制备可生物降解颗粒的组合物和方法
阅读说明：本技术 制备可生物降解颗粒的组合物和方法 (Compositions and methods for making biodegradable particles ) 是由 董畅 K·亚吉 N·西迪基 于 2019-08-12 设计创作，主要内容包括：一种可生物降解的颗粒组合物包括：淀粉；增塑剂；弹性剂；在疏水剂处的粘合剂；和乳化剂。该组合物还包括消泡剂,并且可以可选地包括植物纤维。还描述了制备该组合物的方法。(A biodegradable particle composition comprising: starch; a plasticizer; an elastic agent; a binder at the hydrophobic agent; and an emulsifier. The composition also includes an anti-foaming agent, and may optionally include plant fibers. Methods of making the compositions are also described.)
背景技术
本公开涉及可生物降解的材料。特别地，涉及用于形成环保产品的可生物降解材料。
当前市场上存在的大多数包装材料都基于聚苯乙烯，而塑料用于一次性产品的生产中。所有这些材料的处理均对环境有害，并且对人类和动物的健康具有破坏性影响。例如，虽然确实存在可生物降解的包装，但可供公司选择的选项很少。此外，由于这些替代品的成本高，因此不鼓励公司购买普通塑料产品的环保替代品。另外，当前替代品的质量显着降低。
发明内容
一方面，提供了一种可生物降解的塑料颗粒组合物，所述组合物包括：占组合物重量约20％至约85％的淀粉，占组合物重量约2％至约30％的增塑剂；占组合物重量的约10％至约40％的柔性剂；占组合物重量的约0.5％至约15％的粘合剂；占组合物重量约0.1％至约5％的疏水剂；占组合物重量约0.1％至约5％的乳化剂。
在一些实施例中，淀粉可以是选自玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、荞麦淀粉及其任何混合物的淀粉粉末。在一些实施例中，淀粉粉末可以是未加工的马铃薯粉和未加工的玉米淀粉粉末中的至少一种。此外，淀粉可以具有约1：2至约1：5的直链淀粉与支链淀粉比率。在一些实施例中，该比率是大约1.4。另外，淀粉可具有按淀粉重量计约15％至25％之间的水分含量；优选地，淀粉的水分含量占淀粉的约2％；或占淀粉重量的约18％至22％。
在一些实施例中，增塑剂可以选自甘油、乙二醇、聚甘油及其任何混合物。在一些实施例中，增塑剂是甘油。
在一些实施例中，柔性剂可以是尿素、柠檬酸、多元醇或其任何混合物。多元醇可以选自山梨糖醇，D-葡萄糖醇，甘露醇，聚乙二醇，聚乙烯醇，聚甘油及其任何混合物。在一些实施例中，柔性剂可以是尿素，柠檬酸或聚乙烯醇。
在一些实施例中，粘合剂可以选自硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、蒙脱石、单甘脂(monostearin)及其任何混合物。
在一些实施例中，疏水剂可以是脂肪或油，使得该脂肪或油的HLB可以在约9至约11的范围内。疏水剂可以是矿物油。
在一些实施例中，乳化剂可以是硬脂基柠檬酸单甘油酯和蒙脱石中的至少一种。
组合物可以进一步包括植物纤维，其含量为组合物重量的约0.01％至约10％。在一些实施例中，植物纤维可包括蕉麻、大麻(hemp)、竹、香蕉、椰皮、棉花、黄麻、洋麻、剑麻、稻草、雷尼(remine)、蔗渣、甘蔗、木材和纤维素中的至少一种。在一些实施例中，植物纤维可包括大麻屑或竹。在一些实施例中，植物纤维可以是甘蔗纤维和大麻中的至少一种。
