專利名稱：海藻生物質(zhì)板材及其加工方法和專用模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)板材，尤其是一種海藻生物質(zhì)板材。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的許多包裝材料不易降解，處理這些材料不僅會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，而且危害人體健康。尤其是近年來(lái)，環(huán)境污染所帶來(lái)的危害越來(lái)越明顯，社會(huì)對(duì)于環(huán)保包裝材料的呼聲越來(lái)越高。生物質(zhì)板材是用天然原料加工而成，具有易降解的特點(diǎn)，而且降解產(chǎn)物不會(huì)污染環(huán)境，也不會(huì)危害人體健康，成為很多環(huán)保人士的首選。許多生產(chǎn)商也積極開發(fā)生物質(zhì)板材，如申請(qǐng)?zhí)枮镃N201010217190. 4的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N通過(guò)擠壓生物質(zhì)材料制成生物質(zhì)板材的方法；申請(qǐng)?zhí)枮镃N200910176757. 5的發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N加工復(fù)合生物質(zhì)板材的方法，是將生物質(zhì)材料進(jìn)行碳化處理，再把碳粉和PE樹脂按一定比例共混，經(jīng)過(guò)擠壓、裁板、表面砂光、開槽等工藝制成胚板，最后滾出油漆及印刷出木紋裝飾層。 但是現(xiàn)有生物質(zhì)板材的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，部分生物質(zhì)板材在制作過(guò)程中因添加了過(guò)多的添加劑，導(dǎo)致板材的可降解性下降或機(jī)械強(qiáng)度不夠，同還會(huì)對(duì)人體健康造成危害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種純天然、易降解、強(qiáng)度高的海藻生物質(zhì)板材。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采取的技術(shù)方案是以海藻為原料，經(jīng)過(guò)破碎、熱壓成型和干燥三道工藝制成主要成分是海藻植物纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)的海藻生物質(zhì)板材。該海藻可以是孔石莼、大葉藻、鳳眼蓮、滸苔。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種工藝簡(jiǎn)單的海藻生物質(zhì)板材的加工方法。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采取的技術(shù)方案是該加工方法包括破碎、熱壓成型和干燥三道工藝，其中，
(I)破碎將洗凈的海藻在水中破碎成小顆粒，形成海藻漿。(2)熱壓成型將上述海藻漿注入包括帶有滲水孔的壓板和凹槽體的專用模具的凹槽體中，并將海藻漿加熱到80°C 110°C，用3MPa以上的壓力向下擠壓覆蓋在海藻漿上的壓板，使海藻漿中的水分和水蒸汽從凹槽體和壓板上的滲水孔中逸出，并保持80°C 110°C和3MPa以上壓力至海藻述漿的含水量在30%以下，形成海藻生物質(zhì)板材。(3)干燥從凹槽體中取出上述海藻生物質(zhì)板材并烘干到海藻生物質(zhì)板材的含水量低于8%。破碎的目的是將海藻長(zhǎng)纖維打斷成短纖維，使海藻纖維上羥基充分暴露。為了使板材更美觀，最好是將海藻破碎到6mm以下。加溫的目的是使海藻纖維與水分子間的氫鍵斷裂，使水分子在壓力作用下從濾水孔中逸出，纖維分子間重新形成網(wǎng)絡(luò)狀分子間氫鍵，提高海藻生物質(zhì)板材的強(qiáng)度。熱壓成型時(shí)，溫度為100°C、壓力為5MPa時(shí)，制成的海藻生物質(zhì)板材強(qiáng)度最高、結(jié)構(gòu)最致密，其破壞強(qiáng)度可達(dá)到80MPa，是一般聚乙烯發(fā)泡板材的6倍。
上述加溫和加壓操作可以由熱壓力機(jī)完成，方法是
(1)將壓板和凹槽體分別固定在熱壓力機(jī)的上加熱板和下加熱板上，并加熱壓板和凹槽體至 80°C ^llO0C ；
