专利名称：制造泡沫体的制作方法
技术领域：
本发明涉及制造泡沫体的方法和设备，尤其但并不仅仅指用生物可降解的或水溶性的聚合材料制成的那些泡沫体。
近年来，相当多的研究致力于生物可降解聚合体的开发，例如基于淀粉的聚合体。例如US 5 705 536(Tomka)提及可以通过将粉状淀粉与水混合，并且在水转化成蒸气时挤压混合物，来制成淀粉泡沫。Tomka指出使用热塑性淀粉或包含热塑性淀粉的聚合体混合物来生产这样的泡沫体是有利的；这种淀粉通常包含少于1％重量的水，并且Tomka讲授了用例如包含水分的柠麻纤维的纤维性材料，与淀粉混合。通过在大约200℃下挤压，可以将混合物转化成泡沫。通过将例如增塑剂和润滑剂添加到混合物中，可以改变生成的产品的特性。如US 6 235 815B(Loercks等)中解释的，热塑性淀粉可以由基本无水的淀粉制成，在挤压过程中，将无水淀粉与添加的例如甘油或山梨醇等增塑剂搅匀，并且在120℃和220℃之间的温度范围内融化无水淀粉；热塑性淀粉可以结合其他生物可降解的聚合体，如聚己酸内酯。Loercks等讲授了在干燥条件下，可以从直接混合了例如脂肪族聚酯等疏水的聚合体的无水淀粉，来制成聚合体混合物。US 6 494 704B(Andersen等)描述了用于制造例如碗或碟等物体的压模机，这些物体在凸凹模具半部之间形成，并且由基于淀粉的组成物制成，该组成物也包含水并且也可以包含纤维和无机填充剂，将模具加热到170℃和220℃之间。模具可以是金属例如钢或黄铜制成的，并且可以配有PTFE的不粘附涂层。允许生成的水蒸气的一些通过通风口逸出，同时另一些导致模具内材料的起泡膨胀。一定时间之后，最好是在30秒和2分钟之间的范围内，可以分离模具半部，并且移走泡沫体。可以理解更快的加热周期是有利的。
根据本发明，提供了一种制造生物可降解的泡沫体的方法，其中包含生物可降解聚合体和水的聚合体混合物被引入至模具内，在两个彼此匹配在一起的相对部件的模制表面之间限定模具，其中每一个模具部件由导电材料制成，而模制表面的每一个涂覆有电绝缘材料层，其中在模具部件之间施加射频信号，以便通过电介质加热来加热聚合体混合物，使得水转变为蒸气，从而聚合体混合物形成泡沫，填充模具，并且在不超过15秒内定形。
射频源大体上可以在1MHz和200MHz的频率之间，通常在10MHz和100MHz之间，但对于任何发出的无线电波实施有严格的限制。因此在实践中，频率的选择可能会更受限制。例如，源频率可以是27.12MHz或40.68MHz。这提供了更快速加热聚合体混合物的方法，以便加热、形成泡沫和定形需要不超过15秒，最好在5和10秒之间。
本发明也提供一种用聚合体混合物来制造泡沫体的设备，此设备包括在两个相互匹配在一起的相对部件的模制表面之间形成的模具，其中每一个模具部件由导电材料制成，而模制表面的每一个涂覆有一层电绝缘材料，并包括在模具部件之间施加射频信号的装置，以便通过电介质加热来加热模具部件之间的聚合体混合物。
用来涂覆模制表面的电绝缘材料最好是不被电介质加热的，例如PFA(全氟烷氧基烷烃)。硅树脂橡胶也是合适的，提供了良好的热、电安装。PTFE的表面涂覆也是有利的，因为这使得泡沫体一旦定形时被移走变得更容易。电绝缘材料层的厚度最好不超过2mm。
聚合体混合物包含水，当加热时其形成蒸气；不使用其他起泡剂。聚合体混合物最好是基于淀粉的聚合体，并且可以包含热塑性淀粉。为了实现良好的起泡，当产生蒸气时，在模内压力变高是十分重要的，使得蒸气不会自由地排出。
