CN114502620A - 模塑制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种模塑制品(3)，包括基底材料(1)，其中所述基底材料(1)含有蜡以及填料，其中所述填料包括矿物填料和/或纤维材料或由矿物填料和/或纤维材料组成，其中所述基底材料(1)中含有的蜡的含量在3重量％至60重量％之间，且其中所述基底材料(1)含有的填料的含量在40重量％至97重量％之间，其中所述模塑制品(3)包括成型元件(2)，且其中所述成型元件(2)包括纤维材料或由纤维材料组成。本发明还涉及一种用于制造模塑制品(3)的方法。
Description
发明领域
本发明涉及一种模塑制品，尤其是涉及一种容器，其包括基底材料，所述基底材料含有蜡和填料混合物。本发明还涉及一种用于制造模塑制品的方法。
背景技术
包装材料被用于许多领域，例如食品工业或化妆品工业。包装材料，尤其是容器，通常是由塑料、陶瓷材料或玻璃制成的。
其中，塑料的缺点在于往往不使用可再生原料进行生产，并因此使用了来自石油工业的产品，这对温室气体平衡产生了负面影响。
在1950年至2015年期间，世界范围内生产了大约83亿吨的塑料——其中近一半是自2000年以来生产的。到2025年，预计年产塑料将超过6亿吨。对塑料的需求不断增加，不可避免地导致处理问题和环境问题，尤其是因为目前的估计表明，大约40％的塑料产品在不到一个月的时间内就会成为废物。
常用的包装材料的其它例子，尤其是用于各种容器的包装材料是玻璃和陶瓷。这些材料的加工不仅耗能，而且成本高。尤其是，用于生产玻璃容器的起始材料的熔化和陶瓷材料的烧结都是在高温下进行的，这都需要高能量输入。
作为上述常规材料的替代品，现有技术提出了由热塑性成型材料制成的容器，所述热塑性成型材料包括蜡和填料。这类材料例如可由AT 516 548 A1中获知。这些材料的优势在于，由于蜡的熔点相当低，因此制造模塑制品需要的能量输入较低。另外，这类蜡基材料可以可选地完全由可再生原料来生产，而且是100％可回收的。
另外，可以使用无毒的、并且可以在不与农产品竞争的情况下生产的原料来制造这些材料。此外，这类成型材料在自然界快速降解，而且由于不包括塑料(聚合物)，因此它们在进入环境时不会形成被认为对环境存在很大问题的微塑料。
然而，已发现完全由这类蜡基成型材料制成的模塑制品，尤其是容器，在某些应用中存在缺陷。这些缺陷的例子在于：
-在材料厚度较低时，冲击韧性不足，
-由于填料含量较高，因此重量高，
-由于疏水表面，因此可涂性不足，
-表面不够标准化，尤其是在使用天然材料时，
-成型材料缺乏吹成性。
发明内容
因此，本发明的一个目标可视为至少部分地克服现有技术的这些缺陷，并且提供一种改进的模塑制品，以及一种生产改进的模塑制品的方法。
本发明涉及一种模塑制品，其包括基底材料，所述基底材料含有蜡和填料。填料包括矿物填料和/或纤维材料或由矿物填料和/或纤维材料组成。基底材料含有3wt.-％至60wt.-％之间的蜡、以及40wt.-％至97wt.-％之间的填料。
在本发明的实施方案中，基底材料可含有3wt.-％至40wt.-％之间的蜡、以及60wt.-％至97wt.-％之间的填料。在本发明的其它实施方案中，基底材料可含有3wt.-％至30wt.％之间的蜡、以及70wt.-％至97wt.％之间的填料。
根据本发明，规定模塑制品包括成型元件，所述成型元件包括纤维材料或由纤维材料组成。
通过将蜡基基底材料与上述组分和成型元件合并在一起，至少可以部分地克服现有材料的上述缺陷。成型元件可以允许基底材料的机械硬化。另外，成型元件可以保护基底材料免受液体或有害物质的影响。成型元件还可以用于标记基底材料。
已发现，使用纤维材料使得可在基底材料与成型元件之间形成尤为可靠的粘合。
尤其是，这就使得可能在两种材料之间没有粘合层或粘结层的情况下将基底材料和成型元件连接在一起。不受此理论约束，假设在模塑过程期间呈液态的蜡块部分地渗入成型元件的纤维材料中，从而形成固体粘合。
