TW202228980A - 製造可撓性發泡體模製產品之方法、由該方法製造的可撓性發泡體及包括該可撓性發泡體的物品 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種用於製造可回收的射出模製微氣孔發泡體之方法，供用於鞋類組件、座椅組件、防護用具組件和水上運動配件。該方法包括以下步驟：提供熱塑性聚合物，其包括源自解聚合消費後塑膠之至少一個單體；將流體插入至模製設備之桶中。該流體在溫度和壓力條件下被引入以產生超臨界流體。該方法進一步包括將熱塑性聚合物和超臨界流體混合以產生單相溶液，及在氣體反壓力下將單相溶液注入至射出模製機之模具中。該方法進一步包括藉由控制模具內的熱和溫度條件使單相溶液發泡。

Description

製造可撓性發泡體模製產品之方法、由該方法製造的可撓性發泡體及包括該可撓性發泡體的物品

[相關申請的交叉引用]

本發明主張2020年12月1日提交的美國臨時專利申請案第63/119,691號的優先權和權益，其揭示內容全部以引用方式整體併入本文。

本發明係關於一種從可回收的或生物可降解的、工業上可堆肥的生物衍生的熱塑性聚合物射出模製的微氣孔發泡各種可撓性發泡體組合物之方法，用於例如鞋類組件、座椅組件、防護用具組件和水上運動配件。

藉由堆肥的降解是用於再生使用於製造製成品中的資源的重要製程。然而，當這些製成品涉及發泡體時，分解可能會成為問題。特別是，傳統已知的可撓性發泡體製造之方法有幾種缺點。例如，所述缺點包括不可再生的聚合物、化學發泡劑和化學添加劑(如在發泡體製造工業及固有的處理程序中所利用的)通常不能生物降解，並且所述不可再生聚合物、化學發泡劑和化學添加劑一般被認為對環境有害。此生物降解之缺乏意味著許多習知的可撓性發泡體材料及其所含的產品最終在垃圾掩埋場中持續數十年到數百年不等。

此亦成為問題的，因為當今世界上對垃圾掩埋場的過度使用對環境和經濟都有直接負面衝擊。例如，垃圾掩埋場是美國甲烷排放的第三大來源。此外，在傳統可撓性發泡體中使用的前述非生物可降解的聚合物和化學品特別來源於非再生資源。

這些材料不是天然可再生的，就像生物衍生的原料的情況一樣，且因此，這些材料的製造本身就是對環境的淨損失，此乃由於其材料通常經取得、使用，且然後不可持續地丟棄。此外，即使選擇可再生聚合物來用於傳統已知的可撓性發泡體製造的方法，但化學發泡劑和這些方法的交聯將可能用不會生物降解或堆肥的添加劑污染該可再生聚合物。因此，使其成為零和增益。更進一步，生物聚合物的交聯將也可能妨礙任何適用於生物降解或堆肥的壽命終止解決方案，此乃由於前體組分不能被分離，從而導致更多的廢棄物產生和更多的材料進入垃圾掩埋場。

因此，儘管堆肥和回收是提供可再生和可持續未來的重要過程，但其在製造業中的整合非常有限。然而，如果製造材料可以製成可堆肥的，這將是非常有用的，例如對環境。例如，可撓性發泡體材料的堆肥和生物降解產生表示對環境和經濟的淨效益的廢棄物處置的機會。例如，藉由堆肥這些材料，這將可能減少送往垃圾掩埋場和大規模焚燒焚化爐的廢棄物之總量。

除了減少廢棄物之外，堆肥的過程也將產生富含營養的可用產品，可用於改良貧瘠的土壤以種植食物或施肥花園。因此，堆肥和生物降解可撓性發泡體的概念無論多麼新穎，都可以徹底改變整個價值鏈，同時保持所謂的循環經濟的原則。存在有兩種典型的堆肥形式：工業堆肥和家庭堆肥。這兩種堆肥方法都有優點和缺點。

工業堆肥是一種大規模堆肥的形式，其旨在處理非常大體積的有機廢棄物。它是在50℃到60℃之間的溫度下在大規模設施中實施的。家庭堆肥是一種處理來自家庭的有機廢棄物之堆肥的形式。特別是，家庭堆肥是指以相對較低的溫度進行堆肥，如可見於家庭後院堆肥堆中的彼等堆肥，因此稱為「家庭」。與工業堆肥相反，家庭堆肥涉及對有機材料或廢棄物(諸如庭院裝飾物、廚房廢料、木刨花、卡紙板和紙張)進行較冷的需氧分解。在家庭堆肥中處置的體積顯著地小於在工業堆肥中，且堆肥通常用於私人花園。此製程典型在小規模堆肥機和堆中實施。在此方法中，溫度典型在低溫(0-20℃)到中溫(20-45℃)的範圍內(如以下解釋)。因此，存在不同的技術，但一般處理是相同的：隨後是固化的活性堆肥的受控制製程。

活性堆肥階段典型持續至少21天。在這些條件下，微生物在有機廢棄物上生長，將其分解為二氧化碳(CO ₂)和水，並將其用作營養素。在堆肥期間，有機廢棄物堆積成堆，結果，堆肥的能量之部分以熱的形式釋放。當堆肥堆的溫度升高時，微生物族群會發生變化：適應於周圍溫度的微生物(例如嗜溫菌)停止它們的活動，死亡，並被適應於在高溫下存活的微生物(例如嗜熱菌)取代。出於衛生化目的，對於家庭堆肥，溫度應維持在60℃以上持續至少一周，以便消除病原微生物。相比之下，工業堆肥的固化階段將分解的速度減慢到一致的速度，並且堆肥在低於40℃的較低中溫範圍內的溫度下腐熟。

工業堆肥的一個主要問題是輸入原料應該被適當地處置，以便得到有效地處理。亦即，後勤挑戰是一個障礙，這是因為需要適當的收集、分類和運輸到工業堆肥設施。美國的組合堆肥和回收轉換率為約35%，這表明社會在絕大多數基礎設施實現廢物分流「關閉環路」之前還有很長的路要走。克服此不足的一種方法是更好地教育終端使用者，並建立進料至較大收回方案的收回方案之局部網路。目標是開發足夠的便利性和可及性，使工業堆肥變得正規化並始終存在於日常生活中。

同樣地，家庭堆肥的普遍缺點是所涉及的努力量。所有需要的堆肥原料都需要運送及/或轉移到堆肥堆中。一旦堆肥堆足夠大以開始產生能量，並因此產生熱，就需要轉向它以使分解更快且更徹底，這可能是艱苦的工作。當有機物質充分分解之後，必須將家庭堆肥運走以用於土壤改良。家庭堆肥的另一個缺點是普通人可在家庭環境中產生的可用堆肥的數量有限。產生的堆肥的數量有限，可能給出有限的使用方式，因此，普通人致力於家庭堆肥的動機可能很低。

由於這些缺點，傳統上，製造工業已避免使用具有生物降解或堆肥的潛力的原料和前體成分。此外，傳統上已避免了這種情況，因為這些材料所需的技術性能特性通常不如傳統的非生物可降解和非可堆肥的種類。 例如，一些(但不是全部)可堆肥的前體成分的限制因素可能是這些成分在產品使用壽命結束之前分解及/或降解的趨勢。這方面的實例是紫外線敏感性產品，藉此生物可降解和可堆肥的前體可能會受到反覆的陽光照射的攻擊且變弱，在終端使用者即將丟棄產品之前，此最終亦可能導致產品故障。

在使用化石燃料製造的塑膠、熱塑性塑膠和其他產品的上下文中，回收通常涉及機械地粉碎製成品，熔化粉碎的內容物，然後將所得材料造粒以供後續用於製造中。儘管回收減少對化石燃料的需求並將產品從垃圾掩埋場轉移，但由於污染或添加到原料中的雜質，回收可能會導致回收聚合物的品質下降，並且大多數塑膠和熱塑性產品只能回收有限的次數。此外，用於製造傳統可撓性發泡體的化學發泡劑、交聯聚合物和化學添加劑會導致終端產品可能不會分解成其構成聚合物，以便後續用於製造回收產品中。因此，當產品達到其使用壽命終點時，傳統製造的可撓性發泡體產品是不可回收的。

此外，當前對現代製造業的關注是關於排放量和廢棄物是淨中性的，關於製造過程中使用的材料是可持續的，並且關於產品及其材料的使用壽命結束時是可再生的。因此，諸如關於二氧化碳(CO ₂)排放量的淨中性，除了終端產品的可堆肥性之外，在選擇用於消費產品之製造的適當材料也變得很重要。

因此，與目前存在的更傳統的製造製程相比，本文揭露的當前製造製程的關鍵驅動因素是製造商生產注重環境的終端產品，且因此，仔細考慮用於製造所述終端產品的材料，並與產品的預期使用壽命相平衡是有用的。在製造期間這些問題應該解決但沒有解決的具有挑戰性的產品的實例是利用發泡體的標準製造產品，諸如用於家具的緩衝墊及/或諸如用於製造跑鞋的發泡體產品。

例如，跑鞋是一種高度技術性的產品，其在相當長的時間內會受到重複濫用，諸如：衝擊、磨損和所有環境暴露方式，取決於使用頻率，可能為1-3年。在考慮使用於製造家具或用於鞋底、中底的緩衝墊及/或用於跑鞋之內底的緩衝墊的可持續材料時，重要的是要考慮到上述要求。在故障之前不能處理重複濫用的材料將不會生產出令人滿意的一雙跑鞋。此外，在預期壽命終止之前，在常規產品使用期間有可能會分解或減弱至故障點的任何材料都是不可接受的。

為了解決此問題，技術者必須找出具有技術性能特性和可持續性態樣的專用材料，諸如具有管理的壽命終止解決方案的可堆肥性，亦即關於有害排放量是淨中性(或負面的)。特別是，由於家具緩衝墊很龐大，而跑鞋為要求很高的產品，家庭堆肥材料並非使用在其製作中的合適解決方案，因為較低的分解溫度將會轉移至家具或跑鞋，該家具或跑鞋將傾向於在其預期的使用壽命終止很久前就破裂了。在此實例中，工業堆肥的材料是一個更好的選擇，因為該等材料可以處置更高的溫度挑戰，並提供接近等於或等於其非工業上可堆肥和非生物可降解的對應物的更高技術性能特性。從本質上，用工業上可堆肥的材料製造的家具或一雙跑鞋在產品的使用壽命內都可以很好地發揮作用，且只有在產品可用壽命終止時，該等材料才具有經導向至用於「封閉迴路」廢棄物轉移的工業堆肥設置的選擇。

因此，在可能的情況下，為了減少經常伴隨於製造製程的破壞性足跡，製造的材料和製程應該以允許在產品壽命終止之後準備好堆肥的方式配製。然而，如上所述，這很困難，因為市售可得的生物可降解和可堆肥的前體非常有限。不存在的彼等不一定經過設計且能夠解決性能和長期可用性的所有綜合挑戰，同時在其使用壽命終止時很容易在受控制的設置中進行堆肥和生物降解。解決了前述提及的一些挑戰的前體，卻無法解決其他挑戰，這會導致消費者可能會驚愕，並可能對包含它們的產品進行不良評價。儘管存在顯著缺陷，但可以在工業設施或家庭中堆肥的材料理論上將用於可再生、可持續及綠色製造的有用起始產品。

本發明製造製程的另一態樣是關於可撓性發泡體的製造。可撓性發泡體是藉由將氣包捕獲在液體或固體中形成的一類型物件，藉此產生的發泡體部分原因是由於其延展性而據稱為可撓性。可撓性發泡體典型用於緩衝應用中，諸如鞋類、家具、床上用品和其他體育用品。可撓性發泡體典型分為兩類：封閉氣孔可撓性熱塑性聚合物發泡體和開放氣孔可撓性聚氨酯發泡體。這些發泡體類型中的每一個都具有非常不同的製造方法。

封閉氣孔可撓性熱塑性聚合物發泡體通常在乾式製程中生產，其中選擇合適的人造聚合物並與各種化學添加劑、交聯劑和化學發泡劑摻混以用於生產「麵團」，該麵團然後經揉合並擠壓成平坦薄板。然後將薄板堆疊在彼此的頂部上，並在受控制的壓力下放置在熱壓機中。材料和化學發泡劑的此混合物在熱壓機模腔內發生反應並膨脹。結果為然後經切片至厚度的封閉氣孔可撓性發泡體「圓髻」或「嵌塊」。相比之下，開放氣孔可撓性聚氨酯發泡體通常在液體澆鑄製程或液體模製製程中生產，其中人造多元醇化學品、異氰酸酯化學品和其他化學添加劑在被澆鑄或注射成為模製形狀(諸如「圓髻」或「嵌塊」)時一起反應。結果為然後經切片至厚度的開放氣孔可撓性發泡體。

與以上內容一致，當今市場上目前可獲得的可撓性發泡體的問題之一是它們幾乎完全使用不可再生材料和在其製造中的有害化學物品。此外，部分由於在上述製造傳統可撓性發泡體的所述方法中發生的化學交聯，這些可撓性發泡體的物理結構不能被堆肥、生物降解或回收。這在很大程度上是由於它們設計的化學成分以及它們不能分離回它們的根前體構成。亦即，在傳統可撓性發泡體壽命終止時，它沒有進一步使用，且不能以任何已知的商業可行方法成功地重新處理成新材料。

因此，鑑於上述內容，本文呈現的是可撓性發泡體及其製造製程，可用於製造終端產品，該終端產品為可再生、可持續及/或對環境負責的，這些材料和終端產品能夠持續使用，無斷裂，但在壽命終止之後迅速降解且堆肥。可撓性發泡體和半可撓性發泡體兩者都可包括在相同種類的可撓性發泡體下，因為它們兩者都是源自於具有低於其服務溫度(通常在室溫下)的玻璃轉變(Tg)的聚合物。以下在伴隨描述中且關於所呈現圖式及其特徵闡述一個或多個實施方式。其他特徵和優點將自說明書、圖式及兩者和自申請專利範圍顯而易見。

本發明呈現一種從生物可降解和工業上可堆肥的熱塑性樹脂修改射出模製微氣孔發泡各種可撓性發泡體組合物之製程。目前，世界上幾乎所有已知的可撓性發泡體都源自於不可再生的原料，而且大多數(如果不是全部)不生物降解或工業上堆肥。本發明的一目的是製造可撓性發泡體，其對環境造成的危害最小，但還具有與傳統非生物可降解的石化可撓性發泡體相同或更高的顯著技術性能特性。藉由選擇製造生物聚合物的工廠衍生原料，本發明有助於從大氣中隔離溫室氣體，大大地降低對不可再生石油的依賴性，並顯著地減少每年最終進入垃圾掩埋場的非生物可降解的廢棄物。

在各種實施方式中，由此製造的可能性發泡體可經配置為工業堆肥，而不是家庭堆肥，儘管可設想家庭堆肥在某些情況下可能是有用的，這取決於市場。在各種情況下，工業堆肥是有用的，因為它確保可撓性發泡體將持續其被功能化的最終產品的可用壽命，並且不會在成品內在使用過程中分解或破碎。例如，一個人購買僅由本發明的可撓性發泡體製成以使發泡體在鞋的可用壽命終止之前的常規使用期間降解的一雙鞋將是有害的。

如本文所用，「生物可降解(的)」一般是指被生物活性(特別是微生物)分解的能力。在一些實施方式中，本發明中描述為生物可降解及/或工業上可堆肥的材料和發泡體滿足或超過以下標準中的至少一個中規定的要求：歐洲標準EN 13432、ASTM D6400或澳大利亞標準AS 4736。在一些實施方式中，本發明中描述為生物可降解及/或工業上可堆肥的材料和發泡體滿足或超過至少歐洲標準EN 13432中規定的要求。在一些實施方式中，本發明中描述為工業上可堆肥的材料和發泡體可經配置以證明在商業堆肥單元中堆肥的180天內至少有60%的生物降解(至少60%的材料必須藉由生物活性分解)。在一些實施方式中，本發明中描述為工業上可堆肥的材料和發泡體泡沫經配置以證明在商業堆肥單元中堆肥的180天內有至少90%的生物降解。

因此，在一個態樣中，本文可提供一種製造生物可降解的和工業上可堆肥的可撓性發泡體的方法，無論是開放氣孔或是封閉氣孔，並且可以包括以下步驟中的一個或多個：製造用於發泡的熱塑性生物聚合物摻合母料；將熱塑性生物聚合物摻合物射出模製成具有惰性氮氣之合適的模具形狀；使用動態模具溫度控制以確保最佳氣孔結構；控制生物聚合物熔體、壓力及時間，使得所欲的可撓性發泡體經形成；以及利用射出模製製程中之氣體反壓力以確保具有發泡零件之外側上的最少量外觀缺陷及少量幾乎無塑膠表皮的最佳發泡體結構。

與謹慎選擇的生物衍生的、可再生的且可回收的原料一致，本發明的製造方法為環境友好的閉環製程打開了大門。這個閉環製程始於材料選擇。例如，第三方認證可堆肥的惰性且可快速再生的聚合物原料之選擇確保遵守循環經濟的原則。出於這些目的，選擇的快速可再生的聚合物原料作為可再生植物或礦物質的形式開始其壽命。一旦轉換成合適的聚合物，這些對環境負責的前體可與其他對環境負責的前體和成分組合，用於功能化成可用於所揭露的製造方法的定製生物聚合物化合物。

特別地，一旦製造合適的生物聚合物化合物，其在本揭露之無化學品製造方法中經處理。所得之可撓性發泡體是無交聯的，且在許多情況下是生物可降解的和可堆肥的。因此，在其可用壽命終止時，這些生產的發泡體可能會被小心地磨碎成小塊，並在合格的設施中進行工業堆肥，以便將其組成物分解(例如100%)回成可用的生物質。此可用生物質然後可用於生長更惰性和快速可再生的聚合物原料材料，並且該製程在無限循環中繼續進行。因此，本文件描述一種生物可降解的且工業上可堆肥的微氣孔可撓性發泡體及其製造方法。在一些實施方式中，該發泡體可為封閉氣孔發泡體，但在其他實施方式中也可被形成為開放氣孔發泡體。

在各種實施方式中，生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體可被製成具有與常規石化乙烯乙酸乙烯酯(ethylene vinyl acetate；EVA)發泡體等相同的性質和特徵，並且仍含有高百分比的生物質-碳含量。例如，可撓性EVA發泡體是當今工業中普遍使用的材料。使得EVA發泡體如此盛行的原因在於其相對較低的成本及易於處理，同時維持用於給定產品一般可接受的技術性能特性。使用EVA發泡體的缺點很多。該材料通常源自於不可再生的原料，且其與化學發泡劑化學交聯，以用於製造不容易生物降解的、可堆肥的或可回收的可撓性發泡體。

依據所欲的物理性質和產品的預期最終用途，存在可以利用的許多組態和實施方式，其不應受本揭露的限制。

使本文呈現的進步如此有用的一個因素在於生物可降解的發泡體以類似於EVA的方式執行，且因此它們的技術性能類似於沒有化學添加劑和交聯的EVA。結果為商業上可接受的可撓性發泡體，其可替代無處不在的EVA，但該可撓性發泡體提供大大降低的環境衝擊和對環境負責的受管理的壽命終止解決方案。

因此，在一個態樣，提供一種用於製造生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體模製產品之方法。在各種情況下，該方法可包括以下步驟中的一個或多個。例如，該方法可包括引入熱塑性生物聚合物摻合母料以用於發泡至模製設備之桶中。該方法可另外地包括在溫度和壓力條件下將流體引入該桶中以產生超臨界流體，其在與熱塑性生物聚合物摻合母料接觸時產生熱塑性發泡體熔體。此外，該方法可包括將熱塑性發泡體熔體注入到合適的模具形狀之空腔中，並向該空腔施加氣體反壓力。最後，可以冷卻該空腔以製造模製產品。

在各種情況下，熱塑性生物聚合物母料中的一或多個的引入是經由澆口襯套進行的，諸如其中熱塑性生物聚合物摻合母料經由雙螺桿擠出機製造。在一個實施方式中，熱塑性生物聚合物摻合母料包括以下中的一或多個：聚乳酸(PLA)、聚羥基鏈烷酸酯(polyhydroxyalkanoate；PHA)、聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯) (PBAT)、聚羥基丁酸酯(PHB)、乙酸纖維素(CA)、澱粉及石油衍生的熱塑性塑膠。在一些實施方式中，熱塑性生物聚合物摻合母料包括以下或由選自以下的一或多個聚合物所組成：聚乳酸(PLA)、聚(L-乳酸) (PLLA)、聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯) (PBAT)、聚己內酯(PCL)、聚羥基鏈烷酸酯 (PHA)、聚羥基丁酸酯(PHB)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)。在一些實施方式中，熱塑性生物聚合物摻合母料包括以下或由以下所組成：一或多個源自於可再生資源(例如植物、藻類、真菌、微生物等)的熱塑性聚合物(例如PBAT、PHB或其共混物)。在一些實施方式中，熱塑性生物聚合物摻合母料不包括任何石油衍生的熱塑性塑膠。在各種情況下，流體經由計量單元被引入桶中。在特定情況下，超臨界流體包括氮和二氧化碳中的一或多個。超臨界流體可以在壓力和溫度下引入，諸如其中壓力範圍自約150巴(bar)至約300巴，且溫度範圍自約150℃至約350℃。同樣地，氣體反壓力範圍自約5巴至約50巴，施加介於1秒至25秒之間的時間長度。在某些情況下，可以經由動態模具溫度控制來控制溫度。

另外，在另一態樣中，提供一種用於製造生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體模製產品的射出模製設備。在各種情況下，射出模製設備可包括以下中的一或多個。可包括漏斗，諸如其中漏斗經配置來用於將複數個熱塑性生物聚合物接收及引入至模製設備中，諸如其中熱塑性生物聚合物形成待被摻合的母料。

可包括計量單元，諸如其中計量單元經配置來用於接收流體，並且在條件下將所接收的流體引入到模製設備中，以便在所述引入時產生超臨界流體。模製設備可包括具有第一空腔的桶，該第一空腔經配置來用於接收摻合的熱塑性生物聚合物母料和流體，使得當它們被引入到桶中時，當超臨界流體接觸桶之空腔內的摻合的熱塑性生物聚合物母料時，產生熱塑性發泡體熔體。還可包括氣體反壓力(gas counter pressure)輸送單元，其中GCP經組配來用於將氣體反壓力輸送到第一腔體，以便控制發泡體熔體的膨脹。此外，還可包括具有與桶的空腔流體連通的空腔的模具，其中模具的空腔經配置來用於接收發泡熔體並在該熔體冷卻時製造可撓性發泡體模製產品。

在各種實施例中，射出模製設備可包括往復式螺桿，其經配置以壓縮桶之空腔內的發泡熔體，並將經壓縮的發泡熔體傳送到模具的空腔中。因此，在桶之空腔與模具之空腔之間可以存在導管，其中該導管包括具有澆口襯套的噴嘴，以便在該桶與該模具之間形成密封件。

因此，射出模製設備可包括以下中的一或多個：漏斗，熱塑性材料以小粒料的形式供應到模製機中。射出模製機上的漏斗容納這些小粒料。該小粒料可通過漏斗喉道自該漏斗重力進料到桶和螺桿組合件中。射出模製機的桶支撐往復式增塑螺桿中也可包括桶，並可藉由電加熱器帶來加熱。

