TWI861532B - 可生物分解之原料粒組成物改良 - Google Patents

Abstract

一種可生物分解之原料粒組成物改良，其係將植物纖維粉45~60%、澱粉20~35%、水溶性高分子膠5~10%、偶聯劑3~6%、滑劑0.01~0.2%等原物料依序混煉攪拌後，再加入聚羥基烷酸酯(PHA)10~25%，據以構成原料粒的改良，使原料粒的生產更具效率且能兼顧環保的概念。

Description

可生物分解之原料粒組成物改良

本創作係隸屬一種可生物分解的的原料粒，特別係針對其配方比例加以改良的原料粒。

按，關於可生物分解的原料粒組成配方的研究生產，本案申請人先前創作係申請案號108102795號，可生物分解之植物纖維原料的組成物及其製造方法發明專利，該習用案係揭露一種植物纖維製成的原料粒，該原料粒的配方比包含：植物纖維粉40~60%、澱粉20~30%、澱粉發酵的植物膠粉末10~20%、水溶性高分子膠5~10%，以及纖維素3~5%；將上述的配方經過加熱混煉成若干料條後，再利用一切削單元將該等料條切削呈顆粒狀製成原料粒。其次，本案創作人另有二先前專利案揭露了不同的的原料粒配方，其分別是申請案號110105195『植物纖維原料粒的組成及其應用之纖維瓶罐成型方法』，及申請案號110105196『纖維袋體之成型方法』專利案，該二件專利案揭露的纖維原料粒配方都是為：植物纖維粉41~59%、澱粉21~29%、天然黏合劑8~28%，該天然黏合劑由澱粉添加二羧酸及發酵用的菌種製成、水溶性高分子膠6~12%、改性劑3~5%，以及滑劑0.01~0.2%。上述配方製造的原料粒能利用專用機器製成纖維瓶罐或袋體，取代塑膠材質的容器產品。

上述申請人三件先前專利的配方，主要係利用澱粉發酵的植物膠粉末，也就是天然黏合劑作為黏合的介質，將其與植物纖維粉及澱粉混 煉融合後，使澱粉和植物纖維粉作長久性的聚合。而天然黏合劑係將澱粉與菌種及二羧酸混合發酵後，讓澱粉分子結構產生改性作用，將原本澱粉加熱糊化後不具有太大聚合黏性的狀態，改變澱粉分子而大幅增進其聚合力；天然黏合劑並非市售產品，而是申請人自行調配生產，製作程序如下：

S1.取得菌種-一般使用的是乳酸菌，乳酸菌可以自行製備，或購買一般市售的產品。

S2.原料製備-本方法屬於微生物發酵工藝，例如將澱粉45kg放入容積大於1.5立方米的桶中，加入水約800kg，經過高壓噴射均質液化，取得液體源料。

S3.原料糖化，用高壓噴槍將液體原料注入壓濾機(可選用XMAY-800型壓濾機)中，過濾除去蛋白質和金屬離子，濾渣可作飼料，濾液收集於筒中，添加10kg的尚味發酵的生澱粉、增黏劑約0.3~0.5kg，以及5kg葡萄糖，以補充碳源，蓋上筒蓋後，間歇性通入蒸汽在約50℃條件下糖化4小時，糖化期間每隔1小時攪拌一次，每次攪拌10分鐘。

S4.乳酸發酵-在糖化液中加入總體積10%的步驟s1取得的乳酸菌，以及約總體積10%二羧酸，蓋上桶蓋，通入蒸氣升溫至約37℃厭氧培養，間歇性供給熱蒸氣，保持發酵溫度維持在50~55度，發酵72-80小時，發酵期間每2小時攪拌一次，每次攪拌10分鐘。

S5.固化磨粉，將發酵後的產物置於常溫固化後，再磨成粉狀，作成天然黏合劑。

上述天然黏合劑的製作程序不僅繁雜費時，且品質的穩定性也會因成分比例的誤差而受影響，因而使申請人產生改良配方的想法。又目前市面上關於生物基/生質塑料的原料有：聚乳酸(PLA)、聚羥基烷酸酯(PHA)、聚己內酯(PCL)、脂肪族芳香族共聚酯(PBST)、聚乙烯醇(PVA)、二氧化碳共聚物等，該等生質塑料應用於產品的製造時，必須添加至少50%的原料比例，例 如證書號I599598號一種可生物分解之薄膜材料及其製造方法專利案，係包含：一可生物分解材料由PLA、PBAT及PBS之任一或兩種以上所構成，含量為60~70質量百分比；一食品級農業廢棄物，係為澱粉類、纖維類、蛋白質類或脂類粒徑至少50μm以下，含量為10~30質量百分比；一質改劑係可為碳酸鈣(CaCO3)粉末或矽酸鎂鹽類粉末，其前述質改劑粒徑至少8μm以下，含量為7~29質量百分比；以及一有機分解菌係為耐熱型液化澱粉芽孢桿菌，含量為1~3質量百分比；前述可生物分解材料、食品級農業廢棄物、質改劑及有機分解菌經製程混練後，吹製成膜厚為40μm~60μm之可生物分解的薄膜。

