专利名称：可完全生物降解的植物纤维材料制品及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种可完全生物降解的植物纤维材料制品及其制造方法。
许多天然植物纤维原料如甘蔗渣、稻壳粉、麦芽渣、大豆渣、啤酒糟、咖啡渣等，一般是作为废物烧掉或丢弃，污染环境；或作肥料或饲料，利用价值较低。
本发明的目的是要提供一种能充分利用各种天然植物纤维原料、废物利用、减少环境污染、提高使用价值的可完全生物降解的植物纤维材料制品及其制造方法。
本发明的目的是用以下方式来实现的。该可完全生物降解的植物纤维材料制品包含下列原料制成的40—90％的植物纤维粉末、0.5—35％的天然胶、0.05—20％的可生物降解的化学合成胶、0.01—1％催化剂、0—10％的着色剂、0.01—5％的润滑剂、0—2％的发泡剂(以上都为重量百分比)。
所说的天然胶是面粉、糯米粉、红薯粉、玉米淀粉、魔芋、魔芋飞粉、魔芋精粉、海藻胶、改性淀粉、大豆胶蛋白、绿豆粉、豌豆粉等中的一种或几种。
所说的可生物降解的化学合成胶为下列胶的一种或几种复配而成的(1)氨基树脂游离醛低于千分之一的改性脲醛胶或三胺胶，或市售的环保型的粉状脲胶。一般要求游离醛低于万分之五，极低游离醛既安全双利于环保，更利于产品长期存放而不霉变，不必使用防霉剂。
(2)、半天然化合物季成四醇或丙三醇/乙二醇与丙烯酸酯化物、医用胶囊皮、与植物淀粉或纤维的预聚物、具有氧化—还原自动催化固化的半热塑性合成物、具有紫外光(UV)固化功能的预聚物，且限定为水性的。
(3)生物聚酯类聚乳酸(PCL)、聚羟基丁酯、聚戊酸酯(PHBV)、脂肪族聚酯(Bionol)、及它们的共聚物、改性体、共混物等。
所说的催化剂是由以下的二种或多种组成氯化铵、磷酸铵盐、明钒、硼砂、甘油、尿素、亚麻油、色拉油、精盐、硫酸铵盐、绿矾、硫酸镁、氧化镁、碳酸镁、氯化镁等和纳米催化剂等。
所说的着色剂为由以下物质中的一种或几种配制成用户所需颜色二氧化钛、铁红、品绿、孔雀兰、孔雀绿、安全环保卫生的黄色染料、炭黑、教主红、紫色染料、高锰酸钾。
所说的润滑剂为外润滑剂或复配体系，由以下物质中的一种或几种组成低分子PE蜡、PEO、改性脂肪酸、天然增塑剂、柠檬酸三丁酯、生物发酵产品X系列、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸镁、肥皂精、硅藻土、磷酸盐、硅油。
所说的发泡剂为小苏打、碳铵、尿素、低分子油酸、发泡剂AC、，由它们中至少一种组成，根据发泡产品要求加入。
本发明用可完全生物降解的植物纤维材料所制成的制品包括餐具(如碗、杯、盆、盒、微波炉用器具、酒宴用具)、膜材(如农膜)、型材(如发泡缓冲减振板、三合板、复合板等)、栽花卉用的盆、钵、培养杯、各种日用品(如化妆盒、烟灰缸、相框、垃圾桶、筐、盒、杯、勺、玩具等)。
本发明可完全生物降解的植物纤维材料制品的制造方法包括以下工艺流程植物纤维粉碎→按原料配方配料→预处理→加胶拌料→成型→(修饰)→(喷膜)→包装，整个生产过程介绍如下1、植物纤维粉碎将植物纤维原料粉碎到1.0mm以下的细度，之后采用湿—干法和钠米技术对其表面进行活化处理，目的是活化植物纤维表面的蜡质，破坏其木质素的束缚作用，使植物纤维变成无序非晶态。其处理方法是先将纤维湿润到含水量10—40％，通入超临界状态的CO2，于低温下(＜-50℃)处理10—60分钟，同时进行研磨至100nm以下的粉末含量达10％以上时，快速升温增压，加入纳米级的TiO2、CaCO3、高岭土、矿石粉等中的一种或几种，加入硬脂酸/盐活化剂，混合半小时。
2、按配方配料将40—90％的植物纤维粉末、0.5—35％的天然胶、0.05—20％的可生物降解的化学合成胶、0.01—1％催化剂、0—10％的着色剂、0.01—5％的润滑剂、0—2％的发泡剂(以上都为重量百分比)配制配合料。
