CN105637146A - 利用纤维素的可生物降解性组合物及其制造方法及利用所述组合物的防水剂及成型品 - Google Patents

利用纤维素的可生物降解性组合物及其制造方法及利用所述组合物的防水剂及成型品 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包含具有300μm～1nm尺寸的直径的粉碎(分离)的纤维素(CELLULOSE)和纸浆(PULP)及水(WATER)的可生物降解性组合物及其制造方法及利用所述组合物的成型品，利用本发明的可生物降解性组合物制造的成型品具有一定时间防水功能和优秀的强度，具有废弃时生物分解而不给自然环境带来影响的优点。

Description

利用纤维素的可生物降解性组合物及其制造方法及利用所述组合物的防水剂及成型品
【技术领域】
本发明涉及包含纤维素(CELLULOSE)的可生物降解性组合物及其制造方法及利用所述组合物制造的防水性和强度优秀的防水剂及成型品。
【背景技术】
以往，在企业或服务行业以多样的方法制造、使用一次性用品(例如，纸杯，纸尿裤，塑料袋，饭盒等)，但这样的一次性用品由于主要将作为化学化合物的塑料(Plastic)作为原料使用，在使用后废弃处理时发生环境污染等多种问题。
为了解决这样的问题，使用如玉米淀粉的天然材料开发了使用后生物分解的可生物降解性物质(例如，聚乳酸(polylacticacid：PLA))，但这样的可生物降解性物质有在制造时消耗过多的费用，不适宜于产业上大量生产的问题，仅适用于部分有限的领域，不能活用是实情。
对此，要求开发出不仅具有可生物降解性，维持一定期间优秀的防水性，强度强的替代物质。
【发明内容】
【发明要解决的技术课题】
本发明为解决如所述的以往技术的问题，旨在提供使用作为地球上最多的量的有机物的纤维素(CELLULOSE)而减少原料费，使用后废弃时生物分解而不毁损自然环境，且具有优秀的防水性和强度，不仅作为防水剂有用，可替代纸或塑料等的以往的原材料的可生物降解性组合物及其制造方法及利用所述组合物的防水剂及成型品。
【解决课题的技术方案】
为达成所述目的的本发明的可生物降解性组合物是以包含具有300μm～1nm尺寸的直径的纤维素(CELLULOSE)、纸浆(PULP)及水(WATER)，所述纤维素和纸浆的含量比以纤维素:纸浆的重量比是1:99～99:1，所述水(WATER)的含量以全体组合物的重量为基准是50～99重量％作为特征的利用纤维素的可生物降解性组合物，从而完成本发明。
其中，以所述纤维素(CELLULOSE)可在具有300μm～1nm尺寸的直径的纤维素中混合尺寸互相不同的一种以上的纤维素作为特征。
另外，以可在纤维素(CELLULOSE)中还追加选自果胶、藻酸、瓜尔胶及琼脂的别的水溶性纤维质或植物性纤维质作为特征。
以所述纤维素(CELLULOSE)及纸浆(PULP)是可漂白或染色的纤维素作为特征。
根据所述方法的可生物降解性组合物的制造方法是
准备粉碎(分离)的纤维素(CELLULOSE)的第1阶段；
准备纸浆(PULP)的第2阶段；
准备水(WATER)的第3阶段；及
将通过所述第1阶段～第3阶段准备的纤维素、纸浆及水一起混合而制造组合物的方法，从而完成本发明。
其中，以所述第1阶段是将纤维素(CELLULOSE)粉碎为具有300μm～1nm尺寸的直径而准备作为特征。
以所述第1阶段可在具有300μm～1nm尺寸的直径的纤维素(CELLULOSE)中混合一种以上尺寸互相不同的纤维素作为特征。
以所述第1阶段及第2阶段可将纤维素(CELLULOSE)及纸浆(PULP)各自漂白或染色作为特征。
