高透氣性可生物降解的薄膜袋的製作方法

2023-09-22 01:46:40

專利名稱：高透氣性可生物降解的薄膜袋的製作方法
技術領域：
本發明涉及由可生物降解的均勻薄膜製成的袋子，該薄膜的特徵在於其高水平的透氣性，這使得它尤其適合於工業堆肥化處理的目的。
背景技術：
堆肥化處理表示模擬以下過程的工業過程，該堆肥化處理以受控和加速的形式再現這些過程，在大自然當中所述過程將使有機物質返回到生命循環中。在大自然中，所產生的且對生命不再「有用」的有機物質(幹葉子、樹枝、動物遺體等)由存在於土壤中的微生物來進行分解，這些微生物將有機物質返回到自然循環中。所保留下來的較不可降解的組分構成了腐殖土，由於其能夠緩慢地但是不斷地釋放營養元素(氮、磷、鉀等)，因此代表了植物的重要食物來源，從而確保土地的持久肥沃。工業堆肥化處理因此是這樣的方法，即其中為合理管理在自然中自發發生的微生物活動提供框架，以降低獲得一類腐殖土(即，堆肥)所需的時間，並且改進就天然獲得的產品而言的最終產品的品質。工業堆肥化處理已是許多研究的主題，並且許多堆肥化處理工廠已經採用非常複雜的方法和裝備。然而，對推廣有機廢物的工業堆肥化處理的主要經濟阻礙之一在於取決於待轉換的有機材料重量的堆肥化處理的高成本。由根據本發明的高透氣性可生物降解的均勻薄膜製成的袋子有助於有機廢物區分收集的發展，因為待處理的有機部分仍然在袋子中時即發生相當大的重量損失，這歸因於該袋子的均勻性和高透氣性。
考慮到以下事實這一點越發重要有機廢物的區分收集變得越來越必要，這也歸因於歐洲的法案，該法案強制規定到2006年底時不得傾倒有機質含量超過5％的廢物。
根據上述法案，如果按照執行的話，僅在義大利的城市廢物總量估計約為24M1噸且易腐爛材料的含量約為11.4M1噸，經由快速堆肥化處理或生物穩定化使廢物穩定並提高價值的重要性是明顯的。
甚至在當前傾倒這類廢物的情形中，根據本發明的可生物降解的袋子的優點也是顯著的。易腐爛的廢物中含水超過60％，以整個國家來說，甚至僅10wt％的損失就會導致損失數十萬噸水。除了直接的經濟節約之外，這還意味著垃圾堆中減少成千上萬噸水、降低氣味問題的更穩定化的廢物和節省成千上萬次運貨汽車往返於垃圾堆的運輸。對城市來說，由超級市場以購物袋形式銷售具有這些特徵的袋子還會明顯減少廢物處理成本，並且同時，會使得區分收集易腐爛廢物的管理簡單得多。
本發明的可生物降解的袋子也可以設計成可再用的購物袋形式，在其使用期結束時作為用於收集食品殘餘物的袋子。這也會降低購物袋被遺棄在周圍環境的可能性。

