Композиция для изготовления листа и связанный крахмалом лист (варианты)

Композиция для изготовления листа и связанный крахмалом лист (варианты)

Реферат

 

Изобретение относится к технологии изготовления формованных листов, имеющих связанную крахмалом матрицу, армированную волокном, и может быть использовано для изготовления обыкновенной бумаги и картона. Композицию для изготовления листов получают смешиванием воды, гранул немодифицированного и нежелатинированного крахмала, простого эфира целлюлозы, волокнистого материала и практически однородно диспергированного в композиции необязательного неорганического минерального наполнителя. Композиция имеет предел текучести от примерно 2 кПа до примерно 5 МПа. Волокнистый материал может иметь отношение длины к толщине волокна, превышающее примерно 10:1, и практически однородно распределяется в композиции. Композиции формуют в листы, пропуская их между одним или несколькими комплектами нагретых валков до получения сырых листов. Эфир целлюлозы при нагреве образует оболочку на наружной поверхности листа, при этом гранулы крахмала не прилипают к валкам при дальнейшем желатинировании крахмала. Крахмал и эфир целлюлозы образуют связующую матрицу листа, в которой диспергированы волокна и необязательно неорганический наполнитель. Из листов можно получать различные изделия, в частности контейнеры для продуктов питания и напитков. Полученные листы обладают свойствами, не уступающими листам из картона, пластика или металла. Производство таких листов является экономичным и экологически безвредным. 3 с. и 73 з.п. ф-лы, 25 табл., 8 ил.

Область изобретения Настоящее изобретение относится к композициям и способам изготовления формованных листов и изделий из них. Конкретно настоящее изобретение относится к листам, имеющим связанную крахмалом матрицу, армированную волокном, и необязательно включающую неорганический минеральный наполнитель. Формованные листы могут использоваться вместо обыкновенной бумаги и картона.

2. Соответствующая технология A. Листы, контейнеры и другие изделия Тонкие гибкие листы, изготовленные из таких материалов, как бумага, картон, пластмасса, полистирол и даже металлы, в настоящее время в огромных количествах применяются в виде материалов, несущих напечатанное изображение, в качестве этикеток, накладок, а также в производстве других изделий, таких как контейнеры, разделители, разграничители, конверты, крышки, верхушки, консервные банки и другие упаковочные материалы. Высокотехнологичные способы переработки и упаковки в настоящее время позволяют хранить, упаковывать и транспортировать огромное число жидких и твердых товаров, защищая их от вредных элементов.

Контейнеры и другие упаковочные материалы защищают товары от экологических воздействий и ущерба в процессе распределения, в частности от химических и физических воздействий. Упаковка помогает защитить огромное число товаров от газов, влаги, света, микроорганизмов, паразитов, физических потрясений, разрушительных воздействий, вибрации, протечек или разлива. Некоторые упаковочные материалы также создают среду распространения информации среди потребителей, а именно сведений о происхождении товара, содержимом, рекламной информации, инструкций, идентификации торговой марки и цен.

Обычно большинство контейнеров и емкостей (включая одноразовые контейнеры) изготавливают из бумаги, картона, пластика, полистирола, стекла и металлических материалов. Каждый год свыше 100 миллиардов алюминиевых банок, миллиарды стеклянных бутылок и тысячи тонн бумаги и пластика используют для хранения и продажи безалкогольных напитков, соков, готовых продуктов питания, зерна, пива и т.п. Вне пищевой промышленности и производства напитков упаковочные контейнеры (и особенно одноразовые контейнеры), изготовленные из таких материалов, также используются крайне широко. Ежегодно в огромных количествах производится бумага для печатной продукции, письма, для фотокопирования, а также журналы, газеты, книги, упаковочная бумага. В одних только Соединенных Штатах приблизительно 5,5 миллиона тонн бумаги потребляется ежегодно для целей упаковки, что представляет только около 15% от суммарного годового внутреннего производства бумаги.

