CN110520469A - 加工方法及由此生产的产品 - Google Patents

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Abstract

本发明提供加工壳材料的方法。按照本文公开的方法加工的壳材料可以是可生物降解的，并且可以进一步代表新类型的有用的材料。举例来说，经加工的壳材料可以用作制造有用的材料、物品、物体和/或工具的材料。

Description

加工方法及由此生产的产品
发明领域
本发明提供了用于加工壳材料的方法和由此产生的新材料。本发明涉及产生新的可生物降解材料的方法，所述可生物降解材料由可生物降解的基于原纤维(fibril-)或纤维(fibre-)的粘合剂和主要基于碳酸钙的原料组成，所述原料充当集料(aggregate)并且提供机械强度。
发明背景
碳酸钙在自然界含量丰富，并且可以在各种废副产品(例如废蛋壳、废贝壳、虾等)中发现，并且经常被丢弃而没有充分利用其潜力。
归因于当前的法律和法规，这些壳类废副产品中的许多(例如来自蛋加工商的蛋壳废料)都在垃圾填埋场中处理。这是有问题的，因为垃圾填埋处理是昂贵的并且对环境有害。因此，潜在的高价值壳类废副产品正在危害环境。据估计，在英国，在2016年消耗了超过125亿只禽蛋。估计这些蛋中的仅23％已被加工。蛋壳的平均重量为6g，这意味着在2016年在英国超过17,000公吨蛋壳废料被送至垃圾填埋场。
本发明可以减少或甚至消除壳废料到垃圾填埋场的处理。当磨碎时，任何主要基于碳酸钙的材料或副产品可以用于本发明。
发明概述
本发明基于用于加工壳材料的方法的开发。
所公开的方法可以用于使壳材料(例如壳废料)成为可生物降解的。
更具体地，已经发现，包括使壳材料粒化并且添加粘合剂的方法产生了可生物降解的材料。此外，使用本文所述的任何方法产生的材料具有多种应用。例如，经加工的壳材料(经加工的材料也可以是可生物降解的)可以用于制造各种不同的物品、物体和/或工具，包括例如餐具、包装、绝缘材料和/或化妆品。
在第一方面，本发明提供了一种加工壳材料的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将壳材料粒化；
b)使粒化壳材料与粘合剂接触；以及
c)干燥粒化壳材料/粘合剂混合物；
其中步骤(c)的产物是经加工的壳材料。
经加工的壳材料(即方法步骤(c)的产物)可以代表新类型的有用的材料。举例来说，经加工的壳材料可以用作制造有用的材料、物品、物体和/或工具的材料。
经加工的壳材料可以是可生物降解的。
因此，根据本发明的第一方面的方法可以提供加工壳废料以形成可生物降解材料的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将壳材料粒化；
b)使粒化壳材料与粘合剂接触；以及
c)干燥粒化壳材料/粘合剂混合物；
其中步骤(c)的产物是可生物降解材料。
在第二方面，本发明提供了根据本发明的第一方面的方法形成或可获得的有用的材料和/或可生物降解材料。
如上所述，按照本文所述的方法制备的材料可以具有多种应用，并且因此，第三方面提供了(i)经由根据本发明的第一方面的方法形成的材料或(ii)根据第二方面的材料用于制造物体、物品和/或物件的用途。
例如，通过本文所述的方法提供的材料可以用于制造餐具、包装材料、绝缘物和/或化妆品用产品和/或配件。
应当注意，在整个说明书中，术语“包括”用于表示本发明的实施方案“包括”所提到的特征，并且因此还可以包括其他特征。然而，在本发明的上下文中，术语“包括”还可以涵盖其中本发明“基本上由相关特征组成”或“由相关特征组成”的实施方案。
本发明的方法包括两个程序步骤、基本上由两个程序步骤组成或由两个程序步骤组成：其中将壳材料(“集料”)粒化的第一步骤；以及使粒化壳材料与粘合剂接触的第二步骤。这两个步骤的产物是可以模制成或操作成特定形状或形式的浆料或混合物(粒化壳材料/粘合剂混合物)。本发明的方法还可以包括第三步骤，其中将粒化壳材料/粘合剂混合物干燥以形成经加工的壳材料。与本文所述的方法相关的优点包括简单性(该方法包括仅2-3个步骤、基本上由仅2-3个步骤组成或由仅2-3个步骤组成)和低成本。
