CN1203164C - 冲压洗涤剂块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在处理塑性材料的装置，例如冲压洗涤剂块的冲压装置中，在其处理表面上形成一层弹性体层，它对于处理表面具有良好的附着力和好的塑性材料的脱模特性。该弹性体层包含至少两层具有不同特性和/或组合物的弹性体覆盖层。

Description

冲压洗涤剂块的方法

本发明涉及一种利用模具对塑性材料进行冲压的设备、方法和装置，以形成成形制品。特别是，涉及一种冲压洗涤剂块的方法。

“洗涤剂块”是指一片状物、饼状物或块状物，其中包含肥皂、合成活性洗涤剂或它们混合物的表面活性剂的含量按块计至少为20％(重量)。

在制造洗涤剂块时，包含该块所有成分的预制的组合物通常是由一管嘴挤出的，以形成连续的“棒”，再切成预定长度的小段，通常称为“坯条”。然后将该“坯条”送入到冲压机，或者例如利用与块表面具有相同尺寸的模具在块的一个或者多个表面上给出印记，是利用滚筒形的短锤或模具通过加力对其冲击完成的。

通常冲压机具有按两半形成的模具，在冲压操作的过程中每半模具的表面与该坯条相接触。这些表面适宜接近到一预定的分开距离。因此对在模具两半部之间对坯条加压。使块形成最终的形状和外观，然后分开。当模具两半部接近时，过量的组合物由模具两半部挤出。这通常称为“去毛边”。然后使肥皂块通过“去毛边板”中的孔，该毛边即与肥皂块分开。

常规的模具式冲压机包含“顶杆模(pin die)”成形机，其中在压紧步骤过程中，一对相互面对的模具件或模具的两半相会；以及“盒状模(box die)”成形机，其中一对相互面对的模具件对保持在盒形框中的通孔内的块冲压，但是在压紧过程中不相会，利用盒形框限制该块的周边面。

模具的两半通常每个带有一个模具插入件或注射器插入件。这些部分通常利用弹簧紧压在模具两半内，但可利用压缩空气或者机械装置推开，有助于将块由模具中脱出。在模具两半部闭合的过程中，可以施加真空，以便抽去该夹在洗涤剂块和模具表面之间的模具内腔中所集留的空气，以及若在旋转模具的情况下，真空有助于在旋转过程中将该块保持就位。

利用模具冲压洗涤剂块使该块形成可重现的形状、平滑的表面和/或压印一种图案例如标识(logo)、商标或其它到该块的至少一部分表面上。

然而，由于模具的阻滞，即残余量的洗涤剂遗留在模具两半部内，在继续使用模具的过程中聚集起来，因此在该块的表面上经常形成有可见的缺陷，或者它们不可由模具表面脱出。

对于这些问题已经提出很多解决方案。一种解决方案包含在冲压过程中急冷该模具两半部。

在GB-A-746769中描述了另一种解决方案，其公开了一套模具，它包含模具盒和一对由包含具有规定弹性模量的聚合物的塑性材料制成的成对模具件。这种系统的缺点在于，必须要脱模剂，以便防止洗涤剂附着和积累在模具上，以及结合在其它的洗涤剂块的表面上。

在EP 276971中提出了另一种解决方案，其包含使用两个模具件，每个包含一弹性体部分和非弹性体部分。在冲压过程中与肥皂块相接触的弹性体部分包含其弹性模量处于规定范围内的弹性体覆盖层。

WO 96/00278国际专利申请介绍了冲压洗涤剂块的方法和装置，其中使用的模件包含非弹性体部分和厚度小于200微米的弹性体部分。发现其特别易于维护，因为薄的弹性体层易于涂敷和替换。

已经碰到涂敷到非弹性物模具上的弹性物覆盖层的过长使用时间问题。已经发现，某些弹性体层有与非弹性体模具分离的趋向。又已发现，难于提供一种与非弹性体模具具有良好附着力但还具有良好脱模特性的弹性体层。