所述组合物在25℃下可具有约0.005g/cm3至约0.35g/cm3的密度。此外，该组合物的熔点范围可为约120℃至约180℃，或约130℃至约170℃。
在另一方面，提供了一种可生物降解的塑料颗粒组合物，其包括：马铃薯淀粉，占组合物重量的约25％至约40％；增塑剂占组合物重量的约15％至约35％；占组合物重量的约5％至约10％的粘合剂；占组合物重量的约20％至约40％的柔性剂；占组合物重量约0.1％至约5％的疏水剂，疏水剂的HLB在约9至约11之间；占组合物重量的约1％至约5％的乳化剂；其中：马铃薯淀粉可以具有约1：3至约1：5的直链淀粉与支链淀粉之比；水分含量为淀粉重量的约15％至约20％。
在一些实施例中，增塑剂可以选自甘油、乙二醇、聚甘油及其任何混合物。在一些实施例中，增塑剂可以是甘油。
在一些实施方式中，柔性剂可以是尿素，聚乙烯醇，甘露醇或聚乙二醇；或者柔性剂可以是尿素，柠檬酸或聚乙烯醇1788。
在一些实施例中，疏水剂是矿物油，而乳化剂可以是柠檬酸硬脂基单甘油酯。
在一些实施例中，粘合剂可以选自硬脂酸，单甘脂，纳米蒙脱石及其任何混合物。
所述组合物可进一步包括占所述组合物重量的约0.01％至约5％的植物纤维，其中所述植物纤维包括大麻屑或竹。
此外，所述组合物的熔点范围可以为约190℃至约230℃；优选地，所述熔点范围为约190℃；以及密度在约0.01g/cm3至约0.025g/cm3之间。
在另一方面，提供了一种可生物降解的塑料颗粒组合物。组合物可以包括占组合物重量的约50％至约80％的马铃薯淀粉；和增塑剂，占组合物重量的约2％至约15％；占组合物重量的约5％至约10％的粘合剂；柔性剂，占组合物重量的约10％至约30％；占组合物重量约0.1％至约5％的疏水剂，疏水剂的HLB在约9至约11之间；乳化剂，占组合物重量的约0.1％至约3％；和植物纤维，占组合物重量的约2％至约12％；其中马铃薯淀粉的直链淀粉与支链淀粉的比率可以为约1：3至约1：5；水分含量为淀粉重量的约15％至约20％。
增塑剂可以是甘油、聚甘油或其混合物。在一些实施例中，增塑剂是甘油。
在一些实施例中，柔性剂可以是尿素、柠檬酸、聚乙烯醇、甘露醇或聚乙二醇。在一些实施例中，柔性剂可以是尿素、柠檬酸或聚乙烯醇1788。
在一些实施方式中，疏水剂可以是矿物油；乳化剂可以是硬脂基柠檬酸单甘油酯。
在一些实施例中，粘合剂可以选自硬脂酸，单甘脂，纳米蒙脱石及其任何混合物。
该组合物的熔点范围可以是约160℃至约210℃。组合物的密度可以在约0.01g/cm3至约0.025g/cm3之间。
在一些实施例中，植物纤维可以包括蕉麻、大麻、竹、香蕉、椰皮、棉花、黄麻、洋麻、剑麻、稻草、雷尼、蔗渣、甘蔗、木材和纤维素中的至少一种。在一些实施例中，植物纤维可包括大麻屑或竹。
在另一方面，提供了一种可生物降解的泡沫颗粒组合物。该组合物能够包括：占组合物重量的约20％至约85％的淀粉，占组合物重量的约2％至约30％的增塑剂；和柔性剂，占重量约5％至约40％；占组合物重量约0.1％至约15％的粘合剂；占组合物重量约0.1％至约5％的消泡剂；占组合物重量约0.1％至约5％的疏水剂；和占组合物重量约0.1％至约5％的乳化剂。
在一些实施方式中，淀粉可以是选自由以下项组成的组的淀粉粉末：玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉、荞麦淀粉及其任何混合物。淀粉粉末可以是未加工的马铃薯粉和未加工的玉米淀粉粉末中的至少一种。此外，淀粉可以具有约1：2至约1：5的直链淀粉与支链淀粉比率。在一些实施例中，该比率是大约1.4。另外，淀粉可具有按淀粉重量计约15％至25％之间的水分含量；优选地，淀粉的水分含量占淀粉的约2％；或占淀粉重量的约18％至22％。
在一些实施例中，增塑剂可以选自甘油、乙二醇、聚甘油及其任何混合物。在一些实施例中，增塑剂是甘油。