以所述第1阶段可在纤维素(CELLULOSE)中还追加选自果胶、藻酸、瓜尔胶及琼脂的别的水溶性纤维质或植物性纤维质作为特征。
以通过所述第1阶段～第4阶段混合的组合物[混合分离为纳米(Nano)尺寸的纤维素、纸浆和水的组合物]被涂覆或包被于对象物体相后干燥(1次以上)时，可作为可形成防水效果优秀的包被膜的防水剂使用作为特征。
以使通过所述第1阶段～第4阶段混合的组合物成型、干燥，则可制造纸、一次性用品或塑料替代品，越是使用尺寸小的纤维素(CELLULOSE)制造组合物，越是使组成的混合物密度高地成型，完成的产品的防水时间和强度增强作为特征。
【发明效果】
由于由本发明的可生物降解性组合物不使用粘合剂，利用作为天然素材的纤维素(CELLULOSE)和纸浆(PULP)制造成，从而有对人体无害，产品制造后可具有一定时间防水效果，可在实际生活中多样地使用，可再适用，废弃时生物分解而容易自然还原，可根据粉碎的纤维素尺寸和完成的产品的密度调节防水时间和强度及生物分解的时间而制造的优点。
另外，由于本发明的组合物防水效果出色，不仅可作为防水剂有用地使用，由于由本发明的组合物制造的成型品使用作为地球上最多的有机物质的纤维素制造，还有可以比塑料或利用玉米淀粉的PLA更低廉的费用制造的优点。
【附图说明】
图1是由本发明的组合物制造的试片的拉伸强度试验结果。
图2是由以往的塑料[高密度聚乙烯(HDPE)]制造的试片的拉伸强度试验结果。
【实施方式】
本发明的可生物降解性组合物包含纤维素(CELLULOSE)、纸浆(PULP)及水(WATER)。
本发明的可生物降解性组合物可还包含一种以上的如果胶(PECTIN)、藻酸(ALGINICACID)、瓜尔胶(GUARGUM)、琼脂(AGAR)等的别的水溶性纤维质或植物性纤维质。
在本发明的可生物降解性组合物中，所述纤维素(CELLULOSE)和纸浆(PULP)可根据最终产品的用途，漂白而使用，或者染色而使用。
在本发明的可生物降解性组合物中，所述纤维素(CELLULOSE)和纸浆(PULP)的含量比以纤维素(或者纤维素和与纤维素不同的纤维质的总计):纸浆的重量比是1:99～99:1，优选而言是10:90～90:10，更优选而言是30:70～70:30，最优选而言是50:50，所述水(WATER)的含量以全体组合物的重量为基准是50～99重量％，优选而言是60～90重量％。
在本发明中，所述纤维素(CELLULOSE)是构成植物或海藻类等的进行光合成的生物的身体的主要的物质，在本发明中，可根据最终产品的用途调节组合物制造时使用的纤维素(CELLULOSE)的尺寸而使用，例如，纤维素的尺寸优选是直径300μm～1nm，或者是100μm～5nm。
在本发明的可生物降解性组合物中，所述在具有300μm～1nm尺寸的直径的纤维素(CELLULOSE)中可混合一种以上尺寸互相不同的纤维素。
制造如所述的本发明的可生物降解性组合物的方法以包括以下的阶段作为特征：
准备粉碎(分离)的纤维素(CELLULOSE)的第1阶段；
准备纸浆(PULP)的第2阶段；
准备水(WATER)的第3阶段；及
将通过所述第1阶段～第3阶段准备的纤维素、纸浆及水一起混合而制造组合物的第4阶段。
以下，依阶段详细地说明本发明的可生物降解性塑料替代材组合物的制造方法。
【第1阶段：粉碎(分离)的纤维素(CELLULOSE)准备阶段】
在本发明的可生物降解性塑料替代材组合物的制造方法中，在所述第1阶段准备粉碎(分离)的纤维素，优选而言将纤维素粉碎(分离)为具有300μm～1nm尺寸的直径而准备。
