專利名稱：水硬成型的食品及飲料容器和其他物件及制法的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及用于貯藏、分配和包裝食品及飲料產(chǎn)品的容器和其他物件。更具體地，本發(fā)明涉及用水硬性材料制得的一次性的和非一次性的食品及飲料容器、和其他物件，它們質(zhì)輕，絕熱、價(jià)廉并且比現(xiàn)在用于貯藏、發(fā)放(例如，分送和分配)和包裝食品及飲料容器和其它物件對(duì)環(huán)境是更為中性的。在本發(fā)明范圍之內(nèi)的一次性的容器和杯子，在快餐店中分配冷熱食品和飲料方面，是尤其有用的。
2.相關(guān)技術(shù)A.食品及飲料容器今天，整個(gè)世界都在享用比以往更為安全的食品及飲料。先進(jìn)的工藝和包裝技術(shù)使得食品可以安全地以生產(chǎn)地運(yùn)送到遙遠(yuǎn)的目的地。甚至在長(zhǎng)距離的和費(fèi)時(shí)的分發(fā)系統(tǒng)中，今天的食品產(chǎn)品仍可以符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)地運(yùn)抵目的地。包裝使得食品免受環(huán)境影響和分發(fā)過(guò)程中的損害，尤其是免受物理和化學(xué)的影響和損害。包裝也提供了將信息傳播給消費(fèi)者的載體例如，營(yíng)養(yǎng)信息，烹調(diào)說(shuō)明，成分，產(chǎn)品重量，廣告，鑒別商標(biāo)和價(jià)格。
包裝還幫助食品免受氣體、濕氣、光微生物、寄生蟲、物理震動(dòng)、壓碎、震動(dòng)等的影響以及避免泄漏和溢出。此外，產(chǎn)品的分發(fā)可以使用特定的包裝品，例如一次性的杯、盤或盒(例如在快餐業(yè)中常用于漢堡包、三明治和色拉的“蛤殼式(clamshell)”式容器)。
這些典型的一次性容器和杯子是用紙(包括紙板)，塑料(尤其是聚苯乙烯)和金屬材料制成的。紙產(chǎn)品和金屬產(chǎn)品常用于冷飲料和冷食品。每年，有超過(guò)1000億個(gè)鋁罐和數(shù)千噸的紙用于貯藏和分配軟飲料，果汁和啤酒。
熱的物品(例如快餐和許多飲料)需要的容器是絕熱的，從而可以減緩熱傳導(dǎo)，既保溫又防止顧客燙傷。近年，所選擇的典型容器是用聚苯乙烯制造的。盡管紙制的或涂塑的容器產(chǎn)品可以裝配有特殊的把手，但是考慮到絕熱性能，價(jià)格和穩(wěn)定性方面，在需要絕熱的場(chǎng)合，聚苯乙烯仍是最好的一次性容器。
盡管最近已在注意減少使用這類材料，但是由于其出色的強(qiáng)度性能，尤其是便于大規(guī)模生產(chǎn)，它們?nèi)栽诶^續(xù)使用。此外，對(duì)于任意給定的用途，這些材料在使用中相對(duì)價(jià)廉、輕、易于成形，牢固、耐用并且抗降能。
B.紙、塑料和金屬對(duì)環(huán)境的影響最近有一場(chǎng)爭(zhēng)論，即這些材料(例如紙、聚苯乙烯或金屬罐)中，哪個(gè)對(duì)環(huán)境的危害最大。志在提高公眾覺(jué)悟的組織已經(jīng)使許多人確信，為了對(duì)環(huán)境更“正確”，必須用一種材料替代另一種。這種爭(zhēng)論時(shí)常忽略了重要的一點(diǎn)，即這些材料的每一種都有其自身的對(duì)于環(huán)境方面的缺點(diǎn)。一種材料也許比另一種顯得更優(yōu)越，但這只是僅著眼于某特定的環(huán)境問(wèn)題，而忽視了與該優(yōu)選材料有關(guān)的另外的而且常常是更大的問(wèn)題。
事實(shí)上，紙、紙板、塑料、聚苯乙烯和金屬材料，每一種都有其自身的對(duì)于環(huán)境方面的缺點(diǎn)。最近，聚苯乙烯產(chǎn)品尤其是作為容器和其他包裝材料已經(jīng)引起了環(huán)境組織的憤怒。盡管聚苯乙烯本身是相對(duì)惰性的物質(zhì)，但是它的制造涉及使用許多危險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)和原料。未聚合的苯乙烯是非?；顫姷?，因此，對(duì)于那些必須與之接觸的人產(chǎn)生了健康的問(wèn)題。因?yàn)楸揭蚁┦菑谋?一種已知的誘變劑和可能的致癌劑)制備而來(lái)的，所以在苯乙烯在有剩留的苯。
更大的危害是在制造“發(fā)泡”(blown)或“膨化”(puffed)的聚苯乙烯產(chǎn)品中所使用的氯氟烴(或“CFCs”)〔注即氟里昂〕。這是因?yàn)镃FCs與臭氧層的破環(huán)有關(guān)。在制造泡沫聚苯乙烯，包括發(fā)泡的聚苯乙烯中，CFCs(是高度易揮發(fā)的液體)被用來(lái)將聚苯乙烯“發(fā)泡”或“膨化”成泡沫狀的材料，這種泡沫狀材料接著被模制成杯、盤、碟、盒、“蛤殼式”容器、墊片或包裝材料的形狀。
結(jié)果，對(duì)于公司存在著廣泛的壓力，要它們停止使用聚苯乙烯產(chǎn)品，而用對(duì)環(huán)境更為安全地材料。有些環(huán)境組織贊同暫時(shí)恢復(fù)使用天然的產(chǎn)品，例如紙或木材，它們被認(rèn)為是可以生物降解的。然而，為了減少砍伐樹(shù)木和耗盡森林其他一些環(huán)境組織則贊同減少使用木材和木槳產(chǎn)品。
盡管，紙產(chǎn)品表面上是可生物降解的，并且與臭氧層的破壞無(wú)關(guān)，但是最近研究表明，紙的制造可能比聚苯乙烯的制造對(duì)環(huán)境造成的影響更大。事實(shí)上，木槳和造紙業(yè)在美國(guó)污染最大的五家之一。例如，與等量的聚苯乙烯產(chǎn)品相比，紙制產(chǎn)品需要10倍蒸氣，14-20倍電力和2倍的冷卻水。多種研究表明，從紙張制造中的排出物含有10-100倍于在聚苯乙烯泡沫生產(chǎn)中產(chǎn)生的污染物。
此外，造紙的一個(gè)副帶后果是環(huán)境受到一種有害毒素二惡英(dioxin)的危害。二惡英，或者更確切地是2，3，7，8-四氯二苯〔b，e〕〔1，4〕-二惡英，是高毒性的、致畸的(teragenic)污染物，它甚至在含量很低時(shí)也極危險(xiǎn)。二惡英對(duì)動(dòng)物和人的毒劑效應(yīng)包括食欲缺乏，體重嚴(yán)重下降，肝毒性，四卟啉病，血管損傷，chloracne，消化道潰瘍，卟啉尿，卟啉病，cutaneatarda和夭折。該領(lǐng)域的大多數(shù)專家認(rèn)為二惡英是致癌劑。
從造紙排出的水中檢測(cè)到的二惡英的最高濃度為約萬(wàn)億分之0.5。但是在紙槳廠下游的魚類含有約萬(wàn)億分之200的二惡英，而含量為萬(wàn)億分之50的是不足為奇的。
用于食品和飲料的金屬(尤其是鋁和錫)罐的制造方法更消耗大量能量，因?yàn)楸仨殞⒃辖饘偃刍?，加工并成形為板材，隨后制成最終產(chǎn)品的形狀。這些高能量需求不僅消耗了有價(jià)值的能源，而且還對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的空氣、水和熱污染。某些此類污染問(wèn)題已在著手解決;然而，其結(jié)果是不得不在制造設(shè)施初始投資上有顯著的增加。此外，盡管在回收流程方面進(jìn)行了大量努力，但只有一部分原料是來(lái)自回收的，而大多數(shù)原料是來(lái)自不能再生的資源。
許多不同的物品，例如容器，包裝物，墊子，一次性器具，罐和裝飾品，現(xiàn)在都是從紙、塑料和金屬大規(guī)模生產(chǎn)的。不幸的是，絕大多數(shù)紙制品和聚苯乙烯(甚至金屬)制品最終都匯總于我們?nèi)找鏈p小的廢棄物埋填場(chǎng)?；蛘?，更壞的是，作為廢棄物散布于陸地上或傾倒在水中。因?yàn)樗芰虾徒饘倩旧喜荒苌锝到猓虼?，它們將作為看不?jiàn)的，其價(jià)值日漸減少并且(在某些情況下)有毒的外表材料保留在陸地和水中。甚至許多人認(rèn)為是可生物降解的紙或紙板，當(dāng)它們?cè)谄湔Ｉ锝到馑匦璧目諝?、光和水受到遮擋的情況下，在廢棄物埋填場(chǎng)中仍會(huì)保留數(shù)年，甚至數(shù)十年。有報(bào)道說(shuō)，從已經(jīng)埋了數(shù)十年的垃圾堆中曾撿出電話簿。由于通常用各種會(huì)進(jìn)一步減緩或阻止降解的保護(hù)材料來(lái)處理、涂覆或浸漬紙張，所以紙的壽命就更復(fù)雜化了。
紙、紙板、聚苯乙烯和塑料的另一個(gè)問(wèn)題在于，其中每一種都需要較昂貴的有機(jī)原料，而其中某些原料又是不可再生的，例如在制造聚苯乙烯和塑料中使用的石油。盡管用于造紙和紙板的樹(shù)木是可再生的(從其嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō))，它們被快速地耗盡都破壞了“再生”這一意義。因此，在制造一次性容器中大量使用基本上不可再生的原料的這一情況已不能再維持下去，并且從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮也是不明智的。此外，生產(chǎn)這些原料(如紙漿，苯乙烯或金屬板)的方法是耗能很厲害的，造成大量的廢水和廢氣，而且需要大量的初始投資。
鑒于所述，爭(zhēng)論不應(yīng)著眼于這些材料中的哪些對(duì)環(huán)境的危害大還是小，而應(yīng)該著眼于提出問(wèn)題我們能否找到一種代用材料？它如果不能解決全部問(wèn)題，也能解決大部分與現(xiàn)在使用的材料有關(guān)的各種環(huán)境問(wèn)題。
3.傳統(tǒng)的水硬成形材料另一方面，千百年來(lái)人們大量使用不會(huì)耗盡的無(wú)機(jī)材料，例如粘土和石頭。與之類似，水硬成形材料，例如那些含有水硬性水泥或石膏的材料(以下稱為“水硬成形”、“水硬性”或“膠結(jié)質(zhì)”組合物、材料或混合物)早已被使用了上千年，用來(lái)制作有用的，通常大而笨重的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)耐用、結(jié)實(shí)并且相對(duì)價(jià)廉。例如，水泥是從粘土和石灰石制成的水硬性粘合劑，而且基本上是耗之不盡的。
這些含有水硬性水泥的材料，其形成通常是將水和常用的某種類型的集料(或稱為“骨料”)與水硬性水泥混合，從而形成膠結(jié)混合物，然后硬化成混凝土。理想的是，剛混合的膠結(jié)混合物是相當(dāng)粘滯的半流體，因此能適于手工混合和手工成形。由于它的流體特性，混凝土的成形通常是將其注入模子，進(jìn)行加工以驅(qū)除大的氣泡，然后聽(tīng)其硬化。
某些混凝土混合物也能通過(guò)擠壓方式形成形狀簡(jiǎn)單的、基本上平整的坯條。在擠壓成形情況下，膠結(jié)混合物必須是粘滯性的而且有足夠的粘合力從而不會(huì)塌陷(即從所期望的形狀變成不期望的形狀)。如果混凝土構(gòu)件的表面是暴露的，比如在混凝土人行道上，那么就需要用另外的辦法使表面更功能化并且賦予所期望的表面特性。
因?yàn)榈湫偷哪z結(jié)混合物需要有很大的流動(dòng)性以保證其足夠的可加工性，因此混凝土以及其他水硬性混合物的使用僅局限于簡(jiǎn)單的形狀，它們通常大而笨重，而且需要機(jī)械力來(lái)維持其形狀直至這些材料足夠硬化為止。膠結(jié)材料的用途同樣由于混凝土的強(qiáng)度性能上的特點(diǎn)，即高比率的抗壓強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度(典型的為10∶1)而受到限制。
簡(jiǎn)而言之，膠結(jié)質(zhì)材料被習(xí)慣上認(rèn)為是脆、硬、不能彎折的而且其彈性、撓度和撓曲強(qiáng)度都很低。
另一個(gè)局限之處在于傳統(tǒng)的膠結(jié)混合物或其糊漿只有很小的形狀穩(wěn)定性或根本沒(méi)有形狀穩(wěn)定性，因而要通過(guò)將混合物注入一個(gè)有外壁支承的空間才能將其制成最終形狀。恰恰因?yàn)檫@種模塑性的缺乏，加上每單位重量的抗拉強(qiáng)度較低，所以膠結(jié)質(zhì)材料傳統(tǒng)上僅用于尺寸和重量并非限制因素的場(chǎng)合，以及施加于混凝土的力或負(fù)荷一般僅限于壓縮力的場(chǎng)合，例如，用于道路、地基，人行道和墻壁等。
事實(shí)普遍地證明混凝土的抗拉強(qiáng)度(約1-4MPa)的不足。這些事實(shí)是混凝土只經(jīng)輕微的收縮或彎曲便容易斷裂或折斷，而不象其他材料如金屬、紙、塑料或陶瓷。因此，典型的膠結(jié)混合物不適宜用于制作小而輕的物品，如容器或薄板，而這些物品必須用與典型的膠結(jié)混合物相比具有更高抗拉強(qiáng)度和撓曲強(qiáng)度(每單位重量)的材料來(lái)制造。
最近，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了高強(qiáng)度的膠結(jié)質(zhì)材料，也許可用來(lái)制作更小、更緊湊的物品。一種這類材料被稱為“無(wú)宏觀缺陷(macro-de-fectfree)”或“MDF”混凝土，如授于Birchall等人的美國(guó)專利US.No4，410，366中所公開(kāi)的。也可以參見(jiàn)S.J.Weiss，E.M.Gartner&S.W.Tresouthick，“HighTensileCementPastesasaLowEnergySubstituteforMetals，Plastics，Ceramics，andWood，”U.S.DepartmentofEnergyCTLProjectCR7851-4330.(最后報(bào)導(dǎo)，1984年11月)。但是，這種高強(qiáng)度膠結(jié)質(zhì)材料的價(jià)格昂貴，令人望而卻步，而且在已有更價(jià)廉的材料(如紙和塑料)更適于用于該用途的場(chǎng)合則不適于制作價(jià)廉的容器。另一個(gè)缺點(diǎn)在于MDF混凝土不能用于小而輕的物品的大規(guī)模生產(chǎn)上，因?yàn)樵诓牧系某尚魏陀不^(guò)上相當(dāng)費(fèi)事而且耗時(shí)，并且它是高度水溶性的。
傳統(tǒng)的混凝土甚至連最近開(kāi)發(fā)的高強(qiáng)度混凝土的另一個(gè)問(wèn)題在于，大多數(shù)混凝土幾乎普遍需要長(zhǎng)時(shí)間來(lái)硬化。用可流動(dòng)的混合物制成典型的混凝土產(chǎn)品，它在機(jī)械強(qiáng)度上能自我支承之前需要10-24小時(shí)的硬化時(shí)間，而在混凝土基本達(dá)到其最大強(qiáng)度之前需長(zhǎng)達(dá)一個(gè)月的時(shí)間。因此，在具有足夠強(qiáng)度從而能去除模子之前，不得不格外小心以防止移動(dòng)此膠結(jié)質(zhì)制件。在此之前的移動(dòng)或脫模常常在膠結(jié)質(zhì)構(gòu)件的基體中造成裂紋或缺陷。一旦形成自我支承，制件便可脫模，盡管典型地是要在數(shù)日甚至數(shù)周之后才能達(dá)到其最終強(qiáng)度的大部分。
因?yàn)橛糜谑鼓z結(jié)質(zhì)制件成形的模子通常在混凝土產(chǎn)品的生產(chǎn)中是重復(fù)使用的，而且由于甚至起碼的混凝土硬化也需要很長(zhǎng)的時(shí)間，因此，很難在商業(yè)上進(jìn)行經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模生產(chǎn)膠結(jié)制件。盡管無(wú)塌陷混凝土已可用于在商業(yè)規(guī)模上經(jīng)濟(jì)地制造體積較龐大的制件(例如模制的長(zhǎng)條、大型管子、或磚，它們都能立即自我支承)，這種生產(chǎn)只有按每天生產(chǎn)數(shù)千件的速度時(shí)才是有用的。這樣的組合物和方法是不能按每小時(shí)生產(chǎn)數(shù)千件的速度大規(guī)模生產(chǎn)小型薄壁的制件。
膠結(jié)質(zhì)制件進(jìn)行脫模時(shí)，會(huì)進(jìn)一步產(chǎn)生一些問(wèn)題。當(dāng)混凝土硬化時(shí)，它易于與模子粘合，除非使用昂貴的脫模劑。通常還必須將模子楔形地松卸開(kāi)來(lái)以脫除之。在此過(guò)程中，如果每次做得很恰當(dāng)和小心的話，常常在構(gòu)件邊緣造成裂紋和破碎。這個(gè)問(wèn)題還限制了制造薄壁膠結(jié)質(zhì)制件以及除單條塊之外的膠結(jié)質(zhì)異形制件的能力，尤其是在任何一種類型的大規(guī)模生產(chǎn)中。
如果模型膠結(jié)質(zhì)制件的外壁與模面之間的粘合程度大于制件內(nèi)部的粘合強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度的話，那么脫除模子時(shí)容易弄碎制件的較脆弱的壁或其他有結(jié)構(gòu)特征的部位。因此，為了防止在脫模過(guò)程中的破碎，傳統(tǒng)的膠結(jié)質(zhì)制件必須體積很大，而且形狀極為簡(jiǎn)單，(除非使用昂貴的脫模劑并采用其他的預(yù)防措施)。
典型的混凝土制造的技術(shù)還需要混凝土在澆置之后加以恰當(dāng)?shù)刂旅芑?，以保證在模板之間或構(gòu)件基體中沒(méi)有空隙。這通常是用各種不同的震動(dòng)或攪拌的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是，致密化時(shí)又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)個(gè)問(wèn)題，即在混凝土澆置之后若震動(dòng)過(guò)度會(huì)導(dǎo)致混凝土的分層或滲水。
“滲水”這個(gè)現(xiàn)象是新澆的混凝土中，因?yàn)楦氐募系陌l(fā)生沉積而造成的水向上表面遷移的過(guò)程。過(guò)分的滲水導(dǎo)致在靠近混凝土上條塊的上表面處水對(duì)水泥的比值的增大，從而相應(yīng)地降低了條塊表面的耐用性。在混凝土制作過(guò)程中，為去除空隙的而進(jìn)行加工操作若過(guò)度的話，不僅會(huì)令過(guò)多的水而且也會(huì)使過(guò)多的細(xì)小材料遷移至表面，從而造成隨后表面缺陷。
由于上述的諸多理由以及其他眾多此處未能列出的理由，膠結(jié)質(zhì)材料用于形成大的、條塊狀物件(例如建筑物，地基，人行道，公路)或者作為炭漿用于粘結(jié)磚塊或已硬化的混凝土磚塊。甚至設(shè)想一下(更不用說(shuō)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn))用本發(fā)明范圍內(nèi)的膠結(jié)材料制造可與用紙，紙板，塑料或聚苯乙烯制成的輕材料相比擬的小而輕的物件，例如容器，都是完全不具現(xiàn)實(shí)性的，而且是與人們的經(jīng)驗(yàn)相反的。
然而，因?yàn)樽罱絹?lái)越意識(shí)到為了大量單用途的，主要是一次性的物品如容器而使用紙、紙板、塑杯、聚苯乙烯和金屬給環(huán)境帶來(lái)的巨大影響(且不提日益增長(zhǎng)的政治壓力)，所以迫切需要等尋找用于一次性物品的對(duì)環(huán)境無(wú)害的替代材料，例如膠結(jié)質(zhì)材料。
盡管存在這樣的壓力和早就感到的需要，但是卻沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)能夠經(jīng)濟(jì)且可行地生產(chǎn)可替代紙、紙杯、塑料、聚苯乙烯或金屬產(chǎn)品(如容器)的膠結(jié)質(zhì)材料。然而，因?yàn)槟z結(jié)材料主要含的是對(duì)環(huán)境中性的組分，例如巖石、砂、粘土和水，因此從生態(tài)觀點(diǎn)來(lái)看，它對(duì)于上述用途是可以作為選用的材料理想地替代紙、紙板、塑料或聚苯乙烯材料。
這樣的材料不僅是從耗之不盡的組分制得的。而且不象紙、紙板、塑料和聚苯乙烯那樣影響環(huán)境。而且膠結(jié)質(zhì)材料和其他無(wú)機(jī)材料的另一優(yōu)點(diǎn)在于它們比紙、紙板、塑料、聚苯乙烯或金屬便宜得多。
盡管紙、紙板、塑料、聚苯乙烯和金屬產(chǎn)品它們相互之間價(jià)格不相上下，但都比典型的膠結(jié)質(zhì)材料貴得多。任何有理性的公司都不會(huì)忽視經(jīng)濟(jì)利益，這種利益必然會(huì)因用極其便宜的膠結(jié)材料替代紙、紙板、塑料、聚苯乙烯或金屬而增長(zhǎng)，不能做到的唯一理由乃是明顯缺乏一種可行的技術(shù)去實(shí)現(xiàn)這種替代。
由上述可見(jiàn)，需要的能制造用于貯藏、分配和包裝食品及飲料的容器的，除了紙、紙板、塑料或聚苯乙烯之外的新材料。這樣的材料將代表本技術(shù)領(lǐng)域一項(xiàng)重大的進(jìn)步，如果它們能制造出來(lái)而不過(guò)分依賴于使用樹(shù)木，石油或其他基本上不可再生或緩慢再生的資源作為其初始原料的話。
這同樣會(huì)是本領(lǐng)域的一個(gè)進(jìn)步，如果這樣的材料不論在其制造上還是用后處理上對(duì)環(huán)境是更具中性的話。具體地說(shuō)，它會(huì)是本領(lǐng)域的一次巨大的進(jìn)步，如果食品及飲料容器的制造不象現(xiàn)在所使用的材料那樣，將二惡英，CFCs或其他危險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)釋放到環(huán)境中。同樣，這同樣是一個(gè)進(jìn)步，如果這樣的容器主要是由地球上的天然組分制成，而當(dāng)用后棄去時(shí)地球又是它們的歸宿。
如果這樣的材料能制得與聚苯乙烯同樣地輕而且能提供聚苯乙烯容器那樣的絕熱性能，那也會(huì)是個(gè)重大進(jìn)步。如果這樣的材料能制得具有與紙、塑料或金屬薄板相似的強(qiáng)度、外觀和手感等性能的話，那也還會(huì)是個(gè)重大的進(jìn)步。
如果這樣的新材料能制成具有用于制造市場(chǎng)中所有不同的食品及飲料容器的現(xiàn)有材料的任何一種上述性能的話，那就會(huì)是個(gè)重大的改進(jìn)。如果這樣的材料能制成具有任何一種現(xiàn)有材料中沒(méi)有的性能，而利用這種新性能可以用來(lái)制造迄今為止還不可能的新的食品及飲料容器，則這種改進(jìn)就重要得多。
從實(shí)用角度看，如果用于制造食品及飲料容器的這樣的材料能生產(chǎn)出與有的容器價(jià)格差不多甚至更便宜的容器，那就是本領(lǐng)域的重大進(jìn)步。
從制造角度看，如果這樣的材料能快速獲得形狀穩(wěn)定性，不用外部支承便能維持其形狀，而且能夠按與其他現(xiàn)在用于制造食品及飲料容器的材料相類似的方式進(jìn)行操作，那也會(huì)是本領(lǐng)域的重大進(jìn)步。
在此處公開(kāi)了用于制造食品及飲料容器的這樣的材料，并提出權(quán)利要求。
本發(fā)明的簡(jiǎn)要概括及目的本發(fā)明涉及用水硬性材料制造食品及飲料容器的新穎組合物及其方法。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使用藉顯微結(jié)構(gòu)工程建立的新的方法，可以從水硬性材料(包括水泥和石膏)容易地和價(jià)廉地大規(guī)模生產(chǎn)質(zhì)輕結(jié)實(shí)的，并與環(huán)境相容的(如果需要的話，柔軟的和絕熱的)食品及飲料容器。在本發(fā)明范圍內(nèi)的一次性容器、杯子和其他制品特別適用于在快餐店等場(chǎng)合分配冷熱的食品及飲料。
正如前面討論的，因?yàn)樗残圆牧戏浅｝嫶蠖仪∏⌒枰艽蟮某叽绾唾|(zhì)量來(lái)達(dá)到所需的強(qiáng)度及其他的性能標(biāo)準(zhǔn)，因此它們適用于制作大型構(gòu)件。而到目前為止，它們尚不能用于或很少用于制作小的、相對(duì)壁薄的、輕的物品，例如食品或飲料容器。
盡管已制出了某些質(zhì)輕的膠結(jié)質(zhì)材料產(chǎn)品(在除了食品及飲料或包裝工業(yè)之外的其他工業(yè)中)，這些產(chǎn)品不能在有效且實(shí)用的成本上達(dá)到所期望的高的抗拉強(qiáng)度(或其他重要的工作性能)對(duì)體積密度的比率值。為了獲得這些性能，使用了一種顯微結(jié)構(gòu)工程方法將所期望的性能賦予本發(fā)明的水硬性組合物的顯微結(jié)構(gòu)之中，而同時(shí)仍認(rèn)識(shí)到其成本問(wèn)題以及大規(guī)模生產(chǎn)系統(tǒng)會(huì)涉及到的其它復(fù)雜問(wèn)題。
用這種顯微結(jié)構(gòu)工程方法，而不是傳統(tǒng)的試驗(yàn)-錯(cuò)誤，混合-試驗(yàn)方法，可以設(shè)計(jì)具有所期望的高抗拉強(qiáng)度和撓曲強(qiáng)度、高絕熱性等性能，并且重量輕、價(jià)廉。而且對(duì)于一次性的食品及飲料容器必須是對(duì)環(huán)境影響小的水硬性材料。
研究的結(jié)果是能夠用水硬性材料在商業(yè)可行的規(guī)模上大量生產(chǎn)廣泛不同種類的象用紙、紙板、塑料、聚苯乙烯或金屬材料一樣制得的食品及飲料容器和物品(其中許多是一次性的)，并且其成本通常與使用這些其他材料時(shí)的成本具有可競(jìng)爭(zhēng)性，而且在大多數(shù)情況下占優(yōu)勢(shì)。此外，因?yàn)楸景l(fā)明的水硬性材料所含的組分對(duì)于環(huán)境是中性的與用那些其他材料制造容器相比，用水硬性材料制造食品及飲料容器對(duì)環(huán)境的影響小得多。與用紙、紙杯、塑料、聚苯乙烯或金屬制造食品及飲料容器不同，制造本發(fā)明的水硬性材料最好不需要用高濃度的木漿或石油產(chǎn)品。
本發(fā)明的水硬性材料的主組分主要包括無(wú)機(jī)材料，例如水硬性粘合劑(如水泥和石膏)，骨料(如珍珠巖、砂、玻璃、二氧化硅、蛭石、粘土、云母，甚至廢棄的混凝土材料)，和與水硬性粘合劑水化或進(jìn)行反應(yīng)的足夠量水。
盡管某些實(shí)施例含有有機(jī)組分，例如以纖維素為基的纖維和/或濃度性改性劑，這些只是用于制造食品及飲料容器的水硬性材料全部質(zhì)量中的一小部分。所有的有機(jī)組份通常不超過(guò)未硬化的水硬性混合物重量的約30%;較佳地，此部分是少于15%(重量)。
但是，因?yàn)橛糜谥圃焓称芳帮嬃先萜鞯乃残曰旌衔锸嵌喾N多樣的，所以各種纖維(包括有機(jī)的和無(wú)機(jī)的)。在本發(fā)明中任何來(lái)源豐富的纖維(而不僅是木質(zhì)纖維)均可適用，但較佳的是用那些在農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)中，能夠種植并收獲的纖維。使用這樣的纖維材料的另一個(gè)好處是可以保護(hù)我們?nèi)找鏈p少的森林。
在任何情況下，最好使用來(lái)自例如樹(shù)木，亞麻，蕉麻，大麻，棉花和甘蔗渣之類的纖維。因?yàn)樗鼈円耘c水硬性粘合劑結(jié)合在一起，因此不需要大多數(shù)紙或紙板的產(chǎn)品制造中所用的增強(qiáng)工藝。在造紙工業(yè)中需要這些工藝是為了使木漿中的木質(zhì)素釋放出來(lái)并使纖維之間形成網(wǎng)狀效應(yīng)以便于將纖維結(jié)合在一起。在本發(fā)明中則不需要這樣的增強(qiáng)工藝，且仍能在很大程度上保留著纖維的強(qiáng)度，并且可以以少得多的纖維含量卻仍然產(chǎn)生高的制品強(qiáng)度。
與制造塑料或聚苯乙烯不同，本發(fā)明的水硬性材料只用很少或根本不用石油基產(chǎn)品或石油衍生物作為起始原料。因此，盡管仍需某些量的礦物燃料以產(chǎn)生于制造水硬成形的容器的能量，但總共所消耗的石油只占用于制造聚苯乙烯或塑料產(chǎn)品的石油的一部分。此外，本發(fā)明的能量需求比造紙的能量需求小得多;類似地，本發(fā)明的初始投資也小得多。
最后，本發(fā)明的水硬成形容器的另一優(yōu)點(diǎn)在于，它們用后的處理對(duì)環(huán)境的影響小于紙和紙板產(chǎn)品，比塑料或聚苯乙烯產(chǎn)品要小得多。本發(fā)明的水硬性材料是可以輕而易舉地重復(fù)使用的。但是，即使不回收使用，本發(fā)明的水硬成形容器丟棄并最終會(huì)碎為細(xì)粉，其組成與其歸宿的大地的組成是互補(bǔ)的。
上述粉碎過(guò)程并不依賴生物降解的作用，而是多種存在的力量如濕氣和/或壓力的結(jié)果所致。例如，流變性改性劑會(huì)因暴露于水一段時(shí)間而溶解，從而在該材料的基體中產(chǎn)生空隙。這些空隙使得材料變軟并且易碎。此外，流變性改性劑和纖維素纖維都是微生物可降解的對(duì)象。
如果廢棄的水硬性材料被丟棄在棄物埋填場(chǎng)，在存在的其他垃圾的重量之下，它們會(huì)被壓成細(xì)粉末。如果丟棄在地面上，水和風(fēng)的力量，甚至偶然的壓力(如車子輾過(guò)或人們踩過(guò))都會(huì)造成廢棄的水硬性材料降解成大多是無(wú)機(jī)的，無(wú)害的粉末，與典型一次性的紙質(zhì)杯子或聚苯乙烯泡沫杯子在同等情況下降解所需的時(shí)間相比，常只需較短的時(shí)間。
丟棄于湖泊或河流中的塑料或金屬的杯或罐會(huì)保留幾十年，甚至數(shù)百年，而水硬性容器在短時(shí)期內(nèi)則會(huì)溶解，剩下基本上是灰塵狀的粉末。溶解的時(shí)間基本上取決于用于制造容器的水硬性材料的混合配方。
根據(jù)本發(fā)明制造的優(yōu)選的食品及飲料容器的結(jié)構(gòu)件基體是由水泥的或其他水硬性混合物的反應(yīng)產(chǎn)物形成的。水硬性混合物最少需含一種水硬性粘合劑(例如水硬性的水泥或石膏半水化合物)和水。
為了將所期望的性能賦予水硬性混合物和/或硬化的結(jié)構(gòu)基體，可以在水硬性混合物中加入各種各樣的其他添加劑，例如流變性改性劑，分散劑，一種或多種骨料，纖維，加氣劑，發(fā)泡劑或活性的金屬。任何添加劑的種類和數(shù)量取決于水硬性混合物和最終由其制得的硬化的容器兩者期望的性能標(biāo)準(zhǔn)。
可以加入流變性改性劑以增加混合物的粘合強(qiáng)度，“塑料狀”的行為以及在模壓或擠壓時(shí)維持其形狀的能力。流變性改性劑起增稠的作用，從而增加水硬性混合物的屈服應(yīng)力，它是使混合物變形所必須的力。這會(huì)在模制的或擠壓的產(chǎn)品中產(chǎn)生高的“生態(tài)溫度”(greenstrength)。合適的流變性改性劑包括以纖維素，淀粉或蛋白質(zhì)為基的各種材料(通常是極性很高的)，它們都有助于將單個(gè)的水硬性粘合劑顆粒連接在一起。
另一方面，分散劑的作用是分散成單個(gè)的水硬性粘合劑顆粒，從而使混合物的粘度下降。這樣在維持足夠的可加工性的同時(shí)可以使用較少的水。合適的分散劑包括任何可吸附于水硬性粘合劑顆粒表面而且能起分散顆粒作用的材料，分散通常是通過(guò)在顆粒表面上或在其鄰近的膠體雙電層中產(chǎn)生一個(gè)帶電區(qū)域而達(dá)到的。
在流變性改性劑和分散劑一起使用的情況下，為了發(fā)揮這兩者的功能，先加入分散劑然后再加入流變性改性劑通常是有利的。相反，如果粘合劑顆粒先吸附了流變性改性劑，可能會(huì)產(chǎn)生保護(hù)性的膠體層，它會(huì)阻止分散劑被顆粒吸附，從而不利于其對(duì)水硬性混合物分散的作用。
為了增加混合物的體積并且降低其成本，在水硬性混合物中最好加入一種或多種骨料。骨料常常顯著地增加其強(qiáng)度性能并改進(jìn)其可加工性。這樣的集料的一個(gè)例子就是普通的砂，它對(duì)環(huán)境是完全安全的，極其價(jià)廉而且基本上是耗之不盡的。
在另一些情況下，可以加入輕質(zhì)骨料從而產(chǎn)生更輕而且通常更絕熱的最終產(chǎn)品。輕質(zhì)骨料的例子是珍珠巖、蛭石、空心玻璃體粒、氣凝膠、干凝膠、浮石、和其他輕質(zhì)的巖石狀材料。這些骨料同樣是環(huán)境中性的，且比較便宜。
為了增加濕的水硬性材料以及由其制得的硬化容器的抗壓、抗拉、撓曲和粘合諸強(qiáng)度，可以在水硬性結(jié)合物中加入纖維。在食品或飲料容器是用硬化的板材制造的情況下，加入纖維可以使水硬成形的板材可以卷繞、裁剪或折疊成所需的食品或飲料容器的形狀。纖維最好要具有高的撕裂和突裂強(qiáng)度(即高抗拉強(qiáng)度)，這樣的例子包括蕉麻、南部松木、亞麻、甘蔗渣(甘蔗纖維)、棉花和大麻。具有很高形狀比的纖維能出色地將強(qiáng)度和韌性共同賦予水硬性材料。
制造在本發(fā)明范圍的一種水硬成形容器的優(yōu)選的方法包括以下步驟(1)將水硬性粘合劑和水混合形成水硬性糊漿，通常在高剪切混合器中進(jìn)行;(2)加入其他需用的材料，例如流變性改性劑、分散劑、骨料和纖維，從而使水硬性混合物具有所期望的流變強(qiáng)度及最終強(qiáng)度、重量、絕熱性和價(jià)廉等性質(zhì);(3)由水硬性混合物成形合適的食品或飲料容器。成形步驟(包括對(duì)水硬性混合物進(jìn)行模壓)可以采用多種方法進(jìn)行;三種目前優(yōu)選的方法是(a)直接由一定量的水硬性混合物將物體模壓出來(lái)，(b)由潮濕的混合物板材模壓成沖壓出來(lái)，(c)先模壓成基本上干燥的板材，然后通過(guò)滾卷、彎曲或折疊形成物件。這些方法在此處及以后分別簡(jiǎn)稱為“直接模壓”，“濕板模壓”和“干板模壓”。
根據(jù)目前優(yōu)化的“直接模壓”制造方法，具有所期望性能的水硬性混合物(用上述方法制備)是置于所需形狀的陽(yáng)模板和形狀與陽(yáng)模板形的配合的陰模板之間的。放置混合物典型的方法是將模具部分地拼合，然后用例如螺旋式或柱塞式擠壓機(jī)將混合物注入陰模板和陽(yáng)模板之間。或者，可將一定量的混合物置于第一個(gè)模板上，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)模板和第二個(gè)模板拼合時(shí)，混合物便置于模子之中了。
接著，混合物在模子中受壓，從而將混合物模壓成所期望容器的形狀?？梢允褂玫哪Ｗ拥念愋桶ㄕw的，剖分的和順序式的模子。選擇模子的類型取決于所要制造的容器的大小、形狀和復(fù)雜程度。
為了經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)容器和物件，成形的容器必須迅速獲得形狀穩(wěn)定性。在一個(gè)實(shí)施例中，模件都各自加熱到預(yù)先確定的溫度，使所成形的容器表面迅速干燥，從而得到形狀穩(wěn)定的容器。將模子加熱還會(huì)產(chǎn)生一蒸汽屏障，從而將容器與模子的粘連降至最低程度。也可以使用其它的方法，例如將模子冷卻或者加入迅速蒸發(fā)的非水化的液體，這液體能使所成形的容器形狀穩(wěn)定。還有一些其他的方法可以使形狀穩(wěn)定，它們包括在混合物中加入碳酸鹽(或酯)源，加速劑，甲基纖維素，淀粉和纖維，或者限制在混合物中水的用量。
一旦所成形的容器獲得足夠的形狀穩(wěn)定性，便能將其從模子中取出。典型的方法是通過(guò)氣動(dòng)式的方法即將容器抽吸出來(lái)與模子脫離?；蛘?，使用型板(template)將容器從模子中頂出。
最后，這些容器通過(guò)干燥隧道窯去除其中的大量水份，從而增加容器的強(qiáng)度，提高其形狀穩(wěn)定性。干燥隧道窯提供的熱量還增加了水硬性水泥水化的速度并且減少了其膠結(jié)質(zhì)基塊硬化的時(shí)間。一旦容器具有足夠強(qiáng)度，就可以將容器進(jìn)行包裝運(yùn)輸。
目前可用于制造食品及飲料物品的“濕板模壓”法的較佳實(shí)施例中，具有所期望的特性的水硬性混合物(其制備按前述的步驟)是用諸如螺旋式或柱塞式擠壓機(jī)。通過(guò)模頭擠壓形成預(yù)定厚度的較薄板材。在一個(gè)實(shí)施例中，其具有螺旋桿的腔接的真空，以去除混合物中過(guò)量的空氣。
擠壓出的薄板接著進(jìn)行軋光在一套減薄滾筒之間通過(guò)使其厚度更均勻，表面更光滑。這些滾筒可以加熱使形成蒸氣屏障，從而最大限度降低滾筒和水硬性混合物之間的粘附。將滾筒加熱還可以驅(qū)除板材中的一部分水分。同樣，也可以對(duì)滾筒進(jìn)行冷卻以防止混合物的粘附。在某些情況下，最好是將板材通過(guò)一系列成套的滾筒，這些減套滾筒之間的距離逐漸減小，以獲得厚度逐漸變小的軋光薄板。
此外，通過(guò)使用一對(duì)在“Z”方向上(即垂直于板材的表面)具有不同取方向的滾筒，例如使用與錐形滾筒配對(duì)的平滾筒，則一定百分?jǐn)?shù)的水硬性材料中的纖維將沿“X”方向(即在寬度方向上)取向。這樣，就能制造具有雙方向取向的纖維薄板?？梢哉J(rèn)為，這種雙方向取向是因?yàn)殄F形滾筒能使板材在“X”方向上變寬而造成的。具有雙方向取向纖維的薄板能生產(chǎn)強(qiáng)度更為均勻的容器。
將一段板材接著成形為容器或物件所期望的形狀。其方法最好是將薄板置于具有所期望形狀的陽(yáng)模和其構(gòu)型與陽(yáng)模相配合的陰模板之間進(jìn)行壓制。可供選擇的能使用的模子包括剖分模子和順序式模子。也可以對(duì)水硬性薄板采用一種真空成形技術(shù)成形容器。
如同直接模壓方法一樣，已成形的容器通過(guò)干燥隧道窯去除容器中的大量水分，以增加容器的強(qiáng)度及其形狀穩(wěn)定性，并且增大水硬性水泥和水化速度從而減小膠結(jié)基體最終硬化所需的時(shí)間。實(shí)際上，在直接模壓方法中用于快速獲得形狀穩(wěn)定性的每一種技術(shù)都可以用于“濕板模壓”方法。最后，將那些容器產(chǎn)品則從剩余的薄板上切下來(lái)。
在本發(fā)明范圍之內(nèi)從水硬成形的薄板制造容器的目前優(yōu)選的“干板模壓”法包括以下步驟(1)將水硬性混合物(如上述所制備)按照“濕板模壓”方法中同樣的方式置于擠壓機(jī)例如螺旋式或柱塞式擠壓機(jī)內(nèi);(2)在備有一種去除水硬性混合物中空氣的手段的同時(shí)，將混合物通過(guò)合適的模頭擠壓，成形為最好是其有所需厚度的平板或者可以展開(kāi)成薄板的管材;(3)與“濕板模壓”方法相間，將板材通過(guò)至少一對(duì)滾筒從而減小其厚度;(4)對(duì)薄板進(jìn)行干燥以形成基本已硬化的結(jié)構(gòu)基體。
此外，薄板或者還可以趁尚處于微濕狀態(tài)下再進(jìn)行壓實(shí)，為的是去除結(jié)構(gòu)基體中不需要的空隙，增加纖維粘附，降低空隙度和/或增加表面光滑度。壓實(shí)的方法是令板材在一套成形或多套分開(kāi)的壓實(shí)滾筒之間通過(guò)。小心控制水分含量，可以保證壓實(shí)滾筒僅僅將板材壓緊，增加板的密度而不使薄板伸長(zhǎng)。
壓實(shí)步驟在使薄板表面光滑的同時(shí)通過(guò)形成更均勻的結(jié)構(gòu)基體增加最終硬化薄板的強(qiáng)度。在制造較薄板材的情況下，此時(shí)應(yīng)最大限度地提高每單位厚度的強(qiáng)度并且絕熱性不很重要，是通常采取這個(gè)壓實(shí)步驟的。對(duì)于意在具有高絕熱性能和/或低密度的較厚板材，壓實(shí)是不必要的。
在微濕或甚至在干燥狀態(tài)下，薄板也可以在其上劃痕，劃切或鉆孔，從而在其結(jié)構(gòu)基體上產(chǎn)生線痕，以后薄板沿著這條線痕進(jìn)行彎曲。薄板或者還可以通過(guò)一套波紋滾筒，以生產(chǎn)波紋狀的薄板和/或制包裝箱用的板材。
在進(jìn)行前面的三種模壓方法中任一種的之前、之中、或之后，出于種種原因，可以在基本干燥的薄板或容器的表面涂覆涂料，例如為了使容器更能防水，更具彎曲性或賦予光滑的表面。涂料則以諸如大豆和甲基纖維素之類的材料為基，單獨(dú)使用或與聚乙二醇混合使用。這樣的涂料都能涂覆于表面，從而使板材或容器或容器內(nèi)部的絞連部分永久地軟化。
由彈性體、塑料或紙制的涂層都能有助于保護(hù)絞連的完整性(如果使用絞連的話)，而不論其內(nèi)部已硬化的結(jié)構(gòu)基體是否在絞連處因彎曲而斷裂。同樣有可能需要在薄板或容器上印以或浮雕以標(biāo)記、廣告語(yǔ)句或其它資料。
本發(fā)明的其他實(shí)施例包括為了增加杯子或容器的絕熱性能(用于冷熱食品及飲料)，而在其材料中產(chǎn)生空氣空隙。這些空氣空隙是通過(guò)用多種技術(shù)將空氣摻入到膠結(jié)混合物中的。一種方法是在混合過(guò)程中機(jī)械摻入空氣空隙，另一種是通過(guò)在水泥漿中現(xiàn)藉化學(xué)手段產(chǎn)生氣體。
本發(fā)明的水硬性材料組成可以變化，從而產(chǎn)生具有完全不同性能的產(chǎn)品。例如，可以制造出非常輕質(zhì)(與聚苯乙烯泡沫相仿)而且壁硬的產(chǎn)品。為方便起見(jiàn)，這種第一種類型的產(chǎn)品有時(shí)在此處稱為“泡沫狀”產(chǎn)品。
或者，根據(jù)本發(fā)明可以制造外觀更象陶瓷的產(chǎn)品。但是，本發(fā)明的產(chǎn)品更輕，其體積比重的典型值小于約1.5，而陶瓷體積比重的典型值為2.0或更大。本發(fā)明的這種即第二種類型的產(chǎn)品此處稱為“粘土狀”產(chǎn)品。
泡沫狀的和粘土狀的材料都可以首先模壓成板材(或連續(xù)的卷材)，然后再經(jīng)沖、壓、劃、折或卷等步序制成所期望的容器或其他物件。這第三種產(chǎn)品被稱為“板狀”產(chǎn)品，它在許多食品及飲料容器的制造中很象紙或紙板，確實(shí)也是代替紙或紙板的。
本發(fā)明的顯微結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵特征在于對(duì)每種所期望性能的最優(yōu)化(包括使成本降至最低)。正是由于本發(fā)明用了獨(dú)特的顯微結(jié)構(gòu)工程，才使得膠結(jié)混合物能模壓成如食品及飲料容器這樣的產(chǎn)品，并且在硬化發(fā)生之前的生態(tài)(注未成熟狀態(tài))時(shí)可不借外部支承而仍然維持其形狀。
從膠結(jié)質(zhì)材料大規(guī)模生產(chǎn)食品及飲料杯的經(jīng)濟(jì)可行性是可能的，這的確正是因?yàn)槟z結(jié)混合物在生態(tài)時(shí)是自我支承的，而且在硬化過(guò)程中一直維持其所模壓的形狀。此外，同樣重要的是，本發(fā)明所用的組成提供了能快速達(dá)到足夠高的抗拉強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的膠結(jié)混合物，以便可以用常規(guī)方式處理和加工所模壓的容器。
由上所述，可見(jiàn)本發(fā)明的目的之一是開(kāi)發(fā)新的水硬性材料，它能替代用于制造貯藏、分配和包裝食品或飲料等用途的容器的紙、紙板、塑料和聚苯乙烯。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的和特征是開(kāi)發(fā)新的水硬性材料，它是不依賴于樹(shù)木、石油、或其他基本上不可再生的或緩慢再生的資源提供最初原料而制造的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境更為中性的材料，無(wú)論是就其制造還是就其用后的棄置而言，都比紙、紙板、塑料、聚苯乙烯和金屬材料對(duì)環(huán)境更少危害。本發(fā)明的又一個(gè)目的在于開(kāi)發(fā)需要更少能源和更少初始投資的產(chǎn)品。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是制造不象現(xiàn)在使用的那些材料那樣會(huì)導(dǎo)致二惡英，CFCs或其他危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)釋放入環(huán)境的食品及飲料容器。同樣的，制造基本上是由地球(它的最終被丟棄的場(chǎng)所)中天然的組分所制成的容器也是本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的(某些實(shí)施例)的另一個(gè)目的和特征是制成的容器能象由聚苯乙烯制成的容器一樣輕，并且具有同樣的絕熱性能。本發(fā)明的另一個(gè)特征和目的在于能制成與紙、塑料或金屬材料強(qiáng)度、外觀和手感都相似的材料。
本發(fā)明的另一個(gè)目的和特征是提供新的材料，它能具有用于制造市場(chǎng)中所有各式各樣的食品及飲料容器現(xiàn)有的材料任選的每一種性能。提供具有在任何現(xiàn)用材料中不曾有的其他性能的新材料，從而能用來(lái)制造迄今為止還不可能的新的食品及飲料容器，這也是本發(fā)明的又一個(gè)目的和特征。
本發(fā)明的還一個(gè)目的是提供用于制造食品及飲料容器的新材料，由之制造容器的成本與制造現(xiàn)有容器的成本相近，甚至更低。
此外，本發(fā)明的另一個(gè)目的和特征是提供水硬性材料，它們能快速獲得形狀穩(wěn)定性，在無(wú)外部支承下維持其形狀，而且可按與其他用于制造食品及飲料容器的相似的方式進(jìn)行處理。
本發(fā)明的這種種目的和特征，結(jié)合下面的敘述和所附的權(quán)利要求書將可更顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施而掌握。
最佳實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及新穎的水硬性組合物以及制造用于貯藏、分裝和包裝不同食品和飲料的容器和其他物件的方法。更具體地說(shuō)，本發(fā)明是針對(duì)所制造的一次性和非一次性的食品及飲料容器和杯子，它們重量輕，抗拉強(qiáng)度和撓曲強(qiáng)度高，體積密度低、絕熱(如果需要的話)，能價(jià)格適宜地進(jìn)行生產(chǎn)，并且與目前在快餐業(yè)中用于貯藏、分配和包裝食品及飲料的容器相比，對(duì)環(huán)境的影響小。
如上所述，在本發(fā)明范圍之內(nèi)的杯子和容器能制成具有各種不同的寬度和物理特征?？梢灾圃臁芭菽瓲睢薄ⅰ罢惩翣睢焙汀鞍鍫睢碑a(chǎn)品，取決于所使用材料的類型和其采用的濃度，以及所采用的模壓，鑄造和擠壓的方法。
Ⅰ.一般論述
A.顯微結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)如上所述，本發(fā)明的食品及飲料容器和物件，是通過(guò)顯微結(jié)構(gòu)工程開(kāi)發(fā)的，為了能將某些所期望的預(yù)定的性能賦予水硬性材料的顯微結(jié)構(gòu)，并且同時(shí)仍顧及到成本問(wèn)題及其他制造方面的復(fù)雜因素。此外，與傳統(tǒng)的試驗(yàn)-錯(cuò)誤、混合-測(cè)試的方法相反，顯微結(jié)構(gòu)工程分析方法有可能以更有效的方式設(shè)計(jì)具有強(qiáng)度、重量、絕熱性、成本、和環(huán)境中性等對(duì)于合適的食品及飲料容器缺一不可的性能的水硬性材料。
可以用來(lái)設(shè)計(jì)特定產(chǎn)品的不同原料材的數(shù)目是非常巨大的，估計(jì)在5萬(wàn)和8萬(wàn)之間。它們可以從下列根本不同的大組中選出金屬，聚合物，彈性體，陶瓷、玻璃，復(fù)合材料和水泥。在一個(gè)給定的材料組中，在性質(zhì)、加工方法和使用式樣上有許多共性。例如，陶瓷的彈性模量高而聚合物的彈性模量低;金屬可以通過(guò)鑄造和鍛造而成形;復(fù)合材料需要用層疊或其他的特殊模壓技術(shù);水硬性材料，包括用水硬性水泥配制的，其撓曲強(qiáng)度向來(lái)一直是低的，而彈性體則有很高的撓曲強(qiáng)度。
但是，將材料按性質(zhì)不同而區(qū)分是有一定危險(xiǎn)的;它會(huì)導(dǎo)致專業(yè)化(冶金學(xué)家對(duì)陶瓷一點(diǎn)也不了解)和思想上的保守(“我們用鋼材，因?yàn)槟鞘俏覀円恢笔褂玫摹！?。是這種專業(yè)化和思想上的保守限制了使用水硬性材料制作各種不同(例如聯(lián)系食品和飲料工業(yè))產(chǎn)品的構(gòu)想。
然而，人們一旦認(rèn)識(shí)到水硬性材料有如此廣泛的用途，并且能在配方上進(jìn)行設(shè)計(jì)在其顯微結(jié)構(gòu)上工程化，那么它們可應(yīng)用于大量不同的潛在產(chǎn)品就顯而易見(jiàn)了。
比起其他常規(guī)材料，水硬性材料的另一優(yōu)點(diǎn)在于，它們能在相對(duì)溫和和非損壞性的條件下獲得其性能。(其他材料需要高能量、劇烈的加熱，或苛刻的化學(xué)處理，這些都會(huì)顯著影響材料的組分。因此，如果能適當(dāng)配方和制造的話，許多非水硬性材料能摻入到水硬性材料中帶來(lái)令人驚奇的協(xié)同性能或結(jié)果。
本發(fā)明的材料組成的設(shè)計(jì)已獲得了發(fā)展并被限定，這首先是由于設(shè)計(jì)用途所主要支配的，其次又決定于探尋能最大限度發(fā)揮其客觀組分的性能的材料范圍。但在研究這些問(wèn)題的始終，有一點(diǎn)很重要，即所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品必須能按在成本上具有競(jìng)爭(zhēng)性的方法進(jìn)行生產(chǎn)。
在材料選擇中的主要限制因素取決于某種組件設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，這個(gè)特點(diǎn)對(duì)于成功的產(chǎn)品而言是很關(guān)鍵的。對(duì)于食品及飲料產(chǎn)品的杯子或容器，那些主要的限制因素包括最輕的重量，強(qiáng)度(包括抗壓縮和抗拉強(qiáng)度)和韌性的需求，同時(shí)要成本與紙、紙板、塑料和金屬的成本不相上下。
如上所述，過(guò)去水硬性材料的一個(gè)問(wèn)題是典型地它們被注入模子中，經(jīng)過(guò)加工，然后放置，此時(shí)的硬化需很長(zhǎng)時(shí)間，甚至數(shù)天乃至數(shù)周。專家們一般認(rèn)為傳統(tǒng)的混凝土生產(chǎn)品至少需一個(gè)月才基本達(dá)到其最佳強(qiáng)度。即使用了昂貴的“定形加速劑”，產(chǎn)生這樣的強(qiáng)度增加仍須經(jīng)好幾天。這么長(zhǎng)時(shí)間對(duì)用于經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)一次性容器及類似的產(chǎn)品是確實(shí)不切實(shí)際的。
結(jié)果，本發(fā)明的一個(gè)重要特征是當(dāng)水硬性混合物經(jīng)模壓后，它在生態(tài)就可以在無(wú)外部支承條件下維持其形狀(即在經(jīng)受較小的力例如重力和在工藝設(shè)備中的運(yùn)動(dòng)力的條件下能支持其自身的重量)。此外，從制造角度看，為了使生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)，有一點(diǎn)至關(guān)重要，即所模壓的容器(或用于制造容器的薄板)應(yīng)能快速地(幾分鐘，甚至幾秒)獲得足夠的強(qiáng)度，從而能用常規(guī)的制造程序進(jìn)行操作，盡管水硬性混合物還處于生態(tài)未完全硬化。