Б. Воздействие бумаги, пластика, стекла и металла на окружающую среду В последнее время идут споры о том, какой из этих материалов (т.е. бумага, картон, пластик, полистирол, стекло или металл) наносит наибольший ущерб окружающей среде. Общественные организации убедили многих заменить один материал другим, чтобы обеспечить "экологически корректное поведение". Все подобные споры не учитывают того, что каждый из этих материалов имеет свои слабые стороны с точки зрения экологии. Один материал превосходит другой с точки зрения одних экологических проблем, и в то же время вызывает другие, часто более серьезные проблемы, фактически бумага, картон, пластик, полистирол, стекло и металлы каждый обладает своими слабыми сторонами с точки зрения экологии.

Продукты из полистирола в последнее время вызвали гнев экологических групп, особенно контейнеры и другие упаковочные материалы. Хотя сам по себе полистирол является относительно инертным материалом, его производство связано с использованием разнообразных вредных химических веществ и исходных материалов. Неполимеризованный стирол является высокоактивным веществом и поэтому представляет проблему для здоровья тех, кто вынужден иметь с ним дело. Поскольку стирол производят из бензола (известного мутагенного и, вероятно, канцерогенного вещества), остаточные количества бензола можно обнаружить и в стироле. И, наконец, поскольку полимеризованный стирол является относительно стабильным в обычных условиях, контейнеры, упаковочные и другие изделия, изготовленные из него, не разрушаются и поэтому сохраняются в течение длительных периодов времени, когда их выбрасывают в отходы.

Потенциально более опасным представлялось использование хлорфторуглеродов (ХФУ) при производстве "вспененных" или "вспученных" полистирольных продуктов. Это объясняется тем, что с ХФУ связывали разрушение озонового слоя. При производстве пен, включая вспененный полистирол, ХФУ (которые представляют собой высоко летучие жидкости) использовались для "вспучивания" или "вспенивания" полистирола и получения пены, которую затем формуют, придавая ей вид чашек, тарелок, подносов, коробок, контейнеров в виде "створок раковины", разделителей или других упаковочных материалов. Даже при замене на менее "экологически вредные" вспениватели (напр., HCFC, CO₂ и пентаны) эти вещества все равно в значительной степени являются вредными и крайне желательно устранить их использование.

В результате общественное мнение оказывало давление на компании, требуя прекратить использование продуктов из полистирола и заменить их более безопасными для окружающей среды материалами. Некоторые экологи приветствовали временный возврат к использованию более "природных" продуктов, таких как бумага или другие продукты, изготовленные из древесной целлюлозы, которые считаются биоразложимыми. Тем не менее, другие группы экологов придерживаются противоположной точки зрения и стремятся сократить вырубку деревьев и уничтожение лесов.

Несмотря на то, что бумажные продукты, якобы, являются биоразложимыми и не связаны с разрушением озонового слоя, последние исследования показали, что производство бумаги оказывает более сильное воздействие на окружающую среду, чем производство полистирола. Фактически целлюлозо-бумажная промышленность является одним из пяти производств, являющихся крупнейшими загрязнителями в США. Например, продукты, изготовленные из бумаги, требуют в десять раз больше пара, в 14-20 раз больше электричества и в 2 раза больше воды для охлаждения по сравнению с эквивалентными продуктами из полистирола. Различные исследования показали, что сточные воды от производства бумаги содержат в 10-100 раз большее количество загрязнителей, чем сточные воды от производства полистирола.

Другим недостатком целлюлозо-бумажного производства является его относительно высокая энергоемкость, т.е. на производство бумаги требуется большое количество энергии. Сюда входит энергия, необходимая для переработки древесной целлюлозы до такой степени, чтобы волокна подверглись достаточной делигнификации и чтобы произошло самосплетение волокон до образования полотна. Кроме того, большое количество энергии требуется для того, чтобы удалить воду из обычной бумажной пульпы, которая содержит воду в количествах до около 99,5 об. %. Из-за того, что приходится удалять такие количества воды из пульпы, необходимо буквально откачивать воду из пульпы даже перед тем, как можно будет использовать нагретые валки для высушивания листа. Кроме того, большая часть воды, которую отсасывают из листов в процессе обезвоживания, обычно выбрасывается в окружающую среду.

