塑料試劑和方法
【專利說明】
[0001] 相關申請案的奪叉參考
[0002] 本申請案主張2012年11月26日提交并且標題為塑料試劑和方法（Plastic Reagent and Process)的申請案第61/796, 914號的權利，并且其以全文引用的方式併入本 文中。
技術領域
[0003] 本發明大體上涉及促進塑料的可降解性的試劑、添加劑、樹脂摻合物等，并且更詳 細地說，本發明涉及一種試劑，其可控地起始特定時間范圍內的可降解性并且降低通常與 可降解試劑等相關的毒性。
【背景技術】
[0004] 明確并且顯而易見的是，可降解塑料產品隨著相當多的環境問題和社會公共需 求變得越來越合乎需要。如在我的同在申請中的專利申請案授權的基于淀粉的反應器 (Starch Based Reactor)、所得產品（Resultant Products)以及其方法和制程（Methods and Processes Thereof)中所概述，塑料廢物不僅以驚人速率填補填埋場，而且經常在海 洋中的若干渦旋口袋中發現最終垃圾場，一些被認為占大比例。用于尋找解決方案來處理 塑料廢物的調查取決于所用的特定塑料和正在制造的產品的類型。舉例來說，快餐店中使 用的一次性產品，如商品包裝袋或一次性盤子和容器，將往往會要求比其它塑料產品（如 玩具、辦公用品、家居裝飾品等）快得多的降解速率。容易理解的是，取決于所需的降解速 率，各種類型的產品需要不同的可降解解決方案。
[0005] 使塑料產品以更快速率降解的一個方法是將可降解試劑摻合到聚乙烯和其它塑 料樹脂中以便視具體情況使其降解或生物降解的應用程序。這些塑料產品中的一些也可以 是可堆肥的。基于淀粉的樹脂通常還與某些產品一起使用并且提供極好的堆肥，但往往會 產生低強度膜、具有差的清晰度并且通常用于其中再循環不被認為是必要的應用中。由于 差強度問題，膜實質上必須更厚，因此與標準樹脂相比成本相對較高，并且不認為對于大眾 市場產品是可行的。因此，大眾市場膜和容器產品由更便宜的通常由原始的基于乙烯基的 樹脂制成的輕規格膜制成。舉例來說，袋式產品可以是薄如〇. 0005規格，用基于淀粉的樹 脂不可能制造此類薄規格。
[0006] 可降解樹脂的另一方法包括使用合成脂肪族聚酯聚己內酯（PCL)和其相關的摻 合物。其往往會提供良好堆肥，但同樣地，強度特性差、其成本高并且再循環是不合乎需要 的。聚羥基鏈烷酸酯（PHA)和相關PHB和PHBV提供良好堆肥，但共享相同的高成本、不能 再循環、難以處理并且具有令人不愉快的氣味。其用途主要限于某些類型的瓶子和醫療應 用。另一脂肪族合成聚酯是PLA，其具有良好的透明性品質，被稱作是"生物相容性"（取決 于公司的定義的稍微模糊的術語），但共享相同的高成本、差可處理性、具有一般更剛性的 所得產品并且不認為可再循環是合乎需要的。因此，這些類型的可降解樹脂具有有限的市 場吸引力。
[0007] 現今所用的可降解試劑的更普遍形式是可氧化降解劑，其通常是通過加速聚合物 的氧化促進塑料的可降解性的鹽形式。氧自然地想要斷裂分子鏈，但由于長分子鏈，其耗費 約1000年來斷裂基于乙烯的聚合物。可氧化降解劑可以將時間范圍減到幾年或甚至幾個 月。這些現有技術試劑由鈣鹽組成，在添加其到標準聚乙烯（或其它塑料樹脂類型）時將 引起與塑料組合物的反應，產生斷裂長分子鏈的氧質量，提供生物有機體可以消耗的較短 可降解分子。這是通過較小分子的氧化實現，其例如將疏水性塑料膜轉化成親水性膜。結 果是快速降解的生物同化膜。由這種類型的母料制成的產品可以以更快速率降解。這些類 型的試劑以相對較小濃度添加到聚乙烯樹脂等，然而，所述試劑在埋入如填埋場時往往會 在整個塑料材料中迀移，并且在相對較短時間范圍內降解。舉例來說，用乙烯原料制成的典 型塑料將因此在1000年內降解于土地中。相比之下，具有可氧化降解添加劑的那些塑料可 以在幾個月或幾年內降解。
