TW202018144A - 以廢棄牡蠣殼造紙之方法及其成品 - Google Patents

Abstract

本發明係有關一種以廢棄牡蠣殼造紙之方法及其成品，其包括以下步驟：(a)酵素除去牡蠣殼之腐肉；(b)將牡蠣殼研磨成粉狀，並取一部份牡蠣殼粉末做高溫燒結，而獲得燒結過後的牡蠣殼粉末；(c)配製黏結劑混合溶液：取燒結過後的牡蠣殼粉末、褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖及甘油與水混合，調製成黏結劑混合溶液；(d)再取另一部份研磨過後但未燒結的牡蠣殼粉末與上述之黏結劑混合溶液均勻混合成牡蠣殼製紙材料；(e)模製牡蠣殼紙：將該牡蠣殼製紙材料倒入一模具中，加溫烘乾，脫模後即可獲得牡蠣殼紙。

Description

以廢棄牡蠣殼造紙之方法及其成品

本發明係有關一種以廢棄牡蠣殼造紙之方法及其成品，尤指一種應用廢棄牡蠣殼經鳳梨酵素水溶液來除去牡蠣殼上之腐肉，烘乾後再將已經去除腐肉的牡蠣殼施以擊碎成破片後，再依序進行研磨處理成廢棄牡蠣殼粉末。取一部份廢棄牡蠣殼粉末施以高溫燒結而為燒結過後的牡蠣殼粉末。再將另一部份未燒結的廢棄牡蠣殼粉末，搭配以褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖、燒結過後的牡蠣殼粉末、甘油與水混合之黏結劑以流延澆注的方式製作出牡蠣殼紙的技術。

按目前調查資料所知，每生產一公噸製紙所需的紙漿大約需要四公噸的木材，相當於需要砍伐二十三株樹木。由於現今工商經濟發達，紙漿需求量的大增，人類大量砍伐森林中的樹木，使得各地森林面積逐漸縮小。大量砍伐森林不僅嚴重影響到自然生態環境的平衡，而且更導致成為地球暖化的元兇之一。此外，傳統紙漿製紙法必須利用大量的水及化學藥劑來漂白木漿，從而造成河川及海洋等寶貴水資源遭受到污染，因此，世界各國無不一方面擴大人工造林的面積，另一方面積極開發紙漿的替代品。

鑑於砍伐木材造紙所產生的嚴重的自然生態及環保等問 題，目前已有許多的研究者及業者投入了綠色環保紙的研究、開發與製造。所謂的綠色環保紙，在台灣乃為一般俗稱石頭紙，是替代紙漿製紙張可行的產品。目前所知，習用綠色環保紙的製備方法，是採用無機礦石粉末配合樹脂為材料，經特定的製程混製而成。由於綠色環保紙使用後，可經日曬後自行腐化及灰化而回歸土壤，不會造成環境二次污染，而回收的環保紙由焚化爐焚燒，也不會產生黑煙與毒氣，而餘留下的無機礦石粉可以再回歸大地。

台灣發明公告第581791號『高光澤碳酸鈣塗料組合物及經塗覆紙張以及由其製得之紙板』專利案，其包含第一及第二不連續文石沉澱碳酸鈣(PCC)粒子之摻配物。第一種澱碳酸鈣(PCC)粒子之平均粒徑(APS)約0.4微米，第二種粒子澱碳酸鈣(PCC)之平均粒徑(APS)約0.5微米，第一種0.4微米粒子對第二種0.5微米粒子的重量比例為由約50：50到約80：20。該專利案所製的紙板雖然符合環保需求、回收再生及回收掩埋等要求，但仍有下列之缺點：1.需採用特定石材，並經特殊機械研磨以製成第一、第二種粒子澱碳酸鈣之平均粒徑(APS)分別為0.4及0.5微米，機械設備成本高，製造成本相對增加，所製紙張成本價格較高，經濟價值不高，因而無法有效大量產製而普及。