本发明的目的是要克服上述某些问题。

我们已经发现，可用另一种装置来生产洗涤剂块，其能以易于重现的方式实现表面修饰。

在下文“表面修饰”是指均匀形状、平滑表面以及例如标识、商标或类似的图案。

本发明人已经发现，可使用多层分别配制和聚合的弹性体层以最佳附着到非弹性体模具或类似结构上，以及使与洗涤剂接触的层有最佳脱模特性。

因此，本发明提供一种用于在冲压或处理塑性材料的装置上形成弹性体覆盖层的方法，它包含步骤有：

-利用化学或机械方法处理该装置，以便形成对所述弹性体覆盖层的粘接表面；

-在所述粘接表面上涂敷第一弹性体材料并固化或交联第一弹性体材料以形成具有希望的附着性能的第一层固化的弹性体层；以及

-在所述第一层固化的弹性体层上涂敷第二弹性体材料并固化或交联第二弹性体材料，以形成具有希望的脱模性能的第二层固化的弹性体层。

利用本发明，每一弹性体层的特性和成分可以专门设计，以便提供所需的特性。例如，可以使第一固化弹性体层对于粘接表面具有良好附着力和耐受在冲压和脱模时产生的作用力。这势必使脱模特性不良。然而，对接触塑性材料的固化弹性体层可设计成对打底的弹性层(其是一种比对粘接表面更易粘接的粘接层)具有良好的附着力和有良好的脱模特性。

如果需要，可以提供若干由不同级配的组合物和特性(例如硬度或附着性)的固化弹性层，每层都具有对其打底弹性体层有良好的附着力，并且最终的弹性体层具有与塑性材料的良好脱模特性。

本发明还提供一种用于对塑性材料冲压或处理的装置，该器具包含至少一个接触塑性物质的接触表面，其中至少一个接触表面是包含至少两层弹性体层的弹性体覆盖层，各弹性体层具有不同的组合物和/或特性，其中第一层弹性体层提供希望的附着性能，第二层弹性体层提供希望的脱模性能。

每层弹性体覆盖层必须能够承受其后各覆盖层固化时的工况条件。

根据本发明术语“弹性体的”是指按照在ISO(国际标准组织)1382的“弹性体”或“橡胶”定义的。在根据本发明的“弹性体”材料的定义范围还包含：热塑性弹性体和共聚物以及弹性体、热塑性弹性体和橡胶的混合物。

弹性体定义为具有长而柔韧的链的聚合物，其不依赖于原材料，是经利用引入交联和形成交联网络结构的硫化剂或交联剂转变形成的。该网络结构限制了大分子链分子的运动。并因此在加力变形和释力之后能快速返回到接近它的初始尺寸和形状。

通过提高温度，弹性体经过在软化后的橡胶相，并保持它的弹性和弹性模量直到达到其分解温度。

热塑性弹性体由非结晶相和结晶相构成。非结晶相的软化范围低于环境温度，因此用作塑性弹簧，而软化范围高于环境温度的结晶相部分用作交联格点。

构成弹性体层的材料成分对每一层可分别加以控制。各层可以泡沫化。例如，可以选择不同的原始材料或者原始材料的不同混合物。最好使用不同数量的固化剂。

另外，可以控制每一弹性体层的固化条件。例如，温度、压力(如果需要采用真空)和/或催化剂物系对于每一层弹性体覆盖层可分别变化。还可以按需要使用辐照或紫外线。

弹性体层在固化之前还可以进行各种不同的预处理，如利用不同数量的溶剂稀释。

第一固化的弹性体层最好由对粘接表面具有良好附着力的材料构成。可在较高的压力和温度下形成。例如，可以采用的压力范围为10-100，优选为20-60，最优选是40巴(表压)。温度可为约200℃。

用于与塑性材料接触的弹性体层可以在较低压力和/或温度，最好在大气压力下固化。如果存在两覆盖层之间的弹性体层，则其可以在形成这两层的条件之间的温度和/或压力下固化。

最好根据本发明的弹性体层是选自美国试验和材料学会(AmericanSociety for Testing and Materials)D148中所介绍的那些类别，其包含：

1不饱合碳链弹性体(R类)，包含：天然橡胶，例如标准马来西亚橡胶；丁二烯，例如“DUNA”TM type ex Bunawerke Huls；以及丁二烯丙烯腈共聚物，例如“Perbunan”TM ex Bayer。

2饱合碳链弹性体(M类)，包含乙烯-丙烯型例如“Nordel”TMex Dupont以及含氟型例如“Vitron”TM ex Dupont。

3取代硅氧烷弹性体(Q类)，包含液体硅橡胶例如：Silastic 9050/50P(A+B)TM ex Dow Corning。

4在聚合物链中含碳、氮和氧的弹性体(U类)，包含聚氨酯类，例如聚氨酯ex Belzona。

合适的弹性体层可由例如Silastic 9050/50P A+B(ex DowCorning)的液体硅橡胶获得，其固化后的弹性模量为约2-3MPa，以及由聚氨酯例如后面所定义的Belzona PU2221获得，其固化后弹性模量约9MPa，和由Belzona 2131(MP流态弹性体)获得，它是基于含新癸酸苯汞的二苯基甲烷4，4′-二异氰酸酯(MDI)物系的二部分产物。