Производственные процессы формования металлических листов до получения контейнеров (особенно консервных банок из алюминия и олова), дутье стеклянных бутылок и формование керамических контейнеров требуют больших количеств энергии, поскольку необходимо плавить, а затем по отдельности обрабатывать сырье и формовать его до получения промежуточного или готового продукта. Такие энергоемкие и трудоемкие процессы используют не только ценные энергоресурсы, но и приводят к значительному загрязнению воздуха, воды и выбросам тепла в окружающую среду. Хотя стекло можно перерабатывать и использовать повторно, та часть его, которая попадает на свалки, практически не подвергается биоразложению. Осколки битого стекла являются очень опасными и могут оставаться опасными в течение многих лет.

Даже бумага или картон, которые считаются биоразложимыми, могут не разлагаться годами и даже десятилетиями, если в условиях свалки к ним нет доступа воздуха, света и воды, которые необходимы для нормальной биодеградации. Имеются сообщения о телефонных книгах и газетах, поднятых со свалок, которые пролежали там десятилетия. Такой длительный период разложения бумаги еще более увеличивается из-за того, что часто бумагу обрабатывают, снабжают покрытием или пропитывают различными защитными материалами, которые замедляют или предотвращают деградацию.

Еще одна проблема с бумагой, картоном, полистиролом и пластиком состоит в том, что каждый из этих материалов требует относительно дорогих органических исходных материалов, некоторые из которых не являются возобновляемыми, например использование нефти для производства полистирола и пластика. Несмотря на то, что деревья, используемые для производства бумаги и картона, являются возобновляемыми в строгом смысле слова, потребности в больших площадях и быстрое сокращение лесов в некоторых районах мира заставляют изменить эту точку зрения. Таким образом, использование огромных количеств практически не возобновляемых исходных материалов при производстве листов и изделий из них нельзя поддерживать на настоящем уровне и в долгосрочной перспективе не является разумным. Далее процессы, используемые для изготовления упаковочного сырья (такого как пульпа, стирол или металлические листы) являются очень энергоемкими, вызывают загрязнение огромных количеств воды и воздуха и требуют значительных капиталовложений.

В свете вышесказанного следует направить дебаты не на обсуждение того, какие из этих материалов являются более вредными или менее вредными для окружающей среды, но на поиск ответа на вопрос - можно ли разработать альтернативный материал, который поможет решить большинство экологических проблем, связанных с каждым из этих материалов, или все эти проблемы.

В. Крахмалосодержащие связующие В последнее время многие пытались использовать крахмалы и производные крахмалов в качестве связующего или единственного компонента прессованных изделий. Один из способов прессования крахмала формованием известен как "деструктуризация крахмала". При производстве деструктурированного крахмала природный крахмал или производные крахмала смешивают с пластификатором и сжижают при высокой температуре и давлении, чтобы создать "термоклей", который отверждают охлаждением термоклея до температуры ниже "температуры стеклования". Таким образом крахмал обрабатывают как термопласт. Хотя деструктурирование крахмала и получение термоклея легко выглядит в теории, на практике технологии такого производства являются достаточно дорогими, а готовые изделия обычно неудовлетворительного или низкого качества.

Еще один способ прессования смесей на основе крахмала и получение изделий включает прессование водной крахмальной смеси между нагретыми формами. Крахмальное связующее предпочтительно изначально находится в формуемой водной смеси в немодифицированном нежелатинированном виде. Иначе, чтобы сохранить те же характеристики в отношении формуемости, смесь должна была бы включать намного больше воды из-за желатинирования крахмала и очень сильного увеличения вязкости желатинированного крахмала в воде. Водные крахмальные смеси нагревают между формами до достаточно высокой температуры, чтобы желатинировать крахмал, а также чтобы удалить большую часть воды из формуемой смеси. Полученные формованные изделия можно извлечь из формы, но изначально они являются очень хрупкими, пока их не подвергнут "кондиционированию", поместив в камеру с высокой влажностью на длительный период времени, чтобы реабсорбировать влагу.

