CN1412389A - 模塑植物纤维生产工艺 - Google Patents

Abstract

植物纤维模塑物件可制成各种包装应用于工业，商用品，食物，一次性餐具，玩具和其他用途。植物纤维模塑物件的主要成分是农作物剩余物的纤维和可再生黏合剂，因此可降解而具有非常高的环保意义。此项发明阐明了一种利用低浓度，低稠度的植物纤维混合浆经过真空脱水，高温高压成型的植物纤维模塑物件生产工艺。此项发明也可以用来提升现有的纸浆模塑工艺以达到更高的经济效益。

Description

模塑植物纤维生产工艺

技术领域

本发明是关于利用植物纤维如剩余农作物等制造成各种形状的模塑植物纤维物件的生产工艺。

背景技术

近年来，纸浆模塑包装由于其环保特性而越来越普及。一系列的纸浆模塑生产工艺相应而生。国际纸浆模塑环保包装协会(IMPEPA)大致描述了几种通用的生产工艺。纸浆模塑包装在很多领域里可以取代不环保的包装尤其是塑料如发泡塑料(EPS)，聚苯乙烯(PS)，聚乙烯(PE)，聚丙烯(PP)等。虽然纸浆模塑包装具有一定的环保性，但是还有许多有待改进的地方如生产成本较为昂贵。

纸浆模塑包装的缺点。利用漂白原木纸浆的纸浆模塑包装不仅价格昂贵，在生产纸浆时会对环境造成一定的影响。生产漂白原木纸浆是一项高投资，高耗能和高度消耗化学物质的工艺。煮浆和漂白过程假如控制不当与除污设施不足的话会造成严重环境污染。另一方面，应用漂白纸浆做的盛器可能因为带有化学残留物如氯化物而变得不合卫生。另外一种纸浆是循环废纸而得的纸浆。一般上，循环废纸流程包括碎浆，筛浆，去除油墨，漂白和细磨等。这一系列的过程也是昂贵，耗能和带有污染性的。利用循环废纸的纸浆模塑包装作为食品包装在外观上不具备吸引力，而且往往达不到相应的卫生水平。

植物纤维和剩余农作物如油棕纤维，椰子纤维，秸秆，稻谷壳等的来源十分丰富。这些纤维一般上被烧掉或丢弃在农田里而造成环境问题。加以利用这些纤维作为原料以取代纸浆是具有重大的经济效益和环保意义。植物纤维不象纸浆那样需要很多的处理，尤其是化学处理，就能制造出模塑包装。因此，将现有的纸浆模塑生产改用植物纤维模塑工艺具有众多的好处。

植物纤维模塑制成包装的工艺还处于刚起步的阶段。现有的工艺需要很多的劳工，生产效率低，质量不好而且价格高。对相关的工艺的调查也显示没有一项植物纤维模塑工艺是应用有如纸浆模塑一样用低浓度，低稠度的植物纤维浆的生产方法。应用低浓度，低稠度的生产方法就能在最小的变动下将现有的纸浆模塑生产改用植物纤维为原料。

美国专利，US5679145，阐明了一种生产包装尤其是盛器的成份，方法及系统。这种包装材料是利用淀粉以及均匀分布的纤维组成。

中国专利，CN1230386，阐明了一种生产食品包装的植物纤维包装方法。此种方法利用植物纤维，黏合剂和很少的水制成。稠度非常高的混合物就象面团那样置放在模具里加高温及高压而成。

国际专利，WO00/39213，介绍了一种生产可降解的模塑材料。此发明利用纸浆纤维，原始淀粉，改良淀粉和适量的水等制成可烘烤成各种形状的材料。

中国专利，CN1257089，透露一种发泡植物纤维包装的生产方法。成份包括植物纤维，发泡剂和淀粉在模里加热成各种形状。

中国专利，CN1270912及CN1270913，属于同一位发明人和申请人，透露了一种双重发泡植物纤维包装的成份及生产工艺。

美国专利，US5849152阐述另一种利用高稠度可降解的模塑生产工艺。此专利特别强调在制造过程要应用比较少的水分。

发明内容

本发明的目的之一是应用研磨过的植物纤维，水溶性的黏合剂，脱模剂和大量的水(百分之九十五以上)所合成的低浓度混合浆。此混合浆是经过充分的搅拌混合让水溶性的黏合剂和其他添加剂附着于植物纤维上。混合浆的浓度非常低，固体成份在5％以内而往往在1％以下，因此能够利用一般的水管传送而便于自动化。其他的添加剂例如防水，防油，和湿强剂等可以按照功能需求而适量的加入混合浆里。对精于造纸业的专家来说，这类的添加剂和造纸所用的是相似的。这里所指的植物纤维是磨细的油棕纤维，椰子纤维，麦杆，秸秆，红麻，稻谷壳等。