生質塑料雖然可被自然環境分解，但例如PLA必須在特定環境下才能被自然分解，因此若產品所含的生質塑膠比例太高，當一般環境無法自然分解時，仍會對生態造成不良影響，因此如何研發出能利用生質塑料並降低對環境的負擔，便有了將生物質原料應用於先前研發配方的想法。

有鑑於此，本創作人乃針對前述習用創作問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發與製造經驗，積極尋求解決之道，經過長期努力之研究與發展，終於成功的開發出本創作『可生物分解之原料粒組成物改良』，以改善習用創作之問題。

本發明之主要目的，係提供一種『可生物分解之原料粒組成物改良』，其係將聚羥基烷酸酯(PHA)在最少的配方比例範圍內與植物纖維、澱粉結合，生產出不同原料及配方比的可生物分解原料粒，以提升原料粒的生產效率及品質，並能顧及環境保護的概念。

緣於達成上述之創作目的，本創作『可生物分解之原料粒組成物改良』，其配方包含：植物纖維粉45~60%、澱粉20~30%、聚羥基烷酸酯(PHA)10~25%、水溶性高分子膠5~10%、偶聯劑3~6%，以及滑劑 0.01~0.2%。其中該植物纖維粉係可以天然植物的莖幹、樹皮、葉子或果皮作為纖維原料，經過碎化、乾燥處理後，加工為含水率20%以下的粉末，而該澱粉係可來自竹子、小麥、馬鈴薯、玉米、番薯、木薯、蓮藕、米或藻類植物。利用植物纖維粉、澱粉及聚羥基烷酸酯(PHA)三者之間的比例以約略2：1：0.5的調整，使聚羥基烷酸酯(PHA)的應用在最少的條件下，也能和純生的植物纖維粉、澱粉結合，製成可生物分解的原料粒，而能降低可生物分解原料粒的製造成本，並提昇生產效率。

有關本創作所採用之技術、手段及其功效，茲舉一較佳實施例並配合圖式詳細說明於后，相信本創作上述之目的、構造及特徵，當可由之得一深入而具體的瞭解。

(11):第一混煉機

(12):第二混煉機

(13):第三混煉機中

(14):第四混煉機中

(20):成型裝置

(21):入料口

(22):出料口

(23):擠料盤

(231):通孔

(24):輸送單元

(25):動力螺桿

(251):第一輸送桿

(252):第二輸送桿

(253):第三輸送桿

(254):第四輸送桿

(255):葉片

(26):排氣管

(27):真空機

(30):第一冷卻系統

(31):輸送平台

(311):滾筒

(32):動力組

(321):輥輪

(322):動力源

(33):風扇

(40):切削單元

(41):刀座

(42):馬達

(43):刀片

(44):滑軌

(50):第二冷卻系統

(51):集料桶

(52):第一鼓風機

(53):第一冷卻桶

(54):第二冷卻桶

(55):第二鼓風機

(56):儲存桶

(561):落料口

(57):第一管路

(58):第二管路

(59):第三管路

第1圖：係本發明原料配方混煉並加工成料條之示意圖。

第2圖：係本發明第一冷卻系統及切削單元之示意圖。

第3圖：係本發明第二冷卻系統之組成架構及使用示意圖。

請參閱第1圖、第2圖所示，本發明『可生物分解之原料粒組成物改良』，其配方包含：植物纖維粉45~60%、澱粉20~30%、聚羥基烷酸酯(PHA)10~25%、水溶性高分子膠5~10%、偶聯劑3~6%，以及滑劑0.01~0.2%，其中：該植物纖維粉係以天然植物的莖幹、樹皮、葉子或果皮、等作為纖維原料，經過碎化、乾燥處理後，加工為含水率20%以下的粉末，其粒度大約200~400目以上。植物纖維使用目數的粒度大小，可依原料粒應用生產產品類別的不同而有所差異，例如一般的射出成型使用的纖維目數200~300 目，吸塑或吹瓶使用的纖維目數300~400目，而吹袋使用的纖維目數則在400~1000目左右。