Оказалось, что просто вынимать изделия, обладающие остаточной влагой, из формы не удается, поскольку вспененная ячеистая крахмальная матрица имеет тенденцию разрушаться, если она недостаточно высушена и отверждена. Однако получение ячеистой крахмальной матрицы, обладающей достаточной прочностью для того, чтобы избежать сплющивания, обычно приводит к пересушиванию крахмала. Такая обработка требует последующего формования. Хотя такое формование иногда применяется, оно не позволяет обеспечить непрерывное производство непрерывных листов, таких, какие выпускаются в результате обычного процесса изготовления бумаги.

Производные крахмала также широко используются в целлюлозно-бумажной промышленности в качестве проклеивающего средства и в качестве покрытий и применяются для того, чтобы закрыть поры бумаги и сделать поверхность более гладкой и менее пористой. Однако обычные процессы изготовления бумаги полностью полагаются на принцип физики полотна, согласно которому происходит взаимопереплетение водородных связей между волокнами, благодаря которому формируется связующая матрица листа. Крахмальные связующие добавляют в бумажную суспензию или же используют только в качестве вторичных связующих агентов, поскольку большая часть крахмала пройдет через формующую сетку вместе с водой и будет отведена из процесса изготовления бумаги. Таким образом большая часть крахмала, добавленного в композицию бумаги, идет в отходы. Поэтому крайне нецелесообразно с экономической точки зрения использовать крахмал в качестве единственного или первичного связующего в обычной бумаге.

Известна композиция для изготовления связанных крахмалом тонкостенных изделий, к числу которых относятся, в частности, листы, включающая крахмал, воду, простой эфир целлюлозы (например, карбоксиметилцеллюлоза), неорганический минеральный наполнитель и волокнистый материал (см. патент США N 5376320, 27.12.94 г.).

Кроме того, одна из проблем с крахмальными связующими состоит в том, что после растворения или желатинирования в воде такие связующие становятся очень клейкими. Хотя именно это свойство делает их хорошими связующими, тем не менее оно усложняет процесс производства, поскольку листы или изделия, изготовленные с применением больших количеств растворенного или гелеобразного крахмального связующего, имеют тенденцию прилипать к форме или устройствам, формующим листы. С другой стороны, гранулы немодифицированного крахмала обычно нерастворимы в воде и просто действуют как пассивные частицы наполнителя во влажных системах, пока композиции, содержащие гранулы крахмала, не нагревают до температуры выше температуры желатинирования крахмала. Однако после желатинирования гранулы немодифицированного крахмала, конечно, становятся очень клейкими и имеют тенденцию приклеиваться к формовочному оборудованию, особенно к нагретому формовочному оборудованию.

Из вышеизложенного следует, что существует потребность в улучшенных композициях и способах экономичного и экологически безвредного производства листов, которые обладали бы свойствами, аналогичными свойствам листов из бумаги, картона, полистирола, пластика или металла.

Значительным усовершенствованием известных технических решений можно будет считать даже тот факт, если из таких листов можно будет формовать разнообразные контейнеры или другие изделия при использовании существующего производственного оборудования и способов, которые в настоящее время используют для формования изделий из листов бумаги, картона, полистирола, пластика или металла.

Можно считать усовершенствованием известных способов изготовления листов, если удастся создать экологически безвредные листы из формующихся композиций, которые содержат только некоторую часть воды и/или волокон, которые обычно содержатся в суспензиях, используемых для изготовления обычной бумаги, и при изготовлении листов не потребуется удалять большие количества воды.

Значительным усовершенствованием известных технических решений можно будет считать даже тот факт, если такие листы, а также контейнеры или другие изделия из них, будут обладать хорошей биологической разложимостью и/или будут разлагаться на вещества, которые обычно присутствуют в почве.

С практической точки зрения значительным усовершенствованием станет также создание композиций и способов, которые позволят производить листы, контейнеры и другие изделия из них при затратах, сопоставимых или даже ниже расходов, возникающих при использовании существующих способов изготовления бумаги, пластика или металлических изделий. Конкретно, желательно сократить энергоемкость и первоначальные капиталовложения, необходимые для изготовления продуктов, обладающих нужными характеристиками бумаги, пластика или металлов.

