CN114940831A - 植物纤维原料粒 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种植物纤维原料粒，该原料粒的组成包含植物纤维粉41～59％、淀粉21～29％、天然黏合剂8～28％，水溶性高分子胶6～12％、改性剂3～5％、滑剂0.01～0.2％，以及纤维素3～5％，其中，该天然黏合剂由淀粉添加二羧酸及发酵用的菌种制成。利用上述原料配方经一系列程序制成出植物纤维原料粒，再利用不同的加工机械以植物纤维原料粒为加工原料，制造出植物纤维材料的产品。

Description

植物纤维原料粒

技术领域

本发明涉及天然维纤材料领域，特别涉及一种以天然植物的纤维、淀粉及黏合剂等为原料制成的原料粒。

背景技术

目前，为了改善塑料制品泛滥的问题，公开号为CN1299238的专利申请，其揭露一种生物可降解的蛋白质/淀粉基热塑料性组成物，该组合物含有：10～50重量％蛋白质；20～50重量％淀粉、5～25重量％天然纤维素纤维、8～20重量％水，以及0.5～5重量％金属盐水合物。该申请主要成分是蛋白质和淀粉，并加入至少8％的水作为发泡剂，属于一种发泡成型用的原料；其于说明书第12页第11行揭露，淀粉产品脆、物理耐老化性能差，但通过蛋白质混合和化学改性可改善淀粉的这性性能，借助于增塑剂和化学改性可改进蛋白质/淀粉组合物的柔韧性。该申请为了改善蛋白质和淀粉基塑料耐水性和耐老化性差的问题，故而在其组成物中增加了增塑剂，如其说明书第16页第1行所载：“水即可用作本发明的增塑剂，也可用作发泡剂，有效含量的水，即可改善组成物的加二流动性，也可提高低倍率膨胀泡沫塑料产品的物理性能”，发泡是使塑料产生微孔结构的过程，目前有热固性和热塑性发泡塑料，该申请所揭露的发泡型天然原料粒仅适用于发泡成型，也就是原料粒融融后只能在模具中成型，无法适用吹塑、吸塑或押出成型等加工来成型产品，主要是因为其原料粒加热融融后并不具备拉伸的延展性，故而无法适用其它的加工方式。

另一先前技术是本案申请人先前创作，申请号为108102795号，可生物分解的植物纤维原料的组成物及其制造方法发明专利(以下简称第二申请)，该第二申请揭露一种植物纤维制成的原料粒，该原料粒的成分完全不需要水分，包含：植物纤维粉40～60％、淀粉20～30％、淀粉发酵的植物胶粉末10～20％、水溶性高分子胶5～10％，以及纤维素蛋白质3～5％。而其制程主要是将上述配方依制造方法的不同将比例作适当调整后，接着分别将纤维粉、淀粉及天然黏合剂各自用一混炼机旋转混炼10～40分钟，再将全部配方利用一第四混炼机综合搅拌混炼为综合原料；之后将该综合原料置于一成型装置内成型若干料条，再利用一切削单元将该等料条切削呈颗粒状并经过冷却后，即可制成原料粒。该申请所揭露的原料粒是利用淀粉加热糊化后与植物胶混合产生的聚合性结合纤维粉，然而该申请配方中的植物胶只有揭露是在淀粉中加入益生菌发酵而成，虽然可以达到聚合的效果，但此种聚合无法将淀粉及纤维粉达到长久性的聚合效果，且混炼后产生的延展性有限，无法作为吸管、瓶罐或袋体等物品的生产原料，有加以改良的必要。

发明内容

本发明的主要目的，是提供一种“植物纤维原料粒”，其是以天然植物的纤维、淀粉利用黏合剂等成分制成原料粒，令该纤维原料粒可通过加工设备制成纤维产品，以减少塑料制品对环境的破坏。

缘于达成上述的目的，本发明“植物纤维原料粒”其是利用纯天然的植物原料配方制成纤维原料粒(10)后，再将该纤维原料粒(10)作为加工用的原料，利用不同的加工机进行制作纤维吸管、袋体或瓶罐，该纤维原料粒(10)的成份包括：植物纤维粉41～59％、淀粉21～29％、天然黏合剂8～28％，水溶性高分子胶6～12％、改性剂3～5％以及滑剂0.01～0.2％，其中，该天然黏合剂由淀粉添加二羧酸及发酵用的菌种制成。