所公开的方法的另一个优点是仅需要一种集料(粒化壳材料)。这代表了对现有技术方法的改进，现有技术方法通常需要使用另外的集料，诸如填充材料，例如无机碳酸盐、粘土或煤渣。可以不需要另外的这种类型的组分。另外，本发明的方法可以不需要使用分散剂，诸如例如马来酸或柠檬酸。
本发明的方法可以提供加工壳材料以形成可生物降解材料的方法。本文所使用的术语“可生物降解”意指可以在环境中分解而无需人工化学品或方法的材料。例如，通过本文所述的方法提供的可生物降解材料可以通过微生物例如细菌、真菌或其他生物手段的作用进行堆肥和/或分解。通过本文公开的方法产生的可生物降解材料可以再循环和/或用作肥料。
术语“壳材料”包括例如蛋壳和体壳(例如外骨骼)材料。壳材料的特征可以在于显著的碳酸钙组分，例如，用于本发明的方法的壳材料可以含有至少约30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、95％、99％或100％的碳酸钙。可用的壳材料可以不包含或包括合成形式的碳酸钙、天然磨碎的碳酸钙或表面改性的碳酸钙。在本发明的上下文中，术语“约”可以是指任何给定类型的壳材料中+/-1％、2％、3％、4％或5％的碳酸钙含量。术语壳材料可以包括例如壳废料。这包括来自蛋(蛋壳废料)、甲壳动物(crustacean)和软体动物(mollusc)(包括例如海螯虾(langoustine)、对虾(prawn)、牡蛎(oyster)、贻贝(mussel)、蜗牛等)的废壳材料。可用的蛋壳可以来源于任何产蛋动物的蛋。如上所述，蛋壳可以包含(或具有大量的)碳酸钙含量。通常，蛋壳来自禽蛋或爬行动物蛋。通常，蛋壳来自禽蛋，优选来自家禽。本文所使用的术语“家禽”定义了为其蛋、肉或羽毛而饲养的任何驯养禽类。非限制性实例包括鸡、鸭、鸵鸟、鹅、美洲鸵(rhea)和鹌鹑。
体壳可以从具有外骨骼的任何动物获得。可用的体壳可以从通常称为贝类(shellfish)的水生甲壳动物或水生软体动物的外骨骼中获得。术语“贝壳(seashell)”用于定义水生软体动物的外骨骼，因此贝壳在如本文所使用的术语“体壳”的范围内。这样的水生甲壳动物和软体动物的非限制性实例包括龙虾(lobster)、蟹、小龙虾(crayfish)、对虾(也称为虾)、牡蛎、贻贝、蛤蜊(clam)、蛾螺(whelk)和滨螺(winkle)。也可以使用陆生甲壳动物和软体动物的体壳，非限制性实例是蜗牛壳。通常，体壳来自甲壳动物(通常是龙虾)的外骨骼。
在优选的实施方案中，壳材料包括蛋壳或来自海螯虾的体壳。优选地，所述蛋壳来自禽蛋。
用于本文所述的方法的壳材料可以包括一种或多种不同类型的壳材料。例如，壳材料可以基本上仅由蛋壳材料组成(或仅由蛋壳材料组成)，或者可以包括蛋壳材料和体壳材料的组合。
壳材料可以是废壳材料。例如，壳材料可以包括蛋壳废料。
根据第一方面的方法需要对壳材料(例如蛋壳废料)进行将壳材料减小为颗粒的过程或方案。换言之，壳材料可以通过粒化而进行加工。因此，壳材料被“粒化”。粒化壳材料在本质上也可以被称为“粒子”。所公开的方法可以需要使用具有特定颗粒尺寸或尺寸范围的粒化壳材料。因此，可以(在所公开的方法的步骤(b)之前)将粒化壳材料的微粒(或颗粒)分离或分类成不同的颗粒或粒度尺寸。将粒化壳材料分离或分类的任何步骤都可以使用筛型装置进行，该筛型装置的筛目允许特定(预定)尺寸的微粒通过。
粒化步骤可以提供粒化壳材料，该粒化壳材料包括壳的颗粒或微粒，其尺寸(例如，最大颗粒直径或长度)为约1μM(即1微米)至约1000μM(即1000微米)。粒度也可以被称为“微粒等级”。例如，粒化壳材料可以包含最大尺寸为约5μm、10μM、15μM、20μM、25μM、30μM、35μM、40μM、45μM、50μM、55μM、60μM、65μM、70μM、75μM、80μM、90μM、100μM、150、200μM、250μM、300μM、350μM、400μM、450μM、500μM、550μM、600μM、650μM、700μM、750μM、800μM、850μM、900μM或950μM的微粒或颗粒。本文公开的方法不可以使用粒度(例如直径或长度)小于1μM的粒化壳材料。粒化壳材料可以包括一定范围的微粒或颗粒尺寸。举例来说，粒化壳材料(例如壳废料)可以包含具有以下尺寸(尺寸是指粒化壳内的微粒或颗粒的直径或长度)的微粒或颗粒：
