專利名稱：高透氣性可生物降解的薄膜袋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由可生物降解的均勻薄膜制成的袋子，該薄膜的特征在于其高水平的透氣性，這使得它尤其適合于工業(yè)堆肥化處理的目的。
背景技術(shù)：
堆肥化處理表示模擬以下過程的工業(yè)過程，該堆肥化處理以受控和加速的形式再現(xiàn)這些過程，在大自然當(dāng)中所述過程將使有機(jī)物質(zhì)返回到生命循環(huán)中。在大自然中，所產(chǎn)生的且對(duì)生命不再“有用”的有機(jī)物質(zhì)(干葉子、樹枝、動(dòng)物遺體等)由存在于土壤中的微生物來進(jìn)行分解，這些微生物將有機(jī)物質(zhì)返回到自然循環(huán)中。所保留下來的較不可降解的組分構(gòu)成了腐殖土，由于其能夠緩慢地但是不斷地釋放營(yíng)養(yǎng)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(yè)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(fā)發(fā)生的微生物活動(dòng)提供框架，以降低獲得一類腐殖土(即，堆肥)所需的時(shí)間，并且改進(jìn)就天然獲得的產(chǎn)品而言的最終產(chǎn)品的品質(zhì)。工業(yè)堆肥化處理已是許多研究的主題，并且許多堆肥化處理工廠已經(jīng)采用非常復(fù)雜的方法和裝備。然而，對(duì)推廣有機(jī)廢物的工業(yè)堆肥化處理的主要經(jīng)濟(jì)阻礙之一在于取決于待轉(zhuǎn)換的有機(jī)材料重量的堆肥化處理的高成本。由根據(jù)本發(fā)明的高透氣性可生物降解的均勻薄膜制成的袋子有助于有機(jī)廢物區(qū)分收集的發(fā)展，因?yàn)榇幚淼挠袡C(jī)部分仍然在袋子中時(shí)即發(fā)生相當(dāng)大的重量損失，這歸因于該袋子的均勻性和高透氣性。
考慮到以下事實(shí)這一點(diǎn)越發(fā)重要有機(jī)廢物的區(qū)分收集變得越來越必要，這也歸因于歐洲的法案，該法案強(qiáng)制規(guī)定到2006年底時(shí)不得傾倒有機(jī)質(zhì)含量超過5％的廢物。
根據(jù)上述法案，如果按照?qǐng)?zhí)行的話，僅在意大利的城市廢物總量估計(jì)約為24M1噸且易腐爛材料的含量約為11.4M1噸，經(jīng)由快速堆肥化處理或生物穩(wěn)定化使廢物穩(wěn)定并提高價(jià)值的重要性是明顯的。
甚至在當(dāng)前傾倒這類廢物的情形中，根據(jù)本發(fā)明的可生物降解的袋子的優(yōu)點(diǎn)也是顯著的。易腐爛的廢物中含水超過60％，以整個(gè)國(guó)家來說，甚至僅10wt％的損失就會(huì)導(dǎo)致?lián)p失數(shù)十萬噸水。除了直接的經(jīng)濟(jì)節(jié)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(wěn)定化的廢物和節(jié)省成千上萬次運(yùn)貨汽車往返于垃圾堆的運(yùn)輸。對(duì)城市來說，由超級(jí)市場(chǎng)以購(gòu)物袋形式銷售具有這些特征的袋子還會(huì)明顯減少?gòu)U物處理成本，并且同時(shí)，會(huì)使得區(qū)分收集易腐爛廢物的管理簡(jiǎn)單得多。
本發(fā)明的可生物降解的袋子也可以設(shè)計(jì)成可再用的購(gòu)物袋形式，在其使用期結(jié)束時(shí)作為用于收集食品殘余物的袋子。這也會(huì)降低購(gòu)物袋被遺棄在周圍環(huán)境的可能性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及由透氣性可生物降解的均勻薄膜制備的袋子，該薄膜具有10到40μm的厚度和大于950g30μm/m224h的根據(jù)ASTM E96-90測(cè)量的透水性。
在本發(fā)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制備。優(yōu)選的材料是基于可生物降解的聚酯和可生物降解的淀粉的共混物。在聚酯之中，二酸-二醇型脂族-芳族聚酯是尤其優(yōu)選的。在基于淀粉的共混物之中，淀粉和脂族-芳族聚酯的共混物是尤其優(yōu)選的。
關(guān)于該二酸-二醇型可生物降解的聚酯，二元羧酸的實(shí)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(shí)例包括苯二甲酸，尤其是對(duì)苯二甲酸，雙酚A、氫醌等。
