專利名稱：用于形狀體的均質(zhì)可生物降解的混合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種用于制備用于形狀體的混合物的方法，其中該形狀體在穩(wěn)定的制品的基質(zhì)中具有均勻分散的纖維組分，且具有改進(jìn)的機(jī)械性能。
_4] 相關(guān)技術(shù)描述本發(fā)明涉及一種使纖維在用于形狀體的淀粉基的組合物中均勻分散的方法。而且，本發(fā)明提供一種顯著減少能量的方法并使得生產(chǎn)成本最小化，這具有商業(yè)競爭力。
背景技術(shù)：
目前對于環(huán)境的關(guān)注使得人們努力嘗試使用較少的合成的不可降解的一次性的制品。很多人已經(jīng)嘗試生產(chǎn)可生物降解的、環(huán)境友好的且可再生的材料制成的用品，其中最常用的物品之一是淀粉，淀粉資源豐富、天然且可再生?？墒秤玫氖澄锶萜骼缤斜P、錐體和杯子已經(jīng)制成為包括防潮、食品級且隔離的涂層。通常添加脂肪或油類以幫助去除來自烘焙模具的形狀體。這些脂肪的氧化導(dǎo)致這些容器變得腐臭。而且，這些淀粉基的容器通常太脆且非常易碎，因為它們具有不完全的低斷裂能和低的彈性強(qiáng)度，而這些性質(zhì)對于大多數(shù)包裝材料是非常重要的。有效地使用這些制品的其他薄弱點是，它們在過于干燥或過于潮濕的條件下具有相當(dāng)差的保質(zhì)期，該條件將導(dǎo)致腐爛和腐敗。因此生產(chǎn)者試圖通過用各種長度的纖維填充淀粉基制品以提高強(qiáng)度(Anderson等，美國專利號5，618，341; 5，679，145;和6，168,857的專利)。使用纖維的一個主要問題是不能使纖維合適且均勻地分散在整個形狀體中，從而導(dǎo)致該淀粉基容器具有非常差的質(zhì)量。為防止纖維結(jié)塊，已使用更多的液體組分以獲得更好的纖維分散度。然而，即使在這樣的淀粉基材料中添加大量的高達(dá)80%的水，也不會得到如Anderson等人(美國專利號5，679，145的專利)所提到的任何長度的纖維充分分散。不僅在分散上(甚至對于較短長度的纖維)不充分，而且加入如此大量的水會導(dǎo)致該制品的生產(chǎn)成本有較大的增加，因為需要增加時間和能量來從制得的產(chǎn)品中去除過量的水。因此，整體上，需要有纖維以增強(qiáng)淀粉基的制品的強(qiáng)度將是有商業(yè)競爭力的，但實現(xiàn)可生物降解的容器的最優(yōu)成本-效益生產(chǎn)的最關(guān)鍵步驟是使纖維均勻地分散在整個形狀體中。這樣的問題已在許多用于制造淀粉基制品的發(fā)明中被強(qiáng)調(diào)。已經(jīng)有人進(jìn)一步嘗試將少量的惰性無機(jī)填料加入至淀粉基組合物中以削減材料的成本。然而，僅加入少量的無機(jī)填料，即，小于10% (體積)是可能的，因為在這類填料的量增加時該模塑制品的機(jī)械性能和強(qiáng)度急劇下降。大多數(shù)嘗試都失敗了。所有這些都是在淀粉基的制品可用于商業(yè)上并在全世界范圍使用之前有待解決的非常重要的問題。 王(Wang)(美國專利申請公開號US2009/0255639的專利申請)公開了一種用于制造可生物降解的纖維材料組合物的方法，該方法將軟化的竹纖維、粘合劑、固化劑、防水劑、淀粉和水的混合物在1，OOO至1，800rpm/min的速度下攪拌。然而，使用25% -35% wt的水，與竹子粉末在1，000-1, 800rpm/min的速度攪拌，如所述的，在35-45° C攪拌5_30分鐘使竹纖維軟化，這導(dǎo)致纖維在混合物中不均勻的分布。這導(dǎo)致在形狀體制品中具有不需要的性能。
