CN1183071A - 用于制备可生物降解产品的方法和装置以及可生物降解产品 - Google Patents

Abstract

一种带发泡结构可生物降解的产品的制备方法,其中,将至少包含天然聚合物如淀粉的物料在压力下通入或通过模具(23,63)并以天然聚合物至少发生交联的方式在模具(23,63)中对该物料(M,S)进行加热,在引入模具之前物料的温度低于胶凝化温度,而在模具中其温度至少将升至烘烤温度。

Description

用于制备可生物降解产品的方法和装置以及 可生物降解产品

本发明涉及可生物降解的产品的制备方法，用于该方法的装置，以及根据该方法所得到的产品。根据本发明所制得的产品具有发泡结构。更准确地说，所述发泡材料总是包含至少三部分：在外表面的、可以说是形成皮层的两个相对致密层，和在它们之间的作为芯的发泡结构。该致密层是结实和坚固的，并主要由小的闭孔组成。所述芯的发泡结构通常是开孔的，开孔指的是，泡孔破裂使得在制备期间逸出的气体例如水蒸汽或二氧化碳气体排出。由于在加工期间相对高的压力和温度所致，通常泡孔具有结实和坚固的泡孔壁。

在本说明书中，“胶凝化(gelatinization)”应理解为，天然聚合物从轻微或完全松散颗粒或相当的颗粒形式改变成可以是或不是干燥的和/或发泡的粘结形式；其中存在相互以一定程度粘结的拉伸聚合物。也就是说，发生从固体物质、胶体溶液或悬浮液至均匀的液体的转变。与所用的聚合物有关，“胶凝化”应理解为包括例如胶凝化(gelling)，胶凝化(gellating)等。

在只发生胶凝化作用的发泡产品中，由于逸出气体，因此，主要是在胶凝化之后在被发泡的物质中形成泡孔。该过程在相当低的温度和压力下发生。在整个横截面上，所述产品具有基本相同的相对小泡孔的结构，所述泡孔带有基本未交联的天然聚合物壁。

在本说明书中，“烘烤”应理解为其中在相当高的温度和/或压力下不仅发生胶凝化而且发生交联的方法。因此，气体将相当迅速地形成，结果是，在胶凝化之前或期间已形成了泡孔。特别是由于高压相邻强加热部件，因此，当在烘烤温度或该温度之上使用—模具或类似的烘烤形式时，聚合物将很快发生交联。

这些烘烤产品有具有相对较大泡孔的芯，所述的芯夹在具有相对较小泡孔的皮层部分之间。泡孔壁具有相当高的密度，并且包括在其中的天然聚合物是高度交联的，这意味着它们已进入相互的链键之中。因此，所述的烘烤产品具有夹层状的结构。

国际专利申请91/12186披露了通过加热烘烤模具中的糊状物而制备可生物降解产品的方法，所述糊状物至少包括有淀粉或其衍生物形式的天然聚合物。首先将糊状物引入开口的平板装置，例如饼型铁钳模中，然后，将该平板装置闭合，并对糊状物进行“烘烤”。这将形成可生物降解的、而且是结实的薄壁产品，而且至少只要该产品的皮层不破坏，它将具有良好的防水性能。所述产品能迅速地制备并无需任何后处理。由于加热至相当高的温度，因此，在产品中产生了发泡的泡孔和交联的淀粉的结构。所述产品制备相当廉价，在不同的条件下具有良好的储存性能，重量轻，使用方便，而且由于它们的可生物降解性，它们对环境是友好的。

使用平板装置的缺点是，将糊状物引入随后将关闭的开口的模具中，然后例如通过一连续的烘箱，在该烘箱中例如通过燃气器进行加热。更具体地说，该装置效率极低，此外在烘烤模具中的温度不易控制，而且在烘烤过程中可能会发生很大的变化，这对产品的质量将是没有任何益处的。此外，根据该方法得到的产品特别是尺寸不稳定的，并且泡孔壁没有厚度差或只有很小的厚度差，这是因为要不然的话将得到不均匀的结构。该方法的另一个缺点是，引入糊状物和取出产品十分费力，并经常导致生产失败。此外，利用该方法，不能制备不可顶出(non-withdrawable)的产品，因此，模塑自由度受到限制。

欧州专利申请0512589披露了薄壁可生物降解产品的制备方法，其中同样地使用了平板装置。在该已知的方法中，将包含淀粉的料团引入平板装置的开口模腔中，然后关闭该平板装置，再将料团加热至只发生胶凝化但不被“烘烤”的温度。因此该温度相对于前述方法而言相当低。利用该方法，得到了可直接使用的产品，也就是说，它们不需要任何后处理。通过该方法得到的产品的尺寸稳定性同样也很差，并且为保持均匀的结构，不允许其有壁厚度差，或仅有很小的厚度差。由于该产品不进行“烘烤”，因此，它们极不挺硬并显示出相当差的例如耐水性能和耐各种温度条件。此外，当使用该方法时，在填充平板装置和从中取出产品时将是麻烦和费时的，当顶出产品时该产品易于损坏，并且是不可顶出的，因此，模塑设计的自由度受到限制。

国际专利申请93/08014披露了可生物降解产品的制备方法，其中通过对至少包含淀粉或其衍生物的混合物进行挤塑而制备所述的产品。在该方法中，将含水量低于30％的干的粗淀粉与弱酸混合，利用通过与酸反应可产生二氧化碳气体的碳酸盐对该混合物进行搅拌。然后将该混合物引入挤塑罐并与水进行混合，与此同时，加压加热至淀粉发生胶凝化。在挤塑罐中，酸与胶凝化的淀粉发生反应，以此方式，淀粉的平均分子量将降低而且淀粉链的均匀键将被破坏，此外，通过与碳酸盐的反应，将产生使改性淀粉发泡的二氧化碳气体。然后，将如此得到的带有变化(微)结构的发泡淀粉的混合物压过挤塑模头，由此在二氧化碳气体的作用下得到了闭孔结构，其密度低于0.032g/cm³。由于这种结构所致，如此得到的产品具有弹性并可进行迅速的生物降解。

