基于葵花籽壳或葵花籽外皮的生物材料产品的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于葵花籽壳或葵花籽外皮的生物材料产品。这种产 品的基础是生物材料或生物复合物，所述生物材料或者生物复合物例如已经作为 "Wood-Plastic-Composites塑合木"（简称WPC)，即木材塑料复合材料已知。其也被称为 木材（纤维）高分子复合材料（"Wood(-fiber)Polymer Composites"）或者木材聚合物材 料。上述生物材料是热塑性加工的复合材料，所述热塑性加工的复合材料由不同份额的木 材 典型地为木粉 塑料和添加剂制备。它们通常以塑料技术的现代方法、如挤压、注 射成型、滚塑成型或者借助于压制技术来加工，但是也可以以热成型方法加工。
【背景技术】
[0002] 在WPC中不仅已知：加工木材（特别是木粉），而且已知其它的植物纤维，例如红 麻、黄麻或者亚麻。
[0003] 在本发明中涉及改进迄今为止已知的WPC，也就是说改进迄今为止已知的天然纤 维强化的塑料，尤其是对于原始材料降低所述塑料的制造成本。
[0004] 在迄今为止已知的WPC中，木材份额通常大于20%，因此例如已知如下WPC :其中 木材纤维份额或者木粉份额为50 %至90%，并且这些材料被嵌入由聚丙烯（PP)或者鲜少 由聚乙烯（PE)构成的塑料基体中。由于木材的热敏感性，木材的加工温度仅在200°C之下 时才是可行的。在更高温度的情况下导致木材的热反应和分解，这整体上以不期望的方式 改变材料的特性。
[0005] 在迄今已知的天然纤维强化的塑料中，也通过添加添加剂优化特定的材料特性。 这种材料特性例如是木材和塑料之间的结合、流动性、阻燃、配色以及尤其是对于室外应用 而言也是耐候性、抗紫外线和抗病虫害。
[0006] 也已知的是，基于由各50%的聚氯乙烯（PVC)和木纤维的混合物制造 WPC。所 述WPC被称作基于热塑性加工的热固性塑料（如改性的三聚氰胺树脂）同样在研发过 程中还处理类似木材的产品（如竹子）于是被称作"竹塑料复合材料（Bamboo Plastic Composites，BPC) "。BPC归类于WPC复合材料，其中木材纤维通过竹纤维来代替。
[0007] 所描述的生物材料相对于传统的木材材料、如硬纸板或者胶合板的优点在于材料 的自由的、三维的可成形性和更大的耐湿性。相对于全塑料，WPC提供了更高的强度和显著 更小的热膨胀系数。迄今为止的生物材料的缺点还在于：相对于板材降低其断裂强度，相对 于实心的模制件并且相对于板材具有加固的填料的模制件是不易折断的。未经随后覆层的 模制件的吸水率高于在具有薄膜覆层或者流动覆层的模制件或者实心的模制塑料部件中 的吸水率。
[0008] 使用迄今所描述的生物材料作为露台地板或者用于制造板同样是已知的，如主要 在建筑、汽车和家具工业之中应用WPC、地板覆盖的室外区域（露台、游泳池）、房屋立面和 家具中应用WPC、尤其是用作为热带木材的替代物。也已知多种由WPC构成的椅子和货架系 统。其它的应用是书写工具、瓮、家用设备；WPC生物材料在工程领域中作为用于电绝缘的 部件的型材来使用并且在汽车工业中尤其作为车门内衬和后窗台板来使用。
[0009] US 2009/0110654 Al公开了一种生物塑料复合物，所述生物塑料复合物以除木材 之外一系列的生物学材料为基础，此外也以向日葵组成部分如葵花籽壳为基础。在此，塑料 材料也能够源自聚烯烃、缩醛树脂、聚酰胺、聚酯或纤维素酯和纤维素醚。在此，植物纤维的 份额通常在25%至50%之间，在水解的植物材料中，该份额甚至还明显更高。寻求如下目 标：也在添加用于气味控制的反应物的情况下，制备一种低气味的或者控制气味的生物塑 料复合物。
[0010] US 2002/0151622 Al公开了一种用于吸收挥发性有机化合物（VOC)的塑料复合 材料，为此以极宽的范围（3% -80% )使用含纤维素的材料、例如也包括葵花籽壳。
[0011] 此外，在US 2009/0110654 Al以及US 2002/0151622 Al中公开的基于葵花籽壳 的生物塑料复合物仅在直至204°C的加工温度下应用。由于复合物的可能的损害，明确不推 荐更高的温度。
[0012] 最后，Ulven等于2010年在国家农星管理会议（National Farm Management Conference)上提出一种基于如还有PP、PE、ABS还有PMMA的塑料的生物塑料复合物的制 备，在所述生物塑料复合物中以在5%和50%之间的份额使用植物纤维、如葵花籽壳。然 而，未陈述关于生物塑料的耐热性。也未提及关于葵花籽壳的特性的参数的准确的描述或 限制。
【发明内容】
[0013] 本发明的主要目的在于，改进迄今的、作为相应的生物材料产品的基础的WPC生 物材料，尤其也更成本示意地构成并且改进其材料特性。附加地，应当实现根据本发明的复 合的材料的注射成型加工。
[0014] 该提出的主要目的通过具有根据权利要求1的特征的生物材料产品来实现。优选 的实施方式在从属权利要求中公开和要求保护。
[0015] 根据本发明提出，应用尤其葵花籽壳或葵花籽外皮作为用于生物材料的原始材料 (基础）来代替木材、竹子或者其它类似木材的纤维产品并且用于制造这种产品。
