一种可快速降解的容器及其制造方法 【技术领域】
本发明涉及一种可快速降解的容器及其制造方法。特别是涉及一种用玉米芯和谷物制造的可快速降解的容器及其制造方法。所述容器可为可盛装冷热食品的餐具，也可为植物栽培营养钵。背景技术
近些年来随着国家治理“白色污染”的力度增大，推广替代发泡塑料的环保产品发展迅速，各种可降解餐具纷纷上市，但从产品制造到产品应用的过程所产生的污染、环保效应、生产成本等仍然不很理想，许多产品填充料、保护膜还是利用塑料及塑料衍生物，使产品的降解性能没有超脱“质”的变化，仅限于在产品结构中“量”的调整，造成许多产品质量差，成本高，有毒残留物多，达不到对环境无污染的要求。目前超级市场的新鲜食品包装是用聚苯乙烯代替泡沫塑料，聚苯乙烯的苯乙烯二聚体和三聚体接触食品对人体危害更大。这同样也严重污染环境。
对于传统的植物栽培营养钵而言，绝大多数是塑料制品，塑料无法自然降解，幼苗在植株时须进行起土去钵二次移植，造成幼苗根系损伤，成活率低，塑料废弃物严重污染环境，并破坏土壤结构。目前虽然有一些替代产品，但其填充料和保护膜仍然离不开塑料衍生物等高分子材料，尚存在许多缺陷。
为了解决当今某些一次性用品包括一次性餐具或食品包装品等的降解和污染问题，相继出现一些用植物性材料制造的上述用品。例如CN1091755A中公开了一种使用谷物类含有淀粉的物质如稻米、小麦、玉米或薯类为原料膨胀发泡制成一定厚度的发泡体，发泡体地一面或二面粘附具有防水效果的薄纸张或其它材质而构成餐具的基材。在此制造过程中谷物类含淀粉的原料中需加入食用防腐剂。
CN2308306Y公开了一种一次性可降解快餐餐具结构，其由餐具本体和内、外表面涂膜层构成，餐具本体以植物屑如麦杆、稻草、甘蔗渣、玉米杆、高梁杆作为主要赋形物，混以可降解粘合剂，热压制成，涂膜层为涂刷于本体内表面或内外表面的可降解的涂料，经干燥后粘附于餐具本体表面上。
CN1152426A公开了一种可降解的快餐具及其制备方法。其是将玉米秸粉、生物复合酶、食用糊精、丙酸钙、天然钙粉等为原料制造而成。
CN1193499A公开了一种可作饲料和肥料的一次性餐具、食品包装及其制备方法。该制品是由可作饲料的原料、填充物、粘合剂、分散剂组成，并可涂一层防水涂料，所述的原料选自农作物秸杆、树叶、玉米芯、米糠、麦麸等，所述填充剂选自滑石粉、碳酸钙和粘土；粘合剂选自面粉、松香和动物血，分散剂为水，防水涂料选用聚乙烯醇或聚丙烯。
由上述的现有技术可知，其中所使用的材料虽为植物性的，但都需要另外加入填充物、粘合剂等，这不但增加可产生污染的因素，使降解缓慢，同时会增加制造步骤。
因此，开发一种无污染、简化制造步骤且可快速降解的产品包括食品包装容器和植物栽培营养钵仍是当务之急。发明内容
本发明首要的目的是提供一种可快速降解的容器，该容器包括可盛装冷热食品的餐具和植物栽培营养钵。该容器为自粘式不必加入任何填加剂或粘合剂，可达到快速降解并无污染的目的。
本发明的另一目的是提供一种用于制造可快速降解的容器的制造方法。
