TWI768836B - 可進行生物分解的硬化性組成物及利用該組成物的結構體 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種包含熟肉片20∼30重量%、蒟蒻1∼15重量%、阿膠30∼50重量%及海帶5∼15重量%的硬化性組成物及利用該組成物的結構體。

Description

可進行生物分解的硬化性組成物及利用該組成物的結構體

本發明揭示一種可進行生物分解的硬化性組成物及結構體，更具體而言，本發明揭示一種能替代親環境PET瓶或塑膠容器的硬化性組成物及利用該組成物的結構體。

塑膠的重量比金屬或陶瓷之類的材料輕，但其強度較高而作為各種產品的材質使用，成型方法亦有很多種，應用於一次性用品乃至大型結構物等各種領域。然而，若為處理廢棄物而將塑膠埋入土地，因直接放置無法分解，塑膠材質會分解成微塑膠而引起其它環境問題。而且，若將沒有分解的塑膠予以焚燒，就會產生大量有毒氣體而造成二次污染，因此人們對塑膠的廢棄處理方案進行很多研究。

可進行生物分解的聚合物作為具有現實性的對應措施而受到矚目，其目前已開始商業生產。更進一步，從溫室氣體對策及有效利用資源的觀點考慮，源自生物質的塑膠/用於彈性體的聚合物等則進一步受到熱烈關注。

生物高聚物能實現可持續發展的社會，作為能牽引低碳綠色成長的親環境材料，包含諸如下述材料：在一定條件下能被微生物完全分解的生物可分解高分子樹脂、生物可分解塑膠（biodegradable plastics）等。

生物可分解塑膠指的是一種統稱可進行生物分解的複合分解性化學分解或生物分解的概念，將作為成型品、包裝材料、衛生用品、農業用品等使用的塑膠予以廢棄時不進行焚燒處理，而是藉由分解功能在數月乃至數年以內完全分解成水、二氧化碳、甲烷、生物質等物。

近來開發出能被土壤內微生物分解的可進行生物分解之塑膠、及能被太陽光的紫外線分解的光分解性塑膠。然而，生物可分解塑膠雖然分解效果較好但價格昂貴，光分解性塑膠則在埋入土中時無法暴露於太陽光而不能分解。

