新研究证明杏仁壳能够有效增强塑料制品的强度

7月中旬，美国食品技术研究会议在芝加哥举行。该会议展示了食品加工配料和小包装调味品。 有趣的是，由美国加州杏仁商会（加利福尼亚州莫德斯托市）赞助的会议演讲提出了将杏仁壳作为填料加入塑料及其相关研究应用于包装。

这是一个疯狂的想法吗？表面上看确实如此，但事实上并非如此。杏仁壳能够增强塑料的强度，且超越了大多数的传统材料。 这些外壳作为塑料的部分替代品，被用在塑料盘、托盘以及其他容器和产品中进行测试。

Bill Orts不仅是高度“寓教于乐”的节目主持人，还是美国农业部西部地区研究中心（加利福尼亚州奥尔巴尼）生物产品研究负责人。在回答PlasticsToday记者的问题时， Orts将大部分的功劳归功于杏仁项目研究负责人Zach McCaffrey和Lennard Torres，并将Lennard Torres称之为“我们的聚合物的关键人物。”

让我们从了解您的团队开始吧。

Orts：我们团队至少20年来一直致力于可持续农业衍生塑料的研究，其研究范围远远超过填料。 我们曾与EarthShell，Cargill-Dow（Ingeo），Clorox-Glad，Metabolix等公司合作，共同打造可持续包装的解决方案。

我们还积极参与行业制定标准。 Greg Glenn和我都是生物环境工程高分子学会和生物降解产品研究所（纽约市）的活跃成员，我们一直在帮助标准委员会建立标准，例如，ASTM D6400，ASTM D6868和美国农业部的生物参考项目。

我们定期为这一领域的公司提供帮助，其中包括目前位于研究单位（试验工厂）的战略商业合作伙伴：Method Products（旧金山），为我们提供了几个研究人员，以开发洗涤剂和其他产品可持续包装解决方案;美洲普利司通轮胎公司（位于田纳西州纳什维尔）提供了大笔资金，用于制造国内橡胶；Cooper Tire＆Rubber（Findlay，OH）公司提供的另一笔大额赠款，用于制造更环保的轮胎。

简而言之，这项研究与塑料有什么关系？

Orts：加利福尼亚州生产的杏仁占世界总产量的80％以上。 这导致杏仁种植者和卖家每年必须找到解决超过10亿磅杏仁壳的出口问题的办法。 在聚合物复合材料中使用壳层作为填料在例如成本，能耗，可再生性，生物降解性，填埋等方面优于商业添加剂的优点；然而，杏仁壳是亲水的，这限制了它们的应用和发展。 我们的研究正是使用杏仁壳作为聚合物复合材料的填料，结果表明，与未填充的聚合物相比，填充了杏仁壳的聚合物更硬，更坚固和更耐热。 我们开始与工业公司合作，优化材料以满足其性能要求，并努力扩大规模。

这个过程涉及烘焙 – 目的究竟是什么？

Orts：烘焙是一种加热的过程，生物质在没有空气和氧气的情况下被加热到200-300℃。 与原始生物质相比，烘焙后的生物质更具疏水性，使其与聚合物基质化学相容性更强，并且研磨性更强，从而降低了研磨至小粒径所需的能量消耗。

烘焙的外壳用作填充物和增强剂......这些外壳取代了哪些材料？

Orts：常见的工业填料包括碳酸钙，滑石粉和炭黑。

您能给我们介绍一下将烘焙过的杏仁壳与聚丙烯混合的研究吗？

Orts：我们已经发表了一些关于烘焙杏仁壳（TAS）聚丙烯（PP）复合材料的论文。

简而言之，TAS-PP提高了热变形温度（复合材料软化的温度）和拉伸模量（刚度），但与纯聚丙烯相比具有更低的拉伸强度和伸长率。 我们目前正在研究PE且取得了良好的效果。虽然我们在PET方面做得还不够，但对其它材料还是持乐观态度。

添加的外壳的比例是多少？

Orts：目前我们正在制造30％TAS / 70％PP的母料颗粒，用于塑料制造商的试验。其中TAS最大填充限量为30％，塑料制造商可以稀释填料浓度以满足其想要的加工和材料性能。我们的工业合作伙伴目前不使用填料，因此将改进性能和成本的材料与未混合纯聚合物进行比较。

这种材料的性能，可持续性和其他优势是什么？

Orts：使用杏仁壳作为填料的好处是它减少了石油基塑料的用量，减少了杏仁壳的填埋，更好地利用了杏仁副产品等。主要的缺点是回收商（如CalRecycle）不会回收利用复合材料。回收设施只能容纳一个小的非塑料部件，因此，需要调整设施工艺以适应新材料。 幸运的是，我们正在合作的公司已经通过重新研磨并将复合材料加入到新产品中来回收利用材料。

热变形温度更高的聚合物一般好处是什么？
Orts：举一个例子，将花盆（同样适用于回收箱、垃圾桶）和用烘焙的杏仁壳复合材料制成的花盆同时放置在阳光下，在较高温度下测试其抵抗变形程度，结果显示TAS填料可使热变形温度提高10-20°C或18-36°F。

这些复合材料在包装方面有哪些应用或潜在用途？

Orts：使用注塑件挤出的众多塑料应用包括：花盆，托盘，托盘，垃圾箱，箱子，容器，电脑零件，汽车零件等。

到目前为止成果和规模如何？

Orts：目前，该团队已向塑料制造商展示了原型产品，且正在升级到更大规模。 这包括增加自动化，创建托盘等成型产品，以及与行业合作伙伴协作以调查市场应用前景。

实验室规模的试验已经完成，结果发表在学术期刊上（例如McCaffrey，et al。，2018提交; Chiou等，2016； Chiou等，2015）。目前的原型系统每小时生产约5磅混合复合树脂，这无法满足工业合作伙伴批量生产数量达吨的要求。 比如，合作者预计未来几个月以小规模生产塑料运输托盘，因此我们正在努力扩大规模并寻找商业合作伙伴以帮助完成制造。

公司很感兴趣，我们正试图证明我们的材料以更低的成本改进了他们的产品。

告诉我们有关模塑商F-D-S Manufacturing所做的相关工作?

Orts：Sullivan Grosz是Almond Board“领导力计划”的一部分，可以帮助我们找到商机。 他不仅拥有包装背景，并能够帮助我们在早期使用者中找到潜在的加州包装行业的领导者。 我们参观了F-D-S Manufacturing（加利福尼亚州波莫纳），致力于将工作开展到商业水平，但实际工作进展比较缓慢。

从根本上讲，如果它在工业机器上的效果与在我们的中试规模挤出机上一样好，那么他们就会对烘焙过的填料产生兴趣。 然而，每小时10吨与每小时1桶之间的挤出效果存在很大差异。

下一步要做的是什么？

Orts：寻找想要投资复合材料制造的工业合作伙伴。 我们正走在正确的道路上，并且与几个感兴趣的公司合作，我们正在合作制造原型零件，期待尝试以更大的规模逐步完成零件制造。

原文来自：plasticstoday，原文题目：Nutty research: Almond shells sustainably strengthen plastics，由材料科技在线团队翻译整理。