就这一点而言，本发明的基底材料不同于常用的聚合物材料。蜡通常具有狭义的熔点，在此熔点以上形成低粘度的液相。相反，聚合物材料通常具有相当宽的熔化范围，而且聚合物熔体即使在远高于此熔化范围的温度下，也是一种高粘性的物质。相信液态蜡熔体可以更好地与成型元件相互作用，从而形成稳定持久的粘合。尤其是，成型元件的材料，即基底材料和纤维材料，可以混合在过渡层中。
在本发明上下文中，术语“蜡”是指有机化合物的混合物或单一的有机化合物，它在室温下为固体或者可捏合，而在高温时，尤其是在40℃以上时熔化。
例如，蜡可以是脂族醇(6个以上碳原子，尤其是10个以上碳原子)，脂族羧酸、酮以及长链烃，或几种这些物质的混合物。
可选地，蜡是有机粘合剂的一部分，或蜡是有机粘合剂。可选地，有机粘合剂在50℃与150℃之间、优选在70℃与120℃之间的温度下为液体，其中不悬浮任何固体。优选地，有机粘合剂不含聚合物。
蜡可以是以下群组中的一者或多者：植物蜡、动物蜡、矿物蜡、合成蜡。植物蜡的例子包括巴西棕榈蜡、小烛树蜡、米糠蜡、蓖麻蜡、向日葵蜡、甘蔗蜡。动物蜡的例子是羊毛蜡和蜂蜡。矿物蜡的例子是石蜡和褐煤蜡。合成蜡的例子是硬脂。合成蜡也可以包括由天然产品通过化学转化步骤制得的半合成蜡。例如，硬脂可以通过植物油的皂化来获得。优选的蜡是植物蜡。
蜡也可以是由费托工艺(Fischer-Tropsch process)获得的蜡。因此，蜡可以是费托蜡。尤其是，蜡可以是CO2蜡或费托CO2蜡。尤其是，这种蜡可以是费托工艺的副产物，并且代表了一种可持续的替代品，可以替代从化石原料中获得的蜡，令人惊讶的是，这些蜡具有类似的特性。由费托工艺获得的蜡可选地与上文列举的一种或多种其它蜡组合。
可选地，成型元件的纤维材料选自以下中的一者或多者：天然纤维，尤其是纤维素纤维；合成纤维、纺织纤维、纸纤维、回收纤维。
可选地，成型元件的纤维材料是天然纤维或包括天然纤维，其中天然纤维可选自以下中的一者或多者：甘蔗渣、木头、棉花、大麻、亚麻、洋麻、椰子、菠萝、棕榈、香蕉、水葫芦、海草、竹子、芦苇、草、麦秆、韧皮、棉短绒、米糠。由天然纤维制得的纤维材料使得容器具有尤为有利的可堆肥性。
可选地，纤维材料是废料，诸如用前废料，例如莱赛尔纤维或莫代尔纤维。
可选地，成型元件的纤维材料是合成纤维或包括合成纤维，其中所述纤维可选自以下中的一者或多者：粘胶、尼龙、聚酯、芳纶、聚乙烯。
可选地，成型元件的纤维材料是纸质材料或包括纸质材料。可选地，纸质材料可选自以下中的一者或多者：石纸、草纸、竹纸。可选地，纸质材料可预先印刷。
可选地，成型元件是纤维模塑件。在本发明上下文中，“纤维模塑件”是根据本领域中已知的方法由纤维物质，如纤维浆料生产的模塑制品。纤维模塑件可具有适合各自目的的几何形状。
纤维模塑件可含有纤维材料，其中的纤维任意排列，例如排列成纸的形式、纤维网的形式或者毡或织物的形式。
可选地，基底材料含有矿物填料。优选地，矿物填料是非水溶性的和/或不溶于粘合剂。“不溶”或“非溶性”可能意味着物质在液体中溶解的浓度至多为0.1wt.-％，优选地在大约20℃的温度下。
可选地，矿物填料选自一种或多种非水溶性碱金属和/或碱土金属化合物。矿物填料可以合成产生，或由天然原料获得，如由岩石获得。优选的矿物填料是镁或钙化合物，尤其优选的是碳酸钙。
其它可用的矿物填料有未燃烧的石膏、玄武岩、浮石、白云石、玻璃、石榴石、花岗岩、木灰、高岭土粉、骨灰、大理石、海泡石、石英、火泥、白垩粉、硅石、滑石、火山灰、硅灰石、硫酸钡、膨润土、云母、蒙脱石、重晶石。
可选地，基底材料含有纤维材料。优选地，纤维材料是非水溶性的和/或不溶于粘合剂。
优选地，基底材料可含有1wt.-％至15wt.％之间的纤维材料。纤维材料的更优选含量在1wt.-％至7wt.-％之间。纤维材料可以是在一个方向比在其它两个方向具有更高空间延伸的材料。纤维材料还可以包括尤其是在一个空间方向上具有各向异性的细长聚集体。
纤维材料可以是以下群组中的一者或多者：天然纤维，尤其是纤维素纤维；合成纤维、纺织纤维、纸纤维、回收纤维。优选的纤维材料是天然纤维，诸如甘蔗渣、木头、棉花、大麻、亚麻、洋麻、椰子、菠萝、棕榈、香蕉、水葫芦、海草、竹子、芦苇、草、麦秆、韧皮、棉短绒、米糠。
纤维的长度，尤其是其平均长度，可选地小于10mm，优选地小于2mm。尤其优选的是在100μm与1000μm之间。
