專利名稱：由含天然聚合物和水的基料生產(chǎn)發(fā)泡模壓體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由至少含天然聚合物，特別是淀粉，和水的基料生產(chǎn)模壓體的領(lǐng)域。
所述模壓體具有吹制泡沫結(jié)構(gòu)。更特別地，該泡沫物料總是含至少三部分實(shí)際上形成表皮的兩個(gè)相對(duì)稠密的外層，在它們之間一作為核心層的泡沫結(jié)構(gòu)。所述稠密層硬且挺，并由大致封閉的小細(xì)胞組成。所述核心的所述泡沫結(jié)構(gòu)通常是開放的；在加工過程中所述細(xì)胞破裂使氣體擴(kuò)散，例如使水蒸汽或二氧化碳溢出。一般來說，由于在加工過程中在鑄?；驔_模中相對(duì)高的壓力和溫度，這些細(xì)胞具有堅(jiān)硬且為固態(tài)的細(xì)胞壁。
這些產(chǎn)品可以用許多方式生產(chǎn)，例如根據(jù)WO-A-95/20628、NL-A-1004138和WO-A-96/30186中所述的方法。
這些已知方法是從大致由改性或未經(jīng)改性的生物聚合物，特別是淀粉，和水組成的基料或糊狀物開始的，將影響最終產(chǎn)品性能的加工助劑和添加劑添加至其中。特別是如果將纖維材料添加其中以增加其尺寸穩(wěn)定性和加固最終產(chǎn)品時(shí)，這是有好處的。
通常，這些糊狀物包括，例如，于水中的500-1500重量份的淀粉或淀粉衍生物、0.5-50重量份黃原膠、5-250重量份反應(yīng)性硅氧烷和0-300重量份的惰性填料。此外，優(yōu)選還包括0.5-50重量份的鹽，并且以最終糊狀物基料重量計(jì)算0-25重量％的纖維。可將上面的實(shí)施方式用于本發(fā)明，但是不應(yīng)將其認(rèn)為是對(duì)本文的限制。同樣可以使用以水和天然聚合物，特別是淀粉或淀粉衍生物為基礎(chǔ)的其它糊狀物組合物。在這方面，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)所用糊狀物和模壓設(shè)備在本發(fā)明范圍內(nèi)設(shè)定最佳加工條件，例如壓力、溫度和停留時(shí)間。
在形成與本發(fā)明有關(guān)的發(fā)泡模壓體所用的已知方法中，在實(shí)踐中在每種情況下都使用淀粉或淀粉衍生物。
淀粉通常是從淀粉含量高的農(nóng)作物，特別是從包括大米和玉米的谷物以及從馬鈴薯中獲得的。淀粉含量高的這些植物源部分經(jīng)沖洗，接下來經(jīng)粉碎。當(dāng)需要的時(shí)候，然后可以從所粉碎的植物部分中分離出蛋白質(zhì)部分。之后，借助例如篩和/或旋液分離器將淀粉粒與纖維物料和其它雜質(zhì)分開。這種所謂的淀粉精制需要大量水。所得和經(jīng)過沖洗的淀粉粒接著用真空濾器脫水并用例如約120℃的熱空氣干燥。
當(dāng)這些模壓體不打算用于消費(fèi)時(shí)，相對(duì)粗的淀粉通常就夠了。
EP0474095提出了一種將含淀粉的天然產(chǎn)品用作模壓體的原料的方法。就含淀粉的水果和馬鈴薯而言，優(yōu)選使用預(yù)干燥步驟。接下來，進(jìn)行預(yù)加熱步驟，這取決于水分含量，在低于玻璃化溫度的溫度下或在80-90℃以上的溫度下進(jìn)行。這使得形成接下來可以成型的塑性或凝膠化產(chǎn)品。
而在本發(fā)明中，將更快和更均勻的凝膠化和未經(jīng)干燥的粗植物物料的使用相結(jié)合。而且，不用除去含蛋白質(zhì)的物料和/或鹽，從而減少其在鑄膜中在焙烤過程中的不利影響。
DE-OS-4211888描述了由成套設(shè)備制備的面團(tuán)或糊狀物生產(chǎn)的模壓體。既沒有描述也沒有建議僅使用以干物質(zhì)計(jì)淀粉含量至少為50重量％的植物部分的應(yīng)用，也沒有介紹其好處，并且沒有分離出蛋白質(zhì)和鹽。
本發(fā)明的目的是進(jìn)一步優(yōu)化以天然聚合物，特別是淀粉和/或淀粉衍生物為基礎(chǔ)加工模壓體的方法。特別地，需要一種可以更快并且優(yōu)選更均勻地進(jìn)行所需凝膠化的方法。而且，如果使用添加劑，例如交聯(lián)劑，改善最終產(chǎn)品的性能時(shí)，需要一方法將這些添加劑更適當(dāng)?shù)?，特別是更均勻地分布在不同淀粉鏈之間。另一目的是使焙烤過程以更好控制的方式進(jìn)行。
令人驚奇的是，這些目的可以使用未經(jīng)過干燥步驟的糊狀物淀粉來實(shí)現(xiàn)。
更具體地說，本發(fā)明涉及一種生產(chǎn)具有吹制泡沫結(jié)構(gòu)的模壓體的方法，其中將含至少淀粉、淀粉衍生物或其混合物的水懸浮液的基料壓入或通過一模子，在該模子中加熱該基料，以使淀粉、淀粉衍生物或其混合物至少產(chǎn)生交聯(lián)，其中至少使模子中的基料達(dá)到焙烤溫度，特征在于該懸浮液是由未經(jīng)受人工干燥步驟且以干物質(zhì)計(jì)含有至少50重量％淀粉的植物物料制成的，該植物物料被粉碎成可懸浮大小的顆粒。
此外，本發(fā)明涉及被粉碎的植物物料的用途，該植物物料未經(jīng)受人工干燥步驟且以干物質(zhì)計(jì)含有至少50重量％的淀粉，該植物物料被粉碎成可懸浮大小的顆粒，基料在壓力下經(jīng)受熱模壓步驟，從而引起更快且更均勻的凝膠化。
