專利名稱：植物纖維復(fù)合材料、其制品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種植物纖維復(fù)合材料，尤其是一種生態(tài)環(huán)保型植物纖維復(fù)合材料，本發(fā)明還涉及該復(fù)合材料制品及其制造方法。
為消除“白色污染”，世界各地紛紛尋求塑料和發(fā)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(xiàn)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(shù)有100多項，其中中國現(xiàn)有公開的專利技術(shù)有60多項，美國、日本、德國、瑞士、泰國等也均有該類專利技術(shù)公開，但只有為數(shù)較少的技術(shù)形成商品化的生產(chǎn)能力，該類制品尚未能大規(guī)模地進入市場，用以取代塑料和發(fā)泡塑料制品。究其原因一是成本較高，植物纖維為原料決定了制品重量較重，以快餐飯盒為例，發(fā)泡塑料快餐飯盒每只重僅5g，紙飯盒每只重25g，植物纖維制飯盒每只重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愿意接受；三是韌性較差，運輸途中或使用過程中破損率較高。
而從現(xiàn)有公開的專利技術(shù)來看，各種一次性餐用具盡管其用料配方不盡相同，但其制作工藝均不外乎采用“制漿模塑工藝”、“濕法冷壓工藝”和“干法熱壓工藝”三種制造方法。這三種工藝制造方法雖各有其優(yōu)缺點，但均為間歇式流水作業(yè)，不能形成連續(xù)式流水作業(yè)。
本發(fā)明的一個目的是提供一種植物纖維復(fù)合材料，其具有可生物降解的功能，是一種生態(tài)環(huán)保型材料；本發(fā)明的另一目的是提供該植物纖維復(fù)合材料在模制餐具和/或用具方面的應(yīng)用；
本發(fā)明的再一目的是提供一種使用該植物纖維復(fù)合材料制作餐具及用具的成型加工方法，其是一種可連續(xù)式流水作業(yè)的工藝制造方法。
本發(fā)明的植物纖維復(fù)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。
用于本發(fā)明的植物纖維，其選自稻殼、稻草、麥麩、麥桿、豆箕、棉桿、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(yōu)選70-80份。
所述的聚碳酸酯優(yōu)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(yōu)選為10000-15000，用量優(yōu)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(yōu)選鈦白粉，其用量優(yōu)選4-5份。
本發(fā)明的植物纖維復(fù)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(yōu)選3-5份。
利用本發(fā)明的植物纖維復(fù)合材料制作餐具和/或用具的可連續(xù)式流水作業(yè)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斗中，將相當于植物纖維重量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，然后將攪拌后的混合料加入造粒機中，于120-200℃下造粒得到粒料；3、將上述粒料加入雙螺桿擠出機料斗中，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(xù)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(xù)不斷地輸送至與雙螺桿擠出機相連的沖床上，于150-250℃下連續(xù)不斷的將片材沖壓成型，即得制品。
在本發(fā)明中，所述的膨化后的植物纖維粉末大小為10-120目，優(yōu)選20-40目，該植物纖維粉末的含水量為20-50％，優(yōu)選30％。
在所述的雙螺桿擠出機中擠出加工本發(fā)明的植物纖維復(fù)合材料的工藝條件優(yōu)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(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的特征加以詳細地說明。


圖1是本發(fā)明植物纖維復(fù)合材料制品加工的連續(xù)式流水作業(yè)示意圖。
實施例1植物纖維復(fù)合材料顆粒的制備根據(jù)如表1所示的植物纖維復(fù)合材料的組成配方，按照下述步驟對每一配方的植物纖維復(fù)合材料進行造粒1、膨化干燥植物纖維，并將其送入沈陽糧油機械廠制造的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(chǎn))、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，然后將混合料放入常規(guī)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％左右的植物纖維復(fù)合材料顆粒。
表1(單位kg)
實施例2植物纖維復(fù)合材料制品的制備按照如表2所示的本發(fā)明植物纖維復(fù)合材料顆粒的擠出成型加工工藝條件將實施例1所提供的配方制得的植物纖維復(fù)合材料顆粒投入雙螺桿擠出機5料斗4中，粒料從料斗進入機筒后，在機筒溫度和螺桿的旋轉(zhuǎn)壓實及混合作用下，粒料由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢鲃有缘木鶆蜻B續(xù)熔體，該熔體在螺桿的旋轉(zhuǎn)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沖床7，沖床的上、下模具按制品要求的形狀尺寸加工制作，沖模溫度為180℃，在擠出機機頭將植物纖維復(fù)合材料片狀推至上、下模具之間的瞬間，上模沖下，將成材沖壓成制品，沖壓的動作為3秒一次，沖壓同時完成了切斷、切邊動作，制品成型后被輸送帶8帶走固型冷卻。
表2
實施例3植物纖維復(fù)合材料制品的常規(guī)性能測試樣品使用實施例1中配方一的植物纖維復(fù)合材料制成的一次性方便面碗試驗標準1．GB 5009.60-85《食品包裝用聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯成型品衛(wèi)生標準的分析方法》2．GB 9683-88《復(fù)合食品包裝袋衛(wèi)生標準》3．TB/T2611-94《鐵路快餐飯盒供貨通用技術(shù)條件》表3
試驗結(jié)果如表3所示，可見本發(fā)明產(chǎn)品的常規(guī)性能已達到了相關(guān)試驗標準的要求，特別是其正己烷蒸發(fā)殘渣、4％醋酸蒸發(fā)殘渣及65％乙醇蒸發(fā)殘渣的值大大低于標準值。
實施例4植物纖維復(fù)合材料制品的生物降解性試驗檢測單位中國環(huán)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(nèi)單位重量樣品產(chǎn)生CO2的數(shù)量。
試驗?zāi)Ｐ瓦x擇由實施例1中配方一制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(jié)果試驗組的每克一次性餐具32天產(chǎn)生CO2量為590毫克而對照組的每克可降解PE塑料膜32天后產(chǎn)生CO2量為480毫克，每克可降解性PS塑料餐盒產(chǎn)生CO2量290毫克。因此，本發(fā)明的植物纖維復(fù)合材料制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(jié)束后在試驗組餐具樣品中可見很多白色霉菌斑且強度明顯降低。