還可以存在往復式螺桿，其中該往復式螺桿用於壓縮、熔化和輸送材料。該往復式螺桿可包括三個區域：進料區、壓縮(或轉變)區和計量區。也可以存在噴嘴，其中該噴嘴將桶連接到模具的澆口襯套並在桶與模具之間形成密封件。該噴嘴的溫度可設置至材料的熔融溫度或僅低於該熔融溫度。當桶處於其完全向前處理位置中時，噴嘴的半徑可嵌套且密封在具有定位環之澆口襯套中之凹形半徑中。在桶的清洗期間，該桶可自澆口中退出，因此清洗化合物可以從噴嘴中自由降落。

此外，還可提供模具及液壓系統。模具系統可包括拉桿、固定和移動平台、以及容納空腔的模製板(底座)、澆口及流道系統、射出器插腳、加熱及冷卻通道、以及溫度感測器和壓力感測器。模具本質上是熱交換器，其中熔融的熱塑性塑膠固化成由空腔限定的所需形狀和尺寸細節。射出模製機上還可以存在液壓系統，以便提供動力來打開和關閉模具、建構和保持夾持噸數、轉動往復式螺桿、驅動往復式螺桿，並為射出器插腳和移動模具核心提供動力。需要許多液壓組件來提供此動力，包括泵、閥、液壓馬達、液壓配件、液壓管道和液壓油箱。

還可以提供控制系統。該控制系統可經配置以在機器操作中提供一致性和可重複性。該控制系統監控和控制製程參數，包括溫度、壓力、超臨界流體(supercritical fluid；SCF)配料、射出速度、螺桿速度和位置、以及液壓位置。製程控制可能對最終零件品質及製程的經濟性具有直接影響。製程控制系統範圍可以從簡單的繼電器開/關控制到極其複雜的基於微處理器的閉環控制。

還可以提供夾持系統。該夾持系統可經配置以打開和關閉模具，支撐和運載模具的構成零件，並產生足夠的力來防止模具打開。夾持力可藉由機械(雙態觸變)鎖、液壓鎖，或兩種基本類型的組合產生。還可以提供輸送系統。提供用於熔融塑膠從機器噴嘴到零件空腔之通道的輸送系統一般包括：澆口、冷料井、主流道、分支流道、閘等。

因此，在進一步態樣中，提供一種用於製造生物可降解和工業可堆肥的可撓性發泡體模製產品之系統。該系統可包括射出模製設備，用於製造如上所述的生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體模製產品。該系統可另外包括超臨界氣體配料系統，其經配置用於接收流體並將接收到的流體在條件下引入到桶的第一空腔中，以便在所述引入時產生超臨界流體，當超臨界流體接觸第一空腔內的摻合熱塑性生物聚合物母料時，超臨界流體會產生發泡熔體。該系統可進一步包括動態溫度控制系統，其經配置用於控制第一空腔和第二空腔中的一或多個內的溫度。還可以包括氣體反壓力輸送單元，其經配置用於將氣體反壓力輸送到第一空腔以便控制發泡熔體的膨脹。此外，可包括具有一或多個微處理器的控制單元，其中該控制單元經配置用於根據一或多個系統參數來控制射出模製設備、超臨界氣體配料系統、動態溫度控制系統及氣體反壓力輸送單元中的一或多個。

特別地，系統組件可包括射出模製機系統，其包括漏斗、桶、往復式螺桿、噴嘴、模具系統、液壓系統、控制系統、夾持系統及輸送系統。可以包括SCF氣體配料系統，其包括惰性氣體(諸如氮氣)之槽、空氣壓縮機、SCF計量及控制裝置、SCF噴射器、及特別設計的往復式螺桿，以及前止回閥和後止回閥兩者。還可以提供動態溫度控制系統，且其包括加熱單元、冷卻單元、順序閥及電腦控制。此外，模具之主體內設有加熱元件和冷卻通道，其藉由動態溫度控制系統進料，加熱介質或冷卻介質通過該動態溫度控制系統循環。它們的功能是調節模具表面上的溫度。並且可以提供氣體反壓力系統，其中該氣體反壓力系統包括氣體(例如惰性氣體，諸如氮氣)之槽、空氣壓縮機、氣體泵、氣體釋放閥、氣體壓力感測器及電腦控制。

系統及/或其任何子系統可包括一或多個感測器，諸如包括溫度、壓力、加速度計、陀螺儀及定向感測器，諸如其中該一或多個感測器經配置為定位與射出模製裝置之其他組件中的一或多個(諸如射出模製設備之一或多個空腔內)連通。在各種實施方式中，感測器可以是智慧型感測器並且包括通訊模組，諸如具有網路連接，以便執行無線通訊。因此，該系統及/或其各種零件中的任何零件可包括通訊模組，其可耦合到控制模組、超臨界氣體配料系統、動態控制溫度系統及氣體反壓力控制單元中的一或多個，諸如其中該通訊模組經配置用於執行一或多個無線通訊協議，包括WIFI、藍牙、低能量藍牙、以及3G、4G和5G蜂巢式通訊。

在另一態樣中，本揭露描述一種可回收的微氣孔可撓性發泡體及製造其之方法。在一些實施方式中，發泡體是封閉氣孔發泡體。在其他實施例中，發泡體可以形成為開放氣孔發泡體。產生可回收的微氣孔可撓性發泡體結構始於合適的高性能聚合物，諸如聚醯胺來源的聚合物等等。合適的聚合物之非限制性實例是由Ascend Performance Materials, LLC, Houston, TX以Vydyne的商標名銷售的聚醯胺66共聚物。合適的聚合物之其他非限制性實例包括任何數量的聚醯胺嵌段共聚物，諸如聚醚-嵌段-醯胺(PEBA)、PAE、TPA、TPE-A、COPA等等。前述熱塑性聚合物在形成本發明的微氣孔可撓性發泡體結構中已顯示出有利的技術特性。一些增強的技術特性包括異常老化特性、優異伸長率、拉伸強度及壓縮變形以及其他效益。此外，經回收的原料可經利用於製造本發明之合適的可回收的聚合物或聚合物摻合物。例如，在一個態樣中，可回收的可撓性發泡體熱塑性聚合物包括至少一個單體或聚合物，其衍生自消費後或工業後經回收的原料，諸如己內醯胺、經回收的聚醚嵌段醯胺聚合物等等。藉由說明之方式，己內醯胺可藉由解聚合含有聚醯胺的工業後或消費後材料(諸如捕魚網、地毯纖維或工業廢棄料)而從此類回收的原料中衍生。解聚合的消費後或工業後回收的己內醯胺之一些實例包括由Aquafil USA Inc., Cartersville, Georgia提供的ECONYL®己內醯胺，無論呈片狀、液體或是熔融。熱塑性聚合物可另外地或替代地包括源自於經收集、分類、熔化和再處理的工業後或消費後聚醯胺地毯纖維的聚醯胺聚合物。此之實例將使用經收集、分類、熔化和再處理成可升級的可用聚醯胺材料的工業後聚醯胺地毯纖維等等。衍生自工業後地毯纖維的示例性聚醯胺聚合物是由Aquafil USA Inc., Cartersville, Georgia製造的Econyl。此外，聚醯胺廢棄物可以捕魚網等等的形式從世界海洋中或海洋周圍收集，然後可經分類、熔化和再處理成可升級的可用聚醯胺材料。源自於所收集的工業後捕魚網的示例性聚醯胺聚合物是由Koninklijke DSM N.V., Heerlen, the Netherlands製造的Akulon Repurposed。本發明之一目的是盡可能使用回收的聚合物原料。

在沒有合適的發泡劑和發泡製程的情況下，單獨的最佳聚醯胺不能製造可回收的可撓性發泡體。當今使用的最廣泛已知的發泡劑是稱為偶氮二甲醯胺(azodicarbonamide；ADA)的化學物質。ADA典型預浸漬到傳統的熱塑性母料樹脂中，用於傳統的射出模製發泡體製程。不幸地，ADA不是環境友好的，且其疑似致癌物。此外，使用ADA的傳統發泡製程在製造製程期間交聯，且因此產生不可回收的可撓性發泡體的類型。為達成可回收的可撓性發泡體，在修改的射出模製製程中使用惰性氮氣或二氧化碳作為物理發泡劑。修改的物理發泡製程與合適的熱塑性聚合物或摻合聚合物母料一致地利用，使得聚合物或摻合聚合物和發泡劑和諧地用於可回收且可撓性發泡體。本發明之較佳的射出模製製程利用當聚合物和超臨界流體(SCF)的單相溶液通過射出閘進入修改的射出磨製機知模具空腔中時發生的均質氣孔成核。在溶液進入模具時，壓力下降，使SCF從溶液中出來，從而產生氣孔核。氣孔然後生長直到材料充滿模具，並且SCF的膨脹能力被耗盡。此製造製程在經過修改的射出模製機上運行，以允許將SCF之計量、輸送和混合到聚合物中以產生單相溶液。利用動態模具溫度控制(DMTC)以確保膨脹聚合物熔體內之一致的氣孔結構。DMTC可最好地描述為位於模具之主體內的加熱元件和冷卻通道，它們藉由動態溫度控制系統進料，加熱介質或冷卻介質通過該動態溫度控制系統循環。它們的功能是調節模具表面上的溫度。氣體反壓力(Gas counter pressure；GCP)也在製程中利用以確保最佳的發泡體結構，在所得可撓性發泡體上之少量直至無表皮。GCP可以最好地描述為一種製程，其包括用氮氣注射以抵抗熔體內之氣體的膨脹的加壓模具空腔。隨著反壓力的釋放，通常會突破表面的氣體氣泡經捕獲在內部，從而形成光滑表皮。GCP通過表面品質、發泡體結構及表皮厚度來控制發泡。

單相溶液的產生(其中SCF完全溶解並均勻地分散在熔融聚合物中)發生在射出桶的內側，在仔細控制的製程條件下：SCF必須經精確地以質量流量計量到聚合物中持續一段固定量的時間。且在配料週期之期間，必須在桶內建立正確的溫度、壓力和剪切條件。背壓、螺桿速度和桶溫度控制，以及氣體反壓力和SCF輸送系統全部都在建立產生單相溶液的製程條件中起作用。

用於製造可回收的且無化學品的可撓性發泡體的熱塑性聚合物可以視需要地由任意數量的聚醯胺或聚醯胺共聚物等等產生。合適的聚合物之非限制性實例包括聚醯胺6、聚醯胺6/6-6和聚醯胺12。替代地，熱塑性聚合物可包括任何數量的聚醯胺嵌段共聚物，諸如聚醚-嵌段-醯胺(PEBA)、PAE、TPA、TPE-A、COPA等等。本發明可利用任何合適的聚合物類型，只要其滿足所需要的硬度、適度的熔體流動、高伸長率和可再利用性。

此外，兩個或更多個熱塑性聚合物的摻合物提供在單個聚合物中未發現的特性和價格的組合。有許多方式可以成功地將聚合物摻合在一起。一種方法可以使用雙螺桿擠製以將兩個或更多個聚合物樹脂熔融在一起，且然後將熔融的聚合物樹脂摻合物擠製成股，其經冷卻並進料至造粒機中，用於製造稱為母料的造粒件之陣列。聚合物樹脂摻合之另一種方法是使用增容劑來在聚合物摻合物中將不同的化學物質結合在一起。此可以使用雙螺桿擠製等等以在上述的非限制性熱塑性聚合物類型中將增容劑和兩個或更多個聚合物熔融在一起。

在一些實施例中，製造可回收的可撓性發泡體模製產品之方法包括提供熱塑性聚合物，其包括源自解聚合消費後塑膠的至少一個單體；在溫度和壓力條件下將流體插入至模製設備之桶中以產生超臨界流體；將所述熱塑性聚合物和所述超臨界流體混合以產生單相溶液；將所述單相溶液注入至射出模製機之模具中，其中，所述模具處於氣體反壓力下；以及藉由控制所述模具內的熱和溫度條件來使所述單相溶液發泡。在一些實施例中，使單相溶液發泡包括藉由使超臨界流體的至少一部分從單相溶液中產生來在單相溶液中產生複數個含氣體氣孔，複數個含氣體氣孔中的每一個被由熱塑性聚合物形成的氣孔壁包圍；膨脹複數個含氣體氣孔中的每一個的體積；以及使氣孔壁的至少一部分破裂以形成開放氣孔發泡體。在一些實施例中，使氣孔壁的至少一部分破裂包括使複數個含氣體氣孔中的每一個的體積膨脹，使得含氣體氣孔的至少一部分撞擊相鄰的含氣體氣孔。在一些實施例中，此撞擊可能導致相鄰含氣體氣孔之間的氣孔壁破裂。在一些實施例中，使氣孔壁的至少一部分破裂包括使氣孔壁的部分變薄。在進一步的實施例中，使氣孔壁的至少一部分破裂包括施用超音波來斷裂氣孔壁的部分。根據一些實施例，可以施用超音波，例如使用超音波轉換器或超音波震盪器，並且可以在模具內施用。

在一些實施例中，根據本揭露之方法可包括藉由將發泡體解聚合成一或多個單體回收可撓性發泡體的步驟。該解聚合製程包括以下步驟：將可回收的發泡體的熱塑性聚合物與廢棄物機械地分離，將解聚合催化劑引入經分離的熱塑性聚合物，加熱該熱塑性聚合物和催化劑以產生餾出物，將水和所得單體與其他副產物分離，氧化水性單體，濃縮經氧化的水性單體，純化經濃縮的單體，以及再聚合該單體以產生熱塑性聚合物，用於製造可回收的可撓性發泡體。所得單體可包括己內醯胺或可再聚合成熱塑性聚合物的其他單體。

在一些實施例中，用於製造生物可降解及/或可堆肥的可撓性發泡體模製產品之方法包括：提供生物可降解及/或可堆肥的熱塑性聚合物；在溫度和壓力條件下將流體插入至模製設備之桶中以產生超臨界流體；將所述熱塑性聚合物和所述超臨界流體混合以產生單相溶液；將所述單相溶液注入至射出模製機之模具中，其中，所述模具處於氣體反壓力下；以及藉由控制所述模具內的熱和溫度條件來使所述單相溶液發泡。在一些實施例中，使所述單相溶液發泡包括藉由使所述超臨界流體的至少一部分從所述單相溶液中產生來在所述單相溶液中產生複數個含氣體氣孔，所述含氣體氣孔中的每一個被由所述熱塑性聚合物形成的氣孔壁包圍；膨脹所述複數個含氣體氣孔中的每一個的體積；以及使所述氣孔壁的至少一部分破裂以形成開放氣孔發泡體。在一些實施例中，使氣孔壁的至少一部分破裂包括使複數個含氣體氣孔中的每一個的體積膨脹，使得含氣體氣孔的至少一部分撞擊相鄰的含氣體氣孔。在一些實施例中，此撞擊可能導致相鄰含氣體氣孔之間的氣孔壁破裂。在一些實施例中，使氣孔壁的至少一部分破裂包括使氣孔壁的部分變薄。在進一步的實施例中，使氣孔壁的至少一部分破裂包括施用超音波來斷裂氣孔壁的部分。根據一些實施例，可以施用超音波，例如使用超音波轉換器或超音波震盪器，並且可以在模具內施用。藉由此方法製造的可撓性發泡體可以是完全生物可降解的及/或可堆肥的。在一些實施例中，可撓性發泡體是工業上可堆肥的。在一些實施例中，可將可撓性發泡體併入到物品中，例如鞋類組件(例如，用於鞋的內底或中底)、座椅組件、防護用具組件或水上運動配件。

在一些實施例中，熱塑性聚合物是生物聚合物。在一些實施例中，熱塑性聚合物是一或多種生物可降解的及/或可堆肥的聚合物中之摻合物的一部分。熱塑性聚合物(或其摻合物)是以下或包括選自以下的聚合物：聚乳酸(PLA)、聚(L-乳酸) (PLLA)、聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯) (PBAT)、聚己內酯(PCL)、聚羥基鏈烷酸酯(PHA)、聚羥基丁酸酯(PHB)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)和熱塑性澱粉 (TPS)。在一些實施方式中，熱塑性聚合物是PBAT、PHA或PHB。

取決於應用，添加劑也可被利用於聚合物配方中。例如，填料諸如沉澱碳酸鈣、鮞狀霰石、澱粉、生物質等等可經利用於降低零件成本，同時維持可撓性發泡體的可回收完整性。

此外，用於聚合物配方的附加添加劑可包括以下中的一個或多個。可包括成核劑，諸如微葉片狀滑石或高縱橫比鮞狀霰石。此類成核劑可藉由防止氣孔聚結、降低塊體密度和改善回彈性以及其他有益地增強的屬性來極大地改善所得可撓性發泡體的關鍵特性。用於製造可回收和無化學品的射出模製微氣孔可撓性發泡體的成核劑的一些非限制性實例是由Imerys Talc America Inc., Houston, Texas作為Mistrocell®行銷的微葉片狀滑石及由Calcean Minerals & Materials LLC, Gadsden, Alabama作為OceanCal®行銷的高縱橫比鮞狀霰石。

還可包括著色劑、染料和顏料。例如，各種著色劑(諸如染料或顏料)可用於本發明的聚合物配方中。一些非限制性的實例是已經定製來用於特定類型的熱塑性聚合物使用的顏料，諸如由Treffert GmBH & Co. KG, Bingen am Rhein, Germany提供的寬範圍或由Holland Colours Americas Inc., Richmond, Indiana提供之彼等者。

一或多個實施方式的細節在以下隨附描述中闡述。其他特徵及優點將自描述和自申請專利範圍顯而易見。

此文件描述生物可降解和工業上可堆肥的微氣孔可撓性發泡體、可回收的微氣孔可撓性發泡體及其製造方法。在一些實施例中，發泡體是封閉氣孔發泡體。在其他實施例中，發泡體可形成為開放氣孔發泡體。在各種實施例中，生物可降解和工業上可堆肥的且可回收的可撓性發泡體可經製造以具有與常規石化乙烯乙酸乙烯酯(EVA)發泡體等之相同特性和特徵，並且仍含有高百分比的生物質-碳含量。 [生物可降解和工業上可堆肥的射出模製微氣孔可撓性發泡體及用於製造其之方法]

本揭露關於一種用於生產生物可降解和工業上可堆肥的微氣孔可撓性發泡體之製程及製造生物可降解和工業可堆肥的微氣孔可撓性發泡體之方法。如上所述，發泡描述涉及在液體或固體中捕獲氣包的製程。通常，工業使用發泡來生產輕質聚合物材料。對於許多類型的產品來說，這是有利的解決方案，因為發泡材料賦予大量附加價值，諸如軟式緩衝、舒適性和衝擊保護等。

在各種情況下，發泡材料呈微氣孔發泡體形式是有用的。微氣孔發泡體是特定地製造成含有許多(例如，數十億)個微小氣泡的製成塑膠之形式，該等微小氣泡的尺寸可能小於約50微米。此類型的發泡體是藉由使氣體在高壓下溶解到各種類型的聚合物中以使氣體氣泡均勻排列而形成，通常被稱為成核。用於控制和調整微氣孔發泡體之密度的主要驅動器是用於產生它們的氣體。根據所使用的氣體，發泡體之密度可以在預處理生物塑膠的約5%至約99%之間。

因此，在各種情況下，發泡體為封閉氣孔發泡體是有用的。封閉氣孔發泡體一般已知為總體上由其壁包圍且因此不與其他氣孔互連的氣孔。此類型的材料很有用，因為它有效地減少來自流過氣孔的液體和氣體流。封閉氣孔發泡體(諸如根據本文揭露之方法生產的)可用於其中液體阻力至關重要的工業，諸如緩衝、鞋類、船舶、HVAC和汽車用途。

然而，在各種情況下，發泡體為開放氣孔發泡體可能是有用的。開放氣孔發泡體通常在其一半以上的氣孔是開放的並與其他氣孔相互連接時被分類為「開放氣孔」。可以在本文揭露的方法中生產和利用的此類型的發泡體可能是有用的，因為它操作起來比封閉氣孔發泡體更像彈簧，從而在壓縮之後容易地恢復至其原始狀態。「彈性」是藉由不受限制的空氣移動和化學補給引起的。在一些實施例中，除了當氣孔之間的壁變得不穩定和破裂時會形成開放氣孔發泡體結構，生產開放氣孔熱塑性發泡體可以使用與本文所述的生產封閉氣孔熱塑性發泡體之方法相同的配備和基本製程， 從而為開放氣孔發泡體結構的存在創造途徑。

本揭露提供用於實現開放氣孔發泡體結構的不同方法。根據一些實施例，第一種方法是小氣孔衝擊或干擾方法。在一些實施例中，為了達到上述氣孔壁的破裂，允許氣孔生長到相鄰或相鄰氣孔相互碰撞或干擾的程度，從而導致氣孔壁的破裂。在一些實施例中，微氣孔發泡體結構利用臨界成核密度。在一個非限制性實施例中，例如，可以將氣孔尺寸控制在10μm至50μm的範圍內，並且可以將氣孔密度控制在5.0 × 10 ⁷至1.3 × 10 ⁹個氣孔/cm ³的範圍內。相對均勻的氣孔或「氣泡」必須彼此足夠接近以使它們形成衝擊結構，並且在一些這樣的實施例中，氣泡的衝擊會導致形成開放氣孔發泡體結構。在一些實施例中，每個氣泡的核應該能夠充分生長以相互撞擊，從而導致氣孔疲弱和破裂。此外，為了產生撞擊結構，在某些實施例中可能需要高氣孔群密度。

根據本揭露之一些實施例，實現開放氣孔發泡體結構的另一種方法是聚結「氣泡」，由此氣孔之間的壁以自發的方法均勻地破裂或斷裂以形成開放氣孔發泡體結構。在一些實施例中，隨著氣孔生長，在每個氣孔之間形成薄膜。此薄膜會受到「氣泡」的內部壓力以及凡得瓦力分離壓力及靜電分離壓力的影響。在一些實施例中，如果導致膜變薄或變弱的壓力超過使該膜增厚或加強的壓力時，則每個氣孔之間的膜將會破裂或斷裂，且此可以理解為決定氣孔壁破裂或斷裂的力。不斷增長的內部「氣泡」壓力和凡得瓦力分離壓力有助於使每個氣孔之間存在的膜變薄，而靜電分離則有助於使前述膜增厚或加強。

在一些情況下，聚合物結構中的極性基團的存在實際上可以起到增厚或加強氣孔壁的作用，從而使氣孔壁破裂或斷裂變得困難。相反地，由於膜層的一般熱力學不穩定性，在一些實施例中，在撞擊期間會產生表面波，這會極大地助於破裂或斷裂氣孔壁，並且此現象使膜層變薄的速度快於建造內部「氣泡」壓力，從而產生更快的氣孔壁破裂或斷裂的機制。在一些實施例中，氣孔壁儘可能快地破裂或斷裂以產生開放氣孔發泡體結構可能是重要的，因為這有助於克服已知在模具冷卻期間增加的熱塑性聚合物發泡體黏度的增長和發泡體生產的射出階段。在一些實施例中，各種發泡體模製參數決定在最終微氣孔射出模製發泡零件的形成內的最佳化成核和氣孔生長。例如，成核的速率可能受到射出速率以及模具溫度重度地影響，且因此，在一些實施例中，用於產生本發明的開放氣孔發泡體的處理窗非常窄。在一些實施例中，根據本揭露的產生開放氣孔發泡體的方法可包括用於控制一或多個所述參數的步驟。

在一些非限制性實施例中，例如，氣體飽和壓力經選擇為從75巴(bar)至250巴。在進一步的非限制性實例中，發泡體氣孔尺寸可以為從10至50μm，較佳15至25μm的範圍。在一些實例中，細胞密度可以為從0.5 × 10 ⁸氣孔/cm ³至7 × 10 ⁸氣孔/cm ³，較佳1 × 10 ⁸氣孔/cm ³至3 × 10 ⁸氣孔/cm ³的範圍。在一些實施例中，發泡體膨脹率在1.5至4.5的範圍內。

