Изделие производства, способ производства этого изделия, система для его производства

Изделие производства, способ производства этого изделия, система для его производства

Реферат

 

Изобретение относится к изделию производства, способу и оборудованию для производства листов, имеющих матрицу, заполненную большим количеством неорганических веществ, полученных путем смешивания органического полимерного связующего, воды, одного или более неорганических агрегатных материалов, волокон и выбранных дополнительных смесей в заданных пропорциях для того, чтобы получить лист, который имеет заданные свойства. Смеси с неорганическими веществами формируются в листы путем первого экструдирования смеси и последующего прохождения экструдированного материала через валки. Прокатанные через валки листы высушиваются ускоренным способом для того, чтобы образовать отвержденный лист, путем прокатки через горячие валки и/или в сушильной камере. Листы, содержащие неорганические вещества, могут иметь свойства, существенно схожие с листами, полученными из традиционных материалов, таких, как бумага, картон, полистирол, пластик и металл. Такие листы могут быть свернуты, спрессованы, маркированы, перфорированы, согнуты и склеены. В частности, они имеют применение в массовом производстве изделий, таких, как пищевые контейнеры и контейнеры для напитков, упаковочные материалы. Технический результат - создание экологически безопасных высококачественных материалов и изделий. 3 с. и 188 з.п.ф-лы, 26 ил., 4 табл.

Настоящее изобретение относится к композициям, способам для производства листов и изделий, имеющих органическую полимерную матрицу, заполненную неорганическим веществом. Листы и изделия, имеющие такую матрицу, могут значительно отличаться по толщине, жесткости, гибкости, вязкости и прочности и могут быть использованы в сухом или влажном состоянии для производства различных изделий, включая листы, предназначенные для печати, контейнеры и другие упаковочные материалы. Такие листы являются менее дорогими и более экологически безопасными, чем листы, сделанные из обычных материалов (таких как бумага, пластик или металл), и являются особенно полезными в производстве продуктов для одноразового использования и контейнеров для напитков, используемых в производстве продуктов для "быстрого питания".

РЕЛЕВАНТНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ А. Листы, контейнеры и другие упаковочные материалы.

Тонкие, гибкие листы, сделанные из таких материалов, как бумага, картон, пластик, полистирол и даже металлы, используются в настоящее время в огромных количествах как материалы, предназначенные для печатания, этикеток, в качестве подстилок и в производстве других предметов, таких как контейнеры, сепараторы, разделители, конверты, крышки, банки и другие упаковочные материалы. Усовершенствованная техника для производства и упаковки позволяет в настоящее время хранить, упаковывать и перегружать большое разнообразие жидких и твердых продуктов, одновременно защищая их от воздействия вредных элементов.

Контейнеры и другие упаковочные материалы защищают продукты от воздействия окружающей среды и распределенного повреждения, в частности, от химического и физического воздействия. Упаковка помогает защитить огромное разнообразие продуктов от газов, влаги, света, микроорганизмов, вредителей, физических ударов, разрушающих сил, вибрации, утечки или разбрызгивания. Некоторые упаковочные материалы также обеспечивают распространение информации потребителям, такой как действительный производитель, содержание, реклама, инструкции, идентификационное клеймо и цена.

Обычно, большинство контейнеров и чашек (включая контейнеры одноразового использования) сделаны из бумаги, картона, пластика, полистирола, стекла и металлических материалов. Каждый год более 100 миллионов алюминиевых банок, миллиарды стеклянных бутылок и тысячи тонн бумаги и пластика используются для хранения и производства безалкогольных напитков, соков, готовых продуктов, зерна, пива и так далее. Вне пределов пищевой промышленности и промышленности по изготовлению напитков, упаковочные контейнеры (и особенно контейнеры, предназначенные для одноразового использования) делают из весьма распространенных материалов. Бумага для печати, писчая бумага и фотографий, журналы, газеты, книги, обертки и другие домашние предметы получены из предварительно произведенных из дерева листов бумаги, которые также производятся ежегодно в огромных количествах. Только в одних Соединенных Штатах приблизительно 5 1/2 миллионов тонн бумаги используется ежегодно для целей упаковки, что составляет около 15% всего ежегодного производства бумаги в США.