雖然開發出利用大米、澱粉或紙替代塑膠的技術，但暴露於液體時無法保持其形態而難以替代塑膠。

為解決前述問題，本發明揭示一種硬化性組成物及利用該組成物的結構體，其包含熟肉片20∼30重量%、蒟蒻1∼15重量%、阿膠30∼50重量%及海帶5∼15重量%。

本發明一個實施例的硬化性組成物包含熟肉片20∼30重量%、蒟蒻1∼15重量%、阿膠30∼50重量%及海帶5∼15重量%。

本發明一個實施例的硬化性組成物相當於大約pH 2.5。

本發明一個實施例的硬化性組成物分解所耗時間是5分鍾以內。

本發明一個實施例的阿膠包含動物骨提取物5∼15重量%。

本發明一個實施例的阿膠包含動物皮提取物15∼25重量%。

本發明一個實施例的硬化性組成物可作為肥料使用。

本發明一個實施例的結構體是將硬化性組成物注射成型或押出成型製成的。

本發明一個實施例的結構體的厚度是0.5mm∼2.4mm。

本發明一個實施例的結構體具有吸管形態、杯形態、容器形態、杯蓋（lid）形態。

本發明揭示一種硬化性組成物及利用該組成物的結構體，其不受外圍環境影響地自然分解。

本發明揭示一種硬化性組成物及利用該組成物的結構體，其長時間暴露於液體亦能完全保持其形態。

本發明揭示一種硬化性組成物及利用該組成物的結構體，其可以作為肥料使用。

本發明揭示一種硬化性組成物及利用該組成物的結構體，其利用親環境組成物替代塑膠。

本發明揭示一種硬化性組成物及利用該組成物的結構體，其不容易被外部沖擊破碎或損傷。

本發明揭示一種硬化性組成物及利用該組成物的結構體，可以回收產物後重新利用。

本發明揭示一種硬化性組成物及利用該組成物的結構體，其可以視需要而改變形態，因此能替代塑膠而自由適用於眾多用途。

本發明的功效並不侷限於前述功效，前文沒有提到的功效可以在申請專利範圍的記載中被所屬技術領域中具有通常知識者明確理解。

在本發明的整個說明書中，說明「程度」的術語「大約」、「實質上」等以下述意義使用，亦即，存在容許誤差時以總括容許誤差的意義使用。

在本發明的整個說明書中，馬庫西形式的表現方式所含術語「其組合」指的是在馬庫西形式的表現方式所記載的構成要素所組成的群中選擇的一個以上的混合或組合。

在本發明的整個說明書中，「A及/或B」指的是「A、或者B、或者A及B」。

本發明的硬化性組成物包含熟肉片20∼30重量%、蒟蒻1∼15重量%、阿膠30∼50%及海帶5∼15重量%。

〔熟肉片〕 本發明的硬化性組成物以相比於組成物100重量%的20∼30重量%包含熟肉片。

一般而言，熟肉片指的是將牛肉或豬肉煮熟、按壓移除水分後切成薄片，本發明的熟肉片則使用移除水分的豬肉。構成豬肉的成分中70%是水分，蛋白質則是大約20%左右。構成豬肉的蛋白質則可以區分為肌漿蛋白質、肌原纖維蛋白質及基質蛋白質。

肌漿蛋白質包含溶解於肌原纖維之間的肌漿的（亦即，以液體狀態存在於肉內）各種肉色素及酵素等。肌原纖維蛋白質構成肉結構，因此亦稱為結構蛋白質，由用於肌肉收縮的主要蛋白質肌凝蛋白（myosin）與肌動蛋白（actin）及調節肌肉收縮的各種調節蛋白質構成。基質蛋白質主要構成肌膜、毛細血管之類的結締組織，因此亦稱為結締組織蛋白質，由膠原蛋白（collagen）、彈力蛋白、網狀纖維之類的纖維狀蛋白質構成。

膠原蛋白是構成熟肉片的豬肉的皮、軟骨、肌腱中分布較多的天然高分子。膠原蛋白的機械物性有限，因此必須藉由化學交聯提升物理性質。

若對膠原蛋白進行酸處理或鹼處理或加熱，就能得到作為一種衍生蛋白質的明膠（gelatin）。明膠是一種將膠原蛋白的三螺旋（triple-helix）結構改變成單螺旋（single-helix）形態的天然高分子。

膠原蛋白是具有螺旋結構的三個多肽（polypeptide）鏈重新形成三螺旋。透過鏈內或鏈之間的氫鍵實現穩定化，若因熱或變形劑導致氫鍵被破壞，就會形成由非隨機螺旋（random coil）上的多肽（polypeptide）鏈構成的明膠。再結合的明膠分子的網組織可提供強度，明膠比率越高則越硬並且彈性增加。明膠是生物相容性及生物可分解性非常卓越的材料，溶解在溫水中成為溶膠（sol），在室溫則成為具有彈性的凝膠（gel）。

明膠被加熱則重新成為液體狀態而難以保持形態，溫度越高或pH值越低明膠的黏度就越低，但賦予了凝固性的組成物則為了賦予模樣或形態上的堅固性而被使用，具有不溶解於乙醇、乙醚、苯、丙酮之類有機溶劑的特性。

理想地，本發明的熟肉片的含量相對於整體100重量%為20至30重量%。熟肉片含量低於20重量%時容易因外部沖擊而破碎。超過30重量%時硬化性組成物在溫度較高的環境黏度變弱而難以保持形態。亦即熟肉片含量過高時，蒟蒻、阿膠及海帶的含量相對減少，而使得作為最終成品的硬化性組成物的機械物性下降。

