CN100447205C - 一种植物纤维发泡制品及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种植物纤维发泡制品，原料组分中包括植物纤维和淀粉，所述植物纤维组分包括无子实部分的整株农作物，淀粉组分包括淀粉物类；或者所述植物纤维和淀粉组分包括含子实部分的整株农作物；及一种植物纤维发泡制品的制备方法，用整株农作物的无子实部分和淀粉物类作为原料，挤出发泡空心管材，将发泡空心管材加工成内部有空腔的封闭颗粒，将封闭颗粒相互粘连，制成发泡制品；采用无子实部分的农作物作为原料组份，再混合上低成本的淀粉类物，这些成份为纯天然植物，在收获完可食用部分后，可以充分完全利用被丢弃的农作物部分，加之与低成本的淀粉类物混合，可以充分利用废弃资源，可以降低成本。

Description

一种植物纤维发泡制品及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种植物纤维发泡制品及其制备方法。

背景技术

现有广泛用于包装、装璜业的EPS泡沫塑料制品，不能自行降解，其废弃物严重污染人类和动植物的生存环境。在石油化学塑料中掺入淀粉一类的天然可降解大分子，可以缩短塑料降解的周期，但只是在外形上破碎。目前，尚未见有真正的全降解塑料制品。另一种以完全可降解的天然纤维素材料制成的纸托或纸容器类的纸浆模塑制品，是以废旧报纸、纸箱纸等植物纤维为主要原材料，经水力机械碎浆、模具真空吸附成型，再经干燥而成，其结构强度与缓冲性能还不及EPS制品的1/10。而且重量重，存在耐震性差、强度低、应用范围有限的缺陷，而且成本比EPS制品成本高，极大地制约了纸浆模塑制品的推广应用。现有正在不断改进中的包装、装璜业用制品，即使能达到可回收利用，对环境无污染，且具有较好的物理性能、化学性能和力学性能，但其制作成本太高，不宜工业化大量生产，不能满足包装、装璜材料的日益高涨的需求。

发明内容

本发明所要解决的一个技术问题是，为弥补现有技术存在的缺陷，提出一种成本低的植物纤维发泡制品及其制备方法。

对于本发明的以植物纤维为原料的发泡模塑制品，上述技术问题是这样加以解决的：一种植物纤维发泡制品，原料组分中包括植物纤维和淀粉，其特征在于：所述植物纤维组分包括无子实部分的整株农作物；或者所述植物纤维和淀粉组分包括含子实部分的整株农作物，其中子实部分用于提供淀粉，其余部分用于提供植物纤维；所述发泡制品包括多个植物纤维发泡体，多个植物纤维发泡体相互粘连，在所述植物纤维发泡体内部有空腔，所述空腔基本为球形，所述空腔的直径为植物纤维发泡体外径的1/3～1/2。

所述淀粉组分还包含有该农作物的子实部分。

所述的农作物为玉米植株、小麦植株、大麦植株和水稻植株中一种或两种以上。

还包括植物种子，所述植物种子混入发泡制品壳体中。

基于上述目的本发明还提出了：一种植物纤维发泡制品的制备方法，以无子实部分的整株农作物作为原料，挤成发泡空心管材，将空心管材加工成内部有空腔的封闭颗粒，将封闭颗粒相互粘连，制成发泡制品；所述发泡制品包括多个植物纤维发泡体，多个植物纤维发泡体相互粘连，在所述植物纤维发泡体内部有空腔，所述空腔基本为球形，所述空腔的直径为植物纤维发泡体外径的1/3～1/2。

由于采用上述方案，带来的有益效果为：

1、采用无子实部分的农作物作为原料组份，再混合上低成本的淀粉类物，这些成份为纯天然植物，在收获完可食用部分后，可以充分完全利用被丢弃的农作物部分，加之与低成本的淀粉类物混合，可以充分利用废弃资源，可以降低成本。发泡原料内部包括空腔，可以减少原材料的使用量，节约产品的成本。

另外，利用不去除子实部分的整株农作物，可以减少农民在收获农作物时的繁多步骤，减少人力，除此以外，收取整株农作物，减少对农作物某些部分的丢弃，减少资源浪费，提高了资源的利用率，可增加农民的收入，具有很高的经济效益。

