具体实施方式

本发明总体上涉及可生物降解的组合物。在实施方案中，该组合物适合用作用于形成成型产品例如三维结构产品的可模制材料。例如，此类产品可以是包装材料；餐具，如盘子、托盘、浅篮、蛤壳或杯子；其他喂食或饮用器具，例如吸管、餐具或搅拌器；或其他膜、片材或成形结构产品。在实施方案中，该组合物可用作石油衍生塑料、生物塑料和现有技术可生物降解塑料的替代品或代替物。

为方便起见，在进一步描述本公开之前，在此描述了说明书和实施例中采用的某些术语。这些定义应该根据本公开的其余部分来理解并且被本领域技术人员理解。此处使用的术语具有本领域技术人员公认和已知的含义，然而，为了方便和完整起见，特定术语及其含义如下所述。

词语“一”、“一个”和“该”用于指代一个或多于一个(即至少一个)用词的语法对象。

如本文所用，术语“包括”是指必须包括所列举的元素中的任何一个，并且也可以任选地包括其他元素。“基本上由……组成”是指必须包括任何列举的要素，排除会对所列要素的基本和新颖特征产生重大影响的要素，并且可以选择性地包括其他要素。“由……组成”是指排除除所列之外的所有元素。由这些术语中的每一个定义的实施方案在本发明的范围内。术语“包括”在用于组合物的某些成分时，应理解为为术语“基本上由那些相同组分组成”和“由那些相同组分组成”提供明确的字面基础。

如本文所用，术语“可生物降解”是指能够在自然界和/或通过生物的作用被化学和/或物理分解。该术语在本文中用于指通常通过微生物例如细菌或真菌的作用在水或水性或潮湿环境中自然分解成无害成分的组合物或组合物中的组分。该组合物可以符合欧洲标准EN 13432，或者更一般地说，90％的材料在12周后分解为大小不超过2毫米的颗粒碎片，并在6个月后生物降解至少90％(实验室测试方法EN 14046)。如本文所定义的，术语“超级可生物降解”可用于指具有特别快的生物降解速率的材料，例如，少于6个月，适当地少于3个月，以在天然、非适应环境或废物流中完全生物降解。在这种情况下，术语“自然”或“自然的”是指非工业环境和/或不适合促进生物降解的环境，例如露天或家庭堆肥。

如本文所用，术语“可堆肥”是指能够在自然界和/或通过生物的作用分解以用作堆肥。适当地，术语“可堆肥的”可用于指可被可接受地添加到堆肥场所的组合物或产品。术语“家庭可堆肥”可用于指可以在家庭环境中可接受堆肥的组合物或产品，例如，添加到家庭花园中建立的堆肥堆中。该术语可能是指符合澳大利亚标准AS 5810“可生物降解塑料-适用于家庭堆肥的可生物降解塑料”的塑料；比利时认证的 OK堆肥家庭认证方案，要求在环境温度下12个月内降解至少90％；和/或法国标准NF T 51-800“塑料-适用于家庭堆肥的塑料规范”。术语“工业可堆肥”可用于指可以可接受地添加到工业堆肥废物流中的组合物或产品。例如，工业复合废物流可能涉及活性复合阶段，然后是固化。活性堆肥阶段通常至少持续21天，并在整个期间将堆肥堆中的温度保持在大约50℃至60℃。出于卫生目的，温度可保持在60℃以上至少一周，以消除病原微生物。在固化阶段，分解速度减慢，并且随着腐殖质的合成，温度降低到<40℃。

如本文所用，术语“无害”是指对人和动物或环境无毒或无风险。就化合物而言，无害可能意味着符合EC法规第1907/2006号、EC法规第1272/2008号、REACH指令1999/45/EC、第76/769/EEC号、欧洲理事会指令793/93和91/155/EEC、93/67/EEC或67/548/EEC中的任何一项或多项；或达到美国联邦法规(156.62)第40篇规定的毒性类别IV(实际上无毒且无刺激性)或其等效物。

如本文所用，术语“可食用”是指可以被人类或动物摄入而不会产生不良影响或对健康构成风险的无害物质。

此处使用的术语“生物塑料”是指由可再生生物质来源生产的塑料材料，例如植物油脂、玉米淀粉、稻草、木片、锯末、回收的食物垃圾等。生物塑料可以由农业副产品制成。生物塑料表明制造塑料的材料来源是生物塑料。生物塑料并不推断该材料是可生物降解的，尽管某些生物塑料也可能是可生物降解的。

如本文所用，术语“海藻”是指通常在海洋或淡水体中或附近发现的几组多细胞藻类的常用术语。海藻的种类包括红藻(红色)、褐藻(棕色)

和绿藻(绿色)大型藻类。许多褐藻被简称为海带。

如本文所用，术语“海藻提取物”是指海藻的分离或隔离的组分或组成部分。合适地，分离或隔离方法是通过化学或物理提取(即凝胶压榨或酒精沉淀和碱水解)。例如，海藻提取物可以通过将海藻植物或其部分粉碎，然后过滤以去除固体海藻残渣材料而获得；或者，可替代地，用合适的溶剂，例如碱性水溶液洗涤海藻，并收集所需提取物作为残留的不溶性物质或部分不溶性物质。提取物可以进行进一步的纯化/分离步骤。根据本文含义的海藻提取物的实例是角叉菜胶、琼脂和藻酸盐的提取物，合适的是角叉菜胶。

如本文所用，术语“角叉菜胶”是指从红海藻中提取的线性硫酸化多糖家族。角叉菜胶主要分为三种，它们的硫酸化程度不同。kappa型角叉菜胶每个二糖有一个硫酸基团，iota型角叉菜胶有两个硫酸基团，而lambda型角叉菜胶有三个硫酸基团。

如本文所用，术语“多糖”是指长链碳水化合物分子，特别是由通过糖苷键结合在一起的单糖单元组成的聚合碳水化合物。例子包括“储存多糖”，如淀粉和糖原，以及“结构多糖”，如纤维素和几丁质。淀粉是一种葡萄糖聚合物，其中吡喃葡萄糖单元通过α键连接；纤维素是由重复的葡萄糖单元通过β键连接在一起制成的聚合物。纤维素可以被化学改性，例如用各种烷基如甲基将纤维素中的游离羟基烷基化，以生产甲基纤维素；或羟丙基制备羟丙基纤维素(CAS号：9004-64-2)或羟丙基甲基纤维素(HPMC)(CAS号：9004-65-3)。

如本文所用，术语“水溶性纤维素衍生物”是指在室温或环境温度下易溶于水的源自纤维素的材料或化合物。合适地，该术语是指源自纤维素的材料或化合物。例如，甲基纤维素在低于40℃到50℃的温度下很容易溶于水；羟丙基纤维素在45℃以下易溶于水。甲基纤维素和羟丙基纤维素都表现出在较高温度下变得更难溶解的非典型行为。

石油基塑料因其结构刚性、半透明性、容纳液体和成型产品的能力而广泛用于工业。这导致石油衍生塑料在许多行业中的使用激增，例如，用于食品包装以及其他与食品或饮料相关的物品，如杯子、盘子和餐具。此类产品可以通过模制(例如注射成型、吹塑成型、压制成型、挤出等)或浇铸而成形，或者通过成形为片材，然后再加工以形成成型和/或三维产品。

