TWI534082B - Method for manufacturing rice grain carbides with antibacterial and deodorizing effect - Google Patents

Description

具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法

本發明係一種具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，本發明所製得之稻殼碳具有下列的功能性：其一、具有抗紫外線；其二、吸濕排汗；其三、抗菌除臭。

米飯是人們的主食，人們大量種植水稻以滿足需求，然而在生產米的過程中會產生許多廢棄的稻殼。在傳統的農業社會，稻殼是一種農作廢棄產物，人們大部分都是利用開放焚燒，將焚燒後產物再披覆於土壤做改質，達到雜草防治的目的。而開放焚燒會產生大量二氧化碳及空氣汙染，此舉會提高環境的負擔。

是以，針對上述所存在之問題點，如何開發一種更具理想實用性之稻榖再利用的方法，實是消費者所殷切企盼，亦係相關業者須努力研發突破之目標及方向。有鑑於此，發明人本於多年從事相關產品之製造開發與設計經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。

為了達到上述之目的，係提供一種具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，其步驟依序如下：步驟一，取得潔淨乾燥稻殼； 步驟二，碳化稻殼製得稻殼碳；步驟三，稻殼碳的活化處理；步驟四，稻殼碳的微細化研磨；本發明完成研磨之稻殼碳係可運用於：

1.將稻殼碳製備成紗線運用於紡織工業，可達到傳統竹碳或椰碳纖維的功能，同樣符合環保節能；

2.運用印花塗佈、泡沫塗層、PU抽膜等加工過程中，加入稻殼碳，使其附著於紡織品上，以令該紡織品得到稻殼碳的功能(例如：具有抗菌、除臭、抗紫外線、吸濕排汗等多項功能)。

3.將得到的稻殼碳利用濕式球磨至粒徑於20~30微米，此粉體可運用於紡織品染色利用凡得瓦爾力附著於纖維。

該稻殼碳之功能性：其一、具有抗紫外線；其二、吸濕排汗；其三、抗菌除臭。

有關本發明所採用之技術、手段及其功效，茲舉數較佳實施例並配合圖式詳細說明於後，相信本發明上述之目的、構造及特徵，當可由之得一深入而具體的瞭解。

10‧‧‧步驟一

20‧‧‧步驟二

30‧‧‧步驟三

40‧‧‧步驟四

第1圖係本發明方法之流程之示意圖。

第2圖係本發明之具稻殼碳之其一600倍織物放大顯微照片。

第3圖係本發明之具稻殼碳之另一3000倍織物放大顯微照片。

第4圖係本發明稻殼碳之放大顯微照片。

首先，如第1圖至第4圖所示，係本發明之較佳實施例，惟此等實施例僅供說明之用，在專利申請上並不受此結構之限制。

所述該具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，如第1圖所示，其步驟依序如下：

步驟一10，取得潔淨乾燥稻殼；於碾米廠取得潔淨乾燥稻殼；

步驟二20，碳化稻殼製得稻殼碳：將欲碳化的稻殼置入一後碳化爐中(其中該後碳化爐的加熱機構是遠紅外線熱輻射)，令該後碳化爐將欲碳化的稻殼加熱至850~900℃溫度下乾燥，並使原有的有機物大部分碳化，使稻殼在缺氧及高溫的條件下碳化，將原料熱解(Pyrolysis)形成多裂孔性的一稻殼碳結構體，為白色二氧化矽結晶體，含有約90%二氧化矽(SiO₂)和10%的碳。此時製得已可稱為稻殼碳，但它的結構尚未細緻化，尚需進行活化處理：

步驟三30，稻殼碳的活化處理：在上述步驟碳化完成後溫度尚未下降時，用添加有5%(wt)奈米鋅及5%(wt)奈米沸石的飽和蒸氣(850~950℃)並加入惰性氣體導入後碳化爐中，來進行選擇性氧化使該稻殼碳活化。經活化的該稻殼碳可得更緻密的細小孔洞，孔洞內充滿奈米鋅及奈米沸石，這步驟可讓該稻殼碳更具有強大的吸附抗菌除臭效能。

步驟四40，稻殼碳的微細化研磨：該稻殼碳與活性碳同樣具有強大的吸附能力，它可運用於各式的濾材及抗菌防 霉的基材。在這些運用必須考慮將該稻殼碳微細化甚至奈米化，該稻殼碳的奈米化是採用物理性方法，它是將該稻殼碳採用濕式球型研磨機。微細化研磨是包含下列三階段方式製作：

