避免排放来计算净LCA。已经发现，本文公开的复合材料的净影响是负面的，因为避免排放大于由有机物复合材料产生的排放。
此外，对于包含93.3％食物垃圾和6.7％无机物的有机物复合材料，由该组合物导致的避免排放和净气候影响显示在表3中(四舍五入数字)。
表3-有机物复合材料(“有机物”)的气候影响
为了确定OCM的影响，将其碳足迹与原生聚丙烯(PP)、原生聚乳酸(PLA)的碳足迹以及与WO10082202中描述的复合材料(下文称为“未分选的”复合材料)的碳足迹进行比较。关于这一点，注意到未分选的复合物来自未分选的家庭废物，包括至少10％的合成塑料，并且通过如上文简要描述的未分选的废物的挤出来产生。此外，注意到已知PLA用于可生物降解产品中。
表4提供了单独或组合的材料的碳足迹。
表4：碳足迹
| 组成 | 碳足迹(KgCO2 eq/Kg) |
| 100％聚丙烯(PP) | 2.7 |
| 100％聚乳酸(PLA) | 3.8 |
| 100％未分选的复合物* | -11.7 |
| 100％OCM | -19 |
| 70％PP+30％OCM | -3.7 |
| 70％PLA+30％OCM | -3.1 |
*如WO10082202中所述
表4清楚地显示，本文公开的OCM通过其负的净碳足迹对环境具有显著得多的影响，该负的净碳足迹甚至大于WO10082202的未分选的复合材料。
此外，如下文所示，尽管碳足迹低得多，但OCM与PP或PLA的组合的机械特性与用作原生塑料时的PP或PLA的机械特性基本上相同。
OCM对比未分选的复合物
WO10082202描述了来自未分选的家庭废物(包括塑料)的复合材料，该复合材料在上述条件下经受挤出，并且在该公开中更详细地描述。根据WO10082202获得的复合材料在本文中称为未分选的复合材料。
根据ISO 14040/44，使用LCA计算器软件和制造过程所需的总能量质量平衡，通过LCA(生命周期评估)测定未分选的复合材料材料的碳足迹。上文提供了计算的方法学。
具体地，计算复合材料的LCA的方法学需要确定转化活性的影响。关于这一点，注意到未分选的复合物材料的碳足迹的计算仅考虑用于转化过程本身的能量，并且不包括先前的干燥和切碎步骤，因为这些步骤是在废物到达加工设施之前进行的。
然后比较包含30％复合材料(OCM或未分选的复合材料)和70％PP的注塑样品的物理特性，如表5中所总结。
表5中总结的机械特性如下测定：
拉伸测试–拉伸特性根据ISO-527-2使用A1型试样测定：总体长度≥150mm至200mm，窄平行侧边部分的长度＝80mm±2mm，半径为20mm至25mm，宽平行侧边部分之间的距离为104mm至113mm，端部宽度＝20mm±0.2mm，窄部分宽度为10mm±0.2mm，优选厚度为4mm±0.2mm，标距长度为50mm±0.5mm，并且夹具之间的初始距离＝115mm±1mm。
悬臂梁式冲击(缺口)-使用ISO 180(1J摆锤)/ASTM D256(1J摆锤)，缺口，锤1J测量悬臂梁式冲击。(悬臂梁式冲击强度、沿边缺口试样)
断裂伸长率-使用ASTM D790(ISO 178)方法进行测试，测试速度为5mm/min。
密度-使用ISO 1183进行测试。
表5：PP配混的样品-机械特性比较
表5显示，尽管OCM-PP复合物的机械特性与未分选的-PP复合物(还包含未分选的家庭废物中存在的量的塑料)的机械特性相似，但OCM-PP复合材料具有显著更高的MFI，使得OCM-PP复合物对于注塑更相容、更可流动并且因此更适合于工业应用。关于这一点，注意到MFI越高，材料在设定温度下的流动性越高。
OCM-PP复合物的较高MFI是出乎意料的，因为PP共聚物的MFI是相同的(60)，并且预期OCM降低MFI。然而，这没有发生。即将得出的结论是，通过使用OCM，有可能减少原生聚合物的量并得到具有基本上相同官能度且至少少30％的原生聚合物的产物。
OCM-PLA复合物对比未分选(Q0.7)PLA复合物或原生塑料的生物降解性
将OCM-PLA、研磨至0.7mm的未分选的复合材料(“Q0.7”)和未分选的Q0.7-PLA(下文称为“Q0.7-PLA”)在堆肥中的需氧生物降解性与原生PLA(Ingeo 4032D，Nature Works)在具有或没有OXO(根据技术，通常添加到可生物降解产品/复合物-d2w 93224中的可生物降解促进剂，Symphony Environmental)的情况下和以纤维素作为参考(纤维素标准UNE-EN13432-2001，表4中的“0”)进行比较。
