本发明的领域

本发明涉及使用模来模压塑性物质以形成一定形状的产品的装 置、方法和设备。具体地讲，本发明涉及模压洗涤皂(detergent bar)的 方法。

“洗涤皂”是指含有包括肥皂、合成洗涤活性剂或它们的混合物 的片、块或条，其中表面活性剂含量水平至少为20％(重量，基于所述 皂计算)。

本发明的背景

在生产洗涤皂中，一般将含有所述皂的全部成分的预先成型的组 合物从喷嘴挤出以形成连续的“棒条”，将该“棒条”切成一般称为 “坯料”的预定长度的小块。随后将这些“坯料”输送至模压机，或 者采用如与所述皂表面一样尺寸的模在其一个或多个表面上压印。采 用如锤或辊轴形状的模用力冲击所述皂表面。

一般模压机具有两片板形成的模，每一片板的表面在所述模压操 作中与所述坯料接触。调节这些表面使之达到预定的间隔距离，依此 将所述坯料压缩在所述模板之间得到所述皂的最终形状和外观，随后 再分离。过量的组合物在所述模板闭合的时候被挤出。一般把这称为 “溢料”。随后通过将所述皂传输通过“修边板”孔将所述溢料与所 述肥皂条分离。

常规的模压机包括“芯式(pin)模”状机(其中一对相对的压模构件 或模板在压坯步骤中接触)和“箱式(box)模”机(其中一对相对的压模 构件在压坯过程中将皂模压在全开(through opening)的箱体构架中而没 有接触，所述皂的外表面为所述箱体构架所限定)。

所述模板常常各自配有模或顶出内插件(ejector insert)。这些通常 通过弹簧与所述模板紧接在一起但又可用压缩空气或机械方式辅助推 开以将所述皂从所述模中分离。当关闭所述模板时可采用真空以除去 所述洗涤皂和模表面之间的模腔聚集的空气，在旋转模的情况下，真 空辅助将所述皂在旋转过程中保持在固定位置。

使用模对洗涤皂进行模压以赋予所述皂可复制的外形、光滑的表 面和/或将设计(如标记、商标等)压印至所述皂的至少一部分表面上。

然而由于模粘着(die-blocking)的结果，即(在连续使用模时积成的) 相当量的残余洗涤剂余留在所述模板上，使得皂经常在它们的表面形 成明显的缺陷或它们难于从所述模表面脱出。洗涤皂的不完全脱出对 于由更温和的表面活性剂组成的更“粘性”的组合物是一个特有问题。

人们已提出了这些问题的许多解决方法。一种解决方法是在模压 操作过程冷却所述模板。其它的包括使用高弹体。

Watanabe在美国专利号5,332,190中公开了一种弹性模塑模，该 模由高弹体层压薄膜组成，其最内层不含填料。

美国专利号5,269,997提出为肥皂模的两块模板提供铺展在它们 的表面的高弹体隔片。这种系统在工业生产所要求的速度下使用起来 会变得复杂，薄的覆盖层将易于撕破且标记的可重复性也将变差。

WO96/00278公开了用于模压洗涤皂的含有模的装置，所述模具 有至少一个皂模压表面，其中所述皂模压表面配备了一层高弹体涂 层，所述高弹体涂层的总厚度少于200μm。在优选的实施方案中，所 述高弹体涂层为所述皂模压表面的唯一的弹性材料。

另一种解决方法在欧洲专利276 971和美国专利号4,793,959和 4,822,273中提出，其包括使用两个模件，每一个包括非高弹体的和高 弹体的部分。所述高弹体的部分(在所述模压过程中与所述肥皂条接触) 含有至少200μm的高弹体涂层并具有规定范围的弹性模量。

Adams等在美国专利号4,822,273中描述了用于模压洗涤皂的具 有高弹体表面层的模。实施例7提及了金属模的表面冷却。

Adams等在美国专利号4,793,959中描述了采用具有高弹体表面 层的模模压的洗涤皂。冷却模在实施例7中提及。

Adams等在美国专利号5,236,654中描述了使用液体冷却的涂层 模件进行洗涤皂的模压。提及在大约-20℃下使用冷却剂冷却模。该专 利阐述了这种预先由工厂工程师选用的系统达到了约15℃的平均模 表面温度以及在模表面宽的温度分布。