2、由于在此制品的壳体中加入了种子，在使用后，在制品内浸水，可利用制品中含有各种养分可供给种子的发芽，生长，使制品得到再利用回归自然界，并不会对环境造成污染。

3、植物纤维发泡体做成球体，在做成发泡材料时，球面之间形成的几何结构稳定，各向一致性好。

4、在发泡本体的外围有包层，可以改善发泡本体本身的外观，另外还可增加颗粒之间以及整个制品的弹性和抗震性，韧性；

5、可作各类饲料及有机肥料。

附图说明

图1是球形发泡体的结构示意图。

图2是发泡制品的截面示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例一，一种植物纤维发泡制品的原料，包括整株玉米(包含玉米壳、玉米粒、玉米芯、玉米杆)、整株小麦(包含小麦、小麦壳、小麦杆)、废纸、原料B和种子，其中整株玉米、整株小麦和废纸的重量比为2∶1∶2称量。原料B中的成份其含量根据产品对弹性、硬度及防震、抗缓冲力和防潮性能的要求而定。种子可以根据需要适量加入。其中原料B的配比如下：

1.当要求制品弹性较大时，可选用以下方式：

(1)增加占已配制的物料总重量(已配制的物料总重量指整株玉米、整株小麦和废纸物料的总重量)1/25～1/15的废纸浆。

(2)增加占已配制的物料总重量1/60～1/40的木屑和1/35～1/20的废纸浆的混合物。

(3)增加占已配制的物料总重量1/60～1/40的花生壳、谷壳、棉花壳、棉花籽的混合物和1/35～1/20的废纸浆的混合物

2.当要求制品硬度较大时，可选用以下方式：

(1)增加占已配制的物料总重量1/60～1/40小麦植物

(2)增加占已配制的物料总重量1/50～1/30的玉米植物

(3)增加占已配制的物料总重量1/90～1/70的小麦植物和1/70～1/50的玉米植物的混合物

3.当要求制品防震、抗缓冲力，防潮性能好时，可选用以下方式：

(1)增加占已配制的物料总重量1/30～1/20的废纸浆和1/80～1/50的填充剂

(2)增加占已配制的物料总重量1/50～1/30的废纸浆，且增加玉米淀粉胶粘剂的用量，增加10％～15％的用量。

在上述实施例中，整株玉米、整株小麦和废纸也可根据需要采用其它配比。另外，所选用植物还可采用生长到一定阶段未成熟的植株。

上述原料中还可根据需要加入核桃壳、甘蔗渣和苇杆等天然植物纤维。

实施例二，一种植物纤维发泡制品，如图2所示，在所述发泡制品的内部有多个植物纤维发泡体，多个植物纤维发泡体通过胶粘剂或直接相互粘连在一起，所述植物纤维发泡体包括发泡本体1，发泡本体1可以为发泡颗粒，该发泡颗粒为球体，发泡颗粒也可以是圆柱体、多棱体、多面体等形状。在发泡本体1内部有空腔2。当发泡本体1为球体时，所述发泡本体1的直径可选为3～10mm，空腔2的直径选为发泡本体1外径的1/3～1/2。在做成制品时，发泡颗粒为球体，而球面之间形成的几何结构能使制品产生一些特殊的物理性能和力学性能。其做成空心球状颗粒，还可以减少原材料的使用量，节约产品的成本，降低产品的重量。在发泡本体1的外围包裹有包层3，包层3物料的组成可以是轻质量的天然纤维与玉米胶粘剂的混合物，或者是废纸浆、废纸纤维浆作为原料，以此来增加颗粒之间以及整个制品的弹性和抗震性，韧性；也可以是高级纤维浆或高级纸浆以此提高颗粒的外观美感。种子分布于植物纤维发泡体之间，该植物种子与球体颗粒一起送入成型机中压缩成型。各植物纤维发泡体之间通过玉米淀粉胶粘剂4连接，在发泡制品外围还包裹有包裹层5，所述包裹层5物料的组成可以是高级纸浆或高级纤维浆。成型后的制品可以在外表面喷上一层高级纸浆，高级纤维浆，以改变制品的外观，表面光洁度，可制成高档的产品；还可以根据需要在包裹层的物料中(如高级纸浆或高级纤维浆)加入天然色素。

上述发泡本体1也可以为片材，该片材经挤压成型。在片材的表面均匀的分布有许多通孔，该通孔即为空腔2，发泡制品由多个片材通过植物胶相互重叠的粘在一起，该相邻片材之间的通孔是相互错开的，在发泡制品外表则粘有没有通孔的片材。

植物种子也可与配制好的原料一起送入挤出机中挤压成型。制成带植物种子的球体颗粒、板材或制成品。可也在制品制好后，在壳体上开孔后，将种子投入孔中，再封住该孔。

另外，带空腔2的发泡制品也可以由模具直接挤压成型。

实施例三：一种植物纤维空心发泡制品的制备方法，以植物纤维和淀粉为原料，挤出发泡空心管材，将空心管材加工成内部有空腔2的封闭颗粒，所述封闭颗粒的两端面加工成球面。将两端面为球面的封闭颗粒制成球形。将封闭颗粒相互粘连，制成发泡制品。

