制造不含甲醛的模制品及相关部件的方法
【专利摘要】本发明提供一种含有大部分农业纤维及小部分粘合剂与促流填充材料的可模制混合物。该可模制混合物实质上不含甲醛，具有低水分含量及高拉伸比。本发明还提供基于所主张的可模制混合物来制造模制品及相关部件的方法。通过所主张的方法制造轻质、高密度且较复杂轮廓的模制品(830)及诸如流槽(810)与板条(820)的相关部件，所主张方法包括以下步骤：提供可模制混合物所需的材料；混合所提供的材料以形成可模制混合物；震荡该可模制混合物为压缩模制作准备；及压缩模制该可模制混合物以形成模制品及相关部件。
【专利说明】制造不含甲醛的模制品及相关部件的方法
[0001]本申请是申请号为200880023689.2、发明名称为制造不含甲醛的模制品及相关部件的方法的专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明是关于包装材料及其相关建构方法。更具体地，本发明是关于用于建构托板的可模制材料及其制造方法。甚至更具体地，本发明是关于可模制材料及其用于建构实质上不含甲醛的托板的相关使用方法。
【背景技术】
[0003]托板为由木材、 塑料、纸、金属及复合材料制成的平坦运输结构，其可以稳定方式支撑多种物品，同时可由任何可移动托板提升装置提升。该托板的目的在于改良储存及产品分配效率且保护该产品。托板同样可充当包装产品与粗糙产品分配环境之间的界面，该粗糙环境包括卡车、铁路或航空运输期间的许多不同振动及冲击。
[0004]现今，据估计全世界每年制造超过十亿个新托板。据估计超过93 %的所制造的托板由木材制成。由于使用木材作为原料，故现在用于制造木托板的木材的消耗被公认为是造成全球变暖的主要影响因素的滥伐森林的一部分。根据国际癌症研究机构(Internat1nal Agency for Research of Cancer),使用三聚氰胺尿素甲醒(MelamineUrea Formaldehyde,MUF)或尿素甲醒(Urea Formaldehyde,UF)作为粘合剂的压缩木托板可能会危害健康。除上述环境问题外，木托板还具有引入及/或传播检疫害虫的危险。名为“国际贸易中木质包装材料的国际管理标准(Internat1nal Standards for RegulatingWood Packaging Material in Internat1nal Trade) ” 的新准则(ISPM15)着手控制木质包装材料的使用。根据ISPM15准则，所有木托板均需要经热处理或熏蒸以便确保无活害虫自一个国家运输至另一个国家。令人遗憾的是，并非所有类型的木材均可经热处理且用于熏蒸的化学物质(尤其溴代甲烷)似乎会危害健康。
[0005]由于上述使用木质包装材料的缺点，故已使用诸如塑料、金属、复合材料的替代性材料。然而，此等包装材料既不环保，也不节省成本。举例而言，塑料托板需要超过100年才能降解。塑料及金属托板还相对成本较高及较重。因为油价达到新高，所以使用塑料及金属托板不再节省成本，尤其通过航空单向运输物品，因为费用更可能集中于包装货物的重量(包括托板的重量)。
[0006]已知敞开式模制方法(open-molding process)主要用来制造平薄板或板材。因为沿着外围(parameter)无拼装壁(built-up wall),故模制品通常需要修整且具有相对低的密度。该等方法中所用的复合材料仅需要添加低含量粘合剂而无需使用填充材料或促流剂。然而，敞开式模制品的主要缺点在于模制品的轮廓限于平薄板且通常具有标准尺寸。由修整4条边缘所引起的损耗也相对较高。就材料利用率而言,其并不节省成本。
