TWM618288U - 可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材以及其保鮮包裝材料 - Google Patents

Abstract

一種可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材，其包含呈扁平狀的膜片本體；該膜片本體中包含數個孔隙，該孔隙由該膜片本體的表面自本體內方向延伸並以分佈數量或孔隙大小的方式排列成孔隙梯度結構；以及該膜片本體中包含數個可促進降解顆粒，並分佈於非該孔隙的位置；本新型著重於利用孔隙梯度的設計，使得產品具有自動吸引或吸附水氣或乙烯熟成氣體的效果，同時也因為產品具有多孔洞的特性，使得產品更容易也更快速的被降分解，同時孔隙結構能夠使得可促進降解顆粒分佈在產品中更均勻，也增加了反應的比表面積，達到加速降解效果的表現。

Description

可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材以及其保鮮包裝 材料

一種聚烯烴塑料所製成的膜片材，特別是一種透過結構孔隙差異所形成的梯度結構而達到降同時具有吸附與分解行為可控的可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材。

石化來源的塑膠材料(或稱為聚烯烴)在這百年間，已經廣泛應用於軍事、工業以及人類日常生活用品，成為不可或缺原料來源。然而，在促進更便利與繁榮的經濟下，伴隨著石油原料逐漸減少、溫室效應的增強以及塑膠材料無法分解所造成的環境污染等議題的發酵，減少石化塑膠的使用或是發展可降解塑膠成為一新興的塑料發展趨勢，生物塑料也應運而生。

目前生物塑料可分為兩大類，一類是含生物基塑料，另一類是生物可降分解塑料，該含生物基塑料是指塑料有部分或全部成分是由可再生的生物源取得，其目的為取代或減少石化來源塑膠的使用，並降低石化來源塑膠在生產履歷到後續廢品處理可能的二氧化碳(CO₂)產生；而生物可降分解塑料是指由玉米澱粉、豌豆澱粉或微生物等非石化來源的生物可分解、降解的材料，其目的是可以減少塑膠垃圾的汙染。

含有取代或減少石化來源塑膠使用量的生物塑料，雖然某程度上減少了無法分解的塑膠產生，但是此種材料在生物可降解成分分解後，所剩的塑膠依然可能造成環境污染等種種問題。而生物可降分解塑料的優勢雖然可幾 乎全分解，但通常在機械物性與耐候性上相較於無法分解的石化來源塑膠更弱，商品在放置一段時間後，其機械強度衰減得很快，一般膜袋產品建議一年內使用。同時，這種塑料的降解速率慢，有時需要耗時半年到至少數年才有可能部分降解，依然會造成土染環境的負擔。

另一方面，石化來源塑膠大量使用在民生必需品上，例如塑膠包裝袋、保鮮袋等等，用於盛裝蔬果使用。目前市面上已經有許多用於蔬果保鮮的包裝袋，透過吸附所包裝蔬果所散發出的水氣或蔬果熟成氣體-乙烯，達到延緩蔬果急速老化的效果。然而，既有的保鮮袋即便擁有吸附水氣或乙烯的能力，但效果並不顯著。

為了解決前述既有的生物塑料與生物可降分解塑料的種種問題，以及所製成的包裝袋在蔬果保鮮效果上不佳的問題。本新型提供一種可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材，所選用的聚烯烴塑料是一般石化來源的不可分解塑料，但透過添加本新型所提供的分降解助劑，可以使這種原本無法自行降分解的聚烯烴塑料得以降解，且又同時維持了產品的機械、物理與耐候性等更為長效的架儲期時間表現。另一方面，透過本新型膜片材特有的孔隙梯度設計，使得所製成的包裝材料具有引導吸引水氣或乙烯的效果，提供一種保鮮效果更為優異的包裝應用，也同時因為這樣的多孔隙結構達到此種塑料分降解效率加速的優異功效。

