TW201430033A - 含改質天然纖維的生質高分子材料及其製造方法 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種生質高分子材料及其製造方法。此製造方法，係包括以下步驟：研磨一非食用植物纖維，以得到一纖維顆粒；混合纖維顆粒及一溶劑，以製備成一纖維漿液；純化纖維漿液中的纖維顆粒，以形成一純化纖維；酯化純化纖維，以形成一酯化纖維；乾燥酯化纖維，以得到一改質纖維；以及混煉改質纖維及一塑膠原料，以形成生質高分子材料。

Description

含改質天然纖維的生質高分子材料及其製造方法

本發明攸關於一種有機材料，且特別是關於一種生質高分子材料及其製造方法。

由於石化原料日漸竭盡、空氣汙染日趨嚴重且全球氣候詭譎多變，人們已意識到開發替代原料的需要。這些替代原料中，生質材料由於具備低二氧化碳淨排放量、低汙染、高分解及高生物相容等優點，因此廣受人們青睞。凡舉目前日常生活中經常使用的塑膠製品，像是雨衣、鞋材、塑膠袋、餐具，即為利用生質材料來取代此製品中之部分的石化原料。雖然生質材料解決了上述問題，但是例如美國發明專利證書號第8,080,596號及第8,080,589號中揭示的內容，均使用澱粉作為生質材料。然而，澱粉為可食用的，且是人類及牲畜主要的營養源。近年全球天災、人禍不斷，已造成部分區域糧食危機相當嚴重，倘若過度地使用澱粉為生質材料，恐怕會造成糧食危機更加嚴重。

職是之故，開發一種含非糧料源的高分子材料，此高分子材料除了會避免糧食危機更為嚴重外，尚保有業界所需的性質，乃為從事高分子材料之相關人士或業者，極欲解決的問題。

本發明之一目的在於提出一種新穎的高分子材料，其不僅具備業界所要求的性質外，也可遏止糧食危機更為嚴重。

根據前述及/或其他目的，本發明提供一種生質高分子材料，其包括：一塑膠原料及一改質纖維。改質纖維是藉由一含下述步驟之方法製得的：研磨一非食用植物纖維，以得到一纖維顆粒；混合纖維顆粒及一溶劑，以製備成一纖維漿液；純化纖維漿液中的纖維顆粒，以形成一純化纖維；酯化純化纖維，以形成一酯化纖維；以及乾燥酯化纖維，以得到改質纖維。

根據本發明，改質纖維是從非食用植物纖維轉變形成的，並與塑膠原料組合。如此一來，非食用植物纖維取代了以往可食用的澱粉，使得糧食危機獲致暫緩。另一方面，非食用植物纖維經過一系列步驟轉變形成改質纖維，提供了改質纖維較高的接觸面積來與塑膠原料結合，並提升改質纖維與塑膠原料之間的相容性。再一方面，經標準的檢測方法測試後，本發明提出的生質高分子材料雖然在成分上不同於以往，但其仍符合業界所需的性質。因此不影響本發明提出之生質高分子材料的應用範疇，特別是應用於鞋材，像是鞋中底、鞋大底或鞋墊均為適用者。

本發明之另一目的在於提出一種生質高分子材料的製造方法，其包括以下步驟：研磨一非食用植物纖維，以得到一纖維顆粒；混合纖維顆粒及一溶劑，以製備成一纖維漿液；純化纖維漿液中的纖維顆粒，以形成一純化纖維；酯化純化纖維，以形成一酯化纖維；乾燥酯化纖維，以得到一改質纖維；以及混煉改質纖維及一塑膠原料，以形成生質高分子材料。

根據本發明，先將非食用植物纖維經一系列步驟轉變成改質纖維後，再將改質纖維與塑膠原料混煉。由於非食用植物纖維乃不同於以往使用的澱粉，係為不可食用的，如此得以緩和糧食危機。另一方面，非食用植物纖維經過一系列步驟轉變成改質纖維，提供了改質纖維較高的接觸面積來與塑膠原料結合，並增加改質纖維與塑膠原料之間的相容性。再一方面，經標準的檢測方法測試後，本發明提出之製造方法得到的生質高分子材料及其後續產品仍符合業界所要求的性質，因此生質高分子材料及其後續產品的應用範疇不受影響，尤其是應用於鞋材，像是鞋中底、鞋大底或鞋墊均於適用的範疇內。

無

第1圖係為一流程圖，說明著本發明一較佳實施例之生質高分子材料的製造方法。

為讓本發明上述及/或其他目的、功效或特徵能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，做詳細說明。

請參照第1圖，係說明著本發明一較佳實施例之生質高分子材料的製造方法，其詳細步驟如下所述。

首先，提供一非食用植物纖維。本文中所使用的術語「非食用植物纖維」乙詞，意指不可供作為人類或牲畜食用的植物纖維，其例子可以為但不限於稻殼、稻稈、蔗渣、米糠、麩皮、麥稈、玉米稈或其任一組合。