本發(fā)明的顯微結(jié)構(gòu)工程方法的另一優(yōu)點(diǎn)在于，能開(kāi)發(fā)出其結(jié)構(gòu)基體的橫截面比有技術(shù)中典型所得的更為均勻的組合物。理想的是，任取兩個(gè)水硬性結(jié)構(gòu)基體的約1-2mm3的給定樣品，它們?cè)诳障读?、骨料量、纖維量和其他添加物的量以及性質(zhì)上，都是基本相同的。
就其最簡(jiǎn)單的形式來(lái)說(shuō)，將材料科學(xué)用于顯微結(jié)構(gòu)工程和設(shè)計(jì)水硬性材料的過(guò)程，包括表征、分析、和改進(jìn)(如果需要的話)以下諸方面;(a)骨料，(b)預(yù)計(jì)的顆粒填充，(c)體系的流變性，(d)制造系統(tǒng)的方法和能量。在表征骨料時(shí)，測(cè)定平均粒度，測(cè)定顆粒的自然填充密度(它也是顆粒密度的函數(shù))，并求出顆粒的強(qiáng)度。
有了這些資料，即可以根據(jù)數(shù)學(xué)模型對(duì)顆粒填充進(jìn)行預(yù)計(jì)。已經(jīng)確定，顆粒填料是設(shè)計(jì)最終產(chǎn)品的所期望的要求時(shí)的主要因素，這些要求例如加工法、形狀穩(wěn)定性、收縮，體積密度、絕熱能力、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、撓曲強(qiáng)度、彈性，耐用性和最優(yōu)成本。顆粒填充不僅受顆粒和骨料性能的影響，而且受水含量以及其與填充骨料的間隙體積的關(guān)系的影響。
體系流變學(xué)包括宏觀流變學(xué)和微觀流變學(xué)兩個(gè)方面。宏觀流變學(xué)問(wèn)題涉及固體顆粒之間的相互關(guān)系，這取決于顆粒之間的填充。微觀流變學(xué)問(wèn)題則取決于體系中潤(rùn)滑劑所占的分?jǐn)?shù)。通過(guò)改變潤(rùn)滑劑(可以是水、流變性改性劑、增塑劑或其他材料)，可以用化學(xué)方法改變粘度和屈服應(yīng)力。微觀流變性也可以用物理方法改變，即改變顆粒的形狀和大小，例如使用截短的纖維、片狀云母，圓形氧化硅粉末(fume)或者壓碎的粗水泥顆粒，潤(rùn)滑劑與它們的相互關(guān)系都會(huì)不同。
最后，也可以改變制造過(guò)程，以掌握加工性和形狀穩(wěn)定性之間的平衡。應(yīng)用于本發(fā)明時(shí)，在制品成形過(guò)程中通過(guò)化學(xué)添加劑(如加入流變學(xué)改性劑)或者對(duì)體系加入能量(如對(duì)模子加熱)以顯著增加屈服應(yīng)力這方面，這個(gè)平衡變得很重要了。事實(shí)上，正是發(fā)現(xiàn)了如何掌握水硬性混合物的組成以迅速提高其在成形過(guò)程中的形狀穩(wěn)定性，才使得本發(fā)明是本技術(shù)領(lǐng)域中的重大進(jìn)步。
從下面的論述，可以了解水硬性混合物中的每種組分材料以及工藝參數(shù)是如何對(duì)食品及飲料容器的設(shè)計(jì)限制因素起影響的，從而能經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)。為了表明每種組分的性能的最大化(maximization)是如何實(shí)現(xiàn)所期望的性能的組合，在下面給出的實(shí)施例中給出了一些特定的組成。
B.食品及飲料容器本說(shuō)明書及所附的權(quán)利要求書中的“容器”這一術(shù)語(yǔ)意指包括用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配物件的任何物品接受器或器皿，無(wú)論這種用途是長(zhǎng)時(shí)期的還是短時(shí)期的。這樣的容器的例子包括盒、杯、罐、瓶、盤、硬板箱、柜、筐、碟、蛋箱、蓋、吸管、刀具、廚房用具和其他類型的容器。可以理解，在某些場(chǎng)合，容器可以將其內(nèi)容物與外部環(huán)境封閉隔開(kāi)，而在其他場(chǎng)合，則可以僅僅是裝放或保留物件。
本說(shuō)明書和所附的權(quán)利要求書中所用的“一次性容器”這一術(shù)語(yǔ)是指具有與可任意處理的材料典型相關(guān)的特征的容器。具體即是這樣的容器(a)其制造務(wù)使得容器可以經(jīng)濟(jì)地僅使用一次然后丟棄，(b)具有的結(jié)構(gòu)務(wù)使其能被輕易地丟棄或扔在傳統(tǒng)的廢棄物填埋場(chǎng)，作為環(huán)境中性材料(對(duì)環(huán)境造成顯著的超出一般的危害)。使用“一次性”這一術(shù)語(yǔ)并不意味著容器必須是單一用途的容器而且在僅用一次后就丟棄。
“食品”和/或“飲料”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)在此是一起使用的，而用常常互相交換著使用。本發(fā)明的目的是開(kāi)發(fā)用于食品及飲料的容器產(chǎn)品。相應(yīng)地，用于本發(fā)明的容器的水硬性材料已被開(kāi)發(fā)成適應(yīng)貯藏、發(fā)放、包裝和分配食品和飲料產(chǎn)品的特定的需要。本發(fā)明尤其適用于快餐業(yè)，在這種場(chǎng)合經(jīng)常使用一次性的杯、盤、托盤、大淺盤(platter)和“蛤殼式”容器來(lái)發(fā)放產(chǎn)品。
為了本發(fā)明的目的，在本發(fā)明中公開(kāi)并提出權(quán)利要求的食品及飲料容器是指那些與食品或飲料直接接觸的容器和材料，包括與容器整合在一起的任何涂層和內(nèi)襯。換言之，本發(fā)明并不針對(duì)一般的包裝材料，或者裝放其他內(nèi)盛食品或飲料產(chǎn)品的容器的容器。這樣的通用包裝材料則公開(kāi)在上面已提出要求優(yōu)先權(quán)的有關(guān)專利說(shuō)明書中。
在說(shuō)明書及所附的權(quán)利要求中，“可大規(guī)模生產(chǎn)性”或者以“商業(yè)”或“經(jīng)濟(jì)”的方式進(jìn)行生產(chǎn)這些詞句是指能夠按每小時(shí)數(shù)百，數(shù)千或數(shù)萬(wàn)個(gè)地快速生產(chǎn)容器和制品的能力。本發(fā)明涉及一些新穎的組合物，它解決了已有技術(shù)中存在的將水硬性粘合劑摻入到產(chǎn)品基體中的問(wèn)題，從而能夠用機(jī)器快速生產(chǎn)，而不是單個(gè)地、一次一個(gè)地用手工生產(chǎn)產(chǎn)品[如“拋罐”(throwingpot)法]。
本發(fā)明的產(chǎn)品是為了在市場(chǎng)上能與目前用各種不同的材料如紙、塑料、聚苯乙烯、或金屬制成的食品或飲料容器進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。因此，本發(fā)明的制品在其制造上必須是經(jīng)濟(jì)的(典型地來(lái)說(shuō)，成本不超過(guò)幾分錢/每件)。對(duì)成本的這樣的限制就要求在很短的時(shí)間的自動(dòng)生產(chǎn)數(shù)以千計(jì)的物件。因此，本發(fā)明的產(chǎn)品必須經(jīng)濟(jì)地大規(guī)模生產(chǎn)，這一點(diǎn)是對(duì)材料及產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)值得注意的制約因素。
C.水硬性成形材料用于制造本發(fā)明的食品及飲料容器的材料是通過(guò)水和水硬性粘合劑(如水硬性的水泥、硫酸鈣(即石膏)半水合物和其他在與水接觸后會(huì)硬化的物質(zhì))的化學(xué)反應(yīng)而獲得其強(qiáng)度。用于此說(shuō)明書及所附的權(quán)利要求書中的術(shù)語(yǔ)“水硬性材料”包括其結(jié)構(gòu)基體和強(qiáng)度性能是來(lái)自于水硬性粘合劑的硬化而得到的任何材料。這類材料包括此處定義的膠結(jié)材料，熟石膏和其他按此處定義的水硬性材料。用于本發(fā)明的水硬性粘合劑須與諸如可聚合的有機(jī)粘合劑、膠合劑或膠粘劑之類的其他粘合劑相區(qū)別。
此外用到的術(shù)語(yǔ)“水硬成形材料”、“水硬性粘合材料”或“膠結(jié)質(zhì)材料”，都是用以廣義地定義含有水硬性粘合劑和水的粗合物和材料，而不論所發(fā)生的水化作用與硬化的程為何。因此術(shù)語(yǔ)“水硬性材料”是意指包括處于生態(tài)(即未硬化狀態(tài))的水硬性糊漿或水硬性混合物以及已硬化的水硬成形產(chǎn)品即混凝土產(chǎn)品。
Ⅰ.水硬性水泥用于本說(shuō)明書中所附的權(quán)利要求書的術(shù)語(yǔ)“水硬性粘合劑”意指包括任何無(wú)機(jī)粘合劑，例如水硬性水泥，石膏半水合物或氧化鈣，它們通過(guò)與水的化學(xué)反應(yīng)，在某些情況下通過(guò)與空氣或水中的二氧化碳和水的化學(xué)反應(yīng)而得到強(qiáng)度性質(zhì)和硬度。用于本說(shuō)明書和所附的權(quán)利要求書的術(shù)語(yǔ)“水硬性水泥”即“水泥”意指包括熟料和經(jīng)壓碎、粉碎、磨碎和其它加工的熟料，且可指處于上述細(xì)碎過(guò)程的不同階段因而具有各種不同的粒度。
本技術(shù)領(lǐng)域中已知的典型的水硬性水泥的例子包括波特蘭水泥這一大類(包括不含石膏的普通水泥)，鋁酸鈣水泥(包括不含定形調(diào)節(jié)劑的鋁酸鈣水泥)，熟石膏，硅酸鹽水泥(包括β-硅酸二鈣，硅酸三鈣及其混合物)，石膏水泥、磷酸鹽水泥、高鋁氧水泥，微細(xì)水泥，礦渣水泥、氯氧化鎂水泥和涂覆以微細(xì)水泥顆粒的骨料。
術(shù)語(yǔ)“水硬性水泥”還包括本技術(shù)領(lǐng)域已知的其他水泥，它們能在本發(fā)明范圍內(nèi)的水化條件下變成水硬性的，如α-硅酸二鈣。在本發(fā)明范圍內(nèi)的水硬性水泥的基本化學(xué)組分通常包括CaO，SiO2，Al2O3，F(xiàn)e2O3，MgO，SO3，它們以各種不同的方式相化這些組分在一系列復(fù)雜反應(yīng)中一起反應(yīng)，形成不溶性的硅酸鈣水合物，碳酸鹽(從空氣及加入的水中的CO2產(chǎn)生)，以及鈣和鎂的其他鹽或產(chǎn)物，加上它們的水合物。組分鋁和鎂據(jù)認(rèn)為是在上述不溶性鹽類中結(jié)合成復(fù)雜的配合物。硬化的水泥產(chǎn)物是不溶性水合物和鹽通過(guò)配合作用互相交聯(lián)在一起的復(fù)雜基體，很象石頭，而且一樣是惰性的。
水硬性組合物的典型配制方法是將一種水硬性粘合劑或其組合(如水硬性水泥)和水加以混合;得到的混合物可以稱為“水硬性糊漿”(或“水泥糊漿”)。水硬性粘合劑和水的混合或者同時(shí)進(jìn)行，或相繼進(jìn)行，并加入某種類型的骨料以形成“水硬性混合物”。灰泥和混凝土是將水硬性水泥、水和某種類型的骨料(如砂或石)混合形成的水硬性混合物的例子。
石膏也是能水化形成硬化粘合劑的水硬性粘合劑。石膏可水化形式是硫酸鈣半水合物，通常稱為“石膏半水合物”。石膏的水化形式是硫酸鈣二水合物，通常稱為“石膏二水合物”。硫酸鈣半水合物也可以和通常稱作“無(wú)水石膏”的硫酸鈣脫水物進(jìn)行混合。
盡管石膏粘合劑和諸如氧化鈣之類的其他水硬性粘合劑通常并不象水硬性水泥那樣強(qiáng)度大，但在某些應(yīng)用中，高強(qiáng)度并不那么重要。就成本而言，石膏和氧化鈣比起水硬性水泥是有優(yōu)點(diǎn)的，因?yàn)樗鼈兩詾楸阋艘恍?。此外，在水硬性材料含有較高百分?jǐn)?shù)的脆而輕的骨料(如珍珠巖)時(shí)，這種骨料常在結(jié)構(gòu)基體內(nèi)構(gòu)成“弱的連接”。在某個(gè)點(diǎn)外，加入更強(qiáng)的粘合劑并不有效，因?yàn)橛捎诟吆康妮^弱骨料使粘合劑高的潛在強(qiáng)度不能發(fā)揮出來(lái)。
此外，已知石膏半水合物可在比傳統(tǒng)的水泥短得多的時(shí)間內(nèi)硬化。事實(shí)上，用于本發(fā)明，它在30分鐘內(nèi)會(huì)硬化并獲得其最終強(qiáng)度。因此，石膏半水合物可以單獨(dú)使用，也可以和其他在本發(fā)明范圍內(nèi)的水硬性材料一起使用。
諸如“水化的”或“硬化的”水硬性混合物、材料或基體之類的術(shù)語(yǔ)指基本上由水催化的反應(yīng)達(dá)到了足以產(chǎn)生基本上具有其潛在的或最終的最大強(qiáng)度的水硬性成形產(chǎn)品的程度。然而，水硬性材料在其獲得顯著的硬度和其最終的最大強(qiáng)度的大部分之后很長(zhǎng)時(shí)間仍會(huì)繼續(xù)在進(jìn)行水化作用。
諸如“生的”或“生態(tài)”等術(shù)語(yǔ)是與還沒(méi)有基本達(dá)到其最終強(qiáng)度的水硬性混合物相連系而使用的，不論這樣的強(qiáng)度是通過(guò)人工干燥、硬化、還是其他方式得到的。剛好在被模壓成所期望的形狀之前或之后，水硬性混合物被說(shuō)成是“生的”或處于“生態(tài)”。水硬性混合物不再是“生的”或處于“生態(tài)”的時(shí)刻并不一定是界限分明的，因?yàn)檫@樣的混合物通常是隨著時(shí)間才逐漸基本上獲得其最終強(qiáng)度的。當(dāng)然，水硬性混合物能在仍處于“生態(tài)”時(shí)其“生態(tài)強(qiáng)度”顯示著增加。由于這個(gè)原因，此處的論述經(jīng)常是指處于生態(tài)的水硬性材料的形狀穩(wěn)定性。
如上所述，優(yōu)選的水硬性粘合劑包括白水泥、波特蘭水泥、微細(xì)水泥、高鋁氧水泥、礦渣水泥、石膏半水合物和氧化鈣，主要是因?yàn)樗鼈儍r(jià)格低廉而且適用于本發(fā)明的制造方法。水泥的這份清單是無(wú)法完全的，并且在可用于制造此處所附的權(quán)利要求書的范圍中的水硬成形容器的粘合劑的類型方面，也絕無(wú)限制。
本發(fā)明可包括其他類型的膠結(jié)組合物，例如那些在共同懸而未決的專利申請(qǐng)序號(hào)No.07/526，231中論述的，該申請(qǐng)是以HamlinM.Jennings，ph.D和SimonK.Hodson的名義，于1990年5月18日申請(qǐng)的，題目為“HydraulicallyBondedCementCompositionsandTheirMethodsofManufactureandUse”，其中將粉末狀水硬性水泥放在近網(wǎng)的最終位置(anearnetfinalposition)，并在加水進(jìn)行水化作用之前先進(jìn)行壓實(shí)。其相關(guān)的續(xù)展申請(qǐng)以HamlinM.Jennings，Ph.D.，PerJustAndersen，Ph.D.和SimonK.Hodson的名義，于1992年11月10日申請(qǐng)，題目同樣是“HydraulicallyBondedCementCompositionsandTheirMethodsofManufactureandUse.”。
其他類型的水硬性水泥組合物包括那些有二氧化碳與水硬性水泥和水相混合的類型。已知用這種方法制造的水硬性水泥組合物能較快速地獲得其生態(tài)強(qiáng)度。這種類型的水硬性水泥組合物在共同懸而未決的專利申請(qǐng)序號(hào)No.07/418，027中有論述，此申請(qǐng)是以HamlinM.Jennings，Ph.D.和SimonK.Hodson的名義，于1989年10月10日申請(qǐng)的，題目為“ProcessforProducingImprovedBuildingMaterialandProductsThereof，”。其中水和水硬性水泥是在二氧化碳源存在條件下進(jìn)行混合的，二氧化碳源選自二氧化碳，一氧化碳，碳酸鹽及其混合物。
在很多情況下，食品或飲料容器溶解于水是不合乎需要的。不幸的是，需要摻入這類容器的某些材料卻是溶于水的。使用水硬性混合物的一大優(yōu)點(diǎn)在于，由之得到的結(jié)構(gòu)基體通常是不溶于水的(至少在其使用期間)，從而使其可以將加于水硬性混合物中的水溶性骨料或其他材料包住而不致溶于水中。因此，水溶性組分可以摻入溶解性極小的水硬性基體中(若不如此，這種組分將會(huì)溶于水中)，從而能將其存到的性能和品質(zhì)帶給最終產(chǎn)品。
然而，為了為在完成其使用使命之后更易于分解和降解的食品及飲料容器制定配方，則會(huì)需要在水或濕氣存在條件下，食品或飲料容器發(fā)生分解。本發(fā)明的顯微結(jié)構(gòu)工程方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是能夠通過(guò)配方制定將所期望的抗水性或水溶性賦予水硬性結(jié)構(gòu)基塊。為了在水存在下易分解的容器制定配方，通常必須減少水硬性粘合劑在材料中的硬性含量。因此，水溶性或水不溶性的程度通常與水混合物中水硬性粘合劑的濃度有關(guān)，尤其是水硬性水泥的濃度。在大多數(shù)情況下，水硬性粘合劑加入得越多，容器在水中便越不溶解。
2.水硬性糊漿在本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施例中，水硬性糊漿或水泥糊漿是最終使容器能夠產(chǎn)生并發(fā)展其強(qiáng)度性能的組成部分。術(shù)語(yǔ)“水硬性糊漿”應(yīng)指已經(jīng)與水混合的水硬性粘合劑。更具體地，術(shù)語(yǔ)“水泥糊漿”應(yīng)指已經(jīng)與水混合的水硬性水泥。術(shù)語(yǔ)“水硬性的”或“膠結(jié)的”混合物應(yīng)指已經(jīng)加入了骨料，纖維，流變性改性劑，分散劑或其他材料的水硬性水泥糊漿，無(wú)論它是處于生態(tài)還是在其硬化之后。加于水硬性糊漿的其他成份是用于改變未硬化的以及最終硬化的產(chǎn)品的性能，這些性能包括(但不局限于)強(qiáng)度，收縮，柔軟性，體積密度，絕熱能力，色彩，孔隙度，表面光潔度和結(jié)構(gòu)。
盡管水硬性粘合劑通常被理解為是一種使水硬性混合物硬化，從而達(dá)到材料強(qiáng)度性能的絕大部分的組分，但是某些水硬性粘合劑也有助于改善早期的粘附強(qiáng)度和生態(tài)強(qiáng)度。例如，已知水硬性水泥顆粒甚至在其變硬之前便和水發(fā)生早期的膠凝作用;這對(duì)混合物的內(nèi)粘附是有幫助的。
據(jù)信，各種鋁酸鹽，例如那些在波特蘭灰水泥中更常見(jiàn)的鋁酸鹽(以鋁酸三鈣形式存在)在水化作用早期引起了水泥顆粒之間膠體相互作用。這一情況繼而造成了水泥顆粒之間發(fā)生一定程度的絮凝/膠凝作用。已經(jīng)表明，這類粘合劑的凝膠化的，膠體的和絮凝的效應(yīng)會(huì)使從該類粘合劑制成的水硬性混合物的模壓性(即可塑性)增加。
正如下面將更充分論述的那樣，象纖維和流變性改性劑之類的添加劑能在抗拉，撓曲和抗壓諸強(qiáng)度方面對(duì)水硬性材料有很大益處。但是即使纖維和/或流變性改性劑使用的濃度很高并因此它們對(duì)硬化的材料的抗拉和撓曲強(qiáng)度有很大貢獻(xiàn)，現(xiàn)已表明，水硬性粘合劑卻仍繼續(xù)將最終硬化材料的抗壓強(qiáng)度提高不少。在水硬性水泥場(chǎng)合下，它還會(huì)顯著降低硬化材料在水中的可溶性。
水硬性粘合劑在整個(gè)混合物中的百分含量可以是很不同的，取決于加入的其他組分的種類。然而，水硬性粘合劑的加入量最好約5%至約90%之間(以加了水硬性混合物的重量為基)。以這里的公開(kāi)內(nèi)容及舉出的實(shí)施例看，可以理解這么寬的重量百分?jǐn)?shù)范圍是包括了用于制作泡沫狀、粘土狀、板狀材料和容器的水硬性混合物。
從上述可以理解，本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施例將包括從非常短的“泡沫狀”產(chǎn)品直至密度較高的“粘土狀”產(chǎn)品。此外，無(wú)論泡沫狀還是粘土狀的材料都可以先模壓成板材，形成“板狀”產(chǎn)品，結(jié)果這種產(chǎn)品可以象紙、紙板、塑料、甚至金屬薄板那樣處理和使用。在這些范圍很寬的產(chǎn)品中，在加入諸組分的種類和含量上也會(huì)有很大的差異。加入的組分及其含量可以變化很大，取決于所制造的特定的容器或其他產(chǎn)品。
一般來(lái)說(shuō)，制造“泡沫狀”產(chǎn)品時(shí)，水硬性粘合劑的優(yōu)選含量為加了水硬性混合物重量的約10%至約90%，約20%至約50%則更佳。
制造“粘土狀”產(chǎn)品時(shí)，水硬性粘合劑的優(yōu)選含量是加了水的水硬性混合物重量的約5%至約75%，更佳為約8%至約60%，最佳為約10%至約45%。
最后，制造“片狀”產(chǎn)品時(shí)，水硬性粘合劑的優(yōu)選含量是生態(tài)水硬性混合物的約5%至約90%，更佳為約8%至約50%，最佳為約10%至約30%。
盡管對(duì)含量的范圍在前面已有論述，但是應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，所有的濃度和含量都嚴(yán)格取決于最終產(chǎn)品中所期望的質(zhì)量和性能。例如，對(duì)于一種非常薄的壁結(jié)構(gòu)(甚至薄至0.05mm)，這一場(chǎng)合是需要強(qiáng)度的，例如吸管，采用非常高百分含量的水硬性粘合劑而用很少或不用骨料將會(huì)更經(jīng)濟(jì)。在這種情況下，加入較多量的纖維以增進(jìn)柔韌性是合乎要求的。
相反的，在摻入大量空氣的產(chǎn)品(例如低密度的，重量輕的、絕熱的杯子)中，可以加入更高百分含量的流變性改性劑。較少量的水泥和較大量的輕質(zhì)骨料。這樣的材料甚至可以與聚苯乙烯泡沫產(chǎn)品一樣輕。
水硬性糊漿的另一個(gè)主要組分是水。根據(jù)定義，水是本發(fā)明范圍內(nèi)的水硬性材料不可缺少的組分。水硬性粘合劑和水之間的水化反應(yīng)產(chǎn)生的產(chǎn)物使水硬性材料能產(chǎn)生和發(fā)展其強(qiáng)度性能。
在本發(fā)明的大多數(shù)應(yīng)用中，為了獲得在模壓、擠壓和/或軋光后能在生態(tài)能自成支承的水硬性混合物，仔細(xì)地控制水與水泥的比是很重要的。但是水的用量取決于眾多的因素，包括在水硬性混合物中的水硬性粘合劑、骨料、纖維材料，流變性改性劑和其他材料或添加劑的類型和用量，使用的模壓或成形方法，以及待制造的特定產(chǎn)品和其性能。
對(duì)于任何給定的用途，加入的水的優(yōu)選的量主要取決于兩個(gè)關(guān)鍵變量(1)與粘合劑反應(yīng)和水化所需水的用量;(2)賦予水硬性混合物必要的流變性和加工性所需水的用量。
為了生態(tài)的水硬性混合物具有足夠的加工性，水的通常用量必須足以潤(rùn)濕每種特定組分，而且也至少能部分填滿顆粒(包括例如粘合劑顆粒，骨料和纖維材料)的間隙或空隙。如果加入了水溶性添加劑，必須加入足夠的水以溶解添加劑或與添加劑反應(yīng)。在某些情況下，如在加入分散劑的場(chǎng)合下，使用較少的水能改善其加工性。
水的用量必須加以仔細(xì)平衡，從而使水硬性混合物具有足夠的加工性，而同時(shí)應(yīng)認(rèn)識(shí)到降低水含量會(huì)增加生態(tài)強(qiáng)度和硬化產(chǎn)品的最終強(qiáng)度。當(dāng)然，如果在混合物中最初含有較少的水，那么為了使產(chǎn)品硬化必須除去的水也較少。
符合這些需求的合適的流變性可以屈服應(yīng)力來(lái)作為表征。水硬性混合物的屈服應(yīng)力通常在約5KPa至約5000KPa之間，較佳的混合物的屈服應(yīng)力在約100KPa至約1000KPa之間，而最佳的混合物的屈服應(yīng)力在約200KPa至約700KPa之間。所期望的屈服應(yīng)力的水平能夠調(diào)整(可能有必須加以調(diào)整的場(chǎng)合)，取決于用于成形食品或飲料容器的特定的模壓方法。
在每一種模壓方法中，最初含有相對(duì)較高的水對(duì)水泥的比是較適宜的，因?yàn)榭紤]到多余的水可以在模壓過(guò)程之中或其后不久對(duì)模壓產(chǎn)品加熱而除去。與造紙相比，本發(fā)明的重要特征之一是，最初混合物中的水含量低得多;因此，水硬性混合物的屈服應(yīng)力較大。其結(jié)果是，與造紙相比，在本發(fā)明的情況下為了獲得自我支承的材料(即形狀穩(wěn)定的材料)，必須從最初混合物中除去的總水量就少得多。
但是，本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將會(huì)理解，當(dāng)含有較多的骨料或其他吸水性添加劑時(shí)，為了提供可與水硬性粘合劑水化的水以及相同程度的加工性，必須有較高的水對(duì)水硬性粘合劑的化值。這是因?yàn)檩^高的骨料濃度所提供的顆粒之間的間隙或空隙體積較大，須用水填充之故。多孔的，質(zhì)輕的骨料也因它含有很大空隙而能在其內(nèi)部吸收多量的水。
這兩個(gè)相互矛盾的目標(biāo)，即較好的加工性和較高的生態(tài)強(qiáng)度這兩者能夠通過(guò)起初加入較多量的水，然后在模壓過(guò)程中以蒸汽形式驅(qū)除大部分的水來(lái)達(dá)到。加熱的方法通?？梢杂眉訜岬哪Ｗ樱訜岬臐L筒或干燥隧道窯。
根據(jù)前面所述的限制條件，在本發(fā)明范圍內(nèi)的水硬性混合物典型地具有的水對(duì)水泥的比值是約0.1-約4，較佳的約0.3-約3.5，最佳的約1-約3。在將材料干燥以去除多余水份之后，留存的水量可高達(dá)水硬性成形薄板或容器的重量的約10%。
應(yīng)當(dāng)理解，因?yàn)檎澈蟿╊w粒會(huì)與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)因而減少顆粒間隙中的自由水的含量，所以水硬性粘合劑對(duì)于硬性混合物有內(nèi)干燥的效應(yīng)。這種內(nèi)在的干燥效應(yīng)能通過(guò)加入諸如石膏半水合物之類的快速反應(yīng)的水硬性粘合劑連同慢反應(yīng)的水硬性水泥而增強(qiáng)。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，已發(fā)明宜于將水硬性粘合劑和水在高剪切混合器加以混合，如在下列專利中公開(kāi)和提出權(quán)利要求的那樣美國(guó)專利No.4，225，247標(biāo)題“MixingandAgitatingDevice”;No.4，552，463標(biāo)題“MethodandApparatusforProducingaCol-loidalMixture”;美國(guó)專利No.4，889，428標(biāo)題“RotaryMill”;美國(guó)專利No.4，944，595標(biāo)題“ApparatusforProducingCementBuildingMaterials”;和美國(guó)專利No.5，061，319標(biāo)題“ProcessforProducingCementBuildingMaterial.”。這些專利范圍內(nèi)的高剪切混合器可此從本發(fā)明的受讓者，加利福尼亞的E.KhashoggiIndustriesofSanta處得到。
使用高剪切混合器就會(huì)產(chǎn)生更為均質(zhì)的水硬性混合物，以而導(dǎo)致產(chǎn)品具有更高的強(qiáng)度。此外，還可以使用這些高剪切混合器將大量空氣引入水硬性混合物形成“泡沫狀”產(chǎn)品。
D.流變性改性劑加入流變性改性劑的作用是增加水硬性混合物的塑性或粘附特征，其目的是使其所為更象可模壓的粘土。流變性改性劑容易在不很增加混合物粘度的情況下藉增加其屈服應(yīng)力使水硬性混合物稠化。相對(duì)于粘滯度提高其屈服應(yīng)力使得材料在生態(tài)強(qiáng)度有很大增加的同時(shí)，更象塑料且具可模壓性。
可以使用眾多天然的和合成的有機(jī)流變性改性劑，它們具有廣泛的性質(zhì)，包括在水中的粘度和溶解度。例如，在需要容器較迅速降解成環(huán)境良性組分時(shí)，最好使用更易溶于水的流變性改性劑。相反，為了為能夠經(jīng)受長(zhǎng)時(shí)間與水接觸的材料制定配方，最好使用在水中溶解度較小的流變性改性劑，或者采用相對(duì)于流變性改性劑來(lái)說(shuō)更高含量的水硬性合劑。
本發(fā)明期望的眾多流變性改性劑可以粗略地歸為下列幾類(1)多糖及其衍生物，(2)蛋白質(zhì)及其衍生物，和(3)合成有機(jī)材料。多糖類流變性改性劑可以進(jìn)一步細(xì)分為(a)以纖維素為基的材料及其衍生物，(b)以淀粉為基的材料及其衍生物，(c)其他多糖。
合適的纖維素基的流變性改性劑包括，例如，甲基羥基乙基纖維素，羥基甲基乙基纖維素，羧基甲基纖維素，甲基纖維素，乙基纖維素，羥基乙基纖維素，羥基乙基丙基纖維素等。其可能變化的范圍是很巨大的，在此不能一一列出，但是具有這些相同或相似性能的其它纖維素材料同樣可很好地使用。
合適的淀粉基的材料包括，例如，支鏈淀粉，直鏈淀粉，seagel，淀粉乙酸酯，淀粉羥基乙醚，離子性淀粉，長(zhǎng)鏈烷基淀粉，糊精，胺淀粉，磷酸鹽淀粉，和淀粉二醛。
其它的天然多糖基的流變性改性劑包括，例如，algenicacid，藻膠，瓊脂，阿拉伯(樹(shù))膠，瓜耳膠，利槐豆膠，刺梧桐膠和黃蓍膠。
合適的蛋白質(zhì)基的流變性改性劑包括，例如，玉米酵溶蛋白(取自玉米的酵溶蛋白)，膠原蛋白(從動(dòng)物結(jié)締組織中提取的衍生物，如白明膠和動(dòng)物膠)，和酪蛋白(牛奶中的主蛋白)。
最后，合適的合成有機(jī)增塑劑包括，例如，聚乙烯吡咯烷酮，聚乙二醇，聚乙烯醇，聚乙烯甲基醚，聚丙烯酸，聚丙烯酸鹽，聚乙烯丙烯酸，聚乙烯丙烯酸鹽，聚丙烯酰亞胺(polyacrylimide)，聚氧乙烷和苯乙烯-丁二烯共聚物的膠乳。
另一種不一定可清楚地歸屬于上述各種類型范圍內(nèi)的可能有價(jià)值的流變性改性劑為聚乳酸。這種聚合物的流變性可通過(guò)加熱而顯著地改進(jìn)，可單獨(dú)或與前述其它流變性改性劑結(jié)合起來(lái)使用。
目前優(yōu)選的流變性改性劑為甲基羥基乙基纖維素，例如TyloseFL15002和Tylose4000，它們都可從HoechstAktiengesellschaft(Frankfwrt，Germany)購(gòu)得。分子量較低的流變性改性劑如Tylose4000能使混合物增塑而不是使它變稠，這在擠壓或壓延過(guò)程中是有用的。
特別地，分子量較低的流變性改性劑在模壓過(guò)程中對(duì)顆粒有潤(rùn)滑作用，這樣就改善了水硬性混合物的內(nèi)流動(dòng)性，從而降低了顆粒間以及混合物和與其接觸的模具表面之間的摩擦。盡管甲基羥基乙基纖維素流變性改性劑是優(yōu)選的，但幾乎任何能賦予所希望性能的無(wú)毒流變性改性劑(包括上述已列的任何一種)都是合適的。
能替代Tylose(R)或與Tylose(R)結(jié)合起來(lái)使用的另一種優(yōu)選的流變性改性劑是分子量為20，000-35，000的聚乙二醇，聚乙二醇較多地是作為潤(rùn)滑劑使用，并使混合物具有更調(diào)勻的稠度(smoother consistency)因此，更精確地說(shuō)，聚乙二醇應(yīng)稱作“增塑劑”。此外，它使模壓的水硬性成形材料具有更光滑的表面。最后，聚乙二醇可在混合物可溶組分的周圍生成一層涂層，從而使硬化產(chǎn)品更不溶于水。
本發(fā)明水硬性材料中的流變性改性劑的加入量可達(dá)混合物重量的約50%。然而，優(yōu)選的濃度通常約達(dá)20%，少于約10%則更佳。
E.骨料混凝土工業(yè)中常用的骨料都可用于本發(fā)明的水硬性混合物中，但常常須磨得更細(xì);這是由于本發(fā)明的通常的薄壁結(jié)構(gòu)所決定的尺寸的限制。典型的骨料其直徑可小于1微米。
可以加入骨料到混合物中以增加其強(qiáng)度，用作填料降低其成本，減輕其重量，和/或增加其絕熱性。骨料尤其是片狀骨料也可有助于產(chǎn)生光滑的表面光潔度。有用的骨料的例子包括珍珠巖，蛭石，砂，礫，巖石，石灰石，砂石，玻璃珠，氣凝膠，干凝膠，seagel，云母，粘土，合成粘土，氧化鋁，氧化硅，飛灰，氧化硅煙塵粉末(silicafume)，片狀氧化鋁，高嶺土，微球粒，空心玻璃球粒，多孔陶瓷球，石膏二水合物，碳酸鈣，云雀石，種子，輕質(zhì)聚合物，硬硅鈣石，輕質(zhì)膨脹粘土，未反應(yīng)的水泥顆粒，浮石，分層的巖石和其他地質(zhì)材料。
從廣義角度看，未反應(yīng)的水泥顆粒也可被認(rèn)為是“骨料”。甚至廢棄的水硬性材料，如廢棄的薄板、容器或本發(fā)明的其他物件都能用作骨料填料和增強(qiáng)劑。
粘土和石膏兩者都是特別重要的骨料材料，因?yàn)樗鼈內(nèi)菀椎玫?，價(jià)格極低，易加工，易成形，同時(shí)也因?yàn)槿绻宰銐蚋叩暮考尤氲脑?，它們還能提供一定的粘合作用和強(qiáng)度。粘土是一個(gè)廣義詞術(shù)語(yǔ)，用于定義幾乎所有的可與水混合成形糊漿并且在干燥后硬化的泥土。主要的粘土含有氧化硅和氧化鋁(用于制作陶器，瓦，磚和管道)和高嶺土。高嶺粘土有富硅高嶺石(其化學(xué)式為Al2O3·SiO2·H2O)和蒙脫石(其化學(xué)式為Al2O3·SiO2·H2O)，但是粘土可以含有各種各樣的其他物質(zhì)，例如氧化鐵，氧化鈦，氧化鈣，氧化鋁和黃鐵礦。
此外，盡管粘土已有數(shù)千年使用歷史，并且甚至在不用鍛燒的情況下變得更硬，但這種未經(jīng)鍛燒的粘土易受到水的降解作用并在與水接觸時(shí)受損，而且是極脆的，只有很低的強(qiáng)度。然而，粘土在水硬成形的結(jié)構(gòu)基體中是一種好的、價(jià)廉的骨料。
類似的，石膏半水合物也是可水化的，并在水存在下形成硫酸鈣二水合物。這樣，石膏可以表現(xiàn)出骨料和粘合劑兩者的作用，這取決于加于水硬性混合物的呈半水合物還是二水合物的形式(及其濃度)。
能將輕質(zhì)性能賦于膠結(jié)混合物的骨料的例子包括珍珠巖，蛭石，玻璃珠，空心玻璃球，碳酸鈣，合成材料(例如，多孔陶瓷球，片狀氧化鋁等)，軟木，輕質(zhì)膨脹粘土，砂，礫，巖石，石灰石，砂石，浮石和其他地質(zhì)材料。
除了用于水泥工業(yè)的常規(guī)骨料外，種類眾多的其他骨料，包括填料、增強(qiáng)劑，包括金屬和金屬合金(如不銹鋼，鋁酸鈣，鐵，銅，銀和金)、球或空心球材料(如玻璃、聚合物和金屬的)、銼屑、塊粒、粉末(如細(xì)微氧化硅)、和纖維(例如石墨，氧化硅，氧化鋁，玻璃纖維，聚合物，有機(jī)纖維，和其他典型地用于制備不同類型的組合材料的纖維)還都能與本發(fā)明范圍內(nèi)的水硬性水泥結(jié)合使用。甚至如種子、淀粉、明膠和瓊脂類型的材料，在本發(fā)明中都能作為骨料加入。
從上面所述，可以理解，在混合物中一種特定的骨料的用量可以變化，取決于特定的食品或飲料容器所期望的性能標(biāo)準(zhǔn)。在許多情況下，可以使用很少骨料或不使用骨料。但是，在大多數(shù)情況下，骨料的用量可高達(dá)生態(tài)的或加水的水硬性混合物重量的約80%。
在本發(fā)明所期望的有高絕熱性的產(chǎn)品中，輕質(zhì)骨料的含量通常有生態(tài)混合物重量的約3%-約5%，最佳為約20%-約35%。較重的骨料也可按與上大略相同的含量加入，盡管單位質(zhì)量的數(shù)量較低。
此外，可以理解，對(duì)于任何給定的產(chǎn)品，這些骨料中有些是用起來(lái)很好的，而其他一些則不能使用。例如，某些骨料可能含有有害物質(zhì)，這些物質(zhì)在某些用途時(shí)，可從水硬性混合物中浸出來(lái)。然而，大多數(shù)優(yōu)選的材料，不僅在食品及飲料工業(yè)的大多數(shù)用途下是無(wú)毒的，而且它們比現(xiàn)有的一次性產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的危害更小。
在本發(fā)明中使用纖維骨料主要是為了改善膠結(jié)混合物的重量特性，賦予混合物形狀穩(wěn)定性，并賦予得到的膠結(jié)基體以強(qiáng)度和柔韌性，盡管某些纖維還將某種程度的絕熱性賦予最終產(chǎn)品。因此，“骨料”這個(gè)術(shù)語(yǔ)指所有其他的填充材料，它們是非纖維的，而且其功能主要是將強(qiáng)度、流變性，結(jié)構(gòu)和絕熱性能賦于材料。
根據(jù)本發(fā)明，常常優(yōu)選的是加入許多種不同大小和級(jí)配的骨料，使得能夠充分填充骨料與水硬性粘合劑顆粒之間的空隙。對(duì)顆粒的填充密度優(yōu)化可以減少為獲得足夠的加工性所需要的用水量，這種減少是通過(guò)消除空隙而達(dá)到的，若顆粒的填充密度不優(yōu)化，則這些空隙將被空隙水填充，空隙水也常稱為“毛細(xì)水”。此外，使用較少量的水會(huì)增加最終硬化產(chǎn)品的強(qiáng)度(根據(jù)Feret方程)。
為了優(yōu)化填充密度，可以使用小至約0.5μm和大至約2mm范圍的不同粒度的骨料顆粒。(當(dāng)然，對(duì)所得產(chǎn)品所期望的用途及厚度會(huì)決定所使用的不同的骨料的合適粒度)。為了達(dá)到最終的水硬性成形的物件或容器所期望的性能，應(yīng)使用的骨料的種類和粒度，這是本領(lǐng)域的技術(shù)人員一般知道的。
在本發(fā)明的某些優(yōu)選實(shí)施例中，為了使骨料的性能和特征(如強(qiáng)度性能，低密度或高絕熱性)最優(yōu)化，需要使水硬性混合物中的骨料用量最大。為了使骨料的含量最大，可以將顆粒填充技術(shù)用于水硬性材料。
有關(guān)顆粒填充的詳細(xì)論述可以在由本發(fā)明的發(fā)明者之一共同撰寫的下列文章中找到Johansen，V.&Andersen，P.J.，“ParticlePackingandConcreteProperties，”MaterialsScienceofConcreteⅡ111-147頁(yè)，TheAmericanCeramicSociety(1991).進(jìn)一步的信息可見(jiàn)Andersen，P.J.的博士論文“ControlandMonitoringofConcreteProduction-AStudyofParticlePackingandRheology，”TheDanishAcademyofTechnicalSciences.通過(guò)參考下面的例子能進(jìn)一步理解這種骨料填充的優(yōu)點(diǎn)。在這些例子中，為了使水硬性混合物中的玻璃球用量最大，是將不同大小的空心玻璃球加以混合。
在需要獲得具有高絕熱性的食品或飲料容器的實(shí)施例中，可以優(yōu)選地將熱傳導(dǎo)率或“K-因子”(用W/m.K定義)低的輕質(zhì)骨料摻入水硬性成形的基體。
K-因子粗略地是在美國(guó)通用的用于描述給定材料的總熱阻的表達(dá)量即“R-因子(它通常定義為具有單位hr.ft2F/BTU)的倒數(shù)?！癛-因子”這個(gè)術(shù)語(yǔ)是美國(guó)最常用于描述給定材料的總熱阻的，此時(shí)未計(jì)及材料的厚度。但是，出于比較的目的，通常是將R固子歸一化以表示所考慮的材料每英寸厚度的耐熱阻，hr·ft2F/BTU·in。
在本說(shuō)明書中，給定材料的絕熱能力在這里及以后將僅用表示熱傳導(dǎo)率的IUPAC方法即“K因子”來(lái)表達(dá)。(將用英制單位(hr·ft2F/BTU·in)表示的耐熱阻轉(zhuǎn)換成IUPAC單位，可以對(duì)其歸化一化了的值乘以6.9335，然后取其乘積的倒數(shù)。一般，K因子非常低的骨料也含有大量的夾入的間隙空間即空氣，從而也就很大地降低這骨集料的強(qiáng)度。因此，對(duì)于絕熱性和強(qiáng)度兩方面的考慮會(huì)發(fā)生沖突，當(dāng)制定一個(gè)特定的對(duì)這兩方面都有要求的設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)這兩者應(yīng)當(dāng)仔細(xì)地平衡。
優(yōu)選的絕熱輕質(zhì)骨料包括膨脹的或分層的蛭石，珍珠巖，鍛燒過(guò)的硅藻土，空心玻璃球粒，所有這些都常含有大量?jī)?nèi)部的間隙空間。但是，上面列舉的這些絕熱輕質(zhì)骨料的種類決不是完全的，之所以選擇這些骨料是因?yàn)樗鼈儍r(jià)廉，容易得到。不過(guò)，任何K因子低的能將足夠的絕熱性能賦予膠結(jié)質(zhì)食品容器的骨料都是在本發(fā)明的范圍之中的。
F.纖維本說(shuō)明書及附的權(quán)利要求書所用的術(shù)語(yǔ)“纖維”和“纖維材料”包括無(wú)機(jī)纖維和有機(jī)纖維。纖維是一種特定類型的骨料，它能加入到水硬性混合物，以增加獲得的水硬性材料的粘附、延伸能力、偏折能力、韌性、斷裂能量、撓曲強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和(某些情況下的)抗壓強(qiáng)度。纖維材料降低了水硬性成形容器在受到強(qiáng)大的截面力時(shí)震裂的可能性。
可摻入于結(jié)構(gòu)基體的纖維最好是天然存在的纖維，例如從大麻，棉花，植物葉子，木或莖中抽取的纖維素纖維，或者從玻璃、氧化硅、陶瓷或金屬制得的纖維。玻璃纖維最好先經(jīng)預(yù)處理以提取耐堿性。
優(yōu)先選擇的纖維包括玻璃纖維，蕉麻，蔗渣，木纖維(硬木和軟木皆可，例如南部松)，和棉花?？梢允褂没厥盏募埨w維，但是因?yàn)樵谠瓉?lái)造紙過(guò)程中發(fā)生了纖維的斷裂，所以某種程度上它們不甚合乎需要。但是任何等效的纖維，只要能引入強(qiáng)度和柔韌性的都在本發(fā)明范圍之內(nèi)。蕉麻纖維可從菲律賓的Isarog公司得到，玻璃纖維，例如Cemfill(R)可以從英國(guó)的Pilkington公司得到。
因?yàn)樯鲜鲞@些纖維，價(jià)格便宜，強(qiáng)度高，并容易得到，因此是優(yōu)選用于本發(fā)明的。然而，可引入抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度以及韌性和柔軟性(若需要的話)的任何等效的纖維都一定是在本發(fā)明范圍之內(nèi)的。唯一的限制性標(biāo)準(zhǔn)是引入的纖維在給予所期望的性能的同時(shí)，不與水硬性料的其他組分發(fā)生有害的反應(yīng)，而且不致污染用含該纖維的容器貯藏或分裝的食物。
用于制造本發(fā)明的食品及飲料容器的纖維最好要具有高的長(zhǎng)寬比(即“形狀比”)，因?yàn)檩^長(zhǎng)較窄的纖維可以將更多強(qiáng)度賦予結(jié)構(gòu)基材而不顯著增加水硬性混合物的體積和質(zhì)量。纖維的形狀比應(yīng)該至少約10∶1，至少約100∶1較佳，至少約200∶1則最佳。
優(yōu)選的纖維長(zhǎng)度也應(yīng)數(shù)倍水硬性粘合劑顆粒的直徑。其長(zhǎng)度至少兩倍于水硬性粘合劑顆粒直徑的纖維才能用，優(yōu)選的是其長(zhǎng)度至少10倍于水硬性粘合劑顆粒的直徑，更佳的為至少100倍，而甚至1000倍的話則非常有用。
加入于水硬性混合物基體的纖維用量可以很不同，取決于最終產(chǎn)品所期望的性能，其中強(qiáng)度，韌性，柔軟性和成本對(duì)決定在任何混合設(shè)計(jì)中所應(yīng)加入的纖維量是主要標(biāo)準(zhǔn)。在大多數(shù)情況下纖維的加入量為硬化的水硬性混合物體積的約0.2%-約50%，較佳的為約1%-約30%，最佳的為約5%-約15%。
然而可以理解，纖維強(qiáng)度是決定纖維用量的一個(gè)非常重要的因素。纖維的抗拉強(qiáng)度愈大，就可以使用愈少的量，使制到的產(chǎn)品獲得相同的抗拉強(qiáng)度。當(dāng)然，盡管一些纖維抗拉強(qiáng)度大，但是抗拉強(qiáng)度低的其他類型纖維可能更具有彈性。因此，為了使獲得的產(chǎn)品最大限度地具有多種性能，例如高抗拉強(qiáng)度和高強(qiáng)性，可以混合使用兩種或多種纖維。
應(yīng)當(dāng)理解，用于本發(fā)明范圍的纖維不同于在造紙或制造紙板產(chǎn)品中典型采用的纖維，其區(qū)別主要在加工纖維的方法上。在造紙中，是典型地來(lái)用Kraft或亞硫酸鹽方法以形成漿板。在Kraft方法中，纖維在NaOH工藝中煮，從而使纖維斷裂。在亞硫酸鹽方法中，在纖維降解過(guò)程中則使用酸。
在這兩種方法中，為了使纖維壁中的木質(zhì)素釋放，都是先將纖維處理。但是，為了使木質(zhì)素從纖維中釋放出來(lái)，纖維的部分強(qiáng)度都損失了。因?yàn)閬喠蛩猁}方法的作用更劇烈，所以用亞硫酸方法生產(chǎn)的紙的強(qiáng)度通常只及用Kraft法生產(chǎn)的紙的強(qiáng)度的約70%。(因此，隨著木纖維的加入，最好是使用Kraft的工藝)。
通過(guò)Kraft法或亞硫酸鹽法將木材制成木漿后，為了進(jìn)一步釋放纖維中的木質(zhì)素和半纖維素，同時(shí)也為了使纖維綻裂(fray)，將木漿在打漿機(jī)(beater)中進(jìn)一步處理。將通常含有99.5%水和0.5%木漿的漿料進(jìn)行重度擊打，這是為了釋放足夠多的半纖維素，并使纖維充分綻裂，從而足以形成基本上能通過(guò)纖維間的網(wǎng)效應(yīng)(webeffect)而自我粘結(jié)的纖維混合物。
由于綻裂的纖維末端的網(wǎng)效應(yīng)、釋放的木質(zhì)素和半纖維素的粘連能力以及纖維間的氫鍵鍵合作用，纖維之間基本上是自我粘結(jié)的。因此，“成網(wǎng)物理過(guò)程”和氫鍵鍵合作用支配著維持獲得的紙或紙板的完整性的力。但是，打漿這樣劇裂處理的代價(jià)是，沿著纖維的全長(zhǎng)上產(chǎn)生了較大的缺陷，從而導(dǎo)致?lián)p失了抗拉、撕裂和突裂三種強(qiáng)度的大部分。
相反，在本發(fā)明范圍內(nèi)的纖維不經(jīng)歷這種采用打漿機(jī)的劇烈處理，從而保留了它們最初強(qiáng)度的大部分。之所以能如此是因?yàn)樗鼈冇伤残哉澈蟿┱澈显谝黄?。因此，?duì)維持本發(fā)明產(chǎn)品的完整性起主要作用的是基體與纖維的粘著力而不是成網(wǎng)物理過(guò)程中的力。
因此，可以在本發(fā)明的水硬性混合物中加入少得多的纖維，而依然能從纖維獲得高水平的強(qiáng)度。采用較少的纖維而能維持良好的強(qiáng)度性能就可以更經(jīng)濟(jì)地(與紙相比)生產(chǎn)薄板或容器，這是因?yàn)?1)纖維的典型特點(diǎn)就是比水硬性粘合劑或骨料都貴得多;(2)用于處理設(shè)備的投資可以大大減少。
還應(yīng)理解，有些纖維例如南部松和蕉麻，具有高的撕裂強(qiáng)度和急裂強(qiáng)度，而其他纖維例如棉花則具有較低的強(qiáng)度但卻有較好的柔軟性。在期望具有柔軟性、高撕裂強(qiáng)度和高急裂強(qiáng)度的情況下，可以在混合物中混合加入具有不同性能的纖維。
G.分散劑“分散劑”這個(gè)術(shù)語(yǔ)在此是指一組材料，它的加入可降低水硬性混合物的粘度和屈服應(yīng)力，對(duì)分散劑用途更具體的描寫可見(jiàn)Anderson，P.J.的碩士論文，“EffectsofOrgaricSuperplasticizingAdmixturesandtheirComponentsonZetaPotentialandRelatedPropertiesofCementMaterials”(1987)。
分散劑一般的作用是通過(guò)被吸附到水硬性粘合劑顆粒的表面和/或粘合劑顆粒的附近的膠體雙電層中來(lái)進(jìn)行的，這就在顆粒表面上或附近產(chǎn)生了負(fù)電荷，使顆?；ハ嗯懦?。顆粒的這種排斥作用使摩擦或吸引力減小，從而增加了“潤(rùn)滑”，而該吸引力在沒(méi)有這種排斥作用情況下就會(huì)使顆粒的相互作用更大。所以在要保持水硬性混合物的加工性時(shí)，開(kāi)始只需加入較少的水。
在塑性、粘著性和/或形狀穩(wěn)定性要求不高的場(chǎng)合，大大減低粘度和屈服應(yīng)力是希望的。甚至在加入很少水特別是“缺”水時(shí)，加入分散劑可幫助水硬性混合物保持加工性。所以，加入一種分散劑就可以更少地加水，不過(guò)如果加入太多的分散劑會(huì)使薄板或容器的形狀穩(wěn)定性有某種程度的下降，但開(kāi)始加入較少的水根據(jù)Feret方程，從理論上講會(huì)使最終的硬化產(chǎn)品強(qiáng)度更高。
是否缺水是用來(lái)使粘合劑水化，所要的化學(xué)計(jì)算水量和占據(jù)水硬性混合物中顆粒之間空隙的水量的函數(shù)，所述的顆粒包括水硬性粘合劑顆粒本身和骨料材料和/或纖維物質(zhì)的顆粒。如前所述，顆粒填充減少了水硬性粘合劑和骨料之間的間隙，所以，充分使粘合劑水化和通過(guò)填充間隙空間以保持水硬性混合物的加工性所必要的水，也就減少了。
但是，由于分散劑具有涂覆機(jī)理的特點(diǎn)，其加入到混合物中的次序經(jīng)常是關(guān)鍵的。如果加入一種絮凝/膠凝劑例如纖基乙酸鈉(Tylose)，必須先加分散劑再加絮凝劑，否則，由于Tylose會(huì)不可逆地吸收到水硬性粘合劑顆粒的表面上形成保護(hù)膠體，阻止分散劑被吸附，因而分散劑就不能吸附到水硬性粘合劑顆粒的表面上。
較好的分散劑是磺化萘甲醛縮合物，比如URDA19，它從Baltimore的W.R.Grace公司可買到。其它的作用良好的分散劑包括磺化蜜胺甲醛縮合物，木質(zhì)素磺酸酯和聚丙烯酸。
分散劑的加入量通常占到水硬性粘合劑重量的約5%，較好的為在約0.2%-約4%范圍內(nèi)，最好在約0.5%-約2%范圍內(nèi)。但是，由于分散劑會(huì)延緩例如水硬性水泥和水之間的水化反應(yīng)，所以不加入太多的分散劑是重要的。事實(shí)上如加入太多，就妨礙了水化作用，從而破壞了整個(gè)水泥糊漿的粘合能力。
在本發(fā)明中所考慮用的分散劑有時(shí)候在混凝土工業(yè)中是指“超增塑劑”。為了更好地將分散劑與經(jīng)常作為增塑劑的流變性改性劑區(qū)分開(kāi)來(lái)，在本發(fā)明中不用“超增塑劑”這一術(shù)語(yǔ)。
H.空氣空隙在絕熱性而非強(qiáng)度是主要因素的地方(不管希望是隔熱或隔冷材料)，希望在容器的水硬性結(jié)構(gòu)基體中除了用輕質(zhì)骨料外還摻入微小的空氣間隙，或其摻入是代替輕質(zhì)集料，使容器的絕熱性提高。要仔細(xì)計(jì)算摻入膠結(jié)混合物中的空氣空隙的量，使容器在不降低強(qiáng)度到無(wú)用的程度情況下具有必要的絕熱性能。但如果絕熱性不是某種產(chǎn)品的重要特性時(shí)，一般所希望的是把所有空氣空隙減低到最少<p>a1＝0.598216×10-1a2＝0.363866×10-4a3＝-1.93257a4＝0.751252×10-1a5＝0.531343×10-5將測(cè)溫范圍
分為兩段(0，200]，(200，610]，然后采用改進(jìn)的“三點(diǎn)法”進(jìn)行線性校正，在具體實(shí)施中，根據(jù)實(shí)際情況，可適當(dāng)將溫度分段，在每一段上施行“三點(diǎn)法”，分段越多，校正精度越高。
溫度控制采用前述變速積分，其中