该“弹性体”材料，如上所述可经预处理，例如在其用作层涂敷到模具表面之前，形成市售弹性体的溶液。就地使弹性体、橡胶、共聚物以及它们的混合物进行固化或交联。例如在作为层涂敷之前可以将包含基本弹性体材料、交联剂和如加速剂的其它材料的各成分混合。一旦涂敷到模具上，就地固化所述层。通过进行加热或其它加速方法例如加压、辐照或紫外线可以有助于实现交联。

在某些情况下，可以将材料用合适的溶剂溶解，再涂敷到模具上，接着除去溶剂。

倘若为热塑性材料，可以将它们加热到熔化状态，再涂到模具上，经冷却和再固化。

适宜作本发明的弹性体层的材料，最好其弹性模量处在0.1-50MPa的范围内，特别为1-35MPa范围内。

最好，较接近粘接表面的各弹性体层的弹性模量大于接近该表面的那些层的弹性模量。

包含弹性体覆盖层的总弹性体层的弹性模量范围最好处在0.1-50MPa。

通过记录压印深度与压印覆盖层所需的力关系可以测量覆盖层上的弹性体层的弹性模量。通常可以采用具有球面顶部的压印器，测量作用力与压印深度3/2次方的函数关系的斜率S。压印深度是在压印器首先接触覆盖层表面之后压印器进入覆盖层内的深度。通常，为了顺应测量装置的贴合量，需要对测量的压印深度作测量装置贴合量校正。即，实际的压印深度d与所测的表观值d′由如下式表示：

                    d＝d′-(F.C)

其中F是压印作用力，通过将对刚性表面的压印器加压并记录率为C的表观位移与施加作用力函数，即测得贴合量C。

根据下式计算弹性模量E：

$E=3/4S.\frac{1}{\sqrt{R.}}(1-b^2)$

其中s＝F/d^3/2，R是压印器的球面端的半径，b是覆盖层的泊松比，对于各弹性体约等于0.5。

根据下文要介绍的某些条件，由于受体涂敷覆盖层的刚性材料的影响，上述压印法可能得到不真实的偏大的弹性模量值。为了可靠地避免这一问题，需要保证压印器与覆盖层的接触半径不超过覆盖层厚度的1/10。该接触半径a与压印深度的关系由如下式表示：

$a=\sqrt{d.}\sqrt{R}$

对于小于200μm(微米)的层，推荐使用纳米级压印器，其能够利用具有小的半径的端部的压印器在小的压印深度下测量压印作用力。这种设备的一个实例是“纳米压印器II”TM(纳米仪器)。另一方法是作一厚的实验层(大于200μm)，以便使用更一般测量设备例如Instron测试器(例如型号5566)。

最好，总的弹性体覆盖层厚度要小，优选小于200μm，如在WO96/00278中所述。

薄弹性体覆盖层的优点是，它们可以易于在工厂涂敷到带内置标识的常规的模具中。例如利用刷涂或喷涂技术，如借助空气或无空气喷涂或者静电喷涂来涂敷。如果需要，也可以组合利用各种技术。当需要在模具的不同部位涂敷不同厚度的层时就可这样做。例如，若在模具上的细微区域内需要特定的厚度，例如标识，可以使用带由模具的主体拆下的标识注射器的喷涂技术。

各层可以在模具上于环境温度下或者在升高的温度下固化，这取决于弹性体材料的类型和所需的特性。为了除去含溶剂的弹性体中的溶剂可以采用较高的温度。为了加速固化过程，可以采用其它方法例如紫外线固化。

可以将弹性体层涂敷到常规的模具中。通常在厚层时，当部分弹性体由于使用导致磨损或受损，导致例如要标记被压印的洗涤剂块时，覆盖层必须得清除，将模具清洁和制备新的覆盖层以及利用专门的设备重塑该模具表面。相反，通过简单地例如利用机械方法并借助于适当的化学处理(例如在硅氧烷覆盖层的情况下使用在乙醇和/或甲苯的混合物中的氢氧化钾溶液，在聚氨酯层的情况下的用乙醇和/或甲醇)去除旧覆盖层，处理模具表面和用新的材料替换旧的涂层就可以就地重新涂敷弹性体覆盖层。这样可避免损失生产时间和节约重新涂敷成本。

最好模具包含选自金属和其合金例如黄铜和其它铜合金以及碳钢和不锈钢的刚性材料；以及其它非弹性体材料例如热固性和热塑性树脂如聚酯、环氧树脂、呋喃树脂、硬铸聚氨酯；陶瓷；各种复合物以及层叠物。