而且，本發(fā)明涉及將至少一種用于改善待形成的產(chǎn)品的性能的添加劑添加到基料中以獲得該添加劑在未經(jīng)受過人工干燥步驟的植物物料的淀粉鏈中或之間均勻分布的應(yīng)用。特別地，通過該應(yīng)用，為這些添加劑創(chuàng)造更好的反應(yīng)可能性。
在本說明書中，“凝膠化”應(yīng)理解為意思是淀粉和/或淀粉衍生物從稍微或完全松散顆?；蚩杀容^的顆粒形式變成呈現(xiàn)出經(jīng)過拉伸的淀粉和/或淀粉衍生物鏈的形式，如果有的話，這些鏈互相僅僅輕輕連接。換句話說，發(fā)生了淀粉或淀粉衍生物從固體形式、膠體溶液或懸浮液轉(zhuǎn)變成更均勻的流體基料。在本說明書中，術(shù)語“凝膠化”與如“膠凝化”、“膠化”等的術(shù)語詞義相同。
在本說明書中，“焙烤”應(yīng)理解成意思是一種在相對(duì)高的溫度和/或壓力下凝膠化和交聯(lián)都發(fā)生的方法。結(jié)果，較快就有氣體形成，這樣在凝膠化之前或期間氣泡就已形成。由于其中高壓毗鄰強(qiáng)受熱的部分，當(dāng)使用一模子時(shí)這些聚合物很快交聯(lián)或類似具有在焙烤溫度或之上溫度的焙烤形式。
這些焙烤過的產(chǎn)品具有相對(duì)大的細(xì)胞形成的核心，被包圍在表皮部分和相對(duì)小的細(xì)胞之間。這些細(xì)胞壁的密度相對(duì)較高。這些經(jīng)過焙烤的產(chǎn)品因此具有三明治樣的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)其它已知方法可以在所述糊狀物中形成發(fā)泡終產(chǎn)品，將粉碎植物產(chǎn)品用作至少部分所需淀粉源。待粉碎的這些植物產(chǎn)品是直接從大自然獲得的產(chǎn)品并具有相對(duì)高的淀粉含量。更具體地說，以干物質(zhì)計(jì)，這些產(chǎn)品應(yīng)具有至少50重量％，優(yōu)選至少60重量％，更優(yōu)選至少70重量％的淀粉含量。
這些植物產(chǎn)品的例子為含淀粉的塊莖和根、籽、果和草。更具體地說，是馬鈴薯、木薯、甘薯、竹芋、高粱、含蠟高粱、谷類、大米、玉米、西米、美人蕉、如豌豆、黃豆和兵豆的豆類、未熟果實(shí)如蘋果和綠西紅柿、以及香蕉。
在以下圖表中，給出了許多關(guān)于大量非常優(yōu)選的淀粉源的補(bǔ)充數(shù)據(jù)(以％計(jì))
上述植物產(chǎn)品僅僅經(jīng)受非常有限程度的人工干燥步驟(如果有的話)是很重要的，這意味著這些植物產(chǎn)品基本上在從大自然中獲得它們的條件下，或選擇性地，在空氣中經(jīng)過干燥的條件下，可以呈粗片狀未經(jīng)粉碎的形式而被粉碎。
不希望受任意特定理論解釋的約束，假定使用可懸浮地粉碎的植物產(chǎn)品作為淀粉源導(dǎo)致本發(fā)明的好處，因?yàn)樵谶@種形式下，淀粉粒實(shí)際上沒有被破壞，并且分開的淀粉鏈與水處于未被擾亂的平衡。更詳細(xì)地說，假定當(dāng)?shù)矸凼菑乃鲋参镌匆愿菩问将@得時(shí)，在所需干燥步驟中淀粉粒收縮并且粒中孔體積降低。特別地，在干淀粉粒的外表形成一干燥表皮。這涉及到水分子和淀粉鏈之間的氫橋，在天然細(xì)胞環(huán)境中已發(fā)現(xiàn)它們至少部分?jǐn)嗔巡⑥D(zhuǎn)變成淀粉-淀粉相互作用。
當(dāng)干燥粗淀粉暴露于大氣中時(shí)，通常仍然含有15-25重量％的水分，當(dāng)將它們引入含水介質(zhì)中時(shí)，水分子可以慢慢滲入這些粒子中并達(dá)到有限程度，這主要因?yàn)楦稍锪Ｗ又械目椎捏w積相對(duì)較小，而且在約55℃的凝膠化溫度下，通過干燥形成的淀粉-淀粉相互作用基本上沒有斷裂。
在收獲之后，當(dāng)?shù)矸鄣谝淮谓?jīng)過精制時(shí)，其吸水能力甚至進(jìn)一步受到限制。的確，該精制涉及天然存在的一價(jià)鈉和鉀離子與硬水中存在的二價(jià)離子特別是鈣和鎂離子之間的交換。該交換，實(shí)際上是一種替換，使得分離的淀粉粒子間物理地交聯(lián)，這種交聯(lián)使得粒子膨脹。
上述兩種交聯(lián)的影響，即粒子中淀粉-淀粉相互作用和由于二價(jià)粒子的存在單個(gè)粒子之間彼此的交聯(lián)，使得淀粉粒子具有難膨脹的構(gòu)型或結(jié)構(gòu)，同時(shí)粒子的凝膠化也慢下來。但是，在本發(fā)明的方法中僅僅在模子中，特別是在工業(yè)規(guī)模加工中獲得短的(反應(yīng))時(shí)間，因此盡可能地限制這些物理交聯(lián)影響是非常重要的。
在本發(fā)明的方法中，上述的物理交聯(lián)影響基本上不會(huì)發(fā)生，這是因?yàn)榈矸哿Ｗ游挥谧罴押橘|(zhì)，即天然水環(huán)境中。
該水環(huán)境能夠快速凝膠化。凝膠化之后，單個(gè)淀粉鏈可適當(dāng)進(jìn)入，這使得在淀粉鏈上的衍生反應(yīng)能夠在模子中非常均勻地進(jìn)行。以這種方式，可以獲得非常均勻的衍生產(chǎn)品，使用經(jīng)受干燥步驟的淀粉和/或精制淀粉是不可能獲得的，因?yàn)闉榱双@得淀粉，在干燥步驟中孔體積的降低和干燥表皮的形成是不可避免的。那樣，試劑基本上僅與粒子外表接觸。
更具體地說，經(jīng)受干燥步驟的淀粉和/或精制淀粉在模子中衍生的過程中，具有大量物理交聯(lián)，凝膠化可能發(fā)生太慢，結(jié)果衍生反應(yīng)可能在凝膠化結(jié)束之前已發(fā)生。因此，試劑基本上僅接觸經(jīng)部分凝膠的粒子的外表。而且，一直在進(jìn)行中的該衍生反應(yīng)可能防礙進(jìn)一步的凝膠化。