该已知方法的一个缺点是，原料必须以相对干的形式进行供料并且在同时增加罐温度下在挤塑罐中与水进行混合，由此发生所希望的胶凝化作用。最后，必须对该混合物进行加热，就相当大量的物料而言，很难均匀地起作用。因此，该过程很难控制。该方法的另一个缺点是，用此方式得到的产品耐久性有限，并且不耐水，此外特别是尺寸不稳定的。由于该挤塑处理以及在挤塑后所发生的强烈的膨胀，因此，该方法的设计自由度受到限制。

欧州专利申请0118240披露了通过注塑淀粉复合材料来制备可生物降解的药物胶囊等产品的方法。最后，将低水含量的淀粉混合物引入—封闭的空间，特别是注塑机的料斗中，在其中，在适当的温度，压力和湿度下混合物发生塑化。将温度和压力增加至混合物的温度被调节至玻璃化温度以上的程度。然后，将该塑化的混合物压入冷模中，并保持加压状态，直到各产品均充分冷却为止，然后，打开模具并取出产品。

该已知方法的优点在于，能相当快地制备出尺寸稳定的可生物降解的产品。然而，由于模具的流径所致，用该方法制备的产品的可能的尺寸将受到限制。事实上，被压入模具中的塑化的物料是直接冷却的，这将发生固化并阻止物料流在进入模具后相当快地流动。此外，在物料中的淀粉不发生交联，以致该产品具有相当低的强度性能并显示出相当差的耐水和通常的潮湿条件的性能。在潮湿环境中，该产品将吸收大量的水份，由此将变得松驰；相反地，在干燥环境中，水份将从该产品中蒸发出，以致它们将变得又硬又脆。另外，用该方法得到的产品具有高密度并且没有发泡结构。

欧州专利申请0407350提出了一种特别是适用于上述欧州专利申请0118240的方法的淀粉复合材料的改性组合物，借助该组合物，例如通过流延或挤塑，可制备出具有更好强度性能和更好耐不同条件、特别是如湿度和温度的产品。最后，向该淀粉复合材料中添加热塑性塑料，然后，在良好调节和控制的条件下，将该混合物转变成随后能进行流延或挤塑的熔体。通过控制各种条件，可保证热塑性塑料发生熔融并在没有淀粉分解的情况下与淀粉混合。

该已知方法的优点在于，所生产出的产品是尺寸稳定的，具有良好的强度性能，并显示出相当好的耐湿度和温度波动性。该已知方法的一个缺点是，必须添加热塑性塑料。这将降低可生物降解性，而且从环境的角度来看，该方法也是没有什么吸引力的。此外，这些产品还具有相当高的密度。当使用注塑复合材料时，上述的缺点仍将存在，例如复合材料的制备将是费时费钱的，就尺寸而言将具有有限的可能性并且没有天然聚合物的交联作用。

国际专利申请95/04104披露了根据含淀粉的原料制备发泡的、可生物降解的产品的方法，其中，所用的淀粉通过加热至远高于其胶凝化的温度，在预处理阶段被液化，然后，与水饱和的苎麻纤维进行混合。然后将该混合物通入或通过一模具，或转换成干的颗粒。在对该混合物进行加热时，水从苎麻纤维中排出并起发泡剂的作用。当使用该已知方法时，基本上干的淀粉颗粒将在预处理段进行强加热，因此，这些颗粒不能形成液体糊状物。因此，在引入模具之前，该方法同样将有物料胶凝化的上述的缺点。

国际专利申请92/13004披露了一种由含淀粉原料制备坚固且发泡的、可生物降解的产品的方法。在该方法中，将适量的湿(20％)淀粉与一定量的水混合，并在加热的容器中进行混合，以便得到胶凝化的物料，然后，通过一出口将该物料加工成薄膜或片材。然后，例如将该薄膜变形成盘状产品。在该已知方法中，同样也要在最后加工之前，通过将物料加热至高于玻璃化温度而得到被加工的悬浮液的液化。此外，还要向加热的物料中添加适量的水蒸汽或醇蒸汽。加工装置(例如辊子)保持在相当低的温度(70℃)。

另外，欧州专利申请0634261披露了使用一种挤塑技术制备可生物降解产品的方法，该方法从第一和第二可生物降解的原料着手。第一原料的熔点在100℃以上，第二原料的熔点低于100℃。或者将含水的物质添加至原料中，或者将水引入原料中，以此方式，提供对泡孔的发泡。在挤塑压机中，将物料加热至至少第一原料的胶凝化温度以上，然后进行混合和加压，再喷入加压的模腔中。在引入物料后，除去压力，以致使物料中的水膨胀，使泡孔发泡并通过模腔的可渗透的壁排出。这种方法需要复杂的原料组合物，而且该组合物还不是完全可生物可降解的。此外，该已知的方法还具有由在引入模具之前至少部分物料的胶凝化而导致的上述缺点。特别是，由于多孔壁的结果，因此，根据该方法制得的产品的外壁部分将不会有致密、结实的壁，而是在整个产品厚度上将具有均匀分布的均匀尺寸的泡孔。