在更進一步的實施例中，根據本揭露的用於形成開放氣孔發泡體的方法可包括使用超聲輻射作為用於打開發泡體結構之氣孔的手段。在一些所述實施例中，超聲輻射的持續時間和程度是實現開放氣孔發泡體結構的因素。在一些實施例中，施用超音波可以導致氣孔壁的至少一部分破裂。根據一些實施例，例如，使用超音波換能器或超音波發生器來施用超音波，並且可以在射出模具內施用超音波。

在特定情況下，根據所述方法產生的發泡體和由其製造的產品的功能類似於可撓性乙烯乙酸乙烯酯(EVA)發泡體。特別是，可撓性EVA發泡體是當今製造業中普遍使用的材料。使EVA發泡體如此盛行的原因在於其相對較低的成本和易於處理，同時維持給定產品一般可接受的技術性能特性。因此，以本文所揭露的手段生產的發泡體可以相對較低的成本生產，易於製造，同時能維持不僅可接受，而且通常是優越的技術性能產品，同時對環境友好。

更特別地，如上所述，EVA發泡體使用的缺點很多。該材料源自於不可再生的原料，且與不容易生物降解、可堆肥或可回收的化學發泡劑發生化學交聯。然而，不同於可撓性EVA發泡體，本揭露的生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體不包含化學品或交聯劑，並且當將適當生物衍生的聚合物使用在其製造中時，該等生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體為容易地生物可降解的且工業上上可堆肥的。

例如，在各種實施方案中，本文呈現的是一種生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體，其可被製成具有與傳統石化乙烯乙酸乙烯酯(EVA)發泡體等類似的性質和特徵，但含有高百分比的生物質碳含量。特別地，在各種實施方式中，生物可降解的、淨中性，且工業上可堆肥的發泡體前驅物被用於製造生物可降解和工業上上可堆肥的可撓性發泡體，諸如以環境友好的手段。為了達到這些目標，可以選擇使用任何數量的合適生物衍生的熱塑性原料，並且可以從典型不與動物飼料或人類糧食競爭的迅速可再生原料中獲取。有利地，如所述的，精心選擇的生物衍生的熱塑性發泡體前驅物具有與傳統使用的EVA之技術性能特性近似等效或等效的技術性能特性。

具有與傳統不可再生EVA之技術性能特性近似等效或等效技術性能特性的用於使用在製造本揭露之生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體中的所述合適的熱塑性原料之非限制實例是生物衍生的PBAT共聚酯，諸如本文以下所描述。因此，在各種情況下，本裝置、系統、及其使用方法可被利用，以便生產生物可降解且工業上可堆肥的微氣孔可撓性發泡體，其可由生物可降解和工業上可堆肥的生物衍生的熱塑性樹脂產生。

更特定地，根據所揭露的方法有用的發泡體前驅物可以是任何合適類型的熱塑性樹脂，諸如由快速可再生的原料生產的生物衍生的熱塑性樹脂或生物衍生的熱塑性化合物。所述熱塑性樹脂是原始、未成形的聚合物，它們在加熱時熔化並變成液體，且在冷卻時硬化並變成固體。

熱塑性塑膠的產生不是簡單的任務。為了製造最終產品，需要複雜的化學和機械製程。在最簡單的形式中，熱塑性塑膠由聚合物組成，且這些聚合物由化合物組成。為了生產製造聚合物且然後製造熱塑性塑膠所需的化合物，必須分解和分離不同類型的分子。典型地，藉由將發泡體前驅物以顆粒形式進料到合適的射出模製機中來使用發泡體前驅物。該等顆粒通過射出模製機處理，其中該等顆粒經液化並射注到預成形的模具空腔中。在射注完成之後，模製零件經冷卻並以固態從模具中噴出，以下在本文中更詳細地論述如本實施方式中實行的此製程。

生物衍生的熱塑性塑膠可以按類別進行描述。生物基熱塑性塑膠前驅物及生物質之盛行類。存在兩種類型的生物聚酯：聚乳酸(PLA)及聚羥基鏈烷酸酯(PHA)。PLA是一種通過細菌發酵製成的熱塑性塑膠的類型。PLA實際上是許多乳酸分子的長鏈。僅舉幾個例子，存在用於生產PLA之許多不同生物衍生的原料，諸如甘蔗、玉米、甜菜和木質素木材廢棄物。PHA一般由天然存在的細菌和食物廢棄物產生。存在有稱為聚羥基丁酸酯(PHB)的PHA之子類，其也是廣泛可利用的一類PHA。

在一些情況下，澱粉或纖維素填料等可視需要地包括在生物聚酯摻合物的形成中，因為其包含使得摻合物更經濟，並且在一些情況下，其使用增強分解速率。額外類型的生物衍生的熱塑性塑膠已知為乙酸纖維素(CA)。CA是衍生自可見於工廠之每個部分中的纖維素的合成產品。僅舉幾個例子，用於製造CA之目前使用的原料是棉花、木材和作物廢棄物。更進一步，澱粉是又另一類型的熱塑性塑膠材料。典型地，用熱、水和增塑劑處理澱粉以生產熱塑性塑膠。為了賦予強度，澱粉通常與由其他材料製成的填料組合。用於生產澱粉之目前可利用的原料是玉蜀黍、小麥、馬鈴薯和木薯。幾種石油衍生的熱塑性塑膠也是已知的生物可降解的。常見的類型為聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己內酯(PCL)、聚己二酸對苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)和聚乙烯醇(PVOH/PVA)。前述石油衍生的熱塑性塑膠可以生物衍生多樣性加以生產。用於生產PBS、PCL、PBAT和PVOH/PVA的新穎生物衍生的原料正經生產，且由於技術進步和突破而越來越可商購獲得。這些前驅物中的一或多個可根據本文揭露的方法來產生和利用。

一旦前驅物已經產生，該等前驅物可經發泡並用於製造一或多個終端產品，諸如經由如本文所揭露的射出模製製程。例如，在各種情況下，生物衍生的熱塑性塑膠前驅物可(諸如藉由射出模製)經發泡並利用於終端產品生產製程中。在傳統的發泡體射出模製(也稱為直接射出膨脹發泡體模製)中，熱塑性聚合物首先被熔化。當熱塑性聚合物均勻地熔化時，化學發泡劑會分散到聚合物熔體中，以使射出化合物為可發泡的。

均質聚合物化合物然後經注射至模具中以製造發泡體產品。典型地，射出聚合物化合物未經分類為發泡體，直到加熱模具空腔中的吸熱反應使化學發泡劑活化，從而產生膨脹的發泡體零件時才被歸類為發泡體。因此，模具空腔尺寸必須小於最終零件尺寸。實際的零件膨脹是在熱塑性聚合物配方中產生，使得當零件從模具中噴出時，其會增長到所需的零件尺寸。

一旦實現所需的零件尺寸，其也會隨著冷卻而收縮或縮減，此通常需要二次模製操作以獲得準確的冷卻零件尺寸。因此，管理傳統射出模製發泡體的膨脹-收縮之製程可能被認為是繁瑣、耗時且複雜的。如本文所述的，此射出模製技術可利用於生產前驅物和發泡體，以及藉此生產的產品。然而，在特定情況下，可以對傳統射出模製機進行修改，如本文所揭露的，以便更佳地實現使用生物可降解、淨中性發泡體前驅物，其可經利用於修改後製程中，以便產生環境友好的發泡體，該發泡體可經利用於生產發泡體產品，諸如家具緩衝墊、鞋類組件、運動裝備等。

因此，儘管傳統製程可有用於生產發泡產品，但在某些情況下，傳統製程可能遭受一些缺點，尤其關於可堆肥的微氣孔可撓性發泡體的生產。例如，在各種情況下，當使用可堆肥的生物衍生的熱塑性樹脂來生產可堆肥的可撓性發泡體時，典型的射出模製製程可能以各種不同的方式存在不足。例如，上述傳統的未經修改的發泡體射出模製製程可能對於生產生物可降解和可堆肥的可撓性發泡體是不足的且不合適的。造成此情況的主要原因源於傳統未經修改的發泡體射出模製的本質，其中聚合物化合物在其製造期間發生交聯。

如上所指示，交聯可以被描述為隨機發生的將若干聚合物鏈的部分保持在一起之共價鍵的形成。結果是發泡體基質內的互連鏈的隨機三維網路。此交聯發泡體不能容易地不交聯，且因此，各種前驅物成分不能容易地被分離回其單獨的類型並進行生物降解或堆肥。結果，目前揭露的優點並非在不改變發泡設備及其在製造中使用之方法的情況下可容易達成的。因此，本文呈現一種製造機器及使用該製造機器來以適合於將無交聯前驅物利用於射出模製製程中的方式產生發泡體的製程。

因此，在一個態樣中，本文呈現一種新的射出模製機。該模製機可經配置以便利用各種可撓性發泡體組合物，其包括生物衍生的熱塑性前驅物，該等可撓性發泡體組合物可經由將前驅物施加至新的射出模製機中來以生產可堆肥的微氣孔可撓性發泡體結構的方式發泡，該新的射出模製機然後可用來生產一或多個可撓性發泡體產品。因此，在一個態樣中，本文提供一種新的射出模製機。

設定本揭露之製造機器分離的因素中之一些是特殊化輔助設備之使用，該特殊化輔助設備與可附著的微氣孔氣體配料系統耦接並藉此修改和改善標準射出模製機。本質上，如本文所呈現，標準射出模製機已經全面改革且重組，以用於根據本揭露使用之合適的方式起作用。用於修改的一般方法開始於變換射出模製機上的射出模製螺桿，以能夠處置超臨界惰性氣體，諸如氮氣、CO ₂及/或非反應性及/或惰性氣體。

氣體配料系統然後可經裝配至射出模製機，用於諸如在射出至溫度控制的模具空腔中之前將適當氣體以適當量配料至螺釘內之聚合物熔體中。另外，可利用特殊化模具空腔，其中模具之熱溫度循環可更佳地控制所得發泡體外皮織理及表皮厚度，以及減少用於零件生產之循環時間。再者，輔助氣體反壓力系統可經裝配至射出模製機以用於將惰性氣體推回至模具中，以抵抗正射注至模具中的液體聚合物熔體。

此反壓力有用於確保熔化射出射注實質上(如果未完全)填充模具空腔並防止零件翹曲和收縮，以及控制氣孔分佈和氣孔密度。此外，適當的反壓力具有對零件的表皮織理及表皮厚度的有益影響。因此，當零件從模具空腔噴出時，不存在可辨別的皺縮，且不存在立即使用模製的發泡體零件所需要的二次步驟。有利的是，該零件未交聯，且因此，只要將合適的生物衍生的聚合物化合物使用在發泡體產生中，該零件就可以生物降解或堆肥。

鑑於上述情況，在一個態樣中，本揭露針對產生生物可降解和可堆肥的(例如，工業上)微氣孔可撓性發泡體結構。特別地，在一個實施例中，該製程以合適的生物聚合物或生物聚合物摻合物開始。例如，在各種情況下，生物聚合物可以是諸如由自然資源生產的一或多個聚合物，由生物材料化學合成或藉由活有機體完全生物合成。在一些實施方式中，術語「生物衍生的」或「生物聚合物」或「生物塑膠」可在本文中用於指聚合物，其衍生自生物來源(例如，與基於石油來源相反)或由源自生物來源的前驅物材料(例如，單體)製成。在一些所述實施方式中，生物來源可以是可再生工廠來源。除了工廠，在一些實施方式中，「生物衍生的」或「生物聚合物」或「生物塑膠」材料的生物來源包括(例如)微生物(例如，細菌)、藻類、動物(例如，動物脂肪/脂質)及/或昆蟲。

主要有兩種類型的生物聚合物，一種是從活有機體中獲得的，另一種是從可再生資源中產生但需要聚合作用。藉由活有機體產生的彼等生物聚合物包括蛋白質和碳水化合物。不同於合成聚合物，生物聚合物具有明顯標記的結構。此類型的聚合物是基於其化學結構進行區分。使本揭露的生物聚合物特別有用的是該等生物聚合物就技術性能特性而言緊密地模擬不可再生EVA。

同樣地，在特定情況下，生物聚合物摻合物可利用於產生發泡體結構，諸如其中生物聚合物摻合物可以是兩個或更多各生物聚合物的定製化合物。幾種非限制性類型的生物聚合物是基於糖的生物聚合物、基於澱粉的生物聚合物、基於合成材料的生物聚合物、及基於纖維素的生物聚合物。生物聚合物摻合物組合的典型比率取決於正製造的產品的類型及所得零件所需的技術特性。

更特定地，在特定實施方式中，可用作發泡體前驅物的生物聚合物摻合物包括複數個樹脂，諸如可添加至聚合物之熔體中的一或多個固體或黏性材料，諸如在固化之後。因此，在聚合作用或固化之後，樹脂形成聚合物。例如，合適的樹脂可以是以下中的一或多個：脂肪族及脂肪族-芳香族共聚酯來源。一般而言，脂肪族或脂肪族化合物涉及或表示其中碳原子形成開放鏈而不是芳香環的有機化合物。同樣地，合適的脂肪族-芳香族化合物一般是碳原子(脂肪族部分)和原子之穩定環或多個環(芳香族部分)之開放鏈的隨機組合。

典型地，鏈中之芳香族酸的量低於49%，但最近的技術進步已顯示出增加這一點並進一步幫助生物降解的巨大承諾。脂肪族-芳香族之實例為脂肪族-芳香族共聚酯(aliphatic-aromatic copolyester；AAPE)，其可以由任何數量的不可再生和可再生原料生產，但可再生來源的AAPE尤其是有用的。因此，在各種實施方式中，這些脂肪族及/或脂肪族中的一或多個可以是共聚酯來源的。所述共聚酯是在聚酯經改性時產生的。例如，在聚合製程中使用多於一個二酸或二醇時，會產生共聚酯。在脂肪族-芳香族共聚酯的情況下，進行前驅物變化之組合以基本上雜交或「橋接」脂肪族-芳香族鏈並在聚合製程中組合多於一個額外的前驅物。

合適的生物聚合物摻合物之非限制性實例為聚乳酸(PLA)和聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯) (PBAT)。聚乳酸(PLA)是一種衍生自可再生生物質的生物可降解熱塑性脂肪族聚酯。用於在PLA之產生的典型原料包括發酵植物澱粉，諸如玉米、木薯、甘蔗、甜菜渣，以及少量的木質素木材廢棄物。同樣地，聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯) (PBAT)是一種生物可降解隨機共聚物，特別是通常衍生自己二酸、1,4-丁二醇及對苯二甲酸的共聚酯。使用可再生來源的PBAT比使用不可再生石油來源的PBAT更有利。在各種情況下，可以摻合這些組分中的一或多個。

兩個或更多個熱塑性聚合物的摻合物提供在單個聚合物中未發現的特性和價格的組合。有許多方式可以成功地將聚合物摻合在一起。一種方法可以使用雙螺桿擠製以將兩個或更多個聚合物樹脂熔融在一起，且然後將熔融的生物聚合物樹脂摻合物擠製成股，該股經冷卻並進料至造粒機中，以用於製造稱為母料的造粒件之陣列。生物聚合物樹脂之另一種方法是使用增容劑來在生物聚合物摻合物中將不同的化學物質結合在一起。通常，此可以使用雙螺桿擠製等來在上述的製程中將增容劑和兩個或更多個生物聚合物熔融在一起。

因此，本文已確定前述摻合的熱塑性生物聚合物樹脂在形成本揭露的最佳微氣孔可撓性發泡體結構中顯示出有利的技術特性。增強的技術特性之一些包括：可接受的老化特性、優異的伸長率及異常出色的壓縮永久變形，以及其他效益。例如，如本文所揭露的，使用生物聚合物摻合物之優點為由給定生物聚合物摻合物之形成和使用而產生之增強的技術性能特性。具體地，在實現生物聚合物及/或生物聚合物-增容劑摻合物的正確組合時，可以全部實現增強的特性，諸如改善的伸長率、拉伸強度、衝擊強度及熔體流動性(僅舉幾例)。

因此，可以根據本文揭露的方法及機器使用這些樹脂，以便生產發泡劑。因此，在一個態樣中，本揭露關於一種發泡製程。如上所述，本文揭露的機器及製程可經配置用於執行發泡操作，藉此將氣包捕獲在液體或固體中，該發泡可用於生產輕質聚合物材料。對於許多類型的產品來說，此為有利的解決方案，因為泡沫材料賦予大量的附加價值，諸如軟式緩衝、舒適度、技術運動裝備(包括鞋類組件)和衝擊保護等。然而，在各種情況下，前述最佳的脂肪族及脂肪族-芳香族共聚酯生物聚合物或生物聚合物摻合物單獨為對於生產可撓性發泡體有用的，在各種情況下，其在可撓性發泡體之使用中可藉由將合適的發泡劑包含在發泡製程內增強。

例如，現今使用的廣泛已知的發泡劑是稱為偶氮二甲醯胺(ADA)的化學物質。偶氮二甲醯胺典型預浸漬到用於使用在傳統的射出模製發泡體製程中的石化熱塑性母料樹脂中。特別地，化學發泡劑諸如ADA的預浸漬典型在發泡之前包括在生物塑膠摻物合物中。用於此之原因在於需要化學發泡劑(諸如ADA)的預浸漬，因為傳統的射出模製模具發泡不允許發泡體模製可變性的定製。亦即，化學發泡劑(諸如ADA)在其製造點期間修改或影響發泡製程的實體態樣之能力方面受限制。

相反地，本揭露之特殊發泡製程受益於鈍氣或惰性氣體(諸如氮氣)提供的物理發泡。在此製程中，可以調整生物聚合物熔體內之氣體(例如，氮氣)配料的濃度，且此對發泡結果具有直接影響，這可視為定製所得發泡體之特定態樣的主要優點。儘管存在已知為生物可降解和工業可堆肥的幾種石化衍生熱塑性塑膠，諸如PBAT共聚酯，但使用可再生來源的原料(諸如純PBAT共聚酯系列)是有利的。

例如，在生產發泡劑中，首先生產定製的母料(諸如生物塑膠摻合物)可能是有用的，該生物塑膠摻合物被定製為生產用於給定產品類型之給定類型的生物可降解和工業可堆肥的可撓性發泡體。例如，不同類型的定製母料化合物可經生產來用於不同類型的產品應用。此可藉由指示何物為製作例如一雙鞋中之特定類型的發泡體可不同於需要何物來用於製作(諸如用於使用在製作一件家具中)特定類型的發泡體加以解釋。此外，定製母料可各自含有用於給定產品使用之不同的著色劑。此外在此，不同的產品類型需要不同的定製態樣，且生產獨特的單獨母料的能力對於這些特定使用高度地有利。

不幸地，ADA不是環境友好的，且其是對人類健康的懷疑致癌物。因此，其在本方法及藉此生產的產品之使用在其優點方面受到限制。此外，傳統的石化熱塑性母料樹脂既不是生物可降解的，也不是工業上可堆肥的，故因此，它們的優勢也受到限制。有鑑於ADA和傳統石化產品用於生產母料之使用的這些缺陷，本文呈現的是生物可降解的、工業上可堆肥的熱塑性生物聚合物樹脂，其可用於產生生物可降解和工業可堆肥的微氣孔可撓性發泡體之母料。

在各種情況下，如上所述，為了達到用於使用在製造模製的終端產品(例如，以環境排放中性的方式)的更佳化的生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體，超臨界流體可藉由系統注射到模製製程中。具體地，超臨界流體是處於高於其臨界溫度(Tc)及臨界壓力(Pc)之狀態的物質(液體或氣體)。在此臨界點處，氣體和液體共存，且超臨界流體顯示(例如，在標準條件下)不同於液體或氣體之彼等特性的獨特特性。有利的是使用惰性超臨界流體，諸如氮氣、CO ₂、He、Ne、Ar、Xe及其他此類惰性氣體，諸如處於超臨界流體狀態，可根據本文揭露的方法利用這些氣體作為發泡製程中的發泡劑。

前述的超臨界流體藉由溶解在射出模製機桶內的聚合物基質中而起作用。由於特殊化射出模製製程在受控制的壓力和溫度下將液態生物塑膠化合物注射到射出模具空腔中，氣體推動聚合物熔體以完全膨脹到模具空腔的最大極限。在此製程中，氣體對於在發泡製程內最大化聚合物基質之氣孔結構是有用的。特殊化發泡製程的此最大化確保最小化最終發泡零件內不期望的縮痕或翹曲。此非常不同於傳統的化學發泡劑生產的可撓性發泡體，因為傳統的發泡劑沒有受到相同類型的超臨界狀態或壓力，且因此按照慣例生產的發泡體在最終發泡零件中缺乏一致性，且它們可能含有不期望的縮痕和翹曲。

更具體地，在各種情況下，可在超臨界流體狀態中配製惰性氣體(諸如氮氣或二氧化碳)，然後該惰性氣體可用作物理發泡劑，諸如在本文所述的新型射出模製機及製程中。在這種情況下，所揭露的經修改的物理發泡製程可與以下各者一起使用：合適的熱塑性生物聚合物或可以是摻生物聚合物母料，使得生物聚合物或生物聚合物摻合物及發泡劑協調地工作，用以產生最佳化生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體。

本揭露之合適的生物聚合物、生物塑膠及生物塑膠摻合物可源自於可再生資源，諸如不與動物飼料和人類食物競爭的彼等資源，以及源自於可再生資源之廢棄物流的彼等資源。在生產生物聚合物或生物聚合物摻合物中找到使用的合適的生物聚合物之非限制性實例由以下所組成：聚乳酸(PLA)、聚(L-乳酸) (PLLA)、聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯) (PBAT)、聚己內酯(PCL)、聚羥基鏈烷酸酯(PHA)、聚羥基丁酸酯(PHB)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚丁二酸己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)及熱塑性澱粉(TPS)。本揭露之合適的生物聚合物摻合物為以上所列出的生物聚合物及生物塑膠類型的任何組合，以及由含有生物質的聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯) (PBAT)所組成的任何雜混的生物聚合物摻合物。此方面之非限制性實例為含木質素的PBAT摻合物，其中木質素來源於木材廢棄物，而PBAT來源於可再生資源。

因此，在各種實施方式中，本文揭露的射出模製裝置及其使用之方法可用於生產具有均質氣孔成核的發泡體。如所論述，本文揭露的設備及其使用方法可用於生產均質氣孔成核，以便生產發泡體，藉此發泡體核隨機地且自發地產生，且因此不可逆地生長於具有極少直至無雜質的單相溶液系統中。例如，如以下本文所述，在一個態樣中，提供一種製造可撓性及/或剛性發泡體之製程。可實施該方法以便衍生開放氣孔或封閉氣孔發泡體，諸如其中發泡體具有固有可堆肥、抗微生物及/或耐燃特性。

在某些情況下，該方法可包括形成母料之步驟中的一或多個，諸如包括摻合一或多各樹脂，例如，共聚物載體樹脂、以及各種發泡成分。在後續步驟中，該方法可包括添加抗微生物化合物，使得發泡體材料可用於在抗微生物、抗菌及/或抗病毒的鞋類組件、家具組件、瑜伽墊、服裝、運動用品組件、醫療裝置及/或耐燃製品，以及其他合適的使用之生產中。特別地，根據本文揭露的方法，所生產的產品可使用在一大系列應用中，且一般它們的生產方法可分為三個相異的階段。首先，製作塊體聚合物產品。接著，使聚合物暴露於各種處理步驟。最後，將聚合物轉換成其最終產品，諸如服裝、抗菌地毯、家具、汽車組件、瑜伽墊、鞋組件，包括鞋底、中底、鞋內底等。

