TWI755732B - 不含聚乳酸的生物可分解器具及其組成 - Google Patents

Abstract

一種不含聚乳酸的生物可分解器具及其組成，該生物可分解組成包含30~55wt%的Bio-PBS、15~50wt%的輔助聚合物、16~38wt%的生物基粉體，及2~4wt%的助劑，該輔助聚合物選自Bio-PES或Bio-PHB，該生物基粉體選自生物炭、植物性纖維、鈣鹽的其中至少一種，該助劑包括油、脂、蠟；由前述材料所構成的該不含聚乳酸的生物可分解器具，例如瓶蓋、刀、叉子、湯匙，或筷子等，於廢棄後在一般環境下即可分解，大幅降低廢棄物處理的成本，且分解後的產物僅為水、二氧化碳，以及鹼性物質，不會產生甲烷或殘留石化填充物，還能改善土質汙染的問題及降低掩埋場發生火災的風險。

Description

不含聚乳酸的生物可分解器具及其組成

本發明是有關於一種生物可分解材料及環保器具，特別是指一種不含聚乳酸的生物可分解材料及器具。

現今社會大眾的環保意識逐漸提高，由於石化加工品對於生態環境帶來汙染，人們開始有意識的選用由生物可分解材料所製成的綠色環保產品。

其中，因具有良好的加工性與機械性質，聚乳酸(Polylactic Acid，PLA)被廣泛地應用在例如：餐具、購物袋等替換性高的產品，然而，若欲丟棄這些含有聚乳酸成分的環保器具時，必須將該些環保器具送至專門的工業掩埋場，且必須將外部環境控制在特定的溫度、濕度，及菌種的條件下，才得以使聚乳酸完全分解，反而大幅提高處理廢棄物的成本，且在聚乳酸分解的過程中會釋出二氧化碳、水及甲烷，其中，甲烷獲取熱能的能力，造成溫室效應的強度高於二氧化碳約25倍，且在室溫中容易燃燒，亦會使掩埋場發生危險。此外，為了降低製作成本或提升產品加工性， 仍有不少環保器具的組成中會添加少量石化加工的填充物，因此，在該環保器具分解後，該些填充物仍會以細小碎片的形式殘留在土壤中而產生污染。

因此，如何降低環保器具的後續處理成本，及再更進一步降低後續分解產物所造成的環境與安全問題，仍是相關領域研究的重點之一。

因此，本發明的目的，即在提供一種不含聚乳酸的生物可分解材料組成。

於是本發明不含聚乳酸的生物可分解材料組成，包含生物基聚合物、生物基粉體，以及助劑。

該生物基聚合物包括生物基聚丁二酸丁二醇酯(Bio-PBS)，以及生物基輔助聚合物。

該生物基粉體選自生物炭、植物性纖維、鈣鹽，以及前述其中至少一組合。

該助劑包括油、脂、蠟的其中至少一種。

其中，以該生物可分解材料組成的重量百分比為100wt%，該生物基聚合物的含量介於60~80wt%，該生物基聚丁二酸丁二醇酯的含量介於30~55wt%，該生物基粉體的含量介於 16~38wt%，該助劑的含量介於2~4wt%。

此外，本發明的另一目的，即在提供一種不含聚乳酸的生物可分解器具。

於是，本發明不含聚乳酸的生物可分解器具的構成材料是如前述該不含聚乳酸的生物可分解材料組成。

本發明的功效在於：由於該生物可分解器具的構成材料不含聚乳酸且選自生質材料，因此，在一般環境下即可分解，且分解後的產物僅為水、二氧化碳及少量來自該生物基粉體的鹼性物質，不會殘留石化填充物或產生甲烷，因此能進一步降低環保性廢棄物的處理成本，以及改善在處理過程中產生的二次汙染與安全問題。

100:湯匙

200:叉子

300:刀子

400:筷子

500:瓶蓋

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1~5是一示意圖，說明本發明不含聚乳酸的生物可分解材料組成的實施例所製得之不同態樣的生物可分解器具。

本發明不含聚乳酸的生物可分解材料組成皆選自天然的綠色材料，完全不具有任何石化填充物，可用於製備餐具或瓶蓋等 器具。該生物可分解材料組成的實施例包含：生物基聚合物、生物基粉體，及助劑。

