甘蔗渣復合材料及利用該材料的室內裝飾材料的制作方法
【專利摘要】本發明涉及甘蔗渣復合材料及利用該復合材料的室內裝飾材料，更詳細地說，涉及包含從甘蔗渣得到且顆粒尺寸為40～120目而且長度與直徑之比為3:1至5:1的纖維質55～75重量％及熱塑性聚合物25～45重量％，從而得到強度優秀且不產生溶脹現象的復合材料。而且，本發明的復合材料類似于天然木材的自然質感及花紋，用這種復合材料可以制造各種室內裝飾材料和能夠代替用于外部的防腐木的所有產品。
【專利說明】甘蔗渣復合材料及利用該材料的室內裝飾材料
[0001] 本申請是原申請的申請日為2010年6月9日、申請號為201080028400. 3、發明名 稱為《甘蔗渣復合材料、復合材料制造方法及利用該材料的室內裝飾材料》的中國專利申請 的分案申請。

【技術領域】
[0002] 本發明涉及能夠制造地板材料、內裝材料、家具材料、隔音壁、窗戶等室內裝飾材 料和可代替防腐木的產品的復合材料，更詳細地說，涉及包含從甘蔗渣（Bagasse)得到的 纖維質和熱塑性聚合物的復合材料及利用該復合材料的室內裝飾材料。

【背景技術】
[0003] 最近消費者對天然木材的偏好度大大增加，而且隨著對于天然木材的砍伐所引起 的二氧化碳的增加會破壞環境的擔憂增強，對于能夠代替天然木材的原材料的開發的呼聲 變高。尤其，天然木材的需求多的建筑材料的情況更是如此。
[0004] 在這種背景下，最近進行了很多關于具有類似于天然木材的質感和外觀的復合材 料的研究。
[0005] 于是提出了少使用木材或使用非木材的復合材料的方案。例如，現有的復合材料 劃分為：在將原木較薄地截斷之后對一側面或兩側面著色并使其干燥，然后利用粘接劑附 著薄膜等并使其干燥之后，以預定長度切斷而備用的膠合板形式；以及在將原木或廢木粉 碎成粉末之后添加大量的樹脂，然后進行加熱壓接而制造的MDF(MediumDensityFiber wood，中密度纖維板）。MDF能夠附著天然飾面或塑料飾面按照用途進行加工而使用。
[0006] 但是，這種復合木材由于具有包含于粘接劑的有害物質而污染環境。而且，MDF存 在如下問題，即，在飾面與板材之間產生收縮膨脹，并且由于外部水分等的影響而使所附著 的飾面分離，裂開或腐爛。
[0007] 另外，在日本公開專利第1995 - 080809號（1995. 03. 28)中公開了一種不使用木 材而利用甘蔗渣的耐水性板。上述耐水性板是混合通過粉碎甘蔗渣而得到的2?8cm的纖 維成分及粉末成分和蜜胺樹脂及/或酚醛樹脂而制造耐水性板。但是，上述耐水性板并不 是由用作粘接劑的蜜胺樹脂及/或酚醛樹脂浸漬在尺寸大的纖維質中（纖維質的尺寸大而 無法浸漬），而是彼此粘接纖維質和粉末成分而成。從而，上述耐水性板與樹脂浸漬在纖維 質中的情況相比，強度等耐久性降低，當長期暴露于液體等時蜜胺樹脂及/或酚醛樹脂的 粘接力降低，存在板容易折斷或一部分掉落的問題。而且，上述耐水性板由于進行熱壓縮成 型而如板材壓出，因此模樣或形態無多樣性，混合了蜜胺樹脂及/或酚醛樹脂的材料無法 再利用而不環保。
[0008] 于是，目前的狀況是需要對不使用木材但歪斜少且強度優秀，而且環保，即使暴露 在陽光中也不變色的復合材料進行研究。


【發明內容】

[0009] 技術課題
[0010] 本發明的目的是提供一種復合材料及該復合材料的制造方法，該復合材料強度優 秀且能夠無破碎、裂開、歪斜現象等的形態變化及變色而安全地長期使用。
[0011] 而且，本發明的另一目的是利用復合材料提供地板材料、內裝材料、家具材料、隔 音壁、窗戶等的室內裝飾材料。
[0012] 課題解決方案
[0013] 為了達到上述目的，本發明的復合材料包含從甘蔗渣得到的纖維質55?75重 量％及熱塑性聚合物25?45重量％,上述纖維質的顆粒尺寸為40?120目，纖維質的長 度與直徑之比為3:1至5:1。