[0007]与敞开式模制方法相比，通过典型封闭式模制方法(close-molding process)制造的产品具有相对较高的密度且可产生模制品的更复杂轮廓。因为无需修整边缘，故也不存在材料损耗。然而，大部分已知封闭式模制品仍然依赖于使用成本较高且不环保的金属及塑料。如专利公开案W02005/120787及W0/2005/120967中所述的替代性方法已使用木纤维作为基本材料来形成可模制混合物。此等参考文献在其用于模制其产品的可模制混合物中使用相对高百分率的木纤维且使用高百分率的三聚氰胺尿素甲醛作为液体粘合剂。其可模制混合物中所用的液体粘合剂将甲醛带至模制品中，已知甲醛对环境有害且可能对我们健康有害。因此，需要昂贵排气系统在加工期间在受控环境下消除甲醛。
[0008]W02005/120787及W02005/120967中所用的可模制混合物还需要使用大豆萃取物作为脱模剂以便自模具移出模制品，及使用棕榈纤维作为抗冲击改质剂以向模制品提供缓冲作用。因为使用液体粘合剂，所以根据此等方法的可模制混合物的水分含量也相对较高。因为木纤维相对较脆且难以流动，所以用木纤维模制的产品通常具有较低冲击及弯曲强度。为了制造具有所需性质(诸如高冲击及弯曲强度、高密度及更重要为所需轮廓)的产品，通过此等方法使用其它添加剂来形成可模制混合物，且还需要大量液体来促进可模制混合物在模具中的流动以形成所需轮廓及强度。
[0009]使用大量液体粘合剂来促进可模制混合物在模制程序中流动的缺点包括:a)在模制程序期间汽化的高含量的水分增加模制混合物中的压力，此又在打开模具时由于突然释放压力而增加模制品分层的风险；b)液体粘合剂中的高水含量可使所添加的粘着剂稀释至某一程度，导致模制时间较长，且因此需要硬化剂加速硬化过程来确保模制品在其排出之前在模具中充分固化；c)若不及时释放经由水分/液体汽化过程产生的高压，则该压力可能会引起模具爆炸。因此，将压力排放口并入模具设计中，此举繁重且昂贵；及(1)用该方法制造的模制品通常很快导致霉菌侵袭，且具有相对高的收缩率且其容易由于模制品中的高水分含量而翘曲；e)需要通过反复打开及关闭模具以使过量水分/蒸汽在模制程序中逸出的另一熨烫过程以便给与模制品在其排出之前足以在模具中固化的时间。
[0010]另外，专利公开案W02005/120787及W02005/120967中所揭示的方法使用氯化铵作为硬化剂以使模制品在其排出之前在模具中硬化，因为可模制混合物具有高水分含量。硬化剂于高温下易于硬化且因此在已知模制方法中必须避免高温。除此以外，还使用大豆萃取物作为脱模剂以促进排出过程。使用大豆萃取物的主要缺点在于大豆萃取物可能不会促进木纤维的木细胞之间的粘结。因此需要更多液体粘合剂来提供所需粘结性质。然而，使用愈多粘合剂，在模制程序期间放出愈多甲醛。
[0011]达成所需模制品的另一替代方法在于使用具有低水分含量的可模制混合物。然而，若可模制混合物含有在低水分含量下难以在模制腔中流动的材料，则难以模制具有复杂轮廓的产品。另外，水分含量愈低，拉伸比愈低。拉伸比为可模制混合物会在密封模具中流动的程度的指数。
[0012]鉴于上述与使用木托板相关的问题(其为环境、健康或成本问题)，市场上可得到的所有其它替代托板无论如何均具有其自身缺点。因此，首要的是开发一种不含甲醛且水分含量低的新颖可模制混合物。节省成本、安全且能够制造高密度、轻质及更复杂模制品的制造模制品及相关部件的方法也很重要。
[0013]发明概述