本新型提供一種可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材，其包含呈扁平狀的膜片本體；該膜片本體中包含數個孔隙，該孔隙由該膜片本體的表面自本體內方向延伸並以分佈數量或孔隙大小的方式排列成孔隙梯度結構；以及該膜片本體中包含數個可促進降解顆粒，並分佈於非該孔隙的位置。

其中，該膜片本體包含聚烯烴90wt%以上；以及將該促進降分解顆粒以含量10wt%以下分散在該聚烯烴中，該促進降分解顆粒具有光敏感性、化學敏感性或生物敏感性。

該促進降分解劑包含至少二種觸媒，該觸媒包含一光觸媒、一化學觸媒或一生物觸媒；該光觸媒包含鎢氧化物、氧化鈦、硫化銅、石墨、石墨烯、碳管、金、銀或其混合物；該化學性觸媒包含金屬羧基和脂肪族多羥羧基酸之化合物、金屬羧基和無機鹽類之化合或過渡金屬之複合物或其混合物；以及該生物性觸媒包含幾丁質、澱粉、纖維素、葡萄糖衍生物、多醣類、多-β-羥丁基、碳二醯亞胺、酯類或其混合物。

其中，該生物性觸媒中的該酯類包含聚己內酯、多元酯或以無機酸與醇合成的酯類、油脂與醇合成的酯類、羧酸氯化衍生物的酯類或前述酯類的混合物。

該無機酸包含磷酸或硫酸。

其中，該可降分解的聚烯烴塑料中進一步包含一功能助劑30wt%以下，該功能助劑包含植物纖維、無機填充劑、塑化劑、滑劑、相容劑、發泡劑、色料或香精；以及此時該聚烯烴含量為60wt%以上與該促進降分解劑含量為10wt%以下。

本新型也同時提供一種由前述該可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材所製成的包裝材料。藉由上述說明可知，本新型著重於利用孔隙梯度的設計，使得產品具有自動吸引或吸附水氣或乙烯熟成氣體的效果，同時也因為產品具有多孔洞的特性，使得產品更容易也更快速的被降分解，同時孔隙結構能夠使得可促進降解顆粒分佈在產品中更均勻，也增加了反應的比表面積，達到加速降解效果的表現。

10:可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材

11:孔隙梯度結構

111:孔隙

12:可促進降解顆粒

圖1為本新型較佳實施例示意圖。

為了更清楚地說明本新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本新型的一些示例或實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖將本新型應用於其它類似情景。除非從語言環境中顯而易見或另做說明，圖中相同標號代表相同結構或操作。

以下敘述除非上下文明確提示例外情形，“一”、“一個”、“一種”和/或“該”等詞並非特指單數，也可包括複數。一般說來，術語“包括”與“包含”僅提示包括已明確標識的步驟和元素，而這些步驟和元素不構成一個排它性的羅列，方法或者設備也可能包含其它的步驟或元素。

一些實施例中使用了描述成分、屬性數量的數字，應當理解的是，此類用於實施例描述的數字，在一些示例中使用了修飾詞“大約”、“近似”或“大體上”來修飾。除非另外說明，“大約”、“近似”或“大體上”表明所述數字允許有±20%的變化。相應地，在一些實施例中，說明書和請求項中使用的數值參數均為近似值，該近似值根據個別實施例所需特點可以發生改變。在一些實施例中，數值參數應考慮規定的有效數位並採用一般位數保留的方法。儘管本新型一些實施例中用於確認其範圍廣度的數值域和參數為近似值，在具體實施例中，此類數值的設定在可行範圍內盡可能精確。

請參考圖1，其為本新型所提供的一種可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材10結構示意圖，該可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材10呈現 扁平片狀的膜片本體，並包含由不同孔隙大小所形成的孔隙梯度結構11。從圖1中局部放大圖所示，該孔隙梯度結構11主要是在該可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材10上形成數個孔隙111，而該些孔隙111的排列行為是從密集到稀疏來排列，例如圖1中該孔隙梯度結構11是從上方該孔隙111較為稀疏排列到下方該孔隙111較為密集的結構呈現。另一方面，除了由孔隙排列疏密方式來達到梯度結構的效果，本新型也可以是由空隙大小的方式來達到，例如等效的該孔隙梯度結構11是從上方該孔隙111具有較大尺寸到下方該孔隙111具有較小尺寸來呈現。