在一些实施例中，柔性剂可以是尿素、柠檬酸、多元醇或其任何混合物。多元醇可以选自山梨糖醇、D-葡萄糖醇、甘露醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和聚甘油。在一些实施例中，柔性剂可以是尿素、柠檬酸或聚乙烯醇。
在一些实施例中，粘合剂可以选自硬脂酸、单硬脂酸甘油酯、蒙脱石、单甘脂及其任何混合物。
在一些实施例中，疏水剂可以是脂肪或油，使得该脂肪或油的HLB可以在约9至约11的范围内。疏水剂可以是矿物油。
在一些实施方式中，乳化剂可以是硬脂酸柠檬酸单甘油酯和蒙脱石中的至少一种。
在一些实施例中，消泡剂可以是碳酸钙。
组合物可以进一步包括植物纤维，其含量为组合物重量的约0.01％至约10％。在一些实施例中，植物纤维可包括蕉麻、大麻、竹、香蕉、椰皮、棉花、黄麻、洋麻、剑麻、稻草、雷尼、蔗渣、甘蔗、木材和纤维素中的至少一种。在一些实施例中，植物纤维可包括大麻屑或竹。植物纤维可以包括甘蔗纤维和大麻中的至少一种。
该组合物在25℃下的密度可以为约0.005g/cm3至约0.35g/cm3。此外，该组合物的熔点范围可为约100℃至约200℃，或约120℃至约190℃。
在另一方面，提供了一种可生物降解的泡沫颗粒组合物。该组合物可以包括占该组合物重量的约50％至约80％的马铃薯淀粉，占该组合物重量的约2％至约10％的增塑剂；占重量约5％至约20％的柔性剂；占组合物重量约3％至约20％的粘合剂；占组合物重量约0.1％至约5％的消泡剂；占组合物重量约0.1％至约5％的疏水剂，疏水剂的HLB在约9至约11之间；占组合物重量约0.1％至约5％的乳化剂；其中淀粉可以具有约1：3至约1：5的直链淀粉与支链淀粉比例；水分含量为淀粉重量的约15％至约20％。
增塑剂可以是甘油，聚甘油或其混合物。
在一些实施例中，柔性剂可以是尿素、柠檬酸、聚乙烯醇1788、甘露醇或PEG。
在一些实施例中，疏水剂可以是矿物油。
在一些实施例中，乳化剂可以是十八烷基硬脂酸柠檬酸甘油酯。
在一些实施例中，粘合剂可以选自硬脂酸，单甘脂，纳米蒙脱石及其任何混合物。
在一些实施例中，消泡剂可以是碳酸钙。
此外，所述组合物的熔点范围可以为约140℃至约180℃；优选地，熔点范围为约200℃；密度在约0.01g/cm3至约0.025g/cm3之间。
组合物可进一步包括浓度为组合物重量的约0.01％至约5％的植物纤维。在一些实施例中，植物纤维可包括大麻屑或竹。
在另一方面，提供了一种制备可生物降解的塑料颗粒组合物的方法。该方法可以包括以下步骤：将淀粉、柔性剂和粘合剂混合以产生第一混合物；将增塑剂、疏水剂和乳化剂的溶液添加到第一混合物中以产生第二混合物；在密封温度下将第二混合物密封一段密封时间以产生第三混合物；挤出第三混合物以产生挤出物；和将挤出物制成颗粒；其中可生物降解的塑料颗粒组合物包括：占组合物重量约20％至约85％的至少一种淀粉，占组合物重量约2％至约30％的增塑剂；占重量为约5％至约40％的至少一种柔性剂；占组合物重量约0.1％至约15％的至少一种粘合剂；占组合物重量约0.1％至约5％的消泡剂；占组合物重量约0.1％至约5％的疏水剂；占组合物重量约0.1％至约5％的乳化剂。
在一些实施例中，密封温度在约20℃至约30℃之间；或在25℃左右。
在一些实施例中，密封时间可以在约24小时至60小时之间；或大约30到50个小时之间。
在一些实施例中，挤出第三混合物可以在约50℃至约100℃的温度范围内进行；或约60℃至约90℃。
该方法可以进一步包括将植物纤维以占组合物重量的约0.01％至约10％添加到第一混合物中。