特別地，此單相溶液可利用於產生成核位點，其中氣孔生長並藉由氣體擴散至氣泡中而膨脹。本文所揭露的機器及製程特別有用於引發發泡製程，以使得小氣泡均勻地分散在發泡體基質內的方式導致均質氣孔成核的產生。具體地，不同於傳統發泡，本揭露之超臨界流體形成的可撓性發泡體受益於可直接歸因於小氣泡尺寸的顯著改善的機械性能。更具體地，本文揭露的裝置及方法經配置以產生氣泡直徑為大約100微米或更大至約1微米或更小，諸如約50微米至約10微米或更小，諸如約20至約40微米，包括約30微米，且該等氣泡直徑係藉由使用熱力學不穩定性生產的，且全部在發泡體的產生中不使用傳統的化學發泡劑。

例如，在特定實施例中，該系統可經配置用於將本文揭露的新型射出模製機使用來生產生物可降解和工業上可堆肥的微氣孔可撓性發泡體，其具有在生物聚合物或生物聚合物摻合物及超臨界流體(SCF)之單相溶液穿過射出閘傳送至射出模製機之模具空腔中時可發生的均質氣孔成核。具體地，如以下本文更詳細解釋的，本射出模製機經配置用於生產熔融材料，諸如藉由將模具前驅物注射到用於生產製成零件或組件零件的模具中。射出模製機可包括材料漏斗、射出撞鎚或螺桿式柱塞、及加熱單元。所述射出模製機就噸位而言經定額，此表示機器可施加的夾緊力的量。

因此，製程可開始於藉由強制撞鎚將粒狀生物塑膠化合物從漏斗進料到加熱的桶中。在顆粒藉由特殊化往復式螺桿式柱塞緩慢向前移動時，超臨界流體藉由單獨的超臨界計量輔助機通過噴射器引入，該輔助機可直接連接至進料到螺桿中的射出模製設備。因此，超臨界流體在螺桿旋轉期間在生物聚合物熔體內飽和，且從而產生單相溶液。

熔融混合物然後以高背壓推動至加熱腔室中，其中該熔融混合物在此藉由電腦介面控制的溫度處熔化。隨著柱塞的推進，推動熔融生物塑膠化合物通過抵靠模具的噴嘴，從而允許該熔融混合物通過閘進入模具空腔。因此，本發明的發泡製程可經配置用於使聚合物材料經受由熱及壓力藉以在有發泡劑的存在下施加至聚合物材料的機械或物理製程。發泡劑可以是化學來源的，如傳統封閉氣孔EVA發泡的情況，或者該發泡劑可以是惰性來源的，如本揭露的生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體的情況。因此，鑑於前述，當溶液進入模具時，壓力下降，這導致SCF從產生氣孔核的溶液出來。

特別地，超臨界流體在螺桿旋轉期間在生物聚合物熔體內飽和，且此在一定溫度及壓力下產生單相溶液。熔融混合物以高背壓推動至加熱模具腔室中，且單相溶液的壓力從微氣孔製程壓力下降至大氣壓力，因此發生快速卸壓。成核現象是由於氣體從混合物中分離出來而發生的。此時，核生長至穩定氣泡中。氣泡尺寸藉由飽和度、微氣孔製程壓力及混合物溫度確定，這些都可以由本發明系統及方法控制。因此，當產生數百萬個核並且核穩定時，氣泡開始生長。

氣泡形態藉由SCF濃度以及射出製程參數確定。因此，此等參數可經選擇用於供系統控制，以便產生有用的及/或確定的氣泡形態。隨著零件的模製結束，模具經冷卻且熔體溫度降低，此迫使熔體凍結並固化。另外，此等參數可能會受到系統的嚴格控制，諸如取決於待生產的終端產品。具體地，此時氣泡停止生長，且所得零件的形狀經固定。氣孔然後生長直到材料充滿模具，並且SCF的膨脹能力被消耗。

因此，在此製程中，熔融生物聚合物及SCF摻合物經可控制地射注至加熱的模具空腔中並且經歷突然的壓降。數百萬個微小氣泡由核生長生產，且此等氣泡物理地迫使熔融混合物膨脹到模具空腔的最大限制。隨著熔融混合物膨脹到最大物理勢，材料在模具內迅速冷卻且氣泡停止形成，熔融混合物停止膨脹，且形成最終固化零件。所有這一切都在射出模製系統內幾秒鐘內發生。

如所指示的，此製造製程在上述射出模製機上運行，此等射出模製機已經修改以精細地控制：計量、輸送、混合、溫度、壓力、射出、速度等。例如，輔助計量單元可用於控制計量，用以將準確的SCF氣體配料輸送到聚合物熔體中。具體地，可經配置合適的氣體配料輔助機以將惰性氣體轉換為超臨界流體狀態，且計量輸送到射出模製機中的SCF輸送的配料，諸如藉由電腦控制機構之方式。

例如，操作者或適當配置的微控制器可將氣體配料輔助機編程為預定的SCF氣體配料量。本質上，氣體配料輔助機是SCF輸送系統，其可經電子地及/或實體地耦接至射出模製機。特別地，用於本揭露的合適的SCF氣體配料輔助機可經配置以生產氣體配料系統之線路，其經設計以將工業級氮氣或其他惰性氣體轉換成超臨界流體。氣體配料設備可經配置以在高達甚至超過275巴(bar)之壓力下將SCF精確地配料且注射至射出模製機中。

為操作氣體配料設備，操作者可利用相關的計算裝置，諸如桌上型或膝上型計算裝置，其經配置以產生用於控制系統設備及各別控制參數(諸如配料設備)的圖形化使用者介面(GUI)。例如，操作員可將選定的參數(例如，所欲的SCF氣體配料注射參數)輸入到GUI中。系統的處理元件然後即時地計算所有子參數並最佳化輸送到射出模製機中的SCF。因此，系統的控制單元確保氣體配料系統及射出模製機一起協同地工作，諸如通過電腦控制之網路。此處，此氣體配料系統是本揭露的獨特屬性，因為超臨界惰性氣體可代替使用在傳統可撓性發泡體中的化學反應性發泡劑而不費力地用作用於生產本揭露之生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體之物理發泡劑。對將SCF混合至生物聚合物中的此控制對於產生單相溶液很有用。

此外，在本揭露的射出模製製程期間，SCF經注射至聚合物熔體中。聚合物-SCF混合溶液之單相是在射出模製機螺桿和桶內之明確溫度和壓力下獲得的。溫度和壓力可以是可變可控的，並且與正生產的可撓性發泡體的類型及終端產品將用於何種類型的應用直接相關。在此階段，SCF的濃度藉由飽和、微氣孔製程壓力和混合溫度決定。實例可提供來用於製作本揭露的生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體以用於製造發泡家具、汽車、運動及/或鞋組件，特別是鞋中底。用於使用在此非限制性實例中的合適的生物聚合物摻合物的非限制性實例是形成至生物聚合物化合物中的可快速再生的PBAT生物聚酯。

因此，顆粒狀生物聚合物化合物首先經由漏斗進料至射出模製機中。接下來，當特定的SCF氣體配料經引入且均質地混合至現在熔融的生物聚合物化合物中，從而使生物聚合物完全飽和，生物聚合物緩慢地通過射出模製機螺桿和桶移動。熔融的生物聚合物化合物和SCF現在是單相溶液。初始SCF氣體濃度的非限制性實例可以是Co = 0.25%，具有介於在176°C與250°C之間的熔體溫度範圍，且更佳在180°C的範圍內。

另外，在各種實施例中，模具內的溫度可與壓力一起被精細地控制，諸如在動態模具溫度控制(DMTC)協定中。例如，可以利用DMTC製程來確保膨脹生物聚合物熔體內的一致性氣孔結構。特別地，DMTC可經配置以便包括在射出填充階段期間之模具溫度及/或壓力的快速變化和控制。此藉此在有或無壓力的情況下就熱和冷熱循環兩者而言動態地控制模具溫度及/或壓力。

例如，系統的控制模組可經配置以便在射出填充階段期間控制模具溫度，例如，在所述情況下，可利用動態模具溫度控制。更具體地，與傳統已知的射出模製製程相比，本文利用的動態模具溫度控制的重要特徵在於模具溫度本身可經動態地控制。在單相溶液的熔體射出之前，可先將模具加熱至預設的上限。在熔體填充階段期間，模具空腔表面的溫度可保持高於上限，以防止熔體過早地固化。當熔體填充製程結束時，模具迅速地冷卻至下限(噴出溫度)，且然後將模製的發泡體零件噴出模具空腔。

如本文實施的動態模具溫度控制(DMTC)依賴基於快速電氣桿加熱及快速水冷卻的控制方法。具體地，本揭露利用的DMTC由五個主要組件組成：空氣壓縮機、閥交換裝置、電腦控制的模具溫度控制單元、電氣加熱模具、及冷卻塔。冷卻塔可用於將足夠的水冷向供應至模具。空氣壓縮機用於產生壓縮空氣作為氣動閥的驅動氣體，且用於在冷卻之後排除殘留冷卻水以免進入模具。閥交換裝置用於切換閥，以將不同介質從管線傳遞至模具，諸如冷及冷熱循環。

因此，在各種情況下，本文之機器及製程可包括用於反應材料的管道及其他導管，這些導管與一或多個熱交換單元相關聯，以便在反應物經泵送至導管及管道中及/或穿過導管及管道時加熱及/或冷卻反應物。在所述情況下，交換器可經控制以將溫度調整至到反應水平。在管道的一個末端可包括分配頭，該分配頭可與一或多個閥相關聯。此外，分配頭可向上鉤掛至處理線路。電氣加熱模具用於模製發泡零件的最終形狀。模具溫度控制的功能是控制模具的加熱及冷卻；所有此舉藉由電腦控制與射出模製相協調。

同樣地，如所指示，壓力也可被精細地控制，諸如經由氣體反壓力(GCP)協定。例如，可在製造製程中利用GCP協定，以便更好地確保終端產品的最佳發泡體結構，並以在所得可撓性發泡體上存在極小直至無表皮的方式進行。例如，使用此GCP製程，可以SCF注射加壓模具空腔，該SCF可單獨或共同起到抵抗熔體內氣體膨脹的作用。特別是，當反壓力被釋放時，將按照傳統突破表面的氣體氣泡經捕獲在內側，從而產生光滑表皮。

在發泡零件形成時，此氣體反壓力製程防止氣體氣泡接觸和突破發泡材料的表面。此是藉由GCP系統在熔融單相溶液射出射注和保持時間的相同時間或大約該相同時間向模具空腔施加反壓力來達成的。惰性氣體氣泡經受巨大的力，且因此熔融的單相溶液在正形成時沒有機會將捕獲的氣泡釋放到發泡結構的外部。結果是模製發泡體零件在零件的外側上形成具有美觀外表光滑的表皮。

因此，如本文所實施的，系統的控制器可實施氣體反壓力(GCP)程序，該程序經配置以藉由在發泡體射出模製的熔體射出階段施加不同的氣體壓力來改善發泡製程的控制。例如，藉由控制系統的各種組件，控制系統可經配置以施加變化的含有螺桿的SCF單相溶液壓力及GCP壓力，諸如與適當射注尺寸、射注保持時間、熔體溫度、及模具溫度一致。

以此方式，創造整個系統，藉由該系統可生產高品質和商業上可接受的生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體零件。具體地，GCP壓力的細微變化會影響發泡體的表面品質。例如，在不使用GCP的情況下，位於模具空腔內的聚合物熔體中形成的氣泡可能會釋放，並且所得發泡零件的外表外觀可能不可接受的。此外，在不使用GCP的情況下，表皮厚度可能會變得不合需要地厚，因為在熔融單相溶液膨脹至模具中時，不存在反壓力來抵抗熔融單相溶液的快速冷卻。特別地，單相溶液將在射出射注期間撞擊鋼模邊界，並立即固化，具有對於大多數商業應用來說為不可接受的不合需要的厚表皮。總之，製成參數對最終零件品質具有可論證的衝擊。因此，以這些方式，此GCP製程可以控制發泡的方式實施，諸如經由表面品質、發泡體結構、表皮厚度等中的一或多個。

因此，在各種實施例中，系統可經配置以便以形成單相溶液的方式產生SCF。特別地，在各種實施例中，產生單相溶液，其中SCF可經：完全溶解並均勻地分散在熔融生物聚合物中，此在謹慎控制的製程條件下發生在射出桶內側。例如，如所討論的，單相溶液的形成對於生產本揭露之一致的可大量生產的模製發泡體零件是關鍵的。

因此，射出模製系統製程應經配置成以非常一致的方式是可控的和可重複的。為實現此舉，第一道防線是確保生物聚合物化合物及SCF經同質地混合至單相溶液中，諸如其中單相溶液完全飽和並分散在射出模製機桶內的生物聚合物熔體內。一旦達成單相溶液，系統就可以可靠地輸入所欲的射注重量、射注保持時間、及GCP氣體配料，以用於以時間最佳化和可大量生產的方式定製無限可再生的模製發泡體零件。

因此，SCF應準確地質量流量計量至生物聚合物中持續固定量的時間。例如，系統控制模組可經配置，使得在配料週期期間，在桶內建立以下正確的條件：溫度、壓力及剪切力。同樣地，背壓、螺桿速度及桶溫度可藉由系統的一或多個控制元件精細地控制。此外，SCF輸送系統可經調變，以便建立產生最佳化單相溶液的製程條件。

例如，如上所論述，控制模組可經可通訊地耦接至系統相關聯的質量流量計量裝置，其經配置以測量通過系統的一或多個容器(例如，管)行進之流體的質量流率。質量流率是每單位時間行進流過固定點之流體的質量。由於與本揭露有關，質量流計量的原理經實施以確保發泡體模製製程中的一致可重複性。具體地，如上所述，特別設計的噴射器耦接至射出模製桶，其能夠藉由系統之處理器的電腦控制程式來控制。因此，該系統可經配置以實行將特定SCF氣體配料輸送到生物聚合物熔體中，並且電腦控制程式可基於從質量流率之即時資料的收集來最佳化輸送，諸如藉由來自一或多個系統感測器的回饋。質量流量計量的此使用確保用於本發明之單相溶液的最多最佳化製程控制。

因此，在配料週期期間，遍及系統(諸如在桶內)的溫度可經控制以便介於100℃與600℃之間，諸如介於200℃與500℃之間，例如，介於300℃與400℃之間，且更具體地，在320℃與380℃的範圍之間，包括在桶內介於360℃與380℃之間。同樣地，SCF輸送壓力可經精細地控制以便在介於1,000PSI與8,000PSI之間的範圍內，諸如在1,500PSI與6,000PSI之間，例如，在2,000PSI與5,500PSI之間，特別地，在3,000PSI與4,000PSI之間，且更特別地，在2,600 PSI與2,800PSI之間。

以此方式，控制模組可經配置以使得溫度和壓力一致地工作，以產生最佳核及生物聚合物熔體內所得氣泡及所得發泡基質。此外，關於剪切力，當熔融生物聚合物之層相對於彼此流動時，在桶內建立剪切力。因此，在射出期間，熔融生物聚合物化合物可流過桶噴嘴的熔體輸送通道，諸如在像噴泉一樣進入模具之前。

剪切力是在旋轉螺桿與固定桶之間的生物聚合物的拉伸，導致材料內產生熱量。因此，在射出模製製程中應控制剪切力。最後，系統的一或多個控制單元可經配置，諸如用於控制射出速度、填充時間、及其中的公差，以便在給定射出模製機尺寸的情況下，且在給定射出模製機螺桿及桶尺寸的情況下，達成用於生產給定生物聚合物化合物之正確條件。

也可以控制背壓。例如，背壓是生物聚合物在射出到模具中時在射出模製機中施加的壓力。具體地，背壓是在射出螺桿收回以裝載射注至模具中的下一個生物聚合物時施加到射出螺桿上的阻力。如上所指示，系統的各種參數可經配置以便控制及/或調變背壓。

此外，系統的控制器可經配置以控制和調變螺桿速度。螺桿速度可藉由電腦控制。如所指示，在射出模製操作的初始階段期間，螺桿在桶內旋轉以與SCF氣體一致地使熔融生物聚合物化合物混合物均質化。本揭露之螺桿速度的非限制性實例可以自1rpm或5rpm或10rpm至75rpm或100rpm或200rpm，例如，自20rpm、25rpm或30rpm至40rpm、50rpm或60rpm。

系統可包括可與桶相關聯的加熱及/或冷卻控制單元，以便控制其中的溫度。因此，控制模組可經配置以控制桶溫度。因此，可控制桶溫度以便使其中的溫度根據發泡製程的需要而更熱或更冷。

因此，鑒於上述情況，SCF輸送系統可包括控制單元，其經配置以控制SCF輸送壓力及SCF劑量重量的組合，其典型以克為單位測量。SCF壓力及劑量可以使以便影響單相溶液的方式來控制。亦即，SCF劑量越小，生物聚合物熔體內需要的SCF飽和越低，而SCF劑量越大，熔體內需要的SCF飽和越高。同樣地，SCF輸送壓力越小，飽和的吸收越低，且因此可生長以在熔融生物聚合物熔體內形成氣泡的核之生長越低。並且，SCF輸送壓力越大，飽和的吸收就越大，且因此可在熔體內形成氣泡的核的生長就越大。

關於飽和，系統和設備經配置用於在溫度和壓力下將氣體輸送到熔體腔室，使得超臨界流體在生物聚合物熔體內形成並飽和，諸如在螺桿旋轉期間。因此，在受控制的溫度和壓力下產生單相溶液。具體地，聚合物-SCF混合溶液之單相在本文中可在射出模製機螺桿及桶內之明確溫度和壓力下獲得。更具體地，系統控制器可以取決於正生產的可撓性發泡體的類型和正生產的終端產品的類型的方式可變地控制溫度和壓力。

在此階段，SCF的濃度可被確定和控制，諸如藉由回饋迴路，藉此確定飽和的量，諸如經由感測器，其評估飽和製程進展，且然後基於達到用於飽和水平的確定設定點來調變微氣孔製程壓力和混合溫度。在所述情況下，超臨界流體(SCF)在螺桿旋轉期間可控地在生物聚合物熔體中飽和，且此在明確的溫度和壓力下產生單相溶液。SCF是兩部分熔融生物聚合物化合物混合物的一個部分，且其在本射出模具中存在明確壓力和溫度的情況下用作物理發泡劑。

因此，鑑於上述情況，在一個態樣，本文提供的是機器及使用該機器用於生產生物可降解和工業上可堆肥的微氣孔可撓性發泡體之方法。特別地，在一種情況下，發泡體經生產及/或用於發泡產品的生產中，諸如藉由微氣孔射出模製(MuCell)製程，例如，MuCell製造。MuCell製造利用超臨界流體，如上所述，該超臨界流體經受極高壓力並溶解至製造工具之螺桿桶內的聚合物熔體中，諸如以下所述，該製造工具經配置用於最佳化SCF配料以用於產生熔融生物聚合物之目的，該熔融生物聚合物經加熱至液態。

因此，在射出模製機的核心處是含於其中的射出模製機桶及螺桿，兩者通常由工具鋼製成。該桶是用於本單相溶液在經計量且然後壓入或「射注」至動態溫度控制的模具組件中之前的主要輸送入口。因此，生物聚合物熔體通過射出模製機漏斗輸送到桶中。並且，作為射出模具機操作的第一步驟的一個，系統控制器將給定量的粒狀生物塑膠小丸進料至漏斗中。

具體地，在射出期間，SCF蒸發並變成氣體氣泡，例如，呈成品模製零件之形式的發泡體。因為氣泡達到微米尺寸，所以製程會產生微氣孔發泡。本文所述之製程優於傳統的射出技術，因為該製程導致生成產品，其證實以下之一或多個：較少皺縮、輕重量產品、具有少數縮痕，且可藉由低成本前驅物產生。更具體地，對於較少皺縮，皺縮可藉由理解體積皺縮是由影響所有聚合物的熱收縮引起從而控制，且因此，可藉由經由系統感測器追蹤皺縮進展，並精細地控制桶條件以便調變皺縮製程來避免皺縮。

本質上，皺縮描述在材料從液體變為固體時體積變化的程度。在傳統射出模製中，模具不是用壓力控制溫度的，因此傳統方法使用的熔融聚合物在與射出模具的冷工具鋼接觸時會收縮，且此會導致皺縮。在本機器和系統中，皺縮可經控制並且典型不是問題，因為溫度受控的加壓模具確保熔融生物聚合物填充模具內側的最大表面區域而不會過早冷卻，以及在此方面進一步輔助的加壓模具空腔本身所施加的均勻應力。

關於作為一般規則的輕重量產品的生產，聚合物膨脹得越多，重量減少得越多。然而，本系統經配置用於藉由經由適當壓力、溫度和時間的施加來調變條件而最佳化單相溶液，使得可達成輕質發泡體的最佳品質。此適用於需要輕質發泡體的產品應用，諸如緩衝墊、鞋類發泡體、及用於生產運動設備的發泡體中。同樣地，關於在傳統可撓性發泡體製造中控制縮痕，縮痕和孔隙是由於在零件冷卻時材料在厚區段處的局部皺縮而沒有足夠的補償造成的。

特別地，縮痕典型發生在與支腳或肋狀物相對及/或鄰接的表面上。此乃由於不平衡的熱移除及/或類似因素發生的。在發泡體零件之外側的材料已冷卻和固化之後，核心材料開始冷卻。其皺縮向內拉動主壁的表面，從而造成縮痕。如果表皮足夠堅硬，則表皮的變形可以被核心中之孔隙的形成所取代。

與傳統可撓性發泡體模製面臨的縮痕和孔隙挑戰不同，機器配置和本系統參數是可控制的，以便生產本揭露的生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體，其最小化此等問題之遭遇。特別地，在本製程中，SCF氣體以調變例如最大化發泡製程內之聚合物基質的氣孔結構的方式控制。特殊化發泡製程的此最大化可以更好地確保在最終發泡零件內不存在不期望的縮痕或孔隙。

另外，如所指示，本系統的有用效益在於其利用低成本材料，並且所生產的終端產品具有較少翹曲。特別地，由於以上討論的許多原因，本揭露受益於其中SCF氣體負責在發泡製程內使聚合物基質的氣孔結構最大化的製程。特殊化發泡製程的此最大化確保在最終發泡零件內的翹曲最小化。

本系統的另一效益在於其可經配置以便控制公差。例如，該系統可經配置用於執行嚴格公差的可撓性發泡射出模製。特別地，可利用如本文所呈現的嚴格公差可撓性發泡射出模製，以便生產能夠一起平滑地工作並有助於降低產品的整體故障率的零件。

為了使產品可靠地且按預期工作，其零件中之全部必須平滑地裝配在一起。因此，本設備及其組件零件經設計成嚴格地控制公差。典型地，這些零件以盡可能最佳的公差生產。存在可接受的公差的不同範圍；例如，非常嚴格的公差為+/- 0.001。有時，甚至幾千分之一吋可能意味著合適的零件和不合適的零件之間的差異。

因此，在設計階段早期識別嚴格的公差是有用的。此乃因為設計工程師必須考慮用於發泡零件幾何形狀、整體發泡零件尺寸、及發泡零件壁厚度的要求，所有這些都會影響公差控制，且所有這些如果沒有謹慎地管理，則可能會加劇縮痕、翹曲和不一致零件公差。本系統及設備克服大多數這些設計挑戰，同時仍然使用最佳設計實踐，乃因為SCF氣體在發泡製程內負責最大化聚合物基質的氣孔結構。同樣地，該系統可經配置以便在模具內更快地冷卻。

