專利名稱：纖維增強的發(fā)泡紙狀產(chǎn)品的制造方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分的發(fā)泡產(chǎn)品的制造方法。所述的方法可從國際專利公開文本W(wǎng)O95/20628獲知。另外，本發(fā)明還涉及可用于該方法的裝置，和根據(jù)該方法可獲得的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明制造的產(chǎn)品具有一發(fā)泡結(jié)構(gòu)。更具體地說，發(fā)泡材料總是包含至少三個部分在外側(cè)的兩個相對致密層，可以說這兩層將形成皮層；以及在這兩層之間作為芯層的發(fā)泡結(jié)構(gòu)。所述致密層結(jié)實、強韌并且主要由閉孔的小泡孔組成。芯層的發(fā)泡結(jié)構(gòu)通常是開孔的，開孔指的是泡孔已破裂，以便在制造期間能使氣體如水蒸汽或二氧化碳逸出。由于在加工期間相對高的壓力和溫度，因此，泡孔通常具有結(jié)實且堅固的泡孔壁。在制得的產(chǎn)品中，纖維在產(chǎn)品中延伸，可能部分通過泡孔，但主要是纏結(jié)連接至泡孔材料上。
在本說明書中，應(yīng)理解的是，“膠凝化”意指天然聚合物從輕度或完全松散的顆?；蚩梢韵啾鹊念w粒形式轉(zhuǎn)變成粘結(jié)形式，所述粘結(jié)形式可以是干燥的和/或發(fā)泡，或者沒有干燥和/或發(fā)泡，其中存在拉伸聚合物。也就是說，發(fā)生了從固體物質(zhì)，膠體溶液或懸浮液向更均勻流體的轉(zhuǎn)變。取決于所使用的聚合物，因而應(yīng)將“膠凝化”理解為包括例如凝膠化，膠凝化等。
在其中只發(fā)生膠凝化的發(fā)泡產(chǎn)品中，由于將排出氣體，因此，在基本膠凝化之后，在待發(fā)泡的物質(zhì)中將形成氣泡。所述的這個過程在相當(dāng)?shù)偷臏囟群蛪毫ο掳l(fā)生。在整個橫截面上，所述產(chǎn)品具有基本相同的相當(dāng)小泡孔的結(jié)構(gòu)，其中泡孔壁為基本末交聯(lián)的天然聚合物。
在本說明書中，“烘烤”應(yīng)理解為在相當(dāng)高溫度和/或壓力下，不僅發(fā)生膠凝化而且發(fā)生交聯(lián)的方法。因此，形成的氣體將相當(dāng)迅速的產(chǎn)生，結(jié)果是，在膠凝化之前或膠凝化期間已經(jīng)形成了氣泡。特別是由于高壓鄰近的強加熱部件，因此，當(dāng)使用模具或類似的烘烤形式(其溫度在烘烤溫度或烘烤溫度以上)時聚合物將迅速地發(fā)生交聯(lián)。
這些烘烤產(chǎn)品具有相當(dāng)大泡孔的芯層，該芯層被封在皮層之間，所述皮層帶有相當(dāng)小的泡孔。泡孔壁具有相當(dāng)高的密度，并且包含在泡孔壁內(nèi)的天然聚合物進行了深度交聯(lián)，這意味著它們已成為相互鏈鍵合。因此，所述的烘烤產(chǎn)品具有夾心結(jié)構(gòu)。
在從WO95/20628獲知的方法中，使用了開口平板裝置(openplaten set)，其中產(chǎn)品由包含天然纖維、水和纖維的糊狀物制得。將糊狀物引入開口平板裝置例如烘鐵距底部一半處，然后關(guān)閉該平板裝置并進行加熱，結(jié)果是對糊狀物進行了烘烤。所得到的產(chǎn)品是薄壁且可生物降解的，從環(huán)境的角度看，該產(chǎn)品是有益的。所添加的纖維有這樣的優(yōu)點，即當(dāng)與其中不添加所述纖維的產(chǎn)品相比時，由此可獲得增加的產(chǎn)品強度。所述的產(chǎn)品例如可從WO91/12186獲知。
使用平板裝置的缺點在于需將糊狀物引入到隨后將關(guān)閉的開口的模具中，并且例如將通過連續(xù)的烘箱，在烘箱中例如借助氣體燃氣器進行干燥。需強調(diào)指出的是，這幾乎沒有什么益處，此外在烘烤模具中的溫度不能進行適當(dāng)?shù)目刂?，而且在烘烤過程中可能會產(chǎn)生巨大的變化，這對于產(chǎn)品質(zhì)量而言是沒有任何好處的。此外，根據(jù)該方法獲得的產(chǎn)品其尺寸并不是特別穩(wěn)定的，不允許壁厚度有差別，或者只允許有很小的差別，這是因為否則的話將得到不均勻的結(jié)構(gòu)。該方法的另一個缺點在于引入糊狀物以及取出產(chǎn)品將是十分費力的，并且經(jīng)常會使生產(chǎn)失敗。此外，利用該方法不能制造不可取出的產(chǎn)品，因此使設(shè)計的自由度受到了一定程度的限制。
EP0118240披露了由淀粉復(fù)合物的注塑而制造可生物降解的藥物膠囊及類似產(chǎn)品的方法。為此，將低水含量的淀粉混合物引入一密閉的空間中，特別是注塑機的料箱中，在料箱中，在適當(dāng)?shù)臏囟?、壓力和濕度下使混合物塑化。將溫度和壓力增加至這樣的程度，以致使將混合物調(diào)節(jié)至玻璃化點之上。然后，將塑化的混合物進入冷卻模具中并保持在一定的壓力下，直到產(chǎn)品充分冷卻為止，然后，打開模具并卸空。
該已知方法的優(yōu)點是能相當(dāng)迅速的制造尺寸穩(wěn)定的可生物降解的產(chǎn)品。然而，由于模具中的流道所致，利用該方法能制得的產(chǎn)品可能的尺寸將受到限制。事實上，注入模具的塑化物將被直接冷卻，這將導(dǎo)致固化并阻止物質(zhì)在進入模具之后相當(dāng)快速的流動。此外，在物質(zhì)中將不發(fā)生淀粉的交聯(lián)作用，結(jié)果使得產(chǎn)品的強度性能相當(dāng)差，并且通常將顯示出相當(dāng)差的耐水和耐濕條件。在潮濕的環(huán)境中，所述產(chǎn)品將吸收大量的水份，并因此變得松馳；相反地，在干燥環(huán)境中，水份將從產(chǎn)品中揮發(fā)出，結(jié)果使得所述產(chǎn)品變得又硬又脆。利用該方法得到的產(chǎn)品其密度很大，且沒有發(fā)泡結(jié)構(gòu)。
WO95/04104披露了一種由含淀粉的原料制備發(fā)泡的，且可生物降解的產(chǎn)品的方法，該方法包括通過在預(yù)處理段加熱至遠高于膠凝化的溫度而將一定量的淀粉液化，然后，將一定量的水飽和的青麻纖維混入其中。然后將該混合物通入或通過一模具，或轉(zhuǎn)換成干燥的顆粒。在對混合物進行加熱時，水份從青麻纖維中逸出并起發(fā)泡劑的作用。當(dāng)利用這種已知的方法時，在預(yù)處理段必須對基本干燥的淀粉顆粒進行強加熱，因而顆粒不能形成液體糊狀物。該已知方法的缺點在于必須以相當(dāng)干燥的形式提供原料，并且在預(yù)處理段中，在同時增加容器溫度下，必須與潮濕的纖維混合，借此產(chǎn)生所希望的膠凝化。所以，必須對混合物進行加熱，就相對較大的物質(zhì)而言，進行均勻的加熱作用是較困難的。因此，該方法的可控性能極差。另一個缺點是用該方法得到的產(chǎn)品僅有很有限的耐久性并且不耐水，此外其尺寸特別不穩(wěn)定。利用該方法，設(shè)計的自由度受到局限。因此，在原料加入模具之前，該方法將遭受物料在膠凝化方面所提及的缺陷。
另外，EP0634261披露了使用一種注塑工藝制備可生物降解產(chǎn)品的方法，該方法從第一和第二可生物降解原料著手。第一可生物降解原料的熔融溫度大于100℃，第二可生物降解原料的熔融溫度低于100℃。將包含水的物質(zhì)添加至所述原料中，或者將水摻入所述原料中，這樣的話，所述的物質(zhì)能給泡孔提供發(fā)泡作用。在擠出壓機中，將物料加熱至至少第一原料的膠凝化溫度之上，然后進行混合和加壓，再噴入在加壓空間中提供的模腔中。在將物料加入之后，卸掉壓力，結(jié)果使物料中的水份膨脹，使泡孔發(fā)泡并通過模腔可滲透的壁排出。這樣的方法要求復(fù)雜的原料組合物。此外，這種已知的裝置存在著在將原料加入模具之前，由至少部分物料的膠凝化所導(dǎo)致的上述缺點。特別是，由于本身的多孔壁，因此，除了在產(chǎn)品厚度上具有均勻分布的均勻大小的泡孔以外，根據(jù)該方法制得的產(chǎn)品的外壁部分將不會有致密、壓實的壁。