可选地，填料具有大于150℃，优选地大于200℃的熔点。这可以防止填料在基底材料的通常加工温度下熔化。可选地，填料混合物的某些组分具有分解点而无熔点。
在优选的实施方案中，基底材料包括：
-50wt.-％至85wt.-％的碳酸钙，
-10wt.-％至40wt.-％的蜡，尤其是巴西棕榈蜡和/或米糠蜡，以及
-1wt.-％至5wt.-％的纤维素纤维。
可选地，基底材料由至少95wt.-％，优选地完全由天然和/或可再生的原料制得。
可选地，规定成型元件的纤维材料和基底材料的纤维材料包括相同的纤维组分。已发现这可以使得在两种组分之间建立稳定的粘合。“相同的纤维组分”可能意味着纤维是由相同的材料制得的但并不一定具有相同的特性，或来自相同的原料。在一个实例中，成型元件的纤维材料和基底材料的纤维材料可以都包括纤维素纤维。然而，这些纤维素纤维可具有不同的纤维长度，但在本发明的含义中仍被认为是“相同的纤维组分”。为了属于此定义，提到的纤维可以来自相同或不同的原料。
纤维组分不符合“相同的纤维组分”的定义的例子是当成型元件的纤维材料是由纤维素纤维制得的而基底材料的纤维材料是由粘胶纤维制得的。尽管所述可选特征不包括这种例子，但本发明可以延伸到一般定义的这种组合。
成型元件可以作为涂层元件配置在基底材料上。在这种情况下，成型元件与基底材料并非完全接触，尤其是只有一侧与基底材料接触。或者，成型元件可以完全封闭在基底材料中。
成型元件可以用作涂层元件、标记元件、支撑元件等。
成型元件和基底材料可具有至少一个共同的接触面。尤其是，接触面可以是直接接触面，以便在基底材料与成型元件之间不配置其它层或其它中间元件。令人惊讶的是，本发明可能实现这种实施方案，而且无需其它的粘结促进层即可产生稳定的粘合。
成型元件可至少部分地包括密封层。这种密封层可例如具有一种或多种以下特性：不渗水、不透气、拒水性。密封层可选自以下中的一者或多者：SiOx层；杂化聚合物层，尤其是有机-无机杂化聚合物层；生物聚合物层；分散涂层；蜡层，诸如选自植物蜡、动物蜡、矿物蜡、合成蜡、生物质蜡的群组；金属层；塑料层。例如，杂化聚合物层可以是所谓的有机改性陶瓷(ormocer)层。
本发明还涉及一种生产模塑制品的方法。本发明的方法包括以下步骤：
-在模塑制品的阴模中提供包括纤维材料或由纤维材料组成的成型元件，
-将模塑材料引入阴模中，其中模塑材料含有蜡和填料混合物，其中填料混合物包含矿物填料和纤维材料或由矿物填料和纤维材料组成，其中模塑材料含有3wt.-％至60wt.-％之间的蜡，并且其中模塑材料含有40wt.-％至97wt.-％之间的矿物填料，以及
-使模塑材料冷却以形成模塑制品。
模塑制品的形成可使用合适的成型方法来进行。可能的实施方案是以下中的一者或多者：壳模铸造、射出成型、转移成型、挤压、深拉、压延、滚塑成型、压力袋成型、压缩成型。
在可选的另一方法步骤中，可在成型元件上涂敷密封层。这可以在将成型元件粘合至成型材料之前或之后进行。
附图简单说明
本发明的其它特征可来自专利的权利要求书、附图以及示例性实施方案的描述。
下文中，通过示例性实施方案来详细描述本发明。
图中：
图1示出了本发明的模塑制品的第一个示例性实施方案的示意性剖面图；
图2示出了本发明的模塑制品的第二个示例性实施方案的示意性剖面图；
图3示出了本发明的模塑制品的第三个示例性实施方案的示意性剖面图；
图4示出了本发明的模塑制品的第四个示例性实施方案的示意性剖面图；
图5示出了用于生产本发明的模塑制品的第五个示例性实施方案的阴模的示意性剖面图；且
图6示出了本发明的模塑制品的第五个示例性实施方案的示意性剖面图。
具体实施方式
图1示出了本发明的模塑制品3的第一个示例性实施方案的示意性剖面图。在此实施方案中，模塑制品3形成为一个奶油罐。基底材料1由以下各物组成：70wt.-％的碳酸钙作为矿物填料，5wt.-％的纤维素纤维作为纤维材料，以及25wt.-％的巴西棕榈蜡作为蜡/有机粘合剂。
由压制的纤维素纤维制成的成型元件2配置在模塑制品3的内侧。成型元件2与基底材料1直接接触。通过气相沉积法涂敷的SiO2密封层5配置在成型元件2的相反面。密封层5构成模塑制品3的内表面13。
