CN1145445C - 一种可降解容器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可降解容器，包括60wt％-70wt％的植物纤维、10wt％-30wt％的粘合剂和0.1wt％-5wt％的脱模剂，其中粘合剂为改性脲甲醛树脂。本发明还公开了一种可降解容器的成型方法，包括以下步骤：(a)将植物纤维研磨至比预定尺寸小的尺寸；(b)将由步骤(a)获得的研磨过的植物纤维和脱模剂混合形成预混物料；(c)将所述预混物料和粘合剂混合成粉末状；(d)在5-80MPa的压力下对由步骤(c)获得的所述粉末进行第一次压模；以及(e)在1.5-16MPa的压力下对所述粉末进行第二次压模制成所述容器。

Description

一种可降解容器及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种可降解容器，尤其是一种用来装食品或饮料的一次性可降解容器。本发明还涉及这种容器的制备方法。

背景技术

由不可降解的原料制造的一次性食品容器已经使用了很长时间，人们已充分认识到丢弃这类食品容器对环保带来的负面影响。已有人提议用不同选择性原料来制造一次性可降解食品容器，本发明的目的就是提供一种有利于环保的新型一次性可降解食品容器以及这类食品容器的新型成型方法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种可降解容器，该容器包括60wt％-70wt％的植物纤维、10wt％-30wt％的粘合剂和0.1wt％-5wt％的脱模剂，其中所述粘合剂为改性脲甲醛树脂，该改性脲甲醛树脂通过以下方法制备：(1)将1,280克甲醛与30克六亚甲基四胺搅拌混合，5分钟后，测定溶液的pH值，如果溶液的pH值低于7.0，加入氢氧化钠使溶液的pH值在7.0-7.5；然后加入440克脲，将所得溶液再搅拌15分钟；接着升温并保持在65℃达15分钟；然后将温度升高到90-95℃，保持该温度直到溶液的pH值达到4.1-4.4；将样品溶液放入室温下的洁净水中，待出现白色浑浊后立即加入氢氧化钠使溶液的pH值调至6.0，并将温度迅速降到75℃以下，通过加入50克氨水将溶液的pH值保持在7.0-7.5；(2)加入220克脲，并将溶液保持在不低于65℃的温度下持续20分钟；当温度慢慢开始上升时，加入另外的140克脲，将溶液保持在65℃的温度下持续另外的10分钟，加入剩余的50克氨水以将溶液的pH值调整到8.8-9.0，并将溶液保持10分钟；当温度升高到85℃，加入50克三聚氰胺，使溶液反应10分钟，同时将溶液的pH值保持在9.0；当温度升高到超过90℃时开始真空脱水；当从溶液中移去400ml水时停止真空脱水，然后冷却溶液；当溶液温度下降到低于50℃时，加入50克水基环氧树脂AB-1，并搅拌溶液10分钟，排放所得改性脲甲醛树脂。

根据本发明的第二方面，提供了一种可降解容器的制备方法，该方法包括以下步骤：(a)研磨植物纤维使其尺寸比预定尺寸小；(b)将由步骤(a)获得的研磨过的植物纤维和脱模剂混合以形成预混物料；(c)将所述预混物料和粘合剂混合成粉末状；(d)把由步骤(c)获得的所述粉末在5-80MPa的压力下进行第一次压模；以及(d)将所述粉末在1.5-16MPa的压力下进行第二次压模成所述容器。

根据本发明，将如稻壳、玉米穗轴、花生壳、椰子壳、麦壳、甘蔗渣、谷物杆、玉米杆或高粱杆的植物纤维放入诸如由WDJ经销的型号为WDJ-350(由浙江丰利粉碎设备有限公司生产)生产能力为约500kg/hour的干汽轮粉碎机的破碎机中，进行研磨。经如此研磨的植物纤维然后加入到型号为ZSX900-2S、生产能力为约850kg/hour的ZSX系列三级振动筛分机中。将筛子标准调整在40筛目。研磨过但不能通过40筛目筛子的植物纤维可再次放入干燥粉碎机中再次研磨直到全部颗粒通过40筛目的筛子。“筛目”(也可称为筛孔)为筛子上每25.4mm(即1英寸)所具有的“孔”的数量，是一种颗粒物料的标度。在这一点上，筛目(筛孔)数与标度的关系如下表1所示：表1