同樣當(dāng)將前面制得的衍生物添加到糊狀物懸浮液中時(shí)，獲得不均勻的產(chǎn)品。在這種情況下，衍生期間的反應(yīng)在用于基料中之前特別在淀粉粒子的外表皮發(fā)生。因此，例如就形成交聯(lián)的特定衍生而言，優(yōu)先制得的交聯(lián)衍生物僅在粒子水平的淀粉鏈之間具有約束力，而且特定基團(tuán)也僅偶合到其外表。在這些衍生物在模子中最終凝膠化之后，獲得不均勻交聯(lián)和/或衍生的產(chǎn)品。
如上所述，在本發(fā)明的方法中，可以使衍生反應(yīng)在模子中均勻發(fā)生。
可以適宜在本發(fā)明的方法中進(jìn)行的衍生反應(yīng)是，例如，提供反應(yīng)性可交聯(lián)基團(tuán)的、酯化反應(yīng)，例如利用乙酸酐和脂肪酸的乙酰化反應(yīng)，和醚化反應(yīng)，例如利用C6H5CH2Cl的芐基化反應(yīng)，該反應(yīng)產(chǎn)生更疏水產(chǎn)物。所需量取決于待衍生的淀粉類型、衍生物類型、想要的物體和加工本發(fā)明模壓體的設(shè)備。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以簡(jiǎn)單方式通過試驗(yàn)決定這一點(diǎn)。
本發(fā)明方法中的必要步驟是磨碎含淀粉的植物原料?？梢栽谟糜谶@類原料的任意工業(yè)上使用的磨碎機(jī)中進(jìn)行這些磨碎，磨碎至產(chǎn)生基本上可以被懸浮的產(chǎn)品的磨碎程度。這可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員以簡(jiǎn)單的方式通過試驗(yàn)來確定。
典型地，磨碎涉及形成一懸浮液，當(dāng)將其靜置一會(huì)如1小時(shí)時(shí)，該懸浮液下沉。上層清液主要由含大量水溶性化合物，特別是水溶性蛋白質(zhì)和鹽的水組成。利用已知技術(shù)如傾析、離心和過濾有助于基本上移去該水和溶于其中的化合物。因此，特別是可能經(jīng)常在模子中對(duì)烤焙過程具有副作用的蛋白質(zhì)和鹽，可以被除去。
因此，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式或本發(fā)明的用途的特征在于在磨碎之后，使所形成的懸浮液下沉，之后將由此形成的上層清液至少部分地除去，例如大于50％(體積)，優(yōu)選大于80％(體積)，并且有可能完全地除去。
通常和有益地，使一定量的纖維物料存在于該粉碎物料碎片中。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種生產(chǎn)發(fā)泡制品的設(shè)備，其中原料的供應(yīng)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)的制品簡(jiǎn)單地從模子中移出，這使得設(shè)計(jì)具有相當(dāng)大的自由度，并且其中加工的制品具有良好的尺寸穩(wěn)定性并具有相當(dāng)好的對(duì)不同條件的耐受性，包括潮濕環(huán)境和溫度波動(dòng)，這些制品而且可以被整合到一(紙)再使用流水線((紙)再循環(huán))中。為了那個(gè)目的，本發(fā)明的設(shè)備通過以下表征存在至少一個(gè)成型模和至少一個(gè)用于切碎和/或磨碎植物原料的裝置，提供用以由至少該切碎或磨碎的天然植物制成基料并將該基料送入或通過至少一個(gè)模子的裝置；或者存在至少一個(gè)具有至少一個(gè)模穴的模子和供應(yīng)生物聚合物特別是含淀粉的基料進(jìn)入該或每一模穴的供應(yīng)裝置，同時(shí)與供應(yīng)裝置相鄰，提供加料裝置以在該基料供應(yīng)到該至少一個(gè)模子之前或期間直接將添加劑引入該基料中，所述添加劑特別是那些在模子中適宜進(jìn)入與基料中組分發(fā)生的化學(xué)和/或物理反應(yīng)中的試劑；或存在至少一個(gè)具有至少一個(gè)擠出口的模子和將生物聚合物特別是含淀粉的基料供應(yīng)到至少一個(gè)擠出口中的供應(yīng)裝置，同時(shí)與供應(yīng)裝置相鄰，提供加料裝置以在基料供應(yīng)到至少一個(gè)擠出口之前和期間將添加劑直接引入基料中，所述添加劑特別是那些在模子中適宜進(jìn)入與基料中組分發(fā)生的化學(xué)和/或物理反應(yīng)中的試劑。
在本申請(qǐng)中，“模子”應(yīng)至少理解成包括平板裝置、烘焙模具、注塑模具、擠出模具和壓模。
由于優(yōu)選以凝膠化溫度以下的溫度供應(yīng)待形成該或每一產(chǎn)品的基料，因此基料的供應(yīng)可以一簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)，例如通過泵和管。而且，可以提前制備該基料原料并將其直接從儲(chǔ)槽給料到加工裝置。接著在壓力下將該基料通入或經(jīng)過模子并且僅在該模子中加熱，保證總是將該模子充分填滿?？紤]到通道橫截面，流路，即基料穿過并進(jìn)入模子的該或每一路徑可以長(zhǎng)以致很長(zhǎng)。僅在模子中發(fā)生天然聚合物的最后凝膠化和隨后這些聚合物的交聯(lián)。