其中，本新型在該可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材10中包含數個均勻分佈的一可促進降解顆粒12，該可促進降解顆粒12分散並維持在該可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材10的非該孔洞111部分。

為了使本新型能夠具以實施，以下提供該可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材10在本新型中的材質較佳是包含：一聚烯烴(Polyolefin)90wt%以上；以及將該促進降分解顆粒12含量10wt%以下分散在該聚烯烴中，該促進降分解顆粒12是具有光敏感性、化學敏感性或生物敏感性。

其中，前述本新型所述的該聚烯烴主要是由石化來源的塑膠材料，包含但不限於聚乙烯(Polyethylene,PE)、聚丙烯(Polypropylene,PP)或乙烯-醋酸乙烯共聚物(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)等以及其衍生物。但本新型所提供的降分解技術不僅可以應用於原本無法自行降分解的石化來源聚烯烴外，也可以應用於本身已具有全降解或部分降解能力的塑料上，例如生物可分解的聚乳酸(Polyactide,PLA)或聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol)上，但此種本身即具有降解能力的塑料在本新型中主要是加速其降解或降解行為的促進。

該促進降分解顆粒12包含至少二種的不同降解機制的觸媒，包含光觸媒、化學性觸媒或生物分解觸媒的至少二種或多種組合，主要搭配所適配的聚烯烴選用相應的觸媒組合，達到最適的降解效果。

首先，本新型前述所謂光觸媒，包含鎢氧化物、氧化鈦(TiO)、硫化銅(CuS)或含碳材料。該碳材料可以是石墨、石墨烯或碳管等。

前述光觸媒主要是一種可以吸收光線並分解高分子物質的成分，主要吸收光源自紫外光紅外光到可見光吸收的全光譜特性。其中，該紫外光紅外光吸收材料在本新型中主要為鎢氧化物、氧化鈦(TiO)、硫化銅(CuS)或含碳材料；該可見光吸收材料則可包含氧化鐵、氮化碳、氧化鈦(TiO)、硫化銅(CuS)、含碳材料、金或銀等貴金屬。其中，前述氧化鈦(TiO)、硫化銅(CuS)或含碳材料可能本身已具有吸收全頻譜光線的能力，可以再與其它單一光源吸收材料進行複配形成複合材料，達到更全面的全光譜吸收效能。

透過添加此種光觸媒於該聚烯烴中，當照射到一定波長的光線，就可能具有使該聚烯烴高分子降解的能力。詳細而言，該鎢化合物於本新型中可能包含氧化鎢(WO_x)或鎢青銅(M_xWO₃)成分，其具有紫外光、紅外光與強化近紅外吸收能力。該鎢青銅則是在氧化鎢中摻雜金屬元素生成之M_xWO_X，以增強太陽光譜中的光吸收，或強烈的局部表面等離子體共振(LSPR)，間隔電荷轉移(從W6⁺到W5⁺的氧化態)。藉由此類鎢材料與其他材料混成，形成全光頻光觸媒與光吸收的效能。

前述所謂化學性觸媒，主要包含金屬羧基和脂肪族多羥羧基酸之化合物、金屬羧基和無機鹽類之化合或過渡金屬之複合物。

前述所謂的生物性觸媒，主要包含：幾丁質、澱粉、纖維素、葡萄糖衍生物、多醣類、多-β-羥丁基、碳二醯亞胺、酯類或其混合物。酯類則可能包含聚己內酯、多元酯，或以無機酸(例如以磷酸或硫酸等)與醇合成的酯類、 油脂(官能基：RCOOR”)與醇合成的酯類、羧酸氯化衍生物的酯類或前述三種酯類的混合物。

