JP2024506753A - バイオプラスチック組成物、それを含むバイオプラスチック生産物および関連する生産プロセス - Google Patents

Abstract

バイオプラスチック組成物は、次の：バイオプラスチック組成物の重量に対して30％～80％間に含まれる重量での濃度における少なくとも一つの海藻抽出物；バイオプラスチック組成物の重量に対して1％～30％間に含まれる重量での濃度における水；バイオプラスチック組成物の重量に対して20％～70％間に含まれる重量での合計濃度において存在する少なくとも四つの添加剤を含み；そこで添加剤には、少なくとも一つの可塑剤、少なくとも一つの抗微生物剤、少なくとも一つのゲル化剤および少なくとも一つのアジュバントが含まれる。

Description

本発明は、バイオプラスチック組成物、それを含むバイオプラスチック生産物および関連する生産プロセスに関する。

ほとんどの産業部門は、プラスチック材料から作られる物品の生産または使用に深く関係がある。特に、これらの中でも、処分可能な物品部門、例は、家庭用容器または食器および包装部門などのようなものは、それらの生産サイクルにおいてプラスチック材料の最大のユーザーである。

最も頻繁に使用される材料は、石油由来の合成ポリマー、例は、ポリエチレン（PE）、ポリエチレンテレフタラート（PET）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリプロピレン（PP）およびその他などのようなものである。

これらの材料は、それらが強く、可撓性であり、および例は、あらかじめ規定された形状の生産物を得るために、型において形成すること、または薄いフィルムに広げることによって、および/または包装用物品、例えば、サシェおよびバッグなどのようなものを得るために、ヒートシールすることによって、簡単にはたらかせることができるという事実を含め、多くの利益を有する。

しかしながら、これらの材料は大きな環境への影響を有し、およびそれらの広範な使用は、生産サイクルおよびそれらのその後の処分の両方に関して、汚染に大きく影響することがよく知られている。

プラスチック材料は、実際、それら自体が極めて汚染的であることに加えて、生産サイクルを必要とし、それはそれが引き続き非常に汚染的であり、そのことは環境にとって、および動物性有機体にとって有毒/有害な物質の使用に関係する。

平均して3億8000万トンのプラスチックが毎年生産されており、それらの生産には12億バレルを超える原油の使用が関係する。この3億8000万トンのうち、包装物品の50％近くが使い捨てであり、およびそれらの数は2050年までに3倍になると見積もられている。

既知のプラスチック材料は、環境において拡散したとき、平均存在期間が100-1000年である。この時間の間、既知のプラスチック材料は、極小のプラスチック破片、いわゆるマイクロおよびナノプラスチックに分解される傾向がある。

これらのマイクロおよびナノプラスチックは、ほとんどの場合、海洋および海に行き着き、および食物連鎖の一部となり、それらを餌とする動物の、および、結果的に人間の組織に生物濃縮され、その結果、後者の健康に重大な悪影響を及ぼす。

地中海では、マイクロおよびナノプラスチックとプランクトンとの比率は1：2である。最近の研究では、世界の市場で売られている魚の25％がマイクロプラスチックに汚染されており、および消化管においてそれらの痕跡が示されることが見出された。この魚は人間の消費用、家畜の飼料として、または植物の肥料として使用される。

同時に、慣習的なプラスチック材料のリサイクルプロセスは、廃棄物品が汚れていることが多く、または分離することができない異なる材料の組合せからできているため、必ずしも可能ではない。さらに、フィルムの場合、リサイクルプロセスは経済的に実現性がなく、およびそのため、これらは焼却によって直接処分されることが多い。

加えて、慣習的なプラスチック材料のリサイクルは、実際には「循環型」ではないがどちらかというと、プラスチック廃棄物問題を解決するというよりはむしろ、単に後回しにする下向きのスパイラルパターンに従う。実際、望ましい生産物を得るためには、どのような場合でも「純粋な」プラスチック材料を補充する必要があり、その一方でリサイクルされた部分は品質が低下するため、プラスチックリサイクリングプロセスの収率は決して100％ではない。例えば、直接的な食物用途において使用されるプラスチック材料は（それらがリサイクルされるのに足るほどきれいな状態でリサイクル施設に届くと仮定すると）、そのプラスチック材料の寿命を通じて、リサイクルなどされた後は、食物用途に再利用することができず、それらはついには埋め立てられるか、または焼却されるしかない。

そのため、近年、環境影響が低減され、効果的にリサイクル可能で、生分解性があり、堆肥化可能な新しいプラスチック材料の研究および開発が増加している。

これらのうち、オキソ分解性材料は、プラスチックの分解を促進することを目的とした酸化剤を最大5％含有する慣習的な石油系プラスチックである。しかし、酸化剤は石油系プラスチックをより一層生分解性にするものではない。さらに、オキソ分解性プラスチックでさえ、この酸化性添加剤のためにリサイクル可能でない。

バイオブレンドは、慣習的な石油系プラスチック材料およびバイオプラスチック、例は、でんぷん由来のバイオプラスチックなどのようなもののわずかな割合から構成される。

バイオPETおよびバイオPPは、慣習的なポリエチレンテレフタラートおよびポリプロピレンであり、それらは原油よりはむしろ、エステル化された植物油供給源から導き出される。しかし、バイオベースのものは生分解性を意味せず、およびバイオPETおよびバイオPPは、熱可塑性でんぷんのほんのわずかを含むか、または自然油から導き出されるが、それらはそれらの対応する石油由来の対応物と化学的に同一であり、および従って、同じ欠点を有する。

最後に、最近開発された材料は、食品資源から放出される植物バイオマスの直接または間接的な発酵から導き出されるバイオプラスチックを含む。最も普通の原料は、トウモロコシ、サトウキビおよびビートである。