所述纤维素(CELLULOSE)也可根据最终产品的用途而漂白而使用，或者染色而使用。
另外，纤维素(CELLULOSE)中也可还混合一种以上如果胶，藻酸，瓜尔胶，琼脂等的别的水溶性纤维质而准备。
在所述具有300μm～1nm尺寸的直径的纤维素(CELLULOSE)中，可混合一种以上尺寸互相不同的纤维素。
在本阶段，在纤维素(CELLULOSE)的粉碎方法中无特别的限制，例如，可适用利用如粉碎机或匀化器(HOMOGENIZER)的机械的机械性方法，或者，利用如硫酸，盐酸，磷酸等的酸的酸水解等的化学性方法。
通过将在本发明的组合物中使用的分离为300μm～1nm尺寸的纤维素(CELLULOSE)适宜地调节，或将互相不同的尺寸的纤维素适宜地混合而使用，可容易调节纤维素分散到水中的时间及使用所述组合物制造的完成产品的防水时间、强度等，使用的纤维素的尺寸越小，完成的产品的防水时间和强度越增强。
从而，可根据完成产品的使用用途，调节组合物制造时使用的纤维素的尺寸而使用。
例如，在制造防水用产品或轻量结构材料等的半永久性的产品时，优选使用粉碎为纳米(100nm～1nm)尺寸的纤维素(CELLULOSE)，在制造应在比较快的时间内分解的产品时，适合使用300μm～1μm尺寸的纤维素(CELLULOSE)，可在具有300μm～1nm尺寸的直径的纤维素中混合一种以上尺寸互相不同的纤维素而适宜地调节必要的防水时间和强度而制造产品。
【第2阶段：纸浆(PULP)准备阶段】
纸浆(PULP)是从木材或其他的纤维植物由机械性和/或化学性方法得到的纤维素的集合体，是造纸时使用的主原料，主要使用如针叶树或阔叶树的木材制造，也有非木材纸浆，但本发明中使用的纸浆的种类无特别的限制，可使用全部种类的纸浆，在制造需要产品的弹性或拉伸强度的产品时，优选使用纸浆的长度长、拉伸力强的，在制造成型难的产品时，优选使用纸浆的长度短的。
另外，所述纸浆(PULP)也可根据最终产品的用途，漂白而使用，或者染色而使用。
【第3阶段：水(WATER)准备阶段】
在本发明中，水(WATER)是形成纤维素(CELLULOSE)纤维分子间氢键(HYDROGENBOND)的必需要素，但由于产品制造时必须进行排水[脱水]或干燥，在可形成氢键的范围内或在最终产品的成型所要求的范围内使用最少量，由于可减少产品的制造时间而优选。
而且，所述纤维素(CELLULOSE)在粉碎(分离)阶段，根据方法也可以水悬浮液状态存在，在如此粉碎的纤维素是水悬浮液状态的情况中，本第3阶段也可不追加混合水，或者以符合要制造的最终产品的用途的浓度调节水的量而混合。
【第4阶段：混合阶段】
在本混合阶段，将通过所述第1阶段～第3阶段准备的纤维素(CELLULOSE)，纸浆(PULP)，及水(WATER)一起混合而组成组合物，混合不要求特别的方法，可使用以往的混合器，混合机，捏和机等的机械容易混合。
此时，纤维素(CELLULOSE)和纸浆(PULP)的混合比率不做限定，可考虑要制造的产品的用途或生物分解的时间等而自由调节混合比率而使用，当考虑可生物降解性、防水性及强度等时，重量比是1:99～99:1，或者30:70～70:30，是尤其优选是50:50，水(WATER)的含量以全体组合物的重量为基准可使用50～99重量％。
当所述的本发明的可生物降解性组合物[混合分离为纳米(Nano)尺寸的纤维素，纸浆，水的组合物]被涂覆或包被于对象物体上后，干燥(1次以上)时，由纤维素(CELLULOSE)纤维分子间氢键(HYDROGENBOND)力可形成防水效果优秀的包被膜。从而，本发明的可生物降解性组合物可作为防水剂有用地使用。