正如现在充分证明的那样，虽然石油基塑料和一些生物塑料具有许多理想的材料特性，但它们的使用问题与其在环境或废物流中的寿命有关，建议在10年到1,000年之间。这个分解的时间尺度与塑料的典型使用寿命完全不成比例，例如，在食品包装的情况下，典型使用寿命可能是几个小时或几天。从环境或生态的角度来看，用于生产一次性产品的塑料在产品被丢弃后可能继续存在长达1000年的事实显然是一个很大的问题。

即使是被称为可生物降解的塑料，例如聚乳酸(PLA)或聚羟基链烷酸酯(PHA)，仍可能需要数月甚至数年才能完全生物降解。这意味着塑料在此期间将在环境中保持完整，对生态系统和野生动物的负面影响与石油基塑料大致相同。

越来越多地使用塑料，无论是石油基、植物基、植物源生物塑料或那些被称为可生物降解的塑料，以及这些材料相对于它们作为产品的使用案例缓慢或相对缓慢的分解速度已经导致我们的垃圾填埋场和更广泛的环境中越来越多的塑料垃圾，包括海洋中的颗粒物质。这已经并将继续对陆地、空中和海上的环境和生态系统造成前所未有的破坏。塑料和生物塑料在环境中的持久性也意味着如果不通过适当的废物流处理它们，它们可能会留在街道上作为难看的垃圾，并可能导致水道和下水道堵塞，导致昂贵的措施和清洁操作来取回这些材料。此外，众所周知，塑料和生物塑料在环境中缓慢但最终分解会导致所谓的“微塑料”或“纳米塑料”(尺寸在微米或纳米范围内的塑料颗粒)的释放对生态系统造成进一步破坏。最近有记录表明，“纳米塑料”正在污染空气，并因此被人类和其他生物吸入。这种塑料污染模式的全部影响尚不清楚，尽管众所周知，许多塑料会随着老化和分解而渗出有害化学物质，这可能会刺激肺部和其他身体器官，导致不适和疾病。当动物摄入它们无法消化的塑料或生物塑料时，这会导致它们的消化系统阻塞，在某些情况下，这会导致饥饿，从而导致动物死亡。

塑料和生物塑料的进一步生态问题也可以通过以下事实来确定：它们在堆肥设施中分解缓慢，并且通常不能生物降解，或者至少不能完全生物降解。这会导致塑料污染物作为堆肥的一部分被施加到土壤中，从而降低土壤质量。全球人口预计将从今天的76亿增长到未来30年的大约100亿。这将意味着农业和土地利用为人类和牲畜种植粮食面临更大的压力。今天或本世纪土壤肥力的任何下降都与依赖这一基本资源的不断扩大的全球人口的需求背道而驰。

本发明涉及可生物降解的组合物，其在环境中，特别是在各种含水或其他非干燥环境中，或在废物流中完全且快速地分解(高度可生物降解)，但在其使用寿命期间仍保持石油基塑料或植物基生物塑料的一个、多个或所有益处。

本发明的组合物通常包含海藻提取物和水溶性纤维素衍生物。该组合物还可包含水。合适地，组合物包含海藻提取物、水溶性纤维素衍生物和水。合适地，组合物基本上由海藻提取物、水溶性纤维素衍生物和水组成。合适地，组合物由海藻提取物、水溶性纤维素衍生物和水组成。

在实施方案中，海藻提取物可以是角叉菜胶、琼脂或其混合物。角叉菜胶化合物和琼脂家族在食品、制药和个人护理产品领域广为人知；然而，它们在化学上是不同的。角叉菜胶包含重复单元β-D-半乳糖-cc-D-半乳糖，而琼脂包含重复的β-D-半乳糖-α-L-半乳糖。合适地，用于本发明组合物中的海藻提取物是角叉菜胶。更合适地，角叉菜胶可以是kappa型角叉菜胶。

预期任何海藻提取物可用于本发明。然而，正如预期的那样，虽然角叉菜胶、琼脂和其他海藻提取物具有共同的来源(海藻)和相关的化学结构，但每种物质在从中形成高度可生物降解的塑料替代材料时具有显着不同的特性。例如，角叉菜胶，特别是kappa型角叉菜胶，当与水溶性纤维素衍生物，例如甲基纤维素混合时，如在本发明中，与琼脂和其他海藻提取物相比，显示出令人惊讶的有益的机械和视觉材料特性。

在实施方案中，水溶性纤维素衍生物可以是源自纤维素的任何合适的材料或化合物。合适地，水溶性纤维素衍生物可以是甲基纤维素(MC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)或其混合物。合适地，水溶性纤维素衍生物可以是甲基纤维素(MC)。

在实施方案中，组合物仅包含海藻提取物，例如角叉菜胶，和水溶性纤维素衍生物，例如甲基纤维素，组合物的其余部分是水。换言之，如本文所定义，组合物可由海藻提取物和水溶性纤维素衍生物组成，或由海藻提取物和水溶性纤维素衍生物和水组成。换句话说，基于组合物的总重量，这些组分的重量百分比可以加起来高达100重量％。

在实施方案中，预期可包括可提供一种或多种益处而不会不利地影响组合物的整体性质的其他次要添加剂。换言之，如本文所定义，组合物可基本上由海藻提取物和水溶性纤维素衍生物，或海藻提取物和水溶性纤维素衍生物和水组成。术语“次要添加剂”或“添加剂”旨在涉及除海藻提取物和水溶性纤维素衍生物之外的添加剂，它们可以以20wt％或更少的量存在于组合物中。适当地，小于15wt％、10wt％、5wt％、2wt％、1wt％。所有重量百分比均基于组合物的总重量。换言之，基于组合物的总重量，海藻提取物、水溶性纤维素衍生物、水和一种或多种次要添加剂的重量百分比加起来可高达100重量％。

添加剂或次要添加剂可以是，但不限于：无机盐，如氯化钾或氯化钙；锯末、纸、大麻纤维；碳酸钙；甘油；苹果泥；淀粉；蒙脱石(MMT)；肉桂皮油；豆油；甘油；银纳米粒子；葡萄柚籽提取物；野蔷薇精油；非粘土或粘土矿物；聚乙二醇(PEG)；甲壳素；阿拉伯木聚糖；香蕉粉；明胶；氧化钛纳米颗粒。可替代地，在实施方案中，本发明的组合物和由其形成的产品可缺少任何次要添加剂，包括但不限于上文所列的那些中的一种或多种。

在实施方案中，组合物可包含盐，更合适地碱金属盐或碱土金属，甚至更合适地锂盐、钠盐、钙盐或钾盐。最合适地，组合物可包含钾盐。在实施方案中，钾盐是氯化钾。合适地，组合物可包含0.1-5重量％范围内的盐，更合适地0.5-3重量％之间的范围内的盐，甚至更合适地0.5-1.5重量％之间的范围内的盐。合适地，所述盐可以以至少0.1重量％、0.2重量％、0.3重量％、0.4重量％、0.5重量％、0.6重量％、0.7重量％、0.8重量％、0.9重量％、1.0重量％、2.0重量％、3.0重量％、4.0重量％或以上。合适地，所述盐可以以至多5.0重量％、4.0重量％、3.0重量％、2.0重量％、1.9重量％、1.8重量％、1.7重量％、1.6重量％，1.5重量％或以下；所有重量百分比均基于组合物的总重量。不希望受理论束缚，据信包含此类盐可增加所得组合物和由其形成的产品的刚性。

在实施方案中，组合物可包含甘油。更合适地，组合物可包含0.1-5重量％范围内的量的甘油，甚至更合适地1-3重量％范围内的量的甘油，更特别地1.5-2.5重量％范围内的量的甘油，所有重量百分比均基于组合物的总重量。不希望受理论束缚，据信包含甘油可增加所得产品的柔韧性。