Kataoka在美国专利号4,629,650中描述了模塑热塑性树脂的生产 方法，在该方法中在模塑过程中将不同于被模塑的热塑性树脂的热塑 性树脂作为表面层放入在所述模表面和将被模塑的热塑性树脂之间。

Uemura等在美国专利号5,035,849中描述了一种生产模塑产品的 方法。对于粉料成型来说，模的表面采用脱模剂冷却。

Leslie在美国专利号5,269,997中描述了模压塑性材料坯料(如肥 皂坯料)的方法和设备。可在每一块模板的坯料和所述模板之间放置高 弹体隔片以阻止在模压后塑性材料粘附于所述模板上。

Mao在美国专利号3,761,047中描述了具有绝热粒子(如滑石粉) 的薄膜。在实施例1中，将具有平均粒径大约为60μm的30％(体积) 的滑石粉分散于聚四氟乙烯树脂溶液中。

Bates等在美国专利号5,378,733中描述了声音衰减聚合复合物， 该复合物含有含粉状不锈钢填料的聚氨酯。

即使使用了高弹体涂层或冷却模，当所述使用的洗涤剂是非常温 和的表面活性剂和/或所述洗涤皂组合物是柔软和粘性的时候，问题仍 然存在。

本发明的概述

已经发现伴随含有非常温和的表面活性剂和/或特别粘软组合物的 洗涤皂的模压的问题可通过使用高弹体涂覆的模而减轻，其中所述高 弹体含有传导性填料(如传导性钢粉)。通过在所述高弹体中加入传导 性钢粉并调整所述高弹体的配方可得到导热性聚合物。结果是降低了 所述涂层的正常的绝缘效果且使所述模的冷却变得容易。在皂条中施 加含有导热性添加剂的高弹体得到了常规绝缘高弹体的脱模能力和冷 却表面的表面质量。

因此，根据本发明提供了用于模压基料，特别是塑性基料的装置， 该装置包括模，所述模含有至少一个具有高弹体涂层的基料模压表 面，其特征在于所述涂层含有传导性填料。

为了更全面地理解本发明上述的和其它特征及其优越性，可参考 以下优选实施方案和附图的详细描述。

附图的概述

图1是根据本发明的模的透视图。

图2是在施加高弹体涂层之前模的侧剖视图。

图3是在施加高弹体涂层之前模的正剖视图。

图4是根据图3的模的剖视图，其中所述模已涂覆有高弹体涂层。

本发明的详细描述

在欧洲专利276971和美国专利号4,793,959和4,822,273中描述了 在皂条模压中厚的高弹体涂层的用途，所述专利公开在这里通过引用 结合到本文中。

美国专利号5,378,733描述了适合于本发明的填充高弹体材料。所 述’733专利的公开内容在这里通过引用结合到本文中。

下文中“表面装饰”是指均匀的外观、光滑的表面和设计(如标记、 商标等)。

根据本发明的“高弹体的”是指在ISO(国际标准化组织)1382中 定义为“高弹体”或“橡胶”的材料。同时还包括在本发明的“高弹 体的”材料定义中的还有热塑性高弹体和高弹体与热塑性高弹体和橡 胶的共聚物和共混物。

高弹体定义为具有长柔性链的聚合物，该聚合物独立于所述原材 料并通过硫化剂或交联剂转换而引入交联并形成交联网络结构。所述 网络结构阻止了大分子链分子的移动，因此当在外力作用下发生形变 并在释放外力后能快速恢复至接近其初始的尺寸和形状。

高弹体在升温下经过软化进入橡胶相，并保持其弹性和弹性模量 直至达到其分解的温度。

热塑性高弹体包括非晶相和晶相。非晶相具有低于室温的软化范 围，因此其作用如弹簧而所述结晶链段的软化范围高于室温，起交联 点作用。

优选根据本发明的高弹体材料选自那些在美国材料试验协会标 准D1418中描述的类型，这些类型包括：

1.不饱和碳链高弹体(R类)，包括天然橡胶如标准马来西亚橡胶、 丁二烯如“BUNA”类(得自Bunaweke Huls)和丁二烯丙烯腈共聚物如 “Perbunan”(得自Bayer)。