安德森(Anderson)和霍德森(Hodson)(美國專利號5, 618, 341 和 5, 679, 145 的專利)嘗試使用兩步混合工藝使纖維均勻地分散在淀粉-粘合多孔基質(zhì)中，其中通過使一部分淀粉基粘合劑或其他增稠劑在水中凝膠化形成預(yù)共混的混合物，以形成具有高的屈服應(yīng)力的液相，并將這些纖維將基本均勻地分散在該液相中。然后，將剩余的淀粉基粘合劑、水和其它組分如脫模劑、無機(jī)填料、流變性改性劑、增塑劑、整體的涂層或密封材料、以及分散齊U，加入到預(yù)共混的混合物以形成一可成型的淀粉基組合物。然而，這顯然要消耗相當(dāng)?shù)臅r間和能量以使纖維均勻地分散在任何粘性液相中。因此，他們公開的方法需要很多昂貴的設(shè)備和更多的工作，并且難以實現(xiàn)該制品的有效生產(chǎn)。生產(chǎn)成本大大增加，并且不具有商業(yè)競爭力且該產(chǎn)品將是不可接受的。此外，在其公開中提到的，加入較大長度的纖維(>2_)以用于提高模塑制品的強(qiáng)度不利地導(dǎo)致性能沒有改進(jìn)，甚至因為非常差的分散、結(jié)塊、和/或纖維與初始組合物的淀粉基的液體組分的隔離而產(chǎn)生較差的制品。使用他們的分散方法生產(chǎn)形狀體因此是不可能的。田中(Tanaka)(美國專利申請公開號US2005/0158541的專利申請)嘗試使用水溶性多糖并將植物纖維粉末分散于其中。在他公開的方法中，該植物纖維材料(60-200目)在高溫使用150-180°C的蒸汽洗滌和消毒，其中酶的作用被終止并保持了植物纖維材料的天然顏色。他的發(fā)明將淀粉粉末、膠狀物質(zhì)粉末和水混合以形成植物纖維成型材料，該材料易于噴射成型。該植物纖維成型材料為滋潤的粉末并且不具有流動性，直到它從噴嘴被注入到模具中。高溫控制在60到130°C，因此需要使淀粉成膠狀，并使得該材料流能填滿模具。在該范圍外的較低或較高的溫度會導(dǎo)致在該模具中缺少填充，因為在前一種情況下該材料沒有從注塑機(jī)的注射噴嘴排出。在后一種情況下，在高于130°C的溫度，注塑成型機(jī)的噴嘴吹出的蒸汽體積增加使得該模具的腔體的端部被氣體填充，從而導(dǎo)致填充的缺乏。因此，田中描述的方法是不理想的，且不具有制造上的競爭力，因為它是不一致的且具有低重現(xiàn)性。總體來說，已進(jìn)行這么多的嘗試，用于使不同長度的纖維均勻地分散在整個淀粉基基質(zhì)中以增加制品的強(qiáng)度。到目前為止，使用具有更大粘度的水或液相并沒有幫助解決結(jié)塊的問題，因此導(dǎo)致不可接受的性能非常差的產(chǎn)品，并且使其消耗相當(dāng)?shù)臅r間和能量，因此商業(yè)上并不可行。Poovarodom和Praditdoung (美國專利號7，067, 651的專利)公開了一種非合成的可生物降解的淀粉基組合物和將該組合物轉(zhuǎn)化成各種泡沫類的產(chǎn)品的方法。該方法現(xiàn)已經(jīng)被成功的改進(jìn)，以通過添加天然纖維增加形狀體的強(qiáng)度，該纖維均勻地分散在整個淀粉基質(zhì)中，且最小地利用了時間和能量。在本領(lǐng)域中，提供一種理想的制造均質(zhì)的可生物降解的用于形狀體的混合物的方法將是一個巨大的改進(jìn)。該方法相對于現(xiàn)有技術(shù)在生產(chǎn)工藝的成本-效益和其重現(xiàn)性方面有巨大的改進(jìn)，其中在混合過程中不需添加水。