CN1230362C - 具有无机填充基质的制品及其制造方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了由无机填料制造包括容器和包装材料在内用的组合物、方法和系统。通过混合有机粘合剂、水和合适的添加剂(如填充物和纤维)来制备合适的组合物，它赋予制品预定的性能，使成型后的制品具有所需的性能标准。然后将该混合物成型为板材，再将该板材成型为所需的制品。板材成型方法包括使用挤压机或辊。制品一旦成型，马上凝固。然后可以涂上印刷标记和涂层。

Description

具有无机填充基质的制品及其制造方法和系统

本申请是申请日为94.02.17，申请号为99123259.3，题目为“由板材制得的有机粘结、无机填充的制品及其制造方法和系统”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及用可水凝固化混合物和高比例无机填充组合物生产制品，特别是容器和包装材料的方法和系统。更具体地说，本发明涉及经济地大批量地生产各种可水凝固化的或填充无机物的容器或包装材料，而目前，这些制品是由纸、纸板、塑料。聚苯乙烯、玻璃、或金属制造的。本发明的制品可以选择地设计成重量轻、柔软、便宜、防水、薄、隔热和环境中性的制品。

背景技术

A包装材料和容器

现有的加工和包装技术使得各种各样的液体和固体物品能被储存、包装、运载而避免了有害因素的影响。包装使得物品免于受到环境的影响和销售时的损坏，特别是化学和物理的影响和损坏。包装还给消费者提供了传播信息的媒介，例如，原产地、容量、广告、说明、商标和价格。包装能避免气体、水份、光线、微生物、害虫、物理冲击、压力、振动、泄漏或翻转对各种各样物品的影响。此外，食品或饮料制品可以使用特殊的包装辅助来分装，如一次性杯、盘、或盒(例如在饮料、三明冶和色拉的快速食品工业中经常使用的“蛤壳”)。

通常，大多数容器和杯子(包括一次性容器)是由纸、纸板、塑料、聚苯乙烯、玻璃和金属材料做成。每一年，一千多亿听的铝罐头、数十亿个玻璃杯、数千吨纸和塑料被用来储存和分装软饮料、液汁和啤酒。在饮料工业之外的行业中，用这些材料制成的包装容器特别是一次性容器随处可见。

为了保持某些物品为热的，使用聚苯乙烯制成容器。尽管纸或塑料包裹的容器制品可以装有特殊的把手，但是在需要隔热时，聚苯乙烯容器是一种可供选择的优良的一次性容器，这是因为聚苯乙烯的隔热性能、成本和稳定性。

尽管目前更多的注意力集中在减少纸、纸板、塑料、聚苯乙烯和金属材料的使用，但是，由于其强度性能和可批量生产，它们还在继续使用。然而，对于任何设计给定的用途，这些材料相对便宜、重量轻、容易成模、强度好、耐用、在使用中抗降解。

B  纸、塑料、玻璃和金属的冲击

最近，关于这些材料(例如纸、纸板、塑料、聚苯乙烯、玻璃或金属罐)对环境有很大的危害存在着争论。提高意识的机构已使很多人确信，从环境的观点来说，用一种材料替代另一种材料更“正确”。这些争论通常疏忽了这一点，即这些材料的每一种都有它自己的特殊的环境弱点。从某一特定的环境问题来看，一种材料相对另一种材料可能更好，但却忽视了与所提出的优选材料有关的一些不同的、往往是更大的问题。事实上，纸、纸板、塑料、聚苯乙烯、玻璃和金属材料都有自身的独特的环境弱点。

例如，聚苯乙烯本身是一种相对惰性的物质，但它的生产涉及到危险的化学物质和起始原料。未聚合的苯乙烯是很容易反应的，因此，对那些必须处理它的人存在健康问题。因为苯乙烯是由苯(一种已知的诱变剂和可能的致癌物质)生产的，在苯乙烯中已经发现有残留的苯。聚苯乙烯的降解十分缓慢，丢弃的容器能持续很长一段时间。

潜在的更大的损害是在“发泡”或“膨胀”聚苯乙烯产品的生产中使用含氯氟烃(或“CFCs”)。这里由于CFCs与臭氧层的破坏有关。在泡沫(包括发泡)聚苯乙烯的生产中，CFCs(是一种挥发性很强的液体)用来使聚苯乙烯“膨胀”或“发泡”成泡沫材料，然后模制成杯子、板、盘子、盒子、“蛤壳”容器、垫板或包装材料。即使用“环境损害”较小的发泡剂(例如HCFC、CO₂、戊烷)来替代，还是很大的损害，减少它们的使用是有益的。

考虑到这些问题，某些环境组织赞成暂时返回来使用天然产品如纸、木材、确信它们更容易生物降解。然而，另一些环境组织却持相反的观点，以使树木的砍伐和森林消耗最小。

尽管从表面上看，纸产品能生物降解与臭氧层的破坏无关，可是，最近的研究表明，与聚苯乙烯的生产相比，纸的生产可能更强烈地影响环境，事实上，木浆和造纸工业在美国被认为是五大污染行业之一。例如用纸制成的产品与相当的聚苯乙烯产品相比，所需蒸汽为10倍、电为14-20倍、冷却水为2倍。各种研究表明，从造纸厂排出的排放物中所含的污染物是生产聚苯乙烯泡沫中产生的污染物的10-100倍。

此外，造纸的副产物是影响环境的二噁星(dioxin)，它是一种有害的毒素。二噁星，准确地说是2，3，7，8一四氯一二苯并[b，e][1，4]二噁星，是一种高毒性的污染物，即使量十分小也是很危险的。造纸车间的排放水中二噁星的最高含量是约万亿分之0.5。然而从纸浆车间下游捕捞到的鱼中二噁星的含量可能接近万亿分之200，而达到万亿分之50就是不正常的了。

由于需要把金属原料熔化后才能单独操作和成形为中间或最终产品，所以在金属罐(特别是那些由铝和锡制成的)、玻璃瓶和陶瓷容器的制造过程中要消耗很多的能量。这些高能耗和加工要求不仅需要利用宝贵的能源，而且对环境导致了明显的空气、水和热污染。进一步的是，尽管玻璃是可以回收的，但是最终落于地下的那一部分基本上是不能生物降解的。破碎的玻璃片是十分危险的，而且能持续好多年。

即使是许多人坚信能被生物降解的纸或纸板，也需要持续数年，甚至几十年。它们被埋在地下，与空气、阳光和水隔绝，所有这些过程都需要通常的生物降解活性。据报道，有人从被掩埋了数十年的垃圾桶中捡到电话号码本和报纸。由于纸经常被用各种保护材料处理、涂膜或浸渍，这些材料进一步减缓或防止了降解，所以纸的这种耐久性进一步复杂化了。

对于纸、纸板、聚苯乙烯还有一个问题，它们需要相对昂贵的起始原料，而且有些是不能再生的，例如在聚苯乙烯和塑料的生产中使用的石油。严格地说，尽管用于制造纸和纸板的树木是可以再生的，但它们对大量土地的要求以及土地在世界上某些地方的快速消耗也削弱了这一想法。因此，在制造一次性容器中，使用基本上不能再生的原材料是不能持久的，从长远的观点看也是不明智的。进一步地说，制造包装品原材料(例如纸浆、苯乙烯、或金属板)的工艺能耗大，引起大量的水和空气污染，而且投资巨大。

从长远的观点看，争论应该引导到这些材料对环境或多或少都有害，但是要问：我们能否找到或开发另一种材料，即使不是全部，也可大部分地解决与目前使用的材料有关的各种环境问题？

C  传统的可水凝固化和无机的填充的材料

数千年来，人们已经大量利用了基本上不会枯竭的无机材料，例如粘土、天然矿物或石头。由于粘土容易模制成各种物品，包括容器、瓦片及其它有用物品，但是粘土有一些缺点，包括需要时间使之硬化、需要烧结粘土使之具有最优的强度，它通常大、重而且笨重。免烧粘土的抗拉强度特别低，特别脆、尽管如此，作为丰富、用不尽、低成本的填充物，粘土在其它材料的生产中还是找到了一些应用，例如在纸或纸板的生产中。然而由于粘土作为填充物时的脆性和不能相互粘结性能，所以通常不能超过总纸材重量的20％。

在建造建筑物和制造工具，容器和其它大而笨拙的物品时，人们广泛地应用了石头。然而石头的明显缺点是硬、脆、重、这就限制了它在相对质量大、体积大且笨拙的物品中的应用。尽管如此，较小的或破碎的石头可以作为集材用在其它产品的制造上，如用在制造可水凝固化材料或粘结材料上。

可水凝固化材料，如那些含有水硬水泥或石膏(下文称“可水凝固化的”、“水硬的”或“粘结的”组合物、材料或混合物)的材料，已经应用数千年，用来生产有用的、通常大而笨重的结构，它们耐久、强度高，而且相对便宜。

例如，水泥是由粘土和石灰石得到的可水凝石灰石粘结剂，它基本上是用不尽的，相对前面讨论的材料是十分便宜的。水硬水泥可以和水及集材(如破碎的石头或砾石)混合，生成混凝土。由于对典型的粘结混合物要求高的流动性以使之具有充分的可操作性，混凝土和其它可水凝固化混合物的应用被限制在主要用于简单的形状，它们通常大、重而笨，而且需要机械力在延长的一段时间内维持其形状直至这些材料充分硬化。限制传统粘结混合物或浆料的另一方面是它们只有很小或没有形状的稳定性，通过将混合物注入有外部支撑的边界或壁的空间以成型为最终形状。

由于缺乏成型性能(可能是因为操作性能差和/或形状稳定性差的缘故)且单位重量的抗拉强度低，可水凝固化的材料传统地只在尺寸和重量不是限制因素、而施加在混凝土上的力或负载通常限于压力和负载的应用场合下有用，如用在道路、基座、便道和墙壁上，这一点是无疑的。

而且，在历史上，可水凝固化材料脆、坚硬、不能折或弯曲，可塑性、抗挠和抗弯曲强度低。混凝土的脆性和抗拉强度差已被这样一个事实普遍证明，即只要有很轻微的压缩或弯曲混凝土就会破碎或断裂，而不象其它材料，如金属，纸、塑料或陶瓷。典型的粘结材料不适宜用来制造小的重量轻的物品，如容器或薄片，这些东西如果由与典型的可水凝固化材料相比具有高得多的单位重量的抗拉和抗弯强度的材料制成会更好。

传统的、甚至是最近开发的高强度混凝土的另一问题是，普遍需要漫长的熟化期。由可流动混合物形成的典型混凝土产品，在其能机械地自我支撑之前需要10-24小时的硬化时间，在混凝土基本达到最大强度之前需要一个多月，为了避免破碎，在直到它们具有足够的强度能拆掉模之前要特别小心，避免移动可水凝固化的物品。由于用来形成可水凝固化物品的模具在生产混凝土产品中通常是要再次使用的，即使对于熟化期最短的混凝土，也需要相当长的一段时期，所以要经济地，工业化地大规模生产可水凝固化的产品是很困难的。

尽管认为水或其它可水凝固化的粘结剂赋予了可水凝固化材料很高的强度，包括抗拉和(特别地)抗压强度，但由于这些粘结剂用量较低，所以与其说它们起作粘结剂的作用，不如说起作聚集填充物的作用。因此，研究被引导到确定是否能生产不需使用可水凝固化粘结剂(或只使用少量的粘结剂，足够使它主要作为一种集材)但掺入高浓度的无机材料和另外的粘结剂的制品上来了。

这里将水凝粘结剂在其中仅仅用作集材的材料称作无机填充材料。用这些材料制成的物品与现有技术的纸、塑料、金属材料相比，具有成本低，对环境影响小，原料丰富显得等优点。

人们已经尝试往纸中填充无机材料，如高岭土和/或碳酸钙，尽管掺入这些产品中的无机物的量有限(体积比约20-35％)。此外，人们还尝试往某些塑料包装材料中填充粘土，以增强这些产品的透气性能，改善包装材料对水果、蔬菜的保鲜能力。还有，人们通常往粘合剂和涂料中添加无机材料，以给处理过的产品赋予颜色或质地等某些性能。

尽管如此，无机材料仅仅为制造这些产品的所有材料的一部分，而不构成这些包装品中的主要成份。因为高比例无机填充材料主要包含这些对环境为中性的组份，如岩石、砂子、粘土和水。从生态学观点来看，它们十分适于代替纸、纸板、塑料、聚苯乙烯、或金属材料在这些方面的应用。相对合成材料或深度加工过的材料来说，它们在成本上具有很大的优势。

由于最近意识到用纸、纸板、塑料、聚苯乙烯和金属制造各种一次使用(主要是一次性)的物品如印刷品或容器对环境的巨大影响(没有提及政治压力)，所以迫切需要(从被本领域技术人员认识至今已有很长时间)找到对环境来说是合理的替代材料。特别是在工业上已经在为这些废品率高的物品寻找开发可水凝固化和高比例无机填充材料。

尽管有经济和环境的压力，广泛的研究以及与主相关的长期需要，但至今还是不存在经济合理地生产能够代替纸、纸板、塑料、聚苯乙烯或金属薄片或由其制成的容器产品的可水凝固化和高比例无机填充有机聚合物粘结材料的技术。

这些材料不仅由用不尽的组份制成，而且不象纸、纸板、塑料、聚苯乙烯、玻璃或金属那样影响环境。可水凝固化材料以及其它无机材料的另一优点是比纸、纸板、塑料、聚苯乙烯或金属便宜得多。

与纸、纸板、塑料、聚苯乙烯、玻璃和金属制品相互比较来估价，它们比典型的可水凝固化材料和高比例无机填充材料昂贵得多。合理的商业行为不会忽视用较便宜的材料替代纸、纸板、塑料、聚苯乙烯或金属所带来的经济效益，之所以未能这样做的唯一解释是明显缺乏制造这些替代品的可能的技术。

从长远观点来看，所需要的是除纸、纸板、塑料、聚苯乙烯、玻璃或金属以外的新材料，它可用来生产储存，分装和包装液体或固体的容器和包装材料。如果它们不太依赖于使用树木、石油或其它基本不能再生或缓慢再生的资源作为最初起始原料就能制造出来的话，那么这些材料在技术上具有巨大的进步。

提供能生产与纸、纸板、聚苯乙烯、塑料或金属性质相类似的可水凝固化和无机填充物品的组合物，方法和系统在技术上将有巨大的进步。如果这些物品可以使用与现在用来制纸、纸板、聚苯乙烯、塑料或金属薄片相同或类似的生产设备和技术来生产制品的话，在技术上也还有惊人的进步。

如果这样的可水凝固化和无机填充物品不会导致与生产纸、纸板、塑料、聚苯乙烯或金属相关的废物，那么在技术上是一重要的进步。此外，如果很容易降解成在土壤中通常能找到的物质，则在技术上是一显著的改进。

如果这些组合物和方法使得容器和包装材料能够以可比较的、甚至是以低于用现有材料以现有的方法生产容器和包装材料的成本来生产，则从实用的观点来看，将是显著的改进。特别地，希望用现有的材料生产制品而又能降低能耗和原始投资成本。

从生产的观点来看，提供可水凝固化和填充无机填充的材料及用这些材料批量生产特别是容器和包装材料的制品的方法，而这些制品能很快成型，且能在开始生产后的数分钟内干燥，那么这将是一个明显的改进。

发明内容

本发明公开并要求保护用来生产包括包装材料和容器制品的这些材料、方法和系统。

本发明涉及由可水凝固化和无机填充的材料(以后统称为“可模制材料、混合物或组合物”)生产制品的方法和系统。通过由材料科学和微结构工程手段开发出的改进的方法，可以由包括可水凝固化或无机的粘结剂的可模制材料容易且廉价地批量生产重量轻、强度大、与环境相容(如果必要，可以是柔软或隔热)的制品如容器和包装材料。

本发明的材料科学及微结构工程手段使得本发明的可模制组合物的微观结构成为所需物理特征和性质不可分割的一部分，与此同时还注意保持大规模生产系统的成本和其它复杂性。在这样做的同时，克服了许多长期限制应用大多数可模制材料的难题。

正如下面将详细讨论的，材料科学和微结构工程手段代替了传统的试差法和混合及试验(mix-and-test)法，特别地允许根据对容器和包装材料来说是必要的高抗拉强度、高抗弯强度、高绝热性、低重量、低成本及对环境影响小的性质来设计可模制材料。可模制材料在微观结构水平上的设计控制源于在物品成形过程中的如下发现：(a)可以化学地改变组合物的流变学得到可模制性和快速成形稳定性，或(b)通过处理或提供能量降低水与粘结剂的比例。

其结果是能以在工业上有生命力的规模由可模制材料批量生产各种各样的容器和其它材料(其中许多是一次性的)，相应于用其它材料，其成本是具有竞争性的、甚至是更低的。本发明的可模制材料中的主要组分包括：水凝性粘结剂(象水泥或石膏)、有机粘结剂(多糖、蛋白质或合成有机材料)、集材(如珍珠岩、砂子、玻璃、硅石、蛭石、粘土、云母、甚至是废混凝土产品)，纤维(典型的是木材或植物)、水以及如分散剂和固化促进剂一类的掺和剂。

正如前面所描述的，可模制材料包括可水凝固化材料和高比例无机填充材料。尽管这两种材料包括相同的组分，但该混合物可以根据其浓度及某些组分的功能来区分。

本发明的可水凝固化材料包括可水凝固化粘结剂和水的混合物，其中可以选择地掺入如集材、纤维、分散剂和有机粘结剂等组分，以改进混合物的性质。对所选择的组分，水凝性粘结剂作为的性质。对所选择的组分，水凝性粘结剂作为主要的粘结剂起作用。尽管可以将有机粘结剂添加到可水凝固化材料中，但有机粘结剂是作为一种流变改变剂起作用，而不是作为粘结剂起作用。

在可水凝固化材料中，有机组分如以纤维素为基础的纤维和/或流变改变剂将构成用来生产制品的材料总量中的一小部分。通常有机组分总量约小于未硬化可水凝固化混合物体积的30％，优选地，这一部分约小于15％(体积)。

与其相反，高比例无机填充材料包括可水分散的有机粘结剂、水、纤维和无机集材的混合物，其中集材的浓度约占混合物总固体体积的40％-98％。可以向这一混合物中选择添加有机组分如有机集材、分散剂、可水凝固化粘结剂。在无机填充材料中，有机粘结剂作为主要粘结剂起作用。可水凝固化粘结剂作为填充物或吸收水份起作用。应当理解，虽然有机或水凝性粘结剂不作为主要粘结剂加入到材料中去，但它们仍然增强一些粘结性质，

为了设计可模制混合物和/或某些特殊制品的硬化结构的基质的必要特殊功能性质，可模制混合物中可以包括各种各样添加剂如流变改变剂或有机粘结剂、分散剂、一种或多种集材、纤维、加气剂、起泡剂或反应金属。添加剂的同一性及其量取决于可模制混合物及由此制成的最终硬化容器的必要性质或性能规范。

有机粘结剂是简单聚合物，当其在一定条件下加入到水中时，就形成长链缠绕在一起并俘获混合物中的组分。当水被从混合物去掉时，这些长链就固化并粘结结构的基质。由于这些有机粘结剂的性质，它们还起改变组合物流变的作用。

在说明书和所附的权利要求书中，语术“有机粘结剂”和“流变改变剂”是同义的。加入有机粘结剂或流变改变剂可以增加混合物的粘结强度、“类塑料”性能以及其在模制或挤出中维持形状的能力。它们作为增稠剂以增加可模制混合物的屈服应力，这就是使混合物变形所需的力的大小。这样就产生了模制或挤压产品的“未熟化时的强度”。合适的流变改变剂包括纤维素、淀粉及蛋白质为基础的材料(它们通常是强极性的)，它们都辅助将单个颗粒桥接在一起。

另一方面，分散剂通过分散单个集材和粘结颗粒，起降低混合物的粘度和屈服应力的作用。这样使得使用少量的水，同时又能维持充分的可操作水平。合适的分散剂包括任何可以吸附在水凝性粘结颗粒或集材表面的材料，它们通常是通过在颗粒表面或在接近胶体迭层的地方产生负载面起分散颗粒的作用。

在流变改变剂和分散剂都加入的情况下，最好是首先添加分散剂，接着再添加流变改变剂，以获得较好的效果。否则，流变改变剂先会被集材或粘结剂颗粒吸附，这样，将产生胶体保护层，妨碍分散剂被颗粒吸附，从而影响可模制混合物的有益效果。

在可模制混合物中优选包括一种或多种集材，以增加体积和降低混合物的成本。集材通常能明显影响强度性质、改善操作性。这种集材的一个实例是普通砂子或粘土，它们对环境是十分安全的，而且特别便宜，基本上是取之不尽的。

在其它情况中，可以添加重量轻的集材，以生产较轻且经常是隔热的最终产品。重量轻的集材实例有珍珠岩、蛭石、多孔玻璃珠、气凝胶、干凝胶、浮石及其它重量轻的类似岩石的材料。这些集材对环境是中性的，且相对便宜。

可以在可模制混合物中添加纤维，增加湿材及由此制成的硬化制品的抗压、抗拉、抗弯和粘结强度。在制品是由混合物制成薄片的情形中，纤维的掺入可以使得薄片可以卷曲、刻痕或折成所需形状。纤维优选地具有高抗撕和抗冲击强度(即高抗拉强度)，其实例包括蕉麻、南方松木、亚麻、甘蔗渣(甘蔗纤维)、棉花和大麻。有高纵横比率的纤维能很好地影响模制材料的强度和韧性

本发明的一个重要方面是本发明的制品可以经济地、大量地生产。在这里公开的制品不是以某次几个的度手工生产，而是以每小时几百、几千或几万个的速度生产。在生产加工过程中利用下列手段之一方法可以快速生产某些新材料(类似于纸、塑料、金属)：(a)用化学方法改变可模压混合物(如添加流变改变剂)来得到混合物的操作性能，然后快速成形稳定；或(b)在成型过程中降低水的含量(如通过以热量或压力的形式提供能量)。通过如下的生产方法，这些原理的应用将变得十分明显。

有几个步骤和几种方法来生产本发明的制品。第一步对所有方法都是一致的，即制备可模制混合物。将所要求的粘结剂和水与选择的材料如流变改变剂、分散剂、集材和纤维混合制备混合物，使混合物具有所要求的流变性质及最终的强度、重量、隔热性和纸成本性质。组合物通常在高剪切搅拌下混合，然而，脆的或重量轻的集材通常在纸剪切搅拌下加入，以避免破碎集材。

第二步是使混合物成型或形成制品所需形状。现有的方法包括模压、注射成型、吹塑成型、盘车拉坯、湿片成型和干片成型。模压过程包括将混合物放在具有互补形状的阳模和阴模之间。然后将模相互配合使混合物成型为模的形状。在注射成型中，将混合物在压力下注射到密封的模具中，使混合物形成模具的形状。一旦混合物形状稳定了，打开模具，取出物品进行干燥。

有两种吹塑成型方法，一种是注射吹塑成型，另一种是挤出吹塑成型。在注射吹塑成型中，将混合物放到一个芯棒上，然后再放入一个密封的模具中，通过芯棒吹入空气，使混合物向模具壁膨胀，形成要求的形状。挤出吹塑成型是通过混合物挤入到一管中，该管位于模具的两半之间。然后将吹杆插入管中，空气通过流管，使混合物向模具壁膨胀形成所要求的物品形状。

拉坯类似于粘土成型，其中用到了陶轮。该方法中需要一个旋转的轴，其上放置一个开口的模具。然后用转动的轮头向模具的侧壁挤压混合物，使混合物形成要求的制品。混合物成型后，从模具边沿去除多余的材料，使制品获得形状的稳定性。

湿片成型和干片成型方法类似，使混合物首先形成薄片。具有所要求特性的可模制混合物(按前面描述的方法制备)通过压模挤出，例如，用螺旋式或活塞式挤出机挤成相对薄的有预定厚度的片材。在一个实例中，在螺旋钻上施以真空，从混合物中去除多余的空气。

挤出的片材在一套减薄滚柱之间通过压延，形成厚度更加均匀、表面更加光滑的薄片。在一些情形中，选择使片材通过几套滚柱，各套滚柱之间距离进一步变小，获得厚度进一步减少的压延片材。

此外，使用一对在“Z”方向(或者垂直于片材表面方向)有不同取向的滚柱，例如使用一个园滚柱配以一个锥形滚柱，纤维的百分比在“X”方向(或宽度方向)上取向。用这种方法，可以生产具有双向取向的片材。这被认为是由于锥形滚柱能使片材在“X”方向上变宽。用有在两个方面排列的纤维的片材生产的容器具有更均匀的强度。

在湿片方法中，一部分片材可以加工成容器或制品的所需形状。这最好是在具有要求形状的阳模和基本上与阳模形状相匹配的轮廓的阴模之间压模来完成。其它可用的模具包括分裂模具和顺序模具。容器也可以通过对片材利用许多真空成形技术中的一种来成形。

在干片成型方法中，前面讨论过的湿片材再通过加热的干燥滚柱，形成象干纸片一样的产品。此外，片材可以在有点湿度的条件下在挤压滚柱之间通过，除去结构基体中的不必要的间隙，增加纤维的粘结，减少空隙率，和/或增加表面光滑度。通过小心控制含水量，可以保证挤压滚柱仅压缩和增加片材的密度，而不会进一步将片材拉长。

当在其有点水份时或甚至当其在干燥条件下，片材可以任意地刻痕、划掉，或打孔，使得在基体内划出一条线，片材可以沿该线折转或折曲。此外，片材可以给一套规整的滚柱生产出规整的片材或板材。

一旦片材已经形成，接下来可以通过多种在造纸工业中已知的方法来制造所要求的制品。这些方法包括折叠、盘卷、螺旋绕制、模制、组合以及成盒状。

为了经济地生产容器和制品，制成的容器必须很快地获得形状的稳定。在一个方案中，包括冲模、模具和滚柱的成型设备被加热至预定的温度，使之快速干燥容器的表面，从而得到形状稳定的容器。加热成型设备还能起到形成蒸汽隔层使容器附着于成型设备到达最小的作用。其他方法，如冷却成型设备或向混合物中添加能很快蒸发的非水液体，也可以用来快速影响容器的形状稳定性。还有另外一些方法也可以用来影响形状的稳定性，包括向混合物中添加石膏的半水化合物、碳酸盐、促进剂、甲基纤维素和淀粉，或限制混合物中水的含量。

一旦容器获得了充分的形状稳定性，就可以把它们从模具中移出来。从模中移出是由气力输送或抽吸来完成。可以在成型的制品和模具之间吹气辅助移出。此外还可以使用各种模板或脱模圈来提升容器脱离模具。

最后，使容器通过一个干燥设备，分离容器中的额外的水份，增加容器的强度，改进形状的稳定性。加热设备给予的热量加快了水凝性水泥的水合和有机粘结剂的干燥的速度。一旦容器获得了充分的强度，就可以包装和运输了。

在上述成型过程之前，过程中或之后，可以因多种要求在基本干燥的片材或容器表面施以涂层，如使容器更防水，更柔软或使表面更加光亮。基于如大豆和甲基纤维素等材料的涂层可以单独或与聚乙烯醇混合涂到表面上以持久地使片材或容器柔软或在容器内折转。

不管潜藏的硬化了的结构基体在折转部位弯曲时是否断裂，弹性体、塑料或纸的涂层都有助于维持折叠或折转的整体性。用标记、标识(logos)或其它印制材料对片材或容器进行印刷或压花也是所希望的。

本发明的另一方案包括增加空气间隙，从而使制品增强其隔热性能。这些空气间隙是用各种技术向粘结混合物中混入气体而产生的。一种方法是在混合过程中机械混入空气间隙，另一种方法是粘结材料糊状物中现场产生气体。

本发明的组合物根据所要生产的产品的不同特征而不同。例如能够生产有刚性壁的非常轻的产品(类似于聚苯乙烯产品)。为方便起见，第一种产品在这里有时称之为“类泡沫”制品。

此外，按本发明，可以生产其外观更象陶器或陶瓷制品的产品。然而，本发明的产品轻得多，典型地，其特征堆积比重约小于1.5，而陶器或陶瓷产生的特征堆积比重典型地为2.0或更高。本发明第二种制品在这里有时称之为“类粘土”制品，因为它是坍落度为零、形状稳定的可模制材料，该材料还有优良的可操作性能。

类泡沫和类粘土材料两者都可以首先成型为片材(或连续的卷)，然后再冲、压、刻痕、折叠或卷曲成所要求的容器或其它制品。第三种产品可以称之为“类片”制品，在许多制品中它更象纸或纸板，它代替了纸或纸板。

本发明的微结构工程设计的关键是针对每一要求的性质(包括使成本最小)的材料科学的最优化。这仅仅是因为本发明的独特的微结构工程能使粘结混合物可以成型为薄壁的、复杂的、重量轻的制品如食品和饮料容器，而且使其从初始状态直到硬化状态在没有外部支持的情况下一直维持其形状。

确实，用可模制材料大量生产象食品和饮料容器这样的制品的经济可行性是因为这些混合物在其初始状态是自支撑的，在其保养或干燥过程中能维持其成型的形状。此外，本发明组合物提供的混合物能很快达到足够高的抗拉、抗压强度，使得成型的容器或其它制品能用传统的方法来处理和操作。

从长远的观点看，本发明折目的是提供生产可水凝固化和无机填充制品的改进的组合物、方法和系统，这些制品目前是用如纸、纸板、聚苯乙烯、塑料或金属制成的。

本发明的另一目的和特征是提供生产可水凝固化和无机填充制品的组合物、方法和系统，这些制品的性质类似于用纸、纸板、聚苯乙烯、塑料或金属制成的制品。

本发明进一步的目的是提供一种可模制混合物，可以使用与目前用来生产如纸、纸板、塑料、聚苯乙烯或金属制品相同或类似的生产设备来生产各种制品。

本发明的再一目的和特征是提供用可模制混合物生产制品的组合物、方法和系统，而不会产生生产纸、塑料、聚苯乙烯或金属所生成的废物。

另一目的和特征是制品容易降解成无毒的通常能在土壤中找到的物质。

本发明的另一目的是提供组合物、方法和系统，使得与用已有的材料和已有的方法生产制品相比，以可比较的甚至是更低的成本生产制品成为可能。

本发明还有一个目的和特征是提供生产方法和系统，与用现有材料生产制品相比，能耗少、节约有价值的自然资源、原始投资少。

本发明进一步的目的是提供含水较少的组合物，水能在生产过程中被除去(与纸的生产比较)，从而缩短加工时间、减少原始设备投资。

最后，本发明的另一目的和特征是提供用可模制混合物大量生产制品的组合物、方法和系统，可模制混合物容器能迅速成型并在从生产开始后的几分钟内基本上被干燥。

本发明的这些及其它一些目的和特征将从下面的描述和所附的权利要求中变得更加明显，或可从本发明的实施中了解到。

为了获得本发明上述的方式以及其它优点和目的，将通过参考实例来更详细描述上文简述的特征，这些实例由附图给出。应该理解，这些附图仅仅是本发明的典型实施方案，而不应认为是本发明范围的限定，通过使用下述附图可以描述本发明另外的特性和细节。

附图说明

图1是本发明用来制备可模制混合物的系统全图，包括一个混合器和一个双螺旋挤出机；

图2是用于模压法中的阳模和阴模的示意图；

图2A是分裂模具的横截面图；

图2B是顺序模具的横截面图；

图3是部分地地配合形成一间隙距离的阳模和阴模的示意图；

图4是一个两级注射的横截面图；

图5是一个往复螺旋注射机的横截面图；

图6是放在阳模和阴模之间的混合物示意图；

图7A-B是用来设置可模制混合物的模板的示意图；

图8是注射成型模具横截面图；

图9是用在注射吹塑成型的三级示意图；

图10A-F描述了挤出吹塑成型的过程步骤；

图11A-D描述了拉坯的过程步骤；

图12是在湿片成型过程中用来生产片材的优选系统的全图，包括一个混合机、一个双螺旋挤出机、模头和多个减薄滚柱；

图13是一对减薄滚柱横截面图；

图14是用在湿片材成型为所要求的制品的阳模和阴模示意图；

图15A-B是用在包模成型方法中的模具横截面图；

图16A-B是用在竖直真空成型中的模具横截面图；

图17是用在包模真空成型中的模具模截面图；

图18A-B是用在快速反吸真空成型中的模具横截面图；

图19A-B是用在气胀/气胀包模真空成型上的模具横截面图；

图20A-B是用在气胀/包模真空成型上的模具横截面图；

图21A-B是用在助压模塞真空成型上的模具横截面图；

图22A-C是用在气胀/助压模塞/快速反吸成型中的模具横截面图；

图23A-C是用在双片成型中的模具横截面图；

图24是干片成型中生产片材的系统的全貌图，包括一个混合器、一个挤出机、减薄滚柱、加热滚柱、压缩滚柱、硬滚柱、软滚柱、卷筒；

图25是在一对压缩滚之间穿过的片材的横截面图；

图26是在一个硬滚柱和一个软滚柱之间穿过的片材；

图27是显示了通过瓦楞滚柱的片材；

图28是用刀片刻痕的片材透视图。

图29是用连续模冲切口滚柱刻痕的片材透视图；

图30是用模冲模片在片材上压痕的透视图；

图31是用打孔刀具穿孔的片材透视图；

图32A是端部密封的箱子坯料的透视图；

图32B是端部密封的箱子的中间壳体的透视图。

图32C是端部密封的箱子的透视图。

图33A是杯子坯料的透视图。

图33B是杯子的透视图。

图34是自动制造杯子的设备示意图。

具体实施方式

I.一般讨论

A.微结构工程设计

本发明涉及用来制造制品的新的可水凝固化和无机填充的材料、方法和系统。可水凝固化和无机填充的材料以前限定为可模制材料，通常是多组份、多规模、纤维加强、微观复合的材料。通过小心混合具有互不相同且又协同相关性质的各种不同材料能得到具有显著强度、韧性、环境坚固性批量生产性和低成本的微观复合材料。一个重要的方面是通过选择集材颗粒的大小能够生产具有高度均匀性的材料。

特别地，包含有可水凝固化粘结剂、有机粘结剂、纤维(有机的和无机的)、集材(有机的和无机的)及各种其它组份的材料可以成型生产制品包括容器和包装材料，这些制品过去通常是由如金属、塑料、玻璃、和纸制成的。本发明的新材料或混合物可以设计成具有常规材料的性质，同时具有改进的性质，在生产和处理中对环境中性且价廉。正如将更详细讨论的一样，本发明的制品可以通过各种方法如挤出、辊压、压制、模压及其组合来生产。

正如上面提到的，用于制造本发明制品的组合物已从微结构工程的观点来开发，使可模制材料的微观结构具有某些要求的预定性质，同时注意到其成本和其它制造的复杂性。与传统的度试法和混合试验法相比，微结构工程分析手段已经能够设计具有强度、重量、隔热、成本和环境中性等性质的材料，这些性质对于以明显更加有效的方式生产制品是必要的。

相对于传统的材料，可模制材料具有一个优点，就是它们在相对温和无损害的条件下获得其性能(其它材料需要高能耗、剧烈加热，或显著影响材料组分的苛刻化学过程)。如果适当地进行设计，许多不同的材料都可以掺混到可模制材料中，获得协同化性质或结果。

本发明已经开发出并限定了组合物的设计，首先由设计规定了主要约束条件，然后是由寻找材料的小类，这些材料使各组份的性能得到最大限度的利用。然而在整个教过程中，都要认识到设计能以成本上有竞争性的方法来生产制品的必要性，这一点很重要。

在材料选择方面的主要约束是来源于组份设计的特殊性，这一点对一个成功的制品是关键的。例如，就用来制造容器的片材而言，主要约束包括：重量最轻、强度(抗压、抗拉)及韧性的要求，同时保证其成本与纸、纸板、塑料、聚苯乙烯或金属的类似物是可比的。