台灣發明公開第31024501『石頭紙之製造技術』，係由PE與奈米碳酸鈣所共同混合而成，其中PE塑膠材料介所佔之填充量為3~90%，奈米碳酸鈣係由粒徑大小介於30~100nm之奈米顆粒之碳酸鈣所聚結構成，奈米碳酸鈣填充量可於石頭紙內佔10~97%。其添加有高分子材料如聚丙烯(PP)以及聚乙烯(PE)，使得紙張質地相對較台灣發明第581791號專利為柔 軟，惟其仍有下列之缺點：1.該專利案之奈米碳酸鈣平均粒徑介於30~100奈米，粒徑微小，必須經過特殊的研磨製程方能使粒徑達到奈米的等級，機械設備成本高，致使製造成本相對大幅增加，由於成本價格較一般紙張高，所以該習用品的經濟價值不高，因而無法有效大量產製而普及。

再者，依據行政院農業委員會的統計資料量示，台灣地區盛產牡蠣，保守估計每年所產生的牡蠣殼重量高達十六萬公噸，一直是難以處理的廢棄物。過去大部份的牡蠣殼都被任意丟棄，不僅佔空間，而且容易孳生蚊蠅，以及因高溫日照而產生惡臭，嚴重造成環境污染。牡蠣殼成分以碳酸鈣為主，另有磷、鋅、鎂、鋁矽酸鹽及鐵氧化物等其他成份。近年政府推動牡蠣殼再利用及提高其附加價值，例如熟牡犡殼應用於農牧業，做為雞鴨飼料、土壤改質與土壤污染改善之材料及肥料。應用於水質改良，做為水質緩衝劑、水質污染指標及循環用水濾材。應用於醫學，萃取出可做為美容保養品的珍珠層胜肽、易於人體吸收的鈣質補充劑及天然抑菌劑。材料化應用上，包括水泥、膠結料、混凝土用骨材等。為了配合協助政府解決及消化大量廢棄牡蠣殼的問題，本發明人等便積極投入研究。本發明人知悉環保紙的技術，以及其同為環境保護的觀念。而廢棄牡蠣殼成份應有可做為環保紙之用者。本發明人乃投入研究廢棄牡蠣殼的成份，如何製備廢棄牡蠣殼製紙材料，以及製成具有環保功效的廢棄牡蠣殼紙。經不斷的實驗及試作，終有本發明之成果。相信未來有效地供商業充份利用時，定能更加有效地解決廢棄牡蠣殼衍生的臭味與環保問題，進而提升廢棄牡蠣殼資源再利用的附加價值。

本發明第一目的，在於提供一種具環保性質可被生物分解的牡蠣殼紙之製法。達成此目的的技術手段，包括以下步驟：(a)以酵素除去牡蠣殼腐肉：以鳳梨酵素除去廢棄牡蠣殼之腐肉；(b)製備製紙所需之牡蠣殼粉末：將廢棄牡蠣殼磨成粉狀，取一部份牡蠣殼粉末做高溫燒結，而獲得燒結過後之廢棄牡蠣殼粉末；(c)配製環保黏結劑混合溶液：取燒結過後的廢棄牡蠣殼粉末與褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖、甘油及水混合，調製成黏結劑混合溶液；(d)調配牡蠣殼製紙材料：再取另一部份未繞結的廢棄牡蠣殼粉末與上述之黏結劑混合溶液均勻混合成牡蠣殼製紙材料；(e)模製牡蠣殼紙：將該牡蠣殼製紙材料倒入一模具中，加溫烘乾，脫模後即可獲得牡蠣殼紙。

本發明第二目的，在於提供一種具環保性質可被生物分解的牡蠣殼紙。其係利用前段第一目的的方法，製得牡蠣殼紙，使牡蠣殼紙混含有未燒結的牡蠣殼粉、燒結過後的牡蠣殼粉末、褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖及甘油，具有環保性質可被生物分解的功效。

本發明第三目的，在於提供一種應用有本發明以具環保性質可被生物分解的牡蠣殼紙的製品，該製品可為一次性包裝紙、防霉抗菌鞋墊、捲曲成管狀的吸管、拋棄式可分解餐盤或餐盒。