[0014] 而且，本發明的復合材料的制造方法包括：纖維質的制造步驟；在高溫下熔融混 合已制造的纖維質55?75重量％和熱塑性聚合物25?45重量％的步驟；以及擠壓已混 合的纖維質聚合物混合物的步驟，上述纖維質的制造步驟包括：將在甘蔗制糖工程中作為 副產物得到的甘蔗渣進行干燥而加工成水的含量小于5重量％的甘蔗渣的步驟；將已加工 的甘蔗渣放置在安裝有網篩的傳送帶上除去芯并僅收集纖維質的步驟；在已收集的纖維質 中加入水進行搗碎而使其軟質化的步驟；以及將已軟質化的纖維質用精煉機粉碎的步驟。
[0015]另外，本發明提供使用復合材料的室內裝飾材料。
[0016] 發明效果
[0017] 本發明的復合材料由于主要使用甘蔗渣而環保，由于作為主材料的甘蔗渣與熱塑 性聚合物的結合力優秀并以高密度形成，因此拉伸強度、彎曲強度、沖擊強度等強度及彈性 優秀，而且不產生溶脹現象。并且，即使長期暴露在陽光中也不發生變色。
[0018] 由于這種機械特性，復合材料不會因強大的外部力而破碎或裂開，不會因為由雨 水及飲料之類的液體或陽光等所引起的溶脹現象而產生歪斜現象。
[0019] 而且，本發明的復合材料類似于天然木材的自然質感及花紋，重量輕而便于搬運 及施工，而且少受到來自害蟲的攻擊，因而與利用木材的復合材料相比，能夠長期使用。
[0020] 另外，這種復合材料能夠熔化而再利用，因此能夠制造地板材料、內裝材料、家具 材料、隔音壁、窗戶等各種室內裝飾材料和可代替防腐木的產品。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是表示本發明的優選實施例的復合材料的制造方法的方框圖。

【具體實施方式】
[0022] 本發明涉及包含從甘蔗渣（Bagasse)得到的纖維質和熱塑性聚合物而環保且強 度優秀，并且可用作室內裝飾材料的復合材料及其制造方法。
[0023] 以下，詳細說明本發明。
[0024] 本發明的復合材料的特征在于，包含從甘蔗渣得到的纖維質55?75重量％及熱 塑性聚合物25?45重量％。而且，復合材料除了纖維質及熱塑性聚合物之外還可以額外 添加添加劑。
[0025] 本發明中所使用的甘蔗渣適用甘蔗制糖工程中作為副產物得到的甘蔗渣。甘蔗渣 (bagasse)是指從甘蔗的莖（桿）榨出蔗糖之后剩下的殘渣，呈白色或淡黃色。
[0026] 這種甘蔗渣作為代替木材、纖維等的原料而具有足夠的價值，尤其用于制作代替 由木材制造的合成木材（woodpolymercomposite)的復合材料，有效利用農產品系資源， 從而提高農場的收益性，對于減少由焚燒引起的大氣污染起到重要的作用。而且，甘蔗制糖 工程后獲得的甘蔗渣其密度和體積適合輸送和儲藏而便于使用。
[0027] 本發明中使用的纖維質最好粉碎成微細的粉末而使用，此時，纖維質的顆粒大小 為40?120目（mesh)，優選為80?100目（mesh)。如此粉碎的纖維質最好其長度與直徑 之比為3:1或5:1。
[0028] 纖維質和熱塑性聚合物在高溫下熔融并且熱塑性聚合物浸漬到纖維質的氣孔內， 從而制作纖維質聚合物混合物。因此，在上述纖維質的顆粒尺寸小于40目的情況下，由于 纖維質的顆粒尺寸大，因此不形成纖維質與聚合物之間的配合，有可能產生聚合物或纖維 質顆粒向一處堆積的現象，在顆粒尺寸超過120目的情況下，當混合纖維質和熱塑性聚合 物時，熱塑性聚合物有可能無法浸漬到纖維質的氣孔內。
[0029] 而且，在纖維質的長度與直徑之比小于3:1的情況下，由于高分子物質無法充分 浸漬到纖維質內，因此耐久性有可能降低，在長度與直徑之比超過5:1的情況下，由于長度 長，因此熱塑性聚合物有可能難以浸漬到纖維質氣孔內。
[0030] 從上述甘鹿漁得到的纖維質的含量為55?75重量％,優選為65?75重量％。此 時，在纖維質的含量小于55重量％的情況下，熱塑性聚合物的使用量增加而不環保，在纖 維質的含量超過75重量％的情況下，熱塑性聚合物的使用量少而強度降低，當暴露在水中 時有可能產生歪斜。