具體的說，該生物基聚合物包括生物基聚丁二酸丁二醇酯(Bio-PBS)，及生物基輔助聚合物。以該不含聚乳酸的生物可分解材料組成的重量百分比為100wt%，該生物基聚合物的總含量介於60~80wt%，生物基聚丁二酸丁二醇酯(Bio-PBS)的含量介於30~55wt%，生物基輔助聚合物的含量介於15~50wt%，且該生物基輔助聚合物選自生物基聚丁二酸乙二醇酯(Bio-PES)及生物基聚羥基丁酸酯(Bio-PHB)的其中至少一種。

該生物基聚合物選擇Bio-PBS為主要組成，是由於在一般環境如常溫常壓下，Bio-PBS即可被厭氧菌分解，且分解後的產物僅為二氧化碳跟水，與Bio-PES相比，Bio-PBS的降解速度較慢，更有利於所製作器具的性能以及品質的管控。該生物基輔助聚合物可用於進一步調整該生物可分解材料組成的降解速度並可用於調整該生物基聚合物於熔融狀態時的流動性，用以提升該生物基聚合物的可加工性以及最終產品的韌性強度。

該生物基粉體的含量介於16~38wt%，並選自生物炭(Biochar)、植物性纖維、鈣鹽，及前述其中至少一組合。該生物基粉體的添加可用於提高該生物可分解材料組成的耐熱性及可加工性，並增強該不含聚乳酸的生物可分解器具的機械強度，且該生 物基粉體分解後會產生鹼性物質，可做為有機肥料以改善土壤酸化的問題。

該助劑可包含增韌劑，及增稠劑的其中至少一種，於本發明的實施例中，該助劑包括含量介於2~4wt%的增韌劑，該增韌劑可選自油、脂、蠟的其中至少一種，以增強該不含聚乳酸的生物可分解材料組成的韌性強度。

茲以下述具體例1~3說明以本發明該實施例的不同組成利用射出成型製得的具有不同顏色的生物可分解器具，且該不含聚乳酸的生物可分解器具可以是如圖1~5所示的湯匙100、叉子200、刀子300、筷子400，或瓶蓋500。然實際實施時，該器具也可以是碗、盤等其它器具，並不限於此。

具體例1

首先準備一不含聚乳酸的生物可分解材料。以該不含聚乳酸的生物可分解材料的重量百分比為100wt%計，該不含聚乳酸的生物可分解材料包含20wt%之Bio-PBS、40wt%之Bio-PES、38wt%之貝殼粉末，及2wt%之環氧大豆油。在本具體例中，該Bio-PBS是以經由生質材料，例如玉米經過發酵、萃取合成而取得的可分解纖維樹酯；該貝殼粉末是以取自例如牡蠣殼、扇貝殼或蚌殼等海洋性鈣鹽，並經由高溫燒結後研磨取得為例，但不以此為限。

接著，將前述材料透過密煉機於126~132℃的條件熔煉 混合，再透過造粒製得預定大小的母粒，隨後將該等母粒放入一射出機，並經由溫度參數為160-160-150-145℃的四段控溫的熱製程，用以依序進行預熱、射出成型、冷卻，及脫模等系列步驟，而得到預定形狀的生物可分解器具，且由於該構成材料皆為白色或淺黃色，因此該生物可分解器具的外觀呈現白色或淺黃色，且該生物可分解器具可為如圖1~5所示之結構。

在此需要說明的是，造粒製程的相關條件參數，及射出成型的後續處理程序以為相關領域所知悉，故不多加贅述。

具體例2

該具體例2是先準備一不含聚乳酸的生物可分解材料。以該不含聚乳酸的生物可分解材料的的重量百分比為100wt%計，該不含聚乳酸的生物可分解材料，包含35wt%的Bio-PBS、35wt%的Bio-P3HB、27wt%的綠茶粉末，及3wt%的蒙旦蠟。

接著，將該不含聚乳酸的生物可分解材料於122~125℃的條件下充分混合，隨後，經由造粒產生預定大小的母粒，再將該等母粒以155-155-142-133℃四段控溫的熱製程進行射出成型加工而得到外觀為深卡其色的生物可分解器具。且該生物可分解器具的外觀顏色是來自於該綠茶粉末及該蒙旦蠟，該生物可分解器具可為如圖1~5所示之結構。