Далее усовершенствованием в сопоставлении с известными решениями будет создание композиций и способов, которые позволили бы включать относительно высокие количества крахмала в листы и при этом преодолеть проблемы, связанные с прилипанием крахмала, особенно крахмала, претерпевшего гелеобразование, к оборудованию, используемому для формования листов или изготовлению изделий из них.

Далее, важнейшим усовершенствованием в сопоставлении с известными решениями станет создание композиций и способов, которые позволят при желании включить значительные количества природных неорганических минеральных наполнителей в указанные листы. В частности, важнейшее усовершенствование в сопоставлении с известными решениями будет представлять собой тот факт, если такие листы с неорганическими наполнителями будут обладать большей гибкостью, прочностью на разрыв, ударной вязкостью, формуемостью и будут лучше пригодны для массового производства по сравнению с известными материалами, имеющими высокое содержание неорганических наполнителей.

Такие композиции и способы получения вышеуказанных листов раскрываются в настоящем изобретении и в прилагаемой формуле изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Настоящее изобретение раскрывает композицию и способы экологически безвредного получения листов, которые имеют относительно высокие концентрации крахмала и необязательно неорганических минеральных наполнителей. Поскольку крахмальный компонент содержит первичный связующий агент, листы по настоящему изобретению далее будут называться "связанные крахмалом листы". Такие листы обладают прочностью и другими эксплуатационными качествами, которые делают их сопоставимыми с обычной древесной бумагой или даже превосходят ее.

Формуемые композиции, используемые для получения связанных крахмалом листов, обычно включают гранулы нежелатинированного крахмала, простой эфир целлюлозы, однородно диспергированные волокна, воду, и необязательно неорганические минеральные наполнители и другие необязательные компоненты. Подходящие простые эфиры целлюлозы включают такие эфиры, которые претерпевают "термоосаждение", что представляет собой явление, в ходе которого эфир целлюлозы в водной системе высвобождает воду и превращается в твердое вещество при нагревании водной системы до температуры выше температуры термоосаждения конкретного эфира целлюлозы. Таким же образом эфир целлюлозы образует неприлипающую пленку на поверхности листа, которая заключает в оболочку содержащуюся внутри листа влагу и посредством этого не дает гранулам крахмала внутри формуемой композиции прилипать к валкам для формования листа в процессе желатинирования в ходе последующих стадий изготовления листа.

Формуемая композиция предпочтительно формуется в листы путем пропускания ее между валками, которые нагреты по меньшей мере до температуры термоосаждения простого эфира целлюлозы или выше этой температуры, но ниже температуры желатинирования крахмала. Формующие валки дают заготовку листа, имеющую неклейкую пленку термоосажденного эфира целлюлозы. В этот момент заготовка листа имеет относительно сухую поверхность, хотя внутри содержится значительное количество влаги. После этого лист пропускают между валками, нагретыми до температуры, достаточной для желатинирования гранул крахмала. Желатинированные гранулы крахмала сплавляются вместе внутри листа, образуя очень прочную связующую матрицу, но при этом лист не прилипает к валкам, поскольку желатинированный крахмал находится внутри нелипкой поверхностной пленки термоосажденного эфира целлюлозы. Затем лист нагревают, чтобы выпариванием удалить значительное количество воды и получить практически высушенный лист. Листы, формованные в соответствии с предпочитаемым способом, содержат связанную крахмалом матрицу, укрепленную практически однородно диспергированными волокнами. Листы могут необязательно включать неорганический минеральный наполнитель и другие примеси.