仅通过实例，并且参考附图，现在将对本发明进行进一步以及更详细地描述，其中
图1显示了当模具分离时，经过模具上下两半部的截面视图；图2显示了在模具内泡沫体生产期间的相应于图1的视图；以及图3显示了包括模具的设备的电路的图解视图。
参考图1和2，用于产生由起泡的基于淀粉的聚合体材料所制成的碟的设备10，分别包括上下模具半部12和14，上下半部彼此配对在一起，从而在其间形成狭窄空腔15，在空腔内将形成碟。每一个模具半部12和14由黄铜制成，每一个在朝向空腔15的整个表面上具有PFA电绝缘体的涂层16。当两个半部12和14如图1所示那样分离时，聚合体材料引入下半部14中，而上半部12随后降低到一定位置。下半部14上的由电绝缘氧化铝制成的外围脊18具有倾斜的内表面，并且与上半部12上相应形状的外边缘相接触，使得空腔15具有2.5mm的均一厚度，而模具的半部12和14彼此精确地保持对准。射频信号随后施加在两个半部12和14之间，其起到电极的作用。氧化铝脊18确保射频信号穿越空腔15而聚集。聚合体材料变热，而聚合体混合物内的水沸腾，使得材料变为填充整个空腔15的泡沫。
紧挨着外围脊18，上模具半部12限定了外围凹槽20，该外围凹槽经过狭缝与模具空腔15连通。具有一些狭窄输送管22(图中仅显示了其中的一个)，其从此外围凹槽20延伸穿过上模具半部12。来自热聚合体混合物的蒸气可以逸入外围凹槽20内，从而通过狭窄输送管22逸出，但输送管22限制了蒸气的流动，这样在聚合体起泡时，空腔15内的压力迅速升高。比如，该压力可升高到10个大气压以上。这相应于蒸气和聚合体混合物达到大约185℃以上的温度。在大约8秒后，聚合体混合物形成自支撑的碟，而两个半部再次分开，取出碟。
可以理解通过使用适当形状的模具，可以使用这种设备来制造范围很广的不同产品，而产品可呈现任意需要的形状。例如，其可以用来制造多间隔碟，圆环或正方形的盘或碗、或杯子、或由两个沿直线边缘铰接在一起的壳体所形成的蛤壳式容器。同时可以理解虽然设备显示为仅包含单个模具，但可以替代为若干形成排列的模具，所有这些模具连接到公有的射频源上。
现在参考图3，图解显示了电路。作为固态设备的射频信号发生器25，通过同轴电缆26将射频信号供应到匹配网络28上，从该网络通过同轴电缆30将信号供应到上模具半部12上，而下模具半部14接地。更详细地显示了匹配网络28。信号通过可变电容器32、电感器33以及可变电容器34等传递到电缆30上。监控电路(图中未示)监控射频电流和电压，并且调节可变电容器32和34的数值，以便呈现给发生器25的阻抗保持恒定数值，例如50欧姆。电容器32和电感器34之间的接点通过电容器36连接到地电位上，并且可以调节电容器36的有效电容。这起到了精细调节施加在带电电极(上模具半部12)和相对的接地电极(下模具半部14)之间的射频电压以及供应的射频电流的效果。因此其控制了模具半部12和14之间实际供应的功率。
聚合体的特性对本发明并不是决定性的，尽管聚合体必须是生物可降解的，并且最好至少部分基于淀粉。聚合体可以包括热塑性淀粉，但因为这可能不包含大量的水，所以为了起泡，包含提供必备水的另一成分是必要的。使用热塑性淀粉的一个益处在于生成的泡沫体虽然是生物可降解的，但不容易溶于水。作为另一种选择，聚合体可以包含淀粉颗粒，其至少部分地与水反应而胶质化。混合物可以包含盐(例如NaCl)，以改变其导电性，并且也可以包含增塑剂，例如山梨醇。聚合体混合物可以包含其他聚合体材料，并且也可以包含强化纤维，例如那些来自大麻或棉花或其他植物的纤维素有机纤维。虽然纤维增强了生成的泡沫产品，但纤维的含量最好不超过大约50％，最好不多于总重量的25％。同时可以理解聚合体混合物可以以薄膜、颗粒、小球、粗加工的成品或浆状混合物的形式引入模具内，并可以是湿的外表。
