TWI380857B - Application Technology of Recycled Fibers for Environmental Health - Google Patents

Description

環保衛生筷再製纖維的應用技術

本發明係有關一種環保衛生筷再製纖維的應用技術，尤指一種利用化學及機械處理等雙重方式，成功自衛生筷中回收纖維，並依據不同處理條件，所得纖維分別可運用於造紙工業、短纖及長纖補強複合材料之再製纖維的應用技術者。

根據統計，1999年至2005年間，每年免洗筷用量皆高達5萬公噸左右(約62億雙)，2006年以後，因環保署推動機關學校餐廳內禁用各類免洗餐具、加上環保團體的關切宣導，及免洗筷二氧化硫殘留問題，2007年的免洗筷用量已經降到3萬8千公噸(約相當於48億雙)，但量仍相當可觀，且中國大陸的使用量更高達450億雙，而日本的用量也相當於日本每人每年平均約使用200雙衛生筷。而衛生筷的使用耗費相當多的天然植物資材，如果一根桂竹可生產兩百雙竹筷，以台灣一年五十億雙的用量，就要耗去近三百萬根桂竹，且衍生大量的廢棄物問題，因此如果能夠將國內衛生筷回收，並妥善加以再應用，將可解決垃圾大量囤積之窘境及減少垃圾處理之費用，另外由於石油價格急速攀升造成人造及合成纖維之價格亦節節高升，國內複合材料業承受相當大之成本壓力；而造紙工業，也由於樹木大量砍伐所造成的環境問題，使得各國分別限制樹木的砍伐，使得原物料價格近幾年來亦高漲，目前國內衛生筷使用後大多丟棄，不僅不合乎環保，且產生大量垃圾，不但浪費資源並造成環境沉重的負擔，因此，將環保衛生筷再生資源之再利用，可進一步.減少天然植物資材之耗費量，及提供工業界新素材之應用，乃為業界極需發展的課題。

緣此，本發明之創作人基於其於學界的研究，積極研發環保衛生筷再製纖維及應用技術，使其所製得纖維將可供複合材料及造紙工業使用，且加工及材料成本較人造纖維低廉，可有效降低國內對於人造纖維及進口纖維之依賴，並提升國內材料業之競爭力，乃經由多次的試驗及改變，終得本發明的產生。

即，本發明之主要目的，乃在提供一種自環保衛生筷中再製纖維利用，以因應環保recycle(回收)、reuse(重複使用)及recovery(回復)之3R理念的環保衛生筷中再製纖維利用者。

本發明之另一目的，乃在提供一種自環保衛生筷中再製纖維利用，進一步提供複合材料及造紙工業使用，以降低國內工業對於合成纖維及造紙進口原料之依賴性之環保衛生筷中再製纖維利用者。

為達上述之目的，本發明藉由化學及機械處理等交替方式，在化學處理階段以鹼處理法為主，係無溶劑、低毒性製程，不僅合乎環保且可同時去除衛生筷製程中添加之二氧化硫、螢光劑等，以及成功自廢棄之衛生筷中回收纖維。且依據藉由化學及機械處理等交替方式之不同處理條件，可分別獲得直徑0.003~0.014mm及長度0.2~15cm，亦即長徑比(aspect ratio)可大於50之各款纖維，因此具備優異之補強效果。比較單純以機械方式取纖方法所得之纖維(目前國內相關專利多為機械方式取纖)，不僅纖維之形式多樣化(機械取纖之纖維直徑較大，僅可達約3mm)有更廣之應用範疇，且強度亦較為優異。所製得之纖維不但可運用於造紙工業，並可添加在高分子材料或其他基村中製成短纖或長纖補強複合材料，其中製得之短纖及長纖經由不同之偶合劑處理，可分別應用於傳統塑膠(如聚丙烯、環氧樹脂、不飽和聚酯等)、橡膠(如天然橡膠、熱可塑性橡膠TPR等)、生物可分解塑膠(如脂肪族聚酯、聚乳酸等)及其他基村中，可以有效補強材料之機械強度，且添加量達60phr仍有極佳之補強功能，因此可降低材料之成本，且符合環保綠色複合材料之訴求。