Предпочитаемая композиция для формования листов включает связующее из нежелатинированного крахмала в концентрации в диапазоне от около 5% до около 90 мас.% от суммарного содержания твердых частиц в композиции; простой эфир целлюлозы в концентрации в диапазоне от около 0,5% до около 10 мас.% от суммарного содержания твердых частиц в композиции; волокнистый материал в концентрации в диапазоне от около 3% до около 40 мас.% от суммарного содержания твердых частиц в композиции; необязательный неорганический наполнитель в концентрации в диапазоне от около 0% до около 90 мас.% от суммарного содержания твердых частиц в композиции; воду в количестве, достаточном для получения формуемой композиции. Простой эфир целлюлозы в композиции для формования действует как загуститель, который повышает предел текучести жидкой фракции и позволяет добиться однородной дисперсии волокон по композиции.

Листы, формованные с использованием композиции и способов по настоящему изобретению, могут иметь толщину от около 0,01 мм до 10 см или больше. Однако, чтобы листы имели свойства, аналогичные бумаге или картону, они обычно имеют толщину менее около 1 см, предпочтительно менее чем около 5 мм, еще лучше - менее чем около 3 мм, а лучше всего - менее чем около 1 мм. Кроме того, связанная крахмалом структурная матрица листа будет разлагаться после длительной обработки водой.

Прежде, чем авторы изобретения открыли возможность использовать относительно высокие количества крахмала в связи с термоосаждением простых эфиров целлюлозы, предпочитаемыми первичными связующими для формования листов с неорганическими наполнителями были фактически сами простые эфиры целлюлозы. Однако простые эфиры целлюлозы имеют недостаток - они намного дороже, чем другие компоненты, используемые для изготовления листов. Гранулы немодифицированного крахмала, наименее дорогие из всех крахмалов, до настоящего времени мало использовались в качестве связующего, поскольку после желатинирования такой крахмал обладает серьезным недостатком - становится слишком клейким. Попытки использовать крахмал в качестве основного связующего при формовании листов давали неудовлетворительные результаты из-за прилипания крахмала к оборудованию для экструзии или формования листов.

Настоящее изобретение предлагает заменить большие количества крахмала связующим из простого эфира целлюлозы, который и ранее применяли в композициях для изготовления листов. Сочетание использования небольшого количества относительно дорогого простого эфира целлюлозы вместе с намного более высокими количествами относительно недорогого немодифицированного крахмала в гранулах устраняет вышеперечисленные недостатки, связанные с использованием каждого из этих связующих по отдельности. Уменьшение количества эфира целлюлозы в формуемых композициях, применяемых для формования листов, позволяет значительно снизить расходы, связанные с изготовлением листов. Кроме того, крахмал не только намного дешевле, но и обладает лучшими свойствами в качестве связующего по сравнению с простыми эфирами целлюлозы и позволяет получать намного более качественные листы и гораздо дешевле, чем при использовании простых эфиров целлюлозы в качестве единственного связующего.

При смешивании компонентов формуемой композиции важно, чтобы крахмал не подвергался настолько высоким усилиям сдвига, что произойдет разрыв или разрушение гранул крахмала. Важно также поддерживать температуру смеси ниже температуры желатинирования крахмала, чтобы избежать преждевременного желатинирования крахмального связующего до начала процесса формования листов. Иначе крахмал на поверхности листа может прилипнуть к устройству для формования листа до того, как эфир целлюлозы осядет и образует неприлипающую пленку на поверхности листа.

Соответственно, предпочтительный способ формования формуемой композиции, применяемой для формования листов по настоящему изобретению, включает смешивание вместе воды, волокон и простого эфира целлюлозы при использовании перемешивания с высоким усилием сдвига до получения практически однородной дисперсии волокон и образования волокнистой смеси. После этого гранулы немодифицированного крахмала, неорганический минеральный наполнитель и другие необязательные добавки смешивают, получая смесь волокон до образования формуемой композиции. В это время может быть добавлено дополнительное количество воды. Формуемую композицию затем формуют в лист, пропуская формуемую композицию через по меньшей мере один комплект формующих валков, нагретых до температуры термоосаждения простого эфира целлюлозы. Формуемая композиция может непосредственно подаваться между формующими валками при помощи экструдера предпочтительно системы "туда-сюда". В альтернативном варианте экструдер может иметь головку для формования листа. Простой эфир целлюлозы предотвращает прилипание крахмального связующего в листе к валкам, как говорилось выше.