Б. Влияние бумаги, пластика, стекла и металлов Недавно прошли дебаты, касающиеся того, какой из материалов (т.е. бумага, картон, пластик, полистирол, стекло или металл) приносит наибольший вред для окружающей среды. Совестливоподнимающие организации убедили многих людей заменить один материал на другой для того, чтобы быть более "правильными" с точки зрения влияния на окружающую среду. Эти дебаты часто не учитывали того, что каждый из этих материалов имеет свое, только ему присущее свойство, приносящее вред окружающей среде. Один материал может быть лучше по сравнению с другим, когда он рассматривается в свете частной проблемы, связанной с охраной окружающей среды, одновременно игнорируя различные, зачастую большие, проблемы, связанные с возможно наиболее предпочтительным материалом. В сущности, бумага, картон, пластик, полистирол, стекло и металл, материалы, каждый из которых имеет его собственную, присущую только ему "слабость", проявляемую по отношению к окружающей среде.

Изделия из полистирола, в частности, контейнеры и другие упаковочные материалы, совсем недавно относили к группе изделий, приносящих наибольший вред. Однако полистирол сам по себе является относительно инертным веществом, его производство включает использование опасных химических продуктов и исходных материалов. Неполимеризованный стирол является очень химически активным, и поэтому существует проблема сохранения здоровья у тех, кто должен обрабатывать его. Потому, что стирол получается из бензола (известный мутаген и возможно канцероген), небольшие количества бензола могут быть обнаружены в стироле.

Потенциально более опасным было использование хлорфторированных углеводородов (chlorofluorocarbon или сокращенно CFC) в производстве "вздутых" или "вспененных" изделий из полистирола. Это является опасным потому, что CFC связаны с разрушением озонового слоя земли. В производстве пенопластов, включая вспененный полистирол, CFC (которые являются сильно испаряющимися жидкостями) были использованы для "вздутия" или "вспенивания" полистирола для получения пенопласта, который затем отливался в формы чашек, тарелок, подносов, коробок, склеенных контейнеров, спейсеров и других упаковочных изделий. Даже замена на менее опасные для окружающей среды вспененные агенты (т.е. HCFC, CO₂ и пентаны) является еще очень вредным и их ограничение принесло бы пользу.

В результате, компании находились под широко распространенным давлением остановить использование изделий из полистирола в пользу более экологически безопасных материалов. Некоторые группы предпочли временно обратиться к использованию более "натуральных" материалов, таких как бумага или другие материалы, полученные из древесной пульпы, которые считаются биоразрушающимися. Тем не менее, другие группы приняли противоположную точку зрения для того, чтобы уменьшить вырубку деревьев и исчезновение лесов.

Хотя изделия из бумаги являются мнимо биоразлагающимися и не связаны с разрушением озонового слоя земли, последние исследования показали, что производство бумаги, возможно, более сильно влияет на окружающую среду, чем производство полистирола. Действительно, промышленность, связанная с получением древесной пульпы и бумаги, определяется в Соединенных Штатах как одна из пяти отраслей промышленности, приносящих наибольшие загрязнения. Например, изделия, произведенные из бумаги, требуют в десять раз больше пара, от четырнадцати до двадцати раз больше электроэнергии и в два раза больше охлаждающей воды, по сравнению с эквивалентным количеством изделий из полистирола. Различные исследования показали, что стоки от производства бумаги содержат в 10-100 раз больше загрязнений, чем при производстве вспененного полистирола.

В добавление, окружающая среда подвергается воздействию промежуточного продукта производства бумаги - диоксина, являющегося опаснейшим токсином. Диоксин или более точно, 2,3,7,8-тетрахлорированный дибензо[b,e][1,4]диоксин, является высокотоксичным загрязнителем и является очень опасным даже в незначительных количествах. Токсические проявления диоксина на животных и человека проявляются в отсутствие аппетита, сосудистых и кожаных заболеваниях, язвенных гастритах, заболеваниях печени и других заболеваниях. Большинство экспертов в этой области считают диоксин канцерогеном.