本发明的目的是提供一种可生物降解产品的制备方法，其中原料的供给非常简单，所制得的产品易于从模具中顶出，这使得设计有更大的自由度，并由此使所制得的产品具有良好的尺寸稳定性并显示出相当好的耐不同条件的性能，包括潮湿环境和温度的波动。特别是，本发明涉及带有吹塑发泡结构的可生物降解的产品的制备方法，在该方法中，将至少包含天然聚合物如淀粉的物料在压力下通入或通过一模具，并在模具中以使天然聚合物发生胶凝化和交联的方式对该物料进行加热，而在引入到模具中之前，该物料的温度低于胶凝化温度，并在模具中在胶凝化温度以上至少保持一定的时间。

由于在低于胶凝化温度的温度供应形成各种产品的物料，因此，可以简单的方式例如通过泵和管线实现物料的供应。此外，可事先制备物料并直接从储罐供至处理装置中。随后，通过在压力下将物料通入或通过模具并只是在模具中进行加热，就能保证该模具总是被充分填满。因此，就通道的横截面而言，流径即物料通至并通入模具中所经过的途径可以从长至很长。只是在该模具中首先发生天然聚合物的胶凝化，然后是这些聚合物发生交联。

由于发生了交联，因此，得到了坚实的产品。天然聚合物提供相当结实的优选沿连续的泡孔延伸的骨架，所述泡孔是由于水份或其它的发泡剂所致在模具中形成的，由于在模具中的热量和其中的压力所致，所述水份或其它发泡剂极力要从物料中排出并由此形成泡孔。因此，所得到的产品具有发泡结构。由于天然聚合物提供相当挺硬的定形套，因此，如此得到的产品在从模具中顶出时是尺寸稳定的。特别是取决于交联程度，所得到的产品或多或少是柔软的。

由于对模具进行加热，而不是在压入模具中之前对物料进行加热，因此，可适当控制模具的温度，这不仅可对整个模具，而且还可针对模具的各个独立的部分进行控制。因此，可制备出不同且变化壁厚的而且具有不同机械强度的产品。事实上，通过或多或少的加热和/或较长或较短的周期并调节例如压力，可局部地控制聚合物的交联程度，以致可影响机械和物理性能。所有这些均可由本领域熟练技术人员简单地确定。

在有益的实施方案中，根据本发明的方法另外还具有权利要求2的特征。

通过控制处理条件，特别是物料的进料速度，模具的温度和模具中的压力，可生产出其中邻近模具壁的泡孔小于模具壁之间中央地带的泡孔的产品。换句话说，在该产品中，泡孔尺寸从里向外逐渐减小。于是，得到了相对密闭的、不透水的皮层，所述皮层防止该产品过早的降解，而产品内部包含能使产品轻而柔软的相当大的泡孔。因此，带有相当大密度皮层的另一个优点在于，可得到整齐和平滑的表面，这将使产品具有合意外观，舒适的手感，并易于从模具中顶出，易于印刷，此外还是卫生的。因此，与已知的方法相反，所得到的泡孔结构是不均匀的，至少从横跨壁厚方向上看是不均匀的。

在另一有益的实施方案中，本发明的方法具有权利要求3的特征。

通过从就其它尺寸至少就外部尺寸而言至少是很小厚度的盘状或片状部件组合形成本发明的产品，可制备在制备期间仍可进行充分加热而发生所希望程度交联的大量的产品。因此，可制备出盘状产品，另外还可制备出例如带有凹口的块状产品，在该凹口中可完全或部分地接受被包装的产品，以及例如用于包装的填块。此外，例如通过挤塑，可制备出例如中空或翼型型材。因此，该相当薄的片材的另一个优点在于，得到了相当大的柔软性，同时还能保持所希望的强度性能和体积。

在第一优选的实施方案中，本发明的方法具有权利要求4的特征。

通过利用在胶凝化温度以下，优选在室温为液体的糊状物，可以简单的方式例如通过管子和利用简单的泵送装置实现糊状物的供应。此外，还可适当地制备大量的糊状物并直接从储罐供至处理装置中。关于此，糊状物的流动性提供了如下优点，即模具中的流径特别长。糊状物的水份起发泡剂的作用，此外，在从模具中蒸发时，给泡孔提供了膨胀空间。

糊状物优选全部由可生物降解的组份组成，特别是呈悬浮液的形式。因此，保持了糊状物良好的流动性能并且可使用如淀粉的粗原料，例如土豆淀粉或木薯淀粉。此外，所述的悬浮液可简单地储存，至少要比已胶凝化的混合物能更好地储存。

在荷兰专利申请9300102(在此引入作为参考)中，描述了许多所述糊状物的例子。这些糊状物包含500-1500重量份的淀粉或淀粉衍生物，0.5-50重量份的合成生物聚合胶(xanthan gum)，5-250重量份活性硅氧烷和25-300重量份在水中的惰性填料。此外，优选还添加0.5-50重量份的盐。然而，所述的这些实施方案不应看作是限制性的。当使用其它糊状物组合物时，经常要调节各种处理条件，如压力，温度和时间等。

作为合适的天然聚合物可提及的有天然淀粉，例如土豆淀粉，玉米淀粉，小麦淀粉，含蜡玉米淀粉，木薯淀粉，豌豆淀粉，高度直链的淀粉或米淀粉。然而，优选使用土豆淀粉，其支链淀粉含量可在75和100％之间变化。另外还可使用淀粉衍生物，例如通过醚化，酯化，酸水解，氧化，交联和/或酶的作用而改性的淀粉。