После этого заготовку листа пропускают между валками для желатинирования крахмала, которые нагревают до температуры гелеобразования крахмала или выше нее. Некоторые крахмалы, как картофельный крахмал, желатинируются при около 65^oC, в то время как у других, таких как как кукурузный крахмал, желатинирование происходит при около 95^oC. Желатинирование крахмала из восковидной кукурузы происходит при температуре около 70^oC. Затем лист отверждают в значительной степени в ускоренном режиме, удаляя значительное количество воды выпариванием. Удаление воды можно производить, по меньшей мере частично, посредством валков для желатинирования, хотя может быть незначительное различие между валками, используемыми для желатинирования крахмала, и валками, использованными для удаления воды. Валки, достаточно горячие для удаления воды, также будут желатинировать гранулы крахмала. Волокна внутри высушенного листа диспергированы практически однородно, являясь армирующей структурой по всей крахмальной матрице.

Поверхность листа можно улучшить, пропустив лист между одной или несколькими парами отделочных валков, включающих жесткий и мягкий валок. Мягкий валок обладает достаточным трением для того, чтобы захватить лист таким образом, чтобы скорость по касательной листа практически равнялась скорости листа. "Жесткий валок" является очень гладким и вращается со скоростью по касательной существенно выше скорости листа, так что он полирует поверхность листа. Другие отделочные валки включают текстурированные валки или гофрирующие валки, которые придают листам текстурный рисунок или гофрировку соответственно.

Листы, изготовленные в соответствии с настоящим изобретением, обладают свойствами, аналогичными свойствам бумаги, пластика, луженых металлов, и могут применяться непосредственно для формования разнообразных изделий, таких как контейнеры или другие упаковочные материалы. В альтернативном варианте такие листы можно наматывать на большие бобины или нарезать на листы и штабелировать на поддоны почти так же, как бумагу или картон, и хранить до тех пор, пока они не потребуются. После этого штабелированные или намотанные на бобины листы можно нарезать и формовать до получения нужных изделий.

Листы по настоящему изобретению можно при желании повторно увлажнять для того, чтобы придать им большую гибкость и/или свойства самоклеящегося материала. Повышенная гибкость снижает вероятность того, что листы будут расслаиваться или растрескиваться при формовании до получения изделий. Кроме того, крахмал может вести себя как термопласт. Если листы по настоящему изобретению нагреть до вышеуказанной температуры стеклования крахмала, то их можно подвергнуть прессованию в пресс-формах до придания нужной формы. После охлаждения до температуры ниже температуры стеклования листы будут сохранять ту форму, которую им придали. Если расплавить крахмал внутри листа при помощи повышения температуры, то крахмал сам станет клейким, благодаря чему происходит склеивание и герметизация листов, из которых сделан контейнер, например контейнер в виде спирали. Сочетание повторного увлажнения и термоформования листов можно успешно применять для того, чтобы повысить разнообразие листов и расширить диапазон технологических процессов, которые можно применять в отношении этих листов.

Листы по настоящему изобретению имеют высокую прочность на разрыв, до 100 МПа в некоторых случаях, что зависит от содержания крахмала и волокна. На этих листах может быть напечатан текст, нанесено покрытие, их можно ламинировать, наслаивать, изгибать, крепировать, вытягивать, штамповать, сгибать, складывать, сворачивать, свертывать, сворачивать в спираль, прессовать, складывать, гофрировать и проклеивать во многом так же, как бумагу или картон, до получения разнообразных изделий. В некоторых случаях желательно в процессе обработки делать надрезы, наносить разметку, гофрировать или перфорировать лист, для облегчения получения изгиба или шарнира на заданном участке листа.

В результате реализации настоящего изобретения получают возможность осуществить массовое производство широкого круга разнообразных изделий, которые ранее изготавливали из бумаги, картона, пластика, полистирола или металла, при затратах, которые обычно не выше, а в большинстве случаев даже ниже затрат на изготовление этих изделий из ранее известных материалов. Снижение затрат достигается не только за счет снижения расходов на сырье, но также за счет удешевления процесса производства, который требует меньше энергии и меньших капиталовложений. В частности, композиции, используемые для производства листов по изобретению, требуют намного меньше обезвоживания, чем при производстве бумаги, а также намного меньших затрат на обеспечение сырья по сравнению с производством пластиков или металлов.