接著，研磨非食用植物纖維，以得到一纖維顆粒。研磨時，是利用任何市面上取得的研磨裝置研磨非食用植物纖維，以得到纖維顆粒，而得到的纖維顆粒可依生質高分子材料後續的用途呈現不同的粒徑尺寸。

接著，混合纖維顆粒及一溶劑，以製備成一纖維漿液。溶劑的例子可以為但不限於水。混合時，可視需要地另加入一添加劑至纖維漿液。添加劑的例子可以為但不限於乳酸（lactic acid）、檸檬酸（citric acid）、酒石酸（tartaric acid）、氫氧化鈉、矽酸鈉、乙二胺四乙酸（ethylene di-amine tetra-acetic acid，EDTA）、硫代硫酸鈉、硫酸鎂、界面活性劑或其任一組合。

之後，純化纖維漿液中的纖維顆粒，以形成一純化纖維。純化時，是加入一純化助劑至纖維漿液，以形成純化纖維。此外，純化時，更可視需要地將含純化助劑及纖維漿液的混合漿液置於溫度約70-100℃下約3-5小時，以形成純化纖維。本文中所使用的術語「純化助劑」乙詞，意指可以協助純化纖維顆粒的物質，其例子可以為但不限於過氧化氫。

之後，酯化純化纖維，以形成一酯化纖維。酯化時，是加入一酯化助劑至純化纖維，以形成酯化纖維。此外，酯化時，更可視需要地將含有酯化助劑及純化纖維的混合液置於pH值8.0-8.5及溫度40-50℃的條件下，以形成純化纖維。本文中所使用的術語「酯化助劑」乙詞，意指可以協助酯化純化纖維進行的物質，其例子可以為但不限於無機酸或酸酐。較佳地，無機酸為乙酸、丙酸或其任一組合。較佳地，酸酐為乙酸酐、丙酸酐或其任一組合。於一更佳實施例中，得到之酯化纖維的酯化度為0.1-0.5。

需要注意的是，為調整並維持酯化時需要之條件中的pH值於要求的範圍內，酯化時，可加入一鹼類至混合液中。鹼類的例子可以為但不限於為氫氧化鈉。

然後，乾燥酯化纖維，以得到一改質纖維。乾燥時，是將酯化纖維置於任何市面上購得之噴霧造粒裝置，並利用噴霧造粒的方式乾燥酯化纖維，以得到改質纖維。於一更佳實施例中，得到之改質纖維的粒徑約為10-50μm，且其含水率約為2-8％。乾燥時採用噴霧造粒之方式的用意在於：使得改質纖維的粒徑及含水率較為一致，如此有利於後續步驟與其他物質混合。

然後，混煉改質纖維及一塑膠原料，以形成生質高分子材料。混煉時，是於溫度100-130℃的條件下，混煉改質纖維及塑膠原料約6-15分鐘，以形成生質高分子材料。塑膠原料可依生質高分子材料後續的用途選擇不同的材料來源，其例子可以為但不限於乙烯醋酸乙烯酯共聚物（ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA）。

為多樣化生質高分子材料後續的用途，混煉時，更可添加一附加劑至改質纖維及塑膠原料，以形成生質高分子材料。於一更佳實施例中，塑膠原料的含量為40-80重量份，改質纖維的含量為20-60重量份，附加劑的含量為14-40重量份。

而附加劑包含一含量為10-30重量份的填充劑、一含量為2-5重量份的發泡劑、一含量為0.8-1.0重量份的架橋劑、一含量為0.8-1.2重量份的加工助劑及一含量為1-5重量份的發泡助劑。填充劑的例子可以為但不限於碳酸鈣、滑石粉、碳酸鎂、高嶺土或其任一組合。架橋劑的例子可以為但不限於過氧化物。於一更佳實施例中，架橋劑為過氧化二異丙苯（dicumyl peroxide，DCP）。加工助劑的例子可以為但不限於硬脂酸。發泡助劑的例子可以為但不限於氧化鋅粉。

最後，使生質高分子材料成形，以適應於生質高分子材料後續的用途。舉例來說，於雙滾輪設備中使生質高分子材料出片成形，以形成一高分子片材。之後，取多個高分子片材堆積為一預定重量，並置於一油壓台模具內（溫度設定為165-175℃、壓力設定為160-200kg/cm²）20-40分鐘進行架橋及發泡作用，以成形為一發泡板材。發泡板材經裁切後，則可作為鞋中底或鞋墊。再舉例來說，也可於造粒設備中使生質高分子材料造粒成形，以形成一高分子粒材。之後，將高分子粒材置於一射出發泡成形裝置（溫度設定為165-180℃、壓力設定為160-200 kg/cm²）中直接射出成形一發泡板材。發泡板材即可作為鞋大底或鞋中底。

茲以下列具體例以進一步例示說明本發明。

＜製備例1＞

取7,648克的稻殼顆粒，並與22,500克的水混合配製成一稻穀漿液。加入如表1列示的添加物組成至稻殼漿液中且均勻混合，再加熱稻殼漿液至85℃。於此溫度下，緩緩加入303克的50％過氧化氫水溶液至稻殼漿液中，而於加入完畢後，於此溫度下靜置得到的混合漿液4小時，以進行純化反應形成純化纖維。