在本文中仅出于参考目的而称为“低海藻提取物组合物”的实施方案中，所述组合物可包含1-10重量％，合适地2-5重量％的海藻提取物。合适地，所述组合物可以包含至少1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％或9重量％的量的海藻提取物。合适地，组合物可以包含至多10重量％、9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％、3重量％或2重量％的量的海藻提取物。所有重量百分比均基于组合物的总重量。

在实施方案中，低海藻提取物组合物可以包含70-95重量％，更特别地80-95重量％的量的水溶性纤维素衍生物。合适地，组合物可包含至少70重量％、75重量％、80重量％、85重量％或90重量％的量的水溶性纤维素衍生物。合适地，组合物可以包含至多95重量％、90重量％、85重量％、80重量％或75重量％的量的水溶性纤维素衍生物。所有重量百分比均基于组合物的总重量。

在实施方案中，低海藻提取物组合物可包含2-20重量％的水，甚至更特别地4-15重量％，所有重量百分比均基于组合物的总重量。合适地，所述组合物可以包含至少2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％或14重量％的量的水。合适地，组合物可以包含至多15重量％、14重量％、13重量％、12重量％、11重量％、10重量％、9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％或3重量％的量的水。所有重量百分比均基于组合物的总重量。

在根据本发明的低海藻提取物组合物的具体实施方案中，该组合物可以包含按重量计2-5％的量的kappa型角叉菜胶、按重量计80-95％的量的甲基纤维素、按重量计4-15％的量的水。在一个实施方案中，组合物还可包含1-5重量％的氯化钾。所有重量百分比均基于组合物的总重量。在实施方案中，kappa型角叉菜胶、甲基纤维素、水和任选的氯化钾的重量百分比可以基于组合物的总重量加起来高达100重量％。

在本文中仅出于参考目的而称为“高海藻提取物组合物”的替代实施方案中，该组合物可包含40-95重量％、合适地50-95重量％、更合适地60-90重量％的量的海藻提取物。合适地，所述组合物可以包含至少40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％或90重量％的量的海藻提取物。合适地，组合物可以包含至多95重量％、90重量％、85重量％、80重量％、75重量％、70重量％、65重量％、60重量％、55重量％、50重量％或45重量％的量的海藻提取物。所有重量百分比均基于组合物的总重量。

在实施方案中，高海藻提取物组合物可包含5-50重量％，更合适地10-40重量％的量的水溶性纤维素衍生物。合适地，组合物可以包含至少5重量％、10重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％或45重量％的量的水溶性纤维素衍生物。合适地，组合物可以包含至多50重量％、45重量％、40重量％、35重量％、30重量％、25重量％、20重量％、15重量％或10重量％的量的水溶性纤维素衍生物。所有重量百分比均基于组合物的总重量。

在实施方案中，高海藻提取物组合物可包含1-20重量％的水，甚至更特别地2-15重量％，所有重量百分比均基于组合物的总重量。合适地，所述组合物可以包含至少2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、6重量％、7重量％、8重量％、9重量％、10重量％、11重量％、12重量％、13重量％或14重量％的量的水。合适地，组合物可以包含至多15重量％、14重量％、13重量％、12重量％、11重量％、10重量％、9重量％、8重量％、7重量％、6重量％、5重量％、4重量％或3重量％的量的水。所有重量百分比均基于组合物的总重量。

在根据本发明的高海藻提取物组合物的具体实施方案中，该组合物可以包含50-90重量％或合适地66-85重量％的量的kappa型角叉菜胶、以25-35重量％或适当地11-33重量％的量的甲基纤维素、4-25重量％或适当地2-11重量％的水。在实施方案中，组合物还可包含1-5重量％的氯化钾。所有重量百分比均基于组合物的总重量。在实施方案中，kappa型角叉菜胶、甲基纤维素、水和任选的氯化钾的重量百分比可以基于组合物的总重量加起来至多100重量％。

本发明的组合物是吸湿的，即它吸水。高海藻提取物组合物比低海藻提取物组合物更吸湿，但是两者至少在一定程度上吸水。不希望受理论束缚，据信本发明的组合物的特殊生物降解性或超生物降解性至少部分是由于其吸水的能力以及组合物的主要组分为天然食物来源，促进和促进微生物如细菌或真菌在组合物上的生长，从而导致其生物降解。

当用作水或水基液体的容器时，本发明的高海藻提取物组合物可以吸收大量的水而不会失去完整性或泄漏或分裂。本发明的海藻提取物组合物可在约60℃或以下的温度下吸水；高于此温度，高海藻组合物开始溶解。例如，材料可以吸收大约每克材料10-13克的水，导致材料在暴露于水时的重量发生大约1,000％至1,300％的变化。吸水后的组合物具有类似硅酮的触感。图1A显示了在浸入水中1天之前和之后由高海藻提取物组合物形成的材料条的视觉膨胀，图1B显示了由高海藻提取物组合物形成的杯子在暴露于水中8小时的时间内的视觉膨胀。可以看出，杯子在从接触中吸收水的同时，保持足够的结构完整性以保持其总体形状和杯子中的水。

该组合物在接触时吸水的倾向促进微生物生长，从而促进与空气中的水接触的快速(对于高海藻提取物组合物<2个月)和显着的生物降解[例如，湿度或降水](城市路边型环境)、堆肥、废物流或下水道、海洋或河流。此外，不希望受理论束缚，据推测，材料以这种方式吸收水分，然后通过蒸发再次释放水分的能力是其由于通过润湿和干燥循环在材料中产生的应力导致材料结构坍塌和破碎而导致的快速物理降解的一个因素。

本发明的组合物还在消化道液中崩解和/或溶解。如图9所示，本发明的组合物在室温下在典型的哺乳动物消化液中崩解和/或溶解，例如胆汁盐、酸性蛋白酶溶液、淀粉酶、唾液。因此，鉴于无毒和食品安全的组分，预计该组合物对于人类和/或动物消费是无害的，即该材料原则上至少是可食用的。由于海藻提取物，特别是角叉菜胶和琼脂，例如，是许多食品中常见的添加剂，因此本发明的组合物的一个特征是该组合物是食品安全的。预期由组合物形成的产品可由最终用户食用。鉴于组合物在消化液中分解的惊人有益特性，这提供了无需专门的废物流即可处理材料的方法。

在低海藻提取物实施方案中，组合物可以在40℃或更低，更特别地30℃或更低，甚至更特别地25℃或更低的温度下溶于液态水中。溶解所需的时间长度取决于材料的形式、形状和厚度。例如，厚度约为1毫米的片状材料，在室温下连续混合预计可在3小时内完全溶解。

在高海藻提取物的实施方案中，组合物可溶于温度为至少50℃，更特别地至少75℃，甚至更特别地至少85℃的水中。溶解所需的时间长短取决于材料片材壁厚约1mm的形式或形状和厚度，在85℃下连续混合预计可在1小时内完全溶解。

虽然本发明的组合物或由其形成的产品在环境中或水中的生物降解性方面表现出令人惊讶的有益特性，但当在70％或更低的相对湿度条件下储存时，所述组合物或由其形成的产品可表现出使用前的保质期可达3年，更特别的是2-3年。