Другой недостаток производства бумаги и картона заключается в потреблении большого количества электроэнергии при производстве бумаги. Это требует необходимую энергию с той точки зрения, что волокна в значительной степени перепутаны и связаны, что они являются в большой степени самосвязанными, согласно принципам "волоконной" физики. В добавление, большое количество энергии необходимо для того, чтобы удалить воду из бумажного шлама, который содержит воду в количестве, достигающем 99,5% объемных. Потому, что такое большое количество должно быть удалено из шлама, необходимо буквально отсасывать воду из шлама, даже перед нагретыми валками, которые могут быть использованы для высушивания листов. Более того, большое количество воды, которая отсасывается из листов в ходе процесса извлечения воды, остается обычно в окружающей среде.

Процессы производства, связанные с получением из металлических листов контейнеров (в частности, банок, сделанных из алюминия и жести), разрушение стеклянных бутылок и придание формы керамическим контейнерам, потребляет большое количество энергии, из-за необходимости расплавить и затем отдельно получить из исходного металла промежуточный или окончательный продукт. Эти высокие энергетические и технологические требования не только требуют значительные энергетические ресурсы, но они также приводят к значительному атмосферному, воздушному и тепловому загрязнению окружающей среды.

Хотя стекло может перерабатываться, та его часть, которая выброшена как отходы, сохраняется неопределенно долгое время. Осколки стекла очень опасны и могут находиться в природе многие годы.

Некоторые из проблем загрязнения окружающей среды могут быть решены. Однако для этого требуется большой расход энергии и значительные капитальные затраты на оборудование. Несмотря на то, что на программы по переработке были затрачены значительные усилия, только часть сырьевых материалов возвращается в производство после переработки, большая часть исходных материалов по-прежнему поступает из невосстанавливаемых ресурсов.

Даже бумага или картон, которые считаются поддающимися биологическому разложению, могут сохраняться на свалках годы и даже десятилетия, если к ним не проникает воздух, свет и вода, т.е. то, что необходимо для их биологического разложения. Имеется информация о том, что на свалках находили телефонные книги и газеты, которые были захоронены в них в течение десятилетий. Проблема длительного сохранения бумаги усложняется тем, что как правило бумага пропитывается или на нее наносится покрытие, которое замедляет или предотвращает ее разложение.

Другой проблемой, связанной с бумагой, картоном, полистиролом и пластмассой, является то, что каждый из этих материалов требует для своего производства относительно дорогих исходных компонентов. Некоторые из этих компонентов относятся к числу невосстанавливаемых, как например бензин при производстве полистирола или пластмассы. Хотя деревья, которые дают сырье, необходимое при производстве бумаги и картона, в строгом смысле слова являются восстанавливаемым ресурсом, потребность в больших площадях для выращивания леса и быстрое сокращение площади лесов в определенных районах мира лишают такое утверждение смысла. Следовательно, использование в больших объемах невосстанавливаемого сырья для изготовления листов и других предметов лишено будущего в перспективе. Более того, процессы, применяемые для изготовления исходного сырья для упаковочных изделий (например, бумажной пульпы, стирола или металлических листов), очень энергоемки, приводят к загрязнению воды и воздуха, требуют значительных капитальных вложений.

С учетом изложенного становится очевидным, что вопрос должен стоять не о том, какие из названных материалов наносят наименьший вред окружающей среде, а о том, как разработать альтернативный материал, применение которого даст возможность решить большинство или все проблемы, возникающие при применении названных материалов (бумаги, картона и т.д.).