(i)<53μM
(ii)54-74μM；
(iii)75-124μM；
(iv)125-249μM；
(v)250-499μM；或
(vi)>500μM。
粒化壳材料的颗粒和/或微粒的尺寸均可以小于200μM。
粒化壳材料的颗粒和/或微粒的尺寸均可以在54-249μM的范围内。
因此，用于本文所述的任何方法的粒化壳制剂可以包括单一均匀尺寸的颗粒或微粒(其中任何给定颗粒或微粒的尺寸在一定的预定公差内基本相同-例如+/-1μM、2μM、3μM、4μM、5μM、6μM、7μM、8μM、9μM、10μM、15μM、20μM、25μM、30μM、35μM、40μM、45μM或50μM)。备选地，用于本文所述的任何方法的粒化壳制备物可以包含不同尺寸范围的颗粒或微粒。如上所述，微粒或颗粒尺寸的范围可以从预定的下限延伸到预定的上限。技术人员将理解，所需的微粒或颗粒尺寸可以取决于可生物降解材料的所需特性-例如，具有光滑感的材料可以需要相对较小的颗粒(或微粒)尺寸(例如，已粒化为53μM以下的粒度的壳材料)，而具有粗糙感或不平感的可生物降解材料可以需要相对较大的粒度(例如，已粒化为54μM以上的粒度的壳废料)。
粘合剂是将粒化壳材料保持在一起的试剂。粘合剂可以包括某种形式的可生物降解的基于原纤维和/或纤维的材料。如上所述，本文所使用的术语“可生物降解”定义了能够被活生物体分解的物质。“原纤维”意指细的丝状结构。天然的基于原纤维或纤维的粘合剂几乎可以在所有活生物体中找到，并且是丰富的可再生资源。可生物降解的纤维的非限制性实例包括纤维素、甲壳多糖/壳聚糖、胶原、羊毛和丝。粘合剂可以是纤维素或包含纤维素。例如，粘合剂可以包含“纳米纤维素”。粘合剂可以包括纤维素微纤维/原纤维(CMF)、纤维素纳米纤维/原纤维(CNF)、纳米晶纤维素、细菌纳米纤维素和/或其一些组合。
可以制备粘合剂以用作包含粘合剂和稀释剂或赋形剂的溶液(或组合物)。例如，可以将粘合剂制备为0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％的溶液–即一定量的粘合剂(n份)与一定量的稀释剂或赋形剂(100-n份)混合。例如，可以将粘合剂制成1％的溶液-即将1份粘合剂与99份稀释剂或赋形剂混合或组合。制备的粘合剂溶液(组合物或混合物)可以被称为粘合剂储备溶液。
使粒化壳废料与粘合剂接触的步骤可以包括使粒化壳废料与一定量的粘合剂储备溶液接触。
使粒化壳废料与粘合剂接触的步骤可以按照某种预定比率进行，其中该比率根据所用材料的质量计算(即以重量计)。例如，粒化壳废料和粘合剂(其可以任选地以粘合剂储备溶液的形式提供)可以如下组合：
(i)1份粒化壳废料与1份粘合剂；
(ii)1份粒化壳废料与2份粘合剂；
(iii)1份粒化壳废料与3份粘合剂；
(iv)1份粒化壳废料与4份粘合剂；
(v)1份粒化壳废料与5份粘合剂；
(vi)1份粒化壳废料与6份粘合剂；
(vii)1份粒化壳废料与7份粘合剂；
(viii)1份粒化壳废料与8份粘合剂；
(ix)1份粒化壳废料与9份粘合剂；或
(x)1份粒化壳废料与10份粘合剂。
备选地，粒化壳废料和粘合剂(其可以任选地以粘合剂储备溶液的形式提供)可以如下组合：
(i)1份粒化壳废料与1份粘合剂；
(ii)2份粒化壳废料与1份粘合剂；
(iii)3份粒化壳废料与1份粘合剂；
(iv)4份粒化壳废料与1份粘合剂；
(v)5份粒化壳废料与1份粘合剂；
(vi)6份粒化壳废料与1份粘合剂；
(vii)7份粒化壳废料与1份粘合剂；
(viii)8份粒化壳废料与1份粘合剂；
(ix)9份粒化壳废料与1份粘合剂；或
(x)10份粒化壳废料与1份粘合剂。
