[发明专利]可生物降解可堆肥的模塑物料组合物、模塑制品和制造方法

说明书

本发明的特征在于可生物降解、可堆肥的模塑物料组合物、模塑物料、模塑制品、涂布溶液以及用于其制造的系统和方法。

关于联邦资助研究或开发的声明：不适用。

发明背景

数量不断增加的废物流是日常生活中许多产品的处理和分配的特征。例如，在食品分配和服务行业中，数十亿多的不可生物降解的制品最终成为各大洲的废物流。基于涂有聚合物的纸盒或基于聚苯乙烯泡沫塑料(Styrofoam)的产品的预期使用寿命为10-100年。这样的制品由无公害的成本优化、技术成熟的大规模生产方法来生产。

特别是当我们以从生产到处置(即从摇篮到坟墓)的角度来考虑这些材料时，越来越多的公众意识到与这些不可生物降解材料相关的环境成本。例如，这些环境成本可能显著高于例如其可生物降解或环境友好的替代品。

然而，不可生物降解材料的取替是复杂的。现代加工、包装、储存、分配、服务和消费需要足够的包装材料来包装各种流体和固体物品。分配以及食品和饮料消费需要各种一次性容器，包括但不限于碗、蚌壳式容器(clamshells)、容器、杯子、烤盘、盘子、托盘或本领域已知的其他有用结构。包装必须防止环境影响、变劣和损坏，尽管在短期应用中使用长期包装越来越被认为是对环境不负责任的。

每年，生产了由涂塑纸或纸板；各种塑料材料诸如聚乙烯即PE、聚丙烯即PP、聚苯乙烯和发泡聚苯乙烯；玻璃；和金属制成的一次性容器用于食品和非食品应用。在相对短暂的使用寿命之后，数十亿个一次性容器进入废物流，其中许多都不易降解。此外，虽然广泛的注意力集中在使此类制品更轻质，但使用数百万吨原材料来制造此类“轻质”制品会产生环境成本。

例如，发泡聚苯乙烯是轻质、稳定的且针对当前应用对无公害成本进行了优化。发泡聚苯乙烯的制造涉及危险化学品包括用于聚苯乙烯的苯和苯乙烯，以及用于发泡的传统发泡剂和膨胀剂。然而，近年来，人们一直在努力开发危害更小的发泡剂。

一次性容器材料的回收体现出其自身的环境和政治复杂性。

应对上述挑战，在过去25年中，越来越多地讨论了基于粉体、纤维和惰性无机填料的可生物降解模塑制品。然而，现有技术的可生物降解制品似乎不具有广泛的应用。这些挑战包括确保能够在大规模工业制造的情况下实现可靠的热模塑加工、后热加工和处理的模塑物料组合物。此外，对于最终用户来说，足够方便和用户友好的材料或制品对于激发消费者用可历时制品替代现有的不可历时制品的意愿是必要的。

现有技术教导了流体或半液态糊膏状或“面糊”状模塑物料，或相对较硬的面团状模塑物料。模塑物料和模具的表面性能以及模塑过程的温度和压力条件可能需要使用脱模剂，这会导致模具残留物。此类模具残留物在连续使用后会改变模具的表面性能。例如，在脱模期间施用于模具上的脱模脂的热降解和聚合会导致模具上有残留物。模具残留物会产生不太光滑和钝化的模具表面并可能改变传热性能，这进而影响模塑制品表面的光滑性和光泽。脱模盐和脂肪酸会产生矿物残留物，它们需要经由化学和/或物理强力清洁来定期去除，这需要生产线停工并且随着时间的推移会损坏模具表面。

此外，如现有技术中所教导，包括流体或半液态“面糊”或糊膏的模塑物料的热加工产生大量蒸汽。释放的蒸汽进而影响模塑制品中空隙的数量、大小和分配。热模塑制品通常可包括至少一些空隙，这些空隙在制品中心较大并且朝向制品边缘尺寸减小并且在制品表面处在光学上不存在。在热模塑步骤期间经由释放蒸汽来控制内部孔的尺寸和数量以及分配会导致模塑制品具有改进的机械性能，例如包括更大的抗断裂稳定性和/或改进的弯曲角而不断裂。所得模塑制品的重量会更轻，从而节省材料。然而，释放的蒸汽太多导致太大和/或太多内部空隙以不均匀的方式分配。这样的不受控制的内部空隙的产生折损了模塑制品的内部内聚力。

如现有技术中所教导，硬面团状模塑物料会导致不规则的分份以及不完全的模塑。在脱模步骤中，硬面团状物料会导致模具挤出排气孔堵塞、挤出的模塑材料出现问题包括起泡和/或边缘磨损。