С. Неорганические материалы Человечество широко использует практически неисчерпаемые неорганические материалы, такие как глина, природные минералы или камень. Глина нашла очень широкое применение благодаря своим хорошим формовочным качествам при изготовлении множества предметов, включая сосуды, черепицу и другие полезные предметы. Однако глина имеет ряд недостатков, среди которых длительность времени для затвердевания, необходимость обжига или спекания для достижения оптимальной прочности, а также "тяжеловесная" природа глины как материала. Например, необожженная глина имеет низкую прочность на растяжение и высокую хрупкость. Тем не менее, глина нашла применение при изготовлении других материалов в качестве имеющегося в избытке недорогого наполнителя, например, при изготовлении картона или бумаги. Однако при использовании в качестве наполнителя глина по причине ее плохой природной смешиваемости и хрупкости не может составлять более 20% от общего веса материала.

Человек широко применяет камень при изготовлении зданий, инструментов, контейнеров и других больших громоздких объектов. Очевидным недостатком камня является то, что он очень тверд, хрупок и тяжел, что ограничивает его применение областью создания относительно больших массивных объектов. Тем не менее, небольшие или раздробленные камни могут быть использованы при изготовлении других продуктов, например водоотверждаемых или цементообразных материалов.

Водоотверждаемые материалы, т.е. те, которые содержат гидравлический цемент или гипс (ниже эти материалы или смеси называются "водоотверждаемыми", "гидравлическими" или "цементообразными"), используются в течение тысячелетий для создания больших объемных сооружений, которые прочны, долговечны и относительно недороги.

Например, цемент является водоотверждаемым связующим, получаемым из глины и известняка. По сравнению с другими ранее рассмотренными материалами он дешев и может быть отнесен к числу практически неисчерпываемых материалов. Цемент может быть смешан с водой и агрегатными материалами, например измельченным камнем или галькой, для получения бетона. Однако бетон получил применение только при создании больших конструкционных объектов.

Хотя коммерческое применение водоотверждаемые материалы получили для изготовления крупных конструкционных сооружений, на базе этих материалов при использовании микроструктурной технологии созданы водоотверждаемые материалы, которые пригодны для изготовления относительно небольших тонкостенных предметов. Действительно, изобретателями созданы такие хорошо формующиеся смеси, которые могут быть экструдированы и/или прокатаны в тонкостенные листы толщиной до 0,1 мм. Подобные смеси и способы могут быть применены для производства похожих на бумагу листов, относительно толстых листов, изоляционных листов и многочисленных других предметов. Названные смеси и способы разработаны ныне живущими изобретателями (т.е. Per Just Andersen и Simon К. Hodson) и поэтому далее будут называться как "технология Андерсена-Ходсена".

Хотя предполагалось, что водоотверждаемые связующие будут придавать значительную прочность, а в особенности прочность на сжатие, окончательному продукту, было установлено, что в небольших количествах они действуют скорее как агрегатный наполнитель, чем как связующее. С учетом этого были проведены исследования с целью определения возможности изготовления листов, в которых необязательно применяются водоотверждаемые связующие (или применяются в настолько малых количествах, что являются агрегатным компонентом), но которые включают в высокой концентрации неорганические компоненты. Подобные листы, вероятно, имели бы преимущества водоотверждаемых листов над известными из уровня техники бумажными, пластмассовыми и металлическими с точки зрения их низкой стоимости, безопасности для окружающей среды, а также доступности исходных для производства компонентов.

Благодаря недавно полученным знаниям об огромном вреде, наносимом окружающей среде в результате использования предметов одноразового употребления из бумаги, картона, полистирола, пластмасс и металла, например бумаги с напечатанным текстом, сосудов и т.д. (не упоминая уже о политическом давлении), возникла необходимость (давно очевидная специалистам) в создании безопасных для окружающей среды материалов. В частности, промышленность ведет разработки по созданию материалов с высоким содержанием неорганических компонентов для производства упаковочных продуктов, составляющих большую часть отходов.

