填充塑料可制成许多产品。例如，塑料可制成木材替代品、窗部 件、门部件、或用于建筑结构的壁板。
在塑料工业使用填料已有大约90年。多数生产厂家使用填充塑料 的原因是用成本较低的填料如木粉、滑石粉、云母和玻璃纤维降低高 成本的聚丙烯和其它塑料的价格。填充玻璃纤维的塑料可通过产生较 高的热稳定性和较高的弯曲和断裂强度改善其特性。但低成本的填料 如木粉可能降低塑料的某些品质而使之更难加工。滑石和云母使塑料 的强度有所提高，但也使重量增加并因磨损降低挤出机的寿命。玻璃 纤维使产品的强度有相当大的提高，但成本相当高。
填充植物物料如木材或草的现有塑料存在许多缺点。与此类塑料 的挤出和注塑相伴的主要问题是该方法中所用植物物料的粒度极小， 主要为磨细的木粉。否则，混合物的粘度太高而不能有效地挤出或模 塑成型。此外，挤出或注塑法还受限于可使用的填充材料如木材与塑 料之比。这使可生产的产品受到不希望的约束。木材-塑料复合材料通 常使用在30至65％之间的与单一塑料混合的木粉或细木锯屑。高于此 比例将引起加工问题和吸湿、腐烂、衰变、和抗潮等方面的总性能降 低。
仍需要可降低热活性材料的成本和消耗而且性能比用于窗和门组 件、木材替代品、建筑壁板等产品的填料更好的廉价生物衍生材料。
发明概述
本发明涉及一种包含发酵固体和热活性材料的组合物(可称为生 物高聚物)。本发明还包括该生物高聚物的制备方法，可包括使发酵固 体和热活性材料复合。本发明生物高聚物可制成制品。
本发明涉及一种包含发酵固体和热活性材料的组合物。该组合物 可包括宽范围含量的这些成分。例如，一种实施方案中，该组合物可 包括约5至约95％(重)发酵固体和约1至约95％(重)热活性材料。一种 实施方案中，所述发酵固体可包括干谷粒酒糟或有可溶物的干谷粒酒 糟，可来源于植物物料如谷物(例如玉米)的发酵。所述热活性材料可 包括例如热塑性材料、热固性材料、及树脂和胶粘聚合物中至少一种。 本发明组合物可用于各种各样的制品。所述制品可包括所述含发酵固 体和热活性材料的组合物。
本发明还涉及一种包含发酵固体和热活性材料的组合物的制备方 法。该方法包括使所述组合物的成分复合，所述成分包括但不限于发 酵固体和热活性材料。复合可包括热动力学复合。所述组合物可制成 泡沫组合物。生产泡沫组合物可包括将包含发酵固体和热活性材料的 物料挤出；所述泡沫材料不必包括发泡剂。
本发明组合物可在制备制品的方法中使用。该方法包括由包含发 酵固体和热活性材料的组合物形成制品。
可由包含发酵固体和热活性材料的可称为生物高聚物的组合物形 成结构。生物高聚物产品的制备方法包括例如将发酵固体和热活性材 料挤出、注塑或复合。由生物高聚物制成的结构可包括木材替代品、 窗部件、门部件、壁板组件、和其它结构。
一种实施方案中，制品包括含热活性材料和发酵固体的生物高聚 物材料。一种实施方案中，所述生物高聚物可包括约5至约95％(重) 发酵固体和约1至约95％(重)热活性材料。一种实施方案中，所述发 酵固体包括干谷物酒糟、干含淀粉的块根农作物酒糟、干块茎酒糟、 和干块根酒糟中的至少之一。
一种实施方案中，所述发酵固体包括干谷物酒糟和干豆科植物酒 糟中的至少之一。一种实施方案中，所述发酵固体包括干玉米酒糟、 干高粱(蜀黍)酒糟、干大麦酒糟、干小麦酒糟、干黑麦酒糟、干稻米 酒糟、干小米酒糟、干燕麦酒糟、和干大豆酒糟。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品可构造成窗的一部分、 门的一部分、家具的一部分。例如，所述制品可成型装配成窗组件、 门组件、和家具组件中的至少之一。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品可构造成木材替代构件。 所述木材替代构件可包括致密壳和泡沫芯。所述木材替代构件可还包 括在致密壳上的纹理表面。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品可构造成装饰品。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品可包括泡沫芯。一种实 施方案中，包含生物高聚物的制品可构造成通过热焊接与另一制品组 装在一起。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品可构造成包括限定腔的 内表面、伸入腔内的支撑、和伸入腔内的锚定部分，所述锚定部分构 造成用于接收紧固件。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品可包括压塑制品、挤出 制品、和注塑制品中的至少之一。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品可包括位于生物高聚物 之上的第二材料层。一种实施方案中，这层第二材料可包括压印成型 特征、共挤出材料、或粉末涂料。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品可构造成建筑用壁板组 件的部件。一种实施方案中，建筑用壁板组件的部件可包括有在第一 和第二端之间延伸的纵向体的纵向构件，所述纵向构件包含生物高聚 物材料，第一和第二端中的至少之一构造成与壁板组件的第二部件连 接。一种实施方案中，第二部件包含生物高聚物材料并构造成通过热 焊接与纵向构件的一端连接。一种实施方案中，所述纵向构件包括有 变化外观的变化表面，所述变化表面包括粉末涂层、纹理表面、和印 刷表面中的至少之一。一种实施方案中，壁板产品可包括中空部分、 泡沫部分、网状部分(webbed portions)、或其组合。
一种实施方案中，所述发酵固体包括发酵的蛋白质固体。一种实 施方案中，所述发酵固体包括干谷物酒糟。一种实施方案中，所述干 谷物酒糟进一步包括可溶物、干燥的谷物-200、和/或干玉米酒糟。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品包括约50至约70wt％ 发酵固体；和约20至约50wt％热活性材料。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品包括热活性材料，所述 热活性材料包括热塑性材料、热固性材料、和树脂、胶粘聚合物、聚 乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、环氧材料、蜜胺、聚酯、酚类聚合物、和 含脲的聚合物中的至少之一。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品是整体生物高聚物、复 合生物高聚物、或聚集生物高聚物的形式。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品是复合生物高聚物的形 式，所述复合生物高聚物的外观似花岗岩。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品包括染料、颜料、水解 剂、增塑剂、填料、防腐剂、抗氧化剂、成核剂、抗静电剂、杀生物 剂、杀真菌剂、防火剂、阻燃剂、热稳定剂、光稳定剂、传导材料、 水、油、润滑剂、抗冲改性剂、偶联剂、交联剂、发泡剂、和再生塑 料中的至少之一。
一种实施方案中，包含生物高聚物的制品包括增塑剂、光稳定剂、 和偶联剂中的至少之一。
制备制品的一种方法包括由包含约5至约95wt％发酵固体和约 0.1至约95wt％热活性材料的组合物形成所述制品。一种方法可还包 括挤塑、注塑、吹塑、压塑、转移模塑、热成型、铸塑、压延、低压 模塑、高压层压、反应注塑、泡沫成型、和涂布中的之一或多种。
一种生物高聚物木材替代品、窗或门部件、或壁板部件的制造方 法可包括将所述生物高聚物加热；给所述加热的生物高聚物施加压力； 使所述加热的生物高聚物成型；和使所述生物高聚物冷却以保持制品 形状。一种方法可还包括给所述制品施加表面纹理。使生物高聚物成 型可包括注塑、使生物高聚物通过模头挤出产生挤出物、或其它方法。 施加步骤可包括挤压所述制品，这可包括从生物高聚物中排出水。一 种实施方案中，所述方法可包括在所述木材替代品、窗、门、壁板部 件中形成中空和/或泡沫部分，所述中空或泡沫部分使所述制品或部件 的R值提高。
附图简述
图1示出一种窗组件。
图2示出一种窗组件的横截面。
图3示出一种泡沫挤出产品。
图4示出一种门组件。
图5示出一种部分中空的挤出物。
图6示出一种外观似木材的木材替代件。
图7示出一种片材产品。
图8示出一种建筑结构用壁板产品。
图9示出图8的壁板产品的背面透视图。
图10示出一种包括可以是泡沫或中空的内部区域的壁板产品。
图11说明一种生物高聚物组合物的加工方法。
图12说明一种由生物高聚物形成制品的方法。
图13是一种装饰系统的正面透视图。
图14是基座部件和支柱的正面透视图。
图15是柱体和基座部件的正面透视图。
图16是柱体、基座部件、和顶盖的正面透视图。
图17是栏杆组件的部件的正透视图。
图18是栏杆组件的部件的侧视图。
图19是有横杆盖的栏杆组件的侧视图。
图20是基座的透视图。
图21是面板部件的顶视图。
图22是角部的横截面图。
图23是顶盖的透视图。
图24是栏杆柱的顶视图。
图25是下横杆的侧视图。
图26是横杆盖的侧视图。
发明详述
定义
本文所用术语“生物高聚物”意指包含热活性材料和发酵固体的 材料。
本文所用术语“发酵固体”意指从发酵过程如醇(例如乙醇)的生 产中回收的固体物料。
本文所用术语“发酵的蛋白质固体”意指从包含蛋白质的物料发 酵中回收的发酵固体。所述发酵的蛋白质固体也包括蛋白质。
本文所用术语“干谷物酒糟”(DDG)意指用选定的酵母和酶使谷物 (例如玉米)中的淀粉发酵产生包括乙醇和二氧化碳在内的产品之后剩 余的干残渣。DDG可包含余量的可溶物，例如约2wt％。干谷物酒糟包 含称为酒糟的组合物和废固体。
本文所用术语“有可溶物的干谷物酒糟”(DDGS)意指谷物(例如玉 米)中的淀粉发酵后剩余的粗物料加已通过蒸发浓缩产生可溶物的发 酵后剩余残渣的可溶部分的干制剂。可在DDG中加入所述可溶物形成 DDGS。