〔蒟蒻〕 本發明的硬化性組成物能相對於組成物100重量%包含蒟蒻1∼15重量%。

本發明一個實施例的蒟蒻是將魔芋予以乾燥、粉碎、搗碾後製成的。蒟蒻可以包含水分92%、碳水化合物6.5%、蛋白質1%、脂肪0.1%。

作為蒟蒻的主要成分，碳水化合物是被稱為葡甘露聚糖（Glucomannan）的多糖。葡甘露聚糖具有高黏度，添加水時膨潤（swelling），乾燥時硬化。

葡甘露聚糖原料是包含葡萄糖的側鏈的甘露糖的聚合物成分。葡甘露聚糖是一種以D-葡萄糖與D-甘露糖為主要成分的水溶性多糖，亦稱為蒟蒻聚甘露糖（konjac mannan）。

蘭科植物、魔芋、溪蓀、百合、草坪的塊莖含有葡甘露聚糖，可以在用水加壓加熱後提取的溶液中提取。所提取的葡甘露聚糖以不溶性銅錯合物分離，β-D-葡萄哌喃糖（glucopyranose）與β-D-哌喃甘露糖（mannopyranose）以7：3的比率結合。葡甘露聚糖是吸水性較高的鹼性，其吸水後具備黏結性，加熱時凝固而形成具備高彈性的半透明凝膠（gel）。

理想地，本發明的蒟蒻相對於整體100重量%的含量是1至15重量%。蒟蒻含量低於1重量%時硬化性組成物的黏度在較高溫度環境下變弱而較難保持形態，超過15重量%時容易因外部沖擊而破碎。

先前技術中，使用植物性澱粉（玉米）的PLA（Poly Lactic Acid）材料亦堅硬並耐高溫，但其對外部沖擊脆弱。

因此，可以將含有葡甘露聚糖的蒟蒻及含有明膠的熟肉片予以混合，而得以讓兩種物質的物性相輔相成。例如，溫度上昇時黏度減少的熟肉片及黏度增加的蒟蒻混合在一起，而能讓硬化性組成物保持一定形態。

〔阿膠〕 本發明的硬化性組成物相對於組成物100重量%含有阿膠30∼50重量%。

例如，阿膠可以相當於將動物的骨、皮、腸子等予以熬煮後製成的提取物。阿膠讓熟肉片、蒟蒻及海帶黏結凝聚，並發揮出讓硬化性組成物結合的黏結劑作用。阿膠以明膠（gelatin）為主要成分，不溶於有機溶劑，在冷水中緩慢溶解而使得體積增加，在溫水中快速溶解而能夠成為較高嚼勁的膠體（colloid）狀態。

例如，阿膠可以相當於具有黏結性的典型動物性黏結劑。

理想地，本發明的阿膠相對於整體100重量%的含量是30至50重量%。阿膠含量低於30重量%時無法讓組成物適當地黏結凝聚而較難按照使用者所需形態押出，超過50重量%時熟肉片、蒟蒻及海帶的含量相對減少，而使得作為最終成品的硬化性組成物的機械物性下降。

本發明的阿膠可以包含動物骨提取物及/或動物皮提取物。

本發明的阿膠相對於阿膠100重量%包含動物骨提取物5∼15重量%。

本發明的阿膠相對於阿膠100重量%包含動物皮提取物15∼25重量%。

本發明的硬化性組成物僅僅由熟肉片、蒟蒻及海帶構成時，強度會變弱而可能會發生問題，因此加入阿膠，該阿膠則含有動物骨提取物及/或動物皮提取物。藉此，讓構成成分互相良好地黏結凝聚而發揮出和塑膠相應的機械特性，與此同時，提高硬化性組成物的分解性而能夠實現本發明的目的。

〔海帶〕 本發明的硬化性組成物相對於組成物100重量%包含海帶5∼15重量%。

本發明的海帶是屬於海藻類（seaweed）的褐藻類之一，主要構成成分是碘、碳水化合物、蛋白質。

本發明的海帶的碳水化合物含有瓊脂糖（agarose）成分。瓊脂糖是稱為瓊脂二糖（agarobiose）的己糖的聚合物（polymer）。固態瓊脂糖不易溶解於水中，但若提高溫度，分子之間的氫鍵會斷開而溶解，若重新降低溫度則成為固態。瓊脂糖可以作為讓硬化性組成物成分固定化的高分子多糖支持體使用。