Несмотря на экономическое давление, давление "зеленых", настоятельную общественную потребность и интенсивные исследования, до сих пор не разработана реальная технология производства материалов с высоким содержанием неорганических наполнителей и органическим полимерным связующим, которые могли бы заменить бумагу, картон, полистирол, пластмассу или металл для изготовления контейнеров. Были предприняты попытки наполнения бумаги неорганическими материалами, например каолином и/или карбонатом кальция, хотя существует предел (20-35% по объему) содержания этих компонентов в окончательном продукте. Кроме того, предпринимались эксперименты по наполнению некоторых упаковочных материалов глиной с целью повышения воздухопроницаемости упаковки для облегчения "дыхания" хранимых фруктов или овощей для сохранения их свежими. На практике неорганические материалы добавляют в клеящие вещества и покрытия для придания определенных текстурных или цветовых качеств хранимому продукту.

Тем не менее, неорганические материалы составляют только некоторую часть упаковочного материала, а не его основную массу. Поскольку материалы с высоким содержанием неорганики включают такие материалы, как песок, скальные породы, глину и воду, они с экологической точки зрения могли бы идеально заменить для упаковки бумагу, картон, пластмассу, полистирол и металл. Неорганические материалы также имеют большие преимущества над синтетическими, поскольку они дешевле.

Для производства таких материалов не только используются практически неисчерпаемые исходные компоненты, но они и не наносят вреда окружающей среде, как это имеет место при использовании бумаги, картона, полистирола, пластмассы или металла. Как уже было отмечено ранее, материалы с высоким содержанием неорганики требуют меньших затрат энергии при их производстве.

Таким образом, необходимо разработать улучшенные композиции и способы производства органических полимерных смесей с высоким содержанием неорганических компонентов, которые могли бы быть использованы для изготовления листов и других объектов, производящихся в настоящее время из бумаги, картона, стекла или металла.

Значительным достижением техники было бы создание листов, изготовленных из материала с высоким содержанием неорганического наполнителя, которые имели бы свойства, близкие к свойствам листов из бумаги, картона, полистирола, пластмассы или металла. Еще большим достижением техники была бы возможность производства из этих листов различных контейнеров или других предметов на существующем оборудовании, которое используется для изготовления таких предметов из бумаги, картона, полистирола, пластмассы или металла.

Еще большим достижением в изготовлении листов явилась бы технология, которая позволяла бы изготовлять листы из прессуемой смеси, содержащей только часть воды, обычно содержащейся в суспензиях, применяющихся для формования листов. Подобная технология позволила бы избежать интенсивного процесса обезвоживания при формовании. Кроме того, существенным усовершенствованием самой технологии в данной области (изготовление листов, контейнеров и других изделий) явилось бы то, что сами готовые изделия легко поддавались разложению, образуя при этом вещества, широко распространенные в природе.

С практической точки зрения большим достижением была бы возможность изготовления подобных материалов и создание способов получения из них листов, контейнеров и других предметов по стоимости, сравнимой или даже более высокой, чем стоимость изготовления листов, пластмасс или металлических предметов в настоящее время. В частности, было бы желательно уменьшить энергетические затраты и первоначальные капитальные затраты для изготовления продуктов, имеющих характеристики бумаги, пластмассы или металла.

С точки зрения перспективного производства существенным достижением в области формования материалов с высоким содержанием неорганических наполнителей было бы создание композиций и способов для массового производства листов с высоким содержанием неорганики, которые формовались и высушивались в течение минут с момента начала изготовления.

Громадным достижением явилось бы создание композиций и способов, которые позволили бы производить материалы с большим содержанием неорганики, имеющих большую упругость, предел на растяжение, прочность и пластичность в массовом производстве по сравнению с материалами, содержащими значительное количество неорганического наполнителя.

Описание таких патентуемых композиций и способов приводится ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТОВ ИЗОБРЕТЕНИЯ Настоящее изобретение относится к новым композициям и способам производства композиций с высоким содержанием неорганического компонента, которые могут быть охарактеризованы как многокомпонентные, армированные волокном микрокомпозиции. Путем тщательно выверенного процесса добавки различных сочетаний разнообразных материалов (включая неорганические агрегатные материалы, органические полимеры и волоконные материалы), которые вызывают дискретное проявление синергетических свойств, возможно создание уникального класса микрокомпозиций, обладающих замечательными качествами в части прочности, вязкости, безопасности для окружающей среды, возможности массового производства и низкой стоимости. Важным аспектом является то, что при тщательном выборе размеров неорганических частиц возможно получение высокогомогенного материала.

