通过压力模制设备制造纤维素产品的方法、压力模制设备以及纤维素产品技术

本发明专利技术涉及通过包括成形模具的压力模制设备制造具有扁平或非扁平产品形状的纤维素产品的方法。成形模具具有限定所述产品形状的成形表面，该方法包括以下步骤：在所述成形模具中布置含有小于45％重量水的纤维素坯料；将所述纤维素坯料加热到100℃至200℃范围内的成形温度；以及借助于所述成形模具以成形压力压制所述纤维素坯料，其中成形压力遍及成形表面作用在所述纤维素坯料上，所述成形压力在1MPa至100MPa的范围内。

Method of manufacturing cellulose products through pressure moulding equipment, pressure moulding equipment and cellulose products

The present invention relates to a method for manufacturing cellulose products with flat or non-flat product shapes by means of a pressure moulding device including a forming die. The forming die has a forming surface that defines the shape of the product. The method comprises the following steps: arranging a cellulose blank containing less than 45% weight water in the forming die; heating the cellulose blank to a forming temperature ranging from 100 to 200 degrees Celsius; and pressing the cellulose blank with the help of the forming die under a forming pressure, in which the forming pressure is applied throughout the forming process. The shape surface acts on the cellulose blank, and the forming pressure ranges from 1 MPa to 100 MPa.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过压力模制设备制造纤维素产品的方法、压力模制设备以及纤维素产品
本公开涉及由木浆制造纤维素产品的方法，用于制造这种纤维素产品的设备和纤维素产品。
技术介绍
存在许多期望提供由可持续材料制成的二维(2D)或三维(3D)形状的物体的情形。一种这样的情形涉及敏感商品的包装，比如机械高精度商品，电子装备和其他家用和五金商品，其需要保护性包装以避免在运输，储存或其他处理过程中由于例如机械冲击、振动或压缩而引起的敏感商品的损坏。这种包装通常需要保护性插入件，该保护性插入件具有适合于所容纳的商品的形状，并因此将商品牢固地保持在包装中。这种插入件通常由发泡聚苯乙烯(EPS)制成，其是轻质石油衍生材料并且不被视为可持续材料。通常用于包装插入件的低价材料是模制纸浆。模制纸浆具有被认为是可持续包装材料的优点，因为它由生物材料制成并且可以在使用后再循环。因此，对于初级和二级包装应用(紧挨着物品的包装和这种包装的组装)，模制纸浆在受欢迎程度方面已经快速增加。模制纸浆物品通常通过将抽吸模具浸入纸浆悬浮液中成形，同时施加抽吸，由此通过纤维沉积成形具有期望物品形状的纸浆本体。然后从悬浮液取出抽吸模具，并且通常继续抽吸以使沉积的纤维紧凑，同时排出剩余的液体。所有湿法成形技术的共同缺点是需要干燥模制产品，这是耗费时间和能量的步骤。另一个缺点是，强纤维间结合(通常被解释为氢键结合)形成在材料中的纤维之间，这限制了材料的柔性。此外，许多现代精益生产线需要在线按需包装或部件制造，其中湿法成形处理不是优选的。最近，开发了新的基于纤维的材料，其目的是使得能够干燥地成形三维物体。WO2014142714A1公开了一种方法。WO2014142714A1公开了一种干法成网的复合网状物，其是用于热成形三维形状的物体的中间产品，包括40-95％重量的CTMP纤维、5-50％重量的热塑性材料和0-10％重量的添加剂，其中干法成网的复合网状物浸渍有分散体、乳液或含有热塑性材料、聚合物的溶液，并干燥，得到50-250kg/m3的密度，或者，如果通过压延压缩得到400-1000kg/m3的密度。根据WO2014142714A1，聚合物的结合通过在热成形处理中施加的较高温度而活化，并有助于热成形物体的最终强度。尽管根据WO2014142714A1的聚合物可有助于最终强度并能够成形干法成网网状物，但这种热塑性成分将消除纤维素的可持续特征，因为该复合物将是不可再循环的。该缺点是可适用的，即使可再生和可堆肥的生物塑料，例如聚丙交酯(PLA)如WO2014142714A1提出的那样使用，因为用于材料再回收利用的物流不可用。最近的发现和政治决定，例如关于全球变暖2015的巴黎协定，规定消费品和包装的碳排放量，在所谓的生命循环分析(LCA)中，受到再循环和再使用材料的能力的高度影响。甚至可再生材料(如纤维素和PLA)必须被再循环以与多次再循环的不可再生材料(如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))一起测量。在世界上大多数地区，材料再循环正在慢慢地并且逐渐变得越来越成熟。欧洲拥有全球领先地位，再循环率约为30％，而美国仅达到10％，而且许多发展中国家尚未开展再循环利用。所有再循环工作的共同点聚焦于最常用的材料，诸如纸张、纸板、玻璃、铝、钢和PET。这些可再循环的级分代表大量的被浪费的商品，并且不太可能在可预见的将来将其他级分如生物聚合物建立为公共可用再循环物流。全球对机械性质接近塑料的可再生和可再循环的材料的3D成形的包装、盒、杯、盘、碗、插入件和覆盖件的需求，因此是巨大的。ISBN978-91-7501-518-7(HelenaHalonen，2012年10月)研究了一种方法-羟乙基纤维素(HEC)，用于通过压缩模制仅用水处理的商业化学木浆来制造新的全纤维素复合材料。