在另一实施方案中，根据本发明的方法的特征在于具有权利要求7或8的特征。

使用相对干的、非强制性轻度预发泡的原料提供了如下的优点，即在模具中只需要极少量的水或其它湿气进行蒸发，此外，由于只需在模具中进行加热，而不是在预处理段中加热，因此这将具有明显高能的优点。例如，物料可由颗粒料组成，相对于通至和通入模具的通道开口而言，所述颗粒特别是具有小至很小尺寸的或多或少圆球状的颗粒。该颗粒料可包含发泡剂，例如在加热时易于释放和/或蒸发的水或发泡剂，如碳酸氢盐，在高温时通过分解它们将使气体逸出。

作为原料，例如可使用在糊状物中提及的天然聚合物。

在另一有益的实施方案中，根据本发明的方法的特征在于，使用注塑模作为模具。

在本发明的方法中，通过使用注塑模，可制备出规则或不规则形状的产品，这些产品是尺寸稳定的并且可具有不同的壁厚。用此方式制得的产品例如可用作片材和盘状部件，托盘和箱等盘状包装，以及例如用于包装箱等中产品的填充料。利用该方法可取得的一个重要的优点是，取得了比使用平板装置时更大的设计自由度。由于可容易地使用可分模芯等，因此，可以可顶出以及不可顶出的方式制备各种产品。因此，例如可整体地模制出倒陷。此外，在产品中可引入更大的高度差，其中流径可更长，并且比重对物料的分布没有影响、至少没有明显的影响。

在另一有益的实施方案中，根据本发明的方法的特征在于，使用挤塑模头。当在本发明的方法中使用挤塑模头时，可以简单的方式制得可生物降解的型材，该型材具有上述天然聚合物交联结构的优点。由于物料以冷却态供应，优选以液态供应，因此，其制备方法特别简单，并且能以基本上一次处理通过的方式制得具有希望性能的产品。用此方式，例如可挤塑出以较大的长度使用的片材和型材，或可将其分割，并例如用作在箱，框，袋等中对产品进行包装的疏松填充剂。在此应将挤塑和使用的挤塑模头理解为在加压下使物料强制通过一相当小模孔的装置，该模孔基本上确定了产品的至少一个横截面。输送压力例如可由泵或射料杆来产生。

一般来说，用本发明的方法制备的产品相对于体积来说可设计成轻质的，具有足够的强度和弹性，并且，特别是当使用相当高密度的“皮层”和相当低密度的“芯层”时，能适当地耐不同的条件。

在本发明的产品的制备期间，通过水的蒸发或在发泡剂作用下所形成的气体太快，以致发泡与胶凝化同时或优选在胶凝化之前发生。在高压和/或高温下实现了这种作用，与此同时，另外更结实的材料被“压缩”成泡孔壁。这不仅得到了由大泡孔组成的模芯，而且还得到了具有更高致密度的结实的小泡孔的皮层。

此外，为得到希望的结果，还有许多其它的条件必须满足。

为形成泡沫塑料，胶体颗粒和相应的条件必须满足，尤其是应满足特定的负载和特定的表面张力，以及发泡泡孔的内外压力。

必须在很短的时间内完成对模腔的装料，所述装料应满足“流动性”和推力的要求：即在该短周期期间，必须保持足够的“流动性”以保证完全充模，与此同时驱动力，液体发泡剂或“发泡”气体必须以足够的量存在，以便把越来越难移动的物料向前推进。在此应将流动理解为液体如液体糊状物的流动，以及颗粒状、相对干的物质如小的滚动和滑动颗粒或粉末的流动，不管它们是否已轻度预发泡。因此，流径的长度至少与原料的流动性有关，并且在给出的相同条件下，用于液体或悬浮液的流径的长度要比用于颗粒料的长。此外，以低供料温度和烘烤期间模具温度之间较大的差值，将对流径的长度产生正面的影响。

另外，本发明还涉及适用于本发明方法的装置。

此外本发明还涉及利用本发明的方法和/或装置制备的可生物降解的产品。

为了阐明本发明，下面将参考附图描述举例性的实施方案。

图1示出了通过注塑制得的可生物降解产品、特别是填充块的局部透视图；

图1a示出了图1产品的壁的两个横截面；

图2简略地示出了本发明注塑装置的横截面图；

图2a示出了带有模腔的模具部分的放大的横截面图；

图3示出了可生物降解的产品，特别是通过注塑制备的、储存箱用的镶嵌托盘的横截面图；

图4示出了通过挤塑制备的可生物降解的产品的透视图；

图5简略地示出了本发明挤塑装置的横截面图。

示于图1的产品是填充块1，例如适合于固定在箱D中适当安放的计算机C的外壳。计算机C和箱D用虚线简略地表示，并且只是该例子所提及的。填充块1由基体2和许多延基体2向下延伸的第一肋3和第二肋4组成。第一肋3和第二肋4彼此约成直角相互延伸。在两个第一肋3，两个第二肋4和基体4之间包封的是近似矩形横截面的空腔5。与相同材料的相当的固体填块相比，就使用的材料量也即重量而言，填块1的整个尺寸(长L，宽B和高H)是大的。

第一肋3具有相对于其第二部分7是相对较高的第一部分6。同样地，第二肋4具有相对于其第二部分9是相对较高的第一部分8。和相对较低的部分7，9一样，相对较高的部分6，8是排列在一起的。因此，较低部分7，9限定了一个假想的底表面10。分别在较高部分6和8，以及较低部分7和9之间基本垂直延伸的过渡部分11限定了两个假想的侧壁表面12，这两个侧壁12彼此之间有一角度，并且与底表面10也有一角度。底表面10和侧壁表面12限定了一假想的空间，在该空间中例如可安放计算机C的角。