模塑制品3的开口侧上具有设有螺纹元件8的螺纹突起12。立环7配置在模塑制品3的相反封闭侧。模塑制品3的外表面6未经涂布。
图2示出了本发明的模塑制品3的第二个示例性实施方案的示意性剖面图。基底材料1由以下各物组成：70wt.-％的碳酸钙作为矿物填料，5wt.-％的纤维素纤维作为纤维材料，以及25wt.-％的巴西棕榈蜡作为蜡/有机粘合剂。
模塑制品3设计成图1的奶油罐的盖子。因此，模塑制品3具有设计成与图1的模塑制品3的螺纹元件8啮合的螺纹元件8。
由压制的纤维素纤维制成的成型元件2配置成位于第二个实施方案的模塑制品3内侧上的圆板。成型元件2与基底材料1直接接触。如同在第一个示例性实施方案中，成型元件2的表面上涂有SiO2层作为密封层5。模塑制品3的外表面6未经涂布。
当第二个示例性实施方案中的盖子完全拧到第一个示例性实施方案中的奶油罐上时，螺纹突起12对成型元件2施加压力从而获得密封效果。
图3示出了本发明的模塑制品3的第三个示例性实施方案的示意性剖面图。这个模塑制品3也设计成奶油罐的形式，但具有锥形的外表面。基底材料1由以下各物组成：80wt.-％的碳酸钙作为矿物填料，3wt.-％的纤维素纤维作为纤维材料，以及17wt.-％的米糠蜡作为蜡/有机粘合剂。
螺纹元件8配置在模塑制品3的开口端以便可以用合适的盖子来封闭容器。这个盖子在几何形状上与第二个示例性实施方案中的模塑制品3类似。
与上文所述的示例性实施方案相反，第三个示例性实施方案中的模塑制品3的内表面13未经涂布。在外表面上配置由纸制成的成型元件2。成型元件2印刷在可视表面上。
图4示出了本发明的模塑制品3的第四个示例性实施方案的示意性剖面图，所述模塑制品形成为容器的形式。在此示例性实施方案中，由甘蔗渣制成的成型元件2的所有面被基底材料1包围。基底材料1由以下各物组成：80wt.-％的碳酸钙作为矿物填料以及20wt.-％的巴西棕榈蜡作为蜡/有机粘合剂。容器的内表面13和外表面6都暴露着未经涂布的基底材料1。
图5示出了用于生产本发明的模塑制品3的第五个示例性实施方案的阴模4的示意性剖面图。阴模4适合射出成型。为了简化视图，未显示详细信息。
阴模4设计成铰接式打开，并且具有可将成型物质引入其中的注射开口10。成型空间9延伸至阴模4内部，在此视图中，阴模中配置有由回收纸板制成的成型元件2。成型元件2被固定元件11固定在成型空间9内的正确位置上。成型元件2的内侧上具有有机改性陶瓷材料(杂化聚合物材料)的不渗水密封层5。
在将成型物质通过注射开口10引入阴模4中时，成型物质仅渗入被成型元件2包围的区域中。这使得可形成如图6中所示的模塑制品3。多余的成型物质可通过出口开口14排出。
上述示例性实施方案中的模塑制品3都可以在类似的条件下进行生产。
以此方式生产的模塑制品3是瓶子的形式。基底材料1由以下各物组成：80wt.-％的碳酸钙作为矿物填料，3wt.-％的纤维素纤维作为纤维材料，以及17wt.-％的米糠蜡作为蜡/有机粘合剂。这种材料混合物不可吹塑。尽管如此，为了能够以较少的工艺努力形成空心体，成型元件2被用作基本模具，即使在脱模后仍保留在模塑制品3上。除了保留空腔以外，成型元件2还满足上述本发明的其它特性。
因此，制造的瓶子的内表面13上具有有机改性陶瓷材料的密封层5，且外表面6未经涂布。在开放侧，提供螺纹元件8以便可以用螺纹盖将瓶子紧密封闭。脱模后，在螺纹元件8的上方切断模塑制品3，以去除由固定元件11形成的空腔。
附图标记列表
1 基底材料
2 成型元件
3 模塑制品
4 阴模
5 密封层
6 外表面
7 立环
8 螺纹元件
9 成型空间
10 注射开口
11 固定元件
12 螺纹突起
13 内表面
14 出口开口
Claims (16)
1.一种模塑制品，包括基底材料(1)，其中所述基底材料(1)含有蜡和填料，其中所述填料包括矿物填料和/或纤维材料或由矿物填料和/或纤维材料组成，
其中所述基底材料(1)含有3wt.-％至60wt.-％之间的所述蜡，且其中所述基底材料(1)含有40wt.-％至97wt.-％之间的所述填料，其特征在于，所述模塑制品(3)包括成型元件(2)，其中所述成型元件(2)包括纤维材料或由纤维材料组成。