在另一方面，提供了一种制备可生物降解的塑料颗粒组合物的方法。该方法可以包括以下步骤：将淀粉和增塑剂的溶液混合以产生第一混合物；向第一混合物中添加柔性剂、粘合剂、疏水剂和乳化剂以产生第二混合物；在密封温度下将第二混合物密封一段密封时间以产生第三混合物；挤出第三混合物以产生挤出物；将挤出物制成颗粒；其中可生物降解的塑料颗粒组合物包括：占组合物重量约20％至约85％的至少一种淀粉，占组合物重量约2％至约30％的增塑剂；至少一种柔性剂，占组合物重量的约10％至约40％；至少一种粘合剂，占组合物重量的约0.5％至约15％；占组合物重量约0.1％至约5％的疏水剂；占组合物重量约0.1％至约5％的乳化剂。
在一些实施例中，密封温度在大约20℃与大约30℃之间；或在大约25℃之间。
在一些实施例中，密封时间段可以在约24小时至60小时之间；优选地，所述密封时间段可以在大约24小时至60小时之间；或大约30到50个小时之间。
在一些实施例中，挤出第三混合物可以在约50℃至约100℃的温度范围内进行；或约60℃至约90℃。
该方法可以进一步包括向该第一混合物中添加植物纤维，其含量为该组合物重量的约0.01％至约10％。
在另一方面，提供了一种制备可生物降解的泡沫颗粒组合物的方法。该方法可以包括将淀粉、柔性剂和粘合剂混合以产生第一混合物；将增塑剂、消泡剂、疏水剂和乳化剂的溶液添加到第一混合物中以产生第二混合物；在密封温度下将第二混合物密封一段密封时间以产生第三混合物；挤出第三混合物以产生挤出物；将挤出物制成颗粒；其中可生物降解的塑料泡沫组合物包括：淀粉占组合物重量的约20％至约85％，占组合物重量约2％至约30％的增塑剂；占重量为约5％至约40％的柔性剂；占组合物重量的约0.1％至约15％的粘合剂；占组合物重量约0.1％至约5％的消泡剂；占组合物重量约0.1％至约5％的疏水剂；占组合物重量约0.1％至约5％的乳化剂。
在一些实施例中，密封温度可以在大约20℃与大约30℃之间；或者密封温度为大约25℃。
在一些实施例中，密封时间可以在大约15小时至60小时之间；或在大约20小时至50小时之间。
在一些实施例中，挤出第三混合物可以在约50℃至约170℃或约60℃至约150℃的温度范围内发生。
在一些实施例中，该方法可以进一步包括向植物混合物中添加占组合物重量约0.01％至约10％的植物纤维。
本公开涉及可生物降解的组合物及其制备方法。可生物降解的组合物可以是颗粒的形式，可以在现有生产线(例如，在使用聚苯乙烯和聚丙烯基材料的情况下)中使用，将其转换为最终产品的环保生产线，例如环保餐具，衣架，外壳，包装边缘，包装片材，包装填充物和包装模具。另外，可生物降解的组合物可用于制备致密且固体形式的塑料或基于泡沫的塑料。
另外，可生物降解的组合物促进土壤中重金属的迁移，从而改善被重金属污染的土壤的状况。农业副产品，例如未加工的未改性淀粉和未加工的植物纤维，可用于制造可生物降解的组合物。可以使用本地采购的成分，从而使最终产品具有成本效益，而植物纤维可以提供结构和耐用性。
此外，可生物降解的组合物可用于生产在包装应用中具有良好的回弹性和可压缩性的最终产品；和传统的一次性塑料产品(例如各种餐具，吸管，薄膜，快速标签)一样，具有良好的抗性和耐久性。此外，该材料获得专利的最终功能可促进土壤中重金属的迁移，同时保持与现有塑料和聚苯乙烯制造机械的相容性。
附图说明
为了容易地识别对任何特定元素或动作进行的讨论，附图标记中最显著的一个或多个数字指的是该元素首次引入的附图号。
图1示出了根据一个实施例的用于制备可生物降解的塑料颗粒100的流程。
图2示出了根据一个实施例的用于制备可生物降解的塑料颗粒100的流程。
图3示出了根据一个实施例的用于制备可生物降解的泡沫颗粒200的流程。
具体实施方式
如本文所用，术语“可生物降解的”在本领域中通常是指能够通过生物(例如微生物)的作用特别地分解成无害产品的材料。
淀粉
淀粉占可生物降解塑料颗粒组合物和可生物降解泡沫颗粒组合物各自重量的约30％至约80％。淀粉可以是天然淀粉，改性淀粉或其混合物。