根据表6的组合制备四个测试样品，并粒化成2mm直径和3mm长度的粒料：
表6：试验样品
堆肥中最终需氧生物降解性的测定是根据UNE-EN13432-2001中建立的要求(欧洲标准-可通过堆肥和生物降解回收的包装要求-包装最终验收的测试方案和评价标准)并遵循UNE-EN ISO14855-1:2013中详述的技术规程(在受控堆肥条件下塑料材料的最终需氧生物降解性的测定-通过分析释放的二氧化碳的方法)进行。如精通本领域技术人员所理解的，标准要求是相对于纤维素标准超过90％的生物降解。根据UNE-EN13432-2001，对于每组测试，平行地运行纤维素标准。
％生物降解提供于表7中并进一步示于图3的曲线图中，图3显示累积生物降解。
表7：生物降解
表7显示，当使用OCM-PLA复合物时，根据欧洲标准UNE-EN13432-2001和UNE-ENISO14855-1:2013，样品完全分解。
然而，当使用Q0.7-PLA时，根据标准，即使在添加OXO时，相应样品也不分解。
有机复合物对比无塑料复合物
测定了有机物复合物的各种特性与无塑料复合物的各种特性的对比(即已经去除特定的塑料(包括PET)的复合物，因此认为与WO10082202相比含有较少的塑料，但仍含有塑料)。
首先，为了测定合成聚合物的相对含量、热稳定性和无机含量的量(灰分含量)，通过差示扫描分析(DSC)和热重分析(TGA，(T起始和T0))分析OCM样品和无塑料复合物样品(如上文所定义的“Q0.9”)。具体地，使用具有质谱的组合的STA TG-DSC[NETZSCH-Geratebau,STA TG-DSC 443F3 )。
使用的TG-DSC条件(ISO11358重量损失>5％)是：
结果提供在图4A至图4F中并总结在表8中。
表8-有机物复合物和Q0.9的TG-DSC
| 纤维素(％) | 无机物(％) | 合成聚合物(％) | T起始(℃) | T0(℃) | |
| Q0.9 | 79.2 | 9.2 | 11.6 | 218 | 298 |
| OCM | 93.3 | 6.7 | 172 | 278 |
表8显示OCM含有超过90％的纤维素和不可检测量的合成聚合物。此外，表8显示OCM还包括减少量的合成物和/或无机物。
此外，表8显示T起始(氧化或分解开始时的温度)对于OCM低得多，这意味着OCM略微较不稳定并且将在172℃下降解。该结果还得出以下结论：OCM不能在WO10082202中设定的条件下挤出(在180℃的温度下挤出)。
此外，根据ISO1183-2测定每个样品的密度，对于Q0.9，密度为1.2g/cm3，并且对于OCM，密度为1.25g/cm3，即基本上相同。
还关于OCM、未分选的复合物(如WO10082202中所述)和无塑料复合物(Q0.9，如上所述)进行了元素分析。具体地，使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP/AES)。
为此，将液体样品喷入在6000°K至10000°K下燃烧的氩等离子体炬中。注入的样品被快速脱水，其溶质首先熔化，然后通过加热蒸发。分子分解成自由原子，并且大比例的这些原子也被离子化。
表9提供了每个测试的复合材料中的无机含量。
表9：无机含量
| 元素 | 未分选(mg/g) | Q0.9(mg/g) | OCM(mg/g) |
| Ca | 32 | 29.6 | 21.2 |
| Fe | 4.4 | 1.3 | 0.3 |
| Na | 7 | 4.0 | 5.4 |
| Al | 13.9 | 3.1 | 0.2 |
| K | 5.64 | 2.1 | 16.6 |
| Mg | 6.14 | 1.2 | 1.5 |
| P | 0.66 | 0.7 | 0.5 |
| Zn | 0.36 | 0.1 | 0.0 |
| Si | 71.3 | 1.7 | 0.5 |
| S | 0.74 | 1.4 | 1.8 |
表9显示OCM包含显著更低含量的Fe、Al和Si(砂)以及更高含量的K，后者指示来自活生物体的无合成的有机物质。钾是植物细胞的主要渗压剂，因此其高水平是OCM是其来源的指纹。关于这一点，注意到合成聚合物或甚至木塑料不含有如此高水平的钾，因为木质纤维经历用水大量洗涤以从中去除钾。