該澱粉是植物體內貯藏的高分子碳水化合物，它可以分解成葡萄糖、麥芽糖等成分，係可來自銀杏、竹子、小麥、馬鈴薯、玉米、番薯、木薯、蓮藕、米或藻類、豆類等植物的種子(如銀杏、板栗、花生、豌豆、綠豆、紅豆等)、果實(如野燕麥、薏苡等)、莖(如馬鈴薯、魔芋、南瓜等)、葉(如須蕊忍冬)、根(如甘薯、木薯等)。

該聚羥基脂肪酸酯(PHA)是微生物作為碳源和能源儲備物來合成的，一般以內含体的形式存在於微生物細胞體內。由於PHA具有不同的單體結構，因此種類繁多。既有由短鏈單體組成的PHA，也有由中長鏈單體組成的PHA，還有由不同種類單體組成的共聚物。迄今，數種PHA，包括聚-3-羥基丁酸酯(PHB)、3-羥基丁酸和3-羥基戊酸共聚物(PHBV)、3-羥基丁酸和4-羥基丁酸共聚物(P3HB4HB)、3-羥基丁酸和3-羥基己酸共聚物(PHBHHx)及中長鏈PHA(mcl PHA)均實現大規模生產。

該水溶性高分子膠係用於調合聚羟基烷酸酯(PHA)的黏度，可由天然植物原料提取而得，如淀粉類、纖維素或植物膠，也可為化學改性天然聚合物，如羧甲基淀粉、醋酸淀粉。或者也可為合成聚合物，有聚合類樹脂和縮合類樹脂兩類，如聚丙烯酰胺(PAM)、水解聚丙烯酰胺(HPAM))、聚乙烯吡囉烷酮(PVP)等都可適用。

該偶聯劑係一種多功能用途的偶聯劑，通過化學反應，作為有機物質和無機物質之間結合的架橋，並能增加該天然黏合劑聚合澱粉和植物纖維粉的強度、韌性與結合時黏性的多向性。

該滑劑可為一級醯胺、二級醯胺，用於增加該等原料混煉及加工輸送時的潤滑度。

上述原料取得後，係將纖維粉置於一第一混煉機(11)中10~30分鐘，以40~60℃、600~1200RPM高速旋轉混煉，使纖維粉軟化。之後再將澱粉及偶聯劑置於第二混煉機(12)中10~20分鐘，以600~1200RPM高速旋轉混煉，以活化粉末顆粒的流動性。以及將聚羟基烷酸酯(PHA)和水溶性高分子膠利用第三混煉機(13)以約2400RPM的轉速旋轉混煉10~40分鐘，使其達到黏稠狀態。再將上述的纖維粉、澱粉、聚羟基烷酸酯(PHA)及滑劑以第四混煉機(14)混合攪拌10~40分鐘，混煉成綜合原料。

接著將綜合原料置於一成型裝置(20)內，該成型裝置(20)一端設有一入料口(21)，另端設有一出料口(22)，該入料口(21)可供該綜合原料倒入，而該出料口(22)處設有一成型用的擠料盤(23)，該擠料盤(23)上形成有若干通孔(231)。又該入料口(21)與出料口(22)之間設一輸送單元(24)，該輸送單元(24)可將綜合原料由入料口(21)一端往出料口(22)一端旋轉攪拌輸送並同時加熱，令其通過該擠料盤(23)後，向外擠壓成型若干呈長條狀的原料條。

其次，該輸送單元(24)可由二動力螺桿(25)組成，各該動力螺桿(25)可由四支輸送桿(251、252、253、254)分段組成，每一輸送桿(251、252、253、254)外緣設有葉片(255)，且位於該入料口(21)的第一輸送桿(251)的葉片(255)尺寸，係大於其他輸送桿(252、253、254)的葉片(255)，而位於該出料口(22)的第四輸送桿(254)的葉片(255)尺寸，係小於其他輸送桿(251、252、253)的葉片(255)，也就是該等輸送桿(251、252、253、254)外緣的葉片(255)，係由該入料口(21)一端往該出料口(22)方向呈逐漸縮小的變化；又每一輸送桿(251、252、253、25 4)所在的溫度利用不同的溫控器(圖中未顯示)控制在140~180℃之間。再者該成型裝置(20)對應該第一、第二輸送桿(251、252)的位置設若干排氣管(26)，該等排氣管(26)係連接一真空機(27)，令該第一、第二輸送桿(251、252)攪拌、輸送綜合原料時，其所含的濕氣、水蒸氣能經由該等排氣管(26)向外排出；藉此，當該輸送單元(24)輸送該綜合原料時，先利用第一、第二輸送桿(251、252)將綜合原料均勻攪拌後，再透過該第三、第四輸送桿(253、254)逐步將綜合原料向外擠壓，以成型長條狀的原料條。