本发明涉及一种可快速降解的容器，其本体结构包括中间基层(也可称为膨化层)、内防水层和外防水层，其中所述的中间基层是用玉米芯纤维粉和谷物制成的玉米泡沫，该中间基层中的玉米芯纤维粉与谷物的重量比为1∶1至1∶2.5，所述的生物胶为葡甘露聚糖10-30重量％、壳聚糖15-50重量％和纤维素20-75重量％与低浓度酸、低浓度醇和水调配，然后在温度50℃-55℃下进行时效反应2-5小时后得到的标准生物胶；所述的高浓度生物胶为含有标准生物胶5-12重量％浓度的生物胶，所述的低浓度生物胶为含有标准生物胶1-3重量％浓度的生物胶，所述的高浓度生物胶和低浓度生物胶的稀释剂为低浓度醇。其中所述的谷物为玉米、糙米或小麦，所述的糙米为稻米，所述的谷物优选为玉米或稻米，更优选为玉米。所述的低浓度酸为5-8重量％的无毒酸，该酸为醋酸或乳酸，所述的低浓度醇为40-45重量％的无毒醇，该醇为乙醇等无毒醇；所述的葡甘露聚糖为麻芋粉，壳聚糖为甲壳素，纤维素为醋酸纤维素、乙基纤维素或甲基纤维素或其混合物；所述的甲壳素为用虾壳或蟹壳的废弃物经脱乙酰处理，再经3％盐酸中和后漂洗、晒干和粉碎而得到的物质。其中所述的容器可为盛装冷热食品的餐具，其可为碗、盒、盆、盘或杯。所述的餐具的中间基层的玉米芯纤维粉与谷物的重量比为1∶2。
按照本发明所述的可快速降解的容器，该容器可为植物栽培营养钵，其可为幼苗栽培营养钵或树木栽培营养钵。所述营养钵中间基层中的玉米纤维粉与谷物的重量比为1∶1。所述的植物栽培营养钵的结构还包括位于内防水层的内营养层和位于外防水层的外加固层。
所述的内营养层，是用聚丙烯酸钠20-30重量％和复合肥70-80重量％用占聚丙烯酸钠和复合肥重量之和的15-18％高浓度生物胶调成粘稠液，用人工涂刷在营养钵内防水层上，内营养层是幼苗生长的营养来源，同时能保持钵内水分供应。
所述的复合肥可为有机肥，如稻草灰，和无机肥，如碳酸氢氨的混合物。
所述的外加固层，是用贝壳制成的轻质碳酸钙35-40重量％和甲壳素5-10重量％与低浓度生物胶50-55重量％搅拌成粘稠液，用人工浸涂于钵体外防水层上。它既有加固作用，又有防水作用，并能控制营养钵在土壤中的降解速度。甲壳素能自然降解，并能改良土壤。
所述的植物幼苗营养钵的形状可为方框形、圆柱形、锥筒形或直筒形。
所述的树木栽培营养钵为半圆形的拼装形式。
本发明还涉及一种用于制造上述可快速降解的容器的方法，其包括下述步骤：
a)将玉米芯制成玉米纤维粉：
取干净玉米芯粗碎成10-15目粒料，将其水洗后进行粒料干燥，控制干粒料含水量在8-10重量％，然后将粒料进行第一次湿热膨化得到半膨松体，将其粉碎成60-70目玉米芯纤维粉；
b)制造玉米泡沫胚料—中间基层：
将步骤a)所得的玉米纤维粉与谷物按重量比1∶1至1∶2.5混合，并控制含水量在10-13重量％，然后进行第二次湿热膨化，该第二次湿热膨化在专用设备即自熟水冷式膨化机中进行，控制压力为6-8.5Mpa，温度为120℃-130℃，制成玉米泡沫胚料—中间基层；
c)制造容器粗品：
将步骤b)所得的玉米泡沫胚料快速加湿，并立即进行冷压成形，制成不同形状的容器粗品；
d)将步骤c)所得容器粗品喷涂内防水层和外防水层，或按需要在内、外防水层上分别涂刷和浸涂内营养层和外加固层；
e)将涂层后的容器烘干；和
f)将e)步骤烘干后的容器进行消毒制成所述容器成品。
按照本发明所述的用于制造可快速降解的容器的方法，其中步骤a)中所述的粒料干燥可为烘干或晒干，所述的湿热膨化可在气流湿热膨化机中进行，膨化温度为110℃-135℃；
步骤c)中所述的快速加湿可在蒸汽加湿机中进行，所述的冷压成形在20吨油压机中进行；
步骤d)中所述的内营养层为聚丙烯酸钠20-30重量％和复合肥70-80％重量用占聚丙烯酸钠和复合肥重量之和的15-18％的高浓度生物胶调成粘稠液涂刷而成，所述的外加固层是用贝壳制成的轻质碳酸钙35-40重量％和甲壳素5-10重量％与低浓度生物胶50-55重量％搅拌成粘稠液浸涂而成；