模具必须能够承受弹性体层固化时的各种工况。

一些辅助材料例如填料也可以添加到弹性体材料中以便改进它的机械和加工性能。填料添加的作用取决于弹性体材料和填料之间的机械和化学相互作用。

填料可以用于改进弹性体材料，以达所需特性例如耐磨性。适宜的填料包含碳黑；硅石；硅酸盐；以及有机填料如苯乙烯树脂或酚醛树脂。

其它可选择的添加剂包含摩擦改性剂和抗氧化剂。

弹性体层最好每层厚度范围在1到小于200微米，优选至少为10到150微米，最优选为15到100微米。厚度低于1微米时，不可能得到均匀的覆盖在模具表面上的弹性体覆盖层。

弹性体层的特性可以根据洗涤剂块组合物、处理温度和/或处理参数例如模具两半部内腔形状，冲压设备的速度以及模具两半部的分开距离而变化，以便达到预期的结果，例如洗涤剂块从模具中的良好地脱模性。已经发现，对于特定洗涤剂块组合物，结合简单的无标识的模具、处于规定的厚度范围内的下限和弹性模量范围的上限的弹性体层就可实现合格脱模。

然而，对于同样的组合物，用带有复杂标识的模具或复杂的模具形状，利用接近厚度范围上限和弹性模量下限的弹性体层可以实现合格脱模。同样，对于本性上更难于冲压的洗涤剂块组合物，利用接近厚度范围上限和弹性模量下限的弹性体层可以实现合格脱模。

根据本发明的装置可以用于冲压含表面活性剂的洗涤剂块，最好主要包含肥皂或合成洗涤剂或者肥皂和合成洗涤剂的混合物。已发现特别适用于冲压这样一些软的和/或粘性洗涤剂块，其包含合成表面活性剂，具有低脂肪物质含量例如相对于总块重为63-70％的半透明和透明肥皂条，以及包含有利于皮肤的制剂，如增润剂，多元醇、油类、脂肪酸和脂肪醇的那些洗涤剂块。

最好，第一弹性体层利用机械和/或化学方法粘接到模具冲压表面，以便增加模具和第一层之间的附着力。

在利用弹性体材料覆盖模具表面之前，可以对模具表面进行一些预处理，以便提高模具表面和第一覆盖层之间的粘接强度。这些预处理的目的在于除去弱的边界层例如在金属上的弱氧化物；使得表面和层之间的接触程度最佳化，和/或改变表面状况，以增加可粘接的表面区域，以及在粘接之前保护模具表面。各适用的技术可分为3组：

1.机械研磨-该技术包含金属丝刷；砂纸；喷砂技术例如水，石英砂、沙和玻璃粒喷砂；抛光例如金刚石抛光和火花电蚀。

2.化学处理-包含溶剂清洗；浸蚀例如利用酸、阳极化处理；以及利用底层涂料或化学粘附剂例如硅烷或硅氧烷。

3.高能表面预处理：可以广泛地用于非金属系统，该技术包含电晕放电，等离子体和激光技术。

此外，可以采用上述技术的各种组合来对粘接表面进行预处理。

弹性体覆盖层除了应用于模具中的洗涤剂块冲压表面以外，还可有利地应用在冲压装置的其它部分和在肥皂加工流程中的其它机械。例如，可以应用于“去毛边板”，它从冲压的洗涤剂块上去除过量的挤出块组合物、模具注入器、夹具、其上安装模具的底板，以及模具中的非冲压表面。本发明还可以应用于在肥皂块制造过程中的中间产品的容器，例如在生产工艺线(例如包装机、打包机等)的杯形槽。该冲压装置可以是例如在EP 276971中所介绍的任何公知的适用的冲压装置。

下面仅通过参阅附图以举例的方式进一步介绍本发明，该图是根据本发明的模具的示意断面图。

该图所示的模具，包含模具的两个半部。每个半部分别包含刚性元件2、3。在每个半部的洗涤剂块的冲压表面4、5上形成有两层弹性体覆盖层，依序为6与7、8与9。两个半部2和3通常是相同的。如需要，可以在模具冲压表面的一面或两面上形成标识(未表示)。

