用天然材料制造的注射模制物件和其制造方法技术

本发明专利技术描述用基于生物的材料制造的注射模制物件和其制造方法。更具体地说，描述用表现得像高分子量热固性材料的基于生物的材料制造的注射模制物件和其制造方法，这些基于生物的材料有例如木质素或基于蛋白质的材料，包括玉米面筋粉、玉米面筋饲料、具有可溶物的干蒸馏酒粕、湿蒸馏酒粕、改性的湿蒸馏酒粕、芥花籽粉、小麦面筋、大麦、棉籽粉、葵花籽粉、亚麻籽粉、大豆、油菜籽、高粱蛋白质、玉蜀黍、稻谷蛋白质、马铃薯蛋白质、木薯蛋白质、甘薯蛋白质、山药蛋白质、车前草蛋白质、角蛋白或胶原蛋白。

【技术实现步骤摘要】
用天然材料制造的注射模制物件和其制造方法相关申请案的交叉参考本申请案要求2012年4月2日提交的美国临时申请案第61/619,380号的权利，其全部内容以引用的方式并入本文中。
本说明书涉及用基于生物的材料制造的注射模制物件和其制造方法。更具体地说，本说明书涉及用表现得像高分子量热固性材料的基于生物的材料制造的注射模制物件，这些基于生物的材料有例如木质素，或基于蛋白质的材料，如玉米面筋粉、玉米面筋饲料、具有可溶物的干蒸馏酒粕、湿蒸馏酒粕、改性的湿蒸馏酒粕、芥花籽粉、小麦面筋、大麦、棉籽粉、葵花籽粉、亚麻籽粉、大豆、油菜籽、高粱蛋白质、玉蜀黍、稻谷蛋白质、马铃薯蛋白质、木薯蛋白质、甘薯蛋白质、山药蛋白质、车前草蛋白质、角蛋白或胶原蛋白。
技术介绍
在当今社会，不断并且越来越需要更加注意我们的环境和商业产品中的毒素。因此，越来越希望有越来越多的由不含毒素的材料而非由合成材料制成的物件。本说明书含有新的并且有成本效益的生产方法以及传统塑料和复合材料的替代物。具体实施方式传统上并不认为基于生物的材料(如木质素或基于蛋白质的材料，包括玉米面筋粉、玉米面筋饲料、具有可溶物的干蒸馏酒粕、湿蒸馏酒粕、改性的湿蒸馏酒粕、芥花籽粉、小麦面筋、大麦、棉籽粉、葵花籽粉、亚麻籽粉、大豆、油菜籽、高粱蛋白质、玉蜀黍、稻谷蛋白质、马铃薯蛋白质、木薯蛋白质、甘薯蛋白质、山药蛋白质、车前草蛋白质、角蛋白或胶原蛋白)在其当前形式下适用于注射模制。申请人发现在正确的条件下，这类基于生物的材料表现得像高分子量热固性材料并且开发出适用于由这些材料模制物件的方法。与热塑性材料(通过定义，其可以可逆地熔融加工并且通常具有高分子量和高粘度)或标准热固性材料(其由低粘度的低分子量前体(单体)形成)不同，这类基于生物的材料是不可逆地形成热固性材料的高分子量前体。涵盖注射模制作为适用于模制这些物件的方法。在充分热转移和/或压缩不易获得的情况下，注射模制的改良形式，即注射-压缩模制(也称为“模压”)可能是更合适的方法。模制期间不充分的热转移和/或压缩可以引起物件具有较差的机械强度和/或可能使基于生物的材料在加工期间过早降解。注射模制特别困难，因为材料具有相对狭窄的可加工范围，并且温度、时间和螺杆特性(包括(但不限于)剪力、长度等)的正确组合会起作用。如本文所使用的术语“注射模制物件”意思指包括由本文中所描述的注射模制技术制得的物件。物件在硬度、强度、耐久性等方面将具有与常规注射模制塑料类似的特性。模具温度应足够高以便使材料固化，但不应高到足以使模具内的材料降解。模具温度基于多种因素来确定，如起始物质组成、要素(part)的几何形状等。通常，约250F到约330F的模具温度合适。在一些实施例中，使用约270F到约295F的温度。在一些实施例中，模具温度不应超过约350F。在一些测试操作中，在这一温度下当模具打开时，要素发生汽化。注射-压缩模制(或“模压”)产生最佳结果并且其需要特殊的“模压”模具。在模压过程中，优选将材料直接注射到模制腔中，并且使模制腔内的材料经受比其在标准注射模制过程中更高的压力。优选在注射模制机上使用模压液压装置。液压装置应能够耐受增加的压力并且在注射模制期间仍保持稳定。如本文所使用，“热固性”意思指具有在热固化之后冷却时永久变硬并且变刚硬的特性。如本文所使用，“热塑性”意思指具有在加热时软化或熔融并且在冷却时再次变刚硬的特性。热固性与热塑性不同，无法重新熔融并重新成形。如本文所使用，“注射模制”意思指一种方法，其中将材料加进筒管中，混合并且迫使进入模制腔中，在其中硬化成模制腔的配置。涵盖任何类型的注射模制，包括(但不限于)标准注射模制、注射-压缩模制和注射-压缩吹塑模制，但优选注射-压缩配置。尽管压缩比将视材料选择、所用温度、环境条件和其它因素而变化，但通常约1.5∶1到约3∶1的压缩比可适用于大部分应用。在一些实施例中，可以使用约1.5∶1、约2∶1或约3∶1的压缩比或这些值中的任何两个值之间的压缩比范围。如本文所使用，“注射吹塑模制”意思指用于形成中空物件的方法，其中，例如且不限于，将中空管状预成型坯注射到模具中并且接着通过吹塑来膨胀以与模具的形状一致。