淀粉具有多种水分含量，其可以通过本领域已知的技术来评估，例如但不限于体积滴定法或近红外光声光谱法。在一些实施例中，水分含量可以是淀粉重量的15％至30％；占淀粉重量的18％至25％；或占淀粉重量的18％至22％。淀粉可以是粉末形式。
在一些实施例中，所使用的淀粉可以处于天然状态(即未加工的)，其中淀粉未通过化学或任何其他方式改性。天然淀粉包括选自根淀粉，谷粒淀粉及其任何混合物的淀粉。天然淀粉的非限制性示例包括：马铃薯淀粉、甘薯淀粉、玉米淀粉、蕨菜淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉、西米棕榈淀粉、大米淀粉、树薯(tapioca)淀粉、大豆淀粉、粉葛(arrow root)淀粉、莲花淀粉、荞麦淀粉、高直链玉米淀粉，以及市售直链淀粉粉末，或其混合物。
由于天然淀粉源自农业来源，因此具有供应丰富，易于补充和价格低廉的优点。在一些实施例中，天然淀粉包括选自玉米淀粉、小麦淀粉、马铃薯淀粉及其混合物的淀粉。在另一个实施例中，天然淀粉包括马铃薯淀粉，其通常比其他天然淀粉例如木薯淀粉便宜。另外，不同来源可提供具有不同直链淀粉与支链淀粉比率的淀粉，这会影响最终的可生物降解组合物的机械性能，例如抗张强度。在某些实施例中，马铃薯淀粉的直链淀粉与支链淀粉的比率可为约1：2至约1：5；或约1：3至约1：4。在一个实施例中，马铃薯淀粉可以是粉末形式。
在一些实施例中，由于天然淀粉的成本较低，因此使用天然淀粉而不是改性淀粉。天然的未改性淀粉通常具有很高的平均分子量和宽的分子量分布。
在其他实施例中，使用的淀粉可以是改性淀粉。修饰的非限制性示例包括淀粉分子量的改变，淀粉中化学部分的取代和淀粉的结构破坏。
例如，可以使用本领域已知的许多技术来修饰分子量，例如但不限于酸或碱水解、酶促还原、酸还原、氧化还原、物理/机械降解(例如，通过处理设备的热机械能输入)，或其任何组合。这样的技术还可以减少分子量分布，这是有利的，因为特定的分子范围可以为最终的可生物降解产品提供有益的机械性能。
另外，可使用本领域中已知的多种技术来实现化学部分的取代，例如但不限于醚化和酯化。例如，可以使用本领域已知的醚化和酯化技术将甲基、乙基或丙基(或更大的脂族基团)取代到淀粉上。当淀粉为天然形式或改性后，可以进行这种取代。
在单独的过程中已经部分或完全变形的淀粉可以用作淀粉预凝胶。在一些实施例中，淀粉可以在加工过程中被破坏以产生可生物降解的组合物。淀粉可以以各种不同的方式被破坏，包括但不限于将淀粉和溶剂的混合物加热(可以在加压条件下进行加热)和剪切以使天然淀粉糊化，从而导致变形。
在一些实施例中，至少约50％的淀粉可以是改性淀粉。或至少约80％的淀粉可以是改性淀粉；或至少约90％的淀粉可以是改性淀粉。在一些实施例中，约100％的淀粉可以是改性淀粉。
增塑剂
可生物降解的组合物包括增塑剂，该增塑剂使淀粉流动并具有熔融特性，使其能够像常规热塑性聚合物一样进行加工。当用于制造可生物降解的组合物的过程中时，当加热到高于组合物的软化和/或熔融温度的温度时，增塑剂与组合物中存在的组分形成通常均匀的混合物。增塑剂还可以改善最终产品的柔韧性。
添加到组合物中的增塑剂可以包括单体化合物和聚合物。聚合物增塑剂的分子量可以为约100,000g/mol或更小。聚合增塑剂可包括嵌段共聚物和无规共聚物，包括其三元共聚物。在某些实施例中，增塑剂是低分子量增塑剂。在一些实施例中，增塑剂可具有约20,000g/mol或更小的分子量。在其他实施例中，增塑剂可具有约5,000g/mol或更小的分子量。在其他实施例中，增塑剂的分子量可以为约1,000g/mol或更小。
在一些实施例中，增塑剂可以选自单体化合物和聚合物，具有至少一个羟基的有机化合物，羟基聚合物增塑剂，氢键有机化合物，脂族酸及其混合物。