用于制备粘合剂(储备)溶液的稀释剂或赋形剂可以包括“流动剂”。流动剂可以是适合于使粒化壳材料与粘合剂接触的任何溶剂。非限制性实例包括水和醇(例如，乙二醇、二甘醇、甘油和乙醇)。在优选的实施方案中，流动剂是水。使用流动剂是有利的，因为它允许壳材料有效地分散在整个粘合剂中。术语“储备溶液”在本文中用于定义其中分散有已知量的材料(例如，粘合剂)的液体。这种材料中的一些可以溶解以形成溶质。然而，不需要将这样的材料溶于溶液中。一些材料可以悬浮在溶剂中，作为悬浮液。
优选地，将粘合剂添加到流动剂中以形成组合物(也称为储备溶液)。然后将粒化壳材料添加到该组合物中并且与粘合剂接触。通常，包含粘合剂/流动剂混合物的组合物是悬浮液。然后将粒化壳材料添加到该悬浮液中并且与粘合剂接触。在某些实施方案中，粒化壳材料在与粘合剂接触之前通常在流动剂中被制成悬浮液。在某些实施方案中，在将粒化壳材料和粘合剂放在一起之前，通常在流动剂中将二者制成悬浮液。
如上所述，粒化壳材料可以包含粒化蛋壳、基本上由粒化蛋壳组成或由粒化蛋壳组成，并且粘合剂可以包含(纳米)纤维素微纤维/原纤维、基本上由(纳米)纤维素微纤维/原纤维组成或由(纳米)纤维素微纤维/原纤维组成。
再次，技术人员将理解，可生物降解材料的所需最终特性可以确定待使用的粒化壳材料和粘合剂的确切量。例如，可塑的、柔性的和/或可模制的可生物降解材料可以包含比粒化壳材料份数更多的粘合剂。相比之下，刚性(ridged)和/或脆性的可生物降解材料可以包含比粘合剂份数更多的粒化壳材料。
本发明人发现，具有比粘合剂份数更多的粒化壳材料(即，碳酸钙更多)的可生物降解材料可以是更坚固的，并且约3份(+/-0.5-1)粒化壳材料与1份粘合剂的比率产生通用的可生物降解材料。
使粒化壳材料与粘合剂接触。例如，可以将粒化壳材料添加到或分散在粘合剂中。使粒化壳废料与粘合剂接触的步骤可以通过任何合适的手段来实现，包括用手混合和/或使用机械混合器混合(粒化壳废料和粘合剂)。使粒化壳废料与粘合剂接触的步骤可以使用基于频率的振荡器来实现。
根据本文所述的方法产生或生产的可生物降解材料在某种程度上可以是亲水的。可以将疏水涂层涂覆到可生物降解材料上。例如，可生物降解材料可以具有疏水性可生物降解材料-例如生物塑料(例如，聚乳酸PLA)的层或涂层。
本文所述的方法可以包括模制步骤-即以某种方式使经加工的壳材料进行成型的步骤。模制经加工的壳材料的步骤可以在步骤(c)的干燥过程之前和/或期间进行。
经加工的壳废料可以模制成任何合适的形式-例如(任何合适的尺寸或厚度的)薄片或模制成2D或3D形状-例如块、球、字母/数字字符等。可以将经加工的壳废料模制成或成型成盘(或某些其他餐具形式)、器具、工具、包装、化妆品、垫等。
干燥经加工的壳材料的步骤可以包括空气干燥、加热干燥和/或冷冻干燥。在干燥步骤包括加热的情况下，可以将待干燥的材料放入烘箱中，并且经历约20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃、90℃或100℃的温度达适于干燥所述材料的一段时间。
另外地或备选地，可以将待干燥的材料置于真空中以移除水分。
此外，干燥过程可以包括在压力下压制(“压力处理”)或模制材料以移除水分。
待干燥的材料还可以通过渗透或扩散进行水分移除，其中将(待干燥的)相对潮湿的材料放在第二相对干燥和吸收性的材料上。在这些条件下，来自待干燥的材料的水分可以被第二和相对干燥/吸收性的物料吸收。
待干燥的材料可以进行压制/经历压力处理，然后通过渗透/扩散进行进一步水分移除。在这些条件下干燥可以防止材料在干燥时卷曲和/或破裂。
当干燥步骤包括冷冻干燥时，可以将粒化壳/粘合剂混合物冷冻，然后进行冷冻干燥。
通过冷冻干燥进行干燥产生了轻质的“蓬松”材料。这种类型的材料可以用作绝缘材料，用于化妆品工业(用作产品施用垫/移除垫等)或用作保护性包装(代替不可生物降解的包装材料，诸如泡沫球、泡沫聚苯乙烯(Styrofoam)、聚苯乙烯等)。
因此，在一方面，本发明提供了一种加工壳材料以提供绝缘材料的方法；所述方法包括以下步骤：
a)将壳材料粒化；
b)使粒化壳材料与粘合剂接触；以及
c)冷冻干燥粒化壳材料/粘合剂混合物，
其中步骤(c)的产物是绝缘材料。