1、趨微米化研磨：

將活化後的該稻殼碳置入研磨機後，取用粗研磨球粒徑為1.75~2.5mm，先用溶劑(可用純水或異丙醇稀釋液)調整該稻殼碳粘度小於10萬cps，固體成分為80~85%(wt)，機器運轉約一定時間後，烘乾後即得平均粒徑約在20μm之趨微米之該稻殼碳，此趨微米化之該稻殼碳可運用於過濾基材以及醫療口罩的製造。

2、微米化研磨：

將趨微米化後的該稻殼碳置入研磨機後，取用研磨球粒徑為0.7~0.9mm，先用溶劑(可用純水或異丙醇稀釋液)調整該稻殼碳粘度小於2000cps，固體成分為70~75%(wt)，機器運轉約一定時間後，烘乾後即得平均粒徑約在2μm之微米化之該稻殼碳，此微米化之該稻殼碳可運用於紡織工業的紗線製造。

3、趨奈米化研磨：

將微米化後的該稻殼碳置入研磨機後，取用研磨球粒徑為0.4~0.6mm，先用溶劑(可用純水或異丙醇稀釋液)調整該稻殼碳粘度小於100cps，固體成分為30~35%(wt)，機器運轉約一定時間後，烘乾後即得平均粒徑約在0.1μm之趨奈米化之該稻殼碳，此趨奈米之該稻殼碳可運用於紡織工業的紗線製造，也可運用於紡織品的塗佈加工等等。

水稻是禾本科農作物其有個與眾不同的地方，就是矽(Si)，它可以讓水稻的植株堅挺不易倒伏，稻殼當中含有矽經過高溫缺氧碳化後可製得純度高達90%以上二氧化矽(SiO₂)，此產物提煉過程中不會產生任何廢料，所有稻殼都可被充分利用。

從稻殼中可提取出二氧化矽(SiO₂)含量約佔稻殼的25%，稻殼的雜質少可製得二氧化矽純度高。一般取二氧化矽多依靠礦石，但礦石成分複雜，需要多道工序剔除雜質才能提取出所需的成分。提取後的礦石廢渣不能被有效回收，也對環境造成威脅。

利用稻殼製作可得高純度二氧化矽(SiO₂)，此二氧化矽可當作良好的抗菌材料的載體。本發明運用奈米技術將鋅及沸石製作成奈米溶液，在稻殼碳化過程中的“活化過程“導入氧化鋅及沸石奈米溶液，使得該稻殼碳產生細緻微小孔洞，而孔洞間分布奈米氧化鋅及沸石，此方法可得到有效且抗菌除臭材料。

本發明完成研磨之奈米稻殼碳係可運用於：

1.將該稻殼碳製備成紗線運用於紡織工業，可達到傳統竹碳或椰碳纖維的功能，同樣符合環保節能；

2.運用印花塗佈、泡沫塗層、PU抽膜等加工過程中，加入該稻殼碳，使其附著於紡織品上，以令該紡織品得到該稻殼碳的功能(例如：具有抗菌、除臭、抗紫外線、吸濕排汗等多項功能)。

3.將該稻殼碳利用濕式球磨至粒徑於20~30微米，此粉體可運用於紡織品染色利用凡得瓦爾力附著於纖維。

該稻殼碳之功能性：其一、具有抗紫外線；其二、吸濕排汗；其三、抗菌除臭。

如第2~4圖所示，係利用本發明的製造法所產生具該稻殼碳之織物的顯微照片，由圖中可觀察到該稻殼碳的形狀係呈有菱有角的不規則狀，該稻殼碳可刺入織物的孔隙中，該織物纖維中間不會滲入該稻殼碳，僅會卡在織物的表面。

功能試驗

測試方法1：

測試樣品的抗菌特性係利用美國紡織化學師與印染師協會(American Association of Textile Chemists and Colorists，簡稱AATCC)的測試方法100(AATCC 100-2012)。係利用美國模式培養物集存庫(American type culture collection)菌株金黃色葡萄球菌6538及肺炎克雷白氏桿菌4352。

而抗菌能力測試結果如下表1： 有顯著差異時，用數值較大之數據。培養後之菌數(A)：樣品組培養18~24小時後之菌數。減菌率R(%)：100(B-A)/B=R

2.2.0E+2表示200，1.3E+4表示13000，依此類推。

3.試驗菌液以1/20NB調製，沖刷液為磷酸緩衝液食鹽水。

測試方法2：

測試樣品的消臭性能係利用FTTS-FA-018-2008之消臭加工紡織品驗證規範試驗方法，將10×10cm²樣品，置入含有3L-100ppm初始濃度氣體之5L-Tedlar袋中，再以檢知管測定濃度變化。