В частности, такие материалы могут быть использованы для производства листов, имеющих свойства, сходные с бумагой, пластмассами или тонкими листами металла, которые могут быть использованы непосредственно для изготовления разнообразных изделий, таких как контейнеры или другие упаковочные продукты. В зависимости от необходимости такие листы могут быть свернуты в большие бобины или разрезаны на листы меньшего размера и храниться в пачках подобно бумаге или картону до тех пор, пока не возникнет необходимость. Позже хранимые в пачках или рулонах листы могут быть разрезаны и использованы для изготовления нужных предметов.

Листы могут быть увлажнены для придания им дополнительной гибкости и удлинения для избежания трещин и разломов при изготовлении из них предметов заданной формы.

Листы содержат от 40 до 98% неорганики (по объему от общего содержания), которая диспергируется внутри органической полимерной связующей матрицы, образуя, таким образом, органическую полимерную матрицу с высоким содержанием неорганики. Применяя микроструктурную технику, можно манипулировать составом и относительными пропорциями этих материалов, а также другими составами внутри матрицы для того, чтобы создать продукт с необходимыми свойствами гибкости, прочности и возможности использования в массовом производстве.

Листы с высоким содержанием неорганики могут подвергаться тем же процессам обработки, что и бумага или картон, а именно: на них может печататься текст, наноситься покрытие, они могут складываться, гофрироваться, растягиваться, склеиваться, маркироваться, изгибаться, спирально наматываться и сжиматься. В некоторых случаях в процессе обработки целесообразно нанести метки или сделать перфорацию на листе с тем, чтобы облегчить формирование колена или петли в определенном месте листа. Метка может быть нанесена на поверхность листа в любое время после его формования, т.е. она может быть сделана на начальной стадии изготовления, в полутвердом состоянии листа и после того, как он полностью высох. Время и местонахождение метки, вырубки под метку или перфорации зависит от назначения метки и свойств конкретного листа.

В результате возможно массовое производство большого количества разнообразных изделий, ранее изготавливавшихся из бумаги, картона, пластмассы, полистирола или металла по цене, которая сопоставима или во многих случаях даже ниже цены изготовления названных изделий из известных материалов. Снижение затрат производства происходит не только в результате использования исходных материалов с более низкой стоимостью, но также и потому, что процессы производства менее энергоемки и требуют меньших первоначальных капитальных затрат. В частности, материалы с неорганическим наполнителем по настоящему изобретению требуют гораздо меньшей сушки, чем требуется при производстве бумаги. Ниже также и стоимость сырья, чем при производстве пластиков или металла.

Более того, поскольку листы с высоким содержанием неорганики включают гораздо больше не наносящих ущерба окружающей среде компонентов, их производство воздействует на природу в гораздо меньшей мере, чем производство листов из других материалов. Такие листы не требуют использования при производстве бумажной пульпы высокой концентрации, продуктов на основе бензина или другого природного сырья, как это требуется при производстве контейнеров и других изделий из бумаги пластика, полистирола или металла.

В соответствии с настоящим изобретением основными компонентами листов с высоким содержанием неорганики являются такие неорганические материалы, как песок, стекло, кремнезем, перлит, вермикулит, глина, слюда, водоотверждаемые связующие и даже отходы от производства цемента. Другими составляющими компонентами листов являются: вододисперсные органические полимерные связующие, вода, волокнистые материалы и другие добавки.