然后将通过筛选后的研磨过的植物纤维颗粒与以下组分混合：(a)羧甲基纤维素(其化学通式为(C6H9O4·OCH2COOH)n，其中n为自然数)，至多5wt％，起增粘剂的作用，以增加物料的最初粘度；(b)滑石粉(Mg3(Si4O10)(OH)2)，至多5wt％，起助流剂的作用，以增加压模过程中物料在模腔中的流动性；(c)硬脂酸钙([CH3(CH2)16COO]2Ca)，0.1wt％-5wt％，起脱模剂的作用，以促进最终制品容器从模腔中脱模，并使容器表面光滑；(d)二氧化钛(TiO2)，0.5wt％-3wt％，起增白剂的作用，用来增加容器的白度；(e)淀粉(其通式为(C6H10O5)n，其中n为自然数)，至多5wt％，起改良剂的作用，用来改善物料的粘合强度，并提高降解率；(f)聚乙烯醇缩丁醛 (其中n为自然数)，高达5wt％，起增强剂的作用，用来增加容器的抗拉强度，并改善容器的其它物理特性；和(g)水(H2O)，至多10wt％，用来湿润组分，借此提高其搅动作用，并提高最终容器表面的光滑度。

把上述组分和研磨过的植物纤维一起加入旋转装置中，在温度为30-50℃、转速为500-1300r.p.m(转/分钟)的条件下混合2-5分钟。因为在混合过程中产生热量，因此保持上面范围的温度不需要额外补充能量。

然后加入改性脲甲醛树脂(下面要进一步讨论)，并在温度为50-80℃转速为2500-3600r.p.m的条件下将所得溶液通过旋转混合10-25分钟。然后所得物料准备用于容器的成型。也可贮存起来以便以后使用。将所得物料的含水量控制在15wt％-22wt％的范围内是很重要的。

把上面获得的物料加入模具中，接着进行压模(热硬化)。该物料首先在100-200℃的温度、5-80MPa的压力下压制5-10秒钟。然后将压力减至常压下压制5-30秒钟。由于物料中含有水分，在热压过程中，水分蒸发。压力减至大气压使得水蒸气及时抽空，这样就防止了气泡滞留在容器中。

然后在1.5MPa-16MPa的压力下再次压制产物5-30秒钟以形成最终容器。卸载模具使得从中取出容器。然后清洗模具以便下一个循环操作使用。压模过程实际上是一个固化过程，在该过程中物料在一定温度和压力下固化形成容器。

模具设计的基本标准在于模腔的形状和尺寸要与容器的形状和尺寸相同，模具的放置要可靠，模具要有足够的强度，而且模具要有必要的排气隧道，以及必要的空间用来溢流多余的压模物料。

为了使产品的形状符合标准，从模具里取出的容器然后经修剪以切掉任何不需要的部分。然后用水基三元共聚物膜涂敷容器的表面以增强其对热和化学试剂的耐性。水基三元共聚物是乙酸乙烯酯-乙烯-丙烯酸共聚物，以及交联剂和聚硅氧烷消泡剂。

乙酸乙烯酯-乙烯-丙烯酸共聚物的化学通式为：其中n、n’和n”皆为自然数，R和R’各自代表H、烷基或其它取代基团。交联剂为甲基-三乙氧基硅烷(CH3Si[OC2H6]3)。聚硅氧烷消泡剂为硅氧烷乳液，其普通化学式为：其中n为自然数。

然后容器在烘箱中干燥约5分钟，接着在无菌环境中包装。为了防止在包装过程中容器受污染，该空间为定期进行紫升线辐射的相对密封的空间。

下面通过实施例1描述改性脲甲醛树脂的制备方法。

实施例下面的表2列出了制备改性脲甲醛树脂中使用的组分。

表2

1,280克甲醛与30克六亚甲基四胺混合，搅拌混合液。搅拌5分钟后，测定溶液的pH值。如果溶液的pH值低于7.0，加入适量的氢氧化钠使溶液的pH值在7.0-7.5。然后加入440克脲，将所得溶液再搅拌15分钟。接着增加温度并保持在约65℃达15分钟。然后将温度升高到90℃-95℃。将温度保持在这个范围直到溶液的pH值达到4.1-4.4。然后取出样品溶液，放到室温下的洁净水中，于是出现白色浑浊。然后立即加入适量氢氧化钠使溶液的pH值调至约6.0。将温度迅速降到75℃以下，通过加A50克氨水将溶液的pH值保持在7.0-7.5。