Ki據(jù)實(shí)際整定PID控制參數(shù)計(jì)算Ki＝Kc/Ti。
STD控制機(jī)選用Z-80系列，對(duì)應(yīng)圖一中各功能模板均屬商品化產(chǎn)品，可直接選用，各功能模板間通過(guò)STD總線聯(lián)系起來(lái)構(gòu)成一個(gè)特定用途的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)功能模板與傳感器[16]，[17]，[18]，[23]，可控硅控制主回路[12]，電磁閥(13)，聯(lián)鎖保護(hù)電路(14)間均應(yīng)通過(guò)屏蔽控制電纜連接。
溫度冷端補(bǔ)償電路中，TT選AD590，Ri＝1kΩ，Rf＝50kΩ，放大器A選用μA741，可控硅控制主回路(12)中限流電阻R取值100Ω～190Ω。
8路溫度計(jì)測(cè)量范圍0～610℃，測(cè)量精度0.4%。
8路溫度控制范圍室溫～600℃，穩(wěn)態(tài)控制精度1%，最大超調(diào)小于10%，<p>如果空氣已入摻入水硬性混合物，則把混合物例如加熱到250℃將使氣體體積膨脹約85%(根據(jù)理想氣體方程)。當(dāng)加熱是適當(dāng)時(shí)，已發(fā)現(xiàn)加熱到約100℃-約250℃的范圍是恰當(dāng)?shù)?。更為重要的是，如果適當(dāng)?shù)丶右钥刂?，加熱并不?huì)在容器結(jié)構(gòu)基體上產(chǎn)生裂紋或在容器表面結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生缺陷。
在其它水硬性混合物粘度高的應(yīng)用中，例如某些模壓過(guò)程所要求的場(chǎng)合，通過(guò)高剪切混和得到足夠數(shù)目的空氣空隙就更難。在這種情況下，通過(guò)把易于氧化的金屬例如鋁、鋅或錫加入水硬性混合物，這種混合物可以是天然堿性的(例如含有水硬性水泥或氧化鈣的混合物)或制備成堿性的(例如那些含石膏或另一種堿性水硬性粘合劑)，也可以將空氣空隙引入水硬性混合物。
這個(gè)反應(yīng)應(yīng)使得在整個(gè)水硬性混合物中有微小的氫氣泡發(fā)生，加入一種堿例如氫氧化鈉到水硬性混合物中，并/或?qū)χ訜?如下所述)會(huì)增加氫氣泡產(chǎn)生的速率。
為了引發(fā)化學(xué)反應(yīng)，并提高氫氣泡的生成速率，還希望對(duì)混合物進(jìn)行加熱。已發(fā)現(xiàn)，加熱模壓的產(chǎn)品到約50℃-約100℃的范圍，較好到約75℃-約85℃的范圍，可有效控制反應(yīng)并驅(qū)除多量的水。而且，該加熱過(guò)程不含將裂紋引入模壓產(chǎn)品的基體。把空氣氣泡引入結(jié)構(gòu)基體這個(gè)第二種方法可與前述的方法結(jié)合運(yùn)用或代替之，前述的該方法即是在用于某些模壓過(guò)程的水硬性混合物粘度低的情況下，通過(guò)高速高剪切混合來(lái)引入空氣。
最后，空氣空隙被引入水硬性混合物可在模壓過(guò)程中通過(guò)向混合物加入一種混合物被加熱時(shí)會(huì)膨脹的發(fā)泡劑來(lái)進(jìn)行。典型的發(fā)泡劑由低沸點(diǎn)液體和細(xì)的碳酸鈣(滑石)組成。將滑石和發(fā)泡劑均勻地混入水硬性混合物并在加熱情況下同時(shí)加壓。這種液體發(fā)泡劑滲透到各個(gè)滑石顆粒的孔隙中，然后，在壓力突然降低時(shí)，發(fā)泡劑可通過(guò)其熱膨脹從這些顆粒作為的點(diǎn)上蒸發(fā)起來(lái)。
在模壓或擠壓過(guò)程中，混合物在加壓時(shí)同時(shí)加熱。雖然加熱通常會(huì)引起發(fā)泡蒸發(fā)，而增加壓力則阻止發(fā)泡劑蒸發(fā)，因而臨時(shí)地形成了一個(gè)平衡。在材料模壓或擠壓之后，卸去壓力，發(fā)泡劑蒸發(fā)，因而使水硬性材料膨脹或“發(fā)泡”，最后水硬性材料硬化，整個(gè)結(jié)構(gòu)基體中分布著極細(xì)小的空隙。在混合物被加熱到水的沸點(diǎn)以上且保持直至50巴壓力時(shí)，水也可作發(fā)泡劑。
空氣空隙增加了水硬性成形容器的絕熱性能，也大大降低了其體積密度，因而大大降低了最終產(chǎn)品的重量，這就減少了所形成產(chǎn)品的整個(gè)質(zhì)量，減少了制造容器所需的材料量，也就減少了一次性容器最終被棄去的材料量。
也發(fā)現(xiàn)，在膠結(jié)材料的容器硬化后，本發(fā)明的許多配方制定使基體略有滲透性，特別是對(duì)微小的氫氣體分子，它可從結(jié)構(gòu)基體中滲出。這種通氣能力對(duì)某些食物容器是非常希望的，例如在快餐業(yè)中所用的使面包產(chǎn)品不發(fā)潮的“蛤殼式”容器。
I.促凝劑在有些情況希望把一種適當(dāng)?shù)拇倌齽┘尤牖旌衔飦?lái)加快水硬性混合物的早期硬化過(guò)程，這包括Na2CO3、K2CO3、KOH、NaOH、CaCl2、CO2、三乙醇胺、鋁酸鹽和強(qiáng)酸例如HCl、HNO3和H2SO4的無(wú)機(jī)堿金屬鹽。事實(shí)上，任何可增加石膏和氫氧化鈣溶解度的化合物都可加速水硬性混合物，特別是膠結(jié)混合物的早期硬化。
加入到某種水硬性混合物的促凝劑用量將取決于所希望的硬化加速程度，而這則取決于種種因素，包括配方制定、混和組分和模壓水硬混合物步驟之間的時(shí)間間隔，混合物的溫度和促進(jìn)劑的種類。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員是能夠根據(jù)一定制造過(guò)程的諸多參數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)所加入促凝劑的量以達(dá)到水硬性混合物最佳硬化時(shí)間的。
J.涂料在容器材料中，每種組分物質(zhì)基本上對(duì)人和動(dòng)物是無(wú)害的，但是用密封材料和其它保護(hù)性涂料來(lái)涂覆食物和飲料的水硬性成形容器也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。一種這樣的涂料是碳酸鈣，也可用它在容器表面印上標(biāo)記。其它可能適當(dāng)?shù)耐苛习u基丙基甲基纖維素、聚乙烯乙二醇、高嶺土、丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚尿烷、密胺、聚乙烯、聚乳酸、合成聚合物、蠟(例如蜂蠟或石油基蠟)。
在有些情況下，最好的涂料是彈性體的，可變形的或防水的，也可用一些涂料來(lái)加強(qiáng)嚴(yán)重彎曲的地方，例如盒子或“蛤殼式”容器的鉸接處。在這種情況下，一種易彎的，可能的話是彈性體的涂層是較好的。除了這些涂料，所有FDA批準(zhǔn)的涂料都可根據(jù)運(yùn)用情況來(lái)加入使用。
例如一種FDA批準(zhǔn)的由硅酸鈉組成的涂料，是抗酸的特別有用的涂料。抗酸性是重要的，比如當(dāng)容器與高酸含量的食物或飲料例如軟飲料或果汁接觸的時(shí)候。在希望保護(hù)容器不受堿性物質(zhì)影響的場(chǎng)合，可用適當(dāng)?shù)木酆衔锘蛳瀬?lái)涂覆本發(fā)明方法的容器，象涂覆紙容器那樣。
在一些應(yīng)用例如溫?zé)帷⒊睗袷澄锏那闆r，重要的是涂層要讓容器“通氣”，即可滲透水氣分子，同時(shí)仍然能夠使潮濕的食物產(chǎn)品較好地保溫。換句話說(shuō)，在“可通氣”容器中，水不能通過(guò)容器壁，而水蒸氣能夠，這種可通氣性對(duì)于某些食物產(chǎn)品例如漢堡包以免面包發(fā)潮是很重要的。
另一類可用在本發(fā)明容器表面上的涂料是把熱量反射入容器或從中反射出來(lái)的反射性涂料，這種反射性涂料是本技術(shù)領(lǐng)域所熟知的，不過(guò)它們用在水硬性成形的容器上都是新的。
Ⅱ.材料對(duì)于容器的一些特定應(yīng)用使本發(fā)明的食物或飲料容器具有強(qiáng)度的基本結(jié)構(gòu)組分是水硬性結(jié)構(gòu)基體，在由水硬性粘合劑和水反應(yīng)產(chǎn)生形成基體中，也摻入帶來(lái)另一些特征和性能(包括強(qiáng)度性能)的其它組分，例如纖維，骨料，空氣空隙、流變性改性劑、分散劑甚至促進(jìn)劑。
A.水硬性混合物中諸組分的目的如上所述，加入纖維是使水硬性成形容器具有抗拉強(qiáng)度和韌性;有時(shí)候纖維也對(duì)所制造物件的絕熱性有幫助。在絕熱的和/或重量輕的容器中，骨料用于增加水硬性成形容器的絕熱性并減少其體積比重。另外，不連續(xù)的細(xì)小的空氣空隙可用機(jī)械方法或化學(xué)方法引入水硬性混合物來(lái)協(xié)助或代替輕質(zhì)骨料。
如果重量輕和絕熱性高不是那末要求高，或特別希望具有較大抗壓強(qiáng)度的密實(shí)產(chǎn)品，重量重(且從價(jià)格較低)的骨料例如細(xì)磨碎的砂可加入來(lái)增加水硬性材料的體積，減少其成本。在其它地名已討論過(guò)，骨料的選擇對(duì)決定所制成的產(chǎn)品的表面光潔度和織構(gòu)是很重要的，加入云母可得到平光的表面，加入粗砂可得到粗糙的織構(gòu)。
因?yàn)楸景l(fā)明是針對(duì)要與食物接觸的容器的，所以在容器中的材料一定不能任何毒物或使之進(jìn)入其中的食物或飲料，本發(fā)明所用的典型的水硬性粘合劑、骨料和纖維符合此一要求。在此所用的較好的水硬性水泥在水化前含有其不同的下列化合物CaO，SiO2，Al2O3，F(xiàn)eCO3，MgO和SO3。一水化，這些物質(zhì)就反應(yīng)生成了非常穩(wěn)定、巖石狀的化合物，它們基本上對(duì)人和動(dòng)物無(wú)害。
特別地說(shuō)，水化合這些物質(zhì)緊緊地結(jié)合成為微晶相，這些微晶相基本上是不溶于水的，這些微晶相分類如下阿利特(alite)硅酸三鈣(3CaO·SiO2或C3S)貝利特(belite)硅酸二鈣(2CaO·SiO2或C2S)采利特(Celite)鋁酸三鋁(3CaO·Al2O3或C3A)和鋁鐵酸四鈣(4CaO·Al2O3·Fe2O3或C4AF)硅酸鈣類僅長(zhǎng)時(shí)間微溶于水。
在此所用的纖維最好是來(lái)自植物原料的天然有機(jī)纖維或是惰性的無(wú)機(jī)纖維例如玻璃纖維。這兩種纖維對(duì)人和動(dòng)物都是無(wú)害的。
優(yōu)選的骨料較好是小而重量輕的巖石狀物質(zhì);在許多情況這些材料最好含有高百分率的空氣空隙，它天然地存在或可通過(guò)已知的工藝技術(shù)來(lái)引入。象水泥一樣，這種骨料也是惰性的、非常穩(wěn)定、對(duì)人和動(dòng)物無(wú)害。
骨料粒度的控制是務(wù)使具有最佳的顆粒填充密度，以使與水硬性混合物結(jié)合的骨料達(dá)最佳所希望的性能和特征。順便提一下，顆粒填充技術(shù)使基體中骨料量最大，骨料間的空間(因此不連續(xù))最小，這樣加入較少的水也可得到較大的加工性，最終使干燥過(guò)程更簡(jiǎn)單、迅速，因此更便宜，并且在食物或飲料容器中的硬化結(jié)構(gòu)基體更為牢固。
用化學(xué)方法引入結(jié)構(gòu)基體的不連續(xù)空隙在氫氣從基體滲出后很可能被空氣填充，(如其他地方所述的，其它類似的安全氣體也可在該生產(chǎn)過(guò)程中加以應(yīng)用)。與此相反，在聚苯乙烯泡沫容器的所形成的基體中的空氣囊可能含有在生產(chǎn)聚苯乙烯時(shí)產(chǎn)生的有毒CFCs或其它氣體發(fā)泡劑。類似地，已如上述，漂白的低產(chǎn)品可能為含二惡英(dioxin)氣體的細(xì)小空隙所浸透。
本發(fā)明范圍中的水硬性成形容器的特點(diǎn)在于重量輕，而在達(dá)希望目的的同時(shí)仍有足夠的強(qiáng)度。較好地，本發(fā)明的泡沫狀組合物具有約0.7g/cm3以下的體積密度，粘土狀組合物具有約小于0.7g/cm3以下的體積密度，薄板狀組合物則具有約小于1.2g/cm3的體積密度。
典型地，水硬性成形容器具有約1MPa·cm3/g到約300MPa·cm3/g的強(qiáng)度與體積密度的比率，在優(yōu)選實(shí)施例中，抗拉強(qiáng)度對(duì)體積密度的比率通常在約2MPa·cm3/g到約60MPa·cm3/g范圍，更好的為約3MPa·cm3/g到約30MPa·cm3/g范圍。
本發(fā)明水硬性成形容器的一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是它們不需要或不會(huì)釋放二惡英或耗費(fèi)臭氧的化學(xué)物質(zhì)，另外，如果它們被丟棄入土中，不會(huì)象外在材料一樣長(zhǎng)期留在環(huán)境中，這些材料一定要經(jīng)過(guò)生物降解(經(jīng)常要過(guò)幾年或幾十年)才對(duì)環(huán)境無(wú)害。而廢棄的水硬性成形容器基本上由已在泥土中存在的同樣材料組成，在典型的廢棄物填埋場(chǎng)中重量和壓力下，這種杯子和容器會(huì)碎裂和崩散成對(duì)環(huán)境中性的粉末，該粉末與填埋場(chǎng)中已存在的灰塵和巖石是相容的。如果這些容器被丟棄在地面上，當(dāng)與水接觸或受其他自然力量時(shí)，會(huì)很快分解成基本塵狀的粉末。
另外，水硬性成形杯子和容器可用最少的能量簡(jiǎn)便地完全回收，不象紙或塑料產(chǎn)品需要大量的處理使之達(dá)到一個(gè)適于作為原料材的狀態(tài)。廢棄的水硬性成形容器可以磨碎，其回收的辦法是將磨細(xì)的料引入新的容器料中或其它膠結(jié)材料中作為原始水糊漿的骨料組分。
Tylose