在供應(yīng)裝置中或附近加入添加劑，例如用于衍生反應(yīng)的試劑，提供了以下優(yōu)點(diǎn)在基料和添加劑之間的任何化學(xué)和/或物理反應(yīng)僅僅在后面階段發(fā)生，例如僅在模子中。結(jié)果，例如可以在模子中發(fā)生衍生，模子起著反應(yīng)容器的作用。而且，這也允許基料保持流動(dòng)特性。
由于發(fā)生交聯(lián)，可獲得堅(jiān)硬的產(chǎn)品。在模子中由于加熱，水分或另外的發(fā)泡劑因模子中壓力升高而試圖離開基料并形成氣泡，使得天然聚合物，特別是淀粉具有了沿模子中形成的優(yōu)選連續(xù)細(xì)胞延伸的相對(duì)堅(jiān)硬的骨架。結(jié)果，所獲得的產(chǎn)品具有吹制泡沫結(jié)構(gòu)。由于天然聚合物提供了相對(duì)堅(jiān)硬的外殼，因此獲得的產(chǎn)品從模子中離開之后尺寸穩(wěn)定。其間依賴其中的交聯(lián)程度，所獲得的產(chǎn)品具有或多或少的柔韌性。
由于在基料加入模子之前模子受熱且沒有基料，因此既可以將模子作為一個(gè)整體也可以對(duì)其每個(gè)分開的部分適度控制其中的溫度。結(jié)果，可以生產(chǎn)具有不同和變化壁厚且具有不同機(jī)械性能的產(chǎn)品。事實(shí)上，通過或多或少和/或或長(zhǎng)或短時(shí)間的加熱和調(diào)整例如壓力，例如可以局部地控制聚合物的交聯(lián)程度，從而影響其機(jī)械和物理性能。這可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員以簡(jiǎn)單方式確定。
將基料加熱高至烘焙溫度，因此超過100℃，提供了防止或至少基本上減慢真菌生長(zhǎng)發(fā)生的優(yōu)點(diǎn)。
用本發(fā)明的方法獲得的產(chǎn)品相當(dāng)堅(jiān)固和耐壓、防震且具有相當(dāng)?shù)膹椥浴⒔^緣性并可以被分解且不破碎。使用之后，可以將產(chǎn)品加入現(xiàn)存的廢物流，例如堆肥處理中，更有利地加入紙?jiān)傺h(huán)流水線中。
在這方面，纖維，特別是天然纖維的存在和/或添加提供了以下優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)品在加工和保持成型之后尺寸更穩(wěn)定，并且同樣在濕度條件下可以具有增加的耐撕破性、強(qiáng)度和柔韌性。
在本發(fā)明的產(chǎn)品中通過使用天然纖維，特別是例如一年生農(nóng)作物的纖維和/或來自紙和廢木材例如纖維素纖維的再循環(huán)纖維，在環(huán)境和加工方面獲得大量好處。例如，在加工和廢物處理過程中，如果不加防止的話，減少了有害物的放出。由于在產(chǎn)品中沒有使用化石源，因此其廢物處理不會(huì)造成大氣中任何永久CO2的增加，這樣這些產(chǎn)品不會(huì)帶來所謂的溫室效應(yīng)。
通過添加這些纖維獲得的另外重大好處是最終產(chǎn)品比沒有這些纖維的產(chǎn)品能更長(zhǎng)地保持其最初形狀和性能。雖然堆肥處理，即生物降解過程進(jìn)行得相對(duì)慢，使得該產(chǎn)品不太適宜加入蔬菜、水果和花園廢物流中，但是這樣該產(chǎn)品足夠耐用于例如包裝材料中，即如果包裝其中的物品是例如被長(zhǎng)期貯藏和/或運(yùn)輸?shù)?，或在不利條件下，例如高溫和/或高空氣濕度。經(jīng)過進(jìn)一步防腐，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品適宜作為建筑元件、建筑部件等。這些產(chǎn)品耐用、輕、可模壓、絕緣并具有夾心結(jié)構(gòu)。
在填充現(xiàn)有技術(shù)中已知的糊狀物組合物中，可以加入惰性填料。根據(jù)本發(fā)明，以糊狀物總重量計(jì)算，已發(fā)現(xiàn)選擇惰性填料的含量低于50重量％，特別是低于20重量％并優(yōu)選低于15％是有益的。在更高含量的惰性填料下，發(fā)生模子污染并且耐水性可能降低。
根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品一般具有自熄性，然而由例如(紙)漿生產(chǎn)的可比較的產(chǎn)品相對(duì)易燃。而且，這些漿制品的生產(chǎn)為勞動(dòng)密集型且成本高，產(chǎn)品強(qiáng)度低、重、耐例如高溫和水分性差，并且設(shè)計(jì)自由度低。由例如聚苯乙烯、泡沫等的塑料生產(chǎn)的可比較的產(chǎn)品存在大量這些和可比較的缺陷。
而且，根據(jù)本發(fā)明的方法或用途獲得的產(chǎn)品具有在靜負(fù)載方面不會(huì)帶來問題的優(yōu)點(diǎn)，這樣可以將特別是電子元件和其它電荷靈敏產(chǎn)品非常適宜地包裝在本發(fā)明的產(chǎn)品中。
本發(fā)明還涉及注塑模壓設(shè)備或擠出設(shè)備在生產(chǎn)泡沫制品的用途，并涉及根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品。
本發(fā)明的另外有益的實(shí)施方式體現(xiàn)在從屬權(quán)利要求中。
為了清楚說明本發(fā)明，以下將參照附圖描述例證實(shí)施方式。在這些附圖中