二醇的實(shí)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(huán)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(huán)己二醇、環(huán)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(shí)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(shí)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(chǔ)單體之外，基于脂族二元羧酸的摩爾數(shù)，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(shí)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(guān)于基于淀粉的共混物，其中術(shù)語“淀粉”是指任何種類的天然淀粉，例如玉米、馬鈴薯、小麥、木薯、豌豆的淀粉等。術(shù)語“淀粉”還包括化學(xué)或物理改性的淀粉并且可以提及，例如取代度為0.2到2.5的淀粉酯、羥丙基化淀粉、和用脂肪鏈改性的淀粉。淀粉也可以是以變構(gòu)或膠凝形式使用。
在尤其優(yōu)選的基于淀粉的共混物薄膜中，該淀粉在聚合物基體中作為共-連續(xù)相或作為分散相存在。在后一種情況下，該淀粉以尺寸小于1μm，優(yōu)選小于0.6μm的顆粒形式分散。
目前，多數(shù)情況下，有區(qū)分的廢物收集使用可生物降解的袋子來進(jìn)行，特別是如果采用基于淀粉的薄膜來生產(chǎn)這些袋子時(shí)，它們由于材料的親水性而能夠失水。
根據(jù)本發(fā)明的衍生自可生物降解的均勻薄膜的袋子，尤其是當(dāng)沒有放置在密閉容器內(nèi)部時(shí)，在7天以內(nèi)，優(yōu)選4天以內(nèi)，以廢物本身計(jì)，能夠降低有機(jī)廢物15wt％以上，優(yōu)選20％以上，其中該薄膜具有10到40μm的厚度和大于950g30μm/m224h，優(yōu)選大于1000g 30μm/m224h，甚至更優(yōu)選＞1100g30μm/m224h的透水性。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)薄膜具有4000g30μm/m224h以上的透氣性時(shí)，其不再適合用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的袋子。該透氣性優(yōu)選為低于3000g30μm/m224h，甚至更優(yōu)選低于2500g30μm/m224h。
為了測(cè)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)然后靜置在柵格上，其中網(wǎng)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(huán)境中，并且可以通過稱重測(cè)量重量損失。
具有較高的表面積/體積的袋子尤其適用于此目的。體積為5到40l，優(yōu)選10到30l的袋子因此尤其適用于此目的。透氣性有時(shí)在用于無區(qū)分的廢物收集的較大袋子中也可以是有用的，因?yàn)樗试S由于廢物發(fā)熱量的增加而損失一定量的水。
本發(fā)明不但包括由親水性足以達(dá)到薄膜透水性值＞950g30μm/m224h的材料制成的可生物降解的袋子，而且包括由較不透氣的薄膜制成的袋子，所述薄膜通過微成孔方法經(jīng)由激光或當(dāng)有無機(jī)或有機(jī)填料時(shí)經(jīng)由拉伸來使透氣性水平達(dá)到950g30μm/m224h或更高，所述方法能夠形成微孔。所用的術(shù)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(tài)水的孔。由基于淀粉的薄膜制成的袋子是尤其優(yōu)選的，因?yàn)樗鼈兊奶卣髟谟谏踔猎谑覝叵乱簿哂辛己玫纳锝到饽芰?所謂的“家用可堆肥性”)。
根據(jù)本發(fā)明的基于淀粉的薄膜必須基于總組成以20％到90％，更優(yōu)選25％到60％的量包含熱塑性淀粉。與淀粉具有良好相容性的熔點(diǎn)為60℃到150℃的不溶于水(吸水率低于5％，優(yōu)選低于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(chǔ)原材料。
機(jī)械性能必須足以滿足應(yīng)用。這是指對(duì)25-30μm的薄膜在23℃和55％的RH下測(cè)量的拉伸性能來說，極限拉伸強(qiáng)度大于16MPa，模量＞50MPa，極限伸長(zhǎng)率＞300％；并且優(yōu)選極限拉伸強(qiáng)度大于22MPa，模量＞100MPa，極限伸長(zhǎng)率＞350％。