(2)將海藻漿注入凹槽體，壓板下降并以3MPa以上的壓力壓入凹槽體，使海藻漿中的水分通過(guò)凹槽體和壓板上的滲水孔排出，并保持80°C 110°C和3MPa以上的壓力至海藻漿的含水量在30%以下，形成海藻生物質(zhì)板材。(3)壓板上升復(fù)位，取出海藻生物質(zhì)板材并烘干到海藻生物質(zhì)板材的含水量在8%以下。上述熱壓成型工藝前還可以包括纖維離解工藝，即將海藻漿置于20°C 60°C吸水溶脹，最好是在35°C條件下離解72小時(shí)。 纖維離解工藝是使水分子充分滲透到海藻漿中仍以分子間氫鍵連接在一起的海藻纖維分子之間，使海藻纖維成為離散的溶脹狀態(tài)。用離解過(guò)的纖維制作板材，板材的結(jié)構(gòu)更致密、強(qiáng)度更高。本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供一種加工上述海藻生物質(zhì)板材的專用模具。該專用模具包括壓板和凹槽體，該壓板和凹槽體上設(shè)有若干滲水孔。凹槽體上的滲水孔最好是在底面。該專用模具還可以包括脫模裝置。該脫模裝置包括至少一根頂桿和設(shè)有若干滲水孔的活動(dòng)板。為與該脫模裝置配合使用，上述凹槽體的底上設(shè)有可供該頂桿穿過(guò)且與頂桿位置相應(yīng)的通孔；使用時(shí)，先將活動(dòng)板置于凹槽體的底面，再將海藻漿注入凹槽體中，海藻漿被擠壓成型后，頂桿穿過(guò)凹槽體底上的通孔，將活動(dòng)板、海藻生物質(zhì)板材頂出凹槽體，便于取出海藻生物質(zhì)板材。上述頂桿最好垂直固定在底座上。該模具使用的是高導(dǎo)熱性材料，最好是鋁合金。由于纖維素具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、高回彈和耐沖擊等特性，半纖維素能降低板材使用時(shí)的形變度，能增大負(fù)荷能力，而果膠質(zhì)則可以在板材熱壓成型時(shí)起到膠黏作用，因此用海藻制作的生物質(zhì)板材不需要添加任何粘結(jié)劑，就可以形成強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)致密、易降解的純天然、無(wú)毒安全的板材。


圖I為海藻生物質(zhì)板材的實(shí)體圖。圖2為專用模具的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為專用模具壓制成型狀態(tài)圖。圖4為脫模裝置使用狀態(tài)圖。圖5為凹槽體的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。制作海藻生物質(zhì)板材需用專用模具。該專用模具用鋁合金制成，結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括壓板2、凹槽體4和脫模裝置，該脫模裝置由底座5、垂直固定在底座5上的兩根頂桿6和活動(dòng)板3，其中壓板2、活動(dòng)板3和凹槽體4的底上設(shè)有若干滲水孔8 (圖5所示)，為了與脫模裝置能配合使用，凹槽體4上設(shè)置與兩根頂桿6位置相應(yīng)的通孔7。使用該專用模具制作孔石莼生物質(zhì)板材的方法如下
(I)原料預(yù)處理將孔石莼打撈上岸，用自來(lái)水清洗，并去除雜藻、無(wú)脊椎生物、砂石和表面鹽等雜質(zhì)，再將孔石莼放在盛有水的破碎機(jī)中破碎I分鐘，將孔石莼破碎到6_以下的濃漿。
(2)纖維離解將預(yù)處理好的孔石莼濃漿放在調(diào)至35°C的恒溫機(jī)中處理72小時(shí)。(3)熱壓成型將圖2所示的專用模具的壓板2固定在熱壓力機(jī)的上加熱板上，凹槽體4固定在熱壓力機(jī)的下加熱板上，并將活動(dòng)板3放入凹槽體4的底壁，將壓板2和凹槽體4加熱至100°C后將上述孔石莼濃漿注入凹槽體4中，壓板下降并以5MPa的壓力壓入凹槽體4中(圖3所示)，使孔石莼濃漿中的水分和水受熱形成的水蒸汽通過(guò)凹槽體4、壓板2、活動(dòng)板3上的滲水孔8排出，并一直保持100°C的溫度和5MPa的壓力，直至孔石莼的含水量在30%以下。(4)干燥將專用模具從熱壓力機(jī)中取出，利用凹槽體4、壓板2和活動(dòng)板3上的余溫將孔石莼生物質(zhì)板材取烘干到含水量在8%以下。(5 )取板材如圖4所示，將脫模裝置的兩頂桿6通過(guò)通孔7將活動(dòng)板3、板材I和壓板2從凹槽體4中頂出，取下壓板2和活動(dòng)板3后，即制得孔石莼生物質(zhì)板材I。圖I是孔石莼生物質(zhì)板材I的實(shí)體圖，主要成分是孔石莼纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)。由于纖維素具有強(qiáng)度高、耐腐蝕、高回彈和耐沖擊等特性，半纖維素能降低板材使用時(shí)的形變度，能增大負(fù)荷能力，而果膠質(zhì)則可以在板材熱壓成型時(shí)起到膠黏作用，因此用孔石莼制作的生物質(zhì)板材不需要添加任何粘結(jié)劑，就可以形成強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)致密、易降解的純天然板材?？资话凑丈鲜龇椒ㄖ谱鞯纳镔|(zhì)板材的強(qiáng)度可達(dá)80MPa，是一般聚乙烯發(fā)泡板材的6倍。