發明內容
本發明涉及由透氣性可生物降解的均勻薄膜製備的袋子，該薄膜具有10到40μm的厚度和大於950g30μm/m224h的根據ASTM E96-90測量的透水性。
在本發明描述中，均勻薄膜是指在微觀和宏觀水平上基本沒有缺陷的薄膜。
該透氣性可生物降解的均勻薄膜由可生物降解的材料製備。優選的材料是基於可生物降解的聚酯和可生物降解的澱粉的共混物。在聚酯之中，二酸-二醇型脂族-芳族聚酯是尤其優選的。在基於澱粉的共混物之中，澱粉和脂族-芳族聚酯的共混物是尤其優選的。
關於該二酸-二醇型可生物降解的聚酯，二元羧酸的實例包括草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸和十三烷二酸。
多官能化芳族化合物的實例包括苯二甲酸，尤其是對苯二甲酸，雙酚A、氫醌等。
二醇的實例包括1，2-乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，7-庚二醇、1，8-辛二醇、1，9-壬二醇、1，10-癸二醇、1，11-十一烷二醇、1，12-十二烷二醇、1，4-環己烷二甲醇、新戊二醇、2-甲基-1，3-丙二醇、雙脫水山梨糖醇、雙脫水甘露糖醇、雙脫水艾杜糖醇、環己二醇、環己烷甲二醇。
除了二元羧酸和二醇之外，可生物降解的聚酯也可有利地包含作為起始單體的天然或合成來源的不飽和共聚單體。不飽和共聚單體的用量為總二元羧酸/二醇的0.5到45％。
合成來源的不飽和酸的實例包括丙二酸、富馬酸、乙酸乙烯酯、丙烯酸和甲基丙烯酸、丙烯酸羥烷基酯和甲基丙烯酸羥烷基酯。
天然來源的不飽和共聚單體的實例是衣康酸，單不飽和醇酸例如蓖麻油酸和lesquerolic酸，和單或多不飽和的一元羧酸例如油酸、芥酸、亞油酸、亞麻酸。
除了這些基礎單體之外，基於脂族二元羧酸的摩爾數，脂族-芳族聚酯也可以0到30摩爾％的量包括至少一種醇酸。適合的醇酸的實例包括羥基乙酸、羥基丁酸、羥基己酸、羥基戊酸、7-羥基庚酸、8-羥基己酸、9-羥基壬酸和乳酸。
關於基於澱粉的共混物，其中術語「澱粉」是指任何種類的天然澱粉，例如玉米、馬鈴薯、小麥、木薯、豌豆的澱粉等。術語「澱粉」還包括化學或物理改性的澱粉並且可以提及，例如取代度為0.2到2.5的澱粉酯、羥丙基化澱粉、和用脂肪鏈改性的澱粉。澱粉也可以是以變構或膠凝形式使用。
在尤其優選的基於澱粉的共混物薄膜中，該澱粉在聚合物基體中作為共-連續相或作為分散相存在。在後一種情況下，該澱粉以尺寸小於1μm，優選小於0.6μm的顆粒形式分散。
目前，多數情況下，有區分的廢物收集使用可生物降解的袋子來進行，特別是如果採用基於澱粉的薄膜來生產這些袋子時，它們由於材料的親水性而能夠失水。
根據本發明的衍生自可生物降解的均勻薄膜的袋子，尤其是當沒有放置在密閉容器內部時，在7天以內，優選4天以內，以廢物本身計，能夠降低有機廢物15wt％以上，優選20％以上，其中該薄膜具有10到40μm的厚度和大於950g30μm/m224h，優選大於1000g 30μm/m224h，甚至更優選＞1100g30μm/m224h的透水性。
已經發現，當薄膜具有4000g30μm/m224h以上的透氣性時，其不再適合用於生產根據本發明的袋子。該透氣性優選為低於3000g30μm/m224h，甚至更優選低於2500g30μm/m224h。
為了測試袋子的性能，可以用鋸屑將袋子充滿，向該鋸屑添加完全能被該鋸屑本身所吸收的水(通常大約20％鋸屑和80％水)然後靜置在柵格上，其中網孔寬到足以允許該袋子的底部向下也能曝氣。該袋子可以放置在溫度為23℃、RH為55％的環境中，並且可以通過稱重測量重量損失。
具有較高的表面積/體積的袋子尤其適用於此目的。體積為5到40l，優選10到30l的袋子因此尤其適用於此目的。透氣性有時在用於無區分的廢物收集的較大袋子中也可以是有用的，因為它允許由於廢物發熱量的增加而損失一定量的水。
本發明不但包括由親水性足以達到薄膜透水性值＞950g30μm/m224h的材料製成的可生物降解的袋子，而且包括由較不透氣的薄膜製成的袋子，所述薄膜通過微成孔方法經由雷射或當有無機或有機填料時經由拉伸來使透氣性水平達到950g30μm/m224h或更高，所述方法能夠形成微孔。所用的術語「微孔」是指在常壓下使得薄膜可透水蒸汽但是基本上不透液態水的孔。由基於澱粉的薄膜製成的袋子是尤其優選的，因為它們的特徵在於甚至在室溫下也具有良好的生物降解能力(所謂的「家用可堆肥性」)。
根據本發明的基於澱粉的薄膜必須基於總組成以20％到90％，更優選25％到60％的量包含熱塑性澱粉。與澱粉具有良好相容性的熔點為60℃到150℃的不溶於水(吸水率低於5％，優選低於2％)的熱塑性聚合物是另一種主要組分。相同的聚合物可以是通過微成孔方法獲得的袋子的基礎原材料。
機械性能必須足以滿足應用。這是指對25-30μm的薄膜在23℃和55％的RH下測量的拉伸性能來說，極限拉伸強度大於16MPa，模量＞50MPa，極限伸長率＞300％；並且優選極限拉伸強度大於22MPa，模量＞100MPa，極限伸長率＞350％。
具體實施方案實施例1將包含-36.4％澱粉Globe 03401 Cerestar、-50％Ecoflex(BASF)、-13.6％甘油、-0.2份Erucamide的組合物加入雙螺杆擠出機OMC(D＝50mm，L/D＝36)中，該擠出機在以下條件下運轉並且脫氣到獲得低於1％的最終含水量溫度分布曲線60/140/175/180×4/155×2；轉速300rpm。
將所得的顆粒供應給Ghioldi制膜機(D＝40mm，L/D＝30)，該制膜機在以下條件下運轉溫度分布曲線120/135/145×7；轉速64rpm。獲得透氣性為1460g30μm/m224h(根據ASTM E96-90)的薄膜。
用所述薄膜生產具有各種體積的袋子。
然後將從均勻批料中隨機取樣的三個袋子用於以下測試。
在適合的容器中以1∶4的質量比製備鋸屑和水的混合物。然後用所製備的潮溼的鋸屑充滿袋子。表1示出了根據袋子體積(表示兩種典型的工業袋子尺寸)的填充載荷。根據不同體積的袋子，待使用的鋸屑-水混合物的量必須按比例變化。
例如，如果袋子具有等於15升的體積，鋸屑-水混合物的重量必須等於
表1