[0031] 上述熱塑性聚合物是從聚丙烯（PP，polypropylene)、聚乙烯（PE,polyethylene)、 聚苯乙烯（PS，polystyrene)、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET，polyethyleneterephthalate) 及聚氯乙烯（PVC，polyvinylchloride)中選擇的一種或兩種以上。而且，熱塑性聚合物可 以使用廢塑料。
[0032] 而且，可以在由纖維質和熱塑性聚合物制造的纖維質聚合物混合物中追加添加 齊II，相對于纖維質聚合物1〇〇重量份，添加劑的含量為8?10重量份。
[0033] 添加劑是從結合劑、抗氧劑、UV穩定劑、UV吸收劑、潤滑劑、無機填充劑、著色劑、 阻燃劑、熱穩定劑、發泡劑中選擇的一種或兩種以上。本發明可以利用本發明的復合材料制 造地板材料、內裝材料、家具材料、隔音壁、窗戶等室內裝飾材料,此時添加劑的種類根據室 內裝飾材料的種類而不同。上述室內裝飾材料均包含建筑物內部或建筑物外部的室內裝飾 材料。
[0034] 例如，在用本發明的復合材料制造地板材料的情況下，相對于纖維質聚合物100 重量份，可以使用UV穩定劑1?2重量份、UV吸收劑1?2重量份、著色劑2?4重量份、 發泡劑1?2重量份，在制造內裝材料、家具材料及隔音壁的情況下，相對于纖維質聚合物 100重量份，可以使用無機填充劑0. 5?2重量份、阻燃劑2?4重量份、結合劑2?4重 量份。而且，在制造窗戶的情況下，相對于纖維質聚合物100重量份，可以使用抗氧劑1? 2重量份、熱穩定劑1?2重量份、阻燃劑2?4重量份、潤滑劑1?2重量份、著色劑1? 2重量份。但是并不局限于此，在制造上述室內裝飾材料時可以追加使用其他添加劑。
[0035] 在上述添加劑中，結合劑是為了提高纖維質與熱塑性聚合物的結合力而使用，抗 氧劑切斷氧氣及紫外線而防止變色，UV穩定劑防止由UV引起的變色，UV吸收劑吸收UV，潤 滑劑增大作為微細粉末的纖維質的分散。而且，無機填充劑防止由沖擊、熱及負載引起的變 形，著色劑給產品賦予顏色，阻燃劑用于提供耐熱性強的產品，熱穩定劑使在加工及使用中 因熱而產生的分解最小化，發泡劑起到使纖維質發泡的作用。
[0036] 本發明的復合材料由于能夠熔化后再使用，因此可以再利用。
[0037] 圖1是表示本發明的優選實施例的復合材料制造方法的方框圖。
[0038] 如圖1所示，本發明的復合材料的制造方法包括：纖維質的制造步驟SllO;在高溫 下熔融混合已制造的纖維質55?75重量％和熱塑性聚合物25?45重量％的步驟S120 ; 以及擠壓已混合的纖維質聚合物混合物的步驟S130,上述纖維質制造步驟SllO包括：將在 甘蔗制糖工程中作為副產物得到的甘蔗渣進行干燥而加工成水的含量小于5重量％的甘 蔗渣的步驟；將已加工的甘蔗渣放置在安裝有網篩的傳送帶上除去芯并僅收集纖維質的步 驟；在已收集的纖維質中放入水進行搗碎而使其軟質化的步驟；以及將已軟質化的纖維質 用精煉機粉碎的步驟。而且，可以在S120步驟與S130步驟之間追加添加添加劑的步驟。
[0039] 在制造纖維質的步驟SllO中，纖維質從甘蔗渣得到。一般而言，甘蔗渣在剛進行 制糖工程之后包含水20?40重量％左右，而在本發明中為了分離成芯（內桿）和纖維質， 使甘蔗渣的水含量小于5重量％。在水含量為5重量％以上的情況下，芯粘貼在纖維質上 而難以僅分離出纖維質，在復合材料內部產生氣泡而使產品的質量降低。
[0040] 以小于5重量％的水含量進行干燥的甘蔗渣在安裝有網篩的傳送帶上移動的同 時被分離成芯和纖維質。由于在傳送帶上設有尺寸為4. 0?6.Omm的網篩，因此芯通過網 篩向下掉落90%以上，纖維質無法通過網篩而是隨著傳送帶移動并收集到一處。通過網篩 分離的芯為甘蔗渣的大約1/3,纖維質為大約2/3。