權(quán)利要求
1.一種海藻生物質(zhì)板材，其特征是以海藻為原料，經(jīng)過(guò)破碎、熱壓成型和干燥三道工藝制成，主要成分是海藻植物纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的海藻生物質(zhì)板材，其特征是所述海藻包括孔石莼、大葉藻、鳳眼蓮或滸苔。
3.—種海藻生物質(zhì)板材的加工方法，其特征是包括破碎、熱壓成型和干燥三道工藝，其中， (1)破碎將洗凈的海藻在水中破碎成小顆粒，形成海藻漿； (2)熱壓成型將所述海藻漿注入包括帶有若干滲水孔的壓板和凹槽體的專用模具的所述凹槽體中，并將所述海藻漿加溫到80°C 110°C，用3MPa以上的壓力向下擠壓覆蓋在所述海藻漿上的所述壓板，使所述海藻漿中的水分和因加熱形成的水蒸汽從所述凹槽體和所述壓板上的所述滲水孔中逸出，并保持80°C 110°C和3MPa以上的壓力至所述海藻漿的含水量在30%以下，形成海藻生物質(zhì)板材； (3)干燥從所述凹槽體中取出所述海藻生物質(zhì)板材，并烘干至所述海藻生物質(zhì)板材的含水量低于8%。
4.如權(quán)利要求3所述的海藻生物質(zhì)板材的加工方法，其特征是給所述海藻漿的加溫和加壓操作由熱壓力機(jī)完成，方法是 (1)將所述壓板和所述凹槽體分別固定在熱壓力機(jī)的上加熱板和下加熱板上，將所述壓板和所述凹槽體加熱至80°C ^llO0C ； (2)將所述海藻漿注入所述凹槽體，所述壓板下降并以3MPa以上的壓力壓入所述凹槽體，使所述海藻漿中的水分和因加熱形成的水蒸汽通過(guò)所述凹槽體和所述壓板上的滲水孔排出，保持80°C 110°C的溫度和3MPa以上的壓力，直至所述海藻漿的含水量在30%以下，形成海藻生物質(zhì)板材； (3)上升所述壓板，取出所述海藻生物質(zhì)板材并烘干至所述海藻生物質(zhì)板材的含水量在8%以下。
5.如權(quán)利要求3或4所述的海藻生物質(zhì)板材的加工方法，其特征是在所述熱壓成型工藝之前還包括將所述海藻漿置于20°C 60°C吸水溶脹的纖維離解工藝。
6.一種加工如權(quán)利要求I所述的海藻生物質(zhì)板材的專用模具，其特征是包括壓板(2)和凹槽體(4 )，所述壓板(2 )和所述凹槽體(4 )上設(shè)有若干滲水孔(8 )。
7.如權(quán)利要求6所述的專用模具，其特征是還包括脫模裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的專用模具，其特征是所述脫模裝置包括至少一根頂桿(6)和設(shè)有若干滲水孔的活動(dòng)板(3);為與所述脫模裝置配合使用，所述凹槽體(4)的底上設(shè)有可供所述頂桿(6)穿過(guò)且與所述頂桿(6)的位置相應(yīng)的通孔(7);使用時(shí)，先將所述活動(dòng)板(3)置于所述凹槽體(4)的底面，再將所述海藻漿注入所述凹槽體(4)，所述海藻漿被熱壓成型后，所述頂桿(6)穿過(guò)所述通孔(7)，將所述活動(dòng)板(3)和所述海藻生物質(zhì)板材頂出所述凹槽體(4)，以便于取出壓制成型的所述海藻生物質(zhì)板材。
9.如權(quán)利要求61之一所述的專用模具，其特征是所述凹槽體(4)上的滲水孔在底面。
10.如權(quán)利要求9所述的專用模具，其特征是所述專用模具采用的材料是鋁合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種海藻生物質(zhì)板材，為解決現(xiàn)有技術(shù)中生物質(zhì)板材強(qiáng)度底和添加添加劑帶來(lái)的難降解和不安全問(wèn)題而提供一種純天然、易降解、強(qiáng)度高的海藻生物質(zhì)板材。它以海藻為原料，經(jīng)過(guò)破碎、熱壓成型和干燥三道工藝制成主要成分是海藻植物纖維素、半纖維素和果膠質(zhì)的海藻生物質(zhì)板材。本發(fā)明還提供一種包括破碎、熱壓成型和干燥三道工藝的海藻生物質(zhì)板材的加工方法和包括帶有濾水孔的壓板和凹槽體的專用模具。本發(fā)明提供的海藻生物質(zhì)板材強(qiáng)度高、結(jié)構(gòu)致密、易降解，而且純天然，無(wú)毒安全。
文檔編號(hào)D21J1/00GK102758385SQ2012101993
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2012年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月16日
發(fā)明者孫昊, 李可, 李洪貴 申請(qǐng)人:江南大學(xué)