在过去，可模制材料的一个问题是在这些材料拆模之前需要长的保养时间。本发明的一个重要特征是，当可模制材料已成型为所要求的制品时，不需要外部支撑就能维持其初始状态的形状(即，经受较小的力如重力和通过设备时运动所产生的力就能支撑自身的重量)。进一步说，从生产的观点来看，为了使生产较为经济，成型的制品很快(几分钟，甚至为几秒钟)具有足够强度，以致于材料甚至还处于初始状态及还没有充分硬化时，能用普通的方法进行处理。

在其简单的形式中，由模制材料的微结构工程和设计的材料科学的方法包括确定特征、分析和简化(如有必要)：(a)集材，(b)预定的颗粒填充物，(c)体系的流变学和(d)生产系统的过程和能量。在确定集材的特征时，要确定其颗粒的平均尺寸，颗粒的自然填充密度(它是颗粒实际尺寸的函数)，还要确定颗粒的强度。(不反应的水凝性粘结颗粒可以考虑为一种集材。)

有了这些信息，可以根据数学模型预测一种填充颗粒。已经确认，颗粒填充物是设计最终产品所需要的主要因素，如操作性、形状稳定性、抗拉、抗压和抗弯强度、弹性、耐久性及成本最优。颗粒填充物不仅被颗粒和集材的特性所影响，还被水量及其与填充集材中的空隙的关系所影响。

体系的流变是宏观流变和微观流变两者的函数。宏观流变是由颗粒填充物限定的固体颗粒之间的相互关系的函数。微观流变是体系中润滑组分的函数。通过改进润滑组份(可以是水、流变改变剂、增塑剂或其它材料)，可以化学地改进粘度和屈服强度。还可以通过改变颗粒的形状和大小来改进微观流变学，如使用切碎的纤维、片状云母、圆形煅制硅石、或破碎、角形、颗粒状水化粘结剂，它们会与润滑组份不同地相互作用。

微结构工程的概念在美国专利申请08/109,100中有进一步的论述，该专利是1993年9月18日以Per Just Audersen and SimonK.Hodson的名字申请的，题目为“Design Optimized Compositionsand Processes For Microstructurally Engineering CementitiousMixtures”，在这里引入作为参考。

从下面的讨论中，将会理解到可模制混合物中的各种组分的材料及工艺参数是怎样影响生产中制品的主要设计限制的，使得它能经济地大量生产。在下面给出的实施例中将提出一些特别的组合物来描述怎样最大限度地利用每个组分的性能完成所要求性质的组合。

B制品的生产

本发明涉及制品的生产，主要是容器和包装材料。用在说明书和权利要求中的术语“制品”或“制品生产”包括由这里所公开的方法形成的所有制品，所述方法有模压、注射成型、吹塑成型、拉坯、湿片成型、干片成型。这些制品包括容器、包装材料及通常用纸、塑料、聚苯乙烯泡沫、金属、玻璃和复合材料生产的制品。

用在说明书和权利要求中的术语“容器”包括用来包装、储存、运输、保护、分装成分配各种产品或物品(包括固体和液体)的罐或器皿，这些应用可以是长期的也可以是短期的。

本发明范围内的容器包括但并不限于下面这些：纸板箱、盒、起皱的盒子、夹层容器、折转的“蛤壳”容器(包括但不限于用于快餐食品三明冶如汉堡包的折曲的夹层容器和折曲的沙拉容器)、干燥谷物箱、冷冻食品盒、牛奶纸板箱、果汁容器、饮料容器的托架(包括但不限于包裹的托架、篮形托架、“六面包裹的”球形托架)、冰激淋纸箱、杯子(包括但不限于一次性饮料杯、二片杯(two piece cups)、一片褶形杯和锥形杯)、快餐食品出口处的法式油煎食品容器、携带快餐食品的盒子、包装材料、如小吃食品袋的软包装材料袋(包括但不限于在一开口端的袋，如食品袋、放在如干燥谷物金的纸板箱中的袋、多层袋)、囊、包装盒、上面铺有覆盖物特别是塑料覆盖物的产品支撑板(包括午餐肉产品、办公用品、化装品、硬物和玩具)、支撑托盘(用来支撑如饼干和糖果棒的产品)、罐头、酸乳酪容器、缠绕或螺旋绕制容器(用来包装冰冻果汁浓缩物、燕麦片、土豆片、冰激淋、盐、洗涤剂和机油)、邮筒、用来包卷材料(如包装纸、布料、餐巾纸和手纸)的片材卷筒、唱片盒、烟盒、糖果盒、化妆器盒、板盘、出售物品的板盘、馅饼盘、托盘、烘烤托盘、碗、早餐用大浅盘、微波透明的餐具托盘、盒装便餐托盘、鸡蛋纸板箱、包装肉食的大浅盘、可以如杯子之类的容器一起利用的一次性衬里、包裹物(包括但不限于冰箱的包裹、服装的包裹、屠宰时的包裹、肉食的包裹和香肠的包裹)、食品容器、基本上是球形的物品、瓶子、罐、箱壳、板条箱、碟子、盖、麦杆吸管、信封、胶带、刀具、明信片、三环式活页封面、书皮、硬纸夹、玩具、医用小瓶、安瓿、动物笼子、无明火的烟火具贝壳、模型火箭发动机壳、模型火箭以及数不尽的各种其它物品。

总之，这些容器不管是静止或运动或使用时，都能容纳其内容物，同时维持其结构的完整性或放在其中或其上的物品的完整性。这不意味着容器需要经受住强的甚至是人为的外力。事实上在某些场合希望特殊的脆的或易腐坏的容器。然而，容器必须完成预定的功能。必要的性能可以预设计到材料和容器的结构中去。

容器应该能够容纳物品并在足够的时间内维持其完整性，以满足需要。应当理解，在某些情况下，容器可以密封其内容物与外界隔开，而另一些场合，只要容纳或保持其内容物。

与容器一起使用的外壳产品也包括在“容器”一词中。这些产品包括如：盖、麦杆吸管、内包装如隔板和衬里、锚垫、弯头支撑物、弯头保护器、托盘、漏斗、包裹物、填料垫层以及用在包装储存、运输、分装保鲜或在容器内分隔物品的其它各种物品。

本发明可以如美国专利5,100,586中公开的那些类型的容器，该专利的题目为“Cementitious Hazardous Waste Containers andTheir Method of Manufacture”。其中公开和要求保护的水泥质容器是用来储存有害废物的。上面引用的专利中公开的用途在这里作为参考。这种有害废料的容器可以是空心球形的。

本发明范围内的容器可以或不可以归于一次性之类。在某些情况下，需要较强的，更耐用的结构，该容器能够重复使用。另一方面，对于由经济方式制造的容器，可只使用一次，然后仍掉。本发明容器的成分使得它们可以作为一种环境中性物料(即不引起明显的特别环境危害)容易地扔到常规的垃圾场。

在该说明书和所附的权利要求书中使用的术语“坯件”包括一种准备制成一容器的薄片。一个坯件是指已切成适当形状，具有适当尺寸，带有任何适当的刻痕、穿孔、洞、或缝，以可有利于制成或组装成适当容器的一种薄片。

本说明书和所附的权利要求书中使用的术语“可模压的薄片”或“薄片”包括任何基本上是平的、有刻痕的、切割的、穿孔的、用薄片迭成的、起波纹的、弯曲的、弯的、带印痕的、带涂层的、或具有某种结构特征的薄片，或者是利用在此所述的方法和用于为形成容器或其它制品而储存的网纹薄板。唯一的基本限制是该薄片包括这里所定义的可模压材料制成的基质。通过用由其它材料如纸、塑料或金属制成的片覆盖该薄片、通过将标记印刻到该薄片上、通过利用连续的纤维制品作为该薄片的外部支承以及通过施加其它不可水凝固化的材料等。将其它材料结合到该薄片上，所有这些都应该属于本发明的范围。

用于该说明书的和所附的权利要求书中的术语“基质”或“结构基质”指的是已模压成或形成所希望形状的可模压混合物。该术语将包括所有这样的基质，而不管基质的水合和/或干燥程度。由此，基质可包括处于未熟的、硬的、干的、凝固的、或熟化状态的可模压混合物。

本说明书和所附权利要求书中术语“可批量生产的”或以“商业”或以“经济”方式制造指的是这里所述的制品以与其它材料如纸、纸板、塑料、聚苯乙烯或金属制成的制品可比的经济上的制造速度快速生产的能力。本发明公开了一种新的组合物，该组合物解决了以经济的或价值有效的方式模压可模压的材料中遇到的现有技术的问题。由可模压的材料制得的容器在市场方面比由其它标准材料如纸、纸板、塑料聚苯乙烯、玻璃或金属制得的现有的容器更有竞争力。

C可模压的材料

如前所定义的，本说明书和所附的权利要求中使用的术语“可模压的材料”包括“可水凝固化混合物、物料或组合物”和“无机填充混合物、物料或组合物”。本说明书和所附权利要求中所用的术语“可水凝固化物料”包括主要由水凝粘合剂的硬化或熟化衍生的具有结构基质和强度性质的任何物料。粘合剂包括水泥、硫酸钙(或石膏)、熟石膏、半水合物和其它暴露于水中后变硬的物质。本发明中所用的可水凝固化粘合剂有别于其它水泥或粘合剂如可聚合的、不溶水的有机水泥、动物胶或粘接剂。

本说明书和所述的权利要求中所用的术语“无机填充材料”指的是普通定义的具有高浓度无机填料或集材(至少约为干制品的固体体积总含量的40％)、水和结构基质特征的材料和组合物，其强度性能主要由使可分散到水中的有机粘合剂的干燥或硬化得到。

术语“可水凝固化、无机填充和可模压混合物、物料或组合物”指该混合物，而不管已经发生的干燥或熟化程度。这些混合物应包括高度可塑的混合物，该混合物部分干燥或熟化以及已经完全干燥或熟化(虽然一定量的水会通常保持在制品内作为水凝和有机粘合剂内的结合水)。

然而，可模压混合物通常可含有相同的组分，这些组分将有不同的浓度和起不同的作用。例如，含有水凝粘合剂、有机粘合剂、集材、纤维材料和水的混合物可定义为一种可水凝固化混合物或有机填充混合物。

作为一种可水凝固化混合物，加入足够浓度的水凝粘合剂用作该混合物的主要粘合剂，同时有机粘合剂虽然可能辅助地作为一种粘合剂，主要功能是作为一种流变缓和剂。相反，作为一种无机填充混合物，可水凝固化粘合剂加入最小的浓度，使它主要用作一种集材，而有机粘合剂用作主要粘合剂。上述可模压混合物还可包括其它混合物如增塑剂、润滑剂、分散剂和空隙形成剂。

1.可水凝固化粘合剂

本说明书和所附的权利要求中所用的术语“可水凝固化粘合剂”或“水凝粘合剂”包括任何无机粘合剂如水凝水泥、石膏半水合物或氧化钙，所述粘合剂通过与水和某些情况下与空气和水中的二氧化碳进行化学反应逐渐显现出强度性质和硬度。本说明书和所附的权利要求中所用的术语“水凝水泥”或“水泥”包括水泥熟料和压碎的、磨碎的、碾碎的和加工过的水泥熟料，所述水泥熟料处于粉碎的各阶段且具有各种粒子尺寸。

在本领域中已知的典型水凝水泥的例子包括：系列卜特兰水泥(包括无石膏的普通卜特兰水泥)、MDF水泥、DSP水泥、Densite型水泥、Pyrament型水泥、铝酸钙水泥(包括无固化调节剂的铝酸钙水泥)、熟石膏、硅酸盐水泥(包括β-硅酸二钙、硅酸三钙及其混合物)、石膏水泥、磷酸盐水泥、高氧化铝水泥、微粒水泥、渣状水泥、氯氧化镁水泥和覆盖有微粒水泥粒子的集材。术语“水凝水泥”还包括其它本领域中已知的水泥如α-硅酸二钙也在本发明范围之内，该水泥可在水合条件下水凝。

石膏也是一种可水凝固化的粘合剂，它可水合形成变硬的粘合剂。石膏的一种可水合形式是硫酸钙半水合物，一般称为“石膏半水合物”。石膏的水合形式是硫酸钙二水合物，一般称为“石膏二水合的”。硫酸钙半水合物还可与硫酸钙酐混合，一般称为“无水石膏”或简称“硬石膏”。

虽然石膏粘合剂或其它水凝粘合剂如氧化钙一般不象水凝水泥那样强，但在某些应用中，高强度可能不象其它特性(如硬化速度)那样重要。在成本方面，石膏和氧化钙相对水凝水泥有优点，因为它们较便宜。此外，在可水凝固化材料含相对高百分比的弱的、较轻重量的集材(如珍珠岩)中，该集材将经常包括在可水凝固化基质的结构内的“弱连接”。从某种意义上说，加入一种较强的粘合剂可能是无效的，由于较弱集材含量高所述粘合剂不再起到其较高的潜在强度的作用。

术语如“水合的”或“熟化的”指的是基本上是水催化反应的水平，该反应足以产生可水凝固化产物，该产物具有大量潜在的或最终的最大强度。然而，可水凝固化材料可能在它们已得到显著的硬度和大量的最终最大强度后的长时间内连续水合。

术语“未熟的”或“未熟状态”可与模压混合物相连用，所述混合物尚未达到其大量的最终强度，而不管是否这样的强度由人工干燥、熟化、或其它手段得到。可模压混合物在刚被模压成所希望的形状之前或之后称为“未熟的”或处于“未熟状态”。可模压混合物不再“未熟”或处于“未熟状态”的时刻并不一定有清楚的分界限，因为这样的混合物一般只在一定时间内逐渐得到其大量的总强度。当然，可模压混合物的“未熟强度”可表现出增加，但它仍是“未熟的”的。因此在此的讨论常常指形成稳定的未熟状态的可模压材料。

如上所示，优选的水凝粘合剂包括自水泥、卜特兰水泥、微粒水泥、高氧化铝水泥、渣状水泥、石膏半水合物和氧化钙，主要是因为它们成本低以及用于本发明的加工过程中具有稳定性。所列出的水泥无法穷举，并不以任何方式限制粘合剂的类型，所述的用于制造可水凝容器的粘合剂均在所附的权利要求范围内。

为了形成容器的可水凝固化基质，使用可水凝固化粘合剂的一个重要优点是这样的粘合剂一般抵抗或甚至不溶于水。然而，正如下面更充分地阐明的，一些其它成分包括如流变改变剂是可溶水的。通过调节可模压混合物内的可溶和不可溶成分之间的平衡，可以设计一种具有所希望的在水中的水抵抗力或降解性程度的容器。作为一般规则，加入更多的水凝水泥会降低容器的水中溶解度并增加其对水降解的抵抗力。反过来，通过加入较少的水凝水泥和更多的可溶水的成分如流变改进剂，该容器会更易发生水降解。水抵抗力或降解的程度无疑是所讨论的容器的性能参数。

在整个混合物内的可水凝固化粘合剂的百分比可根据其它加入的成分的特性而改变。然而，水凝粘合剂的优选加入量的范围为占可模压混合物的固体总体积的约2％至60％之间。由在此提出的例子和提示可以理解，这个重量的宽范围的适用范围包括了用于制造类泡沫或类粘土板或容器的可模压混合物。

由前述应当看出，本发明范围内的实施例将从各种轻重量的“类泡沫”产品变到更高密度的“类粘土”产品。类泡沫或类粘土材料可容易地模压成板，该板可象纸、纸板、塑料、聚苯乙烯或甚至金属板一样运用。在这些较广泛的范围内，如其它改变和不同，则需要改变成分的量和特性。成分和其相对量可以主要根据要制备的特定的容器或其它产品而改变。

一般地，当制造一种“类泡沫”容器时，它优选包括在占可模压混合物的固体总体积约2％至60％之间范围内的可水凝固化粘合剂，优选在约4％至40％范围，并最优选在可模压混合物的固体总量的约5％至30％。

2.可分散水中的有机粘合剂

用于制造本发明的高比例无机填充制品的可模压混合物通过干燥基本上成溶剂化物的“可分散于水的有机粘合剂”或“有机粘合剂”而显现出强度性质。通过向该混合物中加入一定量的水，水量足以润滑固体无机集材颗粒和纤维，并足以使可分散于水中的有机粘合剂成溶剂化物或至少分散，所述可模压混合物首先显现出易加工性和流动性。此后，通过如蒸发除掉水，使可分散于水中的粘合剂显现出其最大的强度性质。

例如，可以购买成粉末状细粒的某些基于淀粉的物料。该基于淀粉的粘合剂通过在水中加热该分散液至胶凝温度以上而溶解并胶凝该淀粉粘合剂。除去水后，这样的基于淀粉的物料可自身具有高达约40-50Mpa的抗拉强度。通过细致的微结构工程，该高比例无机填充制品可有各种抗拉强度，甚至在某些情况接近40Mpa。

该可分散于水中的有机粘合剂不仅在干燥或硬化后(由此形成一种结构的、或高比例无机填充的基质)在该混合物内将单独的集材颗粒和纤维粘到一起，而且它们还有影响该可模压混合物的流变的一般倾向。从而，正如本说明书和所附权利要求中所用的，术语“流变改进剂”与术语“有机粘合剂”是同义词。关于可水凝固化混合物，这里所述的可分散到水中的粘合剂已被用于改进该混合物的流变，虽然已理解，如果包含足够大的量，它们还传递一定程度的粘合力至最终变硬的物料。

流变改进剂或有机粘合剂的内含物用于增加可水凝固化混合物的塑性或粘合性以使它的表现更象可模压粘土。流变改进剂趋于增加混合物的屈服应力而不大量增加其粘度。增加相对于粘度的屈服应力使物料更可塑并可模压，同时大大增加模压后物料的后续成形稳定性和未熟强度。

本发明所期望的各种流变改进剂或有机粘合剂可以大致分成下列各类：(1)多糖类及其衍生物，(2)蛋白质及其衍生物和(3)有机合成材料。多糖类流变改进剂可以进一步细分成(a)基于纤维素的材料及其衍生物，(b)基于淀粉的材料及其衍生物和(c)其它多糖类。

适宜的基于纤维素的流变改进剂包括如甲基羟乙基纤维素、羟甲基乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟乙基丙基纤维素等。可能排列的整个范围是巨大的并且在此不能列出，但其它具有相同或相似特性的纤维素材料也可非常适用。

适宜的基于淀粉的物料包括如支链淀粉、直链淀粉、海胶、乙酸淀粉酯、淀粉羟乙基醚、离子淀粉、长链烷基淀粉、糊精、淀粉胺、磷酸淀粉和双醛淀粉。

其它的基于天然多糖类的流变改进剂包括如藻酸、藻胶、琼脂、阿拉伯树脂、爪耳胶、刺豆胶、刺槐梧桐树胶和黄蓍胶。

适宜的基于蛋白质的有机粘合剂包括如Zein^(一种由玉米得到的醇溶谷蛋白)、由动物的结缔组织中提取出的胶原衍生物如动物胶和明胶以及酪蛋白(牛奶中的主要蛋白)。

适宜的有机合成增塑剂包括如聚苯乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯甲基醚、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乙烯丙烯酸、聚乙烯丙烯酸盐、聚丙烯酰胺、环氧乙烷聚合物、聚乳酸、人造粘土和胶乳，所述胶乳是苯乙烯一丁二烯共聚物。

目前优选的流变改进剂或有机粘合剂是甲基羟乙基纤维素，它是Tylose^FL15002和Tylose 4000的实例，两者都可由德国，法兰克福的Hoechst Aktiengesellschaft得到。另一种可用于代替或与Tylose^结合的优选的流变改进剂是分子量在20,000和35,000之间的聚乙二醇。聚乙二醇更象一种润滑剂，并使该混合物增加更光滑的一致性。由此原因，聚乙二醇要以更准确地称为“增塑剂”。此外，它使模压后的可水凝固化物料的表面更光滑。最后，聚乙二醇可以围绕着该混合物的可溶成分形成一覆盖层，从而提供较难溶水的变硬的产品。

最后，基于淀粉的流变改进剂是本发明范围内的特别感兴趣的，因为与基于纤维素的流变改进剂如Tylose^相比成本相对较低。虽然一般淀粉需要加热和/或加压以胶凝，但淀粉通过和预反应可以在室湿下胶凝。淀粉以及许多其它上面列出的流变改进剂有各种溶解度、粘度和流变性，这样允许仔细地进行所希望性质的混合物设计制作，以便使具体的制造和性能标准符合具体的容器。

在本发明范围内，还包括利用基于纤维素材料、基于蛋白质材料、基于淀粉材料和有机增塑剂的混合物的流变改进剂。

本发明的可水凝固化物料内的流变改进剂可以包括其量在占可水凝固化混合物的固体总体积的约0.1％至30％的范围。然而，一般优选浓度在占可水凝固化混合物的固体总体积的约0.5％至15％的范围流变改进剂更优选在约1％至10％，最优选约2％至5％范围。

本发明可模压混合物内的可分散到水中的有机粘合剂优选包括其量如此使得由其制得的变硬的薄片含有占变硬的薄片内固体总体积的约1％至5O％有机粘合剂，更优选在约2％至3O％，最优选从约5％至20％。

3.水

关于无机填充物料，将水加入到可模压混合物中以使混合物内的可分散于水的有机粘合剂成溶剂化物或至少分散。在许多情况下，一些水实际上与有机粘合剂反应并在有机粘合剂内形成化学键。在其它情况下，它可能与有机粘合剂更松散地结合，常常借助于氢键结合。一定量的水还可以与该混合物内的其它混合物反应如与可水凝固化粘合剂或其它与水进行化学反应的物料反应。

水也是在本发明的范围内的可水凝固化物料的一种基本成分。可水凝固化粘合剂和水之间的水合反应产生能给可水凝固化物料建立和显现强度性质的能力的反应产物。

与可模压混合物的类型无关，水还有产生具有所希望的流变性质的混合物的作用，所述性质包括粘合度和屈服应力。这些性质一般表示可模压混合物的近似“可加工性”或流动性的水平。

为使可模压混合物具有适当的可加工性，水量一般必须足以使无机填充混合物中的有机粘合剂成溶剂化物或至少分散，并足以与可水凝固化物料中的可固化的粘合剂反应并水合。此外，应加入足够的水以润湿每个集材颗粒、纤维或其它固体颗粒，并至少部分填充颗粒之间的间隙或空隙。在某些情况下，如在加入分散剂或润滑剂情况下，可以保持适当的可加工性，同时使用较少的初始水。

加到可模压混合物中的水量必须仔细地权衡，以使该混合物足够可加工，同时认识到降低初始水含量会增加硬后产物的未熟强度和最终强度。较少的水导致较强的最终产品，因为在模压过程中总的孔隙率降低。此外，如果最初包括在可模压混合物中的水较少，必须除去较少的水以使模压后产品或薄片变硬。

满足这些需要的适当流变可以以屈服应力定义。可模压混合物的屈服应力优选在约2Kpa至5Mpa范围内，更优选在约100KPa至1Mpa范围内，并且最优选在约200Kpa至700Kpa范围内。所希望的屈服应力的水平可以调整并优化，以针对用于形成所制的粒子的具体模压过程。

在某些情况中，希望初始包括相对高的水量，这是由于过量的水可以通过模压过程中或刚进行完模压过程后加热该制品而在较后期除去。还应当理解，因为粘合剂粒子与水进行化学反应并减少粒子间空隙内的游离水量，可水凝固化粘合剂对可水凝固化混合物有内部干燥效果。该内部干燥效果可以通过包括较快反应的水凝粘合剂如在石膏半水合物和较慢反应的水凝水泥而增加。

正如下面更详细提出的，可以选择单个的集材颗粒和纤维尺寸以增加所得的可模压混合物的颗粒堆积密度。为得到具有特定流变或屈服应力的可模压混合物，必须加入的水量在很大程度上取决于颗粒堆积密度。例如，如果可模压混合物的颗粒堆积密度是0.65，所包括的水量大约为35％(体积)以基本上充满颗粒间的空隙。另一方面，颗粒堆积密度为0.95的可模压混合物将只需约5％(体积)的水量以基本上充满所述间隙。当基本上充满间隙所必须加入的水量降至七分之一时，该降低将会影响可模压的混合物的流变和可加工性。

按照前述，应当加到该混合物中的水量将很大程度上取决于混合物内的颗粒堆积密度水平、所加入的可分散到水中的粘合剂的量、所加入的可水凝固化粘合剂的量以及所得到的可模压混合物所希望的流变。由此，为了形成可模压的混合物，加入的水量范围为占可模压混合物体积的5％至50％。提取的水量将在很大程度上根据混合物内其它成分以及混合物的体积和密度而改变。本领域的技术人员将能对于任何给定的制造过程调整水的量以得到适当的可加工性。

基于前述限制条件，本发明范围内的典型的可水凝固化混合物中的水与水凝粘合剂的比例在约0.1至4的范围内，优选约0.3至3.5，最优选约1至3。甚至在已加热除去水的表观干燥的薄片或容器中，在干燥过程后总的水量保持在高达约10％(重量)的范围。

在大多数情况下优选包括为使可模压混合物得到所希望的可加工性而加入最小量的水，从而降低必须从加工后的制品中除去的水量。降低必须除去的水量一般会降低制造成本，因为除去水需要能量。然而，与一般含95％(体积)以上的水的用于制造纸制品的浆液相比，本发明的组合物的含水量即使在其范围的上限时，其量也少得多。

4.集材

一般用于造纸工业的无机材料以及用于混凝土工业的更细磨的聚集体材料可以用于本发明的可模压混合物中。然而，聚集体或无机填料的尺寸常比用于造纸工业中无机填料大许多倍。用于造纸工业中的无机填料的颗粒平均尺寸通常小于2微米，而用于本发明中的聚集体材料的平均颗粒尺寸典型地高达100微米或更大，这取决于所得到的制品的壁厚，因而一般较便宜。

可以加到本发明的可模压混合物中的无机集材的大范围变化允许将各种性质加到最终的制品上。可以加入用于本发明中的集材以增加强度(抗拉特别是抗压强度)增加弹性模量和延伸率；通过利用一种便宜的填料降低成本、降低重量和/或增加所得到的制品的隔热能力。另外可以使用板状集材如云母片和高岭土以在本发明的制品中产生光滑的表面。典型地，较大的集材如碳酸钙产生一种不光滑表面，同时较小的颗粒产生一种玻璃状表面。

有用的无机集材的实例包括珍珠岩、蛭石、沙子、砾石、岩石、石灰石、沙岩、玻璃珠、气凝胶、干凝胶、海胶、云母、粘土、人造粘土、氧化铝、二氧化硅、飘尘、气相二氧化硅、熔凝硅石、平片状氧化铝、高岭土、微球体、空心玻璃球、多孔陶瓷球、石膏半水合物、碳钙、铝酸钙、软木、种子、轻质聚合物、硬硅钙石(一种结晶的硅酸钙胶)、轻质多孔粘土、水合的或未水合的水凝水泥颗粒、浮石、片状剥落的岩石、以及其它地质材料。部分水合的和水合后的水泥以及气相二氧化硅有高的表面积并且非常有益，如刚刚成形的制品具有很高的初始粘性。

即使是废弃的无机填充材料如废弃的薄片、容器或本发明的其它制品，也可以被用作集材填料和增强剂。还可以将本发明的薄片和其它制品简单地加到新鲜可模压混合物中作为一种集材填料而容易并有效地回收利用。

粘土和石膏是特别重要的聚集体材料，因为它们容易得到，成本很低、易加工、易成形，而且，因为如果将它们加入足够大的量还可以提供一定程度的粘性和强度。“粘土”是一个术语，指的是在地球上发现的有特定的化学成分和性质的物料。主要的粘土包括二氧化硅和氧化铝(用于制做陶器、瓦片、砖和管)以及高岭土。高岭土是蠕陶土，其化学式为Al₂O₃SiO₂.H₂O；高岭土也是蒙脱土其化学式为Al₂O₃.SiO₂.H₂O。然而，粘土可以含有广泛的其它物质，如氧化铁、氧化钛、氧化钙、氧化锆和天然二硫化铁。

另外，虽然粘土已使用了上千年，并可以甚至在没有烧制情况下得到硬度，但这样的未烧制的粘土易于发生水降解和暴露，是非常易损坏的，并具有低的强度。然而，粘土在本发明的可模压材料内成为一种好的、廉价的集材。

相似地，石膏半水合物也是可水合的并在水存在下形成硫酸钙的二水合物。这样，石膏可以根据加入到可模压混合物中的半水合物或二水合物的形式(和浓度)而显示出集材和粘合剂两者的性质。

即使是水凝水泥如卜特兰水泥也可以作为无机填料加到本发明的可模压混合物中。水凝水泥不仅相对廉价和丰富，而且它们还可将一定程度的粘性传递给无机填充基质(如果包含有足够大的量)。另外，水凝水泥与水发生化学反应，从而在可模压混合物内产生内部干燥效果，有效地除去了混合物内的至少一些水而无需蒸发。同样对于石膏半水合物和焙烧后的粘土也是如此。还可以加入预先水合的水泥颗粒作为一种聚集体填料。未水合的和预先水合的水泥之间的一个不同是后者有可限定的板和小片状体形。

另外，该水凝水泥可以至少部分通过与水进行化学反应影响可模压混合物的流变，从而减少了可用于润滑集材颗粒和纤维的水量。此外，已发现卜特兰灰水泥增加了可模压混合物的内部粘合，这大概是由于该种水泥内的铝酸盐量增加的结果。最后，虽然并不确切知道，但可能是水凝水泥在某种程度上与大量存在于许多有机聚合物粘合剂上的羟基相互作用。此粘合剂的羟基与高孔隙率的水凝水泥胶产物至少有氢键之类的相互作用，因为它们已知吸附在水泥颗粒的表面上。

由于可模压混合物及其制品的性质，可包含具有大量空隙空间的轻质集材以使模压后的薄片具有隔热效果是可能的。加入使可模压混合物具有轻质性质的集材的实例包括珍珠岩、蛭石、玻璃珠、中空玻璃球、碳酸钙、合成材料(如多孔陶瓷球、平片状氧化铝等)、软木、轻质多孔粘土、沙子、砾石、岩石、石灰石、沙岩、浮石以及其它地质材料。

除了常规用于造纸和水泥工业中的集材之外，本发明范围内的可模压混合物中可加入各种其它集材，包括填料、增强剂，它们包括金属和金属合金(如不锈钢、铝酸钙、铁、铜、银和金)、球或空心球状材料(如玻璃、聚合物和金属)、屑、团、粉末(如二氧化硅微粒)、和纤维(如石墨、二氧化硅、氧化铝、玻璃纤维、聚合物纤维、有机纤维以及其它典型地用于制备各种复合材料的纤维)。

除了这些无机集材之外，一些有机的、聚合的或弹性集材如种子、淀粉、凝胶、琼脂型材料、软木或塑料球也可以用作一种集材以使最终产品具有各种性质如柔韧性。在本发明的某些应用中，如需要结合轻质以及高柔韧性和弹性的应用场合。轻质塑料球是特别有用的，所述应用如在用于垫层、隔板、分离、包裹、线或空间的材料中。

一种优选的聚合物球是由轻质聚乙烯制成的，密度为0.01至0.3g/cm³，粒径小于100微米，但在较大的包装材料中可以优选较大的球。

在使用轻质塑料球的那些产品中，如在轻质和柔性容器中、隔板或线材中，塑料球的量将优选在约1％至10％(重量)的范围内，最优选在约3％至6％的范围内。这样，按照本发明制的含有塑料球的垫层材料远比由聚苯乙烯这种最普遍的垫层材料制得的那些更对环境中性。

聚苯乙烯产品是100％聚苯乙烯，而按本发明制得的垫层容器的优选实例只含3％至6％的塑料。这样，本发明的垫层材料比聚苯乙烯给环境带来少得多的塑料。当然，如果使用可水中降解的柔性集材如琼脂或支链淀粉颗粒代替塑料球，该垫层材料将基本上是无污染的。

应当理解，本发明的微结构工程法允许设计这样的容器：大多数塑料球(如果加入)集中在最需挠性的容器表面附近。相似地，在耐用性和刚性是更重要情况下，容器的芯附近可能很少有或没有塑料球。

容器表面附近的塑料球浓度增加了容器的有效性，同时允许加入较少的塑料球，从而使本发明的容器甚至更附合环境要求。这样的容器可能只含有低达1％(重量)的塑料球。

按照本发明，常常优选包括多种不同尺寸等级的集材，能更完全地填充可模压混合物中的集材颗粒和纤维之间的间隙。最佳的颗粒堆积密度减少至为通过消除间隙得到所希望的可加工水平所需的水量，所述间隙否则会用隙间水填充，所述水常称为“毛细水”。

为了优化堆积密度，可以使用不同尺寸的集材，其粒径范围小至约0.05微米，大至约2mm。(当然，所制得产品的要求的目的和厚度会指示采用各种集材的适当粒子尺寸)。为使未熟的可模压混合物的达到所希望的流变性质以及最终硬化的无机填充复合材料的最终强度和重量性质，本领域的技术人员一般知道所用集材特性和尺寸。

在本发明的某些优选实施例中，可能所希望的是使可模压混合物内集材量最大以使集材性质和特性(如强度性能、低密度或高隔热性)最大。可以在高比例无机填充材料内使用颗粒填密技术以使这样的集材量最大。

颗粒填密的一种详细的讨论可以在下列文章中找到，由本发明的一个发明人共同写作：Johansen，V.& Andersen，P.J.，“ParticlePacking and Corcrete Properties。” Materials Science of Concrete IIat 111-147，The American Ceramic Society(1991)。更进一步的信息可在Anderson，P.J.的博士论文中得到：“Control andMonitoring of Concrete Production--A Study of ParticlePacking and Rheology。”The Danish Academy of TechnicalSciences。为公开起见，前述文章和博士论文在此结合作为特别参考。这样的集材包装的优点可以通过参照下面的例子进一步理解，所述例子中混合各种尺寸的空心玻璃球，从而使可模压混合物内的隔热球的量最大。

在希望得到具有高隔热能力的薄片(或由其制得的制品)的实施例中，可以优选将轻质集材结合入高比例无机填充的基质中，所述集材有低的导热性或“K系数”(定义为W/m.k)。K系数大概是通常美国所用的描述给定材料的热阻或“R系数”的表示式的倒数，所述R系数的单位一般为hr.ft²F/BTU。术语R系数是在美国最普遍使用的，描述给定材料的总热阻而不管材料的厚度。然而，为比较起见，一般将R系数标准化以描述所考虑的每英寸厚的材料的热阻，或hr.ft² F/BTU·in。

为本说明书起见，给定材料的绝热能力在这里和后面只按描述热导性即“K系数”的IUPAC法表达：按英制单位(hr.ft²F/BTU·in)表示的热阻转化成IUPAC单位，可以乘以6.9335，然后取该乘积的倒数。一般具有非常低的K系数的集材也含有大量间隙、空气、气体混合物或部分真空，所述真空也趋于大大降低如此集材的强度。这样，绝热和强度趋于对立，因此在设计一种具体的混合设计时应仔细权衡。

优选的绝热的、轻质的集材包括多孔或片状剥落的蛭石、珍珠岩、焙烧过的硅薄土以及空心玻璃球，所有这些均趋于含有大量间隙。然而，该列举是无法穷尽的，之所以选择这些集材是因为它们成本低且易得。然而，任何具有低K系数的能使由其制得的薄片或其它制品具有足够的绝热性的集材都在本发明的范围内。

关于前述，加入到可模压混合物中的集材的量将取决于各种因素，包括其它所加的组分的量和性质，以及集材自身的颗粒堆积密度。优选的包括在其中的无机集材的量约占硬化薄片中的固体总体积的40％至98％，更优选的范围约为50％至95％，最优选约占固体总体积的60％至80％。

如上所提出的，可以加入各种量的不同尺寸集材以影响可模压混合物的颗粒堆积密度。根据每种集材的自然堆积密度以及颗粒的相对尺寸，混合后的集材体积可能要比它们混合前的体积之和小。

5.纤维

正如本说明书和所附的权利要求书中所用的，术语“纤维”和“纤维材料”包括无机纤维和有机纤维。纤维是可以加入到可模压混合物中的具体种类的集材，所述加入能增加粘性、延伸性、挺度、挠性、断裂能以及抗挠、抗拉和偶尔甚至抗压强度。纤维材料减小了当施加强的模截面力时，成品和容器损坏的可能性。