本文所用术语“湿饼”或“湿谷物酒糟”意指用选定的酵母和酶 使谷物(例如玉米)中的淀粉发酵产生包括乙醇和二氧化碳在内的产品 之后剩余的粗湿残渣。
本文所用术语“溶剂洗过的湿饼”意指已用溶剂如水、醇或己烷 洗过的湿饼。
本文所用术语“麸质粗粉”意指植物物料(例如玉米、小麦或马铃 薯)湿磨淀粉的副产物。玉米麸质粗粉也可以是干磨玉米的全部或各种 馏分中的淀粉转化成玉米糖浆的副产物。麸质粗粉包含醇溶谷蛋白和 麸质(大多数粮谷中存在的水不溶性蛋白质的混合物)及少量的脂肪和 纤维。
本文所用术语“植物物料”意指任何植物(例如粮谷)的全部或部 分，通常为包含淀粉的物料。适合的植物物料包括谷物如玉米(例如全 磨玉米)、高粱(蜀黍)、大麦、小麦、黑麦、稻米、小米、燕麦、大豆、 和其它粮谷或豆科作物；及含淀粉的块根农作物、块茎、或块根如甘 薯和木薯。所述植物物料可以是此类物料和此类物料的副产物如玉米 纤维、玉米穗轴、农作物收割后作饲料的废料(stover)、或其它含纤 维和半纤维的物料如树林或植物残渣的混合物。优选的植物物料包括 玉米，标准玉米或蜡质种玉米。优选的植物物料可发酵产生发酵固体。
本文所用术语“醇溶谷蛋白”意指植物例如谷类中发现的一组球 状蛋白质之任意。醇溶谷蛋白一般溶于70-80％醇但不溶于水和无水 醇。这些蛋白质包含大量的谷氨酸和脯氨酸。适合的醇溶谷蛋白包括 麦醇溶蛋白(小麦和黑麦)、玉米醇溶蛋白(玉米)、和高粱醇溶蛋白(高 粱和小米)。适合的麦醇溶蛋白包括α-、β-、γ-、和ω-麦醇溶蛋白。
本文所用术语“玉米醇溶蛋白”意指玉米中发现的醇溶谷蛋白， 其分子量为约40000(例如38000)，而且不含色氨酸和赖氨酸。
本文所用术语“玻璃化转变点”或“Tg”意指物料(如发酵固体或 热活性材料)的颗粒达到“软化点”从而具有粘弹性而且可更易于压实 的温度。在Tg以下物料处于“玻璃态”，具有在简单加压下不易变形 的形式。本文所用术语“熔点”或“Tm”意指物料(如发酵固体或热活 性材料)熔化而开始流动的温度。适用于测量这些温度的方法包括示差 扫描量热法(DSC)、动态机械热分析(DTMA)、和热机械分析(TMA)。
本文所用重量百分率(wt％)和％(重)等意指用物质的重量除以组合 物的重量再乘以100表示的物质浓度。除非另有说明，成分的量意指 活性成分的量。
本文用于修饰任何量的术语“约”意指在生产聚合物或复合材料 等物料的实际条件下例如在实验室、中试设备或生产设备中遇到的量 的变化。例如，用约修饰时混合物中所用成分的量包括在生产物料或 聚合物的设备或实验室中的变化和测量中采用的仔细程度。例如，用 约修饰时产品组分的量包括设备或实验室批量之间的差异和分析方法 中固有的差异。无论是否用约修饰，所述量都包括那些量的等同物。 本文中提及和用“约”修饰的任何量也可作为不用约修饰的量用于本 发明。
生物高聚物
本发明涉及包含一或多种发酵固体和一或多种热活性材料的生物 高聚物。本发明生物高聚物可表现出塑性材料特有的性质、优于常规 塑性材料的性质、和/或优于包含塑料和例如木材或纤维素材料的聚集 体的性质。本发明生物高聚物可用各种各样由塑料形成物品的常规方 法之任意构造成有用制品。本发明生物高聚物可采用多种任何形式。
一种实施方案中，本发明生物高聚物包含与热活性材料成一体的 发酵固体。本文中将包含与热活性材料成一体的发酵固体的生物高聚 物称为“整体生物高聚物”。整体生物高聚物可包括在热活性材料和 发酵固体之间的共价键合。一种实施方案中，所述整体生物高聚物形 成均匀物质，其中发酵固体已掺混在热活性材料中。
一种实施方案中，本发明生物高聚物包含看得见的剩余发酵固体 粒子。本文中将包含看得见的剩余发酵固体粒子的生物高聚物称为“复 合生物高聚物”。复合生物高聚物可有花岗岩外观，有第一外观的热 活性材料基体包围着有第二外观的发酵固体粒子。一种实施方案中， 甚至在复合生物高聚物中，大部分发酵固体也可掺混在热活性材料中 和/或与热活性材料结合。一种实施方案中，有花岗岩外观的复合生物 高聚物可形成发酵固体粒子不能从中除去的单一物质。
在再一实施方案中，本发明生物高聚物包含大量以被热活性材料 包围或包埋在热活性材料中的离散粒子形式存在的发酵固体。本文中 将包含被热活性材料包围或包埋在热活性材料中的发酵固体离散粒子 的生物高聚物称为“聚集生物高聚物”。在此聚集生物高聚物中，以 离散粒子形式存在的大量发酵固体可视为增量剂或填料。不过，少量 的发酵固体可掺混在热活性材料中和/或与热活性材料结合。
一种实施方案中，复合的发酵固体和热活性材料(即软质或原料生 物高聚物)在硬化之前为捏塑体形式，可以是大体均匀的。本文所用“大 体均匀的”捏塑体意指稠度类似烘焙面团(例如面包或制甜酥饼干面团) 的物料，大部分发酵固体掺混在热活性材料中而不再以分离粒子形式 出现。一种实施方案中，所述软质或原料生物高聚物不包含可检测出 的发酵固体粒子，例如为均匀的捏塑体。一种实施方案中，所述软质 或原料生物高聚物可包含最多95wt％(例如90wt％)发酵固体，为大体均 匀或均匀的捏塑体形式。一种实施方案中，所述软质或原料生物高聚 物可包含约50至约70wt％发酵固体，为大体均匀或均匀的捏塑体形式。
一种实施方案中，所述原料或软质生物高聚物包含可见量的发酵 固体。本文所用可见量的发酵固体意指可用肉眼清楚地看见的使固化 的生物高聚物具有似花岗岩外观的粒子。为了固化生物高聚物中的装 饰效果可使该可见的发酵固体着色。可通过使用比生产均匀或大体均 匀捏塑体更大粒的发酵固体产生类似花岗岩的外观。
某些实施方案中，所述生物高聚物可包含约0.01至约95wt％、约 1至约95wt％、约5至约95wt％、约5至约80wt％、约5至约70wt％、 约5至约20wt％、约50至约95wt％、约50至约80wt％、约50至约70wt％、 约50至约60wt％、约60至约80wt％、或约60至约70wt％的发酵固体。 某些实施方案中，所述生物高聚物可包含约5wt％、约10wt％、约20wt％、 约50wt％、约60wt％、约70wt％、或约75wt％的发酵固体。本发明生物 高聚物可包括未用约修饰的这些量或范围之任意。
某些实施方案中，所述生物高聚物可包含约0.01至约95wt％、约 1至约95wt％、约5至约30wt％、约5至约40wt％、约5至约50wt％、 约5至约85wt％、约5至约95wt％、约10至约30wt％、约10至约40wt％、 约10至约50wt％、或约10至约95wt％的热活性材料。某些实施方案中， 所述生物高聚物可包含约95wt％、约75wt％、约50wt％、约45wt％、约 40wt％、约35wt％、约30wt％、约25wt％、约20wt％、约15wt％、约10wt％、 或约5wt％的热活性材料。本发明生物高聚物可包括未用约修饰的这些 量或范围之任意。
某些实施方案中，所述生物高聚物可包含约5至约95wt％发酵固 体和约5至约95wt％热活性材料，可包含约50至约70wt％发酵固体和 约30至约70wt％热活性材料，可包含约50至约70wt％发酵固体和约 20至约70wt％热活性材料，可包含约50至约60wt％发酵固体和约30 至约50wt％热活性材料，或者可包含约60至约70wt％发酵固体和约20 至约40wt％热活性材料。某些实施方案中，所述生物高聚物可包含约 5wt％发酵固体和约70至约95wt％热活性材料、约10wt％发酵固体和约 70至约90wt％热活性材料、约50wt％发酵固体和约30至约50wt％热活 性材料、约55wt％发酵固体和约30至约45wt％热活性材料、约60wt％ 发酵固体和约20至约40wt％热活性材料、约65wt％发酵固体和约20 至约40wt％热活性材料、约70wt％发酵固体和约10至约30wt％热活性 材料、约90wt％发酵固体和约5至约10wt％热活性材料。本发明生物高 聚物可包括未用约修饰的这些量或范围之任意。
生物高聚物的具体实施方案
一种实施方案中，本发明生物高聚物可有比常规热塑性材料更高 的导热率。例如，一种实施方案中，本发明生物高聚物可比没有发酵 固体的热活性材料更快地冷却或加热。一种实施方案中，本发明生物 高聚物可与其成形装置一样迅速地冷却。虽然不限制本发明，但相信 此导热率的提高可能是发酵固体的性质所致。例如，导热率提高可能 是因发酵固体与热活性材料一体化所致。例如，使用发酵蛋白质固体 的导热率提高可能是因蛋白质与热活性材料相互作用所致。
一种实施方案中，本发明生物高聚物具有类似花岗岩的外观。有 似花岗岩外观的生物高聚物可包含比整体生物高聚物更大粒的发酵固 体。例如，可用粒度约2至约10目的发酵固体形成有类似花岗岩外观 的生物高聚物。一种实施方案中，包含此较大发酵固体的生物高聚物 有适合或者甚至有利于复合和成型的流动特性。一种实施方案中，包 含此较大发酵固体的生物高聚物为复合生物高聚物形式。
发酵固体
本发明生物高聚物可包含各种各样的发酵固体之任意。可从各种 发酵过程如醇(例如乙醇)的生产中回收发酵固体。可从例如植物物料 的发酵中回收发酵固体。一种实施方案中，可从包含淀粉的植物物料 如谷物(例如粮谷或豆科植物)、含淀粉的块根农作物、块茎或块根的 发酵中回收发酵固体。一种实施方案中，可从包含淀粉和蛋白质的植 物物料如谷物(例如粮谷或豆科植物)、含淀粉的块根农作物、块茎或 块根的发酵中回收发酵固体(例如发酵的蛋白质固体)。一种实施方 案中，从谷物的发酵中回收发酵固体。例如，可从谷物转化成乙醇的 发酵过程中回收称为“干谷物酒糟”的发酵固体。
发酵消耗植物物料中的碳水化合物如淀粉，可得到淀粉含量比植 物物料降低的物料。一种实施方案中，发酵固体包含比发酵所用植物 物料减少的wt％淀粉。某些实施方案中，发酵固体包含少于或等于约 10wt％碳水化合物、少于或等于约5wt％碳水化合物、或少于或等于约 2wt％碳水化合物。本发明生物高聚物中可使用有多于10wt％碳水化合 物的发酵固体。
许多发酵固体已经表征为主要作为动物饲料。已经表征的发酵固 体包括称为干谷物酒糟(DDG)、有可溶物的干谷物酒糟(DDGS)、湿饼 (WC)、溶剂洗过的湿饼(WWC)、分级的干谷物酒糟(FDDG)、和麸质粗粉。 发酵固体可包含例如蛋白质、纤维、和非必需的脂肪。发酵固体可还 包含残余淀粉。