加入220克脲，并将溶液保持在不低于65℃的温度下持续20分钟。当温度慢慢开始上升时，加入另外的140克脲，将溶液保持在约65℃的温度下持续另外的10分钟。加入剩余的氨水以将溶液的pH值调整到8.8-9.0，并将溶液保持10分钟。当温度升高到85℃，加入50克的三聚氰胺。使溶液反应约10分钟，同时将溶液的pH值保持在约9.0。当温度升高到超过90℃时开始真空脱水。当从溶液中移去400ml时停止真空脱水，然后冷却溶液。当溶液温度下降到低于50℃时，加入50克AB-1(商标)。搅拌溶液10分钟，排放所得改性脲甲醛树脂供本发明使用。这种改性脲甲醛树脂的普通化学式为：

其中n为自然数，R代表H、羟基或氨基。

AB-1(商标)为水基环氧树脂，由中国广东省江门市长江企业公司经销，起甲醛吸收剂的作用。

甲醛与脲的摩尔比应该低，例如：甲醛∶脲＝1.2∶1当甲醛与脲反应生成脲甲醛分子时，反应介质为甲醛。在本实施例中，尽管甲醛的摩尔比不高，仍然有0.2摩尔的剩余，但这起到了用于形成脲甲醛分子的介质的作用。

为了最大量的生成改性脲甲醛树脂并使剩余的游离甲醛最小，分几次加入脲以确保脲能与甲醛充分反应生成脲甲醛分子。甲醛与氨水反应生成六亚甲基四胺，以保证反应必要的pH值，并消耗掉剩余的游离甲醛。生成的六亚甲基四胺也确保了脲甲醛树脂的稳定性。

采用真空脱水利于反应完成后多余的游离甲醛蒸发。由于甲醛溶于水，当该系统的压力降低时，甲醛溶液中的蒸汽压平衡被打破，甲醛的挥发度降低，且其很容易溢出。残余的游离甲醛也被AB-1(商标)吸收掉。

在上述改性脲甲醛树脂中游离甲醛的量低于0.2％，而常规得到的脲甲醛树脂中游离甲醛的量为3％。该效果的获得部分是由于加入了起甲醛吸收剂作用的AB-1。

下面的表3A-3D集中显示了根据上面的发明制得的容器的总共15个实施例。

表3A

表3B

表3C

表3D

根据我们的研究，还没有非常准确的或量化的“降解”定义。根据我们进行的不同实验的结果，对我们产品来讲“降解”的定义就是在自然环境中在几个月或几天内通过水、阳光、水分、微生物的作用，根据本发明的产品可以软化、龟裂、减为粉末状、分解，并最后扩散被土壤吸收，再次参与到无害的自然生态循环中。

我们的实验表明根据本发明制得的产品在常温水中在24小时内将软化，48小时内可完全软化，大约72小时内可完全溶解。另一方面，在沸水中约12小时内可完全溶解。在自然环境降解的情况下，通过水、阳光、水分、微生物作用，在2-5个月的时间内，根据本发明的容器将软化、龟裂、减为粉末状、分解、扩散并消失在土壤中。

在容器的整个加工过程中，从选料到其使用后降解和消失，都没有什么问题。容器在土壤中降解后，可使元素如氮、磷和有机硅得到补充。

本发明中的容器可制成快餐工业中使用的碗、盘、杯。生产容器使用的原料可用作包装材料、家用电器或家用器皿的防震材料、建筑材料、装饰材料、楼梯扶手、门板、地板、家具材料、小孩玩具和宠物用品。