可以混入可模压材料中的纤维优选天然的纤维如从大麻、棉、植物叶、木或树干中提取出的纤维素纤维，或由玻璃、二氧化硅、石墨、陶瓷或金属制得的纤维。玻璃纤维优选进行预处理以耐碱。

所选的优选纤维包括玻璃纤维、蕉麻、蔗渣、木纤维(硬木或软木如南方松木)、陶瓷纤维(如氧化铝、二氧化硅氮化物、二氧化硅碳化物、石墨)和棉。可以使用回收的纸纤维，但它们有些不令人满意，因为在最初的造纸过程中以及在回收过程中出现纤维降解。然而传递强度和柔韧性的任何等同的纤维都在本发明的范围内。蕉麻纤维可从菲律宾的Isarog Inc.得到。玻璃纤维如Cemfill^可由英格兰的Pikington Corp.得到。

由于这些纤维成本低、强度高和易得而优选用于本发明中。然而，任何传递抗压和抗拉强度以及韧性和柔性(至所需的程度)的等同的纤维当然在本发明的范围内。唯一的限制条件是传递所希望的性质的纤维不与可模压材料中的其它成分发生不利反应并且不污染所贮藏的物料(如食品)或污染由含该纤维的材料制得的制品中分散的物料。

用于制造本发明的制品和容器所用的纤维优选有高的长宽比(或“纵横比”)的纤维，因为较长、较细的纤维可以将更多的强度带给结构基质而不会明显增加复合材料的体积和质量。纤维至少应有约10∶1的平均纵横比，优选至少约100∶1，最优选至少约200∶1。优选的纤维应还有几倍于水凝粘合剂颗粒直径的长度。

加入到可模压材料中的纤维的量将根据最终产品的所希望的性质(强度、韧性、柔性)和作为确定在任何混合设计中需加入的纤维的量的主要指标成本而改变。大多数情况下，加入的纤维的量约在占有可模压混合物的固体总体积的0.2％至50％的范围内，更优选约在1％至30％的范围内，最优选约在占有可模压混合物中固体总体积的5％至20％的范围内。

已经发现，在约20％(体积)纤维下稍微增加纤维浓度会趋于大大增加终制品的强度、韧性和粘接耐久性。在约20％(体积)以上增加纤维会使制品的强度和柔性较小程度地增加，尽管这种增加可以在某些情况下在经济上是正当的。

然而应当知道的是，在确定要用的纤维的量时，纤维的强度是非常重要的特性。纤维的抗拉强度越强，为在所得的产品中获得相同水平的抗拉强度所必须用的纤维量越小。当然，一些纤维有高的抗拉强度，同时其它纤维具有较低的抗拉强度，但可以是更具塑性的。具有较小的纵横比的纤维更容易放置，并产生具有较小缺陷的薄片，同时较大的纵横比增加纤维的强度传递效果。因而，为得到具有最大的多重特性如高的抗拉强度、高塑性和较好的纤维放置的最终产品，可能是两种或多种纤维的结合。

还应理解，一些纤维如南方松木和蕉麻有高的撕裂强度和暴裂强度，同时其它纤维如棉纤维有较低的强度但有较大的柔性。在较好放置、较高柔性的情况下，高的撕裂和暴裂强度是所希望的，可以加入具有各种性质的纤维的混合物到混合物中。

最后，公知的是某些纤维和无机填料能与某些基于淀粉和有机聚合物粘合剂进行化学作用和键合，从而加入另一种尺寸到本发明的材料中。例如，公知的是许多纤维和无机填料是阴离子性质的并有负电荷。因此为使有机粘合剂和阴离子纤维和无机材料之间的相互使用最大，加入带正电荷的有机粘合剂如一种阳离子淀粉可能是有利的。

通过用松脂和明矾(Al2(SO4)3)或NaAl(SO4)2处理纤维可以获得较好的防水性，松脂和明矾在纤维的表面上沉淀出松脂使它高度疏水。由明矾形成的铝絮凝物在纤维表面上产生阴离子吸附点，这是由于带正电荷的有机粘合剂如一种阳离子淀粉。

6.分散剂

下文所用的术语“分散剂”是指这样的一类材料，它可以加入后减小可模压混合物的粘度和屈服应力。所使用的分散剂的更详细的描述可以在Anderson.P.J.的硕士论文，“Effects of OrganicSuperplasticizing Admixtures and Their Components on ZetaPotential and Related Properties of Cement Materials”(1987)中找到。为公开起见，上面引用的文章结合在此作为特别参考。

分散剂一般通过啄附在集材的表面上、水凝粘合剂颗粒上和/或进入粘合剂颗粒的邻近的胶态双层中而起作用。这在颗粒的周围产生负电荷，使它们相互排斥。颗粒的这种排斥通过减小“摩擦”或吸引力会引起颗粒有较大的相互作用。因此，最初可以加入较少的水而同时保持可模压的混合物的可加工性。

在塑性、粘性、和/或成形稳定性较不重要的场合下，可能所希望的是大大减小粘性和屈服应力。加入分散剂有助于保持可模压混合物可加工性，甚至加入非常少的水时也是如此。

然而，由于分散剂的覆盖机理的性质，分散剂加入到该混合物中的次序通常是关键的。如果使用某些可分散于水中的有机粘合剂(如Tylose^)，那么首先应将分散剂加入到含水和至少部分无机集材的混合物中，然后加入粘合剂。否则，分散剂会很难吸附到集材颗粒的表面上，这是因为Tylose^首先会被不可逆地吸附，从而在表面上形成保护胶体，妨碍分散剂被吸附。

一种优选的分散剂是磺化萘甲醛缩合物，其实例是商标为WRDA 19的可由W.R.Grace Inc.得到的产品。其它还可以有好用的分散剂包括磺化蜜胺甲醛缩合物、磺化油和聚丙烯酸。

本发明中的分散剂在混凝土工业中有时指“超级增塑剂”。为了较好地区分分散剂与其它流变改进剂(它们常用作增塑剂)，术语“超级增塑剂”并不被该说明书使用。

所加的分散剂的量将一般在占有水重的高达约5％的范围内，更优选在约0.5％至4％的范围内，最优选在约1％至2％范围内。

7.空气隙

在保温而不是强度是至关重要的因素(即在所希望的是绝热或冷的材料)时，除了使用轻质集材外，可以在制品的结构基质内结合有微小的空气隙以增加制品的绝热性质。将空气隙结合到可模压的混合物中去时，应仔细计算，传递所需的绝热性质而不会使薄片的强度降至不能用的程度。然而，一般地，如果绝热不是具体制品的一个重要特，那就应将任何空隙减至最小以使强度最大和体积最小。

在某些实例中，可以通过可模压混合物与一种加到该混合物中帮助实现空隙的发泡剂或稳定剂进行高剪力、高速混合而引入不聚集的空气间隙。为了达到这个目的，上面讨论过的高剪切、高能搅拌器特别有用。适宜的发泡和携气剂包括常用的表面活性剂。目前优选的表面活性剂是一种多肽烯化多羟基化合物，如MearlcreteFoam Liquid。

与表面活性剂连同，必须使用一种稳定剂如Mearlcel 3532(一种液态阴离子可生物降解的溶液)，从而使材料内所携带的空气稳定。Mearlcrete和Mearlcel都可以从新泽西州的Mearl公司得到。另一种发泡和携气剂是氧化松香树脂。另外，有机聚合物粘合剂可以用于稳定所携带的空气。不同的携气剂和稳定剂传递不同程度的泡沫稳定性给无机填充混合物，因而应当选择它们以传递最适于具体制造过程的性质。

泡沫稳定性帮助保持未硬化可模压混合物内空气间隙的分散和防止空气间隙的聚集。不能防止空气间隙的合并实际上降低了绝热效果，而且它还大大降低了硬化可模压混合物的强度。通过增加PH值，增加可溶的碱金属如钠或钾的浓度，加入一种稳定剂如一种多糖类流变改进剂、仔细调整可模压混合物内的表面活性剂的浓度和水的浓度，可有助于混合物的泡沫稳定。

在模压和/或硬化该可模压混合物的过程中，常常希望加热该可模压混合物以增加空隙系统的体积。加热还会有助于从可模压混合物中迅速除去大量的水，从而增加模压后产品的未熟强度。

如果一种气体已混入可模压混合物中，例如将混合物加热至250℃会导致(按照理想气体平衡)气体体积增加约85％。当加热适当时，已发现所希望的加热是约在100℃至250℃的范围内。由在可模压混合物只可能出现任何不利反应来设定上限，所述反应如纤维或有机粘合剂的燃烧。更重要的是，如果适当控制，加热将不会导致制品的结构基质的断裂或在制品的表面结构中产生缺陷。

另一种发泡剂是柠檬酸和碳酸氢盐或是已被加工成小颗粒并覆盖有石蜡、淀粉或可溶水的涂层的碳酸氢盐混合物。这可以两种方式用于空隙成形中：(1)与水反应并生成CO2气以在无机填充基质内产生一种多孔泡沫结构或(2)填充作为基质的部分颗粒，并在基质硬化物通过将产品加热至约180℃以上而除去发泡颗粒，这样引起颗粒吸热分解，留下一个良好控制的多孔轻质结构。

在其它一些可模压混合物的粘度高的应用中(如在某些模压过程中所要求的)，通过剪切混合得到适当数目的空隙是非常困难的。在这种情况下，可以通过加入一种容易氧化的金属如铝、镁、锌或锡到混合物中而将空隙带入可模压混合物中，所述混合物是天然碱性的(如一种含有水凝水泥或氧化钙的混合物)或者是已经加入一种强碱如氢氧化钠而被制成碱性的。该反应导致在整个可模压混合物中放出微小的氢气泡。

进一步为了启动该化学反应并增加氢气泡生成速率，加热该混合物可以是需要的。已经发现，加热模压后的产品到约50℃至100℃的温度范围时，优选约75℃至85℃，可以有效地控制该反应，并且还可以挤除显著量的水。另外，可以控制该加热过程以便不会导致模压后的产品的基质断裂。该第二种将空隙带入结构基质中的方法可以与在较低粘度的可模压混合物用于一些模压过程的情况中的通过高速、高剪切混合引入空气的方法结合使用，或代替它。

最后，通过将一种起泡剂加入到该混合物中可以在模压过程中将空气空隙引入到可模压混合物中，所述混合物在加热时会膨胀。起泡剂一般由低沸点液体和细分的吸附材料如碳酸钙(白垩)组成。该滑石和起泡剂均匀混入可模压的混合物中并在加热时保持在加压状态下。液体起泡剂渗透入单个的白垩颗粒的孔中，该孔用作起泡剂在压力突然降低而热膨胀时可以蒸发的地方。

在模压或挤压过程中，混合物在加热的同时受到压缩。在加热一般会引起起泡剂蒸发的同时，压力的增加防止了该起泡剂的蒸发，从而暂时产生平衡。在模压或挤压材料后压力释放时，起泡剂蒸发，从而使可模压材料膨胀或“起泡”。可模压材料最终硬化，在整个结构基质中有非常细分散的空隙。水还可用作一种起泡剂，只要该混合物被加热到水的沸点以上并保持在高达50bars的压力下。

空隙增加了所制薄片和其它制品的绝热性质，并且还大大减小了堆积密度，从而减少了最终产品的重量。这样可减少所得制品的总重，降低为制造该制品所需的材料的量，而且降低了在一次性制品情况下最终废弃的材料量。

8.固化促进剂

在某些情况下所希望的可以是通过向该混合物中加入一种适当的固化促进剂而使可水凝固化混合物的最初固化加速。这些包括Na2CO3，K2CO3，KOH，NaOH，CaCl2，CO2、三乙醇胺、铝酸盐以及强酸如HCl，HNO3和H2SO4的无机碱式盐。事实上，任何增加石膏和Ca(OH)2的溶解度的化合物会趋向于加速可水凝固化混合物特别是水泥混合物的最初固化。

可加入到具体可水凝固化混合物的固化促进剂的量将取决于所希望的固化促进的程度。这又反过来取决于各种因素，包括混合设计、混合该组分和模压或挤压可水凝固化混合物的步骤之间的时间间隔、混合物的温度以及该固化促进剂的特性。本领域中的技术人员根据具体制造过程的参数能调整所加的固化促进剂的量以使具体的可水凝固化混合物的固化时间最佳。基于可水凝固化粘合剂在无机填充混合物中的体积百分比，固化促进剂还可以增加填充无机混合物的固化或硬化速率。

II、材料形成制品的具体应用

使本发明制得的制品得到强度的关键的结构成分是可模压材料的结构基质。在由水凝和有机粘合剂与水的反应产物生成的基质内混有其它成分(如纤维、集材、空气隙、流烃改进剂、分散剂和甚至促进剂)，这些成分增加了附加的性质和特性，包括强度性质。

A、成分对混合物流变的影响

为使混合物有适当的可加工性和流动性，应加入的水量将取决于无机填料或集材的浓度和颗粒堆积密度、纤维的量、有机粘接剂的特性和质量、可水凝固化粘合剂的特性和质量、其它混合物(如分散剂、增塑剂、或润滑剂)的特性和质量。然而一般地，加入的更多的水会增加可模压混合物的粘度和屈服应力，从而增加混合物的流动性并降低由其模压成的制品的成形稳定性。

可分散于水中的有机聚合物粘合剂可以大大影响该混合物的流变，这取决于有机粘合剂的特性、浓度和胶凝程度。如上所提出的，优选的有机聚合物粘合剂可大致分成下列各类：基于纤维素的、基于淀粉的、基于蛋白质的、基于多糖类的以及有机合成的。在这些较广泛的各类中，都有大量的小类和细分类。各种材料的独特的性质是它们一般均溶于水或至少相当充分地分散于水中。因此，它们需要适当的水量以在可模压混合物中分散和起作用(包括胶凝)。

然而，有机聚合物粘合剂具有很不相同的水溶解度或分散性，其粘度和屈服应力量也不相同。同类的有机聚合物可根据分子量的不同而具有不同的粘度。例如，Tylose^ FL15002的2％的溶液在20℃时约有15000CPS的粘度，同时Tylose^4000的相似的溶液的粘度约为4000CPS。前者大大增加了可模压混合物的屈服应力和塑性，同时后者可用作一种润滑剂或增塑剂。

其它有机聚合物以不同速率和不同温度与水反应。虽然许多有机聚合物粘合剂如Tylose^加入到可模压混合物中时聚合或解聚，但更会胶凝以及干燥以形成一种键合的基质，加入可溶水的或可分散于水中的可聚合单元到可模压混合物中是在本发明的范围内，所述混合物后来原位聚合。通过调整混合物的温度和/或加入一种催化剂或抑制剂可以调节聚合反应速率。可加入到可模压混合物中的可聚合单元的实例包括Cellosize和乳汁生成的单体。

对于胶凝作用来说，大多数纤维素基聚合物(如Tylose^)于室温下易于在水中胶凝。其它的例如许多淀粉在水中仅在较高的温度下胶凝。而一些改性淀粉可以在室温下胶凝。因而，使用纤维素基和改性淀粉基聚合物粘合剂是有利的，由它们在室温下可制备出可模压的混合物。然而，与必须加热胶凝的典型淀粉基聚合物相比，它们的价格一般显著地高贵。优选的淀粉基聚合物是National 51-6912，可购自National Starch。根据可模压混合物的所需的流变性，包括在需要时，随着时间或温度的作用影响粘度或产生应力，可优选在可模压混合物中添加若干种不同的有机聚合物粘合剂。纤维素基有机聚合物粘合剂一般几乎立即产生它们的最大流变性影响，而可聚合粘合剂随着时间的延长而硬化，淀粉基粘合剂在混合物升温时才硬化。

水凝性可固化粘合剂例如水硬水泥、石膏半水合物和氧化钙不仅做为水合程度的函数(它是时间函数)影响可模压混合物的流变性，而且它们还可以用做水的吸收剂。可固化粘合剂与水进行化学反应。由此减少可模压混合物中水的有效量，而不必借助于加热或干燥技术。此外，还发现水硬水泥能增加未干的无机填充混合物的粘合强度及由其制备的新制品的粘合强度。

可以添加的用来直接影响可模压混合物流变性的其它掺和物包括分散剂、增塑剂、和润滑剂。分散剂如磺酰—基物质在保持水含量不变的情况下使可模压混合物的粘度大大降低并使其可加工性大大增加。其结果是使用分散剂可允许水含量降低而仍保持相同程度的可加工性。优选的增塑剂和润滑剂是聚乙二醇。

如前面所讨论的，凝聚体的数量、种类、和颗粒堆积密度对可模压混合物的流变性和可加工性可产生很大影响。多孔或具有高比表面积的凝聚体与非多孔凝聚体相比趋向于吸收更多的水，因而减少了可用于润滑颗粒的水的数量。这导致更硬、更粘的混合物。颗粒堆积密度也可对混合物的流变性产生惊人的影响，这是由于它确定了孔隙空间的数量，该空间一般必须被水、润滑剂、有机聚合物、或其它液体充满以使所述混合物流动。

在可模压混合物要经受高压处理如挤压或其它高压模压加工的情况下，可以利用颗粒堆积与水缺乏原理间的相互作用在挤压该混合物的过程中暂时增加或加要性和流动性。对于本说明书及所附的权利要求书来说，术语“水缺乏”或“缺乏水”是指在可模压的混合物中没有足够量的水(及其它液体)来完全占据颗粒间的孔隙空间。因为这个原因，没有足够量的水来适当地润滑颗粒。

然而，在施加的压力足够在以至于暂时增加颗粒堆积密度时，颗粒间的孔隙空间的量减少。因而水是不可压缩的，在压力下仍保持相同的体积，增加的压力使可用来润滑颗粒的水的表观数量增加，因而增加了所述混合物的可加工性和流动性。在撤去压力之后，通常在模压过程结束之后，凝聚体颗粒趋向于恢复它们压缩前的密度，因而增加了孔隙空间的数量并产生内部压力。这导致形状稳定性和未干的强度几乎立即增加。

最后，混合物内其它的固体组分如纤维也会以与凝聚体相似的方式影响混合物的流变性。一些纤维可根据它们的孔隙度和溶涨容量吸收水。此外，对一些纤维可以进行处理以呈离子化荷电态，这使得它们可以与离子化荷电的有机增塑剂如离子淀粉进行相互化学反应。以这种方式纤维可在在某种程度上影响混合物的流变性。

B.各组分对最终性能的影响

对最终干燥或硬化的产品来说，设计成这种薄壁制品的结构基质或用于制备这类物品的薄板所认为总体上需要的一些性能包括高抗拉强度(总体上或沿某一特定向量)、抗弯强度、揉曲性、延展、偏斜或弯曲的能力。在某些情况下，可能希望所获得的制品基本上包含了由纸制备的现有制品或硬板产品的性能。然而，在其它情况下可能希望获得的结构基质具有使用传统原料物质不能得到的性能。这些性能可以包括增加的韧性、更高的模量、耐水性、或较低的堆积密度。

树木纸或纸板，其板材及其后的制品的性能与所使用的纸浆的性能有极大的关系，与其相反，本发明的制品的性能与用于制备成形过程采用的可模压混合物的纤维的性能基本上无关。退一步说，只是使用更长、更揉韧的纤维与较短、较硬的纤维相比使制品的揉曲性更大。然而，通过调整可模压混合物中非纤维组分的浓度及使用的加工技术，可以将通用纸中与纸浆很相关的性能引入本发明的制品中。这些性能如劲度、刚性、表面加工性、孔隙度、及类似的性能一般与在目前的制品中添加的纤维的类型无关。

通过改变在可模压混合物中的组分和组分的相对浓度，可以将揉曲性、抗拉强度、抗弯强度、或模量组合成板材、容器、或其它由其制备的物体特定的性能特征。在某些情况下，较高的抗拉强度可能是一个重要的特征。在其它情况下，它的重要性可能较小。某些制品应优选是更柔韧的，而其它的是硬化的。一些是相对密实的，其它的是更厚、更轻、和更绝缘的。重要的是获得的物质具有适宜特定用途的性能，而仍保持已认知的成本和其它实际生产线参数。从性能的角度讲，一特定性能“过多”或“过少”可能是不重要的，而从成本的角度讲，提供该特定性能值可能是浪费或无效的。

一般来说，增加有机聚合物粘合剂的数量会增加最终硬化制品的抗拉和抗弯强度，同时还大大增加了制品的揉曲性和弹性。多添加有机聚合物还降低了制品的劲度。相似地，增加混合物中纤维的浓度也增加了最终制品的抗拉强度，特别是抗拉强度较高的纤维，例如陶瓷纤维，尽管这类纤维硬度较大，导致产生较硬化的制品。相反，添加揉性纤维如天然纤维素纤维，会大大增加制品的揉曲性，以及抗拉、撕裂强度和耐破度。

不同的纤维其撕裂强度和耐破度、揉曲性、抗拉强度、不产生断裂条件下延展的能力、及劲度在很大的范围内的变化。为了获得不同类型纤维的有利性能，在某些情况下优选可以在可模压混合物内将两种或多种不同类型的纤维结合。

还应理解，某些制品的成型过程如挤压和滚压趋向于使纤维沿混合物延展的方向取向。这对于使制品或板材在某一方向上获得最大抗拉强度可能是有利的。例如，当需要构成一制品的板材沿一铰链弯曲时，优选纤维以一定方式取向，使得铰链的两边更有效的连接，或者按取向与折线垂直的方式来弯曲。在铰链区域或需要增加韧性及强度的板材中集中更多的纤维是所希望的。

凝聚体的类型也可以影响最终硬化制品的性能。一般包括硬的、无韧性的、小颗粒的凝聚体如粘土、高岭土、或白垩总体说会导致制品具有光滑的表面和具有增加的脆性。轻质凝聚体如珍珠岩或空心玻璃球会导致制品密度降低、脆性降低及绝缘能力增大。例如粉碎的砂粒、二氧化硅、石膏、或粘土的凝聚体是极廉价的，可以使由它们制备制品的费用大大降低。具有高比表面积的任何材料会增加干燥收缩率及收缩缺陷。比表面积较低的材料是有利的，因为它们粘性小，这有助于防止混合物粘附于模压设备上。

水凝可固化粘合剂如水硬水泥、石膏半水合物及氧化钙在硬化的制品内根据这些水凝可固化粘合剂的添加的数量会提供从低到显著程度的粘合作用。这类粘合剂增加最终制品的劲度和抗压强度，并在一定程度上增加抗拉强度。水硬水泥还可以降低制品在水中的溶解性，因而增加了制品的耐水降解性。

最后，在可模压混合物中的其它掺和物可以使最终产品附加了防水性，例如通过向混合物中添加松香和明矾。这些物质相互作用在结构基质内形成一种不同的耐水组分。在没有显著数量的这类防水齐时，可以用水使制品重新变湿并暂时增加柔韧性、弯曲能力及撕裂前的延展程度。这对于混合物先成形为板随后成形为另一种制品如容器来说是特别有用的。当然，在制品被丢充后水还可以促进它的降解。通过用5-10％w/w淀粉溶液处理制品表面来密封表面孔隙可以引入耐水性。

做为一般的原则，具有一定浓度的有机聚合物粘合剂及纤维但具有高浓度的水凝可固化粘合剂的制品刚性更强。具有更高的绝缘能力，具有更高的抗压强度，具有更低的粘结性，耐热破坏，具有更低的抗拉强度，并耐水降解。

有机粘合剂浓度较低但纤维及水凝可固化粘合剂含量较高的制品会具有更高的抗拉强度，抗压强度及韧性，但具有较低的抗弯强度和劲度，有中等程度的揉曲性，有相当的耐水降解性。

有机聚合物粘合剂浓度较高而纤维和水凝可固化粘合剂浓度较低的制品会更易溶于水及更易降解，更易于模压(可制备出更薄的制品)，具有适度高的抗压和抗拉强度，更高的韧性，中等程度的揉曲性，及较低的劲度。

最后，有机聚合物粘合剂及纤维浓度较高但水凝可固化粘合剂浓度较低的制品会具有与纸最相似的性能(树木及植物纸)，会具有较高的抗拉强度、韧性、及耐折性，具有中等强度的抗压强度，具有极低的耐水降解性。具有较低的耐热性(特别是接近纤维的燃点或粘合剂的分解温度的制品)，并具有较高的揉曲性和较低的劲度。

由本文叙述的组合物形成的制品优选抗拉强度的范围为约0.05MPa至约70MPa，更优选为约5MPa至约40MPa。此外，制品优选堆积密度为约0.6g/cm³至约2g/cm³。制品的密度是取该范围的较低、中间、或较高值一般由给定用途的所需的性能特征来决定。按照前述，本发明的制品其抗拉强度与堆积密度的比值优选为约2MPa-cm³/g至约200MPa-cm³/g，更优选为约3MPa-cm³/g至约50MPa-cm³/g。

用于生产本发明制品的成形板的特定方向的强度特性应当与纸的对应特性相反，纸的抗拉和撕裂强度分别具有强和弱的方向。通过纸的强的方向是机器的方向，而弱的方向是垂直于机器的方向。在强和弱方向上强度的比值在普通纸中为约3∶1，在本发明中该值为约2∶1，且根据所使用的特定成形方法可以使该值接近约1∶1。一般来说，降低成形速度的差别趋向于使纤维保持更随机的取向。

术语“延展”在本说明书及所附的权利要求书中针对本发明的制品或板来使用时意义是指板或制品的结构基质能够进行拉伸而不破裂且仍具有完美的表面。换句话说，板的结构基质通过施加外力如拉或拉伸能够变换或改变形状而不发生破裂。在破裂前板或制品的结构基质延展的能力通过Instron拉伸试验和应力变形试验来测量。

通过对混合物进行优化设计，可以使制备出的板的结构基质在新制的板中于撕裂或破裂发生前能够延展高达约20％，在干燥的板中能够延展约0.5％至约8％。这通常通过优化在可模压的混合物中及得到的基质中纤维及有机粘合剂的数量来实现。结构基质能够在特定范围内延展的板或制品的生产，可以通过在可模压混合物中引入纤维来实现，使得最终的硬化板或制品中纤维的含量高达约50％(体积)。添加的纤维或有机粘合剂的量越多，或基质与纤维连接的越好，一般可获得更大的延展而不撕裂板。再有，通过向板中添加重量为干板重量的多达10％的蒸气或水分可以增加干板的延展率。然而，这种重新变湿会暂时降低板的强度直到它被再次干燥。

应理解，通过增加结构基质中纤维的数量一般可获得较高的抗拉强度以及较高的延展率。这可以通过以下方式来实现，即向可模压混合物中添加更多的纤维，或者也可以在制品的表面或其内部附着一层纤维(如纸板)，或者将具有不同强度和揉曲性特性的纤维结合在一起。

在本说明书及所附权利要求中针对用于制备本发明的制品的板而使用的术语“偏斜(deflect)”的意义是指板的结构基质能够进行弯曲及包卷而不会撕裂及改变完成的表面。板的偏斜的能力通过用现有技术公知设备测量板的弹性模数及断裂能量来计量。与其它任何物质一样，按照本发明制备的板的弯曲能力与板的厚度有很大关系。

不考虑板的厚度来测量偏斜的一个途径是将偏斜定义为板的一面与板的另一面相比较的相对延展率。当板包卷或绕一轴弯曲时，板的外边面长度延长，而板的时里边面一般不会延长。因而，较薄的板可以大得多的程度弯曲，而在与内面的延长相比较外面的相对延长与较厚板的对应值大约相同的情况下，较厚的板几乎不能进行弯曲。

板的偏斜的能力与板的弹性能力相关，后者通过杨氏(Young’s)模量来计量；因而，为获得所需偏斜范围的混合物的最佳设计可以独立于延展率来进行优化。然而，在将板成形为适当容器或其它物体的过程中，可以通过使板重新变湿来暂时增加板的弯曲能力。水认为被纤维、水可分散性有机粘合剂、及凝聚体颗粒间的空隙吸收。在干燥成形板时，弯曲能力一般会降低，而板的韧性及硬度一般会增加。

为了获得具有所需强度、弯曲能力、绝缘性、韧性、重量、或其它性质特征的特性的板，可以改变板的厚度，这可以通过调整后面将更全面叙述的辊的间距来实现。根据厚度及所需的性质特征，可以调整组分及它们的相对浓度以适应特定的板厚度。本发明的板可以设计成具有在很大范围内变化的厚度；然而大多数产品需要的薄壁材料一般的厚度为约0.01mm至约3mm。但在应用中当绝缘能力或高劲度更重要时，板的厚度可以厚至约1cm。

本发明制品的优选厚度根据板、容器或由此制备的物体的预定用途而改变。仅做为实施例来说，当希望有高偏斜能力时，一般优选较薄的板。相反的是，当最优先考虑强度、耐久性、和/或绝缘性而不是偏斜能力时，一般优选较厚的板。但当需要将板沿划线弯曲、或至少将它们卷成容器时，优选板的厚度为约0.05mm至约2mm或更厚，更优选为约0.15mm至约1mm。

当用板来印刷杂志或其它阅读材料时，它的厚度应与通用的纸产品相当，这类纸产品典型的厚度为约0.05mm。要求有较大揉曲和较小劲度的可印刷板(例如杂志或小册子的正规纸页)的典型厚度为约0.025-0.075mm。要求较大强度、劲度和较小揉曲性的板(如杂志或小册子封面)的厚度为约0.1-2mm。任何具体板的厚度和揉曲性取决于所考虑的阅读或其它印刷材料的所希望的性质特征。

本发明的另一方面是可模压材料能具有高的湿强度。这通过调整向可模压混合物中添加的水可分散性有机粘合剂及水凝可固化粘合剂的数量和/或种类以及调整水的含量来实现。虽然初始时水的添加量相对少会大大增加模压材料的湿强度，但在初始时添加较多数量水是可行的且常常是希望的，因为这样会增加加工性能及本文叙述的某些模压方法通过施用热量而快速除去过量水的能力。如本文后面更全面讨论的，可模压混合物通常通过加热的模具或辊来成形，它们可除去显著数量的水且有助于模压具有高的湿强度的制品。

如前面所讨论的，可模压混合物在微观组织上设计成使该混合物本身以及最终的硬化产品具有一些所希望的特性。从而，重要的是要精确计量在任何批量或连续混合组分过程中添加的物质的数量。

C.加工技术和条件

为简单起见，术语“模压”在本说明书及所附权利要求中使用时其意义包括本文讨论的各种模压、铸造、加压、滚压和挤压过程，或关于例如粘土、陶瓷、和塑料等物质的现有技术公知方法，以及从模具中释出(或“脱模”)制品的方法。术语“模压”还包括当可模压混合物处于模具中时可能使用的附加方法，例如，加热该混合物，该混合物与铝或其它金属反应，释放出混入该混合物中的气泡，以及在模具中该混合物体积发生膨胀。

为了使本发明的可模压混合物有效地进行模压，重要的是该组合物在湿状态下应具有形状稳定性；也就是说，模压出的产品必须迅即能够支撑其自身的重量。进一步说，它必须硬化至足以使它能迅速地从模具中脱除。否则，模压过程的费用会使得该方法是不经济的。

获得形状稳定性的模压操作需要在少于1分钟的时间内完成，这样才可以对典型的产品经济地进行大规模生产。优选地，这种形状稳定能力在少于10秒内出现，最优选少于1-3秒内出现。还有，模压制品的表面不应太粘，因为粘度大会使得不能进行脱模操作并会使模压制品的手工操作及堆放变得困难。

本发明的制品还必须具有低的堆积密度(常常堆积比重小于约1g/cc)，得到的轻质产品与由聚苯乙烯和纸制备的通用的一次性使用制品和容器相当。

为了使材料表现出高抗拉强度、韧性和绝缘性的最佳性能，可以使纤维按照本发明在全部的结构基质内以单一方向或两个方向排列或堆积，而不是随机分散。纤维常常优选在一个平面内排列，该平面与水凝可固化板或容器壁的两个表面平行。

这些过程就相对大的、连续和不希望有的气穴而言还导致近于零的孔隙度，而在一般的混凝土制造过程中通常会出现这样的气穴。这大大增加了可模压材料的抗压和抗拉强度并在容器受到外部机械力作用时降低了基质分裂或撕裂的倾向。在典型的水泥产品中的不希望的不连续性或空穴的不应与故意引入的微细分散的微细空气(或其它气体)空穴相混淆。

应按前面所讨论的来设计可模压混合物的流变或流动性以优化每个制备过程。优化过程要求对混合物进行设计使得所选择的方法制备出的制品在功能上具有所需的性能并且能以最低的费用尽可能迅速地制备出该制品。例如，模压法、注模法和盘车拉坯优选使用高粘性的混合物，这类混合物在压力下成型可迅速制备出形状稳定的产品，而吹塑法要求使用可以吹动而不产生破裂的高弹性混合物，

为了使制备方法更易于进行，对优选采用的通用模压过程进行了若干种改进。例如，常常希望用防粘剂处理模具以防止粘附。适用的防粘剂包括硅油、Teflon、Deleron、和UHW。优选，模具本身是用不锈钢制造或涂覆具有很光滑表面的材料，例如Teflon、Deleron或抛光至约0.1RMS的镀铬。

使用摩擦力可达到相同的效果。通过使模压装置的头部相对于水泥材料的内和/或外表面进行旋转，可以解决任何化学和机械粘附(即粘贴)。

在混合物模压和/或固化过程中，常常希望加热该混合物，以便通过对容器孔隙度及体积的适当控制来控制空气空穴体系。再有，通过使表面迅速获得强度，这一加热过程还有助于使混合物在湿状态下(模压后即刻)具有形状稳定性。当然，这种加热有助于迅速从混合物中除去显著数量的水。这些优点导致使用加热过程可以使本发明制品的制备更易于进行。

1.混合过程

在本发明容器和制品的制备中，各种可行的模压途径都可以使用，而优选的方法包括“模压法”、“注模法”、“吹塑法”、“盘车拉坯”、“湿板模压”、和“干板模压”。虽然对于不同的模压过程可模压混合物的组成有变化，但混合方法基本上都是相同的，当然，会使用不同的设备向模压设备方便地提供原料。

如图1所示，为了制备所需的可模压混合物，将有机粘合剂、水凝粘合剂、纤维、水、及其它添加剂优选在一高剪切力混合器中一起混合。高剪切力混合防止了纤维材料聚集成团，生成了分散良好的均一混合物。这种混合改进了湿混合物的一致性且增加了最终干燥或硬化产品的强度和均度。优选还可以在高剪切力混合步骤添加一些较低浓度的聚集体如云母，以便于在尽可能最短的时间内获得均一的混合物。

如上所述，当希望在可模压混合物内通过添加携气剂引入小的、非聚结气穴时，高剪切力混合是特别有用的。在这些情况下，其中，在混合物中已添加水凝可固化粘合剂如水硬水泥或氧化钙时，有利的是可使高剪切力混合器之上的气氛中充满二氧化碳以使二氧化碳与该混合物进行反应。已经发现二氧化碳可以增加可模压混合物的泡沫稳定性，并造成水硬水泥早期假固化。它还是与氧化钙发生反应的组分，以便于产生做为不溶的粘合性沉淀物的碳酸钙。

不同的混合器能够对可模压混合物产生不同的剪切作用。例如，与一般的水泥混合器相比，捏和机产生更高的剪切作用，但与EivichIntensive Mixer或双螺旋食品挤压机相比它的剪切作用是低的。可用于生产本文所述更均一混合物的高剪切力混合器由以下专利文献公开并要求保护：U.S.专利No.4,225,247，标题为“混合和搅拌装置”；U.S.专利No.4,552,463，标题为“制备胶体混合物的方法和设备”；U.S.专利No.4,889,428，标题为“旋转磨”；U.S.专利No.4,944,595，标题为“生产水泥建筑材料的装置”；和U.S.专利No.5,061,319，标题为“生产水泥建筑材料的方法”。为了公开的目的，通过具体引用将前述的专利引入本文中。

使用低剪切力混合可将做为较高浓度组分的凝聚体(有时是水凝性粘合剂)混入混合物中。当添加轻质凝聚体时特别应该如此，这些材料不能承受高剪切条件而不产生破坏，例如珍珠岩或空心玻璃球。优选凝聚体的尺寸不超过制品最终厚度的约30％，因为过大尺寸的凝聚体会损坏辊或型模并在完成制品的表面产生裂纹。