在另一方面，本发明涉及包含上述生物可降解组合物或由上述生物可降解组合物形成的产品。在实施方案中，产品可以是成型制品，例如片材或膜，或者产品可以是三维成型的制品。合适地，三维成形制品通常可成形为板或平面片，或规则或不规则球体或类球体、立方体或长方体、椭圆体、圆柱体、圆锥体、棱柱体、棱锥体或这些的组合。合适地，产品可以是包装材料。合适地，包装材料可以是容器或其部分。合适地，容器或其部分可以是杯子、托盘、浅篮、蛤壳、盒子、瓶子、管子或盖子。合适地，容器或其部分可以是包装材料，特别是用于易腐烂物品例如食物的包装材料。除了包装之外，本发明还涉及其他一次性消费产品，例如吸管、杯子、棉塞和棉塞涂抹器管，例如由上述组合物形成的棉签棒、盘子或食物托盘。该组合物令人惊讶的结构刚度和其他材料特性使其特别适用于具有薄壁的结构三维产品，例如包装材料和杯子。

在实施方案中，产品的厚度可以适合于使用，例如卫生棉条的厚度可以是1cm或更大。适当地，当例如产品是可生物降解的包装材料或杯子时，本发明的产品可以具有5mm或更小的厚度(产品的两个表面之间的最小距离)。合适地，产品可具有至多4.5mm、4.0mm、3.5mm、3.0mm、2.5mm、2.0mm、1.5mm、1.0mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.2mm或0.1mm或更小或更小的厚度。适当地，产品可具有至少0.05mm、0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm或更多的厚度。这些厚度中的每一个都可以用于结构和承载的三维产品。

在实施方案中，并且在上述厚度下，包装材料可适用于使用工业标准技术热密封，例如使用润湿或蒸汽和/或压力。高海藻提取物组合物可能需要蒸汽和压力两者，因为蒸汽会熔化材料的表面并且会产生允许材料彼此粘附的粘合表面。另一方面，低海藻提取物只需要冷水和压力，因为材料会在冷水中软化以在材料上形成粘合表面，这将使表面相互粘连并连续成型。

与一些现有技术的可生物降解塑料或生物塑料相比，它们的结构刚度受到限制并且通常用作膜或片材，例如药物片剂的包衣，本发明的组合物在模塑和随后干燥时形成坚硬的、刚性的自支撑结构，能够支撑负载和/或保持饮料的特性，类似于石油基塑料，如PET或聚苯乙烯。本发明组合物的刚性和高拉伸强度特性允许使用该材料来形成“结构包装”，即形成三维承载结构的包装或产品，而无需结构的外部支撑，以及由其他结构或产品包裹和支撑的膜或片材。不希望受理论束缚，据信海藻提取物，适当地角叉菜胶，特别是kappa型角叉菜胶，在结构和承载能力方面为组合物提供了令人惊讶的有益特性。

本发明的组合物或由其形成的产品可以接受印刷介质，例如水基或油基墨水。本发明的组合物和由其形成的产品可适当地模制以显示出存在于模具上的压花细节。产品的结构刚度类似于石油基塑料的结构刚度，这意味着本发明组合物的产品形式将能够用于当前的印刷机械而无需修改。

此外，在实施方案中，由本发明的组合物形成或包含本发明的组合物的产品的特别优点是它们可以是透明的(允许光通过，而没有或有最小的散射或吸收)或至少是半透明的(允许光通过，有一些散射或吸收)。合适地，大于30％的入射光可以0.5mm的标准厚度(两个表面之间的最小距离)透射通过组合物而没有散射或损失。适当地，大于35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％或95％或100％的入射光可以在标准厚度(两个表面之间的最小距离)为0.5mm的情况下穿过材料而不会发生散射或损失。透光率的测量可以根据ASTM D1746进行测量。

透明或半透明提供了与透明PET塑料或PLA生物塑料在性质上相似的吸引人的外观。不希望受理论束缚，据信加入水溶性纤维素衍生物，例如甲基纤维素，起到降低海藻提取物溶液、合适地kappa型角叉菜胶溶液的粘度的作用，允许在制造过程中更有效的消泡(去除捕获的气泡)。这提高了通过最终干燥成型产品的透光率。还认为加入水溶性纤维素衍生物，例如甲基纤维素，也稀释了海藻提取物溶液，适当地kappa型角叉菜胶溶液的天然着色，意味着干燥的模制产品基本上是无色的，或仅具有轻微着色导致材料不吸收或散射光或光被材料吸收或散射的光很少。

海藻提取物如kappa型角叉菜胶具有黄色/棕色色素沉着。增加海藻提取物的含量会加强最终材料的黄色/棕色着色。

本发明的组合物或由其形成的产品的半透明性至少部分取决于所形成的材料的厚度(两个表面之间的最小距离)。在实施方案中，预期为透明或半透明的本发明的产品可具有5mm或更小的厚度(产品的两个表面之间的最小距离)。适当地，产品可具有至多4.5mm、4.0mm、3.5mm、3.0mm、2.5mm、2.0mm、1.5mm、1.0mm或0.5mm或更小的厚度。适当地，产品可具有至少0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或1.0mm或更大的厚度。

在其中组合物或由其形成的产品具有大于5mm，或适当地为6mm、7mm、8mm、9mm或10mm的厚度的实施方案中，产品可以是基本上不透明的(即基本上没有光可以通过)。这样，所得产品的外观和感觉可能像不透明的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚乳酸(PLA)。在实施方案中，为了增加组合物的不透明度，可以使用复合方法，通过添加诸如锯末或纸纤维等的聚集体。

本发明的产品，例如包装材料，可以表现出有用的氧气阻隔性能。这可能意味着包装材料将使所含物品保持更长时间的新鲜并延长其保质期。

在本发明的另一个令人惊奇的益处中，已经发现，与传统的石油基塑料(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))或生物塑料(例如PLA)相比，由本发明的组合物制成或包含本发明的组合物的食品包装可以延长其中包含的食品、合适的新鲜食品、蔬菜或乳制品如奶酪的保质期。组合物的吸湿性意味着包装内的任何环境水分都被组合物吸收并保留，这意味着储存食物的环境变得不太适合微生物生长，而微生物生长通常是导致霉菌生长和腐烂的原因。这与组合物的氧气阻隔特性一起，延缓了包装内食品的分解，从而延长了食品的保质期。

在实施方案中，包含在产品或结构库存单位(SKU)中的产品或易腐烂货物的保质期(定义为物品保持适合消费或可销售的时间长度)可在给定的温度下延长至少10％。适当地，保质期可以延长至少20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、200％、300％、400％、500％或更多。

如图10至图12最佳所示，与之前由PET制成的外包装相比，保持在由本发明的组合物制成的包装中的软水果，特别是草莓和覆盆子，以及乳制品，例如切达干酪，在包装壁上显示出减少的冷凝物。也显示出储存在包装中的水果的分解速度减慢。

由于该组合物是由已经普遍存在于食品中作为增稠剂或胶凝剂的天然材料形成的，所以本发明的产品是可食用的，即它们通过接触或摄取对人和/或动物无毒。该组合物可包含调味剂或其他微量组分以增强材料的适口性。这与本发明的组合物在消化道流体中溶解或崩解的证据一致，代表了进一步环境友好的组合物处置方式。

在另一方面，本发明涉及制备如上定义的组合物的方法，该方法包括以下步骤：

(a)将海藻提取物与水或其他合适的极性溶剂接触，以形成海藻提取物水凝胶；

(b)将水溶性纤维素衍生物分别与水或其他合适的极性溶剂接触，以形成纤维素衍生物的溶液、凝胶或浆液；

(c)混合海藻提取物水凝胶和纤维素衍生物溶液以形成混合物；

(d)让混合物干燥以形成组合物。

步骤(a)中的海藻提取物和/或步骤(b)中的纤维素衍生物可以如本文别处所定义。

步骤(a)或(b)中合适的极性溶剂，除了水之外，可以是能够与海藻提取物形成合适的水凝胶或与水溶性纤维素衍生物形成合适的溶液、浆液或水凝胶的任何极性溶剂。合适地，极性溶剂具有允许在模制后干燥制剂的沸点。适当地，溶剂是无害的并且不会破坏环境。在此上下文中，极性溶剂可包括但不限于乙醇、甲醇、丙醇、丁醇、丙酮、乙酸乙酯和二甲亚砜。