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)泡產(chǎn)品的制備方法，其中提供的原料非常簡單，制得的產(chǎn)品易于從模具中取出，所述的方法具有相當(dāng)大的模塑自由度，并且制得的產(chǎn)品具有良好的尺寸穩(wěn)定性，而且顯示出相當(dāng)良好的耐不同條件的性能、包括潮濕環(huán)境和溫度波動，此外，所述的產(chǎn)品還能結(jié)合到回用紙張的物流中(紙張循環(huán))。所以，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于權(quán)利要求1特征部分的特征。
由于根據(jù)所述物料在低于膠凝化溫度下形成產(chǎn)品的物料的供應(yīng)，因此，該物料的供應(yīng)能以簡單的方式如通過泵和管線來實現(xiàn)。此外，可事先制備物料并直接從儲料罐加入加工裝置中。隨后，通過使物料在加壓下加入或通過模具并在模具中僅僅對之進行加熱，將保證模具總是充分填滿的。流道，即物料通入模具所經(jīng)過的通道相對于通道的橫截面可以很長。僅僅在模具中，天然聚合物最終的膠凝化才發(fā)生，然后這些聚合物發(fā)生交聯(lián)。
由于發(fā)生了交聯(lián)作用，因此，得到了堅固的產(chǎn)品。天然聚合物提供了優(yōu)選沿連續(xù)的泡孔延伸的相當(dāng)堅固的骨架，所述泡孔由于水份或其它發(fā)泡劑而在模具中形成，由于對模具的加熱，發(fā)泡劑試圖從物料中逸出，并且由于模具中的壓力，發(fā)泡劑形成了氣泡。因此，所得到的產(chǎn)品具有一發(fā)泡結(jié)構(gòu)。由于天然聚合物提供相當(dāng)挺硬的外殼，因此，如此得到的產(chǎn)品在從模具中取出進尺寸是穩(wěn)定的。特別是取決于交聯(lián)程度，所得到的產(chǎn)品或多或少是柔軟的。
由于在物料壓入模具之前只對模具進行加熱而不對物料進行加熱，因此，可以適當(dāng)?shù)乜刂颇＞叩臏囟?，不僅可以控制整個模具的溫度而且可以控制各獨立部件的溫度。因此，能制得不同且可變壁厚的而且具有不同機械性能的產(chǎn)品。事實上，通過或多或少和/或或長或短的加熱，以及例如對壓力，例如對聚合物的交聯(lián)度進行調(diào)節(jié)，可局部地進行控制，以致影響機械和物理性能。所有這些均可由本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員簡單地來確定。
將物料加熱至烘烤溫度(因此超過100℃)，將提供這樣的優(yōu)點，即阻止真菌的生長，或者至少使之生長大大減慢。添加纖維特別是天然纖維將提供這樣的優(yōu)點，即，在注塑和加熱之后，產(chǎn)品的尺寸更為穩(wěn)定，并且在潮濕的條件下仍將保持形狀不變。利用本發(fā)明方法得到的產(chǎn)品相當(dāng)強韌且耐壓縮、耐沖擊，并且具有相當(dāng)好的彈性和絕緣性，而且能在不進行破碎下進行還原。在使用后，該產(chǎn)品可摻入現(xiàn)存的廢料流中，例如進行復(fù)合，更為有利的是摻入紙張循環(huán)流中。
通過使用天然纖維，特別是例如一年生植物纖維和/或回用纖維，如由紙張和木材廢料得到的纖維素纖維，就環(huán)境和制備而言，具有明顯的優(yōu)點。例如，在制備以及在廢料處理期間，將減少有害物質(zhì)的排出(如果不能防止的話)。由于在產(chǎn)品中沒有使用礦物源，因此，對產(chǎn)品的加工將不會在大氣中造成二氧化碳永久性的增加。因此，這些產(chǎn)品將無助于所謂的溫室效應(yīng)。
通過添加纖維可實現(xiàn)的另一個重要的優(yōu)點是，所得產(chǎn)品其原始形狀和性能將比沒有纖維的產(chǎn)品保持得更長?？梢钥隙ǖ氖?，合成即生物降解過程進行得很慢，因此，該產(chǎn)品不太適合包括在植物、水果和花園的廢料流中，但該產(chǎn)品在用作例如包裝材料時，另外如果所包裝的制品在不利的條件如高溫和/或高空氣濕度下儲存和/或運送很長時間的話，仍是很耐久的。當(dāng)另外進行保護的話，根據(jù)本發(fā)明制得的產(chǎn)品適用作結(jié)構(gòu)元件，建筑部件等。這些產(chǎn)品是耐久、輕質(zhì)、可模塑、絕緣和夾心形的組合物。
根據(jù)本發(fā)明制得的產(chǎn)品通常是自熄滅的，而由例如紙漿或EPS制得的可以相比的產(chǎn)品相對而言是易燃的。此外，所述紙漿產(chǎn)品的制備勞動強度很大且成本較高，而這些產(chǎn)品強度不高，重質(zhì)，且?guī)缀醪荒屠绺邷睾退荩虼?，設(shè)計自由度很小。利用由塑料，如聚苯乙烯泡沫等制得的可比較的產(chǎn)品，也有許多類似的缺陷。
在有利的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的方法進一步的特征在于權(quán)利要求2的特征。
通過控制處理條件，特別是物料的喂料速率，模具的溫度以及模具中的壓力，可制得這樣的產(chǎn)品，鄰近模具壁的泡孔將小于模具壁之間中央處的泡孔。換句話說，在這樣的產(chǎn)品中，泡孔尺寸從內(nèi)至外減小。因此，得到了相對閉孔的、不透水的皮層，這將適當(dāng)?shù)胤乐乖摦a(chǎn)品過早的衰弱，同時產(chǎn)品的內(nèi)部包含相對較大的泡孔，這將使產(chǎn)品變得輕質(zhì)和柔軟。此外，為得到和增加絕緣作用，內(nèi)部的發(fā)泡成形將是特別有益的。因此，相對高密度皮層的另一個優(yōu)點是得到了整齊和光滑的表面，這將給產(chǎn)品提供合意的外觀，使產(chǎn)品具有令人愉快的手感，能方便地從模具中取出，方便地進行印刷，而且還是有益衛(wèi)生的。因此，與已知的方法相反，所得到的泡孔結(jié)構(gòu)是不均勻的，至少在橫跨壁厚上觀察是這樣的。
在另一有益實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的方法的另一個特征在于權(quán)利要求3的特征。
使用回用纖維，例如造紙纖維或類似的纖維素纖維，將提供這樣的優(yōu)點，即能使用相對便宜且對環(huán)境友好的原料。所述的回用纖維相當(dāng)便宜且來源廣泛。此外，根據(jù)本發(fā)明方法得到的產(chǎn)品，在使用之后能摻入相同的廢料流中并回用在這樣的產(chǎn)品中。
在另一實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的方法進一步的特征在于權(quán)利要求4的特征。
通過使用得自一年生植物的纖維，特別是只使用優(yōu)選得自一年生植物和/或回用的纖維，將取得這樣的優(yōu)點，即能以對環(huán)境特別友好的方式制得產(chǎn)品。所使用的一年生植物纖維優(yōu)選是得自例如木材的纖維，這是因為這些一年生植物能迅速恢復(fù)，相對便宜且容易得到。此外，使用一年生植物將刺激農(nóng)業(yè)的多種經(jīng)營。特別是，對于這些植物無需進行木材的切割。此外，一年生植物將產(chǎn)生相當(dāng)長的纖維。當(dāng)使用時，這些纖維有這樣的優(yōu)點即所得到產(chǎn)品的柔韌性將由此大大增加。纖維在其中起增強作用。
在另一有益的實施方案中，本發(fā)明的特征在于權(quán)利要求5的特征。