作為前述的結果，縮痕、翹曲及公差的不一致被大大地減少。此在很大程度上是由於發泡體基質內的尺寸均勻且分佈均勻的顯微氣泡。因此，為達成這些益處，應該精細地控制微氣孔發泡製程。例如，如所指示，當沿著熔體前面發生發泡時，推進可在模製表面上引入條紋和流痕，藉此導致缺陷。

除了上文所述之外，這些缺陷可藉由利用一或多個共射出及模內裝飾技術在本文中進一步最小化。然而，在許多情況下，此可能成本過高。儘管如此，本系統藉由選擇可以接受和瞭解本揭露的附加價值的優質產品機會來克服這種成本過高的情況。

應注意，在各種情況下，SCF發泡可能存在缺點，如在一些情況下，其會引起熔體黏度和其他實質性質的變化。特別是，當SCF均勻地擴散至聚合物熔體中時，單相溶液就由增加自由體積來降低聚合物的黏度，從而起到可逆增塑劑的作用。此效應亦降低聚合物的玻璃轉變溫度以及其拉伸強度。此可導致不均勻的氣泡尺寸。

不均勻的氣泡尺寸可能導致模製發泡體零件的生產，其在整個零件中具有不一致的技術性能特性，以及可能導致不期望的外觀問題。當試圖生產在大量生產期間從零件至零件含有相同技術性能特性的一致可再生的生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體時，此兩者為問題。本系統經配置以克服此等困難。

因此，如上所述，為克服此等缺點，且為更精細地控制微氣孔發泡製程，利用上述的氣體反壓力(GCP)。如上所述，氣體反壓力被精細地控制，使得氣泡在發泡零件形成時被調節以防止接觸和突破發泡材料的表面。此藉由GCP系統向模具空腔施加反壓力來達成的，此可在熔融單相溶液經注射的相同時間或大約相同時間，同時控制模具內的保持時間。出於這些目的，模具溫度和壓力也可以進行精細地控制。

一旦注射，惰性氣體氣泡就會受到巨大的力，且因此熔融單相溶液在形成時沒有機會將捕獲的氣泡釋放到發泡結構的外側。同樣地，施加在單相溶液上的巨大力有助於更好地將數百萬個微小氣泡分佈在模具之內側的發泡結構內，並有助於氣泡尺寸的一致性。結果是模製發泡體零件具有形成在零件之外側上美觀光滑的表皮，以及在大量生產期間從零件至零件的可重複技術性能特性的一致氣泡尺寸。

例如，系統可經配置以便允許引入GCP以控制發泡製程，諸如藉由在熔體射出階段處施加不同的氣體壓力及/或溫度。因此，GCP經引入到位於射出模製機內的模具空腔內的發泡製程中。首先，惰性氣體藉由氣體壓縮機和氣體泵通過氣體控制閥泵送至模具空腔中。氣體壓力感測器將來自氣體控制值之即時資料反饋至電腦控制器。

系統藉由在電腦系統內設定配料參數和保持時間來啟動GCP配料至模具空腔。電腦系統然後啟動將惰性GCP射注到模具空腔中的適當配料。如果不使用GCP，生物聚合物熔體將會進入模具空腔並且立即開始發泡，從而產生不均勻的氣體氣泡，其會突破表面並在發泡體之外部上產生不期望的渦流標記，此狀況是有問題的。

同樣地，射出速度亦可經精細地控制，諸如其中射出速度可藉由螺桿壓力(Pscrew)和氣體壓力(Pgas)之間的差異來確定。具體地，當Pscrew稍微高於Pgas，並且兩者參數都足夠高時，SCF溶解的熔體流動至模具空腔中而不會發泡。將Pscrew設定為高於Pgas，而Pgas設定為低於臨界壓力，會導致局部發泡。最後，Pscrew、Pgas及與動態模具溫度組合的壓力差的適當選擇致使能更精確地控制氣泡尺寸。因此，藉由微調這些參數，即使沒有完全消除，也可以最小化流動引起的條紋。

具體地，這些參數可部分地藉由考慮流動行為來確定。例如，在一個實施例中，用0.4 wt% SCF的N ₂溶解的聚合物熔體的行為產生流變(流動)，在不同的模具溫度(185、195和205℃)，射出速度(5、10和15 mm/s螺桿速度)、及GCP(50、100、200和300 巴(bar))。在所述情況下，測得的剪切速率在3000-11000 s ^-1範圍內，且當GCP為300巴時，玻璃轉化溫度Tg從96℃降低到50℃。同樣地，在此情況下，與傳統射出模製相比，當GCP從50巴增加到200巴時，熔體黏度下降約30%。

具體而言，當GCP為300巴時，沒有任何發泡的單相射出熔體的黏度可降低多至50%，此取決於射出條件。這是有用的，因為其降低壓力要求和溫度要求，藉此降低製造成本，特別是能量成本，並且亦降低生產期間的發泡零件循環時間。因此，這些參數由於較低壓力和溫度要求，及較少循環時間而全部可用於節省更多的能量，此轉化至更快地生產且用於較少金錢的更多零件，諸如藉由選擇正確的生物聚合物化合物和定製製程溫度、壓力、並保持時間以配合材料機械性能。

另外，如所指示，本機器及系統的重要特徵在於其可經配置用於控制氣泡尺寸以便更均勻。如上所述，此可部分地藉由控制溫度、壓力、SCF配料控制、GCP、DMTC及以上所論述的其他參數來實現。這些屬性中之全部一致地工作以確保最佳、最均勻的氣泡尺寸及其在發泡基質中的最佳均質分散。此外，可藉由控制流體沿著熔體前面的漂移來改善表面品質。

如其名稱表明，熔體前面是熔融單相溶液進入模具空腔所在的點。熔體前面速度是熔體前面前進速度。對於具有複雜空腔幾何形狀的任何模具，空腔的部分可比其他區域填充得更快。藉由控制熔體前面速度，諸如藉由控制溫度、壓力和SCF配料控制，以及控制其他參數，可達成更均勻的模具空腔填充速度，且此確保所得發泡體零件的表面品質在外表上是可接受的。

因此，一旦單相溶液已經產生，如上所述的，經修改的射出模製機將溶液維持在加壓狀態直到開始射出。例如，機器可經配置以通過關斷噴嘴及螺桿位置控制的組合作用來達成此舉，如上所指示。特別地，關斷噴嘴可經配置使得充當塑化桶(具有往復螺桿)和模具之間的連接件。所述關斷噴嘴可經自控的或外部控制，且其可用於避免熔體在熔融射注之間流淌，且因而防止洩壓和過早發泡到模具中。

因此，關斷噴嘴防止洩壓和過早發泡到模具中。例如，在沒有關斷噴嘴的情況下，單相溶液在模具空腔內將不具有足夠的壓力，並且不會產生所期望的模製發泡體零件。同樣地，可利用主動或被動螺桿位置控制來防止由於螺桿向後移動而導致的洩壓。

特別地，該系統可經配置以便實施主動螺桿位置控制，諸如連續監測其中螺桿的位置，並且調節施加至螺桿之背面的壓力以維持確定的位置設定點或保持在螺桿之背面的恆定壓力。例如，在被動位置控制中，用於調節背壓的油在螺桿復原之終點處排至其槽。由於單相溶液的壓力，此殘餘油使螺桿不會向後移動。

另外，如上所指示，適當的模具設計有助於維持單相溶液。具體地，在其中模具包括熱流道系統之彼等情況中，可包括並控制一或多個閥閘，以便防止材料從噴嘴滴漏，諸如在模具打開時。更具體地，熱流道系統可在本文中使用於射出模製設備中並且可包括零件系統，該零件系統經物理加熱使得其可更有效地用於將熔融塑膠從機器的噴嘴轉移到模具工具空腔中。例如，可使用「冷流道」或「熱流道」，諸如其中冷流道是未經加熱的實體通道，其經利用以在熔融塑膠離開噴嘴之後將其導向至模具空腔中，且熱流道被加熱而冷流道不被加熱。

同樣地，在各種情況下，該設備可包括噴嘴斷路器，其經配置以在正常操作期間斷開與澆道襯套的接觸。此配置在堆疊或串聯模具中很有用，此堆疊或串聯模具利用澆道襯套上的關斷。特別地，澆道襯套可經配置以接受機器噴嘴，且藉此允許熔融生物聚合物化合物進入模具。在機器噴嘴必須脫離與澆道襯套接觸的情況下，熔融生物聚合物化合物可從澆道襯套向後流淌並且可能發生模具的洩壓。任何熔融流淌廢棄物都會增加生產成本，不利地影響熔體的下一射注，且甚至會阻止模具的適當關閉，此將可能會產生甚至更多問題。

為克服此，可利用選擇具有關斷功能的澆道襯套。否則，來自熱流道的壓力將通過澆道襯套釋放。特別地，當澆道襯套需要關斷時，除了以上提到的其他效益之外，關斷還可防止組合模具內壓力的逸出。模具的任何洩壓將可能潛在地防止熔融零件的發泡，且因此將無法形成所期望的模製零件。

如上所指示，各種發泡劑可經利用於生物可降解和工業上可堆肥的微氣孔發泡體之射出模製。在特定情況下，這些發泡劑可包括惰性及/或鈍性氣體，諸如惰性氮氣或二氧化碳或能夠轉換成為超臨界流體(SCF)狀態的其他氣體。根據本文所揭露的設備、系統及其使用方法，SCF可經引入(例如，注射)至機器中，例如，諸如藉由特定設計的電腦控制的噴射器引入(例如，注射)至熔體桶，該特定設計的電腦控制的噴射器可耦接，例如，附著至射出模製機桶，諸如用於將發泡劑進料至桶內之熔融生物聚合物熔體中。射出模製機控制器可經程式化以將特定SCF氣體配料(無論是氮氣還是二氧化碳等)輸送至生物聚合物熔體中，該輸送可藉由系統控制器最佳化。

因此，根據正生產的最終零件的技術要求，前述SCF發泡劑中的每一者具有其地位。特別地，如所指示，有用的SCF是處於其超臨界狀態中的二氧化碳，該二氧化碳在相同壓力處比氮氣更稠密但具有高得多的熱容量。實驗已表明，處於超臨界狀態的二氧化碳會產生稠密發泡體，其可用於某些緩衝應用中。相反，超臨界氮可用於生產具有較小氣孔的低密度發泡零件，其對於本揭露的鞋類和運動商品應用是有用的。

因此，用於生產運動商品(諸如鞋)的有用發泡劑是SCF氮氣，因為其以相較於SCF二氧化碳低得多的重量百分比提供改善的重量減少和精細氣孔結構，但是對於家具和汽車使用，有用的發泡劑是二氧化碳，其產生大得多的氣孔結構，儘管尺寸及/或重量更大。具體地，在各種情況下，發泡零件之增強的重量減少對於需要最少量之重量的產品應用來說是有用的特徵。作為非限制性的實例，跑鞋一直需要包含非常輕質並且表現出能夠承受重複濫用之能力的可撓性發泡體。

藉由提供前述實例中之具有精細氣孔結構之增強的重量減少，射出模製發泡體零件將被依賴於其藉由製造可接受的輕質鞋來提高跑步者效率的能力。此外，前述發泡體之精細氣孔結構將確保跑步鞋具有非常耐用的組件零件，其能夠處理由於跑步者在加速運動時不斷向鞋的發泡零件施加壓力和衝擊而產生的重複衝擊力。

事實上，SCF氮水平典型比達成可比零件所需要的SCF二氧化碳水平低至少75%。因此，與SCF二氧化碳相比，顯著降低的SCF氮水平需求確保當大量生產本揭露的生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體(如利用於製造鞋組件時)的最佳材料節省和時間節省。然而，SCF二氧化碳在各種具體情況下是有用的發泡劑，諸如當黏度降低是主要處理目標時，及/或當應用不能耐受SCF氮氣更具侵略性的發泡作用時。

在某些情況下，SCF二氧化碳是合適的發泡劑，特別是在半可撓性發泡體中。可撓性和半可撓性發泡體兩者可包括在可撓性發泡體的相同類別，因為其兩者都是由具有玻璃轉變(Tg)低於其服務溫度(通常在室溫下)的聚合物衍生而來的。在使用物理發泡劑的物理發泡製程期間，可以看到玻璃轉變中的凹陷。氮氣和二氧化碳發泡劑的有效性之此等差異起源於它們在生物聚合物熔體中的行為。

例如，在31.1℃和72.2巴下變成SCF流體的二氧化碳在生物聚合物中的溶解度是在-147℃和34巴下變成超臨界流體的氮氣的4倍到5倍。例如，根據溫度和壓力條件，未填充生物聚合物中的飽和點為約1.5至2重量百分比的氮，而二氧化碳的飽和水平接近於8重量百分比。二氧化碳在生物聚合物中亦呈現出更大的遷移性，允許其比氮氣遷移至現有氣泡中更遠。從氣孔成核的觀點來看，較大溶解度和遷移性意味較少的氣孔將成核，且成核的彼等氣孔將傾向於為較大的。

然而，當目標為黏度降低時，溶解度變成優勢。溶解在生物聚合物中的SCF充當增塑劑，從而降低生物聚合物的黏度。因為黏度降低部分地隨添加至生物聚合物中的SCF之量而變，並且因為二氧化碳具有相較於氮氣更高的溶解度極限，所以用二氧化碳降低黏度的能力為較大的。當生產零件所需要的氮氣量太低以至於無法一致地處理零件時，二氧化碳也很有用。

由於二氧化碳是侵蝕性低得多的發泡劑，所以有時更容易使用低水平的二氧化碳。例如，0.15%或0.2%的二氧化碳與低於0.05%的極低氮水平相比。如前面實例中指出的例子主要發生在軟材料和具有厚橫截面的零件上。因此，物理發泡劑，無論是SCF氮氣還是SCF二氧化碳或其他SCF，在最終發泡零件及將含有該物理發泡劑的最終產品中都起到有用的作用。

首先，選擇相容的生物聚合物或生物聚合物化合物及相關聯的SCF氣體的適當組合是有用的。其次，藉由最佳配料重量及壓力適當地利用SCF氣體對於確保單相溶液內的最大飽和度以及確保在發泡基質內產生數百萬個均勻氣泡之核的最佳生成至關重要。另外，最終結果是同質地形成的射出模製可撓性發泡體零件，依賴於SCF和GCP氣體配料製程的所有態樣，與射出模製機溫度、壓力和保持時間偕同地工作，用以達成商業上可接受的模製發泡零件，如以上所解釋。

如所指示，在一個態樣中，提供一種製造生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體(無論是開放氣孔還是封閉氣孔)之製程。在各種情況下，製造製程包括以下步驟中的一或多個。首先，可將熱塑性生物聚合物摻合至母料中用於發泡。作為非限制性實例，所涉及母料可藉由雙螺桿擠出機生產，其中可將兩或更多個生物聚合物、填料及/或添加劑同質地摻合至單個聚合物熔體中，諸如在擠製桶內。熔融生物聚合物摻合物然後經成股擠製、冷卻並造粒成稱為母料的顆粒，然後可以如上所述對其進行處理。合適的生物聚合物、生物塑膠、填料、添加劑及著色劑的任何組合可經併入至母料生產中。因此，一旦產生熱塑性生物聚合物摻合物，就可以用SCF，諸如惰性氮氣或二氧化碳氣體，將其射出模製成合適的模具形狀。

如上所述，本射出模製可利用在用於藉由將熔融材料注射至產品模具中來生產零件的製造製程中。在本街露中，選擇合適的生物聚合物或生物聚合物摻合物，諸如顆粒形式。前述的顆粒可在輔助小丸乾燥器中進行預乾燥，以確保移除任何潛在的水分。然後可將預乾燥的小丸引入射出模製機漏斗中。操作者然後選擇射出模製機的最佳桶溫度、噴嘴溫度及模具溫度，並藉由電腦控制輸入這些值。

此外，最佳SCF氣體配料百分比和壓力以及最佳GCP氣體配料和壓力可以按比例縮放，並且這些值可以例如動態地輸入到系統控制單元中或由系統控制單元以其他方式確定。一旦系統經適當地配置，射出模製機就準備好操作。可以藉由電腦控制指定的量將顆粒釋放到射出模製機的螺桿和桶中，其中該等顆粒在特定溫度或溫度設定處熔融。

SCF氣體在受控制的壓力和劑量大小下藉由電腦控制通過SCF噴射氣引入至射出模製機桶中。SCF使現在熔融的顆粒飽和並產生單相溶液。然後，在適當背壓力和螺桿定位的情況下，射出模製機將單相溶液之量測射注發送至動態溫度控制的模具空腔中。在熔體中經歷核生長並且在生物聚合物熔體中形成數百萬個微氣孔氣泡。實質上同時地，GCP系統藉由電腦控制將反壓力之預先計量的劑量發送到模具中，從而最佳化氣孔的均勻性並調節表面紋理用以最佳化外表外觀。動態溫度控制的模具溫度然後可經切換到水冷並，且氣泡的形成和熔體的膨脹停止。至此，可撓性發泡體模製零件現在經形成，並從模具中噴出。

特別地，如上所指示，系統可經配置以便實行動態模具溫度控制，其可用於產生最佳化氣孔結構。例如，如上所述，動態模具溫度控制(DMTC)實行快速電氣桿加熱及快速水冷卻。更具體地，本文利用的DMTC程序可包括以下五個主要組件中的一或多個：空氣壓縮機、閥交換裝置、電腦控制的模具溫度控制單元、電氣加熱模具及冷卻塔。冷卻塔經配置以將水冷卻提供至模具，用以進行冷卻操作，而適當地配置的空氣壓縮機產生壓縮空氣以驅動氣體通過氣動閥，以便在冷卻之後排除任何殘餘冷卻水進入模具。一或多個閥交換裝置可經配置和經利用以切換閥來將不同的介質從各種機器管線傳遞至模具，諸如用於熱和冷熱循環。電氣控制的加熱元件可經包括及經配置用於模製發泡零件的最終形狀。水塔和加熱元件可一起起作用，以便精細地控制模具溫度，使得模具的加熱和冷卻可在模製製程的執行中被快速地加熱及/或冷卻。

所有此舉藉由適當地配置的電腦處理器與射出模製機協調。例如，本發明之DMTC系統的冷卻水溫度控制的非限制性實例可以是15℃至30℃，並且DMTC系統的加熱元件溫度範圍的進一步非限制性實例可以在範圍60℃至150℃之間，且可在90℃至130℃之範圍內，並且可以是其間的任何溫度。以這些方式，可控制生物聚合物熔體、壓力及時間，使得形成所期望的可撓性發泡體。

特別地，在本街露的射出模製製程期間，SCF經注射至聚合物熔體中。在明確溫度和壓力下，在射出模製機螺桿和桶內獲得聚合物-SCF混合溶液的單向。溫度和壓力可藉由電腦控制進行可變地控制，並直接與正生產的可撓性發泡體的類型及終端產品應用用於何種類型有關。藉由施加變化的螺桿含有的SCF單相溶液壓力和GCP壓力，與適當射注尺寸、射注保持時間、熔體溫度和模具溫度一致，創建完整的系統，藉由該系統可以生產高品質和商業上可接受的生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體零件，諸如藉由將氣體反壓力利用在射出模製製程，以便確保最佳化發泡體結構，具有最少外觀缺陷，並且在發泡零件之外側幾乎沒有甚至沒有塑膠表皮。

如所指示，根據本文揭露的裝置、系統及其方法生產的產品之有用效益在於該等產品可以是生物可降解及/或可堆肥的，諸如在家庭或工業堆肥協定中。特別地，生產經配置用於在工業堆肥體系中分解的產品確保可撓性發泡體將持續得到的產品的可用壽命，諸如藉由以使得其在成品內在使用中不會分解或散開的方式使該得到的產品功能化。例如，一個人購買僅由本揭露的可撓性發泡體製成以使發泡體在產品可用壽命結束之前，在常規使用期間降解的家具、一雙鞋或其他運動裝備將是有害的。

更具體地，本揭露受益於惰性物理發泡劑及生物可降解和工業上可堆肥的生物聚合物或生物聚合物化合物的使用。此等兩個態樣結合在一起形成載特殊化可撓性發泡體射出模製系統內功能化的單相溶液。結果是生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體可用於多種類型的終端產品；其中的非限制性實例是用於使用在製作鞋的鞋類發泡體。所得可撓性發泡體是無交聯的、無化學物質的，並且對環境友好的。

在生物可降解和工業可堆肥的可撓性發泡體壽命結束時，其可通過廢棄物轉向重新導向至適當的工業堆肥設施，藉此將發泡體磨碎且工業堆肥成可用的生物質。最終結果產生藉以堅持所謂的循環經濟之態樣的系統。本揭露的可撓性發泡體作為「廢屑-至-廢屑」開始和結束，這意味著天然生物製程已經適應於製造對環境衝擊最少量的供人類使用的材料和產品。這些可撓性發泡體在其可用壽命期間不會影響技術性能，也不會影響其環境意識設計。

如上文所論述，本文之裝置、系統及其使用方法可經利用於生產一或多個模製終端產品之目的，諸如用於使用在鞋類、座椅、汽車、防護裝備、及/或運動裝備中的組件。因此，在各種實施例中，本文提供的是可用於鞋(諸如，其鞋底、中底及/或鞋內底)之構造中的一或多個組件，諸如其中鞋底形成鞋之基底，並經配置用於與地面接觸，該中底形成中間結構及緩衝元件，且鞋內底經配置用於插入鞋內並藉此提供緩衝及/或對鞋的支撐。

在某些實施例中，鞋組件可包括本文生產的發泡體材料，其可為環境友好的、生物可降解的，且可堆肥的。在各種情況下，每個單獨的組件可由複數個層組成，包括基層及緩衝層，諸如其中緩衝層。例如，在特定實施例中，可包括支撐構件，諸如耦接至基層的支撐構件，並且在組件是鞋內底的情況下，可包括在足弓接觸部分或足跟接觸部分中的一或多個。

特別地，在各種實施例中，可生產發泡體材料，諸如其中發泡體材料可使用於緩衝墊、緩衝家具、鞋組件諸如其鞋內底、墊、纖維、編織物等之生產中。其他有用的產品可包括填縫劑，諸如聚矽氧填縫劑、聚矽氧醫用手套、用於藥物遞送系統之聚矽氧管路、聚矽氧黏合劑、聚矽氧潤滑劑、聚矽氧塗料、及其他合適的聚矽氧產品，例如保險套。在各種實施例中，發泡體產品可以其中發泡體材料可具有一或多個抗微生物、抗細菌、抗真菌、抗病毒及/或抗易燃特性之方式加以生產。

更具體地，在一個態樣中，此揭露可一般地針對用於家具之製造的製程，該家具諸如加軟墊家具及/或其緩衝墊，諸如包括或以其他方式由發泡體組成的家具，例如，該發泡體是生物可降解的及/或可堆肥的。因此，本揭露的發泡體有利於使用在製造包括如此生產的發泡體插入物的家具。樹脂及所生產且利用的發泡體已證明有利於使用作為緩衝材料，諸如用於枕頭、長椅、床、座墊，或用於其他加軟墊家具等。

例如，根據以上本文揭露的方法，可生產由發泡體小到大塊體組成的模具，諸如以形成發泡體插入物，諸如用於使用在家具或汽車附件組件中。塊體發泡體然後可基於正生產的家具之類型和形式，切割成所期望的尺寸和形狀的較小塊體。具體地，經設定尺寸和切割的塊體然後可被應用到或以其他方式裝配在家具或車架或其他邊界材料內，彼等可一起被覆蓋以生產最終的家具產品，無論是枕頭、沙發、緩衝墊，例如 ，沙發或汽車緩衝墊等。另外，在需要時，外罩殼或邊界材料可經附接至框架材料，諸如藉由釘合及/或縫接，或以其他方式緊固至將要加軟墊之製品的框架上，並用織物或其他材料覆蓋。