其中，該促進降分解顆粒12在與該聚烯烴混合的狀態，較佳可以是固態(如粉末、顆粒狀)、液態或膠態等流體狀態，可以具有較好的混合分散性，使該促進降分解顆粒12更好的分散於該聚烯烴材料中，達到更高程度的降解特性。

本新型所用的複配觸媒能包含但不限於光/化學複合觸媒、光/生物複合觸媒以及化學/生物複合觸媒等，其作用機制在若包含本新型所選用的光觸媒，通常其也是一種光熱轉換材料，在降解時吸收光源後會轉換為熱能，此熱能可以促進化學或生物觸媒的反應速率，繼而增加降解效率。而在化學/生物複合觸媒上，生物觸媒通常會先自行降解，繼而造成聚烯烴塑料首先破裂為較為細小的顆粒，造成表面積的增加，也導致化學觸媒作用表面增加，繼而增加降解效率。

另一方面，本新型的光觸媒可以選用純全光譜吸收，或分別在紫外、紅外與可見光具有吸收能力的多種光觸媒進行複配，其中在選用複配型的光觸媒時，若使用短波長曝照的降解環境，對於短波長具有敏感性的光觸媒會首先反應，並同時間光源能量降級為長波長能量，另複配的長波長吸收光觸媒接續反應，因此，即便本新型僅使用單一種光源波長照射，仍可長效與快速的達到聚烯烴降解效果。

可以理解的是，本新型所提供的該可降分解的聚烯烴塑料中，在不影響主要降分解的功效下，可以添加相關的功能助劑，比例較佳在30wt%以下(此時需對應減少聚烯烴(Polyolefin)的含量為60wt%以下)，例如植物纖維、無機填充劑、塑化劑、滑劑、相容劑、發泡劑、色料或香精等等。

在製造成型上，前述該聚烯烴可以導入既有的螺桿混練製程，並在過程中添加該促進降分解顆粒12加以共同混練成塑膠母粒，或以射出、押出、薄膜吹製、壓延、壓縮鑄造、熱成型或旋轉鑄製的其中一種或多種方法進行最終產品的製造。

請參考以下表1，其為本新型所提供的該可降分解的聚烯烴塑料數個較佳實施例。於此同時，本新型在該促進降分解顆粒12的選用上，主要是依據終產品儲放或使用狀態下加以考量，實際應用時，本新型適宜以母粒形式出貨給下游製造商，供其自行製造產品。其中，以下各實施例可以依據需求添加功能性助劑10wt%以下，但須同時對應減少聚烯烴的添加含量。測試樣品板材規格為5cm*5cm*0.03cm。

接著，為了證實本新型所提供的該可降分解的聚烯烴塑料確實具有可降分解或加速可降分解的效果，以下表2針對前述表1中各實施例進行了降解效率的測試，同時也提供數個純聚烯烴塑料的降解速率作為比較例。其中，在未使用光觸媒的實施例，主要採用土壤掩埋法(ASTM D5988)，取堆肥土及農地土壤各50%去除雜質後混勻，將5cm*5cm*0.03cm以下表1組別，夾在孔徑2mm的兩個塞網中，埋入混合土10cm處，每周澆水一次100ml，分別在90天、150天、180天及300天取出做降解速率比較。在使用光觸媒的實施例，主要以波常340nm的UV光源每日照射4小時，並於設定天數測量其降解速率。

由表2可知，本新型確實在與一般無法自行降分解的聚烯烴塑料的搭配上，具有能使其降解，甚至是高度降解或達全分解的效果。而在與本身即具備可降分解的生物降解塑料上，本新型所提供的板材明顯可加速其降解效率。

進一步地，請參考以下表3，其為對應前述各實施例的機械性質、耐候性等測試數據。

由表3可看出，本新型所提供的可降分解的聚烯烴塑料在成品時與一般純聚烯烴塑料所製之成品機械、物理或耐候性上差異不大，甚至數個組別還具有更為優異的表現。

進一步地，本新型也利用上述實施例測試其對於水氣與乙烯吸附氣體的效果，將上述各實施例製造為30cm*30cm大小，厚度在1mm的膜片材，並包覆蘋果進行測試，結果如以下表4。