例如，从玉米的干磨发酵中回收的发酵固体有可溶物的干谷物酒 糟可包含30wt％或更多蛋白质。例如，从玉米的常规干磨发酵中回收 的发酵固体有可溶物的干谷物酒糟可包含约30至约35wt％蛋白质、约 10至约15wt％脂肪、约5至约10wt％纤维、和约5至约10wt％灰分。例 如，从玉米的常规干磨发酵中回收的发酵固体有可溶物的干谷物酒糟 可包含约5wt％淀粉、约35wt％蛋白质、约15wt％脂肪、约25wt％纤维、 和约5wt％灰分。一种实施方案中，所述发酵固体包括或为DDGS，后者 包含约30-38wt％蛋白质、约11-19wt％脂肪、和约25-37wt％纤维。一 种实施方案中，发酵固体包括或为DDGS，后者包含约10wt％淀粉、约 35wt％蛋白质、约15wt％脂肪、约30wt％纤维、和约5wt％灰分。此DDGS 可通过玉米的生淀粉发酵生产。本发明发酵固体可包括未用约修饰的 这些量或范围之任意。
干谷物酒糟或其它干燥植物物料酒糟可源于各种农产品之任一。 本文所用“干酒糟”结合植物名或植物类型意指由该植物或植物类型 发酵产生的发酵固体。例如，干谷物酒糟意指由谷物发酵产生的发酵 固体。作为更具体的实例，干玉米酒糟意指由玉米发酵产生的发酵固 体。干高梁酒糟意指由高粱(蜀黍)发酵产生的发酵固体。干小麦酒糟 意指由小麦发酵产生的发酵固体。干燥植物物料酒糟未必仅由所指植 物物料衍生。而是说，所指植物物料是所述发酵固体中主要的植物物 料或唯一的植物物料。
本发明生物高聚物可包含各种发酵固体之任意，包括例如干谷物 酒糟、干含淀粉块根农作物酒糟、干块茎酒糟、干块根酒糟。适合的 干谷物酒糟包括干粮谷酒糟和干豆科植物酒糟。适合的干谷物酒糟包 括干玉米酒糟(例如干全磨玉米酒糟或干分级玉米酒糟)、干高粱(蜀黍) 酒糟、干大麦酒糟、干小麦酒糟、干黑麦酒糟、干稻米酒糟、干小米 酒糟、干燕麦酒糟、干大豆酒糟。适合的干块根酒糟包括干甘薯酒糟 和干木薯酒糟。适合的干块茎酒糟包括干马铃薯酒糟。
所述植物物料可包括植物的全部或植物的一部分。或者，可使植 物或植物的部分分级。由分级的植物物料衍生的发酵固体在本文中称 为干分级植物物料酒糟，例如干分级谷物酒糟。本发明生物高聚物可 包括各种分级的发酵固体之任意。例如，本发明生物高聚物可包括干 分级玉米酒糟。例如，本发明生物高聚物可包括干玉米酒糟胚芽和/ 或干玉米酒糟胚乳。
干谷物酒糟或其它干植物物料酒糟可来自各种各样的发酵过程之 任意。如该术语所暗示的，干植物物料酒糟已经过干燥。干燥可在发 酵设备或装置内在升温下完成。干燥可包括使湿植物物料酒糟与空气 接触，该空气可以是1000至1500°F温度的。尽管与热空气混合， 但植物物料酒糟未达到与热空气一样高的温度。可将植物物料酒糟翻 滚或与空气一起循环。这样，例如在暴露于1000至1500°F的空气 之后，干植物物料酒糟可达到仅约200°F的温度(例如在干燥装置的出 口处)。
某些实施方案中，本发明发酵固体(例如发酵的蛋白质离析物)达 到不高于约500°F、约400°F、约300°F、约250°F、约200°F、或约 180°F的温度(例如在干燥器的出口处)。一种实施方案中，本发明发酵 固体(例如发酵的蛋白质离析物)达到不高于约500°F的温度(例如在 干燥器的出口处)。一种实施方案中，本发明发酵固体(例如发酵的蛋 白质离析物)达到不高于约400°F的温度(例如在干燥器的出口处)。一 种实施方案中，本发明发酵固体(例如发酵的蛋白质离析物)达到不高 于约300°F的温度(例如在干燥器的出口处)。一种实施方案中，本发 明发酵固体(例如发酵的蛋白质离析物)达到不高于约250°F的温度 (例如在干燥器的出口处)。一种实施方案中，本发明发酵固体(例如发 酵的蛋白质离析物)达到不高于约200°F的温度(例如在干燥器的出口 处)。一种实施方案中，本发明发酵固体(例如发酵的蛋白质离析物) 达到不高于约180°F的温度(例如在干燥器的出口处)。本发明发酵固 体包括未被约修饰的这些温度之任意。
本文所用“干酒糟”后面跟着数字意指达到该温度或以下温度(例 如在干燥器的出口处)的发酵固体。例如，干谷物酒糟-200意指达到 200°F或以下温度(例如在干燥器的出口处)的干谷物酒糟。某些蒸馏过 程中，可能还将植物物料研磨。研磨可使植物物料升温。本文所用“干 酒糟”后面跟着有后缀“gd”的数字意指被研磨和干燥达到该温度或 以下温度(例如在干燥器的出口处)的发酵固体。例如，干谷物酒糟 -200gd意指被研磨和干燥达到200°F或以下温度(例如在干燥器的出 口处)的干谷物酒糟。采用低温研磨和/或干燥制备的发酵固体在本文 中称为“温和处理的发酵固体”。采用低温研磨和/或干燥制备的发酵 蛋白质固体在本文中称为“蛋白质发酵固体”。适合的温和处理的发 酵固体包括温和处理的DDG和温和处理的DDGS。温和处理的发酵固体 包括由没有熟制步骤的发酵过程衍生的发酵固体。
适用于本发明生物高聚物的发酵固体可有宽范围的含水量。一种 实施方案中，含水量可低于或等于约15wt％，例如约1至约15wt％。 一种实施方案中，含水量可为约5至约15wt％。一种实施方案中，含 水量可为约5至约10(例如12)wt％。一种实施方案中，含水量可为约 5(例如6)wt％。
本发明生物高聚物可包含或者可由有宽粒度范围之任意的发酵固 体制备。某些实施方案中，所述生物高聚物中所用发酵固体的粒度为 约2目至小于约1微米(例如约0.1至约0.01微米)、约2至约10目、 约12至约500目、约60目至小于约1微米、约60目至约1微米、约 60至约500目。包含粒度小于约1微米(例如约0.1至约0.01微米) 的发酵固体的生物高聚物可视为纳米材料，或者某些情况下视为纳米 复合材料。
某些实施方案中，所述生物高聚物中所用发酵固体在与热活性材 料混合之前可通过着色、研磨和筛分(例如达到一致的粒度范围)、干 燥、或用于处理农物料的各种已知方法之任意进行处理或者在复合之 前已经过此类处理。
某些实施方案中，所述生物高聚物可包含约0.01至约95wt％、 约1至约95wt％、约5至约95wt％、约5至约80wt％、约5至约70wt％、 约50至约95wt％、约50至约80wt％、约50至约70wt％、约50至 约60wt％、约60至约80wt％、或约60至约70wt％的发酵固体。某 些实施方案中，所述生物高聚物可包含约5wt％、约10wt％、约50wt％、 约60wt％、约70wt％、或约75wt％的发酵固体。本发明生物高聚物 可包括未用约修饰的这些量或范围之任意。
适用于本发明生物高聚物的发酵固体包括由称为“生淀粉”法的 干磨法衍生的发酵固体。产生适用发酵固体的生淀粉法包括2004年3 月10日申请的题为“用生淀粉生产乙醇的方法”的美国专利申请No. 10/798,226和美国临时专利申请No.60/552,108中描述的方法，这 些申请均引入本文供参考。
发酵固体的具体实施方案
虽然不限制本发明，但相信在某些实施方案中本发明发酵固体(例 如发酵的蛋白质固体)可利于适合形成生物高聚物。例如，一种实施方 案中，本发明发酵固体(例如发酵的蛋白质固体)可通过玻璃化转变点 (Tg)和/或软化点(Tm)表征或者可有玻璃化转变点(Tg)和/或软化点 (Tm)。例如，一种实施方案中，本发明发酵固体(例如发酵的蛋白质固 体)可形成整体生物高聚物。虽然不限制本发明，但相信整体生物高聚 物的一种实施方案可包括在发酵固体(例如发酵的蛋白质固体)和热活 性材料之间的共价键合。作为进一步的实例，一种实施方案中，相信 本发明发酵固体(例如发酵的蛋白质固体)赋予生物高聚物理想的导热 性(例如有利地迅速加热和冷却)。
虽然不限制本发明，但相信某些实施方案中，本发明发酵固体(例 如发酵的蛋白质固体如DDG或DDGS)可用两个温度-玻璃化转变点(Tg) 和软化点(Tm)表征。一种实施方案中，可在其显示出粘弹性的温度下 例如在Tg和Tm之间使发酵固体复合。一种实施方案中，可在其已熔 化或可熔化例如在或高于Tm的温度下使发酵固体复合。一种实施方案 中，所述生物高聚物包含熔点比发酵固体的约Tg低的热活性材料。一 种实施方案中，所述生物高聚物包含熔点比发酵固体的约Tm低的热活 性材料。一种实施方案中，所述发酵固体可有与所述聚合物近似相等 的Tm。
虽然不限制本发明，但相信在低于发酵固体的Tg和/或Tm的温度 下使发酵固体与热活性材料复合不产生整体生物高聚物或以捏塑体形 式的软质或原料生物高聚物。相信来自生淀粉水解乙醇法的DDG有约 150℃的Tm。
发酵固体(例如发酵的蛋白质固体如DDG或DDGS)的Tm可能与其 来自植物物料或其它添加剂的油或糖浆(例如可溶物)的含量有关。一 种实施方案中，可通过控制物料中油或糖浆(例如可溶物)的量选择发 酵固体(例如发酵的蛋白质固体如DDG或DDGS)的Tm。例如，相信油或 糖浆(例如可溶物)的含量高使Tm和Tg降低，油或糖浆(例如可溶物) 的含量低使Tm升高。
发酵固体(例如发酵的蛋白质固体如DDG或DDGS)的Tm可能与其 增塑剂(例如水、液态聚合物、液态热塑性材料、或脂肪酸等)的含量 有关。一种实施方案中，可通过控制物料中增塑剂的量选择发酵固体 (例如发酵的蛋白质固体如DDG或DDGS)的Tm。例如，相信增塑剂的含 量高使Tm和Tg降低，增塑剂的含量低使Tm升高。
虽然不限制本发明，但相信在发酵固体的Tg和Tm之间的温度下 使本发明生物高聚物复合有利于热活性材料与发酵固体之间相互作 用，可产生具有有益性质的生物高聚物。一种实施方案中，所选温度 还可高于热活性材料的熔点而适合与热活性材料复合。某些实施方案 中，发酵固体的Tg和Tm允许与熔点较高的聚合物如聚对苯二甲酸乙 二醇酯(PET)、聚碳酸酯、和其它工程塑料复合。
虽然不限制本发明，但相信本发明发酵固体(例如发酵的蛋白质固 体如DDG或DDGS)可包含利于加工的植物物料。使所述植物物料发酵 可除去大部分淀粉和碳水化合物。相信发酵可使蛋白质水解。相信蛋 白质水解可提供能与热活性材料形成共价相互作用的官能团，可使所 得生物高聚物具有有益特性。还相信某些实施方案中，发酵可使蛋白 质更不易溶于水。