因此，在各種實施例中，當製造加軟墊家具諸如長椅或汽車座椅時，可以生產框架。家具的各種內部(例如結構)組件可經安裝在框架內，諸如彈簧等，且然後根據以上本文揭露的方法生產的發泡板可定位在彈簧中、在彈簧上方和彈簧周圍，諸如用於緩衝及/或隔離。當然，可包括其他材料，諸如棉、羊毛、毛氈、橡膠基底產品之層等等，且然後可添加覆蓋材料以便覆蓋框架並完成產品製造。

具體地，本發泡體與本文揭露的其他材料可一起充當襯墊料或填充料，在覆蓋材料於框架上拉伸時，其可被成形、調整和塞入覆蓋物下方。另外如所指示，在各種情況下，出於多種原因，本文生產的發泡體產品在本領域已知的發泡體產品中及之外是有用的，其中最重要的是典型的PU及/或EVA發泡體不是以任何方式生物可降解的，而在本文產生的發泡體的組件是生物可降解的。因此，在各種實施例中，提供在開放框架上構建家具的方法。例如，在一種情況下，該方法可包括以下步驟中的一或多個。

特別地，該方法可包括提供框架，該框架限定背部、複數個側壁、及座椅部分，諸如其中背框架部分實質上垂直地延伸，且座椅部分以使得座椅部分橫切垂直部分的方式相對於彼此實質上水平地延伸。該方法可進一步包括將發泡體平板切割成合適的尺寸及形狀以提供用於背部和座椅及/或側壁部分的襯墊料，將平坦的覆蓋材料切割至合適的尺寸及形狀以完成背部、座椅及/或側壁部分，將發泡體板及覆蓋材料在間隔位置處附接在一起並壓縮發泡體以在其外表面形成輪廓預定設計，並形成實質上平坦的次組合件，其中發泡體板及覆蓋材料在附接之位置之間自由地相對移動，且將次組合件成形和附接到框架上。用於發泡體緩衝墊或緩衝墊製品的覆蓋物可以是通常用於加軟墊家具及覆蓋裝飾枕頭等的任何合適的覆蓋材料，諸如編織羊毛織物、編織尼龍織物，或由其他各種合成纖維織成的織物以及如此類皮革等所述類的材料。

此外，在另一態樣中，本揭露一般針對用於製造鞋組件(諸如鞋底、中底及/或鞋之內底)的製程，諸如包括或以其他方式由發泡體構成的鞋組件，例如，可堆肥的發泡體。具體地，在特定實施例中，提供用於製作鞋底、中底、鞋內底及/或其他鞋插入物的方法。例如，本鞋插入物可以是緩衝裝置之形式，其適於插入或以其他方式裝配在鞋(例如，跑鞋或運動鞋)內，該鞋可經配置以便減少在跑步或行走時碰撞表面(例如，地面)之腳的衝擊，藉此吸收及/或減弱對腳的衝擊。

特別地，包括中底及插入物的鞋底組件可包括一個層或多個層。例如，在一些情況下，可提供基層、發泡體層及/或織物層。具體地，可包括相對彈性材料的基層，及/或例如設置在基層上的發泡體層，及/或設置在發泡體層上的織物層。因此，該方法可包括將基層、發泡體層及織物層整體地形成為三層片材。在各種情況下，支撐層可至少設置在鞋跟區域，該支撐層可由剛性材料(諸如相較於積層有較高密度者)構成。可提供和利用黏合劑、膠，或其他附接機構用於附接和形成具有支撐層的三層積層。

更具體地，在其他情況下，用於製作鞋組件諸如插入物的方法可包括以下步驟：提供發泡體層及/或提供織物層；加熱該發泡體層；接合該發泡體層及該織物層；提供基層，例如具有密度與發泡體層相同、更大或更低密度的基層；以及加熱該基層及該發泡體層中之至少一個，以便耦接該基層與該發泡體層，以便形成雙層或三層積層。

該方法可進一步包括提供預形成的支撐構件，諸如足弓支撐件及/或足跟構件，該等構件可具有相較於發泡體層的密度實質上相同、或更低或更大的密度。在特定情況下，支撐構件可由壓縮發泡體材料形成，以便獲得更大的密度，且因此與發泡體層相比具有更大的剛度。另外，可在支撐及/或鞋跟構件與積層之間施加熱及/或壓力可再反應黏合劑。然後可向組合物施加模製壓力，以便使三層積層形成及/或成形為支撐件及/或鞋跟構件，以便形成整體的一件式鞋插入物，其中預形成的鞋跟構件形成後部分及/或支撐構件形成成品鞋插入物的底部表面的中間部分，例如，在其中間及/或鞋跟區域處，並且基層形成其前方區域處的成品鞋插入物的底部表面。

然而，應注意，不需包括支撐件及/或鞋跟構件，並且在一些情況下，可以排除一或多個積層組件或添加其他積層。進一步應注意，在某些實施例中，發泡體層可為更可撓性的及/或緩衝的，例如，具有相較於基層更大的硬度計，而該基層又可為更可撓性的及/或緩衝的，例如，具有相較於支撐構件更大的硬度計。因此，更可撓性的發泡體及基層可為相對彈性的並且在形狀上符合所期望的鞋尺寸及配置，而(多個)支撐層可為相對更剛性的。

特別地，如所指示，發泡體層及/或一或多個支撐層可由本文揭露的生物可降解及/或環境友好的發泡體材料構成。具體地，支撐層可以是更緻密的發泡體，而使得支撐層為更剛性。因此，在各種實施例中，發泡體層可具有約2或約3或約5至約10磅/立方英尺或更大的密度，諸如在約4-6磅/立方英尺之間的範圍內的密度。另外，發泡體層可具有1/8"+或-5%的厚度，諸如在約3/32"-5/32"的厚度範圍內。

同樣地，基層亦可具有約2或約3或約5至約10磅/立方英尺或更大的密度，諸如在約4-6磅/立方英尺之間的範圍內的密度。基層的厚度可以在約5/16"+或-10%的數量級上。然而，在各種情況下，基層的厚度在厚度方面範圍可從約1/4"或更小至約7/16"。關於支撐層，其可主要形成在插入物的足弓及/或跟部區域處，其亦可由本文揭露的生物可降解及/或可堆肥的發泡體製成。

然而，支撐層可藉由壓縮使得最終密度為22-23磅/立方英尺的數量級製成。織物層可由任何合適的材料製成，例如棉、聚酯或聚丙烯針織物。在各種情況下，材料及發泡體層可藉由火焰層壓技術層壓在一起，該火焰層壓技術利用導向至發泡體層的明火。明火在表面上產生足夠的熱以引起平板發泡體層的熔化。一旦熔化，織物層可與其接合，並且夾在一起的兩個層可在淬冷輥輪之間運行，同時在輥輪之間施加足夠的壓力，使得兩個層接合在一起。

在製程中之此時，這些層仍然維持為平板形式。這些整合層後可以接著藉由火焰層壓接合至基層。先前整合的材料及發泡體層可經接合至支撐層，且這些多層層壓層然後可以在淬冷輥輪之間運行。在該製程之此階段處，這些層仍然維持平板形式。如此層壓至該點的層然後準備用於模製。此可藉由將層壓的層加熱到近似250°F的模製溫度來執行，諸如持續約1至約5分鐘或更長的時間，例如，約225秒。此充分地加熱先前層壓的層，以允許將該等層插入模具中。

以下是參考隨附圖式對本揭露的各種實施方式的描述。因此，在一個態樣中，提供鞋類組件。特別地，如圖1所示，本揭露的實施例是鞋類組件，亦即由生物可降解和工業上可堆肥的熱塑性生物聚合物摻合物製成的可撓性發泡體鞋102中底100。

具體地，生物可降解和工業上可堆肥的射出模製的微氣孔可撓性發泡體鞋中底是由生物聚合物及生物聚合物摻合物中的一或多個製成，諸如包括熱塑性生物聚合物。特別地，用於製造生物可降解和工業上可堆肥的射出模製的微氣孔可撓性發泡體的熱塑性生物聚合物或生物聚合物摻合物可視需要地由任何數量的脂肪族和脂肪族-芳香族共聚酯等製成。

在生產生物聚合物或生物聚合物摻合物中找到使用的合適生物聚合物的非限制性實例由以下所組成：聚乳酸(PLA)、聚(L-乳酸) (PLLA)、聚(己二酸丁二酯-共-對苯二甲酸酯) (PBAT)、聚己內酯(PCL)、聚羥基鏈烷酸酯(PHA)、聚羥基丁酸酯(PHB)、聚丁二酸丁二醇酯 (PBS)、聚丁二酸己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚己二酸丁二醇酯 (PBA)及熱塑性澱粉(TPS)。另外，混合生物聚合物摻合物可經利用於製造生物可降解和工業上可堆肥的射出模製的微氣孔可撓性發泡體。混合生物聚合物摻合物的非限制性實例由含藻類的聚(己二酸丁二醇酯-共-對苯二甲酸酯) (PBAT)組成。

在所提供的實例中，混合生物聚合物的藻類部分由呈乾燥粉末形式之任何合適的藻類物種組成。合適的藻類物種的若干非限制性實例包括藍綠藻、綠藻、紅藻、褐藻及矽藻，及其組合。前述乾燥的藻類粉末可以與PBAT生物聚合物在標準設備上雙螺桿擠製，使得藻類粉末變性成PBAT的聚合物鏈。這由此形成用於使用在製造本揭露的生物可降解和工業上可堆肥的射出模製的微氣孔可撓性發泡體的混合生物聚合物。

所生產的發泡體產品可包括或以其他方式併入許多以下成分：填料粉末及/或一或多個添加劑。特別地，取決於應用，添加劑亦可利用於生物聚合物配方中。例如，寡聚聚(天冬胺酸-共-丙交酯) (PAL)可視需要地合成用於加速生物降解之母料。另外，填料諸如來自霰石、澱粉等的沉澱碳酸鈣可利用於降低零件成本，同時維持完成可撓性發泡體的可再生和生物可降解的完整性。

此外，用於使用在生物聚合物配方中的額外添加劑可由以下一或多個組成。可包括成核劑，諸如微片狀滑石或高縱橫比鮞狀霰石。此類成核劑可藉由防止氣孔聚結、降低塊體密度和改善回彈性以及其他有益增強的屬性來極大地改善所得可撓性發泡體的關鍵性能。用於使用在生產生物可降解和工業上可堆肥的射出模製的微氣孔可撓性發泡體的成核劑的若干非限制性實例是由Imerys Talc America Inc., Houston, Texas作為Mistrocell®行銷的微片狀滑石及由Calcean Minerals & Materials LLC, Gadsden, Alabama作為OceanCal®行銷的高縱橫比鮞狀霰石。

亦可包括著色劑、染料和顏料。例如，各種著色劑諸如染料、顏料或生物顏料可視需要地用於本發明的生物聚合物配方中。若干非限制性實例是已經定製用於生物聚合物使用的植物來源的天然顏料，諸如由Treffert GmBH & Co. KG, Bingen am Rhein, Germany提供的寬範圍或由Holland Colours Americas Inc., Richmond, Indiana提供的彼等者。

存在可根據以下所利用的許多配置和實施例：期望的物理特性，以及鞋中底100的預期終端使用，無論是用於工作、娛樂、水上使用等，不應受這些實例的限制。

系統200的合適裝置可在圖2中舉例說明，且可經利用於生產如上文所揭露的發泡體材料。例如，在使用中，將生物聚合物母料202進料到任何合適的射出模製機206的漏斗204中。生物聚合物母料在通過射出模製機螺桿208輸送的同時藉由加熱液化。注射氮或CO ₂氣體210進入生物聚合物熔體212並混合。此外，生物聚合物-氣體混合物處於壓力下並被注射至射出模製工具214中。與生物聚合物-氣體注射一致，氣體反壓力系統216經由氣體控制閥220將計量氮或CO ₂氣體218之劑量發送至加壓模製工具中。

此後不久，動態模具溫度控制系統(DMTC)222控制和調整模製工具214內部的溫度。模製工具214然後經充分地冷卻，且所得生物可降解和工業上可堆肥的射出模製的微氣孔可撓性發泡體零件從射出模製機中噴出。

圖3提供用以說明生產生物可降解和工業上可堆肥的射出模製的微氣孔可撓性發泡體之方法300的流程圖。在步驟302處選擇生物聚合物混合物，並且在步驟304處將混合物通過材料漏斗抽吸至射出模製機中。在步驟306處，生物聚合物混合物在通過射出模製機螺桿輸送的同時液化和均質化。在步驟308處，將氮氣或CO ₂氣體注射至生物聚合物熔體中。在步驟310處，生物聚合物-氣體混合物處於壓力下並注射至射出模製工具中。在步驟312處，經動態地控制射出模製模具溫度以確保最佳化氣孔結構。在步驟314處，將氣體反壓力之最佳劑量施加到射出模製工具持續足夠充分量的時間，以確保具有最小表皮厚度的理想發泡體結構。在步驟316處，射出模製工具經充分地冷卻，並且所得模製發泡體零件從射出模製機中噴出。

在一些實施方案中，且在不對本文揭露施加限制的情況下，生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體製造製程包括以下概述的步驟。製程設置程序圍繞將受控制的SCF配料建立至射出桶中：在螺桿速度、溫度和壓力條件下產生單相溶液。

確保滿足SCF配料的基本條件，主要有七個製程設定點需要調整：SCF輸送壓力：設定生物塑膠壓力，SCF抵抗該生物塑膠壓力而在螺桿旋轉期間配料。此既指螺桿復原期間的特定生物聚合物背壓力，且亦指螺桿閒置期間的螺桿位置控制。作為非限制性實例，用於生物聚合物輸送的壓力設定點可以在2,000 psi和3,000 psi的範圍內，且更佳地在2,700 psi和2,800 psi的範圍內。此設定點設定SCF配料開始所在的螺桿位置，然後可以將SCF噴射器設定至打開或關閉位置。該位置應經設定，使得螺桿復原期間桶中的壓力在開始配料之前變得穩定。作為非限制性實例，打開位置可以在0.3和 0.4吋的範圍內。

亦可控制射注尺寸和SCF的百分比。此控制在每個循環期間配料的SCF的實際質量。作為非限制性實例，射注尺寸可以在100克至300克的範圍內，且更佳地為200克。SCF百分比的非限制性實例可以在0.45%和0.75%的範圍內，且更佳地0.5%。該系統亦可經配置用於最佳化配料。此藉由最大化配料時間和最小化流動速率(預計量壓力和輸送壓力之間的壓力差)來實現的。配料時間的非限制性實例為1-2秒，且更佳地1.7秒。

亦可實行動態模具溫度控制(DMTC)。此為涉及模具溫度在射出填充階段期間之快速變化和控制，以便藉此在熱循環和冷熱循環方面動態地控制模具溫度。在熔體射出之前，首先將模具加熱至預設的上限。在熔體填充階段期間，保持模具空腔表面的溫度高於上限，以防止熔體過早地固化。

當熔體填充製程結束時，模具快速冷卻到稱為噴出溫度的下限，該噴出溫度是零件被噴出模具空腔的溫度。本揭露的最佳模具溫度範圍的非限制性實例為40°C至150°C之間，其中冷卻速度在每秒1°C至每秒15°C之間，且更佳地每秒11°C。本發明的模具冷卻時間的非限制性實例為80秒至100秒之間。

同樣地，亦可控制氣體反壓力(GCP)。此為包括加壓模具空腔的製程，其用氮氣注射以抵抗熔體內之氣體的膨脹。隨著反壓力的釋放，將按照慣例突破表面的氣體氣泡被捕獲在內側，從而產生光滑表皮。GCP通過表面品質、發泡體結構和表皮厚度來控制發泡。本發明的氣體反壓力的非限制性實例為0巴/10巴/30巴/50巴，並且保持時間在1秒和25秒之間，且更佳地5秒。本發明的平均微氣孔直徑的非限制性實例可以微米(μm)量測為介於1微米和100微米之間，且更佳40微米。

鑒於以上內容，在一些實行方案中，生產合適的熱塑性生物聚合物摻合物。一旦生產熱塑性摻合物，就可以將熱塑性生物聚合物摻合物射出模製成合適的模具形狀，諸如在添加惰性氣體諸如氮氣的情況下。另外，亦可經精細地控制壓力。

例如，可實行在射出模製製程中利用氣體反壓力。此亦為對於進一步確保具有最少量之外表缺陷，及發泡零件外側上的少量直至無塑膠表皮的最佳發泡體結構有用的，此在製作發泡產品中是重要的，該發泡產品可基於模具形狀而具有多各最終使用。模製製程可包括動態模具溫度控制之實行。例如，在各種實施例中，動態控制模製製程的溫度對於達成最佳氣孔結構是有用的。可控制的模製製程之其他要素包括控制：生物聚合物熔體、壓力及時間，使得形成期望的可撓性發泡體。

因此，鑒於以上內容，本揭露關於一種用於由生物可降解和工業上可堆肥的生物衍生熱塑性樹脂射出模製的微氣孔發泡各種可撓性發泡體組合物之製程，用於使用在例如鞋類組件、座椅部件、防護用具組件和水上運動配件。

產生生物可降解和工業上可堆肥的微氣孔可撓性發泡體結構始於合適的生物聚合物或生物聚合物摻合物，諸如脂肪族及脂肪族-芳香族共聚酯來源之彼等。合適的生物聚合物摻合物的非限制性實例為聚乳酸(PLA)及聚(己二酸丁二酯-共-對苯二甲酸酯) (PBAT)。前述的摻合熱塑性生物聚合物樹脂在形成本發明的最佳微氣孔可撓性發泡體結構方面顯示出有利的技術特性。增強的技術特性中的一些包括可接受的老化特性、優異的伸長率和出色的壓縮變形，以及其他效益。

在沒有合適的發泡劑和發泡製程的情況下，最佳脂肪族和脂肪族-芳香族共聚酯生物聚合物或生物聚合物摻合物不能單獨產生可撓性泡沫體。當今使用的最廣泛的發泡劑是稱為偶氮二甲醯胺(ADA)的化學物質。偶氮二甲醯胺典型經預先浸漬至用於傳統射出模製發泡體製程中的石化熱塑性母料樹脂中。不幸地，ADA不是環境友好的，且其為人類健康的疑似致癌物。此外，傳統的石化熱塑性母料樹脂不是生物可降解的，也不是工業上可堆肥的。為達成用於前述的發明的最佳生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體，將超臨界流體狀態中的惰性氮氣或二氧化碳使用作修改後射出模製製程中的物理發泡劑。修改後的物理發泡製程與合適的熱塑性生物聚合物或摻合生物聚合物母料一致地利用，使得生物聚合物或生物聚合物摻合物和發泡劑協調地工作，用於生產大多數最佳生物可降解和工業上可堆肥的可撓性發泡體。

本揭露的射出模製製程依賴於當生物聚合物或生物聚合物摻合物及超臨界流體(SCF)的單相溶液通過射出閘傳送至模具空腔中時發生的均質氣孔成核。在溶液進入模具時，壓力下降，使得SCF從溶液中出來，從而產生氣孔核。氣孔然後生長直至材料填充模具，且SCF的膨脹能力被耗盡。此製造製程在射出模製機上運行，該等射出模製機已經修改以允許將SCF計量、輸送和混合至生物聚合物中以產生單相溶液。動態模具溫度控制(DMTC)經利用以確保膨脹生物聚合物熔體內的一致氣孔結構。DMTC可經最佳地描述為在射出填充階段期間之模具溫度的快速變化和控制；此藉此根據熱循環和冷循環來動態地控制模具溫度。氣體反壓力(GCP)亦利用於製造製程中，以確保具有所得可撓性發泡體上之少量直至無表皮的最佳發泡體結構。GCP可最佳地描述為包括以SCF注射以抵抗熔體內氣體的膨脹的加壓模具空腔的製程。隨著反壓力的釋放，將按照慣例突破表面的氣泡經補獲在內側，從而產生光滑表皮。GCP通過表面品質、發泡體結構和表皮厚度控制發泡。

單相溶液的產生(其中SCF完全溶解並均勻地分散在熔融生物聚合物中)在謹慎控制的製程條件下發生在射出模製桶內側：SCF必須經精確地質量流量計量至生物聚合物中持續固定量的時間。並且在配料週期期間，可在桶內建立正確的溫度、壓力和剪切力條件。背壓、螺桿速度和桶溫度控制，以及SCF輸送系統全部在建立產生單相溶液的製程條件方面發揮作用。

一旦已經產生單相溶液，修改後射出模製機將溶液維持在加壓狀態中直到開始射出。機器藉由關閉噴嘴和螺桿位置控制之組合努力達成此舉。關閉噴嘴可防止洩壓和過早發泡至模具中。主動或被動螺桿位置控制通過螺桿的向後移動防止洩壓。在主動螺桿位置控制期間，螺桿的位置被連續地監測，且施加在螺桿之背面的壓力被調節以維持位置設定點或在螺桿之背面上保持恆定壓力。在被動位置控制中，防止用於調節背壓力的油在螺桿復原之終點處排至其槽。由於單相溶液的壓力，這種殘餘油使螺桿不會向後移動。

適當的模具設計亦有助於維持單相溶液。具有熱流道系統的模具需要閥閘以防止材料在模具打開時從噴嘴滴漏。機器噴嘴斷路器在正常操作期間與澆道襯套接觸的模具，諸如在堆疊或串聯模具的情況下，需要關閉澆道襯套。否則，來自熱流道的壓力將通過澆道襯套釋放。

用於射出模製生物可降解和工業上可堆肥的微氣孔發泡體的發泡劑是處於超臨界流體(SCF)狀態中的惰性氮氣或二氧化碳。根據所生產的最終零件的技術要求，前述發泡劑中之每一者都有其用途。

對本發明有用的發泡劑是SCF氮氣，因為其以相較於SCF二氧化碳低得多的重量百分比提供改善的重量減少和精細的氣孔結構。事實上，SCF氮含量典型比達成可比較零件所需要的SCF二氧化碳含量低至少75%。然而，在以下兩種情況下，SCF二氧化碳是首選的發泡劑：當降低黏度是主要處理目標時，或當應用不能耐受SCF氮氣更具侵略性的發泡作用時。

兩種發泡劑的有效性的差異源於它們在生物聚合物熔體中的行為。在31.1攝氏溫度和72.2巴處變成SCF流體的二氧化碳，比在-147攝氏溫度和34巴處變成超臨界流體的氮氣更可溶於生物聚合物中4倍至5倍。例如，根據溫度和壓力條件，未填充的生物聚合物中的飽和點為約1.5至2重量百分比的氮，而二氧化碳的飽和水平較接近於8重量百分比。二氧化碳在生物聚合物中亦呈現出更大的遷移率，從而允許二氧化碳比氮氣更能遷移到現有氣泡中。從氣孔成核的觀點來看，更大的溶解度和遷移率意味著更少的氣孔會成核，而那些會成核的氣孔將傾向於更大。

然而，當目標是降低黏度時，溶解度變成優點。溶解在生物聚合物中的SCF充當增塑劑，從而降低生物聚合物的黏度。因為黏度降低部分地隨添加到生物聚合物中的SCF之量而變，並且因為二氧化碳具有相較於氮氣更高的溶解度極限，所以用二氧化碳降低黏度的能力更大。

當生產零件所需的氮量低至使得不可能一致地處理零件時，二氧化碳亦為較佳的。由於二氧化碳是一種侵略性較小的發泡劑，因此有時更容易使用低濃度的二氧化碳。例如，0.15%或0.2%的二氧化碳與低於0.05%的極低氮水平相比。如先前示例中指出的情況主要發生在軟材料和具有厚橫截面的零件上。 [可回收之射出模製的微氣孔可撓性發泡體及製造其之方法]