当然也可以只是简单的将管材封闭住，后再将封闭颗粒加工成球形。

实施例四：一种植物纤维空心发泡球体的制造设备，包括管材挤出机、切割设备和球形加工设备，所述切割设备将挤压出的管材加工成封闭颗粒，球形加工设备将封闭颗粒加工基本成球形。切割设备包括管材夹持装置、刀具和切刀驱动装置，所述管材夹持装置固定管材，所述刀具包括可上下合并的一对切刀，在所述切刀上有刀口和刀架，刀口包括两个相对球面，呈水平“X”形，一对切刀的刀口合拢时，呈中心对称结构，切刀驱动装置带动一对刀架相对运动，使一对切口合拢，将管材切断，可将管材的两个切断面切成球面形。所述球形加工设备包括转轴驱动装置、多个转轴和加热装置，所述加热装置为电热丝，转轴为管状结构，在转轴的外围均匀分布有多个环形凹槽，所述凹槽的形状为半圆形。所述的电热丝置于转轴的内腔中。转轴驱动装置驱动转轴转动。多个转轴依次排列。经切割的两端面为球面的颗粒在转轴上表面滚动滚成球形。

实施例五，在挤出机的模口处加用管材模具，用螺纹刀将管材切割成封闭球形颗粒。

实施例六：在管材挤出机的挤出口直接用球形模具将管材压断成球状颗粒。

实施例七：在挤出机的挤出口前置一排转动的螺杆，螺杆数为6～10对，螺杆的转动方向均为顺时针方向。挤出管材在螺杆上的运动可成球。

其中上述植物纤维发泡体和植物纤维发泡制品的制备方法如下：

1.准备原料：其中可采用如下两种配方：原料(a)：整株玉米植物(包含玉米杆、玉米壳、玉米须、玉米粒、玉米芯)原料(b)：无子实的玉米植物(包含玉米杆、玉米壳、玉米须、玉米芯)和淀粉物类(如：小麦、大麦、水稻、地瓜、木薯、豆类等富含有淀粉的农作物成熟收成物简称为农作物的子实。)无子实的玉米植物与淀粉物类的配比根据需要进行选取。

上面两种原料的组成可供选用其中一种。

2.将步骤1中的原料加入粉碎机内粉碎，粉碎后的颗粒要求在120目以下。

3.将粉碎后的混合物通过膨化挤出机(如：由Buhler Equipment Engineering(WUXI)Co.Ltd.生产的BCTA挤出设备)，挤出直径为1～10mm的球状颗粒，或者挤出直径为3～10mm的空心管材，再将空心管材加工成空心球状颗粒，球状颗粒内部的空腔2为球形，其直径为球体颗粒外径的1/3～1/2。

4.此步骤供产品实际需要选用：将膨化后的颗粒(空心或实心)放入颗粒包衣机进行加包层3。此时球形颗粒的外围有包层3。包层3的物料组成有如下两种方式，其中这两种方式中可选加入天然环保色素。

4(a)将轻质碳酸钙或者其替代品(如：酒石酸氢钾)与轻质的天然纤维素原料按1∶1.5质量比混合，加入玉米淀粉胶粘剂，充分拌匀，加入玉米淀粉胶粘剂的量可达到拌匀后混合物的粘着力为100mpa.s。其中玉米淀粉胶粘剂的粘度可以自行调节，加水搅匀即可降低胶粘剂的粘度，加热蒸发水分可以增加胶粘剂的粘度。

4(b)将含水率为20％～25％的纸浆(可以是一般纸浆，可以是高级纸浆)加入玉米淀粉胶粘剂，粘度为100～120mpa.s，拌匀。

5.将膨化挤出后或者包有包层3的膨化挤出颗粒快速经过装有玉米淀粉胶粘剂4的胶水池，玉米淀粉胶粘剂4的粘度为50～80mpa.s，球状颗粒有1/8的表面积粘有玉米淀粉胶粘剂4即可。