以下，為達上述之目的，茲就本發明之結構內容及其特徵，並配合圖式詳細說明如后，相信能使本創作之內容及其產生的功效，作更進一步的了解。

其中，請參閱第一圖所示，該環保衛生筷再製纖維及應用技術之製程步驟如下：

1.機械處理：竹筷先經壓榨機(馬力0.5~2hP)壓榨。

2.脫脂處理：將步驟1所得竹筷纖維以2~5%之清潔劑於40~80℃，浸泡1~3小時後，以清水清洗。

3.將步驟2所得竹筷纖維浸泡氫氧化鈉溶液10%~40%，溫度30℃~60℃，時間1~10小時，可成功自廢棄之衛生筷中回收纖維，並同時去除衛生筷製程中添加之二氧化硫、螢光劑等。

4.將步驟3所得竹筷纖維再經壓榨機(馬力0.5~2hP)壓榨。

5.將步驟4所得竹筷纖維清水洗淨後烘乾，溫度80℃~120℃，時間6~24小時。

6.將步驟5所得竹筷纖維以粉碎機粉碎(馬力0.5~2hP，時間2~10秒)。

7.將步驟6所得竹筷纖維篩網過濾(20MESH，0.84mm)。

8.將步驟7所得竹筷纖維以粉碎機再次粉碎至所需長度(馬力0.5~2hP，時間2~10秒)，分別製得直徑0.003~0.014mm及長度0.2~15cm，長徑比(aspect ratio)大於50之各款纖維。

9、偶合劑處理：選用三種偶合劑(N-β-(aminoethy)-γ-aminopropyltrimethoxysilane、與γ-glycidoxypropyl trimethoxysilane、Triethoxy-vinylsilane)，該三偶合劑係可產生物理鍵結，用以增加步驟8所得竹筷纖維與塑膠之間的相容性；將該三偶合劑分別與工業用丙酮以3:100(V/V)的比例混合，並在室溫下攪拌均勻，接著把該纖維與丙酮以25:1000(W/V)的比例稱好重量之後，再分別倒入各該偶合劑，接著加入5g的填充劑與0.5克的矽甲烷，該填充劑在本實施例中係為纖維，並在室溫下攪拌30~60分鐘之後，須靜置10~30分鐘，待該纖維沉澱，把上層液體倒掉後，再用鐵氟龍薄膜密封，然後在室溫下靜置12小時，接著使用丙酮沖洗掉附著在該纖維上的偶合劑，用以留下改質後的纖維，將改質後的纖維放在80℃的烘箱中烘乾，直到其重量沒有產生變化。

10.將步驟9改質後纖維與高分子材料(生物可分解塑膠或傳統高分子材料)進行混合，即可得到纖維強化塑膠。

如是者，請配合參閱第二圖，生物可分解塑膠(聚乳酸，PLA)在加入該纖維之後，該纖維和塑膠(PLA)之間的相容性很差，使得二者之間的接合處產生極大的空隙，但在加入該偶合劑之後，如第三圖所示，可以明顯地看出該纖維與該塑膠(PLA)之間係為緊密接合，藉由該偶合劑的加入，有效改善了該纖維與該塑膠(PLA)之間的界面作用力，而產生良好的相容性。

再請配合參閱第四圖，PLA加入不同比例纖維含量後，拉伸強度明顯增強為原來之4~6倍。另如第五圖所示，該塑膠(如圖中所示之PLA)加熱到400℃後將近燒完，而將該纖維加入該塑膠中(如圖中所示之PLA20、PLA40與PLA60)發現有等比例的提高焦碳含量，顯示加入該纖維後，經燃燒後皆可產生較多的焦碳含量，有助於提升使用的安全性。

另，在傳統高分子材料(PP，聚丙烯)中加入該纖維(如圖六中所示之CF20、CF40及CF60)，其儲存模數較PP(如圖六中所示之PP)為高，顯示加入該纖維可提升PP之儲存模數，增加材料的強度；另如第七圖所示，該傳統高分子材料(PP)(如圖中所示之PP)加熱到500℃後將近燒完，而將該纖維加入該傳統高分子材料(PP)(如圖中所示之CF20、CF40及CF60)同樣發現有等比例的提高焦碳含量，顯示加入該纖維經燃燒後皆可產生較多的焦碳含量，有助於提升使用的安全性。