圖4和圖6例示根據本揭露的可回收之射出模製的微氣孔可撓性發泡體402及其製作方法。參考圖4，該發泡體402較佳地為封閉氣孔發泡體，但也可形成為開放氣孔發泡體。在各種實施方式中，可使得發泡體402具有至少近似類似於傳統不可回收之乙烯乙酸乙烯酯(EVA)發泡體等之彼等性質和特徵。

在一些實施例中，術語「可回收的」一般是指可從廢棄物流中收集、分離或以其他方式回收以重新使用或用於製造或組裝另一物品的材料或產品的能力。在一些實施例中，本揭露中描述為可回收的聚合物和發泡體是指(例如)藉由機械回收、化學回收及/或生物或有機回收以回收組成材料的能力。在一些實施例中，本揭露中描述為可回收的聚合物和發泡體是指使用標準塑膠回收方法(例如，如ISO 15270：2008中所述)以回收組成材料的能力。在一些實施例中，本文所述的可回收的材料、發泡體、及/或產品可根據Textile Exchange Recycled Claim Standard 2.0(RCS，2017年 7月1日)及/或Textile Exchange Global Recycle Standard 4.0(GRS，2017年7月1日)中規定的要求生產。

如下文更詳細討論的，可回收的發泡體402係藉由使用圖5中所示的射出模製機處理熱塑性聚合物製成的。用於製造可回收的可撓性發泡體402的熱塑性聚合物可視需要地由許多聚醯胺系熱塑性聚合物、聚醯胺共聚物等產生。在本發明中找到使用的合適的聚合物之非限制性實例由聚醯胺6、聚醯胺6/6-6、聚醯胺12組成。替代地，熱塑性聚合物可包含任何數量的聚醯胺嵌段共聚物，諸如聚醚-嵌段-醯胺(PEBA)、PAE、TPA、TPE-A、COPA等。合適的聚合物及共聚物之其他非限制性實例包括由Ascend Performance Materials, LLC, Houston, TX以Vydyne之商標名銷售的聚醯胺66共聚物。前述的熱塑性聚合物樹脂已顯示在形成本發明之最佳微氣孔可撓性發泡體結構中的有利技術特性。增強的技術性能中之一些包括異常的老化性能、優異的伸長、拉伸強度和壓縮變形，以及其他效益。

另外，兩個或更多個熱塑性聚合物之摻合物提供在單個熱塑性聚合物中沒有發現的性能和價格之組合。有多種方式可以成功地將熱塑性聚合物摻合在一起。如下文更詳細討論的，雙螺桿擠製用以使兩個或更多個熱塑性聚合物熔融在一起，且然後將熔融聚合物樹脂摻合擠製成股，該股經冷卻並進料至造粒機中，以用於生產稱為母料的造粒件之陣列。聚合物樹脂摻合之另一方法是使用增容劑來在聚合物摻合物中將不同化學物質結合在一起。通常，此亦使用雙螺桿擠製等來在以上所述的非限制性熱塑性聚合物類型中將增容劑及兩個或更多個聚合物熔融在一起。

在一個實施例中，熱塑性聚合物包含衍生自消費後或工業後回收的原料的至少一個單體或聚合物。例如，熱塑性聚合物可包括己內醯胺、回收的聚醚嵌段醯胺聚合物等。藉由說明之方式，己內醯胺可藉由解聚合含有聚醯胺的工業後或消費後材料(諸如漁網、地毯纖維或工業廢棄物)衍生於可回收的原料。解聚合的消費後或工業後可回收的己內醯胺之非限制性實例包括由Aquafil USA Inc., Cartersville, Georgia提供的ECONYL®己內醯胺，無論呈片狀、液體或熔融。熱塑性聚合物可另外地或替代地包括衍生自經收集、分類、熔化和再處理的工業後或消費後聚醯胺地毯纖維的聚醯胺聚合物。衍生自工業後地毯纖維的一個所述聚醯胺聚合物是由Aquafil USA Inc., Cartersville, Georgia製造的Econyl。另外，聚醯胺廢棄物可以捕魚網等的形式從世界海洋中或在世界海洋周圍收集，然後經分類、熔化，且再處理成升級再造的可用聚醯胺材料。衍生自所收集的工業後捕魚網之示例性聚醯胺聚合物是由Koninklijke DSM N.V., Heerlen, the Netherlands製造的Akulon Repurposed。

取決於應用，添加劑亦可經利用於聚合物配方中。例如，填料諸如沉澱碳酸鈣、鮞粒霰石、澱粉、生物質等可經利用於降低零件成本，同時維持完成可撓性發泡體之可回收的完整性。

再者，用於使用在聚合物配方中的添加劑可由以下中的一或多個組成。可包括成核劑，諸如微葉片狀滑石或高縱橫比鮞狀霰石。此類成核劑可藉由防止氣孔聚結、降低塊體密度和改善回彈性以及其他有益增強的屬性來極大地改善所得可撓性發泡體的關鍵性能。用於使用在生產可回收的射出模製微氣孔可撓性發泡體的成核劑之若干非限制性實例是由Imerys Talc America Inc., Houston, Texas作為Mistrocell®行銷的微葉片狀滑石及由Calcean Minerals & Materials LLC, Gadsden, Alabama作為OceanCal®行銷的高縱橫比鮞狀霰石。

亦可包括著色劑、染料和顏料。例如，多種著色劑(諸如染料、顏料)或顏料可視需要地使用於本發明的聚合物配方中。若干非限制性實例是為已經定製來用於特定類型的熱塑性聚合物使用的顏料，諸如由Treffert GmBH & Co. KG, Bingen am Rhein, Germany提供的寬範圍或由Holland Colours Americas Inc., Richmond, Indiana提供的彼等。

可回收的原料對於製造微氣孔可撓性發泡體之使用減少典型藉由尋找可持續材料的來源與膨脹熱塑性聚合物發泡體之產生相關聯的環境衝擊。如下文更詳細討論的，用於產生本揭露的微氣孔可撓性發泡體的方法增加使用可回收的原料的環境效益，因為所得產品可進一步回收成為熱塑性聚合物，該等熱塑性聚合物隨後可用於產生來自微氣孔可撓性發泡體的新產品或替代地利用熱塑性聚合物的其他產品。

圖5和圖6例示用於製造圖4中所顯示之可回收的可撓性發泡體402的射出模製機506及方法600。因此，在一個態樣中，本揭露針對一種發泡熱塑性聚合物之方法。如下文更詳細描述的，該方法可經利用以從發泡體402製造許多終端產品中的任何一種，諸如包括鞋類組件的技術運動裝備，以及期望具有諸如緩衝、衝擊保護、舒適及其他特徵的其他產品。

如圖 5所示，射出模製設備506包括漏斗504，其經配置用於將複數個熱塑性聚合物502接收及引入射出模製設備506。桶507連接到漏斗504並經配置用於接收熱塑性聚合物502並包括特殊化往復式螺桿型柱塞508。桶507亦包括溫度控制單元(未圖示)以加熱和冷卻桶507的內容物。如圖5中所示，具有溫度和壓力測量裝置505的電腦控制器503經配置以感測桶507內的溫度和壓力。氣體配料系統509流體地連接至桶507且包括計量單元512，其經配置用於接收流體510並將流體510引入桶507中。氣體配料系統509將流體510維持在臨界溫度和壓力(分別為Tc和Pc)以上以產生超臨界流體(SCF)510。在本揭露之方法中，SCF 510用作物理發泡劑，其替代在可撓性發泡體生產的傳統方法中所利用的化學發泡劑，諸如偶氮二甲醯胺(ADA)。藉由實例之方式，SCF 510可包括惰性氣體或鈍氣，諸如氮、二氧化碳、氦、氖、氬或氙。與傳統的可撓性發泡體模製方法相比，本揭露之方法不僅藉由從製程中消除對環境有害和疑似致癌物ADA並用惰性或鈍SCF替代其來改善環境衝擊，而且，如將在下文進一步詳述，本揭露的可撓性發泡體402可由於本文所述的方法而在其使用壽命結束時被回收。

參考圖6，用於製造可回收的可撓性發泡體102之方法可始於步驟602：選擇熱塑性聚合物502並將熱塑性聚合物502供應至射出模製機506的漏斗504。隨後，在步驟604中，熱塑性聚合物502然後從漏斗504進料至桶507中並加熱。在步驟606中，在螺桿型柱塞508移動熱塑性聚合物502通過射出模製機506時，加熱的桶507熔融熱塑性聚合物502。此外，控制器503可經配置以控制和調變螺桿速度。

在步驟608中，SCF 510通過噴射器511經由連接至射出模製設備506的計量單元512引入桶507中，且SCF 510溶解在熔融熱塑性聚合物502中以產生單相溶液。SCF 510可調整熔體內的濃度，此會影響所達到的發泡程度。參考圖5，計量單元512經配置用於將SCF以適當量配料至熔融熱塑性聚合物502中。初始SCF氣體濃度之非限制性實例可為Co = 0.25%，具有熔融溫度範圍在176°C和250°C之間，且更佳地在180°C的範圍內。此外，控制器503控制SCF 510通過SCF噴射器引入桶507的壓力。SCF 510使熔融熱塑性聚合物502飽和，生成單相溶液。此外，螺桿型柱塞508以使熱塑性聚合物502和SCF 510均質並產生單相溶液所需的速度在桶507內旋轉。螺桿型柱塞508可在桶507內在1至200 rpm之間，且更佳地，從近似20 rpm至近似60 rpm旋轉。

關於飽和，射出模製機506經配置用於在溫度和壓力下將氣體輸送至桶507，以在螺桿旋轉期間使熔融熱塑性聚合物502飽和。具體地，控制器503經配置以控制SCF輸送壓力和SCF劑量重量的組合。可以使得影響單相溶液的方式控制SCF壓力和劑量。亦即，SCF劑量越小，生物聚合物熔體內需要的SCF飽和越低，而SCF劑量越大，熔體內需要的SCF飽和越高。同樣地，SCF輸送壓力越低，飽和度的攝取越低，且因此可在熔融生物聚合物熔體內形成氣泡的核生長越低。此外，SCF輸送壓力越大，飽和的攝取就越大，且因此，可生長以在熔融熔體內形成氣泡的核的生長也越大。

控制器503以取決於所生產的可撓性發泡體的類型和所生產的終端產品用於何種類型的方式可變地控制溫度和壓力。具體地，遍及系統(諸如桶507)的溫度，可經控制以便介於100°C和600°C之間，諸如介於200°C和500°C之間，例如，介於300°C和400°C之間，且特別地，介於320°C和380°C的範圍之間，包括在桶內的360°C和380°C之間。同樣地，SCF輸送壓力可經精細地控制以便介於1,000和8,000 PSI之間的範圍內，諸如介於1,500和6,000 PSI之間，例如，介於2,000和5,500 PSI之間，且特別地，介於3,000和4,000 PSI之間，且更特別地，介於2,600和2,800 PSI之間。

在圖5所示的實施例中，控制器503使用感測器來確定和控制SCF 510濃度，該感測器確定飽和之量並評估飽和製程進展和調變壓力和溫度。SCF 510在往復螺桿型柱塞508的旋轉期間可控制地使熔融熱塑性聚合物502飽和，以在明確的溫度和壓力下產生單相溶液。SCF是兩部分熔融熱塑性聚合物化合物混合物的一個部分，且其在本射出模具中存在明確的壓力和溫度的情況下用作物理發泡劑。

如下文更詳細所討論，SCF 510發泡劑可基於最終可撓性發泡體402產品的技術要求而選自以上所列舉的鈍性流體和惰性流體的列表。例如，處於其超臨界狀態中的二氧化碳在相同壓力下比氮氣稠密，但具有較高的熱容量。處於超臨界狀態中的二氧化碳可使用於某些緩衝應用中的稠密發泡體。相比之下，超臨界氮可用於生產當產生用於鞋類和體育用品的發泡體402時可使用的具有較小核的低密度發泡體零件。

然而，當目標是降低黏度時，溶解度變成優點。溶解在可回收的熱塑性聚合物502中的SCF充當增塑劑，從而降低熱塑性聚合物502的黏度。因為年度降低部分地隨添加至可回收的熱塑性聚合物502的SCF之量而變，且因為二氧化碳具有相較於氮氣較高的溶解度極限，所以用二氧化碳降低黏度的能力更大。當生產零件所需要的氮氣之量太低以至於不可能一致地處理終端產品時，二氧化碳亦為有用的。

由於二氧化碳是一種侵略性較小的發泡劑，所以存在較容易運行低水平的二氧化碳之時機。例如，0.15%或0.2%的二氧化碳與小於0.05%的極低氮水平相比。如先前實例中所指出的實例主要發生在軟材料及具有厚橫截面的零件上。因此，無論是氮氣、二氧化碳，或以上所列舉的其他惰性和鈍性氣體之一者，物理發泡劑在最終發泡零件及將含有該等物理發泡劑的最終產品中都發揮著有用的作用。

選擇相容的熱塑性聚合物或熱塑性聚合物化合物及相關聯的SCF氣體之適當組合是有用的。其次，藉由最佳配料重量和壓力適當地利用SCF氣體可在單相溶液內提供較佳的飽和水平，並影響核的產生(在發泡基質內產生大量均勻氣泡，如將在下文中更詳細地描述)。另外，終端結果是均質地形成的射出模製可撓性發泡體零件，依賴於SCF氣體配料製程的所有態樣及與射出模製機溫度、壓力和保持時間協作地工作，以用於達成商業上可接受的模製發泡體零件的氣體反壓力之使用。

參考圖 5，往復螺桿型柱塞508進一步經配置以在桶507的空腔內壓縮和移動熔融熱塑性聚合物502。氣體反壓力(GCP)系統516經配置用於將氣體反壓力輸送至桶507，以便控制熔融熱塑性聚合物502之膨脹。在圖5所示的實施例中，GCP系統516包括氣體泵515、包括惰性氣體(諸如氮氣或二氧化碳)的氣體儲器518、壓縮機517、壓力感測器519及氣體控制閥520。往復螺桿型柱塞508及桶507亦經配置以提供背壓力並將熱塑性聚合物502輸送至具有空腔的模具514中，該空腔與桶507流體地設置，並且經配置以接收熔融熱塑性聚合物502(下文更詳細地描述)。在圖5所示的實施例中，螺桿型柱塞508及桶507經配置以施加在介於近似2,000 psi和近似3,000 psi之間，且更佳地在2,700 psi和2,800 psi的範圍內。螺桿型柱塞508及桶507的組態亦設置SCF 510配料開始所在的位置，且然後可將SCF噴射器設置至打開或關閉位置。應設置該位置，以便在螺桿復原期間桶中的壓力在SCF 510配料開始之前變得穩定。作為非限制性實例，打開位置可以在0.3和0.4吋的範圍內。

除了GCP系統之外，圖5中所示的射出模製機506包括動態模具溫度控制(DMTC) 522，其經配置以控制模具514內的溫度。DMTC 522可與GCP系統516一致地利用來確保在膨脹熱塑性聚合物502內具有一致的氣孔結構。DMTC 522可經配置為以便在射出填充階段期間影響模具溫度及/或壓力的快速變化和控制，並在有或沒有反壓力的情況下通過使用熱和冷熱循環之使用動態地控制模具溫度及/或壓力。

繼續參考圖5，控制器503經配置以便經由DMTC 522在射出階段610期間控制模具514的溫度。更具體地，與傳統已知的射出成模製製程相比，本文所利用的動態模具溫度控制之重要特性在於可以動態地控制模具溫度本身。圖5所示的DMTC 522利用快速電氣桿加熱和快速水冷卻。具體地，DMTC 522包括五個主要組件：空氣壓縮機(未圖示)、閥交換裝置526、電腦控制的模具溫度控制單元(設置在控制器503內)、電氣加熱桿(設置在模具514內)、及冷卻塔532。冷卻塔532可用於將足夠的水冷卻供應至模具。空氣壓縮機用於產生壓縮空氣作為氣動閥的驅動氣體，並用於在冷卻之後排除殘餘的冷卻水以免進入模具。在圖5所示的實施例中，亦包括水加熱單元534，且閥交換裝置526用於切換閥以來自管線之不同介質傳遞至模具514，從而提供冷及冷熱循環。例如，DMTC 522可提供介於近似15°C和近似30°C之間的範圍內的水冷卻，且電氣加熱桿可將模具加熱至介於近似60°C和近似150°C之間，且可最佳地將模具加熱至90°C至130°C的範圍內。

圖5中所述的射出模製機506包括管道及用於反應材料之傳送的其他導管，該等導管與一或多個熱交換單元相關聯，以便在反應物經泵送至導管及管道中及/或穿過導管及管道時加熱及/或冷卻該等反應物。在這種情況下，可經控制交換器以將溫度調整至反應水平。在管道的一個末端上可包括分配頭，其可與一或多個閥相關聯。此外，分配頭可向上鉤掛至處理線。電氣加熱模具用於模製發泡體零件的最終形狀。模具溫度控制的作用是控制模具的加熱及冷卻；所有此舉藉由電腦控制與射出模製機協調。

因此，如本文所實行的，控制器503實行氣體反壓力以藉由在射出階段施加不同的氣體壓力來改善對發泡製程的控制，如下所述。控制器503經配置以操縱GCP系統516及DMTC 522，以調節溫度和壓力，且藉此控制成核及熔融熱塑性聚合物502內所得氣泡及所得發泡基質。

如圖6所示，在步驟610中，熱塑性柱塞508前進，從而推動熔融熱塑性聚合物502通過噴嘴(未圖示)，該噴嘴抵靠模具514且該噴嘴將熱塑性聚合物502注射至模具514中。射出模製機506將單相熱塑性聚合物502之量測射注發送至動態溫度控制的模具514空腔中。在射出步驟610之前，DMTC 522將模具514空腔加熱至預設上限。在射出步驟610期間，DMTC 522使模具514空腔的溫度維持高於上限，以防止熔融熱塑性聚合物502過早地固化。GCP系統516在模具514內輸送氣體反壓力以控制核生長，從而在發泡零件形成時防止氣體氣泡接觸並突破熱塑性聚合物502的表面。此藉由抵抗壓力達成，該抵抗壓力藉由GCP系統516在熱塑性聚合物502單相溶液經注射至模具514空腔中的相同時間或大約相同時間施加至模具空腔中。惰性氣體氣泡經受足以在射出步驟610期間將SCF 510保持在熱塑性聚合物502內的力。

參考圖6，在步驟612和步驟614中，控制器503操控模具514內的壓力和溫度，以控制熱塑性聚合物502的物理發泡。儘管動態地控制模具612的溫度和將氣體反壓力施加至模具614的步驟在圖6的流程圖例示為單獨的步驟，但步驟612和步驟614可同時或緊密相繼地實施，使得控制器503控制模具內的溫度和壓力。在步驟612和步驟614中，在熔融熱塑性聚合物502內經歷核生長並且形成許多微氣孔氣泡。隨著控制器503(圖5)在步驟612中升高和降低溫度，SCF 510蒸發並變成氣體氣泡，從而使熱塑性聚合物502在模具514內發泡。在步驟614中，GCP系統516藉由電腦控制將反壓力氣體之預計劑量發送至模具中，以產生實質上均勻的氣泡，並且氣體反壓力調節用於最佳外表外觀之表面織理。氣體氣泡生長直到熱塑性聚合物502填充模具514，並且SCF 510的膨脹能力被耗盡。因為氣泡達到微米尺寸，所以製程會產生微氣孔發泡。SCF 510濃度可能會影響氣體氣泡的結構。因此，控制器503選擇溫度和氣體反壓力參數，以便產生有用的及/或確定的氣體氣泡結構。隨著零件的模製結束，模具冷卻並且熱塑性聚合物固化。在圖6所示的實施例中，在步驟616中，動態地溫度控制的模具溫度經切換至水冷卻並且氣體氣泡的形成和熱塑性聚合物502的膨脹減慢並停止。DMTC 522將模具514快速冷卻至下限(噴出溫度)，可撓性發泡體402模製零件現在成型並且從模具中噴出。

如前所述，在某些實施例中，生產開放氣孔發泡體可使用與本文所述的用於生產封閉氣孔發泡體之方法相同的設施和基本製程，除了開放氣孔發泡體結構是在氣孔之間的壁破裂時形成，從而為開放氣孔發泡體結構的存在創造途徑。因此，在一些實施例中，圖5中所示的系統500可經利用以生產開放氣孔發泡體和封閉氣孔發泡體。

在某些實施例中，系統500的一或多個組件可經配置以使氣孔生長至導致相鄰或鄰接氣孔相互碰撞或干擾的程度，從而導致氣孔壁破裂。在一些實施例中，系統500的一或多個組件可經配置以產生臨界成核密度，使得氣孔或「氣泡」彼此足夠接近以形成撞擊結構。在一些所述實施例中，氣孔的碰撞導致開放氣孔發泡體結構的形成。在一些實施例中，每個氣泡的核應該能夠充分地生長以相互撞擊，從而導致氣孔弱化和破裂。此外，為了產生撞擊結構，在某些實施例中可能需要高氣孔群密度。

在一些實施例中，例如，控制器503經配置以在射出階段610期間經由DMTC 522控制模具514的溫度，以便產生足夠高的氣孔群密度以允許氣孔撞擊。在一些實施例中，GCP系統516可經配置以將反壓力氣體之不同預先計量的配料送至模具514中以產生開放氣孔發泡體。

根據本揭露的一些實施例，達到開放氣孔發泡體結構的另一種方法是聚結「氣泡」，由此氣孔之間的壁以自發的方法均勻地破裂或斷裂，以能形成開放氣孔發泡體結構。在某些實施例中，系統500可經特別地配置以形成所述聚結氣泡。在一些實施例中，隨著氣孔生長，在每個氣孔之間形成薄膜。此膜受到「氣泡」之內部壓力以及凡得瓦爾分離壓力和靜電分離壓力的影響。在一些實施例中，如果導致膜變薄或變弱的壓力超過使膜變厚或增強的壓力，則每個氣孔之間的膜將會破裂或斷裂，且此可理解為決定氣孔壁破裂或斷裂的力。不斷增長的內部「氣泡」壓力和凡得瓦爾分離壓力有助於使每個氣孔之間的膜變薄，同時靜電分離則有助於前述膜的增厚或增強。

在一些情況下，聚合物結構中之極性基團的存在實際上可起到增厚或增強氣孔壁的作用，藉此使氣孔壁破裂或斷裂變得困難。相反地，由於膜層的一般熱力學不穩定性，在一些實施例中，在撞擊期間會產生表面波，其極大地有助於破裂或斷裂氣孔壁，且此現象使膜層變薄的速度快於建構內部「氣泡」壓力，藉此產生更快的氣孔壁破裂或斷裂的機制。在一些實施例中，為了產生開放氣孔發泡體結構，氣孔壁盡可能快地破裂或斷裂可能很重要，因為這有助於克服已知在發泡體生產的模具冷卻和射出階段期間熱塑性聚合物發泡體黏度的增長。

在一些實施例中，各種發泡體模製參數決定最終微氣孔射出模製發泡零件之形成內的最佳成核和氣孔生長。例如，成核之速率可能會受到氣體配料系統509的射出速率及/或由DMTC 522控制的模具溫度的嚴重影響。在一些實施例中，根據本揭露的產生開放氣孔發泡體的方法可包括用於控制一或多個所述參數的步驟。

