CN107304288B - 麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法 - Google Patents

麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明是一种麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法，主要是将啤酒产制过程中所产生的烟酒废弃物(麦粕纤维)(Brewery Spent Grain，BSG)经过，包括脱水处理、干燥处理、烘干处理、研磨处理及过筛处理等前处理程序后，将乾麦粕纤维粉末以特定比例添与特定比例的聚乳酸(Polylacticacid，PLA)进行混炼，透过兼容剂使麦粕纤维与聚乳酸(Polylacticacid，PLA)均匀混炼，再经过造粒步骤完成麦粕纤维+聚乳酸(Polylacticacid，PLA)的生质塑料造粒，藉由在聚乳酸(Polylacticacid，PLA)中添加麦粕纤维，可减少聚乳酸(Polylacticacid，PLA)的使用，并进一步利用本发明麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法，利用一般塑料成型加工方式制成器皿、瓶罐、容器、零件等各式生质塑料产品，达到烟酒废弃物加值利用的目的。

Description

麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法
技术领域
本发明是烟酒废弃物(麦粕纤维)的应用有关，更详而言之，是指一种麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法。
背景技术
我国一年约使用180亿个塑料袋，以及20亿支塑料吸管，造成许多环境的污染，此外这些由石化产业炼制的塑料产品原料价格完全由石油价格决定，当石油价格飙涨时炼制成本相对提高，并且石油炼制本身就是一种高耗能高污染的产业，而且所制成的塑料产品因为回收与再利用率不高，许多塑料废弃物被任意的丢弃、焚烧与掩埋，造成许多严重的空气、土壤与水源的污染。
由于近年来，许多国家包含我国因为环保意识抬头，逐渐致力对环境有利的100％生物可分解或部份生物可分解的绿色塑料产品，以减少石化塑料产品的使用；目前市面上最常使用聚乳酸(Polylacticacid，PLA)与淀粉塑料做为完全生物可分解生质复合材料的原料来源，尤其PLA目前大约占生质塑料一半的使用量，目前被业界广泛的使用。然而，目前PLA主要是使用玉米等可食用经济作物当作原料，不仅取得不稳定且原料成本价格偏高，且有「与民争粮，与粮争地」的疑虑与争议。
为此已有业者采用农业废弃物减少或替代PLA和生质塑料的使用，常见的各式农业废弃物包括：稻壳、小麦壳、玉米杆、甘蔗渣、椰树、椰子壳、木屑与咖啡渣…等，其中又以稻壳及咖啡渣最为广泛被应用，但我国并非稻米的生产国，即便每年有34万公吨稻壳废弃物可以利用，但稻壳多为农民当作农业垫料、育苗、堆肥与薪材使用，因此稻米取得并不容易；而咖啡渣虽可由连锁咖啡店或便利商店取得，但咖啡渣不易进行前处理，虽然原料本身成本不高但因前处理的成本不低，造成相关制成的产品价格相对提高。
为此，如何研发出一种不需花费高成本且容易进行前处理的烟酒弃物取代稻壳及咖啡渣与聚乳酸(Polylacticacid，PLA)结合成新的生质材料即为本发明研发课题。
发明内容
本发明是一种麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法，其主要目的是在聚乳酸(Polylacticacid，PLA)中添加麦粕纤维，可减少聚乳酸(Polylacticacid，PLA)的使用。
本发明是一种麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法，其次要目的在该组成物可制成器皿、瓶罐、容器、零件等各式生质塑料产品，达到烟酒废弃物加值利用的目的。
为达前述目的，本发明是为一种麦粕纤维结合聚乳酸的制造方法，包括：
步骤a、提供一含有麦粕纤维的原料；
步骤b、提供一含有聚乳酸的原料；