Хотя листы с высоким содержанием неорганики могут также включать органические компоненты, такие как волокна на основе целлюлозы и органические связующие, такие компоненты представляют лишь меньшую часть общей массы листов по сравнению с бумагой, все вместе они составляют обычно менее 60% общего объема затвердевшей массы листа с высоким содержанием неорганики. Желательно, чтобы эта фракция составляла менее 40% от объема затвердевшей массы, еще лучше, если это содержание будет менее 30%. В большинстве случаев желательно, чтобы волокнистый материал составлял от 0,5 до 50% объемных от объема затвердевшего листа, предпочтительно от 5 до 35%, а наиболее оптимальным является содержание от 15 до 30%. Органический связующий полимерный компонент желательно включать в диапазоне от 1 до 50% по объему от общего объема затвердевшего листа, лучше от 2 до 30% и оптимально от 5 до 20%.

Так как в производстве, в соответствии с настоящим изобретением, может быть использовано большое количество разнообразных формовочных смесей, возможно также применение широкого спектра волокнистых материалов как органического, так и неорганического происхождения. Любой, имеющийся в достаточном количестве волокнистый материал, не только древесина, но желательно все же растительного происхождения, может использоваться в композициях в соответствии с изобретением. Использование таких волокнистых материалов даст дополнительный впечатляющий эффект в сохранении наших исчезающих лесов.

В любом случае волокнистые материалы, такие как хлопчатобумажный текстиль, южная сосна, лен, манильская пенька, конопля и сахарный тростник являются предпочтительными, учитывая их природное происхождение. Однако и другие волокнистые материалы могут быть использованы в зависимости от области применения и предъявляемых требований к листам. Поскольку волоконные материалы диспергируются внутри полимерноорганической матрицы с неорганическим наполнителем, они не требуют значительной обработки, которая необходима для изготовления большинства бумажных или картонных изделий. Такая интенсивная обработка необходима в бумажной промышленности для того, чтобы освободить лигнин и целлюлозу внутри бумажной пульпы и распустить волокна и достигнуть, таким образом, эффекта взаимного переплетения между волокнами, которые начинают выполнять функцию самосвязующего компонента.

При производстве бумаги обычно для получения пульпового листа применяется процесс Крафта или сульфитный процесс. В процессе Крафта волокна пульпы подвергаются обработке NaOH с целью расщепления волокон. В сульфитном процессе для дезинтеграции волокон применяется кислота.

В обоих названных процессах волокна вначале обрабатываются для освобождения лигнинов, связанных внутри стенок волокон. Однако после освобождения лигнинов из волокон последние в значительной мере теряют свою прочность. Учитывая, что сульфитный процесс еще более энергично действует на волокна, прочность бумаги, полученной сульфитным процессом, составляет только около 70% прочности бумаги, полученной в процессе Крафта. (Следовательно, для целей настоящего изобретения рациональнее применять фибру, полученную процессом Крафта, как имеющую большую прочность).

В процессе изготовления бумаги после превращения древесины в целлюлозную пульпу либо в процессе Крафта, либо в сульфитном процессе пульпа проходит дальнейшую обработку в мешалке для того, чтобы обеспечить дальнейшее освобождение лигнинов и гемоцеллюлозы внутри волокон, а также расщепить их. Полученная в результате суспензия, которая обычно содержит около 99,5% воды и только 0,5% водяной пульпы, подвергается сильному измельчению для того, чтобы освободить достаточное количество гемоцеллюлозы и обеспечить необходимое расщепление волокон для образования волокнистой смеси, которая обладает самосвязующим качеством благодаря взаимному переплетению волокон.

Волокна являются взаимосвязующими в значительной мере благодаря "тканевому" эффекту переплетенных между собой расщепленных волокон и клеящей способности освобожденных лигнинов и гемоцеллюлозы также как и благодаря водородным связям между волокнами. Следовательно, "тканевая физика" и водородные связи управляют силами, обеспечивающими целостность полученного бумажного или картонного изделия. Однако ценой такой грубой обработки является появление множества изъянов по длине волокон, что приводит к снижению прочности на растяжение, истирание и разрыв. Поскольку производство бумаги обязательно связано с получением тканых структур для обеспечения структурной целостности бумажного листа, относительно большое количество волокон в процентном отношении (обычно 80% или более) должно быть добавлено в бумажный лист.

