基于葵花籽殼或葵花籽外皮的生物材料產(chǎn)品的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于葵花籽殼或葵花籽外皮的生物材料產(chǎn)品。這種產(chǎn) 品的基礎(chǔ)是生物材料或生物復(fù)合物，所述生物材料或者生物復(fù)合物例如已經(jīng)作為 "Wood-Plastic-Composites塑合木"（簡稱WPC)，即木材塑料復(fù)合材料已知。其也被稱為 木材（纖維）高分子復(fù)合材料（"Wood(-fiber)Polymer Composites"）或者木材聚合物材 料。上述生物材料是熱塑性加工的復(fù)合材料，所述熱塑性加工的復(fù)合材料由不同份額的木 材 典型地為木粉 塑料和添加劑制備。它們通常以塑料技術(shù)的現(xiàn)代方法、如擠壓、注 射成型、滾塑成型或者借助于壓制技術(shù)來加工，但是也可以以熱成型方法加工。
【背景技術(shù)】
[0002] 在WPC中不僅已知：加工木材（特別是木粉），而且已知其它的植物纖維，例如紅 麻、黃麻或者亞麻。
[0003] 在本發(fā)明中涉及改進(jìn)迄今為止已知的WPC，也就是說改進(jìn)迄今為止已知的天然纖 維強(qiáng)化的塑料，尤其是對于原始材料降低所述塑料的制造成本。
[0004] 在迄今為止已知的WPC中，木材份額通常大于20%，因此例如已知如下WPC :其中 木材纖維份額或者木粉份額為50 %至90%，并且這些材料被嵌入由聚丙烯（PP)或者鮮少 由聚乙烯（PE)構(gòu)成的塑料基體中。由于木材的熱敏感性，木材的加工溫度僅在200°C之下 時(shí)才是可行的。在更高溫度的情況下導(dǎo)致木材的熱反應(yīng)和分解，這整體上以不期望的方式 改變材料的特性。
[0005] 在迄今已知的天然纖維強(qiáng)化的塑料中，也通過添加添加劑優(yōu)化特定的材料特性。 這種材料特性例如是木材和塑料之間的結(jié)合、流動(dòng)性、阻燃、配色以及尤其是對于室外應(yīng)用 而言也是耐候性、抗紫外線和抗病蟲害。
[0006] 也已知的是，基于由各50%的聚氯乙烯（PVC)和木纖維的混合物制造 WPC。所 述WPC被稱作基于熱塑性加工的熱固性塑料（如改性的三聚氰胺樹脂）同樣在研發(fā)過 程中還處理類似木材的產(chǎn)品（如竹子）于是被稱作"竹塑料復(fù)合材料（Bamboo Plastic Composites，BPC) "。BPC歸類于WPC復(fù)合材料，其中木材纖維通過竹纖維來代替。
[0007] 所描述的生物材料相對于傳統(tǒng)的木材材料、如硬紙板或者膠合板的優(yōu)點(diǎn)在于材料 的自由的、三維的可成形性和更大的耐濕性。相對于全塑料，WPC提供了更高的強(qiáng)度和顯著 更小的熱膨脹系數(shù)。迄今為止的生物材料的缺點(diǎn)還在于：相對于板材降低其斷裂強(qiáng)度，相對 于實(shí)心的模制件并且相對于板材具有加固的填料的模制件是不易折斷的。未經(jīng)隨后覆層的 模制件的吸水率高于在具有薄膜覆層或者流動(dòng)覆層的模制件或者實(shí)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為露臺地板或者用于制造板同樣是已知的，如主要 在建筑、汽車和家具工業(yè)之中應(yīng)用WPC、地板覆蓋的室外區(qū)域（露臺、游泳池）、房屋立面和 家具中應(yīng)用WPC、尤其是用作為熱帶木材的替代物。也已知多種由WPC構(gòu)成的椅子和貨架系 統(tǒng)。其它的應(yīng)用是書寫工具、甕、家用設(shè)備；WPC生物材料在工程領(lǐng)域中作為用于電絕緣的 部件的型材來使用并且在汽車工業(yè)中尤其作為車門內(nèi)襯和后窗臺板來使用。
[0009] US 2009/0110654 Al公開了一種生物塑料復(fù)合物，所述生物塑料復(fù)合物以除木材 之外一系列的生物學(xué)材料為基礎(chǔ)，此外也以向日葵組成部分如葵花籽殼為基礎(chǔ)。在此，塑料 材料也能夠源自聚烯烴、縮醛樹脂、聚酰胺、聚酯或纖維素酯和纖維素醚。在此，植物纖維的 份額通常在25%至50%之間，在水解的植物材料中，該份額甚至還明顯更高。尋求如下目 標(biāo)：也在添加用于氣味控制的反應(yīng)物的情況下，制備一種低氣味的或者控制氣味的生物塑 料復(fù)合物。