[0016] 根据本发明，该提出的目的通过根据本发明的、用于基于葵花籽壳或葵花籽外皮 制造生物材料产品（生物材料）的方法来实现，其包括下列步骤：
[0017] 提供或制备复合的材料，其中
[0018] 该材料通过葵花籽壳材料或葵花籽外皮材料与塑料材料复合产生，
[0019] 并且
[0020] 在260°C或更低的温度下将该复合的材料或者通过处理从中产生的复合的材料加 工成生物材料产品，
[0021] 其中由葵花籽壳材料或葵花籽外皮材料构成的总份额在生物材料产品中以生物 材料产品的总质量计占20重量％至60重量％的范围，并且
[0022] 其中优选生物材料产品具有
[0023] lg/cm3或大于lg/cm3的密度和/或
[0024] 1000 MPa或大于1000 MPa的弹性模量
[0025] 和 / 或，
[0026] IOMPa或大于IOMPa的抗拉强度和/或
[0027] 3%的或大于3%的断裂伸长率。
[0028] 根据本发明的方法是尤其优选的（如上文或下文称作"优选"），其中葵花籽壳材 料或葵花籽外皮材料在生物材料产品中的份额以生物材料产品的总重量计占30重量％至 50重量％的范围，优选以生物材料产品的总重量计占45重量％。
[0029] 作为葵花籽壳或葵花籽外皮的原始生物源的向日葵在世界范围种植，其中所述葵 花籽壳或葵花籽外皮用作为根据本发明的生物材料产品的基础。生产向日葵的目的主要在 于：获得葵花籽和尤其是其含物。在加工籽之前，葵花籽必须脱壳，也就是说，将真正的葵花 籽从其壳或外皮中脱离。这些壳或外皮大量在葵花籽产品中产生并且也能够作为葵花籽产 品的不期望的副产品用于其它的使用目的，例如作为饲料或者饲料的组成部分，作为燃料， 作为在沼气厂中的生物质等。
[0030] 葵花籽壳或葵花籽外皮的优点首先在于：所述葵花籽壳或葵花籽外皮 不仅大量地出现，而且它们已经由于其小的尺寸以相对小形式存在进而应仅需要 少量的再加工、例如碾碎，以便形成用于同样根据本发明的复合的材料（"SPC"， Sunflower-Plastic-Composite，向日葵塑料复合材料）的原始材料（根据本发明为葵花籽 壳材料或葵花籽外皮材料），所述复合的材料在260°C或更低的温度下被加工成生物材料 产品。因此，碾碎或者研磨葵花籽壳或葵花籽外皮与制造用于WPC产品的木粉相比与显著 更小的能量耗费结合在一起。
[0031] 使用且利用葵花籽壳或葵花籽外皮的特别的优点也在于：所述葵花籽壳或葵花籽 外皮也极其适合用于SPC，所述SPC用于制造包装、例如瓶、罐，尤其是食品包装。
[0032] 因此，本发明也涉及将如上文或下文所限定的复合的材料（SPC，向日葵塑料复合 材料）用于制造（如上文或下文所限定并且称作"优选"的）生物材料产品的应用，其中优 选生物材料产品形成或者是包装的、家具的、可敷设的面元件的和汽车部件的组成部分。
[0033] 但是首先在第一个测试中也示出：被碾碎的或者被研磨的葵花籽壳或葵花籽外皮 能够优良地适合于加工为SPC进而优良地能够制造食品包装，所述食品包装丝毫不会不利 地或者以任何方式改变所保存的食品的味道。
[0034] 因此，同样地优选将如上文或下文所限定的复合的材料（SPC，向日葵塑料复合材 料）用于制造（如上文或下文所限定并且称作"优选"的）生物材料产品的根据本发明的 应用，其中包装是食品包装，优选是罐或瓶或薄膜。
[0035] 因此本发明也描述极其耐久的方案，即以节约资源的方式制造包装材料等。
[0036] 此外，优选的是将如上文或下文所限定的复合的材料（SPC，向日葵塑料复合材 料）用于制造（如上文或下文所限定并且称作"优选"）生物材料产品的根据本发明的应 用，其中家具选自：门、锅、花盆、箱子、运输箱和集装箱。
[0037] 附加地，特别尤其优选的是将如上文或下文所限定的复合的材料（SPC，向日葵塑 料复合材料）用于制造（如上文或下文所限定并且称作"优选"）生物材料产品的根据本发 明的应用，其中可敷设的面元件是地板或露台地板，主要是铺面（Decking)。
[0038] 加工碾碎的和/或研磨的葵花籽壳或葵花籽外皮能够有利地如在制备木塑复合 材料时那样进行。
[0039] 在此，葵花籽壳的份额或葵花籽外皮的份额能够为生物材料产品的30%至90%， 其中生物材料产品的塑料基体，在本公开中也称作塑料材料或聚合物基体优选包括一种、 两种或者更多种组成部分，其中组成部分选自：聚丙烯（PP)、聚乙烯（PE)、丙烯腈-丁二 烯-苯乙烯（ABS)、聚交酯（PLA)、聚苯乙烯（PS)、聚乙烯（PV)、聚氯乙烯（PVC)、聚酰胺（PA， 主要是型号PA6)、纤维素、醋酸纤维素（CA)、明胶、玻璃纸、硫化纤维、硝化纤维素、丙酸纤 维素、醋酸丁酸纤维素、淀粉、木质素、甲壳质、干酪素、明胶和聚羟基脂肪酸酯（PHA)。
[0040] 优选的是根据本发明的方法，其中塑料材料选自：聚丙烯（PP)、聚乙烯（PE)、聚氯 乙烯（PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS)、聚交酯（PLA)、聚苯乙烯（PS)、聚酰胺（PA)和 其混合物。
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