[0008] 使用鎘鹽的典型可氧化降解劑包括由威洛瑞吉（Willow Ridge)、EPKC以及新芬 尼塑料（Symphony Plastics) (D2W?)制成的那些可氧化降解劑。視具體情況而定，這些添 加劑往往會具有比用合成脂肪族和淀粉樹脂制成的產品更低的成本并且尤其在用于需要 較高強度的產品（如膜）時往往會具有優良的強度品質。其也往往會易于處理，并且據報 導降解為垃圾（在空氣中）并且在土壤中，如在填埋場，以及在意外丟棄時在水中。然而， 其緩慢地堆肥，即堆肥可能需要8-10個月或幾年。這些試劑的成本一般是在每鎊$3. 20到 $5. 00的范圍內。
[0009] 據報導，現有技術可氧化降解劑可以用于各種塑料來促進可降解性。然而，除了膜 產品之外，其尚未得到廣泛應用并且可降解性結果的極少實際測試和驗證已進行。不足、不 可靠測試的主要原因是因為與使用基于鎘的鹽添加劑的產品制造相關的許多變量。這個 難題是由來自英國政府的報告驗證。2010年英國政府關于可氧化生物降解塑料（OBP)的 DEFRA報告推斷由一個供應商EPI制作的OBP技術方案是不準確并且誤導性的。其進一步 受到主要的英國零售商樂購（Tesc0)的支持，停止使用和指定OBP袋，因為制造問題，如試 圖維持其產品中所用的擠壓膜的膜泡穩定性。
[0010] 使用基于鎘鹽的可氧化降解試劑，降解按所需的產品降解速率計可以快如12到 36個月，并且因此其取決于待使用的添加劑的特定量。有時，如果摻合在樹脂中的可氧化降 解試劑的量未能實現必要的比率，那么其耗費更長時間段來降解。這全都因為對添加到樹 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圍內變化的事實。導致降解時間 范圍內的這些變量的條件包括：不一致的摻合方法；添加劑注入樹脂中的不一致監測；減 少摻合到樹脂批料的添加劑的量以便降低原料成本，以及供應商無法分析實現期望的降解 時間所需的添加劑的量。
[0011] 由于適當地摻合和應用現有技術可氧化降解添加劑（通常以1% -2%速率摻合） 的困難，最終可降解結果往往會不可預測。由母料樹脂制成的產品可以含有在幾年內降解 的部分，然而其它部分可能不夸張地耗費數十年或數百年來降解。因此，大多結果是基于猜 測。
[0012] 為了使基于鎘鹽的添加劑有效，其必須一致地摻合在整個母料中，在整個期間監 測，并且準確地驗證以正確百分比被使用。足夠困難的是控制較小百分比添加劑的添加，更 不用說確保其已經產生合并的母料。或許，可氧化降解添加劑的使用或視具體情況"不足使 用"中的最引人注目的因素中的一者是成本。由于其成本高達樹脂自身的五倍以上，實質上 增加了所制造的產品的成本。這產生一般不令人滿意的情況，具體來說在試圖維持競爭性 價格時。舉例來說，一個供應商可能通過將所用的添加劑的量從2%降到1%或甚至1. 5% 而具有優于另一供應商的相當顯著的成本優勢。同樣，在產品到達填埋場、河流或海洋時， 這形成的潛在損害變得對環境有害。
[0013] 滿足使用可降解樹脂的工業需求的另一方法是使用如我的同在申請中的專利申 請案中所公開的基于淀粉的樹脂。舉例來說，由基于木薯粉的樹脂制成的產品在一些深遠 的情況下將實際上在大約數月或數年內整體降解。雖然這可能是在許多情況下的極好的解 決方案并且在成本上是有競爭性的，但所述樹脂不能夠在某些產品、如非常薄的膜或可能 需要優越的強度品質的那些產品中使用。
[0014] 克服與現有技術可降解試劑和添加劑相關的多種問題的添加劑對這些行業和許 多其它行業將是有價值的。
【發明內容】
[0015] 本發明的試劑克服與現有技術相關的問題。本發明的低成本替代物通過快速氧化 加快降解。使用和應用本發明的獨特方法預計使長分子鏈斷裂成可以被生物有機體消耗的 短分子鏈