所有的組分與纖維混合，并以適當(dāng)?shù)乃俣入x心，該速度可以使淀粉顆粒與其它顆粒組分一起滲透并與該纖維組分均勻混合，產(chǎn)生易于使用的均質(zhì)的大的(bulky)物質(zhì)塊。在混合過程中不需要增稠劑或任何粘性液相。在最終混合物的基質(zhì)中未檢測到結(jié)塊。通過添加最佳量的水，并捏合，得到一種易于轉(zhuǎn)化成所需的形狀體的理想的團(tuán)塊(dough )。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明描述了一種用于制備均質(zhì)的可生物降解的混合物的方法，該混合物用于生產(chǎn)形狀體。需要加強(qiáng)填料以增加容器的強(qiáng)度，使其在商業(yè)上是可接受的。來源于不同的天然來源的纖維，尤其是來自各種制造業(yè)的廢棄物的纖維可作為填料。所使用的纖維材料是來源于竹制品生產(chǎn)的廢棄物?？色@得細(xì)長的纖維。處理是將纖維在PH8的水中煮20分鐘，其中將上清液倒掉以去除葉綠素。進(jìn)一步將纖維研磨至優(yōu)選為2-4mm的長度。該處理的纖維與所有其他成分在轉(zhuǎn)動體中混合，該轉(zhuǎn)動體以1，800-2, OOOrpm的轉(zhuǎn)速在環(huán)境溫度轉(zhuǎn)動5-10分鐘。淀粉顆粒和其他成分滲透并與纖維材料混合均勻。向該干混合物中逐漸加入水 同時捏合，產(chǎn)生用于生產(chǎn)形狀體的具有最佳性能的團(tuán)塊。該干混合物可在使用前在室溫下保存至少6個月。
具體實施例方式本發(fā)明描述了一種用于將用于形成可生物降解的形狀體的多種成分與天然纖維混合以獲得均質(zhì)的混合物的方法，該混合物在其整個基質(zhì)中基本上沒有纖維組分的結(jié)塊。該混合物易于進(jìn)行進(jìn)一步的處理。另一較大的優(yōu)勢是該干混合物與適量的水(O. 5-1. O倍)一起揉捏之前具有相當(dāng)長的保質(zhì)期，長達(dá)6個月。這對于現(xiàn)有技術(shù)中描述的使用液體分散劑的所有混合物是不可能實現(xiàn)的，而且，這些混合物不可能進(jìn)行甚至是短的時間的存儲，如果存儲，這將占用太大的空間。在本公開文件中，用于增加形狀體強(qiáng)度的天然纖維，可以是來自制造業(yè)，如家具和木材或食品制造業(yè)的廢棄物，例如，果肉，果皮，米糠，堅果殼，木薯漿料等。最佳的是，來自竹子或禾本科(Poaceae)的其他植物的廢棄物,合適的莎草科植物的廢棄物。任何具有40%以上的纖維素的纖維都是最可取的，其中半纖維素和外部物質(zhì)可作為連續(xù)基質(zhì)內(nèi)部的纖維素的粘合劑。纖維是通過對來自制造業(yè)的竹廢棄物的研磨通過縱向磨蝕(abrasion)獲得，這些竹廢棄物否則需要被燒掉并使全球變暖問題惡化。纖維在pH8的水中煮20分鐘，棄上清液以去除葉綠素和色素。這些具有20-30% wt的水分的纖維進(jìn)一步被研磨至2-4mm的最終長度，且具有8-12% wt的水分。該處理過的纖維與所有其它成分在轉(zhuǎn)動體中很好地混合，該轉(zhuǎn)動體在1，800-2, OOOrpm的轉(zhuǎn)速在環(huán)境溫度轉(zhuǎn)動5_10分鐘。不使用水，利用離心力使得淀粉顆粒和其他成分令人滿意地均勻地滲透且與纖維部分充分混合。這是一種干混合，這與所有的現(xiàn)有技術(shù)有顯著區(qū)別并且在時間和能量上非常有效率的，這使得該工藝具有較大再現(xiàn)性以具有商業(yè)競爭力，使得在最終產(chǎn)品混合物具有最好的性能。逐漸加入適量的水，約O. 5-1. O倍(重量)，優(yōu)選為O. 6倍(重量)，同時捏合以形成用于制造所需的形狀體的理想的團(tuán)塊。使用來自不同行業(yè)的廢棄物來制造有用的產(chǎn)品，在環(huán)保節(jié)能方面有幫助，否則處置這些廢棄物可能會花費巨大，并且這在當(dāng)前是一個很大的環(huán)境問題。實施例I用于形狀體的組合物(重量百分比)