2.饱和碳链高弹体(M类)，包括乙烯-丙烯类如“Nordel”(得自 DuPont)和含氟类如“Viton”(得自DuPont)。

3.取代硅氧烷高弹体(Q类)，包括液体硅橡胶如Silastic 9050/50P(A+B)(得自Dow Corning)。

4.在聚合物链中含碳、氮和氧的高弹体(U类)，包括聚氨酯如聚氨 酯(得自Belzona)。

如上文定义的“高弹体的”材料可先进行预处理，如将商品高弹 体在作为所述模表面的涂层施用前形成溶液。所述高弹体、橡胶、它 们的共聚物和共混物一般在所述模表面原位固化或交联。例如在被施 加为涂层前应将包含基础高弹体材料、交联剂和其它材料(如促进剂) 的成分混合。一旦被施加到所述模时所述涂层立即原位固化。这个可 通过热或其它加速方法如压力、辐射或紫外光辅助。

所述高弹体材料可以液体或半固体使用。例如，当以液体使用 时，所述模的两个板保持分开在预定的距离以允许所述高弹体占据两 板间的空间。优选在压力下向所述模板装填高弹体。

在一些情况下，材料应采用适合的溶剂溶解，施加到所述模上并 随后将所述溶剂除去。

在热塑性材料的情况下，可将它们加热至熔融条件下施加到所述 模上，冷却并再凝固。

适合作为本发明的高弹体涂层的材料优选具有在0.1至50MPa、 最优选在1至35MPa的范围的弹性模量。

高弹体涂层的弹性模量通过记录作为压痕深度函数的压印涂层 所需的力来测量。一般采用具有球形尖端的压头并测定作为所述压痕 深度3/2次幂的函数的力的斜率S。所述压痕深度为压头一接触所述 涂层的表面后其进入所述涂层的移动。一般由于所述测量仪器的柔量 有必要对所测得的压痕深度进行校正。即压痕深度的真实值d与所述 测量表观值d’的关系如以下表达式：

               d＝d’-(F.C)

其中F为所述压痕力。所述柔量C通过将所述压头施压到刚性表面并 记录斜率等于C的作为施加力函数的表观位移来测定。弹性模量E从 以下表达式计算：

            E＝3/4s1/(R)1/2(1-b2)

其中s＝F/d3/2，R为所述压头的球形尖端的半径，b为所述涂层的泊 松比，对于高弹体来说，等于大约0.5。

在下文中描述的一定的条件下，由于所述涂层所施加其上的刚性 材料的影响，上述压痕方法将给出很大的错误的弹性模量值。为了保 证避免这个问题有必要确保所述压头与所述涂层的接触半径不超过所 述涂层的厚度的大约1/10。所述接触半径a与压痕深度的关系如以下 表达式：

                a＝(dR)1/2

对于小于200μm的涂层，推荐使用毫微压头(nanoindentor)，该 毫微压头能够测定使用具有细小半径尖端的压头的微小压痕深度的压 痕力。这种仪器的例子为“NanoIndenter II”(毫微测试仪)。或者是制 得厚(大于200μm)测试涂层以致可使用更常规测试仪器如Instron测试 仪(如Model5566)。

在一个实施方案中，所述涂层具有在1μm至10mm，优选在200 至2000μm的厚度。或者所述涂层应具有小于200μm的厚度。

优选所述模含有的刚性材料选自金属和它们的合金，如黄铜、其 它铜合金、铝、含有碳的钢、不锈钢和其它非高弹体材料如热固性和 热塑性树脂，例如聚酯、环氧树脂、呋喃树脂、冷铸聚氨酯、陶瓷、 组合物和层压材料。

根据本发明，所述高弹体涂层加入了传导性填料如粉状不锈钢。 另外，可以使用含有粉状不锈钢或其它传导性填料的混合物。其它可 以使用的填料包括铜、钛、金、银和铂。优选所述传导性填料为金属。

所述填料(如不锈钢)的加入增加了涂层的体积硬度从大约45肖氏 A提高至70肖氏A。虽然这个硬度会降低脱模性质，然而每一个粒子 被高弹体包围着，因此所述肥皂仍然是与低硬度材料接触。厚度为1- 20μm的涂层在适合的环境下可给出良好的脱模性。虽然所述硬度可能 会高于55肖氏A，甚至高于65肖氏A，其脱模性仍然是良好的。