理想地，本發明的海帶相對於整體100重量%的含量是5至15重量%。海帶含量低於5重量%時，硬化性組成物的疏水性減少而親水性增加，從而對水分脆弱。超過15重量%時，在溫度較高的環境下黏度減弱而較難保持形態。

〔注射成型工藝〕 依據本發明以一定重量比組合的組成物可以透過很多種方法製成具有所需形態的結構體。

依據本發明的一個實施例，本發明的硬化性組成物可以透過注射成型製成結構體。本發明一個實施例的注射成型製造方法如下。

首先，將相對於100重量%的熟肉片20∼30重量%、蒟蒻1∼15重量%、阿膠30∼50重量%及海帶5∼15重量%投入容器。在60∼90℃將投入的原料水浴大約5分鐘予以熔融（熔融工藝）。水浴過程中，各原料的實際溫度是70∼80℃。原料熔融後，進行攪拌（mixing）工藝（攪拌工藝）。進行攪拌工藝直到混合物的顏色均勻為止。

在熔融工藝期間，可以讓全部原料在一個容器全部一起熔融，或者亦可以讓各原料在各個容器個別熔融。熔融工藝若在一個容器進行，熔融工藝與攪拌工藝可以同時進行。各原料若在個別容器各自進行熔融工藝，可以在熔融工藝完成後依次進行攪拌工藝。攪拌工藝中，於混合物的pH值成為pH 2∼pH 4左右時結束攪拌工藝。

攪拌工藝後，熔融狀態的混合物被注入模具內部。注入模具的混合物在模具被壓接的狀態下，在大約-10℃下乾燥大約30秒以內而形成結構體（乾燥工藝）。熔融狀態的混合物會憑藉外圍溫度迅速地開始固化，因此外圍溫度越低，越必須儘快在最短時間內注入。

混合物完全乾燥後，從模具取出乾燥的結構體。理想地，結構體的厚度是0.5∼2.4mm。厚度若大於2.4mm則無法良好地乾燥，而必須增加乾燥時間，從而使得製造工藝的效率降低。厚度若少於0.5mm，結構體無法在液體內部長時間完整地保持形態。

本發明一個實施例的結構體可以相當於容器或吸管。例如，結構體可以是盛裝飲料的容器或用來喝飲料的吸管，除此之外，亦可以是盛裝飲料的杯、杯的蓋子（lid）、碗等。

〔押出成型工藝〕 依據本發明的一個實施例，可以將本發明的硬化性組成物予以押出成型製成結構體。例如，若製造只允許具有一定截面的結構體（例如吸管），可以透過押出成型工藝製造結構體。

首先，將相對於組成物100重量%的熟肉片20∼30重量%、蒟蒻1∼15重量%、阿膠30∼50重量%及海帶5∼15重量%均勻混合，將混合物注入加熱缸體內。注入的混合物則可以在缸體內加熱熔融。此時，原料的實際溫度相當於70∼80℃。

熔融的混合物在缸體內受到壓力，而被輸送到配置於缸體末端的模具，接著憑藉缸體內部壓力透過模具的開口部被連續押出到外部。從模具暴露到外部的混合物在大約-10℃的空氣乾燥大約30秒以內。乾燥工藝則可以利用冷卻水槽實現。

本發明一個實施例的結構體可以暴露於液體。例如，結構體可以是直接放進飲料後飲用的吸管，除此之外，亦可以是盛裝飲料的杯、杯的蓋子（lid）、碗、容器等。 ［實施例］

〔拒水性性能試驗〕 〔實施例1〕 備妥按照杯子大小製造的複數個模具。定量秤取熟肉片30重量%、蒟蒻10重量%、阿膠45重量%及海帶15重量%後，予以熔融攪拌到顏色均勻為止，製成硬化性組成物。之後，將熔融狀態的硬化性組成物注入乾淨乾燥的模具內部空間。之後，在-10℃下乾燥30秒鐘製成結構體。