上述本發明僅以最佳實施例作舉例說明，對熟悉該項技藝之人員，當可進行各變化實施，惟此變化實施，均應包括在本發明之精神及範疇內。

綜上所述，本發明將回收之環保衛生筷藉由化學及機械處理等交替方式之不同處理條件，可分別獲得不同直徑及長度之各款纖維，所製得之纖維不但可運用於造紙工業，並可添加在高分子材料或其他基村中製成短纖或長纖補強複合材料，其中製得之短纖及長纖經由不同之偶合劑處理，可分別應用於不同基材中，可以有效補強材料之機械強度，因此可降低材料之成本，且符合環保綠色複合材料之訴求，其不論是結構上的改變，抑或是功效上的增進，皆已毋庸置疑，且本發明於申請前未見於刊物，亦未公開使用，實已符合專利申請要件，爰依法提出專利申請。

第一圖，係為本發明之較佳實施製程流程圖。

第二圖，係為本發明纖維未經偶合劑處理圖。

第三圖，係為本發明纖維經偶合劑處理圖。

第四圖，係為本發明PLA加入不同比例纖維含量對拉伸強度關係圖。

第五圖，係為本發明PLA加入不同比例纖維之熱重分析圖。

第六圖，係為本發明PP加入不同比例纖維其儲存模數與溫度關係。

第七圖，係為本發明PP加入不同比例纖維之熱重分析圖。

Claims (12)

1. 一種環保衛生筷再製纖維的應用技術，其製程包括有下列步驟：(1)機械處理：竹筷先經壓榨機壓榨成纖維狀；(2)脫脂處理：將步驟1所得竹筷纖維以清潔劑浸泡小時後，以清水清洗；(3)將步驟2所得竹筷纖維浸泡氫氧化鈉溶液。(4)將步驟3所得竹筷纖維再經壓榨機壓榨；(5)將步驟4所得竹筷纖維以清水洗淨後烘乾；(6)將步驟5所得竹筷纖維以粉碎機粉碎；(7)將步驟6所得竹筷纖維以篩網過濾；(8)將步驟7所得竹筷纖維以粉碎機粉碎至所需長度；(9)將步驟8所得竹筷纖維，加入偶合劑，該偶合劑係與工業用丙酮以比例混合，並在室溫下攪拌均勻，接著把該纖維與丙酮比例稱好重量，分別倒入各該偶合劑，接著加入的填充劑與矽甲烷，並在室溫下攪拌分鐘之後靜置；以及(10)將步驟9改質後纖維與高分子材料(生物可分解塑膠或傳統高分子材料)進行混合，即可得到纖維強化塑膠。
2. 如申請專利範圍第1項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技術，其中，該步驟2之竹筷纖維係以2~5%之清潔劑於40~80℃，浸泡1~3小時後，以清水清洗。
3. 如申請專利範圍第1項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技 術，其中，將步驟3所得竹筷纖維浸泡於氫氧化鈉溶液10%~40%，溫度30℃~60℃，時間1~10小時，以達脫脂處理。
4. 如申請專利範圍第1項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技術，其中，該步驟5所得竹筷纖維，以溫度80℃~120℃，時間6~24小時烘乾。
5. 如申請專利範圍第1項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技術，其中，該將步驟7所得竹筷纖維以篩網過濾，該篩網之網目為20MESH、0.84mm。
6. 如申請專利範圍第1項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技術，其中，該將步驟8所得竹筷纖維，其粉碎後分別製得直徑0.003~0.014mm及長度0.2~15cm，長徑比(aspect ratio)大於50之各款纖維。
7. 如申請專利範圍第1項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技術，其中，該偶合劑係與工業用丙酮以3：100(V/V)的比例混合，並在室溫下攪拌均勻，接著把該纖維與丙酮以25：1000(W/V)的比例稱好重量，分別倒入各該偶合劑，接著加入5g的填充劑與0.5克的矽甲烷，並在室溫下攪拌30~60分鐘之後，須靜置10~30分鐘。
8. 如申請專利範圍第7項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技術，其中，該靜置後纖維，待該纖維沉澱，把上層液體倒掉後，再用鐵氟龍薄膜密封，然後在室溫下靜置12小時。
9. 如申請專利範圍第8項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技 術，其中，該纖維於室溫下靜置12小時後，使用丙酮沖洗掉附著在該纖維上的偶合劑，將改質後的纖維放在80℃的烘箱中烘乾，直到其重量沒有產生變化。
10. 如申請專利範圍第1項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技術，其中，該改質後纖維可應用於傳統塑膠中。
11. 如申請專利範圍第1項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技術，其中，該改質後纖維可應用於橡膠中。
12. 如申請專利範圍第1項所述之環保衛生筷再製纖維的應用技術，其中，該改質後纖維可應用於生物可分解塑膠中。