本发明提供利用所述的本发明的可生物降解性组合物制造的成型品。
本发明的成型品是利用纤维素(CELLULOSE)纤维分子间氢键(HYDROGENBOND)力制造产品，利用本发明的可生物降解性组合物制造的产品在其种类上无限制，包含例如纸，一次性用品，塑料替代成型品等的全部，各产品的制造方法无特别的限制，可原样适用所述产品的常规性的制造方法，应用常规性的制造方法制作用途不同的成型机，则也可制造多样的产品。
在利用本发明的组合物制造纸的情况中，可使用与造纸时适用的抄纸法相同的方法，抄纸法有水抄纸法和机械抄纸法(长网抄纸法，圆网抄纸法等)，这些方法全部都可使用。
具体而言，通过将本发明的组合物(纤维素+纸浆+物)移到排水性铁网上而使水漏下，纤维素和纸浆的混合物交织而形成层后，压榨，干燥而使混合物层均一的工序而可制造可生物降解性纸，防水纸(耐油性及耐水性强的乙烯树脂替代纸)等。
当利用本发明的组合物制造一次性用品时，一般而言可使用与使用纸浆(PULP)制造一次性用品的方法相同的方法。
作为具体例，可通过向要制造的形状的成型模具(例如，开雌性形状小的排水口而使有排水功能)放入相同的形状的排水性铁网，将本发明的组合物移到排水性铁网上而使水漏下，纤维素和纸浆的混合物交织而形成层后，压榨为如成型模具的形状的雄具(以比雌性成型模具减产品的层厚度的程度尺寸小的)，干燥的方法制造产品。
其中，所述成型模具也可与所述例相反，使用排水口雌雄相反的，此时将相同的形状的排水性铁网***雄具使用即可。
另外，在所述方法中，也可同时进行排水和压榨，也可将压榨的阶段重复1次以上而制造产品，在压榨的状态干燥才可最小化完成的产品的变形而优选。
当使用本发明的组合物制造塑料替代成型品的情况中，作为具体例，也可将本发明的组合物混合为捏和状态而放入有排水口的成型模具中压榨而使强制性排水(脱水)的方法，和在进行压榨的状态，至压榨结束的时间点在成型模具中使成型物干燥而使成型物的体积逐渐减少(即，加热排出水气，仅使密度高的纤维质留下)，制作可制造期望的形状和尺寸的成型物的成型机(成型模具)而制造产品。
此时，所述压榨时发生的水或干燥时发生的蒸汽可使用通过排水性铁网或滤器(作为优选的例，使用纤维或纸浆制造的滤器)排出的方式，也可使用将排水性铁网和滤器一起使用而排出的方式。
另外，当使用滤器时，为使容易与完成的成型物分离，优选使排水用无纺布或其他的副材料附着于滤器和成型物之间而使用。
利用本发明的组合物制造的成型产品的密度是决定产品的生物分解时间，和防水时间及强度的重要的要素，通过根据要制造的产品的用途调节纤维素的含量或产品制造过程中的压榨时的压力等，可调节产品的密度而制造，由于完成的产品的体积或质量是从成型前混合物减水的量，从而可成型前调节混合物的量而进行调节。
【实施例】
以下通过实施例详细地说明本发明，但这些实施例仅是例示性的，本发明不限于这些实施例。
如以下表1～表5所示，利用改变纤维素和纸浆的含量比及纤维素的尺寸而制造的可生物降解性组合物，将各自的纸(平均坪量76.47g/)用水抄纸法造纸后，对于制造的各纸，实施防水性和强度试验，将其结果一起显示于表1～表5。
防水性试验是向造出的纸浇水，测定水从里面漏出的时间，强度是用KSMISO1924-2纸及板纸拉伸强度试验方法，拉伸强度是在平均(MD)：5.29KN/m，(CD)：2.18KN/m的基准下用定速荷重法进行比较实验。
作为参照，一般纸(双胶纸)的防水时间通常是10～30秒范围内。【表1】
【表2】
【表3】
【表4】
【表5】