也使用20g样品测定总提取碳，用二甲醚(Di-Methyl Ether，DME)提取。对油残留物进行称重，并计算提取碳的量。结果示于表10中。
表10：总提取碳
| 有机物 | Q0.9 | |
| 碳含量 | 1.5g | 0.7g |
| ％ | 7.5 | 3.5 |
为了测定包含OCM:PLA(50:50)或Q0.9:PLA(50:50)的样品的机械特性，通过在双螺杆挤出机中配混来制备。测试方法包括通过双螺杆挤出机(Coperion，ZSK 18 MegaLab，D＝18mm，48L/D)配混共混物。
将配混的材料或PLA在80℃下的除湿器中干燥2小时，露点：-49℃，然后注塑以形成根据ISO 294的测试试样。
机械特性-表11中总结的机械特性如下测定：
拉伸测试–拉伸特性根据ISO-527-2使用A1型试样测定：总体长度≥150mm至200mm，窄平行侧边部分的长度＝80mm±2mm，半径为20mm至25mm，宽平行侧边部分之间的距离为104mm至113mm，端部宽度＝20mm±0.2mm，窄部分宽度为10mm±0.2mm，优选厚度为4mm±0.2mm，标距长度为50mm±0.5mm，并且夹具之间的初始距离＝115mm±1mm。
悬臂梁式冲击(缺口)-使用ISO 180(1J摆锤)/ASTM D256(1J摆锤)，缺口，锤1J测量悬臂梁式冲击。(悬臂梁式冲击强度、沿边缺口试样)
断裂伸长率-使用ASTM D790(ISO 178)方法进行测试，测试速度为5mm/min。
表11：机械特性
表11显示，虽然Q0.9-PLA样品中的塑料含量提供了更刚性的样品，如从更高的拉伸模量、屈服强度和断裂应力所证明的，但两个样品具有相同的悬梁臂式缺口冲击。因此结论是，OCM:PLA(50:50)组合可用于可堆肥膜，诸如用于包装和农业覆盖膜。
此外，使样品经受傅里叶变换红外光谱法(Fourier-transforminfraredspectroscopy，FTIR)分析：(Nicolet 6700，使用ATR Accessory的中红外范围的FTIR分光光度计)。吸光度光谱是通过记录随波长变化的吸光度而获得的。根据在制造商的操作说明中提供并基于通常已知的文库的特定波长处的吸光度测量值计算浓度。
图5是显示OCM与无塑料复合物(Q0.9)之间的差异的ART-FTIR光谱。可以具体参考表10中描述的峰的差异。
表12-示例性峰
图5和表12清楚地显示了无合成的有机物含量的差异(参见破碎的有机胡萝卜)。
具体地，可以看出，与Q0.9复合物相比，OCM含有高百分比的天然(即非合成)有机物质。例如，峰3335.56cm-1指示羟基组分并且含有较少的主要表征聚合物的脂族基团。
图5提供了两种不同样品(包括0.9mm尺寸的复合材料(Q0.9)和OCM)的结果。
有趣的是，FTIR文库将Q 0.9识别为叶黄素(86％)，并且将OCM识别为胡萝卜种子(95％)。虽然这不能被认为是确定的化学品识别，并且它仅仅是指示类胡萝卜素的主要FTIR信号的指示，但这是Q0.9与OCM之间、更重要的是OCM与其它木塑料之间的令人感兴趣的观察结果和清楚的区分因素。虽然OCM相对富含纤维素纤维，但Q 0.9含有较少的纤维和较高比例的类胡萝卜素。
还使用气相色谱法(GC-MS，Agilent 7890A)表征OCM。具体地，通过GC-Sniffer、随后GC-MS分析有机复合物的24小时顶空提取。GC-Sniffer在16分钟至20分钟之间的保留时间时指示令人不快的酸败气味。GC-MS结果指示两种主要挥发性化合物：壬酸和辛酸，对于辛酸在15分钟的保留时间时洗脱、对于壬酸在19分钟的保留时间时洗脱。作为参考，注意到油酸在35分钟保留时间时洗脱。
表13显示与OCM相比，Q0.9含有高得多水平的辛酸和显著较低水平的油酸。此外，表11指示由于在OCM中施加较低的温度和压力，辛酸/油酸和壬酸/油酸的比率显著较低。
关于这一点，注意到辛酸(octanoic acid)(也称为名称辛酸(Caprylic acid))是八碳饱和的，并且是具有轻微令人不快的酸败样气味的微溶于水的油性液体。壬酸和辛酸是不饱和油酸的降解产物。油酸是在各种动物和植物脂肪和油中天然存在的脂肪酸，因此存在于城市废物中。油酸降解得到壬酸和辛酸特别是在亚临界水的存在下在20MPa(约200Atm)和高于300℃下发生。有趣地注意到，硬脂酸(油酸的饱和形式)即使在370℃下也是稳定的。此外，油酸在亚临界水的存在下在300℃和20MPa下是稳定的。