根据上述方法制备的绝缘材料也可以是可生物降解的。
本发明还提供了通过所描述的加工壳材料以提供绝缘材料的方法可获得的绝缘材料。
可生物降解材料可以着色或染色-即在加工可生物降解材料时，使其经历其中添加染料或着色剂的步骤。
可以在粒化之前、期间或之后将染料或着色剂添加到壳材料中。
另外地或备选地，可以在准备使用之前、期间或之后将着色剂或染料添加到粘合剂中。
另外地或备选地，可以将着色剂或染料添加到粒化壳/粘合剂混合物中。
另外地或备选地，可以将着色剂或染料添加到或施加到干燥的(可生物降解)材料中(换言之，可以在完成任何干燥步骤之后将着色剂或染料添加到经加工的壳材料中)。
本发明人已经发现，当在干燥后将着色剂或染料添加到经加工的壳废料中时，颜色保持明亮和醒目。在干燥步骤之前添加着色剂或染料可以导致颜色或染料褪色、发暗或变化。
在某些实施方案中，使用疏水涂层和着色剂。优选地，在添加着色剂或染料之后施加疏水涂层。
基于上述内容，本发明提供：
一种加工壳材料以提供模制的可生物降解材料的方法；所述方法包括以下步骤：
a)将壳材料粒化；
b)使粒化壳材料与包含纳米纤维素的粘合剂接触；以及
c)模制并且干燥粒化壳废料/粘合剂混合物，
其中步骤(c)的产物是模制的可生物降解材料。
一种加工蛋壳材料以提供可生物降解材料的方法；所述方法包括以下步骤：
a)将蛋壳材料粒化；
b)使粒化蛋壳材料与包含纳米纤维素的粘合剂接触；以及
c)干燥粒化蛋壳材料/粘合剂混合物；
其中步骤(c)的产物是可生物降解材料。
一种加工蛋壳材料以提供模制的可生物降解材料的方法；所述方法包括以下步骤：
a)将蛋壳材料粒化；
b)使三份粒化蛋壳材料与一份纳米纤维素基粘合剂接触；以及
c)模制并且干燥粒化蛋壳材料/粘合剂混合物，
其中步骤(c)的产物是模制的可生物降解材料。
如上所述，所公开的加工壳废料的方法可以不需要使用另外的集料，诸如填充材料，例如无机碳酸盐、粘土或煤渣，或分散剂，例如马来酸或柠檬酸。
一种加工壳废料以提供可生物降解材料的方法，所述方法包括以下步骤：
a)收集和粒化壳废料；
b)制备粘合剂；
c)将壳废料分散在粘合剂中；
d)模制壳废料/粘合剂混合物；
e)形成干燥的可生物降解产品。
该方法的一个实施方案在图1中作为流程图呈现(其中集料是壳废料)。
在另外的方面，本发明提供了可通过本文所述的方法获得的材料/可生物降解材料。
本发明还提供了通过本文所述的方法可获得的可生物降解材料在制造物体、物品或工具中的用途。所述物体、物品或工具可以选自由以下组成的组：
(i)包裹和/或包装；
(ii)绝缘物；
(iii)化妆品配件；和
(iv)餐具。
本发明还提供了用作化妆品添加剂的粒化蛋壳。例如，可以将粒化壳材料(例如粒化蛋壳废料)添加到化妆品(凝胶、乳膏、软膏、粉末等)中。此外，粒化壳材料(例如粒化蛋壳废料)可以用作塑料微珠的替代物。粒化壳废料可以如本文所述进行加工，模制或制备成微珠，任选地用着色剂染色和/或用疏水涂层涂覆，然后用作微珠替代物。
发明详述
现在将参照以下附图对本发明进行详细描述，所述附图示出：
图1以流程图示出了本发明的一个实施方案。
图2是根据本发明的方法获得的产品的照片。在该实例中，使用的蛋壳(<53μM):纤维素微原纤维的比率为1:0.39，并且蛋壳/纤维素微原纤维混合物是空气干燥的(左侧样品)或烘箱干燥的(右侧样品)。
图3是根据本发明的方法获得的产品的延展(mM)作为施加的负荷(N)的函数的图，其中使用的蛋壳(<53μM):纤维素微原纤维的比率为3:1，并且蛋壳/纤维素微原纤维混合物是空气干燥的。
图4是根据本发明的方法获得的产品的延展(mM)作为施加的负荷(N)的函数的图，其中使用的蛋壳(<53μM):纤维素微原纤维的比率为5:1，并且蛋壳/纤维素微原纤维混合物是空气干燥的。
图5是根据本发明的方法获得的产品的图，其中使用的蛋壳(<53μM):纤维素微原纤维的比率为3:1，并且蛋壳/纤维素微原纤维混合物是冷冻干燥的。
图6是根据本发明的方法获得的产品的图，其中使用的蛋壳(<53μM):纤维素微原纤维的比率为3:1，并且蛋壳/纤维素微原纤维混合物是空气干燥的。右侧的样品涂有在氯仿中包含1％聚乳酸的疏水溶液。
