製造泡沫體的製作方法

2023-04-23 14:37:41 1

專利名稱：製造泡沫體的製作方法
技術領域：
本發明涉及製造泡沫體的方法和設備，尤其但並不僅僅指用生物可降解的或水溶性的聚合材料製成的那些泡沫體。
近年來，相當多的研究致力於生物可降解聚合體的開發，例如基於澱粉的聚合體。例如US 5 705 536(Tomka)提及可以通過將粉狀澱粉與水混合，並且在水轉化成蒸氣時擠壓混合物，來製成澱粉泡沫。Tomka指出使用熱塑性澱粉或包含熱塑性澱粉的聚合體混合物來生產這樣的泡沫體是有利的；這種澱粉通常包含少於1％重量的水，並且Tomka講授了用例如包含水分的檸麻纖維的纖維性材料，與澱粉混合。通過在大約200℃下擠壓，可以將混合物轉化成泡沫。通過將例如增塑劑和潤滑劑添加到混合物中，可以改變生成的產品的特性。如US 6 235 815B(Loercks等)中解釋的，熱塑性澱粉可以由基本無水的澱粉製成，在擠壓過程中，將無水澱粉與添加的例如甘油或山梨醇等增塑劑攪勻，並且在120℃和220℃之間的溫度範圍內融化無水澱粉；熱塑性澱粉可以結合其他生物可降解的聚合體，如聚己酸內酯。Loercks等講授了在乾燥條件下，可以從直接混合了例如脂肪族聚酯等疏水的聚合體的無水澱粉，來製成聚合體混合物。US 6 494 704B(Andersen等)描述了用於製造例如碗或碟等物體的壓模機，這些物體在凸凹模具半部之間形成，並且由基於澱粉的組成物製成，該組成物也包含水並且也可以包含纖維和無機填充劑，將模具加熱到170℃和220℃之間。模具可以是金屬例如鋼或黃銅製成的，並且可以配有PTFE的不粘附塗層。允許生成的水蒸氣的一些通過通風口逸出，同時另一些導致模具內材料的起泡膨脹。一定時間之後，最好是在30秒和2分鐘之間的範圍內，可以分離模具半部，並且移走泡沫體。可以理解更快的加熱周期是有利的。
根據本發明，提供了一種製造生物可降解的泡沫體的方法，其中包含生物可降解聚合體和水的聚合體混合物被引入至模具內，在兩個彼此匹配在一起的相對部件的模製表面之間限定模具，其中每一個模具部件由導電材料製成，而模製表面的每一個塗覆有電絕緣材料層，其中在模具部件之間施加射頻信號，以便通過電介質加熱來加熱聚合體混合物，使得水轉變為蒸氣，從而聚合體混合物形成泡沫，填充模具，並且在不超過15秒內定形。
射頻源大體上可以在1MHz和200MHz的頻率之間，通常在10MHz和100MHz之間，但對於任何發出的無線電波實施有嚴格的限制。因此在實踐中，頻率的選擇可能會更受限制。例如，源頻率可以是27.12MHz或40.68MHz。這提供了更快速加熱聚合體混合物的方法，以便加熱、形成泡沫和定形需要不超過15秒，最好在5和10秒之間。
本發明也提供一種用聚合體混合物來製造泡沫體的設備，此設備包括在兩個相互匹配在一起的相對部件的模製表面之間形成的模具，其中每一個模具部件由導電材料製成，而模製表面的每一個塗覆有一層電絕緣材料，並包括在模具部件之間施加射頻信號的裝置，以便通過電介質加熱來加熱模具部件之間的聚合體混合物。
用來塗覆模製表面的電絕緣材料最好是不被電介質加熱的，例如PFA(全氟烷氧基烷烴)。矽樹脂橡膠也是合適的，提供了良好的熱、電安裝。PTFE的表面塗覆也是有利的，因為這使得泡沫體一旦定形時被移走變得更容易。電絕緣材料層的厚度最好不超過2mm。
聚合體混合物包含水，當加熱時其形成蒸氣；不使用其他起泡劑。聚合體混合物最好是基於澱粉的聚合體，並且可以包含熱塑性澱粉。為了實現良好的起泡，當產生蒸氣時，在模內壓力變高是十分重要的，使得蒸氣不會自由地排出。