バイオプラスチックの中で最もよく知られているのはポリ乳酸（PLA）であり、それは植物、例えば、トウモロコシ、サトウキビおよびビートなどのようなものからでんぷんおよび糖を発酵させることによって生産される。

PLAは堆肥化可能であるが、PLAの堆肥化には、定められた温度および湿度条件下、および特殊な微生物の存在下で設定される産業的分解プロセスが含まれる。したがって、PLAは家庭用堆肥化装置を用いて堆肥化可能でない。

加えて、PLAを生産するために使用される植物は、長期の生育期間を必要とし、肥料および農薬の集約的な使用を伴い、それらは流域および帯水層を汚染および富栄養化する。

そのうえにバイオプラスチックの生産のための農地の使用は、食物目的用の食物生産およびプラスチック/産業目的間に厳しい対立を作り出し、ある対立は、農業生産がすでに制限され、および/または問題が多く、および乏しく、それが大量の淡水を必要とするという事実に加えて、淡水がまれなため、ますます貴重な物資である場所ではさらに一層深刻になっている。

最後に、既知のバイオプラスチック、例は、PLAなどのようなものは、正しく処分されなければ、慣習的な石油化学プラスチックのリサイクルプロセスを汚染し、このようにリサイクルプロセスそれ自体を危うくすることが指摘されるべきである。この汚染によって、リサイクルされるプラスチック廃棄物のバッチ全体を焼却する必要が生じ、そうでなければ関係する機械に深刻な損害が生じる。

バイオプラスチックの別のタイプは、ポリヒドロキシアルカノアート（PHA）である。

このタイプのバイオプラスチックは、自然界で実際に分解する唯一のものである。しかし、PHAはそれらが高度に壊れやすく、およびコストが高いため、用途が非常に限られている。PHAの製造プロセスは1970年代半ばから開発および研究されてきた技術であるという事実にもかかわらず、PHAはそれらの非常に高い生産コストのため（慣習的なプラスチックの15-20倍高い）、産業的規模に達することが決して可能ではなかった。さらに、PHAは、他のバイオプラスチックと同様に、同じ原料（サトウキビ、ビート、トウモロコシ・・・）から導き出され、このようにそれらが持続可能にされない。

代替材料の使用に関係する追加の主要な欠点は概して、これらの材料が、機械的強度、耐化学性、バリア特性、大規模製造可能性および商業的/経済的実行可能性などのような重要な態様に関して意に満たないという事実である。

したがって、慣習的なプラスチック材料によって引き起こされる環境への影響を効果的に低減することができ、および同時に産業的用途に手軽に使用される新しいバイオプラスチック組成物が必要とされている。
本発明の説明

本発明の主な目的は、慣習的なプラスチック材料が有する物理的-機械的特性に匹敵するものを有するバイオプラスチック組成物を案出することである。

本発明の別の目的は、自然において生分解性および堆肥化可能であるとともに、産業的プロセスが避けられるバイオプラスチック組成物を案出することである。

本発明のさらなる目的は、コンシューマーにとって安全なバイオプラスチック生産物の製造を可能にするバイオプラスチック組成物を案出することである。

本発明のさらに一つの目的は、環境に優しく、環境的に持続可能で、および大規模に再生可能な生産プロセスが関与するバイオプラスチック組成物を案出することである。

本発明の別の目的は、先行技術の前述の欠点を、単純で、合理的で、使用するのが容易で、および効果的であり、ならびに手頃な解決策の範囲内で克服することを可能にするバイオプラスチック組成物を案出することである。

前述の目的は、クレーム1の特徴を有する本発明のバイオプラスチック組成物によって達成される。

さらに、前述の目的は、クレーム19の特徴を有する本発明のバイオプラスチック生産物によって達成される。

最後に、前述の目的は、クレーム24の特徴を有する本発明のバイオプラスチック生産物の生産プロセスによって達成される。
本発明の実施態様

本発明の他の特徴および利益は、バイオプラスチック組成物の、好適な、だが排他的ではない実施態様の説明からより一層明らかになるであろう。

便宜上、本開示の追加的な説明に先立ち、本説明および例において採用される一定の用語をここに概説する。

用語「バイオプラスチック」は、生物資源から導き出され、および石油誘導体から導き出されるプラスチックと同様の特性を有する重合体材料に言及する。バイオプラスチック材料は、生物学的材料または微生物から直接導き出すことができ、またはそれらは対応するモノマーから出発する慣習的な化学合成によって得ることができる。

用語「海藻」は、海または淡水域においてまたはその近傍に典型的に見出される多細胞性の海藻類のいくつかのグループについて普通に用いられる用語に言及する。

用語「海藻抽出物」は、海藻から分離され、または単離された多糖類に言及する。分離または単離の方法は、適切には、化学的または物理的抽出（例は、アルコールからの沈殿およびアルカリ加水分解）によるものである。例えば、海藻抽出物は、海藻植物、またはその一部を破砕し、次いで残留固形海藻物質を除去するためにろ過を続けることによって得られうる。あるいはまた、それは海藻を適切な溶媒、例は、アルカリ性水溶液などのようなもので洗浄することによって、および不溶物が残るように望ましい抽出物を収集することによって得られうる。抽出物は、追加の精製/分離段階を受けさせてよい。海藻抽出物は、同じ属に入る複数の海藻から、および/または異なる属に入る海藻から導き出されうる。

用語「添加剤」は、組成物において存在する海藻抽出物以外の化合物に言及する。添加剤はなるべくなら自然由来であり、およびそれら自体は海藻から抽出されたものであってもよい。特に、添加剤は、環境および生態系の両方への影響を制限するために、国際的な食物認証機関によって承認された物質の中から選ばれる。