表13-脂肪酸含量(任意单位)
Q0.9和OCM的DNA提取和叶绿素含量
DNA提取方案修改自http://www.bio-protocol.org/e2906。具体地，使用冷却的研钵和研杵将一式三份的20g Q 0.9和OCM在液氮中研磨成细粉(这是在-210℃中提取DNALN2的常用方法)。然后将细粉置于管中，向其中添加500μl 2％氯仿:异戊醇(24:1)(CTAB)溶液，并在剧烈混合下在65℃水浴中温育一小时。CTAB(一种阳离子洗涤剂)的使用促进了纯化过程中多糖的分离，而添加剂诸如聚乙烯吡咯烷酮可以有助于去除多酚。当从植物组织中纯化DNA时，广泛使用基于CTAB的提取缓冲液。
然后将混合物以12,000g离心15min并收集上清液，向其中添加等体积的氯仿并再次离心。取出水相，并通过轻轻混合管添加等体积的异丙醇。将管在-20℃处放置一小时并以12,000x g离心15min。向沉淀中添加700μl 75％乙醇并以12,000x g离心5min。将沉淀完全干燥，并在30μl超纯水1μl 10％ RNaseA中混合，并在37℃处温育一小时。使用NanoDrop测定DNA量。
叶绿素含量的测定使用以下概述的方案进行：具体地，将一式三份的20mg质量的测试复合材料添加到含有1ml二甲基甲酰胺(DMF)的1.5ml管中。将管在4℃处温育过夜以使叶绿素溶解到DMF溶液中。将300μl样品溶液与600μl DMF在新鲜Eppendorf管中混合(每体积样品2体积DMF)。在分光光度计中使用石英比色杯在647nm和664.5nm波长处获取吸光度(A)。
叶绿素a含量(μg/ml)＝(12 x A664.5)-(2.79 x A647)
叶绿素b含量(μg/ml)＝(20.78 x A647)-(4.88 x A664.5)
表14：总DNA和叶绿素含量
| OCM | Q 0.9 | |
| 叶绿素μg/g | 75.5 | 96.5 |
| DNA mg/g | 18.9 | 4.5 |
上述数据显示，两种复合材料中的叶绿素水平大约相同，而OCM中的DNA含量显著更高。
Q材料在OCM对比Q0.9中的元素分析(C、H、N)
根据制造商的说明，使用Flash EA 1112元素分析仪对C、H、N、S和O进行元素分析。结果提供于表15中。
表15-元素分析(有机物)
| ％ | N | C | H |
| OCM | 2.0 | 45.1 | 6.1 |
| Q 0.9 | 0.6 | 53.8 | 7.6 |
OCM中高量的氮指示更高量的无合成的有机(天然)材料，因为Q0.9含有相对高水平的富含碳和氢并且通常不含氮的聚烯烃，而天然产物(例如在OCM中更丰富地发现的那些)含有富含氮的蛋白质。
Claims (47)
1.一种有机复合材料(OCM)，包含含有至少90重量％的异质有机物质的共混物；其特征在于：所述OCM的特征在于以下中的至少一种：
-所述OCM具有如根据ISO14040:2006所测定的低于约-10KgCO2 eq/Kg的碳足迹；
-当所述OCM与70重量％的聚丙烯(PP)配混以形成OCM-PP时，所述OCM-PP具有如根据ISO1133-1:2011所测定的超过约30g/10min的熔体流动指数(MFI 230℃/2.16Kg)；
-当所述OCM与70重量％的聚乳酸(PLA)配混以形成OCM-PLA并且将所述OCM-PLA在堆肥中放置至少80天时，所述OCM-PLA表现出至少90％的降解；
所述OCM的特征还在于以下中的至少一种：
-所述OCM包含占所述复合材料的总重量的0％与3％之间的量的合成聚合物；并且
-所述OCM包含不可检测量的聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一者。
2.根据权利要求1所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含占所述复合材料的总重量的0重量％与3重量％之间的合成聚合物。