模具两个半部可以通过将两者沿箭头A所示的方向彼此相向移动以冲压洗涤块(未表示)。

                         实例

利用根据本发明的第一和第二弹性体层对于洗涤剂块加工表面进行处理，如下所述。

                        实例1

通过在黄铜、铝和不锈钢中形成粘接表面以制作洗涤剂块冲压模具，用以进行测试。首先按照本技术领域公知的方法通过研磨、电火花加工和玻璃喷砂使冲压模形成所需形状。

同时，使一铜块成形，使其形状和尺寸与要成形的肥皂块的形状相对应。将铜块配装在模具的冲压表面内，在它们之间形成0.05毫米的间隙。

利用底涂料F2260 ex-Dow Corning对中压模具进行处理。

用硅氧烷WS27-60-29 ex-Dow Corning形成第一弹性体层。这种产物是基于添加有硅石的乙烯基VMQ(乙烯基甲基聚硅氧烷)。将DHBP(2，5-双(叔-丁基过氧)-2，5-二甲基己烷)用作交联剂，其浓度为每100份基质材料含1.8份。

在人工将硅氧烷压进模具后，将刚性铜块压入到模具中，以便按照确定的层厚将硅氧烷精确地压入模具中。

然后这层硅氧烷通过加压和加热固化。在该过程中铜模仍然保留在模具中。在200℃的温度下和750到1000巴的压力下使硅氧烷持续固化半小时。固化的硅氧烷硬度约达到60-100(肖氏硬度)，厚度接近50微米。

然后将模具和铜块一起冷却或急冷。

接着，将冷却的模具直接用作为第二弹性体层所需的硅氧烷涂覆。第二弹性体层厚度量级为0.05毫米。

已经发现含基于热解硅石的加强填料的含乙烯基的甲基聚硅氧烷聚合物是合适的。固化的物系包含硅烷和铂交联剂(ex Dow Corning，Silastic9050-50P partA和B)。这种硅氧烷的粘度为约5000mPas。

然后在大气压力下将模具加热到200℃，并固化半小时。

已发现形成的多层弹性体覆盖层对于模具有十分良好的附着力，即使用力也不能除去。

然后，用按照上述方法制成的模具冲压洗涤剂块。使用MazzoniSTUF冲压机。将该结果与安装在同样机器上的覆盖有单层硅氧烷层的冲压模具相比较。

该冲压的洗涤剂组合物是由Unilever制造的商标为DOVE的市售品。

在半小时之后，已发现肥皂块粘在覆盖有单层弹性体层的模具中，在冲压模具上的覆盖层中出现边沿受损。

在以单层弹性体层覆盖的模具中，发现覆盖层有裂纹，以及特别是在边缘区域覆盖层与模具部分脱开。

利用多层技术覆盖的模具没有模具磨损或者阻滞的迹象。

                       实例2

按实例1的方法，对在纸板盒机的生产线中的用于肥皂块的铝载体上涂覆形成两层的弹性体覆盖层。

为了比较，第一比较例包含涂覆有单层硬弹性覆盖层的形体，第二比较例包含涂覆有单层软弹性体覆盖层的载体，它们均利用WO96/00278中的方法制备。然后将根据本发明的载体和比较实例在纸板盒机上运行一个月。

在一个月之后发现，该单层软弹性体覆盖层开始与铝载体相脱开。单层硬弹性体覆盖层没有受损的迹象，但开始损伤洗涤剂块本身。而根据本发明的双层弹性体覆盖层没有受损的迹象，也未损伤洗涤剂块。

Claims (6)

1.一种在冲压和处理塑性材料的装置上形成弹性体覆盖层的方法，包含的步骤有：

利用化学和/或机械方法处理该装置，以便形成对所述弹性体覆盖层的粘接表面；

在所述粘接表面上涂覆第一弹性体材料并固化或交联第一弹性体材料，形成对所述粘接表面具有良好附着力的第一层固化的弹性体层；

以及

在所述第一层固化弹性体覆盖层上涂覆第二弹性体材料并固化或交联第二弹性体材料，形成使塑性材料具有良好脱模性能的第二层固化的弹性体层。

2.根据权利要求1的方法，其中第一弹性体层在较高的压力和/或温度下固化，且其中第二弹性体层在较低的压力和/或温度下固化。

3.一种用于冲压或处理塑性材料的装置，包含与塑性材料接触的接触表面，该接触表面具有粘附于所述接触表面的弹性体覆盖层，所述覆盖层包含至少二层弹性体层，其中第一弹性体层具有对所述粘接表面良好的附着性能，第二弹性体层为塑性材料提供了良好的脱模性能。

4.根据权利要求3的装置，其中弹性体覆盖层的弹性模量为0.1～50MPa。

5.权利要求1或2所述的方法对于在冲压和处理洗涤剂块的装置上形成弹性体覆盖层的应用。

6.权利要求3或4所述的装置在处理或冲压洗涤剂块中的应用。

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