当将计算机C安放在箱子D中时，填块1适当地安放在计算机C和箱子D的三个侧壁之间。优选在若干位置将所述的填块1或与此相当的合适形状的填块1安放在计算机C和箱子D之间，以便能防止计算机C发生移动，此外还能获得吸振能力，结果是避免了计算机的损坏。应指出的是，各肋之间以及肋与基体2之间可以不同的取向和位置进行排列，并且能使用更多或更少的肋。因此，例如基体可排列在邻近被安放产品的侧面，以便在产品和填块之间获得更大的接触面积。此外，空腔5可在不同的方向开口，或者至少局部地所有或一些肋可只在一个方向上延伸，并且例如具有弯曲的、正弦的或其它弯曲的形状。另外，在肋和/或基体中可提供开口和凹口。申请人认为，这些改进和许多其它的改进均落入本发明的范围内。

正如将在下文所描述的那样，根据图1的填块优选通过在一模具中的注塑来制造。该填块1的制备将从至少包含可生物降解的聚合物的糊状物S着手。该糊状物优选是溶液或悬浮液，特别是在水中的淀粉的悬浮液或一种或多种所述天然聚合物的悬浮液。正如将在下文所描述的那样，另外还能从相对干的原料、例如颗粒料着手，此外也能使用其它的组合物。可根据所希望的供料装置，所希望的能量消耗，在模具和供料线路中的流径，原料的利用率等来选择糊状物，或例如颗粒料。在本说明书中，“胶凝化”指的是，天然聚合物从轻度或完全疏松的颗粒或与此相当的颗粒形式变成干的或不干的和/或发泡的粘结形式，其中存在着相互只是一定程度键合的拉伸聚合物。也就是说，发生了从固体物质，胶体溶液或悬浮液至更为均匀的液体的转变。

在室温和稍高的温度，在至少低于聚合物或至少大多数聚合物的胶凝化温度时，所述的糊状物是液体，这使之易于处理，这是因为悬浮液具有良好的流动性能并能简单地泵送。这将提供出另一个优点，即在例如通过挤塑压机螺杆进行供料期间，聚合物不会受到损害。此外，还能以简单的方式制备并保存所述的悬浮液。还有一个优点是，原料是完全可生物降解的并且淀粉是易于得到的、廉价的和来源丰富的原料；这与基于矿物油等的产品完全相反。在低温时水起溶剂或悬浮剂和液化剂的作用，在强加热时起发泡剂的作用。如果希望，可向悬浮液中添加助剂，如乳化剂，液化剂，另外的发泡剂和着色物质和香味物质。此外，为进一步改善强度性能或者例如进一步改善耐潮湿和温度波动性或耐水性，例如还可添加少量热塑性塑料。

在另一实施方案中，原料是下面将要解释的基本干的、颗粒状的物质M。

图2简略地示出了用于本发明方法的注塑装置，该装置带有适于制备图1产品的模具。

注塑装置20包含糊状物S的供料装置21，喷嘴22和模具23。供料装置21包含圆柱壁24以及适当配合的、在其中可移动的射料杆25。在一端，圆柱壁24连接至喷嘴22，在远离喷嘴22一端，在壁24中提供有供料口26，糊状物的供料管27连接至该供料口26。糊状物S例如可利用泵29由储罐28提供。

喷嘴22由在远离壁24的方向逐渐变细的、圆锥形的第一部分30，和与之相连的、环形横截面的第二部分31组成；相对于圆柱形壁2 4而言，第二部分31较窄。通过热分离连接管32，第二部分31连接至模具23的浇口33。此外还包括在将适量糊状物加入模具之后，用来关闭供料口33的装置(未在图中示出)。这些装置例如可以是射料杆25的一部分或由阀门装置等构成。在供料装置和模具和在其中形成的产品之间的热分离应由这些装置来完成。

在模具23中提供的是许多模腔34，这将在下面进行描述并对其中的两个模腔进行描述。另外可提供不同数量的相同或不同的模腔。通过模具水路35，模腔34连接至浇口33(图2A)。在远离出口36、连接至模腔34的是一个或多个与环境连通的脱气通道37；在所述出口处相应的模具水路35通至模腔34中。这种连通是自由的，但也可以进行适当的关闭，例如通过减压阀进行关闭。模具23沿贯穿模腔的平面是适当可分的，该可分方式使得在模腔中形成的产品能简单地从中取出。此外，对于模腔34而言，为了卸空所形成的产品，可提供顶出或排出装置38。

排列在圆柱壁24四周的是用于冷却糊状物S的装置39。在本发明中，冷却应理解为将温度保持在低于糊状物S中的天然聚合物发生胶凝化的温度。这些冷却装置例如可由冷却剂输送管39组成。类似的冷却装置39’同样地也可排列在喷嘴22的四周。利用包括在其中的加热装置40，对模具23进行整个地和/或局部地加热。热分离连接件32起热分开供料装置21和模具23的作用。在模具上游处，对装置的21，22部分的冷却防止了对物料的流动性能产生副作用的供料装置中悬浮液胶凝化，交联或化学变化的发生。

在图2a中示出放大模腔34部分的模具23包含不同的加热装置40。如举例性的实施方案中所示，模腔34由许多彼此约成直角横断的在模具23的第一部分42中的缝槽41，和可相对模具的第一部分42移动的第二部分44中的槽形腔43限定。相对于其宽度和长度而言，该槽形腔43的深度较小；相对于其长度和深度而言，凹槽41的宽度较小。当第一部分42夹住第二部分44时，模腔限定了与本发明图1产品的形状一致的空间。