和其它一些流變性改性劑有助于增加水硬性混合物的屈服應(yīng)力，因而也增加其加工性。已表明Tylose

可增加最終硬化容器的柔軟性和抗拉強(qiáng)度(如果大量加入的話)。低分子量的流變性改性劑可以潤(rùn)滑骨料和粘合劑的顆粒以及鄰近的模子表面，因而增加混合物的可模壓性。
既含水硬性粘合劑又含骨料的這種特性是與原有技術(shù)所生產(chǎn)的容器的另一個(gè)不同之點(diǎn)，后者典型地是由均一的材料例如聚苯乙烯、紙或金屬組成，其中的雜質(zhì)阻礙了它們的回收性。相反，雜質(zhì)例如衛(wèi)生紙、草質(zhì)紙或食物殘?jiān)?它們都是纖維源)不會(huì)阻礙本發(fā)明水硬性成形的食物和飲料容器的完全回收。
B.工藝技術(shù)和條件為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在說(shuō)明書和所附權(quán)利要求書中所用的術(shù)語(yǔ)“模壓”是指在此所述或在粘土、陶瓷和塑料領(lǐng)域熟知的各種模壓、澆鑄和擠壓以及水硬性產(chǎn)品從模子的卸除(脫膜)過(guò)程。術(shù)語(yǔ)“模壓”還包括當(dāng)水硬性混合物在模子中的其它可能發(fā)生的過(guò)程，例如對(duì)水硬性混合物加熱，使摻入水硬性混合物的氣泡釋放的鋁或其它金屬與水硬性混合物的反應(yīng)，模子中水硬性混合物的體積膨脹。
為使本發(fā)明水硬性混合物有效地被模壓，水硬性組合物在生態(tài)就保持形狀穩(wěn)定是重要的;也就是說(shuō)，模制產(chǎn)品必須能快速(最好在三秒鐘內(nèi)或更短)支承自己的重量，另外，它必須足夠地硬化以便能從模子中快速脫出，否則模壓費(fèi)用會(huì)使工藝不經(jīng)濟(jì)。另外，模壓的膠結(jié)質(zhì)制品的表面不能太粘，因?yàn)槟菚?huì)使脫模過(guò)程不可能且使模壓制品便于處理和疊放。
水硬性粘合劑、骨料、纖維和(可有可無(wú))空氣空隙的結(jié)合就產(chǎn)生一種組合物，它常用紙制或聚苯乙烯制杯子和容器具有同樣厚度的薄板，它也可方便地模壓或加工成各種形狀，包括杯、容器、盤、大淺盤、淺盤、“蛤殼式”箱、盒、吸管、蓋子、器皿和類似的產(chǎn)品。
生成的水硬性成形容器還具有低的體積密度(體積比重經(jīng)常小于約1)，這種輕質(zhì)產(chǎn)品與常規(guī)的由聚苯乙烯和紙制成的一次性杯子和容器是可相比的。
為了使材料具有最佳的高抗拉強(qiáng)度、韌性和絕熱性，根據(jù)本發(fā)明纖維可單向地或雙向地排列即疊放，而不是在整個(gè)結(jié)構(gòu)基體中隨機(jī)地分布。經(jīng)常較好的做法是，將纖維攤開(kāi)在一平面上，該平面與水硬性成形的薄板或容器壁這兩平面之一是平行的。
纖維的這種排列可藉許多種模制技術(shù)例如對(duì)水硬性混合物進(jìn)行盤車?yán)?、沖壓、拉動(dòng)錯(cuò)位、熱壓、擠壓或軋光來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常，在模壓過(guò)程中纖維的取向就是材料的流向，通過(guò)控制模壓過(guò)程時(shí)材料的流動(dòng)樣式可以形成具有所希望纖維取向的容器。
若用在通?；炷辽a(chǎn)中出現(xiàn)的較大而連續(xù)的且不需要的空氣泡沫來(lái)衡量，這些過(guò)程是幾乎不產(chǎn)生孔隙的，這就大大增加了水硬性材料的抗壓和抗拉強(qiáng)度，大大降低了當(dāng)容器受到外力時(shí)基體裂開(kāi)或撕開(kāi)的可能。
典型的膠結(jié)質(zhì)產(chǎn)品中不希望的不連續(xù)性如空隙不應(yīng)該與通過(guò)直接加入氣體、用高剪切混和器或加入反應(yīng)的金屬而故意引入水硬性結(jié)構(gòu)基體中的細(xì)小空氣(或其它氣體)泡混淆起來(lái)，不希望的空隙或不連續(xù)性是大而隨機(jī)分布的，對(duì)絕熱性幾乎沒(méi)有好處，卻同時(shí)大大降低了結(jié)構(gòu)基體的完整性和強(qiáng)度性能。
與此相對(duì)照，有意引入的氣泡或空隙則通常是均勻地細(xì)分布于整個(gè)水硬性混合物中，能夠起絕熱作用，且用于制造食物或飲料容器時(shí)材料有足夠的強(qiáng)度。
用含空氣空隙的輕質(zhì)骨料來(lái)在增加容器強(qiáng)度的同時(shí)，要獲得可接受的絕熱性通常是可能的，這就容許用一種一個(gè)更為牢固、更連續(xù)的將顆粒緊包在一起的水硬性膠結(jié)材料。
那些摻入了大量細(xì)小氣泡或空隙的杯子和其它容器具有與聚苯乙烯杯子和容器類似的絕熱性能，還具有足夠的抗壓、抗拉和彎曲強(qiáng)度，以致當(dāng)從兩米或更高處落到大理石地面上時(shí)也不會(huì)破裂。這是沒(méi)有預(yù)料到的，那么薄的混凝土因其很低的強(qiáng)度和彈性通常是非常脆弱的。
本發(fā)明制造的水硬性成形容器已顯示出，在快餐業(yè)的食物和飲料分配典型的所用時(shí)間內(nèi)具有熱飲料(至少約45℃，較好至少約65℃，最好至少約80℃)和食物產(chǎn)品(至少約25℃)的足夠絕熱性。另外，該材料已表明具有把食物(甚至包括冰淇淋或其他冷凍產(chǎn)品)和飲料保持低溫(約15℃以下，甚至低于一些食物產(chǎn)品所要求的約0℃以下)的能力以有足夠的時(shí)間進(jìn)食。
通過(guò)改變水泥、水、骨料、纖維和有流變性改性劑作用的增塑劑等的量，有可能控制水硬性糊漿的流變性即流動(dòng)性質(zhì)。例如沖壓、盤車?yán)骰蜃⒛７ǔ尚螘r(shí)，經(jīng)常最好以一種粘度相對(duì)較高的水硬性混合物開(kāi)始，在其生態(tài)它的形態(tài)穩(wěn)定性很好的;生成的模制品在成形后會(huì)保持形狀，甚至在干燥或硬化前就會(huì)這樣。
當(dāng)擠壓、軋光、拉動(dòng)錯(cuò)位或熱壓時(shí)，水硬性混合物最好是粘度較低，屈服強(qiáng)度應(yīng)力較低，這樣可以方便地流動(dòng)和加工。因?yàn)橛蛇@些方法形成的容器通常需加熱以除去許多水，得到干的形狀更穩(wěn)定的產(chǎn)品，所以沒(méi)有必要象其它模壓加工一樣水硬性混合物須具有高的屈服應(yīng)力或初期形狀穩(wěn)定性。
但是，即使粘度小的水硬性混合物也能在加熱時(shí)快速達(dá)到形狀的穩(wěn)定性，使該生產(chǎn)過(guò)程商業(yè)上可行并能大量生產(chǎn)產(chǎn)品。這一點(diǎn)是很重要的，因?yàn)楫a(chǎn)品在模子中停留時(shí)間越長(zhǎng)，許多情況下這就意味著成本也越高。
不管需要的是粘度較高或較低的水硬性糊漿，通常希望加入對(duì)某一模壓過(guò)程的流變性來(lái)說(shuō)必要的但盡可能少的水。把水要降到最少的一個(gè)理由是控制水硬性混合物中的水的毛細(xì)管作用，因?yàn)樗鼤?huì)引起水硬性混合物的粘結(jié)，并可引起混合物從模子脫模時(shí)間的困難。把水量降到最小則不含有游離水，并減少了材料與模子的化學(xué)的和力學(xué)的附著作用。因此，如果可能應(yīng)把水的毛細(xì)管作用和相關(guān)的表面張力降到最小，以便在模壓過(guò)程中能快速地將水硬性混合物脫模。
另外，如果用較少的水，則生成的水硬性成形產(chǎn)品強(qiáng)度就高些。當(dāng)然，開(kāi)始時(shí)加入更多的水則更要求在干燥或硬化過(guò)程中從水硬性混合物中除去更多的水，因而增加了生產(chǎn)成本。
為了得到具有適當(dāng)加工性和生態(tài)強(qiáng)度的水硬性混合物，在水硬性混合物中調(diào)節(jié)水含量，并且使用流變性改性劑和可選擇地使用分散劑是很重要的。如上所述，有許多適當(dāng)?shù)牧髯冃愿男詣?br> 流變性改性劑增加了屈服應(yīng)力，并使混合物更有彈性，使之可以變形、可以模壓，在卸去模制壓力后可保存形狀。這使模壓的產(chǎn)品能抵抗一些力的作用例如重力(即它在無(wú)外界支承下就可支承自身的重量)，將產(chǎn)品從模子脫模引起的力，以及隨后在它基本硬化之前對(duì)容器進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)等時(shí)引起的力。
對(duì)常規(guī)的模壓過(guò)程，有好幾種改進(jìn)，最好被采用以使制造過(guò)程簡(jiǎn)便易行。例如，常希望用一種脫模劑處理模子以阻止粘結(jié)，適用的脫模劑包括硅油、Teflon