而氨氣消臭性能測試結果如下表2：

由以上的測試結果可知，本發明具該稻殼碳之織物具有抗菌及消臭能力，對於金黃色葡萄球菌的減菌率為98.1%，而對於肺炎桿菌的減菌率大於99.9%，且對於氨氣消臭率可達到95%，因此，本發明具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法確實有其功效，本發明運用奈米技術將鋅及沸石製作成奈米溶液，在稻殼碳化過程中的“活化過程“導入氧化鋅及沸石奈米溶液，使得該稻殼碳產生細緻微小孔洞，而孔洞間分布奈米氧化鋅及沸石，此方法可得到有效且抗菌除臭材料，且該織物也可包含該稻殼 碳之抗菌、除臭、保溫、吸濕排汗、抗紫外線等特性，又透過本發明提供之製作方法，可使製造過程簡易且快速可大量生產。

綜上所述，本發明確實已達突破性之結構設計，而具有改良之創作內容，同時又能夠達到產業上之利用性與進步性，且本發明未見於任何刊物，亦具新穎性，當符合專利法相關法條之規定，爰依法提出發明專利申請，懇請 鈞局審查委員授予合法專利權，至為感禱。

惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以之限定本發明實施之範圍；即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

10‧‧‧步驟一

20‧‧‧步驟二

30‧‧‧步驟三

40‧‧‧步驟四

Claims (9)

1. 一種具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，其步驟依序如下：步驟一，取得潔淨乾燥稻殼；步驟二，碳化稻殼製得稻殼碳：將欲碳化的稻殼置入一後碳化爐中，令該後碳化爐將欲碳化的稻殼加熱至850~900℃溫度下乾燥，並使原有的有機物大部分碳化，使稻殼在缺氧及高溫的條件下碳化，將原料熱解(Pyrolysis)形成多裂孔性的一稻殼碳結構體；步驟三，稻殼碳的活化處理：在上述步驟碳化完成後溫度尚未下降時，用添加有奈米鋅及奈米沸石的飽和蒸氣(850~950℃)並加入惰性氣體導入該後碳化爐中，來進行選擇性氧化使該稻殼碳活化；步驟四，稻殼碳的微細化研磨：將活化後的該稻殼碳置入一濕式球型研磨機後，研磨至0.1~20μm的該稻殼碳。
2. 如請求項1所述之具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，其中，步驟二之該後碳化爐的加熱機構是遠紅外線熱輻射。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，其中該稻殼碳的微細化研磨之步驟中，進一步包括下列處理步驟：步驟1，趨微米化研磨：將活化後的該稻殼碳置入研磨機後，取用粗研磨球粒徑為1.75~2.5mm，先用溶劑調整該稻殼碳粘度小於10萬cps，固體成分為80~85%(wt)，機器運轉約一定時間後，烘乾後即得平均粒徑約在20μm之趨微米之該稻殼碳；步驟2，微米化研磨：將趨微米化後的該稻殼碳置入研磨機後，取用研磨球粒徑為0.7~o.9mm，先用溶劑調整該稻殼碳粘度小於2000cps，固體成分為70~75%(wt)，機器運轉約一定時間後，烘乾後即得平均粒徑約在2μm之微米化之該稻殼碳；步驟3，趨奈米化研磨：將微米化後的該稻殼碳置入研磨機後，取用研磨球粒徑為0.4~0.6mm，先用溶劑調整該稻殼碳粘度小於100cps，固體成分為30~35%(wt)，機器運轉約一定時間後，烘乾後即得平均粒徑約在0.1μm之趨奈米化之該稻殼碳。
4. 如請求項3所述之具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，其中，該溶劑可為純水或異丙醇稀釋液。
5. 如請求項1所述之具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，其中，該稻殼碳可製備成紗線運用於紡織工業。
6. 如請求項1所述之具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，其中，該稻殼碳可運用於印花塗佈、泡沫塗層及PU抽膜加工過程中，使其附著於紡織品上。
7. 如請求項1所述之具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，其中，該稻殼碳可運用於紡織品染色，利用凡得瓦爾力附著於纖維。
8. 如請求項1所述之具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，其中，步驟二多裂孔性的該稻殼碳結構體為白色二氧化矽結晶體，含有90%二氧化矽(SiO₂)和10%的碳。
9. 如請求項1所述之具有抗菌除臭功效的稻榖碳化物之製造方法，其中，步驟三係添加5%(wt)奈米鋅及5%(wt)奈米沸石的飽和蒸氣導入該後碳化爐中。