[0041] 網篩需要具備芯能通過而纖維質不能通過的尺寸的網目，如上所述尺寸優選為 4. 0?6. 0mm。網篩安裝在傳送帶上，安裝方法沒有特別限定。
[0042] 傳送帶一般存在稍微搖晃的傾向，有利于甘蔗渣分離成芯和纖維質。但是，當將甘 蔗渣放置在傳送帶上時，最好是稍微搖晃之后放置，這有利于芯與纖維質的分離。
[0043] 如上所述分離的纖維質用足夠量的水進行清洗。這是為了除去包含于纖維質的灰 塵和在制糖后粘貼在纖維質上的糖分等異物，可以根據甘蔗渣的狀態選擇性地進行，其反 復次數也可以調節。以往曾需要利用化學藥品的清洗過程，但在本發明中用水就足以。在 清洗后分別集中水和纖維質進行下一個步驟，已用于清洗的水在以后通過過濾而作為清洗 用水再利用。
[0044] 在除去了異物的纖維質中再放入水并經過搗碎并壓實的過程而使其軟質化。水含 量沒有特別限定，但最好以纖維質與水的重量比大約1:1放入水有利于搗碎。在軟質化過 程中水起到將纖維質變成潮濕的狀態而不使用化學藥品也能進行軟質化的作用。在該步驟 中使用的水也可以再利用。
[0045] 用于軟質化的機構沒有特別限定，但相比于利用金屬類設備，優選使用由木頭構 成的設備，例如木曰等。若用金屬類進行搗碎，則纖維質有可能嚴重受損或被壓縮而歪斜。 軟質化壓力可以根據纖維質的量以1?2kgf/cm2進行。
[0046] 已軟質化的纖維質擠出水之后用精煉機（refinery)進行粉碎而使其變成顆粒尺 寸為40?120目且長度與直徑之比為3:1?5:1。精煉機可以使用在本領域中通常使用的 精煉機。一般在粉碎木材時使精煉機向正向驅動，而在本發明中為了使纖維質更好地膨脹， 優選向逆向驅動。
[0047] 由于甘蔗渣是輕質的性質，因此在吸收足夠量的水的狀態下進行壓實就能實現軟 質化，在精煉機內圓盤的方向不是正向，而是為了使纖維質能夠扭曲而向相反方向、例如逆 向旋轉，從而使纖維質更多地膨脹或散開，可以起到使纖維之間的結合變強的作用。從而， 纖維質越是更多地膨脹，當制作成復合材料時纖維質之間的結合力越是增大而拉伸強度變 得優秀。
[0048] 混合纖維質和熱塑性聚合物的步驟S120中，將在SllO步驟中制造的纖維質55? 75重量％和熱塑性聚合物25?45重量％在150?200°C的高溫下熔融混合而制造纖維質 聚合物混合物。如此制造的纖維質聚合物混合物由于熱塑性聚合物浸漬到膨脹的纖維質的 氣孔之間，從而使纖維質與熱塑性聚合物之間的結合力增大，能夠制造高密度的纖維質聚 合物混合物。
[0049] 擠壓纖維質聚合物混合物的步驟130中，將在S120步驟中制造的纖維質聚合物混 合物在130?140°C的溫度下以20?25kgf/cm2的壓力經過15?20分鐘的熱壓過程進行 擠壓而得到復合材料。如此得到的復合材料根據成型結構進行成型后用冷卻水冷卻而維持 形態，從而得到所需用途的內部或外裝用室內裝飾材料。
[0050] 在上述S120步驟后還可以包括根據室內裝飾材料的種類添加添加劑的步驟。
[0051] 以下，為了有助于理解本發明而公開優選的實施例，但以下的實施例只是舉例說 明本發明，本領域技術人員應該明白在發明的范疇及技術思想范圍內可以進行各種變形及 修改，當然這種變形及修改也應屬于所附的權利要求書范圍內。
[0052] 實施例1
[0053] 將甘蔗渣加工成水含量為15重量％之后，放置在安裝有尺寸為6.Omm的網篩的傳 送帶上分離芯。于是，僅濾出尺寸超過6.Omm的纖維質，剩余的殘留纖維和芯被分離掉。此 時，纖維質為甘蔗渣的2/3左右。將如此得到的纖維質以3cm進行切斷之后，進行清洗以除 去殘留的糖分和灰塵。結束清洗的纖維質以1:1比例與水一起用2kgf/cm2壓力進行5分 鐘的搗碎和壓實，從而成為軟質的纖維質。此時，設備利用木白來代替金屬類設備。