虽然不限制本发明，但相信某些实施方案中，本发明生物高聚物 可包含有利地包含高含量的在粮谷中发现的醇溶谷蛋白的发酵固体 (例如发酵的蛋白质固体如DDG或DDGS)。这些醇溶谷蛋白包括玉米醇 溶蛋白(例如玉米蛋白)和高粱醇溶蛋白(例如高梁蛋白)。
虽然不限制本发明，但相信某些实施方案中，本发明生物高聚物 可包含从发酵过程中回收的发酵固体，发酵过程中所述物料处于有较 高醇浓度存在的情况下。例如，一种实施方案中，本发明发酵固体是 从啤酒中醇浓度达到或超过约60wt％的发酵过程中回收的。例如，一 种实施方案中，本发明发酵固体是从发酵罐内醇浓度达到或超过约 19、约20、或约21vol％的发酵过程中回收的。虽然不限制本发明，但 相信如此高的醇浓度可产生醇溶谷蛋白含量提高的发酵固体。
一种实施方案中，本发明生物高聚物可包含可发酵物质如淀粉含 量减少的发酵固体。一种实施方案中，可通过使分级的植物物料发酵 生产发酵固体。例如，发酵之前除去麸皮和/或胚芽级分可使植物物料 和所得发酵固体中醇溶谷蛋白(例如玉米醇溶蛋白)浓缩。玉米胚乳包 含玉米醇溶蛋白。虽然不限制本发明，但相信玉米胚乳发酵可使发酵 固体中玉米醇溶蛋白的含量提高。
一种实施方案中，本发明生物高聚物可有比普通热塑性材料更有 利的流动特性。熔体流动指数代表塑性材料的流动能力。熔体流动指 数越高，所述材料在指定温度下越易流动。熔体流动指数可通过称为 MFR或MFI的标准试验进行测量。
简言之，所述试验包括在指定温度下通过固定尺寸的圆形模头挤 出加热的塑性材料的特定的力(用精确的砝码产生)。10分钟内挤出热 活性材料的量称为MFR。该试验由标准塑料测试方法ASTM D 3364规 定。
大多数烯烃热塑性材料在230℃下进行测试。本发明生物高聚物 可在更低温度下达到均质热活性材料的熔体指数。例如，考虑230℃ 下熔体指数为10的塑料。该塑料可以仅约30wt％热活性材料和约70wt％ 发酵固体(例如发酵的蛋白质固体如DDG或DDGS)的量在本发明生物高 聚物中作为热活性材料。所得生物高聚物将在仅约160℃下有约10的 熔体指数，这比230℃低得多。同样，所得生物高聚物在230℃下有明 显低于10的熔体流动指数。这样有利的流动特性使本发明生物高聚物 可在较低温度下加工。在较低温度下加工可节省能量而且使冷却更快。
相反，填充塑料如木材/塑料、填充纤维的塑料、填充矿物的塑料 和其它惰性填料通常使热活性材料的熔体指数降低，导致流动较差或 诱导流动所需力更大。因此，这些常规的填充塑料比纯塑料更难加工， 加工和保持熔体流动指数可能需要更高的温度。
热活性材料
所述生物高聚物可包含多种热活性材料之任意。例如，所述生物 高聚物可包含其中可包埋发酵固体的任何热活性材料。一种实施方案 中，可根据其能形成包含发酵固体的均匀或大体均匀捏塑体的能力选 择热活性材料。一种实施方案中，可根据其能与发酵固体共价键合的 能力选择热活性材料。一种实施方案中，可根据其与发酵固体混合或 复合时的流动能力选择热活性材料。一种实施方案中，所述热活性材 料可在成型后定型。许多这样的热活性材料可商购获得。
适合的热活性材料包括热塑性材料、热固性材料、树脂和胶粘聚 合物等。本文所用术语“热塑性材料”意指硬化后可熔化而重新定型 的塑性材料。本文所用术语“热固性”材料意指硬化后不易熔化和重 新定型的材料(例如塑性材料)。本文所用术语“树脂和胶粘聚合物” 意指比热塑性材料和热固性材料更易反应或极性更高的聚合物。
适合的热塑性材料包括聚酰胺、聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯、乙 烯-丙烯共聚物、乙烯-α-烯烃共聚物、聚丁烯、聚氯乙烯、丙烯酸酯、 和乙酸酯等)、聚苯乙烯(例如聚苯乙烯均聚物、聚苯乙烯共聚物、聚 苯乙烯三元共聚物、和苯乙烯-丙烯腈(SAN)共聚物)、聚砜、卤化聚合 物(例如聚氯乙烯、聚偏氯乙烯)、或聚碳酸酯等、及这些材料的共聚 物和混合物等。适合的乙烯基聚合物包括通过均聚、二元共聚、和三 元共聚等方法生产的乙烯基聚合物。适合的均聚物包括聚烯烃如聚乙 烯、聚丙烯、聚-1-丁烯等、聚氯乙烯、聚丙烯酸酯、取代的聚丙烯酸 酯、聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、及这些材料的共聚物和混 合物等。适合的α-烯烃共聚物包括乙烯-丙烯共聚物、乙烯-己烯共聚 物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物、及这些 材料的共聚物和混合物等。某些实施方案中，适合的热塑性材料包括 聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、和聚氯乙烯(PVC)、及这些材料的共聚物和 混合物等。某些实施方案中，适合的热塑性材料包括聚乙烯、聚丙烯、 聚氯乙烯(PVC)、低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、及 这些材料的共聚物和混合物等。
适合的热固性材料包括环氧材料、蜜胺材料、及这些材料的共聚 物和混合物等。某些实施方案中，适合的热固性材料包括环氧材料和 蜜胺材料。某些实施方案中，适合的热固性材料包括表氯醇、双酚A、 1，4-丁二醇的二缩水甘油醚、新戊二醇的二缩水甘油醚、环己烷二甲 醇的二缩水甘油醚、脂族；芳族胺硬化剂，如三亚乙基四胺、乙二胺、 N-椰油烷基三亚甲基二胺、异佛尔酮二胺、二乙基甲苯二胺、三(二甲 基氨基甲基苯酚)；羧酸酐如甲基四氢化邻苯二甲酸酐、六氢化邻苯二 甲酸酐、马来酐、多壬二酸多酐和邻苯二甲酸酐、及这些材料的混合 物等。
适合的树脂和胶粘聚合物材料包括诸如缩聚材料、乙烯基聚合材 料及其合金等树脂。适合的树脂和胶粘聚合物材料包括聚酯(例如聚对 苯二甲酸乙二醇酯、和聚对苯二甲酸丁二醇酯等)、甲基二异氰酸酯(聚 氨酯或MDI)、有机异氰化物、芳族异氰化物、酚类聚合物、基于脲的 聚合物、及这些材料的共聚物和混合物等。适合的树脂材料包括丙烯 腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚乙酰基树脂、聚丙烯酸类树脂、氟碳树脂、 尼龙、苯氧基树脂、聚丁烯树脂、聚芳醚如聚苯醚、聚苯硫醚材料、 聚碳酸酯材料、氯化聚醚树脂、聚醚砜树脂、聚苯醚树脂、聚砜树脂、 聚酰亚胺树脂、热塑性聚氨酯弹性体、及这些材料的共聚物和混合物 等。某些实施方案中，适合的树脂和胶粘聚合物材料包括聚酯、甲基 二异氰酸酯(聚氨酯或MDI)、酚类聚合物、和基于脲的聚合物等。
适合的热活性材料包括来自可再生资源的聚合物，如包括聚乳酸 (PLA)的聚合物和一类称为聚羟基链烷酸酯(PHA)的聚合物在内的聚合 物。PHA聚合物包括聚羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯(PHV)、和聚 羟基丁酸酯-羟基戊酸酯共聚物(PHBV)、聚己内酯(PCL)(即TONE)、聚 酯酰胺(即BAK)、改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(即BIOMAX)、和“脂 族-芳族”共聚物(即ECOFLEX和BASTAR BIO)、及这些材料的混合物 等。
某些实施方案中，所述生物高聚物可包含约0.01至约95wt％、约 1至约95wt％、约5至约30wt％、约5至约40wt％、约5至约50wt％、 约5至约85wt％、约5至约95wt％、约10至约30wt％、约10至约 40wt％、约10至约50wt％、或约10至约95wt％的热活性材料。某些 实施方案中，所述生物高聚物可包含约95wt％、约75wt％、约50wt％、 约45wt％、约40wt％、约35wt％、约30wt％、约25wt％、约20wt％、 约15wt％、约10wt％、或约5wt％的热活性材料。本发明生物高聚物 可包括未用约修饰的这些量或范围之任意。
热活性材料的具体实施方案
一种实施方案中，本发明生物高聚物包含以液体(例如MDI)形式 提供的热活性材料。所述液态热活性材料可使所述生物高聚物具有有 益特性。MDI、有机异氰化物、芳族异氰化物、苯酚、蜜胺、和基于脲 的聚合物等可视为高含水量的聚合物，这可能有利于挤出。可用此类 热活性材料产生泡沫挤出物用于重量较低的应用场合。
添加剂
本发明生物高聚物可还包含一或多种添加剂。适合的添加剂包括 一或多种染料、颜料、其它着色剂、水解剂、增塑剂、填料、增量剂、 防腐剂、抗氧化剂、成核剂、抗静电剂、杀生物剂、杀真菌剂、防火 剂、阻燃剂、热稳定剂、光稳定剂、传导材料、水、油、润滑剂、抗 冲改性剂、偶联剂、交联剂、发泡剂、和再生塑料等、或其混合物。 适合的添加剂包括增塑剂、光稳定剂、和偶联剂等、或其混合物。某 些实施方案中，添加剂可为最终应用设计本发明生物高聚物的性质。 一种实施方案中，本发明生物高聚物可非必需地包含约1至约20wt％ 添加剂。
水解剂
可用包含碱性分散剂如强无机或有机碱的高碱性水溶液使发酵固 体水解。所述碱可以是强无机碱如KOH、NaOH、CaOH、NH4OH、熟石灰 或其组合。可通过加热加压的机械法实现水解。可通过降低混合物的 pH实现水解。可在发酵固体中加入马来酸或马来酸化聚丙烯等化合 物。马来酸化聚丙烯如Eastman Chemicals生产的G-3003和G-3015 是水解和/或连接材料的例子。发酵固体和热活性材料可借助于水解过 程和模塑过程的条件(高温和高压)交联。一种实施方案中，本发明生 物高聚物可非必需地包含约0.01至约20wt％水解剂。
增塑剂
本发明生物高聚物中可使用常规的增塑剂。增塑剂可改变所述生 物高聚物的性能，例如使之更柔韧和/或改变流动特性。本发明生物高 聚物可包含常规塑料中使用量的增塑剂。适合增塑剂包括天然或合成 化合物如以下物质中的至少一种：聚乙二醇、聚丙二醇、聚乙烯-丙二 醇、三甘醇、二甘醇、二丙二醇、丙二醇、乙二醇、甘油、甘油单乙 酸酯、双甘油、甘油二乙酸酯或三乙酸酯、1，4-丁二醇、二醋精山梨 醇、失水山梨糖醇、甘露醇、麦芽糖醇、聚乙烯醇、纤维素甘醇酸钠、 尿素、纤维素甲基醚、海藻酸钠、油酸、乳酸、柠檬酸、二乙基琥珀 酸钠、柠檬酸三乙酯、二乙基琥珀酸钠、1，2，6-己三醇、三乙醇胺、 聚乙二醇脂肪酸酯、油、环氧化油、天然橡胶、其它已知增塑剂、及 其混合物或组合等。某些实施方案中，本发明生物高聚物可非必须地 包含约1至约15wt％增塑剂、约1至约30wt％增塑剂、或约1至约 50wt％增塑剂。