其中，优选的，该植物纤维粉是以天然植物的茎干、树皮、叶子或果皮作为纤维原料，经过碎化、干燥处理后，加工为含水率20％以下的粉末。

其中，优选的，该淀粉来自竹子、小麦、马铃薯、玉米、番薯、木薯、莲藕、米或藻类植物。

其中，优选的，该天然黏合剂经干燥后制成粉末，而该菌种为曲菌、酵母菌、乳酸菌或醋酸菌。

其中，优选的，该水溶性高分子胶为化学改性天然聚合物，该化学改性天然聚合物为羧甲基淀粉或醋酸淀粉。

其中，优选的，该滑剂为一级酰胺、二级酰胺或乙撑二硬脂酸酰胺。

其中，优选的，该改性剂为偶联剂。

其中，优选的，所述的植物纤维原料粒中更可包含纤维素3～5％。

其制程主要是将上述配方将比例作适当调整后，再分别将纤维粉、淀粉及天然黏合剂各自用一混炼机旋转混炼10～40分钟，再将全部配方利用一第四混炼机综合搅拌混炼为综合原料；之后将该综合原料置于一成型装置内成型若干料条，再利用一切削单元将该等料条切削呈颗粒状的原料粒，经过冷却后即可将原料粒成品包装，方便后续利用该纤维原料粒利用不同的加工机械制造植物纤维材料的产品。

附图说明

图1为本发明原料配方混炼并加工成原料条的示意图；

图2为本发明第一冷却系统及切削单元的示意图。

图3为本发明第二冷却系统的组成架构及使用示意图。

符号说明：

纤维原料粒(10) 料条(101)

第一混炼机(11) 第二混炼机(12)

第三混炼机中(13) 第四混炼机中(14)

成型装置(20) 入料口(21)

出料口(22) 挤料盘(23)

通孔(231) 输送单元(24)

动力螺杆(25) 第一输送杆(251)

第二输送杆(252) 第三输送杆(253)

第四输送杆(254) 叶片(255)

排气管(26) 真空机(27)

第一冷却系统(30) 输送平台(31)

滚筒(311) 动力组(32)

辊轮(321) 动力源(322)

风扇(33) 切削单元(40)

刀座(41) 马达(42)

刀片(43) 滑轨(44)

第二冷却系统(50) 集料桶(51)

第一鼓风机(52) 第一冷却桶(53)

第二冷却桶(54) 第二鼓风机(55)

储存桶(56) 落料口(561)

第一管路(57) 第二管路(58)

第三管路(59)

具体实施方式

请先参阅图1～图3所示，本发明“植物纤维原料粒”，其是利用纯天然的植物原料配方制成纤维原料粒(10)后，再将该纤维原料粒(10)作为加工用的原料，利用不同的加工机进行制作纤维吸管、袋体或瓶罐等产品。该纤维原料粒(10)的配方比为：植物纤维粉41～59％、淀粉21～29％、天然黏合剂8～28％，水溶性高分子胶6～12％、改性剂3～5％、滑剂0.01～0.2％，以及纤维素3～5％，其中，该天然黏合剂由淀粉添加二羧酸及发酵用的菌种制成，其中：

该植物纤维粉是以天然植物的茎干、树皮、叶子或果皮、等作为纤维原料，经过碎化、干燥处理后，加工为含水率20％以下的粉末，其尺寸大约100～200目左右。

该淀粉是植物体内贮藏的高分子碳水化合物，它可以分解成葡萄糖、麦芽糖等成分，可来自银杏、竹子、小麦、马铃薯、玉米、番薯、木薯、莲藕、米或藻类、豆类等植物的种子(如银杏、板栗、花生、豌豆、绿豆、红豆等)、果实(如野燕麦、薏苡等)、茎(如马铃薯、魔芋、南瓜等)、叶(如须蕊忍冬)、根(如甘薯、木薯等)。