用語「含むこと」は、前述の要素のいずれかが必然的に含まれ、および他の要素が随意に含まれうるという事実に言及する。

用語「生物分解性」は、自然において、および/または生物の作用によって化学的に、および/または物理的に壊される能力がある生産物に言及する。本用語は、ここでは、水または水性もしくは湿潤環境において、典型的には微生物、例えば、細菌または真菌などのようなものの作用を通して、無害な成分にまで自然に崩壊する組成物または組成物内の成分に言及するために使用される。

用語「堆肥化可能」は、分解された後、生産物が、土壌を豊かにするために使用することができる栄養素にまで壊されるという事実に言及する。

用語「食用」は、EFSAおよび/またはFDAなどのような機関によって規制され、および承認された一日摂取限度内の非危険物質に言及し、それは有害な影響または健康リスクを引き起こすことなく、人間または動物によって取り入れられることができる。

組成物は、次の：
‐バイオプラスチック組成物の重量に対して30％～80％間に含まれる重量での濃度における少なくとも一つの海藻抽出物；
‐バイオプラスチック組成物の重量に対して1％～30％間に含まれる重量での濃度における水；
‐バイオプラスチック組成物の重量に対して20％～70％間に含まれる重量での合計濃度において存在する少なくとも四つの添加剤
を含む。

海藻抽出物は、組成物を著しく持続可能なものにするのに貢献する。実際、海藻は土地の大規模な開発、または淡水もしくは肥料および農薬の使用を必要としない。さらに、海藻は概してどちらかというと短いライフサイクルを有し、および従って集約的なやり方において栽培することができる。

水界生態系に影響を与えないために、海藻抽出物はなるべくなら、養殖海藻から導き出される。さらに、養殖は有利であり、それは養殖される種にもよるが、海藻が、養殖ヘクタールあたり、年間5トン～10トン間に含まれる量での二酸化炭素を捕獲するからである。

海藻抽出物は、有利には、次の：カラゲナン、寒天、アルギン酸、フコイダンまたはそれらの組合せの少なくとも一つを含む。

カラゲナンは、ガラクトースおよび3,6-アンヒドロガラクトースの単位の繰返しによって与えられる高分子量の多糖類であり、あるいは硫酸化され、およびグリコシド結合によって共に接合される。

カラゲナンは、硫酸基の数と位置によって、および単一モノマーを接合する結合によって互いに異なる違う分子構造の形態であり、その特性が影響を受ける。

寒天は、アガロースおよびアガロペクチンの単位の繰返しによって与えられる多糖類である。アガロースは、アガロビオース単位の繰返しから構成される線状の多糖類ポリマーであり、二糖類はそれがまたD-ガラクトース単位から主に構成される。アガロペクチンは、ピルビン酸およびグルクロン酸の単位の繰返しによって与えられるポリマーである。

アルギン酸は、D-マンヌロン酸およびL-グルロン酸の単位の繰返しによって与えられる多糖類であり、およびそれは高い稠密化およびゲル化力を有する。

フコイダンは、それがまたフコースおよび、他の糖で、ガラクトース、キシロース、アラビノースが含まれるものの単位の繰返しによって与えられる多糖類である。

バイオプラスチック組成物は、二以上の海藻抽出物の組合せを含みうる。実際、二以上の海藻抽出物の組合せは、同じ海藻抽出物を個々に使用することによって得られる特性を単に組み合わせることと比較して、著しく改善された特性を獲得することを可能にしうる。

バイオプラスチック組成物には、なるべくなら、カラゲナンおよび寒天の組合せが含まれる。

特に、カラゲナンは、次の：イオタカラゲナン、ラムダカラゲナン、カッパカラゲナンおよびそれらの組合せが含まれるリストから選ばれる。

カラゲナンはなるべくなら、カッパカラゲナンである。カッパカラゲナンは、特にカリウムイオンの存在下で、強力で、および耐久性のあるゲルを形成する。加えて、カッパカラゲナンは著しく透明なゲルを形成し、それはバイオプラスチック組成物に優れた光学特性を与える。

海藻抽出物は、好都合なことには、紅藻類（Rhodophyta、ロドフィータ）門に属する少なくとも一つの海藻から、および次の：グラシラリア属（Gracilaria、オゴノリ属）、テングサ科（Gelidiaceae）、カッパフィカス属（Kappaphycus）、マストカルパス属（Mastocarpus）、ユーケマ（Euchema）およびコンドラス属（Chondrus、ツノマタ属）が含まれるリストから選ばれる属の一つから、導き出される。

前述の海藻類は寒天およびカラゲナンなどのようなゲル化物質に富む。

上記のように、バイオプラスチック組成物はまた添加剤も含む。これらの添加剤はバイオプラスチック組成物の特性を調節する機能を有し、それは本バイオプラスチック組成物によって得るのが望ましいバイオプラスチック生産物の種類に応じて望ましい機械的特性をバイオプラスチック組成物に与えるためである。

バイオプラスチック組成物は好都合なことには、次の：
‐バイオプラスチック組成物の重量に対して40％～70％間に含まれる重量での濃度における少なくとも一つの海藻抽出物；
‐バイオプラスチック組成物の重量に対して5％～25％間に含まれる重量での濃度における水；
‐バイオプラスチック組成物の重量に対して30％～50％間に含まれる重量での合計濃度における少なくとも四つの添加剤
を含む。

本発明によれば、添加剤には、少なくとも一つの可塑剤、少なくとも一つの抗微生物剤、少なくとも一つのゲル化剤および少なくとも一つのアジュバントが含まれる。

特に、可塑剤は、海藻抽出物の鎖と特異的な相互作用を形成する機能と、ポリマー鎖が自由に動くことを可能にする隙間をそれらの間に形成する機能とを有し、バイオプラスチック生産物のより一層大きな可撓性がもたらされる。