具體實(shí)施方案實(shí)施例1將包含-36.4％淀粉Globe 03401 Cerestar、-50％Ecoflex(BASF)、-13.6％甘油、-0.2份Erucamide的組合物加入雙螺桿擠出機(jī)OMC(D＝50mm，L/D＝36)中，該擠出機(jī)在以下條件下運(yùn)轉(zhuǎn)并且脫氣到獲得低于1％的最終含水量溫度分布曲線60/140/175/180×4/155×2；轉(zhuǎn)速300rpm。
將所得的顆粒供應(yīng)給Ghioldi制膜機(jī)(D＝40mm，L/D＝30)，該制膜機(jī)在以下條件下運(yùn)轉(zhuǎn)溫度分布曲線120/135/145×7；轉(zhuǎn)速64rpm。獲得透氣性為1460g30μm/m224h(根據(jù)ASTM E96-90)的薄膜。
用所述薄膜生產(chǎn)具有各種體積的袋子。
然后將從均勻批料中隨機(jī)取樣的三個(gè)袋子用于以下測(cè)試。
在適合的容器中以1∶4的質(zhì)量比制備鋸屑和水的混合物。然后用所制備的潮濕的鋸屑充滿袋子。表1示出了根據(jù)袋子體積(表示兩種典型的工業(yè)袋子尺寸)的填充載荷。根據(jù)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，如果袋子具有等于15升的體積，鋸屑-水混合物的重量必須等于
表1

在填充之后，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。然后將該袋子靜置在柵格上，該柵格具有由金屬或塑料線制成的邊長(zhǎng)為1.5cm到5cm的孔。然后，該柵格懸掛離地面至少5cm。在溫度為23℃(±2)、RH為55％(±2)的環(huán)境中進(jìn)行該試驗(yàn)。此外，在試驗(yàn)開始時(shí)和7天之后稱重這些袋子。
每個(gè)袋子初始重量T0和最終重量Tf之間的差值測(cè)定為D＝(T0-Tf)，并且也測(cè)定各個(gè)差值的平均值DmDm＝1/3∑1.3D在整個(gè)試驗(yàn)期間這些袋子保持完整無損，并且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(shí)施例2(對(duì)比)采用以下組合物重復(fù)實(shí)驗(yàn)1-28.0％淀粉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(jù)ASTM E96-90)的薄膜。采用所述薄膜生產(chǎn)厚度為20μm、體積為10l的袋子。重復(fù)實(shí)施例1的試驗(yàn)，在7天之后檢測(cè)的重量損失平均值為157.3g，對(duì)應(yīng)于大約10.48％的重量損失％。
權(quán)利要求
1.由透氣性可生物降解的均勻薄膜制成的袋子，所述薄膜的厚度為10到40μm和透水性大于950g 30μm/m224h。
2.根據(jù)權(quán)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于1000g 30μm/m224h。
3.根據(jù)權(quán)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于1100g 30μm/m224h。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的袋子，其中所述透氣性可生物降解的均勻薄膜包含淀粉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的袋子，其中淀粉的用量為總組成的20wt％到90wt％。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的袋子，其中淀粉的用量為總組成的25％到60％。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的袋子，其中所述淀粉與熔點(diǎn)為60℃到150℃的熱塑性聚合物共混。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的袋子，其中所述淀粉與二酸-二醇型脂族-芳族聚酯共混。
9.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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于4000g 30μm/m224h。
全文摘要
由厚度為10到40μm和透水性大于950g30μm/m
文檔編號(hào)B65D65/46GK1946777SQ200580012265
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者C·巴斯蒂奧利, G·戴爾特里蒂希, R·龐蒂, M·托森 申請(qǐng)人:諾瓦蒙特股份公司