通過對用于本發(fā)明方法的纖維至少進行部分涂布，纖維的吸水率將被限制到最小值，至少將降至很低的值。這將限制或阻止物料增稠，結(jié)果是，能以簡單的方式，而且在相當(dāng)長流道的場合下對其進行加工。此外，由于只需蒸發(fā)掉更少的水份，因此，加速了烘烤過程，從能量的角度看，這也將是有益的。此外，涂布使得添加劑能以特別簡單的方式添加至物料中。例如涂布可由這樣的方式形成，即在纖維與將形成泡孔的例如淀粉之間能獲得更佳的鍵合。此外，涂層可包含例如發(fā)泡劑，著色劑，天然抗菌劑，香料等。
在另一實施方案中，根據(jù)本發(fā)明方法的特征在于權(quán)利要求6的特征。
添加至少0.5％、優(yōu)選在2％和25％之間的纖維將提供這樣的優(yōu)點，即能以相當(dāng)簡單且合適的方式將物料引入模具中，并且使之適當(dāng)?shù)姆植加谀＞咧?，同時能取得上述的優(yōu)點。特別是當(dāng)添加4-15％的纖維時，將取得特別有益的結(jié)果。
另外，根據(jù)本發(fā)明方法有益的實施方案的特征在于權(quán)利要求7的特征。
在物料中添加15-75％的干物質(zhì)，更有益的是添加20-60％的干物質(zhì)，將得到有益的結(jié)果。在起始條件下，即在低于膠凝化溫度下，如此設(shè)計的物料具有良好的流動性能，同時，由此可得到具有上述有益性能的產(chǎn)品。特別是當(dāng)使用包含30-50％干物質(zhì)時，將取得特別有益的結(jié)果。
在所有場合，上述的百分比只用于所使用的懸浮液，而不用于預(yù)發(fā)泡的物料。其中所出現(xiàn)的百分比能容易地由這些組分導(dǎo)出。
在另一有益實施方案中，根據(jù)本發(fā)明方法的特征在于權(quán)利要求8的特征。
通過盤狀或片狀部件形成本發(fā)明的產(chǎn)品，能制得許多產(chǎn)品；其中所述的盤狀或片狀部件至少有一相對于其它尺寸、至少相對于外部尺寸很小的厚度；所述產(chǎn)品還能用于各個方面，包括在制備期間需大量的熱量，以致使發(fā)生所希望程度的交聯(lián)這樣的場合。因此，能制備盤狀產(chǎn)品，即還能制造帶例如凹口的塊狀產(chǎn)品，在凹口中能完全或部分地接收待包裝的產(chǎn)品，以及例如用于包裝的填料塊。另外，例如通過擠塑，還可制得例如中空或翼片狀的型材。因此，相對薄的片材的另一個優(yōu)點是可得到相當(dāng)大的柔軟性，同時還能保持產(chǎn)品所希望的強度性能和體積。
在第一優(yōu)選實施方案中，根據(jù)本發(fā)明方法的特征在于權(quán)利要求9的特征。
通過在膠凝化溫度以下，優(yōu)選在室溫使用液體糊狀物，能以簡單的方式，例如通過管道和使用簡單的泵送裝置實現(xiàn)對糊狀物的輸送。此外，可事先制備糊狀物并直接從儲料罐加入加工裝置中。就此而言，糊狀物的液化提供了這樣的優(yōu)點，即模具中的流道可以特別長。在糊狀物中的水份起發(fā)泡劑的作用，此外，在從模具中蒸發(fā)時，給泡孔的膨脹提供了空間。
糊狀物優(yōu)選主要由可回收的、特別是呈懸浮液形式的來源組成。因此，保持了糊狀物良好的流動性能，并且能使用如淀粉這樣的粗原料，例如土豆淀粉或木薯淀粉。此外，帶能簡單地對所述的懸浮液進行儲存，至少是對糊狀物進行儲存，而不是已膠凝化的混合物。
所述合適的天然聚合物是天然淀粉，例如土豆淀粉，玉米淀粉，麥淀粉，蠟狀玉米淀粉，木薯淀粉，豆淀粉，高度直鏈淀粉或米淀粉。然而優(yōu)選的是，使用支鏈淀粉含量在75和100％之間的土豆淀粉。另外還能使用淀粉衍生物，例如，通過醚化、酯化、酸水解、氧化、交聯(lián)和/或酶作用而改性的淀粉。
在另一實施方案中，根據(jù)本發(fā)明方法的特征在于權(quán)利要求12或13的特征。
使用相對干燥、輕度預(yù)發(fā)泡或末發(fā)泡的原料將提供如下優(yōu)點在模具中只需蒸發(fā)相當(dāng)少量的水份或其它濕汽，由于只需在模具中加熱，而無需在預(yù)處理階段進行加熱，因此，這將具有更為明顯的優(yōu)點。物料例如可由顆粒材料組成，特別是由多少球形的顆粒組成，所述顆粒的尺寸相對于通至模具的通道開口而具有較少至很少的尺寸。所述的這種顆粒材料可包含發(fā)泡劑，例如以水或在加熱時能容易地釋放和/或蒸發(fā)的發(fā)泡劑的形式，如二碳酸酯，在高溫下它將通過分解而排出氣體。
作為原料，例如可使用在涉及糊狀物時所提及的天然聚合物。
在另一有益的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明方法的特征在于作為模具使用注塑模。
在本發(fā)明方法中通過使用注塑模，能制得規(guī)則形和不規(guī)則形的產(chǎn)品，這些的尺寸是穩(wěn)定的，并且壁厚可變。用這種方式制得的產(chǎn)品例如可用作片狀和碟狀部件，盤子和箱子等碟狀包裝以及用作例如在箱子中的包裝產(chǎn)品等，以及用作結(jié)構(gòu)或建筑部件。利用該方法能取得的一個重要的優(yōu)點是與使用平板裝置時相比，獲得了更大的設(shè)計自由度。由于能容易地使用可分模芯等，因此，能制得可取出以及不可取出的產(chǎn)品。因此，能完整地模制倒陷。此外，還能在產(chǎn)品中引入更大的高度差，其中流道可更長，并且比重對物料的分布沒有影響，至少沒有明顯的影響。
在另一有益的實施方案中，根據(jù)本發(fā)明方法的特征在于使用擠塑模頭。
當(dāng)在本發(fā)明方法中使用擠塑模頭時，能以簡單的方式制得型材等，所述型材等具有天然聚合物交聯(lián)結(jié)構(gòu)的上述優(yōu)點。由于以冷的、優(yōu)選液體的形式提供物料，因此，其制備是特別簡單的，并且能基本上一次加工而制得所希望性能的產(chǎn)品。用這種方式，例如能擠出片材或型材，所述材料以很大的長度使用，或可進行分割，例如在產(chǎn)品的包裝中，用作箱、筐、袋中的疏松填料，用作裝飾部件，用作結(jié)構(gòu)元件以及用作建筑部件等。在此應(yīng)理解的是，擠出和使用擠塑模頭意指在壓力下迫使模塑料通過一相當(dāng)小的?？?，該?？讓⒋_定產(chǎn)品的至少一個橫截面。輸送壓力例如可由泵或射料桿產(chǎn)生。
一般來說，利用本發(fā)明方法制得的產(chǎn)品相對體積而言能設(shè)計成輕質(zhì)的，具有足夠的強度以及彈性，并且能適當(dāng)?shù)啬筒煌臈l件，特別是當(dāng)使用相對高密度的“皮層”和相對低密度的“芯層”時更為如此。
在制備本發(fā)明產(chǎn)品期間，通過水份的蒸發(fā)或在發(fā)泡劑的影響下氣體形成很快，以致使在膠凝化的同時發(fā)泡或優(yōu)選在膠凝化之前發(fā)泡。在高壓和/或高溫下，實現(xiàn)了這種作用，同時進一步將更為堅固的材料“壓縮”成泡孔壁。這不僅得到了由帶有堅固泡孔壁的大泡孔組成的芯層，而且得到了高度致密化的堅固小泡孔的皮層。
此外，為得到所希望的結(jié)果，必須滿足許多其它的條件。
為形成泡沫，膠體和相應(yīng)的條件必須滿足要求，尤其要求特定的負載和特定的表面張力，以及發(fā)泡氣泡的內(nèi)、外壓力。
對模腔的裝料必須在很短的時間內(nèi)完成，這必須滿足“流動”性能和推力的要求在該短時間內(nèi)，“流動”性能必須足以保證完全填滿，而推動力，使推進之物料或“發(fā)泡”氣體，必須以足夠的量存在，以便推進物料(物料逐漸變得難以移動)。在此流動應(yīng)理解為不僅包括液體如液體糊狀物的流動，而且還包括顆粒狀、相對干燥物質(zhì)的流動，如小的滾動和滑動顆?；蚍勰?，不管是輕度預(yù)發(fā)泡與否。