再將該等原料條先利用該第一冷卻系統(30)冷卻降溫後，再利用切削單元(40)將該等原料條切削呈顆粒狀的原料粒。該第一冷卻系統(30)包括一輸送平台(31)、一設於該輸送平台(31)末端之動力組(32)，以及若干設於該輸送平台(31)上方的風扇(33)；該輸送平台(31)上設有若干滾筒(311)，可供該等原料條設置於上後移動，也可以輸送帶方式輸送原料條，而該動力組(32)係用以帶動該等原料條移動之動力來源，可由二上下相對之輥輪(321)組成，該二輥輪(321)相隔一預定距離，可透過一動力源(322)帶動旋轉。輸送時，該等原料條擠出成型後係置於該輸送平台(31)上，並令原料條的外端被該二輥輪(321)夾持，當該等原料條持續擠出成型，該動力源(322)亦同時啟動，而帶動該動原料條在輸送平台(31)上位移，在原料條移動過程中，利用該等風扇(33)吹風進行降溫冷卻。

其次，該切削單元(40)係設於相鄰該二輥輪(321)外側，其係一刀座(41)上設一馬達(42)，該馬達(42)可帶動一刀片(43)轉動，該刀片(43)的半徑長度大於該輸送平台(31)的台面寬度，當該等原料條通過該二輥輪(321)後，就會被旋轉的刀 片(43)切削成原料粒。又該馬達(42)底部與刀座(41)之間係設一滑軌(44)，可供移動該馬達(42)而調整該刀片(43)切削的位置。

原料粒切削完成後，再利用一第二冷卻系統(50)一邊輸送一邊冷卻，該第二冷卻系統(50)包括一集料桶(51)、第一鼓風機(52)、第一冷卻桶(53)、第二冷卻桶(54)、第二鼓風機(55)，以及一儲存桶(56)，該集料桶(51)與第一冷卻桶(53)間設有一第一管路(57)，該第一冷卻桶(53)與第二冷卻桶(54)間第一第二管路(58)，而該第二冷卻桶(54)與儲存桶(56)間設有一第三管路(59)，又該第一鼓風機(52)係設於該第一管路(57)適當處，而該第二鼓風機(55)設於該第三管路(59)適當處；當該等原料粒經切削成型後，係落入或倒入該集料桶(51)內，先利用該第一鼓風機(52)將原料粒抽送至該第一冷卻桶(53)，再利用該第二鼓風機(55)將位於該第一冷卻桶(53)內的原料粒抽送至該儲存桶(56)內，該儲存桶(56)底部設有一落料口(561)，可將包裝袋置於落料口(561)下方進行包裝作業。

藉此，利用申請人先前創作的原料粒為基礎添加聚羟基烷酸酯(PHA)並作配方比例的調整，使可生物分解原料粒的生產效率提昇，同時製造成本也能相對降低，而在環境保護的效益上，即使聚羟基烷酸酯(PHA)在特定環境條件下才能被自然分解，由於產品應用原料的成分以植物纖維及澱粉為主，因此能降低對環境的不良影響。

綜上所述，本創作在同類產品中實有其極佳之進步實用性，同時遍查國內外關於此類結構之技術資料、文獻中亦未發現有相同的構造存在在先，是以本創作實已具備新型專利要件，爰依法提出申請。

上述實施例，僅用以舉例說明本創作，據以在不離本創作精神之範圍，熟習此項技藝者憑之而作之各種變形、修飾與應用，均應包括於本創作之範疇者。

(11):第一混煉機

(12):第二混煉機

(13):第三混煉機中

(14):第四混煉機中

(20):成型裝置

(21):入料口

(22):出料口

(23):擠料盤

(231):通孔

(24):輸送單元

(25):動力螺桿

(251):第一輸送桿

(252):第二輸送桿

(253):第三輸送桿

(254):第四輸送桿

(255):葉片

(26):排氣管

(27):真空機

Claims (3)

1. 一種可生物分解之原料粒組成物改良，其配方包含：植物纖維粉45~60%、澱粉20~30%、聚羥基烷酸酯(PHA)10~25%、水溶性高分子膠5~10%，該水溶性高分子膠可為羧甲基澱粉或醋酸澱粉、偶聯劑3~6%，以及滑劑0.01~0.2%。
2. 依請求項1所述之可生物分解之原料粒組成物改良，其中該植物纖維粉係可以天然植物的莖幹、樹皮、葉子或果皮作為纖維原料，經過碎化、乾燥處理後，加工為含水率20%以下的粉末，而該澱粉係可來自竹子、小麥、馬鈴薯、玉米、番薯、木薯、蓮藕、米或藻類植物。
3. 依請求項1所述之可生物分解之原料粒組成物改良，其中該滑劑可為一級醯胺、二級醯胺。