该天然黏合剂是将该淀粉与菌种及二羧酸混合发酵后，让淀粉分子结构产生改性作用，将原本淀粉加热糊化后不具有太大聚合黏性的状态，改变淀粉分子使其易于接近聚合而大幅增进其聚合力，而能将淀粉和植物纤维粉作长久性的聚合。又其使用的淀粉可来自小麦、马铃薯、玉米、番薯、木薯、莲藕、米或藻类等植物的种子或果实或根、茎、叶。其添加的二羧酸是指含有两个羧基官能团的有机化合物，可为乙二酸、戊二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸或十一烷二酸。而其及发酵用的菌种可为曲菌或酵母菌或乳酸菌或醋酸菌。上述成分混合发酵完成后，再将其干燥、研磨制成粉状，利于日后的保存及使用；详细的制作程序如下：

S1.取得菌种－一般使用的是乳酸菌，乳酸菌可以自行制备，或购买一般市售的产品。乳酸菌(Lactic acid bacteria)是能利用醣类(葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖等)生长并生成乳酸的细菌总称，种类繁多，也是于人体肠道系统中最主要的有益菌。国内常用以生产发酵乳的菌种主要是：乳酸链球菌属(Streptococcus)，如：嗜热乳链球菌(Streptococcusthermophilus)，及乳酸杆菌属(Lactobacillus)，如：保加利亚杆菌(Lactobacillusbulgaricus)。

乳酸菌属于乳杆菌目，是一组革兰氏阳性、低GC、耐酸性、大多不产孢、不呼吸的杆菌或球菌，有诸多代谢和生理学上的相似点。这些细菌多出现于分解中的植物和乳制品，切奇糖类发酵的主要产物为乳酸。这一点在历史上让乳酸菌经常出现于食品发酵中，作为一种增加酸性、防止腐烂的成分。不少乳酸菌株还会产生叫做细菌素的蛋白质，进一步抑制腐败和病原微生物的生长。工业意义上的乳酸菌包含乳杆菌属、Leuconostoc、Pediococcus、Lactococcus、链球菌属，以及更边缘的Aerococcus、Carnobacterium、肠球菌、Oenococcus、Sporolactobacillus(非乳杆菌目)、Tetragenococcus、Vagococcus、Weissella。

S2.原料制备－本方法属于微生物发酵工艺，将面粉45kg放入容积大于1.5立方米的桶中，加入水约800kg，经过高压喷射均质液化，取得液体源料。

S3.原料糖化，用高压喷枪将液体原料注入压滤机(可选用XMAY-800型压滤机)中，过滤除去蛋白质和金属离子，滤渣可作饲料，滤液收集于筒中，添加10kg的尚味发酵的生面粉、增黏剂约0.3～0.5kg，以及5kg葡萄糖，以补充碳源，盖上筒盖后，间歇性通入蒸汽在约50℃条件下糖化4小时，糖化期间每隔1小时搅拌一次，每次搅拌10分钟。

S4.乳酸发酵－在糖化液中加入总体积10％的步骤s1取得的乳酸菌，以及约总体积10％二羧酸，盖上桶盖，通入蒸气升温至约37℃厌氧培养，间歇性供给热蒸气，保持发酵温度维持在50～55度，发酵72-80小时，发酵期间每2小时搅拌一次，每次搅拌10分钟。

S5.固化磨粉，将发酵后的产物置于常温固化后，再磨成粉状，作成天然黏合剂。

该水溶性高分子胶是用于调合天然黏合剂的黏度，可由天然植物原料提取而得，如淀粉类、纤维素或植物胶，也可为化学改性天然聚合物,如羧甲基淀粉、醋酸淀粉。或者也可为合成聚合物，有聚合类树脂和缩合类树脂两类，如聚丙烯酰胺(PAM)、水解聚丙烯酰胺(HPAM))、聚乙烯吡啰烷酮(PVP)等。

该改性剂可为偶联剂，且是一种多功能用途的偶联剂，通过化学反应，作为有机物质和无机物质之间结合的架桥，并能增加该天然黏合剂聚合淀粉和植物纤维粉的强度、韧性与结合时黏性的多向性。

该滑剂可为一级酰胺、二级酰胺或乙撑二硬脂酸酰胺，用于增加该等原料混炼及加工输送时的润滑度。

该纤维素是由植物纤维经加工而纯化的产品，其作用是强化产品的强度。

其次，该纤维原料粒(10)的制造设备包含：若干混炼机(11、12、13、14)、一成型装置(20)、第一冷却系统(30)、切削单元(40)，以及第二冷却系统(50)，其制程包含以下步骤：