交联剂
已发现交联剂降低塑性复合产品中观察到的蠕变和/或可以改变 耐水性。交联剂还有提高本发明生物高聚物的机械和物理性能的能力。 本文所用交联意指使热活性材料与发酵固体键合。交联可不同于在塑 性材料之间成键的偶联剂。适合的交联剂包括一或多种金属盐(例如 NaCl或石盐)及盐的水合物(可改善机械性能)、甲醛、脲-甲醛、苯酚 和酚醛树脂、蜜胺、甲基二异氰化物(MDI)、其它粘合剂或树脂体系、 及其混合物或组合等。一种实施方案中，本发明生物高聚物可非必须 地包含约1至约20wt％交联剂。
润滑剂
一种实施方案中，本发明生物高聚物可包含润滑剂。润滑剂可在 复合、挤出或注塑过程中改变熔融(熔化)点以获得想要的加工特性和 物理性质。
润滑剂可分为外、内、和外/内型。这些分类是基于润滑剂对如下 塑化螺杆或热动力复合装置中熔体的作用。外润滑剂可起到良好的从 金属表面剥离的作用，在各粒子或粒子表面和加工设备的金属部件之 间起润滑作用。内润滑剂可在组合物内例如树脂颗粒之间提供润滑作 用，可降低熔体粘度。内/外润滑剂可既提供外润滑作用又提供内润滑 作用。
适合的外润滑剂包括非极性分子或链烷烃，如石蜡、矿物油、聚 乙烯、及其混合物或组合等中的至少之一。此类润滑剂可有助于本发 明生物高聚物(例如包含PVC的)在模头、机筒、和螺杆的热熔体表面 上滑动不粘附而且有助于终产品表面的光泽。此外，外润滑剂可保持 剪切点和减少生物高聚物的过热。
适合的内润滑剂包括极性分子，如脂肪酸、脂肪酸酯、脂肪酸的 金属酯、及其混合物或组合等中的至少之一。内润滑剂可与热活性材 料如烯烃、PVC、及其它热活性材料和发酵固体相容。这些润滑剂可降 低熔体粘度、减小内摩擦和因内摩擦所致相关热、并促进熔化。
某些润滑剂还可能是天然增塑剂。适合的天然增塑润滑剂包括油 酸、亚油酸、聚乙二醇、甘油、硬脂酸、棕榈酸、乳酸、山梨醇、蜡、 环氧化油(例如豆油)、热改油(heat embodied oil)、及其混合物或组 合等中的至少之一。
一种实施方案中，本发明生物高聚物可非必需地包含约1至约10 wt％润滑剂。
加工助剂
一种实施方案中，本发明生物高聚物包含加工助剂。适合的加工 助剂包括丙烯酸类聚合物和α-甲基苯乙烯。这些加工助剂可与PVC 聚合物一起使用。加工助剂可降低或提高熔体粘度和减少不均匀的模 内流动。在热活性材料中，它促进熔融，作用类似内润滑剂。加工助 剂含量提高通常使复合、挤出、注塑加工温度更低。一种实施方案中， 本发明生物高聚物可非必需地包含约1至约10wt％加工助剂。
抗冲改性剂
一种实施方案中，本发明生物高聚物包含抗冲改性剂。某些应用 要求比普通塑料更高的抗冲强度。适合的抗冲改性剂包括丙烯酸类、 氯化聚乙烯(CPE)、和甲基丙烯酸酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)等。这些抗 冲改性剂可与PVC热活性材料一起使用。一种实施方案中，本发明生 物高聚物可非必需地包含约1至约10wt％抗冲改性剂。
填料
本发明生物高聚物不必但可包含填料。填料可降低材料的成本， 某些实施方案中可增强性能如硬度、刚性、和抗冲强度。填料可改善 所述生物高聚物的特性，例如提高热稳定性、提高柔韧性或弯曲性、 和改善断裂强度。一种实施方案中，本发明生物高聚物可以是粘接性 物质的形式，可使惰性填料(如木材、纤维、玻璃纤维等)与石油基热 活性材料结合。填料如木粉不显著地提高填充塑料或生物高聚物质量。 常规填料如滑石和云母使本发明生物高聚物的抗冲性提高，但增加重 量而且降低挤出机的寿命。玻璃纤维作为填料使产品的强度显著提高， 但成本较高。一种实施方案中，本发明生物高聚物可非必需地包含约 1至约50wt％填料。
木粉和塑料中使用的一些其它填料不是热稳定的。木粉不与塑料 混合或交联，在加热加压条件下各粒子被塑料包围。矿物、玻璃纤维、 和木粉因不与塑料交联或键合而称为“惰性”填料。而且，木材或纤 维素基填料不能应付大多数塑料加工(如挤出和注塑)的热需求。此外， 木粉填料降低和保留水分。
纤维
本发明生物高聚物可包含纤维添加剂。适合的纤维包括各种天然 和合成纤维之任意，如木材；包括亚麻、大麻、洋麻、小麦、大豆、 柳枝稷、或草在内的农业纤维；包括玻璃纤维、Kevlar、碳纤维、尼 龙在内的合成纤维；及其混合物或组合等中的至少之一。纤维可改变 生物高聚物的性能。例如，可在生物高聚物构件中加入较长的纤维赋 予更高的挠曲和断裂模量。一种实施方案中，本发明生物高聚物可包 含约1至约20wt％纤维。
发泡剂
甚至当以泡沫形式生产时，本发明生物高聚物组合物也不必包含 或采用发泡剂。但对于要生产泡沫形式组合物的某些应用，所述生物 高聚物可包含或采用发泡剂。适合的发泡剂包括戊烷、二氧化碳、甲 基异丁基酮(MIBK)、和丙酮等中的至少之一。
生物高聚物的制备方法
本发明生物高聚物可通过能使热活性材料与发酵固体混合的各种 方法之任一制备。一种实施方案中，使热活性材料和发酵固体复合。 本文所用动词“复合”意指使各部分汇合成整体和/或使各部分(例如 热活性材料和发酵固体)组合成型。可使发酵固体与各种热活性材料如 热固性和热塑性材料之任意复合。可使各种添加剂或其它适合材料之 任意与发酵固体和热活性材料混合或复合制备本发明生物高聚物。一 种实施方案中，发酵固体与热活性材料复合产生本文前面所述捏塑体 状材料。
复合可包括将发酵固体和热活性材料加热、使发酵固体和热活性 材料混合(例如捏和)、和使发酵固体和热活性材料交联中的过程之一 或多种。复合可包括热动力复合、挤出、或高剪切混合复合等。一种 实施方案中，在水解剂存在下使发酵固体与热活性材料复合。
可使发酵固体和热活性材料一起熔化形成生物高聚物或生物高聚 物捏塑体。相反，木材颗粒与热活性材料的热动力复合产生其中很容 易看见以悬浮于塑料基体中的单个颗粒或被塑料涂敷的木材颗粒形式 的木材颗粒的材料。有利的是，所述复合的发酵固体和热活性材料可 为均匀或几乎均匀的整体物质。
所述复合的、原料或软质生物高聚物可直接使用或者可形成丸片、 颗粒、或其它方便形式以通过模塑或其它方法转变成制品。
热动力复合
热动力复合(“TKC”)可利用高速热动力学原理混合和复合。热动 力复合包括用高速搅拌机以高剪切速度使两或多种组分混合。适合的 热动力复合装置可商购，例如Gelimat G1(Draiswerke Company)。 此类系统可包括计算机控制计量和称重批料系统。
热动力复合装置之一种实施方案包括水平放置的混合器和有中心 旋转轴的混料室。几个交错的混合元件以不同角度安装在轴上。混合 桨叶的具体数量和位置随室的大小改变。可向混料机供入预测批量的 热活性材料和发酵固体，例如通过整体螺杆，该螺杆可以是旋转轴的 一部分。或者，可通过位于混合器机体上的滑动门供应热活性材料和 发酵固体。该装置可包括位于混料室底部的自动操作卸料门。
在混料室内，热活性材料和发酵固体经受因混合元件的高尖端速 度产生的极高湍流。热活性材料与发酵固体充分混合，还经受碰撞室 壁、混合桨叶、和物料颗粒本身产生的温升。移动颗粒中的摩擦可迅 速地使温度升高和除湿。
撞击混料室内部的热活性材料和发酵固体的混合物将物料加热。 例如，可在约5至约30秒的短时间内将物料加热至约140至约250℃。 工艺周期可由微处理器控制。微处理器可监测能量、输入、温度、和/ 或时间等参数。微处理器确定所述过程结束时，该装置可打开卸料门 而排放出复合的热活性材料和发酵固体(所述生物高聚物)。一种实施 方案中，排出的复合热活性材料和发酵固体是均匀共混的熔化复配料， 可立即进行加工。
使用前面所述商购热动力复合装置的情况下，共混、分散和熔化 所消耗的能量可为约0.04千瓦/磅产品，比用标准双螺杆混料系统的 0.06-0.12千瓦/磅产品有利。
然后可使复合的热活性材料和发酵固体(所述生物高聚物)经过再 研磨工艺产生均匀的粒状材料。此再研磨可利用使用筛网的标准刀研 磨系统，可产生大小和形状相近的更小的均匀颗粒。此粒状材料可用 于例如挤出、注塑、和其它塑料加工。
一种实施方案中，TKC法使热活性材料和发酵固体仅短时间地暴 露于高温和剪切应力。可选择TKC的持续时间以防止或减少热降解。
一种实施方案中，对少至10wt％热活性材料和多至90wt％发酵固体 的混合物进行热动力复合。如此高比例的发酵固体难以用常规的双螺 杆复合系统进行复合。一种实施方案中，采用热动力复合，可相当快 地改变产品配方。发酵固体和热活性材料复合时所述装置的混料室可 保持清洁。一种实施方案中，热动力复合装置还可比需要费时费力的 停车和清洗过程的标准复合系统更快地启动和关闭。
虽然不限制本发明，但热动力复合可使包含发酵固体的材料的温 度迅速升至水的沸点，此时水的蒸发使温升变慢。一旦混料室内物料 的含水量降至百分之零点几，则可出现快速升温直至达到热活性材料 和发酵固体的混合物的Tm点。在混料室内的停留时间可为约10至约 30秒。可基于颗粒的扩散恒定时间(diffusion constant time)、 和初始含水量等变量选择停留时间。
发酵固体和热活性材料的热动力复合可采用不同的工艺参数产生 所要生物高聚物。一种实施方案中，复合持续至所述材料已达到或超 过其Tm点。
一种实施方案中，发酵固体和热活性材料的热动力复合产生捏塑 体形式的软质或原料生物高聚物，可以是大体均匀的。例如，热动力 复合可产生稠度类似烘焙面团(例如面包或制甜酥饼干面团)的物料， 大部分发酵固体掺混在热活性材料中而不再以分离粒子形式出现。一 种实施方案中，热动力复合产生软质或原料生物高聚物，其中大于或 等于70-90wt％的发酵固体均化成捏塑体。一种实施方案中，热动力复 合产生不包含可检测出的发酵固体粒子的软质或原料生物高聚物。
一种实施方案中，热动力复合可使发酵固体和热活性材料一起熔 化。相反，木材颗粒与热活性材料的热动力复合产生其中很容易看见 悬浮于塑料基体中的单个颗粒或被塑料涂敷的木材颗粒形式的木材颗 粒的材料。有利的是，一种实施方案中，热动力复合可使发酵固体和 热活性材料复合形成均匀或几乎均匀的整体物质。