Ярким контрастом к этому является настоящее изобретение, которое не базируется на получении "тканых" структур для связывания между собой неорганических компонентов вместе. Связующие силы, созданные вододисперсным органическим полимерным связующим компонентом, обеспечивают прочность листа на растяжение и изгиб. В меньшей мере органический связующий компонент может взаимодействовать с определенными неорганическими агрегатными частицами так же, как и с волокнами.

В результате этого возникает возможность включать внутрь матрицы, заполненной неорганическим компонентом, меньшее количество волокнистых компонентов при сохранении высоких показателей прочности на растяжение, истирание и изгиб, а также высокую упругость, обеспечиваемую наличием волокон. Применение меньшего количества волокон при сохранении хороших прочностных показателей позволяет производить более экономично листы или контейнеры (по сравнению с бумагой) по следующим причинам: (1) волокно, как правило, дороже неорганического наполнительного или агрегатного компонента, (2) капитальные затраты на технологическое оборудование ниже, (3) минимальное содержание волокон также уменьшает количество органических веществ, выбрасываемых в окружающую среду.

Другим недостатком, связанным с необходимостью образования тканевой структуры бумаги, является то, что при этом возникает ограничение на количество неорганического наполнителя, который может быть добавлен в окончательную массу листа при условии сохранения адекватного переплетения волокон. В некоторых случаях добавление более чем 20-30% неорганических компонентов приводит к "растворению" или разделению волокон до такой степени, что они перестают взаимно фиксироваться, что приводит к уменьшению прочности на разрыв и других показателей бумаги с высоким содержанием наполнителя.

Более того, поскольку в соответствии с настоящим изобретением нет необходимости в расщеплении и делингификации волокон, ненужно подвергать волокна интенсивной обработке, требующейся для получения бумажных суспензий. Это позволяет в значительной мере сохранить прочность волокон и включать их в состав материала в меньших количествах при сохранении высокой прочности и упругости. В отличие от сильно расщепленных и измельченных волокон, которые используются для приготовления бумаги, волокна, применяемые в соответствии с настоящим изобретением, сохраняются в основном неизмельченными и (в случае целлюлозных волокон) неделингофицированными.

Другой разницей между смесями с неорганическим наполнителем, применяемыми для изготовления листов в соответствии с настоящим изобретением, и суспензиями, использующимися для изготовления бумаги, является то, что смеси в соответствии с настоящим изобретением не уменьшаются существенно в объеме или длине (т. е. уплотнению и усадке) от начала до конца производственного процесса. Это является коренным отличием от бумажных суспензий, которые значительно уменьшаются в объеме в результате их значительного обезвоживания. Несмотря на то, что много воды из идущих на формовку смесей (по настоящему изобретению) удаляется в результате испарения, природа смеси такова, что пустоты, образовавшиеся при испарении воды, либо сохраняются незаполненными, либо частично заполняются органическим полимерным связующим.

В отличие от производства пластмассовых или полистироловых листов при производстве листов с высоким содержанием неорганических компонентов используются меньше или не используются вообще, как исходные материалы, продукты на основе бензина и его производных. Таким образом, хотя некоторое количество ископаемого топлива необходимо израсходовать для получения энергии, используемой для производства листов с высоким содержанием неорганического компонента, только часть бензина, который применяется для получения полистирольных или пластмассовых продуктов, будет израсходована в этом случае. Кроме того, затраты энергии в соответствии с настоящим изобретением много меньше затрат, связанных с производством бумаги, когда ведется процесс интенсивного обезвоживания. По сравнению с производством тонкостенных металлических изделий (таких как алюминиевые или цинковые банки) производство листов с высоким содержанием неорганического компонента в соответствии с настоящим изобретением не ведет к быстрому истощению природных ресурсов. Более того, более низкий уровень температуры процесса и его простота (по изобретению) позволяют уменьшить стоимость энергии и первон