(a)‧‧‧酵素除去牡蠣殼腐肉

(b)‧‧‧製備製紙所需之牡蠣殼粉末

(c)‧‧‧配製環保黏結劑混合溶液

(d)‧‧‧調配牡蠣殼製紙材料

(e)‧‧‧模製牡蠣殼紙

10‧‧‧牡蠣殼

20‧‧‧牡蠣殼粉末

21‧‧‧燒結過後的牡蠣殼粉末

30‧‧‧環保黏結劑

40‧‧‧牡蠣殼製紙材料

50‧‧‧模具

60‧‧‧抹平板

圖1係本發明牡蠣殼紙製造流程示意圖； 圖2係本發明牡蠣殼紙模製流程示意圖；圖3係本發明牡蠣殼紙示意圖；圖4係本發明牡蠣殼紙實體照片；圖5係本發明牡蠣殼經不同階段處理過程中的以及燒結完成後的示意照片。

為讓 貴審查委員能進一步瞭解本發明整體的技術特徵與達成本發明目的之技術手段，玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明如下。

請配合參看圖1至3所示，達成本發明第一目的之以廢棄牡蠣殼造紙之方法，其具體實施例，包括以下步驟：(a)以酵素除去牡蠣殼腐肉：以鳳梨酵素去除廢棄牡蠣殼之腐肉；(b)製備製紙所需之牡蠣殼粉末20：將廢棄牡蠣殼研磨成粉狀而獲得廢棄牡蠣殼粉末20，取一部分牡蠣殼粉末20施以高溫燒結而獲得燒結過後的牡蠣殼粉末21；(c)配製環保黏結劑混合溶液：取燒結過後的廢棄牡蠣殼粉末21、褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖及甘油與水混合，調製成黏結劑混合溶液；(d)調配牡蠣殼製紙材料40：取另一部份未燒結的廢棄牡蠣殼粉末20與上述之黏結劑混合溶液均勻混合成牡蠣殼製紙材料40；(e)模製牡蠣殼紙：將該牡蠣殼製紙材料40倒入一模具50中，加溫烘乾，脫模後即可獲得牡蠣殼紙10。牡蠣殼紙10包括有未燒結的廢棄牡蠣殼粉末20及環保黏結劑30，而環保黏結劑30包括有燒結過後的廢棄牡蠣殼粉末21、褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖、甘油及水。

本發明一種較佳具體實施例中，步驟(a)中，鳳梨酵素水溶液為以水與鳳梨酵素配製成鳳梨酵素佔0.05~0.3%的鳳梨酵素水溶液，將牡蠣殼浸泡於鳳梨酵素水溶液中6-12小時，再以高壓水柱沖洗浸泡過鳳梨酵素水溶液的牡蠣殼，以去除牡蠣殼表面的泥沙與腐肉。

本發明一種較佳具體實施例中，步驟(b)中，燒結的溫度及時間分別為800~1000℃及1~3小時。升溫速率設定為每分鐘5℃。圖5所示，為本發明牡蠣殼經不同階段處理過程中的以及燒結完成後的情形。圖5中，A所指之處為牡蠣殼經切角機輾破之狀態；B所指之處為牡蠣殼經直立式研磨機粗磨後，其平均直徑約20-30um；C所指之處為牡蠣殼經氣流式研磨機細磨後的牡蠣殼粉末，其牡蠣殼粉末平均直徑約5-10um；D所指之處為牡蠣殼經900℃高溫燒結爐2小時熱處理後之燒結過後的牡蠣殼粉末。

本發明一種較佳具體實施例中，步驟(c)中，黏結劑混合溶液係取95~99重量份的蒸餾水、0.1~0.5重量份的燒結過後的牡蠣殼粉、0.1~0.5重量份的褐藻多糖、0.1~0.5重量份的魔芋葡甘露聚糖及0.1~0.5重量份的甘油，相互混合而調製成該黏結劑混合溶液。完成步驟(c)，再於步驟(d)中，將75~95重量份的未燒結的牡蠣殼粉末與5~25重量份的該黏結劑混合溶液均勻混合成牡蠣殼製紙材料。完成步驟(d)，再於步驟(e)中，將牡蠣殼製紙材料倒入模具中流延澆注。

本發明一種較佳具體實施例中，步驟(c)中，係先將甘油加入蒸餾水攪拌後，再加入褐藻多糖攪拌後，再加入魔芋葡甘露聚糖攪拌後冷凍，之後再加入燒結過後的牡蠣殼粉末攪拌，即可得到均勻的該黏結劑混合溶液。