在实施方案中，在步骤(a)中，适当地呈粉末形式的海藻提取物与冷水混合或以其他方式组合以形成糊状物。然后将该糊状物适当地混合加热至升高的温度。加热时，形成海藻提取物水凝胶。合适地，升高的温度可以是80℃或更高，更合适地80-100℃，甚至更合适地90-100℃。在实施方案中，糊状物可以在升高的温度下保持大约20分钟至大约4小时之间。适当地，接触在大约1小时至大约3小时之间。最合适的是，接触时间约为2小时。

在实施方案中，在步骤(a)中，海藻提取物水凝胶中海藻提取物的浓度可以是海藻提取物水凝胶中的4-8％w/v，甚至更合适地6-7％w/v，更合适地6.7％。在实施方案中，在步骤(a)之后，将另外的水或其他合适的合适的极性溶剂添加到水凝胶中以达到所需的粘度。合适地，步骤(c)中使用的海藻提取物水凝胶的稠度是液体凝胶。水的量可以是在步骤(a)中加入的水的原始体积的100％至300％之间。

在实施方案中，在步骤(b)中水溶性纤维素衍生物在水溶性纤维素衍生物溶液中的浓度可以为2-30重量％，更合适地5-20重量％，甚至更合适地13-18重量％，或最合适的13.6重量％。合适地，步骤(c)中加入的水溶性纤维素衍生物溶液的稠度是流动的液体凝胶。

在实施方案中，步骤(b)可以在升高的温度下进行。合适地，接触可以在大于80℃的温度下，更合适地在80℃至100℃的范围内，甚至更合适地90至100℃。

更具体地，在允许海藻提取物水凝胶在步骤(a)结束时冷却的实施方案中，步骤(c)可以包括在混合之前将海藻提取物溶液加热至大于50℃的温度的步骤，更特别地70-100℃，甚至更特别地80-90℃。该加热步骤可以在搅拌下进行，合适地在加热过程中不需要搅拌或其他搅动。

在实施方案中，步骤(c)可以包括在大于50℃、更合适地70℃至100℃、甚至更合适地80℃至90℃的温度下添加和/或加热海藻提取物溶液和水溶性纤维素衍生物溶液。合适地，步骤(c)中的加热伴随着混合。合适地，混合仅在加热开始时进行。这种混合可以通过搅拌进行。合适地，混合可以持续大约15分钟至大约30分钟。合适地，混合物的加热时间可以长于混合时间。在实施方案中，加热可以持续大约3小时至大约8小时。最合适地，加热可以持续大约5小时。搅拌完成后，可在不混合的情况下加热混合物4至6小时。

在海藻提取物水凝胶和水溶性纤维素衍生物溶液混合后不久，由于混合物中形成气泡，可能会发生起泡。起泡可以在步骤(c)的整个加热过程中继续进行。可以在步骤(c)期间或之后的任何时间去除泡沫，并且可以重复去除形成的泡沫。合适地，在步骤(c)中的混合完成后大约5小时去除泡沫。泡沫的去除可以通过混合物的脱气来预先排空或与混合物的脱气同时进行。这种脱气可以包括在加热期间搅拌混合物以促进气泡从混合物中释放。其他形式的脱气，例如超声波处理和振动，在大气压下或在减压(真空)下可以替代或另外使用并且也被考虑。合适地，将混合物脱气约2小时至约8小时。合适地，大约2小时至大约6小时。最合适地，脱气进行约3至约4小时。合适地，脱气在步骤(c)中伴随加热而发生。

步骤(c)中混合物的脱气允许去除气泡，如果气泡留在混合物中会降低最终组合物或由其形成的产品的透明度/半透明性。

在脱气之后和干燥之前，混合物的浓度可以适合于直接干燥或者可以在该阶段通过添加水或其他合适的极性溶剂来调节。在步骤(c)结束时，组分的最终浓度可以在4至8wt％的范围内，合适地为6wt％海藻提取物，在0.5至3wt％之间的范围内，合适地为2wt％水溶性纤维素衍生物和在80wt％至95wt％之间的范围内的水或其他合适的极性溶剂。所有重量百分比均基于步骤(c)结束时混合物的总重量。

具有较高粘度(在倒入模具之前)的混合物(在干燥时)会产生更厚、更具结构性的产品，例如结构包装材料，这是大多数此类应用的首选。如果制备的混合物具有较低的粘度(在倒入模具之前)，则所得(干燥)产品，例如包装材料膜，一般较薄。

在实施方案中，该方法可包括在步骤(a)、(b)和/或(c)中添加一种或多种如本文别处定义的添加剂的步骤。添加剂可以是染料或颜料。这些可以为组合物赋予颜色。其他添加剂可以是如上所述的盐或甘油。适当地，可以将盐或甘油加入到步骤(c)中产生的混合物中。

在另一方面，本发明涉及生产如上定义的产品的方法。该方法包括如上定义的用于形成组合物的步骤(a)-(d)，以及在步骤(c)和(d)之间将混合物形成为产品形状的步骤。

成形步骤可包括模塑或真空成形，尽管真空成形通常仅适用于低海藻提取物组合物。合适地，模制可包括浇铸、挤出成型、压缩成型、压制成型、注射成型、旋转成型或滑模成型。最合适的模制是压制成型。

可以选择模制技术以适合大规模制造，例如注射成型、压制成型或铸造。本发明的具体特征是制备后的组合物相对流动并且需要冷却和/或干燥以形成具有给定产品所需结构刚度的材料。虽然任何上述模制技术都可以适应这种情况，但已发现压制成型和注射成型特别有益，因为在插入模具的公部件(或心轴)之前，流体组合物可以沉积在阴模内，从而确保给定产品所需材料厚度的受控且分布均匀的壁。

通常在高于环境温度下将材料添加到模具中以保持混合物的流动性。合适地，将材料在大约80℃至100℃，或更合适地85℃至95℃下添加到模具中。在实施方案中，在大约70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃或100℃下将材料添加到模具中。适当地，在大约90℃下将材料添加到模具中。低于70℃，材料可能会凝固，从而使模制变得复杂或妨碍适当的模制。

当液体水凝胶冷却并凝固时(在适当的时间后)，然后可以分离模具，并且材料留在模具的公部分或母部分中的至少一个上，适当地，模具的公部分(或心轴)，以将固化的组合物暴露在干燥环境中，从而通过从固化的凝胶中蒸发溶剂，适当地是水，来促进组合物的干燥。这种干燥过程通常会持续到组合物变得合适的刚性和自支撑(通过干燥过程)以使其可以脱模，从而得到成品。在一些实施方案中，成品具有与PET塑料和PLA生物塑料相当的外观和特性。此外，通过在干燥过程中将固化的凝胶保留在阳模或心轴上，可以控制收缩并防止成品变形(图2)。

在材料在模具中至少部分冷却的实施方案中，组合物在模具中冷却至环境温度。合适地，可将组合物冷却至低于约40℃和高于约0℃的温度。合适地，可将组合物冷却至大约或准确地为30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃的温度。