例如，通过将玉米淀粉(玉米粉)和水等质量地混合，从而制造泡沫淀粉碟。此混合物随后引入至以上所描述的模具内，但其具有2mm厚、110mm直径的空腔15。当施加射频能量时，淀粉混合物起泡，生成填充空腔的泡沫碟。体积增加大于3倍。
可以理解设备可以以不同方式进行改动，例如电绝缘体的涂层16的厚度可以在20和50μm之间。如以上提到的，模具形状取决于所需产品的形状。当制造包括铰链(例如蛤壳式容器)的产品时，可以通过聚合体非起泡材料的条(例如羟基丙基甲基纤维素条)来提供铰链，该条连同形成泡沫的混合物一起位于模具内，以便铰链条与在铰链的各侧面上的泡沫部分成为一整体。
权利要求
1.一种制造生物可降解的泡沫体的方法，其中将包含生物可降解的聚合体和水的聚合体混合物引入模具内，在两个互相匹配在一起的相对部件的模制表面之间限定该模具，其中，每一个模具部件由导电材料制成，并且模制表面的每一个涂覆有一层电绝缘材料，并且其中在模具部件之间施加射频信号，以便通过电介质加热来加热聚合体混合物，使得水转变为蒸气，于是聚合体混合物形成泡沫，填充模具，并且在不超过15秒内定形。
2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，施加射频信号，以便聚合体混合物形成泡沫，填充模具，并且在小于10秒内定形。
3.根据权利要求1或2中所述的方法，其特征在于，以20MHz和50MHz之间的频率来施加射频信号。
4.根据权利要求3中所述的方法，其特征在于，聚合体混合物至少部分基于淀粉。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在起泡过程期间，模具内的压力升高到10个大气压以上。
6.一种从聚合体混合物来制造泡沫体的设备，该设备包括在两个互相匹配在一起的相对部件的模制表面之间限定的模具，其中，每一个模具部件由导电材料制成，并且涂覆有一层电绝缘材料，并包括在模具部件之间施加射频信号的装置，以便通过电介质加热来加热在模具部件之间的聚合体混合物。
7.根据权利要求6中所述的设备，其特征在于，用来涂覆模制表面的电绝缘材料是不被电介质加热的材料。
8.根据权利要求6或7中所述的设备，其特征在于，当模具部件合起来时，它们通过电绝缘体隔开，电绝缘体比限定模具的间隙要厚。
全文摘要
通过将生物可降解的聚合体混合物引入模具(10)中来制造泡沫体，在模具中加热聚合体来形成泡沫并填充模具。在两个相互配对在一起的相对部件(12、14)之间限定模具，每一个模具部件由导电材料制成，在模制表面上涂覆电绝缘材料(16)。在两个模具部件(12、14)之间施加射频信号(25)，从而通过电介质加热来加热聚合体混合物，这样在小于15秒内形成泡沫碟。与使用加热的模具相比，这提供了更快速的周期时间。射频信号可以为27.12MHz或40.68MHz。聚合体可以是基于淀粉的。
文档编号B29C44/10GK1791498SQ200480013818
公开日2006年6月21日 申请日期2004年5月19日 优先权日2003年5月20日
发明者I·H·巴尔钦, M·A·J·费斯特, R·格兰姆斯 申请人:斯坦尼科射频技术有限公司