步骤e)中所述的烘干可在连续烘干炉中进行，控制烘干温度为65℃-70℃，烘干时间为2-3分钟；
步骤f)中所述的消毒可为红外消毒等。
本发明使用的原料只为玉米芯和谷物，不加任何填料物，不加任何粘合剂，靠原料自身的物理变化，完成产品设计要求，用这种可食用原料制造的容器不存在降解问题。
本发明所述的容器可通过调节生物胶的浓度来达到不同需要的降解时间，例如快餐用具可在雨天3-6小时降解，晴天2-5天降解；对于营养钵可根据植物的需要，例如幼苗栽培营养钵可调节成10-15天降解，树木栽培营养钵可调节成6-20天降解。这比其它材料制得的产品的降解时间大大减少，例如用秸杆纤维制得的产品，它需要树脂粘合，则降解慢，需三个月才能降解。
本发明制造的容器性能好，使用方便，经济耐用，例如本发明制造的快餐盒，单重40克/只，涂胶后生产成本0.10元/只，使用时盛100℃热水三个小时不变形，不漏水，盛热菜和热饭时四小时不变形不浸漏，其遗弃物，动物能吃，可自然降解，自然降解后全部变成有机肥料。
本发明制造的冷盒，单重25克/只，涂胶后生产成本为0.06元/只，使用时首先用冷水冲入，经10个小时不变形，不浸漏，经超市实际使用效果好，废弃物无污染。
本发明制造的植物栽培营养钵，可随着各种植物幼苗或树木育令期的不同，制成相应不同降解度的系列产品，由于该营养钵在土壤中具有较强的透气性，能保证在幼苗或树木育令期间自然逐步降解成有机肥料，既可减少人力、物力，又能充分提高幼苗根系繁殖，既不污染环境，也不破坏土壤结构。
按照本发明所述的制备可快速降解的容器的方法，其中除第二次湿热膨化是使用专用设备之外，其他设备都为已知的通常使用的设备。
该第二次湿热膨化所使用的专用设备为自熟水冷式膨化机(其为申请号00136532.0、申请日2000年12月18日的专利申请)，具体结构请参见下述图4A至图4B。附图说明
图1为制造本发明所述容器的生产工艺流程图；
图2表示本发明制造的容器为植物幼苗栽培营养钵的剖面示意图；
图3为图2中的A部结构放大图；
图4A为本发明所使用的自熟水冷式膨化机的结构图；
图4B为图4A中的螺杆、螺套的结构示意图；
图4C为图4A中导板的结构图；
图4D为图4A中孔道板的结构示意图。具体实施方式
以下按图1说明制造本发明所述容器的生产工艺流程：
一、制造所述容器的原料是玉米芯和谷物，成形前首先将干净玉米芯粗碎成10-15目粒料，粒料经水洗后烘干或晒干，并控制干粒料含水分8-10％，然后将干粒料进入气流湿热膨化机，进行第一次湿热膨化，玉米芯是由瓢质素(含糖海绵体)、半纤维素、纤维素三层基料组成，这三层基料经气流湿热膨化后，变成略有燧石性的、具有一定粘度的混合纤维半膨松体。然后将这种半膨松体粉碎成60-70目可食用纤维粉，待用。
二、将上述膳食纤维粉与谷物按重量1∶1至1∶2.5比例混合，并控制水分10-13％，然后进入自熟水冷式膨化机进行第二次湿热膨化，制成一定厚度的玉米泡沫胚料，待用。
玉米芯制得的膳食纤维与谷物自身的纤维和淀粉在自熟水冷式膨化机内，经6-8.5Mpa压力，在120℃-130℃温度的作用下，膨化成玉米泡沫胚料，这种胚料具有一定的自粘性和适量刚性，为冷压成形提供条件。
三、将玉米泡沫胚料经蒸汽加湿机，快速加湿，并立即进入20吨油压机冷压成形，制造不同需要、不同形状容器粗品。
玉米芯和谷物混合后制成的玉米泡沫胚料具有多向性孔隙网络结构，经蒸汽快速加湿，冷压时会产生急速的热应力集中，不添加任何粘合剂，就可冷压成形，制成各种所需容器粗品。