[0010] US 2002/0151622 Al公開了一種用于吸收揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC)的塑料復(fù)合 材料，為此以極寬的范圍（3% -80% )使用含纖維素的材料、例如也包括葵花籽殼。
[0011] 此外，在US 2009/0110654 Al以及US 2002/0151622 Al中公開的基于葵花籽殼 的生物塑料復(fù)合物僅在直至204°C的加工溫度下應(yīng)用。由于復(fù)合物的可能的損害，明確不推 薦更高的溫度。
[0012] 最后，Ulven等于2010年在國家農(nóng)星管理會議（National Farm Management Conference)上提出一種基于如還有PP、PE、ABS還有PMMA的塑料的生物塑料復(fù)合物的制 備，在所述生物塑料復(fù)合物中以在5%和50%之間的份額使用植物纖維、如葵花籽殼。然 而，未陳述關(guān)于生物塑料的耐熱性。也未提及關(guān)于葵花籽殼的特性的參數(shù)的準(zhǔn)確的描述或 限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的主要目的在于，改進(jìn)迄今的、作為相應(yīng)的生物材料產(chǎn)品的基礎(chǔ)的WPC生 物材料，尤其也更成本示意地構(gòu)成并且改進(jìn)其材料特性。附加地，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的復(fù) 合的材料的注射成型加工。
[0014] 該提出的主要目的通過具有根據(jù)權(quán)利要求1的特征的生物材料產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選 的實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求中公開和要求保護(hù)。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明提出，應(yīng)用尤其葵花籽殼或葵花籽外皮作為用于生物材料的原始材料 (基礎(chǔ)）來代替木材、竹子或者其它類似木材的纖維產(chǎn)品并且用于制造這種產(chǎn)品。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明，該提出的目的通過根據(jù)本發(fā)明的、用于基于葵花籽殼或葵花籽外皮 制造生物材料產(chǎn)品（生物材料）的方法來實(shí)現(xiàn)，其包括下列步驟：
[0017] 提供或制備復(fù)合的材料，其中
[0018] 該材料通過葵花籽殼材料或葵花籽外皮材料與塑料材料復(fù)合產(chǎn)生，
[0019] 并且
[0020] 在260°C或更低的溫度下將該復(fù)合的材料或者通過處理從中產(chǎn)生的復(fù)合的材料加 工成生物材料產(chǎn)品，
[0021] 其中由葵花籽殼材料或葵花籽外皮材料構(gòu)成的總份額在生物材料產(chǎn)品中以生物 材料產(chǎn)品的總質(zhì)量計(jì)占20重量％至60重量％的范圍，并且
[0022] 其中優(yōu)選生物材料產(chǎn)品具有
[0023] lg/cm3或大于lg/cm3的密度和/或
[0024] 1000 MPa或大于1000 MPa的彈性模量
[0025] 和 / 或，
[0026] IOMPa或大于IOMPa的抗拉強(qiáng)度和/或
[0027] 3%的或大于3%的斷裂伸長率。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的方法是尤其優(yōu)選的（如上文或下文稱作"優(yōu)選"），其中葵花籽殼材 料或葵花籽外皮材料在生物材料產(chǎn)品中的份額以生物材料產(chǎn)品的總重量計(jì)占30重量％至 50重量％的范圍，優(yōu)選以生物材料產(chǎn)品的總重量計(jì)占45重量％。