增塑剂可以是例如具有至少一个羟基的有机化合物，包括具有两个或更多个羟基的多元醇。羟基增塑剂可以选自包括以下糖组成的组，例如葡萄糖、蔗糖、果糖、棉子糖、麦芽糖、半乳糖、木糖、麦芽糖、乳糖、甘露糖赤藓糖和季戊四醇；糖醇，例如赤藓糖醇，木糖醇，麦芽糖醇，甘露醇和山梨糖醇；多元醇，例如甘油(甘油(glycerin))、乙二醇、丙二醇、二丙二醇、丁二醇、己烷三醇等及其聚合物；以及其混合物。在一些实施例中，羟基增塑剂选自包括甘油、甘露醇、山梨糖醇及其混合物组成的组。
增塑剂的其他示例包括羟基聚合物增塑剂，其可以选自包括以下项的组：普洛萨姆(poloxamers)(聚氧乙烯/聚氧丙烯嵌段共聚物)，泊洛沙姆及其乙二胺衍生物(poloxamines)(乙二胺的聚氧乙烯/聚氧丙烯嵌段共聚物)及其混合物。
还适合在本文中用作增塑剂的是氢键键合的有机化合物，包括不具有羟基的那些。氢键合有机化合物的非限制性示例包括尿素和尿素衍生物。糖醇的酸酐，如山梨糖醇；动物蛋白，例如明胶；植物蛋白，如向日葵蛋白、大豆蛋白、棉籽蛋白；及其混合物。在另一个实施例中，增塑剂可以选自邻苯二甲酸酯、琥珀酸二甲酯和二乙酯以及相关的酯、三乙酸甘油酯、单乙酸甘油酯和双乙酸甘油酯、甘油单、di，以及三丙酸酯、丁酸酯、硬脂酸酯、乳酸酯、柠檬酸酯、己二酸酯、硬脂酸酯、油酸酯和其他可生物降解的脂肪酸酯，以及它们的混合物。在另一个实施例中，增塑剂是选自包括以下项的组的脂族酸：乙烯丙烯酸、乙烯马来酸、丁二烯丙烯酸、丁二烯马来酸、丙烯丙烯酸、丙烯马来酸和其他基于烃的酸及其混合物。
在一些实施例中，增塑剂选自包括以下项的组：甘油、乙二醇、山梨糖醇、聚甘油或其混合物。在一些实施例中，增塑剂是甘油。甘油可以有水含量。例如，可以使用技术等级最高为95％的甘油。尽管不受任何特定理论的束缚，但认为甘油与淀粉中多糖链的羟基部分反应。在一些实施例中，聚甘油可用于通过羟基的交联来增强可生物降解组合物的机械性能。
柔性剂
可生物降解的组合物包括柔性剂，其允许聚合淀粉分子在加工过程中具有柔韧性和流动性，例如形成颗粒。可以使用本领域已知的柔性剂，例如小分子和/或长链聚合物。小分子的非限制性示例包括尿素和柠檬酸。长链聚合物的非限制性示例包括多元醇，例如(但不限于)D-葡萄糖醇、甘露醇、聚乙二醇、聚乙烯醇和聚甘油。
消泡剂
可生物降解的泡沫颗粒组合物包括一种或多种消泡剂。合适的消泡剂包括，例如，脂族酸或酯；酒精；硫酸盐或磺酸盐；胺或酰胺；植物油，蜡；矿物油及其硫酸化衍生物；脂肪酸皂，例如碱金属，碱土金属皂；及其混合物。合适的消泡剂的例子包括碳酸钙(CaCO3)。
添加剂
组合物可以包括一种或多种以下在塑料工业中众所周知的添加剂。这些包括通过与淀粉和柔性剂复合而充当粘合剂的添加剂。粘合剂的非限制性示例包括大豆蛋白、乳清蛋白和面筋、蒸馏的甘油单酸酯(例如，单硬脂酸甘油酯和单棕榈酸甘油酯)、聚合物(例如，乙烯-丙烯酸)、硬脂酸及其酯和/或盐、页硅酸盐矿物及其混合物。在一些实施例中，粘合剂可以是硬脂酸，单硬脂酸甘油酯，蒙脱石或其任何混合物。
其他已知的添加剂包括增强终产物的耐水性的疏水剂，以及用于帮助疏水剂在组合物中混合的乳化剂。疏水剂的非限制性示例包括亲水亲油平衡(HLB)为约9至约11的油脂。
取决于塑料颗粒的最终产品，组合物可任选地包括植物纤维。例如，当最终产品是不透明的塑料和/或硬塑料时，可以使用植物纤维。植物纤维用于为最终产品提供强度。植物纤维的非限制性示例包括蕉麻、大麻、竹、香蕉、椰皮、棉花、黄麻、洋麻、剑麻、稻草、雷尼、蔗渣、甘蔗、木材和纤维素。植物纤维可以是粉末、灰或碎屑的形式。在一些实施例中，使用大麻屑/灰或竹。
可以在制备可生物降解的颗粒组合物的过程中添加水。
图1示出了根据一个实施方式的用于制备可生物降解的塑料颗粒的方法100。
在步骤102中，使用本领域已知的方法将淀粉、柔性剂和粘合剂混合至均匀。例如，步骤102中的混合可以高速发生，以在步骤104中获得混合物1。