本發明一種較佳具體實施例中，步驟(e)中，烘乾的溫度及時間分別為40~80℃及8~12小時。

達成本發明第二目的之實施例，係以前述本發明之方法以製得牡蠣殼紙10(如圖2及3所示)，使牡蠣殼紙10混含有牡蠣殼粉末20及環保黏結劑30，環保黏結劑30包括有褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖、甘油及水。亦即本發明所製的牡蠣殼紙10混含有未燒結的牡蠣殼粉末20、燒結過後的牡蠣殼粉末21、褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖、甘油及水。具體地，牡蠣殼紙的成份包括有未燒結的牡蠣殼粉末佔7.5~9.5重量份、燒結過後的牡蠣殼粉末佔0.1~0.5重量份、褐藻多糖佔0.1~0.5重量份、魔芋葡甘露聚糖佔0.1~0.5重量份、甘油佔0.1~0.5重量份。

達成本發明第三目的，係採用本發明所製成之具環保性質可被生物分解的牡蠣殼紙，將牡蠣殼紙製成各式的製品，製品可以為一次性包裝紙、防霉抗菌鞋墊、捲曲成管狀的吸管、拋棄式可分解餐盤或餐盒。使該等製品具有生物可分解性，不僅具環保功能，而且更加地大幅提升廢棄牡蠣殼的再利用價值。

本發明實驗例中，廢棄牡蠣殼的處理方式，係先配製0.1%鳳梨酵素水溶液20L：即取20公升容器，注入20公升的自來水後，加入鳳梨酵素20g，攪拌3分鐘使鳳梨酵素完全溶解，而獲得鳳梨酵素水溶液。取3Kg的廢棄牡蠣殼浸泡於鳳梨酵素水溶液中，靜置6小時後。以高壓水柱沖洗浸泡過鳳梨酵素水溶液的廢棄牡蠣殼，以去除廢棄牡蠣殼表面的泥沙與腐肉。將清理後無泥沙與腐肉的廢棄牡蠣殼，分層放置於不銹鋼型乾燥機進行烘乾。不銹鋼型乾燥機設定溫度為85℃，烘乾時間設定為30分鐘。將 乾燥後之廢棄牡蠣殼以切角機進行破碎處理形成破片，隨後再以直立式粉碎機進行粗磨，最後再以氣流式粉碎機進行細磨，而獲得廢棄牡蠣殼粉末。

本發明廢棄牡蠣殼粉末之燒結。秤取一部份細磨後之廢棄牡蠣殼粉末，置於坩堝內放入高溫燒結爐中進行900℃熱處理2小時，升溫速率設定為5℃/分鐘。隨後以爐冷方式進行冷卻至室溫後取出，而獲得燒結過後的廢棄牡蠣殼粉末。再將燒結過後之廢棄牡蠣殼粉末密封保存於乾燥箱中。

如圖2、3及4所示，本發明牡蠣殼紙之製備。牡蠣殼紙的製備過程是先將清洗乾燥細磨且燒結過後的廢棄牡蠣殼粉末，搭配非石化類之黏結劑進行模製成型。本發明的黏結劑混合溶液之配製，係以褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖、燒結過後的廢棄牡蠣殼粉末、甘油與水混合。其中，約取95~99重量份的蒸餾水、約取0.1~0.5重量份比例的燒結過後的廢棄牡蠣殼粉末、約取0.1~0.5重量份比例的褐藻多糖、約取0.1~0.5重量份比例的魔芋葡甘露聚糖及0.1~0.5重量份比例的甘油。先將0.1~0.5重量份的甘油加入95~99重量份的蒸餾水，均勻攪拌後，再加入0.1~0.5重量份褐藻多糖，均勻攪拌後，加入0.1~0.5重量份魔芋葡甘露聚糖，均勻攪拌後，把混合溶液冷凍一小時，之後再把混合溶液加入0.1~0.5重量份燒結過後的廢棄牡蠣殼粉末，於攪拌一段時間後，即可得到均勻的黏結劑混合溶液。將75~95重量份比例的未燒結的廢棄牡蠣殼粉末與5~25重量份上述之均勻的黏結劑混合溶液倒入模具50中流延澆注，以抹平板60(如圖2所示)予以適當抹平，並於40~80℃溫度範圍內烘乾8~12小時，脫模後即可取得牡蠣殼紙10，如圖2、3及4所示。

