植物纖維複合材料、其製品及其製造方法
2023-10-28 02:47:37 1
專利名稱：植物纖維複合材料、其製品及其製造方法
技術領域：
本發明涉及一種植物纖維複合材料，尤其是一種生態環保型植物纖維複合材料，本發明還涉及該複合材料製品及其製造方法。
為消除「白色汙染」，世界各地紛紛尋求塑料和發泡塑料的替代品，其中尤以植物纖維制一次性餐用具居多。目前全世界現有公開的以植物纖維為主要原料制一次性餐用具的專利技術有100多項，其中中國現有公開的專利技術有60多項，美國、日本、德國、瑞士、泰國等也均有該類專利技術公開，但只有為數較少的技術形成商品化的生產能力，該類製品尚未能大規模地進入市場，用以取代塑料和發泡塑料製品。究其原因一是成本較高，植物纖維為原料決定了製品重量較重，以快餐飯盒為例，發泡塑料快餐飯盒每隻重僅5g，紙飯盒每隻重25g，植物纖維制飯盒每隻重50g，物料的重量很大程度上決定了成本的高低；二是外觀顏色較深，消費者不習慣或不大願意接受；三是韌性較差，運輸途中或使用過程中破損率較高。
而從現有公開的專利技術來看，各種一次性餐用具儘管其用料配方不盡相同，但其製作工藝均不外乎採用「製漿模塑工藝」、「溼法冷壓工藝」和「幹法熱壓工藝」三種製造方法。這三種工藝製造方法雖各有其優缺點，但均為間歇式流水作業，不能形成連續式流水作業。
本發明的一個目的是提供一種植物纖維複合材料，其具有可生物降解的功能，是一種生態環保型材料；本發明的另一目的是提供該植物纖維複合材料在模製餐具和/或用具方面的應用；
本發明的再一目的是提供一種使用該植物纖維複合材料製作餐具及用具的成型加工方法，其是一種可連續式流水作業的工藝製造方法。
本發明的植物纖維複合材料，其包括按重量份計的如下組分植物纖維60-80份聚碳酸酯樹脂5-30份食用著色劑 2-5份其中所述碳酸酯的分子量為8000-35000。
用於本發明的植物纖維，其選自稻殼、稻草、麥麩、麥杆、豆箕、棉杆、牧草、花生殼、玉米秸、高梁稈、甘蔗渣、椰子殼、桔汁渣、麥酒渣、鋸木屑、竹灰和其混合物的碎屑。所述植物纖維的用量優選70-80份。
所述的聚碳酸酯優選2,2』-雙(4-羥基苯基)丙烷碳酸酯。
所述的聚碳酸酯的分子量優選為10000-15000，用量優選為15-20份。
所述的食用著色劑選自鈦白粉、氧化鋅、氧化鐵紅、顏料黃147和顏料蘭15，優選鈦白粉，其用量優選4-5份。
本發明的植物纖維複合材料還可進一步包括按重量份計的5-15份4,4』-二甲苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，其用量優選3-5份。
利用本發明的植物纖維複合材料製作餐具和/或用具的可連續式流水作業的成型加工方法，包括以下步驟1、將植物纖維放入植物纖維膨化機的料鬥中，將相當於植物纖維重量10-30％的水加入膨化腔，開動植物纖維膨化機使植物纖維加工膨化為細鋸末狀的粉末；2、將上述的植物纖維膨化粉末、聚碳酸酯樹酯、食用著色劑和/或MDI按比例加入立式攪拌機中充分攪拌約10分鐘，然後將攪拌後的混合料加入造粒機中，於120-200℃下造粒得到粒料；3、將上述粒料加入雙螺杆擠出機料鬥中，控制機筒部位溫度為220-250℃、連接器溫度為230-280℃、口模溫度為250-300℃、擠出壓力為15-30MPa、擠出速度為1-10m/min，連續不斷地將上述粒料擠出成型為片材；4、將得到的擠出片材連續不斷地輸送至與雙螺杆擠出機相連的衝床上，於150-250℃下連續不斷的將片材衝壓成型，即得製品。
在本發明中，所述的膨化後的植物纖維粉末大小為10-120目，優選20-40目，該植物纖維粉末的含水量為20-50％，優選30％。
在所述的雙螺杆擠出機中擠出加工本發明的植物纖維複合材料的工藝條件優選為機筒部位溫度為220℃、連接器溫度為230℃、口模溫度為250℃、擠出壓力為25MPa。
所述的擠出片材為平板片材或開式異型材。
以下結合附圖和實施例對本發明的特徵加以詳細地說明。
圖1是本發明植物纖維複合材料製品加工的連續式流水作業示意圖。
實施例1植物纖維複合材料顆粒的製備根據如表1所示的植物纖維複合材料的組成配方，按照下述步驟對每一配方的植物纖維複合材料進行造粒1、膨化乾燥植物纖維，並將其送入瀋陽糧油機械廠製造的DP-120型植物纖維膨化機中膨化處理成20-40目有微孔洞的粉末，此時植物纖維粉末水份含量為10％。