在一实验室典型的混合方法中，使用高剪切力、高速混合器将适当的组分混合约1分钟。之后，使用低剪切力、低速混合器用约5分钟将剩余组分混入该混合物。每批材料总的混合时间因而为约6分钟，但该时间根据可根据压混合物的性质可以进行改变。在工业上，通过使用适当的混合器可以将这种混合过程大大缩短；具体地说，目前优选的混合方法是连续混合系统。

在一个实施方案中，使用能够进行高和低剪切力混合的水泥混合器以分批的方式来计量和混合材料。该混合器每批可处理多至350lb的材料，假定以6分钟的混合周期，每小时能够生成2,000kg的可模压混合物(假定每立方英尺0.5g/cm³)。

在另一种实施方案中，可以使用前述的高速、高剪切力混合器对可模压混合物的组分进行初始混合。然后，将该混合物转移到低速、低剪切力混合器中以完成该混合过程。混合步骤还可以与使用现代挤压设备的挤压步骤(在下面讨论)结合，所述挤压设备包括一个高剪切力混合室。

工业固化目前优的实施方式是将引入可模压混合物中的材料在设备中自动并连续计量、混合、脱气、并通过双螺旋挤压装置进行挤压。图1绘出了双螺旋挤压机12，它包括一进料器14，该进料器将可模压混合物送入挤压机12的第一内室16。在第一内室16之中的是第一螺旋螺杆18，它混合可模压混合物并对其施加向前的压力使其通过第一内室16向真空室20前进。典型的，使真空室20产生负压或真空以利于除去可模压混合物中的不希望有的气穴。

之后，可模压混合物被送入第二内室22。第二螺旋螺杆24使该混合物向型模头部26前进。螺旋螺杆18和24可以具有不同的螺距和取向以有助于混合物的前进并进行低和高剪切能量混合。

双螺旋挤压机12可以用来独立地混合可模压混合物的组分，或者，如图1所示，可以用一混合器给其进料。优选的双螺旋挤压机装置采用匀速转动螺旋其中螺旋转动的方向相同。反向转动双螺旋挤压机其中螺旋以相对的反向转动能实现相同的目的。还可以采用捏和碾磨机用于相同的目的。满足这些说明条件的设备可以由位于Minneapolis，Minnesota的Buhler-Miag，Inc.得到。

混合器的内部构件可以由不锈钢制备，因为由于有较高的水含量对混合器的摩擦不大。但混合器构件可以涂覆碳化物以延长寿命，因而耐受任何摩擦及含凝聚体和水凝粘合剂的混合物可能产生的强碱性条件。

在本发明的可模压混合物内混合的各种组分物质是容易得到的，且可以廉价大量购买。它们可以用袋、箱、或火车车箱装运及贮存，此后移送或用现有技术公知的通用手段卸货。还有，所述材料可以贮存于大型贮藏室中，然后移出并通过运送装置运输到混合地点。

如前面所讨论的，对可模压混合物进行微观结构设计以具有某些希望的性能。因而，在任何批量或连续混合组分过程中精确计量材料和添加数量是重要的。

2.模压方法

模压方法有两种普通的类型：直接模压和薄板模压。直接模压方法包括这样的制品制造方法，其中可模压混合物直接做成所需制品的形状。这些方法包括模压法、注模法、吹塑法、及盘车拉坯。薄板模压方法包括这样的方法，其中可模压混合物首先成形为薄板，然后再将薄板成形为所需制品的形状。薄板模压方法包括湿板和干板方法。

以下所述的方法可以使用造纸、塑料、金属、及水泥工业领域的技术人员公知的通用设备来进行。但所述设备必须进行独特的组合和排布来构成生产本发明制品的功能系统。再有，优选对设备进行少许的改进以优化并增加制品的大批生产。例如，塑料制品的注模要求对模具进行冷却以快速硬化模压的制品。但在本发明中常常优选加热该模具以快速硬化制品。本领域的技术人员根据本公开内容使用通用的设备可以实现本发明制品的制备所需要的对所述设备进行的排布、改进、和操作。

a.模压方法

模压方法包括在两个开口互补型模之间压制所述混合物。其步骤包括定位、成形、赋予形状稳定性、移出、和硬化。

(1)定位

在按照上述制备出可模压混合物之后，下一步骤在模压方法中是在一系列模具之间定位该混合物，以便随后成形为制品。如图2所示，所述模具包括具有一所需形状的阳模28和具有与阳模28基本互补形状的阴模30。阳模28和阴模30构成模压模具。当可模压混合物在模具之间被压制时，该混合物成形为具有模具互补形状的制品。

根据制品所需的形状，可以使用替换形状的模具。如图2A所示的对开模31是一种多部件模具，其部件以不同的角度同时进行挤压以形成复杂的形状，特别是有负角的形状，有该形状的制品可以容易地与模具脱离。相反，如图2B所示的顺序冲模33是一种这样的多部件模具，其各部件以延迟顺序方式一起挤压，由此分段成形制品。使用顺序冲模33有助于消除有深冲压或复杂形状的制品中的气包。另外也可以使用通用的可拆模。各种模具可以组合使用来制成所需的制品。

本发明着眼于两种将可模压混合物定位于阳模28和阴模30之间的一般方法。在图3所示的优选实施例中，阳模28部分插入阴模30中使用得在该两模之间产生缝距32。“缝距32”定义为使模具相交时一个模具相对于另一模具必须运行的距离。当模具互相插入使得在模具之间形成模区时，模具是“相前态”的。“模区”限定了容器所需的形状，并且是当模具相交时将可模压混合物推入的区域。

当将模具定位使得具有一缝距时，在模具之间还存有空腔。该“空腔”包括模具之间的模区，以及对应于缝距的模具之间第二区。一旦形成了空腔，就可以通过一个模具上的孔或通过缝距将可模压混合物置入空腔、且处于模具之间。

在优选的实施例中，阴模30在阳模28之上垂直设备。所述混合物经穿过阴模30的注射口34注入模具之间。将阴模30布置在阳模28之上是优选的，因为在容器成形之后模具要分离，而重力有助于使该容器保持在阳模28上。这是有益的，因为随后可以较容易地从阳模28上移出该容器而不会使容器变形。

在替换上列的实施例中，模具的设置可以使阳模28垂直处于阴模30之上。当混合物具有低粘度时这种布置是优选的，因为阴模30可以用为一种容器，在模具相交之前用来保护该可模压混合物。

在使可模压混合物定位之前，优选将模具之间的缝距减至最小以限制在模具最终挤压或相交过程中该混合物的移动。使混合物的移动减至最小降低了由于混合物不均匀流动造成最终容器的规则的机会。

阳模28与阴模30之间的缝距32典型的范围为约2mm至约5.0cm，优选2mm至3cm，最优选2mm至约1cm。但应当注意，对于大至不寻常的物体，缝距32可以相当大以利于定位该混合物。

优选通过真空挤压机将可模压混合物定位于模具之间，以便于排出该混合物夹带的不需要的空气，这类挤压机例如双螺旋挤压机12不能排出这种空气(除非空气是所希望的，用来产生空穴以赋予绝缘性)会使得到的容器产生缺陷或结构基质不均匀。

可模压混合物的实际注射通常由两级注射器或往复式螺杆注射器来实现。如图4绘出的，两级注射器36具有分离的室用于混合或推进及注射。混合物传输到挤压螺杆40。后者再将混合物送入分离的射出罐。当射出罐42充满后，注射活塞44将限定量的该混合物推入流道46网络中，该流道将混合物送入部分封闭的模具中。如图4所示，可以同时成形多个制品。

如图5所示，往复式螺杆注射器38包括一个室48，其中纵向设置一个螺杆螺旋50。可模压混合物送入室48并被螺杆螺旋50推进。当螺杆螺旋50转动时，它撤回和向螺杆螺旋50的注射端52送入混合物。当在端部52堆积了所需数量的混合物时，螺杆螺旋50停止转动并如前所述向前移动将混合物注入流道46中。

使可模压混合物在模具间定位的第二种方法是当模具仍完全分离时来进行。如图6所示，这种方法包括将一部分可模压混合物成形为块状物54，该部分应足够制备出所需的制品，然后将块状物54置于模具之间，典型的是将块状物54置于阳模28的顶部。随后，当模具相交时，块装物54在模具之间被挤压。

在图7A-B所示的另一实施例中，使用一模板56来放置块状物54。在该实施例中，阳模28具有一个圆周的底58；模板56具有一通道60，其边长与阳模28的底58的圆周基本互补。块状物54成形为直径足够大，以致跨过模板56的通道60。保持块状物54跨于通道60之上的状态，将模板56置于阳模28和阴模30之间，使得通道60与模具互补对准。从而，当模具一起挤压时，阳模28穿过模板56的通道60，以便在模具之间挤压该可模压混合物。

以上方法进一步还包括将模板56放置在阳模28上的步骤，使得模板56位于阳模28的底58周围，而块状物54独立地放在阳模28上。随后，当模具一起挤压时，块状物在模具之间再次被挤压。与使用模板56相关的附加优点将在本文后面针对从模具中移出容器的步骤进行讨论。

(2)成形和模压

在制备方法中的下一步骤是挤压在阳模28和阴模30之间的可模压混合物，以使可模压混合物成形为所需形状的制品或容器。

模具施加的压力使可模压混合物成形为容器的所需构型。因此，该压力必须足够大，以确实将可模压混合物模塑在模具之间。再有，优选该压力应足够大，以制备出有均匀且光滑的最终表面的容器。

施加于可模压混合物上的压力值还影响得到的容器的强度。研究还发现由粘合颗粒结合紧密的混合物得到的产品的强度增加。所使用的在模具之间挤压可模压混合物的压力越大，粘合颗粒被堆挤的越紧密，从而增加了所得容器的强度。也就是说，可模压混合物中的孔隙度越小，所得到的产品的强度越高。

当高压力施加于水浓度纸的可模压混合物时，颗粒间的空间减小。这样，存在于混合物中的水变得更有效包衰颗粒和减少它们的摩擦力。实际上，当对可模压混合物施加压力时，该混合物变得更流体化或可操作性变得更大，这样，需要添加的水的数量减少。这又增加了得到的产品的强度。在本发明的应用中，模具施加的压力越高，在混合物中所需添加的水的数量赵少。这一压力原则还适用于注射方法。

虽然一般希望较高的压力，但它也可以产生负作用。为制备轻质容器，典型的是在混合物中添加低密度凝聚体(例如珍珠岩或空心玻璃球)。当模具施加的压力增加时，这些凝聚体可能会破碎，因而增加凝聚体及所得到的容器的密度，从而降低了凝聚体的绝缘作用。

因而，对由模具施加的压力应该进行优化以使得制品或容器有最大的强度、结构完整性、和低的密度。在本发明内，由阳模和阴模施加于可模压混合物的压力优选为约50PSi至约20,000PSi，更优选约100PSi至约10,000PSi，最优选约150PSi至约2000PSi。但如下所讨论的，压力值应根据模压方法的温度和时间进行改变。

挤压步骤还包括当模具一起挤压时从模具之间逐出空气。不能移出这些空气会导致水泥质容器的结构基质中产生气包或缺陷。典型的是，当模具一起挤压时，通过模具间的缝距来排除模具间的空气。

在图2所示的替代的实施例中，模具可具有多个穿过模具的排气孔62以使得它们是可渗透的。从而，当模具一起挤压时，经过排气孔62排除模具间的空气。由此，排气孔62能防止在空腔内形成气穴。这些气穴会使所述容器变形。

通过使空气返回至空腔，排气孔62还防止当分离模具时在空腔内产生真空。这种真空会对新生成的容器产生不适当的力，从而破坏它的结构完整性。再有，排气孔62还允许在加热过程中产生的过量蒸汽逸出，所述的加热过程将在后面讨论。排气孔62可存在于模具之一中或两者都有。

(3)赋予形状稳定性

制备方法中的下一步骤是对成形的制品赋予形状稳定性。优选通过对可模压混合物加热足够长的时间来赋予形状稳定性，以使容器具有改进的形状稳定性。加热可模压混合物的优选方法包括在挤压可模压混合物之前将阳模和阴模各自加热至一对应的温度。

在挤压步骤之前升高模具的温度有数种功能。为了使可模压混合物模压成容器的过程易于进行而不会破碎凝聚体，在混合物中添加了过量的水。通过对混合物施用加热的模具，可模压混合物中的一部分水以蒸气的形式蒸发，从而降低水的体积百分比，这样增加了容器的最终强度。

还有，当在容器的表面的水蒸发时，该部分可模压混合物迅速变得干燥。在可模压混合物中的干燥颗粒间的摩擦力构成了围绕容器的强的薄“壳”，这给容器提供了形状稳定性。

对可模压混合物进行加热还增加了水凝粘合剂的老化速率及有机粘合剂的胺化或硬化速率。但如下面所讨论的，模具对可模压混合物保持挤压状态的时间是这样短，使得可模压混合物仅有一部分反应变得硬化。形状稳定性所需强度的大部分数值因而是由干燥颗粒间的摩擦力产生的。所以，甚至在获得的形状稳定性之后容器仍处于湿状态。

对湿状态的容器快速赋予形状稳定性的能力是重要的，因为这会允许大批量来生产容器。形状稳定性使得容器可以迅速从挤压装置中移出，这样使用相同的挤压或模压设备可以成形新的容器。

升高模具温度的另一个目的是使用可模压混合物对模具的粘附性减至最小。当蒸汽从可模压混合物中释出时，它在模具和可模压混合物之间产生了“气垫”。这一蒸汽边界层产生了基本上均匀的力来推动可模压混合物离开模具，因而防止了可模压混合物粘附于模具上。进一步说，实验已经确定，如果改变阳模和阴模的温度，当分离模具时，可模压混合物倾向于保持在温度较低的模具上。因此，通过使所需模具处于较低的温度，可以选择当分离模具对要将容器保持在其上面的模具。

为了使生产方法的速度达至最大，模具对应的温度是重要的，该温度部分取决于模具与可模压混合物接触的时间长短。一般来说，希望该温度尽可能的高——温度越高，容器表面干燥的越快，可以移出容器的速度越快，单位时间内可制备的容器越多。

但较高温度产生的问题是，如果可模压混合物变得过热，可模压混合物内全部的水，而不仅是容器表面的水变得气化，一旦分离模具脱模时压力的突然释放会使模压的容器产生破裂、或甚至爆炸。然而，通过加快挤压的关闭打开速度常常可以克服这种破裂。

然而，可模压材料老化的越快，由于不均匀流动使容器内生成缺陷的可能性越大。那就是说，当模具一起挤压时，可模压材料流动成所需的形状。而一旦容器表面的可模压混合物开始干燥时，干燥的部分具有与仍保持湿状态的可模压材料不同的流动性能。这种流动性能上的差别会导致容器结构基质中的缺陷如凝聚块、空穴、裂纹、及其它不规则性。

因此，时间与温度的相互关系是这样的，随着模具与可模压混合物的接触时间减少，可以增加模具的温度。进一步说，当模具间缝距减小时，可以增加所述温度。但是，对可模压混合物发生损坏之前所述温度可以达到多么高的值是有限制的。

为了实现上述所需的目的，优选将阴模和阳模加热至温度为约50℃至约250℃，更优选约75℃至约160℃，最优选约120℃至约140℃。由于前述的原因，希望在分离模具后将容器保持在阳模之上。因此，优选阳模的温度低于阴模。阴模与阳模的温度差值应优选为约10℃至约30℃。

加热的阳模和加热的阴模两者同时与可模压材料接触的时间(即模具相交的时间)优选为约0.05秒至约30秒之间，更优选约0.7秒至10秒，最优选约0.8秒至约5秒。

在另一实施例中，加热容器的步骤还包括在分离模具之后，但在从模具移出容器之前，即容器支撑在阳模上时使可模压容器经受加热空气的作用。加热空气的作用保证容器在从模具中移出之前是形状稳定的。

通过冷却模具也可以获得形状稳定性。即，通过将模具的温度降至室温以下，成形的容器表面的水变得凝结，因而给容器带来了形状稳定性。通过在挤压之前加热混合物并且然后将模具冷却至室温以下，以制品和模具之间可以凝聚一薄的水膜，因而防止制品粘附到模具上。在优选的实施例中，仅冷却容器的表面，因为这样能允许混合物内部继续硬化，这样在壳部升温过程中获得强度。

冷却方法的优化要求模具的温度在约-20℃至约40℃之间，优选-0℃至约35℃，最优选-5℃至约30℃。

在另一个实施例中，通过快速蒸发可以建立形状稳定性。通过使可模压混合物及其它所需添加剂与水合所需要的最少量的水混合，然后向该混合物中添加低气化点的非水合性液体，能够获得易于模压的混合物，这又导致产生高强度的制品。一旦混合物定位成所需的形状，就可允许非水合液体迅速蒸发，从而生产出形状稳定的容器，并可将该容器从模中取出进行随后的老化。非水合液体必须是在水中高度可溶的且在混合物中均匀地分散。做为举例而不是进行限定，非水合液体包括醇、例如甲醇、乙醇、正—丙醇、正—丁醇和正—戊醇。这类非水合液体典型的添加量是水含量百分比的约2％至约50％。

有助于快速制备含有水凝可固化粘合剂的形状稳定的容器的其它添加剂包括各种碳源和其它促进剂，如前面讨论的，添加各种碳源如CO₂和CO能使混合物获得初期强度或形状稳定性。碳酸钠和碳酸钾也可以添加到混合物中，以使所需制品获得初期形状稳定性。在混合物中碳酸盐的典型的添加量为水摩尔浓度的约0.002％至约0.5％，优选0.01％至约0.15％，最优选0.1％至约0.15％。相似的，也可以将柠檬酸添加到混合物中来获得得早期形状稳定性。柠檬酸的典型添加量为水泥重量的约0.01％至约5％，优选0.05％至约1％，最优选0.1％至约0.2％。

各种有机粘合剂也有增加容器形状稳定性的作用。在加热到温度高于60℃时纤维素混合物如甲基乙基纤维素、甲基纤维素、和乙基纤维素形成凝胶。因此，通过使纤维素与可模压混合物相混合，然后通过加热的模具或其它热传导手段进行加热，产生的凝胶可有助于赋予容器形状稳定性。为了能有效地产生形状稳定性，与混合物相混合的甲基纤维素的数量应是湿混合物重量的约0.1％至约10％。

淀粉也可以与甲基纤维素混合或单独与混合物相混合来赋予容器形状稳定性。加热含有淀粉的混合物至温度高于100℃以熔化或溶解淀粉。然后使混合物冷却，允许淀粉固化来粘合水泥颗粒并凝聚成形状稳定性增加了的状态。为了有效地用做粘合剂，与混合物混合的淀粉的数量应为湿混合物重量的约0.1％至约10％。淀粉与甲基纤维素混合使用在所述混合物加热和冷却过程中可增加形状稳定性。

如前面在应用中所讨论的，还有数种在混凝土领域使用的公知促进剂可以在水凝可固化混合物中添加来限制成形制品获得形状稳定性所需的时间。这些促进剂在混合物中典型的添加量为水泥重量的约0.05％至约1％。

就所附的权利要求而言，术语“固化促进剂”的意义在公知的促进剂之外还包括上述的碳源、碳酸钠、碳酸钾、纤维素混合物和淀粉。

最后，应注意在混合物中仅添加极少量的水或存在水缺乏情况时，使用湿度为室温的模具可以获得形状稳定的容器。另一方面，当混合物中水浓度高或使用厚板时，要求在分离模具后容器达到形状稳定之前应暂时保持支撑在一个模具上。为了促进这些容器达到形状稳定，可以使用各种形式的热传导如吹热风或施用微波来干燥容器的暴露表面。

(4)移出

在模压的制品已获得一定的形状稳定性之后，将新成形的容器从模具中移出。在优选的实施例中，当分离模具时，新成型的容器保持在阳模上。在一个实施例中，当分离阳模和阴模时对它们进行旋转以防止容器粘附到模具上。

如前面所讨论的，一旦分离了模具，就可以用加热的空气在容器上吹扫数秒以进一步增加形状稳定性。然后可以将容器从阳模中移出而不会变形。在优选的实施例中，使用称作气动运输的标准方法来从阳模中移出容器。气动运输是这样一种方法，其中对容器施以负压，以将容器从模具中吸出。容器然后运行通过一“U”形管，它将容器朝上放置下来。

气动运输方法是优选的，由于它对形状稳定的容器有缓和的操作方式且运行及设备费用低。干燥容器用的加热空气可以用来提供总体气动运输，将容器载运经过所述管的长度。也可使用穿过阳模的空气导管来在模具和制品间注入空气以提供均匀力将容器推出阳模。

在一个实施例中，空气导管和排气孔可是同一个。注入空气导管的空气必须足够低以不损伤容器。在优选的实施例中空气导管位于阳模上以利于将容器从阳模中移出并进入所述管中。

在另一个实施例中，通过简单地将容器拿出而可以机械地从阳模中移出容器。但这种方法要求异常小心以不使容器变形。机械移出水泥质容器的优选方法包括使用模板56。

再次参照图7A-8，模板56位于阳模28的底56的周边并是可移动的。通过提升或降低阳模28将容器经容器口载于该模板上。

当容器从模取出时，由于其干燥的表面，故容器形状稳定，但是容器在其壁之间仍含有湿混合物，因此它不会达到最大强度。在此条件下，沿容器的垂直轴压缩的强度最大，故使用模板56的优点是施于移动容器上的力沿容器的最坚固轴之方向，进而把容器的可能变形减至最小。

b.注射成型方法

与模压法对比，注模法需要在高压下把可模制混合物放入封闭塑模中，制品形状稳定后，打开塑模并移去制品使之完成硬化。注射成型法要求使用一注射装置将混合物置入模压装置内。注射装置一般包括往复螺旋注射器38(在图5中示意说明)或二级注射器36(在图4中示意说明)，这与前面模压法所讨论的一样。注射过程在预定速度和压力下进行以保证模具充填完全。

如图8所示，可模制混合物经过流动槽46注入到模压装置中，该模压装置包括与模腔66匹配的芯64，模腔66是与芯64基本上互补的形状。由于芯64和模腔66被压在一起且被模压活塞68持紧，故形成所需形状的封闭注射成型模具70。模压装置可以形成适于批量生产所需制品的各种封闭模具。当芯64和模腔66压在一起时，安装在模型70之间的锁模圈72帮助它们对准。

与注射模压方法类似，当混合物被注射时，它被外力作用通过流道74网络经口76进入每个封闭模具70。气道78也与每个封闭模型70连接，当模具被充满时使空气逸出。一旦模型充满，口76封闭以便让成模制品得到稳定形状。

为保证所成形的制品质量稳定，模压装置应平衡而使之在相同压力下把混合物供给每一模腔。通过确保出自注射装置的每一流道74具有相等长度和相等数目的回转来获得流动平衡。含多至大约64个模腔的模具采用这种平衡方法能可靠地操作。

注射成型方法最常用于具有较大长厚比的薄壁型制品，如酸乳酪和人造奶油的薄壁容器。长度为模腔中的最大流动长度，厚度为该部件的平均壁厚。此比例可高达400∶1。为批量生产制品并保证模恰当地充填且基质均匀，注射混合物的压力范围是约500psi-约40,000psi，优选约10,000psi-约35,000psi，最优选约25,000psi-约30,000psi。施加的压力量部分地取决于混合物的粘度，粘度越大，所需压力也越大。

正如在模压法中讨论的一样，相同的原理、方法以及从混合物中排除空气的参数，加压下使混合物成型，对制品赋予形状稳定性，这些都与注射成型方法有关，例如，图8所示加热线路80能用于传送热液体而使封闭模70中的可模制混合物受热，由此迅速赋予制品形状稳定性。

最后，部件注射有两个基本方法：机械的和空气的。机械注射通常使用围绕每一模芯的脱模圈以物理作用推动部件脱离芯，而空气注射则使用空气喷气来松驰部件并将它吹出芯。空气注射是更惯用的方法，因为它包含较少移动部件，因此维修较少。此外，对空气注射来说，部件能够制得更薄并较早地在循环中注射，理由是它不需要机构注射所需的侧壁强度。

c.吹塑成型方法

吹塑成型是用于制造主要为瓶类的空心物件的方法。空气或有时为氮气用来把称作型坯的一些可模制混合物相对于阴模腔进行膨胀。用在本发明可模制混合物的两个基本吹塑成型方法包括注坯吹塑和挤坯吹塑。

(1)注坯吹塑

注坯吹塑方法如图9所示按三段方法实现。在第一阶段，如前面讨论的往复螺旋注射器38将混合物经注射通道46注射入型坯模腔82且围绕其中安装的芯杆84。形成的注射成型“试管”状型坯86转移到芯杆84上进入注坯吹塑模型88中，该模型88具有制品所需形状。第二阶段，空气通过芯杆84吹入而使型坯86相对于模具88的模腔膨胀。再让成型制品得到形状稳定性。最后，第三阶段，把形成的模制品从模具取出，随后从芯杆84上借助安装在其附近的脱模板将制品剥落。

注坯吹塑通常用于小瓶，一般容量小于16fL OZ，该方法可自由剥削，具有极精确的部件重量控制和领部磨光细致。另一方法，部件的比例有点受限，手持容器不实用，用具成本也较高。

(2)挤吹成型

如图10A-F所示，挤出吹模中，一旦可模制混合物被制备，它随管92挤出到自由空气中。挤出可通过前述连续或间歇挤出机来完成，这取决于需要的制造方法。管92，亦称作型坯，挟在模腔94中的挤坯吹塑模具96的两半96a和96b之间，模具96具有所需形状。吹塑销98插入管92，通过它进入空气并使管92相对于模腔94膨胀。一旦混合物被吹成所需形状，就让制品得到形状稳定性，模96的两半再分离，取出制品进行硬化。不同于注吹成型，溢料是该过程中的副产品，必须修剪并回收。当管92被模的两半96挟在一起并密封时产生了多余部分。

对本发明的可模制混合物执行上述吹塑成型方法时，混合物必须具有足够高的粘度来保持自身型坯，同时还具有足够的弹性使之在吹气中膨胀成所需形状的制品。按前面所讨论，可模制混合物的流变学特性可通过加入各种混合物进行微观结构设计从而得到所需的性能。这样一种混合物典型地含有高浓度有机粘合剂，它的作用是增加稳定性和弹性。

在模压方法中讨论的相同原理、方法以及从混合物中排除空气的参数、加压下使混合物成型，赋予制品形状稳定性以及从模具中移去制品都与吹塑成型方法有关。例如，正如先前描述的其它过程，吹塑制品的形状稳定性可以通过加热模头，各种固化促进剂，或缺乏水来获得。

d.拉坯方法

拉坯实际上是陶轮的机械翻译，是用于制造开口对称制品的方法，如碗、锅和盘。如图11A-D所示，该方法需要使用辊头100，拉坯模具102，和芯轴104。一旦可模制混合物按前述而制备，适量混合物106制成盘并放置在模具102底上。将混合物106制成盘不是关键，但它用作均匀物件能够更方便和均匀地成型。

放置于模具102中的混合物106，模具102放在芯轴104上且靠此转动。旋转的辊头100降低到模具102中以便相对于模具102的侧壁压制可模制混合物106。这种方法要求可模制混合物的流变性接近粘土，一旦材料在模具102的表面上均匀分布，则移走辊头100，多余材料从模具102的边缘刮除，让成型制品获得形状稳定性。

在优选实施方案中，辊头100和模具102由抛光金属制成以便制造表面光洁的制品，并且有助于防止成型混合物与辊头100和模具102之间的粘结。另外，与模压模具类似，优选的辊头100和模具102能够被加热从而迅速地使制品得到形状稳定性，同时产生流阻来限制制品粘结到模具102和辊头100上。获得形状稳定性后，通过在模具和制品之间吹入空气或者借助机械方式将制品从模具中取出。

在模压方法中讨论的相同原理、方法以及从混合物中排除空气的参数、加压下使混合物成型、和赋予制品形状稳定性都与拉坯方法有关。

e.湿片成型方法

湿片成型方法是两步制作方法，其中可模制混合物首先定位成片材，该片材再成型为所需形状，之后完成片材的硬化或固化。

(1)挤出

一旦可模制混合物被适当地混合，就将其运送到片材成型设备，其中一般包括有挤塑机和一系列辊。参考图12，它示明了适于由可模制混合物制造片材现在所优选的系统，该系统包括混合机10和双螺钻挤塑机12，如前所述，与压薄辊108连接发生作用。在一个供选择的方案中，通过去掉挤塑机12而将混合物直接送进压薄辊108可获得同样的过程。

在第一步中，通过首先把可模制混合物经适宜的模头挤出，再将挤出材料经过一对或多对压薄辊108而把可模制混合物成型为精确厚度的片材。

图12表示螺钻挤塑机12，它具有模头26和模缝口110，其中包括模宽度112和模厚度114。模缝口110横截面的形状被成形而制造所需宽度和厚度的片材，综们一般相应于模宽112和模厚114。

螺钻挤塑机12可由活塞挤塑机代替，如前述的两段注射器36或往复螺旋注射器38。使用活塞挤塑机的优点是能够对可模制混合物施加更大压力，但是，由于本发明典型使用的高塑性特征之混合物，一般不需要，或甚至不利于施加比运用螺钻挤塑机更大的压力，此外，活塞挤塑机不能生产连续片材，而螺钻挤塑机则能够。

尽管模的优选宽度和厚度取决于要制造的具体片材宽度和厚度，但挤出片材的厚度通常是最终压延片材厚度的至少两倍，有时是许多倍。减薄量(相应地，厚度系数)将取决于片材性能问题。因为减薄过程有助于控制纤维取向，故减薄量通常与所需取向程度一致。此外，厚度减少越大，片材的伸长越大。在一典型制造方法中，厚度约6mm的挤出片材可压延成厚度约0.2mm-约0.5mm的片材。

除用来成型本片材的窄模缝口外，其它模头形状亦可用来成型其它种物件或形状。例如，在某些情况下可能不需要挤出特别宽的片材。为完成该目的，管道被挤出，并利用模头外的刀连续切割和铺开。

为了使可模制混合物挤出，施加的压力量通常取决于将混合物通过模头所需压力，以及需要的挤出速度。应当知道，挤出速度必须细他控制以便片材成型速度与片材在压延步骤中经过压薄辊之速度一致。

决定挤出最佳速度或速率的一个重要因素是片材的最终厚度。较厚的片材含有更多的原料，要求较高的挤出速率来提供必须原料，相反，较薄片材含有较少原料并要求较低挤出速率以提供必须原料。

经由模头挤出可模制混合物的能力，以及其挤出的速率通常为混合物流变性、操作参数和机械性能的函数。水量、有机粘合剂、分散剂，或水硬粘合剂的最初水合量之类的因素都影响到混合物的流变性能。因此，挤出速率可借助控制混合设计和可模制混合物的固化或硬化速率得以控制。

如前文所述，当混合物缺少水以及颗粒堆积程度最优化的情况下，需要合适的压力来临时增加可模制混合物的易加工性。当混合物在挤塑机中压缩时，压缩力使颗粒聚在一起，因此，减少了颗粒间的相互空间并增加了用来润滑颗粒的表观水量。按此方式，易加工性被增强直至混合物经由模头挤出，此时，降低的压力使混合物在硬度和未熟强度方面几乎立即增大。

根据上列每一因素，为了挤出可水凝固化混合物，挤塑机施加的压力量优选范围是约50KPa-约70KPa，更优选范围约150KPa-约30KPa，最优选约350KPa-约3.5KPa。

经模头挤出可模制混合物使得该混合物中的单纤维沿挤出片材的长度方向取向。如下所述，当片材进一步在减薄过程中伸长时，压延工序还将使纤维在长度或“Y”方向取向。此外，使用在“Z”方向上具有不同间隙的辊(如圆锥辊)，某些纤维还能沿“X”方向，即片材的宽度方向取向。因此，通过挤出和压延能够制成具有两个方向取向的纤维的片材。

本领域普通技术人员知道：挤出步骤不需前述使用“挤塑机”，该术语是用于本技术领域。挤出步骤的目的是连续、有规律地将可水凝固化材料供给辊。挤出步骤优选地沿材料流动方向取向。该特点亦可为了解本领域技术的其它机械师来完成，从而经由一适当的开口来实施材料的“挤出”或流动。致使可水凝固化混合物流动所需外力可以是，例如由重力供给。

(2)压延

尽管本发明制品可直接从挤出片材而成型，但优选将其通过至少一对辊之间来“压延”挤出的片材，该目的是改进片材的均匀性和表面质量，多数情况下，是减少片材厚度。需极大地减小片材厚度的情况下，常常要用多步来减小片材厚度，其中片材经过多对辊，每对辊之间的间隙距离逐渐缩小。

参考图12，它表示了本发明的一个实施方案，其中在压延步骤中采用了一系列辊。每一对辊中的辊具有类似的直径，但某些情况下最好使用较小直径的辊与较大直径的辊联合。如图13所示，一组或一对辊116一般包括两个单独的辊118，它们互相邻接安装，其间有预定间隙距离120，当压薄片材经过一组辊116之间后，两个单独辊118之间的间隙距离与该减薄的片材124所需要的厚度122一致。

当经过一对辊后片材的厚度减少时，它亦沿前移(或“Y”)方向拉长，片材拉长的一个结果是纤维沿“Y”方向进一步取向或有序，按此方式，压薄工序与最初挤出工序联合作用使片材在“Y”，或长度方向具有基本上单方向取向的纤维。

片材拉长的另一结果是当其在一对压薄辊之间经过时片材得以“加速”。再参考图13说明，辊外表面的切向速度V₁非常接近于压薄拉长片材离开辊时的速度V₁，而不是片材进入辊间间隙之速度。

借助于实施例，如果片材厚度减小50％并假定在压薄工序没有变宽，则片材拉长到原始长度的两倍。将片材进入辊的速度与离开辊的速度相比，片材速度提高了一倍。因此，如图13，如果片材厚度减小50％，则V₁＝2×V₀；从“a”点到“b”点的速度加倍。片材的加速和辊的减压对片材引入了大量的剪切力，如果该力太大就会损坏可模制基质。

施加过大的剪切力会破坏片材结构基质的整体性，由此产生内部缺陷并削弱片材。正因为如此，片材的厚度应多步减少，以能足以避免对片材的损坏。根据典型的生产参数(如使压薄步骤数目最少、使纤维取向，和控制可模制混合物的流变)，片材的厚度减小在单个压薄步骤中(即经过任何一组辊之间)优选不超过约75％，更优选不大于约50％，最优选不大于约30％。

每一辊的直径根据可模制混合物的性能和片材的厚度减小量应优化选择。当优化选择辊直径时应考虑到两个竞争因素。其一是，当片材经过辊之间时，较小直径的辊趋向于对片材引入较大量的剪切力。这是因为当使用较小辊时比使用较大辊时，片材上的向下压缩角(和平均加速度)总体上要大。

因此，从这一观点出发，较大直径辊似乎比较小直径辊更有利，因为较小的剪切力理应对结构基质产生较少缺陷。

但是，较大直径的辊也存在缺点，即可模制材料与辊接触时间较长，因此，在压延工序中导致片材加快变干，此情形下辊被加热以防止粘结。(因为更多的片材与较大直径辊相接触，所以当使用较大直径辊时加热更为重要以便防止粘结)。尽管某种程度的干燥是有利的，但压延工序中片材干燥过快会导致可水凝固化基质破碎及其它缺陷。受同样剪切力作用下，与较湿片材相比，较干片材较少可能不破坏结构基质而制成新形状。因此，从这一观点出发，使用较小直径辊有利于减少在压薄辊中的干燥影响。

据此，辊直径最好进行优化选择，使之小到足以在压延工序中防止材料的过分干燥，同时大到足以降低施予片材的剪切力量，由此在每一压薄步骤中让片材厚度较大地减小。通过使片材厚度减小量达到最大，压薄步骤的数目能为最少。