、Deleron

和UHW

。較好的是模子本身由不銹鋼制成，和/或模子用一種有非常光滑表面的材料來(lái)涂覆，涂覆的材料例如Teflon

、Deleron

，或者模子用鉻電鍍?cè)賿伖獾郊s0.1RMS。
用摩擦力可得到同樣的效果，抵著膠結(jié)材料的內(nèi)和/或外表面來(lái)說(shuō)旋轉(zhuǎn)模壓裝置的頭部就可克服膠結(jié)材料與模子的所有化學(xué)的和力學(xué)的粘結(jié)(即粘著性)。
在膠結(jié)混合物模壓和/或硬化的過(guò)程中，經(jīng)常要加熱膠結(jié)混合物，以適當(dāng)控制孔隙率和容器中的體積來(lái)控制空氣空隙系統(tǒng)。然而，這種加熱過(guò)程也使膠結(jié)混合物的表面快速獲得強(qiáng)度從而有助于其在生態(tài)的形狀穩(wěn)定。當(dāng)然，這種加熱也促進(jìn)大量的水從膠結(jié)混合物中快速地除去。這些優(yōu)點(diǎn)的結(jié)果是加熱過(guò)程使食物和飲料膠結(jié)材料容器的制造便于進(jìn)行。
如果氣體已被摻入膠結(jié)混合物中，則把混合物加熱到250℃(根據(jù)氣體體積方程)，氣體體積膨脹85%;當(dāng)需加熱時(shí)已發(fā)現(xiàn)宜加熱到約100℃-約250℃范圍。更為重要的是，只要控制適當(dāng)，加熱不會(huì)在容器的結(jié)構(gòu)基體中產(chǎn)生裂紋或在容器表面織構(gòu)中引起缺陷。
事實(shí)上，在模壓過(guò)程中向膠結(jié)混合物中加入CO2氣體可幫助模壓的產(chǎn)品迅速達(dá)到穩(wěn)定性。從前面的揭示中可明顯地看到，這可以通過(guò)加入CO2氣體或CO2發(fā)生材料，例如易于氧化的金屬象鋅或鋁來(lái)實(shí)現(xiàn)，在此情況下CO2發(fā)生的過(guò)程可藉堿和/或加熱來(lái)加速。
1.混合過(guò)程如上所述有許多種模壓的方法可在本發(fā)明容器的制造中應(yīng)用，目前有三種較好的方法“直接模壓”，“濕板模壓”和“干板模壓”。水硬性混合物的組成雖然隨用不同的模壓過(guò)程而不同，而混合過(guò)程則基本相同。當(dāng)然，要用不同的設(shè)備來(lái)方便地給模壓設(shè)備提供進(jìn)料。
為了制備一種所希望的水硬性混合物，將纖維、水、流變性改性劑和其它添加劑最好在一高剪切混合器中一起混和，以形成一良好分散的均勻混合物。高剪切混合用于加入纖維材料，保證其良好分散在整個(gè)混合物內(nèi)，結(jié)果獲得混和更為均勻的混合物，這就改善了生料混合物的稠度，提高了最終硬化產(chǎn)品的強(qiáng)度。最好也在高剪切混和步驟中加入水硬性粘合劑以及用量較少的某些骨料例如云母來(lái)在最短時(shí)間內(nèi)得到一均勻混合物。
用標(biāo)準(zhǔn)的水泥混合物技術(shù)加入纖維材料通常會(huì)導(dǎo)致纖維的積聚，使所制成的板材或物件變形。標(biāo)準(zhǔn)混合器例如園筒式混合器是通過(guò)低能攪拌或旋轉(zhuǎn)將所希望混和物的組分混合起來(lái)。相反，高剪切混合器能夠快速地混合，對(duì)水硬性材料中的顆粒和加入的纖維材料施加很大的剪切力，造成纖維和顆粒在整個(gè)混合物中均勻地分散，因而在硬化的板材中產(chǎn)生一個(gè)更為均勻的結(jié)構(gòu)基體。較高強(qiáng)度的細(xì)顆粒骨料(例如砂、二氧化硅或氧化鋁)也可用一高速混合器混入，不過(guò)如果這些骨料以很高的濃度加入，致使水硬性混合物具有較低的水含量和高的粘度，則不能用高速混合器。
因此，以較高濃度加入骨料(有時(shí)候包括加入水硬性粘合劑)到混合物中去是用低剪切混和器進(jìn)行的。在加入的輕質(zhì)骨料(例如珍珠或中空玻璃球)不能受高剪切力而不致破裂的情況下，特別是如此。較好的是骨料的尺寸不要超過(guò)板材的最終厚度，因?yàn)檫^(guò)大的骨料會(huì)損壞輥?zhàn)忧以诎灞砻娈a(chǎn)生缺陷。
在高剪切或低剪切混合步驟中是否加入水硬性粘合劑取決于水硬性粘合劑的本性以及混合物隨后被處理的方式。據(jù)信在顆粒水溶膠凝膠形成后，對(duì)水硬性水泥的高剪切混和會(huì)瓦解這種凝膠并使最終硬化產(chǎn)品的抗壓和抗拉強(qiáng)度降低。
在可選用的實(shí)施例中，其它添加劑例如加氣劑和反應(yīng)性金屬也可摻入混合物以得到具有較低密度和較高絕熱性的最終材料。
在實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)典型混合過(guò)程中，是用高剪切高速混合器將適當(dāng)?shù)囊恍┙M分混合約1分鐘，然后，用低剪切、低速混合器將其余的組分混入混合物，為時(shí)5分鐘。每批材料的整個(gè)混合時(shí)間因此為約6分鐘，不過(guò)根據(jù)水硬性混合物的本性，混合時(shí)間可以變化。工業(yè)上可用適當(dāng)?shù)幕旌掀鱽?lái)顯著地縮短混和時(shí)間。
在目前的優(yōu)選實(shí)施例中，一個(gè)既能高剪切又能低剪切的水泥混合器用于按成批方式對(duì)材料進(jìn)行計(jì)量和混合。這個(gè)混和器可每批處理達(dá)3501的材料，如果一個(gè)混和循環(huán)為6分鐘，則能夠每小時(shí)生產(chǎn)約2000kg水硬性混合物，若設(shè)每立方尺為0.5g/cm3。
在另一個(gè)實(shí)施例中，名為“混和和攪拌設(shè)計(jì)”的美國(guó)專利No.4，225，247，和名為“生產(chǎn)膠體混合物的方法和裝置”美國(guó)專利No.4，552，463中所述的高速、高剪切混合器可用于混合水硬性混合物。然后，混合物可轉(zhuǎn)入一低速低剪切混合器以完成混合過(guò)程。用帶有一高剪切混和室的現(xiàn)代化擠壓設(shè)備可將混合步驟與擠壓步驟結(jié)合起來(lái)。
此混和器的內(nèi)部部件可由不銹鋼制成，因?yàn)橛捎谄浜浚瑢?duì)混和器的摩擦不是太大。但是，混合器部件可覆以碳化物以延長(zhǎng)壽命，從而可抵抗所有的摩擦和含骨料和水硬性粘合劑的混合物的強(qiáng)堿條件。
加入本發(fā)明水硬性混合物的各種組分材料是容易取得的，可以大量購(gòu)買，而所費(fèi)不多。它們可在袋、箱或車皮中運(yùn)輸和儲(chǔ)存，然后用本領(lǐng)域的常規(guī)方法搬動(dòng)或卸下。另外，材料可在儲(chǔ)量很大的地下倉(cāng)庫(kù)中儲(chǔ)藏，然后用傳送機(jī)抽出并運(yùn)送到混和地點(diǎn)。
如前所述，水硬性混合物可對(duì)之進(jìn)行微結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)，以使其具有某些所希望的性能。因而在對(duì)組分進(jìn)行成批或連續(xù)混入的過(guò)程中精確計(jì)量所加入材料的量是重要的。
2.“直接模壓”過(guò)程(a)定位在水硬性混合物已如上述制備后，“直接模制”過(guò)程的下一步是在一副模子中將膠結(jié)混合物定位(放置)，以便隨后成制成膠結(jié)質(zhì)的容器。一副模子包括一個(gè)具有所希望形狀的陽(yáng)模板和實(shí)際上在形狀方面與陽(yáng)模板相配合的陰模板。結(jié)果，當(dāng)膠結(jié)混和物在模板之間被壓縮時(shí)，膠結(jié)混和物就制成具有相應(yīng)于模板形狀的容器。
本發(fā)明構(gòu)思了在陽(yáng)模板和陰模板之間將膠結(jié)混合物定位的兩種一般方法。在優(yōu)選實(shí)施例中，將陽(yáng)模板部分地插入陰模板，在兩模板間留一個(gè)空隙距離，該“空隙距離”被定義為使兩個(gè)模板達(dá)到配合，一個(gè)模板相對(duì)于另一個(gè)模板必須移動(dòng)的距離。所謂模板“達(dá)到配合”是指一個(gè)模板插入另一個(gè)模板從而在兩模板之間形成一模子區(qū)域?！澳Ｖ茀^(qū)域”定義為被壓成容器的希望形狀，它就是模板配合膠結(jié)混合物被推入的區(qū)域。
當(dāng)模板定位好具有“空隙距離”時(shí)在兩模板之間留有一空腔，該“空腔”包括兩模板之間的模制區(qū)域以及在模板間但又對(duì)應(yīng)于空隙距離的另一個(gè)區(qū)域。一旦空腔形成，膠結(jié)化合物就可定位到空腔中即兩個(gè)模板之間，其方法是穿過(guò)兩個(gè)模板之一中的孔或通過(guò)空隙距離注入。
在該優(yōu)選實(shí)施例中，陰模板是垂直地定位在陽(yáng)模板上，然后膠結(jié)混合物通過(guò)在陰模板中的注入孔注入兩模板之間。將陰模板放在陽(yáng)模板之上這種放法地好的，因?yàn)橐坏┠z結(jié)質(zhì)容器被壓制成形且模板分開(kāi)后，膠結(jié)質(zhì)容器就藉重力，留在陽(yáng)模上，這是有利的，因?yàn)殡S后可方便地從陽(yáng)模板上移去容器而不致使其變形。
在膠凝混合物定位之前，最好將模板之間的空隙距離降至最小，以限制在最后加壓即模板配合過(guò)程中膠結(jié)混合物的移動(dòng)。將混合物的移動(dòng)降至最小可減少由于膠結(jié)混合物中不均勻的流動(dòng)而造成最終容器材料中出現(xiàn)不規(guī)則性的機(jī)會(huì)。
在陽(yáng)模和陰模板間的空隙距離典型地為約2mm到約5.0cm范圍，較好為2mm到約3cm范圍，最好2mm到約1cm范圍。但要注意，對(duì)于異常大的物件，空隙距離可能大得多以便將膠結(jié)混合物有效地定位。
在另一個(gè)實(shí)施例中，是用一真空螺旋進(jìn)料器將膠結(jié)混合物注入到模板之間。真空螺旋進(jìn)料器是將膠結(jié)混合物裝入定位時(shí)對(duì)該混合物施加負(fù)壓力，負(fù)壓可將膠結(jié)混合物中所含的空氣排除。若未能排除這些空氣(除非希望有空氣以產(chǎn)生空隙獲得絕熱性能)，就會(huì)制成結(jié)構(gòu)基體不均勻或有缺陷的容器。
在模板間膠結(jié)混合物定位的第二種方法是在模板仍完全分開(kāi)時(shí)進(jìn)行，該方法是將其量足以制造容器的膠結(jié)材料放于陽(yáng)模板的頂上，然后在兩個(gè)模板進(jìn)行配合時(shí)，該物質(zhì)就在模板之間被壓縮。
在另一個(gè)實(shí)施例中，用一型板來(lái)定位膠結(jié)物質(zhì)。在該實(shí)施例中，陽(yáng)模板有一個(gè)帶邊周的基部;而型板則有一個(gè)基本上與陽(yáng)模板基部的邊周相配合的邊周的通道。
該方法是先將一定量的膠結(jié)混合物形成一個(gè)具有足夠大直徑跨過(guò)型板通道的物體，然后把該物體放于型板上跨過(guò)通道，最后把型板置于陽(yáng)模板和陰模板之間使通道與模板相配合地對(duì)齊。所以，當(dāng)兩個(gè)模板被壓到一起時(shí)，陽(yáng)模板就通過(guò)型板的通道把膠結(jié)混合物壓在模板之間。
上述方法還包括一個(gè)步驟，即把型板放到陽(yáng)模板上使得當(dāng)該膠結(jié)質(zhì)物體獨(dú)立地被擱置在陽(yáng)模板上時(shí)，型板定位于陽(yáng)模板的基部。隨后當(dāng)兩個(gè)模板被壓到一起時(shí)，物體在模板之間再被壓縮。與型板的應(yīng)用相聯(lián)系的其它優(yōu)點(diǎn)將在下面針對(duì)將成形的容器移出模子的步驟來(lái)討論。
(b)成形和模壓制造過(guò)程的下一步是將膠結(jié)混合物在陽(yáng)模板與陰模板之間加壓使之模壓成所希望形狀的膠結(jié)質(zhì)容器。
膠結(jié)混合物在受到模子的壓力成形為容器所希望的結(jié)構(gòu)，因而壓力應(yīng)足以事實(shí)上在模板之間模壓膠結(jié)混合物。另外，壓力最好是夠大能生產(chǎn)具有均一的表面光亮的容器。
用于膠結(jié)混合物的壓力大小也影響生成的容器的強(qiáng)度。研究已發(fā)現(xiàn)混合物中的水泥顆?；ハ嗪芙咏僧a(chǎn)品的強(qiáng)度就會(huì)增加。在模板間用于在水泥混合物的壓力越大，水泥顆粒就被推得越靠近在一起，所以生成的容器強(qiáng)度越大。就是說(shuō)，在膠結(jié)混合物中孔隙度越小，所生成的產(chǎn)品強(qiáng)度就越高。
對(duì)含水量低的膠結(jié)混合物用高壓時(shí)，混合物間的空間就減小，因而在混合物在存在的水就更有效地包圍顆粒并減小摩擦力。實(shí)際上，當(dāng)對(duì)膠結(jié)混合物加壓時(shí)，混合物變得更加流體化即更好加工，因此所需加入的水就減少，所生成產(chǎn)品的強(qiáng)度于是就增加。這用于本發(fā)明，由模板施加的壓力越高，則加到混合物中所需的水量就越低。
盡管通常希望采用高的壓力，但這也有負(fù)面作用。為了生產(chǎn)輕質(zhì)膠結(jié)質(zhì)容器，通常向混合物中加入低密度骨料(例如珍珠巖或中空玻璃球粒)，當(dāng)對(duì)模子所施加的壓力上升時(shí)，這些骨料被壓碎，因而增加了骨料的密度和生成容器的密度，雖然同時(shí)降低了骨料的絕熱效果。
因此對(duì)模子施加的壓力應(yīng)予以優(yōu)化，使膠結(jié)質(zhì)容器的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)均勻性最大，密度低。本發(fā)明中由陽(yáng)模板和陰模板對(duì)膠結(jié)混合物施加的壓力較好為約50psi到約20，000psi范圍，更好的約100psi-約1000psi范圍，最好約150psi-約2000psi范圍。但是，如下所討論的，壓力大小將取決于模壓過(guò)程的溫度和時(shí)間。
在另一個(gè)實(shí)施例中，有對(duì)膠結(jié)混合物加壓到一起的裝置不能達(dá)到所希望壓力的情況，在這些情況下，可設(shè)想重復(fù)加壓直到對(duì)容器的壓力達(dá)到希望為止。
加壓步驟進(jìn)一步包括當(dāng)模板被加壓時(shí)，將空氣從模子中排出，如排不去這種空氣會(huì)在膠結(jié)質(zhì)容器的結(jié)構(gòu)基體中產(chǎn)生空氣泡或變形。典型的是，當(dāng)模板被一起加壓時(shí)，模板間的空氣通過(guò)模板間的空隙距離逸出。
在另一個(gè)實(shí)施例中，模板可以有多個(gè)在模板中延伸的排氣孔，使模子可以透氣，因而當(dāng)模板被一起加壓時(shí)，模板間的空氣能通過(guò)排氣孔排出，這樣就防止在膜腔中形成空氣泡而使膠凝質(zhì)容器變形。
當(dāng)模板分開(kāi)時(shí)，空氣再通過(guò)排氣孔返回入模腔，免得空腔內(nèi)形成真空，這種真空會(huì)對(duì)新形成的膠結(jié)質(zhì)容器施加不適當(dāng)?shù)牧Χ茐乃慕Y(jié)構(gòu)整體性。另外，這些排氣孔可使在下面將要討論的加熱過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)量蒸氣排出。排氣孔可開(kāi)在兩個(gè)模板上或兩者之一上。
(c)加熱在制造過(guò)程中的下一個(gè)步驟是將膠結(jié)混合物加熱一段足夠時(shí)間，使膠結(jié)質(zhì)容器形狀穩(wěn)定。加熱膠結(jié)混合物的優(yōu)選方法是在壓制膠結(jié)混合物之前，分別加熱陽(yáng)模板和陰模板至相應(yīng)的溫度。
在壓制步驟之前升高模子的溫度具有多種作用。為了方便地將膠結(jié)混合物模壓成容器而不壓碎骨料，在混合物中加入額外的水。對(duì)混合物采用經(jīng)加熱的模子，膠結(jié)混合物中的一部分水以蒸汽形式蒸發(fā)，從而減少了水的體積百分含量，因此增加了容器的最終強(qiáng)度。
此外，當(dāng)位于容器表面的水蒸發(fā)時(shí)，那部分膠結(jié)混合物便迅速變干。膠結(jié)混合物中干顆粒間的摩擦力在容器周圍形成了一個(gè)堅(jiān)硬的薄殼，從而給膠結(jié)質(zhì)容器提供了形狀穩(wěn)定性。
對(duì)膠結(jié)混合物加熱同樣增加了硬化的速度。但是，正如下面所論述的那樣，模子對(duì)膠結(jié)混合物維持施壓僅一段短暫的時(shí)間，結(jié)果僅有一部分膠結(jié)混合物通過(guò)反應(yīng)而硬化。因此，形狀穩(wěn)定性所需的較大的強(qiáng)度是干顆粒間摩擦力所造成的。其結(jié)果是，甚至在獲得形狀穩(wěn)定性后，容器仍處于生態(tài)。
將形狀穩(wěn)定性快速賦于處于生態(tài)的膠結(jié)質(zhì)容器的能力是至關(guān)重要的，因?yàn)檫@使得大規(guī)模生產(chǎn)容器有可能。形狀穩(wěn)定性使得容器可以快速地從模壓設(shè)備中移去，從而可以用同樣的模壓或壓制設(shè)備形成新的容器。
升高模子溫度的另一目的是最大限度減少膠結(jié)混合物與模子的粘著。當(dāng)蒸汽從膠結(jié)混合物散發(fā)時(shí)，它在模具和膠結(jié)混合物之間形成一分界層。該分界層產(chǎn)生一相當(dāng)均勻的力，從而傾向于將膠結(jié)混合物推離模子表面，因此防止膠結(jié)混合物粘在模子上。
此外，實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，如果陽(yáng)模板和陰模板在溫度上有差異，那么膠結(jié)質(zhì)材料有一種當(dāng)模板分開(kāi)時(shí)，停留在較低溫度模板上的傾向。因此，人們可以選擇當(dāng)模子分開(kāi)時(shí)膠結(jié)質(zhì)容器所停留的模板，只需使該期望的模板具有較低的溫度即可。
兩個(gè)模板的各自溫度對(duì)于最大限定提高制造過(guò)程的速度是至關(guān)重要的，而且它部分地取決于模子接觸膠結(jié)質(zhì)材料的時(shí)間。通常合乎需要的是溫度要盡可能高。溫度越高，則杯子表面干燥得越快，杯子能被越快地從模子中移去，因此，每單位時(shí)間可以制造越多的杯子。
但是，與更高溫度相關(guān)的問(wèn)題是，如果膠結(jié)混合物變得太熱，那么其內(nèi)部的水份，而不僅僅是位于容器表面的水都會(huì)變成蒸汽。一旦將模板分開(kāi)，與脫模相關(guān)的壓力突然釋放會(huì)導(dǎo)致模壓容器的破裂，甚至爆炸。(然而，這種破裂常?？梢杂酶斓膲簷C(jī)閉合和開(kāi)啟速度而解決。)此外，膠結(jié)混合物硬化得越快，由于不同的流動(dòng)情況造成膠結(jié)質(zhì)容器中的變形的可能性就越大。也就是，當(dāng)模板壓在一起時(shí)，膠結(jié)質(zhì)材料流動(dòng)成所期望的形狀。但是，一旦在容器表面的膠結(jié)混合物開(kāi)始干燥，那么此較干燥的膠結(jié)質(zhì)材料與依然潮濕的膠結(jié)質(zhì)材料在流動(dòng)性上不同。這種流動(dòng)性上的差別會(huì)在膠結(jié)質(zhì)容器的結(jié)構(gòu)基體中產(chǎn)生變形例如集塊、空隙、裂紋和其他不規(guī)則性。
因此，時(shí)間與溫度之間的相互關(guān)系是，當(dāng)模子與膠結(jié)混合物接觸的時(shí)間減少時(shí)，可以增加模子的溫度。此外，當(dāng)模板間的空隙距離減小時(shí)，也可以提高溫度。但是，對(duì)于在水硬性混合物變損杯之前溫度能達(dá)多高，是有限制的。
為了達(dá)到上述所期望的目的，優(yōu)選地是將陽(yáng)模板和陰模板加熱至約50℃-約200℃，更佳為約75℃-約160℃，最佳為約120℃-約140℃。由于前面討論的原因，希望在分開(kāi)模具后，將膠結(jié)質(zhì)容器留在陽(yáng)模板上。因此，陽(yáng)模板最好具有較低于陰模板的溫度。陽(yáng)模板與陰模板之間的溫度差異宜在約10℃-約30℃之間。
加熱的陽(yáng)模板和加熱的陰模板兩者與膠結(jié)材料接觸的時(shí)間(即，模板配合的時(shí)間)，宜為約0.05秒-約30秒，較佳為約0.7-約10秒，最佳為約0.8秒-約5秒。
在另一實(shí)施例中，加熱膠結(jié)質(zhì)容器的步驟還包括在分開(kāi)模板之后但在容器從模子中移去之前，膠結(jié)質(zhì)容器仍支托在陽(yáng)模板上面時(shí)，令膠結(jié)質(zhì)容器與熱空氣接觸。這就保證了容器從模子中移去前是形狀穩(wěn)定的。
在另一個(gè)供選擇的實(shí)施例中，加熱膠結(jié)混合物的步驟可以通過(guò)將膠結(jié)混合物接受微波的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)。
(d)移去在模壓物件獲得某種程度的形狀穩(wěn)定性后，可以將新成形的膠結(jié)質(zhì)容器從模子中移去。在優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)模板分開(kāi)時(shí)，新成形的膠結(jié)質(zhì)容器留在陽(yáng)模板上。在一個(gè)實(shí)施例中，陽(yáng)模板和陰模板在它們分開(kāi)時(shí)是旋轉(zhuǎn)的，以防止膠結(jié)質(zhì)容器粘著在模板上。
一旦分開(kāi)了模板，可以將熱空氣吹在容器上幾秒鐘(正如前面論述的)進(jìn)一步提高其形狀穩(wěn)定性。接著膠結(jié)質(zhì)容器就可以從陽(yáng)模板上移去而不致變形。在優(yōu)選實(shí)施例中，使用一種稱為“空氣輸送(airveying)”的標(biāo)準(zhǔn)方法，將膠結(jié)質(zhì)容器從陽(yáng)模板上移去。空氣輸送是一種將負(fù)壓力施加于容器，從而將容器從模具中吸出的方法。該容器接著通過(guò)一“U”形管道，它將容器正向地堆砌好。
空氣輸送方法之所以宜于采用，是因?yàn)樗菧睾偷厝〕鲂螤罘€(wěn)定的容器，而且它的操作成本及投資成本低。用于令容器干燥的熱空氣就可以用來(lái)提供通過(guò)管子的全長(zhǎng)將容器運(yùn)送的空氣流?？諝夤芫褪情_(kāi)在陽(yáng)模板中的管子，通過(guò)它可注入空氣提供均均的力將容器推離陽(yáng)模板。這樣的空氣管與前面討論的排氣孔一樣，具有實(shí)質(zhì)上相同的大小、形狀和位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，空氣管和排氣孔可以是同一的。注入空氣管的空氣量必須足夠低以免損壞容器。在優(yōu)選實(shí)施例中可以看到，空氣位于陽(yáng)模板上，使容器從陽(yáng)模板頂出進(jìn)入管道。
在另一個(gè)實(shí)施例，膠結(jié)質(zhì)容器能夠通過(guò)簡(jiǎn)單地將容器揀起而機(jī)械式地從陽(yáng)模板中取出。但是，這樣的操作需要格外小心以免容器變形。機(jī)械地將膠結(jié)質(zhì)容器移去的優(yōu)選方法是結(jié)合使用型板。
將型板以其邊周環(huán)繞地置于陽(yáng)模板的底部，它是可除去的?；蛘呱咝桶澹蛘呓档完?yáng)模板，通過(guò)膠結(jié)質(zhì)容器的口承(lip)，使膠結(jié)質(zhì)容器承載于型板上。當(dāng)容器從模子中移去時(shí)，因?yàn)槠涓稍锏谋砻嫠蔷哂行螤罘€(wěn)定性的。但是，容器在其壁中還有生態(tài)水泥，因此沒(méi)有達(dá)到其最大強(qiáng)度。在這種情況下，膠結(jié)質(zhì)容器沿其垂直軸方向其抗壓強(qiáng)度最大。因此，使用型板的好處在于用于移去容器的力是沿著容器的最強(qiáng)軸施加的，從而最大限度地減少了容器變形的可能。
(e)初硬化一旦被模壓成形以后，膠結(jié)混合物便可以按所期望的膠結(jié)質(zhì)容器的形狀開(kāi)始硬化。為了經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)本發(fā)明的容器，它必須快速地硬化達(dá)到足夠的強(qiáng)度，以便包裝、運(yùn)輸和使用而不產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上的變形。
容器硬化的完成是通過(guò)將容器與熱空氣接觸，例如在傳統(tǒng)的隧道窯中。應(yīng)用熱空氣將膠結(jié)混合物中的一部分水驅(qū)除，從而增大了顆粒間的摩擦力，因而提高了得到的容器的強(qiáng)度。此外，對(duì)容器應(yīng)用熱空氣提高了其中水泥的反應(yīng)速度，從而通過(guò)硬化給容器提供了早期強(qiáng)度。因此，硬化來(lái)自于兩方面顆粒間摩擦力的增加和水泥質(zhì)混合物中的反應(yīng)。
在優(yōu)選實(shí)施例中，容器僅硬化至達(dá)到具有足夠的強(qiáng)度以便包裝和運(yùn)輸，而不會(huì)變形。理想的是，此時(shí)硬化的容器保留少量的未反應(yīng)的水，這些水使得容器能繼續(xù)硬化，從而在使用之前，在其被運(yùn)輸和貯藏過(guò)程中增大其強(qiáng)度。
在另一實(shí)施例中，是令空氣吹過(guò)容器以增加膠結(jié)混合物干燥的速度，從而增加其硬化速度。
所用的空氣還可以先通過(guò)一壓煮器以便調(diào)節(jié)容器硬化所處氛圍中的濕度、壓力和溫度。提高濕度和溫度有助于使膠結(jié)混合物的水化作用更充分，從而產(chǎn)生硬度更大的容器。
正是這種使膠結(jié)質(zhì)容器快速硬化的辦法，使得經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)膠結(jié)質(zhì)容器成為可能。
概括地說(shuō)，關(guān)于膠結(jié)質(zhì)產(chǎn)品的干燥可以得出下述結(jié)論(1)溫度越高，干燥時(shí)間越短。
(2)空氣速度越快，干燥時(shí)間越短。
(3)一旦大部分水從容器材料中除去后，若容器處于250℃以上的溫度會(huì)使混合物中的纖維燃燒，從而降低纖維及容器的抗拉強(qiáng)度。
(4)容器的材料壁越薄，干燥時(shí)間越短。
(5)溫度越高，容器的抗拉強(qiáng)度越低。
(6)窯中的空氣速度和總時(shí)間對(duì)容器的抗拉彈度影響較小。
3.“濕板模壓”方法(a).擠壓一旦水硬性混合物經(jīng)合適地混好后，就通過(guò)分批式轉(zhuǎn)移輸送機(jī)系統(tǒng)將其運(yùn)輸?shù)綌D壓設(shè)備。水硬性混合物成形為厚度精確的薄板，是先通過(guò)合適的擠壓機(jī)模頭將材料擠出，接著將經(jīng)擠壓的材料通過(guò)一對(duì)或多對(duì)減薄滾筒。
在擠壓機(jī)的內(nèi)腔中，有一螺旋螺桿施加向前的壓力，將水硬性混合物通過(guò)內(nèi)腔向前推進(jìn)朝著具有橫向狹縫的模頭。模頭狹縫的橫截面形狀被設(shè)計(jì)成能形成具有與模頭狹縫的寬度和厚度相對(duì)應(yīng)的所期望的寬度和厚度的薄板。
或者，擠壓機(jī)設(shè)備也可含有柱塞以替代螺旋螺桿，以施加向前的壓力將水硬性混合物推著通過(guò)內(nèi)腔。使用柱塞式擠壓機(jī)的好處是能在水硬性混合物上施加大得多的壓力。然而，因?yàn)榈湫偷赜糜诒景l(fā)明的混合物具有很高的塑性，所以，施加比使用螺旋式擠壓機(jī)所得到的壓力更大的壓力通常不必要，甚至也沒(méi)有好處。
相反，使用旋轉(zhuǎn)式擠壓機(jī)的重要優(yōu)點(diǎn)是，它能夠去除水硬性混合物中不需要的空氣大空隙。若未能去除不需要的空氣空隙會(huì)導(dǎo)會(huì)致薄板的結(jié)構(gòu)基體具有缺陷或不均勻。去除空氣空隙可以使用擠壓技術(shù)中已知的常規(guī)排氣方法，即將混合物先被第一螺旋螺桿推著通過(guò)進(jìn)入真空腔，接著被第二螺旋螺桿通過(guò)擠壓機(jī)的模頭擠出。
或者，不需要的空氣空隙可以用名為“排氣”的方法從水硬性混合物中除去。在該方法中，多余的空氣在擠壓機(jī)內(nèi)腔中的壓力下匯聚在一起，當(dāng)混合物被螺旋螺桿壓縮并向前移動(dòng)時(shí)，從擠壓機(jī)的腔中逸出。
盡管最佳的模頭狹縫的寬度和厚度取決于待制造的特定薄板的寬度和厚度，但是擠出的薄板的厚度通常至少兩倍于，有時(shí)數(shù)倍于，最終軋光過(guò)的薄板的厚度。減薄量(以及相應(yīng)的厚度的倍數(shù))取決于所制薄板的性質(zhì)。因?yàn)闇p薄過(guò)程有助于控制纖維的取向，所以減薄量常常與所期望的取向程度對(duì)應(yīng)。
此外，厚度的減薄量大，薄板的伸長(zhǎng)便越大。在一個(gè)典型的制造方法中，約6mm厚的擠出薄板被軋光生成厚度約0.5mm-約1mm的濕薄板。
盡管模頭狹縫通常是矩形的，為了形成在其寬度方向具有不同厚度的擠出薄板，也可以在其沿模頭狹縫寬度方向含有厚度增大的區(qū)域。在這種情況下，通常最好地使薄板通過(guò)一系列具有與擠出厚度增加的區(qū)域相對(duì)應(yīng)的凹槽或間隙差別的滾筒。用這種方法，可以生產(chǎn)具有增大的強(qiáng)度及剛度的增強(qiáng)區(qū)域的薄板。
除了可以使用狹窄的模頭狹縫以形成平薄板外，還可以使用其他的模頭以形成其他物件或異形薄板。唯一的條件是，擠出的形狀應(yīng)能夠在一對(duì)滾筒之間通過(guò)。例如，擠出非常寬的薄板并不適宜，因?yàn)樗鼤?huì)需要非常大而昂貴的模頭。取兩代之的是可以擠出管子，隨后使用恰好位于模頭外側(cè)的刀子將管子沿縱向切開(kāi)并展開(kāi)。
應(yīng)當(dāng)理解，影響擠壓的最佳速度的一個(gè)重要因素是薄板的最終厚度。較厚的薄板含有更多的材料，因而需要較高的擠壓速度以提供必需的材料。相反，較薄的板所含材料較少，因而為了提供必需的材料只需較低的擠壓速度。
正如前面提及的，在混合物缺水而且在一定程度優(yōu)化顆粒填充的情況下，為了暫時(shí)提高水硬性混合物的加工性，必須有足夠的壓力。在缺水的混合物中，顆粒之間的空間(或空隙)所含的水量不足以產(chǎn)生通常條件下所需的加工性。
但是，當(dāng)混合物在擠壓機(jī)內(nèi)壓縮時(shí)，壓縮力使顆粒擠壓在一起，從而減少了顆粒之間的間隙，增加了可潤(rùn)滑顆粒的水的表觀量。這樣，在混合物通過(guò)模頭擠出之前，加工性增加了。而過(guò)了模頭，壓力的減少導(dǎo)致混合物在剛度和生態(tài)強(qiáng)度上表現(xiàn)出立刻的增加，這通常是合乎需要的。
應(yīng)理解，在擠壓過(guò)程中施加于水硬性混合物的壓力不應(yīng)大得以致壓碎輕質(zhì)的強(qiáng)度低的骨料(珍珠巖，空心玻璃球，浮石，或分層巖石)或使其開(kāi)裂。
考慮到上面列出的每種因素，為了擠壓出水硬性材料而由擠壓機(jī)施加的壓力優(yōu)選地在范圍約50KPa-約70MPa，較佳的在約150KPa-約30MPa，最佳的在約350KPa-約3.5MPa。
在某些情況下，尤其是期望得到低密度，高絕熱性的薄板的場(chǎng)合，擠壓過(guò)程之前在混合物中加入發(fā)泡劑是有好處的。
可以理解，通過(guò)模頭擠壓水硬性粘合劑，將易于使水硬性混合物中的纖維沿“Y”軸即擠出薄板的長(zhǎng)度方向單方向地取向。正如將在下面所看到的那樣，軋光過(guò)程會(huì)進(jìn)一步使纖維取向于“Y”方向，此時(shí)薄板在減薄過(guò)程中進(jìn)一步伸長(zhǎng)。此外，通過(guò)使用在“Z”方向上具有不同的間隙距離的滾筒(如錐形滾筒)，一些纖維也會(huì)取向于“X”方向即沿著薄板的寬度方向。因此，有可能通過(guò)擠壓加上軋光，生產(chǎn)出具有沿兩個(gè)方向取向的纖維的薄板。
(b)成形和模壓薄板形成后，下一個(gè)步驟便是將一段薄板制成所期望形狀的容器或物品。在優(yōu)選實(shí)施例中，薄板在具有所期望形狀的陽(yáng)模板與具有實(shí)質(zhì)上與陽(yáng)模板互補(bǔ)的形狀的陰模板之間進(jìn)行壓制。當(dāng)一段薄板在模板之間受壓時(shí)，混合物就形成具有對(duì)應(yīng)于模子的形狀的容器。
盡管由于方便和經(jīng)濟(jì)的原因，整體的單件模板(陽(yáng)模板和陰模板都各是一個(gè)整體件)是優(yōu)選的模子，但是其他模子，包括剖分式子(splitdies)和順序式模子(progressivedies)也可使用。使用多組件的剖分式模子便可以生產(chǎn)能方便地從模子中取出的、具有復(fù)雜形狀的物件。
與剖分式模子(其各組件同時(shí)被壓在一起以形成物件)不同，順序式模子是一種多組件模子，其不同的組件可以一定的先后順序被壓在一起以形成所期望的容器。通過(guò)選擇模子的不同組件壓在一起的順序和時(shí)間，可以形成具有更均一厚度的復(fù)雜容器。
例如，用于制造碗的順序式模子的陽(yáng)模板可以包括一個(gè)底組件和一個(gè)邊組件。先令底組件壓制，接著將板的剩余段拉入抵住陰模板的邊上。然后對(duì)陽(yáng)模板的邊組件加壓以形成碗的邊部而不會(huì)拉伸薄板，從而形成具有厚度更均勻的碗。
正如直接模壓法一樣，由模子施加于薄板的壓力大小具有多種作用，當(dāng)決定要用多大壓力時(shí)必須考慮這些作用。使用薄板材料壓制，與直接注入材料來(lái)壓制相比較，在前面就直接注入壓制所論述的參數(shù)和注意事項(xiàng)通常也適用于濕板模壓方法。
在另一種以薄板制作容器的方法中，可結(jié)合使用常用于塑料工業(yè)的不同的真空成形方法。真空成形是使用大氣壓力(約14.7psi)對(duì)薄板施力與模子貼合。真空成形都可用于陽(yáng)模板和陰模板。
用于本說(shuō)明書及所附的權(quán)利要求書的術(shù)語(yǔ)“真空模子”包括用于真空成形的陽(yáng)模板和陰模板這兩者或其中之一。
披蓋式成形技術(shù)是用于陽(yáng)模板的。將薄板披蓋于模板的頂部，或者將模板置于薄板下面。接著將薄板與模板之間的空氣抽空，使薄板的輪廓與模板相符。得到的產(chǎn)品在中央部分最厚，因?yàn)樵诖颂幉牧鲜紫冉佑|模板。在沿著周邊的強(qiáng)拉伸區(qū)域最薄，因?yàn)榇颂幨亲詈蠼佑|模板。
直接是真空成形技術(shù)是用于陰模板的。先是將薄板密封于陰模板的頂部，模子的空腔被抽空，大氣壓力從而將薄板推頂在模子的四壁上。這種成形技術(shù)導(dǎo)致的材料分布(中間薄，四周厚)與陽(yáng)模塊采用披蓋式成形生產(chǎn)的同樣壓件的厚薄分布實(shí)質(zhì)上是相反的。
披蓋式真空成形技術(shù)，與披蓋式成形技術(shù)相反，卻與直接真空成形技術(shù)相似，所不同的只是在模腔抽空之前是薄板的四周一直壓緊貼著陰模板的底部。這就為模壓過(guò)程提供了更佳的真空情況。
急速返回、波浪/空氣滑動(dòng)(billow/airslip)，和波浪披蓋都是多步驟的真空成形技術(shù)，用于在陽(yáng)模塊上改進(jìn)產(chǎn)品厚度的均一性，這些方法的特征是在薄板接觸陽(yáng)模塊之前先對(duì)薄板進(jìn)行預(yù)延伸。在空氣中自由地使薄板延伸而不接觸任何東西，就可使其材料均勻地薄化。其結(jié)果是，薄板的表面積也增加了，從而能更緊密地與模子相貼。
急速返回式真空形技術(shù)是采用一真空盒來(lái)預(yù)延伸薄板，真空盒置于陽(yáng)模板對(duì)面的一個(gè)臺(tái)板上。將要成形的膠結(jié)質(zhì)薄板密封于真空盒，對(duì)盒子施加部分真空，真空的程度足以產(chǎn)生所期望量的延伸。模板接著被推入凹形的薄板。將盒子與大氣相通，對(duì)模板抽以真空。大氣壓力接著就使材料壓緊于模板。
波浪/空氣滑動(dòng)真空成形技術(shù)是使用一個(gè)壓力盒，而將陽(yáng)膜板置于其中。將薄板密封于盒子。對(duì)盒子用壓縮空氣充壓，薄板就被鼓浪形成一泡狀，這就使薄板進(jìn)行了一定的延伸。將陽(yáng)模板推入凸形泡中。接著對(duì)盒子和陽(yáng)模板抽真空，從而使薄板壓緊于模板。
波浪披蓋式真空成形技術(shù)是一種牽引技術(shù)，它采用一壓力盒將薄板吹成一泡狀。裝在盒子對(duì)面的陽(yáng)模板被推入凸形泡。將泡中的空氣有控制地排入大氣。通過(guò)將氣泡中排入大氣的空氣量與被模板置換的空氣量相匹配，薄板材料就被涂抹于(即披蓋于)模板而貼住。當(dāng)模板完全與薄板貼住，對(duì)模板抽真空并將盒子與九氣相通以完成成形操作。
柱塞協(xié)助與波浪/柱塞協(xié)助/急速返回都是多步驟的真空成形技術(shù)，用以改善用陰模板生產(chǎn)的物件的厚度均一性。它們是使用機(jī)械上的協(xié)助方式(柱塞)將更多的材料壓進(jìn)制件的高度干燥區(qū)域。
柱塞協(xié)助真空成形技術(shù)是與直接真空形技術(shù)或披蓋式成形技術(shù)一起使用的。柱塞裝在陰模板對(duì)面的臺(tái)板上。將薄板密封于模板，然后在抽真空之前，柱塞將材料推入模板內(nèi)。當(dāng)模板被抽真空后，材料就受力脫離柱塞而壓貼于腔表面。
波浪柱塞協(xié)助/急速返回成形技術(shù)結(jié)合了幾種不同的成形技術(shù)。將薄板密封于陰模板。對(duì)模板充壓以延伸薄板形成一個(gè)泡。裝在模具對(duì)面的一個(gè)柱塞被推入凸形泡中，同時(shí)將泡內(nèi)被置換的空氣有控制地排出就使得材料披蓋于柱塞上。當(dāng)柱塞的行進(jìn)完全以后，對(duì)模板抽真空，使材料被推離柱塞而落在模板上。
壓力成形除了使用大氣壓力還使用壓縮空氣。典型地壓力約為50Pa-約200Pa。壓力成形技術(shù)需要特殊的帶有位于壓力盒中的臺(tái)板和/或模子并能鎖住和保持必需的壓力的設(shè)備。壓力成形能與任何一種前述的真空成形技術(shù)結(jié)合使用。
雙薄板成形工藝可生產(chǎn)空心制件。將兩塊薄板置于具有相配的周邊或接觸面的兩個(gè)陰模板之間。它們的模腔輪廓可以相同也可以不相同。令兩個(gè)模板合攏從而將兩薄板在兩模板碰到之處結(jié)合在一起。兩薄板可以采用傳統(tǒng)成形技術(shù)同時(shí)用壓力直接成形或者相繼真空成形。
用于本說(shuō)明書及所附的權(quán)利要求書中的術(shù)語(yǔ)“真空成形方法”，除了指特別列舉的真空成形技術(shù)之外，還包括壓力成形和雙薄板成形方法。
(c)加熱和形狀穩(wěn)定性在水硬成形產(chǎn)品被模壓之后，其最初的形狀穩(wěn)定性可以通過(guò)實(shí)質(zhì)上與直接模壓法相同的方法達(dá)到。
(d)干燥一旦得到了最初的形狀穩(wěn)定性，通過(guò)與前面描述的與直接模壓法相同的眾多技術(shù)，可以使水硬性成形產(chǎn)品干燥和硬化。
4.“干板模壓”方法(a)擠壓在“干板模壓”法中使用的擠壓方法，在各方面與濕板模壓法中優(yōu)選使用的實(shí)際上是相同的。當(dāng)然，在工藝線中使用不同的設(shè)備可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)擠壓過(guò)程作出某些變動(dòng)，但是鑒于前面已作的論述，這樣的改動(dòng)是屬于已有技術(shù)的，并無(wú)什么特別之處。
b.軋光在干板模壓法的大多數(shù)實(shí)施例中，最好是將擠出的薄板通過(guò)至少一對(duì)滾筒進(jìn)行軋光，其目的在于提供薄板的均勻性和表面質(zhì)量，同時(shí)常常也減小薄板的厚度。在一些實(shí)施例中，軋光步驟僅僅使薄板厚度減薄一點(diǎn)，如果說(shuō)減薄的話。在另一些情況下，軋光過(guò)程會(huì)大大減小板的厚度。
當(dāng)板在通過(guò)一對(duì)滾筒而減薄時(shí)，在其向前運(yùn)動(dòng)的方向上也會(huì)伸長(zhǎng)。板伸長(zhǎng)的一個(gè)后果是纖維會(huì)進(jìn)一步沿“Y”方向取向(即排列)。這樣，減薄過(guò)程加上最初的擠壓過(guò)程就生產(chǎn)出其中纖維基本上具有在“Y”(即長(zhǎng)度方向)單方向取向的板。
這種擠壓或壓制薄板的方法，以及軋光過(guò)程中在板的進(jìn)料與滾筒之間的速度差異，都在板上產(chǎn)生了一定量的剪切力。施加過(guò)大的剪切力會(huì)破壞板的結(jié)構(gòu)基體的完整性并在板中產(chǎn)生缺陷，從而使板的強(qiáng)度下降。因此，板的厚度應(yīng)逐步少量地慢慢減薄以防止對(duì)板產(chǎn)生破壞。在大多數(shù)情況下，通過(guò)每對(duì)滾筒時(shí)板厚的減少應(yīng)小于約80%，減薄小于約50%則更佳。
每個(gè)滾筒的直徑應(yīng)優(yōu)化，取決于水硬性混合物的性能和水硬成形板厚度的減薄量。當(dāng)優(yōu)化滾筒直徑時(shí)，應(yīng)考慮兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)性的利害關(guān)系。首先是這樣一個(gè)事實(shí)當(dāng)板在滾筒間通過(guò)時(shí)直徑較小的滾筒傾向于將較大的剪切力施加于板。這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)滾筒時(shí)只有較少的水硬成形板與較小直徑的滾筒接觸。
使用較大直徑的滾筒使得板在滾筒間通過(guò)時(shí)，有更多的板與滾筒表面接觸。因此，用滾筒將薄板擠壓或壓制成更薄的板，在使用直徑較小的滾筒時(shí)(與較大滾筒相比較)，是在較短的長(zhǎng)度上和較短時(shí)間內(nèi)完成。
但是，使用直徑較大的滾筒也有缺點(diǎn)，即水硬成形材料與滾筒接觸的時(shí)間較長(zhǎng)，從而導(dǎo)致在軋光過(guò)程中板干燥程度的增加。盡管，某種程度的干燥是有利的，但是在軋光過(guò)程中薄板干燥得太快會(huì)在結(jié)構(gòu)基體中引起破裂和其他的缺陷。使用較小直徑的滾筒則減少了軋光過(guò)程中的干燥效果。
滾筒表面最好加以處理以便防止水硬成形材料粘著于滾筒。一種方法需要將滾筒加熱，結(jié)果導(dǎo)致水硬性混合物中的某些水份蒸發(fā)并在板與滾筒之間形成蒸汽屏障。水的某些蒸發(fā)也會(huì)減少水硬性混合物中水的含量，從而增大板的生態(tài)強(qiáng)度。但是，滾筒的溫度不能太高以致于使薄板表面干燥或硬化過(guò)度從而在板中產(chǎn)生殘余應(yīng)力、破裂，剝離或其他的變形或不規(guī)則性。因此，優(yōu)選的是將滾筒加熱到約50℃-約140℃之間，較佳的為約70℃-約120℃，最佳的為約85℃-約105℃。
此外，板的干燥速度可藉摻入具有低比表面積的骨料而降低。與具有低比表面積的骨料相比，具有高比表面積的骨料能更容易釋放吸附于骨料中的水份。
最后，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將本發(fā)明的水硬性混合物加熱會(huì)增加水硬性粘合劑與水進(jìn)行水化反應(yīng)的速度。加熱本發(fā)明的水硬性混合物使得有可能在短至一天的時(shí)間內(nèi)基本上完成水硬粘合劑的水化作用。因?yàn)樯踔猎谒磻?yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的28天水平之前，便能獲得最終強(qiáng)度的絕大部分，所以本發(fā)明的經(jīng)加熱的水硬成形板能在短至10分鐘內(nèi)基本上達(dá)到其最終強(qiáng)度。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)將滾筒冷卻至室溫或低于室溫來(lái)減少水硬成形板與滾筒之間的粘附。例如，加熱擠壓機(jī)中的混合物至約85℃，然后再冷卻板的表面，就會(huì)造成蒸發(fā)的水份凝結(jié)，據(jù)信這樣會(huì)在薄板和滾筒之間形成一層水的薄膜。滾筒必須冷卻至足夠程度以防止板的表面粘附于滾筒，但不能太冷以致于使板凍結(jié)成或者變得太堅(jiān)硬即缺乏柔韌性從而在軋光過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生破裂或損傷。
材料的過(guò)分冷卻也會(huì)延遲水化反應(yīng)，盡管在某些情況下這也許是合乎需要的。因此，優(yōu)選的是將滾筒冷卻到溫度約20℃-約40℃之間，較佳的為約0℃-約35℃，最佳的為約5℃-約30℃。
另一種降低滾筒和水硬成形板之間的粘附程度的方法是處理滾筒表面。典型的是，滾筒用拋光的不銹鋼制成并且涂覆非粘性材料例如拋光的鉻、鎳或聚四氟乙烯。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以在仍然得到同樣程度的對(duì)板的減薄量的同時(shí)，通過(guò)采用一個(gè)具有稍微錐形的滾筒和一個(gè)平滾筒，可以減小剪切量及滾筒的朝下的壓力。但是，由于錐形引起的“Z”方向上的間隙的差異程度應(yīng)當(dāng)控制，以防止在“X”方向上薄板的擴(kuò)展(即變寬)(防非這種變寬是所期望的)。但是，通常情況下變寬并不是所期望的，因?yàn)樽儗挼牟糠殖３：穸炔痪乙话惚仨毿拚蛷U棄。通過(guò)使用錐形滾筒，有可能無(wú)需對(duì)板施加更多的剪切就獲得較高的延伸度和板的減薄度。
令材料中的纖維定向排列會(huì)使纖維的性能沿取向的方向發(fā)揮，并會(huì)最大限度的提高抗拉強(qiáng)度。此外，使纖維取向?qū)τ谠鰪?qiáng)板內(nèi)的絞連部位或裂痕特別有用。比折疊或彎曲的寬度更長(zhǎng)的纖維能連接折疊或變曲兩側(cè)的材料，即使基體已沿著折疊或彎曲處部分地或甚至基本上破裂。如果纖維大多是沿著與折疊或彎曲方向相垂直的方向取向，這種連接效應(yīng)可以增強(qiáng)。
最后，應(yīng)該理解的是，因?yàn)樗渤尚位旌衔锏乃苄砸约拜^高的加工性，軋光過(guò)程通常不會(huì)造成板的很大壓實(shí)。換言之，板的密度在整個(gè)軋光過(guò)程中基本上保持不變，盡管預(yù)料會(huì)有某種程度的壓實(shí)，尤其在通過(guò)其他一些減薄滾筒時(shí)板已經(jīng)基本干燥的場(chǎng)合。在希望有壓實(shí)的場(chǎng)合，如下面所充分闡述的那樣，在干燥步驟之后，可將板接著在一對(duì)壓實(shí)滾筒之間通過(guò)。
本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員會(huì)理解，擠壓步驟并不一定需要正規(guī)地使用本領(lǐng)域所用的術(shù)語(yǔ)所指的“擠壓機(jī)”。擠壓步驟的目的無(wú)非是給滾筒供應(yīng)連續(xù)的，調(diào)節(jié)好的水硬性材料。擠壓步驟是將纖維按材料流動(dòng)的方向取向的可取方法。但這些要求可通過(guò)那些本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員所知道的其它機(jī)構(gòu)來(lái)達(dá)到，只要實(shí)現(xiàn)材料通過(guò)合適的孔“擠壓”或流動(dòng)就行。
(c)滾筒干燥盡管軋光步驟常常會(huì)導(dǎo)致水硬成形板部分的甚至基本上的干燥，但是最好還是對(duì)薄板進(jìn)一步干燥，以便獲得具有所期望的抗拉強(qiáng)度和韌性等性能的薄板。這可以用許多方法實(shí)現(xiàn)，其中每一種都涉及對(duì)板加熱，以驅(qū)除多余的水份。一個(gè)較佳的對(duì)板干燥的方法是使用大直徑的加熱的滾筒，它在本技術(shù)中稱為“Yankee”滾筒。滾筒干燥中主要的是，所有滾筒的表面積之和是以有效地進(jìn)行薄板干燥。
與通常一對(duì)對(duì)配置的減薄滾筒不同，干燥滾筒是單個(gè)設(shè)置的，以便薄板可以依次通過(guò)每單個(gè)干燥滾筒的表面。而且這些滾筒配置的方式使得水硬成形板的兩面在各步是輪流地干燥。在軋光步驟中，薄板在減薄滾筒之間通過(guò)的通常是直線路線，而在干燥步驟中，薄板環(huán)繞經(jīng)過(guò)滾筒(例如“Yankee”滾筒)時(shí)，通常是沿正弦波形的路線。
與第一個(gè)干燥滾筒相貼的一面被干燥滾筒加熱，而另一面則暴露于空氣。被加熱的板以蒸汽形式失去水分，蒸汽可以從滾筒這面或者滾筒對(duì)面的薄板表面上逸出。逸出的蒸氣也在薄板和滾筒之間提供了非粘附性的屏障。干燥滾筒表面可以含有小孔，以便于一部分水蒸汽在干燥步驟中通過(guò)小孔而排出。
當(dāng)板沿著其路線繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，它被卷上第二個(gè)干燥滾筒，此時(shí)板的另一面與滾筒表面接觸并干燥。這個(gè)過(guò)程可以按所期望的薄板干燥程度的需要繼續(xù)進(jìn)行許多次。在某些情況下，可能要求使板的一面比另一面干燥的程度更大些。
干燥滾筒的溫度取決于好幾個(gè)因素，包括當(dāng)板通過(guò)該滾筒時(shí)它的潮濕度。在所有情況下，干燥滾筒的溫度應(yīng)低于約300℃。盡管水硬成形材料不應(yīng)被加熱至高于約250℃以防止損壞其有機(jī)組分(如纖維或流變性改性劑)，但是可以使用溫度大于該溫度的滾筒，只要在混合物中有足夠的水，以便當(dāng)水蒸發(fā)時(shí)能使材料冷卻。然而，隨著水含量在干燥過(guò)程中減少，滾筒的溫度應(yīng)當(dāng)降低以防止使材料過(guò)熱。
在某些情況下，最好結(jié)合干燥滾筒使用一干燥隧道或干燥室。為了獲得熱對(duì)流干燥的充分效果，常常最好是將熱空氣循環(huán)以便于加速干燥過(guò)程。
在某些情況下，前面所述的干燥過(guò)程是在薄板或者用于成形容器或其他物件，或者卷在一卷筒上或以薄板形式疊置起來(lái)備用之前最后一個(gè)步驟。在其他情況下，尤其是在需要得到更光滑，更象紙一樣的光潔度的薄板的場(chǎng)合，在干燥步驟之后可以跟著一種或多種在下面更詳細(xì)闡述的額外步驟，包括一壓實(shí)步驟和/或一修整步驟。若需壓實(shí)，通常最好是使板留有一定程度的潮濕度，以防止在壓實(shí)步驟中基體發(fā)生破裂。另外，如果干燥步驟之后不跟著壓實(shí)步驟，通常期望使板基本干燥，以便快速地達(dá)到抗拉強(qiáng)度及韌性的最大限度。
(d)修整在許多情況下，有必要對(duì)水硬成形板進(jìn)行壓實(shí)以達(dá)到最終的厚度、尺寸公差和表面光潔度。此外，可以用壓實(shí)過(guò)程來(lái)去除結(jié)構(gòu)基體中不需要的空隙。令在干燥過(guò)程中已顯著干燥過(guò)的薄板在一對(duì)壓實(shí)滾筒之間通過(guò)。壓實(shí)過(guò)程產(chǎn)生的薄板通常具有較高的密度和強(qiáng)度，較少的表面缺陷和較小的厚度。
壓實(shí)過(guò)程最好是要產(chǎn)生厚度減薄和密度增加的板，而不造成板的進(jìn)一步延伸，也不致有害地?fù)p壞或減弱結(jié)構(gòu)基體。為了實(shí)現(xiàn)壓實(shí)而不使板延伸并使結(jié)構(gòu)基體強(qiáng)度降低，控制干燥過(guò)程使板的含水量在最佳范圍之內(nèi)是很重要的。如果板含有太多的水，那么壓實(shí)滾筒便會(huì)以減薄滾筒同樣的方式使板延伸。事實(shí)上，壓實(shí)滾筒實(shí)質(zhì)上與減薄滾筒是一樣的，唯一的差別在于如果板足夠干的話，那么發(fā)生的是壓實(shí)而不是延伸。
另一方面，在壓實(shí)過(guò)程之前板若過(guò)分干燥會(huì)使板的強(qiáng)度降低。在某個(gè)極限上水硬成形的板會(huì)變得如此之干而硬，以致于壓實(shí)時(shí)不可能不產(chǎn)生破裂。即使這種破裂是顯微的，肉眼看不見(jiàn)，結(jié)構(gòu)基體的破裂也會(huì)降低板的最終強(qiáng)度。然而，干板的壓實(shí)過(guò)程可以通過(guò)在板表面噴撒水而得以改進(jìn)，這一措施為板提供足夠的潮濕度并且使板表面中被壓實(shí)的顆粒固定和排列整齊。
也可能需要進(jìn)一步將板通過(guò)一對(duì)或多對(duì)修整滾筒以改變水硬成形板的表面。例如，為了制造具有一面或兩面非常光滑的板，可使板在一對(duì)硬的和軟的滾筒間通過(guò)。
在另一些實(shí)施例中，修整滾筒可以賦予所期望的織構(gòu)，例如網(wǎng)紋的或方格紋的表面。這時(shí)不是使用一個(gè)硬滾筒和一個(gè)軟滾筒，而是使用能將板面印成所期望的表面花紋的一對(duì)滾筒。需要的話，滾筒可在板表面上印出廣告語(yǔ)句或其他的圖案。能印制水印的特殊滾筒可以單獨(dú)使用，也可與其他任何的滾筒一起使用。
也可能需要按與波紋紙板相類似的方式使板式為波紋狀。其方法是將半濕的板在一對(duì)波紋滾筒之間通過(guò)。應(yīng)控制板的含水量，使波紋過(guò)程不會(huì)使結(jié)構(gòu)基體受損板。典型的方法是使用蒸汽。
(e)劃痕在某些情況下，也可以對(duì)板進(jìn)行或者劃痕，或者劃切，或者穿孔，以便于限定一條邊界線，可以沿著這條線將薄板折或彎過(guò)來(lái)。劃切可以用安裝在劃痕沖床(scorepress)上的鋒利的刀刃進(jìn)行，也可以使用連續(xù)的模切滾筒進(jìn)行。在板上劃痕可用劃痕模子。穿孔可以用打孔刀進(jìn)行。
劃痕、劃切或穿孔的目的在于，在水硬性成形板上形成一個(gè)部位，沿這個(gè)部位板能被彎折。這樣在板中就創(chuàng)造了“絞連”(實(shí)際上指余下的連接部分)，它具有遠(yuǎn)比未劃痕或未經(jīng)穿孔的水硬成形板大得多的可彎曲性和回彈性。在某些情況下，多劃切或多穿孔也許是合乎要求的。
在板中切一條劃痕或穿孔會(huì)提供一條更好的彎折線即絞連。這是由于種種原因。首先，它提供了板可以更自然地彎折的部位。其次，切一條劃痕使得板在劃痕線外比板的其余部分更薄，這樣減少了彎曲板時(shí)在長(zhǎng)度方向表面的延伸量。這種表面延伸的減少會(huì)降低結(jié)構(gòu)基體在被彎折時(shí)破裂的可能性。再者，在結(jié)構(gòu)基體有破裂發(fā)生的情況下，劃切或穿孔使得在基塊中的裂縫生成是有控制的。
有時(shí)，優(yōu)選的是將更多的纖維集中在將進(jìn)行劃切或穿孔的部位。這能通過(guò)按預(yù)先確定的時(shí)間間隔，對(duì)應(yīng)于劃切穿孔的部位共擠壓另一層含有更高纖維含量的水硬性材料。此外，在擠壓或軋光過(guò)程中能將纖維置于板的上面或注入其中，以便于在所期望的部位獲得較高的纖維含量。
在劃痕或穿孔過(guò)程中，水硬性成形板優(yōu)選的是處于基本上干燥或半硬化狀態(tài)。這是因?yàn)橐乐箘澓刍虼┛讜r(shí)潮濕材料向劃切處或穿孔處移入而使之彌合。因?yàn)閯澓弁ǔＪ?而穿孔總是)切過(guò)一部分結(jié)構(gòu)基體的，板甚至可以是完全干燥的而不會(huì)使劃痕或穿孔過(guò)程對(duì)板有損害。但是，在劃痕是壓入而不是切入板表面的情況下，板必須足夠濕，以防止因結(jié)構(gòu)基體的錯(cuò)位而造成的破裂。
在大多數(shù)情況下即當(dāng)較薄(＜1mm)的板被劃切時(shí)，劃口的深度對(duì)于板的厚度為約10%-約50%，較佳的為約20%-約35%。在較厚的板的情況下，劃口通常較深，因?yàn)檩^厚的板的彎曲性較差。
也可以使板的表面有圖案或其他標(biāo)記。這能使用在紙張或紙板產(chǎn)品印刷的領(lǐng)域中人們熟知的印刷技術(shù)進(jìn)行。因?yàn)檫@里的板象紙和紙板一樣，具有較高的孔隙度，因此施用的油墨容易很快干燥。此外，也能將使用本領(lǐng)域熟知的方法將印花圖案，標(biāo)簽或其他標(biāo)記附著或粘附于膠結(jié)質(zhì)板上。
最后，已基本硬化的薄板能立即用于成形為容器或其他物件，或者它們也可以貯藏起來(lái)直至需要為止，貯藏的方法可以將板卷成卷或者切割后將各塊板堆垛起來(lái)。
根據(jù)前面所述的方法制造的水硬成形板能夠象紙或紙板一樣使用，而且能被成形為無(wú)窮多樣的容器或其他有用的物件，甚至用現(xiàn)有的用于紙或紙板的制造設(shè)備即可進(jìn)行此項(xiàng)成形。
5.模壓和硬化后的過(guò)程(a)涂覆用前面所述方法所制備的水硬成形產(chǎn)品有時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行涂覆。涂層能被用來(lái)以許多方式改變水硬成形產(chǎn)品的表面性能。涂層可以提供抗?jié)駳?、堿、酸或油性溶劑的保護(hù)，也可以提供更光滑或更有光澤的表面。它們甚至可增強(qiáng)水硬成形的產(chǎn)品，尤其是在已被制成容器的薄板材料中的彎折線之處。
某些涂料可以在板成形或產(chǎn)品的模壓過(guò)程之中涂覆于產(chǎn)品表面，這稱為“在機(jī)器上”法。在“在機(jī)器上”法中，涂料可以以液體、凝膠甚或薄板片的形式涂覆?？赡芨檬窃谒渤尚萎a(chǎn)品已經(jīng)成形并一定程度上干燥之后涂覆涂料，這種情況下的方法稱為“不在機(jī)器上”法。
涂覆過(guò)程的目的常常是為了在產(chǎn)品表面獲得具有最少缺陷的一層均勻薄膜。特定涂覆方法的選擇取決于基板的一些變量以及涂料配方的一些變量?；遄兞堪óa(chǎn)品基體的強(qiáng)度、潤(rùn)濕性、孔隙度、密度、光滑度和均勻性。涂料配方的變量包括全固體含量、溶劑基的種類(包括其水溶性和揮發(fā)性)、表面張力和流變性。已有技術(shù)中能用于涂覆本發(fā)明的水硬成形板材或產(chǎn)品的已知的涂覆方法，包括噴涂法、刮刀法、浸入法、氣刀法、印刷法和照相凹板印刷法。
(b)堆積機(jī)可在制造流水的未端安裝一常規(guī)的自動(dòng)堆積機(jī)將產(chǎn)品堆積成疊。然后將成疊的產(chǎn)品裝載于一轉(zhuǎn)臺(tái)上，由它可以進(jìn)行手工移去堆積的杯子，并將其送入下一步的印刷步驟。
(c)印刷在制造過(guò)程中另一個(gè)可選用的步驟是通過(guò)使用常規(guī)的印刷方法例如膠印法，VanDam法，激光法，直接移印法或熱圖像印刷法將印記或圖案印在容器上。但是，實(shí)際上也能使用任何手工的或機(jī)械的方法。當(dāng)然，水硬成形產(chǎn)品例如在此處公開(kāi)的產(chǎn)品是特別適應(yīng)于此用途的。此外，正如前面所述，用官方批準(zhǔn)的涂料涂覆容器是在本發(fā)明范圍內(nèi)的，這些涂料的大部分是目前使用的，并能很好地適用于在容器上涂覆以標(biāo)記。
(d)裝袋/裝箱在裝運(yùn)這些容器之前，它們須適當(dāng)?shù)匕b。因此，從印刷機(jī)上取下經(jīng)修整的一疊疊的杯子，用手置于聚丙烯酸酯的袋中，然后放入紙板箱中。
(e)堆垛用標(biāo)準(zhǔn)的紙板箱裝卸/堆垛設(shè)備收集、封口、打以標(biāo)記、疊堆和包裝。
Ⅲ.優(yōu)選的實(shí)施例迄今，已進(jìn)行了很多試驗(yàn)比較各種組成的容器的性能。以下為根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的膠結(jié)質(zhì)組合物的具體例子。
實(shí)施例1藉盤車?yán)鞣▽⒑率鼋M分的膠結(jié)混合物形成膠結(jié)質(zhì)杯子波特蘭白水泥2.0kg水1.004kg珍珠巖0.702kgTylose