在步骤106中，将包括增塑剂、疏水剂和乳化剂的溶液添加到混合物1中。在该阶段可以添加水，而增塑剂可以包括水含量。如果可生物降解的颗粒的最终产品需要植物纤维，则可以在步骤106将植物纤维添加到溶液中。在步骤108，混合混合物1和溶液的组合以提供混合物2。然后在步骤110在稳定温度下将混合物2密封一段时间。在一些实施例中，混合物2在环境温度(例如，约22℃至约26℃)下密封24-48小时。在密封并在一段时间内保持稳定温度后，在步骤112获得混合物3。
在步骤114，使用本领域已知的挤出方法挤出混合物3。在一些实施例中，使用3mm至4mm的模具尺寸在50℃至100℃的温度范围内挤出混合物3。单或双螺杆挤出机均可用于挤出工艺。然后可以在步骤116将所得的挤出物成形为期望的形状/尺寸。在一些实施例中，将挤出物切成颗粒；颗粒的直径可以为约2mm-4mm，长度为约0.5cm。
可生物降解的塑料颗粒可用于现有的制造过程中以生产可生物降解的塑料产品。
在一些实施例中，注塑成型或挤出用于将可生物降解的塑料颗粒加工成可生物降解的塑料产品，例如餐具，塑料薄膜，塑料袋，塑料瓶，衣架，水杯等。
图2示出了根据另一个实施方式的用于制备可生物降解的塑料颗粒的方法200。
在步骤202，使用本领域已知的方法将淀粉和增塑剂溶液混合至均匀。例如，步骤202中的混合可以高速发生，以在步骤204中获得混合物1。
在步骤206，将一种或多种粘合剂，一种或多种柔性剂，疏水剂和乳化剂添加到混合物1中。在这个阶段可以添加水。如果可生物降解的颗粒的最终产品需要植物纤维，则可以在步骤206将植物纤维添加到溶液中。混合物1和在步骤206列出的项目的组合在步骤208提供混合物2。然后在步骤210中将混合物2在稳定温度下密封一段时间。在一些实施例中，混合物2在环境温度(例如，约22℃至约26℃)下密封24-48小时。密封并在一段时间内保持稳定温度后，在步骤212获得混合物3。
使用本领域已知的挤出方法在步骤214中挤出混合物3。在一些实施例中，使用3mm至4mm的模具尺寸在50℃至100℃的温度范围内挤出混合物3。单或双螺杆挤出机均可用于挤出工艺。然后可以在步骤216将所得的挤出物成形为期望的形状/尺寸。在一些实施例中，将挤出物切成颗粒；颗粒的直径可以为约2mm-4mm，长度为约0.5cm。
可生物降解的塑料颗粒可用于现有的制造过程中以生产可生物降解的塑料产品。
在一些实施方式中，注塑成型或挤出用于将可生物降解的塑料颗粒加工成可生物降解的塑料产品，其示例包括餐具，塑料膜，塑料袋，塑料瓶，衣架，水杯等。
图3示出了根据一个实施方式的用于制备可生物降解的泡沫颗粒的方法300。
在步骤302，使用本领域已知的方法将淀粉、柔性剂和粘合剂混合至均匀。例如，步骤202中的混合可以高速发生，以在步骤304中获得混合物1。
在步骤306，将包括增塑剂、消泡剂、疏水剂和乳化剂的溶液添加到混合物1中。在该阶段可以添加水，而增塑剂可以包括水含量。如果可生物降解的颗粒的最终产品需要植物纤维，则可以在步骤306将植物纤维添加到溶液中。在步骤308，混合溶液和混合物1的组合以提供混合物2。然后在步骤310，将混合物2在稳定温度下密封一段时间。在一些实施例中，混合物2在环境温度(例如，约22℃至约26℃)下密封24-48小时。密封并在一段时间内保持稳定温度后，在步骤312获得混合物3。
使用本领域已知的挤出工艺在步骤314挤出混合物3。在挤出混合物3之前，可以将引入材料通过挤出机。引入材料可包括马铃薯淀粉和水，基于马铃薯淀粉的重量，水的重量百分比约为18％。在一些实施例中，使用2mm至4mm的模具尺寸在30℃至180℃的温度范围内挤出混合物3。单或双螺杆挤出机均可用于挤出工艺。然后在步骤316中将所得的挤出物成形为期望的形式/尺寸。在一些实施例中，将挤出物切成颗粒。此外，颗粒的直径可以为2mm-4mm，长度为约0.5cm。