抗微生物剤は、微生物有機体を死滅させ、またはそれらの増殖を遅らせる機能を有する。抗微生物剤には、抗細菌剤、抗ウイルス剤、抗真菌剤および抗寄生虫剤が含まれる。そのような化学物質の標的とされた適用は、材料の完全性を保存し、早期の分解を防ぎ、ならびにこのバイオプラスチック組成物を含む生産物およびその中に含まれる任意の物品の両方の貯蔵寿命を延ばすのに役立つ。これは、抗微生物剤がカビに対する保護を提供し、生産、輸送および貯蔵の間に微生物を食物から遠ざける食物用途にとって特に重要である。

ゲル化剤の機能は、ゲル架橋の形成を可能にし、促進し、または容易にすることであり、ならびにゲル架橋をより一層強くし、および生産の様々な段階に対してより一層抵抗性にすることである。より一層詳細には、ゲル化剤は、イオン結合、水素結合の増進を含めて、物理的および化学的架橋を増進し、およびパーコレーションを得ることを可能にし、架橋がより一層安定で、および全体的により一層強くされる。

アジュバントは、得られるバイオプラスチック生産物のタイプに関連して特定の機能を有する。

具体的には、アジュバントは、次の：撥水剤、親油性剤、pH調整剤、乳化剤、香味剤、着色剤、甘味剤、抗酸化物質、充填剤、湿潤防止剤または感覚刺激剤が含まれるリストから選ばれる。

添加剤には、有利には、次の：
‐前記添加剤の合計重量に対して50％～95％間に含まれる重量での濃度における可塑剤；
‐前記添加剤の合計重量に対して0.01％～30％間に含まれる重量での濃度における抗微生物剤；
‐前記添加剤の合計重量に対して0.01％～30％間に含まれる重量での濃度におけるゲル化剤；および
‐前記添加剤の合計重量に対して0.01％～30％間に含まれる重量での濃度におけるアジュバント
が含まれる。

可塑剤は好都合なことには、次の：グリセロール、ソルビトール、マンニトール、キシリトール、プロピレングリコール、マルチトール、エリスリトール、ラクチトール、スクロース、フルクトース、酸化スクロース、マルトース、グルコース、グリセリン、イソマルタート、尿素、コリン、ホウ酸、ボラート、ホウ砂、尿酸、くえん酸、酢酸、ソルビン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、グリセロールトリアセタート、グリセロールトリカプリルアート、モノジアセチン、ジアセチン、トリアセチンが含まれるリストから選ばれる。

本発明の好ましい実施態様によれば、可塑剤はポリオール、好ましくはソルビトールである。

ソルビトールは、鎖間の自由空間、およびゆえにゲルの作業性、ならびに結果として生じる組成物の、およびそれから形成される生産物の可撓性における増大を与える。

組成物は、添加剤の合計重量に対して、50％～95％間に含まれ、さらにより一層適切には60％～85％間に含まれる重量での濃度の可塑剤を含む。

抗微生物剤は、好都合なことには、次の：無機塩、銀ナノ粒子、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化銅、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、精油（例は、バニラ、シナモン、レモングラス、オレガノ、クローブ、ターメリック）、ナイシン、ソルビン酸、ホウ酸、ボラート（ホウ酸塩、ホウ酸エステル）、ホウ砂が含まれるリストから選ばれる。

無機塩は、次の：アルカリまたはアルカリ土類金属の塩化物、アルカリまたはアルカリ土類金属のソルビン酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の酢酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の乳酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属のくえん酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属のグルコン酸塩が含まれるリストから選ばれる。

本発明の好ましい実施態様によれば、抗微生物剤は無機塩、好ましくはアルカリまたはアルカリ土類金属のソルビン酸塩、さらにより一層好ましくはソルビン酸カリウムである。

ソルビン酸塩、好ましくはソルビン酸カリウムは、得られる組成物の、およびそれから得られる生産物の抗菌特性を高め、およびカビの増殖を減速させることを可能にする。

代わりの実施態様によれば、抗微生物剤は硝酸カリウムである。

組成物は、添加剤の合計重量に対して、0.01％～30％間に含まれ、さらに一層適切には0.5％～20％間に含まれる重量での濃度における抗微生物剤を含む。

ゲル化剤は、有利には、次の：水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、グルタルアルデヒド、バニリン、パルミチン酸、くえん酸、乳酸、ホウ素スピラン、ホウ酸、ホウ砂、トリポリリン酸カリウム、過硫酸カリウム、フェルラ酸、無機塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の塩化物、アルカリまたはアルカリ土類金属のソルビン酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の酢酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の乳酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属のくえん酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属のグルコン酸塩が含まれるリストから選ばれる。

本発明の好ましい実施態様によれば、ゲル化剤はカルシウム塩、好ましくは乳酸カルシウムである。実際、カルシウム塩、および好ましくは乳酸カルシウムは、結果として生じる組成物およびそれから導かれる生産物のゲル化力を増大させることによってそれらの硫酸化末端の近傍における多糖鎖のイオン結合を可能にする。

代わりの実施態様によれば、ゲル化剤はくえん酸である。くえん酸は、多糖鎖を架橋することを可能にし、このように、結果として生じる組成物およびそれから導き出される生産物の機械的強度が増加する。

