專利名稱：發(fā)泡成型復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及了一種發(fā)泡成型復(fù)合材料。該材料在諸如快餐食具、緩沖包裝等一次性使用制品及建筑材料等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。
快餐食具和緩沖包裝等一次性使用制品在現(xiàn)代社會中，為保證食品衛(wèi)生，提供有效包裝等方面，發(fā)揮了良好的經(jīng)濟和社會效益。但因其主要采用發(fā)泡聚苯乙烯、發(fā)泡聚乙烯等泡沫塑料材料制作，而該類材料在其制品廢棄后在自然界里不能降解腐爛，回收處理困難，造成嚴(yán)重環(huán)境污染；且其制品在生產(chǎn)過程中尚使用對大氣臭氧層有嚴(yán)重破壞作用的含氯氟烴類發(fā)泡劑。為此，迫切需要尋找有效的替代材料。
目前提出用以替代泡沫塑料的材料已有不少，如紙板、可降解塑料、淀粉及其衍生物、纖維膠合材料、等等。這些材料都存在有不足之處或因其在生產(chǎn)過程中總體資源消耗大，產(chǎn)生的環(huán)境污染更為嚴(yán)重；或因其原料來源受限制，難以滿足大量使用的需要；或因其工藝性能差，不足以適應(yīng)大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)；等等。
向中國專利局申請的兩項發(fā)明專利申請CN1080301A和CN1111652A，針對上述情況，提出了以天然高分子材料，如農(nóng)作物秸桿纖維等為主要原料，可生物降解的無污發(fā)泡材料。該材料采用獨特的熱模發(fā)泡成型干燥工藝(見向中國專利局提交的發(fā)明專利申請94104054.2)制成的制品，為解決泡沫塑料的替代材料提供了一條切實可行的途徑。上述發(fā)明專利申請所涉及的材料具有如下顯著特點經(jīng)特定方法進行熱模發(fā)泡成型，開模即可得到干燥定型的模塑制品。
本發(fā)明是針對CN1080301A和CN1111652A發(fā)明專利申請所涉及材料的顯著特點，提出了原料來源更為廣泛，成本較低廉、工藝性能好、通過調(diào)整組份構(gòu)成使其綜合性能可分別滿足不同需要的發(fā)泡成型干燥復(fù)合材料。
本發(fā)明提出的以非金屬礦物或工業(yè)固體廢棄物粉末為主要原料，配以植物纖維料、膠體材料、熱分解發(fā)泡劑、助劑，經(jīng)特定方法制成的發(fā)泡成型復(fù)合材料，所述材料各組份的重量百分比為(1)15％～70％的非金屬礦物或工業(yè)固體廢棄物粉末；(2)10％～35％的植物纖維料；(3)7％～20％的膠體材料；(4)0.4％～2％的熱分解發(fā)泡劑；(5)0.5％～8％的助劑；所述的特定方法為先將液態(tài)組份以外的各組份預(yù)先混合均勻；再將適量的水及液態(tài)組份，視室溫及溶解(或糊化)膠體材料的需要，加熱到一定溫度，倒入預(yù)先混合均勻的干燥組分中，迅速攪拌揉合均勻備用(下稱備用物料)，備用物料的含水率按其重量百分比計應(yīng)該在40％～70％之間；將備用物料按熱模注塑或壓塑工藝的要求，定量投入模具中，進行熱模發(fā)泡成型，經(jīng)20～120秒鐘后開模、脫模，即可得到其干燥定型的模塑制品(參見中國專利申請CN94104054.2)。