4000 60g混合上述波特蘭水泥，Tylose

及珍珠巖約2分鐘，接著加入水，再攪拌該混合物10分鐘。生成的膠結(jié)混合物中水與水泥的比例約為0.5。在這混合物中，水泥糊漿(水泥和水)占79.8%(重量)，珍珠巖為18.6%(重量)，Tylose

為1.6%(重量)(都以膠結(jié)混合物的重量為基)。
將所得的膠結(jié)質(zhì)材料用盤車?yán)鞣ㄐ匏艹梢粋€(gè)杯形。該杯壁厚4.5mm，可保溫至65℃，這意味著，當(dāng)該杯子被注滿熱水(88℃)時(shí)，杯的外表面最大溫度為65℃。制定摻入多孔性骨料(此處為珍珠巖)的配方，可使杯子具有預(yù)定的體積密度。
也可以使用另一種多孔性填料例如硅酸鈣微球粒或空心玻璃球粒(見(jiàn)后面的實(shí)施例)。由于多孔性填料具有低的比重，它們可賦于所述容器的材料以一定的絕熱性能。這個(gè)實(shí)施例及下一個(gè)實(shí)施例說(shuō)明，有可能從水泥制造輕質(zhì)容器，只要其配方制定對(duì)于一給定用途能提供足夠的絕熱性。由于增加容器的絕熱效果通常伴隨著強(qiáng)度的降低，最好在制定材料的配方時(shí)，僅保證給定目的所必需的絕熱溫度范圍。另外，以下的一些實(shí)施例將顯示，為了在不增加容器材料的實(shí)際絕熱效應(yīng)的情況下得到一種充分絕熱的容器，可對(duì)該容器的配方進(jìn)行變動(dòng)。
在這第一個(gè)實(shí)施例中，這種相對(duì)來(lái)說(shuō)較大的杯子壁厚是來(lái)自于對(duì)于杯子的更高的絕熱要求，而并非是為了使杯子獲得充分強(qiáng)度所必需的。但是，所得的膠結(jié)質(zhì)杯子具有優(yōu)良的表面光潔度，且是易于盤車?yán)鞣ㄐ匏艹傻?，雖然此杯子比較致密(具有約1.6的體積比重)，這確實(shí)表明，膠結(jié)混合物的配方可制定成使得其生態(tài)(greenstate)具有形狀穩(wěn)定性，并且仍可用常規(guī)的方法模壓成形。
實(shí)施例2藉盤車?yán)鞣▽⒑韵陆M分的膠結(jié)混合物成形為膠結(jié)質(zhì)的杯子波特蘭白水泥2.0kg水1.645kg珍珠巖0.645kgTylose

4000 20gTylose

FL 15002 15gCemfill

玻璃纖維(4.5mm) 370g除了纖維是在混合了水泥、水、Tylose

和珍珠巖約10分鐘后加入以外，是使用如實(shí)施例1所述的過(guò)程制得這個(gè)膠結(jié)混合物的。加入纖維后的混合物再混合10分鐘。生成的膠結(jié)混合物中水與水泥之比約為0.82。在該混合物中，水泥糊漿(水泥和水)、珍珠巖、Tylose

400及FL 15002的濃度分別為77.6%(重量)、13.7%(重量)、0.4%(重量)及0.32%(重量)、玻璃纖維為7.9%(重量)(都以膠結(jié)混合物的重量為基)。
然后將生成的膠結(jié)混合物藉盤車?yán)鞣ㄐ匏艹尚螢楸瓲?。該杯子如同?shí)施例1中的杯子具有優(yōu)良的表面光潔度。但由于添加了玻璃纖維，它又比實(shí)施例1中的杯子具有更高的韌性和破裂能量。如此制得的杯子顯示了充分的強(qiáng)度，當(dāng)從兩米高處掉落至一混凝土或大理石地面上時(shí)，該杯子也不碎裂，這是當(dāng)薄壁膠結(jié)質(zhì)構(gòu)件從該高度掉落下來(lái)時(shí)所本當(dāng)預(yù)料到的。
實(shí)施例3藉盤車?yán)鞣▽⒁褦D壓的含下述組分的膠結(jié)混合物成形為膠結(jié)質(zhì)杯子波特蘭白水泥4.0kg水1.179kg硅酸鈣微球粒1.33kgTylose

FL15002 30gCemfill

玻璃纖維(4.5mm;耐堿) 508g除了加入所述微球粒以取代珍珠巖外，是使用實(shí)施例2中所述過(guò)程制得此膠結(jié)混合物的。所生成的膠結(jié)混合物的水與水泥之比為0.29，而這個(gè)比例明顯低于實(shí)施例1及2中的比例。這說(shuō)明依集料體系不同，在組合物中可設(shè)計(jì)明顯不同的水與水泥之比。在這個(gè)混合物中水泥糊漿(水泥和水)含量占該膠結(jié)混合物的73.5%(重量)，所述微球粒、Tylose

及玻璃纖維的含量分別為該膠結(jié)混合物的18.9%(重量)、0.43%(重量)及7.2%(重量)。
如上所得的膠結(jié)質(zhì)杯子其表面光潔度不如實(shí)施例1及2的，但其質(zhì)更輕。該膠結(jié)混合物容易擠壓，并用盤車?yán)鞣ǔ尚危⒛苁篃崴^熱至63℃。
本發(fā)明早期的原型即實(shí)施例1-3制得的杯子表明，所檢驗(yàn)的原理是可靠的。這些實(shí)施例告訴我們，僅對(duì)膠結(jié)混合物加入多孔輕質(zhì)的骨料一般并不導(dǎo)致如聚苯乙烯那樣的絕熱性能。加入珍珠巖或硅酸鈣微球粒都不能帶來(lái)用作盛放咖啡及其它熱飲料等商業(yè)用途所需的絕熱效果。因此，除了僅僅添加無(wú)機(jī)材料到此水泥混合物的方法之外，尚探索了其它賦予其絕熱性的辦法。
在下面一系列的實(shí)施例中，將細(xì)分散的、顯微的、不連續(xù)的空氣空隙引入水硬成形的結(jié)構(gòu)基體，這個(gè)方法具有大大提高杯子絕熱性能的效果。
實(shí)施例4藉盤車?yán)鞣▽⒑缦陆M分的膠結(jié)混合物成形成膠結(jié)質(zhì)杯子波特蘭白水泥2.52kg水1.975kg蛭石1.457kg松香皂熱塑料樹(shù)脂2.5gTylose

4000 25gTylose

FL 15002 75g麻膠纖維159g將麻膠纖維(它已經(jīng)過(guò)出廠)方用氫氧化鈉預(yù)處理過(guò)使得85%以上的纖維素是α-羥基纖維素)進(jìn)行預(yù)濕，再將該纖維與除了蛭石以外的其它所有組分混和。對(duì)混合物混合約10分鐘，加入蛭石后再混合10分鐘。生成的膠結(jié)混合物的水與水泥之比約為0.78。在該混合物中，水泥糊漿料(水泥和水)的用量為72.3%(重量)，蛭石、Tylose

4000和FL 15002，松香皂熱塑料樹(shù)脂(一種空氣夾帶劑)及麻膠纖維的含量分別為該膠結(jié)混合物的23.4%(重量)，0.40%(重量)和1.21%(重量)，0.04%(重量)及2.6%(重量)。
實(shí)施例4中的杯子用盤車?yán)鞣ㄐ匏苤频?，其壁厚約2.5mm，顯著地薄于實(shí)施例1-3中所獲的杯壁厚度。然而，實(shí)施例4的膠結(jié)質(zhì)杯子可以絕熱溫度至62℃(就該杯減少的壁厚來(lái)說(shuō)，這是對(duì)早期杯子的顯著改善)，該杯子的表面非常光滑，而且韌性和破裂能量都很高。該杯容量約390cc，重約95g。
實(shí)施例5藉盤車?yán)鞣▽⒑率鼋M分的膠結(jié)混合物成形為膠結(jié)質(zhì)杯子波特蘭白水泥2.52kg水2.31kg蛭石2.407kg松香皂熱塑料樹(shù)脂2.5gTylose

4000 25gTylose

FL 15002 75g麻膠纖維159g鋁(＜100目)0.88g采用了實(shí)施例4的步驟制得膠結(jié)混合物。生成的膠結(jié)混合物的水與水泥之比約為0.92。該混合物是易于用盤車?yán)鞣ㄐ匏艹尚蔚?，即使它具有較高的水與水泥之比。在此混合物中，水泥糊漿(水泥和水)的用量為64.4%(重量)，所含蛭石、Tylose

和15002，松香皂熱塑料樹(shù)脂(一種空氣夾帶劑)、麻纖維、鋁的含量分別為該膠結(jié)混合物的32.1%(重量)，0.33%(重量)和1.0%(重量)，0.03%(重量)，2.1%(重量)及0.01%(重量)。
加入的鋁導(dǎo)致了在膠結(jié)混合物中摻入了細(xì)小分散的氫氣泡。從而，所形成的杯子比實(shí)施例4的更輕并更多孔，重僅85g。然而，該杯子具有光滑的表面光潔度，且韌性、破裂能量及絕熱性能與實(shí)施例4相比并未降低。
實(shí)施例6藉盤車?yán)鞣▽⒑率鼋M分的膠結(jié)混合物成形為膠結(jié)杯子波特蘭白水泥2.52kg水1.65kg
蛭石1.179kg珍珠巖0.262kg松香皂熱塑料樹(shù)脂5.0gTylose 4000 12.5gTylose FL 15002 37.5g麻膠纖維159g鋁(＜100目)1.5g采用了實(shí)施例4所述方法制得膠結(jié)混合物。生成的膠結(jié)混合物中，水與水泥之比約為0.65。在該混合物中，水泥糊漿(水泥和水)的用量為71.6%(重量)，所含珍珠巖、蛭石、Tylose 4000和15002、松香皂熱塑料(一種空氣夾帶劑)、麻膠纖維及鋁的含量分別為膠結(jié)混合物的4.5%(重量)，20.12%(重量)，0.21%(重量)和0.64%(重量)，0.086%(重量)，2.7%(重量)及0.026%(重量)。
得到的膠結(jié)質(zhì)杯子具有實(shí)質(zhì)上類似于實(shí)施例中所制杯子的性能和特征。
不論是在強(qiáng)度方面，還是特別是在絕熱性能方面，實(shí)施例4-6的杯子產(chǎn)生了較前幾個(gè)實(shí)施例的杯子更佳的結(jié)果，實(shí)施例4-6中制得的杯子可絕熱至62℃。這些例子表明，滲入細(xì)微的空氣空隙可以大大提高該容器的絕熱能力而不致顯著降低強(qiáng)度。另外，這些例子也顯示出，鋁可用來(lái)產(chǎn)生夾帶入膠結(jié)混合物的氣泡。
這些及其它的試驗(yàn)表明，珍珠巖易降低容器的強(qiáng)度，然而，同時(shí)又可增加同樣程度的絕熱水平，不管該水泥糊漿是怎樣混合或模壓成型的。另一方面，由于蛭石的顆粒為片狀，使其各個(gè)顆粒沿容壁內(nèi)平行的平面排列對(duì)強(qiáng)度和絕熱兩方面都是有益的。這種排列可藉盤車?yán)鞣ā_壓、擠壓或滾壓該混合物而達(dá)到。
類似地，為使所添加的纖維獲得最大的效果，已發(fā)現(xiàn)將它們?cè)谒渤尚谓Y(jié)構(gòu)基體內(nèi)排列起來(lái)地是很有利的。這也可用上述的各種模壓成型方法達(dá)到。這種排列賦于了所生成的食品或飲料容器以更大的強(qiáng)度和韌性。
還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一種更具粘性的水硬性糊漿被使用時(shí)，須混合5-10分鐘以獲得良好的水泥糊漿的絮凝以及由之引起的塑性。此外，須使Tylose 在水存在下與凝膠“反應(yīng)”約5分鐘以賦于該混合物以增厚效應(yīng)。
實(shí)施例7-10將含空心玻璃球粒(直徑＜100微米)作為集料的各種膠結(jié)混合物通過(guò)一對(duì)滾筒，形成膠結(jié)質(zhì)薄板，各實(shí)施例所用的組分如下實(shí)施例水泥水 Tylose 玻璃球FL1500274kg2.18kg200g445g83kg1.85kg150g572g92kg1.57kg100g857g101kg1.55kg100g905g首先用一高剪切混合機(jī)混合上述的水硬水泥，Tylose 及水5分鐘，制得膠結(jié)混合物。然后，加入玻璃球粒，用一低剪切混合機(jī)再混合5分鐘。實(shí)施例7-10中生成的膠結(jié)混合物分別具有約0.55、0.62、0.79和1.58的水與水泥之比，即使在實(shí)施例10中是很高的水與水泥之比，該膠結(jié)混合物在生態(tài)是形狀穩(wěn)定的并易于模壓。在實(shí)施例7-10各例中的玻璃球粒的重量百分?jǐn)?shù)分別為6.5%，10.3%，18.9%和25.3%。
這些材料重量極輕，密度在0.25-0.5范圍。同樣重要的是，由這些材料制得的壁厚為2.0mm杯子所具有的絕熱能力，該能力由將88℃的水放入杯中，杯壁外側(cè)達(dá)到的最大溫度來(lái)衡量實(shí)施例絕熱溫度762℃
855℃956℃1057℃據(jù)信，實(shí)施例9和10的產(chǎn)品的絕熱性能大于表中列出的。因?yàn)檫@些杯子是涂了蜜胺的，蜜胺中的溶劑可能使得該杯的有效壁厚小于2.0mm。實(shí)際上，將2.0mm厚的板料置于150℃的爐中3小時(shí)，然后，它可用手取去。這說(shuō)明，該表面溫度顯著低于60℃，這可能是因?yàn)檫@些實(shí)施例所制得的輕質(zhì)膠結(jié)質(zhì)材料的比熱較低。
實(shí)施例11-14藉加入各種量的麻膠纖維改變實(shí)施例7-10的膠結(jié)混合物，麻膠纖維是在高剪切混合步驟中混入的。
實(shí)施例對(duì)應(yīng)實(shí)施例加入量麻膠纖維117149g128152g139180g1410181g在實(shí)施例11-14中，麻膠纖維的重量百分?jǐn)?shù)分別為2.1%，2.7%，3.8%和4.8%。這些膠結(jié)質(zhì)材料如同實(shí)施例7-10中的那些同樣質(zhì)輕和絕熱，但韌性和破裂能量更高，另外，加入更多的纖維使產(chǎn)品更耐彎曲，如容器具有鉸連的活蓋或其它閉合機(jī)構(gòu)時(shí)所需要的。因此，使用這些麻膠纖維及其它類型的纖維在需要上述性能的場(chǎng)合是特別理想的。
實(shí)施例15-17使用實(shí)施例7的各種組分(即包括使用了4kg的波特蘭白水泥)，根據(jù)實(shí)施例7的步驟制得由這些膠結(jié)混合物成形的板材和杯子。與實(shí)施例7不同之處在于，鋁粉末(＜100目)和NaOH按下述用量加入膠結(jié)混合物，模壓的薄板加熱至約80℃達(dá)30-60分鐘。
實(shí)施例鋁NaOH154g21.9g166g34.7g178g34.7g將NaOH加入膠結(jié)混合物，并將pH值調(diào)在一最好的范圍約13.1-13.8，以使鋁活化。這樣，增加了膠結(jié)混合物的孔隙度，減少了其體積密度，增強(qiáng)了其絕熱性能，薄板和杯子重量則更輕。鋁金屬反應(yīng)的速率和程度可靠調(diào)節(jié)所加入鋁的量和加熱的程度而改變。上述的NaOH和Al加入得較多，材料就變得更輕，松散和柔軟，可制得優(yōu)良的減震材料。
必須注意的是，在實(shí)施例15-17的薄板中，即使對(duì)膠結(jié)混合物進(jìn)行了加熱，并迅速?gòu)闹谐テ渲写罅康乃?，也未在這些薄板片中看到收縮裂紋。
實(shí)施例18-20將含如下各實(shí)施例的組分的膠結(jié)混合物在一對(duì)滾筒中通過(guò)，形成膠結(jié)質(zhì)的板材實(shí)施例鋁NaOH麻膠纖維1810.0g22.3g60g1915.0g22.3g60g2022.5g22.3g60g而在這些每一實(shí)施例中，還有4kg波特蘭白水泥，1.4kg和40g的Tylose

FL 15002?；旧鲜歉鶕?jù)實(shí)施例1所述的步驟制得膠結(jié)混合物，不同之處在于，不加珍珠巖骨料而加入纖維。如同實(shí)施例15-17的膠結(jié)混合物，因滲入該水硬性混合物中空氣的量，這些材料重量極輕且絕熱性非常好。但是，這些例子中的膠結(jié)混合物因添加了纖維而增加了韌性和破裂能量。
實(shí)施例21-24
將含如下的各實(shí)施例的組分的膠結(jié)混合物在一對(duì)滾筒中通過(guò)，形成膠結(jié)質(zhì)的板材玻璃球粒實(shí)施例細(xì)中粗鋁NaOH21133g317g207g4.0g19.7g22133g317g207g6.0g31.2g23133g317g207g8.0g31.2g24133g317g207g0.0g0g在上述每一例子中還有4kg波特蘭白水泥和1.96kg的水，從而，其水與水泥之比為0.49。在每一混合物中Tylose

FL 15002和麻膠纖維的用量分別為200g和60g?；旧鲜前磳?shí)施例15-17的步驟制得膠結(jié)混合物，不同之處在于使用了具有三種不同直徑的空心玻璃球粒。所有的玻璃球粒直徑小于1毫米(當(dāng)然，實(shí)施例24未加入鋁和NaOH)。
實(shí)施例21-24的每一例中膠結(jié)混合物中的玻璃球粒的總百分?jǐn)?shù)(重量)為2.1%。
用陰、陽(yáng)模板將膠結(jié)混合物壓成杯子形狀。該杯子具有如同薄板的類似特性，并顯示出這些膠結(jié)混合物模壓成容器形狀的成形適應(yīng)力。
由于滲入這些混合物空氣的量以及摻入的玻璃球的有效填充，這些材料重量極輕(密度＜0.7)并且絕熱性非常好。這些實(shí)施例的膠結(jié)混合物顯示了骨料填充在為最大程度發(fā)揮骨料在所得組合物中的效果上的價(jià)值。雖然實(shí)施例24的膠結(jié)混合物在許多情況是一優(yōu)良的組合物，它的絕熱性能并不如實(shí)施例21-23中的那樣大。
實(shí)施例25-28由將含下述各實(shí)施例中的組分的膠結(jié)混合物在一對(duì)滾筒中通過(guò)形成膠結(jié)質(zhì)薄板
玻璃球粒實(shí)施例細(xì)中粗鋁NaOH25171g394g267g3.0g16.7g26171g394g267g4.5g26.6g27171g394g267g6.0g26.6g28171g394g267g0.0g0g在上述每一實(shí)施例中還有3kg波特蘭白水泥和1.67kg的水，從而其水與水泥之比為0.56。加入于每一混合物中的Tylose