組成物は、添加剤の合計重量に対して、0.01～30％間に含まれ、さらに一層適切には0.5～20％間に含まれる重量での濃度におけるゲル化剤を含む。

アジュバントは、好都合なことには、次の：無機塩基（例は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムおよび炭酸水素ナトリウム）、蜜蝋、レシチン、フェルラ酸、バニリン、グルタルアルデヒド、ホウ酸、ホウ砂、麻繊維、セルロース誘導体、乳清タンパク質、ソルビン酸、塩化カルシウム、ゲニピン、エピクロロヒドリン、グアーガム、パルミチン酸、グアーガム、パルミチン酸、ナイシン、モンモリロナイト、フィロシリカート、炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ、こはく酸、硝酸カリウム、塩化カリウム、プロピオン酸カルシウム、ヒマワリ種子レシチン、マイカ、クレー、グレープフルーツ種子抽出物が含まれるリストから選ばれる。

本発明の好ましい実施態様によれば、アジュバントは水酸化カリウムである。実際、水酸化カリウムは、1：100w/wの希釈溶液において、組成物自体の調製中の多糖鎖の起こりうる加水分解を防止することによって組成物のpHを中和することを可能にする。多糖鎖の加水分解は、実際、得られるバイオ堆肥化可能な生産物の機械的強度を損ない、ならびに多糖鎖のオリゴマー（特にカッパカラゲナンから結果として生じる50kDa未満に計量されるオリゴマー）の存在によって引き起こされる毒性における増加に関する可能性がある。

組成物は、添加剤の合計重量に関して、0.01％～30％間に含まれ、さらに一層適切には0.01％～20％間に含まれる重量での濃度においてアジュバントを含む。

添加剤の存在のおかげで、バイオプラスチック組成物は普通のプラスチック材料に似た物理的-機械的特徴を有する。

本発明によるバイオプラスチック組成物は有利には、完全に生分解性である。

この特性は、バイオプラスチック組成物を含み、およびその生物による分解を導くバイオプラスチック生産物上での、細菌または真菌などのような微小動植物の増殖を勢い付け、および容易にさせる海藻抽出物の存在によって決定される水を吸収する大きな能力によって与えられる。

生物分解の速度は、湿気への曝露に依存し、水に十分に浸漬した場合には数週間から、低湿度条件下では1年まで変動する。

より一層詳細には、本発明によるバイオプラスチック組成物は、8週間および20週間間に含まれる時間において十分に分解する。

バイオプラスチック組成物はまた、好都合なことには、十分に堆肥化可能である。

実際、分解された後、組成物は土壌調整剤として使用することができる、即ち、土壌の物理的特徴を改善する物質を生成する。

特に、本発明によるバイオプラスチック組成物は、家庭用堆肥化システムにおいてさえも、即ち、この目的に適合した酵素または化学物質および/または高い処理温度を使用する必要なしに、効果的に堆肥化可能である。

環境中に拡散しても、本発明によるバイオプラスチック組成物は、速やかに分解し、土壌に吸収され、そこでそれはマイクロ/ナノプラスチックを生成することなく、肥料として作用し、および水界生態系を変えない。

それに加えて、バイオプラスチック組成物は動物性有機体によって食べられる。

実際、このバイオプラスチック組成物はまた食用に適する。

具体的には、海藻および対応する海藻抽出物は、食物産業においても知られている物質であり、および添加剤は、EFSAまたはFDAなどのような機関によって承認された食品添加物から選ばれる。

したがって、組成物の成分の安全性にかんがみて、およびそれが消化管の流体中でさえ分解可能であるという事実によって、組成物がヒトおよび/または動物の消費に対して危険でないこと、即ち、組成物自体を含む生産物が、少なくとも理論的に、食用であることが期待される。

さらなる態様によれば、本発明はまた、上記した実施態様の一以上による少なくとも一つの組成物を含むバイオプラスチック生産物にも関する。

バイオプラスチック生産物は、0.01mm～5mm間に含まれる厚さを有する。

より一層大きい、即ち、0.8mmを超える厚さを有する生産物は、例は、硬質または半硬体容器として使用することができる。逆に、0.8mm未満の厚さを有する生産物は、例は、可撓性包装またはフィルムとして使用することができる。

バイオプラスチック生産物の剛性/可撓性の程度は、厚さの関数としてだけでなく、使用されるバイオプラスチック組成物の特定のタイプの関数としても変動することが明記されるべきである。

バイオプラスチック生産物は、好ましくは、0.01mm～0.15mm間に含まれる厚さを有する。

バイオプラスチック生産物は有利には、薄いフィルムの形態である。

本開示において、用語「フィルム」は、縮小された、および一定の厚さの等質な層に言及することが注目されるべきである。

特に、本発明によるバイオプラスチック組成物は、食品フィルム、サシェ、バッグなどのようなバイオプラスチック生産物を作成するために、薄いフィルムの形態で容易に形づくられ、それらは、処分可能な材料として広く使用され、および慣習的なプラスチック材料から作られたとき、プラスチック汚染の主な原因である。

バイオプラスチック生産物は、薄いフィルムの形態にあるとき、本発明に従って他のバイオプラスチック生産物に対してシールすることによって接合しうる。接合は、例は、ヒートシールまたはスチームシールによって行うことができる。そのような特性により、例は、サシェおよびバッグの生産ができるようになり、およびまたそれらが密封により閉じられることが可能になる。

薄いフィルムの代替として、バイオプラスチック生産物は、次の：平坦、フラットシート、球、球状体、立方体、キューボイド、楕円、楕円体、筒、錐、プリズム、ピラミッドまたはそれらの組合せが含まれるリストから選ばれる形状を有しうる。

生産物は、好都合なことには、次の：食品容器、包装材料、フィルム、シート、ストロー、チューブ、タンポンおよびアプリケーター、カトラリー、皿、トレイ、シェーカー、バッグ、サシェ、ショッパーが含まれるリストから選ばれる。