2、造粒將所述配方的植物纖維膨化粉末、聚碳酸脂樹脂(常州化工廠生產)、鈦白粉和/或MDI加入普通的立式攪拌機1中充分攪拌混合約10分鐘，然後將混合料放入常規造粒機2中造粒，造粒機溫度控制在170℃，將粉料加工成米粒大小的水份含量控制在10％左右的植物纖維複合材料顆粒。
表1(單位kg)
實施例2植物纖維複合材料製品的製備按照如表2所示的本發明植物纖維複合材料顆粒的擠出成型加工工藝條件將實施例1所提供的配方製得的植物纖維複合材料顆粒投入雙螺杆擠出機5料鬥4中，粒料從料鬥進入機筒後，在機筒溫度和螺杆的旋轉壓實及混合作用下，粒料由固態轉變為具有一定流動性的均勻連續熔體，該熔體在螺杆的旋轉擠壓作用下，通過多孔板流入窄縫式機頭6擠出為高溫片狀。在擠壓機機頭前端100mm處安裝一臺額定壓力為一噸的衝床7，衝床的上、下模具按製品要求的形狀尺寸加工製作，衝模溫度為180℃，在擠出機機頭將植物纖維複合材料片狀推至上、下模具之間的瞬間，上模衝下，將成材衝壓成製品，衝壓的動作為3秒一次，衝壓同時完成了切斷、切邊動作，製品成型後被輸送帶8帶走固型冷卻。
表2
實施例3植物纖維複合材料製品的常規性能測試樣品使用實施例1中配方一的植物纖維複合材料製成的一次性方便麵碗試驗標準1．GB 5009.60-85《食品包裝用聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯成型品衛生標準的分析方法》2．GB 9683-88《複合食品包裝袋衛生標準》3．TB/T2611-94《鐵路快餐飯盒供貨通用技術條件》表3
試驗結果如表3所示，可見本發明產品的常規性能已達到了相關試驗標準的要求，特別是其正己烷蒸發殘渣、4％醋酸蒸發殘渣及65％乙醇蒸發殘渣的值大大低於標準值。
實施例4植物纖維複合材料製品的生物降解性試驗檢測單位中國環境科學研究院固體所試驗方法按照測定塑料在受控堆肥化條件下需氧生物降解的美國ASTM D5338-92標準的試驗方法，測試塑料和稻殼制餐具一定時間內單位重量樣品產生CO2的數量。
試驗模型選擇由實施例1中配方一製得的一次性餐具為試驗組、可降解PE塑料膜和可降解性PS塑料餐盒作為對照組。
試驗結果試驗組的每克一次性餐具32天產生CO2量為590毫克而對照組的每克可降解PE塑料膜32天後產生CO2量為480毫克，每克可降解性PS塑料餐盒產生CO2量290毫克。因此，本發明的植物纖維複合材料製成的一次性餐具與可降解性塑料膜、餐盒相比具有明顯較好的可降解性，同時在試驗過程中和結束後在試驗組餐具樣品中可見很多白色黴菌斑且強度明顯降低。
實施例5植物纖維複合材料製品的急性毒性試驗樣品選擇由實施例1中配方一製得的一次性餐具檢測單位中國國家環境保護局北京環境醫學研究所試驗標準參照中華人民共和國鐵道部行業標準「鐵路快餐飯盒供貨通用技術條件」(TB/2611-94)中5.8毒理檢驗的要求，將樣品進行前處理稱取樣品四份，每份重30g，剪成0.5cm×0.5cm的碎片，將該四份樣品的碎片分別置於4個索式抽提器中，於每個抽提器中分別加入300ml的蒸餾水，300m 14％醋酸，300ml 65％乙醇和300ml正己烷，將其加熱至各自的沸點並回流2小時(其中加入水和4％醋酸的抽提器置於石蠟浴中加熱，加入65％乙醇和正己烷的抽提器置於水浴中加熱)。然後將四種回流液均勻地混合後置於旋轉蒸發器70-75℃減壓濃縮，將濃縮液定容至100ml，加2克澱粉加熱成糊狀，供實驗用。
試驗方法實驗動物為中國醫學科學院動物中心提供的昆明種小鼠，體重為13-22克。
(1)預試驗雌雄9隻小鼠，各隨機分成三組，每組3隻小鼠。染毒劑量為20g/Kg,19g/Kg,5g/Kg。經口一次灌胃染毒。
(2)正式試驗雌雄40隻小鼠，各隨機分為四組，每組10隻動物。根據預試驗結果，染毒劑量為20g/kg、10g/kg/、5g/kg、2.5g/kg。經口一次灌胃染毒。灌胃前禁食12小時，給藥最大體積為0.4ml/20g體重。染毒後觀察一周，記錄動物中毒症狀和死亡時間。如LD50大於10g/kg，可不必測算LD50；如LD50小於10g/kg，用概率單位-圖解法重新試驗測定LD50。
實驗結果(1)預試驗雌雄三個劑量組的動物均未見死亡，也未見動物有任何中毒症狀。
(2)正式試驗雌雄四個劑量組，每組各10隻動物均未見死亡，也未見有任何中毒症狀。