图7是根据本发明的方法获得的产品的图，其中使用的蛋壳(<53μM):纤维素微原纤维的比率为3:1，并且将两种材料接触并且空气干燥。然后使用废咖啡(左侧样品)、甜菜根废料(中间样品)和红甘蓝废料(右侧样品)对样品进行染色。
图8是根据本发明的方法获得的产品的图，其中使用的蛋壳(<53μM):纤维素微原纤维的比率为3:1，并且将蛋壳/纤维素微原纤维混合物压制(使用咖啡压榨机)并且使用纸巾通过渗透/扩散进行进一步水分移除。
图9是通过本发明的方法获得的材料的图，其中使用的蛋壳(<53μM):纤维素微原纤维的比率为3:1，并且将蛋壳/纤维素微原纤维混合物模制并且使用吹风机进行加热干燥。该模制材料已用于生产盘碟。
具体实施方案
从英国鸡蛋加工公司JUST EGG获得的磨碎的蛋壳粉首先使用摇筛机分为六个粒度组：
1.>500微米
2.250–499微米
3.125–249微米
4.75–124微米
5.54–74微米
6.<53微米
用于实验的两组特定粒度由以下组成：
1.54–249微米
2.<53微米
实施例1：概念证明
使用基于频率的振荡器(LabRAM)，通过使以下接触来制备两个样品：
-1g蛋壳粉(<53微米)；和
-39g的1％纤维素微原纤维(CMF)水溶液。
将所得材料分成两杯，并且通过空气干燥或通过烘箱干燥进行干燥。一周后，样品已被干燥以形成坚固且柔性的纸板样材料(参见图2)。不希望受到理论束缚，该结果看起来表明纤维素纤维能够有效地结合来自蛋壳的碳酸钙。
实施例2：优化蛋壳和纤维素的比率
根据实施例1中使用的方法制备样品，但是使用的蛋壳粉:CMF的比率为5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4、1:5。
包含更多CMF(例如1:2至1:5)的比率产生了柔性更高的材料，而包含更多蛋壳粉(例如5:1至2:1)的比率产生了脆性更高但强度更大的材料。
碳酸钙更多的样品被证明是更坚固的。强度和柔性达到最佳平衡的材料是以3:1的蛋壳粉:CMF的比率生产的材料。图3和图4是延展(mM)作为施加到根据本发明获得的材料的负荷(N)的函数的图表，其中使用的蛋壳(<53μM):CMF的比率为3:1或5:1。与使用5:1的比率生产的材料相比，使用3:1的比率生产的柔性更高的材料能够以更大的程度延伸(延展)。与使用5:1的比率生产的更脆的材料(其可以承受高达约38N)相比，这得到了柔性更高的材料，其在断裂之前承受更大的负荷(高达约115N)。蛋壳粉:CMF的比率为3:1提供了可以用于多种应用的通用材料。
实施例3：冷冻干燥
根据实施例2中使用的方法制备样品，使用的蛋壳粉:CMF的优选比率为3:1。样品并未进行空气干燥或烘箱干燥，而是在冰箱中冷冻，然后使用冷冻干燥机干燥，这移除了所有水分，同时保留冷冻样品的形状。
所得材料(参见图5)是轻质且蓬松的，质地类似于棉垫(气凝胶)。该材料可能具有绝缘特性，并且可以在建筑中用作绝缘材料。备选地，其可以用作化妆品工业中的垫，例如用于产品(例如，化妆品)施用或移除。一旦模制成特定形状，该材料也可以用于保护性包装(代替泡沫聚苯乙烯和塑料包装材料)。
相同的冷冻干燥方法也用于蛋壳粒度为54-249微米的情况。较大的微粒看起来提供了易于碎裂的材料。在蛋壳粒度<53微米的情况下获得的冷冻干燥材料不易碎裂，并且是优选的材料。
实施例4：水吸收和疏水涂层
根据实施例2中使用的方法制备样品，使用的优选蛋壳粉:CMF比率为3:1。测试材料的水吸收。水滴与材料接触，在约7分钟后被吸收，表明材料是亲水的。
如果材料在水或湿气存在下使用时要承受水溶液，则疏水涂层是必需的。
将聚乳酸(PLA)的生物塑料球溶解在氯仿中以制成包含6％和3％PLA的溶液。比较了干燥10mL、7.5mL和5mL的所述6％溶液以及10mL的所述3％溶液所得到的生物塑料涂层的厚度。当使用10mL的3％PLA溶液时所得到的涂层厚度看起来是合适的，但是该溶液太粘而无法与喷枪一起使用。因此，使用PLA在氯仿中的1％溶液，并且通过喷枪将其喷到根据实施例2中使用的方法制备的材料样品上，使用的优选蛋壳粉:CMF比率为3:1。所得的涂层材料是疏水的(参见图6)。