下面對本發(fā)明內(nèi)容給予詳盡說明組份(1)作為主要原料，起著骨架構(gòu)成及填充的作用，可以是非金屬礦物，如粘土、高嶺土、滑石、碳酸鈣、膨潤土、活性白土、石灰石、膨脹珍珠巖；或者是工業(yè)固體廢棄物，如粉煤灰；煉鋁紅泥。其原料形態(tài)呈干燥粉末狀，細(xì)度為45～325目，優(yōu)選為100～200目?？梢赃x擇上述材料中的一種或者數(shù)種組成。在發(fā)泡成型時，為膠體材料所包埋的主料，一部分在芯層沿氣泡鼓成的氣膜表面與植物纖維料相互交織粘結(jié)，形成疏松多孔狀骨架；另一部分在壓力的作用下，隨著氣體和水分的排出被帶向模具模腔的表面，堆積填充形成緊密光滑的薄層，形成制品的表面。由于本發(fā)明的組份(1)較之CN1080301A和CN1111652A發(fā)明專利申請的植物纖維料要細(xì)得多，其填充作用更好，形成的制品表面更為緊密光滑。
組份(2)起著纖維增強作用，可以是一年生或多年生草本植物秸桿，如稻草、麥草、棉桿、蔗渣、蘆葦?shù)冉?jīng)過適當(dāng)處理而形成的植物纖維料，其含水量在8％～15％之間。處理方法見向中國專利局提交的發(fā)明專利申請95105304.0。在本發(fā)明中，摻入植物纖維料，是利用其自身的強度及其相互間的牽扯力，增加芯層骨架結(jié)構(gòu)的韌性，改善制品的綜合強度。
組份(3)的膠體材料起著氣泡成膜和粘結(jié)作用，可以是富含淀粉的糧食，如面粉、玉米、薯類；多糖類物質(zhì)，如淀粉及其衍生物、瓊脂；蛋白質(zhì)物質(zhì)，如干酪素、骨膠；以及聚乙烯醇；或者海藻酸鹽。可以選用上述材料中的一種或者數(shù)種組成，它們可以是液態(tài)的膠體水溶液；也可以是細(xì)度為100～1250目的干燥粉末。在發(fā)泡成型時，膠體材料一方面起著粘結(jié)作用，另一方面起著氣泡成膜作用，當(dāng)芯層的氣泡形成時，為膠體材料所包埋的組份(1)和組份(2)便更沿著氣泡膜相互交織粘結(jié)在一起，隨著氣泡的破裂，形成了孔狀骨架。氣泡的形成、破裂、再形成這一過程的多次循環(huán)，令制品的芯層形成疏松多孔狀骨架。這一過程同時還起著推動材料均勻充盈整個模具模腔的成型作用。
組份(4)的熱分解發(fā)泡劑，可以是碳酸氫鈉NaHCO3、碳酸氫銨NH4HCO3、N，N′-二亞硝基五次甲基四胺(化學(xué)式簡稱DPT)、偶氮二甲酰胺(化學(xué)式簡稱AC)。在本發(fā)明涉及材料中均勻分布的發(fā)泡劑，在發(fā)泡成型時，受熱迅速分解，放出大量氣體，在材料中形成細(xì)小均勻的氣泡，并與材料中所含水分的汽化而產(chǎn)生的水蒸氣一起，在模具模腔中產(chǎn)生0.2～0.5MPa/cm2的壓力，推動材料均勻充盈整個模具模腔。
組份(5)的助劑，可以是明礬、硼砂、甘油、尿素、松香及其衍生物或乳液、硬脂酸鹽及其乳液、蠟及其乳液、硅油。它們的作用或者是熱分解發(fā)泡劑的引發(fā)劑，以降低其分解的引發(fā)溫度；或者是用以改善膠體材料的成膜性能，利于氣泡的形成；或者是利用其吸潮性能，令制品保持一定濕度，以改善制品的綜合性能；或者是利用其拒水性能，改善該材料的抗冷、熱水性能。根據(jù)本發(fā)明材料模塑制品的要求，可選用上述材料中的一種或者數(shù)種。
本發(fā)明提到的特定方法中，之所以加入一定量的水，一是使本發(fā)明所涉及材料在發(fā)泡成型干燥前具有一定的塑性，在模具中便于成型；二是在發(fā)泡成型干燥時，水分受熱汽化，產(chǎn)生大量水蒸氣，與發(fā)泡劑發(fā)出的氣體一起，在模具模腔中產(chǎn)生0.2～0.5MPa/cm2的壓力，推動材料均勻充盈整個模具模腔；三是水分的氣化還有著氣泡形成作用。之所以要將水及液態(tài)組份加熱到一定溫度，是為了使干燥粉末形態(tài)的膠體材料溶化(對于淀粉類膠體材料則為糊化)。而干燥組份需要預(yù)先混合均勻，是為了使膠體材料足夠分散，以保證其溶化或糊化。
本發(fā)明涉及的材料具有良好的模塑成型工藝性能，配合以獨特的熱模發(fā)泡成型干燥工藝(請參見中國專利申請CN94104054.2)，其模壓制品從其斷面看去，芯層呈疏松多孔狀骨架，表面呈由里向外逐步過渡為緊密光滑的薄層，其比重為0.2～0.5g/cm3。這一獨特的結(jié)構(gòu)，賦與該材料以比重輕、強度高、隔熱、隔音和緩沖減震等性能。特別適用于制作一次性使用制品。光滑的外表面可以印刷或著色。該材料可根據(jù)包裝應(yīng)用的要求，在其表面涂覆一層涂料，以進一步滿足防冷、熱水和隔阻油脂的需要。該材料除了可以作為包裝材料外，還具有多種用途制作建筑材料、家具、運動器材，如高爾夫球托、等等。還可以通過摻入導(dǎo)電粉末，使之抗靜電，以滿足特殊的需要。
本發(fā)明涉及材料的模塑制品，可以作為半成品坯件，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，制成發(fā)泡陶瓷制品，從而實現(xiàn)對制陶業(yè)中制坯工藝的改進。
本發(fā)明涉及的材料，其原料主要選自天然材料，具有良好的環(huán)境保護特性。其生產(chǎn)過程中能源消耗低，所產(chǎn)生的污染?。辉谑褂脮r無毒無害；廢棄后可自然化解或可生物降解，為環(huán)境所消納，不會造成環(huán)境污染。
實施例一一種發(fā)泡成型復(fù)合材料的組份名稱及其重量份數(shù)比如下p
制造方法先將各組份混合均勻，將加熱達95℃左右的等重量的水，趁熱倒入迅速攪拌，使其中的淀粉糊化，經(jīng)充分的攪拌揉合均勻后備用；將配好的物料，定量注入加熱好的注塑模具中，進行其熱模發(fā)泡成型，約經(jīng)45秒鐘后即可開模，便得到干燥定型的該材料模塑制品。
實施例二一種發(fā)泡成型復(fù)合材料的組份名稱及其重量份數(shù)比如下p
制造方法將除粘土以外的各組份混合均勻，將重量為上述全組份重量80％的水加熱到95℃左右，趁熱倒入迅速攪拌，待其中的淀粉糊化后，再倒入粘土，經(jīng)充分?jǐn)嚢枞嗪暇鶆蚝髠溆茫粚⑴浜玫奈锪?，定量投入加熱好的壓塑模具中，進行其熱模發(fā)泡成型，約經(jīng)40秒鐘后即可開模，便得到干燥定型的該材料模塑制品。實施例三一種發(fā)泡成型復(fù)合材料的組份名稱及其重量份數(shù)比如下
制造方法先將除水以外的組份混合均勻，將加熱達95℃左右的等重量的水，趁熱倒入迅速攪拌，使其中的淀粉糊化，經(jīng)充分的攪拌揉合均勻后備用；將配好的物料，定量投入加熱好的壓塑模具中，進行其熱模發(fā)泡成型，約經(jīng)40秒鐘后即可開模，便得到干燥定型具有一定防熱水性能的該材料模塑制品。
權(quán)利要求
1.一種以非金屬礦物或工業(yè)固體廢棄物粉末為主要原料，配以植物纖維料、膠體材料、熱分解發(fā)泡劑、助劑以及水，經(jīng)特定方法制成的發(fā)泡成型復(fù)合材料，其特征在于所述材料各組份的重量百分比為(1)15％～70％的非金屬礦物或工業(yè)固體廢棄物粉末或者非金屬礦物和工業(yè)固體廢棄物的粉末組合物；(2)10％～35％的植物纖維料；(3)7％～20％的膠體材料；(4)0.4％～2％的熱分解發(fā)泡劑；(5)0.5％～8％的助劑；所述的特定方法為先將液態(tài)組份以外的各組份預(yù)先混合均勻；再將適量的水及液態(tài)組份，視室溫及溶解(或糊化)膠體材料的需要，加熱到一定溫度，倒入預(yù)先混合均勻的干燥組分中，迅速攪拌揉合均勻備用(稱為備用物料)，備用物