圖1圖示了本發(fā)明注塑模壓設(shè)備的橫截面圖；圖2以放大比例顯示了具有模穴的模子零件的橫截面圖；圖3顯示了通過例如注塑模壓生產(chǎn)的產(chǎn)品，特別是內(nèi)盤和外盒的橫截面圖；圖4顯示了通過擠出生產(chǎn)的產(chǎn)品透視圖；圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的擠出設(shè)備的橫截面圖；圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)但不含纖維的產(chǎn)品壁的二次橫截面圖；和圖7顯示了根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)且含纖維的產(chǎn)品壁的橫截面圖。
在本說明書中，相應(yīng)零件具有相應(yīng)標(biāo)號(hào)。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的注塑模壓設(shè)備，至于所述結(jié)構(gòu)在荷蘭專利申請(qǐng)1004138和國(guó)際專利申請(qǐng)WO96/30186中有更詳細(xì)描述，將這些文獻(xiàn)加入本文作為參考。注塑模壓設(shè)備20包括供應(yīng)糊狀物S的裝置21，通過噴嘴22將其與模子23相連。糊狀物S例如從儲(chǔ)槽28通過泵29給料到供應(yīng)裝置21中。通過熱分隔的連接片32，供應(yīng)裝置21與模子23的通道33相連。
在熱分隔的連接片32附近，至少在通道33附近，管線70與供應(yīng)裝置相連，該管線70與儲(chǔ)槽72通過插入泵裝置71相通，在該儲(chǔ)槽72中貯藏有例如加工助劑和用于衍生反應(yīng)的試劑的添加劑。直接在通過供應(yīng)裝置21將基料S給料到模子23之前或期間，可以通過泵裝置71將這些添加劑從儲(chǔ)槽72中給料到基料S并加入其中，以便被送入模子23中。
在模子23中提供有許多模穴34，特別如圖2所示。通過特定加熱裝置40，可以加熱模穴34中的基料S，以便基料中天然聚合物特別是淀粉發(fā)生凝膠化，接著將該基料烘焙。而且這將涉及基料S的組分和添加其中的添加劑之間的化學(xué)和/或物理反應(yīng)，例如形成淀粉衍生物、改變的鏈結(jié)構(gòu)等。事實(shí)上該模子起著反應(yīng)容器的作用，在其中，借助加熱裝置40對(duì)模子23中溫度的特定控制，可以精確控制不同反應(yīng)。這樣，例如也可以在表皮13上提供涂層，同時(shí)依賴所選添加劑，可以影響各種不同產(chǎn)品的性能，例如伸長(zhǎng)率、耐沖擊性、堆肥處理性、硬度、細(xì)胞結(jié)構(gòu)、比重、化學(xué)耐性、不褪色性等。
基料S優(yōu)選為懸浮液，特別是淀粉或一種或幾種這類天然聚合物的懸浮液，可以向其中添加纖維，特別是一年生農(nóng)作物的纖維和/或再循環(huán)纖維，如來自紙、薄紙板或廢木材的纖維。也可以從相當(dāng)干的原料如顆粒開始，也可以利用其它組合物。選擇性地，可以將一部分基料S稍微預(yù)發(fā)泡。適宜的基料S組合物列在本文上面引證的荷蘭專利申請(qǐng)1004138和國(guó)際專利申請(qǐng)WO96/30186中，將它們加入本文作為參考。
該注塑模壓產(chǎn)品具有一封閉細(xì)胞的至少基本上封閉的表皮13和含有開口細(xì)胞15的發(fā)泡核心14。圖6以放大比例圖示了通過根據(jù)圖3或4的產(chǎn)品的壁部分的橫截面圖。在該實(shí)施方式中，不向基料S中添加纖維，而且所選原料也不含任意纖維。在該實(shí)施方式中，產(chǎn)品特別容易生物降解。在圖7中所示實(shí)施方式中，纖維16被包含在模子中，這些纖維可以相對(duì)隨意方向延伸到產(chǎn)品的壁中。每個(gè)纖維16與表皮13和/或核心14中的一系列細(xì)胞接觸。這樣，壁可以獲得相當(dāng)高的彎曲和拉伸強(qiáng)度。而且，在過載下，壁可以撕破但不直接破裂。也就是說，在過載下，產(chǎn)品的不同部分保持相互連接，這樣不發(fā)生碎裂。這防止了大量松散、小的廢棄部分。然而該產(chǎn)品能夠通過弄平容易地減少，結(jié)果作為廢物，該產(chǎn)品占相當(dāng)小的空間。
該表皮尺寸穩(wěn)定，它例如能夠印刷，即借助該或每個(gè)模穴壓印。
以加工待獲得的產(chǎn)品所需基料的體積和其外形尺寸之間的適宜比例，可以使用也在本申請(qǐng)范圍內(nèi)的本領(lǐng)域已知的其它方法，例如壓膜技術(shù)或在連續(xù)火爐或靜止火爐中的平板裝置。這些方法通常從實(shí)踐中得知。
圖3顯示了在貯藏盒51中的內(nèi)盤50的橫截面，在該內(nèi)盤50中例如可以貯藏家庭用具52。該內(nèi)盤50為碟型，即至少大部分為薄壁且具有接收穴53。位于與接收穴53的上面邊緣54背對(duì)相鄰的是夾持突出部分55，該夾持突出部分55因此整體地形成并具有一能將器具52(虛線所示)壓下的咬邊56。利用可分割的核心通過注塑模壓已形成內(nèi)盤。以該方式，可以將該夾持突出部分55整體地注塑模壓而成。因此，本發(fā)明的方法也能夠以一個(gè)加工途徑生產(chǎn)不能拆卸的產(chǎn)品，這使這些產(chǎn)品特別適宜例如作為包裝材料、貯藏材料等，而且也可作為填充材料，例如用于夾層形狀的結(jié)構(gòu)部件，用于外殼等。