3、对植物纤维粉料进行预处理对植物纤维粉料用高温高压进行处理，膨化物料，处理温度为105℃—120℃、高压蒸汽0.6Mpa，处理时间为10—60 中，之后采用瞬间快速御压，让物料膨化5—20％。
4、加胶拌料拌料机器为高速混料机，它必须具有电加热、水冷却、抽真空、高速捏合的功能。同时还必须具有耐高压(不低于10MPa)的能力。加胶后拌料参数为高压汽源温度不低于110℃，汽处理5—60分钟，压力不高于6Mpa，高速捏合10—30分钟，捏合温度为40—80℃，捏合时间5—60分钟，抽真空时间5—10分钟，制成原料后，控制水份＜20％，物料拌好后应具疏松、柔软性，可手捏成团块。
5、成型根据不同的制品采用不同的成型方法。如制作餐具，则可采用热模压成型；制作膜材，则可将捏合料投入至3辊或多辊机上，沿用塑胶压延膜法生产工艺，将它制作薄膜产品；制作型材，则可将捏合料投入至挤出机中，在螺杆作用下，经挤出在口模中成型，其成型过程类似挤出塑料PVC材。
6、修饰对需要修饰的制品如餐具、各种日用品等用手工挫飞边或电砂轮打飞边，以光滑无缺陷为合格。对膜材、型材等则不需经此工序。
7、喷膜对制品表面处理是一项安全化工作，一般有冷喷、热喷两种。视配方与工艺要求而选取一种作业。喷涂设备为一般的喷漆设施，干燥设备为远红外干燥仪或UV固化仪。膜材料可采用北京东方化工产PB乳液或巨化产PVDC乳液，或德产水性UV涂料。
8、包装对餐具类制品采用无菌包装，在紫外光灯下包装，设施为紫外光消毒机和一般打包设施；对其他制品采用普通包装方法。
本发明可完全生物降解的植物纤维材料制品从本质上和结构上改变了植物纤维的形态，使该组成物具有优异的加工流动性，产品品质优异，技术性能指标完全达到国标GB18006和港际《容器及袋的降解性及食物安全测试指引》的全部指标。而且生产成本低，易于大工业化、自动化生产。
以下是本发明的非限定实施例。
实施例1用可完全生物降解的植物纤维材料制做餐具系列制品(1)、植物纤维原料采用甘蔗渣(或统糠)，将甘蔗渣(或统糠)用碾米设备或干汽齿粉碎机粉碎至1.0mm以下的细度，之后用湿—干法和钠米技术对其表面进行活化处理。其处理方法是先将甘蔗渣(或统糠)湿润到含水量10—40％，通入超临界状态的CO2，于低温下(＜-50℃)处理10—60分钟，同时进行研磨至100nm以下的粉末含量达10％以上时，快速升温增压，加入纳米级的TiO2、CaCO3、高岭土、矿石粉等中的一种或几种，加入硬脂酸/盐活化剂，混合半小时。(2)、配料按下列组成成份比例(重量百分比)配料53％的甘蔗渣(或统糠)粉碎料、25％的糯米粉、15％的氨基树脂、0.25％的氯化铵和0.25％的明矾、4％的二氧化钛、2％的低分子PE蜡、0.5％的小苏打。(3)甘蔗渣(或统糠)粉碎料的预处理将甘蔗渣(或统糠)粉碎料在0.6Mpa蒸汽压、110℃温度下处理30分钟，瞬间御压使物料膨化5—20％。(4)加胶拌料将按比例称取的物料投入高速混料机中，并加入物料重量15％的水，高压汽源温度120℃，汽处理40分钟，压力5Mpa，高速捏合20分钟，捏合温度为60℃，捏合时间5—60分钟，抽真空时间5—10分钟，水份＜20％，物料拌好后应具疏松、柔软性，可手捏成团块。(5)、成型采用热模压成型，压制参数如下主压1—5秒，主压力10吨—100吨，排1—2次气，排气时间1—5秒，保压10—40秒，保压压力为5—50吨。模具温度100℃—150℃。可采用油热或电热方式加热。成型机器可以是二工位或三工位压机或回环式压机。一般使用有5—20单腔模的回环式压机或5—20双腔模的回环式压机。(6)、修饰对成型的制品用手工挫飞边或电砂轮打飞边，以光滑无缺陷为合格。(7)、喷膜对制品表面进行热喷膜。喷涂设备为一般的喷漆设施，干燥设备为UV固化仪。膜材料采用北京东方化工厂产PB乳液。(8)、包装采用无菌包装，在紫外光灯下包装，设施为紫外光消毒机和般打包设施。本发明的餐具制品废弃后，在自然环境中一般1个半月后长满霉菌，3个月后化成黑土。