[0014]本发明的第一态样在于提供一种含有至少一种农业纤维、实质上不含甲醛的粘合剂及促流填充材料但不存在硬化剂、抗冲击改质剂、共溶剂及脱模剂的可模制混合物。农业纤维可为油菜杆、水稻杆或两者的组合，其占混合物中的大部分。农业纤维的重量百分率介于可模制混合物总重量的85% -95%之间。可模制混合物的农业纤维具有少于可模制混合物的8重量％的水分含量。更佳地，该农业纤维的水分含量少于可模制混合物的5重量％。可模制混合物的小部分包括实质上低百分率的粘合剂，其可选自不含甲醛类的化学物质，诸如二异氰酸酯-二苯甲烷(MDI)或任何以大豆为主的粘合剂。在一较佳具体实例中，粘合剂的重量百分率不大于可模制混合物总重量的5%。该类化学物质可与农业纤维充分混合且改良农业纤维在可模制混合物中的填充。还添加实质上低百分率的也用作填充材料的促流剂(诸如小麦粉)以与农业纤维混合以促进可模制混合物的流动，且同时在模制期间填满纤维细胞之间的空洞空间。在一较佳具体实例中，促流填充材料的重量百分率少于可模制混合物的10重量％。通过使用促流填充材料获得的模制品相对致密得多且其不会很快随意自空气吸收水分且因此其更不会很快翘曲、收缩及霉菌侵袭。本发明的区别特征为在可模制混合物中不存在硬化剂、抗冲击改质剂、脱模剂及共溶剂。因为使用不大于5重量％的高黏度粘合剂且该粘合剂的性质为水分含量低，所以本发明的可模制混合物的水分含量也相对较低。本发明的可模制混合物的组份易于获得、简单且节省成本。总而言之，本发明的可模制混合物的关键特征为:
[0015]不含甲醛。添加不大于5重量％的高粘度粘合剂，尤其二异氰酸酯-二苯甲烷(MDI)或任何以大豆为主的粘合剂作为可模制混合物组份。使用此高粘度粘合剂可保持模制混合物的总水分含量相对较低。
[0016]使用小麦粉替代木薯粉。此主要归因于木薯粉成本很高且其不含麸质。由于木薯粉不含麸质，因此所制造的产品脆得多。另一方面，小麦粉含有称为麸质的蛋白质。当揉捏用小麦粉制造的模制品时，麸质分子交联形成赋予产品弹性结构的亚微观网。此允许气泡滞留在完整结构中，产生具有延性质地的充气最终产品，且因此所制造的产品脆性较低。
[0017]并不添加诸如大豆萃取物的脱模剂材料及诸如氯化铵的硬化剂来形成可模制混合物。模具涂有一层市售脱模材料及有液压顶出系统并入模具及压力设计中，且又由于可模制混合物的水分含量相对较低(因为使用不大于5重量％的高粘度粘合剂，尤其MDI或任何以大豆为主的粘合剂)，故模制品可易于自模具排出。并不添加诸如氯化铵的硬化剂及诸如大豆萃取物的脱模剂来形成可模制混合物。由于水分含量较低，故模制品在模具中固化的时间短得多。另外，在本发明中并不添加诸如醇的共溶剂来促进固化过程，而当所用的可模制混合物的水分含量高时，使用共溶剂来加速可模制混合物中的水分的汽化过程。
[0018]相对轻质。使用诸如油菜杆及/或水稻杆的农业纤维作为基本材料。此等材料比木材或木材相关材料轻几乎三分之一。
[0019]本发明的第二态样是关于制造模制品及相关部件的方法，其包括以下步骤:提供用于可模制混合物的材料农业纤维、粘合剂及促流填充材料；混合该等所提供的材料以形成可模制混合物；震荡该可模制混合物为压缩模制作准备；及压缩模制可模制混合物以形成丰吴制品。
[0020] 本发明有别于已知模制方法的特征包括在提供步骤期间可模制混合物的组成及水分含量不同，在混合步骤期间混合及模制周期较短及较简单，在震荡步骤期间可模制混合物的量分配较均匀且适当，在模制步骤期间由于使用促流填充材料而使可模制混合物的拉伸比较高，在模制步骤后不存在热处理及熏蒸，及较高密度与较轻质，从而可模制较大厚度范围的模制品。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1展示制造封闭模制品的流程图。
[0022]图2为用于在整个自IBC排放可模制混合物过程中震荡可模制混合物直至将可模制混合物装载至模具中的装置的图标。
[0023]图3展示震荡步骤中所用的馈料盘的俯视图及仰视图。
[0024]图4为馈料盘的放大图像，其展示每一角上用于在震荡步骤期间震荡可模制混合物的额外振动器。
[0025]图5展示本发明中用于将可模制混合物装载至底部模具的压制区域的具有震荡特征的馈料盘(下半部分)的设计与无震荡特征的已知馈料盘(上半部分)的设计的比较。