以上所述，僅為本發明之可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

(a)‧‧‧酵素除去牡蠣殼腐肉

(b)‧‧‧製備製紙所需之牡蠣殼粉末

(c)‧‧‧配製環保黏結劑混合溶液

(d)‧‧‧調配牡蠣殼製紙材料

(e)‧‧‧模製牡蠣殼紙

Claims (10)

1. 一種以廢棄牡蠣殼造紙之方法，其包括以下步驟：(a)酵素除去牡蠣殼腐肉：以鳳梨酵素水溶液去除牡蠣殼之腐肉；(b)製備製紙所需之牡蠣殼粉末：將牡蠣殼磨成粉狀而獲得牡蠣殼粉末，取一部份牡蠣殼粉末做高溫燒結，而獲得燒結過後的牡蠣殼粉末；(c)配製環保黏結劑混合溶液：取燒結過後的牡蠣殼粉末、褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖及甘油與水混合，調製成黏結劑混合溶液；及(d)調配牡蠣殼製紙材料：再取另一部份未燒結的牡蠣殼粉末與上述之黏結劑混合溶液均勻混合成牡蠣殼製紙材料；及(e)模製牡蠣殼紙：將該牡蠣殼製紙材料倒入一模具中，加溫烘乾，脫模後即可獲得牡蠣殼紙。
2. 如請求項1所述之方法，其中，步驟(a)中，鳳梨酵素水溶液為以水與鳳梨酵素配製成鳳梨酵素佔0.05~0.3%的鳳梨酵素水溶液，將牡蠣殼浸泡於鳳梨酵素水溶液中，再以高壓水柱沖洗浸泡過鳳梨酵素水溶液的牡蠣殼，以去除牡蠣殼表面的泥沙與腐肉。
3. 如請求項1所述之方法，其中，步驟(b)中，燒結的溫度及時間分別為800~1000℃及1~3小時；步驟(e)中，烘乾的溫度及時間分別為40~80℃及8~12小時；該牡蠣殼粉末平均直徑為5-10um。
4. 如請求項1或3所述之方法，其中，步驟(b)中，燒結的溫度係以每分鐘5℃的速率升溫。
5. 如請求項1所述之方法，其中，步驟(c)中，黏結劑混合溶液係取95~99重量份的蒸餾水、0.1~0.5重量份的燒結過後的牡蠣殼粉、0.1~0.5 重量份的褐藻多糖、0.1~0.5重量份的魔芋葡甘露聚糖及0.1~0.5重量份的甘油，相互混合而調製成該黏結劑混合溶液。
6. 如請求項5所述之方法，其中，步驟(c)中，係先將甘油加入蒸餾水攪拌後，再加入褐藻多糖攪拌後，再加入魔芋葡甘露聚糖攪拌後冷凍，之後再加入燒結過後的牡蠣殼粉末攪拌，即可得到均勻的該黏結劑混合溶液。
7. 如請求項5所述之方法，其中，完成步驟(c)，再於步驟(d)中，將75~95重量份的未燒結的牡蠣殼粉末與5~25重量份該黏結劑混合溶液均勻混合成該牡蠣殼製紙材料。
8. 一種以如請求項1之方法所製得之牡蠣殼紙，其混含包括有未燒結的牡蠣殼粉末、燒結過後的牡蠣殼粉末、褐藻多糖、魔芋葡甘露聚糖、甘油及水。
9. 如請求項8所述之牡蠣殼紙，其中，該未燒結的牡蠣殼粉末佔7.5~9.5重量份；該燒結過後的牡蠣殼粉末佔0.1~0.5重量份；該褐藻多糖佔0.1~0.5重量份；該魔芋葡甘露聚糖佔0.1~0.5重量份，及該甘油佔0.1~0.5重量份；該牡蠣殼粉末平均直徑為5-10um。
10. 一種應用有如請求項8所述之牡蠣殼紙的製品，該製品為一次性包裝紙、防霉抗菌鞋墊、捲曲成管狀的吸管、拋棄式可分解餐盤或餐盒。

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