3.根据权利要求1或2所述的OCM，其特征在于：所述OCM基本上不含合成聚合物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含纤维素基物质的异质共混物。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM的特征在于小于-14KgCO2 eq/Kg的碳足迹。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的OCM，其特征在于：当与合成聚合物配混以形成OCM-合成共混物时，所述OCM-合成共混物的特征在于碳足迹低于单独的所述合成聚合物的碳足迹。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的OCM，其特征在于：当与70重量％的聚丙烯(PP)配混以形成OCM-PP共混物时，所述OCM-PP共混物在230℃的温度和2.16Kg的标准负荷下表现出至少45g/10分钟、优选至少50g/10分钟的熔体流动指数。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM表现出热塑性特性。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM是可生物降解的。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的复合材料，其特征在于：当与可生物降解的合成聚合物配混时，所述共混物是可生物降解的。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的OCM，其特征在于：当与聚乳酸(PLA)配混以形成OCM-PLA共混物时，所述OCM-PLA共混物是可生物降解的。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含从包含2％氯仿:异戊醇(24:1)(CTAB)的提取溶液提取的至少0.1mg/g DNA。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含如通过元素分析所测定的至少6mg/g的钾。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含如通过热重-差示扫描分析(TG-DSC)所测定的至少80重量％的纤维素基材料。
15.根据权利要求14所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含至少90重量％的纤维素基材料。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含小于0.5的辛酸/油酸比率。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含小于1.3的壬酸与油酸比率。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含小于10％的无机物质。
19.根据权利要求18所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含小于2％的无机物质。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM包含小于1.5mg/g的二氧化硅。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM在作为提取溶剂的二甲醚(DME)内包含至少5重量％的总提取碳。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM在热重分析(TGA)曲线中具有不超过180℃的重量损失起始温度。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的OCM，其特征在于：已经受注塑的包含30重量％的OCM和70重量％的聚丙烯(PP)的所述OCM的样品表现出以下中的至少一种：
-至少1,000MPa的拉伸模量；
-至少12MPa的屈服拉伸应力；
-至少2.2％的屈服拉伸应变；
-至少3.2％的断裂拉伸应变；
-至少2.8kJ/m2的悬臂梁式缺口冲击；
-至少1,000MPa的弯曲模量；
-至少20MPa的弯曲应力；
-至少0.9g/cm3的密度。