[0026]图6为模制步骤中压制区域处的模具及液压机的放大图像。
[0027]图7展示在模制步骤中的压缩前后具有可模制混合物的顶部及底部模具的截面。
[0028]图8展示本发明的模制托板的侧面预期图。
[0029]发明详述
[0030]在图1中，所主张的制造模制品及相关部件的方法主要通过4个步骤达成，该等步骤包括提供步骤(100)、混合步骤(120)、震荡步骤(140)及压缩模制步骤(160)。在提供步骤中，所提供用于形成可模制混合物的农业纤维可为油菜杆、水稻杆或两者的组合。在一具体实例中，农业纤维原料必须在与其它组份混合形成可模制混合物之前在修整步骤(图中未示)中修整至范围为5mm至1mm的长度。接着在干燥步骤(图中未示)中干燥经修整的原料农业纤维以具有少于可模制混合物总重量的8 %的水分含量，较佳具有少于可模制混合物总重量的5%的水分含量。继农业纤维原料的干燥步骤后为称量步骤(图中未示)以称量适量的实质上干燥农业纤维，随后与其它组份混合形成可模制混合物。在一具体实例中，实质上干燥农业纤维的重量百分率介于可模制混合物总重量的85% -95%之间。在提供步骤中，还提供粘合剂来形成可模制混合物。在一具体实例中，该粘合剂为二异氰酸酯-二苯甲烷(MDI)。或者，粘合剂可为任何以大豆为主的粘合剂。在一具体实例中，可模制混合物中所用的以大豆为主的粘合剂可为大豆粉。粘合剂的重量百分率不大于可模制混合物总重量的5%。此粘合剂具有高粘度，水分含量低且不含甲醛。在提供步骤中，还提供促流填充材料来形成可模制混合物。在一具体实例中，该促流填充材料为小麦粉。促流填充材料少于可模制混合物的10重量％。在一较佳具体实例中，在提供步骤中提供包括农业纤维、粘合剂及促流填充材料的3种主要材料来形成可模制混合物，但在同一提供步骤中不提供硬化剂、抗冲击改质剂、共溶剂及脱模剂。在一具体实例中，对于形成可模制混合物，并不在提供步骤中提供诸如氯化铵的硬化剂、诸如大豆萃取物的脱模剂、诸如醇的共溶剂及诸如棕榈纤维的抗冲击改质剂。
[0031]在图1中，在称量步骤(图中未示)中称量实质上干燥农业纤维后，在混合步骤
(120)中将85重量％-95重量％的实质上干燥农业纤维(诸如油菜杆、水稻杆或油菜杆与水稻杆的组合)与其它组份混合形成可模制混合物。在一具体实例中，该混合步骤为两步混合步骤。在两步混合步骤的第一部分中，将85重量％ -95重量％的实质上干燥农业纤维与少于10重量％的促流填充材料(诸如小麦粉)于混合机(图中未示)中混合。在一具体实例中，该混合机带有水平旋转叶片(4个安装于水平轴上的叶片)且其以约20rpm至30rpm旋转。在两步混合步骤的第一部分中，当在混合机中搅拌农业纤维时,将少于10重量％的小麦粉引入搅拌农业纤维中。在两步混合步骤的第二部分中，还通过喷雾(图中未示)将不大于5重量％的粘合剂(诸如二异氰酸酯-二苯甲烷(MDI)或任何以大豆为主的粘合剂)引入混合机中。在一具体实例中，用压力喷嘴于约5巴至8巴的压力下将不大于5重量％的MDI喷入农业纤维与促流填充材料的搅拌混合物中。在另一具体实例中，用压力喷嘴于约5巴至8巴的压力下将不大于5重量％的以大豆为主的粘合剂(诸如大豆粉)喷入农业纤维与促流填充材料的搅拌混合物中。在混合步骤中，使农业纤维、促流填充材料及粘合剂的混合物保持搅拌直至掺合该混合物形成可模制混合物为止。在一具体实例中，混合步骤的整个旋转周期耗时少于3分钟。