在填充之後，使用與袋子一起提供的帶子或使用一根繩子在離開口處大約5cm的地方封閉該袋子。然後將該袋子靜置在柵格上，該柵格具有由金屬或塑料線製成的邊長為1.5cm到5cm的孔。然後，該柵格懸掛離地面至少5cm。在溫度為23℃(±2)、RH為55％(±2)的環境中進行該試驗。此外，在試驗開始時和7天之後稱重這些袋子。
每個袋子初始重量T0和最終重量Tf之間的差值測定為D＝(T0-Tf)，並且也測定各個差值的平均值DmDm＝1/3∑1.3D在整個試驗期間這些袋子保持完整無損，並且Dm與D之間的偏差不超過10％。
重量損失值在表2和3中給出。
表2

表3

實施例2(對比)採用以下組合物重複實驗1-28.0％澱粉Globe 03401 Cerestar-65.7％Ecoflex(BASF)-6.0％甘油-0.3％份Erucamide獲得透氣性為850g30μm/m224h(根據ASTM E96-90)的薄膜。採用所述薄膜生產厚度為20μm、體積為10l的袋子。重複實施例1的試驗，在7天之後檢測的重量損失平均值為157.3g，對應於大約10.48％的重量損失％。
權利要求
1.由透氣性可生物降解的均勻薄膜製成的袋子，所述薄膜的厚度為10到40μm和透水性大於950g 30μm/m224h。
2.根據權利要求1的袋子，其中所述透氣性可生物降解的均勻薄膜的透水性大於1000g 30μm/m224h。
3.根據權利要求1的袋子，其中所述透氣性可生物降解的均勻薄膜的透水性大於1100g 30μm/m224h。
4.根據上述權利要求中任一項的袋子，其中所述透氣性可生物降解的均勻薄膜包含澱粉。
5.根據權利要求4的袋子，其中澱粉的用量為總組成的20wt％到90wt％。
6.根據權利要求5的袋子，其中澱粉的用量為總組成的25％到60％。
7.根據權利要求4的袋子，其中所述澱粉與熔點為60℃到150℃的熱塑性聚合物共混。
8.根據權利要求4的袋子，其中所述澱粉與二酸-二醇型脂族-芳族聚酯共混。
9.根據權利要求1的袋子，其中所述透氣性可生物降解的均勻薄膜包含微孔。
10.根據權利要求1的袋子，其中所述透氣性可生物降解的均勻薄膜的透水性小於4000g 30μm/m224h。
全文摘要
由厚度為10到40μm和透水性大於950g30μm/m
文檔編號B65D65/46GK1946777SQ200580012265
公開日2007年4月11日 申請日期2005年4月7日 優先權日2004年4月9日
發明者C·巴斯蒂奧利, G·戴爾特裡蒂希, R·龐蒂, M·託森 申請人:諾瓦蒙特股份公司