用喷枪涂覆生物塑料涂层是有利的，因为可以在需要时涂覆该涂层。
实施例5：使材料着色
使用三种天然着色剂或染料-红甘蓝、甜菜根和咖啡。
根据实施例2中使用的方法制备样品，使用的优选蛋壳粉:CMF比率为3:1。在干燥之前，将废咖啡渣或红甘蓝着色剂添加到每个样品中。样品干燥时，红甘蓝的着色褪色，但是咖啡渣的着色仍然保留。
在添加着色剂之前，干燥根据实施例2中使用的方法制备的单独样品，使用的优选蛋壳粉:CMF比率为3:1。使干燥材料着色被证明赋予了明亮且更鲜明的色彩(参见图7)，并且是优选的染色方法。
实施例6：较大的粒度
根据实施例2中使用的方法制备样品，使用的优选蛋壳粉:CMF比率为3:1，并且使用粒度为54-249微米而不是<53微米的蛋壳。
很好地形成了所得材料，并且与使用粒度<53微米的蛋壳颗粒形成的材料类似。该材料的不同之处在于，相比于使用较小蛋壳粒度形成的材料，其具有更粗糙或更不平的表面纹理，并且能够证明在磨砂应用中是有用的。
接近249微米尺寸的蛋壳颗粒在处理时看起来使材料碎裂。因此，优选的蛋壳粒度小于249微米，优选·200微米。
相同的3:1比率的蛋壳粉:CMF得到了强度和柔性的最佳平衡，并且对于所有蛋壳粒度是优选的。
实施例7：压制并干燥材料
根据实施例2中使用的方法制备样品，使用的优选蛋壳粉:CMF比率为3:1。将样品在咖啡压榨机中压制以移除大量的水，而不是简单地空气干燥或烘箱干燥。然后将样品从压榨机中取出，并且放在纸巾上以吸收多余的水，随后烘箱干燥。
这种干燥方法产生了与简单的空气干燥或烘箱干燥所产生的那些样品类似的样品(参见图8)，但是该样品干燥得快得多。
实施例8：模制
使用计算机数字控制制作盘设计，并且真空成型为塑料管。在模具中钻孔，然后衬上滤纸。根据实施例2中使用的方法制备粒化壳废料/粘合剂混合物，使用的优选蛋壳粉:CMF比率为3:1。然后将混合物倒入模具中。将水通过重力过滤从混合物中分离，并且使用吹风机干燥所得材料。该材料保留了模具的盘状形状(参见图9)。
通过从根据实施例2和实施例7中使用的方法制备的较大样品中切出所需的形状来制备较小的物体(例如图9的叉勺)，使用的优选蛋壳粉:CMF比率为3:1。

Claims (37)

1.一种加工壳废料以提供可生物降解材料的方法，所述方法包括以下步骤：
a)将所述壳废料粒化；
b)使粒化壳废料与粘合剂接触；以及
c)干燥所述粒化壳废料/粘合剂混合物；
其中被干燥的混合物是可生物降解材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤a)还包括通过粒度分离所述粒化壳废料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述粒化壳废料包含尺寸小于200μm的颗粒。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述粒化壳废料包含尺寸小于124μm的颗粒。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述粒化壳废料包含尺寸小于74μm的颗粒。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述粒化壳废料包含在<53μm、54-74μm、75-124μm、125-249μm的任一范围内的粒度。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法还包括使用流动剂。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述粒化壳废料和所述粘合剂进一步与所述流动剂接触。
9.根据权利要求7所述的方法，其中所述粘合剂包括所述流动剂。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述粒化壳废料与包含所述粘合剂和所述流动剂的组合物接触。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的方法，其中所述流动剂是水。