实施例2制做栽花卉用的盆、钵除以下特别提出的内容外，其他生产过程与实施例1基本相同。
作原料的植物纤维可以是自然界的一切植物纤维，还包括动物粪便，比如牛粪、猪粪、马粪等。现代化集约化工业养殖带来的粪便固体废物处理很难，一般作肥料用，不能从根本上解决问题，最终会导终水土富营养化。而作为材料来开发，可以实现比较圆满的结局。粪便应用前必须经生化法处理，以保证除臭和安全化。其处理参数为调碳/氮比至(15—35)/1，以稻草(粉)为接种物，水份控制在40—75％，有氧通风堆制发酵，高温处理2—7天，高温区为45—75℃。堆垛条件为1.5高×2米宽×4米长。堆制成功后，粪中不应再含活体寄生虫、卵；无致病微生物、无活的杂草种子、无臭味，以腐植质为主。经于燥后，粉碎成1.0mm以下供用。使用时既可单用处理后的粪便，也可混合使用其他植物纤维粉末。通过设定制品配方使制品的降解性控制在半年至三年。采用的配方为(重量百分比)74％的经加工处理的粪便粉料作为植物纤维原料、20％的玉米淀粉、5％的医用胶囊皮、0.3％的硼砂和0.2％的硫酸镁、0.5％硬脂酸镁。制品的最后包装采用普通方法包装，不需杀菌。
实施例3用本发明制作膜材主要指非结构性农膜，其厚度小于0.5mm，宽小于2m。韧性等指标达到农膜标准，降解期3个月，表面处理后可延长至6—9个月。
权利要求
1.一种可完全生物降解的植物纤维材料制品，其特征在于该可完全生物降解的植物纤维材料制品包含下列原料制成的40—90的植物纤维粉末、0.5—35％的天然胶、0.05—20％的可生物降解的化学合成胶、0.01—1％催化剂、0—10％的着色剂、0.01—5％的润滑剂、0—2％的发泡剂(以上都为重量百分比)。
2.根据权利要求1所述的可完全生物降解的植物纤维材料制品，其特征在于所说的天然胶是面粉、糯米粉、红薯粉、玉米淀粉、魔芋、魔芋飞粉、魔芋精粉、海藻胶、改性淀粉、大豆胶蛋白、绿豆粉、豌豆粉等中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的可完全生物降解的植物纤维材料制品，其特征在于所说的可生物降解的化学合成胶为下列胶的一种或几种复配而成的(1)氨基树脂游离醛低于千分之一的改性脲醛胶或三胺胶，或市售的环保型的粉状脲胶。一般要求游离醛低于万分之五，极低游离醛既安全双利于环保，更利于产品长期存放而不霉变，不必使用防霉剂；(2)、半天然化合物季成四醇或丙三醇/乙二醇与丙烯酸酯化物、医用胶囊皮、与植物淀粉或纤维的预聚物、具有氧—还原自动催化固化的半热塑性合成物、具有紫外光(UV)固化功能的预聚物且限定为水性的；(3)生物聚酯类聚乳酸(PCL)、聚羟基丁酯、聚戊酸酯(PHBV)、脂肪族聚酯(Bionol)、及它们的共聚物、改性体、共混物等。
4.根据权利要求1所述的可完全生物降解的植物纤维材料制品，其特征在于所说的催化剂是由以下的二种或多种组成氯化铵、磷酸铵盐、明钒、硼砂、甘油、尿素、亚麻油、色拉油、精盐、硫酸铵盐、绿矾、硫酸镁、氧化镁、碳酸镁、氯化镁等和纳米催化剂等。
5.根据权利要求1所述的可完全生物降解的植物纤维材料制品，其特征在于所说的着色剂为由此以下物质中的一种或几种配制成用户所需颜色二氧化钛、铁红、品绿、孔雀兰、孔雀绿、安全环保卫生的黄色染料、炭黑、教主红、紫色染料、高锰酸钾。
6.根据权利要求1所述的可完全生物降解的植物纤维材料制品，其特征在于所说的润滑剂为外润滑剂或复配体系，由以下物质中的一种或几种组成低分子PE蜡、PEO、改性脂肪酸、天然增塑剂、柠檬酸三丁酯、生物发酵产品X系列、硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸镁、肥皂精、硅藻土、磷酸盐、硅油。