表1

取35-40wt％的純化纖維並加入適量的氫氧化鈉溶液，而維持純化纖維的pH值於8.0-8.5之間。接著，緩緩加入7,648克的醋酸酐至純化纖維，且隨時以氫氧化鈉溶液維持純化纖維的pH值於此範圍內。於此範圍的pH值下，加熱得到的混合液至40-50℃，並於此溫度下靜置混合液4-6小時，以進行酯化反應形成酯化纖維。

將酯化纖維以0.5-1.5公升/小時的速率，經過兩相式噴頭霧化，進入一高溫的乾燥塔，而乾燥塔的設定為入風溫度為170-210℃，出風溫度為70-110℃。經過霧化後，酯化纖維是呈現微細液滴狀，遇熱時會使水分蒸發，留下乾燥的粉體，而取得改質纖維。

＜製備例2＞

取1,000克的改質纖維，並與2,300克的乙烯醋酸乙烯酯共聚物、495克的滑石粉、99克的發泡劑（偶氮類型）、33克的架橋劑（過氧化二異丙苯）、33克的硬脂酸及66克的氧化鋅粉混合。將得到的混合物預先均勻攪拌後，置入一小型利拿混合機內。啟動混合機後，於120℃下，混煉混合物6-15分鐘，以形成一生質高分子材料。

＜製備例3＞

將生質高分子材料置於雙滾輪設備中出片成形，以製出一高分子片材。接著，秤取數片的高分子片材後，將其置於已預熱的油壓台模具內，並於165±2℃及160-200 kg/cm²的環境下維持20-30分鐘，使高分子片材充分架橋及發泡，以形成一發泡板材。最後，取出發泡板材，而發泡板材可以選擇地裁切成需要的尺寸作為鞋中底或鞋墊。

＜分析例＞

採取標準的檢測方法測量發泡板材的不同物性，其檢測結果見於表2。從表2中，可以發現：本實施例的發泡板材具有業界可接受的物理特性。

表2

根據上述較佳例的說明，是先將非食用植物纖維經過一系列處理轉變成改質纖維後，再與塑膠原料混煉。然，非食用植物纖維為不可食用的，不同於以往可食用的澱粉，因此糧食危機得以獲得暫緩。另一方面，非食用植物纖維轉變成改質纖維，提供了改質纖維較高的接觸面積可與塑膠原料結合，並增加改質纖維與塑膠原料之間的相容性。再一方面，經標準的檢測方法測試後，上述較佳例得到的產物仍具備業界所需要的物性要求，因此可用來製作鞋材，例如鞋中底、鞋大底或鞋墊。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，但不能以此限定本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

無

Claims (14)

1. 一種生質高分子材料，係包括：
   一塑膠原料；以及
   一改質纖維；
   其中，該改質纖維係藉由一含下述步驟之方法製得的：
   研磨一非食用植物纖維，以得到一纖維顆粒；
   混合該纖維顆粒及一溶劑，以製備成一纖維漿液；
   純化該纖維漿液中的纖維顆粒，以形成一純化纖維；
   酯化該純化纖維，以形成一酯化纖維；以及
   乾燥該酯化纖維，以得到該改質纖維。
2. 如申請專利範圍第1項所述之生質高分子材料，其中該塑膠原料係為乙烯醋酸乙烯酯共聚物（ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA）。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之生質高分子材料，更包括：一附加劑。
4. 如申請專利範圍第3項所述之生質高分子材料，其中該塑膠原料的含量係為40-80重量份，該改質纖維的含量係為20-60重量份，而該附加劑的含量係為14-40重量份。
5. 如申請專利範圍第3項所述之生質高分子材料，其中該附加劑係包括：一填充劑、一發泡劑、一架橋劑、一加工助劑及一發泡助劑。
6. 一種生質高分子材料的製造方法，係包括：
   研磨一非食用植物纖維，以得到一纖維顆粒；
   混合該纖維顆粒及一溶劑，以製備成一纖維漿液；
   純化該纖維漿液中的纖維顆粒，以形成一純化纖維；
   酯化該純化纖維，以形成一酯化纖維；
   乾燥該酯化纖維，以得到一改質纖維；以及
   混煉該改質纖維及一塑膠原料，以形成該生質高分子材料。
7. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，更包括：使該生質高分子材料成形。
8. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該非食用植物纖維係為稻殼、稻稈、蔗渣、米糠、麩皮、麥稈、玉米稈或其組合。
9. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該純化步驟係包括加入一純化助劑至該纖維漿液。
10. 如申請專利範圍第9項所述之製造方法，其中該純化助劑係為過氧化氫。
11. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該酯化纖維的酯化度係為0.1-0.5。
12. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該酯化步驟係包括混合一酯化助劑及該純化纖維。
13. 如申請專利範圍第12項所述之製造方法，其中該酯化助劑係為無機酸或酸酐。
14. 如申請專利範圍第6項所述之製造方法，其中該改質纖維的粒徑係為10-50μm，且其含水率係為2-8％。