因此，流道的長度至少取決于原料的流動性，并且對于給出的相同的條件，用于液體或懸浮液的流道將大于用于顆粒材料的流道。此外，通過低供料溫度和烘烤期間模具溫度之間更大的差別，將對流道的長度產(chǎn)生正面影響。令人驚奇的是，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)將纖維、特別是天然纖維添加至用于本發(fā)明方法的物料中時，對于流動性能沒有負面影響，或只有很小程度的負面影響，特別是在相對短至中等長度纖維的場合更是如此。所使用纖維的平均長度在0.5和10mm之間，最長約130mm，平均直徑在1和100μm之間。所述纖維可以是分叉的或末分叉的、疏松的或仍是密實的，同時它們還可以包含木質(zhì)素并且還包含可以包含纖維微絲。短纖維的長度低于1mm，長纖維的長度大于4mm中等長度纖維的長度在1和4mm之間。因此，如果希望的話，能在模具中、并因此在所制得的每個產(chǎn)品中獲得均勻分布的纖維。
另外，本發(fā)明還涉及適用于本發(fā)明方法的裝置。
另外，本發(fā)明還涉及包含外包裝和內(nèi)包裝、具有權(quán)利要求18的特征的包裝材料。
所述的包裝材料具有如下優(yōu)點該材料被認為是所謂的單一材料的包裝材料，因此，所述的包裝材料可摻入相同的廢料流中，特別是紙、紙板和回用的料流中。對于制造者以及使用者來說，這將具有只涉及很輕微環(huán)境負擔(dān)這樣的優(yōu)點，使用者無需分離包裝材料并單獨地將它交出，無需強迫制造者回收分離的包裝部件和/或制造者不必為最終包裝材料的加工而支付一筆相當(dāng)高的開支。根據(jù)本發(fā)明制得的產(chǎn)品中的纖維將提供如下優(yōu)點具有紙狀或紙板狀外觀，因此，消費者將顯而易見地知道，該包裝能摻入至紙張廢料流中。此外，就填充模具而言，標(biāo)記如名稱和回用符號能容易、鮮明地包括在產(chǎn)品中。由于致密的皮層，因此，該包裝材料能以優(yōu)異的方式進行印刷。
根據(jù)本發(fā)明的方法、裝置和產(chǎn)品的進一步的有益實施方案列于從屬權(quán)利要求中。
此外，本發(fā)明還涉及利用本發(fā)明的方法和/或在本發(fā)明的裝置中制得的產(chǎn)品。
根據(jù)本發(fā)明制得的產(chǎn)品可以認為是紙狀產(chǎn)品。
為闡明本發(fā)明，下面將參考附圖描述舉例性的實施方案。


圖1示出了一產(chǎn)品，特別是通過注塑制得的填料塊的部分切去的透視圖；圖1a示出了根據(jù)圖1產(chǎn)品的壁的二次橫截面放大的示圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的注塑裝置的橫截面示意圖；圖2a示出了帶模腔的模具部分放大的橫截面圖；圖3示出了一產(chǎn)品，特別是通過注塑制得的內(nèi)托盤和儲物箱的橫截面圖；圖4示出了通過擠塑制得的產(chǎn)品的透視圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明擠塑裝置的橫截面示意圖。
圖1中示出的產(chǎn)品是一填料塊1，例如適用于以適當(dāng)?shù)呐浜铣潭孺i定箱子D中計算機C的外殼。計算機C和箱子D簡略地以虛線示出，并只是通過實施例而提及填料塊1由基體2和許多從基體2向下延伸的第一肋線3和第二肋線4組成。第一肋線3和第二肋線4彼此約成直角延伸。在兩個第一肋線3，兩個第二肋線4和基體2之間封閉的是一約矩形橫截面的空腔5。與相同材料的可相比的實心塊相比，以及與由紙漿或類似材料制得的、必須是基本實心結(jié)構(gòu)的可相比的塊料相比，相對于所使用的材料量，以及相對于重量而言，本發(fā)明填料塊1的所有尺寸(長L，寬B和高H)是相當(dāng)大的。
第一肋線3有第一部分6和第二部分7，第一部分6相對于第二部分7而言相對較高。同樣地，第二肋線4有第一部分8和第二部分9，第一部分8相對于第二部分而言相對較高。相對較高的部分6,8排列在一起，相對較低的部分7,9也排列在一起。因此，較低部分7,9將限定假設(shè)的底表面10。在相應(yīng)的較高部分6和8以及相應(yīng)的較低部分7和9之間基本垂直延伸的過渡部分11限定兩個假設(shè)的表面12，這兩個表面12彼此成一定的角度，并與底表面10成角度。底表面10與壁表面12限定-例如能容納計算機C-角的假設(shè)的空間。
當(dāng)將計算機C裝入箱子D中時，填料塊1將以適當(dāng)?shù)呐浜铣潭劝卜旁谟嬎銠CC和箱子的三個壁表面之間。優(yōu)選的是，在若干位置，將所述填料塊1或可相比的合適形狀的填料塊安放在箱子D和計算機C之間，結(jié)果是，防止了計算機C的移動，此外還取得了振動吸收能力，因此，避免了損壞。應(yīng)指出的是，肋線彼此之間以及與基體2之間可以不同的取向攻位置進行排列，并且可以使用更多或更少的肋線。因此，可以將基體排列在最接近待安放產(chǎn)品的一側(cè)，以致使產(chǎn)品和填料塊之間有最大的接觸表面。此外，空腔5在不同的方向開口，或者至少局部所有或某些肋線能夠只在一個方向延伸，并且，例如具有曲折的、正弦曲線的或其它彎曲的形狀。此外，可在肋線和/或基體中提供開口和凹口。這些和許多其它的改進被認為落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
根據(jù)圖1的填料塊優(yōu)選通過在模具中的注塑而制得，所述模具在下文將進一步進行描述。將從至少包含天然聚合物的糊狀物S著手對填料塊的制備進行描述。糊狀物S優(yōu)選是溶液或懸浮液，特別是淀粉或一種或多種所述天然聚合物和纖維的水懸浮液，所述纖維尤其是一年生植物的纖維和/或回用纖維，例如從紙、紙板或木材廢料得到的纖維素。正如在下文將進一步描述的那樣，也可以從相對干燥的原料，例如顆粒材料著手，并且還能使用其它組分。例如根據(jù)所希望的供料裝置，所希望的能量消耗，在模具和供料通道中的流道，原料的利用率等，可對糊狀物或者例如顆粒材料進行選擇。在本說明書中，“膠凝化”意指天然聚合物從輕度或完全松散的顆?；蚩梢韵啾鹊念w粒形式轉(zhuǎn)變成干燥或末干燥和/或發(fā)泡的粘結(jié)形式，其中存在拉伸聚合物。也就是說，發(fā)生了從固體物質(zhì)，膠體溶液或懸浮液向更均勻流體的轉(zhuǎn)變。
由于懸浮液具有良好的流動性能并且能進行簡單的泵送，因此，糊狀物在室溫和稍高的溫度為液體，所述稍高的溫度至少低于聚合物的膠凝化溫度，或至少高于使之易于加工的溫度。這將提供另外的優(yōu)點，即聚合物在例如通過擠出壓機的螺桿進行供料期間不會被破壞。此外，所述的懸浮液能以簡單的方式制得并保存。令人驚奇的是，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，流動性能不會因纖維而產(chǎn)生負面影響，特別是如果纖維的長度在0.05mm和130mm之間時，尤其是在0.5mm和20mm之間時，所述纖維不會產(chǎn)生負面影響。特別有益的是，纖維的長度在1mm和5mm之間。優(yōu)選的是，纖維的直徑在0.5μm和100μm之間，更佳在1和50μm之間。特別有益的是，纖維的直徑在10和40μm之間。作為纖維，合適的例如有木材纖維，稻麥草纖維，牧草纖維，甘蔗纖維，蘆葦纖維，竹纖維，黃麻纖維，大麻纖維，韌皮纖維，樹葉纖維，和種子纖維；另外還有其它的纖維如油菜子纖維等。這些例子不應(yīng)認為是限定性說明。另外的優(yōu)點在于淀粉是易于得到、廉價用大量存在的原料，與例如基于礦物油等的產(chǎn)品相反，淀粉連續(xù)重新補足(可回用源)的。這同樣適用于所使用的天然纖維。水在低溫時用作溶劑或懸浮劑以及液化劑的作用，在強加熱時用作發(fā)泡劑。如果希望的話，可將添加劑添加至懸浮液中，所述添加劑如乳化劑，液化劑，其它的發(fā)泡劑以及著色物質(zhì)和芳香物質(zhì)。此外，還可添加造紙工業(yè)中常規(guī)的配料，如樹脂膠，天然和化學(xué)留著劑，生物殺傷劑(霉菌和細菌抑制劑)，消泡劑，石蠟乳液等。如果需要，例如為進一步改善強度性能，或進一步改善耐水份和溫度的影響或耐撕裂性，還可添加少量的熱塑性塑料。