[0032]在图1中，在完成混合步骤(120)后，可I旲制混合物准备在震汤步骤(140)中将可模制混合物馈送至模具中。在该震荡步骤中，将可模制混合物装载至中型散装容器(Intermediate Bulk Container, IBC)(图中未示)中且接着经由称料漏斗(图中未示)排放至装料台(图中未示)上的馈料盘中。接着使装满可模制混合物的馈料盘自装料台转移至进行压缩模制(160)的压制区域(图中未示)。在一具体实例中，可模制混合物已在将可模制混合物经由称料漏斗自IBC排放至馈料盘中的整个过程中经震荡。在另一具体实例中，含有可模制混合物的馈料盘也已在将可模制混合物自馈料盘装载至底部模具的空腔的进行压缩模制的压制区域的整个过程中经震荡。
[0033]在图1中，震荡(140)可模制混合物后，可模制混合物准备在压缩模制步骤(160)中经受压缩。压缩模制步骤系以单一压缩冲程执行。在一具体实例中，压缩模制步骤在介于200-230°C之间的温度下进行。在一具体实例中，在介于200-230°C之间的温度下经由内热转移加热模具。在介于0.30kg/mm2至0.40kg/mm2之间的压力下压缩可模制混合物1.5分钟至2.5分钟。压缩模制后，将模制品排出模具且接着转移至邻接于压制区域的填充区域。在自模具排出后，不使模制品经受用于杀死任何活害虫的热处理及熏蒸。
[0034]图2中给出混合及震荡可模制混合物的实施例。在该实施例中，中型散装容器(IBC) (81)位于独立装料台(85)的顶部。可模制混合物(图中未示)可经由排料螺杆(图中未示)排放至称料漏斗(82)中且接着进一步以逐列方式排放至馈料盘(83)中。完成排放后，接着将馈料盘沿盘移动路径(84)转移至进行压缩模制步骤的压制区域(88)。通过液压机(86)将转移至模具(87)中的压制区域的可模制混合物压缩成模制品。
[0035]图3中给出馈料盘的实施例。在该实施例中，馈料盘(310)的俯视图展示其可具有1.4X1.2X0.2公尺(长X宽X高)的平均尺寸且可分成35至49个隔室以满足装载不同重量的可模制混合物以模制成在产品的不同部分具有不同轮廓及厚度的产品的需求。每一隔室(320)设计成装载不同重量的可模制混合物。此确保将适量的可模制混合物均匀地装载至模具中的预定位置以优化模制结果及材料利用率。其还有助于促进模制程序提供最大拉伸比且使模制品能够在产品的不同部分具有不同轮廓及厚度。隔室的组合根据模制品的复杂性及尺寸而变化。为了促进在模制步骤期间农业纤维在模具中的流动，通过薄钢板(图中未示)以十字形方式建构馈料盘的隔板以形成所需隔室。
[0036] 图3中所给出的实施例展示馈料盘的仰视图具有一片焊接于钢隔板底面的金属丝网(330)。整个钢隔板连接于安装有振动器的旋转棒(图中未示)。钢隔板以及焊接的金属丝网可用于在将可模制混合物自馈料盘排放至模具的压制区域(图中未示)的整个过程中于水平方向上震荡。接着当将馈料盘转移至模具的压制区域时，藉由于水平方向上滑动而打开安装于馈料盘底部的闸门(340)。
[0037]在焊接的金属丝网上方，将如图4中所示的另外4个振动器(410)安装于馈料盘的4个角上，该4个角也在排放及装载可模制混合物的整个过程中同时沿垂直方向震荡。
[0038]在图5的下半部分中，在压缩模制步骤之前，藉助于由具有振动器(图5中未示)的旋转棒及如上文所述的馈料盘的4个角上的另外4个振动器(550)所产生的水平与垂直振动运动将可模制混合物(530)以均匀分散方式排放至底部模具(560)的空腔中。由于当使用已知方法时， 在无任何震荡的情况下将可模制混合物自已知馈料盘(510)装载至底部模具中始终形成隆起堆积(520)，故将此种震荡特征并入本发明中。另一方面，本发明的馈料盘(540)必须通过底面的4个角上的另外4个振动器(550)来调平以在将可模制混合物自馈料盘装载至底部模具的压制区域中时能够实现震荡。该特征可达成实现最优模制结果，亦即最小模制压力、最少材料使用。该特征还使可模制混合物能够自由流动至可通过拉伸比确定的所需高度。在可模制混合物装满底部模具的空腔后，可使馈料盘返回至原始位置以进行再装填。