具體例3

該具體例3是先準備一不含聚乳酸的生物可分解材料。以該不含聚乳酸的生物可分解材料的重量百分比為100wt%計，該不含聚乳酸的生物可分解材料包含55wt%的Bio-PBS、25wt%的Bio-P4HB、10wt%的竹炭粉末、6wt%的菱角殼粉末，以及4wt%的荷荷芭油。

接著，將該不含聚乳酸的生物可分解材料於126~134℃的條件下混合而形成混合物，再將該混合物經由造粒產生預定大小的母粒，再將該等母粒以160-155-146-135℃四段控溫的熱製程進行射出成型，而得到預定形狀的生物可分解器具，該生物可分解器具的外觀為黑色，是來自於該菱角殼粉末與該竹炭粉末，且該生物可分解器具可為如圖1~5所示之結構。

在前述的具體例中，是將該不含聚乳酸的生物可分解材料經由熱處理成熔融狀態並充分混合後再經過冷卻、造粒等系列步驟，將該混合物製作成預定大小的母粒，並透過射出成型等加工方式將該等母粒依預定形狀，而製成湯匙、刀子、叉子、筷子，及瓶蓋等不含聚乳酸的生物可分解器具，然實際的器具種類及加工方式並不以此為限。

相較於習知含有聚乳酸成分的環保器具必須處於外在溫度58~70℃、相對溼度90%的特定條件的掩埋環境下該環保器具才會被微生物分解，且當所處的環境氧氣含量不足時，該含聚乳酸的 環保器具反而會啟動好氧菌分解機制而釋出甲烷，不但造成強烈的溫室效應，且該掩埋場有容易起火燃燒的危險。

透過使用本發明不含聚乳酸的生物可分解器具，當使用後進行廢棄物掩埋處理時可完全分解，因此能有效地降低分解該些廢棄物的成本；且由於該不含聚乳酸的生物可分解器具的構成材料皆為綠色生質材料，因此分解之後的產物僅為水、二氧化碳及來自該生物基粉體的鹼性物質，不會殘留石化填充物，亦不會有來自聚乳酸所分解的甲烷，因此能更進一步改善由廢棄物所造成的土質污染問題，以及減緩甲烷所造成的溫室效應，以達到環保目的。此外，由該鹼性物質還可用於有機肥料，並調節土壤本身的酸鹼值，以提升土壤的肥沃度。

綜上所述，由於該不含聚乳酸的生物可分解器具於廢棄後可完全分解，因此可降低處理廢棄物的成本且更安全，此外，由於構成材料皆為來自自然界加工而成的生質材料，因此分解後的產物僅為水、二氧化碳，以及鹼性物質，而不會產生甲烷或殘留石化填充物，因此能有效降低土質汙染及掩埋場發生火災的風險，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍 內。

100:湯匙

Claims (5)

1. 一種不含聚乳酸的生物可分解材料組成，包含：生物基聚合物，包括生物基聚丁二酸丁二醇酯(Bio-PBS)及生物基輔助聚合物；生物基粉體，選自生物炭、植物性纖維、鈣鹽，及前述其中至少一組合；及助劑，包括油、脂、蠟的其中至少一種，其中，以該不含聚乳酸的生物可分解材料組成的重量百分比為100wt%，該生物基聚合物的含量介於60~80wt%，該生物基聚丁二酸丁二醇酯的含量介於30~55wt%，該生物基粉體的含量介於16~38wt%，該助劑的含量介於2~4wt%。
2. 如請求項1所述不含聚乳酸的生物可分解材料組成，其中，該生物基輔助聚合物佔該生物可分解材料組成的含量介於15~50wt%。
3. 如請求項2所述不含聚乳酸的生物可分解材料組成，其中，該輔助聚合物選自生物基聚丁二酸乙二醇酯(Bio-PES)及生物基聚羥基丁酸酯(Bio-PHB)的其中至少一種。
4. 一種不含聚乳酸的生物可分解器具，是由如請求項1所述不含聚乳酸的生物可分解材料組成所構成。
5. 如請求項4所述不含聚乳酸的生物可分解器具，其中，所述的生物可分解器具為餐具或瓶蓋。

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