權(quán)利要求
1.一種制備均質(zhì)的可生物降解的混合物的方法，其中所述混合物用于生產(chǎn)具有所需的強(qiáng)度的形狀體，所述方法包括以下步驟利用離心力將纖維與所有其他成分干混合以使纖維增強(qiáng)填料均勻分散。
2.如權(quán)利要求I所述的制備均質(zhì)的可生物降解的混合物的方法，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)填料由竹子或其他禾本科的草或莎草科的草制成，或者由來自木材工業(yè)或食品工業(yè)的廢棄物制成，其中所述纖維通過竹子的縱向磨蝕獲得。
3.一種用于制備如權(quán)利要求2所述的均質(zhì)的可生物降解的混合物的方法，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)填料長度為2-4mm。
4.一種用于制備如權(quán)利要求I所述的均質(zhì)的可生物降解的混合物的方法，其特征在于，使用的離心力為1，800-2，OOOrpm，且在環(huán)境溫度持續(xù)5_10分鐘。
5.一種用于制備如權(quán)利要求I所述的均質(zhì)的可生物降解的混合物的方法，其特征在于，所有其他成分為 淀粉 30-70% 塑化劑0-10%粘合劑O — 5%堿或鹽0.1-0.5% 加水至100%,,
6.一種用于制備如權(quán)利要求I所述的均質(zhì)的可生物降解的混合物的方法，其特征在于，所述纖維增強(qiáng)填料占所述組合物的5-30%。
7.一種用于制備如權(quán)利要求I所述的均質(zhì)的可生物降解的混合物的方法，其特征在于，所述增強(qiáng)填料選自天然纖維材料，例如來自竹子、或禾本科或莎草科的草的纖維，木薯漿料和惰性多孔粉末例如石灰石，硅藻土，膨潤土，沸石，滑石，這些增強(qiáng)填料可單獨使用或以混合物使用。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種均質(zhì)的可生物降解的用于生產(chǎn)形狀體的混合物的制備方法。增強(qiáng)填料為選自多種天然來源的纖維，尤其是來自各種生產(chǎn)制品的廢棄物。通過對竹子廢棄物的縱向的磨蝕獲得細(xì)長的纖維。將該纖維在pH8的水中煮20分鐘，棄去上清有助于去除葉綠素。還將纖維研磨至2-4mm的優(yōu)選的長度。該處理的纖維與所有的其他成分在轉(zhuǎn)動體中混合，該轉(zhuǎn)動體以1,800-2,000rpm的轉(zhuǎn)速在環(huán)境溫度轉(zhuǎn)動5-10分鐘。淀粉顆粒和其他成分滲透并在纖維基質(zhì)中充分混合。漸進(jìn)地加入水并捏合以形成易于生產(chǎn)需要的形狀體的理想的團(tuán)塊。
文檔編號C08L97/02GK102985475SQ201080067819
公開日2013年3月20日 申請日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者那甘提普·普瓦魯多姆 申請人:那甘提普·普瓦魯多姆