本发明的一些优点如下：

(a)原料安全、无毒、对环保有利；(b)本发明中使用的植物纤维来源丰富且价格低廉。以前这样的植物纤维被作为垃圾扔掉或焚烧掉，但是现在可用来制造有用的器皿；(c)根据本发明制得的容器在降解时决不会造成玷污或污染。

该容器在使用和扔掉后，可再回收和再利用。如果加入一些营养物质，它们还可以作为家畜和家禽的饲料使用。

Claims (12)

1.一种可降解容器，包含60wt％-70wt％的植物纤维、10wt％-30wt％的粘合剂和0.1wt％-5wt％的脱模剂，其中所述粘合剂为改性脲甲醛树脂，该改性脲甲醛树脂通过以下方法制备：(1)将1,280克甲醛与30克六亚甲基四胺搅拌混合，5分钟后，测定溶液的pH值，如果溶液的pH值低于7.0，加入氢氧化钠使溶液的pH值在7.0-7.5；然后加入440克脲，将所得溶液再搅拌15分钟；接着升温并保持在65℃达15分钟；然后将温度升高到90-95℃，保持该温度直到溶液的pH值达到4.1-4.4；将样品溶液放入室温下的洁净水中，待出现白色浑浊后立即加入氢氧化钠使溶液的pH值调至6.0，并将温度迅速降到75℃以下，通过加入50克氨水将溶液的pH值保持在7.0-7.5；(2)加入220克脲，并将溶液保持在不低于65℃的温度下持续20分钟；当温度慢慢开始上升时，加入另外的140克脲，将溶液保持在65℃的温度下持续另外的10分钟，加入剩余的50克氨水以将溶液的pH值调整到8.8-9.0，并将溶液保持10分钟；当温度升高到85℃，加入50克三聚氰胺，使溶液反应10分钟，同时将溶液的pH值保持在9.0；当温度升高到超过90℃时开始真空脱水；当从溶液中移去400ml水时停止真空脱水，然后冷却溶液；当溶液温度下降到低于50℃时，加入50克水基环氧树脂AB-1，并搅拌溶液10分钟，排放所得改性脲甲醛树脂。

2.根据权利要求1的容器，其中所述植物纤维从下面至少一种物质中获得：稻壳，玉米穗轴，花生壳，椰子壳，麦壳，甘蔗渣，谷物杆，玉米杆或高粱杆。

3.根据权利要求1的容器，其中所述脱模剂是硬脂酸钙。

4.根据权利要求1的容器，其中所述容器还包括增粘剂，所述增粘剂是羧甲基纤维素。

5.根据权利要求1的容器，其中所述容器还包括至多3wt％的颜料，所述颜料是二氧化钛。

6.根据权利要求1的容器，其中所述容器还包括至多5wt％增加所述容器的粘合强度的改良剂，所述改良剂是淀粉。

7.根据权利要求1的容器，其中所述容器还包括至多5wt％的滑石粉。

8.根据权利要求1的容器，其中所述容器还包括至多10wt％的水分。

9.根据权利要求1的容器，其中所述容器还包括至多5wt％的增强剂，所述增强剂是聚乙烯醇缩丁醛。

10.一种制备权利要求1的可降解容器的方法，包括以下步骤：(a)研磨植物纤维，使其成为能通过40目筛的粉末；(b)将由步骤(a)制得的植物纤维与脱模剂在30℃-50℃的温度、500-1300转/分的转速下混合2-5分钟，以形成预混物料；(c)将由步骤(b)所得的预混物料与改性脲甲醛树脂在50℃-80℃的温度、2500-3600转/分的转速下混合10-25分钟，制成粉末状，并将其水分控制在15-22wt％；(d)将由步骤(c)制成的粉末在100℃-200℃的温度、5-80MPa的压力下第一次压制5-10秒，然后在减压至常压压制5-30秒；(e)在1.5-16MPa的压力下再次压制5-30秒以制成所述容器。

11.根据权利要求10的方法，还包括下列步骤：(f)用水基三元共聚物涂敷所述容器；(g)干燥所述容器；和(h)在无菌环境中包装所述容器。

12.根据权利要求11的方法，其中所述水基三元共聚物是乙酸乙烯酯-乙烯-丙烯酸共聚物。