[0054] 然后，將已軟質化的纖維質用碎解工序利用精煉機粉碎纖維。此時，為了增加纖維 質的膨脹，向逆向粉碎而不是正向。如此粉碎的纖維質的顆粒尺寸為90目，長度與直徑之 比為4:1。
[0055] 將如此得到的纖維質70g與聚丙烯30g在170°C下進行熔融混合之后，在140°C下 用20kgf/cm2的壓力擠壓20分鐘而制造了復合材料。
[0056] 實施例2
[0057] 用與上述實施例1相同的方法進行，在擠壓之前添加UV穩定劑lg、UV吸收劑2g、 著色劑4g、發泡劑2g而制造了復合材料。
[0058] 實施例3
[0059] 用與上述實施例1相同的方法進行，在擠壓之前添加無機填充劑2g、阻燃劑3g、結 合劑3g而制造了復合材料。
[0060] 比較例1
[0061] 用與上述實施例1相同的方法進行，使用顆粒尺寸為160目的纖維質制造了復合 材料。
[0062]比較例2
[0063] 用與上述實施例1相同的方法進行，使用長度與直徑之比為6:1的纖維質制造了 復合材料。
[0064]比較例3
[0065] 用與上述實施例1相同的方法進行，代替纖維質而使用木材70g制造了復合材料。
[0066] 試驗例
[0067] 拉伸強度（MPa):;利用KSM3006 (塑料拉伸性試驗方法）測定拉伸強度（基準 值：12MPa以上）。
[0068] 彎曲強度（MPa):利用KSMISO178 (塑料彎曲性試驗方法）測定彎曲強度（基 準值：61?82MPa以上）。
[0069] 彎曲彈性模量（MPa):利用KSMISO178 (塑料彎曲性試驗方法）測定彎曲彈性 模量（基準值：2100MPa以上）。
[0070] 吸收率:利用KSM3015 (塑料一般試驗方法）測定水分的吸收率（基準值： 3%以下）。
[0071] 沖擊強度（kgcm/cm2):利用KSM3055 (塑料一艾氏沖擊強度試驗方法）測定沖擊 強度（基準值：12kgcm/cm2以上）。
[0072] 濕潤時尺寸變化率:利用KSF3126(裝飾木質地板尺寸變化率試驗方法） 測定濕潤時尺寸變化率（基準值：長度方向〇. 3%以下，厚度方向2 %以下）。
[0073] 以下表1是比較實施例1至3與比較例1至3的試驗例的表。
[0074]表1
[0075]

【權利要求】
1. 一種復合材料，其特征在于， 包含從甘蔗渣得到且顆粒尺寸為40?120目的纖維質55?75重量％及熱塑性聚合 物25?45重量％，上述熱塑性聚合物浸漬在上述纖維質內，相對于上述浸漬的纖維質聚合 物混合物100重量份，包含結合劑2至4重量份， 其中，上述纖維質的長度與直徑之比為3:1至5:1，并且上述纖維質是分離自甘蔗渣的 纖維質且不包含甘蔗渣的芯。
2. 根據權利要求1所述的復合材料，其特征在于， 上述纖維質為65?75重量％，上述熱塑性聚合物為25?35重量％。
3. 根據權利要求1所述的復合材料，其特征在于， 上述纖維質的顆粒尺寸為80?100目。
4. 根據權利要求1所述的復合材料，其特征在于， 上述熱塑性聚合物是從由聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯及聚氯乙 烯構成的組中選擇的一種以上。
5. 根據權利要求1所述的復合材料，其特征在于， 相對于上述纖維質聚合物混合物100重量份，以8?10重量份追加從由抗氧劑、UV穩 定劑、UV吸收劑、潤滑劑、無機填充劑、著色劑、阻燃劑、熱穩定劑及發泡劑構成的組中選擇 的一種以上和上述結合劑。
6. -種室內裝飾材料，包含權利要求1所述的復合材料。
【文檔編號】C08L25/06GK104262984SQ201410525672
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2010年6月9日 優先權日:2009年6月22日
【發明者】柳熙龍 申請人:柳熙龍