從表4中可看出，本新型所提供的膜片材確實具有水氣與乙烯吸附的效果，且能夠長時間維持所宣稱的功能，並透過上表可知，本新型所提供的該孔隙梯度結構11確實具有有效持續將蘋果所釋放出的水氣與乙烯氣體引導並吸引到袋體本體中，達成保鮮效果。

此外，除非請求項中明確說明，本新型所述處理元素和序列的順序、數字字母的使用、或其他名稱的使用，並非用於限定本新型流程和方法的順序。儘管上述揭露的技術內容通過各種示例討論了一些目前認為有用的新型實施例，但應當理解的是，該類細節僅起到說明的目的，附加的請求項並不僅 限於以上所揭露的實施例，相反，請求項旨在覆蓋所有符合本新型實施例實質和範圍的修正和等價組合。

同理，應當注意的是，為了簡化本新型揭露技術的表述，從而幫助對一個或多個新型實施例的理解，前文對本新型實施例的描述中，有時會將多種特徵歸並至一個實施例、附圖或對其的描述中。但是，這種揭露方法並不意味著本新型所欲宣稱的保護對象所需要的特徵比實施例中提及的特徵多。實際上，在不損及本新型功效的情況下，請求項中的特徵可能要少於上述揭露的單個實施例的全部特徵。同時，如果本新型附屬材料中的描述、定義、和/或術語的使用與既有技術所述內容有不一致或衝突的地方，以本新型的描述、定義和/或術語的使用為准。

10:可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材

11:孔隙梯度結構

111:孔隙

12:可促進降解顆粒

Claims (7)

1. 一種可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材，其包含：呈扁平狀的膜片本體；該膜片本體中包含數個孔隙，該孔隙由該膜片本體的表面自本體內方向延伸並以分佈數量或孔隙大小的方式排列成孔隙梯度結構；以及該膜片本體中包含數個可促進降解顆粒，並分佈於非該孔隙的位置。
2. 如請求項1所述的可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材，其中，該膜片本體包含聚烯烴90wt%以上；以及將該促進降分解顆粒以含量10wt%以下分散在該聚烯烴中，該促進降分解顆粒具有光敏感性、化學敏感性或生物敏感性。
3. 如請求項2所述的可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材，其中：該促進降分解劑包含至少二種觸媒，該觸媒包含一光觸媒、一化學觸媒或一生物觸媒；該光觸媒包含鎢氧化物、氧化鈦、硫化銅、石墨、石墨烯、碳管、金、銀或其混合物；該化學性觸媒包含金屬羧基和脂肪族多羥羧基酸之化合物、金屬羧基和無機鹽類之化合或過渡金屬之複合物或其混合物；以及該生物性觸媒包含幾丁質、澱粉、纖維素、葡萄糖衍生物、多醣類、多-β-羥丁基、碳二醯亞胺、酯類或其混合物。
4. 如請求項3所述的可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材，其中，該生物性觸媒中的該酯類包含聚己內酯、多元酯或以無機酸與醇合成的酯類、油脂與醇合成的酯類、羧酸氯化衍生物的酯類或前述酯類的混合物。
5. 如請求項4所述的可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材，其中，該無機酸包含磷酸或硫酸。
6. 如請求項1所述的可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材，其中，該可降分解的聚烯烴塑料中進一步包含一功能助劑30wt%以下，該功能助劑包含植物纖維、無機填充劑、塑化劑、滑劑、相容劑、發泡劑、色料或香精；以及此時該聚烯烴含量為60wt%以上與該促進降分解劑含量為10wt%以下。
7. 一種保鮮包裝材料，其包含前述請求項1所述的可加速降分解的聚烯烴梯度降解膜片材。

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