从所述表1～表5的结果可确认，本发明的可生物降解性组合物具有优秀的防水性，还可确认强度也比以往大幅地强。从而可知，本发明的可生物降解性组合物适合于作为防水剂或要求防水性的产品的原料使用。
另外，所述表1～表5的结果是用水抄纸法造纸的情况，如果使用机械抄纸法高密度造纸，则可进一步增大防水时间和强度。
利用所述实施例3-3的组合物制造试片，将以往的塑料(高密度聚乙烯：HDPE)试片作为对照区使用，根据KSB0802(金属材料拉伸试验方法)测定各试片的拉伸强度。将其结果示于图1(利用本发明的实施例3-3的组合物制造的试片)和图2(作为对照区的塑料试片)。
如从图1和图2可知，在由本发明的组合物制造的试片的情况中，可确认拉伸强度优秀，可作为以往的塑料的替代材有用地使用。
另外，使用本发明的组合物提高成型物的密度而制造产品，则可制造拉伸强度更高的产品。
【工业实用性】
尽管在美国和欧洲等地集中在适用淀粉的生物-塑料开发，但因粮食不足的谷物价格的上升而注力于替代原料开发。
由本发明的组合物制造的成型品由于使用作为地球上最多的有机物质的纤维素制造，有可以相比塑料或利用玉米淀粉的PLA低廉的费用制造的优点。
在强度方面如塑料或陶瓷程度强，可耐高温(150～200)，可制造一次性用品或轻量结构物等的半永久性的产品(建筑用底材，内外装材，家具材，家电产品，儿童玩具等)。
由于资源的枯竭和气候协约等的施行而无法以原油和西谷椰等作为原料使用的时代到来，在未来资源的确保和适用的层面，主原料使用草本植物，原料的确保容易、且资源(原油，淀粉)的节约自不必说，今后未来发展为新产业的可能性高。
【序列表自由正文】
无

Claims (12)

1.可生物降解性组合物，其特征在于，包含
具有300μm～1nm尺寸的直径的纤维素、
纸浆、及
水，
其中所述纤维素和纸浆的含量比以纤维素:纸浆的重量比是1:99～99:1，
其中所述水的含量以全体组合物的重量为基准是50～99重量％。
2.权利要求1的可生物降解性组合物，其特征在于，所述纤维素可在具有300μm～1nm尺寸的直径的纤维素中混合一种以上尺寸互相不同的纤维素。
3.权利要求1的可生物降解性组合物，其特征在于，可在纤维素中还追加选自果胶、藻酸、瓜尔胶及琼脂的别的水溶性纤维质或植物性纤维质。
4.权利要求1的可生物降解性组合物，其特征在于，所述纤维素及纸浆是可漂白或染色的。
5.权利要求1的可生物降解性组合物的制造方法，其包括以下阶段：
准备粉碎(分离)的纤维素的第1阶段；
准备纸浆的第2阶段；
准备水的第3阶段；及
将通过所述第1阶段～第3阶段准备的纤维素、纸浆及水一起混合而制造组合物的第4阶段。
6.权利要求5的可生物降解性组合物的制造方法，其特征在于，在所述第1阶段中，将纤维素粉碎为具有300μm～1nm尺寸的直径而准备。
7.权利要求6的可生物降解性组合物的制造方法，其特征在于，可在具有300μm～1nm尺寸的直径的纤维素中混合一种以上尺寸互相不同的纤维素。
8.权利要求5的可生物降解性组合物的制造方法，其特征在于，在所述第1阶段及第2阶段中，可将纤维素及纸浆各自漂白或染色。
9.权利要求5的可生物降解性组合物的制造方法，其特征在于，在所述第1阶段中，可在纤维素中还追加选自果胶、藻酸、瓜尔胶及琼脂的别的水溶性纤维质或植物性纤维质。
10.防水剂，其包含权利要求1～4之任一项的可生物降解性组合物。
11.成型品，其利用权利要求1～4之任一项的可生物降解性组合物制造。
12.权利要求11的成型品，其特征在于，所述成型品是纸、一次性用品或塑料替代成型品。
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