四、将所述的容器粗品，按不同用途喷涂不同浓度的可食性生物胶，在容器内外表面形成防水、防油、抗热的生物胶薄膜。如果制造的是植物栽培营养钵，则需在内外表面分别涂刷和浸涂内营养层和外加固层。
生物胶是以葡甘露聚糖、壳聚糖、纤维素为主要原料，制成混合料液体，经喷涂后，烘干络合成膜，具有抗热、耐油、耐水、防腐等功能，膜的分子量在可食性的范围之内。
五、涂胶后的产品进入连续烘干炉烘干，并控制烘干温度为65℃-70℃，烘干时间为2-3分钟。
六、红外消毒，最后检验质量，包装，待运。
图2表示本明制造的容器为植物幼苗栽培营养钵的剖面示意图，图3表示图2中的A部结构放大图。由该图所示，所述营养钵本体结构分为：1为中间基层，2为内、外防水层，3为内营养层，4为加固层。
如图4A本发明使用的自熟水冷式膨化机，基本结构与一般膨化机相同，它主要包括电机1、减速箱2、料斗5、筒体3、螺杆6、螺套7和输出装置，螺杆6和螺套7设在筒体腔内，齿形为锯齿，其齿面相对，旋向相反，并在其螺纹齿端径向设有装配间隙，螺套固定在筒体3上，其特征在于所说的螺杆螺套的底径设有锥度，其螺杆螺纹的小径(或底径)从左到右沿轴向逐渐增大，其螺套螺纹的大径(或底径)从左到右沿轴向逐渐减小；所说的输出装置中设有导板8和一个带冷却装置的孔道板(9、11)。其冷却装置为双水冷循环冷却装置。孔道板上的出料孔道为外曲面环形孔道。导板8设在孔道板前起梳滤作用。导板8的轴端套装在孔道板中，形成环形输出孔道。图中4是转接轴，安装在止推轴承上，通过连轴节传递动力转矩。10是冷却装置的水阀。12是基座。
其工作过程如下：
开动电动机，将一定湿度的颗粒状谷物送入料斗，电动机经减速后带动螺杆转动，螺杆推动物料前行，在齿隙间被挤压辗碎、糊化，然后通过导板的疏齿和导孔，在高温高压下进入孔道，经预膨胀和压缩，再从输出装置的出料口输出膨化制品。同进在出口处其筒形的制品被割开，形成片料，落在输送带上，送往后续工序。
图4B为图4A中的螺杆、螺结构示意图，该图中所示的螺套7与筒体固定，螺杆螺套的螺纹齿顶间设有装配间隙。间隙值可取0.05毫米。它们的螺纹螺齿相对，螺纹旋向相反。图示的螺杆螺纹为二头螺纹13。螺杆螺纹的小径(或底径)从左到右沿轴向逐渐增大。螺套螺纹的大径(或底径)从左到右沿轴向逐渐小。
图4C是图4A中导板的结构图，导板上为梳齿14，按圆周辐射设置，梳齿面上有导板15。导板的另一端为圆柱体，与孔道板一起形成孔道(环腔)，其端头的结构变化将直接决定膨化制品的形状。
图4D为图4A中孔道板的结构示意图，所示的孔道板由前孔道板9、后孔道板11两片组合而成。孔道的外壁为曲面，与导板8配合，形成外曲面环形孔道。其外形为倒葫芦形状。孔道板的外围另设有双层水冷却循环冷却装置。16是葫芦底部曲面段，17是中间的曲面段，18是末端的圆柱形孔道段。
本设备按电机装机容量为15千瓦设计，以玉米芯和谷物为原料，其单产膨化材料制品(泡沫制品)≥3吨。
制备例1：标准生物胶的制备
取下述组成和重量配比的物质共10公斤
甲壳素15％(1.5公斤)
麻芋粉10％(1公斤)
醋酸纤维素5％(0.5公斤)
乙基纤维素10％(1公斤)
甲基纤维素60％(6公斤)
再将上述用量的甲壳素溶于为其重量92％、浓度为6％的醋酸中，将上述用量的麻芋粉溶于其重量96％的水中，将上述用量的醋酸纤维素溶于为其重量的85％、浓度为6％的醋酸中，将上述用量的乙基纤维素溶于其重量86％、浓度为40％的乙醇中，和将上述用量的甲基纤维素溶于其重量94％的水中，将上述分别溶于所述的酸、水和醇的各物质的溶液混合，在温度约52℃下进行时效反应4小时，得到约19.3公斤的标准生物胶。其用肉眼观察呈半透明状，或用粘度计测定为32-45粘度单位。