6.将模具装入成型机内。为了使发泡制品外围有包裹层，可由空压机提供的气流将加入的高级纸浆，高级纤维浆吸附在模具的内壁上，厚度0.5mm～2mm即可。

7.将粘有玉米淀粉胶粘剂4的球状颗粒通入成型机的模具内，当模具内的填充物距模具口厚度为4mm～2.5mm时，打开种子贮存槽，通入一定数量的种子。植物种子可采用小颗粒的花卉类、草类、蔬菜类(食用；观赏)、树种子。加入的数量根据种子的生理状况和制品的规格而定。在加入植物种子之前可对植物种子进行处理，如：可对植物种子进行消毒，消毒方法有盐水清洗、温烫浸种和温冷浸种等；另外还可对植物种子进行包衣，即植物种子表层有主要是对大粒种子直径在3～4间，或者是在发芽，生长时需要大量的养分的种粒。包衣材料组成：复合肥料(含氮、磷、钾)∶淀粉胶粘剂∶填充剂的质量比为1∶0.6∶1.5。其中种子品种的选用还根据地理、气候、日照时间、日照强度、人文环境、种子对制品的适应性而定。

8.在成型机内成型：由空压机提供的气流/气压将模具内的混合物挤压成型。成型后，由空压机提供的气流/气压将模具内的制品吹出。

9.为了使发泡制品外围有包裹层，也可在发泡制品经过成型机成型后，在制品内外表面上喷一层厚度为0.5mm～2mm的高级纸浆，高级纤维浆，或者把成型品浸入装有高级纸浆，高级纤维浆的容器里，待成型品的内外表面都附有0.5mm～2mm的高级纸浆，高级纤维浆后，取出制品。

10.发泡制品可通过以下三种方式干燥：链式热风烘道、抽湿机、露天自然干燥。干燥时间由制品的湿度而定，湿度在10％～15％即可。

另外，植物纤维发泡制品还可采用如下方法制备：

1.将整株玉米(包含玉米壳、玉米芯、玉米粒、玉米杆)、整株小麦(包含小麦、小麦壳、小麦杆)、废纸按重量比为2∶1∶2称量。

2.根据产品对弹性、硬度及防震、抗缓冲力和防潮性能的要求，加入原料B中此类物料，物料的加入重量按配方中的比例。

3.将步骤1，2中的整株玉米、整株小麦和原料B物料加入粉碎机内粉碎，粉碎后的颗粒要求在120目以下。

4.将废纸加水后经碎浆机碎浆，温度在室温即可，加入水的重量是废纸重量的7～8倍，碎浆后，静置30分钟。

5.称量占步骤1，2中物料总重量的1/100的发酵剂或适量的替代品(如：碳酸氢铵、碳酸铵、亚硝酸铵、尿素)，或者称量占步骤1，2中物料总重量的1/150的发泡剂或适量的替代品(如：偶氮二甲酰铵、4-4′-氧化双苯磺酰肼。)，还可加入少量助剂，如：消泡剂、膨松剂和填充剂。如果用发泡剂发泡，则可以加入占发泡剂用量的1/10～1/20的消泡剂；也可加入填充剂或其替代品(如：二氧化硅、滑石粉)，填充剂的量则根据物料间的粘性，干湿度而定；相应替代品的用量根据能达到相应的作用或效果而定。

6.将步骤3中粉碎后的颗粒，步骤5中的发酵剂、发泡剂和助剂加入发料池内，将碎浆后的纸浆挤压出水分，使纸浆含水率控制在30％～40％，将挤压后的纸浆置入发料池。

7.此步骤可根据用户要求选用：加入一定量的环保色素；此方法也可以选用于把环保色素直接加入高级纸浆、纤维浆中。加入环保色素的种类：根据制品的需求，性能、销售区域、人文环境，用户的喜好加入不同种颜色的色素。环保色素的用量可以是一种色素，可以是几种色素的混合物，按需要调配。其中此天然色素有：苋菜红、胭脂红、新红、高粱红、萝卜红、栀子黄、柠檬黄、日落黄、亮蓝、靛蓝、二氧化钛等。

8.加入粘度为150～250mpa.s的玉米淀粉胶粘剂。

9.用搅拌机将发料池中的混合物充分搅匀，静置3～5小时

10.将步骤9已发料好的混合物通过挤出机(如：布勒设备工程(无锡)有限公司生产的型号为BCTG-62/BCTC-22的双螺杆挤压机)，挤出1～10mm的板材，在混合物通入时同时加入一定数量的种子到挤出机的料口内。

11.在挤出机的挤出口处正上方设有一个装有高级纸浆，高级纤维浆的容器，在板材输出时均匀给板材的表面喷一层厚度为1mm～2mm的高级纸浆，高级纤维浆。

12.按照实际需要，将由运输带传送的板材送入裁切机裁切出一定尺寸的板材。

13.成型后的制品可通过以下三种方式干燥：链式热风烘道、抽湿机、露天自然干燥。干燥时间由制品的湿度而定，湿度在10％～15％即可。

本制品应用领域非常广泛，可作为电子、机械以及机械零部件、电器、金属工具以及金属制品、工业表、玻璃、陶瓷的衬垫物和外包装品；可以做成建筑材料、家私材料、装饰材料；可以做成水果保护、保鲜材料。