在实施方案中，本发明的组合物可以在室温和压力下干燥。在实施方案中，组合物可在受控大气环境中干燥，例如低湿度环境或湿度低于环境大气的环境，或在降低的大气压力下，或在紫外线(UV)光下。合适地，干燥组合物的方式可以是在真空炉中，其中水的沸点降低。这种方法通常用于热敏材料，例如本发明的组合物。

除了或代替其他干燥方法，包括上述那些，可以使用加热来进一步促进干燥，但必须注意不要使组合物熔化。在实施方案中，组合物可以在低于60℃的温度下干燥。合适地，组合物可以在30℃至60℃之间，或30℃至50℃之间，最合适地40℃之间的温度下干燥。合适地，组合物可以在至少30℃、40℃或50℃的温度下干燥。合适地，组合物可以在至多60℃、50℃、40℃或30℃的温度下干燥。在减压干燥环境中，例如真空炉，与在环境大气条件下干燥相比，所需的加热温度可能会降低。

在其他实施方案中，或者除了上述那些实施方案之外，在干燥步骤期间包含组合物的模具上方的气氛可以具有低的相对湿度。合适地，组合物上方的气氛的相对湿度可以是大约70％或更低。合适地，模具上方气氛的相对湿度可以在50％和70％之间。合适地，模具上方气氛的相对湿度可以是大约60％、55％、50％、45％、40％或更低。

在其他实施方案中，或除了上述那些实施方案之外，在干燥步骤期间含有组合物的模具上方的气氛可以处于低于环境大气压的压力下。适当地，干燥步骤期间模具上方的气氛压力可为7至14psi。合适地，压力为至多14psi、13psi、12psi、11psi、10psi、9psi、8psi、7psi或以下。适当地，压力为至少1psi、2psi、3psi、4psi、5psi、6psi、7psi或更高。

干燥可以是，例如，在室温下，在除湿机中(最高60℃)和/或在真空炉中(最高60℃)。

如图3最佳所示，在实施方案中，产品可以由具有合适厚度的组合物的片材再加工而成。再加工可以包括首先形成本发明的组合物的片材，例如通过将得自上述步骤(c)的混合物倾倒或沉积到平坦表面上，然后冷却，然后以上面在压制成型的背景下描述的类似方式干燥组合物。在实施方案中，片材被钉在平坦表面上，适当地通过合适的重量，例如板，以防止干燥期间的收缩或变形。由组合物形成的片材然后可以在水的存在下进行汽蒸和/或加热，例如通过放置在热水(80℃以上)中合适的时间长度，例如5秒，然后再加工成想要的形状。适当地，再加工可以通过将片材包裹然后保持到合适成形器的轮廓的过程进行。一旦组合物已充分冷却和/或干燥以形成产品，就可以去除成形器。可以使用真空成形进行再加工，方法是对片材施加真空，从而将其紧紧地拉到合适的成形器上。对于再加工，该片材在再加工之前(即以其最短尺寸)可具有0.01mm至5mm、更特别地0.01mm至1mm、甚至更特别地0.05mm至0.5mm的合适厚度。

在另一方面，本发明还涉及溶解、降解、生物降解或以其他方式安全分解上述本发明较早方面的组合物或产品的方法。除了材料能够在一系列自然环境和人造环境(如工业堆肥设施)中快速(少于4-6个月)完全生物降解外，将组合物溶解在水中的选择对于废物流的管理可能很重要。这对于比高海藻组合物具有更高水溶性的低海藻组合物尤其相关。

特别地，如果消费者错误地将组合物丢弃在回收箱中(该组合物旨在用于堆肥废物流)，则通过在可回收塑料浸入液体中并在加工前进行清洗时，促进其分离，该组合物容易溶于水的能力可能有利于帮助防止产品组合物污染塑料回收废物流。

在组合物或由其衍生的产品的低海藻提取物实施方案中，溶解组合物或产品的方法包括将组合物或产品与液态水在40℃或更低，更特别地30℃或更低，甚至更特别地25℃或更低的温度下接触的步骤。在该方法的该实施方案中，组合物可以包含1-10重量％，更特别地2-5重量％的量的海藻提取物。特别地，该组合物可以包含70-95重量％，更特别地80-95重量％的量的水溶性纤维素衍生物。更特别地，该组合物可包含2-20重量％，甚至更特别地4-15重量％的水。合适地，组合物在30℃的温度下与液态水接触15至30分钟，同时连续搅拌以实现溶解。

在组合物或由其衍生的产品的高海藻提取物实施方案中，溶解组合物或产品的方法包括使组合物或产品在至少50℃，更特别地至少70℃，甚至更特别地至少85℃的温度下与液态水接触的步骤。在该方法中，组合物可以包含40-90重量％，更特别地60-90重量％的量的海藻提取物。特别地，该组合物可以包含5-50重量％，更特别地10-40重量％的量的水溶性纤维素衍生物。更特别地，组合物可包含1-20重量％，甚至更特别地2-15重量％的水。合适地，在连续搅拌下使组合物在90℃的温度下与水接触30分钟至1小时以实现溶解。

将本发明的组合物或由其衍生的产品溶解成无害的、食品安全的、水溶性组分的能力具有提供简单且可靠的废物处理流的优点。如果有必要，组合物和/或产品将在环境中完全快速地生物降解。当通过适当的管理废物流处置时，上述方法提供了容易处置组合物或产品的方法。取决于其温度的组合物在水中溶解的能力允许针对给定用途选择特定组合物，这取决于环境、其预期时间尺度和该用途的预期废物流。

实施例

实施例1-制备根据本发明的组合物的具体方法

将粉末形式的Kappa型角叉菜胶(32.5g)加入510g水(20℃)中，然后混合5分钟。将所得糊状物置于热水浴(80℃)中加热至80℃。随着混合物温度升高并达到80℃，它变成液体凝胶(水凝胶)。将混合物在80℃下保持1小时。

在单独的容器中，将甲基纤维素(MC，6.5g)加入到40g热水(80℃)中，然后混合一小段时间(大约10秒)以形成液体凝胶。

然后将热的MC凝胶加入到热的Kappa型角叉菜胶凝胶中。然后在搅拌20分钟之前将氯化钾(1.3g)加入到合并的混合物中。将制备的混合物置于热水浴(80℃)中7小时。7小时后，混合物具有液体凝胶的外观并且泡沫聚集在混合物的表面上。收集泡沫并从水凝胶混合物中去除泡沫。

通过将制备的溶液在80℃下倒入阴模中来生产包装容器。然后将阳模压入阴模中(即压制成型)，使溶液冷却至25℃，从而使水凝胶固化。然后分离模具，然后将附着在模具公部件上的固化凝胶在环境压力和湿度下在60℃下干燥，直至其完全干燥(约8小时)。最终组合物具有干燥和半透明的饰面。

所得包装包含71.3％Kappa型角叉菜胶、10％水、14.3％甲基纤维素和3％氯化钾(重量含量，基于组合物的总重量)。

相对重量百分比是基于通过比较模制前固化凝胶的重量和产品的最终重量而确定的水含量来计算的。假设在制备过程中没有损失MC、CK和氯化钾的材料质量，或者在干燥前的制备过程中没有损失水。

由此产生的包装是完全可生物降解的、可食用的，并且可以溶解在80℃及以上的热水中。

实施例2-制备根据本发明的组合物的具体方法

将粉末形式的Kappa型角叉菜胶(21.6g)加入340g水(10℃)中，然后混合15秒。将所得糊状物置于热水浴(90℃)中1小时，将其加热至90℃。溶液粘度增加并变成液体凝胶。