24.一种用于制备包含异质有机物质的共混物的有机复合材料(OCM)的方法，其特征在于：所述方法包括：
a.提供包含至少90重量％的异质有机废物的共混物的摄入材料，所述摄入材料的特征还在于以下中的至少一种：(i)在0重量％与3重量％之间的合成聚合物含量；和(ii)不可检测量的聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中的至少一者；以及
b.使所述摄入材料在高达约130℃的温度、至少约2,500rpm的速度和真空条件下经受高速混合，从而获得所述复合材料。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于：所述摄入材料是从异质废物获得的，其中所述异质废物经受干燥、大小减小、金属去除、合成聚合物去除中的任何一者或组合。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于：所述合成聚合物去除包括使任选地干燥并且大小减小的所述异质废物经受NIR分离阶段，以去除PVC、PS和/或PET中的至少一者。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的方法，其特征在于：所述摄入材料包含小于10重量％的水分。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，其特征在于：所述摄入材料包含小于1重量％的金属。
29.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，其特征在于：所述摄入材料包含小于2重量％的合成聚合物。
30.根据权利要求24至29中任一项所述的方法，其特征在于：所述摄入材料包含如通过ISO11358所测定的不可检测量的合成聚合物。
31.根据权利要求24至30中任一项所述的方法，其特征在于：所述摄入材料具有小于40mm的平均粒度。
32.根据权利要求24至31中任一项所述的方法，其特征在于：所述摄入材料基本上由除水分和无机物以外的异质有机物质组成。
33.根据权利要求24至32中任一项所述的方法，其特征在于：所述摄入材料包含至少80重量％的纤维素基异质废物。
34.根据权利要求24至33中任一项所述的方法，其特征在于：所述摄入材料包含占所述摄入材料的总重量的至少约6mg/g的钾。
35.根据权利要求24至34中任一项所述的方法，其特征在于：所述摄入材料包含至少约0.1mg/g DNA。
36.根据权利要求24至35中任一项所述的方法，其特征在于：所述高速混合是在约3,000rpm的速度下进行。
37.根据权利要求24至36中任一项所述的方法，其特征在于：所述高速混合是在约0.5巴与约0.9巴之间的负压下进行。
38.根据权利要求24至37中任一项所述的方法，其特征在于：所述高速混合是在约100℃与约120℃的温度下进行。
39.根据权利要求24至38中任一项所述的方法，其特征在于：所述高速混合是以在45m/sec与60m/sec之间的尖端速度操作。
40.一种制品，包含至少一种合成聚合物和根据权利要求1至23中任一项所述的OCM的共混物，其特征在于：所述制品的碳足迹低于所述至少一种合成聚合物的碳足迹。
41.根据权利要求40所述的制品，其特征在于：所述制品包含至少10重量％的所述OCM。
42.根据权利要求40或41所述的制品，其特征在于：所述至少一种合成聚合物是可生物降解聚合物，并且所述制品是可生物降解的。
43.根据权利要求42所述的制品，其特征在于：所述合成聚合物包括聚乳酸(PLA)。
44.根据权利要求40至43中任一项所述的制品，其特征在于：所述制品构成包装材料或呈包装形式。
45.根据权利要求1至23中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM用作可生物降解塑料替代物。
46.根据权利要求1至23中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM用作可生物降解添加剂。
47.根据权利要求1至23中任一项所述的OCM，其特征在于：所述OCM用作碳足迹减少剂。
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