在另一實施方案中，原料為基本干燥的、顆粒狀的物料M，該物料將在下文進一步描述。
圖2簡略地表示了用于本發(fā)明方法的注塑裝置，以及適用于制備圖1產(chǎn)品的模具。
注塑裝置20包含糊狀物S用的供料裝置21，噴嘴22和模具23。供料裝置21包含圓柱體壁24，該圓柱體壁帶有與之適當(dāng)配合的可在其內(nèi)運動的射料桿25。在圓柱體壁24的第一端連接噴嘴22，噴嘴22的遠端，在壁24中裝有一供料開口26，用于糊狀物的供料管27連接至該開口中。糊狀物S例如是利用泵29由儲料罐28提供的。
在所示出的舉例性實施方案中，噴嘴22由圓錐形第一部分30、遠離24方向上的拔梢，以及與之連接的圓形橫截面的第二部分31組成，相對于圓柱體壁24而言，第二部分31是相當(dāng)窄的。通過熱分離連接件32，將第二部分31連接至模具23的澆口33。另外還包括有在將適量糊狀物引入模具之后關(guān)閉供料開口33的裝置(在附圖中沒有畫出。這些裝置例如可以是射料桿25的一部分，或由閥門裝置等組成。在供料裝置和模具之間的熱分離以及在其中形成的產(chǎn)品必須由這些裝置來維持。
在模具23中形成的是許多模腔34，這些模腔將在下文進一步描述，并對其中的兩個進行說明?？商峁┫嗤虿煌摹⒉煌瑪?shù)量的模腔。模腔34通過模具料道35(圖2a)連接至澆口33。在遠離入口36的位置處連接模腔34的是一個或多個與環(huán)境相通的脫氣通道37；其中相應(yīng)的模具料道35通向模腔34。這種連接優(yōu)選是暢通的，但也適合于例如通過減壓閥而被關(guān)閉。模具23沿橫切模腔的平面V可以這樣的方式進行適當(dāng)分離，即在模腔中形成的產(chǎn)品能從中容易地取出。另外，對于模腔34而言，取出或頂出裝置38可用來取凈所形成的產(chǎn)品。
沿圓柱體壁24外周設(shè)置的是用于冷卻糊狀物S的裝置39。在此冷卻應(yīng)理解為保持在低于糊狀物中天然聚合物發(fā)生膠凝化的溫度。這些冷卻裝置例如可由冷凝劑輸送管39組成。所述的冷卻裝置39’同樣地排列在噴嘴22周圍。利用包括在模具內(nèi)的加熱裝置40對模具23進行整個和/或局部加熱。熱分離連接件32給供料裝置21和模具23提供熱分離。對模具23上游的裝置的21,22部件進行冷卻將阻止供料裝置中懸浮液發(fā)生膠凝化，交聯(lián)或化學(xué)變化，這些變化特別是對懸浮液的流動性能將產(chǎn)生負面影響。
其中圖2a示出帶放大模腔部分的模具23包含不同的加熱裝置40。在所示出的舉例性實施方案中，模腔34通過許多彼此約成直角橫切的、在模具23的第一部分42中的開縫的凹口41，和可相對模具的第一部分42運動的、在第二部分44中的槽形中空43所限定。中空43的深度相對于其寬度和長度是相當(dāng)小的。當(dāng)?shù)谝徊糠?2與第二部分44合模時，模腔限定與根據(jù)圖1產(chǎn)品的形狀相應(yīng)的空間。
在凹口41之間所形成的凸起45中，包括有加熱元件46，例如電加熱元件。應(yīng)指出的是，也可對模具部分進行直接加熱。在遠離分離平面V的中空43一側(cè)，同樣地包括不加熱元件46。雖然可單獨地控制不同加熱元件的溫度，但也可以將若干個或所有加熱元件連接。此外，例如可通過電或通過蒸汽爐或燃氣爐，從一側(cè)或多側(cè)對模具進行外部加熱。通過加熱元件46和可有可無的其它裝置，能以這樣的方式使模具的溫度升高，即如果希望在的話，在使用期間，在任何時間和位置均可使模腔取得并保持所希望的高烘烤溫度。
根據(jù)圖2,2a的注塑裝置可按如下進行使用。
將模具部分42,44彼此合模，并將排料裝置38(即使有也很少)安排在最后位置，在模腔34的外面。射料桿25在遠離噴嘴22的方向上移動通過供料開口26。因此，供料開口26被弄干凈，并且供料裝置21和噴嘴22的內(nèi)部充滿了糊狀物S。以如下的方式打開冷卻裝置39,39’和加熱裝置40,46，以致使將不同部分調(diào)節(jié)至所希望的溫度，并保持之。為此，可將溫度保持恒定，或在烘烤和/或冷卻時改變溫度。使射料桿25向前移動一短距離，結(jié)果是，在高壓下，將一定量的糊狀物壓入模具，并壓入模腔34中，隨后，在合適的熱分離下關(guān)閉澆口33。在模腔34中，將糊狀物加熱至所希望的溫度，例如加熱至150至350℃，并在該溫度保持例如2分鐘的“烘烤時間”。因此，發(fā)生了(天然)聚合物的膠凝化和隨后的交聯(lián)，并結(jié)合至纖維上。此外，強加熱的水份和/或其它液體從糊狀物中蒸發(fā)出，結(jié)果形成了氣泡。在糊狀物中，所形成的氣泡部分被交聯(lián)結(jié)構(gòu)所包封。這將得到一發(fā)泡結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可通過添加另外的發(fā)泡劑而增強。為使絕大多數(shù)蒸發(fā)的水份從模具中逸出，提供了大量的排氣口。在烘烤時間之后，利用兩個或多個部件打開模具23，并從模腔34中取出產(chǎn)品，或利用項桿38將產(chǎn)品項出。
在將懸浮液加熱至膠凝化溫度之上時，至少加熱至形成氣體或發(fā)泡劑揮發(fā)的溫度之上時，懸浮液內(nèi)聚合物發(fā)生了膠凝化，此外由于水份的蒸發(fā)而形成了氣泡。對于淀粉而言，膠凝化溫度例如在54至65℃的范圍內(nèi)。在對懸浮液進一步加熱時，聚合物發(fā)生了交聯(lián)作用，沿泡孔四周和沿纖維得到了堅固、相對致密的結(jié)構(gòu)，所述泡孔是由水份和可有可無的其它發(fā)泡劑的蒸發(fā)所產(chǎn)生的，所述纖維在產(chǎn)品的壁內(nèi)延伸。
本發(fā)明的注塑產(chǎn)品具有至少基本閉孔的皮層13，和發(fā)泡芯層14；所述芯層其間包含有開孔15，并且纖維延伸通過所述的開孔，相對于所述泡孔，纖維具有相當(dāng)大的長度。在放大的圖1a中，示出了通過一肋線的橫截面。封閉的皮層13提供了良好了耐外部影響，如而濕性和而溫度影響，而芯層14尤其是提供了大的體積以及相當(dāng)小的重量，同時提供了良好的彈性。此外，皮層13具有剛性和強度增強作用。由于進行烘烤，因此，壁14’具有堅固的骨架。
由于在填充模具期間的流動特性，因此，纖維在產(chǎn)品壁相當(dāng)無序地延伸，優(yōu)選與皮層13平行取向并沿泡孔壁排列。因此，每根纖維16與一系列皮層13和/或芯層中的泡孔接觸。結(jié)果是，泡孔獲得了相當(dāng)高的彎曲強度和抗張強度。此外，在過載時，壁可能會撕破而不會直接破裂，也就是說，在過載時，產(chǎn)品的不同部分保持相互連接，結(jié)果是，不會發(fā)生碎裂。這將防止大量疏松、分離的廢料出現(xiàn)。然而，不管怎樣，該產(chǎn)品能容易地通過弄平而回收，結(jié)果是，作為廢料的該產(chǎn)品將占據(jù)相當(dāng)小的空間。
纖維16總是完全被糊狀物，或至少被物料所包圍，因此，它們不暴露在表面，但實際上部分纖維在表面上是看得見的，這將賦予該產(chǎn)品以纖維的、紙狀或紙板狀外觀。這將具有如下優(yōu)點，即使用者將很清楚，在使用之后，產(chǎn)品能摻入紙張循環(huán)流中，好象該產(chǎn)品是廢紙似的，這對于環(huán)境來說將是優(yōu)選的。如果希望，例如通過對纖維進行涂布，可增強這種作用，相反，對這種作用將有所阻礙。
皮層的尺寸是穩(wěn)定的，因此能在皮層上例如進行印刷，以及能利用模腔提供放氣縫。
只要皮層13保持封閉，那么，通過產(chǎn)品的水份吸收將大大地被阻止，或至少很大程度的降低。通過適當(dāng)?shù)倪x擇配料、在模腔中建立的溫度和壓力，能影響產(chǎn)品的性能，例如，相對于芯層14而言，皮層13變得更薄或更厚，芯層14和皮層13進行更大程度或更低程度的交聯(lián)(“做得好的”)。通過及時改變溫度和/或模具不同部分的溫度，特別是通過改變不同凸起45的溫度，能改變產(chǎn)品不同部分的性能，結(jié)果是，例如產(chǎn)品的不同部分的彈性可以不同。