一种实施方案中，热动力复合可产生包含可见量发酵固体的原料 或软质生物高聚物。此复合可使用粒度为约2至约20目的发酵固体粒 子。
热动力复合可包括使前面针对发酵固体和热活性材料所列举的量 或浓度以适合所述装置的批量复合。一种实施方案中，热动力复合可 有效地使发酵固体与少量的热活性材料(例如约5至约10wt％热活性材 料)复合而产生原料或软质生物高聚物。此热活性材料的量比植物物料 如木材与热活性材料复合的常规工艺所用量少。
通过挤出复合
可通过适用于发酵固体与热活性材料混合或复合的各种挤出法之 任意形成本发明生物高聚物。例如，可用常规挤出法如双螺杆复合制 备本发明生物高聚物。通过挤出的复合可在挤出机内提供较高的内部 温度而促进热塑性材料与发酵固体的相互作用。双螺杆复合可使用共 转或反转螺杆。所述挤出机可包括允许湿气或挥发分从被复合混合物 中排出的排气口。利用挤出机上的模头可复合和成形所述生物高聚物。
水和其它物质的脱除
加工机械(如挤出机)可构造成在加工物料以成形生物高聚物的过 程中除去水或其它物质(气体、液体或固体)。例如可在双螺杆挤出过 程中或在热动力复合过程中排出水。为清楚起见，下文指的是水的排 出，但应理解也可排出其它液体、气体或固体，如杂质、分解产物、 和气态副产物等。
一种实施方案中，可用机械方法排出水。例如，可在挤出过程中 施加压力从物料中压出水。一种实施方案中，在挤出过程中压缩所述 材料可从所述材料中可能形成的内泡孔中压出水或其它液体或气体。
还可利用热排出水和/或使材料干燥。一种实施方案中，可在挤出 过程中或在其它机械排水过程中施加热量。一种实施方案中，在挤出 或压塑过程之后，可立即通过微波或热风干燥系统处理所述生物高聚 物以除去余量的水达到所述物料的平衡点。这通常在3-8％含水量之 间。热活性材料的添加比率高趋于降低所述平衡点而且进一步提高化 学键合效率，这产生高度的耐水性和机械强度。
还可用真空或抽吸技术从所述生物高聚物中排出水及其它杂质或 气体。一种实施方案中，热、真空、和机械技术可一起用于从所述生 物高聚物中排出水和其它物质。一种实施方案中，可通过使用热、压 缩、和真空抽吸之一或多种使密闭的泡孔破裂。
从高聚物材料中排出水的技术进一步描述在US 6,280,667中， 引入本文供参考。该专利公开了用于处理有木材填料的塑料的方法和 装置。这些方法和装置也可用于处理本发明生物高聚物而构成本发明 生物高聚物的实施方案。
将生物高聚物成形为产品
本发明涉及由包含发酵固体和热活性材料的生物高聚物制造的或 包括所述生物高聚物的制品。本发明生物高聚物可表现出塑性材料特 有的性质、优于常规塑性材料的性质、和/或优于包含塑料和例如木材 或纤维素材料的聚集体的性质。本发明生物高聚物可用各种各样由塑 料形成物品的常规方法之任意成形为有用的制品。本发明生物高聚物 可采用任何形式。
生物高聚物材料可成形为各种各样的物品和结构。一种实施方案 中，物料生物高聚物可成形为丸片，供入构造为用于注塑、挤出、或 以其它方法成型或加工所述生物高聚物的机器。一种实施方案中，可 先驱使聚合物和发酵固体通过模头产生线型挤出物然后将挤出物切成 丸片型而形成丸片。一种实施方案中，所述丸片有基本上一致的尺寸 和形状。所述丸片的横截面可以是各种形状之任意，如正方形、圆形、 椭圆形、矩形、五边形、六边形等，取决于挤出模头的形状。圆形横 截面在许多应用中可能是优选的，通常半径为几毫米，长为半径的约 2至4倍。
虽然下面描述特定的生物高聚物产品，但其它产品也是可能的。 例如，生物高聚物可用于船体、运动场台、存储容器、和王冠模制品 等。
生物高聚物的注塑
本发明生物高聚物的具体实施方案可以是注塑的。一种实施方案 中，可将复合的生物高聚物研磨成均匀的丸片用于注塑过程。一种实 施方案中，本发明生物高聚物可用比常规热塑性材料更少的能量(每 磅)进行加工。一种实施方案中，本发明生物高聚物在注塑过程中可 显示出比常规热塑性材料更快的加热和冷却时间。一种实施方案中， 本发明生物高聚物保持塑料的熔体指数并具有流动性使之可高速注 塑。例如，观察到包含发酵固体和聚丙烯的生物高聚物具有比纯聚丙 烯更高的导热率。导热率越高，加热和/或冷却越快，可加快注塑等过 程。
注塑技术为本领域技术人员已知。一种实施方案中，可构造机器 为将生物高聚物注塑成所要形状。模具决定加热的热活性材料注成的 形状。然后使所述材料冷却，随后从模具中排出。
生物高聚物的挤出
本发明生物高聚物可用各种常规挤出法之任意挤出形成制品。例 如，本发明生物高聚物可通过干法挤出。例如，本发明生物高聚物可 用各种常规模头设计之任意挤出。一种实施方案中，挤出本发明生物 高聚物形成制品的过程可包括将所述生物高聚物供入配料螺旋输送机 并使之转变成适合挤出的尺寸。挤出可使用各种常规模头之任意和各 种常规温度之任意。通过挤出的复合可在挤出机内提供较高的内部温 度和促进热塑性材料与发酵固体之间相互作用。
有一或多个模头的挤出机可构造为使所述生物高聚物成型。可驱 使所述生物高聚物通过模头产生所要横截面。然后可根据需要将挤出 的生物高聚物切成所要长度。还可使所述生物高聚物硬化或以其它方 式固化以保持截面形状。然后可根据要求将挤出的生物高聚物切成更 短的长度。
一种实施方案中，可在熔点以上加热所述生物高聚物材料。然后 可使所述生物高聚物移动通过汇聚作用的模头，将模头加热以减小邻 近壁的生物高聚物内的剪切应力，然后通过成型区提供所要横截面。 一种实施方案中，然后使所述生物高聚物通过低摩擦的未加热或绝热 的区段，该区段有与成型区的横截面相同或相似的横截面，以在所述 聚合物中建立横截面记忆和减少挤出后的溶胀。然后可使所述生物高 聚物材料在熔点以下骤冷形成壳。某些实施方案中，所述壳可使所述 生物高聚物基本上保持所要形状。
另一实施方案中，可构造机器使生物高聚物移动通过过渡模头、 再通过线材挤出模头产生生物高聚物线料。可进一步构造机器使所述 线料移动通过模塑模头使所述线料组合成所要挤出物。一种实施方案 中，此挤出线料和再结合法可生产结构和/或外观类似木材纹理的产 品。
与生物高聚物共挤出材料
其它材料可与所述生物高聚物共挤出。一种实施方案中，另一种 材料(例如涂料或热活性材料)的层或片可与所述生物高聚物共挤出。 一种实施方案中，所述共挤出层或片可提供所要表面性质、结构性质、 和/或外观。
生物高聚物的发泡
一种实施方案中，本发明生物高聚物可在不添加发泡剂的情况下 由其软质、原料的形式或在熔融时发泡。意外的是，本发明生物高聚 物甚至可在无发泡剂的情况下在挤出时发泡产生硬质的结实的硬化泡 沫。虽然不限制本发明，但相信本发明泡沫可能是发酵固体中的蛋白 质发泡的结果。
该刚性或硬泡沫可表现出比相同密度的常规泡沫塑料更大的强度 (例如挠曲模量)。常规塑料在发泡时强度降低。虽然不限制本发明， 但相信本发明生物高聚物泡沫可能包含与热活性材料相互作用的变性 蛋白质以产生有益的结实的生物高聚物泡沫。
可通过注塑、挤出、和用于塑料成型的类似方法使本发明生物高 聚物(例如丸片型)转变成生物高聚物泡沫。虽然不限制本发明，但相 信这些过程中例如通过混合螺杆施加的热和动能足以使本发明生物高 聚物发泡。在注塑中，可部分地填充模具允许所述生物高聚物的发泡 作用充满所述腔。这可在不使用化学发泡剂的情况下降低模制品的密 度。还可利用挤出使本发明生物高聚物发泡。挤出中所用模头可使发 泡的生物高聚物成型。
一种实施方案中，可使发泡剂与发酵固体和热活性材料混合生产 泡沫生物高聚物。一种实施方案中，可在不预先构造成丸片的情况下 通过以下方法使生物高聚物发泡：使发酵固体和热活性材料与粉状发 泡剂混合，将所述混合物加热和复合，然后将所述生物高聚物挤出。 一种实施方案中，可用真空除去蒸气。一种实施方案中，挤出型材的 中心出现比型材周边更大的膨胀，以致挤出产品外表附近密度比内部 高。
可能希望将生物高聚物成分加工成细粒使之能有效发泡。一种实 施方案中，可先将成分加工成生物高聚物产品，然后可将所述生物高 聚物再研磨成细粒以便于发泡成泡沫产品的形状。
一种实施方案中，可通过以下方法产生泡沫生物高聚物：在生物 高聚物材料内产生间断点。使所述间断点膨胀，然后通过冷却或交联 使所述生物高聚物稳定化以保持所述间断点。一种实施方案中，可用 发泡剂如惰性气体(例如氮气或二氧化碳、烃、氯代烃、氯氟烃)或以 液态溶解或分散在生物高聚物中而在升温下分解成惰性气体的分解性 化学发泡剂制备生物高聚物。伴随发泡剂或分解性化学发泡剂的膨胀 使泡孔结构膨胀以形成泡沫生物高聚物。可通过控制挤出温度和其它 参数控制该发泡过程。
泡沫部件的一种实施方案包括致密的外层或壳和由泡沫生物高聚 物形成的内部。泡沫生物高聚物部件可构造成提供比致密的部件更低 的重量和更高的刚度。例如，泡沫生物高聚物可成形为例如定尺寸的 木料、支柱、梁、镶边、成型构件、家具用板、和贴面部件。可能希 望成形比重比水低的部件使部件可漂浮或接近木材的密度。还可由泡 沫生物高聚物构造成窗或门部件。中空和泡沫芯组合的部件也是可能 的。
工艺参数和结构参数
一种实施方案中，生物高聚物混合物可提供比使用干纤维和热活 性材料的典型混合物更高的流动性或更低的粘度。这可允许在挤出或 注塑过程中以明显更低的压力进行加工。例如，压塑常规纤维/聚合物 材料的压力通常可在500-1000psi的范围内。相反，一种实施方案中， 本发明生物高聚物可在低于150psi的压力下达到最大密度。一种实施 方案中，加工本发明生物高聚物的电动机负载可从常规聚合物的50％ 降至本发明聚合物的10％。
本发明生物高聚物实施方案的较低压制压力要求可允许用于所述 生物高聚物的压制或挤出设备的设计和结构有较大改变而降低此设备 的成本。一种实施方案中，还可以较低的加工温度构造用于加工所述 生物高聚物的设备。一种实施方案中，加工温度可从常规聚合物的400 °F降至本发明生物高聚物之一实施方案的320°F。
木材替代器(或其它结构)的机械性能可量化和测试各种参数。可 控制生物高聚物的成分和生产方法获得所要性能组合。可考虑的性质 包括密度、表面硬度、剪切强度和弯曲性能、保持力(保持钉、螺丝、 或其它紧固件)、剥离性(strip-out properties)、热膨胀系统、和 杨氏模量。一种实施方案中，可通过改变所述生物高聚物中发酵固体 的含量控制结构参数。