如前文所述，最好对辊表面进行处理以防止片材粘或附着到辊上。一种方法包括加热辊，致使可模制混合物中的某些水蒸发并在片材和辊之间形成流阻。蒸发一些水会降低混合物中水量，故增加了片材的未熟强度。但辊的温度不能太高以致于使片材表面干燥或硬化到产生残留应力、破碎，剥落或片材的其它变形或无规则性。因此，辊优选加热到温度约50℃-约140℃，更优选约70℃-约120℃，最优选约85℃-约105℃。

当混合物中水量增加时可模制混合物的粘性一般也增加。因而如果混合物含较多的水辊通常应加热到较高温度，这样做是有益的，因为高含水量的片材一般须除去更多的水来获得合适的未熟强度。

最后，我们发现加热本发明的可模制混合物增加了水硬粘合剂和有机粘合剂的硬化速率。由于受热的辊能驱出大量水并改善形状稳定性，故当片材变得较干时，每一连续的压薄步骤中可接受的片材厚度减小量通常降低。这是因为缺陷带入结构基质之前较干且硬的片材能承受较小剪切。

在另一实施方案中，通过冷却辊到室温或低于室温来减少片材与辊之间的粘附。例如，挤塑机中把混合物加热到较高温度，再使片材表面冷却而导致蒸发水冷凝，于是在片材和辊之间形成一水薄膜。辊应冷却到足以防止片材表面粘附在辊上，但不致太冷而使片材冻结或变得过硬或不柔韧，从而在压延工序中片材破裂或破碎。

材料过冷还会极大地阻滞水合反应，但在某些情形下可能需要这样。因此，由于对受热了的混合物冷却决定了防止片材的粘附，把辊冷却到所优选的温度是约-20℃-约40℃，更优选约0℃-约35℃，最优选约5℃-约30℃。相反地，一般优选将挤出混合物加热到温度为约20℃-约80℃。该温度与辊的温度相关。

减小辊与片材之间的粘附量的另一方法是处理辊表面，从而使其较少。辊典型地由抛光不锈钢制成，并用不粘性材料，如抛光铬、镍或聚四氟乙烯涂层。

(3)定型和成型

一旦片材形成，下一步是将一部分片材制成容器或制品所需形状。如图14所示，该方法与模压法类似，即片材在所需形状的阳模28与阴模30之间受压，阴模30基本上具有与阳模28互补的形状。当一部分片材压于模之间时，混合物被成型为具有互补模形状的制品。

尽管坚固的单件膜(阳模和阴模每个都含有一固体件)是优选的基于便利和经济的模，供选择的模包括前述的拼合模，连续冲模以及组合模。

正如在模压方法中一样，由模施加到片材上的压力量起几种作用，当确定要施加多少压力时必须考虑这些作用。当与直接注射材料相比较使用材料片时，在模压方法中讨论的参数和注意事项通常也适用于湿片成型方法。

从片材制成容器的另一方法中，如同常用于塑料工业一样，可以采用各种真空成型法。真空成型利用大气压力(约14.7PSi)使片材顺应模具。阳模和阴模都可用于真空成型。

说明书和所附权利要求书中使用的“真空模具”一词旨在包括用于真空成型的阳模或/或阴模。

图15A-B所示的区域成型使用一个真空阳模具126，它具有与之连接的真空孔128。片材放置于模具126顶部之上，或者模具126放入片材。然后片材和模具126之间的空气通过真空孔128抽出，使片材与模具126轮廓相符。形成的制品在中心部分最厚，在该处材料首先触及到模具126。产品在周边的高拉长区域最薄，该处与模具126接触最迟。

图16A-B所示的直接的真空成型使用一个真空阴模具130，它具有与之连接的真空孔132。片材沿阴模具130顶部密封。然后模腔通过真空孔132抽空，大气压力推动材料紧贴模腔的侧壁。这一成型工艺与由阳模126用区域成型制造的同样部件相比，导致完全相反的材料分布(中间薄且边缘厚)。

如图17A-B所示，区域真空成型与区域成型相反而与直接的真空成型相似，不同之处是片材的边缘全被压到阴模130底部，之后膜腔被抽空。这为成型工序提供更好的真空条件。

快速反吸成型，气胀/气滑成型和区域气胀成型(billow drape)是多步骤真空成型工艺，通过片材的预拉伸，之后与模具接触，对在阳模上制造出的产品的壁厚均匀性加以改进。使片材在空气中不接触任何东西的情况下自由拉伸能使材料均匀地变薄。因此，片材表面积增加使得它与模具更紧密配合。

快速反吸真空成型，如图18A-B所示，采用真空箱134，其中箱孔136与真空阳模126连接。片材靠到真空箱134上密封，足以使片材伸长所需量的部分真空通过箱孔136施加于真空箱。然后推进真空阳模具126形成凹片材。真空箱134与大气相通，并在真空阳模具126上抽真空。然后大气压迫使材料紧贴真空阳模126。

图19A-B示意的气胀/气滑真空成型采用真空箱134，其中可移动地安装有真空阳模具126。片材靠到真空箱134上密封。箱134用压缩空气加压，且片材向上胀起以形成膜泡，它产生适宜的伸长。真空阳模126被推起进到凸膜泡。真空箱134和真空阳模126被推起进到凸膜泡。真空箱134和真空阳模126再抽空，片材被迫使紧贴真空阳模具126。

如图20A-B所示，气胀区域真空成型是逆向拉伸技术，它采用真空箱134在片材中吹一膜泡。与真空箱134相反安装的真空阳模具126被推进凸膜泡中。膜泡中的空气接受控方式通向大气。通过与通向由真空阳模具120代替的空气量相匹配，片材相对真空阳模具126包裹或包膜。当真空阳模具126完全深入片材时，对真空阳模具126施加真空，且将真空箱134向大气排气而完成成型操作。

模塞助压和气胀/模塞助压/快速反吸是多步真空成型工艺，用来改进由阴模制造的部件的壁厚均匀性。它们利用机械助压(模塞)来迫使更多材料成为部件的高度干燥区域。

图21A-B所示的模塞助压真空成型用来与直接的真空或区域成型技术联合。模塞140安装在与真空阴模130相对的台板142上。片材靠在真空阴模130上密封。且模塞140推动材料进入真空阴模130，之后抽真空。当真空阴模130被抽真空时，材料脱出模塞140并向上紧贴模具腔。

如图22A-C所示，气胀/模塞助压/快速反吸成型结合了几种不同的成型技术。片材靠在真空阴模130上密闭。通过吹一模泡，模130受压力而把片材伸长。模塞140与真空阴模130相对地安装，它被迫使进入凸泡中，模泡中替代的空气受控制地排气，这致使材料在模塞140上被包膜。当模塞140完全扩展时，真空阴模130被抽真空，材料被推出模塞140而到真空阴模130上。

压力成型使用除大气压外的压缩空气。压力范围典型地是约40Pa-约200Pa。压力成型要求具有压力箱中的台板和/或模之特殊设备，它能够闭锁和保持必须压力。压力成型能并入前述任何真空成型技术之中。

图23A-C所示的双片成型方法制造出空心部件。两个片材放置在两个压力阴模144之间，其周边相齐或表面相接触。压力阴模144的模腔轮廓可以相同或不同。当模具相遇时，压力阴模144合在一起将两片材结合。两片材既可同时压力成型又可随后利用传统成型工艺进行真空成型。

所附权利要求中使用的“真空成型方法”一词旨在包括压力成型和双片成型方法，以及专门列举的真空成型技术。在另一实施方案中，随后压制相应形状的坚固。真空成型制品有益于改进制品的表面光洁度。

(4)赋予形状稳定性

在成型制品中得到初始形状稳定性可以按照模压法中讨论的基本上相同的方法来完成。

f.干片成型方法

干片成型方法与湿片成型方法的类似之处在于混合物首先成型为片材。但相反的是，干片成型方法中，片材在成型为所需制品之前完全是干的。

(1)挤出和压延

同“干片成型”方法相关使用的挤出和压延方法在所有材料方面，基本上与温片成型方法优选采用的那些相同。当然，在操作线中运用不同加工设备可能致使需要对挤出方法作些改进，但根据前述说明，这种改进包括在本技术领域之中。

(2)干燥

尽管压延步骤常导致可模制片材部分或甚至大部分干燥，但在干片成型方法中最好进一步干燥法材以便获得具有所需硬度、抗拉强度、和韧度性能的片材。干燥片材的优选方法包括使用大直径、加热的干燥辊、有时在本领域称为“Yomkee”辊，但也可使用一系列较小的干燥辊。

压薄辊一般按成对辊来对准，与之相反，干燥辊是单独对准以使片材按顺序单独地经过每一辊的表面。依此方式，可模制片材的两侧分多步交替地干燥。压延步骤中片材以线性路径于压薄辊之间经过，而干燥步骤中当包裹和通过干燥辊时，片材沿正弦曲线路径。

参考图24，当片材从双螺钻挤塑机12挤出时，成型的片材经过一对压薄辊108，再经过一系列干燥辊146。与第一个干燥辊邻近的一侧由干燥辊进行加热。而另一侧暴露于空气中。加热的片材以蒸汽形式失去水，水可从辊的侧面逸出或者从辊相对的片材表面逸出。蒸汽还可在片材和辊之间形成不粘性阻挡层。当片材在其路径上连续时，它被滚动到第二个干燥辊上，在此，其另一侧便与辊表面接触并干燥。为了按所需量来干燥片材，此方法可根据需要连续进行许多步骤。

干燥辊的温度取决于许多因素，包括当片材通过具体辊时片材的水份含量。无论怎样，干辊的温度应低于约300℃。尽管可模制材料不应加热到250℃以上，从而防止有机成分(如流变改性剂或纤维)的破坏，但只要混合物内存在充足的水当水蒸发时能够冷却材料，也可采用加热到该温度之上的辊。然而，当干燥过程中水量减少时，辊的温度应降低以避免材料过热。在某些情况下，优选运用与干燥辊相连接的干燥道或室。这种方法在说明书后面部分有非常详细的讨论。

某些情况下，上述干燥工序是片材用于成型为容器或者滚动到卷筒或堆叠作为需用片材之前的最后步骤。在其它一些情况下，特别是要求片材具有较光滑、更象纸一样的光洁度的情况下，这种干燥步骤后接着一个或多个下述附加步骤，包括压实步骤和/或抛光步骤。就压实来说，在供选择的压实步骤中，通常最好让片材保留一定量水份以避免可模制基质破裂。

(3)供选择的抛光方法

在许多情况下，为了获得最终厚度、公差、和表面光洁度，可能要求将可模制片材压实。此外，压实工序能用来除去可模制基质内的不必要空隙。参考图25，片材在干燥工序中基本上被干燥后可选择性地经过一对压实辊148之间。压实工序一般能得到较高密度和强度、较少表面缺陷和较薄厚度的片材。压实辊的压力量应调节至与片材的具体性能相符合。

为了压实片材而又不致于进一步拉伸片材和破坏结构基质，重要的是控制干燥工序使得片材含水量在最优范围。如果片材含水太多，则压实辊就如同压薄辊类似的方式使片材伸长。

另一方面，如果片材含水太少，则压实步骤会破坏结构基质，而制成劣质片材。即使破裂是微观且肉眼不可见的，但结构基质的破裂使片材的最终强度降低。

因为压实工序(包括单步或多步压实)常常涉及稍湿润的片材，故在压实步骤后最好按前叙干燥工序类似的方式对片材作进一步干燥处理。供选择的干燥步骤可使用供选择的干燥辊149(如图24所示)、干燥道、或两者联合来进行。然而在某些情况下，片材勿需第二干燥步骤便可进一步加工，如片材立即用来成型为容器或其它物件、片材要被刻线，或者稍含水份的片材更有利的情形。

还优选将片材通过一对或多对上光辊150来进一步改变可模制片材的表面。例如为了制造一面或两面都为非常光滑或明亮表面的片材，片材可经过一对硬式和软式辊(图26)之间。“硬式辊”一词是指辊152，它具有非常光洁的表面，使片材面很光滑地与硬式辊接触。“软式辊”一词是指辊154，它的表面能够在软式辊154和片材之间产生足够的摩擦而拉动片材通过硬式和软式辊对。这是必需的，因为硬式辊152通常太滑以致不能拉动干片材通过一对硬式辊。并且，为了让颗粒在片材表面排成行，硬式辊的一定滑动是有利的。抛光工序可选择性地借助在片材表面喷水，和/或用粘土、硫酸钙、或本领域普通技术人员已知的其它适宜涂层材料涂覆片材表面来促进。

还优选将可模制片材加工成半透明或全透明片材。降低不透明性并形成半透明或全透明片材的一种方法包括让片材经过一对或多对辊之间，该辊具有足够压力来减小片材内空气空隙体积，从而减少光的衍射。另一方法包括让片材经过一对硬式和软式辊来形成非常光洁的表面之上述方法。片材的不透明度亦可通过加入二氧化硅、纤维和Tylose^来降低。此外，可以利用这些降低片材不透明度方法的组合形式。

另一实施方案中，上光辊能获得所需质地，如网状或有波折的表面。如果需要，辊可以在片材表面印上标识或其它图样。能加上水印的特殊辊可单独使用或与其它任何这类辊联合使用。

一旦片材成型工序完毕，硬化的或半硬化的片材可立即用于本制造容器的地方。或者将其存放并按需运输或运送到制造地，例如大型辊151(图25)或卷筒，或单片材堆叠。

(4)片材的供选择的加工

根据上述方法制备的片材可进行附加的加工步骤，这取决于片材所需性能，或换句话说，取决于片材的最终用途。这些供选择的加工方法包括层压、折皱、刻线、打孔、上绉纹、仿羊皮处理或它们的组合。

(a)层压方法

对片材层压可使其赋予各种性能。按本说明书和所附权利要求书之目的，术语“层压片材”或“层压板”(当用作名词时)是指至少一层是片材的至少有两层的片材。“层压材料”或“板坯”是指层压片材的任何构成层，包括一片材或其它材料。多层组合的层压板包括在本发明范围内，即层压板的一层是片材的范围。层压板可通过加入、粘结、或并入至少两层在一起而形成。层压板的厚度依据所预期的层压板性能特征而不同。

粘结、粘附或并入到含片材层压板层的层压材料可包括另一片材，当层压在一起能赋予片材所需性能的材料，下述作为涂层或粘合剂的材料，或者它们之任意组合。增加片材性能的材料实例包括有机聚合物片、金属箔片、离子交联聚合物片、弹性体片、塑料片、纤维片或毡片、纸片、赛珞玢片、尼龙片、蜡片，以及敷金薄膜片。

常规层压机可用来将片材与其它层结合。层压板还可通过两层或多层片材或一层片材与其它材料共挤出而制成。

本发明范围内的层压板可使用或不使用粘合剂把片材和其它层或多层粘合起来而形成。片材和另一层之间(或层压板的其它多层之间)的粘合程度可从稍微粘结到超过片材或被粘合材料之强度的结合。

只要片材处于足够的“未熟状态”(“green”)来实现单层板坯间的有效粘合，那么片材与另一层的粘合可以不使用粘合剂。含水溶性材料的层压板层可以粘结到稍含水份或再润湿的片材上。

用粘合剂形成粘合可通过许多不同的方法实现，包括湿法粘合层压，干法粘合层压、热层压和压力层压。使用的粘合剂包括水质粘合剂(天然的和合成的)，热熔粘合剂，以及溶剂型粘合剂。

片材和另一层的湿法粘合层压包括使用任何液体粘合剂来粘合两层。适用于湿法粘合层压的天然水质粘合剂包括植物淀粉基粘合剂，蛋白基粘合剂，动物胶，酪素，和天然橡胶胶乳。实用的合成水质粘合剂通常包括树脂乳化液，如聚醋酸乙烯颗粒在水中的稳定悬浊液。水质粘合剂气味小，颜色淡、毒性低，具有广泛的粘合运用范围和优良的老化性能。热塑性聚合物是有用的热熔性粘合剂，它在熔化状态应用而在冷却下固化成型。热熔性粘合剂一般比其它粘合剂固化快。实用的溶剂型粘合剂包括聚亚氨酯粘合剂、溶剂质乙烯—醋酸乙烯体系和其它压敏橡胶树脂。

金属箔烫印方法制造层压板也在本发明范围内，金属箔烫印包括使用热和压力把载体薄膜上的薄金属或颜料涂层转移到片材或容器表面以获得图案装饰效果。该技术可与压花法结合使用以得到具有反射的、具光泽的凸纹表面的层压材料。

(b)波纹成型方法

片材可能需要按照与波纹板相似的方式进行波纹成型。让片材，最好是半湿条件下经过一对图27所示的起皱辊而完成。片材的水份含量应加以控制使得波纹成型工序不致毁坏可模制基质，某些情况下甚至会导致片材撕裂或扯破，相反如果片材太湿，波纹片可能缺少必需保持波纹形状的未熟强度。片材中水的体积百分数优选是约1％-20％，更优选约3％-15％，最优选约5％-10％。

波纹片材可单片运用或如上述与其它片材结合形成层压板。波纹片可与一单张平片材层压或与从其它材料成型的片材层压而形成“单面”波纹片。在两张平片材料之间夹入一波纹片形成“双面”片材。多层波纹片可通过交替平片和波纹层来制成。单面、双面和多层波纹片特征是密度较小，硬挺度大，抗压强度高。它们可用于需要这些性能的制品，如容器和包装材料。

单张波纹片的强度和韧性可根据每线性英尺上不同数目的波纹或沟槽而改变。每线性英尺上沟槽数增加就形成较柔韧的片材，沟槽减少则得到有高度缓冲能力的强型片材。形成的多层波纹片可为两张或多张具有不同每线性英尺沟槽数的波纹片。当刻线，刻切和打孔(下文详述)时，波纹片的每个沟槽产生片材更自然地弯曲或褶折的定位。但是，片材沿与沟槽行相垂直方向实际上特别硬和强。因此，容器或其它包装材料一类的制品应加以设计以使得需要时波纹片能承受最大韧性和最大硬挺度，如制品要被叠置时。

下文将详细描述的涂层也能应用作为波纹成型方法的一部分。涂层，特别是蜡或聚乙烯可以在波纹机上用热辊涂布器进行涂覆。涂层还可借助于把波纹毛坯进行帘式淋涂布来涂覆，之后将其转变成制品。其它涉及波纹片的有用的涂层方法包括将整个制品浸入涂层料中，如蜡，或者使这些涂料经过波纹制品的沟槽其及附近成瀑布般落下。

(c)刻线和打孔方法

某些情况下，为了使片材折叠成弯曲后成直线折痕要求交替地给片材刻线，刻切或打孔。刻切的形成是利用安装在刻压机上的刮刀片切刀156(图28)，或者使用图29所示的连续模切辊158来完成。或者，借助圆形刻痕模或刻度尺160(图30所示)可将刻线(不是刻切)压入片材中。刻痕模或刻度尺可单独使用或与刻线计量器联合使用。这种刻线尺形状使片材变形成刻线计量器的模形状。最后，打孔可借助打孔切刀162(图31所示)来完成。

当片材具有较低纤维含量(小于总固体体积的15％)时，优选采用对片材刻切而不采用刻压。相反，如果片材具有较高纤维含量(大于总固体体积的15％)时，优选采用刻压而不采用刻切。最后，对任何纤维含量的片材，打孔通常都操作良好。

刻线、刻切或打孔的目的是在片材上形成片材可被弯曲或折叠的定位。这在片材内形成一“折叶”，它比不刻线或不打孔的片材具有大得多的弯曲性和弹性。某些情况下，多重刻线或打孔可能是需要的。刻线或打绉可用来制成更具弯曲性的片材，这些技术还用来形成折叶。

由于诸多原因，在片材上切成刻痕或打孔形成较好的折叠线或折叶。首先，它提供了片材更自然弯曲或折叠的地方。其次，切成刻痕使片材在刻痕处比片材其它处要薄，故当把片材弯曲时便减少了表面纵向拉伸量。表面拉伸的减少使可模制基质被弯曲或折叠时能减少基质的破碎倾向。第三，刻切或打孔能控制可模制基质内的断裂，如果发生可模制基质破裂的活。

有时可能优选将更多的纤维集中到刻切或打孔的地方。这通过如下方法完成：把高纤维含量的第二层可模制材料在预定时间间隔中与刻切或打孔处一致的地方进行共挤出。此外，为了在要求的地点获得较高纤维浓度，挤出或压延工序中纤维可放置于片材顶部或注入片材内。当给波纹片刻线时，一般优选沿与沟槽垂直方向给波纹片刻线。

片材在刻痕或打孔工序中最好呈基本上干燥或半硬化状态。通过将含水材料渗移到刻切处来防止刻线或打孔发生闭合。由于刻痕一般(打孔总是)通过可模制基质的一部分而切割，所以片材甚至可以是完全干燥的，刻线或打孔工序不会损坏片材。但如果刻线是被压入片材表面而不是切割，那么片材应含足够的水份以避免由于可模制基质的位错而断裂。

刻切深度一般取决于刻痕类型、片材厚度和沿刻痕所需弯曲程度。刻线机理应调节以提供所需深度之刻痕。当然，模切机不应太大以便通过片材能精确地切割或者让其太薄而不能耐受预期外力(除非需要易裂开的刻痕)。刻切优选应深至够适合完成其目的。某些情况下，优选将片材两可选择面上的刻切处相组合来增加弯曲运动范围。

在很多情况下要刻切较薄的片材(＜1mm)，切割深度相对于片材总厚度而言为约10％-约50％，更优选约20％-约35％。较厚片材的情况下，由于较厚片材的可弯曲性降低，故刻切一般较深。

应当知道，本发明的片材要从刻切或打孔处弯曲，朝向压入片材表面中的刻痕而弯曲。即是说，由刻切或打孔限定的片材面将按与刻切或打孔相反面靠近在一起。相反，象传统纸或纸板制品，由压入片材表面的刻痕所限定的可水凝固化片材面在刻痕面上封闭在一起。

(d)上绉和绉缩方法

为了提供很高延伸性的片材以便突然受应变时能吸收能量，片材还可以象传统纸张一样上绉。上绉的片材对生产运输袋日益重要。传统上绉在造纸机的湿压部分(湿法上绉)进行或者在Yankee干燥机(干法上绉)上进行。尽管无论湿法或是干法上绉工艺的精确参数，本发明片材与木材纸均有所不同，但本领域普通技术人员知道如何调节上绉工序来获得上绉片材。

业已发现，为了让片材基质的纤维表面部分仿羊皮化，片材可用强酸处理。例如，用浓硫酸处理片材能使纤维素纤维极大地膨胀且部分地被溶解，在这种状态下，塑化纤维关闭其气孔，填充周围的空隙并由于更大范围的氢键作用而在其间取得更紧密的接触。水清洗导致再沉淀和网络强化，形成湿比干强的纤维，无绒，无嗅、无味且抗油脂。将羊皮化的天然拉伸韧性和湿法上绉赋予的延展性结合起来，可制造出具有很大冲击吸收能力的纸。

本发明中，当片材的纤维含量增加时，绉缩工序可望操作得更好。增加的纤维含量促进气孔的封闭和增加纤维的氢键。但应该知道，当片材要被绉缩时，某些酸敏性聚集体，如碳酸钙可能不应使用。

(5)从片材制造的制品

使用上文所述方法可以制造各种各样具不同性能的片材。在要求极薄、柔韧和轻型片材的场合，片材可以薄至约0.1mm或以下。在要求较厚、强硬片材的场合，片材可以厚到约1cm。此外，片材密度范围可低至约0.6g/cm³-高至约2g/cm³。通常，高密度片材更坚固，而低密度片材更绝缘。具体片材的准确厚度或密度应预先设计以便生产具有所需性能的片材，并且按经济易行的方式制造片材。

本发明的片材能应用于纸或纸板所使用的任何场合。除此，由于可模制材料的独特性能，可以制造各种物件，这些物件目前要求使用塑料、聚苯乙烯或甚至金属。具体地，本发明的片材可用来制造前文所限定的制品和容器。

把片材制作成适宜的制品通常包括把片材切割成适当的毛坯并将毛坯转变为所需的制造物件，包括容器在内。把毛坯转变成要求的制品是借助于折叠、滚压、卷绕、螺旋缠绕、模压、装配单个毛坯、小袋成形、及它们的组合实现的。转化方法还可包括应用粘合剂、卷曲，加压，密封，把一部分再润湿并加压，钉住，用胶布粘接、缝合，及它们的组合而把制品的一部分接合。制作工序中使片材再润湿可有助于改进柔韧性并避免片材撕裂。

将本发明片材制成制品所公开的方法，以及本文下述的制品之具体结构形状仅借助于实施例说明但并不受此限制。本发明范围收编现有技术中已知的将片材转变成制品的所有方法，包括从传统片材，如纸、纸板、塑料、聚苯乙烯或金属制造容器或其它包装材料。利用传统设备、自动化方法和半自动化方法属本发明范围。

把片材切割成适宜毛坯可以利用现有技术任何手段来完成，如安装在压台上的刮刀切割器，连续模切辊、冲切模和剪切机。切割还适用于在某些容器上形成窗口。通过除去片材的某些部分而形成折板，切割还适用于波纹箱的成型。这一类型的切割被称作“开槽”(“Slotting”)。

毛坯的接合旨在包括使片材或毛坯的至少两部分接触、应用粘合剂、卷曲、加压、密封、这些部分再润湿并加压、钉住、用胶带粘接缝合或它们组合的方式把该部分连接、并入、结合、连结、环接、或封闭在一起。接合可以与任何转化方法联合使用，如折叠、卷绕、螺旋缠绕、模压、装配或膨胀成型。

(a)折叠

将片材或毛坯转化成所需制品的一种方法是“折叠”，旨在包括对片材或毛坯弯曲、折迭(双重)、形成折叶、折缝、打褶、卷曲、聚集、打褶(plicating)或形成机构连结的装置。

经过折叠从片材或毛坯制作的制品包括纸板箱、盒、波纹箱、带折叶的“蛤壳”状容器(包括带折叶的夹层容器，用于快餐三明治，如汉堡包和带折叶的色拉容器)、干谷类食物箱、牛奶盒、果汁容器、饮料容器的载体、冰淇淋盒、打褶杯、锥形杯、快餐店使用的法式油炸食品勺，外出快餐盒、端开袋和信封。需将片材或毛坯刻痕来帮助折叠。

把毛坯转变成容器，如图32C所示的封端盒的自动化方法始于将毛坯装入仓库。毛坯，如图32A所示的毛坯可在一定时间移走一个，由循环皮带运载到预破碎间。在破碎间，将一个或多个毛坯板移出原始平面对刻痕，借助于定弧形沟刨进行破裂。

刻痕被预破裂后，当毛坯沿皮带运动时，板条可被放回。刻痕的预破裂有利于把毛坯转变成容器，因为将预弯曲刻痕进行弯曲所需的外力大大地减少了。毛坯再被折叠，侧面用任意接合方法接合便形成图32B所示的中间壳或管。

(b)卷绕

将片材或毛坯转变成所需制品的另一方法是“卷绕”，它包括把毛坯卷成容器或其它物件，其中有限定内部空间的壁。经卷绕成型的制品具有各式各样的横截面，包括圆截面，椭圆截面，圆角的长方形截面和长方形截面。

由片材或毛坯通过转绕可制成各种各样的物品，例如杯类、罐类，下述产品的容器类如冷冻的果汁浓缩物、土豆片、冰淇淋、盐、洗涤剂、和润滑油的容器、邮寄用纸筒、用于卷制包装纸、织物材料、纸巾、卫生纸管和蜡纸管之类物料的薄板卷辊。

通过将毛坯绕心轴滚压或缠绕来实现毛坯的转曲，然后接合毛坯的搭接端。通过前述接合方法的任一种可以将搭接的两端接合在一起。根据所需要的容器，可模压的材料或其它材料的各种各样的闭合方法都可以利用。

通过本技术领域内的任一方法都可制成杯类，它包括上述的用于转曲而制成容器的一般方法。在本发明的箍围内制造一种两片杯子的优选方法包括用一片材切割如图33A所示的两个毛坯，一侧壁毛坯163、和一底部毛坯165。如图33B所示，侧壁毛坯163转曲形成杯的侧壁，而底部毛坯成一定形状，形成杯的底部部分。转曲的杯的侧壁是一平截头圆锥体形状管，而底部部分形成一闭合的部件。

自动化的方法一般由下述步骤组成：用片材切割侧壁毛坯和底部毛坯；将底部毛坯放置在心轴的自由端上，该毛坯可释放地夹持在心轴上；绕心轴缠绕侧壁毛坯；搭接该侧壁毛坯的两直边；接合或使搭接的边牢固的结合在一起；使底部毛坯的边缘与杯的转曲的基面的底线接合或牢固的结合在一起。此外，通过形成凸缘的设备，绕杯的口可以形成凸缘。

图34所示的制造杯子的自动设备包括有许多心轴166的可旋转移位转动架164的操作。心轴166从转动架164径向向外延伸。心轴166的一端与转动架164连接，而另一端向外突出，且常常为一平面。

该设备包括一底部毛坯送料器168，该加料器制成底部毛坯，并加入底部毛坯。底部毛坯加料器194使底部毛坯165位于心轴166的平面上。在转动架164通过使心轴适当旋转而使心轴166变位后，侧壁毛坯加料器196将侧壁毛坯163加到心轴166，夹紧件170将侧壁毛坯163固定在心轴166上，以便后续工序制作。然后转动架变位移动带有侧壁毛坯163的心轴166，到达用于接合的制备机172处，该机施加粘接剂，或施加涂料如聚乙烯使被搭接的侧壁毛坯的边弄湿。

随后，转动架164移位，侧壁毛坯转曲器174绕心轴166转曲侧壁毛坯163，以形成容器的侧壁。转曲的侧壁有一口和与该口相对应的底边，和制成的杯的底部。接着转动架移位到形成底的制备机176处，通过施加粘接剂或施加涂料将底部毛坯165的底部和/或该边缘弄湿。然后转动架164移位到一底形成器178处，将该底边与底部毛坯的边缘牢固接合在一起。在底制好后，该杯射出，心轴166移位，以从底部毛坯加料器168接纳底部毛坯165。然后重复操作循环。

该杯还可进一步进行其它的加工步骤，例如绕杯的口形成一凸缘。形成凸缘的一种方法是需将该杯定位使该杯的口向外伸出以围绕口形成凸缘。在该方法中，在杯的底已经形成进入从另一个可移位的转动架182径向地向外延伸的许多容器接收件180之一后，该杯从心轴射出。射出的杯进入接收件180定位，结果该杯的口向外伸出，代替杯的底边。随后用凸缘形成装置184形成凸缘并射出。形成凸缘的装置184在接收件180上需要互补的外形，而阳模可以包括杯的口，以形成一卷边。

(c)螺旋形的卷绕

把片材或毛坯转化成所需要物品的另一种方法是“螺旋形的卷绕”，该方法与转曲相类似。螺旋形卷绕是将片材或毛坯螺旋形旋转卷绕成一管形或锥形的制品。也可以利用连续的纤维或长丝的卷绕来提高强度。各种各样的闭合装置，例如在制造杯类中所利用的上述的闭合装置，通过螺旋形的卷绕来形成容器是可采用的。

(d)模压

将片材或毛坯转化成所需要物品的再一种方法是“模压”，该方法包括通过施加一横向的力使片材或毛坯成型。可以通过模压片材或毛坯制成的制品包括，板形类、叫卖板、饼形板、盘类、烤盘、碗、早餐的大浅盘、微波正餐盘、“TV”餐盘；鸡蛋纸盒、肉包装用的大浅盘、碟子和盖类。

片材或毛坯可以在所需要形状的阳模具和基本上是阳模具的互补形状的阴模具之间模压。由于毛坯或片材的一部分在模具之间模压，片材就成形为与模具互补形状的物品。按简便和经济的原则，虽然坚固的单片模具(阳模具和阴模具各自包括一个坚固件)是优选的模具，但是可供选择的模具包括组合模、顺序冲模和可拆模。本方法与湿片模压法相似，只是由于现在片材是干的，只有浅拉伸的物品可以制备。

(e)组装

“组装”是将可模压的片材或毛坯转化成制品的另一方法。通过折叠、转曲、螺旋卷绕或模压制成的各式各样的物品还可包括组装各种各样的毛坯或片材，以生成圆满的制品。由片材或毛坯通过组合毛坯初步地或完整地制成的物品包括坚固的折叠箱、纹板包装容器和插入容器的衬层。用片材制备的坚固的折叠箱通常是不可折迭的，可以用薄的装饰覆盖片材包覆。这些包装盒包括雪茄盒、糖果点心盒和化妆品包装盒。

坚固的盒子可以通过只切成适当的毛坯并将其组装在一起来制备。这些毛坯也可以刻痕以允许折叠它们。盒体毛坯的角或部分和毛坯的盖可以用角切割器切口，因此，当毛坯组装时，通过盒体或盖的底或边就可以形成角。由毛坯所构制成的角，通过放置小的由片材或其它材料切成的簿的支撑件然后绕每个角涂覆粘接剂来支撑。

纹板包装盒对直观的显示出产品特别有用。本发明的纹板包装容器可以通过组装由片材切割成的基材片和由塑料或半透明的片材制成的封面而制成。纹板包装容器可以利用来包装和显示出许多产品，例如食品，如午餐内、办公产品、化妆品、五金产品和玩具。纹板包装容器有两种变体，即起泡的包装容器和蒙上覆盖层的包装容器。

(f)小袋成形

“小袋成形”是将片材或毛坯转化成所需物品的另一种方法，包括包装工业中称为“成形／充填／密封”的已知方法。用“成形／充填／密封方法制成小袋允许制成袋、用产品充填该小袋和将其密封的连续操作。小袋成形打算包括连续制成一系列的小袋、用产品充填小袋、通过接合封闭小袋和在小袋制成、充填和封闭后或在小袋制成后，切割小袋，使其相互分开。可通过制成小袋的方法由片材和毛坯制成的容器包括干的汤粉小袋、糖果包装纸、各类食物袋、土豆片袋、粉剂包装袋、片剂小袋、调味品小袋和饼混合物袋。

制成小袋的操作一般可以通过水平的、垂直的或两片的小袋成形法来完成。水平的成形、充填和通过接合来密封通常包括沿连续片材的长度在其长度的

处折叠、相隔一定距离接合该片以生成一系列的小袋，然后充填和密封。该方法开始是通过使片材水平地前进，穿过一犁形(Plow)组件，而使片材在 处折叠。折叠的片材在相隔一定距离处接合成小袋，以允许将产品充填在小袋内。这种小袋可以通过重量法或其它的方法来充填。

垂直制成、充填和接合一般包括沿连续片材的长度方向，将其制成一管状物、在相隔一定距离处将该管接合形成一系列的小袋、充填和通过接合封闭该小袋。通过使片材在犁形组件内垂直地前进将其制成一管状物。然后相隔一定距离将该管状物接合成小袋，并且与立式的制成小袋、填充和密封相似的方式充填。第三个方法包括通过将两片材相结合，至少一块片材是填充无机物的片材、可水凝固化的材料或层合的片材。可模压的片材或层合片材可以与各种各样的其它片材相结合，它们包括但是不限于一种填充无机物的片材、层合片材、纸片、铝箔片、玻璃纸、塑料片和这些片材的层合制品。两种片材可以垂直地接合，或者水平地接合，每个袋有四个接合边。

应当理解，为增加整体形状物的强度，上述的模压方法可以和传统的制作技术组合使用。例如，如果盒的壁是由可模压的混合物制成，为了提高强度，那么各种结构物(例如蜂窝状物、角形的或方形增强杆、三角形的结构、工横杆、多孔材料、花生壳(Peanut)和波纹材料)可以掺入壁中。

3.后—模压方法

a.干燥

关于论及的许多方法，物品一但制成，就必须干燥，以便在所需要形状中得到一定的强度。但是，关于干的片材的模压方法，在该物品制备之前，片材必须是干的。为经济的生产本发明的物品，该物品必须迅速地干燥到它们具有足够强度的程度，所述强度足以进行其余的制造过程，即印刷、上胶和包装过程而不变形。而且，对该物品计划中的使用，该物品或容器必须获得足够的强度。当然，所要求的强度将随所制备物品的类型而改变。