本制品的原料是天然植物原料，含有丰富的纤维素，营养成份，膨化时，也使制成品带有天然香味，使用后，可作为饲料，饲养家禽、饲养宠物、鱼类，露天丢弃，作为鸟类食物，或作为天然肥料。

本制品使用后可直接回收再利用，处理后可作为本产品的原料，或者作为低成本填充物置于本制品中。

由于此制品的成型前加入了各种类别的种子，在使用后，在制品内浸水，利用制品中含有各种养分供给种子的发芽，生长。

本工艺所使用的原料，即整株的玉米植物，本植物是纯天然植物。

整株玉米的使用可以农民减少在收获玉米时的繁多步骤，减少人力，除此以外，除玉米粒以外的玉米附属物均能被使用，可增加农民的收入，减少资源的浪费，废物利用，提高了资源的利用率，具有很高的经济效益，还可以解决玉米过剩问题。

本制品具有较好的物理性能(吸湿性、隔热性、耐热性)和较好的力学性能(弹性、可塑性、强度、韧性)。

本制品质量稳定、安全卫生、使用和放置均方便，使用价值高，功能多，废物零排放，能满足ISO14000系统，满足可持续发展的要求，无论从原料开采到原料使用后处理都是有益无害，很大程度上提高了农产品废物利用率和资源地综合再生利用率。

且本制品的功能、性能齐全，原料来源广泛，成本低，能弥补目前市面上包装材料的缺陷，是一种理想的制品，是目前市面上所使用的包装制品很好的替代品。

Claims (9)

1.一种植物纤维发泡制品，原料组分中包括植物纤维和淀粉，其特征在于：所述植物纤维组分包括无子实部分的整株农作物；或者所述植物纤维和淀粉组分包括含子实部分的整株农作物，其中子实部分用于提供淀粉，其余部分用于提供植物纤维；所述发泡制品包括多个植物纤维发泡体，多个植物纤维发泡体相互粘连，在所述植物纤维发泡体内部有空腔(2)，所述空腔(2)基本为球形，所述空腔(2)的直径为植物纤维发泡体外径的1/3～1/2。

2.如权利要求1所述的植物纤维发泡制品，其特征在于：所述的农作物为玉米植株、小麦植株、大麦植株和水稻植株中一种或两种以上。

3.如权利要求1或2所述的植物纤维发泡制品，其特征在于：所述制品中还包括植物种子，所述植物种子混入发泡制品壳体中。

4.如权利要求3所述的植物纤维发泡制品，其特征在于：在所述植物种子的外表有包衣，所述包衣材料包括肥料。

5.如权利要求1或2所述的植物纤维发泡制品，其特征在于：所述植物纤维发泡体包括发泡本体(1)和包层(3)，所述包层(3)包于发泡本体(1)的外围。

6.如权利要求5所述的植物纤维发泡制品，其特征在于：所述包层(3)的原料包括植物纤维和胶粘剂。

7.如权利要求6所述的植物纤维发泡制品，其特征在于：在所述发泡制品的外围有包裹层(5)，所述胶粘剂为玉米淀粉胶粘剂，在所述制品中含有环保色素，所述植物纤维发泡制品原料还包括花生壳、谷壳、核桃壳、木屑、棉花壳、棉花籽、甘蔗渣、苇杆和纸中的一种或多种。

8.一种植物纤维发泡制品的制备方法，用整株农作物的无子实部分和淀粉作为原料，挤成发泡空心管材，将发泡空心管材加工成内部有空腔(2)的封闭颗粒，将封闭颗粒相互粘连，制成发泡制品；所述发泡制品包括多个植物纤维发泡体，多个植物纤维发泡体相互粘连，在所述植物纤维发泡体内部有空腔(2)，所述空腔(2)基本为球形，所述空腔(2)的直径为植物纤维发泡体外径的1/3～1/2。

9.如权利要求8所述的植物纤维发泡制品的制备方法，其特征在于：其具体步骤如下：1)将原料加入粉碎机内粉碎，粉碎后的颗粒要求在120目以下；2)将粉碎后的混合物通过膨化挤出机，挤出空心管材，加工成内部有空腔的封闭颗粒；3)在膨化挤出颗粒外表裹上胶粘剂(4)；4)将粘有胶粘剂(4)的颗粒通入成型机的模具内，在成型机内成型，将模具内的制品取出；5)干燥发泡制品。

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