在其研究期间，通过认识到前述天然材料(以及其天然结合能力)与类似热塑性材料相比表现得更像高分子量热固性材料，申请人注意到其可以实现所需结果。这与教示两步骤加工方法的现有技术相反，两步骤加工方法是：首先在存在热的情况下掺合蛋白质材料与大量的塑化剂，例如20％-30％甘油、乙醇或辛酸，或聚合物，以便形成颗粒；并且接着在第二过程(例如热成形或标准注射模制)中使用这些颗粒形成最终物件。相比之下，本文中所描述的方法使用原样的基于生物的材料与足量液体的组合以有助于热转移。(其它组分可与材料组合，但并非必需。)但是，过量液体可引起在最终物件中形成气泡或缺陷。因此，宜在压缩步骤期间进行模制腔的抽真空。可以使用夹钳产生压力，但优选方法是在工具中建立液压压缩系统。(在标准注射模制方法中，夹钳负责打开和关闭模具。)还优选使用具有宽的压缩比窗的模具组件。“按原样”意思指使基于生物的材料经历最少的预先加工并且甚至可以直接来自农场。典型地，在移出更有价值的材料之后留下基于生物的材料的。留下的材料传统上会喂养农场动物，但现今可以收集并且按本文中所描述来使用。应控制螺杆、筒管和模具的加工温度。螺杆/筒管应足够温暖以有助于液体流动并加热液体，但不应过于温暖使材料干燥或过早硬化。值得注意的是，与常规树脂系统不同，固化不是在螺杆/筒管中开始的。在一些实施例中，温度低于水或其它所用溶剂的沸腾温度。典型温度是约50F到约70F，或约60F到约70F。螺杆和筒管设计也影响最终产物。控制剪力的量的能力对所形成的产物十分重要。尽管可使用“压缩”螺杆，但相信使用“计量”螺杆是有利的。在一些实施例中，计量螺杆将具有相对较低的长度/直径比率(L∶D比率)，其将尤其降低剪力。本文中所描述的配制品似乎在较小的剪力下表现地更好。可以通过螺杆的旋转速度、背压和注射速度来控制剪力。但是，主要通过螺杆本身的设计来控制剪力。有助于化合物的适当混合和搅拌之定制的计量螺杆尤其会帮助将材料成功应用于注射模制方法中。与大部分螺杆(例如用于热塑性材料的螺杆)不同，定制螺杆的螺纹深度并不沿其长度而变化，并且这引起与有刻度的螺纹深度有关的剪力降低。在以下描述中，参考基于生物的材料的粉末和/或颗粒。尽管粉末和颗粒形式是常用并且易于操作的，但也可以使用基于生物的材料的其它形式。对粉末和颗粒的参考仅是举例。材料稠度/水分含量：本文中实例的焦点集中于玉米面筋粉和芥花籽粉。但是，可以使用呈粉末或颗粒形式的任何合适的基于生物的材料。这些粉末是干燥的，但可以接受并且期望会有一定水分含量。干燥粉末或颗粒更加稳定，无需冷藏，并且具有其它合适的特征。如上文所述，基于生物的材料的水分不足可以引起不良的热转移特性并且产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种由高分子量热固性的基于生物的材料注射模制物件的方法，其包含如下步骤：/n提供模具；/n将所述基于生物的材料与有助于热转移的足量液体的组合引入注射模制设备中以促进所述基于生物的材料穿过筒管，所述组合为粉末或颗粒与所述液体的混合物，所述注射模制设备包括螺杆和所述筒管，其中所述螺杆是计量螺杆，所述计量螺杆沿其长度具有恒定的螺纹深度；/n将所述基于生物的材料注射到所述模具中，其中所述模具温度是约250°F到约330°F；及/n在加热的所述模具内压缩并固化所述材料以形成所述物件。/n

【技术特征摘要】
20120402 US 61/619,3801.一种由高分子量热固性的基于生物的材料注射模制物件的方法，其包含如下步骤：
提供模具；
将所述基于生物的材料与有助于热转移的足量液体的组合引入注射模制设备中以促进所述基于生物的材料穿过筒管，所述组合为粉末或颗粒与所述液体的混合物，所述注射模制设备包括螺杆和所述筒管，其中所述螺杆是计量螺杆，所述计量螺杆沿其长度具有恒定的螺纹深度；
将所述基于生物的材料注射到所述模具中，其中所述模具温度是约250°F到约330°F；及
在加热的所述模具内压缩并固化所述材料以形成所述物件。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩步骤在约1.5∶1到约3∶1的压缩比下进行。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述压缩步骤在约2∶1的压缩比下进行。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述液体是选自水、尿素溶液或其组合...

【专利技术属性】
技术研发人员：达拉·L·韦尔德曼，斯科特·金尼，马尔科·科尔尼夫，肯·布什，
申请(专利权)人：绿色材料有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US