在优选的实施例中，容器或片的干燥是将该容器暴露于加热过的空气中，例如一般的隧道式烘炉中而实现的。该炉可以是间歇模式干燥或连续输送模式干燥结构。应用加热空气排出了可模压混合物中的部分水，由此提高了颗粒与有机粘接剂产生的接合膜之间的摩擦力，从而提高了所制得的容器的强度。

另外，对容器应用加热空气提高了可水凝固化的粘接剂的水凝反应的速率，这又对容器提供了初期的强度。因此，由于容器被干燥，该容器就从颗粒之间的摩擦力，有机粘接剂的干燥和可水凝固化混合物的熟化得到了它的强度。

为了提高从可模压混合物中除去水的速率，在容器的上方鼓入加热空气。研究发现，空气的流速越高，干燥的时间就越短。但是空气的流速必须不能大到使生产过程遭到破坏的程度。理想地，容器只干燥到具有在生产和运输中不变形的足够强度。由于允许容器保留少量未反应的水，该容器继续固化，这样该盒在运输和贮存及它使用前的贮藏期间，在强度方面得到了提高。

迅速地固化容器的能力，能够使得可能经济地完成它们的大量生产。容器的干燥受五个不同工艺参数的影响：时间、温度、空气流速、表面积和材料的厚度。对这些工艺参数的实验研究得到下面的结论：

1)温度越高，干燥时间越短。

2)空气流速越高，干燥时间越短。

3)一但从容器中除去大量的水分，容器暴露于250℃以上的温度时，混合物中的纤维将燃烧，由此降低了纤维和容器的抗拉强度。

4)容器盒的材料的壁越簿，干燥的时间就越短。

5)温度越高，容器的抗拉强度就越低。

6)空气流速和在炉内的总时间对容器的抗拉强度没有影响。

根据上述的观察结果，对一般的厚度为1-2mm的杯子所建议的干燥条件是，在炉中空气的温度为约100℃-约300℃，优选为约140℃-约250℃，而最优选为约150℃-约200℃。容器暴露到加热空气中的干燥时间可以高达约一小时，优选小于15分钟，更优选小于1分钟。但是，上述的工艺参数值将随物品的大小、形状和厚度及混合物的水含量而改变。

在另一个实施例中，由于混合物中的纤维在250℃以上不燃烧直至大量的水被除去，因此干燥过程也可以分两步完成。首先该容器可以置于250℃以上，通常为约250℃-约500℃之间的炉中，迅速地除去一部分水。一但除去约60％-约80％的水，就将温度降低到250℃以下，除去剩余的水。这个过程提高了容器的干燥速率，但是必须更仔细地调节，以便不使纤维燃烧。当然，干燥容器的一般的方法(例如微波、红外光等)也可以使用。

b.涂料和涂覆设备

将涂料或涂层材料施加于物品上，或施用在制造物品所使用的片材上，也在本发明的范围内。采用许多方法，利用涂料来改变物品或片材的表面特征，这包括密封或保护片材或物品。涂层抗水分、碱、酸、润滑脂、有机溶剂，可以提供保护。涂层还可以提供光滑的、光泽的或抗划伤的表面，并有助于阻止纤维“飞出”。涂层也可以提供反射、导电或绝缘性质。它们甚至可增强片材或物品，特别是在弯曲、折叠、边和角处。一些涂料可以用作层合材料或用作粘合剂。

与涂层有关的概念是给片材或物品“上胶”，这主要指的是密封制作基材的孔。上胶可以利用来提高物品或片材的光滑度和耐水性。根据涂层的用量和组成，它们可提高或降低强度、模量和伸长率(或伸长度)。一些上胶或涂层可以软化可模压的基材，从而得到更有柔性的物品或片材。其它的上胶可以使物品更硬。

上胶过程的目的通常是在片材或物品的表面上得到最小缺陷的一均匀膜。涂层可以在制片过程期间、物品制备过程期间或在该物品制成后施加。根据一些基材(即片材)变化，以及涂层配方的变量，选择具体的涂覆方法。基材的变量包括强度、润湿性、孔隙率、密度、光滑度和片材及物品的均匀度。涂层配方的变量包括总用含量、溶剂基本性质(包括水溶性和挥发度)、表面张力和流变学性能。

涂层可以施加于片材或物品上，使用本技术领域内制造下述材料已知的任何涂覆方法，这些材料是纸、硬纸板塑料、聚苯乙烯、金属片，或其它的包装材料，所述片材或物品包括刀片，胶土、气刀(air-Knife)、印刷品、Dahlgren、凹印板和粉末涂料。涂料还可以通过喷洒施于片材上、物品上，或带下述任一涂料的其它物体上，或通过将片材、物品或其它的物体浸入装有适宜涂料的一槽中，施加于它们上。最后，涂料与片材共挤压，以使涂覆过程和挤压过程结合起来。有用的涂覆方法的更详细地描述在Andersen-Hodson工艺字中提出。

适宜的有机涂料包括食用油、三聚氰胺、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、丙烯酸酯、聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、Biopol^(一种多羟基丁酸酯—羟基戊酸酯的共聚物)、淀粉、豆蛋白、聚乙烯和合成的聚合物，如可生物降解的聚合物、蜡(例如蜂蜡或石油蜡)、高弹性物和它们的混合物。BiopoL^是由英国的ICI制备。适宜的无机涂料包括硅酸钠、碳酸钙、三氧化二铝、二氧化硅、高岭土、粘土、陶瓷涂料和它们的混合物。无机涂料也可以与上述的一种或几种有机涂料混合。

在某些情况下，优选使用高弹性的或可变形的涂料，特别是对通过折叠或转曲制成的物品。也可以使用某些涂料加固片材严重弯曲的地方。例如片材划痕的地方。在这样的情况下，可优选可塑的高弹性的涂料。除这些涂料之外，根据应用的要求，任何适宜的涂料都可使用。

对打算与水接触的物品，希望采用防水涂料。如果片材是用来制备打算与食品接触的容器或其它产品，涂料优选包括FDA-认可的涂料。特别有用的一种涂料的实例是硅酸钠，它耐酸。耐酸度是重要的，例如物品是一个置于高酸含量的食品或饮料的容器，例如软包装饮料或果汁。一般不需要保护包装碱性物质的物品，但是通过适宜的聚合物或蜡涂料，例如涂覆纸制容器所使用的那些可以提高耐碱性物质的性能。

聚合物涂料在制备低密度如聚乙烯的薄层中是有用的。低密度聚乙烯在生产液密性容器和甚至在某种程度上耐压的容器中是特别有用的。聚合物涂料在加热密封时也可以用作粘接剂。

三氧化二铝和二氧化硅是有用的涂料，特别是作为氧气和水分的阻碍物时特别有用。涂料可通过本技术领域内已知的任何方法施加于片材上，这包括使用高能量电子束蒸发法、化学等离子体沉积法和喷镀法。生成三氧化二铝或二氧化硅涂层的另一种方法包括用适宜的PH值溶液处理片材，由于片材的组成，以使在片材上形成三氧化二铝或二氧化硅的涂层。

蜡和蜡的掺合物，尤其是石油蜡和合成蜡提供了对水分、氧气和一些有机液体例如润滑脂或油的阻碍物。它们也允许物品例如容器被加热密封。石油蜡在食品和饮料的包装中是特别有用的一组蜡，它包括石蜡和微晶蜡。

在制片或产品模压过程期间，某些涂料可施加于产品的表面，在此情况下，该过程是一种“机上”过程(on-machine)。在机上过程中，涂料可以一种液体、凝胶或甚至簿膜片的形式施加。优选在水凝产物已经形成并干燥到至少一定限度后施加涂料。在该情况下，该过程称为“机外”过程。

c.堆积机/累积器

在生产线的末端可以设置一般的自动堆积机，以建立堆积物。堆积物载于旋动桌子上，所述桌允许手动的卸下堆积的杯子，然进入下游的印刷工序。

d.印刷

在物品或利用来制备物品的片材的表面上，可能希望印花或其它标记，如商标、产品信息、容器说明书或理念。这可以使用印刷纸或卡片产品领域中已知的任何一般的印刷工具或方法完成，它包括平版印刷、凸板印刷、凹板印刷、多孔印刷(Porous)和非击打式印刷。通用的印刷机包括橡皮印刷机、Van Dam、激光印刷机、直接转写接触式印刷机和自记温度印刷机。但是，任何手动或机械装置基本上都可使用。再者，片材或制品可以压花，或提供水印。由于制品像纸或硬纸板一样有较高的孔隙率，施加油墨将会迅速干燥。本技术领域内的普通技术人员将会估计到，片材的孔隙率和油墨量必须相匹配。再者，使用本技术领域内的已知方法，移画印花、贴标签或其它的标记都可以附在或粘贴在片材上。印刷的标记可以施加于连续的片材、单个的片材、层合片材、毛坯或完成的制品上，这取决于所采用的印刷方法和制品的形状。

e.装袋/装盒

在运输容器前，它们必须进行适当的包装。因此，完成堆积的杯子移开印刷机，并手动地承载入多个袋中，然后载入盒内。

f.码垛堆积

然后将完成的盒收集、密封、贴标签、堆积和用标准的盒加工/码垛堆积设备打捆以便随后的运输。

III.优选的制备方法的实例

为了更详细地描述按本发明制备物品的方法，提出了如下的实例。这些实例包括不同的混合设计，包括可水凝固化的和填充有机物的混合物以及所使用的许多不同的制备方法，以便生产本发明的物品。

首先，提出的实例是说明从可水凝固化的混合物制备物品所使用的各种直接模压技术。

实例1

由可水凝固化混合物制备的杯子的组成如下：

卜特兰白水泥    2.0Kg

水              1.004Kg

珍珠岩          0.702Kg

Tylose^4000   60g

将卜特兰水泥、TyLose^和珍珠岩混合大约2分钟；此后，加入水，该混合物掺和另外的10分钟。生成的可水凝固化的混合物中水与水泥的比例大约为0.5。在该混合物中水泥糊状物(水泥和水)的浓度为79.8％(wt)，含珍珠岩18.6％，和TyLose^1.6％(wt)，以可水凝固化混合物的重量计。

生成的可水凝固化物料通过盘车拉坯模制成一个杯子的形状。该杯壁厚为4.5mm，绝热温度为65℃，这个意思是指在该杯装入热水(88℃)时，它的外侧的最大温度为65℃。通过加入多孔的聚集物(在这种珍珠岩的情况下)使杯子设计成所预定的堆积密度。

可水凝固化混合物使用阳模和阴模也压制成一个杯子的形状，如在模具压制法中所讨论的那样。作为模具施加压力的结果，该杯有稍微较高的密度，因此，绝热能力稍微降低。但是该杯确具有相似的结构和完工特性。使用模具压制生产的杯子证示了用不同生产方法的混合物的均匀性。

另外的多孔聚集物如硅酸钙微球或空心玻璃球都可以使用(参见后面的实例)。由于多孔聚积物具有低比重，因此它们对容器内的材料就提供了一定的绝热能力。

本实例和后面的实例证明，从水泥可生产轻的容器，为特定的目的，它可以设计成具有足够的绝热性。由于提高了容器的绝热效果，常常伴随强度的降低，优选设计的材料只必须在给定目的所要求绝热的箍围内。再者，后面的实例将证明，为了得到一适宜的绝热容器而不增加容器内的材料的实际绝热效果，该容器的设计可以改变。

在这第一个实例中，为试图制备有较好绝热性的杯子，而使得制成的杯子有较大的壁厚，不是由于为了使该杯子有足够的强度，该厚度是必须的。但是，制成的可水凝固化杯有良好的完工表面，并且通过盘车拉坯和模压容易地制成模压品。虽然该杯子较致密(堆积比重为约1.6)，但是证实了这一概念，即可水凝固化混合物可以设计成在新鲜状态下有形状稳定性和通过一般方法仍然可以模制。

实例2

通过直接模制含下述成分的可水凝固化的混合物来制杯：

卜特兰白水泥            2.0Kg

水                      1.645Kg

珍珠岩                  0.645Kg

TyLose^4000           20g

TyLose^FL 15002       15g

CemfiLL玻璃纤维(4.5mm)  370g

利用上述例1中提出的方法，制备可水凝固化的混合物，只是在水泥、水、TyLoseR和珍珠岩混合10分钟后，加入纤维。然后将组合的混合物再混合10分钟。制得的可水凝固化的混合物的水与水泥的比大约为0.82。在该混合物中水泥糊状物(水泥和水)的浓度为77.6％(wt)、含珍珠岩13.7％、含TyLose^4000和FL15002分别为0.43％和0.32％和玻璃纤维为7.9％，以可水凝固化混合物的重量计。

然后，通过盘车拉坯或模压将生成的混合物任意地模制成杯的形状。该与实例1的杯子相似，有良好的完工表面，但是与例1的杯子相比它们也有较高的韧度和断裂能，这是由于加入了玻璃纤维的缘故。这样制得的杯子已证明有足够强度，当该杯子从高达2米的高度落在水泥或大理石地板上时并不破碎，就象当簿壁的可水凝固化的物体从这高度落下时所已经预期到的那样。

实例3

通过盘车拉坯或模压制备含下述成分的可水凝固化混合物制成杯：

卜特兰白水泥            4.0Kg

水                      1.179Kg

硅酸钙微球              1.33Kg

TyLose^FL 15002           30g

CemfiLL^玻璃纤维

(4.5mm；耐碱)               508g

利用实例2中提出的方法制备可水凝固化混合物，只是用加入微球代替珍珠岩。得到的可水凝固化混合物的水与水泥的比大约为0.29，与实例1和2相比，大大地降低。这就证明了取决于聚集物体系，显著不同的水与水泥比可以是设计成的组成。在该混合物中水泥糊状物(水泥和水)的浓度为73.5％(wt)，含微球18.990、含TyLose^0.43％和玻璃纤维为7.2％，以可水凝固化混合物的重量计。

制成的杯子与实例1和2相比，没有良好的完工表面，但是较轻。可水凝固化的混合物容易盘车拉坯、模压、或挤压成绝热热水到63℃的杯子。

虽然按实例1-3描述制备的杯子是本发明早期的原型，但是测试的结果是正常的。这些实例指出，只将多孔的质轻的聚集物加入可水凝固化混合物中，通常不会得到和聚苯乙烯有相同绝热能力的材料。在这些实例中所使用的混合设计内加入珍珠岩、硅酸钙微球都不能提供商业使用的咖啡和其它热饮料所要求的绝热度。因此，已经探索与只将无机材料加入水泥基材中不同的提供绝热的方法。

在下面一系列实例中，是将细分散的不连续的空气空隙引入可水凝固化结构基体中，这有大大提高杯子的绝热能力的作用。

实例4

从含如下成分的可水凝固化混合物制备杯子：

卜特兰白水泥                2.52Kg

水                          1.975Kg

蛭石                        1.457Kg

VinsoL树脂                2.5g

TyLose^4000             25g

TyLose^FL15002          75g

Abaca纤维                 159g

通过预湿润蕉麻纤维(该纤维由生产者用NaOH预处理，因此纤维素的85％以上是α-羟基纤维素)然后将该纤维与除蛭石外的其它成分混合来制备可水凝固化混合物。这种混合物起初混合约10分钟，在加入蛭石后再混合10分钟。制得的可水凝固化混合物的水与水泥之比大约为0.78。在该混合物中水泥糊状物(水泥和水)的浓度为72.3％(wt)，含蛭石23.4％，含TyLose^4000和FL15002分别为0.40％和1.21％，含VinsoL树脂(一种空气夹带剂)0.04％和蕉麻纤维2.6％，以可水凝固化混合物的重量计。

实例4中通过盘车拉坯制的杯子是模子，杯壁厚为约2.5mm，比实例1-3中制备的杯子的壁厚实质上要簿。而且，实例4可水凝固化杯能够绝热达62℃以下(从降低壁厚来看，明显的改进了早期的杯子)。完工的表面很光滑，且有高的韧性和断裂能。该杯子的容积约为390cc，重约95g。

通过模压法将可水凝固化混合物也可压制成一个杯子的形状。制得的杯子与盘车拉坯法制备的杯子相比较，有相似结构和完工特性，而绝热能力稍低。

实例5

从含下述成分的可水凝固化混合物制备杯子：

卜特兰白水泥    2.52Kg

水              2.31Kg

蛭石            2.407Kg

VinsoL树脂      2.5g

TyLose^4000      25g

TyLose^15002     75g

Abaca纤维          159g

铝(＜100目)        0.88g

利用实例4提出的方法制备可水凝固化混合物。得到的可水凝固化混合物。水与水泥之比为约0.92。该混合物用盘车拉坯法和模压法容易制成模压品，既使该混合物有较高的水与水泥之比时也是如此。在该混合物中水泥糊状物(水泥和水)的浓度为64.4％(wt)，含32.1％的蛭石，含TyLose^4000和15002分别为0.33％和1.0％，含VinsoL树脂(一种空气夹带剂)为0.03％，蕉麻纤维为2.1％和铝的量为约0.01％，以可水凝固化混合物重量计。

在可水凝固化混合物内加入铝产生细分散的氢气泡。因此，制备的杯子与实例4的杯子相比更轻和更多孔，重仅为85g。而且该杯子有光滑的完工表面，韧性破裂能或绝热能力没有降低。

实例6

从含下述成分的可水凝固化混合物制备杯子：

卜特兰白水泥          2.52Kg

水                    1.65Kg

蛭石                  1.179Kg

珍珠岩                0.262Kg

VinsoL树脂            5.0g

TyLose^4000         12.5g

TyLose^FL15002      37.5g

Abaca纤维             159g

铝(＜100目)           1.5g

利用实例4描述的方法制备可水凝固化混合物。生成的可水凝固化混合物中水与水泥之比大约为0.65。在该混合物中水泥糊状物(水泥和水)的浓度为71.6％(wt)，含4.5％的珍珠岩、含蛭石20.2％、含TyLose^4000和15002分别为0.21％和0.64％，含VinsoL树脂(一种空气夹带剂)为0.086％，蕉麻纤维为2.7％、铝量为约0.026％，以可水凝固化混合物的重量计。制备的可水凝固化混合物杯子的特性和特征与实例5制备的杯子的特性和特征基本相似。

与前述实例的杯子相比，在强度和特别是在绝热能力这两方面实例4-6的杯子都产生了较好的结果。在实例4-6制备的杯子能够绝热到62℃。这些实例证明掺入微观空迄空隙能够大大地提高容器的绝热能力，而不会明显地降低强度。这些实例还证示可以使用铝产生空气泡，它们夹在可水凝固化混合物内。

这些和其它的实验已经证示珍珠岩趋向降低容器的强度，而同时给予相同的绝热值，不管如何混合或压制水泥糊状物。另一方面，由于蛭石是板—型，使单个颗粒在容器壁内沿平行平面排成行在强度和绝热性能方面都有利。这是通过盘车拉坯、模压、挤压或滚压该混合物来实现的。

同样，为了加入最有效的纤维，已经发现，在可水凝固化结构基体内将它们排成行也是有利的。这也可以利用上述的模压方法来实现。这样的排列对制成的物品极大的增加强度和韧性。

还发现，采用较粘的可水凝的糊状物，混合5-10分钟，得到的水泥糊状物有良好的絮凝性能，且产生了塑性。此外，TyLoseR凝胶或水中的凝胶“反应”约5分钟，能够给予该混合物增稠的效果。

实例7

通过直接模压含下述成分的可水凝固化混合物来制备绝热杯：

卜特兰水泥                  1.0Kg

空心玻璃球(＜1mm)                  1.1Kg

纤维(Southern Pine)                0.08Kg

TyLose^FL15002                   0.1Kg

水                                 2.5Kg

利用高剪切力的混合器将水泥、纤维、TyLose^和水泥合5分钟。此后，加入空心玻璃球，在低剪切力混合器中将生成的混合物再混合5分钟。生成的混合物有像生面团料样的稠度，在新鲜状态时，容易模压并保持其形状。

使用一对阳模和阴模将混合物模压成杯形。模制的模加热到110-130℃，以防止粘住。在脱模后，杯自维持新鲜状态。新鲜的杯子允许干燥。

杯子的抗压强度为1.1MPa，抗拉强度0.8MPa和K-因子为0.07w/m.k。

实例8

重复实例7的混合设计和模压方法，只是所使用的玻璃球尺寸仔细地分级，以便提高可水凝固化物料的颗粒堆积效率。具体说，对于1.1Kg的总量，包括细粒231克，中粒528g，和粗粒341g的空心玻璃球。称为“细粒的”空心玻璃球的平均尺寸为30μm；“中粒”为47μm；和“粗粒”为67μm。

由于减小了颗粒间的空隙空间，该混合物具有较好的易加工性能。制得的杯子表面光滑，且强度明显较高。由于空隙空间减少和提高了材料的总密度，K-因子为0.083w/m.k(明显高于实例7的)。

实例9

重复实例7的混合物设计和模压方法，只是玻璃球被1.1kg珍珠岩取代。制得的干的模制杯的抗压强度为8.0MPa，抗拉强度为3.2MPa和K-因子为0.14w/m.k。这样利用珍珠岩代替空心玻璃球生产的杯子不仅有更高的抗拉强度和抗压强度，而且导热性的值也较高。

实例10

利用盘车拉坯、冲模压制、喷射模制法或吹模法将实例1-9的任一组合物直接模制成杯、板、碗等。在后面的情况下，加入稍微多一点的水以生成低粘度的混合物。此外，将该混合物挤出成各种制品，例如棒、管、铅笔盒、多室结构、波纹板等。

实例11

从如下组成的填充无机物的混合物中直接模制各种各样的物品，如杯、板、碗和早餐浅盘：

植物淀粉        5Kg

碳酸钙          1.25Kg

水              6.25Kg

硬脂酸镁        31.5g

Agragum         31.5g

填充无机物的混合物是用水使植物淀粉胶凝，然后加入其它的成分来制备。该淀粉是天然的，或是来自土豆、小麦或玉米的改性淀粉。已经发现由于玉米淀粉的较高的膜强度，所以制得最坚硬的模制的最终制品。

该混合物有薄煎饼糊状物的稠度和能够直接注入加热模子(140℃-240℃)中，所述模用不粘表面包覆。加热模子驱逐出了大量的水，这又有助于减少混合物和模子表面之间的粘合。在1-3分钟内，制品可以完全稳定的形状脱膜。硬化的材料中无机材料的含量为约20％，以固体物料的重量中(不包括在结构基体现人保留的任何残留水)。

被加热的模制品由于物料的膨胀量极轻，并且有均匀分布于整个硬化物料中的细分散的空气空隙。模制产品的密度为0.1-0.6g/cm³，由于热膨胀量的降低，密度就升高。由于所使用的模子较热，空隙就较小且分散更均匀，而且制品脱模较快。增加混合物的pH值，就得到更高密度的产品。由于物料的密度降低，绝热能力提高，虽然韧性和强度降低。

实例12

在每个方面都重复实例11的方法，只是无机材料的含量增加到约30％。具体说，碳酸钙增加到2.14Kg，这要求加7.1Kg水，36g硬脂酸镁，和36g(agragum)以保持相同的流变学性能。生成的制品提高了韧性，而密度没有成比例的增加，该密度也落在约0.15-0.6g/cm³的范围内。

实例13

在每个方面重复实例11的方法，只是无机材料的含量增加到40％。具体讲，碳酸钙增加到3.3Kg，要求加入8.3kg水、42g硬脂酸镁和42g(agragum)，以保持相同的流变学性能。得到的制品提高了韧性，而密度没成比例增加，仍然落在约0.2-0.6g/cm³范围内。

实例14-17

用下面的某一组分全部或部分代替碳酸钙而改变实例11-13中的任一混合设计：

实例            无机填充物

14              高岭土

15              蒙脱土

16              云母

17              熔凝硅石

如果分散剂是三聚氰胺—甲醛的缩合物，萘—甲醛缩合物、聚丙烯酸和偏磷酸盐；那么高岭土、蒙脱土和云母各自起较好使用。它们的加力量为填充无机物的混合物内的固体的1-2％。聚丙烯酸制备的混合物有摇溶性。使用分散剂允许降低水含量，有较好的流动性，并减少烘烤时间，这就允许以较少的能量来强化过程。

这些实例制备的填充无机物的混合物的强度和重量特性都与实例11-13的制品的相似。

实例18

从含10kg云母、3Kg水、0.5Kg淀粉和50g硬脂酸镁的填充无机物的混合物制备各种各样的制品。填充无机物的混合物是首先由淀粉和水在一起胶凝，然后将其余组分加入以生成像生面团稠度的混合物而得到的。填充无机物的混合物可通过在模压部分描述的方法模压制成所需要的物品。

另外，填充无机物的混合物也能够通过盘车拉坯、喷射模制或吹模(通常是稍多加一点水，以降低吹模这种情况下的混合物的粘度)来模制。

实例19-22

各个方面重复实例18描述的方法，只是淀粉和硬脂酸镁的量增加到下述量：

实例        淀粉        硬脂酸镁

19          1Kg          55g

20          2Kg          60g

21          3Kg          65g

22          4Kg          70g增加淀粉的量制成的产品提高了抗拉强度和韧性。此外，成型物料在湿的或未硬化状态下，强度较高。

实例23-28

从可模压的包括下述成分的混合物中制备高比例填充无机物的制品：

实例    CaCO₃   纤维     Tylose^   水

23      6Kg      0.25Kg   0.1Kg       1.8Kg

24       5Kg      0.25Kg      0.1Kg      1.7Kg

25       4Kg      0.25Kg      0.1Kg      1.6Kg

26       3Kg      0.25Kg      0.1Kg      1.5Kg

27       2Kg      0.25Kg      0.1Kg      1.4Kg

28       1Kg      0.25Kg      0.1Kg      1.3Kg在这些实例中的每一个所使用的纤维是南部松木纤维。水、Tylose^FL15002和纤维在Hobart捏和一混合机的高剪切力F首先混合10分钟。此后，将CaCO₃加入混合物中，该混合物在低剪切力下再混合4分钟。

在这些混合物中的每一个的CaCO₃的颗粒堆积密度为约0.63，生成的混合物的百分数(以无机聚积物固体的总体积计)分别如下：89.7％、87.9％、85.3％、81.3％、74.4％和59.2％。这些相应于下述的百分数(以总固体重量计)：94.5％、93.5％、92.0％、89.6％、85.1％和74.1％。实例23-28的薄板含下述量(以总固体的体积百分数计)的纤维：7.2％、8.5％、10.3％、13.1％、18.0％和28.7％。如果以重量百分数测量，这些值被认为是低的。

首先利用脱气挤汲机(30cm×0.6cm模)将可成型混合物挤出，制成相应宽度和厚度尺寸的连续的薄片。挤出的薄板然后在一对减薄辊之间通过，该减薄辊之间的间隙距离与制成的薄板的厚度相对应。由于CaCO₃有低的比表面积，因此这些混合物对辊的粘性较低。在这些实例中制成的薄板的厚度为1.0mm、1.25mm、1.5mm和1.75mm。仍然在湿的情况下，辊压制的薄板在阳模和阴模之间压制成碗的形状。

由于所使用的CaCO₃量较少，所以提高了薄板和制品的抗拉强度、挠性和成形持久性。但是，加入较多的CaCO₃制得了光滑表面的薄板和物品，且通过辊的更易定位性，这就减少了内部的损伤量，提高CaCO₃的量影响到降低薄板的孔隙度，该孔隙率为37.4％-70.3％之间，以最后干的薄板的体积计。

实例29-24

用包括下述成分的可成型混合物制备高比例填充无机物的物品：

实例           CaCO₃          纤维        Tylose^       水       玻璃球

29             1.0Kg           0.2Kg       0.1Kg           2.1Kg    0.5Kg

30             1.0Kg           0.3Kg       0.1Kg           2.1Kg    0.5Kg

31             1.0Kg           0.4Kg       0.1Kg           2.1Kg    0.5Kg

32             1.0Kg           0.5Kg       0.1Kg           2.1Kg    0.5Kg

33             1.0Kg           0.6Kg       0.1Kg           2.1Kg    0.5Kg

34             1.0Kg           0.7Kg       0.1Kg           2.1Kg    0.5Kg在这些实例的每一个中所使用的纤维是南方松木纤维。首先在Hobart捏和一混合器中将水、Tylose^FL15002和纤维混合10分钟。此后，将空心玻璃球和CaCO₃加入混合物中，该混合物在低剪切力下再混合6分钟。在这些混合物中组合的CaCO₃和空心玻璃球的颗粒装填密度为0.73，而制成的混合物各为下列百分数(以无机聚集物的总体的体积计)：88.5％、85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和74.5％。

利用脱气挤汲机(30cm×0.6cm模)挤压可成型混合物，制成连续的薄板，它具有相对应的宽度和厚度。然后挤压的薄板通过一对减薄辊之间，减薄辊间的间隙距与制成的薄板的厚度相对应。由于CaCO₃和玻璃球各有低的比表面积，因此这些混合物对辊的粘性较低。这些实例中制成的薄板的厚度为1.0mm、1.25mm、1.5mm和1.75mm。仍然在湿的情况下，使薄板在阳模和阴模间压制成碗形。

当所使用的CaCO₃颗粒的平均粒径为35μm(最大为100μm)时，制得薄板和物品具有无光粗糙的表面。但是，当所使用的CaCO₃的颗粒的平均粒径很小(98％的颗粒小于2μm)时，制得的薄板和物品为有光泽的表面。

增加混合物中的纤维量，最终的硬化物品的抗拉强度和挠性及薄板的成型性都提高。

实例25

在每个方面重复实例29-34，只是1Kg的高岭土代表CaCO₃。在所有其它各个方面，以基本相同的方式制备混合物。高岭土基本上是天然存在的粘土，其中98％的颗粒小于约2μm。在这些混合物的每一个中的组合的高岭土和空心玻璃球的颗粒填充密度为0.69，制备的混合物分别为如下百分数(以无机聚集物的总固体体积计)：88.5％、85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和74.5％。高岭土制成薄板和物品有的光泽完工表面。

实例36-41

从包括下述成分的可成型混合物制备高比例填充无机物的物品：

实例        精细磨碎        纤维素      Tylose^     水      玻璃球

            的花岗石        纤维        FL15002

36          1.0Kg           0.2Kg       0.1Kg         2.1Kg   0.5Kg

37          1.0Kg           0.3Kg       0.1Kg         2.1Kg   0.5Kg

38          1.0Kg           0.4Kg       0.1Kg         2.1Kg   0.5Kg

39          1.0Kg           0.5Kg       0.1Kg         2.1Kg   0.5Kg

40          1.0Kg           0.6Kg       0.1Kg         2.1Kg   0.5Kg

41          1.0Kg           0.7Kg       0.1Kg         2.1Kg   0.5Kg在这些实例中各自所使用的纤维是南方松木纤维。首先在Hobart捏和一混合机中将水、Tylose^FL15002和纤维混合10分钟，此后，将精细磨过的石英和空心玻璃球加入混合物，再在低剪切力下混合6分钟。在这些混合物的每一个中结和的熔凝硅石和空心玻璃球的颗粒堆积密度为约0.73，且制备的混合物各个为下列百分数(以无机聚集物的总固体的体积计)：88.5％、85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和74.5％。

使用脱气挤汲机(30mm×0.6cm模)挤压可成型混合物，以制成有相应宽度和厚度尺寸的连续薄板。然后将挤制的薄片通过一对减薄辊之间，该辊之间的间隙距离相应于制成的薄板的厚度。低比表面积的玻璃球使得这些混合物对减薄辊有较低的粘性。在这些实例中制成的薄板的厚度为0.85mm、1.0mm、1.2mm和1.4mm。湿的薄板在阳模和阴模之间压制成碗的形状。

增加混合物中的纤维，提高了薄板的成型性和最后硬化物品的抗拉强度和挠性。

实例42

重复实例36-41的组合物，只是有1.0kg精细磨碎的石英代替精细磨碎的花岗石。在所有其它各个方面都以基本相同的方法制备混合物。在这些混合物中各自的组合的精细磨碎花岗石和空心玻璃球的颗粒堆积密度为约0.74，制得的混合物分别有如下百分数(以无机聚集物的总固体的体积计)：88.5％、85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和74.5％。

减少聚集物的量，就提高了有机粘接剂和纤维的有效量。含较多聚集物制得更坚硬的物品较易碎，且抗压强度较高。增加纤维和有机粘接剂生产挠性较大的物品，且韧性和抗拉强度也较高。

实例43

重复实例36-41的组合物，只是用1.0kg的精细研磨的玄武岩代替精细研磨的花岗石。在所有其它方面都以基本相同的方式制备混合物。这些混合物中每一个的组合的精细研磨的花岗石和空心玻璃球的颗粒堆积密度为约0.74，制得的混合的分别有如下的百分数(以无机聚集物的总固体的体积计)：88.5％、85.3％、82.3％、79.6％、77.0％和74.5％。

减少聚集物的量，就提高了纤维和有机粘接剂的有效量。含的聚集物越多，生产的物品就越硬，且更易碎，抗压强度就越高。增加纤维和有机粘接剂的量，制得的物品就更有挠性和韧性，且抗拉强度就更高。

实例44-48

从包括下述组分的可成型组合物制备高比例无机物填充的物品：

实例     CaCO₃    纤维       Tylose^      水       玻璃球

44       1.0Kg     0.2Kg      0.1Kg          2.1Kg    0.0Kg

45       1.0Kg     0.2Kg      0.1Kg          2.1Kg    0.5Kg

46       1.0Kg     0.2Kg      0.1Kg          2.1Kg    1.0Kg

47       1.0Kg     0.2Kg      0.1Kg          2.1Kg    1.5Kg

48       1.0Kg     0.2Kg      0.1Kg          2.1Kg    2.0Kg在这些实例的每一个中所使用的纤维是南方松木纤维。首先在Hobart捏合一混合器中将水、Tylose^FL15002和纤维混合10分钟。此后，将CaCO₃和空心玻璃球加入混合物中，该混合物在低剪切力F再混合6分钟。在这些混合物的每一个中组合的CaCO₃和空心玻璃球的堆积密度为约0.73，制得的混合物分别有如下百分数(以无机聚集物的总固体的体积计)：62.8％、88.5％、93.2％、95.2％和96.6％。制得的物品的密度分别为：2.0、0.87、0.66、0.57和0.52(以g/cm³表示)。

利用脱气挤汲机(30cm×0.6cm模)挤压可成型的混合物，制成有相应宽度和厚度尺寸的连续薄板。然后使挤制的薄板通过一对减薄的辊之间，其间隙距离相应于制成的薄板的厚度。薄板通过阳模和阴模之间压制成碗。由于CaCO₃和玻璃球都有低的比表面积，这些混合物对辊和模的粘性都较低。在这些实例中制成的薄板的厚度分别为0.5mm、0.8mm、1.0mm和1.2mm。

可供选择地，将可水凝固化的混合物挤压制成各种制品，例如棒、圆柱形杆、管、空心棒、多室结构等。在被挤出后，挤制物品立即或很短地时间稳定其形状。

实例49-53

从含2.0Kg水、0.1kg Tylose^FL15002和2％蕉麻纤维(以混合物的体积计)及下述量的塑料球的填充无机物的混合物制备挠性减震物品：

    实例             塑料球(Kg)

    49               1.12

    50               0.9213

    51               0.7225

    52               0.5238

    53               0.3251“塑料球”由聚丙烯制成，平均粒径小于100μm，平均密度为0.02g/cm³。首先通过将水、Tylose^和纤维混合在一起在高剪切力条件混合5分钟来制备填充无机物的混合物，然后在低剪切力条件下，将塑料球混入该混合物。通过模挤压成填充无机物的混合物，然后通过一对辊制成5mm厚的薄板。当该板是湿的情况时，使其通过阳模和阴模之间制成碗形状的包装容器。填充无机物的物品与由聚苯乙烯制成的相似物料相比较，挠性好且强度较高。

可供选择地，将可水凝固化的混合物挤压制成各种物品，例如棒、圆柱形杆、管、空心棒、多室结构等。在挤出后，挤制的物品立即或很短时间就稳定其形状。这些包装材料可以物理加压而不被压碎，甚至当施加的力大于聚苯乙烯材料的一般试验压力时也是如此。