生産物はまた、少なくとも一つの装飾部分を含んでいてもよい。

例えば、装飾部分は、天然および/または生物分解性インクを使用して作成され、デジタル印刷装置および/または構造化された装飾によって得られ、即ち、装飾特別の三次元型によって得られるレリーフおよび凹部を有する彩色装飾を含みうる。

さらなる態様によれば、本発明はバイオプラスチック生産物の生産プロセスに関する。

プロセスはまず、一以上の海藻抽出物の供給段階を含む。特に、海藻抽出物は乾燥抽出物の形態である。より一層詳細には、海藻抽出物は粉体の形態にある。

プロセスはまた、少なくとも四つの添加剤を供給する段階を含む。

次いで、プロセスは、溶液を得るために一以上の海藻抽出物および添加剤の水による水和の段階を提供する。

水は好ましくは、海藻抽出物および添加剤の合計重量に対して5～50倍間に含まれる量である。水は好ましくは、海藻抽出物および添加剤の合計重量に対して15～30倍間に含まれる量である。

水和の段階は好都合なことには、10℃～95℃間に含まれる温度にて行われる。

水和の段階は好ましくは、40℃を超える温度にて行われる。

次いで、プロセスは、等質に分散された作動混合物を得るために溶液を混合する段階を含む。

混合する段階には、好都合なことには、最大で85℃～100℃間に含まれ、好ましくは95℃～100℃間に含まれる温度にまで作動混合物を加熱する段階が含まれる。

混合の間、pHは場合によりpH調節アジュバントによって中和される。上述のように、中性pHを維持することにより、海藻抽出物を構成する多糖鎖の加水分解およびそのような加水分解の副生成物によって引き起こされるありうる毒性効果の回避が可能になる。

混合の段階は、30分～90分間に含まれる時間、好ましくは60分間行われる。

混合の段階はまた、脱気ステップを含んでいてもよい。このステップにより、バイオプラスチック組成物の等質性および関連する機械的特性を損なう可能性がある、プロセス中に形成された任意の気泡を除去することが可能になる。

次に、プロセスは望ましい形状に従って作動混合物を形成する段階を含む。

形成の段階は、作動混合物の最適な作業性を確実にするために、65℃より高い温度にて行われる。実際には、より一層低い温度では、初期ゲル化が起こり、それが混合物を過度に粘稠にし、および適当な形成ができなくなる可能性がある。

好ましい実施態様によれば、形成の段階は、少なくとも一つの層を得るために作動混合物を作業面上に拡散することによって行われる。前述の層は好ましくは、薄いフィルムのタイプである。

混合物の拡散は実質連続的または不連続的基準でありうる。

第一の場合、作業面は、例は、混合物がその上に分配されるにつれて前進移動の前方に移動可能なコンベアベルトのタイプでありうる。結果として生じるバイオプラスチック生産物は、そのとき、連続ベルトの形態でのフィルムであり、ロール状に編成し、および必要なときに分けることができる。これらのロールは好都合なことには、物品の包装を可能にするために、当産業の技術専門家に既知のタイプの包装機械に取り付けることができる。

他方で、第二の場合、作業面には、例は、フラット形成型が含まれ、および得られるバイオプラスチック生産物は、形成型それ自体の寸法に対応する寸法のシートの形態のフィルムである。

代わりの実施態様によれば、形成の段階は、加圧成形、射出成形、鋳造によって行われる。これらの技術により、複雑な形状の、およびこれらの形状の維持を可能にする適切な厚さを有するバイオプラスチック生産物を得ることが可能になる。

したがって、得られるバイオプラスチック生産物は、上記のような容器のタイプの、または他の三次元物体のタイプのものである。

形成の段階は好ましくは、特別な型での鋳造によって行う。

最終的には、プロセスには、バイオプラスチック生産物を得るために混合物の固体化の段階が含まれる。

固体化の段階には、作動混合物を冷却するステップが初期に含まれる。

温度を下げることは、作動混合物がヒドロゲルを形成するためにゲル化および圧密化するのを可能にする。

具体的には、冷却は、自然に、即ち、室温にて、またはそのようなプロセスを加速させるために人工的に冷却手段の使用を通して行いうる。

特に、ヒドロゲルの温度は40℃未満に低下されることが適切であろう。

その後、固体化の段階には、バイオプラスチック生産物を得るためにヒドロゲルを乾燥させるステップが含まれる。

乾燥段階は、室温での残留水分の蒸発によって、65℃未満の温度への加熱によって、または封鎖物質の使用によって行うことができる。

固体化の段階は好ましくは、換気下で赤外線ランプを使用して行う。

バイオプラスチック生産物には、合計重量に対して5％～25％間に含まれる含水量が含まれる。

本発明によるプロセスの実行の二つの例を以下に与える。
例1

カッパカラゲナン（3g、粉末状）、寒天（1g、粉末状）、ソルビン酸カリウム（0.3g）、乳酸カルシウム（0.1g）およびソルビトール（7g）を250gの予熱水（70℃）に添加し、および次に15分間混合する。結果として生じる溶液は加熱撹拌プレートを用いて90℃にまで加熱する。加熱中、pHをチェックし、および水酸化ナトリウム溶液1:100 w/wによりおよそ7の値に調節する。混合物を90℃で60分間撹拌下に保つ。

混合物を、取り外し可能な縁部を伴う、40×40cmの大きさの、シリコーン表面上に注ぎ、および透明なゲルの層を得るために室温で乾燥および固体化させ、次いで縁部を取り除く。

