塑料试剂和方法
【专利说明】
[0001] 相关申请案的夺叉参考
[0002] 本申请案主张2012年11月26日提交并且标题为塑料试剂和方法（Plastic Reagent and Process)的申请案第61/796, 914号的权利，并且其以全文引用的方式併入本 文中。
技术领域
[0003] 本发明大体上涉及促进塑料的可降解性的试剂、添加剂、树脂掺合物等，并且更详 细地说，本发明涉及一种试剂，其可控地起始特定时间范围内的可降解性并且降低通常与 可降解试剂等相关的毒性。
【背景技术】
[0004] 明确并且显而易见的是，可降解塑料产品随着相当多的环境问题和社会公共需 求变得越来越合乎需要。如在我的同在申请中的专利申请案授权的基于淀粉的反应器 (Starch Based Reactor)、所得产品（Resultant Products)以及其方法和制程（Methods and Processes Thereof)中所概述，塑料废物不仅以惊人速率填补填埋场，而且经常在海 洋中的若干涡旋口袋中发现最终垃圾场，一些被认为占大比例。用于寻找解决方案来处理 塑料废物的调查取决于所用的特定塑料和正在制造的产品的类型。举例来说，快餐店中使 用的一次性产品，如商品包装袋或一次性盘子和容器，将往往会要求比其它塑料产品（如 玩具、办公用品、家居装饰品等）快得多的降解速率。容易理解的是，取决于所需的降解速 率，各种类型的产品需要不同的可降解解决方案。
[0005] 使塑料产品以更快速率降解的一个方法是将可降解试剂掺合到聚乙烯和其它塑 料树脂中以便视具体情况使其降解或生物降解的应用程序。这些塑料产品中的一些也可以 是可堆肥的。基于淀粉的树脂通常还与某些产品一起使用并且提供极好的堆肥，但往往会 产生低强度膜、具有差的清晰度并且通常用于其中再循环不被认为是必要的应用中。由于 差强度问题，膜实质上必须更厚，因此与标准树脂相比成本相对较高，并且不认为对于大众 市场产品是可行的。因此，大众市场膜和容器产品由更便宜的通常由原始的基于乙烯基的 树脂制成的轻规格膜制成。举例来说，袋式产品可以是薄如〇. 0005规格，用基于淀粉的树 脂不可能制造此类薄规格。
[0006] 可降解树脂的另一方法包括使用合成脂肪族聚酯聚己内酯（PCL)和其相关的掺 合物。其往往会提供良好堆肥，但同样地，强度特性差、其成本高并且再循环是不合乎需要 的。聚羟基链烷酸酯（PHA)和相关PHB和PHBV提供良好堆肥，但共享相同的高成本、不能 再循环、难以处理并且具有令人不愉快的气味。其用途主要限于某些类型的瓶子和医疗应 用。另一脂肪族合成聚酯是PLA，其具有良好的透明性品质，被称作是"生物相容性"（取决 于公司的定义的稍微模糊的术语），但共享相同的高成本、差可处理性、具有一般更刚性的 所得产品并且不认为可再循环是合乎需要的。因此，这些类型的可降解树脂具有有限的市 场吸引力。
[0007] 现今所用的可降解试剂的更普遍形式是可氧化降解剂，其通常是通过加速聚合物 的氧化促进塑料的可降解性的盐形式。氧自然地想要断裂分子链，但由于长分子链，其耗费 约1000年来断裂基于乙烯的聚合物。可氧化降解剂可以将时间范围减到几年或甚至几个 月。这些现有技术试剂由钙盐组成，在添加其到标准聚乙烯（或其它塑料树脂类型）时将 引起与塑料组合物的反应，产生断裂长分子链的氧质量，提供生物有机体可以消耗的较短 可降解分子。这是通过较小分子的氧化实现，其例如将疏水性塑料膜转化成亲水性膜。结 果是快速降解的生物同化膜。由这种类型的母料制成的产品可以以更快速率降解。这些类 型的试剂以相对较小浓度添加到聚乙烯树脂等，然而，所述试剂在埋入如填埋场时往往会 在整个塑料材料中迀移，并且在相对较短时间范围内降解。举例来说，用乙烯原料制成的典 型塑料将因此在1000年内降解于土地中。相比之下，具有可氧化降解添加剂的那些塑料可 以在几个月或几年内降解。