在凹槽41，加热元件46之间形成的凸起45中包括有例如电加热元件。应指出的是，还可对模具部分直接进行加热。在远离分界面V的槽形腔43侧，同样包括有加热元件46。优选可单独控制不同加热元件的温度，但也可将若干或全部加热元件连接在一起。此外，还可在一侧或多侧，从外部对模具进行加热，例如通过蒸汽或燃气器进行加热。通过加热元件46和可有可无的其它装置，如果希望的话，能以在使用期间在所有时间和所有位置将模腔34中的温度保持在高烘烤温度的方式，来升高模具的温度。

图2和2a可使用的注塑装置如下。

模具部分42，44相互夹住，并且将排出装置38放置在最后的位置，在模腔34的外面。射料杆25在离开喷嘴22的方向移动，并超过供料口26。因此，供料口26被弄干净，并且供料装置21和喷嘴22的内部被糊状物S填满。以将不同部分的温度调节于所希望的温度并保持该温度的方式打开冷却装置39，39’和加热装置40，46。最后，使该温度保持恒定，或在烘烤和/或冷却期间进行改变。射料杆25向前移动很短的距离，以便在压力下使适量的糊状物压入模具并进入模腔，然后在适当的加热分离下，关闭浇口33。在模腔34中，糊状物被升至所希望的温度，例如150-250℃，并在此温度保持一段“烘烤时间”，例如2分钟。因此，发生了(天然)聚合物的胶凝化和随后的交联。此外，从糊状物中蒸发出的强加热的水和/或其它液体将形成气泡。在糊状物中，形成了被交联结构部分包覆的气泡。这将得到一发泡结构，通过添加额外的发泡剂，该结构可进一步增大。为了使绝大部分蒸发的湿气从模具中排出，提供足够多的排气口。在烘烤时间之后，在两个或多个部分的形式打开模具23，并从模腔34中取出产品，或利用顶杆38顶出产品。

在将悬浮液的温度加热至62℃以上，并且至少加热至形成气体或发泡剂的蒸发温度以上时，在悬浮液中将发生淀粉的胶凝化作用，此外由于水的蒸发将形成气泡。在对该悬浮液进行加热时，聚合物将发生交联，得到一围绕泡孔结实的、相对致密的结构，所述泡孔由水和可有可无的其它发泡剂的蒸发而形成。

注塑的产品至少具有基本密闭皮层13的闭孔和包含开孔15的发泡芯层14。在图1a中，示出了通过肋3之一的放大的两个横截面，左边极为粗略的图示，右边为更为实际的形式。闭孔的皮层13提供了良好的耐外部影响，如潮湿和温度的影响，而发泡芯14提供了大体积，同时兼有小的重量和良好的弹性。此外，皮层13具有刚性-和强度-增强作用。由于烘烤所致，侧壁14’具有结实的骨架。

该皮层是尺寸稳定的并具有平滑和整齐的外观，这在美学上是有益的，此外例如使之能进行印刷，以及能减轻使用模腔的预防措施。

只要皮层13维持密闭，就会大大地阻止产品的生物降解，或至少在很大程度上阻止降解。通过适当地选择在模腔中建立起的温度和压力，就能对产品的性能产生影响，例如，其中相对于模芯14皮层13是更厚或更薄的，以及其中模芯14和皮层13较大程度或较小程度地发生交联。通过及时改变温度和/或模具不同的部分，特别是通过改变不同凸起45的温度。能改变产品不同部分的性能，以致使例如各部分的弹性可以不同。

与使用平板装置的已知的方法相反，利用注塑，首先将模腔关闭，然后只是将糊状物引入到模具中。因此，模腔的总体积可大于分别包含在模具的第一部分42和第二部分44中的各模腔部件的体积。事实上，在该已知的方法中，需将糊状物引入至杯形空腔中并保持在其中直到模具关闭为止。此外，当关闭模具时，不能将糊状物通过模腔的边缘挤出，因为如果这样的话，糊状物将在合模面之间流动，并且阻止模具的关闭，或者至少要使模具更难关闭。因此，在已知的方法中，关闭的模腔的总体积将大大地小于杯模的体积，此外，该模腔一开始就包括随后蒸发的全部湿气。

图3示出了在储存箱51中内托盘50的横截面，在储存箱中，内托盘50例如可容纳家用器具52。内托盘50是碟状的，即至少绝大部分是薄壁的并具有接收腔53。邻近接收腔53的上缘54相对设置的、与上缘整体形成的、且具有倒陷56的是夹紧凸起55；在该倒陷下可压入用虚线表示的家用器具52。通过注塑，并利用可分模芯而形成内托盘。因此，夹紧凸起55可整体地进行注塑。因此，根据本发明的方法也能用一次处理通过的方式来制备可生物降解的、不可顶出的产品，这将使这些产品特别适用于如包装材料，储存材料等，而且也能用作如夹心状的构件，如用作顶盖等。

图4示出了呈所谓“疏松填料”状的填充产品60，该填充产品60在例如箱子，盒子，筐等包装中以吸振的方式用作包装材料。为此，将许多填充产品60松散地倒入待包装的产品和包装之间的空间中，然后关闭包装，并且阻止被包装产品的移动，或至少以吸振的方式容纳被包装的产品。为此，疏松填料是轻度弹性可变形的。

如示于图4中的填充产品60包含近似圆柱的芯61，和许多沿该芯约径向延伸的飞边62，并且这些飞边在芯的整个长度上延伸。相对于其高度和长度而言，飞边相对较薄，因此，它们显示出弯曲松弛性。沿飞边62测量的填充产品60的周长对于填充产品所占的体积将起决定性作用，因此，得到了有利的体积/重量比。