僅通過實例，並且參考附圖，現在將對本發明進行進一步以及更詳細地描述，其中

圖1顯示了當模具分離時，經過模具上下兩半部的截面視圖；圖2顯示了在模具內泡沫體生產期間的相應於圖1的視圖；以及圖3顯示了包括模具的設備的電路的圖解視圖。
參考圖1和2，用於產生由起泡的基於澱粉的聚合體材料所製成的碟的設備10，分別包括上下模具半部12和14，上下半部彼此配對在一起，從而在其間形成狹窄空腔15，在空腔內將形成碟。每一個模具半部12和14由黃銅製成，每一個在朝向空腔15的整個表面上具有PFA電絕緣體的塗層16。當兩個半部12和14如圖1所示那樣分離時，聚合體材料引入下半部14中，而上半部12隨後降低到一定位置。下半部14上的由電絕緣氧化鋁製成的外圍脊18具有傾斜的內表面，並且與上半部12上相應形狀的外邊緣相接觸，使得空腔15具有2.5mm的均一厚度，而模具的半部12和14彼此精確地保持對準。射頻信號隨後施加在兩個半部12和14之間，其起到電極的作用。氧化鋁脊18確保射頻信號穿越空腔15而聚集。聚合體材料變熱，而聚合體混合物內的水沸騰，使得材料變為填充整個空腔15的泡沫。
緊挨著外圍脊18，上模具半部12限定了外圍凹槽20，該外圍凹槽經過狹縫與模具空腔15連通。具有一些狹窄輸送管22(圖中僅顯示了其中的一個)，其從此外圍凹槽20延伸穿過上模具半部12。來自熱聚合體混合物的蒸氣可以逸入外圍凹槽20內，從而通過狹窄輸送管22逸出，但輸送管22限制了蒸氣的流動，這樣在聚合體起泡時，空腔15內的壓力迅速升高。比如，該壓力可升高到10個大氣壓以上。這相應於蒸氣和聚合體混合物達到大約185℃以上的溫度。在大約8秒後，聚合體混合物形成自支撐的碟，而兩個半部再次分開，取出碟。
可以理解通過使用適當形狀的模具，可以使用這種設備來製造範圍很廣的不同產品，而產品可呈現任意需要的形狀。例如，其可以用來製造多間隔碟，圓環或正方形的盤或碗、或杯子、或由兩個沿直線邊緣鉸接在一起的殼體所形成的蛤殼式容器。同時可以理解雖然設備顯示為僅包含單個模具，但可以替代為若干形成排列的模具，所有這些模具連接到公有的射頻源上。
現在參考圖3，圖解顯示了電路。作為固態設備的射頻信號發生器25，通過同軸電纜26將射頻信號供應到匹配網絡28上，從該網絡通過同軸電纜30將信號供應到上模具半部12上，而下模具半部14接地。更詳細地顯示了匹配網絡28。信號通過可變電容器32、電感器33以及可變電容器34等傳遞到電纜30上。監控電路(圖中未示)監控射頻電流和電壓，並且調節可變電容器32和34的數值，以便呈現給發生器25的阻抗保持恆定數值，例如50歐姆。電容器32和電感器34之間的接點通過電容器36連接到地電位上，並且可以調節電容器36的有效電容。這起到了精細調節施加在帶電電極(上模具半部12)和相對的接地電極(下模具半部14)之間的射頻電壓以及供應的射頻電流的效果。因此其控制了模具半部12和14之間實際供應的功率。
聚合體的特性對本發明並不是決定性的，儘管聚合體必須是生物可降解的，並且最好至少部分基於澱粉。聚合體可以包括熱塑性澱粉，但因為這可能不包含大量的水，所以為了起泡，包含提供必備水的另一成分是必要的。使用熱塑性澱粉的一個益處在於生成的泡沫體雖然是生物可降解的，但不容易溶於水。作為另一種選擇，聚合體可以包含澱粉顆粒，其至少部分地與水反應而膠質化。混合物可以包含鹽(例如NaCl)，以改變其導電性，並且也可以包含增塑劑，例如山梨醇。聚合體混合物可以包含其他聚合體材料，並且也可以包含強化纖維，例如那些來自大麻或棉花或其他植物的纖維素有機纖維。雖然纖維增強了生成的泡沫產品，但纖維的含量最好不超過大約50％，最好不多於總重量的25％。同時可以理解聚合體混合物可以以薄膜、顆粒、小球、粗加工的成品或漿狀混合物的形式引入模具內，並可以是溼的外表。