制备例2：高浓度生物胶的制备
取制备例1中制备的1公斤标准生物胶与9公斤、浓度为40％乙醇混合制成浓度为10％重量的高浓度生物胶。
制备例3：低浓度生物胶的制备
取制备例1中制备的0.2公斤标准生物胶与9.8公斤、浓度为40％乙醇混合制成浓度为2％重量的低浓度生物胶。
制备例4：植物栽培营养钵内营养层调料的制备
取下述组成和重量配比的物质共10公斤
聚丙烯酸钠20％(2公斤)
稻草灰35％(3.5公斤)
碳酸氢氨45％(4.5公斤)
将上述各种物质混合后，用1.8公斤制备例2制备的高浓度生物胶经搅拌调成粘液而制成约11.8公斤的植物栽培营养钵内营养层调料。
制备例5：植物栽培营养钵外加固层调料的制备
取下述组成和重量配比的物质共10公斤
贝壳制成的轻质碳酸钙40％(4公斤)
甲壳素5％(0.5公斤)
低浓度生物胶55％(5.5公斤)
将所述的轻质碳酸钙和甲壳素用所述量的制备例3制备的低浓度生物胶经搅拌调成粘稠液制得约10公斤植物栽培营养钵外加固层调料。
实施例1：
取玉米芯10公斤，将其粗碎成12目粒料，经水洗后烘干，控制该粒料含水量在9％(重量)，然后将该粒料进入气流湿热膨化机进行第一次湿热膨化，膨化温度为约120℃，形成半膨松体，再将其粉碎成65目的粒度，得到9公斤可食用的玉米芯纤维粉。
所得9公斤纤维粉与18公斤去杂质玉米粒混合向其中加入适量水，控制其水分含量为11％(重量)，然后进入自熟水冷式膨化机进行第二次湿热膨化，制成24公斤玉米泡沫胚料，在该自熟水冷式膨化机中，控制压力为7Mpa，温度为120℃。
取12公斤所得玉米泡沫胚料进入蒸汽加湿机进行快速加湿，并立即进入20吨油压机进行冷压成形，制成300只快餐盒粗品，单重40克/只，再于内、外表面分别连续喷涂制备例2和3制备的高浓度生物胶和低浓度生物胶，涂胶后的快餐盒进入连续烘干炉烘干，控制烘干温度约为65℃，烘干时间约为3分钟。再经红外消毒，即得300只快餐盒成品。
实施例2：
按照实施例1所述的方法，取所得的玉米泡沫胚料12公斤制成480只超级市场用的冷盒，单重25克/只。
实施例3：
按照实施例1所述的方法，不同的是将所得9公斤玉米芯纤维粉与9公斤去杂质玉米粒混合，制成16公斤玉米泡沫胚料，将其冷压成形后制成160个锥筒形植物幼苗栽培营养钵，在内、外表面分别涂上制备例2和3制备的高浓度生物胶和低浓度生物胶后，再于内表面上涂以制备例4制备的内营养层调料，并于外表面上浸涂以制备例5制备的外加固层调料，经红外消毒后即得160个幼苗栽培营养钵成品。
实施例4：
按照实施例3所述的方法，制成80个半圆形拼装式树木栽培营养钵。
实施例5：
按照实施例1所述的方法，不同的是用去杂质和去皮的18公斤稻米代替玉米，制成24公斤玉米泡沫胚料，取其12公斤制成以玉米芯和稻米为原料的300只快餐盒成品。
实施例6：
按照实施例2所述的方法，不同的是取实施例5制备的玉米泡沫胚料12公斤制成以玉米芯和稻米为原料的480只超级市场用的冷盒，单重25克/只。
实施例7：
按照实施例3所述的方法，不同的是由9公斤稻米代替同量的玉米，制成以玉米和稻米为原料的160个幼苗栽培营养钵成品。
实施例8：
按照实施例4所述的方法，不同的是由稻米代替玉米，制成以玉米芯和稻米为原料的80个半圆形拼装式树木栽培营养钵成品。