12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述粘合剂以悬浮液的形式提供。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述粒化壳废料与所述粘合剂悬浮液接触。
14.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中在接触步骤b)之前将所述粒化壳废料制备成悬浮液。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述粒化壳废料悬浮液与所述粘合剂接触。
16.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法包括模制步骤。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述模制步骤在干燥步骤c)之前和/或期间发生。
18.根据权利要求16或17中任一项所述的方法，其中所述模制步骤将经加工的壳废料模制成预定形状。
19.根据任一前述权利要求所述的方法，其中干燥步骤c)包括过滤、冷冻干燥和/或空气干燥。
20.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述壳废料包括蛋壳和/或海螯虾壳。
21.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述粘合剂是可生物降解的基于原纤维或纤维的材料。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述可生物降解的基于原纤维或纤维的材料是基于纤维素的。
23.根据权利要求22所述的方法，其中基于纤维素的材料是纳米纤维素。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述纳米纤维素是纤维素微原纤维(CMF)和/或纤维素纳米原纤维(CNF)。
25.根据任一前述权利要求所述的方法，其中壳废料:粘合剂的比率是5:1、4:1、3:1、2:1、1:1、1:2、1:3、1:4或1:5。
26.根据任一前述权利要求所述的方法，其中壳废料:粘合剂的比率是3:1。
27.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法包括添加染料或着色剂的另外步骤。
28.根据权利要求27所述的方法，其中在干燥步骤c)之后添加所述着色剂或染料。
29.根据权利要求27或28中任一项所述的方法，其中所述着色剂是天然存在的着色剂。
30.根据任一前述权利要求所述的方法，其中将疏水涂层涂覆到所述可生物降解材料上。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述疏水涂层是生物塑料。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述生物塑料是聚乳酸。
33.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法不需要使用填充材料、无机碳酸盐、粘土和/或煤渣。
34.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法不需要使用分散剂、马来酸和/或柠檬酸。
35.根据任一前述权利要求所述的方法，其中所述方法不需要使用合成碳酸钙、天然磨碎的碳酸钙或表面改性的碳酸钙。
36.根据任一前述权利要求所述的方法形成或可获得的物体或物品。
37.根据权利要求36所述的物体或物品，其中所述物体或物品是选自由以下组成的组的物体或物品：
(i)餐具；
(ii)包装和/或包裹材料；
(iii)绝缘材料；和
(iv)化妆品。
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