FL15002和麻膠纖維的含量分別為150g和60g。在實(shí)施例25-28的每一膠結(jié)混合物中，玻璃球粒的總百分?jǐn)?shù)為3.4%(重量)。在其它方面，這些例子中的膠結(jié)混合物是基本上按實(shí)施例21-24的過(guò)程步驟制備的。
由于滲入這些混合物空氣的量以及加入的玻璃粒的有效填充，這些實(shí)施例所制備的材料重量極輕并且絕熱性非常好。這些實(shí)施例中的膠結(jié)混合物顯示了骨料填充在為最大程度發(fā)揮骨料在所得組合中的效果上的價(jià)值。雖然實(shí)施例28的膠結(jié)混合物在許多情況是一優(yōu)良的組合物，它的絕熱性并不如實(shí)施例25-27中的那樣大。
實(shí)施例25-28的薄板，比相應(yīng)的實(shí)施例21-24的薄板絕熱性更好，更輕。不過(guò)，這些薄板比那些含更多水泥用量的薄板強(qiáng)度差些。
實(shí)施例29-32將含下述各實(shí)施例中的組分的膠結(jié)混合物在一對(duì)滾筒中通過(guò)形成膠結(jié)質(zhì)薄板玻璃球粒實(shí)施例細(xì)中粗鋁NaOH29257g591g400g2.0g14.2g30257g591g400g3.0g22.5g
31257g591g400g4.0g22.5g32257g591g400g0.0g0g在上述每一例子中還有2kg波特蘭白水泥和1.41kg的水，從而其水與水泥之比為0.71。在每一混合物中的Tylose

FL15022和麻膠纖維的用量分別為100g和60g。實(shí)施例29-32中的每一種膠結(jié)混合物中，玻璃球粒的總百分比為6.8%(重量)。在其它方面，基本上按實(shí)施例21-24的步驟制得膠結(jié)混合物。
由于滲入這些混合物空氣的量以及加入的玻璃粒的有效填充，這些實(shí)施例所制備的材料重量極輕并且絕熱性非常好。這些實(shí)施例中的膠結(jié)混合物顯示了骨料填充在為最大程度發(fā)揮其在所得組合中的效果上的價(jià)值。雖然實(shí)施例32的膠結(jié)混合物在許多情況下是一優(yōu)良的組合物，它的絕熱性并不如實(shí)施例29-31中的那樣大。
實(shí)施例29-32的薄板比相應(yīng)的實(shí)施例21-28的薄板絕熱性更好，重量輕。然而，這些薄板比那些含更多水泥用量的薄板，強(qiáng)度更差些。
實(shí)施例33-36將含下述各實(shí)施例中的組分的膠結(jié)混合物在一對(duì)滾筒中通過(guò)形成膠結(jié)質(zhì)薄板玻璃球粒實(shí)施例細(xì)中粗鋁NaOH33271g624g422g1.0g14.3g34271g624g422g1.5g22.6g35271g624g422g2.0g22.6g36271g624g422g0.0g0g在上述每一例子中，還有1kg波特蘭白水泥和1.42kg的水，從而，其水與水泥之比為1.42。在每一混合物中的Tylose

FL15002和麻膠纖維的用量分別為100g和60g?；旧习磳?shí)施例21-24的步驟制得膠結(jié)混合物。即使這些膠結(jié)混合物中的水與水泥之比很高，它們?nèi)匀菀子帽P車?yán)鞣ㄐ匏艹尚巍?br> 實(shí)施例33-36的每一例中的膠結(jié)混合物中玻璃球粒的總百分?jǐn)?shù)為9.7%(重量)。
由于滲入這些混合物空氣的量以及加入的玻璃粒的有效填充，這些材料重量極輕并且絕熱性非常好。這些實(shí)施例的膠結(jié)混合物顯示了骨料填充在為最大程度發(fā)揮其在所得組合中的效果上的價(jià)值。雖然實(shí)施例36的膠結(jié)混合物在許多情況是一優(yōu)良的組合物，它的絕熱性并不如實(shí)施例29-31中的那樣大。
實(shí)施例33-36的薄板，比相應(yīng)的實(shí)施例21-32的薄板絕熱性更好，更輕。然而，這些薄板比那些含較高水泥用量的薄板強(qiáng)度更差些。
實(shí)施例37-38采用含下述組分的膠結(jié)混合物制造膠結(jié)質(zhì)薄板實(shí)施例水泥水 Tylose

麻膠纖表面活性劑FL15002維3710kg23.0kg300g200g300g3810kg20.0kg300g200g300g在這些實(shí)施例中，利用了超細(xì)水泥制造膠結(jié)質(zhì)圓筒。在一臺(tái)上述的高能混合機(jī)中將上述組分混合10分鐘制得膠結(jié)混合物，該混合機(jī)可從E.Khashoggi Industies購(gòu)得。這個(gè)高能高速混合機(jī)將大量的空氣引入了膠結(jié)混合物，使用上述表面活性劑將空氣夾帶入膠結(jié)混合物，并由使用Tylose

使其穩(wěn)定。生成的膠結(jié)混合物通過(guò)一對(duì)滾筒形成薄板(1 mm)。這些薄板經(jīng)過(guò)刻痕，折成谷類食品盒的形狀。并用該領(lǐng)域已知的粘結(jié)技術(shù)粘合在一起。這些產(chǎn)品或還通過(guò)一加熱隧道進(jìn)行硬化，這有助于除去多余的水份增加它們的生態(tài)強(qiáng)度。
實(shí)施例39-40使用了含下述組分的膠結(jié)混合物制造膠結(jié)質(zhì)薄板實(shí)施例水泥水 Tylose

石墨表面活性劑FL纖維15002394.23kg8.1kg120g260g135g4010.0kg20.0kg300g300g300g在這些實(shí)施例中，采用了超細(xì)水泥。如同實(shí)施例37和37的產(chǎn)品，這些實(shí)施例的膠結(jié)混合物藉在一個(gè)購(gòu)自E.KhashoggiIndustries的上述的高剪切混合機(jī)中將這些組分混合約10分鐘制得。這個(gè)高剪切速度的混合機(jī)將大量的空氣引膠結(jié)混合物，空氣由表面活性劑夾帶入這些膠結(jié)混合物中。
然而，由于石墨纖維，所述混合物不易形成泡沫，且不如不含石墨纖維的材料那樣輕質(zhì)絕熱。生成的膠質(zhì)混合物通過(guò)一對(duì)滾筒形成為薄板(1mm)，該板被折成谷類食品盒的形狀，并用本領(lǐng)域熟知的粘結(jié)技術(shù)膠合。這些產(chǎn)品或還通過(guò)一加熱隧道進(jìn)行硬化，這有助于除去多余的水份并增加它們的生態(tài)強(qiáng)度。
如上生成的膠結(jié)質(zhì)材料也具有高度的絕熱性，并具有范圍在0.25-0.4之間的低體積比重。
實(shí)施例41使用實(shí)施例37的步驟，從一膠結(jié)混合物成形膠結(jié)質(zhì)薄板，不同之處在于，對(duì)該水泥、水和Tylose

的“起泡”的混合物加入約1.2kg的玻璃粒。得到的薄板，具有與標(biāo)準(zhǔn)聚苯乙烯泡沫無(wú)明顯不同的絕熱性能。該實(shí)施例的薄板置入150℃的爐中達(dá)3小時(shí)后仍可用裸手指取出。
實(shí)施例42-49從含下述組分的膠結(jié)混合物形成各種厚度的膠結(jié)質(zhì)薄板，再用該薄板制得食品和軟料容器波特蘭白水泥1.0kg珍珠巖0.5kg云母0.5kg纖維(南方松)0.25kgTylose

FL15002 0.2kg水2.5kg在一高剪切混合機(jī)中混合波特蘭水泥，云母，纖維，Tylose

和水5分鐘，然后，加入珍珠巖并在一低剪切混合機(jī)中將得到的混合物再混合5分鐘。將該膠結(jié)混合物放入一螺旋擠壓機(jī)，從其具有狹縫狀開(kāi)口的模頭中擠出。擠壓出的連續(xù)薄板具有300mm的寬度和6mm的厚度。
該板材然后經(jīng)過(guò)一對(duì)或一對(duì)以上的減薄滾筒，以獲得最終厚度分別為0.2mm，0.3mm，0.4mm及0.5mm的薄板。所述滾筒直徑17cm，不銹鋼制造，并表面鍍以光亮鎳以防止膠結(jié)混合物粘附于滾筒上。另外，該滾筒被加熱至15℃的溫度，以進(jìn)一步防止混合物與滾筒粘附。
為得到具有所需厚度的薄板，用減薄滾筒對(duì)(滾筒之間具有漸進(jìn)減小的間距)分段將擠壓出的薄板減薄。薄板厚度如下遞減6mm→2mm→0.5mm→0.4mm或0.3mm或0.2mm上述擠壓過(guò)程與軋光過(guò)程的結(jié)合使用所生成的薄板，其中纖維基本上沿薄板的長(zhǎng)度方向(即伸長(zhǎng)方向)呈單向地取向。因此，該薄板在長(zhǎng)度方向上比寬度方向上(5-6MPa)具有更大的抗拉強(qiáng)度(10-12MPa)。
經(jīng)硬化的膠結(jié)質(zhì)薄板再經(jīng)修整、涂層、成形為各種不同的食品和飲料容器。例如，一種“冷食杯”(就如那種在快餐店沖配冷軟飲料用的杯子)，其制法是從一薄板上切下適當(dāng)?shù)男螤畈糠?，將其卷成杯?使用通常的水基型粘膠將薄板卷至的兩個(gè)邊緣粘合;將一圓片置于杯子的底部，并將卷成的杯壁的底邊部分折過(guò)來(lái)以支承杯子底部;將杯子邊緣卷曲以增加該處的強(qiáng)度并形成一更光滑的飲用表面。所用薄板的厚度為0.3mm和0.4mm。
當(dāng)對(duì)杯子邊緣之下1英寸(2.54cm)處施以一恒定的力時(shí)，可見(jiàn)到該處的撓曲量與通常紙杯的情況不相上下。當(dāng)一種含亞甲基蘭和0.1%表面活性劑的水溶液放入未涂層的這種膠結(jié)質(zhì)杯中5分鐘時(shí)，該杯子也不發(fā)生滲漏。當(dāng)然，任何可能的滲漏都可用適當(dāng)?shù)耐繉蛹右苑乐埂?br> 一種“蛤殼式”容器(如同那種現(xiàn)在快餐業(yè)所用的包裝漢堡包的容器)如下制得從一薄板上切下適當(dāng)形狀的部分;在該薄板上刻切以形成所需的折線;再將該薄板折成“蛤殼式”容器形狀;(同時(shí)使用粘合劑和聯(lián)鎖搭扣設(shè)備)粘合該折疊薄片的兩端以保持該容器的完整。所用薄板的厚度為0.4mm和0.5mm。
上述薄片在正對(duì)著刻切部分的另一面更容易彎曲或貼近。該刻切因此可稱作“反式”刻切，因?yàn)橥ǔ２牧仙系目毯壑荒苁顾虅澋谋“逶谠摽毯鄣耐幻娓讖澢蛸N近。以上所得的“蛤殼式”容器比起紙質(zhì)“蛤殼”顯示了不相上下或更優(yōu)異的絕熱性能。
一種法國(guó)油炸食品(fry)容器(如在快餐業(yè)中用于供應(yīng)法蘭西油炸食品的容器)如下制得從一薄板上切下適當(dāng)形狀的部分;在該薄板上刻切以形成所需的折線;再將該薄板折成法國(guó)油炸食品容器的形狀;用粘接技術(shù)將折疊薄板的端部粘合，以保持一完整的容器。所用薄板的厚度為0.4mm和0.5mm。
一種冷凍食品盒(如同那種超市用于包裝如蔬菜或法國(guó)油炸食品等冷凍食品的盒子)如下制得從一薄板上切下適當(dāng)?shù)男螤畈糠?對(duì)該薄板作刻切形成所需的折線;將該薄板折成一冷凍食品盒形狀;使用粘接技術(shù)粘合該折疊薄板的端部以保持該盒的完整。所用薄片的厚度為0.4mm和0.5mm。
一種谷類冷食盒如下制得從一薄板上切下適當(dāng)形狀的部分;對(duì)該薄板作反式刻切，形成所需的折線;折起該薄板，形成谷類冷食盒形狀;用粘接方法粘合該折疊薄板的端部以保持該保類食品盒的完整。所用薄板厚度為0.3mm。
一種吸管藉將一段薄片卷成吸管狀并以本技領(lǐng)域熟知的粘接方法將其端部粘合一起而制得。在制造吸管時(shí)，如同制造前述的各種容器，對(duì)該薄板作稍許再濕處理以暫時(shí)給該薄板帶來(lái)更大的撓曲性。由此可最大限度地減少裂縫和撕裂。不過(guò)，也可不必對(duì)薄板作再濕處理，仍可卷折制成杯子而不出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的撕裂和裂縫。
這些容器若遇水一段時(shí)間則發(fā)現(xiàn)了裂壞現(xiàn)象，其裂碎的平均時(shí)間為一天。
在上述容器的制造中，從薄板上修整下來(lái)的多余棄料可逕直經(jīng)粉碎然后混回到水硬性混合物中而容易地再回收使用。
所制的各種容器列出如下其中包括制造各種容器的板材厚度實(shí)施例容器薄板厚度42冷飲杯0.3mm43冷飲杯0.4mm44蛤殼式0.4mm45蛤殼式0.5mm46法國(guó)油炸食品盒0.4mm47法國(guó)油炸食品盒0.5mm48冷凍食品盒0.4mm49冷凍食品盒0.5mm
實(shí)施例50在實(shí)施例42-49中制得的各種膠結(jié)質(zhì)薄板可采用用于印刷常規(guī)紙張的印刷機(jī)印刷。在其上面印墨的干燥可如同印于通常的紙片時(shí)一樣快或比后者更快。印刷過(guò)的薄板接著可如同未印刷過(guò)的薄板一樣成形為上述所列舉的任何容器。
實(shí)施例51按實(shí)施例42所述步驟將在實(shí)施例50中所得的印刷膠結(jié)質(zhì)薄板成形為一杯形，不同之處在于，在將杯子頂部邊緣卷曲之前，用一礦物油潤(rùn)滑劑處理該邊緣。不過(guò)，如上面已述，這種卷曲也可以不用礦物油進(jìn)行。該杯子具有所有用于快餐業(yè)所必需的重量、強(qiáng)度及耐水性能，以及識(shí)別標(biāo)記。
實(shí)施例52用按實(shí)施例42-49所制得的薄板制造了蛤殼式容器。測(cè)試確定了該薄板的最佳刻切深度以使其最易彎曲而同時(shí)使除刻切外所留深度的材料連接(稱鉸連)具有最大的強(qiáng)度和回彈性。所測(cè)的刻切深度為20%-50%，而25%的深度產(chǎn)生最佳效果。另外，發(fā)現(xiàn)較厚的薄板(0.4-0.5mm)可得到更好的刻切，強(qiáng)度更大、更硬挺的蛤殼式容器。
實(shí)施例53用實(shí)施例42-49的薄板制得一蛤殼式容器，不同之處在于，使用了一種三折反式鉸連，也即，在該蛤殼式容器的外側(cè)切有一系列三條刻切。由于這樣減少了在各刻切需彎折的距離，因此，比起單條的刻切鉸連來(lái)說(shuō)，所得到的鉸連可以開(kāi)合更多次而不折裂。
實(shí)施例54將按實(shí)施例42和43制得的冷飲杯通過(guò)一商業(yè)用涂蠟機(jī)，在其表面涂上一層均勻的蠟。這個(gè)蠟涂層完全涂封了該杯子的表面，不致受潮并不透水。
實(shí)施例55用一細(xì)噴嘴對(duì)按實(shí)施例42和43制得的冷飲杯涂以丙烯樹(shù)脂涂層。如同實(shí)施例54中的涂蠟，此丙烯樹(shù)脂涂層完全涂封了杯子表面，使其不受并不透水。然而，丙烯樹(shù)脂涂層有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它不象蠟涂層那樣可見(jiàn)到。由于很薄的丙烯樹(shù)脂涂層是可能的，所以該杯子看上去幾乎如同未涂層一樣。使用不同類型的丙烯樹(shù)脂涂層，可以控制杯子的光澤度。
實(shí)施例56用一細(xì)噴嘴對(duì)按實(shí)施例42和43制得的冷飲杯涂以一層商業(yè)上用的蜜胺涂層。如實(shí)施例54及55，該蜜胺涂層完全涂封了杯子表面使不受潮并不透水。不過(guò)，這蜜涂層也是難以看見(jiàn)的，并且可以比用蠟涂得更薄。應(yīng)用不同類型的蜜胺涂料也可以控制杯子的光澤度。
實(shí)施例57對(duì)按實(shí)施例42和43所制得的冷飲杯涂以一層完全對(duì)環(huán)境良性的涂層，該涂料是一種用聚乙烯醇或大豆蛋白增塑的羥甲基纖維素的混合物。該涂層完全涂封了杯表面使不胺潮并不透水。不過(guò)，這層表面比起涂以蠟、丙烯樹(shù)脂或蜜胺的表面顯得更具天然色，但光澤度較差。
實(shí)施例58-61對(duì)按實(shí)施例44和43制得的蛤殼式容器各涂以類同于實(shí)施例54-57中涂冷飲杯的涂料。其結(jié)果基本上與那些在冷飲杯上所獲得的效果相同。
實(shí)施例涂層材料58蠟59丙烯樹(shù)脂60蜜胺61增塑的羥甲基纖維素實(shí)施例62-65對(duì)按實(shí)施例46和47制得的法國(guó)油炸食品容器各涂以類同于實(shí)施例54-57不涂冷飲杯的涂料。其結(jié)果基本上與那些在冷飲杯上所獲的效果相同。
實(shí)施例涂層材料62蠟63丙烯樹(shù)脂64蜜胺65增塑的羥甲基纖維素實(shí)施例66-69對(duì)按實(shí)施例48-49制得的冷凍食品容器各涂以類同于實(shí)施例54-57中涂冷飲杯的涂料。其結(jié)果基本上與那些在冷飲杯上所獲的效果相同。
實(shí)施例涂層材料66蠟67丙烯樹(shù)脂68蜜胺69增塑的羥甲基纖維素實(shí)施例70用實(shí)施例42-49中的相同配料設(shè)計(jì)，在此實(shí)施例中制得厚度在0.25mm和0.5mm之間變化的薄板?；旌稀D壓、軋光工序在各方面皆相同。將各種厚度的干燥薄板切成圓形并用一工業(yè)用壓機(jī)壓成盤子，該壓機(jī)配有的順序式壓模是本用于由紙漿壓紙盤子的。這些沖壓出的膠結(jié)質(zhì)盤子在各方面都是站得住腳的，并在形狀、強(qiáng)度和外觀上基本上類似于通常的紙盤子。但是，經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種膠結(jié)質(zhì)盤子比通常的紙板更硬挺，因此當(dāng)在此盤子中放上或放入食品時(shí)，它具有更大的結(jié)構(gòu)完整性。
實(shí)施例71對(duì)實(shí)施例70的干燥薄板在其壓成盤子之前，先給濕至其所含水份為最初干燥薄板重的5%(重量)(注意，外觀上“干燥的”薄板在其水硬性結(jié)構(gòu)基體中是含有水的，即使其手感是干的并且具有最大的剛性。加入的水有助于薄板變得更可撓曲(即在斷裂之前有更大的伸長(zhǎng))，這使得制成的盤子比起由相同的方法形成的通常的紙盤子來(lái)說(shuō)具有更好的壓痕及細(xì)部。壓機(jī)加熱至200℃，多余的水份即在非常短的模壓時(shí)間(＜1秒)內(nèi)通過(guò)加熱模型中的排氣孔蒸發(fā)，得到硬度大于紙的干燥產(chǎn)品。
實(shí)施例72對(duì)實(shí)施例70的干燥薄板在其壓成盤子之前，先給濕至其所含水分為最初干燥薄板重的10%(重量)。加入的水有助于薄板更可撓曲，盡管其壓痕及細(xì)部與實(shí)施例71的結(jié)果不相上下。由于添加更多水分的結(jié)果，模壓耗時(shí)稍多，以除去多余水分并形成一基本上為干燥的盤子。發(fā)現(xiàn)，模壓時(shí)間可藉增加模子溫度而減少。最終產(chǎn)品較同類紙盤更具剛性。
實(shí)施例74對(duì)實(shí)施例70的干燥薄板在其壓成盤子前先給濕，使其所含水分為最初干燥薄板的30%(重量)。加入的水有助于薄板比實(shí)施例73中的薄板的撓曲性稍好些，盡管其二者的模壓方法和結(jié)果都相似。所得產(chǎn)品優(yōu)于紙沖壓方法的，因?yàn)樵诿鎵翰牧仙蠠o(wú)折皺線。由于加了更多的水，其模壓成型比使用較少的水加濕薄板的情況化了長(zhǎng)些的時(shí)間。發(fā)現(xiàn)加熱模子至一更高溫度可減少模壓時(shí)間。其最終產(chǎn)品較同類紙盤剛性更好。
實(shí)施例75完全重復(fù)實(shí)施例70-74，不同之處在于，在壓制成如上述的盤子之前，是涂到一工業(yè)上的丙烯樹(shù)脂涂料于該薄板之一面。在再加濕處理薄板時(shí)，用水噴撒于涂有涂料的反面。所述涂層提供該薄板以一更光澤的表面，并使其變得更耐水。
實(shí)施例76完全重復(fù)實(shí)施例70-74的步驟，不同之處在于，在壓制成如上述的盤子之前，在該薄板之一面涂以工業(yè)上的聚乙烯涂料，在再加濕處理薄板時(shí)，用水噴撒于涂有涂料的反面。所述涂層提供該薄片以一更光譯的表面，并使其變得更耐水。
實(shí)施例77-83重復(fù)實(shí)施例70-76所述的模壓方法，不同之處在于，使用一個(gè)用于從紙漿制造一次性紙碗的通常壓機(jī)將薄板壓制成碗形。這些膠結(jié)質(zhì)碗直徑為15cm，深3cm。因?yàn)閺钠桨逯仆腠毟畹膲汉酆透蟮膹澢白冃危訚袼稚儆?0%的薄板產(chǎn)生了一些缺陷。不過(guò)，使用至少加10%可給出比紙制碗具有更好的壓痕、無(wú)折皺、更光滑表面的良好產(chǎn)品。
實(shí)施例添加的水分涂料770%無(wú)785%無(wú)7910%無(wú)8020%無(wú)8130%無(wú)82不定丙烯酸樹(shù)脂83不定聚乙烯實(shí)施例84-90重復(fù)實(shí)施例70-76所述的模壓方法，不同之處在于，薄板被壓制成兩件式早餐大淺盤的形狀，包括其頂盤和底盤。頂盤長(zhǎng)20cm，深3.5cm，而底盤長(zhǎng)21cm，深1.0mm。所用薄板厚度為0.8mm，制出的兩個(gè)盤件各重12-15g。盡管與快餐業(yè)現(xiàn)用的早餐盤相比在重量上相似，本實(shí)施例的餐盤更少脆弱性。
上述頂盤與底盤尺寸相配，并可藉設(shè)于頂盤邊緣的接頭和設(shè)于底盤邊緣的狹槽而互相扣鎖以形成一密閉容器。該產(chǎn)品曲撓性很好，當(dāng)壓碎時(shí)不會(huì)發(fā)生噴散。涂以涂料的產(chǎn)品顯示出涂層與水硬成形結(jié)構(gòu)基體之間的疊加作用，其中，由于彈性體涂料的高延伸性，該產(chǎn)品在強(qiáng)度、剛性和破裂前的彈性上均更佳。
實(shí)施例添加的水分涂料840%無(wú)855%無(wú)8610%無(wú)8720%無(wú)8830%無(wú)89不定丙烯酸樹(shù)脂90不定聚乙烯實(shí)施例91將上述容器置于一微波爐測(cè)其微波適應(yīng)性，即測(cè)試確定這些容器本身或其中的食物暴露于微波輻射中是否變熱。盡管由于在其水硬成形結(jié)構(gòu)基體中結(jié)合的水份，容器預(yù)料能吸收一些輻射而變熱，實(shí)際上，容器本身仍是冷的。由于材料的低介電常數(shù)，發(fā)現(xiàn)所有能量都進(jìn)入了食品而非容器。
同樣理由，在最初的微波幅照階段中可能已凝結(jié)于容器表面的蒸汽在進(jìn)一步的微波幅照中會(huì)再次蒸發(fā)。因此，打開(kāi)該食品容器后，經(jīng)微波幅照的容器表面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)冷凝蒸汽。打開(kāi)容器時(shí)，剩余的蒸汽就逸出，食物的外觀和味覺(jué)都變得更好。這與聚苯乙烯容器形成鮮明的對(duì)比，后者易在容器表面積聚大量的冷凝蒸汽，由此，使所得食品變得“更潮濕”，而不理想。另外，聚苯乙烯容器在食物加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)情況下常發(fā)生焙化。
本發(fā)明的水硬性材料的比熱較小，約為0.9J/g·K，其熱常數(shù)較低在0.06-0.14W/m·K范圍。這使得在微波幅照中從食品至容器的導(dǎo)熱較差。從而，在所有的情況下，都可以不燙手地從微波爐中取出容器。當(dāng)容器從微波爐中取出時(shí)，該容器即緩慢變熱(因吸收了食物中的一些熱量)，但決不會(huì)熱得無(wú)法觸摸。
實(shí)施例92從含下述組分的水硬性混合物制得適用于制造種種食品或飲料容器的平板波特蘭水泥1.0kg珍珠巖0.3kg空心玻璃球粒(＜0.1mm)0.8kg云母0.5kg纖維(南方松)0.25kgTylose

FL 15002 0.2kg水2.6kg在一高剪切混合機(jī)中混合水泥，云母，纖維，Tylose

及水5分鐘，然后，加入珍珠巖和空心玻璃球粒，再用低剪切混合機(jī)混合之。用一螺旋擠壓機(jī)和一模頭將該混合物擠壓成一寬30cm，厚2.6cm的薄板，再將薄板相繼通過(guò)一對(duì)對(duì)受熱滾筒，令該薄板的厚度減至0.1mm和2mm之間。
所述玻璃球粒與珍珠巖相比其比表面積較低，因而實(shí)施例92的混合物產(chǎn)生了一種比實(shí)施例42-49的配方具有更均勻厚度和改善了的表面光結(jié)度的產(chǎn)品，該骨料的比表面積的減少也使在接觸受熱滾筒時(shí)所除去的水分量減少。這樣的材料因而仍更易于模壓，保留了最佳的流變特性，并導(dǎo)致在軋光過(guò)程微缺陷更少、壓制更均勻。
實(shí)施例93用一商業(yè)用紙杯制造機(jī)械將按實(shí)施例92所制的薄板切下，滾卷并粘合成10盎司的飲用杯?；蚩稍儆孟瀸?duì)該飲杯進(jìn)行兩面涂層以增加耐水性。
實(shí)施例94完全重復(fù)實(shí)施例42-49的配方和模壓方法，不同之處在于，用0.5kg高嶺土取代云母。使用這種有所不同的配方制得的薄板具有比使用云母更富光澤的表面，這可認(rèn)為是當(dāng)薄板通過(guò)一對(duì)滾筒時(shí)，更小的高嶺土顆粒在該薄片表面之內(nèi)排列的結(jié)果。這一對(duì)滾筒也起了精軋輥的作用。
實(shí)施例95完全重復(fù)實(shí)施例94的配方和模壓方法，不同之處在于，用了1.0kg的高嶺土。使用增量了的高嶺土，模壓的薄板比只使用0.5kg高嶺土的薄板具有更光滑的表面光潔度。
實(shí)施例96完全重復(fù)實(shí)施例94的配方和模壓方法，不同之處在于，使用了1.5kg的高嶺土。使用該增量了的高嶺土，模壓的薄板比只使用0.5kg或1.0kg高嶺土的薄板具有更光滑的表面光潔度，不過(guò)，高嶺土的增加也使薄板更脆。另外，因此表面積增加而產(chǎn)生的干燥缺陷也多少是成問(wèn)題。
實(shí)施例97完全重復(fù)實(shí)施例42-49的配方和模壓方法，不同之處在于，該配料中不含珍珠巖，且云母用量增1.5kg。使用該替換了的配方制成的薄板具有更光滑的光潔度。但是，其水硬性結(jié)構(gòu)基體較致密，較脆。另外，干燥缺陷增加。該薄板可被壓卷成杯，但有一些裂縫形式的表面小缺陷。再有，其頂緣的卷曲也不如實(shí)施例42和43中那樣良好。
實(shí)施例98完全重復(fù)實(shí)施例42-49的配方和模壓方法，不同之處在于，珍珠巖用量增至1.0kg。由此生成的薄板和容器具有稍為較低的密度和稍為較低的強(qiáng)度和韌性。
實(shí)施例99完全重復(fù)實(shí)施例42-49的配方和模壓方法，不同之處在于，珍珠巖用量增至1.0kg。由此生成的薄板和容器具有稍為較低的密度和稍為較低的強(qiáng)度和剛度。但其強(qiáng)度特性多少優(yōu)于實(shí)施例98中使用1.0kg珍珠巖的產(chǎn)品。
實(shí)施例100完全重復(fù)實(shí)施例42-49的配方和模壓方法，不同之處在于，珍珠巖用量增至1.0kg。由此生成的薄板和容器具有稍為較低的密度和較高的強(qiáng)度和韌性。
實(shí)施例101完全重復(fù)實(shí)施例42-49的配方和模壓方法，不同之處在于，配方中完全不用珍珠巖。由此生成的薄板和容器具有稍為較高的密度和較高的強(qiáng)度和韌性。
實(shí)施例102直接模壓成形含下述組分的水硬性混合物制得一隔熱杯波特蘭水泥1.0kg空心玻璃球粒(＜1mm)1.1kg纖維(南方松)0.08kgTylose

FL 15002 0.1kg水2.5kgⅡ用一高剪切混合機(jī)混合該水泥，纖維，Tylose

及水達(dá)5分鐘。然后加入空心玻璃球粒，在一低剪切混合機(jī)中再混合5分鐘。所得混合物具有面團(tuán)狀材料的稠性，在其生料狀態(tài)容易模壓成形并保留其形狀。
用一對(duì)陰、陽(yáng)模板構(gòu)成的模子將該混合物模壓成一杯形。該成形模加熱至110-130℃以防止粘結(jié)。脫模后，杯子在生料狀態(tài)已能自承。將生料杯進(jìn)行干燥。
該杯子具有1.1MPa的抗壓溫度，0.8MPa的抗拉強(qiáng)度及0.07W/m·K的K一因子。
實(shí)施例103完全重復(fù)實(shí)施例102的配方和模壓方法，不同之處在于，用1.1kg的珍珠巖取代玻璃球粒。所得干燥的模壓成形杯具有8.0MPa的抗張強(qiáng)度，3.2MPa的抗拉強(qiáng)度及0.14W/m·K和K一因子。這樣，使用珍珠巖取代空心玻璃球粒使所制得的杯子具有大大增強(qiáng)的抗拉和抗壓強(qiáng)度，但也具有更高水平的熱傳導(dǎo)率。
實(shí)施例104完全重復(fù)實(shí)施例102的配方和模壓方法，不同之處在于，玻璃球粒具有仔細(xì)級(jí)配的直徑以增加水硬性材料的顆粒填充效果。對(duì)總量的1.1kg的材料來(lái)說(shuō)，使用了231g細(xì)粒，528g中粒及341g粗粒的空心玻璃球粒。稱為“細(xì)?！钡目招牟Ａ虻钠骄睆綖?0微米;“中?！睘?7微米;“粗?！睘?7微米。
由于在顆粒間的間隙減少，混合物具有更為的加工性。制得的杯子具有更光滑的表面以及稍稍優(yōu)異的強(qiáng)度特性。又因材料內(nèi)間隙空間的減少以及因此的總密度的增加，K一因子為0.083(稍高于實(shí)施例102)。
實(shí)施例105將含下述組分的膠結(jié)混合物模壓形成一膠結(jié)質(zhì)薄板波特蘭白水泥1.0kg水2.5kgTylose

FL 15002 200g
空心玻璃球粒(＜100微米)1.0kg麻膠纖維10%(體積)先對(duì)麻膠纖維(該纖維經(jīng)過(guò)廠家預(yù)處理使其中85%以上的纖維素成為α-羥基纖維素)進(jìn)行預(yù)濕處理，然后對(duì)Tylose

和波特蘭水泥的混合物加入余下量的水和上述纖維，以制得膠結(jié)混合物。以較高的速度混合該混合物約10分鐘，在加入空心玻璃球粒后再以較低速度混合10分鐘。生成的膠結(jié)混合物的水與水泥之比約為2.5。
將混合物通過(guò)一對(duì)滾筒成形為厚約1mm的薄板，在濕薄板上刻痕、折起以試制一盒子。然而，由于薄板上有相當(dāng)量的裂隙而無(wú)法形成具有足夠強(qiáng)度和完整性的盒子。
因此，首先使薄板硬化，然后刻痕，折成盒形，再用紙制品領(lǐng)域熟知的粘接或膠粘方法膠粘之。在打折部位的裂隙量可忽略不計(jì)，這表明，最好在一定程度上硬化后，再對(duì)該薄板刻痕和打折。由此薄板形成的盒子具有現(xiàn)用的、由厚紙板制得的干燥谷類食品用盒子的形狀、外觀和重量。
實(shí)施例106將實(shí)施例105中形成的干燥薄板切成適當(dāng)形狀，滾卷成杯狀，以該領(lǐng)域已知的粘接方法粘合。實(shí)施例105和106顯示，可以制得與現(xiàn)在從厚紙板、紙或塑料制得的容器類似形狀的盒子、杯子及其它容器。
下述實(shí)施例表明，可以制得具有高韌性和高強(qiáng)度的撓曲性好的膠結(jié)質(zhì)材料。在減震性和撓曲性為重要技術(shù)要求的容器使用中，這些材料是很有用的。
實(shí)施例107-111從含下述組分的膠結(jié)混合物形成可撓曲的薄板實(shí)施例塑料球粒水泥水 Tylose