與使用平板裝置的已知方法相反，當(dāng)利用注塑方法時，第一模腔是閉模的，只有當(dāng)糊狀物引入模具時才打開。因此，模腔的總體積可大于分別包含在模具第一部分42和第二部分44中獨立的模腔部分的體積。事實上，在已知的方法中，將糊狀物引入杯狀模腔中，并保持在其中直至模具關(guān)閉為止。當(dāng)關(guān)閉模具時，不能使糊狀物經(jīng)邊緣壓出，這是因為隨后糊狀物將在合模區(qū)流動，并阻止模具打開，或至少使之更難打開。因而，在已知的方法中，封閉模腔的總體積應(yīng)大大小于杯形模具的體積，在開始時模腔內(nèi)包括所有隨后將蒸發(fā)掉的水份。此外，使用平板裝置將遭受這樣的危險，即，仍位于敞模中的物料將產(chǎn)生分離，由于此，產(chǎn)品的性能將發(fā)生改變，此外，所有產(chǎn)品將不盡相同。在根據(jù)本發(fā)明的方法中，在將物料引入模具期間的壓力將阻止這種情況的發(fā)生，結(jié)果是，實現(xiàn)了物料恒定的分布，特別是纖維也實現(xiàn)了恒定的分布，或至少實現(xiàn)了所希望的分布。
圖3示出了儲物箱51中內(nèi)托盤50的橫截面，其中內(nèi)托盤50例如能容納家用器皿。內(nèi)托盤50是碟狀的，即至少絕大部分是薄壁的，并具有接收空腔53。在兩側(cè)的、位于接收空腔53上邊緣54附近的是與之整體成形且在修面52下有倒陷56的夾緊凸起55，所述修面以虛線表示，所述凸起55能壓低。內(nèi)托盤通過利用可分模芯的注塑而形成。因此，夾緊凸起55能整體地進行注塑。因此，根據(jù)本發(fā)明的方法也能用一次加工而制造不可取出的產(chǎn)品，這將使得所述的產(chǎn)品特別適用于例如包裝材料，儲存材料等，另外還可用作填充材料，例如夾心形結(jié)構(gòu)部件、外殼等。
例如，制成紙板這樣外包裝的內(nèi)托盤50和儲物箱51，可一起摻入紙張循環(huán)物流中，結(jié)果是，可將整個包裝認為是單一材料的包裝。
圖4示出了呈所謂“疏松填料”形狀的填充產(chǎn)品60，填充產(chǎn)品60在例如箱子，盒子，筐或類似包裝中，以吸振方式用作包裝材料。所以，將大量填充產(chǎn)品60松散地倒入待包裝產(chǎn)品和包裝之間的空間中，然后，關(guān)閉包裝，這樣的話即防止了所包裝的產(chǎn)品在包裝內(nèi)的活動，或至少以吸振的方式容納所包裝的產(chǎn)品。為此，疏松填料是可輕度彈性變形的。
在圖4中示出的填充產(chǎn)品60包含近似圓柱形的芯61和許多沿芯約徑向延伸的葉片62，而且葉片在芯的整個長度上延伸。相對于其高度和長度而言，葉片是相當(dāng)薄的，因此，它們將表示彎曲松馳的量度。沿葉片62頂測量的填充產(chǎn)品60的周線將對填充產(chǎn)品所占的體積起決定性作用，因此，得到了有益的體積/重量比。
根據(jù)圖4的填充產(chǎn)品以及類似的例如長度方向?qū)ΨQ的產(chǎn)品，可通過在圖5裝置上的擠塑而制成。該擠塑裝置包含供料裝置，所述供料裝置包含用來(半)連續(xù)地從儲罐將加壓的糊狀物S或顆粒狀物料M(不管它們進行某種程度的預(yù)發(fā)泡與否)供至噴嘴81的裝置80，例如采用一臺或多臺泵。在該擠塑裝置中連接噴嘴81的是擠塑模頭63，所述模頭包含一個或多個擠塑模孔64，其橫截面基本上與待得到的填充產(chǎn)品的橫截面一致，至少與之在形狀上類似。供料裝置80，特別是噴嘴81備有例如在前面所述的冷卻裝置82。擠塑模頭包含以如下方式排列的加熱裝置65，即至少在擠塑?？字?，能準(zhǔn)確控制溫度，例如控制在210至255℃。遠離供料裝置80，且在擠塑模頭63側(cè)面排列的是切刀，借助切刀，在從擠塑模孔排出時，擠出的型材能切成較短的長度。
根據(jù)圖5的裝置可按如下使用。
從供料裝置80，將一連續(xù)糊狀物流S或顆粒狀物料M(不管輕度預(yù)發(fā)泡與否)通過噴嘴81供至加熱的擠塑模頭63，并迫使其通過擠塑?？?4。糊狀物的前端部分發(fā)生膠凝化并進行交聯(lián)，借此，水份以及可有可無的輔加發(fā)泡劑和其它添加劑從糊狀物中蒸發(fā)出，用于產(chǎn)品的發(fā)泡，而纖維將在葉片和芯中延伸，主要是在芯的長度方向延伸以及在葉片徑向和長度方向延伸。因此，還是在撕破的情況下，葉片不會從芯上散落。特別是由于纖維，因此，該填充產(chǎn)品是相當(dāng)強韌和富有彈性的。優(yōu)選的是，擠塑?？?4的橫截面在擠塑方向上以這樣的方式稍稍寬出，即在產(chǎn)品發(fā)泡期間，當(dāng)烘烤的糊狀物S通過擠塑模孔時，施于填充產(chǎn)品60上的壓力足以得到所希望的皮-芯性能，而其交聯(lián)結(jié)構(gòu)不會被擠塑模頭破壞或另外的損壞。
由于連續(xù)的提供糊狀物，因此，擠出型的“烘烤”部分以這樣的方式向前推進，即該部分離開相應(yīng)的擠塑模孔64。在前側(cè)，每當(dāng)型材部分被切下時，將封閉切割表面。用這種方式，可由液體糊狀物或大長度的型材，以相當(dāng)高的速率和相當(dāng)?shù)偷某杀?，制得大量疏松填料，而且填料還可以是片狀的。所述的這些填充產(chǎn)品對環(huán)境是友好的。
當(dāng)糊狀物為液體，優(yōu)選呈溶液或懸浮液形式時，其制備、儲存、運輸以及計量將是特別簡單的，并且在根據(jù)本發(fā)明的方法中，能使用簡單的裝置，這使得這些方法變得相當(dāng)廉價。此外，在絕大多數(shù)實施方案中，在天然聚合物使用之前，無需對它們進行昂貴的預(yù)處理。只需將它們加入糊狀物中就行。
前面，為了使用注塑工藝和擠塑工藝而制備帶有發(fā)泡結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，已對方法和裝置進行了描述，其中原料為液體糊狀物，特別是溶液或懸浮液。然而，正如所述的，也能從基本干燥的物料著手，所述物料由顆粒材料組成或至少包含例如顆粒材料。所述顆粒材料例如可包含或多或少的、相對于模具和供料裝置中的模孔尺寸是較小的圓球形顆粒。與液體相同，這些顆粒能顯示出一定的流動性能，由于這樣的結(jié)果，在供料裝置的壓力下，它們能填滿模具，或輸送通過模具。所使用顆粒以及其它配料的尺寸和形狀是這樣的，即它們能形成顆粒的聚集體。
由于發(fā)泡劑的存在將對顆粒充分，這正如包括在溶液或懸浮液中的顆粒的情況一樣，因此，在引入模具之后，對包含例如相對少量水或不同發(fā)泡劑的顆粒進行加熱時，將產(chǎn)生溶脹。同樣也利用所述的原料，聚合物將提供高度交聯(lián)，并因此提供一堅固泡孔壁的吹脹泡孔。纖維將一一連接，并糊狀物連接，以形成一個或多個網(wǎng)絡(luò)。另外，所述方法還能實現(xiàn)的是，作為加熱部件的模具以及壓力和發(fā)泡劑將使得產(chǎn)品壁的外表部分變得高度致密化，即所謂的皮層，而芯層將包含更大的泡孔。
由于在本發(fā)明方法中將更少的水份包括入原料中，因此只需要相對更少的能量，其中需要更少的熱量用來進行蒸發(fā)。更準(zhǔn)確地說，考慮到利用所述產(chǎn)品能取得環(huán)境益處，對于制備本發(fā)明的產(chǎn)品，將是特別重要的是形成發(fā)泡紙。部分是由于能取得相對廉價的原材料和高生產(chǎn)速率，因此，對于較少存在環(huán)境問題(即使有也很少)的產(chǎn)品，以及還有在下游段即作為廢料，得到了低能量、對環(huán)境友好且在經(jīng)濟上有利的生產(chǎn)方法。