在更進一步的實施例中，根據本揭露的用於形成開放氣孔發泡體的方法可包括使用超音波作為用於打開發泡體結構之氣孔的手段。在一些所述實施例中，超聲輻照的持續時間和程度是達到開放氣孔發泡體結構的因素。在一些實施例中，超音波能源可包括在系統500中且經配置以供應超音波以產生開放氣孔發泡體結構。超音波能源可以是(例如)超音波發生器、超音波探頭或超音波換能器，其經配置以將電訊號轉換成為超音波。在一些實施例中，例如，超音波能源可包括在模具514中且使用於施加超聲輻照以引起氣孔壁的至少一部分的破裂。 [可回收的射出模製微氣孔可撓性發泡體產品]

圖4顯示本揭露的鞋類組件。更具體地，由可回收的可撓性發泡體402製成的可回收的微氣孔可撓性發泡體鞋中底400。

如以上簡要地論述，用於製造上述可回收物的方法強化利用自回收的原料開發的單體和聚合物的環境上有益的效果，因為所得產品可進一步回收成單體，該等單體可再聚合成熱塑性聚合物以使用於製作新的其他塑膠材料中。特別地，生產經配置用於回收的產品確保可撓性發泡體將持續所得產品的可用壽命，諸如藉由以使得該所得產品在成品內在使用中不會分解或散開的方式使該所得產品功能化。例如，一個人購買僅由本揭露的可回收的可撓性發泡體製成以使發泡體在產品可用壽命終止之前，在正常使用期間降解的家具、一雙鞋或其他運動裝備將為有害的。

更具體地，本揭露受益於以上列舉的惰性物理發泡劑及熱塑性聚合物化合物(其在製造製程期間不交聯)之使用。所得可回收的可撓性發泡體402是非交聯的，不含有害化學發泡劑諸如ADA，並且是環境友好的。此外，可回收的可撓性發泡體402可使用在多種類型的終端產品中，諸如使用在製作鞋中的鞋類發泡體。

可回收的可撓性發泡體402可在產品使用壽命結束時通過廢棄物轉移重新導向到適當的回收設施。因為可回收的可撓性發泡體402不使用化學發泡劑諸如ADA，且因為本文所述的方法不利用在其製造期間交聯的熱塑性聚合物，所以可回收的發泡體402可經磨碎、預處理和解聚合成一或多個單體。一個所述解聚合單體為己內醯胺諸如ECONYL®己內醯胺，無論呈片狀、液體或熔融態，由Aquafil USA Inc., Cartersville，Georgia提供，或解聚合己內醯胺，無論呈片狀、液體或熔融態，由DSM Engineering Plastics Americas, Troy Michigan提供。

參考圖7，本揭露之方法涵蓋利用熱和化學解聚合製程回收可回收的發泡體402之方法700，根據該方法，使聚合物(諸如PEBA)的溫度升高至超過最高溫度，且許多化學試劑或催化劑中之任何一者經利用以解聚合成其構成單體。在圖7所示的實施例中，解聚合製程開始於步驟702，將可回收的發泡體402之熱塑性聚合物與任何廢棄物機械地分離。在步驟704中，將解聚合催化劑引入至分離的熱塑性聚合物中。解聚合催化劑之非限制性實例包括酸，諸如磷酸和硼酸。在步驟706中，諸如通過過熱蒸汽施加熱，該過熱蒸汽可作用來蒸餾己內醯胺及任何其他揮發性化合物，並產生含有己內醯胺單體的餾出物。施加的溫度範圍可從約100℃到約325℃。在步驟708中，餾出物經分餾以將水和己內醯胺與解聚合方法的其他副產物分離。在步驟710中，將氧化劑引入至分離的含水己內醯胺。氧化劑之一些非限制性實例包括過錳酸鉀、氫、氧、重鉻酸鉀、次氯酸鈉或次氯酸鉀、高氯酸鹽或過硼酸。在步驟712中，諸如通過蒸發濃縮氧化的含水己內醯胺。在步驟714中，諸如通過真空蒸餾純化濃縮的己內醯胺單體。

在步驟714中之己內醯胺單體的純化之後，解聚合的單體可再經聚合成熱塑性聚合物並利用於製造更可回收的可撓性發泡體402。因此，與使用新原始化石燃料或其他不可再生的原料相反，本揭露之方法建立循環製程，藉此製成的產品可經分解，製造成新產品，並重新融入商業流中。此外，本揭露之可回收的發泡體402在其可用壽命期間既不損害技術性能特性，亦不損害其環境意識設計。

如本文以上所述，裝置、系統及其使用方法可經利用於生產一或多個模製終端產品之目的，諸如用於鞋類、座椅、汽車、防護設備及/或運動設備。因此，在各種實施例中，本文提供的是在鞋(諸如其鞋底、中底及/或鞋內底)之構造中有用的一或多個組件，諸如其中鞋底形成鞋的基底，且經配置用於與地面接觸，中底形成中間結構和緩衝元件，並且鞋內底經配置用於插入鞋內並藉此提供緩衝及/或對鞋的支撐。

在某些實施例中，鞋組件可包括根據本文揭露之方法600生產的可回收的發泡體402，其可為環境友好的且可回收的。在各種情況下，每個單獨的組件可由包括基底層和緩衝層的複數個層構成。例如，在特定實施例中，可包括支撐構件，諸如耦接至基底層的支撐構件，並且其中組件為鞋內底，具有弓形接觸部分或足跟接觸部分中的一或多個。

特別地，在各種實施例中，可生產發泡體材料，諸如其中發泡體材料可使用在緩衝墊、緩衝家具、鞋組件諸如其鞋內底、墊、纖維、編織物等的生產中。其他有用的產品可包括填縫劑，諸如聚矽氧填縫劑、聚矽氧醫用手套、用於藥物遞送系統的聚矽氧管路、聚矽氧黏合劑、聚矽氧潤滑劑、聚矽氧塗料及其他合適的聚矽氧產品，例如保險套。在各種實施例中，發泡體產品可以其中發泡體材料可具有一或多個抗微生物、抗細菌、抗真菌、抗病毒及/或抗易燃特性的方式生產。

更具體地，在一個態樣中，本揭露可一般地針對用於家具之製造的製程，諸如裝套家具及/或其緩衝墊，諸如包括或以其他方式由發泡體構成的家具，例如，該發泡體為生物可降解及/或可堆肥的。因此，本揭露的經回收的發泡體有利於使用在製造包括如此生產的發泡體插入物的家具。根據本揭露之方法生產的可回收的發泡體已證明有利於使用作緩衝材料，諸如用於枕頭、長椅、床、座墊或用於其他裝軟墊家具等。

例如，方法600可用於生產可回收的可撓性發泡體402之小至大嵌塊，以便形成使用在家具或汽車附件組件中的發泡體插入物。該嵌塊發泡體然後可基於所生產的家具之類型及形式而經切割成所欲的尺寸和形狀的較小嵌塊。具體地，經尺寸化和經切割的嵌塊然後可經施加至或以其他方式裝配在家具或車架或其他邊界材料中，其可一起經覆蓋以生產最終家具產品，無論是枕頭、沙發、緩衝墊，例如，沙發或汽車緩衝墊等。另外，在需要時，外罩殼或邊界材料可經附接至框架材料，諸如藉由釘接及/或縫接，或以其他方式緊固至將要裝軟墊的製品的框架上，並以織物或其他材料覆蓋。

因此，在各種實施例中，製造諸如長椅或汽車座椅的裝軟墊家具可生產框架。家具的各種內部(例如結構)組件可安裝在框架內，諸如彈簧等，且然後可回收的可撓性發泡體402之片材可經定位在彈簧中、上方及周圍，諸如用於 緩衝及/或絕緣。當然，可包括其他材料，諸如棉、羊毛、毛氈、橡膠基產品之層等，且然後可添加覆蓋材料以便覆蓋框架並完成產品製造。

具體地，本揭露之可回收的發泡體與本文揭露的其他材料一起可充當襯墊料或填充料，當覆蓋材料在框架上方拉伸時，其可在覆蓋物下方成形、調整和褶起。另外，如所指示，在各種情況下，出於多種原因，本文生產之可回收的發泡體在本領域已知的彼等中或以上是有用的，其中最重要的是典型的PU及/或EVA發泡體並非可回收的，而本文生產之發泡體之組件是可回收的。因此，在各種實施例中，提供一種在開放框架上構造家具之方法。

此外，在另一態樣中，本揭露一般針對用於鞋組件(諸如鞋之鞋底、中底及/或鞋內底)之製造的製程，該等鞋組件諸如包括傳統發泡體或以其他方式由傳統發泡體組成的鞋組件。具體地，在特定實施例中，提供用於製作可回收的鞋底、中底、鞋內底及/或其他鞋插入物的方法。例如，本鞋插入物可為緩衝裝置之形式，其適於插入或以其他方式配合在鞋(例如，跑步鞋或運動鞋)內，該鞋可經配置以便降低在跑步或行走時碰撞表面(例如地面)的腳之衝擊，藉此吸收及/或減弱對腳的震動。

特別地，包括中底和插入物的鞋底組件可包括一層或多層。例如，在一些情況下，可提供基底層、可回收的發泡體及/或織物層。具體地，可包括相對彈性材料之基底層，及/或設置在基底層上方之可回收的發泡體層，及/或設置在可回收的發泡體層上方的織物層。因此，該方法可包括將基底層、可回收的發泡體層及織物層整體地形成為三層積層板片材。在各種情況下，支撐層可經設置在足跟區域處，該支撐層可由剛性材料(諸如相較於積層板之其他組件的密度具有較高的密度)構成。黏合劑、膠或其他附接機構可經提供及經利用於附接和形成具有支撐層的三層積層板。

更特別地，在其他情況下，用於製作鞋組件(諸如鞋內底)之方法可包括以下步驟：提供可回收的發泡體層、提供織物層、加熱該可回收的發泡體層、接合該可回收的發泡體層和織物層；提供基底層，例如，具有與該可回收的發泡體層之密度為相同、較大或較小密度的基底層；以及加熱該基底層和該發泡體層中之至少一個，以便耦接該基底層與該可回收的發泡體層，從而形成雙層或三層積層板。

該方法可進一步包括提供預形成的支撐構件，諸如弓形支撐件及/或足跟構件，該等構件可具有相較於發泡體層之密度實質上相同，或較小，或較大的密度。在特別情況下，支撐構件可由壓縮發泡體材料形成，以便獲得相較於可回收的發泡體層之密度為較大的密度，且因而較大剛性。另外，可在支撐件及/或足跟構件與積層板之間施加熱及/或壓力可反應黏合劑。模製壓力然後可經施加至組合物，以便引起三層積層板的形成及/或成型為支撐件及/或足跟構件，從而形成整體一件式鞋插入物，其中預形成的足跟構件形成後部分及/或支撐構件，該支撐構件形成成品鞋插入物之底部表面的中間部分，例如，在其中部及/或足跟區域處，且基底層形成其前方區域處之成品鞋插入物的底部表面。

然而，應注意，不需要包括支撐件及/或足跟構件，且在一些情況下，可排除一或多個積層板組件或可添加其他積層板層。進一步應注意，在某些實施例中，可回收的發泡體層可為更可撓性及/或緩衝的，例如，具有相較於基底層較大的硬度計，該基底層轉而可為更可撓性及/或緩衝的，例如，具有相較於支撐構件較大的硬度計。因此，更可撓性發泡體及基底層可為相對彈性的並且在形狀上符合所期望的鞋尺寸及組態，而(多個)支撐層可為相對更剛性的。

具體地，支撐層可為較稠密可回收的發泡體，從而使得支撐層更剛性的。因此，在各種實施例中，可回收的發泡體層可具有約2或約3或約5至約10磅/立方英尺或更大的密度，諸如在介於4-6磅/立方英尺之間的範圍的密度。另外，可回收的發泡體層可具有近似1/8"的厚度，諸如在約3/32"至5/32"之厚度的範圍內。

同樣地，基底層亦可具有約2或約3或約5至約10磅/立方英尺或更大的密度，諸如在介於4-6磅/立方英尺之間的範圍的密度。基底層之厚度可為在約5/16"+或-10%的量級。然而，在各種情況下，基底層之厚度在厚度方面範圍可從約1/4"或更小至約7/16"。關於支撐層，其可主要形成在插入物之弓形及/或足跟區域處，亦可由本文揭露的可回收的發泡體製成。

然而，支撐層可藉由壓縮可回收的發泡體402製成，使得最終密度為22-23磅/立方英尺的量級。織物層可由任何合適的材料(例如，棉、聚酯或聚丙烯針織物)構成。在各種情況下，材料及可回收的發泡體層可藉由火焰層壓技術層壓在一起，該技術利用明火產生充分的熱以使可回收的發泡體層的表面能熔融。一旦熔融，織物層經接合至經回收的發泡體層及淬冷輥輪，使得兩個層經接合在一起。

在製程中之此時，這些層仍維持呈平坦薄板形式。這些整合層然後亦藉由火焰膠合接合至基底層。先前整合的材料及發泡體層可經接合至支撐層，且這些多積層板層然後可在淬冷輥輪之間運行。在該製程之此階段處，這些層仍然維持呈平坦薄板形式。因此層壓至此點的該等層然後準備用於模製。此可藉由層壓的層加熱至近似250°F的模製溫度來執行，諸如持續約1至約5分鐘或更長之週期，例如約225秒。此充分地加熱先前層壓的層，以允許其插入模具中。

如上所述，SCF物理發泡劑可取決於終端產品之所期望的特性進行選擇。在31.1攝氏度和72.2巴下變成SCF流體的二氧化碳比在-147攝氏度和34巴下變成超臨界流體的氮氣更可溶於熱塑性聚合物502中4至5倍。未經填充的可回收的熱塑性聚合物的飽和點為約1.5至2重量百分比的氮，取決於溫度和壓力條件，而二氧化碳的飽和水平較接近於8重量百分比。二氧化碳在生物聚合物中亦呈現較大的流動性，從而允許其相較於氮氣更能遷移至現有氣泡中。從氣孔成核的角度來看，較大的溶解度和流動性意味著較少的氣孔將成核，且成核之彼等氣孔將傾向於為較大的。

在以上所述的實施例中，其中方法600用於生產運動商品諸如鞋，SCF 510包括處於臨界狀態中的氮。氮在相較於SCF二氧化碳低得多的重量百分比處提供改善的重量降低及精細核。SCF 510氮水平相較於達成可比較的零件所需的SCF二氧化碳水平低至少75%。如此，當大量生產本揭露之生物可降解和工業可堆肥的可撓性發泡體(如利用於製作鞋組件)時，在與SCF二氧化碳相比時，大大地降低的SCF氮水平要求確保最佳化材料節省和時間節省。

雖然二氧化碳較重，但其在某些應用中可能是合適的發泡劑，諸如當黏度降低為該製程的目標時，及/或當終端產品不能耐受SCF氮之更侵略性的發泡作用時，或在半可撓性發泡體中時。例如，當方法600使用於生產家具和汽車產品時，SCF 510包括呈臨界狀態的二氧化碳，因為二氧化碳產生更大的氣孔結構，即使處於較大的尺寸及/或重量處。在具有物理發泡劑之物理發泡製程期間，可看到玻璃轉變中的凹陷。

如以上簡要討論的，當生產零件所需要的氮之量低至不可能一致地處理零件時，可利用處於超臨界狀態中之二氧化碳作為物理發泡劑。由於二氧化碳是一種侵略性較小的發泡劑，因此在一些應用中，較容易運行低水平的二氧化碳。例如，0.15%或0.2%的二氧化碳(與小於0.05%的氮水平相比)可經利用於生產具有厚橫截面的軟材料和零件。

儘管以上已經詳細描述少數實施例，但其他修改也是可能的。其他實施例可在以下申請專利範圍之範圍內。

100:鞋中底 102:可撓性發泡體鞋 200:系統 202:生物聚合物母料 204:漏斗 206:射出模製機 208:射出模製機螺桿 210:氮或CO ₂氣體 212:生物聚合物熔體 214:模製工具 216:氣體反壓力系統 218:計量氮或CO ₂氣體 220:氣體控制閥 222:動態模具溫度控制系統(DMTC) 300:方法 302、304、306、308、310、312、314、316:步驟 400:鞋中底 402:發泡體 500:系統 502:熱塑性聚合物 503:控制器 504:漏斗 505:溫度和壓力測量裝置 506:模製成形設備(射出模製成形機) 507:桶 508:柱塞 509:氣體配料系統 510:流體(SCF) 512:計量單元 514:模具 515:氣體泵 516:氣體反壓力系統(GCP)系統 517:壓縮機 518:氣體儲器 519:壓力感測器 520:氣體控制閥 522:動態模具溫度控制(DMTC) 526:閥交換裝置 532:冷卻塔 534:水加熱單元 600:方法 602、604、606、608、610、612、614:步驟 700:方法 702、704、706、708、710、712、714、716:步驟

現將參照以下圖式詳細描述這些和其他態樣。

圖1顯示根據本揭露之實施方案的發泡鞋類組件，即鞋中底。

圖2說明用於製造適用於鞋類的生物可降解和工業可堆肥的可撓性發泡體之射出模製微氣孔可撓性發泡體系統的示意圖。

圖3是製造生物可降解和工業可堆肥的射出模製微氣孔可撓性發泡體之方法的流程圖。

圖4顯示射出模製以產生用於運動鞋之中底的根據本揭露的可回收可撓性發泡體。

圖5顯示用於製造圖4中所描繪的可回收可撓性發泡體之射出模製機的示意圖。

圖6是用於製造圖4的可回收微氣孔可撓性發泡體之方法的流程圖。

圖7是顯示與圖6之用於製造可回收微氣孔可撓性發泡體之方法的實施方式相關的回收可撓性發泡體之步驟的流程圖。

在各個圖中，相同的參考符號表示相同的元件。

300:方法

302、304、306、308、310、312、314、316:步驟

Claims (30)

1. 一種用於製造可回收的可撓性發泡體模製產品之方法，包括以下步驟： 提供熱塑性聚合物，其包括源自解聚合消費後塑膠的至少一個單體； 在溫度和壓力條件下將流體插入至模製設備之桶中以產生超臨界流體； 將所述熱塑性聚合物和所述超臨界流體混合以產生單相溶液； 將所述單相溶液注入至射出模製機之模具中，其中，所述模具處於氣體反壓力下；以及 藉由控制所述模具內的熱和溫度條件來使所述單相溶液發泡，其中，所述使所述單相溶液發泡包括以下步驟： 藉由使所述超臨界流體的至少一部分從所述單相溶液中產出而在所述單相溶液中產生複數個含氣體氣孔，其中，所述複數個含氣體氣孔中的每一個被由所述熱塑性聚合物形成的氣孔壁包圍； 膨脹所述複數個含氣體氣孔中的每一個的體積；以及 使所述氣孔壁的至少一部分破裂以形成開放氣孔發泡體。
2. 如請求項1所述之方法，其中，所述熱塑性聚合物包括源自解聚合消費後塑膠之所述單體的至少40%。
3. 如請求項2所述之方法，其中，所述熱塑性聚合物包括源自解聚合消費後塑膠之所述單體的至少60%。
4. 如請求項3所述之方法，其中，所述熱塑性聚合物包括源自解聚合消費後塑膠之所述單體的90%或更多。
5. 如請求項1至4中任一項所述之方法，其中，所述單體包括己內醯胺。
6. 如請求項1至5中任一項所述之方法，其中，所述熱塑性聚合物包括聚醯胺系熱塑性彈性體。
7. 如請求項6所述之方法，其中，所述熱塑性聚合物包括共聚物，所述共聚物包含至少一個己內醯胺單體。
8. 如請求項1至7中任一項所述之方法，其進一步包括藉由將所述可撓性發泡體解聚合成一個或多個單體來回收可撓性發泡體之步驟。
9. 如請求項8所述之方法，其中，所述可撓性發泡體解聚合成己內醯胺。
10. 如請求項1至9中任一項所述之方法，其中，所述使所述氣孔壁的至少一部分破裂包括使所述複數個含氣體氣孔中的每一個的體積膨脹，使得所述複數個含氣體氣孔的至少一部分撞擊相鄰的含氣體氣孔。
11. 如請求項1至9中任一項所述之方法，其中，所述使所述氣孔壁的至少一部分破裂包括使所述氣孔壁的部分變薄。
12. 如請求項1至9中任一項所述之方法，其中，所述使所述氣孔壁的至少一部分破裂包括施用超音波以斷裂所述氣孔壁的部分。
13. 一種藉由如請求項1至12中任一項所述之方法製造的可撓性發泡體。
14. 如請求項13所述之可撓性發泡體，其中，所述可撓性發泡體係開放氣孔發泡體。
15. 一種包括如請求項13或14所述之可撓性發泡體的物品。
16. 如請求項15所述之物品，其中，所述物品包括鞋類組件、座椅組件、防護用具組件或水上運動配件。
17. 一種用於製造生物可降解及/或可堆肥的可撓性發泡體模製產品之方法，包括以下步驟： 提供生物可降解及/或可堆肥的熱塑性聚合物； 在溫度和壓力條件下將流體插入至模製設備之桶中以產生超臨界流體； 將所述熱塑性聚合物和所述超臨界流體混合以產生單相溶液； 將所述單相溶液注入至射出模製機之模具中，其中，所述模具處於氣體反壓力下；以及 藉由控制所述模具內的熱和溫度條件來使所述單相溶液發泡，其中，所述使所述單相溶液發泡包括以下步驟： 藉由使所述超臨界流體的至少一部分從所述單相溶液中產出而在所述單相溶液中產生複數個含氣體氣孔，其中，所述複數個含氣體氣孔中的每一個被由所述熱塑性聚合物形成的氣孔壁包圍； 膨脹所述複數個含氣體氣孔中的每一個的體積；以及 使所述氣孔壁的至少一部分破裂以形成開放氣孔發泡體。
18. 如請求項17所述之方法，其中，所述熱塑性聚合物包括生物聚合物。
19. 如請求項17所述之方法，其中，所述熱塑性聚合物包括選自由聚乳酸(PLA)、聚(L-乳酸) (PLLA)、聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯) (PBAT)、聚己內酯(PCL)、聚羥基鏈烷酸酯(PHA)、聚羥基丁酸酯(PHB)、聚丁二酸丁二醇酯(PBS)、聚己內酯(PCL)、聚丁二酸己二酸丁二醇酯(PBSA)、聚己二酸丁二醇酯(PBA)和熱塑性澱粉 (TPS)所組成之群組的聚合物。
20. 如請求項19所述之方法，其中，所述熱塑性聚合物係聚(己二酸-共-對苯二甲酸丁二醇酯) (PBAT)。
21. 如請求項19所述之方法，其中，所述熱塑性聚合物係聚羥基鏈烷酸酯(PHA)。
22. 如請求項19所述之方法，其中，所述熱塑性聚合物係聚羥基丁酸酯(PHB)。
23. 如請求項17至23中任一項所述之方法，其中，所述使所述氣孔壁的至少一部分破裂包括使所述複數個含氣體氣孔中的每一個的體積膨脹，使得所述複數個含氣體氣孔的至少一部分撞擊相鄰的含氣體氣孔。
24. 如請求項17至23中任一項所述之方法，其中，所述使所述氣孔壁的至少一部分破裂包括使所述氣孔壁的部分變薄。
25. 如請求項17至23中任一項所述之方法，其中，所述使所述氣孔壁的至少一部分破裂包括施用超音波以斷裂所述氣孔壁的部分。
26. 一種藉由如請求項17至25中任一項所述之方法製造的可撓性發泡體。
27. 如請求項26所述之可撓性發泡體，其中，所述可撓性發泡體係開放氣孔發泡體。
28. 如請求項26或27所述之可撓性發泡體，其中，所述可撓性發泡體係工業上可堆肥的。
29. 一種包括如請求項26至28中任一項所述之可撓性發泡體的物品。
30. 如請求項29所述之物品，其中，所述物品包括鞋類組件、座椅組件、防護用具組件或水上運動配件。

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