ゲルの層およびシリコーンの表面を、50℃にて換気オーブンに4時間入れる。次いで、得られたフィルムをシリコーン表面から除去する。

結果として生じるフィルムはフィルムの合計重量の18％の含水量を有する。
例2

カッパカラゲナン（3g、粉末状）、くえん酸（0.2g）、硝酸カリウム（0.05g）およびマンニトール（3g）を100gの予熱水（70℃）に加え、および次いで15分間混合する。結果として生じる溶液は加熱撹拌プレートを用いて90℃まで加熱する。加熱中、pHをチェックし、および水酸化カリウム溶液1:100w/wによりおよそ7の値に調節する。混合物を90℃にて60分間撹拌下に保つ。

混合物は、取り外し可能な縁部を伴う、40×40cmの大きさのガラス表面上に注ぎ、および透明なゲルの層を得るために室温にて乾燥および固体化させ、次に縁部を取り除く。

ゲルの層およびガラス表面を60℃にて赤外線ランプの下に2.5時間置く。次いで、結果として生じるフィルムを60分間再水和させ、および次いでガラス表面から除去する。

結果として生じるフィルムはフィルムの合計重量の15%の含水量を有する。

実際面で、記載された本発明が意図する目的を達成することが確かめられており、および特に、海藻抽出物および添加剤間の特定の相乗的組合せのおかげで、バイオプラスチック組成物が慣習的なプラスチック材料の物理的機械的特性に匹敵するものを有するという事実が強調される。

さらに、本発明のバイオプラスチック組成物の成分により、それは自然界でたやすく生物分解性および堆肥化可能にされ、このように産業的プロセスが避けられる。

ふたたび、本発明のバイオプラスチック組成物は、耐久性があるのみならず、およびバイオプラスチック消費者にとって安全なバイオプラスチック生産物の製造を可能にする。特に、本発明によるバイオプラスチック組成物は、処分可能な材料として広く使用され、およびプラスチック汚染の主な原因の一つを代表する食品フィルム、サシェ、バッグを作るために、薄いフィルムの形態において難なく成形される。

終わりに当たって、本発明のバイオプラスチック組成物は、有毒な化学物質、溶媒または特別な条件を必要としない生産プロセスを通して得られ、それが環境への影響を少なく、環境的に持続可能で、および大規模に再生可能にされる。

Claims (34)