根据图4的填充产品和例如类似的纵向对称的产品可通过在图5装置上的挤塑形成。该挤塑装置包含供料装置，所述供料装置包含，从储存罐至喷嘴81将颗粒状物质M的糊状物S进行(半)连续加压供料的装置80，例如利用一台或多台泵。在该挤塑装置中，连接至喷嘴8 1的是包含一个或多个挤塑模孔64的挤塑模头63；所述挤塑模孔64的横截面与所要得到的填充产品的横截面的形成基本一致，至少是相似的。如前所述，该供料装置80，特别是喷嘴81备有冷却装置82。挤塑模头包含加热装置65，该装置的排列方式以在挤塑模孔中的温度至少可精确地控制在例如150-200℃为准。远离供料装置80的挤塑模头63侧排列的是切片66，借此，在从挤塑模孔中排出时，能将挤出的型材切成较短的长度。

可使用的图5的装置如下。

通过喷嘴81，将糊状物S或颗粒状物料M的连续流从供料装置80输送至加热的挤塑模头63，并且强制通过挤塑模孔64。糊状物的前部发生胶凝化并进行交联，借此，湿气从糊状物中蒸发出并且使产品发泡，其中非强制性地包含有另外的发泡剂和其它助剂。优选在挤塑方向上挤塑模孔64的横截面稍稍加宽，其加宽方式以在发泡期间，当烘烤糊状物S通过挤塑模孔时，施加在填充产品60上的压力足以得到所希望的皮层和模芯性能为准，并且其交联结构不会被挤塑模头损坏或破坏。

由于糊状物连续供料的结果，挤塑型材的“烘烤”部分以离开相应挤塑模孔64的形式向前推进。在领先侧，每次均切下一部分型材，由此切割的表面是近似的。用此方式，可根据液体糊状物，以相对高的生产率和相对低的成本制备大量疏松填料。这些填充产品是可生物降解的或是大长度的型材，并且也可以是例如片材。

当该糊状物是液体、优选是溶液或悬浮液时，其制备、储存、运输和计量将特别简单，并且在本发明的方法中可使用简单的装置，这又将使这些方法变得相当便宜。此外，在最佳实施方案中，在使用天然聚合物之前，它们无需经受昂贵的预处理。只需将它们混入糊状物中即可。

在上文中，已描述了利用注塑技术和挤塑技术，原料为液体糊状物、特别是溶液或悬浮液，用于制备具有发泡结构、可生物降解产品的方法和装置。然而，如前所述，也能从基本干的、由例如颗粒料组成或至少包含例如颗粒料的物料着手。该颗粒料例如可包含或多或少圆球形的颗粒，所述颗粒相对于模具的模孔和供料装置而言其尺寸较小。与液体一样，这些颗粒也能显示出一定的流动性能，因此，在供料装置的压力下，它们能填充模具或通过模具进行传送。

在引入模具中之后，对例如包含相当少量水或不同发泡剂的颗粒进行加热，与颗粒包含在溶液或悬浮液中一样，由于所存在发泡剂将使颗粒发泡，因此所述颗粒将溶胀。利用这种原料，聚合物也将提供高度的交联并因此将提供出一结实的发泡泡孔的泡孔壁。此外，对该方法也适用的是，作为加压受热部件的模具和发泡剂将产生高度致密的产品壁的外层部分，即所谓的到皮层，同时将包含较大的泡孔。

由于在本发明方法中，在原料中只包括有较少量湿气这样的事实，因而只需要相当少的能量，其中只需较少的热量用于蒸发。的确，就能得到所述产品的环境好处而言，制备可生物降解产品将是特别重要的。部分是因为能够达到相当便宜的原料和高的生产率的结果，因此，已实现了几乎不存在环境问题的产品的低能、环境友善和经济有益的生产方法，另外，在下游段其作为废料的环境问题即使有也很少。

当然，当使用呈颗粒状的物料M时，其流动性能将与使用糊状物时的流动性能有所不同。此外，并不是每一种原料都适地用作颗粒料，至少并不都是有益的。当与填料一起使用颗粒料，或使用颗粒料的混合物时，有时将很难防止分离，或很难得到和/或维持良好的恒定混合。

出于同样的理由，根据本发明的产品也可用作包装材料，此外它们不会出现与静电电荷有关的问题。

为了改善产品的外观，可将着色剂添加至糊状物中，或者，例如通过纹理的不同或通过改变模具在表面不同位置的温度来形成表面层，以致使由于不同的烘烤条件而在皮层中形成了局部的变化。当然，在制备之后也能对产品的各部分进行涂饰，着色或印刷。此外，还能模制成例如在产品中的镶嵌物。

下面将通过说明来给出根据本发明方法的实施例，但无论如何不应认为这将构成对本发明的限制。实施例I

将1000克土豆淀粉引入Hobart混合器中，并且顺序地向其中添加2克Kelzan S，2克羟基磷灰石，75克陶土Spes和75克Hydrocarb90。在添加完所有组分之后，再混合15分钟(位置1)。将该混合物引入事先测量并搅拌的1150克自来水和22克聚硅氧烷HY油的组合物中。在对所有组分进行搅拌(位置2)形成液体糊状物之后，将其引入适用于注塑机的供料装置中。所用注塑机为EPS-10型(firm Thermoware of Barmeveld)。所使用的注塑机包含带10个模腔、用于形成托盘的模具，每个托盘的尺寸为150^*75^*25(长^*宽^*高)，并且其壁厚为2.5mm。该注模包含电加热元件和带加热与模具脱开的合模沿口的射料注塑装置。在2巴压力和20℃下向每个模腔注入约15cc糊状物。将该模具加热至210℃，温度的允许偏差在200℃和220℃之间，用每个模腔5kN的力关闭模腔。将模具关闭120秒并保持在所需的温度，以致使每个模腔被发泡产品充分填满。在加热期间，有98％的水基本上以蒸汽形式通过模具的排气口排出，其中所述的水起着发泡剂的作用。120秒钟后，打开模具，利用顶杆从模腔中顶出注塑好的产品。如此形成的产品可直接备用。每个产品均有约2.1mm厚的模芯，复盖在其两侧的是厚度约0.2mm的皮层。每个产品的湿含量约为1％，重量为8克。实施例II