同樣由于這個原因，本發(fā)明的產(chǎn)品在實際中可用作包裝材料或結(jié)構(gòu)材料，同時它們不存在有關(guān)靜電荷的任何問題。
根據(jù)本發(fā)明制得的紙狀產(chǎn)品，其密度例如低于1000g/l，特別是在100和800g/l之間。然而其它密度也是可能的。
當(dāng)使用顆粒狀物料M時，當(dāng)然將產(chǎn)生與如果使用糊狀物S不同的流動性能。此外，并不是每一種原料均適用作顆粒或顆粒狀，至少并不都是有利的。此外，當(dāng)將顆粒與填料，或顆粒材料的混合物一起使用時，有時不太容易防止分離，或得到和/或保持良好且恒定的混合。
為改善產(chǎn)品的外觀，可將著色劑添加至糊狀物中。為此，例如可對纖維進行完全或部分涂布，另外，還可通過構(gòu)造的不同，或通過在表面的不同位置上改變模具的溫度，而形成表面層，結(jié)果是，由于不同的烘烤條件而在皮層中發(fā)生了局部的變化。當(dāng)然，在制備之后也能對產(chǎn)品部分提供涂層，著色或印刷。此外，還能模塑成例如產(chǎn)品的嵌件。
通過說明，將給出本發(fā)明方法的實施例，無論如何不能將它們認為是限定性的。實施例1由644克自來水、6克甲基氫硅氧烷和50.5克回用纖維素制備一溶液。所述回用的纖維素由平均75％的短纖維素纖維和平均20％的纖維粘結(jié)劑組成。其它部分是各種惰性填料。將該原料加入篩選過的廢紙(新聞紙)中。在連續(xù)攪拌下，向該溶液中添加251克土豆淀粉(FoodGrade PotatoStarch,80％干物質(zhì)(80％支鏈淀粉，20％直鏈淀粉)和20％水)，然后添加0.8克黃原膠(Keltrol F),0.9克正磷酸氫鈣，17克高嶺土(China Clay Spes),20克碳酸鈣，和0.5克酸性調(diào)節(jié)劑(磷酸二氫鈉)。在添加完所有組分之后，繼續(xù)攪拌約10分鐘。通過如此得到的懸浮液，混合8.5克大麻纖維(2-5mm)和0.8克發(fā)泡劑(碳酸氫鈉)。
在由此對液體糊狀物攪拌之后，將其加入注塑機的供料裝置中。所使用的注塑機是得自firm Thermoware(Barneveld)的EPS-10型注塑機。該裝置包含一帶有十個用于形成產(chǎn)品的模腔的模具，每個產(chǎn)品的尺寸為210×65×45mm(L×W×H)，并且壁厚為3.0mm。該注塑機包含電加熱元件和帶有與模具熱分離的合模沿口的頂桿注射裝置。在0.5巴和20℃下，向每個模腔注入約70cc糊狀物。將模具加熱至300℃，溫度的允許偏差在297和303℃之間，利用每個模腔35KN的力關(guān)閉模具。關(guān)閉模具90秒鐘，并維持在所需的溫度，同時每個模腔均填滿了發(fā)泡產(chǎn)品。在加熱期間，通過模具的排氣孔，基本上以水蒸汽的形式，逸出了98％的水份；這些水份起發(fā)泡劑的作用。90秒鐘之后，打開模具，并且借助頂料桿從模腔中頂出注塑產(chǎn)品。
如此制得的產(chǎn)品直接備用。每個產(chǎn)品的芯層厚度約2.5mm，復(fù)蓋在其兩側(cè)的皮層厚度約0.2mm。每個產(chǎn)品的水含量約2％，重量為31克。所得到的產(chǎn)品為堅固、能保持形狀的，且具有光滑的表面。在使用之后，該材料能在紙張循環(huán)物流中進行處理，并且通過混合也是可生物降解的。實施例2在本例中，514克自來水和20克聚甲基氫硅氧烷組成了糊狀物的主要成份。在連續(xù)攪拌下向其中添加219克土豆淀粉(FoodGradePotatoStarch,80％干物質(zhì)(80％支鏈淀粉，20％直鏈淀粉)和20％水)，100克乙酰化的土豆淀粉(完全戊?；?perfectamyl AC)),0.7克黃原膠(Keltrol F),0.8克正磷酸氫鈣，20克高嶺土(China Clay Spes),24克碳酸鈣，和0.5克磷酸二氫鈉。繼續(xù)對該混合物攪拌10分鐘。向得到的懸浮液中，順序混入1.7克留著劑Amylofax和96克涂布的纖維素纖維(涂層包含有結(jié)晶石蠟)。涂布纖維(約1.5mm)為高度排水，和最少吸水的。此外，涂層提供纖維之間的粘結(jié)以及纖維與其它配料之間的粘結(jié)，這增加了產(chǎn)品的堅固性和強度；甚至在潮濕條件下，就尺寸和形狀而言，產(chǎn)品的改變是最小的。最后，將1.9克絮凝劑(氯化鋁AlCl3)和1.4克發(fā)泡劑(碳酸氫鈉)攪拌通過該混合物，從而得到均勻、純凈的原料。按照實施例1對該原料進行加工，所不同的是，在1巴壓力下，每個模腔的注塑體積為50cc。將模具設(shè)定在275℃，合模時間為110秒。
最終的產(chǎn)品可與實施例1的產(chǎn)品相比，其中，耐水性和耐濕性更得更佳產(chǎn)品的耐水時間要長得多，即，堅固性和成形穩(wěn)定性將保持很長時間。另外仍能保持在紙張中的回用性，以及可生物降解性。實施例3制備698克自來水、5克乙二醇和20克纖維素纖維(約2.5mm)的溶液。在連續(xù)攪拌期間，順序添加65克土豆淀粉(FoodGradePotatoStarch,80％干物質(zhì)(80％支鏈淀粉，20％直鏈淀粉)和20％水)，60克木薯淀粉(FoodGrade TpiocaStarch),30克卵磷脂，18克60目的木粉，0.4克黃原膠(Kelteol F)和0.5克酸性調(diào)節(jié)劑(磷酸二氫鈉)。在攪拌10分鐘之后。添加1.7克作為留著劑的amylofax,80克大麻纖維(2-3mm),20克涂布纖維(彈性的，約3mm)(涂層聚乙烯，彈性體)，以及最后1.4克碳酸氫鈉。再進行10分鐘的攪拌，直至得到合適的分布為止。
按照實施例1對該混合物進行加工，在2.5巴注塑壓力下，注塑體積為85cc。在180秒的循環(huán)周期內(nèi)，將模具溫度保持在240℃。得到了高強度的產(chǎn)品只有在重負載在情況下，產(chǎn)品最終才被撕破，但不會破碎成松散的部分。對于具體應(yīng)用來說，只撕破而不破碎，這將是一個十分重量的條件。實施例4制備722克自來水、10克蜜胺、14.5克樹脂膠(脲甲醛樹脂)和80克纖維素纖維(約1.5mm)的溶液。然后，在攪拌期間，添加112克土豆淀粉(FoodGrade PotatoStarch,80％干物質(zhì)(80％支鏈淀粉，20％直鏈淀粉)和20％水)，0.3克黃原膠(Kelteol F),0.9克正磷酸氫鈣，5.5克高嶺土(China Clay Spec),6.5克碳酸鈣，和0.5克磷酸二氫鈉。在混合約15分鐘之后，形成了一純凈的懸浮液，向其中混入2.5克AKD(烷基烯酮二聚體)，42克在實施例2中使用的涂布纖維(涂層聚乙烯彈性體)，1.7克絮凝劑(氯化鋁)和1.4克碳酸氫鈉。
按照實施例1對該懸浮液進行加工，在2巴注塑壓力下，注塑體積為90cc。將模具溫度保持在240℃。在對成品進行注塑之前的循環(huán)周期為150秒。就產(chǎn)品的功能性而言，該產(chǎn)品可與實施例2的結(jié)果相比。生物降解的速率和程度較低。保證能在紙張循環(huán)料流中加工處理。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，其主要優(yōu)點在于在所使用原料可接受的價格下，該產(chǎn)品實際的耐久性。實施例5用與實施例1相同的方式制備糊狀物。在5.5巴的壓力下，將該糊狀物連續(xù)加入帶有250mm2橫截面積，長度為50mm的星形開口的擠塑模頭中，在下游方向該開口的長度為150mm。將模頭加熱至255℃，結(jié)果使約95％的水份從糊狀物中蒸發(fā)出，從而形成泡孔，同時在泡孔周圍糊狀物發(fā)生了膠凝化，而淀粉聚合物發(fā)生了交聯(lián)作用。在離開模頭時，所形成的型材還有一發(fā)泡芯，它被厚度約0.1mm的皮層所覆蓋，通過引入糊狀物，所形成的產(chǎn)品被推出模頭。如此形成的型材，其比重約為150克/分米3，并且能簡單地切短，用于形成疏松的填料。實施例6將64克黃麻纖維(約1mm)與18克棉線(3mm)進行干混。在連續(xù)攪拌下，添加811克天然淀粉(FoodGrade PotatoStarch,80％干物質(zhì)(80％支鏈淀粉，20％直鏈淀粉)和20％水)。接著，添加107克水，其中溶解有2克發(fā)泡劑(碳酸氫鈉)和5克聚甲基氫硅氧烷。由于很少的水含量，因此得到一干燥的、均勻的顆粒材料，其中濕潤的淀粉顆粒(平均直徑為50微米)粘結(jié)至濕潤的纖維上將這些混合組分的聚集體進一步加工成顆粒材料。