測得送檢樣品的LD50大於20g/kg。
結果稻殼制一次性餐具經前處理後濃縮液的半數致死量(LD50)＞20g/kg，參照急性毒性(LD50)分級標準，屬實際無毒級。
本發明的植物纖維複合材料是一種無味、無臭、無毒的熱塑性複合材料，是一種生態環保型的複合材料，其製品能耐冷、耐熱、耐酸、耐鹼，且最大的優點是耐衝擊、韌性高、蠕變小、製品尺寸穩定，該製品長期浸入水中會水解破裂脆化，長期埋入土中會崩解成粉粒，不會對土壤造成汙染。目前使用本發明的植物纖維複合材料製成的的一次性餐具已開始大批生產，產品銷往日本等國。
以上僅為本發明的較佳實施例，並非用以限制本發明的範圍，任何本領域的熟練技術人員在不背離本發明精神和範圍內，所做的任何潤飾與更改，均屬於本發明權利要求書的保護範圍。
權利要求
1.一種植物纖維複合材料，其包括按重量份計的如下組分植物纖維 60-80份聚碳酸酯樹脂5-30份食品著色劑 2-5份其中聚碳酸酯的分子量為8000-35000。
2.根據權利要求1的植物纖維複合材料，其中所述的植物纖維選自稻殼、稻草、麥麩、麥杆、豆箕、棉杆、牧草、花生殼、玉米秸、高梁稈、甘蔗渣、椰子殼、桔汁渣、麥酒渣、鋸木屑、竹灰和其混合物的碎屑。
3.根據權利要求1的植物纖維複合材料，其中所述植物纖維的用量為70-80份。
4.根據權利要求1的植物纖維複合材料，其中所述聚碳酸酯為2,2』-雙(4-羥基苯基)丙烷碳酸酯。
5.根據權利要求1的植物纖維複合材料，其中所述聚碳酸酯的用量為15-20份。
6.根據權利要求1的植物纖維複合材料，其中所述聚碳酸酯的分子量為10000-15000。
7.根據權利要求1的植物纖維複合材料，其中所述食用著色劑選自鈦白粉、氧化鋅、氧化鐵紅、顏料黃147和顏料蘭15。
8.根據權利要求7的植物纖維複合材料，其中所述食用著色劑為鈦白粉。
9.根據權利要求1的植物纖維複合材料，其中所述食用著色劑的用量為2-5份。
10.根據權利要求1的植物纖維複合材料，其進一步包括按重量份計的5-15份MDI。
11.根據權利要求10的植物纖維複合材料，其中MDI的用量為3-5份。
12.一種將根據權利要求1的植物纖維複合材料製備成餐用具的加工方法，其包括以下步驟(1)將植物纖維放入植物纖維膨化機的料鬥中，將相當於植物纖維重量10-30％的水加入膨化腔，開動植物纖維膨化機使植物纖維產生加工膨化為大小為10-120目的細鋸末狀的粉末；(2)將上述的植物纖維膨化粉末、聚碳酸酯和食用著色劑和/或MDI按比例加入攪拌機中充分攪拌約10分鐘，然後將攪拌後的混合料加入造粒機中，於120-200℃下造粒得到粒料；(3)將上述粒料加入雙螺杆擠出機料鬥中，控制機筒部位溫度為220-250℃、連接器溫度為230-280℃、口模溫度為250-300℃、擠出壓力為15-30MPa、擠出速度為1-10m/min，連續不斷地擠出成型為片材；(4)將上述擠出片材連續不斷地輸送至與雙螺杆擠出機相連的衝床上，於150-250℃下連續不斷的將片材衝壓成型，即得製品。
13.根據權利要求12的加工方法，其中所述的膨化後的植物纖維粉末大小為10-120目，優選20-40目。
14.根據權利要求12的加工方法，其中所述的膨化後的植物纖維粉末的水含量為20-50％，優選30％。
15.根據權利要求12的加工方法，其中所述的雙螺杆擠出機的機筒部位溫度為220℃、連接器溫度為230℃、口模溫度為250℃、擠出壓力為25MPa。
16.根據權利要求12的加工方法，其中所述擠出片材為平板片材或開式異型片材。
17.根據權利要求12的加工方法，其中所述衝床的模具的溫度為180C。
18.根據權利要求1-11任意之一的植物纖維複合材料在成型製造餐具和/或用具方面的應用。
19.使用權利要求1-11任意之一的植物纖維複合材料製得的餐具和/或用具，其是無毒、可降解的。
全文摘要
本發明涉及一種植物纖維複合材料,其包括植物纖維、聚碳酸酯樹脂、食用著色劑和/或4,4』－二甲苯基甲烷二異氰酸酯,該複合材料是一種無味、無臭、無毒的生態環保型的熱塑性複合材料。本發明還涉及該複合材料製品及其製造方法,該製造方法是一種可連續式的流水作業製造方法。
文檔編號C08L97/00GK1315471SQ0010557
公開日2001年10月3日 申請日期2000年3月31日 優先權日2000年3月31日
發明者王友桐 申請人:王友桐