步骤c、将麦粕纤维与聚乳酸依特定比例的添加量进行混炼；
步骤d、提供一特定比例添加量的兼容剂，促使麦粕纤维与聚乳酸均匀混炼且维持较佳的整体机械拉伸强度。
较佳地，麦粕纤维的添加量为10％至30％，聚乳酸的添加量为70％至90％，相容剂的添加量为3％至12％。
较佳地，麦粕纤维以添加量为10％是较佳数值，相容剂以添加量为8％是较佳数值。
较佳地，在步骤a中包括一前处理单元，藉该前处理单元对麦粕纤维进行一脱水处理、一干燥处理、一烘干处理、一研磨处理及一过筛处理，使形成的麦粕纤维的粒径长径比的范围介于7.6至10.2，以及将麦粕纤维的含水率控制在2％至5％对整体机械拉伸强度的效果最佳，其中含水率为2％是较佳数值。
较佳地，麦粕纤维与聚乳酸的整体强度Ts(MPA)30.5为最佳数值。
为达前述目的，本发明是为一种麦粕纤维结合聚乳酸的组成物，该组成物包括一特定比例的添加量的麦粕纤维、一特定比例的添加量的聚乳酸及一特定比例的添加量的兼容剂，其中藉兼容剂促使麦粕纤维与聚乳酸均匀混炼且维持较佳的整体机械拉伸强度。
较佳地，麦粕纤维的添加量为10％至30％，聚乳酸的添加量为70％至90％，相容剂的添加量为3％至12％。
较佳地，麦粕纤维以添加量为10％是较佳数值，相容剂以添加量为8％是较佳数值。
较佳地，更包括一造粒单元，该造粒单元包括一双螺杆押出机连接一切料机，该双螺杆押出机具有一聚乳酸入口、一麦粕纤维入口及一出料口，而该切料机具有一切料口及一输出口，该双螺杆押出机的出料口是与该切料机的切料口连通，其中藉由该双螺杆押出机将混炼好的麦粕纤维与聚乳酸押出条状塑料，再经该切料机的切料切成粒状的塑料。
据此，本发明的麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法，主要是将啤酒产制过程中所产生的烟酒废弃物(麦粕纤维)(Brewery Spent Grain，BSG)经过，包括脱水处理、干燥处理、烘干处理、研磨处理及过筛处理等前处理程序后，将乾麦粕纤维粉末以特定比例添与特定比例的聚乳酸(Polylacticacid，PLA)进行混炼，透过兼容剂使麦粕纤维与聚乳酸(Polylacticacid，PLA)均匀混炼，再经过造粒步骤完成麦粕纤维+聚乳酸(Polylacticacid，PLA)的生质塑料造粒，藉由在聚乳酸(Polylacticacid，PLA)中添加麦粕纤维，可减少聚乳酸(Polylacticacid，PLA)的使用，并进一步利用本发明麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法，利用一般塑料成型加工方式制成器皿、瓶罐、容器、零件等各式生质塑料产品，达到烟酒废弃物加值利用的目的。
附图说明
图1是本发明前处理单元的示意图。
图2是本发明造粒单元的结构示意图。
图中附图标记说明：
前处理单元10 脱水处理11
干燥处理12 烘干处理13
研磨处理14 过筛处理15
造粒单元20 双螺杆押出机21
聚乳酸入口210 麦粕纤维入口211
出料口212 切料机22
切料口220 输出口221
条状塑料A 塑料B
具体实施方式
为使贵审查委员对本发明的目的、特征及功效能够有更进一步的了解与认识，以下兹请配合图式简单说明详述如后：
本发明是为一种麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法，主要是在既有的聚乳酸(Polylacticacid，PLA)中减少其重量百分比，加入一麦粕纤维并添加一相容剂，使该组成物中包括添加量10％至30％的麦粕纤维、70％至90％的聚乳酸(Polylacticacid，PLA)及3％至12％的相容剂。
进一步地，麦粕纤维是在啤酒产制过程中产生的烟酒废弃物，且含水量高达70％～80％，因此麦粕纤维在与聚乳酸(Polylacticacid，PLA)在进行混炼前需先透过一前处理单元10进行前处理，如图1所示，该前处理单元10包括一脱水处理11、一干燥处理12、一烘干处理13、一研磨处理14及一过筛处理15；
该脱水处理11，对麦粕纤维进行初步脱水；
该干燥处理12，将麦粕纤维放进一抽风柜干燥；