目的是研究加工处理过程中的结构变化以及将最终生物复合材料的机械性质与纳米级结构相关联的复杂性。在压缩模制期间高温(150-170℃)和高压(45MPa)的组合产生纤丝聚集的显着增加，可能包括纤维素-纤维素熔接结合，即纤维-纤维结合区域中的纤丝聚集。这种纤丝聚集导致生物复合材料相比于例如PET-强度(75MPa)和PET-模量(PET3GPa)具有显著的机械性质，包括改善的强度(289MPa)、模量(12.5GPa)和粗糙度(6％)。虽然WO2014142714A1提出了不可再循环的热塑性成分，并且ISBN978-91-7501-518-7提出了用于形成可再循环纤维素纤维的科学结果，以获得良好的机械性质，但是到目前为止，还没有专利技术任何实用或工业方法，能够以合理的循环时间商业生产呈纤维素形式的包装和商品，作为用于可以作为纸板再循环的塑料的替代品。
技术实现思路
本公开的目的是提供一种制造纤维素产品的方法，纤维素成形设备和纤维素产品，其中避免了前述问题。该目的至少部分地由独立权利要求的特征实现。从属权利要求包含制造纤维素产品的方法、纤维素成形设备和纤维素产品的进一步发展。存在许多期望提供由可持续材料制成的扁平或基本上非扁平形状的物体的情形。扁平形状可指大体二维形状，诸如例如片材或坯料的形状，且基本上非扁平形状可指任何合适的三维物体形状。一种这样的情况涉及液体、干燥材料和不同类型的商品的包装，其中包装可以制成三维形状或者由二维片材成形为三维形状。本专利技术涉及一种通过包括成形模具的压力模制设备制造具有扁平或非扁平的产品形状的纤维素产品的方法，该成形模具具有限定所述产品形状的成形表面，包括以下步骤：：在所述成形模具中布置含有少于45％重量水的纤维素坯料；将所述纤维素坯料加热到100℃-200℃范围内的成形温度；以及借助于所述成形模具以成形压力压制所述纤维素坯料，所述成形压力遍及所述成形表面作用在所述纤维素坯料上，所述成形压力在1MPa到100MPa的范围内。成形压力可以是等静压压力或非等静压压力。根据本专利技术的另一方面，提供了一种制造具有非扁平产品形状的纤维素产品的方法，包括以下步骤：提供等静压压力模制设备，其包括：成形模具和压力模具，所述成形模具具有限定所述产品形状的成形表面；将含有小于45％重量水的纤维素坯料布置在成形模具与压力模具之间；将所述纤维素坯料加热到100℃至200℃范围内的成形温度；以及借助于所述压力模具，以基本上相等的成形压力压制纤维素坯料抵靠成形模具，所述基本上相等的成形压力遍及成形表面作用在所述纤维素坯料上，所述成形压力在1MPa到100MPa的范围内。加热步骤和压制步骤可以至少部分地同时发生，或者纤维素坯料可以被预先加热并且在压制过程中不供应额外的热量。纤维素产品可以例如是容器或容器的一部分，其中使用根据本专利技术实施例的方法制造的纤维素产品可以例如代替更难以再循环的塑料产品。因此，使用本专利技术方法制造的纤维素产品可以例如是包装、用于包装的插入件、盒、碗、盘、杯、托盘或覆盖件。术语“等静压压力”应当被理解为，在纤丝聚集期间，加热的生物复合材料的纤维上的体积压力在生产期间在最终3D物体的所有几何位置中基本上相等。术语“非等静压压力”应理解为在纤丝聚集期间，加热的生物复合材料的纤维上的体积压力在生产期间在最终3D物体的所有几何位置中不相等。所述纤维素坯料可以各种形式提供，例如作为网状物、毯、毡、松散纤维、泡沫、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过压力模制设备制造具有扁平或非扁平产品形状的纤维素产品的方法，所述压力模制设备包括成形模具(3)，所述成形模具(3)具有限定所述产品形状的成形表面，所述方法包括以下步骤：在所述成形模具(3)中布置含有少于45％重量水的纤维素坯料(1a)；将所述纤维素坯料(1a)加热至100℃至200℃范围内的成形温度；以及借助于所述成形模具(3)以成形压力压制所述纤维素坯料(1a)，所述成形压力遍及所述成形表面作用在所述纤维素坯料(1a)上，所述成形压力在1MPa至100MPa的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.18 SE 1630058-41.一种通过压力模制设备制造具有扁平或非扁平产品形状的纤维素产品的方法，所述压力模制设备包括成形模具(3)，所述成形模具(3)具有限定所述产品形状的成形表面，所述方法包括以下步骤：在所述成形模具(3)中布置含有少于45％重量水的纤维素坯料(1a)；将所述纤维素坯料(1a)加热至100℃至200℃范围内的成形温度；以及借助于所述成形模具(3)以成形压力压制所述纤维素坯料(1a)，所述成形压力遍及所述成形表面作用在所述纤维素坯料(1a)上，所述成形压力在1MPa至100MPa的范围内。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成形压力是等静压压力。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述成形压力是非等静压压力。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述纤维素坯料(1a)含有少于25％重量的水，特别是少于15％重量的水。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述纤维素坯料(1a)包括木浆，特别是至少90％重量的木浆。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述加热步骤至少部分地在所述压制步骤之前发生。7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述成形模具包括成形模具部分(2a)和压力模具部分(2b)，并且所述成形模具部分和所述压力模具部分中的至少一个在所述压制步骤之前被加热。8.根据权利要求1或4-7中任一项所述的方法，其中，所述成形模具(3)包括柔性隔膜(4)；并且所述压力模制设...

【专利技术属性】
技术研发人员：奥韦·拉尔森，莱纳斯·拉尔森，
申请(专利权)人：普帕克公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE