CN102666621A - 负碳生物塑料家具 - Google Patents

Abstract

一种家具物品，其包含负碳生物塑料和用于使所述生物塑料在模具中发泡的无害发泡剂，以制造具有负碳足迹的家具物品。

Description

负碳生物塑料家具

技术领域

本发明总体上涉及由发泡塑料制成的装饰品。具体地，但非限于此，本发明涉及由模塑聚氨酯泡沫制造的相框。

背景技术

相框和其他装饰品可通过将聚氨酯泡沫在模具中发泡来经济地制造。聚氨酯泡沫通常由多元醇（polyol）、催化剂、表面活性剂、发泡剂和二苯基甲烷二异氰酸酯（methylene diphenyl isocyanate）（MDI）的混合物制成。多元醇为具有多个可用于有机反应的羟基官能团的化合物。多元醇的实例包括已经丙氧基化的或乙氧基化的芳香族多元醇、脂肪族多元醇和蔗糖或山梨醇型多元醇。颜料和填料也可添加到多元醇。在将多元醇与催化剂、表面活性剂和发泡剂混合之后，多元醇与MDI在模具中反应来制造发泡的聚氨酯泡沫。当从模具脱出时，可根据需要对聚氨酯泡沫喷漆。

发明内容

在一个实施例中，一种家具物品包括负碳生物塑料和用于使所述生物塑料在模具中发泡的无害发泡剂，以制造具有负碳足迹的家具物品。

附图说明

通过下面以示例且非限制方式呈现的结合附图的描述，上述的和其他的方面、特征和优点将变得更明显，贯穿附图的几幅视图，相似的附图标记标示相似的元件，其中：

图1示出根据现有技术的由发泡塑料制成的相框的剖视图；

图2示出用于制造负碳生物塑料的方法的流程图；

图3示出由图2的负碳生物塑料制造相框的方法的流程图；

图4示出由图3的方法制造的相框的前视图；

图5示出图4的相框的放大前视图；

图6示出图4的相框的放大剖视图。

附图中的元件出于简明目的示出，并且不必按比例绘制。例如，附图中一些元件的尺寸、大小和/或相对位置可能相对于其他元件夸大，以阐明示出的实施例的区别特征。而且，在商业可行的实施例中可能有用或必要的常见并且很好理解的元件通常没有图示，以便于获得所举实施例的较少遮挡的视图。

具体实施方式

下面是体现可从其获得其他实施例的一般原理的具体实施例的描述。因此，示出的实施例不旨在排除可从所附权利要求的范围内的相同的一般原理获得的其他实施例。例如，可能以特定的执行顺序来描述或图示一些反应或步骤。然而，本领域的从业者将会理解，特定的顺序仅以示例的方式给出并且特定的顺序不排除以另一种顺序进行所述步骤来获得基本上相同的结果。而且，描述中所用的术语和表述具有与该术语和表述在相应的各自探讨和研究领域具有通常的意思，除非本文特别提出具有其他意思。

如本文所限定的，家具物品是包括装饰目的或特征的制造产品，所述装饰目的或特征例如为由木材、石材、模塑塑料或其组合制成的雕刻、雕塑、风化或纹理表面。木材或石材装饰特征可以使用例如模塑塑料来模仿。如本文所限定的各种家具物品的示例包括但不限于用于内部和外部使用的仿造的装饰性石板、建筑造型和装饰、梁托和天花板圆雕饰、壁炉边缘、墙饰和舞台装饰、镜框和艺术框、灯和照明部件、喷泉、雕像、容器、罐、花盆以及用于室内和户外使用的家具组件。

聚氨酯泡沫广泛用于模塑制品，例如相框、匾、油画外框（crownmoldings）、用于天花板的木梁、镜框、雕像、家具部件或装饰、仿雕刻、钟表壳体和很多其他华丽且极为细致的装饰品。聚氨酯泡沫可在模腔中发泡，以精确地再现模具的轮廓。聚氨酯泡沫固化有耐用的表皮，该表皮可以用与木材类似的方式表面处理。还可以在固化的聚氨酯泡沫的表面上再加工质地和纹理图案。适当的模具可由母模（master）铸造，母模可以是例如由木材或金属领域熟练的工匠特别制造的原始工件，或者母模可以特别设计用于聚氨酯泡沫领域的复制。模具材料可以是例如乳胶、硅橡胶、聚氨酯、人造橡胶和根据公知技术用于制造模具的其他材料。

相框由从耐冲性聚苯乙烯到ABS的多种塑料模制形成。聚氨酯泡沫通常用于模制相框，以降低产品的重量和成本，同时模仿木材的外观。包含氟里昂作为发泡剂的聚氨酯泡沫形成可易于装饰的致密外表皮。但是，对在“温室气体”种类内的发泡剂例如氟里昂的限制导致制造商使用替代物，例如水。不幸的是，使用水作为用于聚氨酯泡沫的发泡剂通常在外表皮中形成针孔和空洞。该问题的解决方案是提高聚氨酯泡沫的密度。但是，提高的泡沫密度还增加了模具中的压力，这降低了模具的工作寿命并且可能需要很多用于模具修理的工时。

图1示出根据现有技术由发泡塑料制成的相框的剖视图100。图1中显示的是模制的相框102和木质的背衬104。

图1中，模制的相框102形成为中空的物件，其安装在木质的背衬104上。木质的背衬104需要防止翘曲并且增加支撑框内相片所需的强度。该类型的模制相框通常具有约十二到十四磅每立方英尺（12-14lbs/cu ft）的密度。基底或底漆涂层通常喷射在模具内部，以使模制的相框102可以被喷漆或染色以模仿雕刻的木材。

新技术销售中的流行趋势是“生产或使用绿色产品”，即避免据称对环境有害的物质的使用和生产，并且使用由可再生的资源制成的材料。可用于制造生物塑料的可再生的多元醇的例子包括大豆油和蓖麻油。由于绿色计划而逐渐形成的一个概念是碳足迹。产品的每一个部件具有可以是正或负的相关的碳足迹值。选择产品部件以最小化总的碳足迹值来提高产品的绿色等级。负的碳足迹值可能得到最有利的绿色等级。蓖麻油，具有多元醇的最有利的负碳足迹，具有的碳足迹值为负的38000克每千克碳信用额。大豆油的碳足迹值为负的2800克每千克碳信用额，二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）的碳足迹值为正的5,800克每千克碳信用额。通过包含仔细选择的蓖麻油和MDI及催化剂、表面活性剂及作为发泡剂的水的比例，可以制造生物塑料泡沫聚氨酯，用于模制具有组合的负的碳足迹的相框和其它家具物品。

先前的用于制作相框的聚氨酯泡沫使用正碳树脂系统和有害化学物质作为发泡剂。与以前的树脂配方相比较，包含生物基多元醇的负碳树脂材料可由水发泡，使用胺类催化剂和表面活性剂。生物基多元醇可以是蓖麻油、大豆油或另一种植物多元醇，例如蔗糖和山梨醇多元醇。下面是负碳树脂系统的一些示例：

（1）将山梨醇和大豆油与水、表面活性剂和催化剂混合。混合物与聚合的二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）以等份反应。泡沫混合物的自由状态密（free rise density）度约六磅每立方英尺（6lbs/cu ft）。将泡沫混合物倒入相框模具中，并将模具闭合。形成密度为约十磅每立方英尺（10lbs/cu ft）的泡沫。在约十五（15）分钟之后打开模具。使用该树脂系统制成的相框具有光滑（无坑）的表面外观和硬度。

（2）将蔗糖和蓖麻油与催化剂、水和表面活性剂混合。将混合物与MDI反应，并且如在前面的示例中一样倒入相框模具中。在约十五（15）分钟之后将模具打开。使用该树脂系统制成的相框也具有良好的表面外观和硬度。

（3）将芳香族多元醇与水、催化剂和表面活性剂混合。将混合物与MDI反应，并且如在前面的示例中一样倒入相框模具中。在约十五（15）分钟之后将模具打开。使用该树脂系统制成的相框的密度为约十磅每立方英尺（10lbs/cu ft），表面具有针孔并且易碎。

蓖麻油不贵，并且可以在小于十五磅每平方英寸（15 psi）的压力和约九十华氏度（90℉）的安全反应温度下下制成负碳生物塑料。低压有利地避免了没有背衬材料的非压力环境中的翘曲。以重量计至少百分之三十五（35％）的蓖麻油可以被混合到生物塑料中，以使生物塑料符合有利的税收待遇，进一步降低产品成本。负碳生物塑料具有致密的、硬的表皮，具有约十五磅每立方英尺（15lbs/cu ft）的密度，这便于从模具脱出模制件，有利地避免了先前的方法中使用脱模剂涂覆模具的需要。模制件的表面没有坑和空洞，精确地贴合模具中的精细细节。模制件具有约八到九磅每立方英尺（8-9lbs/cu ft）的低密度。其他优点包括使用水作发泡剂，从而释放二氧化碳。例如水等无害发泡剂不仅基本上不包含环境有害物质，而且避免将环境有害的化学物质释放到大气中去。水的低使用量还避免在模制件喷漆时截留气体。

在各个实施例中，用于负碳生物塑料的树脂系统为具有负碳值的生物基多元醇的混合物。在一个实施例中，多元醇混合物包括干性蓖麻油#1，其羟基数（OH#）为165。蓖麻油与OH#在300到500范围内的蔗糖基多元醇混合。在一个实施例中，将以重量计为百分之一到百分之四（1%-4%）的水添加到多元醇混合物中作为发泡剂。由于蓖麻油是疏水性的，因此添加以重量计为百分之一到百分之十（1%-10%）的且具有分子量在500到5000范围内的环氧乙烷/环氧丙烷多元醇（EO/PO），以使蓖麻油可溶于水中。

将以重量计为百分之零点一到百分之二（0.1%-2%）范围内的发泡催化剂，例如BL11添加到混合物，其与热激活凝胶延时催化剂例如8154延时DABCO结合起作用。将以重量计为百分之零点五到百分之二（0.5%-2%）范围内的表面活性剂例如乳液型有机硅添加到混合物中，其保持小的细胞结构（cell structure）并且在发泡发生时用作乳化剂。表面活性剂可添加到多元醇或MDI中。多元醇混合物与二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）以适当的比例反应。优选地，聚氨酯泡沫直到模具被完全填充时才形成泡沫，然后变得更致密，以形成厚表皮。在一个实施例中，在倾倒泡沫之前，将油漆喷射到模具中。

优选地，生物塑料泡沫直到模具被完全填充时才形成泡沫，然后变得更致密，以形成没有空洞的厚表皮。在一个实施例中，在倾倒泡沫之前，将油漆喷到模具中。当生物塑料混合物的放热反应将生物塑料泡沫的温度升高到凝胶催化剂的解封闭温度时，例如一百二十华氏度（120℉），生物塑料泡沫混合物快速固化。因此，模具将被良好地排气，以使得发泡的泡沫取代模具中的空气，防止空洞形成在模制件的表面上。模具温度优选保持在不大于催化剂的解封闭温度，以避免泡沫在模具充满之前固化。另一方面，模具温度低于约八十华氏度（80℉）可能导致差的表面外观。通常，模具温度优选保持在九十到一百华氏度（90℉-100℉）的范围内。

上面所述的制造负碳生物塑料的方法可使用低压或高压设备进行，所述低压或高压设备将多元醇混合物罐的温度保持在约八十五华氏度（85℉）。负碳生物塑料的典型的自由状态密度在从约六磅每立方英尺（6lbs/cu ft）到约九磅每立方英尺（9lbs/cu ft）的范围内。模制产品的密度通常在九磅每立方英尺（9lbs/cu ft）到十五磅每立方英尺（15lbs/cu ft）的范围内。有利地，负碳生物塑料的表皮密度为约十五磅每立方英尺（15lbs/cu ft），其大于先前的聚氨酯系统。从将负碳生物塑料引入模具中到将模制产品从模具中取出的周期在约八（8）到十五（15）分钟的范围内。

在一个实施例中，如上面所述，以下面的重量份数混合来制造负碳生物塑料：山梨醇，50；蓖麻油，50；促进水和MDI之间的反应来产生二氧化碳的发泡催化剂，例如来自Air Products的BL 11，0.5，凝胶延时催化剂，1.0；表面活性剂例如乳液型有机硅，1.5；水，2.0；环氧乙烷/环氧丙烷多元醇（EO/PO），5.0；MDI，120。该混合物的自由状态密度为约六磅每立方英尺（6lbs/cu ft）。

在一个实施例中，生物塑料被倒入用于制造相框的模具中。其他家具物品，例如油画外框和装饰镶边可以以相同的方式模制，以在所附权利要求范围内实践各种实施方式。

在各种实施方式中，在模制工艺之前使用油漆和/或脱模剂涂覆模具并且使其干燥。将模具保持在约一百华氏度（100℉）。生物塑料在模具中成形以制造密度约9磅每立方英尺（9lbs/cu ft）的相框。相框表面具有良好的外观和约十五磅每立方英尺（15lbs/cu ft）的表面密度。模制工艺的周期为约十（10）分钟。

比较先前的用于制备生物塑料的方法，对上面所述实施例中的材料的比例进行了广泛地研究，并且通过经验获得特别用于制造各种家具物品的比例。因此，包括在所附权利要求范围内的各种家具物品的各种实施例包括一个或多个下述性能：负碳足迹值；在约八磅每立方英尺（8lbs/cu ft）到约十五磅每立方英尺（15lbs/cu ft）范围内的模制密度；没有表面空洞或坑；约十五磅每立方英尺（15lbs/cu ft）的表皮密度；可喷漆而无需底漆涂层的表面；和易于从模具脱出的表面。

图2示出用于制造负碳生物塑料的方法的流程图200。

在步骤202中，制造多元醇混合物，例如通过将五十（50）重量份的山梨醇和五十（50）重量份的蓖麻油与多元醇混和。

在步骤204中，将约五（5）重量份的环氧乙烷/环氧丙烷多元醇（EO/PO）添加到混合物中。

在步骤206中，将一（1）到四（4）重量份的水作为发泡剂添加到多元醇混合物中。

在步骤208中，将促进水和MDI之间的反应来产生二氧化碳的发泡催化剂例如BL 11添加到混合物。

在步骤210中，将约一（1）重量份的热激活凝胶延时催化剂例如8154延时DABCO添加到混合物。

在步骤212中，将表面活性剂例如没有与MDI反应的自由羟基的乳液型有机硅在以重量计从百分之零点五到百分之二（0.5%-2%）的范围内添加到混合物。表面活性剂保持小的细胞结构，并且在发泡发生时用作乳化剂并可以可添加到多元醇或MDI中。

在步骤214中，混合物与约一百二十（120）重量份的二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）反应。

在步骤216中，混合物形成可以倒入模具中的生物塑料泡沫。

在一个实施例中，一件家具物品包含生物塑料和用于将生物塑料在模具中发泡的无害性发泡剂，以制造所述家具物品的具有负碳足迹的至少一部分。

在另一个实施例中，制造一件家具物品的方法包括以下步骤：制造负碳生物塑料，将负碳生物塑料引入模具的一部分中，将生物塑料发泡以填充模具，以及将模制的生物塑料在模具中固化来制造所述家具物品的具有负碳足迹的至少一部分。

图3示出了由图2中的负碳生物塑料制造相框的方法的流程图300。

在步骤302中，将脱模剂和/或防渗涂层（barrier coat）可选择地喷涂在模具的内表面上。脱模剂帮助将泡沫模制件从模具脱出，并且可随后被除去或保留用于随后修饰的基底涂层或底漆。防渗涂层通常使用期望的颜色染色并且变成模制件的连续的外表面，以覆盖可能形成在泡沫表面上的微小的气泡。防渗涂层也可用作用于随后修饰的基底涂层或底漆。

在步骤304中，将由其产生泡沫的预定量的负碳生物塑料分布在模具中，以提供自发泡、自固化成分。通常，仅模具的一部分填充未发泡的生物塑料，泡沫的自升高（self-rise）或发泡特性膨胀以完全填充模具。由升高的泡沫替代的空气优选从闭合的模具向外排出以使得其自由溢出，否则，被截留的空气可能阻止模具的完全填充，并在固化产品中形成缺陷例如气泡和气穴。

在步骤306中，将由刚性材料例如金属制成的遮盖物或盖安置在模腔的顶部上并且机械或液压紧固到模具以闭合模腔并且限制发泡泡沫，所述遮盖物或盖涂有涂敷到其下表面的脱模材料。模具自身的零部件，包括模具和盖或背板通常是不能渗透的。在靠着盖或背板的侧面铸件不需要修饰的情况下，盖或背板可松弛地夹到模具，以绕着盖或背板的边界排出空气。绕着盖或背板的任何泡沫的渗出物可以根据公知技术在飞边清除步骤中被磨掉或切割。然而，在模制物品的所有表面需要修饰的情况下，可能需要从盖或背板进行特定的排气。

在步骤308中，将生物塑料泡沫在模具中固化，例如在约一百华氏度（100℉）下八（8）到十五（15）分钟。

在步骤310中，将盖除去，并且将固化的相框从模具取出。在一个实施例中，相框在固化完成之前取出，此时相框更柔韧并且更易于从模具取出。

在步骤312中，将模制件染色、涂漆或根据用于木材修饰的公知技术进行其他修饰，以在所附权利要求的范围内实施各种实施方式。修饰的相框精确地复制精细细节，并且从模具底切（undercuts from the mold）。

图4示出由图3的方法制造的相框400的前视图。图4中示出的是边缘模制件402、拐角结合部404和相片开口406。

图4中，边缘模制件402具有复杂的手刻木纹的形状。在各个实施例中，根据公知技术，用商业上可以获得的木质修饰产品对相框400进行喷漆或染色。由于相框400以单件模制，因此拐角结合部404是无接缝的并且不会象木框可能出现的那样随着时间松弛。相片开口406具有用于油画或根据用于木框的公知技术可以固定到相框400的其他媒介的标准宽度。

图5示出图4的相框的放大前视图500。图5中示出了边缘模制件402、拐角结合部404和照片开口406。

在图5中，边缘模制件402显示了精细的细节，并且从母模（master）底切没有空洞和裂纹。有利地，拐角结合部404不需要象木框那样的结合硬件或组件。相片开口406的尺寸由模具精确地控制，确保适当且一致地符合标准的媒介尺寸。

图6示出图4的相框的放大剖视图600。图6中示出了芯602、表皮604、前表面606和后表面608。

在图6中，在相片安装在相框中并且相框固定到墙上时，芯602提供帮助保持相框形状的稳定的结构支撑。表皮604具有模仿精细打磨和抛光的木纹的光滑外观。装饰细节模制在前表面606上，而后表面606具有用于将相框安装到例如平面上的适宜形状。

上面描述的特定实施例和应用仅出于示例性目的，其不排除在所附权利要求范围内可能进行的修改形式和变体形式。

Claims (18)

1.一种家具物品，包括：

负碳生物塑料；和

无害的发泡剂，当生物塑料在模具中发泡时所述发泡剂被添加到负碳生物塑料中，以制造所述家具物品的至少一部分。

2.根据权利要求1所述的家具物品，所述负碳生物塑料包括以重量计为至少百分之三十（30%）的蓖麻油。

3.根据权利要求2所述的家具物品，所述负碳生物塑料包含以重量计为百分之一到百分之十（1%-10%）的环氧乙烷/环氧丙烷多元醇。

4.根据权利要求1所述的家具物品，所述家具物品的至少一部分包括相框、油画外框和脚板模制件中的一个的形状。

5.根据权利要求1所述的家具物品，所述负碳生物塑料包含六到九磅每立方英尺（6-9lbs/cu ft）的自由状态密度。

6.根据权利要求1所述的家具物品，所述家具物品的至少一部分包含九到十五磅每立方英尺（9-15lbs/cu ft）的模制密度。

7.根据权利要求1所述的家具物品，所述负碳生物材料包括作为发泡剂的水。

8.根据权利要求7所述的家具物品，所述模制的家具物品的至少一部分包括无空洞的表皮。

9.一种制造家具物品的方法，包括步骤：

制造负碳生物塑料；

将所述负碳生物塑料引入模具的一部分中；

使所述生物塑料发泡以填充所述模具；以及

将所述模具中的模制的生物塑料固化来制造所述家具物品的至少一部分。

10.根据权利要求9所述的方法，其包括制造具有以重量计为至少百分之三十（30%）的蓖麻油的负碳生物塑料。

11.根据权利要求10所述的方法，其包括制造具有以重量计为百分之一到百分之十（1%-10%）的环氧乙烷/环氧丙烷多元醇的负碳生物塑料。

12.根据权利要求9所述的方法，其包括以相框、油画外框和脚板模制件中的一个的形状制造所述家具物品的至少一部分。

13.根据权利要求9所述的方法，其包括以六到九磅每立方英尺（6-9lbs/cu ft）的自由状态密度发泡来制造负碳生物塑料。

14.根据权利要求9所述的方法，其包括以九到十五磅每立方英尺（9-15lbs/cu ft）的模制密度发泡来制造负碳生物塑料。

15.根据权利要求9所述的方法，其包括在九十至一百华氏度（90℉-100℉）之间的温度下在模具中发泡所述负碳生物塑料。

16.根据权利要求9所述的方法，其包括在八十五至九十华氏度（85℉-90℉）之间的温度下制造负碳生物塑料。

17.根据权利要求9所述的方法，其包括以水作为发泡剂来制造负碳生物塑料。

18.根据权利要求17所述的方法，其包括在模具中固化所述负碳生物塑料来形成无空洞的表皮。

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