在单独的容器中，将甲基纤维素(MC，4g)加入22g热水(90℃)中并混合一小段时间(约5秒)以形成液体凝胶。

然后将热的MC凝胶加入到热的Kappa型角叉菜胶凝胶中。将混合物搅拌15分钟，然后在热水浴(90℃)中放置4小时。4小时后，混合物具有液体凝胶的外观并且泡沫聚集在混合物的表面上。收集泡沫并从水凝胶混合物中去除泡沫。

通过将制备的溶液在90℃下倒入阴模中来生产包装容器。然后将阳模压入阴模中(即压制成型)，并使溶液冷却至30℃，从而使材料固化。然后分离模具，然后将仍然附着在阳模上的固化凝胶溶液在环境压力和湿度下在50℃下干燥10小时。干燥的材料具有干燥和半透明的饰面。

所得包装包含80％Kappa型角叉菜胶、5％水和15％甲基纤维素(含量按重量计，基于组合物的总重量)。

相对重量百分比是基于通过比较模制前固化凝胶的重量和产品的最终重量而确定的水含量来计算的。假设在制备过程中没有损失MC和CK的材料质量，或在干燥前的制备过程中没有水损失。

由此产生的包装是完全可生物降解的、可食用的，并在1小时内溶解在100℃的热水中。

实施例3-制备根据本发明的组合物的具体方法

将粉末形式的甲基纤维素(MC，30g)加入到100ml热水(80℃)中并混合一小段时间(约15秒)以形成液体凝胶。将所得溶液置于热水浴(80℃)中。

在单独的容器中，将粉末形式的Kappa型角叉菜胶(2g)添加到25g冷水(20℃)中，然后混合15秒。然后将所得糊状物在水浴中加热至80℃，然后加入到MC凝胶中。将所得混合物充分混合15分钟，然后在80℃的热水浴中放置4小时，然后形成液体凝胶(水凝胶)。加热过程中产生的泡沫和气泡从混合物表面去除。

通过将制备的溶液在80℃下倒入阴模中来生产包装容器。然后将阳模压入阴模中(即压制成型)，并使溶液冷却至10℃使其固化。分离阴模，然后将附着在阳模上的固化凝胶溶液在50℃下干燥10小时。干燥的材料具有像半透明PLA一样的干燥、透明的饰面。

所得包装包含84％甲基纤维素、10％水和5.6％Kappa型角叉菜胶(含量按重量计，基于组合物的总重量)。

相对重量百分比是基于通过比较模制前固化凝胶的重量和产品的最终重量而确定的水含量来计算的。假设在制备过程中没有损失MC和CK的材料质量，或在干燥前的制备过程中没有水损失。

由此产生的包装是完全可生物降解的、可食用的，并在30℃的冷水中连续混合1小时后溶解。

实施例4-制备根据本发明的组合物的具体方法

将粉末形式的甲基纤维素(MC，35g)加入到100ml热水(90℃)中并混合一小段时间(大约5秒)。将所得凝胶置于热水浴(90℃)中。

在单独的容器中，将粉末形式的Kappa型角叉菜胶(1克)加入25毫升冷水(10℃)中并混合一小段时间(约10秒)。将所得糊状物在水浴中加热至90℃，然后加入到MC溶液中。然后向溶液中加入氯化钾(1g)。将所得混合物充分混合10分钟，然后在90℃的热水浴中放置4小时，然后形成液体凝胶(水凝胶)。

将制备好的水凝胶在90℃下倒入阴模中，制成包装容器。然后将阳模压入阴模中(即压制成型)，并使溶液冷却至10℃使其固化。分离模具，然后将附着在阳模上的固化凝胶溶液在室温下干燥两天。干燥的材料具有像半透明PET一样的干燥、透明的饰面。

所得组合物是完全可生物降解的、可食用的并且在连续混合的情况下在30分钟内溶解在30℃的冷水中。

所得包装包含85％甲基纤维素、10％水、2.5％Kappa型角叉菜胶和2.5％氯化钾(重量含量，基于组合物的总重量)。

相对重量百分比是基于通过比较模制前固化凝胶的重量和干燥后产品的最终重量而确定的水含量来计算的。假设在制备过程中没有损失MC、CK和氯化钾的材料质量，或者在干燥前的制备过程中没有损失水。

实施例5-制备根据本发明的组合物的一般方法

将粉末形式的Kappa型角叉菜胶(32.4克)添加到510克水(25℃)中。将所得凝胶装入双层蒸锅中，并在90℃至100℃之间加热2小时。

在单独的容器中，将甲基纤维素(MC，4g)加入到22.2ml的热水(95℃)中并搅拌短时间(约10秒)。然后将所得凝胶加入双蒸锅中的CK水凝胶并混合15分钟。加热持续6小时，在此期间混合物通过加热作用逐渐脱气。除去形成的泡沫后，混合物准备模制。

组合物的最终近似配方为5.7wt％Kappa型角叉菜胶、0.6wt％甲基纤维素和93.7wt％水(重量含量，基于组合物的总重量)。

包装容器是通过在完全组装模具之前将热材料定量加入压制(阴)模具中来生产的。然后使模具中的混合物在15-20分钟内冷却至环境温度。在取出模具的阴部件以暴露模具阳部件上的材料进行干燥之前。如图2所示，材料必须留在产品的模具上，以防止过度收缩并在干燥时保持其形状。

产品的干燥分两个阶段进行。第1阶段包括在60℃的环境气氛中干燥8到12小时。在第1阶段之后的第2阶段将产品在50℃下干燥长达6小时。产品在整个干燥过程中保持在模具的公部件上。

然后在用乙醇清洁以提供成品杯子之前，将产品修整并从模具的公部件脱模。

所得包装包含80％Kappa型角叉菜胶、10％甲基纤维素和10％水(含量按重量计，基于组合物的总重量)。

相对重量百分比是基于通过比较模制前固化凝胶的重量和产品的最终重量而确定的水含量来计算的。假设在制备过程中没有损失MC、CK和氯化钾的材料质量，或者在干燥前的制备过程中没有损失水。

实施例6–示例性组合物的制备

根据实施例5的一般方法制备根据本发明的组合物2至10和12至13，适当地替换和/或改变组分的比例。

不根据本发明的对比组合物1和11也根据实施例5的一般方法制备，适当地替换和/或调整组分的比例。

表1中提供了组合物1至13的总结：

表1

实施例7–组合物的视觉外观

使用以下方法测试实施例6的示例性组合物的视觉外观。

将光度计(Urceri MT-912)放置在灯箱(Heorryn 40/40/40cm)内。光度计的传感器完全被每种成分的材料样品覆盖，标准厚度为0.3mm，然后取得并记录每个样品的光读数(以勒克斯(Lux)为单位)。

结果如表2和图14所示：

表2

组合物1至13中的每一个都允许一定程度的透光，即是半透明的。包含海藻提取物kappa型角叉菜胶的组合物1至11具有高水平的透光率。

包含kappa型角叉菜胶和甲基纤维素的组合物2至10具有低色素沉着水平。仅包含kappa型角叉菜胶的组合物1和包含相同量的甲基纤维素和海藻提取物琼脂或iota型角叉菜胶的组合物11(具有增加量的MC)12至13具有中等或高色素沉着水平。

组合物1至10具有光滑且均匀的均质性，而包含等量甲基纤维素和kappa型角叉菜胶的组合物11和包含具有少量MC的海藻提取物琼脂或iota型角叉菜胶的组合物12和13具有粗糙或片状且变化的均质性。

