[发明专利]具有改良的物理及化学性质的生物可降解及可堆肥的组合物

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求美国临时专利申请的权益，其申请号为60/947,934，申请日为2007年7月3日，在此对其参考而并入本文。

发明背景

相关技术描述

长久以来，人类一直在使用可自然回归环境从而可重复使用的包装材料。不能被生物降解的材料至少对环境无害，玻璃和金属就是很好的例子。今天，塑料和纸类的污染正在达到泛滥的地步，污染着我们的海洋还迅速填满我们可用的垃圾掩埋空间。世界开始意识到，如果创造的物质通常只被大众使用了，比如说十五分钟，但却往往会存续几百年，这样是不可持续的。

传统的一次性食品服务用品就是一个例子。它们往往是由纸或纸板制成(通常涂布或注入聚合物防水材料，比如石蜡或聚乙烯)，或是多种塑料之一(最常见的是聚苯乙烯)。这些材料有良好到绝佳的防水性，可隔热(比如泡沫聚苯乙烯或者“聚苯乙烯发泡塑料(Styrofoam)”)，并且便宜耐用。用这些材料生产一次性包装的方法已经很成熟，可以快速且相对便宜地大量生产这些物品。

此外，许多国家为达到工业化状态的动力使得其工作人群在家准备食物或制备特制品的自由时间大大减少。随着这个趋势的持续甚至加速，对抛弃式包装的需求量暴增。而且，人们越来越意识到，因为有使用可生物降解的和/或可堆肥的天然材料的可能，使用这些“便宜”材料的环境成本可能非常高。举例来说，一个聚苯乙烯杯子的寿命预计可达五百年，而每年每个美国人平均要丢弃约一百个这种杯子。此外，聚苯乙烯是苯和乙烯经由化学方法制造，这两种都是被公认为有环境问题的石油工业的副产物。虽然各国政府都因为实行困难及花费过高而几乎放弃回收循环计划，他们还是要解决垃圾堆积的问题，许多国家已经开始对非生物可降解包装加以课税。

天然产品一般生物降解时间较短：香蕉皮(二至十天)、棉布(一至五个月)、纸类(二至五个月)、绳子(三至十四个月)、橘子皮(六个月)、羊毛袜(一至五年)。相反，就像以上提到的聚苯乙烯杯子一样，合成产品的生物降解时间明显更长：香烟滤嘴(一至十二年)、塑料合成的牛奶盒(五年)、塑料袋(十至二十年)、尼龙织物(三十至四十年)、塑料六入支架环(四百五十年)、尿布和卫生垫(五百至八百年)。因此，使用生物可降解材料来帮助解决垃圾掩埋和其他环境问题的压力不断增加。以台湾为例，近来已经禁止在一次性包装中使用泡沫聚苯乙烯，而中国大陆在其大城市中也已经效仿施行(例如：北京和上海)。

解决传统一次性食物容器产品的环境隐忧的方法之一，就是制造基于淀粉的一次性食品服务用品如托盘、碟子和碗等。然而，基于淀粉的包装目前仍有许多不足，最重要的就是不防水。熟的未修饰的淀粉具有固有的水溶性。因为目前生产的所有基于淀粉的生物可降解食品服务用品都是在热模中形成，这些物品中的淀粉大多或全部都是熟的，因此这样形成的产品对水分非常敏感。当暴露在水、其它水相溶液、或者大量水蒸气中时，这些用品就会变得很柔软，失去形状稳定性，且变得易于被餐具(如，刀和叉)刺破。

生产商目前用两种方法来解决基于淀粉的食品服务用品对水分敏感的问题，其一是不在水相环境下使用这些产品，其二就是在产品上涂上涂层。这样，产品就可以出售用于无水相液体或无蒸气的用途(例如：干的或深度油炸物)。这种方式大大限制了这些产品的市场潜力，因为许多的食物产品要么(1)是水相的(例如：饮料、汤)，(2)含有水相(例如：肉、稀酱料、水煮蔬菜)，(3)冷却时释放水蒸气(例如：米饭和其他淀粉类食物、热三明治等)，要么(4)会蒸发出水分(例如：生鲜食品)。此外，生物可降解的涂料可能很昂贵并且不易涂布，因而增加生产成本、复杂性，并降低成品的合格率。

本领域技术人员会欣赏通过某种方法可提高基于淀粉的食品服务用品中的基质材料的机械性质，从而(a)简化生产中的操作要求，和(b)增强干燥环境中的可用性。基质材料，主要是淀粉，的机械性质对基于淀粉的食品服务用品的表现至关重要。烘烤过、未修饰的淀粉通常在干燥的时候非常脆弱易碎，但当淀粉在相对湿度为中到高的空气中平衡后又变得比较柔软可塑。配方中通常加入纤维，以增加含有基于淀粉的复合材料的绕曲强度和破裂能，特别是在刚脱模时物品水分含量很低的时候。然而，即使添加了大量的(10％或以上)的纤维，基于淀粉的物品在刚脱模或是在长时间储存于干燥环境中(如冬天的供暖建筑中、夏天的有空调的建筑中、全年任何时候的沙漠环境中)或用于烘焙时也通常非常易碎。由于易碎，基于淀粉的物品在结构上具有缺陷，使其在生产过程中(特别是在涂布涂层或薄膜层压前)、运输过程中，和在干燥环境中使用的任何时候一直会出现问题。