1. バイオプラスチック組成物の重量に対して30％～80％間に含まれる重量での濃度における少なくとも一つの海藻抽出物と、
   バイオプラスチック組成物の重量に対して1％～30％間に含まれる重量での濃度における水と、
   バイオプラスチック組成物の重量に対して20％～70％間に含まれる重量での合計濃度において存在する少なくとも四つの添加剤と、
   を含み、
   前記添加剤には、少なくとも一つの可塑剤、少なくとも一つの抗微生物剤、少なくとも一つのゲル化剤および少なくとも一つのアジュバントが含まれることによって特徴付けられる、バイオプラスチック組成物。
2. バイオプラスチック組成物の重量に対して40％～70％間に含まれる重量での濃度における前記少なくとも一つの海藻抽出物と、
   バイオプラスチック組成物の重量に対して5％～25％間に含まれる重量での濃度における前記水と、
   バイオプラスチック組成物の重量に対して30％～50％間に含まれる重量での合計濃度における前記少なくとも四つの添加剤と、
   を含むことによって特徴付けられる、請求項1の組成物。
3. 前記添加剤には、
   前記添加剤の合計重量に対して50％～95％間に含まれる重量での濃度における前記可塑剤と、
   前記添加剤の合計重量に対して0.01％～30％間に含まれる重量での濃度における前記抗微生物剤と、
   前記添加剤の合計重量に対して0.01％～30％間に含まれる重量での濃度の前記ゲル化剤と、
   前記添加剤の合計重量に対して0.01％～30％間に含まれる重量での濃度の前記アジュバントと、
   が含まれることによって特徴付けられる、請求項１または２の組成物。
4. 前記少なくとも一つの海藻抽出物には、カラゲナン、寒天、アルギン酸、フコイダンまたはそれらの組合せの少なくとも一つが含まれることによって特徴付けられる、請求項１～３のいずれかの組成物。
5. 前記少なくとも一つの海藻抽出物には、カラゲナンおよび寒天の組合せが含まれることによって特徴付けられる、請求項１～４のいずれかの組成物。
6. 前記カラゲナンが、オタカラゲナン、ラムダカラゲナン、カッパカラゲナン、それらの組合せを含むリストより選ばれることによって特徴付けられる、請求項１～５のいずれかの組成物。
7. 前記カラゲナンがカッパカラゲナンであることによって特徴付けられる、請求項１～６のいずれかの組成物。
8. 前記海藻抽出物が、紅藻類（Rhodophyta）門に、およびグラシラリア属（Gracilaria）、テングサ科（Gelidiaceae）、カッパフィカス属（Kappaphycus）、マストカルパス属（Mastocarpus）、ユーケマ（Euchema）およびコンドラス属（Chondrus）を含むリストより選ばれる属の一つに、属する少なくとも一つの海藻から導き出されることによって特徴付けられる、請求項１～７のいずれかの組成物。
9. 前記可塑剤が、グリセロール、ソルビトール、マンニトール、キシリトール、プロピレングリコール、マルチトール、エリスリトール、ラクチトール、スクロース、フルクトース、酸化スクロース、マルトース、グルコース、グリセリン、イソマルタート、尿素、コリン、ホウ酸、ボラート、ホウ砂、尿酸、くえん酸、酢酸、ソルビン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、グリセロールトリアセタート、グリセロールトリカプリルアート、モノジアセチン、ジアセチン、トリアセチンを含むリストより選ばれることによって特徴付けられる、請求項１～８のいずれかの組成物。
10. 前記可塑剤がソルビトールであることによって特徴付けられる、請求項１～９のいずれかの組成物。
11. 前記抗微生物剤が、次の：無機塩、銀ナノ粒子、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化銅、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、精油、ナイシン、ソルビン酸、ホウ酸、ボラート、ホウ砂を含むリストより選ばれることによって特徴付けられる、請求項１～１０のいずれかの組成物。
12. 前記無機塩が、アルカリまたはアルカリ土類金属の塩化物、アルカリまたはアルカリ土類金属のソルビン酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の酢酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の乳酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属のくえん酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属のグルコン酸塩を含むリストより選ばれることによって特徴付けられる、請求項１～１１のいずれかの組成物。
13. 前記抗微生物剤が、無機塩、好ましくはアルカリまたはアルカリ土類金属のソルビン酸塩、さらにより一層好ましくはソルビン酸カリウムであることによって特徴付けられる、請求項１～１２のいずれかの組成物。
14. 前記ゲル化剤が、無機塩基、グルタルアルデヒド、バニリン、パルミチン酸、くえん酸、乳酸、ホウ素スピラン、ホウ酸、ホウ砂、有機カルシウム、トリポリリン酸カリウム、過硫酸カリウム、フェルラ酸、無機塩を含むリストより選ばれることによって特徴付けられる、請求項１～１３のいずれかの組成物。
15. 前記無機塩が、アルカリまたはアルカリ土類金属の塩化物、アルカリまたはアルカリ土類金属のソルビン酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の酢酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の乳酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属の硝酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属のくえん酸塩、アルカリまたはアルカリ土類金属のグルコン酸塩を含むリストより選ばれることによって特徴付けられる、請求項１～１４のいずれかの組成物。
16. 前記ゲル化剤が乳酸カルシウムであることによって特徴付けられる、請求項１～１５のいずれかの組成物。
17. 前記アジュバントが、撥水剤、親油性剤、pH調節剤、乳化剤、香味剤、着色剤、甘味料、抗酸化物質、充填剤、抗湿潤剤または感覚刺激剤を含むリストより選ばれることによって特徴付けられる、請求項１～１６のいずれかの組成物。
18. 前記アジュバントが、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、蜜蝋、レシチン、フェルラ酸、バニリン、グルタルアルデヒド、ホウ酸、ホウ砂、麻繊維、セルロース誘導体、乳清タンパク質、ソルビン酸、塩化カルシウム、ゲニピン、エピクロロヒドリン、グアーガム、パルミチン酸、ステアリン酸、ナイシン、モンモリロナイト、フィロシリカート、炭酸カルシウム、カーボンナノチューブ、こはく酸、硝酸カリウム、塩化カリウム、プロピオン酸カルシウム、ヒマワリ種子レシチン、マイカ、クレー、グレープフルーツ種子抽出物を含むリストより選ばれることによって特徴付けられる、請求項１～１７のいずれかの組成物。
19. 前記アジュバントが水酸化カリウムであることによって特徴付けられる、請求項１～１８のいずれかの組成物。
20. 十分に生物分解性であることによって特徴付けられる、請求項１～１９のいずれかの組成物。
21. 十分に堆肥化可能であることによって特徴付けられる、請求項１～２０のいずれかの組成物。
22. 食用であることによって特徴付けられる、請求項１～２１のいずれかの組成物。
23. 請求項１から２２のいずれかの少なくとも一つの組成物を含むバイオプラスチック生産物。
24. 0.01mm～5mm間、好ましくは0.01mm～0.15mm間に含まれる厚さを有することによって特徴付けられる、請求項２３のバイオプラスチック生産物。
25. 前記バイオプラスチック生産物が薄いフィルムの形態であることによって特徴付けられる、請求項２４のバイオプラスチック生産物。
26. 前記生産物が、平坦、フラットシート、球、球状体、立方体、キューボイド、楕円、楕円体、筒、錐、プリズム、ピラミッド、それらの組合せを含むリストより選ばれる形状を有することによって特徴付けられる、請求項２４のバイオプラスチック生産物。
27. 前記生産物が、食品容器、包装材料、フィルム、シート、ストロー、チューブ、カトラリー、皿、トレイ、シェーカー、サシェ、バッグ、ショッパーを含むリストより選ばれることによって特徴付けられる、請求項２３から２６のいずれかのバイオプラスチック生産物。
28. 一またはそれよりも多くの海藻抽出物を供給することと、
    少なくとも四つの添加剤を供給することと、
    溶液を得るために、前記一またはそれよりも多くの海藻抽出物、および前記添加剤を水により水和することと、
    等質に分散した作動混合物を得るために、前記溶液を混合することと、
    前記作動混合物を望ましい形状に形成することと、
    前記バイオプラスチック生産物を得るために、前記作動混合物を固体化することと、
    の段階を含む、請求項２３または２４のバイオプラスチック生産物の生産プロセス。
29. 前記水が前記海藻抽出物および前記添加剤の合計重量に対して5～50倍間に含まれ、好ましくは15～30倍間に含まれる量であることによって特徴付けられる、請求項２８のプロセス。
30. 前記水和が10℃～95℃間に含まれる温度にて行われることによって特徴付けられる、請求項２８または２９のプロセス。
31. 前記混合が85℃～100℃間に含まれる温度まで前記作動混合物を加熱するステップを含むことによって特徴付けられる、請求項２８から３０のいずれかのプロセス。
32. 前記加熱ステップが95℃～100℃間に含まれる温度に達するまで行われることによって特徴付けられる、請求項３１のプロセス。
33. 前記形成が、少なくとも一つの層を得るために、前記作動混合物を作業面上に拡散することによって行われることによって特徴付けられる、請求項２８から３２のいずれかのプロセス。
34. 前記形成が、加圧成形、射出成形、鋳造によって行われることによって特徴付けられる、請求項２８から３３のいずれかのプロセス。