由上可知，根据本发明，组合物的视觉外观对于包含相对比例的kappa型角叉菜胶和甲基纤维素的组合物是最好的。

图14清楚地显示，组合物4(B)的色素沉着明显低于组合物11(C)、组合物1(A)和组合物12(D)(依次)。

实施例8–视觉外观随厚度变化

根据以下方法测量组合物4(实施例6)的视觉外观随组合物厚度的变化：

将光度计(Urceri MT-912)放置在灯箱(Heorryn 40/40/40cm)内。光度计的传感器完全被每个厚度的材料样品覆盖，然后取得并记录每个样品的光读数(以勒克斯(lux)为单位)。

结果在表3中提供：

表3

正如预期的那样，透光率随着厚度的增加而均匀降低。此外，色素沉着和透明度随着厚度的增加而减少。然而，即使在0.5mm的最高厚度下，组合物4的材料也提供与石油基透明塑料(如PET)或生物塑料(如PLA)相似的卓越的视觉外观。

实施例9–吸水率

使用以下方法测试实施例6的示例性组合物的吸水性能。

以5mm/90mm/0.3mm的均匀尺寸制备每种组合物的材料样品以形成每个重约0.3g的条带。将每个条带称重(Pocket Scale，型号：PS-200B)，然后在室温下完全浸入装有250ml自来水的烧杯中达24小时。然后将每个条带从其烧杯中取出并除去每个条带上的残留表面水。然后记录每个条带的重量并计算重量百分比变化。

结果如表4所示：

表4

组合物1至11中的每一个都表现出高水平的吸水。结果显示，当海藻提取物是kappa型角叉菜胶时，随着海藻含量的增加，具有更好的总体吸水性趋势。与包含kappa型角叉菜胶的那些组合物相比，分别包含海藻提取物琼脂和iota型角叉菜胶的组合物12和13表现出更小的吸水程度。

由于吸水与改善的生物降解性和延长的保质期有关，预计生物降解性和延长的保质期性能会从组合物1到组合物13降低。

实施例10-可模制性

使用以下方法测试模塑实施例6的示例性组合物的能力。

组合物在包含公部件和母部件的压制模具中成形。取出模具的一部件后，可以在干燥前观察凝胶态的每种组合物的粘合性能。记录了不同的组合物如何以较小或较大的程度粘附到模具上。

结果如表5和图15所示：

+++＝高度可模制，易于流入模具；固化时稳定

++＝可模制，在模具中沉积或固化时遇到轻微困难

+＝可模制，在模具中沉积或固化时遇到更大的困难表5

粘附在模具上的组合物使得难以均匀地填充模具。此外，当模具的一部分被移除并粘附在材料上时，模制产品往往会被损坏。

包含kappa型角叉菜胶的组合物1至11均表现出可接受的可模制性，但是注意到使用更高MC的组合物，特别是组合物11，对模具有粘附。

分别包含琼脂和iota型角叉菜胶的组合物12和13比具有相同量甲基纤维素混合物的kappa型角叉菜胶组合物具有更低的粘度，因此它们在移除模具进行干燥之前需要更长的时间来形成固体凝胶。组合物13(iota型角叉菜胶)不能形成固体凝胶并且表面非常粘，因此它对模具具有高粘附性。组合物12(琼脂)形成固体凝胶，但在干燥过程中表面裂开。

图15显示了由(A)组合物4(kappa型角叉菜胶)、(B)组合物12(iota型角叉菜胶)、(C)组合物13(琼脂)形成的杯子。可以清楚地看到，所有组合物都可以模制而形成刚性和承载结构。由kappa型角叉菜胶(A)形成的杯子明显比由琼脂(B)形成的杯子具有更少的模制缺陷，后者在干燥时出现裂口，或者iota型角叉菜胶(C)，在固化时表现出不稳定，导致顶部边缘起皱。

实施例11–组合物的断裂强度

使用以下方法测试实施例6的示例性组合物的断裂强度。

以5mm/90mm/0.3mm的均匀尺寸制备每种组合物的材料样品以形成条带。在它们的短边，条带被夹住，覆盖每一端：一个固定夹固定住；另一个附在可变重量上，从而将条带置于张力下。使用这种设置，通过依次递增地增加每个条带上的拉伸应力，记录每个条带在失效前承受的负荷。

结果如表6所示：

表6

结果显示所有组合物(1至13)均表现出良好的断裂强度。包含kappa型角叉菜胶的组合物1至11似乎显示出比包含琼脂(组合物12)或iota型角叉菜胶(组合物13)的那些组合物更好的断裂强度。

断裂强度是材料抗拉强度的替代量度，因此提供了组合物形成为刚性且具有良好承载性能的薄壁产品的能力的量度。

实施例12–组合物的再加工

本发明的组合物的片材可以通过将制备的实施例6的液体组合物倒入合适的浅平盘中并以与实施例6的产品相似的方式干燥来形成。对于片材产品，冷却组合物需要被钉住到它所在的表面，例如通过其上方的加重板，以防止变形和/或收缩。

如图3所示，片材形式的组合物可以在干燥后再加工以形成产品。特别地，干燥的组合物在暴露于热、湿气和/或压力时变得有延展性并且可以被模制和/或粘附到自身或合适的成形器或夹具上。一旦热量、湿气和/或压力从成形器中移除，产品就可以从成形器或夹具上移除。

实施例13–组合物的生物降解实施例

如图4至图6和图13所示，本发明的组合物在一系列环境条件下快速生物降解。两个月后，家庭堆肥中的生物降解过程进展顺利(图4)，浸入海水中4周(图5)，露天堆肥中4周(图6)。如图13所示，由于某些微生物作用于材料的能力降低，在厌氧条件下的降解要少得多，但是，明显的生物活性是可见的，并且似乎正在分解组合物。

实施例14–延长保质期

如图10至12所示，储存在由本发明的组合物制成的包装或结构库存单元(SKU)中的易腐烂食品显示出显着延长的保质期。

图10显示了在非冷藏环境条件下，在由本发明的组合物形成的包装材料(底线)中与由石油衍生的PET形成的包装材料(顶线)相比，在1-2天(A栏)、3天(B栏)和4天(C栏)后，软水果(草莓)的储存的比较实施例。很明显，3天后PET包装内壁出现冷凝，增加了4天。在本发明形成的包装上没有明显的冷凝。由于冷凝意味着促进细菌和真菌生长的高湿度，这表明由于本发明组合物的高吸水率，本发明的包装将导致包含在其中的食品上细菌或真菌生长的速率较低。

图11显示了与由石油衍生的PET形成的包装材料(左列)相比，本发明形成的包装材料(右列)在非冷藏环境条件下在1天(A行)、2天(B行)、3天(C行)、4天(D行)、5天(E行)和6天(F行)后储存软水果(覆盆子)的比较实施例。很明显，PET杯中的覆盆子在第三天开始发霉，而由本发明的组合物形成的杯中的覆盆子直到第6天都没有霉菌，保质期增加了100％。

图12显示了一片切达干酪，其已被热封在由本发明的组合物制成的袋中。上图显示了刚密封后的奶酪，下图显示了在非冷藏、环境条件和室温(约20-25℃)下储存1.5年的同一奶酪。在这段时间之后，奶酪没有明显的变质迹象。

尽管在此详细公开了本发明的特定实施方案，但这只是作为实施例并且仅用于说明的目的。上述实施方案不旨在限制本发明的范围。发明人预期在不脱离本发明的范围的情况下可以对本发明进行各种替换、改变和修改。