7.根据权利要求1所述的可完全生物降解的植物纤维材料制品，其特征在于所说的发泡剂为小苏打、碳铵、尿素、低分子油酸、发泡剂AC、，由它们中至少一种组成，根据发泡产品要求加入。
8.根据权利要求1至7之一所述的可完全生物降解的植物纤维材料制品，其特征在于用可完全生物降解的植物纤维材料所制成的制品包括餐具、膜材、型材、栽花卉用的盆、钵、培养杯、各种日用品。
9.一种可完全生物降解的植物纤维材料制品的制造方法包括以下工艺流程植物纤维粉碎→按原料配方配料→预处理→加胶拌料→成型→(修饰)→(喷膜)→包装，整个生产步骤如下(1)、植物纤维粉碎将植物纤维原料粉碎到1.0mm以下的细度，之后采用湿—干法和钠米技术对其表面进行活化处理，目的是活化植物纤维表面的蜡质，破坏其木质素的束缚作用，使植物纤维变成无序非晶态；(2)、按配方配料将40—90的植物纤维粉末、0.5—35％的天然胶、0.05—20％的可生物降解的化学合成胶、0.01—1％催化剂、0—10％的着色剂、0.01—5％的润滑剂、0—2％的发泡剂(以上都为重量百分比)配制配合料；(3)、对植物纤维粉料进行预处理对植物纤维粉料用高温高压进行处理，膨化物料，处理温度为105℃——120℃、高压蒸汽0.6Mpa，处理时间为10—60分钟，之后采用瞬间快速御压，让物料膨化5—20％；(4)、加胶拌料拌料机器为高速混料机，它必须具有电加热、水冷却、抽真空、高速捏合的功能。同时还必须具有耐高压(不低于10MPa)的能力。加胶后拌料参数为高压汽源温度不低于110℃，汽处理5—60分钟，压力不高于6Mpa，高速捏合10—30分钟，捏合温度为40—80℃，捏合时间5—60分钟，抽真空时间5—10分钟，制成原料后，控制水份＜20％，物料拌好后应具疏松、柔软性，可手捏成团块；(5)、成型根据不同的制品采用不同的成型方法，如制作餐具，则可采用热模压成型；制作膜材，则可将捏合料投入至3辊或多辊机上，沿用塑胶压延膜法生产工艺，将它制作薄膜产品；制作型材，则可将捏合料投入至挤出机中，在螺杆作用下，经挤出在口模中成型，其成型过程类似挤出塑料PVC材；(6)、修饰对需要修饰的制品如餐具、各种日用品等用手工挫飞边或电砂轮打飞边，以光滑无缺陷为合格；(7)、喷膜对制品根据需要进行表面处理，一般有冷喷、热喷两种，视配方与工艺要求而选取一种作业；(8)、包装对制品进行包装，而对需要杀菌的制品，需在紫外光灯下包装，设施为紫外光消毒机和一般打包设施。
10.根据权利要求9所述的可完全生物降解的植物纤维材料制品的制造方法，其特征在于采用的植物纤维原料可为动物粪便，比如牛粪、猪粪、马粪等，其处理方法为粪便应用前经生化法处理，以保证除臭和安全化，其处理参数为调碳/氮比至(15—35)/1，以稻草(粉)为接种物，水份控制在40—75％，有氧通风堆制发酵，高温处理2—7天，高温区为45—75℃，堆垛条件为1.5高×2米宽×4米长，堆制成功后，粪中不应再含活体寄生虫、卵；无致病微生物、无活的杂草种子、无臭味，以腐植质为主，经干燥后，粉碎成1.0mm以下供用，使用时既可单用处理后的粪便，也可混合使用其他植物纤维粉末。通过设定制品配方使制品的降解性控制在半年至三年。
全文摘要
本发明涉及一种可完全生物降解的植物纤维材料制品及其制造方法。该制品包含下列原料制成的:40－90%的植物纤维粉末、0.5－35%的天然胶、0.05－20%的可生物降解的化学合成胶、0.01－1%催化剂、0－10%的着色剂、0.01－5%的润滑剂、0－2%的发泡剂(以上都为重量百分比)。其制造方法包括以下工艺流程:植物纤维粉碎→按原料配方配料→预处理→加胶拌料→成型→(修饰)→(喷膜)→包装,所制成的制品包括餐具、膜材、型材、栽花卉用的盆、钵、培养杯、各种日用品等。
文档编号C08J5/00GK1389517SQ0111451
公开日2003年1月8日 申请日期2001年6月5日 优先权日2001年6月5日
发明者段若新 申请人:段若新