料的含水率按其重量百分比計應(yīng)該在40％～70％之間；將備用物料按熱模注塑或壓塑工藝的要求，定量投入模具中，進行熱模發(fā)泡成型，經(jīng)20～120秒鐘后開模、脫模，即可得到其干燥定型的模塑制品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)泡成型復(fù)合材料，其特征在于所述組份(1)中的非金屬礦物可以為粘土、高嶺土、滑石、碳酸鈣、膨潤土、石灰石、活性白土、膨脹珍珠巖或者是由上述材料中的兩種或兩種以上所組成的組合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)泡成型復(fù)合材料，其特征在于所述組份(1)中的工業(yè)固體廢棄物可以為粉煤灰、煉鋁紅泥等。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的非金屬礦物和工業(yè)固體廢棄物，其特征在于所述材料的形態(tài)呈粉末狀，其細(xì)度在45～325目之間，優(yōu)選為100～200目。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)泡成型復(fù)合材料，其特征在于所述組份中的植物纖維料采用稻草、麥草、蔗渣、棉桿，蘆葦?shù)炔荼局参镌现苽涠伞?br> 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)泡成型復(fù)合材料，其特征在于所述組份(2)中的膠體材料可以是富含淀粉的糧食，如面粉、玉米、薯類；多糖類物質(zhì)及其衍生物，如淀粉及其衍生物、甲殼素、瓊脂；蛋白質(zhì)物質(zhì)，如干酪素、明膠；聚乙烯醇；海藻酸鹽；羧甲基纖維素CMC；亦可以是由上述材料組成的組合物組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膠體材料，其特征在于所述材料的形態(tài)可以呈粉末狀，其細(xì)度為100～1250目。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)泡成型復(fù)合材料，其特征在于所述組份中的熱分解發(fā)泡劑可以是碳酸氫鈉NaHCO3、碳酸氫銨NH4HCO8、N，N′-二亞硝基五次甲基四胺DPT、偶氮二甲酰胺AC。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)泡成型復(fù)合材料，其特征在于本發(fā)明涉及材料的模塑制品，可以作為半成品坯件，經(jīng)高溫?zé)Y(jié)，制成發(fā)泡陶瓷制品。
全文摘要
一種發(fā)泡成型復(fù)合材料，其原材料以非金屬礦物或工業(yè)固體廢棄物粉末為主，配以植物纖維料、膠體材料、熱分解發(fā)泡劑、助劑所組成。先將液態(tài)組分以外的各組分混合均勻，再將適量的水及液態(tài)組分，視溶解或糊化膠體材料的需要，加熱到一定溫度，與干燥組分迅速攪拌揉合均勻；然后將配好的物料定量投入熱模中進行熱模發(fā)泡成型。該材料比重輕、強度高、隔熱、隔音和緩沖減震；可模塑成型；以及廢棄后可自然化解，具有良好的環(huán)境消納特性。特別適用于制作一次性使用制品。
文檔編號C08L97/02GK1165836SQ9610751
公開日1997年11月26日 申請日期1996年5月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月16日
發(fā)明者林白, 池洪, 萬憲 申請人:林白, 池洪, 萬憲