本发明的另一个目的是将低浓度的混合浆在模具中经过真空脱水成型产生半干燥状态的植物纤维模塑物件。模具中有许多孔道连接到真空泵。这些孔道大致均匀的分布在真空脱水模具上。一般上还有一层网附于模具上。通过真空的吸力将混合浆的大部分水分抽掉而在网上形成一层分布相当均匀的半干燥植物纤维模塑物件。

本发明的另一个目的是将真空脱水成型的半干燥植物纤维模塑物件加热，加压而形成最终的模塑物件。通过加热加压让附着于植物纤维上的黏合剂和其他的添加剂产生化学反应而强有力将所有的植物纤维结合在一起。所施加的压力在0.5至2.0兆巴斯克(Pa)之间。温度则在120至200摄氏度之间。在混合浆里的脱模剂让干燥的植物纤维模塑物件很容易的从模具中脱离。有必要的话，植物纤维模塑物件还可裁边，印刷或涂上各种功能的涂料。

附图说明

图1、植物纤维模塑包装生产工艺示意图。

图2、植物纤维混合浆注入真空脱水成型模具里。

图3、植物纤维混合浆里的大部分水分被真空抽走而在模具里形成半干燥植物纤维模塑物件。

图4、热成形将半干燥植物纤维模塑物件在一对加热，加压的耦合模具中处理而最终成型。

图5、浸浆法是将浸在浆槽里的凸模把植物纤维混合浆吸附于其表面之后推出浆槽。

图6、在凸模上形成一层半干燥植物纤维模塑物件。

图7、吸浆法是将倒立的凸模置入浆槽里吸浆之后再提起。

图8、吸浆提起之后的凸模上形成一层半干燥植物纤维模塑物件。

具体实施方式

本发明阐明一种最佳实施方法即注浆真空脱水，在模具里加热加压反应成型的工艺方法生产植物纤维模塑物件。此工艺方法也适用于浸浆法和吸浆法。

图1是此项注浆真空脱水加热成型的工艺方法的示意图。作为原料的植物纤维首先必须切短研磨32成可利用状态。研磨方法有切割，磨细，辗磨。植物纤维不需经过化学处理也不需去除木素。

制浆工作首先是把研磨32过的植物纤维投放到搅拌桶33的水里搅拌。搅拌使植物纤维充分的展开和散布在水里。一旦植物纤维已经充分的散布在水里即形成植物纤维浆，添加剂41，42如防水，防油，湿强剂，脱模剂等可以逐步加入。经过充分的搅拌让添加剂41，42与植物纤维发生作用。之后，将水溶性的黏合剂43加入并且继续搅拌直到黏合剂均匀的附着于植物纤维上。这样一来就形成植物纤维混合浆11。接下来将混合浆转移到一备用桶34里继续有序的搅拌。如此准备的混合浆11的固体成份为0.5-5％(重量)，而水分的重量成份则为95％以上。如此准备的植物纤维混合浆和纸浆的预备法相似都是低浓度浆。

当所有的混合浆11已经被转移到备用桶34之后，搅拌桶33又可以进行新一轮如以上所述的制浆工作。

混合浆11的固体成份少，浓度和稠度非常低，因此可以轻易的应用一般的水泵和水管输送。在备用桶34里的混合浆11由水管15输送到真空脱水成型机35。真空脱水成型机具有与包装物件形状相似的模具2。此模具2分布着许多小孔道14可让水和其他液体流走。模具2的一面是安装在一个不漏气的容器16上。在模具2上还安装一层与其形状相吻合的网5以用来筛留混合浆11里的固体而让液体流走。不漏气的容器16连接到一真空泵21。真空泵21所产生的真空通过小孔道14将混合浆11里的液体抽走而在模具2的网5上形成半干燥的植物纤维模塑物件12。

半干燥的植物纤维模塑物件12从真空脱水成型机35转移到加热成型机36以便形成干燥坚固的植物纤维模塑物件。加热成型机36具有一对相互耦合的上下模具3&4。半干燥的植物纤维模塑物件12在这相互耦合的上下模具3&4里被加热加压致使黏合剂43和添加剂41，42发生化学反应后干燥定型。相互耦合的上下模具3&4是由导热性良好的材料例如铜或其合金制成。在加热成型的过程中，加热器25&26将模具的温度提升至介于摄氏120至200度之间。相互耦合的上下模具3&4里有许多小孔道27以便让蒸汽和其他气体从模具里排掉。施加于相互耦合的上下模具3&4的压力是在0.5-2.0兆巴斯克之间。置放于这对相互耦合的上下模具3&4的半干燥的植物纤维模塑物件12被加压而达到所需求的厚度。真空泵21一样可以连接到相互耦合的上下模具3&4上以便通过孔道将加热时所产生的水蒸气抽走。这样一来便加快了反应和干燥的速度。加热的同时也加压保证植物纤维通过黏合剂紧密的粘结在一起而形成坚固的整体。反应干燥后的植物纤维模塑物件8的水分重量介于5-15％之间。确切的水分含量与环境的湿度有关。反应干燥后的植物纤维模塑物件从模具3&4中取出后可进行其他的处理37如表面涂料，印刷，裁边，或消毒。另外，被真空泵21所抽走的水经过过滤后循环回储水桶31可再利用。