[0029] 作為葵花籽殼或葵花籽外皮的原始生物源的向日葵在世界范圍種植，其中所述葵 花籽殼或葵花籽外皮用作為根據(jù)本發(fā)明的生物材料產(chǎn)品的基礎(chǔ)。生產(chǎn)向日葵的目的主要在 于：獲得葵花籽和尤其是其含物。在加工籽之前，葵花籽必須脫殼，也就是說，將真正的葵花 籽從其殼或外皮中脫離。這些殼或外皮大量在葵花籽產(chǎn)品中產(chǎn)生并且也能夠作為葵花籽產(chǎn) 品的不期望的副產(chǎn)品用于其它的使用目的，例如作為飼料或者飼料的組成部分，作為燃料， 作為在沼氣廠中的生物質(zhì)等。
[0030] 葵花籽殼或葵花籽外皮的優(yōu)點(diǎn)首先在于：所述葵花籽殼或葵花籽外皮 不僅大量地出現(xiàn)，而且它們已經(jīng)由于其小的尺寸以相對小形式存在進(jìn)而應(yīng)僅需要 少量的再加工、例如碾碎，以便形成用于同樣根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合的材料（"SPC"， Sunflower-Plastic-Composite，向日葵塑料復(fù)合材料）的原始材料（根據(jù)本發(fā)明為葵花籽 殼材料或葵花籽外皮材料），所述復(fù)合的材料在260°C或更低的溫度下被加工成生物材料 產(chǎn)品。因此，碾碎或者研磨葵花籽殼或葵花籽外皮與制造用于WPC產(chǎn)品的木粉相比與顯著 更小的能量耗費(fèi)結(jié)合在一起。
[0031] 使用且利用葵花籽殼或葵花籽外皮的特別的優(yōu)點(diǎn)也在于：所述葵花籽殼或葵花籽 外皮也極其適合用于SPC，所述SPC用于制造包裝、例如瓶、罐，尤其是食品包裝。
[0032] 因此，本發(fā)明也涉及將如上文或下文所限定的復(fù)合的材料（SPC，向日葵塑料復(fù)合 材料）用于制造（如上文或下文所限定并且稱作"優(yōu)選"的）生物材料產(chǎn)品的應(yīng)用，其中優(yōu) 選生物材料產(chǎn)品形成或者是包裝的、家具的、可敷設(shè)的面元件的和汽車部件的組成部分。
[0033] 但是首先在第一個(gè)測試中也示出：被碾碎的或者被研磨的葵花籽殼或葵花籽外皮 能夠優(yōu)良地適合于加工為SPC進(jìn)而優(yōu)良地能夠制造食品包裝，所述食品包裝絲毫不會不利 地或者以任何方式改變所保存的食品的味道。
[0034] 因此，同樣地優(yōu)選將如上文或下文所限定的復(fù)合的材料（SPC，向日葵塑料復(fù)合材 料）用于制造（如上文或下文所限定并且稱作"優(yōu)選"的）生物材料產(chǎn)品的根據(jù)本發(fā)明的 應(yīng)用，其中包裝是食品包裝，優(yōu)選是罐或瓶或薄膜。
[0035] 因此本發(fā)明也描述極其耐久的方案，即以節(jié)約資源的方式制造包裝材料等。
[0036] 此外，優(yōu)選的是將如上文或下文所限定的復(fù)合的材料（SPC，向日葵塑料復(fù)合材 料）用于制造（如上文或下文所限定并且稱作"優(yōu)選"）生物材料產(chǎn)品的根據(jù)本發(fā)明的應(yīng) 用，其中家具選自：門、鍋、花盆、箱子、運(yùn)輸箱和集裝箱。
[0037] 附加地，特別尤其優(yōu)選的是將如上文或下文所限定的復(fù)合的材料（SPC，向日葵塑 料復(fù)合材料）用于制造（如上文或下文所限定并且稱作"優(yōu)選"）生物材料產(chǎn)品的根據(jù)本發(fā) 明的應(yīng)用，其中可敷設(shè)的面元件是地板或露臺地板，主要是鋪面（Decking)。
[0038] 加工碾碎的和/或研磨的葵花籽殼或葵花籽外皮能夠有利地如在制備木塑復(fù)合 材料時(shí)那樣進(jìn)行。
[0039] 在此，葵花籽殼的份額或葵花籽外皮的份額能夠?yàn)樯锊牧袭a(chǎn)品的30%至90%， 其中生物材料產(chǎn)品的塑料基體，在本公開中也稱作塑料材料或聚合物基體優(yōu)選包括一種、 兩種或者更多種組成部分，其中組成部分選自：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， 主要是型號PA6)、纖維素、醋酸纖維素（CA)、明膠、玻璃紙、硫化纖維、硝化纖維素、丙酸纖 維素、醋酸丁酸纖維素、淀粉、木質(zhì)素、甲殼質(zhì)、干酪素、明膠和聚羥基脂肪酸酯（PHA)。
[0040] 優(yōu)選的是根據(jù)本發(fā)明的方法，其中塑料材料選自：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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