优选加入到所述高弹体中的传导性填料为0.5至85％(重量)，特别 是5至75％。

优选本发明的填料是粒状的。

这里“传导性”是指所述填料为导热性的。冷却所述高弹体的主 要益处是：

1.提高皂的表面质量-较硬的体积性能可得到良好的标记明晰 度。

2.提高皂的总体质量，由于所述皂的表面和本体较冷因此较硬并 且在通过其余包装线时不易受破坏。

3.降低了粘性，这是由于高弹体和模表面冷却两项技术的综合效 果。

另外的益处是所述填料降低了可压缩性，因此减少了当所述肥皂 硬度随习用的高弹体变化时可能发生的重量改变。

已经使用钢填料以获得增加传导性的益处。当然可以使用任何的 传导性粉末如铜、铝。非金属填料也能提供这些益处，虽然冷却的效 力会降低。通过使用钢将得到比没有填料低3-5度的温度。

通常优选在本发明的涂层中使用大约1％(重量)至大约80％(重 量)、特别是1％至20％的传导性填料。所述传导性填料可以是任何形 状，只要所述填料在固化前均匀分布于整个高弹体中即可。例如所述 填料可以为粉末或片状的形式，具有大约590至34μm(30至430目)， 优选49至40μm(300至350目)的粒度。

可在固化前将所述传导性填料加入到高弹体的一种成分或混合 成分中。一旦所有成分均存在时，将所述材料混合随后进行固化。所 述高弹体可按照Bates等在美国专利号5,378,733中的描述制备。

除了与其它成分混合，所述填料可通过粘附在一个或多个高弹体 的表面上而加入到所述高弹体中，如可在混合后但在固化前将所述填 料喷洒到所述高弹体的表面。

特别优选根据本发明的涂覆的模附带有冷却器。由于所述传导性 填料粒子的存在，所述模(优选模自身具传导性)的温度的降低将导致 所述高弹体的更低的温度。甚至在所述洗涤皂材料是由软和/或粘和/ 或非常温和的表面活性剂制得的情况下，这将使得所述洗涤皂材料从 所述模的分离变的容易。

冷却模是在本领域所熟知的。模的冷却可通过如将冷却流体(如液 体)送到所述模附近来达到。例如，Adams在美国专利号5,236,654描 述了使用压模构件模压皂和/或洗涤皂的方法，其中液体制冷剂通过在 所述压模构件里形成的直径为2至20mm的管循环，其特征在于所述 液体是在湍流条件下循环的。所述Adams的装置或其它模冷却装置可 在本发明中使用。优选将所述模冷却以使所述高弹体涂层可达到表面 温度在-35℃至15℃、特别在-10℃至+10℃、最优选在-5℃至+5℃的范 围。

可在所述高弹体材料中加入其它的材料(例如其它的填料)以改变 其机械和加工性能。填料加入的效果取决于所述高弹体材料与所述填 料的机械和化学相互作用。

可用填料改性所述高弹体材料以得到所需的性质如抗撕裂性。适 合的这类填料包括炭黑、二氧化硅、硅酸盐和有机填料如苯乙烯或酚 醛树脂。

其它任选的添加剂包括摩擦调节剂和抗氧化剂。

在模压过程中所述高弹体涂层承受的应力可通过使用边缘或凸 缘(edge of flange)而减少，特别是当所述边缘或凸缘本身也涂覆有相似 的高弹体时。优选所述边缘或凸缘由金属或其它硬的或刚性材料制 造。使用所述金属边缘将通过降低所述高弹体所承受的应力而减少其 被撕裂。所述边缘可延伸覆盖所述高弹体的起始边缘，因此在模压过 程中保护所述高弹体不受所施加应力。这个极大地延长了高弹体涂覆 模的使用寿命并使得可以利用涂覆模的优势而没有特别短的使用寿命 的缺点。

虽然可以容易地制作与所述模一样的材料的边缘，但是没有必 要。

所述边缘或凸缘可采用多种材材制造，包括聚氨酯塑料和复合材 料。所述边缘可以“T”或伞型结构提供，其中所述高弹体在所述伞 型顶部之下受保护。

所述边缘对于用于制备洗涤皂的模特别有用，这些模具有通常沿 垂直于所述皂(也就是“带状皂”)的纵向轴延伸的侧壁。相对于缺少 垂直侧壁或所述垂直侧壁延伸相对于所述皂的高度仅仅很小的百分比 的皂的高弹体模来说，认为带状皂的弹性模可承受更高的应力。