Кроме того, поскольку связанные крахмалом листы по настоящему изобретению содержат более экологически безвредные компоненты, производство таких листов оказывает намного менее сильное влияние на окружающую среду по сравнению с производством листов из ранее известных материалов. При изготовлении листов по изобретению не требуется применять высокие концентрации древесной пульпы, нефтехимических продуктов или других природных ресурсов, как это требуется при изготовлении листов или других изделий из бумаги, пластика, металлов.

Такие компоненты, как крахмал и простой эфир целлюлозы, легко растворяются в воде, что упрощает их переработку или биодеградацию. Использованные листы или другие изделия можно легко измельчать в воде и повторно использовать при изготовлении аналогичных изделий. Если эти листы выбрасывают в окружающую среду, то крахмал и эфир целлюлозы абсорбируют воду и быстро растворяются, после чего остается лишь небольшое количество индивидуальных волокон и различные количества природных минеральных наполнителей, которые имеют состав, аналогичный или идентичный почве. Растворенный крахмал и эфир целлюлозы и диспергированные волокна легко разлагаются микробами, присутствующими в почве.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ Чтобы понять, каким образом добиться вышеперечисленных и других преимуществ настоящего изобретения, предлагается более детальное описание изобретения со ссылками на конкретные варианты его осуществления, которые проиллюстрированы приложенными чертежами. Принимая во внимание, что эти чертежи отображают только типичные варианты осуществления изобретения и поэтому не ограничивают его рамки, изобретение будет раскрыто более конкретно и детально при помощи чертежей, на которых: Фиг. 1A - схематичное изображение предпочитаемой системы изготовления связанных крахмалом листов, в которой полученный экструзией лист пропускают между обжимными валками.

Фиг. 1B - схематичное изображение альтернативной предпочтительной системы изготовления связанных крахмалом листов, в которой аморфную смесь непосредственно пропускают между валками, формующими листы.

Фиг. 2A - увеличенная перспектива с изображенным в разрезе шнековым экструдером с вакуумной камерой и головкой, которые использованы в системе по фиг. 1A.

Фиг. 2B - система экструдера "взад-вперед" для подачи формуемой композиции между формовочными валками.

Фиг. 3 представляет собой вид сбоку поршневого экструдера.

Фиг. 4 представляет собой вид сбоку пары обжимных валков и лист, который обжимают по толщине этими валками.

Фиг. 5 представляет собой вид сбоку пары уплотняющих валков и лист, который уплотняют, пропуская между этими валками.

Фиг. 6 - перспектива пары отделочных валков, включая "твердый" валок и "мягкий" валок.

Фиг. 7 - вид сбоку пары гофрирующих валков, используемых для получения гофрированных листов.

Фиг. 8 - перспектива, на которой показан непрерывный лист, который нарезают и штабелируют в виде отдельных листов.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Настоящее изобретение направлено на композиции и способы изготовления связанных крахмалом листов, которые при желании включают значительные количества неорганических минеральных наполнителей. Связанные крахмалом листы можно изготовить таким образом, что они будут иметь свойства, аналогичные свойствам бумаги, картона или других листовых материалов. Такие листы обладают повышенной прочностью благодаря введению больших количеств крахмала в качестве связующего, что также позволяет снизить стоимость листов и делает их намного более безопасными с точки зрения экологии по сравнению с обычными изделиями из бумаги. Крахмал добавляют в листы во влажном состоянии как часть формуемой композиции, используемой для изготовления листов, а не в качестве проклеивающего агента, как это делалось ранее. Листы включают также практически однородно диспергированные волокна для упрочнения, дополнительной гибкости и ударной вязкости.

Листы, связанные крахмалом, по настоящему изобретению обычно можно описать как многокомпонентны