將顆粒材料引入密閉的預(yù)處理裝置中，然后稍稍地將溫度升高至約50℃，并保持在5巴的壓力下。通過突然減壓，在該場合，通過將壓力降從5巴迅速降至1巴，淀粉顆粒將溶脹至約100微米的直徑，而不會有明顯的膠凝化。由于該預(yù)發(fā)泡，水含量將降至約10％。借助氣壓頂料桿系統(tǒng)，將85cc密度約100-180g/l的預(yù)發(fā)泡顆粒材料壓入注塑模具中。該注塑模具具有箱形模腔，后者的尺寸為190×125×18mm，壁厚為3mm。利用每個模腔約15KN/的力使模具保持閉合，然后經(jīng)約55秒的加熱使溫度升至約270℃，借此，使天然聚合物發(fā)生膠凝化和交聯(lián)，同時隨著進一步的形成泡沫，水份基本上從顆粒中蒸發(fā)掉。如此得到的盤從模具中鄰接地取出。
盤的尺寸是穩(wěn)定的且具有約1％的水含量。如此烘烤的產(chǎn)品的壁具有開孔、吹脹且相對大泡孔的芯，而該壁的外側(cè)具有壓實、相對小且基本閉合的泡孔。
不管怎樣，本發(fā)明并不局限于所示出或所描述的實施方案。還可能有許多變更。利用本發(fā)明方法取得的設(shè)計自由度實際上是無限的。因此，利用本發(fā)明的方法，能制得各種各樣的產(chǎn)品，例如用于薄片或點心的托盤，食物容器如冰淇淋杯，用于各種用途的片材，棒材和異型材料，平板形或預(yù)成型的結(jié)構(gòu)材料，特別是在進一步保存之后，用于冷、熱飲料的杯子，用于冰箱和在飛機上用餐的包裝，贈與材料等，以及其它許多相似的產(chǎn)品。應(yīng)理解的是這些以及類似的變化均落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1．一種帶有吹脹發(fā)泡結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品的制備方法，所述方法從一物料著手，所述物料至少包含天然聚合物如淀粉和纖維，特別是天然纖維，其特征在于，在壓力下使該物料(M,S)通入或通過一模具(23,63)，并在模具(23,63)中對物料(M,S)進行加熱，以使天然聚合物發(fā)生膠凝化和交聯(lián)，纖維延伸通過該產(chǎn)品，而在物料被引入模具之前其溫度低于膠凝化溫度，并且在模具中將其至少升至烘烤溫度。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中泡孔(15)具有在加熱期間交聯(lián)的天然聚合物的壁，同時在每個產(chǎn)品的壁厚方向上泡孔尺寸是以這樣的方式變化的，結(jié)果是在朝外的方向上泡孔尺寸逐漸減小(圖1a)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，至少部件添加的纖維是回用纖維，特別是如纖維素纖維的紙。
4．根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，至少部件纖維源自于一年生植物，其中優(yōu)選的是，纖維都源自一年生植物和/或回用纖維。
5．根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，至少對部件纖維進行涂布。
6．根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，添加至少0.5％的纖維，優(yōu)選添加2％至25％的纖維，特別是添加4％至15％的纖維。
7．根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述物料包含15％至75％，優(yōu)選20％至60％，特別是30％至50％的干物質(zhì)。
8．根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項的方法，其中，每個產(chǎn)品均由許多片狀、棒狀或碟形部件(2,3,4；50；61,62)組成，其中各個部件至少在一個方向上，相對于產(chǎn)品(1；50；60)的總尺寸具有一相當(dāng)小的尺寸。
9．根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中物料由液體糊狀物形成，所述液體糊狀物包括至少天然聚合物如淀粉和纖維在液體中的懸浮液或溶液(S)。
10．根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中所使用的糊狀物(S)全部由生物相容的組分組成。
11．根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，使用至少含有水、纖維和淀粉的糊狀物，并將模具的溫度加熱至大于130℃，優(yōu)選加熱至150℃和350℃之間，特別是加熱至200℃和300℃之間。
12．根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項的方法，其中，在相對干燥的條件下，優(yōu)選以顆粒形式，將物料引入模具中。
13．根據(jù)權(quán)利要求12和方法，其特征在于，在將物料加入模具之前，使其稍稍地預(yù)發(fā)泡，而沒有發(fā)生膠凝化，至少沒有完全膠凝化。
14．根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中將發(fā)泡劑，優(yōu)選至少是水引入到物料(M,S)中。
15．根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中作為模具，使用注塑模具(23)。
16．根據(jù)權(quán)利要求1-14任一項的方法，其特征在于，作為模具，使用擠塑模頭(63)。
17．根據(jù)前述任一項權(quán)利要求所述的方法，其中，在模具中對產(chǎn)品進行烘烤。
18．一種具有外包裝和內(nèi)包裝的包裝材料，其中至少內(nèi)包裝可通過前述任一項權(quán)利要求所述的方法制備，其中外包裝優(yōu)選由與內(nèi)包裝相同的材料制成，可由紙或紙板制成，并且可在相同的廢料流中與內(nèi)包裝一起進行加工處理。
19．根據(jù)權(quán)利要求18的包裝材料，其特征在于，外包裝和內(nèi)包裝是整體設(shè)計的。
全文摘要
一種帶有吹脹發(fā)泡結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品的制備方法,所述方法從一物料著手,所述物料至少包含天然聚合物如淀粉和纖維,特別是天然纖維,其中,在壓力下使該物料(M,S)通入或通過一模具(23,63),并在模具(23,63)中對物料(M,S)進行加熱,以使天然聚合物發(fā)生膠凝化和交聯(lián),纖維延伸通過該產(chǎn)品,而在物料被引入模具之前其溫度低于膠凝化溫度,并且在模具中將其至少升至烘烤溫度。
文檔編號C08L3/00GK1234762SQ96180482
公開日1999年11月10日 申請日期1996年9月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月27日
發(fā)明者揚·亨德里克·阿道夫·阿倫特森, 揚·維茨·于斯曼 申請人:韋爾蒂斯股份有限公司