〔比較例1〕 使用結合植物性澱粉與生物分解性樹脂製作的市售PLA（Poly Lactic Acid）吸管。

〔比較例2〕 使用將紙捲繞製成的市售紙吸管。

〔比較例3〕 使用下述吸管，該吸管含有相對於組成物100%的熟肉片50重量%與阿膠50重量%。

拒水性性能試驗使用下述方法，亦即，將實施例1及比較例1∼比較例3的吸管形態結構體各自放進60℃的熱水、20℃的涼水後，觀察結構體隨着時間流逝而發生的變化。試驗結果各自列示於表1及表2。 〔表1〕 在60℃水中的拒水性試驗結果

	實施例1	比較例1	比較例2	比較例3
4分鐘後	沒有變化	沒有變化	因為吸收水而軟乎乎	滑溜黏濕並膨脹
8分鐘後	沒有變化	沒有變化	因為吸收水而軟乎乎	出現很多明膠
11分鐘後	沒有變化	沒有變化	因為吸收水而軟乎乎	吸管形態被碾碎
15分鐘後	沒有變化	形態沒有變化，但湧出澱粉	形態鬆弛	-
20分鐘後	形態沒有變化，但湧出明膠	形態鬆弛	-	-

〔表2〕 在20℃水中的拒水性試驗結果

	實施例1	比較例1	比較例2	比較例3
10分鐘後	沒有變化	沒有變化	程度較弱地軟乎乎	形態沒有變化，但湧出明膠
20分鐘後	沒有變化	沒有變化	因為吸收水而軟乎乎	形態開始變形（形態彎曲）
40分鐘後	沒有變化	因為吸收水而軟乎乎	因為吸收水而軟乎乎	形態變形（發生龜裂）

如表1所示，實施例1的結構體能在70℃水中保持形態的時間遠高於比較例1∼比較例3的結構體。比較例1的結構體在經過15分鐘時湧出澱粉，20分鐘後形態鬆弛。比較例2的結構體在經過4分鐘時起形態堅固性消失，經過15分鐘時失去其形態。而且，比較例3的結構體在經過4分鐘時開始變大並且出現表面滑溜黏濕之類的形態變化，經過11分鐘時失去其形態。

與此相反，實施例1的結構體則在經過20分鐘後明膠才開始細微地被剝離，但完整地保持其形態。

如表2所示，實施例1的結構體能在20℃水中保持形態的時間遠高於比較例1∼比較例3的結構體。比較例1的結構體在40分鐘後失去堅固性。比較例2的結構體則在經過20分鐘時開始失去形態的堅固性。比較例3的結構體則在經過10分鐘後開始有明膠被剝離，20分鐘以後開始變大並且其表面變得黏濕等出現形態變化。與此相反，實施例1在40分鐘後形態亦沒有出現變化。

〔分解性能及耐久性性能試驗〕 〔表3〕 分解性能及耐久性性能試驗結果

	實施例1	比較例1	比較例2	比較例3
分解時間	5分鐘	90天	5年	3分鐘
回收利用過程	單純	複雜	複雜	單純
耐久性（0.8m/1.6m）	強 （沒有變化/沒有變化）	中間 （沒有變化/在1.6m高度掉落時變形）	-	弱 （彎曲/破碎）
使用方面的適合性	適合	適合	適合	不適合

如表3所示，實施例1的結構體分解所耗時間是5分鍾以內，遠少於比較例1∼比較例3的結構體。分解所耗時間指的是在大約80℃以上的水中分解結構體所花費的時間。因此，實施例1的結構體在使用後容易回收利用並重新製作。例如，透過調節溫度及/或pH值熔融實施例1的結構體後再將其固體化而得以在短時間內製成新的結構體。