实例54-57

按实例49-53制备挠性填充无机物的物品，只是在填充无机物的混合物中的蕉麻纤维的量增加到下述值(以体积百分数表示)：

实例          Abaca(蕉麻)纤维(％)

54            4

55            6

56            8

57            10从上述物料中制备的填充无机物的物品与实例49-53相比较基本上有相同的密度和挠性，但是与蕉麻纤维相比，提高了抗拉强度。

实例58-61

通过一对辊制备可水凝固化的板，各种可水凝固化混合物含作为聚集体的空心玻璃球(直径＜100μm)。每个实例的成分如下：

实例         水泥         水(Kg)        Tylose^     玻璃球

             (Kg)                       FL15002       (g)

58           4             2.18         200           445

59           3             1.85         150           572

60           2             1.57         100           857

61           1             1.55         100           905首先，通过将可水凝的水泥、Tylose^和水混合在一起，在高剪切力混合器中混合5分钟来制备可水凝固化混合物。此后，加入玻璃球使用低剪切力混合器再混合5分钟。在实例58-61中制得的可水凝固化的混合物的水与水泥之比分别为约0.55、0.62、0.79和1.58。甚至高水与水泥之比的实例61，可水凝固化混合物在新鲜状态下形状稳定且易成型。在实例58-61的每一个中玻璃球的百分数(wt)分别为6.5％、10.3％、18.9％和25.3％。这些材料极轻，密度在0.25-0.5范围。

混合物使用上述的方法制成湿的薄板，然后在阳模和阴模之间压制成凹面板、碗和大浅盘。这些物品很轻和非常绝热。此外，把这些容器放在热炉上后，能够用手移走它们，这就证明它们有很低的比热。

实例62-65

通过在高剪切力混合期间加入可变量的蕉麻纤维，来改变实例58-61的可水凝固化的混合物。

实例          相应的实例            Abaca纤维量(g)

62            58                    149

63            59                    152

64            60                    180

65            61                    181在实例62-65中得到的百分数(以蕉麻纤维的重量计)分别为2.1％、2.7％、3.8％和4.8％。这些可水凝固化的物料与实例58-61所制得的相比，同样轻和同样绝热，但是非常不易磨损和有更高的破碎能量。此外，加的纤维越多，制得的产品越易弯曲，就像在容器中有活页片或其它封闭机构。因此，在这些特征所需要的情况下，特别希望使用这些蕉麻纤维和其它种类的纤维。

实例66-68

这些实例的由可水凝固化混合物制成的板和杯是按照实例58的方法和使用的成分(例如使用4Kg波特兰白水泥)制备，只是铝粉(＜100目)，NaOH以下述量加入混合物中，制成的可成型板加热到约80℃，持续30-60分钟。

实例          铝粉(g)         NaOH(g)

66            4               21.9

67            6               34.7

68            8               34.7

将NaOH加入可水凝固化混合物，通过使pH值在约13.1-13.8的优选范围来活化铝粉。提高可水凝固化混合物的孔隙率，就降了它的堆积密度。从而提高了绝热能力，并且板和杯更轻。通过调节加入的铝粉量和热量，就可以改变金属铝的反应速率和程度。每种加入的越多，材料就越轻、越疏松和越软，就能制得良好的减震材料。

值得指出的是，在实例66-68的板中，没有发现收缩破裂现象，即使加热可水凝固化混合物并迅速地驱除大量水分也是如此。

实例69-71

使可水凝固化混合物通过一对辊之间制成薄板，然后将该薄板在一对模之间压制成板，来制备可水凝固化板，在每个实例中可水凝固化混合物组成如下：

实例        铝粉(g)        NaOH(g)       Abaca纤维(g)

69          10.0           22.3          60

70          15.0           22.3          60

71          22.5           22.3          60在这些实例的每一个中，有波特兰白水泥4Kg，水1.4Kg和Tylose^FL15002 40g。首先将水泥、水和纤维混合在一起并在高能混合器中混合10分钟，此后，加入Tylose^该混合物在低剪切力下混合5分钟而制得可水凝固化的混合物。此后，在低剪切力下将铝粉和NaOH混合。与实例66-68的可水凝固化的混合物相似，由于空气掺入到可水凝固化混合物中的缘故，这些物料极轻，且绝热性很好。但是，由于加入了纤维，这此实例的可水凝固化混合物提高了韧性和破裂能。

实例72-75

使可水凝固化混合物通过一对辊之间被制成薄板，然后将该薄板在一对模之间压制成板，来制备可水凝固化的板，每个实例的可水凝混合物含下述成分：

实例          玻璃球            铝(g)         NaOH(g)

        细(g)  中(g)   粗(g)

72      133    317      207     4.0           19.7

73    133    317    207    6.0    31.2

74    133    317    207    8.0    31.2

75    133    317    207    0.0    0在这些实例的每一个中，含4Kg波特兰白水泥和1.96Kg水；因此水与水泥之比为0.49。Tylose^FL15002的量为200g和蕉麻纤维的量为60g。按与实例62-65基本相似的方法制备可水凝固化混合物，只是使用三种不同直径的空心玻璃球。所有的玻璃球都小于1mm(但是实例75不掺入铝粉和NaOH)。

在实例72-75的可水凝固化混合物的每一种中的玻璃球总量的百分数(wt)为2.1％。

利用阳模和阴模将可水凝固化混合物压制成杯的形状。该杯与板的性质相似，并证实了将可水凝固化混合物可模制成容器形状的寿命。

由于掺入混合物中的空气和玻璃球的有效填充，所以这些材料极轻(密度＜0.7g/cm³)且很绝热。这些可水凝固化的混合物证明了填充聚集物的值以便在生成物的组成中使它们的影响最大。虽然实例75的可水凝固化混合物在许多情况下有一良好的组成，但是它的绝热容量不如实例72-74的可水凝固化混合物的大。

实施例76-79

水凝可固化板是通过下述方法形成的：将水凝可固化混合物流过一对滚柱之间而成形为板材，然后在一对塑模之间加压而形成所需的板。对于每个实施例，水凝可固化混合物所含的组分如下：

                      玻璃球

实施例  细球   中间球  粗球   铝     NaOH

76       171g    394g     267g    3.0g    16.7g

77       171g    394g     267g    4.5g    26.6g

78    171g      394g     267g    6.0g    26.6g

79    171g      394g     267g    0.0g    0g

在每个实施例中，均有3Kg卜特兰(Portland)白水泥和1.67Kg水，水与水泥的比例为0.56。将150g Tylose^FL 15002和60g蕉麻纤维分别加入到各混合物中去。在实施例76-79的各个水凝可固化混合物中，玻璃球总量的重量百分比为3.4％。此外，这些实施例中的水凝可固化混合物实质上是按照实施例72-75的步骤制备的。

由于混合物中掺入了一定量的空气并有效地填充了玻璃球，所以由这些实施例制得的材料质量很轻且很绝缘。为了最大地发挥水凝可固化混合物在所得到的组合物中的作用，这些实施例的水凝可固化混合物指示了填料的填充量。尽管在许多情况下实施例79的水凝可固化混合物是一很好的组合物，但却没有显示出与实施例76-78的水凝可固化混合物相同的绝缘能力。

与实施例72-75的板相比，实施例76-79的板更轻且更绝缘。但是这些板比含更多量水泥的板的强度要差些。

实施例80-83

水凝可固化板是通过下述方法形成的：将水凝可固化混合物通过一对滚柱之间而成形为板材，然后在一对压模之间加压而形成所需的板。对于每个实施例，水凝可固化混合物所含的成分如下：

                        玻璃球

实施例   细球   中间球    粗球    铝     NaOH

80        257g    591g       400g     2.1g    14.2g

81        257g    591g       400g     3.0g    22.5g

82        257g    591g       400g     4.0g    22.5g

83        257g    591g       400g     0.0g    0g

在每个实施例中，均有2Kg卜特兰白水泥和1.41Kg水，水与水泥的比例为0.71。将100g Tylose^FL 15002和60g蕉麻纤维分别加入到各混合物中去。在实施例80-83的各个水凝可固化混合物中，玻璃球总量的重量百分比为6.8％。此外，这些水凝可固化混合物实质上是按照实施例72-75的步骤制备的。

由于混合物中掺入了一定量的空气并有效地填充了玻璃球，所以这些实施例中制得的材料质量很轻且很绝缘。为了最大地发挥水凝可固化混合物在所得到的组合物中的作用，这些实施例的水凝可固化混合物指示了填料的填充量。尽管在许多情况下实施例83的水凝可固化混合物是一很好的组合物，但却没有显示出与实施例80-82的水凝可固化混合物相同的绝缘能力。

与实施例76-79的板相比，实施例80-83的板甚至更轻且更绝缘。但是这些板比含更多量水泥的板的强度要差些。

实施例84-87

水凝可固化板是通过下述方法形成的：将水凝可固化混合物流过一对滚柱之间而成形为板材，然后在一对压模之间加压而形成所需的板。对于每个实施例，水凝可固化混合物所含的成分如下：

                         玻璃球

实施例  细球     中间球     粗球     铝     NaOH

84       271g      624g        422g      1.0g    14.3g

85       271g      624g        422g      1.5g    22.6g

86       271g      624g        422g      2.0g    22.6g

87       271g      624g        422g      0.0g    0g

在每个实施例中，均有1Kg卜特兰白水泥和1.42Kg水，水与水泥的比例为1.42。将100g Tylose^FL15002和60g蕉麻纤维分别加入到各混合物中去。水凝可固化混合物实质上是按照实施例72-75的步骤制备的。尽管这些水凝可固化混合物的水与水泥的比例很高，它们还是通过拉坯成形容易地挤压并造型。

在实施例84-87的各个水凝可固化混合物中，玻璃球总量的重量百分比为9.7％。

由于混合物中掺入了一定量的空气并有效地填充了玻璃球，所以这些材料很轻且很绝缘。为了最大地发挥水凝可固化混合物在所得到的组合物中的作用，这些实施例的水凝可固化混合物指示了填料的填充量。尽管在许多情况下实施例87的水凝可固化混合物是一很好的组合物，但却没有显示出与实施例84-86的水凝可固化混合物相同的绝缘能力。

与实施例80-83的板相比，实施例84-87的板还要更绝缘且更轻。然而这些板比含更多量水泥的板的强度要差些。

实施例88-89

含下列组分的水凝可固化混合物被用来模制板材：

实施例  水泥     水        Tylose^          蕉麻纤维    表面活性剂

                              FL15002

88       10Kg      23.0Kg      300g               200g         300g

89       10Kg      20.0Kg      300g               200g         300g

在这些实施例中，利用微细水泥来制造板材。水凝可固化混合物是通过在上文讨论过的高能搅拌器中将组分搅拌大约10分钟制得的，该搅拌器可从E.Khashoggi Industries买到。此高能高速搅拌器将大量空气引入到水凝可固化混合物中去；在水凝可固化混合物中，利用表面活性剂带走空气并利用Tylose^稳定。

所得的水凝可固化混合物通过一对滚柱，从而成形为板(1mm)。然后对薄板进行刻痕、折叠成谷类箱的形状并利用现有的粘合技术粘合在一起。通过将其穿过一热通道交替地硬化这些产品，这样有助于去除多余的水且增加其湿态强度。

实施例90-91

利用含下列组分的水凝可固化混合物制得水凝可固化板：

                              Tylose^    石墨

实施例     水泥     水     FL15002     纤维   表面活性剂

90          4.23Kg    8.1Kg   120g         260g    135g

91          10.0Kg    20.0Kg  300g         300g    300g

混合步骤和所用的水凝水泥与实施例88和89相同。但是，由于是石墨纤维，所以混合物不如不含石墨纤维的材料那样容易发泡，也不象那样质轻和绝缘。所得的水凝可固化混合物流过一对滚柱，从而成形成板(1mm)，将其折叠成谷类箱的形状并利用现有的粘合技术粘合在一起。通过将其穿过一热通道交替地硬化这些产品，这样有助于去除多余的水且增加其湿态强度。

得到的水凝可固化材料仍具有高的绝缘性，其堆积比重约在0.25-0.4范围之内。

实施例92

采用实施例90中的步骤由水凝可固化混合物形成水凝可固化板，所不同的就是在水泥、水和Tylose^的“泡沫”混合物中加入约1.2Kg的玻璃球。所得到的板的绝缘能力与标准聚苯乙烯泡沫板相比没有显著的不同。在150℃下将本实施例的板置于一炉中3小时，而且仍然能用裸露的手指拿开。

下列的实施例是关于用于制造干薄板的水凝可固化组合物，然后再将其加工成所需的制品。

实施例93

通过模压水凝可固化混合物形成薄水凝可固化板，该混合物含下列成分：

卜特兰白水泥               1.0Kg

水                         2.5Kg

Tylose^FL15002           200g

空心玻璃球(＜100微米)      1.0Kg

蕉麻纤维                   5％(体积)

水凝可固化混合物由下述方法制成：预湿蕉麻纤维(该纤维由制造商预处理以使大于85％的纤维素为α-氧化纤维素)，然后将过量的水和纤维加入到Tylose^和卜特兰水泥的混合物中去。此混合物在相对高的速度下搅拌大约10分钟，然后再在空心玻璃球加入后在相对低的速度下搅拌10分钟。得到的水凝可固化混合物的水与水泥的比例约为2.5。

该混合物通过一对滚柱之间，形成约1mm厚的板。湿的板经刻痕后折叠成一个箱子。然而，这样会有明显的裂缝，不能形成具有足够强度和完好的箱子。

此后，薄板首先被硬化，然后再经刻痕。折叠成箱的形状并用文中公开的粘合方法粘合在一起。折叠时裂开的量可以忽略，这就表明优选地在将板进行一些硬化或固化处理之后再进行刻痕和折叠。薄板被制成箱子，该箱子与当今使用的由厚硬纸板厚料制成的干燥谷类箱子具有相同的形状、外观和重量。

实施例94

在实施例93中形成的干燥薄板被切割成适当的形状，滚压成一杯子，再用现有的粘合方法粘合。实施例93和94表明制造与当今使用的由厚硬纸板、纸或塑料制成的具有类似形状的箱子、杯子或其它容器是可能的。

下列的实施例说明能够制造具有高韧性和强度的挠性水凝可固化材料。它们可用在制造容器中，其中的弹性和挠性是重要的判据。

实施例95-99

挠性板是由含下列成分的水凝可固化混合物成形的：

实施例     塑料球     水泥     水       Tylose ^

95          0.12Kg      1.0g      2.0Kg     0.1Kg

96          0.1213Kg    0.8g      2.0Kg     0.1Kg

97          0.1225Kg    0.6g      2.0Kg     0.1Kg

98          0.1238Kg    0.4Kg     2.0Kg     0.1Kg

99          0.1251Kg    0.2g      2.0Kg     0.1Kg

“塑料球”是由聚丙烯制成的，其平均粒径小于100微米、平均密度为0.02g/cm³。根据实施例93中的步骤混合水凝可固化混合物，然后再成形板。与先前的混合设计相比，水凝可固化薄板强度相对高且很具挠性。由实施例95制得的板的抗压强度为2MPa、抗拉强度为1MPa。令人惊奇的特征是其抗压强度和抗拉强度为同一数量级，这对多数水泥制品来说是非常不一般的。一般地，抗压强度要远大于抗拉强度。当水泥的加入量减小时，抗压和抗拉强度以一增量下降，实施例99的板的抗拉强度为0.5MPa。

这些包装材料可以压缩，而不象早先的实施例中的无挠性的水凝可固化相应物那样碎散，即使是承受比泡沫聚苯乙烯容器材料通常经受的力更大。挠性水凝可固化材料可以交替地挤压成矩形成型棒材的形状，这就更加说明了由该混合物制得的柔韧性是可以接受的。

由这些实施例制得的水凝可固化包装材料的密度在0.1-0.6g/cm³之间，此密度随着使用的水泥的减少而降低。

实施例100-104

根据实施例95-99制造挠性水凝可固化容器材料，所不同的就是在水凝可固化混合物中以下列量加入预湿过的蕉麻纤维，以单位体积测量：

实施例             蕉麻纤维

100                 2％

101                 4％

102                 6％

103                 8％

104                 10％

利用高剪切搅拌器在水凝可固化混合物中充分分散纤维。由此制得的水凝可固化板和矩形棒材与实施例95-99中的实质上具有相同的密度和挠性，只是抗拉强度随着蕉麻纤维的量的增加而增加。这里形成的材料的抗拉强度可达5MPa。

实施例105

水凝可固化容器是利用实施例95-104中提出的任何一种组合物和步骤形成的，所不同的就是塑料球集中在水凝可固化混合物的表面附近，这样就可以得到塑料球集中在最终硬化制品表面或其附近的模制材料。这样形成的容器的水泥基体表面附近的塑料球浓度较高，表面附近的挠性更为重要；而包装材料的中心实际上不含塑料球，中心的挠性不太重要。本实施例的优点就在于在整个组合物中含相同数量或更少量的塑料球的情况下，其表面的挠性更大。与此同时，容器器壁中心的硬度使其与上述硬度更大的容器具有相同的耐用性和坚韧性。

下面的实施例是利用比重相对高的水凝可固化混合物，只是该混合物形成了固体产品如多孔结构，此固体产品的结构内的空间很高。所述空间降低了最终产品的堆积比重，因此质量更轻而又强度很高且非常耐用。

实施例106

由含下列成分的水凝可固化混合物挤压出一多孔包装结构：

卜特兰白水泥         4.0Kg

细沙                 6.0Kg

水                   1.5Kg

Tylose^FL15002     200g

水凝可固化混合物是通过下述方法形成的：利用高速搅拌器将这些成分混合在一起10分钟，从而获得非常均质的混合物。然后水凝可固化混合物被挤压形成具有很高抗压强度的多孔结构。由于是多孔结构，凝固过的材料很轻，其块密度仅有1.02g/cm³。进一步地，凝固过的材料的抗压强度约为75MPa。根据多孔结构内部的空间量，任何地方的块密度可在0.5-1.6g/cm³范围内变化。

这些材料能够被用来形成许多制品的强度很高而又质量很轻的壁，所述制品包括包装和缓冲材料以及容器。

实施例107-109

根据实施例106形成水凝可固化混合物，所不同的就是蕉麻纤维以下列含量包括在水凝可固化混合物中，其中含量是以水凝可固化混合物的体积百分比测量：

实施例              蕉麻纤维

107                  1％

108                  2％

109                  3％

由于多孔结构的加强作用，不论是生坯状态还是它们凝固后，所得的多孔结构均具有高强度。这些实施例形成的多孔结构比实施例106更有延性，而其抗压强度可望甚至更大。这些材料可被用来形成强度很高而又相对质轻的更大食品和酒精饮料的包装容器的器壁。

实施例110-112

根据实施例106形成水凝可固化混合物，所不同的就是玻璃纤维以下列含量包括在水凝可固化混合物中，其中含量是以水凝可固化混合物的体积百分比测量：

实施例           玻璃纤维

110               1％

111               2％

112               3％

由于多孔结构的加强作用，不论是生坯状态还是在它们凝固后，所得的多孔结构均具有高强度。这些实施例形成的多孔结构比实施例106更有延性，而其抗压强度可望甚至更大。这些材料可被用来形成强度很高而又相对质轻的更大食品和饮料的包装容器的壁。

实施例113

利用任何前述组合物可以形成在两平板之间含有夹入的切槽内结构的成波纹状的水凝可固化板。外平板是通过将一层材料板压延成一适当厚度的平板形成的。波纹或切槽的内平板(与一般的厚硬纸板箱的切槽或波纹内平板类似)是通过将适当厚度的硬化或再湿水凝可固化平板通过一对具有网眼波纹表面或齿状物的滚柱形成的。

在波纹板的表面上使用粘合剂，粘合剂夹在两平板之间，然后再硬化。

实施例114

利用任何前述组合物，将水凝可固化混合物压制或模制成纸板形。根据所用的组合物，纸板将会显示出高强度、高耐用性、高挠性、低重量和/或低密度的特点。

实施例115

利用任何前述组合物，将水凝可固化混合物模制成板条箱形。这可通过挤压多孔结构或波纹板或者通过模制适当强度的任何其它适宜的结构而进行。根据所用的组合物，板条箱将会显示出高强度、高耐用性、高挠性、低重量和/或低密度的特点。

实施例116

利用任何前述组合物，将水凝可固化混合物模制或压制成盖形。根据所用的组合物，盖将会显示出高强度、高耐用性、高挠性、低重量和/或低密度的特点。

实施例117

利用任何前述组合物，将水凝可固化混合物模制成隔板形。根据所用的组合物，隔板将会显示出高强度、高耐用性、高挠性、低重量和/或低密度的特点。

实施例118

利用任何前述组合物，将水凝可固化混合物模制成衬板形。根据所用的组合物，衬板将会显示出高强度、高耐用性、高挠性、低重量和/或低密度的特点。

实施例119

利用任何前述组合物，将水凝可固化混合物模制成箱形。这可通过挤压和/或压延和/或刻痕和/或折叠来完成。根据所用的组合物，箱子将会显示出高强度、高耐用性、高挠性、低重量和/或低密度。

实施例120

利用任何前述组合物，将水凝可固化混合物模制成瓶形。根据所用的组合物，瓶子将会显示出高强度、高耐用性、高挠性、低重量和/或低密度。

实施例121

利用任何前述组合物，将水凝可固化混合物模制成器皿的形状。根据所用的组合物，器皿将会显示出高强度、高耐用性、高挠性、低重量和/或低密度的特点。

实施例122-139

由不同厚度的水凝可固化薄板制造食品和饮料容器，所述薄板是由含下列成分的水凝可固化混合物成形的：

卜特兰水泥            1.0Kg

珍珠岩                0.5Kg

云母                  0.5Kg

纤维(南方松树)        0.25Kg

Tylose^FL15002      0.2Kg

水                    2.5Kg

在高剪切搅拌器中将卜特兰水泥、云母、纤维、Tylose^和水一起混合5分钟，然后加入珍珠岩，所得混合物再在低剪切搅拌器中混合5分钟。接着将水凝可固化混合物置于螺旋挤压机中，通过具有缝形开口的塑模挤压。宽300mm、厚6mm的连续薄板被挤压出来。

此后，将薄板通过一对或多对减速滚柱之间，从而分别获得0.2mm、0.3mm、0.4mm和0.5mm的最后厚度的薄板。滚柱直径为17cm且由抛光镍镀层的不锈钢制成，这样有助于防止水凝可固化混合物粘在滚柱上。另外，为了进一步防止混合物和滚柱之间粘合，将滚柱加热到110℃的温度。

为了获得所需厚度的薄板，使用滚柱之间的间距逐渐变小的压延滚柱对一步一步地减薄挤压薄板。薄板厚度以下列尺寸降低：

6mm2mm0.5mm0.4mm

               或0.3mm

               或0.2mm

挤压步骤与压延步骤的组合得到了实质上具有沿薄板长度方向(或延伸方向)的单向取向纤维的薄板。正因为此，薄板长度方向的抗拉强度(10-12MPa)要高于宽度方向的抗拉强度(5-6MPa)。

硬化水凝可固化薄板被抛光、上涂层，然后再成形为大量不同食品和饮料的容器。例如，“冷杯”(如快餐厅配制的冷软饮料的容器)就是通过下述方法制造的：从薄板切割适当的形状；卷成杯状；利用常规的水基粘合剂粘合卷好的薄板的端部；在杯的端部放一圆片；为了使杯底能够放得住，把卷好的杯壁部分的底部翻边；将杯子边缘卷边，从而加强其边缘并得到一个更为圆滑的饮用面。使用厚度为0.3mm及0.4mm的薄板。

当在边缘以下1英寸处施加一恒力时，其偏斜量与常规纸杯是相当的。当将含亚甲蓝和0.1％表面活性剂的水溶液置于未上涂层的水凝可固化杯中5分钟时，杯子并不渗漏。当然，任何可发生的渗漏均能由适当的涂层来预防。

“蛤壳”容器(如现在用在快餐食品工业中包装汉堡包的容器)是通过下述方法制造的：从薄板上剪下适当的形状；刻切板而形成所需的折叠线；将板折叠成蛤壳容器的形状；粘合折叠过的薄板的端部(利用粘合和咬合折板方法)，从而保持容器的完整。使用厚度为0.4mm和0.5mm的板。

本发明发现板与其修剪一侧相对的一侧更容易弯曲或折合在一起。必须注意的是，常规材料的正常刻痕一般会允许板被刻痕的一侧更容易弯曲或折合在一起。与纸蛤壳相比，所得到的蛤壳容器显示出相当或更好的绝热性能。

法式油煎食品容器(如用在快餐食品工业中烹调法式油煎食品容器)是通过下述方法制造的：从薄板上剪下适当的形状；刻切薄板形成所需的折叠线；将薄板折叠成法式油煎食品容器的形状；利用粘合方法将折叠过的薄板端部粘合，保持容器的完整。使用厚度为0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm和0.5mm的薄板来制造法式油煎食品容器。

冷冻食品箱(如超级市场用于包装如蔬菜或法式油煎食品冷冻食品的容器)是通过下述方法制造的：从板上剪下适当的形状；将板刻切成所需的折叠线；将板折叠成冷冻食品箱的形状；利用粘合方法将折叠过的板端部粘合，维持容器的完整。使用厚度为0.25mm、0.3mm、0.35mm、0.4mm、0.45mm和0.5mm的板来制造冷冻食品箱。

低温谷类箱是通过下述方法制造的：从板上剪下适当的形状；刻切板而形成所需的折叠线；将板折叠成低温谷类箱的形状；利用粘合方法将折叠过的板端部粘合，保持容器的完整。使用厚度为0.3mm的板。

吸管(straw)是由下述方法制造的：将0.25mm板卷成吸管，利用现有的粘合方法将其端部粘合起来。正如上述的制造各容器，制造吸管的优点是：为了使板暂时具有更高的挠性，可以将板再湿一些。这就使得板的裂缝和撕坏现象减小。尽管如此，在没有可见的撕坏和裂缝的前提下，不再湿板卷制和翻边也是可能的。

本发明发现所述容器在水存在一定时间下就会被破坏，破裂的平均时间为1天。制造容器的修剪板的多余废料可通过简单的破坏方式容易地再循环而混回至水凝可固化混合物中去。

制造的各种容器如下所列，包括用来制造各种容器的板的厚度：

实施例     容器           板厚

122         低温杯          0.3mm

123         低温杯          0.4mm

124         蛤壳            0.4mm

125         蛤壳            0.5mm

126         法式油煎食品箱  0.25mm

127         法式油煎食品箱  0.3mm

128    法式油煎食品箱    0.35mm

129    法式油煎食品箱    0.4mm

130    法式油煎食品箱    0.45mm

131    法式油煎食品箱    0.5mm

132    冷冻食品箱        0.25mm

133    冷冻食品箱        0.3mm

134    冷冻食品箱        0.35mm

135    冷冻食品箱        0.4mm

136    冷冻食品箱        0.45mm

137    冷冻食品箱        0.5mm

138    低温谷类箱        0.3mm

139    饮用吸管          0.25mm

实施例140

可以用印制普通纸板的常规印制模压来印制实施例122-139的容器所使用的水凝可固化板。与用普通纸板相比，油墨能很快或更快地干。之后印制过的板可与没有印制过的板一样被用来制造上文所列的任何容器。

实施例141

根据实施例122中的步骤，将实施例140得到的印制过的水凝可固化板制成杯子的形状，不同的是在杯顶翻边步骤之前利用矿物油润滑剂处理顶部边缘。尽管如此，如上所述，在没有矿物油的条件下，翻边也是可能的。此杯子具有快餐食品工业中商用所必需的重量、强度和防水等性能，包括标记信息。

实施例142

用按实施例122-139制得的板制造蛤壳容器。测试板，从而确定最容易弯曲的允许的最大刻切深度，与此同时离开节点具有最大的强度和回弹能力。测试时的刻痕深度在20％至50％范围，发现刻痕深度为25％时的结果最好。另外，还发现板越厚(0.4-0.5mm)，越好刻痕且得到的蛤壳容器强度越大、越硬实。

实施例143

利用实施例122-139的板制造蛤壳，不同的是使用了三分反向节点(triple reverse hinge)。也就是在蛤壳容器的外表侧切了一系列的三刻切痕(three score Cuts)。由于降低了各单个刻痕线必须弯曲的距离，所以所得到的节点可以在不被破坏的情况下比单个刻切节点能够打开和关闭更多次。

实施例144

将根据实施例122和123制得的低温杯子通过一工业蜡涂层机，一均匀的蜡层施加到杯子表面上。蜡层使得杯子表面完全密封防潮并使其不透水。

实施例145

利用细喷嘴将按实施例122和123制得的低温杯涂上丙烯酸酯涂层。正如实施例144中蜡的作用，丙烯酸酯涂层使得杯子表面完全密封防潮并使其不透水。然而，丙烯酸酯涂层具有不象蜡涂层可见的优点。由于丙烯酸酯涂层更薄是可能的，所以杯子看上去似乎没有涂层。杯子的光泽度可由使用不同类型的丙烯酸酯涂层来控制。

实施例146

利用细喷嘴将按实施例122和123制得的低温杯涂上商用蜜胺涂层。正如实施例144和145，蜜胺涂层使得杯子表面完全密封防潮并使其不透水。然而，蜜胺涂层也具有不大可见的优点，而且可以比蜡涂层涂得薄些。杯子的光泽度可由使用不同类型的蜜胺涂层来控制。

实施例147

按实施例122和123制得的低温杯周围全部涂上了由聚乙二醇增塑的羟甲基纤维素混合物组成的优质涂层。此涂层使得杯子表面完全密封防潮并使其不透水。然而，与涂有蜡、丙烯酸酯或蜜胺的杯子相比，表面看上去更自然且光泽要小些。

实施例148-151

按实施例124和125制得的蛤壳容器分别涂上与用在实施例144-147的低温杯上的涂层相同的涂层材料。结果实质上表明与杯子涂层所得到的结果相同。

实施例       涂层材料

148           蜡

149           丙烯酸酯

150           蜜胺

151           增塑羟甲基纤维素

实施例152-155

按实施例126-131制得的法式油煎食品容器分别涂上与用在实施例144-147的低温杯上的涂层相同的涂层材料。结果实质上与杯子涂层所得到的结果相同。

实施例            涂层材料

152                蜡

153                丙烯酸酯

154                蜜胺

155                增塑羟甲基纤维素

实施例156-159

按实施例132-137制得的冷冻食品容器分别涂上与用在实施例144-147的低温杯上的涂层相同的涂层材料。结果实质上与杯子涂层所得到的结果相同。

实施例           涂层材料

156               蜡

157               丙烯酸酯

158               蜜胺

159               增塑羟甲基纤维素

实施例160-163

由实施例138制得的低温谷类箱分别涂上与用在实施例144-147的低温杯上的涂层相同的涂层材料。结果实质上与杯子涂层所得到的结果相同。

实施例          涂层材料

160              蜡

161              丙烯酸酯

162              蜜胺

163              增塑羟甲基纤维素

实施例164-167

按实施例139制得的饮用吸管分别涂上与实施例144-147的低温杯上的涂层相同的涂层材料。虽然以此方法适当地涂盖吸管内层更困难些，但对于其外表面来说，其结果实质上与杯子涂层所得到的结果相同。

实施例          涂层材料

164              蜡

165              丙烯酸酯

166              蜜胺

167              增塑羟甲基纤维素

实施例168

利用实施例122-139中提出的相同搅拌方案来制造厚度在0.25mm至0.5mm之间不同的板。混合、挤压和压延过程均各自相同。每种厚度的干薄板被截成圆形，利用工业机械压机将其变成纸板，此压机上安装有用于由纸料制造此类板的顺序模。与普通纸板相比，模压水凝可固化板的细节显得很完美且其形状、强度和外观实质上很相似。然而，水凝可固化板比普通纸板更硬实，因此当将食品放在板上或板内时具有更好的结构完整性。

实施例169

在将干板压成板材前，先将由实施例168得到的干板浸水，使其再含有原始干板重量5％的水(应记住：即使是感觉到板已经干燥并且具有最大的坚硬性，所述的“干”板在其水凝可固化结构基体中仍含有水)。加入的水有助于板变得更具挠性(即，破裂前更高的拉伸量)，这就使其比由相同方法得到的普通纸板具有更好的模槽和清晰度。压机被加热到200℃，在很短的压制时间(＜1秒)时，多余的水就通过热模的排气孔中蒸发出去，从而获得比纸具有更高坚硬性的干燥制品。

实施例170

在将干板压成板材前，先将由实施例168得到的干板浸水，使其再含有原始干板重量10％的水。尽管模槽和清晰度能比得上实施例169的结果，但是加入的水有助于板变得更具挠性。加入多余水的结果会使模压时要花去一点时间排去多余的水并形成实质上是干燥的板材。结果发现模压时间可通过升高模压的温度而减少。最后制品的挺度比所比较的纸板更高。

实施例171

在将干板压成板材之前，先将由实施例168得到的干板浸水，使其再含有原始干板重量20％的水。加入的水有助于板变得比实施例170的板更具挠性，从而使得模压方法属于湿板模压法，而不是干板模压法。由于压制材料上没有诸如此类的折叠线，所以得到的制品优于纸模压法。最后制品的挺度比所比较的纸板更高。

实施例172

在将干板压成板材之前，先将由实施例168得到的干板浸水，使其再含有原始干板重量30％的水。尽管模制过程和结果相似，但是所加入的水有助于板变得比实施例171的板还要更具挠性一些。由于压制材料上没有诸如此类的折叠线，所以得到的制品优于纸模压法。由于多余的水，所以模压过程花费的时间要比用少量水湿润薄板的长一点。结果发现将模子加热到高一点的温度会减少模压时间。最后制品的挺度比所比较的纸板要高。

实施例173

重复实施例168-172过程的各个步骤，不同的是在将板如上压成板材前，将板的一面涂上工业丙烯酸酯涂层。在再湿板的情况下，水被喷在与涂有涂层一面相对的一面上。涂层使板材具有一更光泽的表面并使其更防水。

实施例174

重复实施例168-172过程的各个步骤，不同的是在将板如上压成板材之前，将板的一面涂上工业聚乙烯涂层。在再湿板的情况下，水被喷在与涂有涂层一面相对的一面上。涂层使板材具有一更光泽的表面并使其更防水。

实施例175-181

重复实施例168-174中提出的过程，不同的是利用由纸料制造不回收纸碗的常规压制法将板压制成碗形。水凝可固化碗的直径为15cm、深度为3cm。由于由板形成碗需要更深的模槽以及更大的弯曲和变形程度，加入水量少于10％的板就产生了一些缺陷。然而，与由纸制造的碗相比，使用至少10％的加水量可得到模槽更好、不需折叠且表面更光滑的好产品。

实施例        加水量         涂层

17             50％            无

17             65％            无

177            10％            无

178            20％            无

179            30％            无

180            变量            丙烯酸酯

181            变量            聚乙烯

实施例182-188

重复实施例168-174中提出的模制过程，不同的是板被压成一两部早餐大浅盘的形状，所述两部早餐大浅盘包括顶部和底部。顶部长20cm、深3.5cm，底部长21cm、深1.0cm。使用0.8mm厚的板，每个所述大浅盘的重量在12-15g之间。尽管它们与用在快餐食品工业中的现有早餐大浅盘的重量相似，但是它们更不容易损坏。

顶部和底部在尺寸上是互补的，它们可通过顶部一侧的接头和底部一侧的沟槽绞接在一起而形成一闭合的容器。产品的挠性足以在压碾时不会发生破碎失败的现象。具有涂层的产品显示出涂层与水凝可固化结构基体之间的协合作用。由于弹性涂层的高延伸率，产品在被破坏前变得更结实、更具韧性且更具弹性。

实施例        加水量         涂层

182            0％             无

183            5％             无

184            10％            无

185            20％            无

186            30％            无

187           变量        丙烯酸酯

188           变量        聚乙烯

实施例189

利用实施例182-188中提出的混合方案制造两部早餐大浅盘，不同的是：不是采用先干燥压延板再重新湿润压延板，而是直接将湿的板模压成早餐大浅盘的形状。湿的板容易模制并且只能导致少量的表面和结构缺陷。由本实施例制得的早餐大浅盘的厚度为0.5mm，所述大浅盘与先前实施例制得的大浅盘具有相似的重量和绝热性能。