2.根据权利要求1所述的模塑制品，其特征在于，所述蜡为以下群组中的一者或多者：植物蜡，诸如巴西棕榈蜡、小烛树蜡、米糠蜡、蓖麻蜡、向日葵蜡、甘蔗蜡；动物蜡，诸如羊毛蜡和蜂蜡；矿物蜡，诸如石蜡、褐煤蜡；合成蜡，诸如硬脂。
3.根据权利要求1或2所述的模塑制品，其特征在于，所述蜡是费托蜡(Fischer-Tropsch wax)，尤其是CO2蜡。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的模塑制品，其特征在于，所述成型元件(2)的所述纤维材料选自以下中的一者或多者：天然纤维，尤其是纤维素纤维；合成纤维、纺织纤维、纸纤维、回收纤维。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的模塑制品，其特征在于，所述成型元件(2)的所述纤维材料是天然纤维或包括天然纤维，所述天然纤维选自以下中的一者或多者：甘蔗渣、木头、棉花、大麻、亚麻、洋麻、椰子、菠萝、棕榈、香蕉、水葫芦、海草、竹子、芦苇、草、麦秆。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的模塑制品，其特征在于，所述成型元件(2)的所述纤维材料是合成纤维或包括合成纤维，所述合成纤维选自以下中的一者或多者：粘胶、尼龙、聚酯、芳纶、聚乙烯。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的模塑制品，其特征在于，所述成型元件(2)的所述纤维材料是纸质材料或包括纸质材料，所述纸质材料可选地选自以下中的一者或多者：石纸、草纸、竹纸。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的模塑制品，其特征在于，所述成型元件(2)的所述纤维材料是以纤维网、毡或织物的形式存在的。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的模塑制品，其特征在于，所述成型元件(2)是纤维模塑件或包括纤维模塑件。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的模塑制品，其特征在于，所述成型元件(2)的所述纤维材料和所述基底材料(1)的所述纤维材料包括相同的纤维组分。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的模塑制品，其特征在于，所述成型元件(2)在其表面上具有密封层(5)。
12.根据权利要求11所述的模塑制品，其特征在于，所述密封层(5)选自以下中的一者或多者：SiOx层；杂化聚合物层，尤其是有机-无机杂化聚合物层；生物聚合物层；分散涂层；蜡层，诸如植物蜡、动物蜡、矿物蜡、合成蜡，生物质蜡；金属层；塑料层。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的模塑制品，其特征在于，所述成型元件(2)在其表面上，可选地在所述密封层(5)上具有装饰元件，所述装饰元件在所述模塑制品(3)的熔化温度下是不可熔的。
14.一种用于制造模塑制品(3)的方法，包括以下步骤：
-在所述模塑制品(3)的阴模(4)中提供包括纤维材料或由纤维材料组成的成型元件(2)，
-将模塑材料引入所述阴模(4)中，其中所述模塑材料含有蜡和填料，其中所述填料包含矿物填料和/或纤维或由矿物填料和/或纤维组成，其中所述模塑材料含有3wt.-％至60wt.-％之间的所述蜡，并且其中所述模塑材料含有40wt.-％至97wt.-％之间的所述填料，以及
-使所述模塑材料冷却以形成所述模塑制品(3)。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述模塑材料的引入是通过以下的一种或多种方式来进行的：壳模铸造、射出成型、转移成型、挤压、深拉、压延、滚塑成型、压力袋成型、压缩成型。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
-在所述成型元件(2)上涂敷密封层(5)。
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