图示说明的具体实施方案
图1-8示出可由生物高聚物形成的结构实施方案的实例。
片材产品
本发明生物高聚物可构造成片材。图7示出片材产品700的一种 实施方案。片材产品的一种实施方案可构造成有纹理和/或进行印刷以 模拟其它材料。
结构构件
一种实施方案中，生物高聚物可构造成结构构件。一种实施方案 中，可制造结构构件以仿制其它材料的性能和/或外观。例如，一种实 施方案中，所述生物高聚物可用于制造通常由木材、塑料或金属构造 成的组件的结构构件，此类组件示于图1和2中。一种实施方案中， 生物高聚物可构造成木材替代构件，如图6中所示木材替代构件600。 木材替代构件600的芯610可包括实心生物高聚物、泡沫生物高聚物、 中空孔隙、支撑、腹板、或其组合。可按常用工业参数例如2×4、2 ×2、和2×6等确定木材替代构件的尺寸。
还可由生物高聚物成形为替代木材的片材。例如，可将生物高聚 物成形为4×8的片材以代替标准的胶合板。也可成形为其它类型的片 材。
生物高聚物还可成形为更专用的木材替代构件或其它结构构件， 包括形状更复杂的构件。图7中示出典型的片材。
用于窗和门组件的部件
一种实施方案中，本发明生物高聚物可成形为门和窗用部件。图 1示出一种窗组件，其部件可由生物高聚物构成。窗组件100包括框 架25，可由顶梁30、底梁35、和侧柱40形成，均可由所述生物高聚 物材料构造成。窗框45可由横杆50和竖框55形成。横杆50和竖框 55也可由所述生物高聚物构造成。窗格条60、框65、和贴面部件70(示 于图2中)也可由所述生物高聚物构造成。虽然图1示出一种双悬窗， 但其它类型的窗组件也可由所述生物高聚物构造成，包括但不限于竖 铰链窗、篷式天窗、固定框圆头窗、气窗、天窗、滑动窗、斜入式窗、 弓形窗、和凸窗的组件。
一种实施方案中，可形成专门设计的横截面形状使所述生物高聚 物窗或门部件可装配在一起并与玻璃、贴面或其它部件配合。图5示 出形状复杂的构件之一例。一种实施方案中，生物高聚物部件可用热 焊接法装配，其中将部件加热而使之熔合在一起。一种实施方案中， 热焊接可产生强度和刚度比木制构件制成的典型组件更大的焊接点。 一种实施方案中，可用工具修整焊接部位形成均匀过渡和/或漂亮的外 观。所述工具可以是例如刀、靠模铣具、或其它造形工具。一种实施 方案中，所述工具可加热使所述生物高聚物部分熔化促使干净和漂亮 地焊接。
图2示出一种窗的横截面。实心部件80、中空部件85、和片材部 件90都可由所述生物高聚物成形。某些实施方案中，形成有中空横截 面和至少一个结构腹板的部件以提供轻重量以及足以经得起日常使用 的强度和耐用性。窗组件的实施方案可包括泡沫部件。图3所示泡沫 部件的一种实施方案有致密的壳95和泡沫芯100。图3中所示芯97 也可为中空或网状的。
图4示出一种门组件。用于标准门、法式门、滑动院门、和其它 类型门的部件可由所述生物高聚物构造成。图4中的门组件包括框架 105，它包括顶梁110、门柱115和底梁120。该门包括嵌板125、门 框130、和门中挺135。这些部件都可由所述生物高聚物材料构造成。 非结构装饰件和模制品也可由所述生物高聚物构造成。
生物高聚物部件可成形为中空或半中空构型。一种实施方案中， 由所述生物高聚物成形的部件包括壳或壁和一或多个内部支撑。图5 示出可由所述生物高聚物材料成形的一种典型半中空部件。所述部件 包括有内表面205和外表面210的外壁200。可在外表面中形成凹槽 215或其它预压型轨道或特征使界面适应关联部件。可提供一或多个 内支撑220。还可提供一或多个锚固件225。锚固件可成形为接收螺钉 或螺栓等紧固件。还可提供结合面230使生物高聚物部件适合热焊接 在其它热活性材料或生物高聚物材料上。
壁板产品
建筑结构用壁板产品也可由所述生物高聚物构造成。一种实施方 案中，可提供片材形式的壁板产品。壁板产品可仿制例如石材或大理 石。
另一实施方案中，可提供类似木材、铝或乙烯基树脂壁板的条板 形式的壁板产品。例如，图8示出包括纵向构件800的壁板产品。图 9和10也示出壁板构件900、1000。一种实施方案中，所述生物高聚 物可成形为有配合结构从而可连接相邻构件的纵向构件。例如，可用 舌810和凹槽820排列使纵向构件与位于上面或下面的类似构件相连。 纵向构件之一种实施方案可包括加固支撑930或支撑腹板940以增加 刚度，如图9所示。
壁板构件的一种实施方案可包括泡沫或中空部分。图10示出有泡 沫或中空的内部1010的一种实施方案1000。有中空部分的实施方案 可还包括结构支撑的腹板，例如图8中所示。泡沫或中空部分的实施 方案可提高壁板的R值。有泡沫或中空部分的实施方案还可使壁板构 件更坚硬而且表现出较小的蠕变。还可包括泡沫、中空部分、和网状 部分中的至少两种的组合。
壁板组件的一种实施方案可包括可通过热焊接尾对尾衔接的壁板 构件。壁板构件的外露面可被印刷、涂布、覆盖或以其它方式处理以 改善耐候性和/或外观，如后面所述。
立柱和栏杆系统
包含生物高聚物材料的结构构件的具体实施方案可用于构造各种 各样的结构，包括柱体、横杆、和装饰系统，可用于各种场所，包括 门廊、天井、入口通道、花园、草坪、或作为重点部位(accent)。 一种实施方案中，柱体和横杆可作为装饰系统的部件。
立柱和栏杆系统的一种优选实施方案中，柱体由基座、角部、嵌 板、和顶盖组成。一种实施方案中，基座可构造为在联接或固定于地 面或另一结构上的支柱上滑动。虽然不需要支柱，但它可提供有利的 结构支撑。一种实施方案中，多个嵌板可通过多个角部相互连接形成 柱体。一种实施方案中，四个嵌板和四个柱体可用于形成矩形柱体。 在其它实施方案中，可形成其它柱体形状，如三角形、五边形、六边 形、七边形、和八边形等。不规则的柱体也可以：使柱体成形的嵌板 和角部都不必是相同尺寸的。
一种实施方案中，柱体可构造为在支柱上滑动或以其它方式与支 柱联接。柱体可还与基座联接。也可将柱体固定于支柱上，或者可将 基座固定于支柱上。然后可将顶盖安装或以其它方式联接在支柱和/ 或柱体上。顶盖可以是各种不同的形式，包括功能或美学要求形式。 一种实施方案中，顶盖成形为有内体部及第一和第二外端的大致水平 构件，和与水平构件的所述第一和第二端隔开而且向内设置的第一和 第二大致垂直构件。
立柱可以是中空、填充、部分填充、或内部发泡的。一种实施方 案中，所述立柱可有中空的内部。另一实施方案中，所述立柱有部分 填充的内部，如支柱固定在顶盖上但在一或多个嵌板与支柱之间有距 离或空隙时。第三种实施方案中，立柱可有完全充满的内部，如支柱 固定在顶盖上而且接触嵌板时。其它实施方案中，立柱可有致密的壳 和泡沫、网状、或有支撑的内部、或其组合。本发明不限于这些可能 的实施方案。
所述嵌板可以是装饰件，有希望的颜色、材料、或纹理等。一种 实施方案中，所述嵌板可以是透明或半透明材料，如彩色玻璃或提供 彩色玻璃外观的印花玻璃或塑料。一种实施方案中，可在柱体或立柱 内设置光源而且可配置光源以照亮透明或半透明的嵌板。一种实施方 案中，光源在柱体和支柱之间的间隔内。一种实施方案中，角部部件 可构成装饰嵌板的框。
一种优选实施方案中，栏杆由栏杆柱和横杆形成。将多个栏杆柱 放置在上横杆和下横杆之间，然后固定在上和下横杆上。然后将横杆 盖固定在上横杆上成形为栏杆。
结构构件可全部或部分地由包括生物高聚物、木材、玻璃、和复 合材料在内的各种材料构造成，可敷镀以黄铜、青铜、铬、或炮铜形 成独特的外观和样式。顶盖也可玻璃或其它透明或半透明材料构造成 并从内侧照明。也可有其它照明安排。所述结构构件可有各种形状。 例如，所述结构构件可有弄圆的边缘或锐边，可以是圆形或多边形的。 所述结构构件可以各种方式制备，包括注塑或挤出。所述结构构件还 可以各种方式固定，包括用螺钉固定、用钉子固定、胶粘、咬住、或 用扣栓固定。生物高聚物部件可热焊接在一起。可用刀、靠模铣具或 其它工具使热焊接平滑或有其它特征提供漂亮的外观。
图示说明的立柱和栏杆系统的实施方案
图13-26说明可由本发明生物高聚物形成或包含本发明生物高聚 物的结构实施方案的例子。
图13是装饰系统的实施方案的正面透视图，可由角部1、嵌板2、 栏杆柱3、横杆4、横杆盖5、基座6、和顶盖7组成。柱体可包括角 部1、嵌板2、基座6、和顶盖7，可固定在栏杆上，栏杆可由栏杆柱 3、横杆4、和横杆盖5组成，如图13中所示。
图14示出基座部件的正视图，其中基座6可在支柱8上滑动。紧 固件如螺钉9可将基座6固定在支柱8上。多个嵌板2可通过多个角 部1相互连接形成矩形柱体。柱体可在支柱8上滑动而且可安装在基 座6上，如图15中所示。顶盖7可安装在支柱8上形成柱体，如图 16中所示。
图17是栏杆组件的正视图。可将多个栏杆柱3放置在上横杆4 和下横杆4之间，如图5中所示。栏杆柱3可通过例如螺钉10与上横 杆4和下横杆4连接，如图18中所示。横杆盖5可安装在组装栏杆的 上横杆4上制得栏杆，如图19所示。
可用于形成图13-19结构的结构部件的实施方案示于图20-26中。 图20是基座6的透视图。图21是嵌板部件2的顶视图。图22是角部 1的横截面图。图23是顶盖7的透视图。图24是栏杆柱3的顶视图。 图25是下横杆4的侧视图。图26是横杆盖5的侧视图。
涂层、纹理、和外观
成型过程中或之后可对所述生物高聚物进行外观处理。例如，成 型中所用模头或其它表面可能在生物高聚物制品上形成纹理表面。挤 出可将聚合物或其它材料的外表层与生物高聚物芯共挤出。成型后， 可用多辊印刷法处理成型的生物高聚物以赋予真木材或其它想要的印 刷纹理或颜色的外观。成型后，可用热固性粉末处理成型的生物高聚 物。所述热固性粉末可以是例如透明、半透明、或完全着色的。可使 该粉末热固化，可形成适合内部或外部使用的涂层。还可使该粉末形 成纹理提供例如天然木材的外观和纹理。
一种实施方案中，可将生物高聚物产品进行粉末涂布、作浮饰、 和/或印刷提供要求的表面性质如耐候性和抗紫外线性和/或表面效果 如木纹颜色和纹理。