将上述的容器置于微波炉中测试其微波相容性；也就是说，当容器和食品暴露在微波辐射下，测定容器本身或者装在里面的食品能否变热。

尽管水凝可固化结构基体中含少量的水，容器可能会吸收一些射线并变热，但事实上，容器本身仍然是保持凉的。由于材料的低介电常数，全部能量都吸入食品中而不是容器中。

由于相同的原因，微波烘烤初始阶段凝缩到容器表面的蒸汽会在进一步微波烘烤下很快地蒸发掉。因此，当食品容器敝开时，在微波烘烤过程之后，容器表面不再有浓缩蒸汽存在。当容器打开时，任何过量的蒸汽都蒸发出去；只留下外观和味道都较好的食品。与聚乙烯容器形成显明的对比，聚乙烯容器趋向于在容器表面上聚积大量的凝缩蒸汽，因此提供了一些“烘不透的”、不大需要的食品制品。另外，如果加热时间过长，聚乙烯容器经常会熔化。

本发明的水凝可固化材料的比热相对较低，约为0.9J/g.k；其导热系数也低，0.06-0.14W/m.k。这就可以在微波烘烤过程中只有少量的热量由食品传给容器。所以可在任何情况下将容器从微波炉中取出而不烫手。当容器从微波炉中取出后，容器会慢慢变热(通过吸收食品里的一些热量)，但绝不会变得热得不可摸。

实施例190

从含下列成分的水凝可固化混合物制造用于形成各种食品和饮料容器的象纸一样的平薄板：

卜特兰水泥                1.0Kg

珍珠岩                    0.3Kg

空心玻璃球(＜             0.8Kg

0.1mm)

云母                      0.5Kg

纤维(南方松树)            0.25Kg

Tylose^FL15002          0.2Kg

水                        2.6Kg

在高剪切搅拌器中将水泥、云母、纤维、Tylose^和水一起混合5分钟，然后加入珍珠岩和空心玻璃球，所得混合物在低剪切搅拌器中混合。利用螺旋挤压机和塑模将此混合物挤压成宽30cm、厚0.6cm的薄板。为了将薄板的厚度降低至0.1mm-2mm之间，薄板被一步一步地通过加热过的滚柱对之间。

由于空心玻璃球的比表面积(200-250m²/Kg)比珍珠岩低，与实施例122-139的混合方案相比，实施例190的混合物得到的产品具有更均匀的厚度，其最后的表面也得到了改善。当与热的压延滚柱相接触时，减小了的聚积体比表面积会降低需除去的水分含量。因此使材料保持了更好的可模制性、最大的流变，从而在压延过程中会引起更少的微缺陷以及更好的均匀性。

实施例191

用制造工业纸杯的机器，将由实施例190制得的薄板截断、卷制及粘合成10盎司的饮用杯。为了保证更防水，将杯子交替地涂上蜡涂层。

实施例192

重复实施例122-139的混合方案和模制过程的各个步骤，只是利用0.5Kg高岭土代替云母。利用这种交替混合方案制得的板比使用云母制得的板的表面更光泽。更光泽的表面是这样获得的：当板一步一步地通过一对压延滚柱时，更细的高岭土颗粒在薄板表面上排列成行，所述压延滚柱也起着一对光滑滚柱的作用。

实施例193

重复实施例192的混合方案和模制过程的各个步骤，只是使用1.0Kg的高岭土。使用此增加了的高岭土量模制的板具有比仅使用0.5Kg高岭土的板更光滑的表面。

实施例194

重复实施例192的混合方案和模制过程的各个步骤，只是使用1.5Kg的高岭土。使用此增加了的高岭土量模制的板具有比仅使用0.5Kg和1.0Kg高岭土的板更光滑的表面。然而，高岭土的量增加会使得到的板更脆。另外，当板通过压延滚柱间时，由于比表面积增加，干燥缺陷会成为一些问题。

实施例195

重复实施例122-139的混合方案和模制过程的各个步骤，不同的是珍珠岩包括在内且云母的量增加到了1.5Kg。利用此交替混合方案制得的板更光滑。然而，水凝可固化结构基体更密实且更脆。另外，干燥缺陷增加。板可以卷制成杯子，但具有裂纹的表面小缺陷。顶部的卷边也不比实施例122和123那样成功。

实施例196

重复实施例122-139的混合方案和模制过程的各个步骤，只是珍珠岩的量增至1.0Kg。由此制得的板和容器具有稍低一些的密度，但其强度和韧性也要稍低一些。

实施例197

重复实施例122-139的混合方案和模制过程的各个步骤，只是珍珠岩的量增至0.75Kg。由此制得的板和容器具有稍低一些的密度，但其强度和韧性也要稍低一些。但是，其强度特征要比实施例196中使用1.0Kg珍珠岩的强度特征稍好一些。

实施例198

重复实施例122-139的混合方案和模制过程的各个步骤，只是珍珠岩的量减至0.25Kg。由此制得的板和容器具有更高的纤维含量、稍高的密度，但其强度和韧性更大。

实施例199

重复实施例122-139的混合方案和模制过程的各个步骤，只是从原混合方案中去除了珍珠岩。由此制得的板和容器具有稍高的密度，但其强度和韧性更大。

下列的实施例是一些试验，目的是选择能获得具有优选性能判据的产品的最佳混合方案。尽管在下列试验实施例中只是制得的板，但是，利用说明书中提出的任意方法(包括实施例)将此类板制成适当的食品或饮料容器应当是本领域普通技术人员能够理解的。另外，许多混合方案也能够应用于食品或饮料容器的直接模制或湿板模制。

实施例200-205

由含有如下成分的水凝可固化混合物依照实施例122-139中提出的步骤制造厚度为0.4mm的水凝可固化板：

卜特兰水泥            1.0Kg

珍珠岩                变量

云母                  0.5Kg

Tylose^FL15002      0.2Kg

纤维(南方松树)        0.25Kg

水            变量

为了确定材料性能(特别是硬化板的强度性能)的影响，本实施例研究了加入可变量珍珠岩的作用。由于珍珠岩的吸水性能，为了维持混合物的流变和可工作性能在同一水平，必须随着珍珠岩量的降低而降低水量。各个实施例的珍珠岩量和水量如下：

实施例    珍珠岩       水

200        0.5Kg         2.15Kg

201        0.4Kg         2.05Kg

202        0.3Kg         1.85Kg

203        0.2Kg         1.65Kg

204        0.1Kg         1.50Kg

205        0.0Kg         1.40Kg

在实质上是单向方法中，挤压和压延过程具有使纤维纵向取向的作用。因此，板具有一“强”的方向和一“弱”的方向。测量了板的两个方向上的抗拉强度，0°方向定义为强方向，90°方向定义为弱方向。另外，对于每张板，测量了其破坏前的延伸率以及弹性杨氏模量。

还测试了板中间方向或45°方向上的强度，本实施例只给出了该方向上例子的测试结果。尽管按照一般规律，45°方向上测量结果更接近于弱方向上的相同性能测量结果，但是此方向上板的抗拉强度，延伸率和杨氏模量的测量结果一般介于强方向和弱方向上测量结果之间。结果如下：

            强度(MPa)        延伸率(ΔL/L)        模量(MPa)

实施例     0°     90°                0°      90°                      0°      90°

  200     10.67   5.18     1.57％   0.66％      2297     1375

201      11.2      5.33     2.38％    1.25％     2156     1559

202      13.45     6.27     2.22％    1.00％     2956     1548

203      16.06     7.73     3.05％    1.01％     3006     1674

204      17.91     10.0     1.38％    0.98％     3375     2605

205      13.87     6.76     1.03％    0.48％     3058     2434

这些实施例揭示出：当珍珠岩的量减小(纤维的浓度增加)时，抗拉强度、延伸率和杨氏模量均增加，其中当珍珠岩的量减少到一定数量之下应该除外。正如实施例205，抗拉强度和杨氏模量都能继续增加到珍珠岩含量为0。然而，当珍珠岩减少(直至少于0.2Kg)时，材料的延伸能力增强；此后，延伸率将大大下降。在此混合方案中，珍珠岩的量减小到超过一定范围会使板中的缺陷量增加，而板的强度、延伸率和弹性将下降。

然而，一般地，当珍珠岩量减小时，纤维，流变调节剂以及水凝水泥的浓度将增加，这样可以增加抗拉强度。另外，增加水泥浓度会使其挺度(模量)增加，而对产品的延伸能力具有副作用。

另一个兴趣点是：在这些板中，强方向和弱方向上的抗拉强度之比仅为约2∶1，而纸产品中的该比例一般地为3∶1。

尽管上面测试的板基本上是干燥的，但是为了获得最大干燥度的板，将由实施例200-205制得的板进一步在炉子上干燥。将板进一步干燥的目的是为了在恒定条件下获得板更精确的强度及其它性能。根据混合方案、测量过程中的湿度或者其它变量，板会吸收或保持一定量的水分。进一步干燥过的板的强度、延伸率以及弹性模量结果如下所示：

         强度(MPa)  延伸率(ΔL/L)  模量(MPa)

实施例  0°    90°     0°    90°            0°    90°

200    14.01     N/A    1.53％    N/A      2559    N/A

201    13.6      6.23   1.34％    1％      1799    2071

202    16.81     8.11   1.76％    1.08％   2659    1587

203    19.32     8.91   1.82％    1.16％   4002    1609

204    20.25     11.23  1.41％    0.63％   3448    1536

205    17.5      N/A    0.81％    N/A      3457    N/A

正如这些实施例所示，完全干燥板的延伸率下降了一些，而强度和弹性模量却增加了。因此，从这些实施例可以看出，当增加的强度和挺度重要时，板应该完全干燥；而当增加的延伸率重要时，可以通过板的湿度来控制延伸率。

实施例206-210

由含下列成分的水凝可固化混合物依照实施例122-139中提出的步骤制造厚度为0.4mm的水凝可固化板：

卜特兰水泥               1.0Kg

CaCO3(滑石)              变量

Tylose^FL15002         0.20Kg

纤维(南方松树)           0.25Kg

水                       变量

为了确定材料性能(特别是硬化板的强度性能)的影响，本实施例研究了加入可变量滑石的作用。由于滑石的吸水性能比珍珠岩差，所以为了维持相同水平的流变和可工作性能，无需在降低滑石含量的同时降低水量。各实施例中CaCO3和水的量如下：

实施例       CaCO₃        水

206           5.0Kg         2.25Kg

207        4.0Kg       2.15Kg

208        3.0Kg       2.05Kg

209        2.0Kg       2.00Kg

210        1.0Kg       1.96Kg

由不同混合方案形成的各个完全干燥板的强度、延伸率和杨氏模量如下所示：

         强度(MPa)        延伸率(ΔL/L)      模量(MPa)

实施例  0°      90°              0°     90°                    0°   90°

206     11.59   N/A      N/A     N/A        N/A    N/A

207     16.16   N/A      0.72％  N/A        4638   N/A

208     14.82   5.22     0.97％  0.42％     4521   3521

209     20.43   8.26     1.11％  0.56％     4301   2773

210     18.43   7.98     1.1 3％ 0.51％     3902   3320

与使用珍珠岩相比，使用滑石得到的板表面更光滑、更无缺陷，而且微结构更均匀。

实施例211-217

由含下列成分的水凝可固化混合物依照实施例122-139中提出的步骤制造厚度为0.4mm的水凝可固化板：

卜特兰水泥          1.0Kg

珍珠岩              0.5Kg

云母                0.5Kg

Tylose^FL15002    变量

纤维(南方松树)      0.25Kg

水                  变量

改变Tylose^的含量，其目的是为了确定增加水凝可固化混合物中Tylose^含量的作用。为了溶解Tylose^以及维持其相似的流变和可工作性能，增加混合物中Tylose^的量需要添加更多的水。

实施例           Tylose^            水

211               0.1Kg                2.25Kg

212               0.3Kg                2.75Kg

213               0.4Kg                3.00Kg

214               0.5Kg                3.25Kg

215               0.6Kg                3.50Kg

216               0.7Kg                3.75Kg

217               0.8Kg                4.0Kg

当加入更多的Tylose^时，抗拉强度和延伸率性能会增加到某一值，而杨氏模量却会波动。使用不同混合方案制得的经炉子干燥的板的测试结果如下：

          强度(MPa)         延伸率(ΔL/L)      模量(MPa)

实施例   0°    90°                   0°       90°                  0°       90°

211      N/A    N/A       N/A        N/A      N/A       N/A

212      13.84  7.25      1.41％     0.75％   2954      1692

213      16.43  7.9       1.9％      0.83％   2400      2075

214      21.31  11.58     3.64％     1.06％   3347      2370

215      16.11  10.35     1.84％     1.13％   2816      1797

216      15.73  9.56      1.81％     0.93％   2690      1851

217      18.86  10.33     2.35％     1.45％   2790      1570

由此可见，增加Tylose^的浓度一般趋向于增加抗拉强度、模量以及破坏前的延伸率。延伸能力越高越有利于卷曲由板制成的杯子的边缘，同时也提高薄板在刻切处的强度。然而，当Tylose^浓度增至某一量以上时，材料会变得可工作性下降且结构基体中的缺陷变多，这样板的强度、模量以及延伸率会降低。尽管如此，缺陷量(以及所得到的强度性能)可以通过优化压延过程而得到改善。

实施例218

基于抗拉强度和延伸率一般会随着混合方案中纤维和Tylose^量的增加而增加的理解，得到了纤维和Tylose^含量为最大的混合方案。水凝可固化混合物包含下列成分：

卜特兰水泥           1.0Kg

水                   2.2Kg

珍珠岩               0.1Kg

纤维(南方松树)       0.25Kg

Tylose^FL15002     0.5Kg

挤压该混合物，然后将通过一连串滚柱对之间，从而得到厚度0.4mm的板。完全干燥的板被发现具有更大的强度和延伸率性能。强方向的抗拉强度测量为39.05MPa，而弱方向则为18.86MPa；强方向上的延伸率为1.97％，而弱方向则为1.23％；强方向上的弹性模量为3935，而弱方向则为2297，此弹性模量与一般的纸相当。

实施例219-223

由含下列成分的水凝可固化混合物依照实施例122-139中提出的步骤制造厚度为0.4mm的水凝可固化板：

卜特兰水泥              1.0Kg

空心玻璃球(400psi)      变量

Tylose^FL15002        0.2Kg

纤维(南方松树)          0.25Kg

水             变量

为了确定材料性能(特别是硬化薄板的强度性能)的影响，本实施例研究了加入可变量空心玻璃球的作用。尽管玻璃球不会吸收大量的水分，但是当玻璃球量减少时，用来维持相同流变的水量也会减少，这是因为微粒之间的空间也相应减小。各个实施例中玻璃球和水的含量如下所示：

实施例    玻璃球    水

219        0.5Kg      1.6Kg

220        0.4Kg      1.45Kg

221        0.3Kg      1.40Kg

222        0.2Kg      1.35Kg

223        0.1Kg      1.25Kg

由不同混合方案制得的各完全干燥板的强度、延伸率和杨氏模量如下所示：

           强度(MPa)         延伸率(ΔL/L)       模量(MPa)

实施例    0°       90°               0°        90°                    0°      90°

219      10.34     3.69    2.2％      1.52％    1166     620

220      11.1      4.79    2.02％     1.49％    1446     677

221      12.38     5.71    1.58％     1.15％    1800     870

222      14.52     6.89    1.5％      1.1％     1935     1220

223      19.45     9.66    1.54％     0.96％    2660     1741

由含有玻璃球的实施例可见，与其它的混合方案相比，弹性模量低得多，而延伸率颇高。因此，板更具韧性和弹性。实施例219-223中制得的板的绝热性能很好，系数K在0.08-0.14W/m.k之间变化。

实施例224-227

由含有如下成分的水凝可固化混合物依照实施例122-139中提出的步骤制造厚为0.4mm的水凝可固化板：

卜特兰水泥                1.0Kg

珍珠岩                    0.5Kg

云母                      变量

Tylose^FL15002          0.2Kg

纤维(南方松树)            0.25Kg

水                        变量

为了确定材料性能(特别是硬化板的强度性能)的影响，本实施例研究了加入可变量云母的作用。由于云母的吸水性能，为了维持其流变和可工作性能在同一水平，必须随着云母量的增加而增加水量。各个实施例的云母量和水量如下：

实施例     云母       水

224         1.0Kg       2.7Kg

225         1.5Kg       2.9Kg

226         2.0Kg       3.0Kg

227         2.5Kg       3.2Kg

由不同混合方案形成的各个完全干燥的板的强度、延伸率和杨氏模量如下所示：

          强度(MPa)      延伸率(ΔL/L)     模量(MPa)

实施例   0°    90°             0°      90°                0°      90°

224     9.92      4.610.825％    0.652％     2127      1257

225     9.37      5.30.71％      0.49％      3079      2188

226     11.14     4.050.79％     0.314％     3100      1520

227     11.41     4.760.58％     0.32％       2693     1282

云母浓度增加会引起板强度增加，而其延伸能力降低。含更多量云母的板变得很脆。

实施例228-233

由组成如下的水凝可固化混合物制得一种纸状板材：

波特兰白水泥                    500g

碳酸钙                          500g

空心玻璃球                      500g

硬木纤维                        500g

纤基乙酸钠(Tylose^)FL-15002   300g

水                              可变量

使用由3M制造的抗压强度为4000psi的P38空心玻璃球。所用水的量取决于所需的流变学，其范围为1800-2300g，这样得到的混合物中水含量约为50％(重量)。若包含更多的水，所得混合物的应力和粘度就会降低，使其更加塑性化和容易熔化或挤压，但初始形状的稳定性也会降低。水的最佳用量取决于所采用的成型方法，包括挤压抗模厚度、辊的咬合程度及辊的温度。所用水量如下：

例              水

228             1800g

229             1900g

230             2000g

231             2100g

232          2200g

233          2300g

按例122-139所述的步骤将这些可水力凝固的混合物成型为板材。另外，使混合物直接从一对挤压辊之间通过，也可任选地使其再从一或多对压延辊间通过，以成型为所需厚度的板材。通过将辊加热到80℃至95℃之间的温度，部分地干燥板材。对初始水含量较高的那些混合方案适合用较高的辊温。加热这些辊还可以在板材和辊之间形成一种蒸汽屏蔽，从而减少粘附现象。

通过使板材绕一系列加热到150℃至250℃温度范围的干燥辊滚动而对其进行更彻底的干燥。此后，使板材由快速移动的砑光辊间穿过对其进行抛光，使板材表面抛光。即使在板材完全“干燥”后(在板材摸起来完全干燥的地方)，它们仍含有约为板材重量12％的水。

由于用波特兰白水泥、碳酸钙和玻璃球作无机成分，所制成的板材很白，就象常见的纸一样。它仍非常柔软，能够用在可用纸的大多数场合。它仍可以用作纸板或用作制造许多制品用的纸料，包括制造容器，尤其是食品或饮料包装物。

实施例234

利用上述任何混合方案，通过用大体同样量的石膏半水合物代替水硬水泥，制得一种水凝可固化混合物。这种水凝可固化的混合物的凝固时间较短，一般将形成具有类似强度、延伸率及硬度性能的板材。

实施例235

利用上述任何混合方案，用氧化钙代替水凝水泥，制得一种水凝可固化混合物。因为氧化钙与二氧化碳的反应较慢，所以该水凝可固化混合物的凝固时间较长，但一般所制板材有类似的强度、延伸率及硬度性质。然而，通过在成型过程中或其后脱去混合物中大量水分，有可能迅速达到一定的湿态强度。

实施例236

制得一种组成如下的水凝可固化混合物：

石膏半水合物            1.0kg

珍珠岩                  0.5kg

Tylose^               0.075kg

纤维                    0.25kg

水                      2.6kg

使石膏、Tylose^、纤维和水在一个高剪切混合机中一起混合3分钟，此后加入珍珠岩，再在一个低剪切混合机中混合3分钟。

将该混合物挤压成6mm厚的板材，然后分步压延，将板厚降低到最终厚度为0.25mm至0.5mm。

利用本说明书中所述任何合适的方法，很容易将该板材制成合适的食品或饮料包装物。其强度性能可与用水凝水泥制成的包装物相媲美，可用来代替例如纸、纸板或聚苯乙烯包装物。

实施例237

任何水凝可固化混合方案采用的水硬水泥改变成包括约为水凝水泥重量25％的石膏半水合物。石膏起水吸收组分(或内干燥剂)的作用，产生快速成形稳定性。由其形成的包装物的强度性能与不含石膏的混合物相类似。

实施例238

使任何上述混合方案包括一种促凝剂，形成一种可更快地实现形状稳定性的水凝可固化混合物。该材料的最终强度可与不用促凝剂的材料相媲美。

实施例239

将废弃的水凝可固化包装物和其它制品与废食品一起堆作肥料。4周后，包装完全分解，成为良好的混合肥料。

实施例240

将废弃的无机填充包装物和其它制品与废食品一起堆作肥料。4周后，包装品完全分解，变成良好的混合肥料。

由上述可知，本发明提供了用于制造水凝可固化和无机填充制品的改进的组合物、方法和系统，该制品可成型为目前由纸、纸板、聚苯乙烯、金属、玻璃或塑料成型的各种物品。

本发明还提供了用于产生性能与纸、纸板、聚苯乙烯、金属、玻璃和塑料相类似的水凝可固化和无机填充制品的组合物、方法和系统。利用与目前用来由纸、纸板、聚苯乙烯、金属、玻璃或塑料成型的各种包装品或其它物品相同或相似的制造设备具和技术，可将这些组合物成型为这些制品。

本发明进而提供了用于制造水凝可固化和无机填充制品的组合物、方法和系统，这类制品不产生制造纸、纸板、塑料、金属、玻璃或聚苯乙烯材料时的废料。而且，这些制品以及由其制成的包装物或其它物品很容易降解成通常在泥土中看到的物质。

此外，本发明提供了组合物、方法和系统，从而有可能以相似或优于现有制造纸或聚苯乙烯产品的方法的成本制造板材、包装物和其它物品。

最后，本发明提供了用于批量生产水凝可固化和无机填充制品的组合物、方法和系统，它可以快速成型并在制造过程开始后几分钟内即大体干燥。

本发明可以其它特定方式实施而不脱离其发明精神或基本特征。从各方面讲，所述实施方式仅仅是为了详细详细说明本发明而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由上述描述的限定。在权利要求等效的含义和范围内的所有改变都包括在其保护范围内。

Claims (72)

1.一种具有无机填充基质的制品，所述的基质包含：

一种水分散性有机聚合物粘合剂；

一种无机集材；和

一种纤维材料，该无机填充基质的厚度范围为0.01mm至20mm，并且长时间暴露后降解为水；

所述的制品还包括涂布在至少一部分无机填充基质上用于保护无机填充基质以抗水降解的涂层材料。

2.权利要求1所述的制品，其特征是该涂层材料包含食用油、蜜胺、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、丙烯酸酯类、聚氨基甲酸乙酯、聚乳酸、羟基丁酸酯/羟基戊酸酯共聚物、淀粉、大豆蛋白、聚乙烯、合成聚合物、蜡、高弹体及它们的混合物或衍生物中的至少一种。

3.权利要求1所述的制品，其特征是该涂层材料包含硅酸钠、碳酸钙、高岭土、陶土及它们的混合物中的至少一种。

4.权利要求2所述的制品，其特征是该涂层材料还包含硅酸钠、碳酸钙、高岭土、陶土及它们的混合物中的至少一种。

5.权利要求1所述的制品，其特征是所含的无机集材的量为固体总重量的20％至95％。

6.权利要求1所述的制品，其特征是无机集材的体积为总固体体积的40％至98％。

7.权利要求1所述的制品，其特征是无机集材为散状粒料，其粒径范围小至0.05微米，大至2毫米。

8.权利要求1所述的制品，其特征是无机集材是一种可降低密度和提高基质绝热性能的轻质填料，该轻质填料为珍珠岩、蛭石、空心玻璃球、多孔陶瓷球、膨化土、轻质膨化地质材料、浮石或微球中的至少一种。

9.权利要求1所述的制品，其特征是所述的无机填料选自粘土、石膏、碳酸钙、云母、硅石、矾土、金属、砂、砾石、砂石、石灰石、和它们的混合物。

10.权利要求1所述的制品，其特征是该基质还包括一种选自种子、淀粉、明胶、聚合物、软木、琼脂类材料、塑料球或其混合物的有机填料。

11.权利要求1所述的制品，其特征是纤维材料的体积范围为无机填充基质中总固体体积的0.2％至50％。

12.权利要求1所述的制品，其特征是纤维材料的体积范围为无机填充基质中总固体体积的1％至30％。

13.权利要求1所述的制品，其特征是纤维材料的体积范围为无机填充基质中总固体体积的5至20％。

14.权利要求1所述的制品，其特征是纤维材料含有有机纤维，该有机纤维为大麻、棉花、甘蔗渣、蕉麻、亚麻、南方松木、南方硬木纤维或再生纸纤维中的至少一种。

15.权利要求1所述的制品，其特征是纤维材料为无机纤维，该无机纤维为玻璃、硅石、陶瓷、石墨或金属纤维中的至少一种。

16.权利要求1所述的制品，其特征是纤维材料包括长径比至少为100∶1的单个纤维。

17.权利要求1所述的制品，其特征是有机聚合物粘合剂含有纤维素基聚合物，该纤维素基聚合物为甲基羟乙基纤维素、羟甲基乙基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羧乙基纤维素或羟乙基丙基纤维素中的至少一种。

18.权利要求1所述的制品，其特征是该有机聚合物粘合剂含有淀粉基聚合物，该淀粉基聚合物为枝链淀粉、直链淀粉、海凝胶(Seagel)、淀粉醋酸酯、淀粉羧乙醚、离子淀粉、长链烷基淀粉、糊精、胺淀粉、磷酸酯淀粉或双醛淀粉中的至少一种。

19.权利要求1所述的制品，其特征是该有机聚合物粘合剂含有蛋白质基材料，该蛋白质基材料为醇溶谷蛋白、胶原、白明胶、动物胶、酪蛋白中的至少一种。

20.权利要求1所述的制品，其特征是有机聚合物粘合剂含有多糖，该多糖为藻酸、藻胶类、琼脂、阿拉伯树胶、瓜耳豆胶、刺槐豆胶、刺梧桐树胶或黄蓍胶中的至少一种。

21.权利要求1所述的制品，其特征是有机聚合物粘合剂包含一种合成有机聚合物，该合成的有机聚合物为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯基甲基醚、聚丙烯酸类、聚丙烯酸盐类、聚乙烯基丙烯酸类、聚乙烯基丙烯酸盐类、聚丙烯酰亚胺类、聚乳酸、环氧乙烯聚合物、合成粘土或乳胶中的至少一种。

22.权利要求1所述的制品，其特征是有机聚合物粘合剂的体积范围为无机填充基质中总固体体积的1％至50％。

23.权利要求1所述的制品，其特征是有机聚合物粘合剂和纤维材料的总体积范围为无机填充基质中总固体体积的5％至60％。

24.权利要求1所述的制品，其特征是所述的基质含有一种分散剂，该分散剂选自磺化萘-甲醛缩合物、磺化蜜胺-甲醛缩合物、木质素磺酸盐和聚丙烯酸。

25.权利要求1所述的制品，其特征是所述的基质还含有一种不连续的非聚集相，该不连续相中具有细微分散的空隙。

26.权利要求1所述的制品，其特征是无机填充基质的厚度范围为0.01mm至3mm。

27.权利要求1所述的制品，其特征是无机填充基质的厚度范围为0.5mm至2mm。

28.权利要求1所述的制品，其特征是无机填充基质的堆积密度范围为0.1g/cm³至1.5g/cm³。

29.权利要求1所述的制品，其特征是制品包括一种容器。

30.权利要求29所述的制品，其特征是容器为选自下列物体的形状：盒、板条箱、袋、管、杯、“蛤壳”、纸板箱、法国油炸食品包装物、盘、碗、盖子和波纹纸盒。

31.权利要求1所述的制品，其特征是该涂层是层合材料。

32.权利要求1所述的制品，其特征是制品还包含有印刷标记。

33.一种制造制品的方法，包括下列步骤：

把水分散性有机聚合物粘合剂、水、和纤维材料混合在一起，形成内聚混合物；

将该内聚混合物成型为所需的制品形状；和

以加快的方式从该混合物中蒸发除去大部分的水，以使有机聚合物粘合剂基本上干燥，并由此形成具有所需形状和厚度为0.01-20毫米的成型制品；和

在该成型制品上施涂涂层材料，以保护所述的制品以抗水降解。

34.权利要求33所述的制造制品的方法，其特征是该附加涂层材料包含食用油、蜜胺、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、羟丙基甲基纤维素、聚乙二醇、丙烯酸酯类、聚氨基甲酸乙酯、聚乳酸、羟基丁酸酯/羟基戊酸酯共聚物、淀粉、大豆蛋白、聚乙烯、合成聚合物、蜡、高弹体及它们的混合物或衍生物中的至少一种。

35.权利要求33所述的制造制品的方法，其特征是该涂层材料包含硅酸钠、碳酸钙、高岭土、陶土及它们的混合物中的至少一种。

36.权利要求34所述的制造制品的方法，其特征是该涂层材料还包含硅酸钠、碳酸钙、高岭土、陶土及它们的混合物中的至少一种。

37.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是该内聚混合物具有5kPa至5MPa的屈服应力。

38.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是用一种高剪切力混合机进行混合步骤。

39.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是混合步骤用一台双螺杆挤压机进行。

40.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是混合步骤包括：

利用高剪切力混合将纤维材料分散到混合物中，其时间应足以使纤维材料的单个纤维均匀地分散在整个混合物中；

利用高剪切力混合将有机聚合物粘合剂混合到混合物中，以便将有机聚合物粘合剂均匀地分散在整个混合物中；和

利用低剪切力混合使集材与混合物结合。

41.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是由选自模压成型、注塑成型、吹塑成型、拉坯成型、湿板成型和干板成型的一种方法完成成型步骤。

42.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是将成型模具加热到一种足以防止物品与模具粘结的温度，进行成形步骤。

43.权利要求42所述制造制品的方法，其特征是模具温度为50℃至250℃。

44.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是成型步骤在低于1分钟的一段时间内完成，在该时间内成型的制品实现形状稳定化。

45.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是成型步骤在低于30秒的时间内完成，在该时间内成型的制品实现形状稳定化。

46.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是该方法产生下列形状之一的制品：盒、板条箱、袋、管、杯、“蛤壳”、纸箱、法国油炸食品包装物、盘、碗和盖子。

47.权利要求33所述制造制品的方法，其中成型步骤包括：

使混合物在所需形状的阳模和形状大体与阳模互补的阴模之间定位；

挤压阳模和阴模之间的混合物，将其成型为所需的制品形状；和

在成型制品实现稳定形状，可以不依赖于阳模和阴模而自持时，使阳模和阴模与制品分开。

48.权利要求47所述制造制品的方法，其特征是成型步骤采用选自下列至少一种模具：组合模、顺序冲模和可拆模。

49.权利要求47所述制造制品的方法，其中混合物的定位步骤包括：

将阳模以互补的形式部分地插入阴模中，直到阳模与阴模间形成一间隙距离为止；和

将混合物注入阳模和阴模之间。

50.权利要求47所述制造制品的方法，其特征是还包括向制品施加微波的步骤，以使在从阳模和阴模取出制品之前将其干燥成形状稳定的状态。

51.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是成型步骤包括：

将混合物注入构型与所需制品形状相应的模具中，注入的压力使混合物足以填充该模具；和

当成型制品实现稳定性，能独立于模具自持时，从模具中取出物品。

52.权利要求33所述制造制品的方法，其中成型步骤包括：

将混合物注入一个型坯空腔中并围绕位于其中的一个芯棒；

将芯棒以及在其上的混合物送入为制造制品具有所需形状的吹塑模中；

由芯棒鼓入空气，使吹塑模中的混合物膨胀，从而使混合物形成所需制品的形状；和

当成型的制品达到稳定性，从而可独立于吹塑模自持时，使吹塑模与制品脱开。

53.权利要求33所述制造制品的方法，其中所述的成型步骤包括：

将混合物挤压成管状；

将管状物放在分成两半的挤压吹塑模之间模壁限定了一个相应于所需制品形状的空腔；

将一根吹气杆插入模内的管状物中；

由吹气杆鼓入空气，使混合物膨胀到模壁，从而使混合物形成所需的制品形状；和

当成型的制品达到稳定性从而可独立于模具自持时，分开两半模具，使制品脱模。

54.权利要求33所述制造制品的方法，其特征是还包括在制品上固定印刷品的步骤。

55.权利要求33所述制造制品的方法，其中所述的方法形成厚度范围为0.05mm至3mm的制品。

56.一种用于制造制品的系统，包括：

内聚混合物，它包含水分散性有机聚合物粘合剂、水和纤维材料；

用于形成内聚混合物的混合机；

用于将内聚混合物成型为所需制品形状的成型装置；和

干燥装置，用于按加快方式从混合物中除去大部分的水，以便产生厚度为0.01-20mm的形状稳定制品；

涂覆装置，用于把层合涂料施加到制品上，以保护所述的制品以抗水降解。

57.权利要求56所述制造制品的系统，其特征是混合机是一台高剪切力混合机。

58.权利要求56所述制造制品的系统，其特征是混合机是一台双螺杆挤压机。

59.权利要求56所述制造制品的系统，其特征是混合机结构设计得可进行高能混合和低能混合。

60.权利要求56所述制造制品的系统，其中至少一部分成型装置包括一台挤压机。

61.权利要求60所述制造制品的系统，其中挤压机为一螺杆挤压机。

62.权利要求60所述制造制品的系统，其中挤压机是一台往复式螺旋注射器。

63.权利要求60所述制造制品的系统，其中挤压机是一台两级注射器。

64.权利要求56所述制造制品的系统，其特征是成型装置包括形状互补的一个阳模和一个阴模，在阳模和阴模之间挤压内聚混合物，将混合物成型为所需制品形状。

65.权利要求56所述制造制品的系统，其特征是成型装置包括一台用于将混合物注入一个密闭注塑模的挤压机，从而将混合物注入该注塑模中，将混合物成型为所需制品的形状。

66.权利要求56所述制造制品的系统，其中成型装置包括：

一台用来将内聚混合物注入一个型坯空腔并使之环绕其内的一个芯棒的挤压机，该芯棒至少有一个气口，由该气口可以鼓入空气使混合物膨胀；和

一个注射吹塑模，该模带有与所需制品形状相应的空腔，当芯棒与其上的混合物一起位于吹塑模中并由芯棒鼓入空气时，混合物形成所需的制品形状。

67.权利要求56所述制造制品的系统，其中成型装置包括：

一台带环形模头的挤压机，用来将混合物挤压成管状；

一个能将挤出的管收集在其间的分为两半的吹塑模，吹塑模有相应于所需制品形状的空腔；和

一个可位于收集在模具两半之间的挤出管中的吹气杆，由吹气杆吹入空气时，混合物成形为所需的制品形状。

68.权利要求56所述制造制品的系统，其中成型装置包括：

一个内壁限定的相应于所需物品形状的空腔的拉坯成型模；

一个用来支撑和转动其上模具的转轴；和

一个用来定位并在模腔内自转的辊头，当内聚混合物位于拉坯成型模中时，辊头将混合物压向内壁，从而使混合物成形为所需的制品形状。

69.权利要求56所述制造制品的系统，其中干燥装置包括一个能对成型后的制品提供热空气的炉子。

70.权利要求56所述制造制品的系统，其中干燥装置包括一个微波幅射源。

71.权利要求56所述制造制品的系统，还包括将标记印到制品上用的印刷装置。

72.权利要求56所述制品的系统，其特征是涂覆装置包括一个选自刀式涂覆机、搅拌涂覆机、气刀(air-knife)涂覆机、印刷涂覆机、照相凹板涂覆机、达尔格伦涂覆机和喷雾涂覆机的涂覆器具。

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