內(nèi)盤50和貯藏盒51，例如由薄紙版加工成外包裝，可以一起將其加入紙?jiān)傺h(huán)流水線中，使得整個(gè)包裝可以看作為單一材料的包裝。
圖4顯示了一所謂“松散填料”形式的填料產(chǎn)品60，在例如盒、箱、筐等包裝中以減震方式用于包裝產(chǎn)品。為此，將多樣的該填料產(chǎn)品60松散地倒入待包裝產(chǎn)品和包裝之間的空間，之后可以封閉該包裝并且所包裝的產(chǎn)品在該包裝中的運(yùn)動(dòng)被防止或至少以減震方式被取代。為此目的，松散填料可以輕微彈性變形。
圖4所示的填料產(chǎn)品60包括大致為圓柱形的核心61和許多大致從該核心徑向延伸的翅片62，并且其沿整個(gè)核心延伸。這些翅片相應(yīng)于其高度和長(zhǎng)度相對(duì)較薄，結(jié)果它們呈現(xiàn)彎曲軟弱性。沿翅片62上部測(cè)定的填料產(chǎn)品60的周緣很大程度上決定了該填料產(chǎn)品占據(jù)的體積，結(jié)果獲得有利的體積-重量比。
圖4所示且類似例如長(zhǎng)形對(duì)稱產(chǎn)品的該填料產(chǎn)品可以在圖5的設(shè)備上通過擠出形成。該擠出設(shè)備包括使用一個(gè)或幾個(gè)泵而用于從儲(chǔ)槽(半)連續(xù)加壓供應(yīng)糊狀物S或粒狀基料M(不論預(yù)發(fā)泡到何種程度)到噴嘴81的裝置80的供應(yīng)設(shè)備。一包括一個(gè)或幾個(gè)擠出口64的擠制模型63與該擠出設(shè)備中的噴嘴81相連，該擠出口的橫截面的形狀大致相應(yīng)于或至少相似于待獲得的填料產(chǎn)品的橫截面。供應(yīng)設(shè)備80，特別是噴嘴81包括例如前面所述的冷卻裝置82。與噴嘴81相鄰連接一管道83，通過泵裝置84該管道連接到工助劑或其它添加劑的儲(chǔ)槽85上。在將基料S給料到擠制模具的過程中，如上所述該基料可以為液態(tài)、為面團(tuán)狀的粒狀，也可以通過泵裝置84將來自儲(chǔ)槽85的添加劑混合，以與擠制模具中的基料S中的組分反應(yīng)。為此，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)該注塑模壓設(shè)備的上述優(yōu)點(diǎn)。
所述擠制模具包括加熱裝置65，用于至少在擠出口中將溫度精確控制在例如210-255℃。在遠(yuǎn)離供應(yīng)設(shè)備80的擠制模具63的一方布置有一切刀66，通過它可以將離開擠出口的擠出部分切割成較短長(zhǎng)度。
現(xiàn)在參照以下非限制性實(shí)施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。空施例1壓縮模塑將4700g工業(yè)用馬鈴薯用一Braun廚房機(jī)械粉碎。接著用一離心機(jī)將該漿增稠到38％干物質(zhì)，因此除水外，除去了大部分蛋白質(zhì)。向該增稠漿(含約940g淀粉)中添加20g氫化硅油、170g碳酸鈣(Hydrocarb 90)、75g再循環(huán)纖維素(75％的短纖維、15％填料和10％纖維粘合劑)和5g粘合劑黃原膠(Keltrol F)，充分混合。通過充分混合，獲得均勻糊狀物。
將該糊狀物加入壓縮模塑機(jī)的供應(yīng)設(shè)備中。該機(jī)械具有一個(gè)含10個(gè)用于模壓產(chǎn)品的模穴的模子，每個(gè)產(chǎn)品的尺寸為240×110×45mm(L×W×H)并且壁厚1.5mm。該模子含有電熱元件。模子溫度為210℃，溫度公差為5℃。該模子可以平行方向放置，能夠以碗形部件進(jìn)行所述糊狀物的計(jì)量給料。在模子部件之間放置一計(jì)量單元進(jìn)行計(jì)量給料，接著在2秒鐘內(nèi)將約42cc約10℃的糊狀物計(jì)量給料到每個(gè)模穴中。除去計(jì)量單元之后，將該模子封閉并以每個(gè)模穴35kN的壓力保持封閉40秒鐘。在這40秒鐘中，將模子保持在所需溫度，在首先的10秒鐘內(nèi)，每個(gè)模穴完全用發(fā)泡產(chǎn)品填充。在加熱過程中，基本上以蒸汽形式通過模子中的氣孔溢出98％的水；該水起著發(fā)泡劑的作用。模子打開之后，通過在模子中間放置一除去元件將模制產(chǎn)品從該模子中除去并通過真空拾起產(chǎn)品。除去元件和產(chǎn)品撤出之后，該機(jī)器準(zhǔn)備下一個(gè)循環(huán)，總循環(huán)周期為60秒。這樣形成的產(chǎn)品直接待用。每個(gè)產(chǎn)品具有約1.1mm的核心和在兩面上0.2mm的表皮。每個(gè)產(chǎn)品重約13g，密度為約140g/l。所得產(chǎn)品堅(jiān)硬、維持形狀并具有光滑表面。使用后，該物料可以在紙?jiān)傺h(huán)流水線中加工，并且還可通過例如堆肥處理而生物降解。實(shí)施例2注塑模壓本實(shí)施例說明可以由未精制的原料通過施加注塑模壓技術(shù)制備維持形狀的發(fā)泡產(chǎn)品。將如實(shí)施例1中制備的均勻糊狀物加入注塑模壓機(jī)的供應(yīng)設(shè)備中。所使用的該注塑模壓機(jī)為Thermoware ofBarneveld公司的EPS-10型。