[0008] 使用镉盐的典型可氧化降解剂包括由威洛瑞吉（Willow Ridge)、EPKC以及新芬 尼塑料（Symphony Plastics) (D2W?)制成的那些可氧化降解剂。视具体情况而定，这些添 加剂往往会具有比用合成脂肪族和淀粉树脂制成的产品更低的成本并且尤其在用于需要 较高强度的产品（如膜）时往往会具有优良的强度品质。其也往往会易于处理，并且据报 导降解为垃圾（在空气中）并且在土壤中，如在填埋场，以及在意外丢弃时在水中。然而， 其缓慢地堆肥，即堆肥可能需要8-10个月或几年。这些试剂的成本一般是在每镑$3. 20到 $5. 00的范围内。
[0009] 据报导，现有技术可氧化降解剂可以用于各种塑料来促进可降解性。然而，除了膜 产品之外，其尚未得到广泛应用并且可降解性结果的极少实际测试和验证已进行。不足、不 可靠测试的主要原因是因为与使用基于镉的盐添加剂的产品制造相关的许多变量。这个 难题是由来自英国政府的报告验证。2010年英国政府关于可氧化生物降解塑料（OBP)的 DEFRA报告推断由一个供应商EPI制作的OBP技术方案是不准确并且误导性的。其进一步 受到主要的英国零售商乐购（Tesc0)的支持，停止使用和指定OBP袋，因为制造问题，如试 图维持其产品中所用的挤压膜的膜泡稳定性。
[0010] 使用基于镉盐的可氧化降解试剂，降解按所需的产品降解速率计可以快如12到 36个月，并且因此其取决于待使用的添加剂的特定量。有时，如果掺合在树脂中的可氧化降 解试剂的量未能实现必要的比率，那么其耗费更长时间段来降解。这全都因为对添加到树 脂的百分比的控制可以在批量到批量并且甚至天到天的范围内变化的事实。导致降解时间 范围内的这些变量的条件包括：不一致的掺合方法；添加剂注入树脂中的不一致监测；减 少掺合到树脂批料的添加剂的量以便降低原料成本，以及供应商无法分析实现期望的降解 时间所需的添加剂的量。
[0011] 由于适当地掺合和应用现有技术可氧化降解添加剂（通常以1% -2%速率掺合） 的困难，最终可降解结果往往会不可预测。由母料树脂制成的产品可以含有在几年内降解 的部分，然而其它部分可能不夸张地耗费数十年或数百年来降解。因此，大多结果是基于猜 测。
[0012] 为了使基于镉盐的添加剂有效，其必须一致地掺合在整个母料中，在整个期间监 测，并且准确地验证以正确百分比被使用。足够困难的是控制较小百分比添加剂的添加，更 不用说确保其已经产生合并的母料。或许，可氧化降解添加剂的使用或视具体情况"不足使 用"中的最引人注目的因素中的一者是成本。由于其成本高达树脂自身的五倍以上，实质上 增加了所制造的产品的成本。这产生一般不令人满意的情况，具体来说在试图维持竞争性 价格时。举例来说，一个供应商可能通过将所用的添加剂的量从2%降到1%或甚至1. 5% 而具有优于另一供应商的相当显著的成本优势。同样，在产品到达填埋场、河流或海洋时， 这形成的潜在损害变得对环境有害。
[0013] 满足使用可降解树脂的工业需求的另一方法是使用如我的同在申请中的专利申 请案中所公开的基于淀粉的树脂。举例来说，由基于木薯粉的树脂制成的产品在一些深远 的情况下将实际上在大约数月或数年内整体降解。虽然这可能是在许多情况下的极好的解 决方案并且在成本上是有竞争性的，但所述树脂不能够在某些产品、如非常薄的膜或可能 需要优越的强度品质的那些产品中使用。
[0014] 克服与现有技术可降解试剂和添加剂相关的多种问题的添加剂对这些行业和许 多其它行业将是有价值的。
【发明内容】
[0015] 本发明的试剂克服与现有技术相关的问题。本发明的低成本替代物通过快速氧化 加快降解。使用和应用本发明的独特方法预计使长分子链断裂成可以被生物有机体消耗的 短分子链