该烘干处理13，将麦粕纤维放进一烘箱以温度110度C烘干8小时后，并进行含水率测试；
该研磨处理14，将烘干8小时后的麦粕纤维放至一粉碎机进行粉碎，过程秒数10秒；
该过筛处理15，将粉碎好的麦粕纤维经筛网尺寸为20、40、50、60(Mesh)过筛后得到不同长径比(L/D)的麦粕纤维。
请参阅表一所示，为麦粕纤维长径比(L/D)的实验数据。
麦粕纤维长径比
Figure BDA0001275623960000041
表一
由表一的实验数据得知当筛网尺寸为20(Mesh)所得到的麦粕纤维长径比(L/D)为7.6，筛网尺寸为40(Mesh)所得到的麦粕纤维长径比(L/D)为9.0，筛网尺寸为50(Mesh)所得到的麦粕纤维长径比(L/D)为10.2，其中筛网尺寸为60(Mesh)所得到的麦粕纤维长径比(L/D)为184.8μm，已无纤维状而呈现颗粒状，所以没有长径比，而其它比纤维尺寸为50(MESH)大者的麦粕纤维长径比(L/D)则介于7.6至10.2，由此实验得知本发明是采用麦粕纤维长径比(L/D)为7.6至10.2与聚乳酸进行混炼达到补强效果，其中以长径比(L/D)＞9的麦粕纤维的补强效果较佳。
请参阅表二所示，为针对不同麦粕纤维的添加量做出的实验数据。
不同麦粕纤维添加量的数据表
Figure BDA0001275623960000051
表二
如表二的实验数据得知，当完全没有添加麦粕纤维时整体的机械拉伸强度TS(MPa)为50.7，其中不论麦粕纤维的添加量为10％，整体的机械拉伸强度TS(MPa)为30.5，或是麦粕纤维的添加量为20％及30％，整体的机械拉伸强度TS(MPa)分别为21.5及18.3，只要麦粕纤维的添加量介于10％至30％之间其整体的机械拉伸强度TS(MPa)均有达到15MPa以上，尤其10％的麦粕纤维添加量其机械拉伸强度TS(MPa)最接近50.7；由此可知麦粕纤维适合的添加量为10％至30％，因为整体机械拉伸强度TS(MPa)均有达到15以上，其中又以添加量10％的机械拉伸强度TS(MPa)最接近50.7为最佳数值。
进一步参阅表三所示，为不同含水率对整体机械强度影响的实验数据。
不同含水率对强度影响的数据表
Figure BDA0001275623960000061
表三
如表三的实验数据得知，该麦粕纤维中不同的含水率确实会影响整体的机械拉伸强度TS(MPa)，从实验中可以看到随着含水量的增加整体机械拉伸强度TS(MPa)呈现下降趋势，显见该麦粕纤维中的含水率愈低整体机械拉伸强度TS(MPa)的性能愈佳，其中该麦粕纤维经该烘干处理13后可将含水率控制在2％至5％，其整体机械拉伸强度TS(MPa)可达20以上，其中含水率为2％的整体机械拉伸强度TS(MPa)为30.5，含水率为5％的整体机械拉伸强度TS(MPa)为25.3，由此可知当麦粕纤维的含水率介于2％至5％之间对整体机械拉伸强度TS(MPa)最好，其中又以含水率2％为最佳数值。
最后，请参阅表四所示，在麦粕纤维添加量为10％至30％及含水率2％至5％的条件下进行兼容剂不同添加量的实验数据。
兼容剂不同添加量的数据表
Figure BDA0001275623960000062
表四
如表四的实验数据得知，在兼容剂0％时所测得的整体机械拉伸强度TS(MPa)是低于20，其原因是添加量不足，当兼容剂的添加含量过低时会使麦粕纤维与聚乳酸之间的结合性及整体机械拉伸强度TS(MPa)不足而变差，且由表四可以发现当兼容剂的添加含量到达3％至12％时，整体机械拉伸强度TS(MPa)到达20.8至27.8，其中又以添加含量为8％时整体机械拉伸强度TS(MPa)30.5为最佳数值，虽然添加含量为12％时机械拉伸强度TS(MPa)有出现略为下降的现象但仍保有27.8的数据；由此可知为使麦粕纤维与聚乳酸之间的结合性及机械拉伸强度TS(MPa)均保持在接近20，该相容剂的添加含量需介于3％至12％。