以上的实施特例是将混合浆11直接注入真空脱水成型模具2里。本发明的另一项特例是将低浓度，低稠度的植物纤维混合浆11存储于一个体积适中的容器18里并且时刻受到搅拌。这容器18里有一模具43。此模具往往是凸型模43，且模上一样有许多孔道和网。凸型模具43是浸在容器18的混合浆11里。容器的混合浆11是由备用桶34所供给。混合浆11里的植物纤维由于受到不停的搅拌而均匀的悬浮于液体中。真空泵21启动时会将混合浆11吸向模具43直到一层的植物纤维吸附在其表面43上。模具43接着从容器18中被推起直到高于混合浆11的高度。真空继续操作把吸附于模具43上的植物纤维混合浆的水分抽走而达到半干燥状态。此时的半干燥植物纤维模塑物件可以接着被转移到加热处理机36进行加热加压以最终定型。加热处理机36即是将半干燥植物纤维模塑物件置放于相互耦合的上下模具3&4加热加压成型。

本发明的又一项实施特例是将低浓度，低稠度的植物纤维混合浆11利用吸浆法形成半干燥植物纤维模塑物件12。带有真空的凸模53以倒立的形式置放进装有植物纤维混合浆11的容器18里。真空启动后会将容器18里均匀分布的植物纤维吸到凸模53的表面来。吸满植物纤维的凸模53接着从容器18里被提出。在真空的继续作用下，附于凸模53表面的纤维的水分被抽走而形成半干燥植物纤维模塑物件8。同其他特例一样，此时的半干燥植物纤维模塑物件12被转移到加热处理机36进行加热加压以最终成型8。

本发明的又一项实施特例是利用烘干机将半干燥植物纤维模塑物件8烘干成型而不用加热处理机36相互耦合上下模具3&4加热加压成型。传送带把半干燥植物纤维模塑物件12送入烘干机。烘干机的温度介于120到200摄氏度。烘干机是烘道式以便让传送带将传送带植物纤维模塑物件12缓缓地通过其中。烘道式烘干机的温度是沿着烘道的长度而改变。烘道的温度由入口向中心逐渐升高；中心向出口又逐渐降低。从烘道出来的植物纤维模塑物件8通过热空气完成反应而可以接着进行整形，裁边，涂上各种功能的涂料，及消毒。

Claims (13)

1.一种生产植物纤维模塑物件的工艺方法包括将研磨过的植物纤维与黏合剂，添加剂和脱模剂混合于大量的水，水所占的重量比例为95％以上，而形成低浓度，低稠度的植物纤维混合浆，再利用这植物纤维混合浆通过真空脱水成型和加热加压最终成型。

2.如权利要求1所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，低浓度，低稠度的植物纤维混合浆是通过真空脱水而形成半干燥植物纤维模塑物件。

3.如权利要求2所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，半干燥植物纤维模塑物件由加热加压完成反应而形成最终的植物纤维模塑物件。

4.如权利要求1所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，一定量的植物纤维混合浆注入真空脱水成型模具中。

5.如权利要求4所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，真空脱水成型模具连接到真空泵所产生的真空将植物纤维混合浆中的大部分水分抽走而在模具上形成一层半干燥的植物纤维模塑物件。

6.如权利要求1所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，植物纤维混合浆被倒进一容器中，而此容器有真空脱水模具，一般上是凸模，整个模具被浸泡于植物纤维混合浆里。

7.如权利要求6所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，真空泵所产生的真空将植物纤维混合浆吸向模具。

8.如权利要求7所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，吸了植物纤维混合浆的模具从容器里被推出而形成一层半干燥的植物纤维模塑物件。

9.如权利要求1所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，植物纤维混合浆被倒进一容器中，而一倒悬的真空脱水模具，一般上是凸模，从上而下的置入植物纤维混合浆里。

10.如权利要求9所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，真空泵所产生的真空将植物纤维混合浆吸向模具。

11.如权利要求10所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，吸了植物纤维混合浆的模具从容器里被提出后形成一层半干燥的植物纤维模塑物件。

12.如权利要求1所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，半干燥的植物纤维模塑物件在一对相互耦合的模具中加热加压而形成最终的植物纤维模塑物件。

13.如权利要求1所述的生产植物纤维模塑物件的工艺方法，半干燥的植物纤维模塑物件经过一烘干机加热干燥而形成最终的植物纤维模塑物件。

Images