該機(jī)器具有一個(gè)含10個(gè)用于模壓產(chǎn)品的模穴的模子，每個(gè)產(chǎn)品的尺寸為240×110×45mm(L×W×H)并且壁厚1.5mm。在該機(jī)器中，模子處于垂直位置。該模子含有電熱元件和一個(gè)具有關(guān)閉器的活塞注射設(shè)備，所述關(guān)閉器與模子非熱偶聯(lián)。關(guān)閉模子之后，在1.5bar的壓力和10℃的溫度下每個(gè)模穴計(jì)量加入約42cc糊狀物。模子溫度為220℃，溫度公差為5℃。在整個(gè)循環(huán)過程中將模子保持在所需溫度下。從注射時(shí)刻起，在每個(gè)模穴35kN的壓力下將模子封閉25秒鐘。在首先的8秒鐘，每個(gè)模穴用發(fā)泡產(chǎn)品完全充滿。在加熱過程中，基本上以蒸汽形式通過模子中的氣孔溢出98％的水；該水起著發(fā)泡劑的作用。
27秒鐘之后，將模子打開，通過壓縮空氣從模子吹制該注塑模壓產(chǎn)品?？傃h(huán)周期為33秒。這樣形成的產(chǎn)品直接待用。每個(gè)產(chǎn)品具有約1.1mm的核心和在兩面上0.2mm的表皮。每個(gè)產(chǎn)品重約13g，密度為約140g/l。所得產(chǎn)品堅(jiān)硬、維持形狀并具有光滑表面。
使用后，該物料可以在紙?jiān)傺h(huán)流水線中加工，并且還可通過例如堆肥處理而生物降解。實(shí)施例3交聯(lián)注塑模壓在該方法中，將3000g馬鈴薯粉碎并增稠到40％干物質(zhì)。為此，總共加入590g水，接下來，使用氫氧化鈉將pH調(diào)到9.5。在充分混合下，加入以下組分400g淀粉(Avebe食品級(jí))、250g高嶺土(中國(guó)粘土規(guī)格)、90g纖維素(來自軟木材，纖維長(zhǎng)度2.5mm，白色)、5g粘合劑黃原膠(Keltrol F)和10g硬脂酸鈣。將該混合物激烈攪拌直到獲得均勻平滑原料。接下來，將21g三偏磷酸鈉充分?jǐn)嚢璧胶隣钗镏小?br> 如實(shí)施例2對(duì)該糊狀物加工，但現(xiàn)在加工成厚度為3mm的產(chǎn)品。將該模子固定在200℃，封閉92秒鐘。在3bar壓力下注射體積為75cc。
這樣獲得27g的產(chǎn)品，其尺寸穩(wěn)定性大大好于實(shí)施例2的產(chǎn)品的尺寸穩(wěn)定性。三偏磷酸鈉使得不同淀粉鏈之間粘合(交聯(lián))，將其解釋為該尺寸穩(wěn)定性增加的理由。通過在模子中發(fā)生與三偏磷酸鈉的反應(yīng)，在整個(gè)產(chǎn)品中均勻地存在交聯(lián)。另一方面，當(dāng)在注塑模壓物料中時(shí)，淀粉已初步處于交聯(lián)狀態(tài)，形成交聯(lián)不均勻分布的產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明獲得的產(chǎn)品確保了其在紙中的再循環(huán)能力和生物降解能力。
如實(shí)施例2中加工該混合物，在3bar壓力下注射體積為50cc。作為模子溫度，使用190℃，循環(huán)周期為65秒。獲得一約18g的產(chǎn)品。該產(chǎn)品的強(qiáng)度可與實(shí)施例2中獲得的產(chǎn)品的強(qiáng)度相比較，但是耐水性稍差。
與實(shí)施例2相同對(duì)該混合物進(jìn)行加工，同時(shí)在3bar注射壓力下注射體積為90cc，產(chǎn)品的厚度為3mm。模子的溫度使用225℃，循環(huán)周期為80秒。獲得一約36g的產(chǎn)品。與根據(jù)實(shí)施例2生產(chǎn)的產(chǎn)品相比，其耐水和耐濕性能得到改善。在該實(shí)施例中，該短脲甲醛鏈彼此之間以及與淀粉之間反應(yīng)，從而產(chǎn)生三維網(wǎng)絡(luò)。
現(xiàn)在，該產(chǎn)品特別能更長(zhǎng)時(shí)間地耐例如咖啡的熱液體；能更長(zhǎng)時(shí)間地保持其硬度和形狀。保證了紙中的再循環(huán)能力和生物降解性能。
本發(fā)明不限制在所示或所述的實(shí)施方式中?？梢詫?duì)其進(jìn)行許多改變。對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的設(shè)計(jì)自由度事實(shí)上沒有限制。因此，可以用本發(fā)明的方法生產(chǎn)各種其它產(chǎn)品，例如用于薄片或小吃的盤，例如冰淇淋杯、薄片、棒和用于各種用途的輪廓材料的可食用容器，盤型或預(yù)成型結(jié)構(gòu)材料，和用于冷飲和熱飲的杯，用于冷凍庫(kù)和飛機(jī)用餐的包裝，防腐材料和類似和許多其它可比較的產(chǎn)品。
通過使用相對(duì)粗糙的原料，實(shí)現(xiàn)特定的好處，特別是成本好處，所用原料比目前普遍使用的原料便宜。這意味著使用本發(fā)明的方法和裝置可以經(jīng)濟(jì)、競(jìng)爭(zhēng)的方式制得產(chǎn)品，取代目前普遍使用的用塑料、紙、木材、金屬或其它材料生產(chǎn)的相對(duì)便宜的產(chǎn)品。
這些以及其它可比較的變化應(yīng)理解為落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有吹制泡沫結(jié)構(gòu)的模壓體的生產(chǎn)方法，其中將含至少淀粉、淀粉衍生物或其混合物的水懸浮液的基料壓入或通過一模子，在該模子中加熱該基料，以使淀粉、淀粉衍生物或其混合物至少產(chǎn)生交聯(lián)，其中至少使模子中的基料達(dá)到焙烤溫度，其中該懸浮液至少部分地由植物物料制成，該植物物料未經(jīng)受人工干燥步驟且以干物質(zhì)計(jì)含有至少50重量％的淀粉，所述植物物料至少被粉碎成可懸浮大小的顆粒。