A.纤维粉混炼，将纤维粉置于第一混炼机(11)中10～30分钟，以40～60℃，以及600～1200RPM高速旋转混炼，使纤维粉软化。必要时可加入竹醋液2～5％，用以分解植物纤维中残留的农药。

B.淀粉混炼，将淀粉及偶联剂置于第二混炼机(12)中10～20分钟，以600～1200RPM高速旋转混炼，以活化粉末颗粒的流动性。

C.天然黏合剂混炼，将天然黏合剂置于第三混炼机(13)中10～40分钟，以100RPM以下的转速旋转混炼，使其达到黏稠状态。

D.综合混炼，将步骤B、C、D分别混炼后的纤维粉、淀粉与天然黏合剂、水溶性高分子胶及滑剂置于第四混炼机(14)中搅拌10～40分钟，温度设定为40～80℃，将综合原料混炼均匀。

E.成型原料条，将综合原料置于该成型装置(20)内，该成型装置(20)一端设有一入料口(21)，另端设有一出料口(22)，该入料口(21)可供该综合原料倒入，而该出料口(22)处设有一成型用的挤料盘(23)，该挤料盘(23)上形成有若干通孔(231)。又该入料口(21)与出料口(22)之间设一输送单元(24)，该输送单元(24)可将综合原料由入料口(21)一端往出料口(22)一端旋转搅拌输送并同时加热，令其通过该挤料盘(23)后，向外挤压成型若干呈长条状的原料条。

其次，该输送单元(24)可由二动力螺杆(25)组成，各该动力螺杆(25)可由四支输送杆(251、252、253、254)分段组成，每一输送杆(251、252、253、254)外缘设有叶片(255)，且位于该入料口(21)的第一输送杆(251)的叶片(255)尺寸，大于其他输送杆(252、253、254)的叶片(255)，而位于该出料口(22)的第四输送杆(254)的叶片(255)尺寸，小于其他输送杆(251、252、253)的叶片(255)，也就是该等输送杆(251、252、253、254)外缘的叶片(255)，是由该入料口(21)一端往该出料口(22)方向呈逐渐缩小的变化；又每一输送杆(251、252、253、254)所在的温度利用不同的温控器(图中未显示)控制在140～180℃之间。再者该成型装置(20)对应该第一、第二输送杆(251、252)的位置设若干排气管(26)，该等排气管(26)连接一真空机(27)，令该第一、第二输送杆(251、252)搅拌、输送综合原料时，其所含的湿气、水蒸气能经由该等排气管(26)向外排出；借此，当该输送单元(24)输送该综合原料时，先利用第一、第二输送杆(251、252)将综合原料均匀搅拌后，再通过该第三、第四输送杆(253、254)逐步将综合原料向外挤压，以成型长条状的原料条。

F.切削造粒，将该等原料条先利用该第一冷却系统(30)冷却降温后，再利用切削单元(40)将该等原料条切削呈颗粒状的原料粒。该第一冷却系统(30)包括一输送平台(31)、一设于该输送平台(31)末端的动力组(32)，以及若干设于该输送平台(31)上方的风扇(33)；该输送平台(31)上设有若干滚筒(311)，可供该等原料条设置于上后移动，也可以输送带方式输送原料条，而该动力组(32)用以带动该等原料条移动的动力来源，可由二上下相对的辊轮(321)组成，该二辊轮(321)相隔一预定距离，可通过一动力源(322)带动旋转。输送时，该等原料条挤出成型后置于该输送平台(31)上，并令原料条的外端被该二辊轮(321)夹持，当该等原料条持续挤出成型，该动力源(322)亦同时启动，而带动该动原料条在输送平台(31)上位移，在原料条移动过程中，利用该等风扇(33)吹风进行降温冷却。

其次，该切削单元(40)设于相邻该二辊轮(321)外侧，其是一刀座(41)上设一马达(42)，该马达(42)可带动一刀片(43)转动，该刀片(43)的半径长度大于该输送平台(31)的台面宽度，当该等原料条通过该二辊轮(321)后，就会被旋转的刀片(43)切削成原料粒。又该马达(42)底部与刀座(41)之间设一滑轨(44)，可供移动该马达(42)而调整该刀片(43)切削的位置。