耐久性性能試驗以下述態樣進行，亦即，讓實施例1及比較例1∼比較例3的結構體在0.8m及1.6m高度掉落時確認結構體是否完整地保持形態（比較例2則不包含在本耐久性性能實驗）。由試驗結果得知，即使在1.6m高度掉落亦能讓形態不發生異常的結構體只有實施例1的結構體，其餘的結構體不是破碎就是形態出現變形。在0.8m高度掉落後依然能讓形態不發生異常的結構體是實施例1及比較例1的結構體，比較例1的結構體在1.6m的高度掉落時出現受到外部沖擊而破碎的現象。

以分解性能及耐久性性能試驗結果進行判斷時，實施例1適合使用，比較例1∼比較例3則容易受到外部環境的影響而不適合使用。

比較例1的結構體是由比較堅固但柔性較弱並且易因外部沖擊而破碎的植物性成分構成的，比較例2的結構體是由吸水後難以保持原先形態的紙構成的，比較例3的結構體則只由容易因水而膨脹的明膠構成的。因此，比較例2或比較例3的結構體在沉入液體時吸水而使得吸管膨脹並進一步使得形態崩潰。該現象在水溫越高時越快發生。

與此相反，實施例1的結構體則利用明膠、葡甘露聚糖、瓊脂糖及阿膠混合而成的物質，而得以減少對於水的溶解度。進一步，依據實施例1，使用具備強度與彈性並且能相輔相成的明膠與葡甘露聚糖，而使得實施例1的結構體比較少受溫度影響，並且在暴露於水時能長時間保持其形態。而且，使用凝固性強的瓊脂糖及黏結力強的阿膠，而得以在受到外部沖擊時不易破碎並保持原先的模樣。

利用本發明的硬化性組成物製成的結構體在廢棄時，分解速度快並且能回收利用，且對人體無害。例如，實施例1的結構體廢棄於泥土或水中時能輕易地自然分解，或者，透過調節溫度或pH值的簡單過程進行回收利用。

本實施例的硬化性組成物用來替代塑膠，可以製造用於替代塑膠結構體的一切結構體。

前文旨在讓所屬技術領域中具有通常知識者能實施及利用本發明。本發明的各種修飾例對於所屬技術領域中具有通常知識者而言是不言自明的，本發明中所定義的一般原理能在不脫離本發明的主旨或範疇的情形下適用各種變形例。因此，本發明並不侷限於本發明所舉例示，應涵蓋和本發明所揭示的原理及新技術特徵一致的最廣闊範圍。

本說明書以本發明的一部分實施例為基礎進行說明，但在此必須闡明的是，在不脫離本發明所屬領域中具有一般知識者所理解的本發明範疇的範圍內，能實現各種變形及修飾。而且，此等變形及修飾應被闡釋為屬於本說明書所附申請專利範圍的範疇內。

Claims (8)

1. 一種利用可進行生物分解的硬化性組成物的結構體，其特徵係其以硬化性組成物製成，該硬化性組成物包含：熟肉片20~30重量%；蒟蒻10~15重量%；阿膠45~50重量%；及海帶5~15重量%；該結構體的厚度係0.5mm~2.4mm。
2. 如請求項1所述之結構體，其中，該硬化性組成物相當於pH2.5。
3. 如請求項1所述之結構體，其中，該組成物的分解所耗時間係5分鐘以內。
4. 如請求項1所述之結構體，其中，該阿膠包含動物骨提取物，相對於阿膠100重量%，該動物骨提取物係5~15重量%。
5. 如請求項1所述之結構體，其中，該阿膠包含動物皮提取物，相對於阿膠100重量%，該動物皮提取物係15~25重量%。
6. 如請求項1所述之結構體，其中，該硬化性組成物可作為肥料使用。
7. 如請求項1所述之結構體，其中，該結構體係藉由注射成型或押出成型製造的。
8. 如請求項1所記載之結構體，其中，該結構體具有吸管形態、杯形態、容器形態或杯蓋(lid)形態。