實施例5植物纖維復(fù)合材料制品的急性毒性試驗樣品選擇由實施例1中配方一制得的一次性餐具檢測單位中國國家環(huán)境保護局北京環(huán)境醫(yī)學研究所試驗標準參照中華人民共和國鐵道部行業(yè)標準“鐵路快餐飯盒供貨通用技術(shù)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于4個索式抽提器中，于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并回流2小時(其中加入水和4％醋酸的抽提器置于石蠟浴中加熱，加入65％乙醇和正己烷的抽提器置于水浴中加熱)。然后將四種回流液均勻地混合后置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器70-75℃減壓濃縮，將濃縮液定容至100ml，加2克淀粉加熱成糊狀，供實驗用。
試驗方法實驗動物為中國醫(yī)學科學院動物中心提供的昆明種小鼠，體重為13-22克。
(1)預(yù)試驗雌雄9只小鼠，各隨機分成三組，每組3只小鼠。染毒劑量為20g/Kg,19g/Kg,5g/Kg。經(jīng)口一次灌胃染毒。
(2)正式試驗雌雄40只小鼠，各隨機分為四組，每組10只動物。根據(jù)預(yù)試驗結(jié)果，染毒劑量為20g/kg、10g/kg/、5g/kg、2.5g/kg。經(jīng)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。染毒后觀察一周，記錄動物中毒癥狀和死亡時間。如LD50大于10g/kg，可不必測算LD50；如LD50小于10g/kg，用概率單位-圖解法重新試驗測定LD50。
實驗結(jié)果(1)預(yù)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癥狀。
(2)正式試驗雌雄四個劑量組，每組各10只動物均未見死亡，也未見有任何中毒癥狀。
測得送檢樣品的LD50大于20g/kg。
結(jié)果稻殼制一次性餐具經(jīng)前處理后濃縮液的半數(shù)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(fā)明的植物纖維復(fù)合材料是一種無味、無臭、無毒的熱塑性復(fù)合材料，是一種生態(tài)環(huán)保型的復(fù)合材料，其制品能耐冷、耐熱、耐酸、耐堿，且最大的優(yōu)點是耐沖擊、韌性高、蠕變小、制品尺寸穩(wěn)定，該制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，不會對土壤造成污染。目前使用本發(fā)明的植物纖維復(fù)合材料制成的的一次性餐具已開始大批生產(chǎn)，產(chǎn)品銷往日本等國。
以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用以限制本發(fā)明的范圍，任何本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員在不背離本發(fā)明精神和范圍內(nèi)，所做的任何潤飾與更改，均屬于本發(fā)明權(quán)利要求書的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種植物纖維復(fù)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(jù)權(quán)利要求1的植物纖維復(fù)合材料，其中所述的植物纖維選自稻殼、稻草、麥麩、麥桿、豆箕、棉桿、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(jù)權(quán)利要求1的植物纖維復(fù)合材料，其中所述植物纖維的用量為70-80份。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的植物纖維復(fù)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(jù)權(quán)利要求1的植物纖維復(fù)合材料，其中所述聚碳酸酯的用量為15-20份。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的植物纖維復(fù)合材料，其中所述聚碳酸酯的分子量為10000-15000。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的植物纖維復(fù)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(jù)權(quán)利要求7的植物纖維復(fù)合材料，其中所述食用著色劑為鈦白粉。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的植物纖維復(fù)合材料，其中所述食用著色劑的用量為2-5份。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的植物纖維復(fù)合材料，其進一步包括按重量份計的5-15份MDI。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的植物纖維復(fù)合材料，其中MDI的用量為3-5份。
12.一種將根據(jù)權(quán)利要求1的植物纖維復(fù)合材料制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斗中，將相當于植物纖維重量10-30％的水加入膨化腔，開動植物纖維膨化機使植物纖維產(chǎn)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，然后將攪拌后的混合料加入造粒機中，于120-200℃下造粒得到粒料；(3)將上述粒料加入雙螺桿擠出機料斗中，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(xù)不斷地擠出成型為片材；(4)將上述擠出片材連續(xù)不斷地輸送至與雙螺桿擠出機相連的沖床上，于150-250℃下連續(xù)不斷的將片材沖壓成型，即得制品。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的加工方法，其中所述的膨化后的植物纖維粉末大小為10-120目，優(yōu)選20-40目。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的加工方法，其中所述的膨化后的植物纖維粉末的水含量為20-50％，優(yōu)選30％。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的加工方法，其中所述的雙螺桿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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)利要求12的加工方法，其中所述沖床的模具的溫度為180C。
18.根據(jù)權(quán)利要求1-11任意之一的植物纖維復(fù)合材料在成型制造餐具和/或用具方面的應(yīng)用。
19.使用權(quán)利要求1-11任意之一的植物纖維復(fù)合材料制得的餐具和/或用具，其是無毒、可降解的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種植物纖維復(fù)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,該復(fù)合材料是一種無味、無臭、無毒的生態(tài)環(huán)保型的熱塑性復(fù)合材料。本發(fā)明還涉及該復(fù)合材料制品及其制造方法,該制造方法是一種可連續(xù)式的流水作業(yè)制造方法。
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(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者王友桐 申請人:王友桐