以与实施例I相同的方式制备糊状物。在4巴压力下，将该糊状物连续地供至挤塑模头，所述模头具有250mm²的横截面和50mm长的星形模孔，该孔在下游的长度为150mm。将该模头加热至210℃，以致使约95％的水从糊状物中蒸发出，形成泡孔，与此同时，在糊状物中发生了泡孔周围淀粉聚合物的胶凝化和交联。在离开模头时，形成了带发泡模芯的型材，所述模芯被约0.1mm厚的皮层所复盖；通过引入糊状物从模头中顶出形成的产品。如此形成的型材的比重约为150克/立方分米，并可简单地切割成短的长度，用于形成松散的填充材料。实施例III

将适量颗粒状天然淀粉引入一预处理装置中。所述颗粒为平均直径约50微米、基本圆球形的颗粒，每个颗粒的水含量约为20％。将该颗粒料调至稍高的温度，然后，以使颗粒预发泡的方式降低压力。在预发泡期间，这些颗粒所达到的直径约为100-150μm，而水含量降低至约10％。利用气压射料体系，将85cc、密度约100-150g/I的预发泡颗粒料压入注塑模中。该注塑模有尺寸为190^*125^*18mm、壁厚为3mm的槽形模腔。用每个模腔5kN的力关闭模腔随后将该模具加热至200℃保持40秒钟，这将导致天然聚合物的胶凝化和交联，同时大部分水份将从颗粒中蒸发出，产生进一步的发泡。如此烘烤的产品的壁将具有开孔、发泡且相当大泡孔的模芯，而壁的外部具有结实、相当小且基本闭孔泡孔的结构。从模具中取出如此得到的托盘，该产品是尺寸稳定的且水含量约为1％。

本发明并不局限于所述的实施方案。还可能有许多变更。利用本发明的方法所能达到的设计自由度实际上是无限的。因此，根据本发明的方法可制备出所有种类的产品，如木片或小吃用的托盘，可食容器如冰淇淋杯，片材，棒材和各种用途的异型材料，以及许多与此相当的基本为薄壁的产品。这些和与此相当的变更应理解为落入本发明的范围内。

Claims (17)

1、一种带发泡结构可生物降解的产品的制备方法，其中，将至少包含天然聚合物如淀粉的物料在压力下通入或通过模具(23，63)并以天然聚合物至少发生交联的方式在模具(23，63)中对该物料(M，S)进行加热，在引入模具之前物料的温度低于胶凝化温度，而在模具中其温度至少将升至烘烤温度。

2、根据权利要求1的方法，其中，在加热期间泡孔(15)基本具有天然聚合物交联的壁，而在每个产品的壁厚方向上，泡孔的尺寸是以朝外的方向逐渐减小的方式改变的(图1a)。

3、根据权利要求1或2的方法，其中，每个产品是由许多片、棒或碟状部分(2，3，4；50；61，62)构成，每个部分至少在一个方向上相对于产品(1；50；60)的总尺寸而言，其尺寸是相对较小的。

4、根据前述任一项权利要求的方法，其中，该物料由液体糊状物构成，所述糊状物包含至少在液体中的聚合物如淀粉的悬浮液或溶液(S)。

5、根据权利要求4的方法，其中，所使用的糊状物由可生物降解的组分组成。

6、根据前述任一项权利要求的方法，其中，至少使用水和淀粉的糊状物，模具被加热至大于130℃的温度，优选加热至150-200℃。

7、根据权利要求1-3之一的方法，其中，以相对干的条件，优选以颗粒状将物料引入模具中。

8、根据权利要求7的方法，其特征在于，在引入到模具之前，物料进行轻度预发泡，但不发生胶凝化作用。

9、根据前述任一项权利要求的方法，其中，将发泡剂，优选至少是水混入物料(M，S)中。

10、根据前述任一项权利要求的方法，其中，使用注塑模(23)作为模具。

11、根据权利要求1-7之一的方法，其特征在于，使用挤塑模头(63)作为模具。

12、根据前述任一项权利要求的方法，其中，产品在模具中进行烘烤。

13、一种用于制备可生物降解产品(1，50，60)的装置，包括至少包含—模腔(34，63)的模具(23，63)，和在压力下将物料供入模腔(34，63)的供料装置，其中加热装置(40，46；65)用来加热模具，而装置(32；39，39’，82)用来使供料装置相对于模具保持相对较冷，其保持相对较冷的方式以其中的物料至少维持在胶凝化温度以下为准。

14、一种用于制备可生物降解产品(60)的装置，包括至少包含一挤塑模孔(64)的挤塑模头(63)，和在压力下将物料(M，S)供入和通过挤塑模孔(64)的供料装置(81，82)，其中加热装置(65)用来加热模头(64)，而装置(82)用来使供料装置相对于模头保持相对较冷，其保持相对较冷的方式以其中的物料至少维持在胶凝化温度以下为准。

15、根据权利要求13或14的装置，其中，用来将物料(M，S)供至模具或模头(23，63)的供料装置(20，80)包括泵送装置。

16、根据权利要求13-15之一的装置，其中，加热装置(46)包括在模具或模头中的通道，用来在其中通过加热的液体，如液流或油。

17、根据权利要求13-16之一的装置，其中，加热装置包括电加热元件(46)，例如加热线圈或感应加热装置。

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