请配合图2所示，为本发明的造粒单元结构示意图，该造粒单元20包括一双螺杆押出机21连接一切料机22，该双螺杆押出机21具有一聚乳酸入口210、一麦粕纤维入口211及一出料口212，而该切料机22具有一切料口220及一输出口221，该双螺杆押出机21的出料口212是与该切料机22的切料口220连通，其中该聚乳酸及该麦粕纤维分别由聚乳酸入口210及该麦粕纤维入口211进入该双螺杆押出机21内，藉由该双螺杆押出机21将混炼好的麦粕纤维与聚乳酸押出条状塑料A，并由该出料口212送至该切料机22的切料口220，经该切料口220将条状塑料A切成粒状的塑料B，再进一步制成器皿、瓶罐、容器、零件。
藉由上述说明得知本发明麦粕纤维结合聚乳酸的组成物可藉由以下方法取得，包括：
步骤a、提供一含有麦粕纤维的原料；
步骤b、提供一含有聚乳酸的原料；
步骤c、将麦粕纤维与聚乳酸依特定比例的添加量进行混炼，其中麦粕纤维的添加量为10％至30％，聚乳酸的添加量为70％至90％；
步骤d、提供一特定比例添加量的兼容剂，促使麦粕纤维与聚乳酸均匀混炼且维持较佳的整体机械拉伸强度，其中兼容剂的添加量为3％至12％。
于本实施例中，麦粕纤维以添加量为10％是较佳数值，相容剂以添加量为8％是较佳数值。
在上述方法中并配合表一至表四的实验数据得知，其中10％至30％为麦粕纤维的最佳添加量，且该麦粕纤维的粒径长径比(L/D)的范围为7.6至10.2，其中以长径比(L/D)＞9的麦粕纤维的补强效果较佳，而麦粕纤维中的含水率控制在2％至5％对整体机械拉伸强度TS(MPa)的效果最佳，其中以含水率2％为最佳数值；
于本实施例中，该兼容剂是选自一适合高密度聚乙烯(HDPE，High DensityPolyethylene)，可在低压下生产并含有较多长链，用于制造各种塑料制品；进一步，利用本发明含有麦粕纤维所制造出的生质塑料，透过一般塑料成型加工方式制成器皿、瓶罐、容器、零件等各式生质塑料产品，达到烟酒废弃物加值利用的目的。
进一步说明，本发明是为一种麦粕纤维结合聚乳酸的组成物及其制造方法，主要是将啤酒产制过程中所产生的烟酒废弃物(麦粕纤维)(Brewery Spent Grain，BSG)经过脱水处理、干燥处理、烘干处理、研磨处理及过筛处理等前处理程序后，将乾麦粕纤维粉末以特定比例与特定比例的聚乳酸(Polylacticacid，PLA)进行混炼，透过选自一适合高密度聚乙烯(HDPE，High Density Polyethylene)的相容剂使麦粕纤维与聚乳酸均匀混炼，再经过该双螺杆押出机21与该切料机22完成麦粕纤维+聚乳酸的生质塑料造粒；据此本发明藉由于聚乳酸中添加麦粕纤维，确实能达到减少聚乳酸的使用的目的。
综上所述，上述各实施例及图式仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以的限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (4)

1.一种麦粕纤维结合聚乳酸的制造方法，由步骤a、步骤b、步骤c、步骤d组成，其特征在于：
步骤a、提供一含有麦粕纤维的原料，其添加量为10％至30％；
步骤b、提供一含有聚乳酸的原料，其添加量为70％至90％；
步骤c、将麦粕纤维与聚乳酸进行混炼；
步骤d、额外提供一兼容剂，以麦粕纤维原料及聚乳酸原料总量为基准，添加量为3％至12％
在步骤a中包括一前处理单元，藉该前处理单元对麦粕纤维进行一脱水处理、一干燥处理、一烘干处理、一研磨处理及一过筛处理，于该过筛处理中，是透过一筛网过筛，该筛网尺寸介于20Mesh至50Mesh之间，使形成的麦粕纤维的粒径长径比的范围介于7.6至10.2，麦粕纤维的含水率控制在2％至5％。
2.如权利要求1所述麦粕纤维结合聚乳酸的制造方法，其特征在于，麦粕纤维的添加量为10％。
3.如权利要求1所述麦粕纤维结合聚乳酸的制造方法，其特征在于，麦粕纤维的含水率为2％。
4.如权利要求1所述麦粕纤维结合聚乳酸的制造方法，其特征在于，在步骤c中包括一造粒单元，该造粒单元包括一双螺杆押出机连接一切料机，该双螺杆押出机具有一聚乳酸入口、一麦粕纤维入口及一出料口，而该切料机具有一切料口及一输出口，该双螺杆押出机的出料口是与该切料机的切料口连通，其中藉由该双螺杆押出机将混炼好的麦粕纤维与聚乳酸押出条状塑料，再经该切料机的切料切成粒状的塑料。
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