可生物降解的泡沫颗粒可用于现有的生产过程中以生产可生物降解的泡沫产品。
在一些实施例中，使用挤出将可生物降解的泡沫颗粒加工成可生物降解的泡沫产品，其示例包括包装材料，片材，包装花生，隔热材料等。
示例
表1-4提供了可生物降解的丸粒组合物的示例，而表5提供了每个示例1-4的密封(或加工)温度、密封时间(或加工时间)和熔点范围。表1-2各自提供了可生物降解的泡沫颗粒的实施例，而表3-4各自提供了可生物降解的塑料颗粒的实施例。
根据附图中所示的一般方法，对每个实施例进行加工和挤出以提供颗粒。
从表5可以看出，所有组合物都在25℃下密封，而处理时间为24-48小时。还示出了每个实施例的熔点范围。
可生物降解的泡沫颗粒
表1-2中所示的可生物降解的泡沫颗粒的实施例是根据图3中所示的步骤，表5中所示的每个实施例的具体处理温度和处理时间制备的。使用卡尔·费休水分滴定仪测定每个样品中马铃薯淀粉的水分含量。在引入材料通过挤出机(如上所述)之后，将混合物3(每个实施例1和2)进料到双螺杆挤出机(直径70mm；长度1510mm)中。挤出机具有三个主要温度区域。区域1最靠近送料机，而区域3最远。温度设置为：区域1在60℃；区域2在110C；和区域3在150℃下。加工参数如下：进料速度：80kg/h；每分钟转数：300rpm。在生产泡沫包装花生的地方，生产花生的压力约为45-50Mpa。
在挤出颗粒的变型示例中，还使用单螺杆挤出机，其具有以下参数范围：直径从45mm到65mm；长度/直径比为12-28。
可生物降解的泡沫颗粒的应用包括包装-例如，保护性包装、包装垫、包装花生和包装填充剂。
表1
示例1：可生物降解的泡沫颗粒
表2
示例2：可生物降解的泡沫颗粒
可生物降解的塑料颗粒
类似地，首先根据图1或图2之一所示的步骤制备表3-4所示的示例，并且各示例的特定处理温度和处理时间示于表5中。使用卡尔·费休水分滴定仪测定每个样品中马铃薯淀粉的水分含量。将混合物3(分别为实施例3、4和5)进料到双螺杆挤出机中，(直径70毫米；长度1510毫米)，如前所述，其在具有马铃薯淀粉/水混合物的双螺杆挤出机之后。温度设置为：区域1在60℃下；区域2在75℃下；和区域3在90℃下。加工参数如下：进料速度：80kg/h；每分钟转数：每分钟15到20转。用切刀将挤出物制成颗粒，其长度为0.5cm，直径为2-4mm。
在挤出颗粒的变型中，还使用单螺杆挤出机，其具有以下参数范围：直径从45mm到65mm；长度/直径比为12-28。
可生物降解的塑料颗粒的组成变化可导致不同类型的塑料最终产品，例如硬塑料、中等硬度的塑料产品和软塑料产品。
可生物降解的塑料颗粒的应用包括包装(例如但不限于保护性包装和用于电子产品的包装)和各种最终产品。最终产品的非限制性示例包括餐具、衣架、高尔夫球针和一次性塑料。
表3
示例3：可生物降解的塑料颗粒
表4
实施例4：可生物降解的塑料颗粒
表5
示例
处理温度(℃)
处理时间(小时)
MP范围(C)
1
25
48
180-188
2
25
24
127-133
3
25
36
156-163
4
25
48
133-138
本文公开的尺寸和值不应理解为严格地限制于所列举的精确数值。相反，除非另有说明，否则每个这样的量纲旨在表示该值和围绕该值的功能上等效的范围。例如，公开为“40mm”的尺寸旨在表示“约40mm”。
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尽管已经示出和描述了本发明的特定实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种其他改变和修改。因此，期望在所附权利要求中覆盖本发明的范围内的所有这样的改变和修改。
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