G.原料粒冷却，原料粒切削完成后，再利用一第二冷却系统(50)一边输送一边冷却，该第二冷却系统(50)包括一集料桶(51)、第一鼓风机(52)、第一冷却桶(53)、第二冷却桶(54)、第二鼓风机(55)，以及一储存桶(56)，该集料桶(51)与第一冷却桶(53)间设有一第一管路(57)，该第一冷却桶(53)与第二冷却桶(54)间第一第二管路(58)，而该第二冷却桶(54)与储存桶(56)间设有一第三管路(59)，又该第一鼓风机(52)设于该第一管路(57)适当处，而该第二鼓风机(55)设于该第三管路(59)适当处；当该等原料粒经切削成型后，落入或倒入该集料桶(51)内，先利用该第一鼓风机(52)将原料粒抽送至该第一冷却桶(53)，再利用该第二鼓风机(55)将位于该第一冷却桶(53)内的原料粒抽送至该储存桶(56)内，该储存桶(56)底部设有一落料口(561)，可将包装袋置于落料口(561)下方进行包装作业。

借此，利用上述的配方及制程，仅需将配方的百分比例作调整，便可以同一制程生产不同加工机使用的植物纤维原料粒，增进植物原料粒生产制造的效率，并有助提升产业的发展。

本发明的天然黏合剂利用淀粉发酵后产生乳酸，乳酸的结构中同时含有羧基和羟基，所以乳酸分子之间可以发生酯化反应形成长链，也就是一种经过强化处理的天然的高分子材料。

本发明利用水溶性高分子胶及天然黏合剂与植物纤维粉、纤维素及淀粉混合高速混炼搅拌时，该植物胶粉末会使原料中的淀粉产生物理变性，使原本淀粉加热糊化后不具有太大聚合黏性的状态改变，令淀粉分子更易于接近聚合而大幅增进其聚合力，而能将植物纤维粉作更稳固的结合，另外淀粉在高速混炼搅拌过程中除了产生变性之外，亦同时藉由水溶性高分子胶的辅助加强淀粉的黏结性，以及顺畅的流动性，使因高速搅拌而糊化的淀粉渗入纤维粉的孔隙中(特别是竹子纤维具有较大的孔隙)，将纤维粉作紧密扎实的黏结，令淀粉固化后便能将纤维粉的孔隙中产生扣锁的作用，达到长久性黏结固定的效果。如此当原料粒用于作为例如射出机或吸管成型设备用的原料时，射出或挤出的产品能在原料粒加热后具有极佳的拉伸性、韧性及结合强度，而能加工出符合使用需求的产品。

Claims (8)

1.一种植物纤维原料粒，其特征在于，包含：植物纤维粉41～59％、淀粉21～29％、天然黏合剂8～28％，水溶性高分子胶6～12％、改性剂3～5％以及滑剂0.01～0.2％，其中，该天然黏合剂由淀粉添加二羧酸及发酵用的菌种制成。

2.依据权利要求1所述的植物纤维原料粒，其特征在于，该植物纤维粉是以天然植物的茎干、树皮、叶子或果皮作为纤维原料，经过碎化、干燥处理后，加工为含水率20％以下的粉末。

3.依据权利要求1所述的植物纤维原料粒，其特征在于，该淀粉来自竹子、小麦、马铃薯、玉米、番薯、木薯、莲藕、米或藻类植物。

4.依据权利要求1所述的植物纤维原料粒的组成，其特征在于，该天然黏合剂经干燥后制成粉末，而该菌种为曲菌、酵母菌、乳酸菌或醋酸菌。

5.依据权利要求1所述的植物纤维原料粒，其特征在于，该水溶性高分子胶为化学改性天然聚合物，该化学改性天然聚合物为羧甲基淀粉或醋酸淀粉。

6.依据权利要求1所述的植物纤维原料粒，其特征在于，该滑剂为一级酰胺、二级酰胺或乙撑二硬脂酸酰胺。

7.依据权利要求1所述的植物纤维原料粒，其特征在于，该改性剂为偶联剂。

8.依据权利要求1所述的植物纤维原料粒，其特征在于，更可包含纤维素3～5％。

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