2.被粉碎的植物物料的用途，所述植物物料未經(jīng)受人工干燥步驟且以干物質(zhì)計(jì)含有至少50重量％的淀粉，所述植物物料被粉碎成可懸浮大小的顆粒，其中基料在壓力下經(jīng)受熱模壓步驟，以實(shí)現(xiàn)更快更均勻的膠凝化。
3.如權(quán)利要求2的用途，其中進(jìn)一步向該基料中添加至少一種用于改善待模壓產(chǎn)品的性能的添加劑，從而在未經(jīng)受人工干燥步驟的植物物料的淀粉鏈之間和其上獲得添加劑的均勻分布。
4.如權(quán)利要求1的方法或如權(quán)利要求2或3的用途，其中植物物料選自馬鈴薯、木薯、玉米、蠟質(zhì)玉米或小麥。
5.如權(quán)利要求1的方法或如權(quán)利要求2或3的用途，其中該植物物料在粉碎步驟之后經(jīng)過下沉，并將形成的上層清液至少部分地除去。
6.通過權(quán)利要求1-5中任一的方法或用途生產(chǎn)泡沫產(chǎn)品的設(shè)備，其中該設(shè)備包括至少一個(gè)成型模，并具有至少一個(gè)用于切碎和/或磨碎植物原料的裝置，其中提供用以由至少被切碎或磨碎的天然農(nóng)作物制成基料并將該基料送入或通過至少一個(gè)模子的裝置。
7.一種生產(chǎn)泡沫產(chǎn)品的設(shè)備，包括至少一個(gè)具有至少一個(gè)模穴的模子和供應(yīng)生物聚合物特別是含淀粉的基料進(jìn)入該或每一模穴的供應(yīng)裝置，其中與供應(yīng)裝置相鄰，提供加料裝置以在該基料供應(yīng)到所述至少一個(gè)模子之前或期間直接將添加劑加入該基料中，所述添加劑特別是那些在模子中適宜進(jìn)入與基料中組分的化學(xué)和/或物理反應(yīng)中的試劑。
8.一種生產(chǎn)泡沫產(chǎn)品的設(shè)備，包括至少一個(gè)具有至少一個(gè)擠出口的模子和將生物聚合物特別是含淀粉的基料供應(yīng)到至少一個(gè)擠出口中的供應(yīng)裝置，其中與供應(yīng)裝置相鄰，提供加料裝置以在基料供應(yīng)到至少一個(gè)擠出口之前和期間將添加劑直接加入基料中，所述添加劑特別是那些在模子中適宜進(jìn)入與基料中組分的化學(xué)和/或物理反應(yīng)中的試劑。
9.如權(quán)利要求7或8的設(shè)備，其中所述供應(yīng)裝置被安裝成在壓力下迫使所述基料進(jìn)入所述的至少一個(gè)模子中。
10.如權(quán)利要求6-8任一的設(shè)備，其中提供用以熱分開所述的至少一個(gè)模子的至少供應(yīng)裝置、特別是供應(yīng)裝置和加料裝置的裝置，其中該設(shè)備在供應(yīng)方向看在供應(yīng)裝置之前至少將所述基料保持在生物聚合物、特別是基料中的淀粉的膠凝化溫度之下，同時(shí)提供用以將該模子加熱到至少與生物聚合物、特別是基料中的淀粉的膠凝化溫度相當(dāng)?shù)臏囟鹊难b置。
11.如權(quán)利要求6-10任一的設(shè)備，包括從含粉碎淀粉的可懸浮的基料中除去未結(jié)合的水相的裝置。
12.注塑模壓設(shè)備或擠出設(shè)備用于生產(chǎn)泡沫產(chǎn)品的用途，其中在至少部分生物聚合物的膠凝化溫度以下的溫度下，將含生物聚合物的基料通過一模子，其中使該模子的溫度達(dá)到至少與至少部分生物聚合物的膠凝化溫度相當(dāng)。
13.一種由含有天然聚合物的基料通過前面權(quán)利要求中任一的方法、用途或裝置獲得的泡沫產(chǎn)品，其中部分聚合物源自未精制的原料，特別是天然農(nóng)作物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有吹制泡沫結(jié)構(gòu)的模壓體的生產(chǎn)方法,其中將含至少淀粉、淀粉衍生物或其混合物的水懸浮液的基料(S)壓入或通過一模子(23),在該模子(23)中加熱該基料(S),以使淀粉、淀粉衍生物或其混合物至少產(chǎn)生交聯(lián),其中至少使模子(23)中的基料(S)達(dá)到焙烤溫度,其中該懸浮液至少部分地由未經(jīng)受人工干燥步驟且以干物質(zhì)計(jì)含有至少50重量%淀粉的植物物料制成,所述植物物料至少被粉碎成可懸浮大小的顆粒。本發(fā)明還涉及粉碎植物物料的用途,所述植物物料未經(jīng)受人工干燥步驟且以干物質(zhì)計(jì)含有至少50重量%的淀粉,所述植物物料被粉碎成可懸浮大小的顆粒,其中基料在壓力下經(jīng)受熱模壓步驟,以實(shí)現(xiàn)更快更均勻的膠凝化。而且本發(fā)明還涉及生產(chǎn)具有泡沫結(jié)構(gòu)的模壓體的設(shè)備(20)。
文檔編號(hào)C08J9/12GK1336866SQ98813737
公開日2002年2月20日 申請(qǐng)日期1998年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月31日
發(fā)明者揚(yáng)·亨德里克·阿道夫·阿倫特森, 揚(yáng)·維茨·胡伊斯曼 申請(qǐng)人:韋爾蒂斯股份有限公司