1070.12kg1.0kg2.0kg0.1kg1080.1213kg0.8kg2.0kg0.1kg1090.1225kg0.6kg2.0kg0.1kg1100.1238kg0.4kg2.0kg0.1kg1110.1251kg0.2kg2.0kg0.1kg所述“塑料球?！笔菑木郾┲频?，具有小于100微米的平徑粒度和0.02g/cm3的平均密度。根據(jù)實(shí)施例105所述過(guò)程混合該水泥質(zhì)混合物，然后成形為薄片。比起先前的配料設(shè)計(jì)，該膠結(jié)質(zhì)薄板強(qiáng)度較好，且撓曲性很好。根據(jù)實(shí)施例107所制得的薄板，其抗壓強(qiáng)度為2MPa，抗拉強(qiáng)度為1MPa。令人吃驚的特征是，其抗壓和抗拉強(qiáng)度皆在同一數(shù)量級(jí)上，這種現(xiàn)象對(duì)大多數(shù)水泥制品來(lái)說(shuō)，是很少見(jiàn)的。一般，抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于抗拉強(qiáng)度。水泥加得越少，抗壓和抗拉強(qiáng)度的也逐量減少，實(shí)施例111的薄板其抗拉強(qiáng)度為0.5MPa。
如同早先一些例子中的非撓曲的膠結(jié)質(zhì)同類產(chǎn)品一樣，這些包裝材料可直接壓實(shí)而不致破碎，即使在受到大于通常用于泡沫聚苯乙烯容器材料的壓力時(shí)?；蚩蓪⒃撚袚锨缘哪z結(jié)質(zhì)材料擠壓成矩形棒狀，這更清楚地表明該混合物所顯示的可撓曲程度。
在這些實(shí)施例中制得的膠結(jié)質(zhì)包裝材料的密度在0.1和0.6g/cm3之間，所用水泥的量減少，則密度減少。
實(shí)施例112-116根據(jù)實(shí)施例107-111，制得撓曲性的膠結(jié)質(zhì)容器材料，不同之處在于，預(yù)濕的麻膠纖維以下述體積百分?jǐn)?shù)加入該膠結(jié)質(zhì)混合物實(shí)施例麻膠纖維1122%1134%1146%1158%
11610%用一高剪切混合機(jī)將纖維充分分散于膠結(jié)混合物中。由此制得的膠結(jié)質(zhì)薄板和矩形棒具有實(shí)質(zhì)上相同于實(shí)施107-111中的那些產(chǎn)品的密度和撓曲性，但隨著麻膠纖維用量增加，抗拉強(qiáng)度也增加。此處形成的材料其抗拉強(qiáng)度可達(dá)5MPa。
實(shí)施例117使用如實(shí)施例107-116所述的組合物和過(guò)程成形膠結(jié)質(zhì)容器，不同之處在于，所述塑料球粒是集中近于膠結(jié)混合物的表面處，從而模壓出的材料中塑料球粒集中在最終硬化產(chǎn)品的表面或靠近此表面。如此形成的容器在其膠結(jié)質(zhì)基體表面近處(此處撓曲性是更重要的)具有較高的塑料球粒濃度，而在該包裝材料的中心處(此處撓曲就不甚重要)實(shí)際上無(wú)塑料球粒。這種分布情況的優(yōu)點(diǎn)是，與相同或少于整個(gè)材料中若是均勻分布的塑料球料的含量相比，在表面處具有更大的撓曲性。同時(shí)，容器壁中心部分的剛性又使該產(chǎn)品如同前述的較剛性的容器一樣耐久和堅(jiān)固。
下面一組實(shí)施例利用了較大比重的膠結(jié)混合物，但該混合物成形為具有大量?jī)?nèi)部空隙例如峰窩狀結(jié)構(gòu)的整體件。這樣就減少了最終產(chǎn)品的體積比重，使該最終產(chǎn)品重量更輕，但強(qiáng)度仍很大，很耐久。
實(shí)施例118將下述組成的膠結(jié)混合物擠壓成形為一蜂窩狀容器結(jié)構(gòu)波特蘭白水泥4.0kg細(xì)沙6.0kg水1.5kgTylose FL 150002 200g用一高速混合機(jī)將上述組份一起混合10分鐘，以獲得一非常均勻的膠結(jié)混合物。然后，將該膠結(jié)混合物擠壓成形為一具很高抗壓強(qiáng)度的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。由于是蜂窩狀結(jié)構(gòu)，硬化后的材料體積密度僅1.02g/cm2、重量很輕。另外，該硬化后的材料抗壓強(qiáng)度約75MPa。改變蜂窩狀結(jié)構(gòu)中的空隙量，體積密度可容易地處于0.5至1.6g/cm3范圍中的任何值。
上述材料可用于形成較大型的食品或飲料包裝容器的高強(qiáng)、輕質(zhì)的器壁。
實(shí)施例119-121根據(jù)實(shí)施例118形成膠結(jié)混合物，不同之處在于，麻膠纖維以下述該膠結(jié)混合物的體積百分?jǐn)?shù)含量用于該膠結(jié)混合物實(shí)施例麻膠纖維1191%1202%1213%得到的蜂窩狀結(jié)構(gòu)不論在其生料狀態(tài)或硬化之后，都具很高的強(qiáng)度，這是由于蜂窩狀結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)作用。在這些實(shí)施例中形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)比起實(shí)施例118更具延展(塑)性，且抗壓強(qiáng)度可期望更高。這些材料可用以形成較大型的食品和飲料包裝容器的高強(qiáng)、但相對(duì)來(lái)說(shuō)較輕的器壁。
實(shí)施例122-124根據(jù)實(shí)施例118，形成膠結(jié)混合物，不同之處在于，玻璃纖維以下述對(duì)該膠結(jié)混合物的體積百分?jǐn)?shù)含量用于該膠結(jié)混合物中實(shí)施例玻璃纖維1221%1232%1243%得到的蜂窩狀結(jié)構(gòu)不論在其生料狀態(tài)或硬化之后，都具很高的強(qiáng)度，這是由于蜂窩狀結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)作用。在這些實(shí)施例中形成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)比起實(shí)施例118更具延展(塑)性，且抗壓強(qiáng)度，可期望更高。這些材料可用以形成較大型的食品和飲料包裝容器的高強(qiáng)、但相對(duì)來(lái)說(shuō)較輕的器壁。
實(shí)施例125使用前述任一種組合物，形成波紋狀膠結(jié)質(zhì)薄板，該薄板的結(jié)構(gòu)是在二層平板之間夾一層具凹槽的即波紋狀的薄板。兩個(gè)外層平板是將該該材料的薄板軋光成適當(dāng)厚的平薄板。波紋狀的即具凹槽的內(nèi)層薄板(相似于普通的紙板箱材料中的具凹槽的即波紋狀內(nèi)層紙片)如下形成使具一定厚度的硬化或再濕處理過(guò)的膠結(jié)質(zhì)薄板通過(guò)其表面是互相咬合的波紋狀即齒的一對(duì)滾筒。
對(duì)上述波紋狀內(nèi)層薄板的表面施以粘膠，然后夾于兩個(gè)平薄板之間，聽(tīng)其硬化。
實(shí)施例126使用前述任一種組合物，將膠結(jié)質(zhì)混合物壓制或模壓為一紙板箱形，根據(jù)組成的不同，該紙板箱將顯示出高強(qiáng)度，耐久性，撓曲性，低重量及/或低密度。
實(shí)施例127使用前述任一種組合物，將膠結(jié)混合物模壓成形為板條箱形。這種加工可藉擠壓一蜂窩狀結(jié)構(gòu)的或波紋狀的薄板進(jìn)行之，或藉模壓任何其它適當(dāng)厚度的合適結(jié)構(gòu)進(jìn)行之。根據(jù)組成的不同，該板條箱將顯示出高強(qiáng)度，耐久性，撓曲性，低重量及/或低密度。
實(shí)施例128使用前述任一種組合物，將膠結(jié)混合物壓制或模壓為一罩蓋形，根據(jù)組成的不同，該罩蓋將顯示出高強(qiáng)度，耐久性，撓曲性，低重量及/或低密度。
實(shí)施例129使用前述任一種組合物，將膠結(jié)混合物模壓成形為一隔板形，根據(jù)組成的不同，該隔板將顯示出高強(qiáng)度，耐久性，撓曲性，低重量及/或低密度。
實(shí)施例130使用前述任一種組合物，將膠結(jié)混合物模壓成形為一襯里形，根據(jù)組成的不同，該襯里將顯示出高強(qiáng)度，耐久性，撓曲性，低重量及/或低密度。
實(shí)施例131使用前述任一種組合物，將膠結(jié)混合物模壓成形為一盒形。這種加工可藉擠壓，和/或軋光，和/或刻痕，和/或打折進(jìn)行之。根據(jù)組成的不同，該盒子將顯示出高強(qiáng)度，耐久性，撓曲性、低重量及/或低密度。
實(shí)施例132使用前述任一種組合物，將膠結(jié)混合物吹塑成形為一瓶子形。根據(jù)組成的不同，該瓶子將顯示出高強(qiáng)度，耐久性，撓曲性、低重量及/或低密度。
實(shí)施例133使用前述任一種組合物，將膠結(jié)混合物模壓成形為一器皿形。根據(jù)組成的不同，該器皿將顯示出高強(qiáng)度，耐久性，撓曲性、低重量及/或低密度。
下面實(shí)施例是有關(guān)一些用來(lái)確定可產(chǎn)生最佳性能數(shù)據(jù)的優(yōu)化配方的試驗(yàn)。盡管在余下的試驗(yàn)實(shí)施例中僅制造了一些薄片，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可理解，使用本說(shuō)明書中所列舉的任何方法(包括這里的實(shí)施例)，這些薄片可以成形為合適的食品或飲料容器。另外，許多配料設(shè)計(jì)也可直接用于食品或飲料容器的直接模壓成形或濕薄板模壓成形。
實(shí)施例134-141根據(jù)實(shí)施例42-49所述的方法，由含下述組分的水硬性混合物制得厚為0.4mm的膠結(jié)質(zhì)薄板波特蘭水泥1.0kg珍珠巖不定云母0.5kgTylose

FL15002 0.2kg纖維(南方松)0.25kg水不定研究了加入不同量的珍珠巖產(chǎn)生的效果，以確定其對(duì)材料性能特別是硬化后薄板的強(qiáng)度性能的影響。由于珍珠巖的吸水特性，當(dāng)珍珠巖用量減少時(shí)，有必要減少水的用量，以保持同一水平的流變學(xué)特性及加工性。
實(shí)施例珍珠巖水1340.5kg2.15kg1350.4kg2.05kg1360.3kg1.85kg1370.2kg1.65kg1380.1kg1.50kg1390.0kg1.40kg擠壓和軋光方法具有在長(zhǎng)度方向上使纖維基本上單向取向的效果。因此，這種薄板具有一個(gè)“強(qiáng)”的和一個(gè)“弱”的方向。在此兩方向上測(cè)量了薄板的抗拉強(qiáng)度，用0°標(biāo)記其強(qiáng)的方向，用90°標(biāo)記其弱的方向，并連同測(cè)量薄板在斷裂前的伸長(zhǎng)率和楊氏彈性模量。
對(duì)薄板也測(cè)量了在中間的例如45°方向的強(qiáng)度，盡管只給出了一些典型方向上的測(cè)試結(jié)果。薄板在45°方向上的抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率及楊氏模量一般落入在強(qiáng)、弱方向上所測(cè)的數(shù)值之間，但是，通常，它們又更接近于在弱方向上所測(cè)同類性能的數(shù)據(jù)。其結(jié)果列表如下
實(shí)施例強(qiáng)度(MPa)伸長(zhǎng)率(△L/L)模量(MPa)0°90°0°90°0°90°13410.675.181.57%0.66%2297137513511.25.332.38%1.25%2156155913613.456.272.22%1.00%2956154813716.067.733.05%1.01%3006167413817.9110.01.38%0.98%3375260513913.876.761.03%0.48%30582434這些實(shí)施例表明，減少珍珠巖用量，則抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率及楊氏模量皆增加，除非珍珠巖用量減少至一定量之下。直至完全不含珍珠巖的實(shí)施例139，抗拉強(qiáng)度和楊氏模量皆持續(xù)增加。但是，在珍珠巖用量少于0.2kg之前，材料的延伸性能隨著珍珠巖用量的減少一直增加，而在用量少于0.2kg之后，伸長(zhǎng)率顯著下跌。
上述結(jié)果可以由這樣的事實(shí)說(shuō)明。當(dāng)珍珠巖用量減少，纖維密集度、流變性改性劑及水硬性水泥的濃度增加。這些組份都可望會(huì)增加抗拉強(qiáng)度，而水泥還會(huì)增加剛性(模量)而對(duì)產(chǎn)品的延伸性能產(chǎn)生負(fù)影響。
另一有趣的現(xiàn)象是，這些薄板的強(qiáng)、弱方向之間的抗拉強(qiáng)度之比為僅為約2∶1，而在紙制產(chǎn)品中一般為5∶1。
由于上述薄板一般看來(lái)是干燥的，將實(shí)施例134的薄板在一烘箱中進(jìn)一步干燥之。該薄板的進(jìn)一步干燥是為了在恒定條件不更精確地顯示出各薄板的強(qiáng)度和其它性能。視配方情況、測(cè)試過(guò)程中的濕度或其它一些可變因素，薄板可能吸收或保留一定量的水份。在本實(shí)施例中對(duì)薄板的進(jìn)一步干燥導(dǎo)致了抗拉強(qiáng)度從10.67MPa增至14.04MPa，楊氏模量從2297MPa增至2684MPa。
實(shí)施例140-144根據(jù)實(shí)施例42-49所列方法，從含下述組分的水硬性混合物制得0.4mm厚的膠結(jié)質(zhì)薄板波特蘭水泥1.0kgCaCO3(滑石) 不定Tylose FL 15002 0.20kg纖維(南方松)0.25kg水不定研究了添加不同量滑石對(duì)材料的性能尤其是硬化薄板的強(qiáng)度性能的影響。由于滑石的吸水性，有必要當(dāng)滑石用量減少時(shí)，減少用水量以保持相同水平的流變性和加工性。
實(shí)施例 CaCO3水1405.0kg2.25kg1414.0kg2.15kg1423.0kg2.05kg1432.0kg2.00kg1441.0kg1.96kg由不同的配料設(shè)計(jì)形成的完全干燥的薄板的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率及楊氏模量列舉如下實(shí)施例強(qiáng)度(MPa)伸長(zhǎng)率(△L/L)模量(MPa)0°90°0°90°0°90°14011.59N/AN/AN/AN/AN/A14116.16N/A0.72%N/A4638N/A14214.825.220.97%0.42%4521352114320.438.261.11%0.56%4301277314418.437.981.13%0.51%39023320根據(jù)實(shí)施例42-49所列方法，從含下述組分的水硬性混合物制得0.24mm厚的膠結(jié)質(zhì)薄板
波特蘭水泥1.0kg珍珠巖0.5kg云母0.5kgTylose

FL15002 不定纖維(南方松)0.25kg水不定改變Tylose

的用量，以確定在膠結(jié)混合物中增加Tylose

用量的影響。在混合物中增加Tylose

的用量，則需要增加更多的水以溶解Tylose

并保持相似的流變性和加工性。
實(shí)施例Tylose"水1450.1kg2.25kg1460.3kg2.75kg1470.4kg3.00kg1480.5kg3.25kg1490.6kg3.50kg1500.7kg3.75kg1510.8kg4.0kg當(dāng)加入更多的Tylose

時(shí)，其抗拉強(qiáng)度及伸長(zhǎng)特性增至一個(gè)點(diǎn)，而楊氏模量則是波動(dòng)地改變，從各種配料設(shè)計(jì)制得但未完全干燥的薄板測(cè)試結(jié)果如下實(shí)施例強(qiáng)度(MPa)伸長(zhǎng)率(△L/L)模量(MPa)0°90°0°90°0°90°145N/AN/AN/AN/AN/AN/A14610.316.921.41%1.22%1954112314712.627.821.9%1.4%2190130014817.018.693.64%1.62%2397126314912.687.91.84%1.84%20621000
15012.928.131.81%1.94%1733147215117.758.882.35%1.86%23861239實(shí)施例152由于認(rèn)識(shí)到抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率一般隨配料中纖維與Tylose

的增加而增加，因此設(shè)計(jì)了上述二特性都盡可能大的一個(gè)配方。此膠結(jié)混合物含有如下的各組份波特蘭水泥1.0kg水2.2kg珍珠巖0.1kg纖維(南方松)0.25kgTylose

FL15002 0.5kg擠壓上述混合物，然后令其通過(guò)幾對(duì)滾筒制成厚為0.4mm的薄片。發(fā)現(xiàn)這完全干燥的薄板具有優(yōu)良的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)性能。在強(qiáng)方向上測(cè)得的抗拉強(qiáng)度為39.05MPa，在弱方向上為18.86MPa;在強(qiáng)方向上的伸長(zhǎng)率為1.97%，而弱方向上的伸長(zhǎng)率為1.23%;在強(qiáng)方向上的彈性模量為3935，而弱方向上的為2297。
實(shí)施例153使用上述任一種配方，但用大致相同重量的石膏半水合物取代水硬性水泥，制得水硬性混合物。此水硬性混合物將會(huì)具有更短的定形時(shí)間，而其產(chǎn)生的薄板通常仍具有相似的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)及剛性。
實(shí)施例154使用上述任一種配料設(shè)計(jì)，而用氧化鈣取代水硬性水泥，制得水硬性混合物。此水硬性混合物將會(huì)因氧化鈣與二氧化鈣之間的反應(yīng)較慢而具有更長(zhǎng)的定形時(shí)間，但其生成的薄板通常仍其有相似的強(qiáng)度、伸長(zhǎng)及剛性。不過(guò)，若在模壓過(guò)程中或之后除去除混合物中多量的水份，調(diào)整較快達(dá)到生態(tài)強(qiáng)度是可能的。
實(shí)施例155制得具有如下各組份的水硬性混合物石膏半水合物1.0kg珍珠巖0.5kgTylose

0.075kg纖維0.25kg水2.6kg在一高剪切混合機(jī)中將石膏半水合物、Tylose

、纖維及水一起混合達(dá)3分鐘，然后，加入珍珠巖，再在一低剪切混合機(jī)中混合3分鐘。
擠壓該混合物成一厚0.6mm的薄板，然后軋光以逐步減少該薄板的厚度至最終厚度在0.25mm至0.5mm范圍內(nèi)。
這些薄板易用本說(shuō)明書中所舉出的任一合適方法成形為一種適當(dāng)?shù)氖称坊蝻嬃先萜鳌＿@些容器的強(qiáng)度性能與使用水硬性水泥制得的容器不相上下，且可用于取代如紙、厚紙板、或聚苯乙烯制的容器。
實(shí)施例156將使用了水硬性水泥的任一種水泥質(zhì)配方改為包含占水硬性水泥約25%的石膏半水合物。該石膏半水合物起吸水組分(或內(nèi)部干燥劑)的作用，因此，導(dǎo)致了更快的形狀穩(wěn)定性。由此形成的容器的強(qiáng)度特性與那些得自不包括石膏的混合物的不相上下。
實(shí)施例157在上述任一配方中都包括了一種定形促進(jìn)劑，使得水硬性混合物能盡快地獲得形狀穩(wěn)定性。材料的最終強(qiáng)度與未使用了定形促進(jìn)劑的材料不相上下。
Ⅳ.簡(jiǎn)論從上述可見(jiàn)，本發(fā)明提供了用于制造水硬成形容器的新穎組合物和方法，該水硬成形容器用于存放、發(fā)放、包裝以及分配食品和飲料。
本發(fā)明也提供了用于制造水硬成形容器的新穎組合物和方法，該水硬成形容器具有類同泡沫聚苯乙烯的絕熱性和其它性能，但本發(fā)明的容器對(duì)環(huán)境更加無(wú)害。特別是，本發(fā)明不要求使用或放出可能引起臭氧層消耗的一些化學(xué)物質(zhì)。本發(fā)明也不會(huì)產(chǎn)生難看的不會(huì)降解或僅在土壤內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間中，非常緩慢降解的廢棄物。
另外，本發(fā)明提供了以較低成本大量生產(chǎn)水硬成形容器的新穎組合物和方法。
本發(fā)明還提供了用于制造水硬成形容器的新穎組合物和方法，這些容器是耐撓曲的和一次性的，但其使用棄去之后，比起其它一次性容器例如紙、塑料、泡沫聚苯乙烯及金屬材料的容器來(lái)說(shuō)對(duì)環(huán)境影響更為良好。本發(fā)明提供了用于制造水硬成形容器的新穎的組合物和方法，該容器基本上由且類似于塵土和巖石的化合物組成，因而當(dāng)使用棄去后，很少造成或并不造成對(duì)環(huán)境的污染。
本發(fā)明還提供了新穎的組合物和方法，其原料可以土壤中獲得，省去了為獲得原料而大量砍伐樹(shù)木的需要，而這對(duì)制造紙質(zhì)容器是需要的。
本發(fā)明還提供了制造改善存放和分配食物的容器的安全性的新穎組合物和方法，這是在于水硬成形容器并不對(duì)盛放于其中的食物釋放如二惡英的有害化學(xué)物質(zhì)，在該容器的制造中也不產(chǎn)生二惡英(dioxin)。
本發(fā)明還提供了用于改善一次性容器的回收使用性的新穎組合物和方法，特別是由于水硬成形材料可作為一種集料重新加入新的水泥糊漿，或作為一合適的骨料摻入許多水泥應(yīng)用之中。
本發(fā)明又提供了為達(dá)到輕質(zhì)容器所需的新穎組合物和方法，該輕質(zhì)容器仍能為食品或飲料產(chǎn)品提供足夠的結(jié)構(gòu)支承。
本發(fā)明再提供了新穎的食品和飲料用的水硬成形容器，該容器不用外部支承即可保留其形狀，即使是在剛模壓之后的生料狀態(tài);且可迅速達(dá)到足夠強(qiáng)度使得該模壓容器可用普通方法運(yùn)送和使用。
在不偏離本發(fā)明的精神和基本特征的情況下，本發(fā)明還可以以其它具體形式加以體現(xiàn)。前述的實(shí)施例可認(rèn)為只是各方面的說(shuō)明，而不是對(duì)本發(fā)明的限制。因而，本發(fā)明的范圍應(yīng)由所附權(quán)利要求書表明，而不是前面所述的說(shuō)明。所有不超出等同于本權(quán)利要求書的含義和范圍的變化都將包括在這些權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種制品包括食品或飲料用容器，其特征在于，其中有水硬成形結(jié)構(gòu)基體，該基體含有水硬性粘合劑與水的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物，所述的水和水硬性粘合劑的起初比值是足夠大的，從而使得食品或飲料容器的水硬成形結(jié)構(gòu)基體能在足夠短的時(shí)間內(nèi)獲得形狀穩(wěn)定性，使容器能大規(guī)模生產(chǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，其形狀穩(wěn)定性是在少于約1分鐘內(nèi)獲得的。
3.一種如權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，其形狀穩(wěn)定性是在少于約10秒內(nèi)獲得的。
4.一種如權(quán)利要求1所述的制品，其特征在于，其形狀穩(wěn)定性是在少于約3秒內(nèi)獲得的。
5.一種如權(quán)利要求1-4所述的制品，其特征在于，該水硬成形的食品或飲料容器的結(jié)構(gòu)基體的抗拉強(qiáng)度對(duì)體積密度的比值在約2MPa·cm3/g至約50MPa·cm3/g的范圍。
6.一種如權(quán)利要求1-4所述的制品，其特征在于，該水硬成形的食品或飲料容器的結(jié)構(gòu)基體的抗拉強(qiáng)度與體積密度的比值在約3MPa·cm3/g至約20MPa·cm3/g的范圍。
7.一種如權(quán)利要求1-6所述的制品，其特征在于，其水硬性粘合劑包括波特蘭水泥。
8.一種如權(quán)利要求1-6所述的制品，其特征在于，其水硬性粘合劑包括微細(xì)水泥。
9.一種如權(quán)利要求1-6所述的制品，其特征在于，其水硬性粘合劑選自礦渣水泥，鋁酸鈣水泥，熟石膏，硅酸鹽水泥，石膏水泥，磷酸鹽水泥，白水泥，高氧化鋁水泥，氯氧化鎂水泥，涂覆以微細(xì)水泥顆粒的骨料以及以上物質(zhì)的混合物。
10.一種如權(quán)利要求1-9所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體的起始的水對(duì)水硬性水泥之比在約0.5-約4之間。
11.一種如權(quán)利要求1-10所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體還含有至少一種骨料材料。
12.一種如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于，其骨料材料包括珍珠巖。
13.一種如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于，其骨料材料包括空心玻璃球粒。
14.一種如權(quán)利要求11-13所述的制品，其特征在于，在水硬成形結(jié)構(gòu)基體中的骨料包括多種有效直徑，它們被選來(lái)以使骨料的顆粒填充效果達(dá)到最大。
15.一種如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于，其骨科材料包括天然存在的骨料，這些集料天然具有空氣空隙，或被處理從而含有空氣空隙，為增大其體積對(duì)質(zhì)量之比。
16.一種如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于，其骨料材料選自玻璃珠，微球粒，碳酸鈣，金屬，聚合物，陶瓷，氧化鋁和軟木。
17.一種如權(quán)利要求11-16所述的制品，其特征在于，其骨料材料將預(yù)先確定的織物賦于食品或飲料容器的水硬成形結(jié)構(gòu)基體。
18.一種如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于，其骨料材料選自砂、礫、巖石、石灰石、砂石、浮石、蛭石和膨脹粘土。
19.一種如權(quán)利要求11所述的制品，其特征在于，其骨料材料選自種子、淀粉、明膠和瓊脂型材料。
20.一種如權(quán)利要求11-19所述的制品，其特征在于，其骨料材料的含量為約3%-約50%(重量)。
21.一種如權(quán)利要求1-20所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體還含有將抗拉強(qiáng)度賦于水硬成形結(jié)構(gòu)基體的纖維。
22.一種如權(quán)利要求21所述的制品，其特征在于，其纖維選自玻璃、纖維素、麻、金屬、陶瓷和氧化硅。
23.一種如權(quán)利要求21或22所述的制品，其特征在于，其纖維的形狀比不小于100∶1。
24.一種如權(quán)利要求21-23所述的制品，其特征在于，其纖維的長(zhǎng)度至少為水硬性粘合劑的單個(gè)顆粒的有效直徑的100倍。
25.一種如權(quán)利要求21-24所述的制品，其特征在于，其纖維含量可高達(dá)約20%(體積)。
26.一種如權(quán)利要求1-25所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體還含有流變性改性劑。
27.一種如權(quán)利要求26所述的制品，其特征在于，其流變性改性劑以纖維素為基的材料。
28.一種如權(quán)利要求27所述的制品，其特征在于，該以纖維素為基的材料選自二甲基羥基乙基纖維素，羧基甲基纖維素，羥基乙基纖維素以及其混合物。
29.一種如權(quán)利要求26所述的制品，其特征在于，其流變性改性劑選自瓊脂，阿拉伯膠，淀粉和合成粘土。
30.一種如權(quán)利要求26所述的制品，其特征在于，其流變性改性劑包括以淀粉為基的材料。
31.一種如權(quán)利要求26所述的制品，其特征在于，其流變性改性劑包括以蛋白質(zhì)為基的材料。
32.一種如權(quán)利要求26所述的制品，其特征在于，其流變性改性劑包括聚乳酸。
33.一種如權(quán)利要求26所述的制品，其特征在于，其流變性改性劑包括合成的有機(jī)材料。
34.一種如權(quán)利要求27-33的制品，其特征在于，其流變性改性劑的濃度為水膠結(jié)質(zhì)結(jié)構(gòu)基體的約0.2%至約5%(體積)。
35.一種如權(quán)利要求1-34所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體還含有包括細(xì)分散空隙的那些不連續(xù)的、不團(tuán)聚的相。
36.一種如權(quán)利要求35所述的制品，其特征在于，還含有其作用是保留水硬成形結(jié)構(gòu)基體中的空隙的穩(wěn)定劑。
37.一種如權(quán)利要求36所述的制品，其特征在于，其穩(wěn)定劑是一種表面活性劑。
38.一種如權(quán)利要求1-37所述的制品，其特征在于，還具有位于至少容器的一部分水硬成形結(jié)構(gòu)基體表面上的涂層。
39.一種如權(quán)利要求38所述的制品，其特征在于，其涂層選自蜜胺，聚氯乙烯，聚乙烯醇，聚乙烯乙酸酯，硅酸鈉，碳酸鈣，聚丙烯酸酯和陶瓷。
40.一種如權(quán)利要求1-39所述的制品，其特征在于，該容器是作用杯的形狀。
41.一種如權(quán)利要求40所述的制品，其特征在于，該作用杯的水硬成形結(jié)構(gòu)基體有足夠的強(qiáng)度和絕熱性能，從而能用于盛裝溫度高于約65℃的飲料。
42.一種如權(quán)利要求40所述的制品，其特征在于，該作用杯的水硬成形結(jié)構(gòu)基體具有足夠的強(qiáng)度和絕熱性能，從而能用于盛裝溫度低于約15℃的飲料。
43.一種如權(quán)利要求40-42所述的制品，其特征在于，該飲水杯是一次性的。
44.一種如權(quán)利要求1-39所述的制品，其特征在于，該容器是用于分配食物產(chǎn)品的盒子形狀。
45.一種如權(quán)利要求44所述的制品，其特征在于，該盒子的膠結(jié)質(zhì)結(jié)構(gòu)基體具有足夠的強(qiáng)度和絕熱性能，從而能用于盛裝溫度低于約0℃的食物產(chǎn)品。
46.一種如權(quán)利要求44所述的制品，其特征在于，該盒子的膠結(jié)質(zhì)結(jié)構(gòu)基體具有足夠的強(qiáng)度和絕熱性能，從而能用于盛裝溫度高于約25℃的食物產(chǎn)品。
47.一種如權(quán)利要求44-46所述的制品，其特征在于，該盒子是一次性的。
48.一種如權(quán)利要求1-39所述的制品，其特征在于，該容器是吸管狀，通過(guò)吸管液體可以通過(guò)。
49.一種如權(quán)利要求1-39所述的制品，其特征在于，該容器是用于容器的蓋子。
50.一種如權(quán)利要求1-39所述的制品，其特征在于，該容器是通過(guò)絞連來(lái)開(kāi)關(guān)的盒子形狀。
51.一種如權(quán)利要求1-39所述的制品，其特征在于，該容器的雞蛋箱的形狀。
52.一種如權(quán)利要求1-39所述的制品，其特征在于，該容器的形狀選自于下列物品杯、罐、瓶、紙板箱、柜、“蛤殼式”容器、筐、碗和碟。
53.一種如權(quán)利要求1-39所述的制品，其特征在于，該容器是盤子的形狀。
54.一種如權(quán)利要求1-39所述的制品，其特征在于，該容器是廚房用具的形狀。
55.一種如權(quán)利要求1-53所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體是一種“泡沫狀”產(chǎn)品。
56.一種如權(quán)利要求55所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體的厚度小于約1cm。
57.一種如權(quán)利要求1-54所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體是一種“粘土狀”產(chǎn)品。
58.一種如權(quán)利要求57所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體的厚度小于約1cm。
59.一種如權(quán)利要求1-53所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體是薄板狀的。
60.一種如權(quán)利要求59所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體的厚度小于約1mm。
61.一種如權(quán)利要求1-53或55-66所述的制品，其特征在于，還含有空氣夾帶劑(加氣劑。
62.一種如權(quán)利要求1-53或55-60所述的制品，其特征在于，還含有一種與其膠結(jié)質(zhì)結(jié)構(gòu)基體中的組分能反應(yīng)以生成空氣的材料，為的是將空隙摻入到膠結(jié)質(zhì)結(jié)構(gòu)基體中。
63.一種如權(quán)利要求62所述的制品，其特征在于，其空氣產(chǎn)生劑是金屬。
64.一種如權(quán)利要求62所述的制品，其特征在于，還含有加速空氣產(chǎn)生劑反應(yīng)速度的堿。
65.一種如權(quán)利要求1-55、57、59或61-64所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體的厚度小于約10mm。
66.一種如權(quán)利要求1-55、57、59或61-64所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體的厚度小于約3mm。
67.一種如權(quán)利要求1-66所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體上還有涂層。
68.一種如權(quán)利要求1-67所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體上還有印制的標(biāo)記。
69.一種如權(quán)利要求1-68所述的制品，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體的體積比重小于約1.5。
70.一種制造如權(quán)利要求1-69所述的制品的方法。
71.一種用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器、其特征在于，該容器包括由水硬性混合物的反應(yīng)產(chǎn)物形成的水硬成形基體，水硬性混合物含有水硬性粘合劑，其濃度為約5%-約65%(重量);水，其量使得水對(duì)水硬性粘合劑之比在約0.5-約3之間;流變性改性劑，其濃度為水硬性混合物重量的約0.2%-約5%;骨料材料，其濃度為水硬性混合物重量的約1%-約50%;纖維，其濃度為水硬性混合物體積的約0.5%-約15%。
72.一種如權(quán)利要求71所述的用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器，其特征在于，還含有能在水硬成形基體中產(chǎn)生空氣/空隙的物質(zhì)。
73.一種如權(quán)利要求71或72所述的用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器，其特征在于，其水硬性粘合劑包括波特蘭水泥。
74.一種如權(quán)利要求71-73所述的用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器，其特征在于，其流變性改性劑是至少一種甲基羥基乙基纖維素。
75.一種如權(quán)利要求72-74所述的用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器，其特征在于，其骨料材料包括珍珠巖。
76.一種如權(quán)利要求74-75所述的用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器，其特征在于，其骨料材料包括空心球粒。
77.一種如權(quán)利要求71-76所述的用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器，其特征在于，其水硬成形結(jié)構(gòu)基體的體積比重小于約1.5。
78.一種制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟將水硬性粘合劑與水混合以形成水硬性糊漿，在水硬性糊漿中加入流變性改性劑，使獲得的水硬性混合物在模壓后能維持其形狀;將水硬性混合物模壓成預(yù)先確定的食品或飲料容器的形狀;使水硬性混合物按預(yù)先確定的食品或飲料容器的形狀加速地進(jìn)行硬化。
79.一種如權(quán)利要求78所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，該方法還包括將骨料材料加入水硬性混合物的步驟，以便于將所期望的強(qiáng)度性能賦于水硬性混合物。
80.一種如權(quán)利要求79所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，其骨料具有許多不同的尺寸，從而增加骨料顆粒填充的效果。
81.一種如權(quán)利要求78-80所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，該方法還包括將纖維材料加入水硬性混合物的步驟。
82.一種如權(quán)利要求78-81所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，在將水硬性混合物模壓成預(yù)先選定的形狀的步驟之前，水硬性混合物先通過(guò)模頭擠壓，形成薄板。
83.一種如權(quán)利要求78-82所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，對(duì)膠結(jié)混合物進(jìn)行模型成形是采用盤車?yán)鞣ㄖ瞥深A(yù)定的形狀。
84.一種如權(quán)利要求78-82所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，模壓膠結(jié)混合物進(jìn)行模壓成形是采用沖壓法制成預(yù)定的形狀。
85.一種如權(quán)利要求78-82所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，對(duì)水硬性混合物進(jìn)行模壓成形在受熱模子中熱壓法制成預(yù)定的形狀。
86.一種如權(quán)利要求78-85所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，模壓步驟進(jìn)行的溫度在約100℃-約250℃，從而賦于容器的形狀穩(wěn)定性。
87.一種如權(quán)利要求78-86所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，還包括在容器的至少一個(gè)表面上涂覆某種材料的步驟。
88.一種如權(quán)利要求78-87所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，模壓步驟還包括在模具上涂覆一種脫模劑，以協(xié)助模壓的水硬性混合物脫模。
89.一種如權(quán)利要求78-85、87或88所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，模壓步驟進(jìn)行的溫度在約100℃-約250℃之間，從而有利于容器的脫模。
90.一種如權(quán)利要求78-89所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，至少水硬性糊漿的混合的一個(gè)階段是在高能混合物中進(jìn)行的。
91.一種如權(quán)利要求78-90所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，在模壓之后短于5分鐘內(nèi)，模壓步驟即將形狀穩(wěn)定性賦于處于生態(tài)的膠結(jié)混合物。
92.一種如權(quán)利要求78-90所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，在模壓之后短于10秒之內(nèi)，模壓步驟即將形狀穩(wěn)定性賦于處于生態(tài)的膠結(jié)混合物。
93.一種如權(quán)利要求78-92所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，還包括在模壓步驟之后對(duì)容器進(jìn)行干燥的步驟。
94.一種如權(quán)利要求78-93所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，還包括以下步驟，薄板的成型，板厚的減薄以及將薄板成形為容器。
95.一種如權(quán)利要求78-94所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，還包括對(duì)板進(jìn)行的干燥步驟。
96.一種如權(quán)利要求78-95所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，還包括壓實(shí)即使薄板密致化的步驟。
97.一種如權(quán)利要求78-96所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，還包括以卷或薄板的形式貯藏薄板的步驟。
98.一種如權(quán)利要求78-96所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，模壓容器的步驟包括從干板成形為容器的步驟。
99.一種如權(quán)利要求98所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，模壓容器的步驟包括使板再濕化的步驟和用再濕化的薄板成形為容器的步驟。
100.一種如權(quán)利要求78-97所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，還包括對(duì)薄板表面進(jìn)行精整步驟。
101.一種如權(quán)利要求78-100所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，還包括對(duì)容器進(jìn)行涂覆的步驟。
102.一種如權(quán)利要求78-101所述的制造用于貯藏、發(fā)放、包裝或分配食品或飲料產(chǎn)品的容器的方法，其特征在于，還包括在容器上進(jìn)行印刷的步驟。
103.根據(jù)如權(quán)利要求78-100所述的方法制造的產(chǎn)品。
全文摘要
公開(kāi)了用于貯藏、分配和/或包裝食品及飲料產(chǎn)品的容器，容器材料中摻入了水硬成型結(jié)構(gòu)基體，基體中含有水硬性粘合劑。此一次性及非一次性的食品及飲料用制品具有高抗拉強(qiáng)度、高抗壓強(qiáng)度和高撓曲強(qiáng)度，且質(zhì)輕、絕熱、價(jià)廉，并且與環(huán)境更為相容。尤其適合用于在快餐店等場(chǎng)合分配冷、熱食品及飲料。食品及飲料容器的結(jié)構(gòu)基體包括一種水硬性水泥糊漿最好且再加入流變性改性增塑劑、骨料以及纖維狀材料，從而以經(jīng)濟(jì)合理的成本提供所期望的性能。
文檔編號(hào)B29C51/08GK1083792SQ9311626
公開(kāi)日1994年3月16日 申請(qǐng)日期1993年8月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月11日
發(fā)明者P·J·安德森, S·K·霍德森 申請(qǐng)人:E·卡休基工業(yè)公司