[0039]图6中给出用于模制的液压顶出系统的说明。在该实施例中，液压顶出器(630)位于底部模具的压制区域的下方。在一具体实例中，在介于200-230°C之间的温度下于压制区域中模制可模制混合物。顶部(610)与底部(620)模具都装备有各种钢管(图中未示)。热油经电加热且在模具内的油路中循环。由于经由模制中的热传递来加热模具，因此其可达成较低能量损失。
[0040]在一具体实例中，在介于0.30kg/mm2至0.40kg/mm2之间的压力下于压制区域中压缩可模制混合物1.5分钟至2.5分钟。压缩模制以单一压缩冲程执行。无需反复打开及关闭模具，也无需熨烫来释放过量水分以防止可能的模具爆炸，因为本发明的可模制混合物具有相对低的水分含量。压缩后，用液压系统(630)使模制部件排出底部模具。将机械取置系统(图中未示)并入馈料系统中以取出模制部件且将模制部件转移至邻接于压制区域的填充区域(图中未示)。因为模制品已在模制程序中经受高温及高压，所以不需要用于杀死模制品中的活害虫的进一步加热及熏蒸步骤。
[0041]图7说明在模制步骤中的压缩前后模具中的模制部件的截面。该图的上半部分展示在压缩模制步骤之前底部模具(740)空腔中的可模制混合物(720)的截面，而该图的下半部分展示在压缩模制步骤后顶部模具(780)与底部模具(790)之间的空腔中的模制品(760)的一部分的截面。在一具体实例中，以0.30kg/mm2至0.40kg/mm2的压力将顶部模具(780)压在底部模具(790)的空腔中的可模制混合物上以形成模制品(760)。将可模制混合物压缩模制成模制品的一部分为无需反复打开及关闭模具的单一压缩冲程。在一具体实例中，在介于200-230°C之间的温度下，压缩后的可模制混合物沿密封模具的水平模制空腔向上流动。可测定模制品(760)的一部分沿密封模具的水平模制空腔的高度(750)。由将压缩后模制部件(760)在密封模具的水平模制空腔中的高度(750)除以压缩前可模制混合物(720)在底部模具(740)的空腔中的高度(710)来获得可模制混合物的拉伸比。该比率反映在模制期间可模制混合物的向上流动能力。
[0042]由于高拉伸比及高密度，模制部件可具有波纹状的复杂轮廓，诸如图8中所示的托板(830)的流槽(810)及板条(820)。在不经任何后热处理及熏蒸的情况下，模制品可供使用或可反复使用。
[0043]虽然本发明已用实施例至较佳具体实例来描述，但显而易见，在不脱离本文所附权利要求范围的范畴或精神的情况下，熟悉此项技术者可作其它改变及修改。
[0044]工业适用性
[0045]本发明提供一种可模制混合物及基于所主张的可模制混合物来制造模制品及相关部件的方法。所主张的可模制混合物可应用于建构材料及制造诸如托板及相关部件的模制品的领域。所主张的制造方法可应用于制造具有更佳质量的建构产品或模制品。
【权利要求】
1.一种可模制混合物，其包含介于85% -95%重量之间的农业纤维、促流填充材料及粘合剂，其中该农业纤维为油菜杆、水稻杆或其组合，其中该可模制混合物中不存在硬化剂、抗冲击改质剂、共溶剂及脱模剂，且其中该粘合剂为用量不大于该可模制混合物的5重量％的二异氰酸酯-二苯甲烷或用量对该可模制混合物不大于5重量％的以大豆为主的粘合剂。
2.如权利要求1所述的可模制混合物，其中该粘合剂不含甲醛。
3.如权利要求1所述的可模制混合物，其中该促流填充材料为小麦粉，其对该可模制混合物为小于10重量 ％。
【文档编号】C08L3/02GK104073006SQ201410236039
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2008年7月21日 优先权日:2008年7月21日
【发明者】王德善 申请人:王德善