一种实施方案中，可成形为有保护层的生物高聚物产品。一种实 施方案中，生物高聚物产品可涂有热固性粉末，经烘烤使粉末固化成 高性能涂层。所述粉末可以是例如聚酯、环氧树脂、丙烯酸酯、或其 它聚合物或热活性材料、或其组合。所述涂层可以是透明、半透明、 或完全着色的。一种实施方案中，涂有粉末的生物高聚物产品可在红 外或IR/UV炉内烘烤。此涂布产品可适合于内用和外用。
一种实施方案中，可在表面上加一薄层树脂或其它材料。例如， 壁板材料的一种实施方案可制作为有树脂保护层以增强耐候性。加表 面层也可适合其它应用，包括例如可能接触清洗剂的内部应用(例如浴 盆或淋浴区)、和外部应用如建筑装饰、百叶窗、草坪和花园设备、装 饰嵌板和标记、或院内家具。
一种实施方案中，生物高聚物产品可以是用乙烯基树脂包裹或用 金属包裹的。
可通过例如浮饰或印刷、或将外层与生物高聚物共挤出等方法使 生物高聚物产品具有木材的外观和/或纹理(或其它纹理/外观)。例如， 壁板组件可饰以木纹外观或纹理。片材产品也可图饰和涂布以提供木 纹外观或其它外观。其它木材替代产品同样可加工成纹理和颜色类似 特定的木材(或着色的木材)。
一种实施方案中，可使所述生物高聚物产品通过多辊印刷工艺以 赋予真木材的外观或其它想要的印刷纹理或颜色，如灰泥、混凝土、 砖、石头、瓷砖、粘土、或金属。其它实施方案中，挤出物可用照相 凹版印刷法或压花轮直接印刷。颜色和纹理组合可产生天然木材的外 观和感觉。其它印刷法也可被使用，包括直接的计算机成像。一种实 施方案中，印刷或其它方法可产生逼真的木材纹理如枫木、橡木、樱 桃木、杉木或其它想要的印迹和纹理。一种实施方案中，可在固化过 程中将生物高聚物材料放在热板式压榨机中既可更快地固化又在终产 品表面压印出纹理。
一种实施方案中，用发酵固体和用于外用产品的粉末涂料一起形 成外用产品。一种实施方案中，可给外用产品印出想要的外观和/或在 有纹理板的压印机内产生纹理以形成外用级纹理表面。另一实施方案 中，可用类似方法产生耐用的产品。
另一实施方案中，所述生物高聚物可进行印刷，然后进行涂布以 保护印刷面。所述生物高聚物可经数字印刷，例如赋予想要的外观如 特殊木材如樱桃木的纹理。然后可对所述生物高聚物进行粉末涂布以 保护印刷面。一种实施方案中，可在所述生物高聚物上粉末涂布透明 层使印刷面可显出。
另一实施方案中，给产品施加外层。所述外层可以是例如饰面板、 木材纹理覆盖层、有色覆盖层、或其它类型的共挤出层。该外层可提 供想要的颜色、外观、纹理、耐候性、或其它性能。
另一实施方案中，所述生物高聚物可制成外观类似花岗岩。一种 实施方案中，所述生物高聚物可包含剩余发酵固体的可见粒子。此类 复合生物高聚物可导致一种外观的基体中包围着有不同外观的颗粒， 得到花岗岩外观。此类复合生物高聚物中，较大比例的发酵固体可掺 混在热活性材料中和/或与热活性材料结合。
另一实施方案中，可在所述生物高聚物中加入颗粒物质。包含颗 粒物质的实施方案可成形为模拟花岗岩或其它石材、或天然木材纹理 如去瘤结的木材的外观。一种实施方案中，可使颗粒熔合在生物高聚 物产品中，例如通过在挤塑或压塑过程中混合颗粒。一种实施方案中， 颗粒不溶于聚合物而保持分离，以致可用肉眼看见颗粒物质。一种实 施方案中，使颗粒混合在聚合物中得到所要的聚集外观。一种实施方 案中，有聚集物的生物高聚物可进行机械加工、切割、钻孔、或其它 加工。
图11示出说明制品生产方法的流程图1100。在1110处制备包含 约5至约95wt％发酵固体和约0.1至约95wt％热活性材料的组合物。通 过模塑、注塑、吹塑、压塑、转移模塑、热成型、铸塑、压延、低压 模塑、高压层压、反应注塑、泡沫成型、和涂布将组合物成形为1120 制品。一种实施方案中，可在成型后给所述制品涂布涂层1130。
图12示出说明可将本发明生物高聚物制作为木材替代品、窗或门 部件、或壁板部件的方法的流程图。将生物高聚物加热1210。给所述 加热的生物高聚物施加压力1220。一种实施方案中，加热和施加压力 可同时进行或者可先开始施加压力。使加热的生物高聚物成型1230 形成制品或部件。一种实施方案中，可通过挤出或注塑1240使所述生 物高聚物成型。一种实施方案中，可通过压制1260所述制品或部件压 制制品。一种实施方案中，压制所述生物高聚物从中排出水1270。例 如，压制可产生片材产品或其它产品或者可制备随后用于挤出或注塑 的生物高聚物。一种实施方案中，在成型期间和之后可进行其它加工， 包括例如进一步成型、切割、机加工、或表面修整。一种实施方案中， 可给制品或部件施加表面纹理1250。可通过例如共挤出或用模头在表 面上压印施加表面纹理。也可采用产生表面纹理的其它技术。使所述 生物高聚物冷却1280以保持部件或制品的形状。
实施例
实施例1    通过热动力复合生产生物高聚物
该实施例描述包含发酵固体(例如DDG，特定的发酵蛋白质固体)、 聚丙烯、和马来酸(maleated acid)的本发明生物高聚物的制备。例如， 按60/38/2的比例量出这些组分，用Gelimate G1热动力复配机进行 复合。按同样的方法复配表中所列其它比例。以4400RPM进行复合； 物料在190℃的温度下从复配机中排出。所述聚丙烯是由Basell Coproration提供的称为SB 642的商品。所述生物高聚物以捏塑体物 料形式离开复配机，类似面包的生面团(软质或原料生物高聚物)。在 常规刀研磨系统中使软质或原料生物高聚物颗粒化形成丸片。
在Toshiba Electric注塑成型压机上以标准的“狗骨”模具注塑 本发明生物高聚物丸片，所有三个区域的温度均为320华氏度。作为 对照，还用同样的方法模塑单独的商购聚丙烯。
按ASTM塑料测试标准测试所得狗骨形材料的抗拉强度、挠曲模 量、断裂模量以确定机械强度。得到以下结果：  聚合物         抗拉强度   (1bs，ASTM)       挠曲强度   (psi，ASTM)       位移   (伸长)   拉力试验   (inch，ASTM)  100％聚丙烯   130   61,000   0.22  生物高聚物实施方案  1(50wt％发酵蛋白质固  体和50wt％聚丙烯)   140       140,000         0.11      生物高聚物实施方案  2(70wt％发酵蛋白质固  体和30wt％聚丙烯)   130       210,000       0.061      生物高聚物实施方案  3(60wt％发酵蛋白质固  体、38wt％聚丙烯、2wt％  马来酸化聚丙烯)   140         220,000         0.071      
意外的是，在塑料中加入发酵固体(例如发酵的蛋白质固体)使塑 料的强度提高。本发明生物高聚物比用于制备它的热活性材料更坚固。 每种聚合物的三个强度测量都说明此结果。
本发明生物高聚物表现出比对照塑料更大的抗拉强度。这是意外 的。常规的填充塑料(例如填充惰性填料的)通常具有比制备它的塑料 更低的抗拉强度。具体地，有多达50wt％或70wt％惰性填料的常规填充 塑料抗拉强度比制备它的塑料低。该实施例中，有50wt％或70wt％发酵 固体(例如发酵的蛋白质固体)的生物高聚物都显示出比对照塑料更大 的抗拉强度。该实施例中，加入交联剂时本发明生物高聚物获得附加 的抗拉强度。
本发明生物高聚物显示出比对照塑料更大的挠曲模量。该实施例 中，有50wt％或70wt％发酵固体(例如发酵的蛋白质固体)的生物高聚物 均显示出比对照塑料更大的挠曲模量。该实施例中，加入交联剂时本 发明生物高聚物获得附加的挠曲模量。
本发明生物高聚物显示出比对照塑料减小的位移(较少“伸长”)。 该实施例中，有50wt％或70wt％发酵固体(例如发酵的蛋白质固体)的生 物高聚物均显示出比对照塑料减小的位移。一般可认为伸长减小与热 稳定性、加工稳定性和结构稳定性提高相关。
实施例2    通过挤出生产生物高聚物
采用以下挤出参数生产本发明生物高聚物。
·锥形反转式挤出机
RT(树脂温度)               178℃
RP(树脂压力)               11.9
·主电动机(％)             32.3％
RPM                        3.7
D2(模头温区2)              163
D1(模头温区1)              180
AD(模头)                   180
C4(机筒加热区4)            177
C3                     181
C2                     194
C1                     208
·螺杆温度             149
(温度为℃)
(设备TC85 milicron CCRE)
将15％聚丙烯(“PP”)和85％掺混7％MC的DDG的混合物用高剪切 复合系统复合，然后在以上工艺参数下通过中空模头系统挤出。注意 DDG包含蛋白质、纤维、脂肪、和灰分。第二次试验采用15％PP和85％ 纤维素纤维(小麦)，用完全相同工艺、设备和以上工艺参数作为对比。
该具体实施方案的试验的初始对比中，本发明生物高聚物挤出物 实施方案与对比的纤维/PP挤出物之间有很多区别。纤维/PP挤出物近 似地模拟现有的木材塑料纤维技术和总体性能。纤维/PP挤出物除有 很暗的整体颜色之外颜色也很不同，显示出各纤维和颗粒。该常规材 料还显示出较差的机械强度特性和脆性，而所述生物高聚物有更高的 整体断裂强度和劲度。
本发明生物高聚物实施方案保持其较浅的颜色而且外观大体均 匀。这表明本发明生物高聚物在所采用的挤出机条件下相互结合或熔 融在一起。
应注意本说明书和所附权利要求书中所用单数形式“一种”和“该” 包括复数对象，除非有其它明确的指示。因此，例如提及包含“一种 化合物”的组合物包括两或多种化合物的混合物。还应注意术语“或” 的含义包括“和/或”，除非有其它明确的指示。
还应注意本说明书和所附权利要求书中所用术语“采用和构造” 描述为完成特定任务或采用特殊构型而构造成的系统、设备或其它结 构。术语“采用和构造”可与其它类似术语如安排和构形、构制和安 排、采用、构筑、制造和安排等互换使用。
已结合不同的具体和优选实施方案和技术对本发明进行了描述。 但应理解可在本发明的精神和范围内做许多修改和改变。