例如，通過將玉米澱粉(玉米粉)和水等質量地混合，從而製造泡沫澱粉碟。此混合物隨後引入至以上所描述的模具內，但其具有2mm厚、110mm直徑的空腔15。當施加射頻能量時，澱粉混合物起泡，生成填充空腔的泡沫碟。體積增加大於3倍。
可以理解設備可以以不同方式進行改動，例如電絕緣體的塗層16的厚度可以在20和50μm之間。如以上提到的，模具形狀取決於所需產品的形狀。當製造包括鉸鏈(例如蛤殼式容器)的產品時，可以通過聚合體非起泡材料的條(例如羥基丙基甲基纖維素條)來提供鉸鏈，該條連同形成泡沫的混合物一起位於模具內，以便鉸鏈條與在鉸鏈的各側面上的泡沫部分成為一整體。
權利要求
1.一種製造生物可降解的泡沫體的方法，其中將包含生物可降解的聚合體和水的聚合體混合物引入模具內，在兩個互相匹配在一起的相對部件的模製表面之間限定該模具，其中，每一個模具部件由導電材料製成，並且模製表面的每一個塗覆有一層電絕緣材料，並且其中在模具部件之間施加射頻信號，以便通過電介質加熱來加熱聚合體混合物，使得水轉變為蒸氣，於是聚合體混合物形成泡沫，填充模具，並且在不超過15秒內定形。
2.根據權利要求1中所述的方法，其特徵在於，施加射頻信號，以便聚合體混合物形成泡沫，填充模具，並且在小於10秒內定形。
3.根據權利要求1或2中所述的方法，其特徵在於，以20MHz和50MHz之間的頻率來施加射頻信號。
4.根據權利要求3中所述的方法，其特徵在於，聚合體混合物至少部分基於澱粉。
5.根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，在起泡過程期間，模具內的壓力升高到10個大氣壓以上。
6.一種從聚合體混合物來製造泡沫體的設備，該設備包括在兩個互相匹配在一起的相對部件的模製表面之間限定的模具，其中，每一個模具部件由導電材料製成，並且塗覆有一層電絕緣材料，並包括在模具部件之間施加射頻信號的裝置，以便通過電介質加熱來加熱在模具部件之間的聚合體混合物。
7.根據權利要求6中所述的設備，其特徵在於，用來塗覆模製表面的電絕緣材料是不被電介質加熱的材料。
8.根據權利要求6或7中所述的設備，其特徵在於，當模具部件合起來時，它們通過電絕緣體隔開，電絕緣體比限定模具的間隙要厚。
全文摘要
通過將生物可降解的聚合體混合物引入模具(10)中來製造泡沫體，在模具中加熱聚合體來形成泡沫並填充模具。在兩個相互配對在一起的相對部件(12、14)之間限定模具，每一個模具部件由導電材料製成，在模製表面上塗覆電絕緣材料(16)。在兩個模具部件(12、14)之間施加射頻信號(25)，從而通過電介質加熱來加熱聚合體混合物，這樣在小於15秒內形成泡沫碟。與使用加熱的模具相比，這提供了更快速的周期時間。射頻信號可以為27.12MHz或40.68MHz。聚合體可以是基於澱粉的。
文檔編號B29C44/10GK1791498SQ200480013818
公開日2006年6月21日 申請日期2004年5月19日 優先權日2003年5月20日
發明者I·H·巴爾欽, M·A·J·費斯特, R·格蘭姆斯 申請人:斯坦尼科射頻技術有限公司