所述边缘或凸缘应从所述模壁延伸至覆盖所述模槽涂层的厚 度，并优选所述涂层的厚度超出所述模槽。因此能够最佳发挥作用的 边缘的尺寸由所需的涂层厚度所决定。

所述高弹体涂层的厚度和硬度可根据所述洗涤皂组合物、处理温 度和/或处理参数(如所述模板上的模槽的形状)、模压设备的速度和所 述模板的分离距离而变化以获得所需的结果，如所述洗涤皂从所述模 的良好的脱模性。对于带有更复杂标记的或更复杂形状的模，可通过 使用更厚涂层和更低的模量有利于可接受的脱模性。同样地，对于本 身更难于模压的皂组合物，可接受的脱模性可由厚的高弹体涂层和/或 具有更低弹性模量的涂层获得。

合乎本发明的装置可用于模压包含表面活性剂的洗涤皂，该表面 活性剂主要包含肥皂、合成洗涤剂或肥皂与合成洗涤剂的混合物。发 现它能特别应用于含合成表面活性剂的软和/或粘的洗涤剂和/或温和 皂、半透明和透明的具有减少的脂肪物质含量(如占总皂重量63-78％) 的肥皂条的模压中，，这些皂含有有益于皮肤的助剂如润湿剂、多羟 基化合物、油、脂肪酸和脂肪醇。

根据本发明的另一方面，提供了模压洗涤皂的方法，该方法包 括：

i)在模上形成加入了传导性填料的高弹体涂层；

ii)将洗涤皂组合物进料至步骤i的模中；

iii)模压所述模中的洗涤皂以形成模压皂；和

iv)优选将所述皂从所述模中脱出这样可以以一种容易重复的方 式来对所述皂施加表面装饰。

优选将所述高弹体涂层通过机械和/或化学方式结合到所述模的 模压表面以增强所述模与所述涂层之间的附着力。

特别优选用于减轻在所述高弹体涂层上的应力的边缘本身也部 分涂覆所述高弹体涂层。最好在所述边缘上的涂层比在所述模的皂模 压表面的存在的涂层薄。例如，它可在1至200μm的范围，特别是在 10至50μm的范围。

参考所述附图的细节。图1显示由单个模(individual dies)12组成 的模板10。每一模板在所述皂的模压表面14装备了填充有传导性填 料的高弹体涂层16(图4)。高弹体涂层同时也装备在所述模板的非模压 表面18上。一个模板装备了在所述皂的模压表面的标记20。(在一些 情况下两个模板均加入了标记)。它也涂覆了高弹体涂层。

模12包括金属边缘30，该边缘从所述洗涤皂模槽32的上边沿向 内凸出。如在图4中所见，边缘30基本覆盖了所述涂层16垂直上升 的部分的上边沿。优选朝向模槽32的边缘30的表面34至少与高弹体 16的表面36(同样朝向模槽32)平齐。更优选的配置为其金属边缘30 的边缘34稍微延伸超过涂层16的表面36。可以使用未示出的冷却器 通过循环与所述模接触的冷却液降低模12的温度。

使用本发明的边缘或凸缘，使模构造成当模切入所述肥皂时近切 割边的软高弹体不受损坏。这可采用刚性或更强硬的材料保护在模边 缘的软高弹体。所述护罩就如一把伞沿着所述模的边缘轻微覆盖着所 述软高弹体，优选约0.00254cm(.001”)至0.0381cm(.015”)。这样将保 护软材料不受到过量的剪切和拉力，该力会加速破坏所述软材料并使 所述模不能运作。

虽然所述用于减少应力的边缘已被描述为金属，然而这主要取决 于所述模的制作材料。一般所述边缘与所述模的制作材料相同。然而 所述边缘一般应相当刚硬以保护所述高弹体。

本发明可使用常规的模压设备，如Binacchi USN100。

优选将所述边缘咬边以得到更大的机械咬合(key)

实施例

一系列模板采用碳钢生产并采用电火花腐蚀以达到一系列表面 粗糙值(Ra)，采用丙酮脱脂(degrease)，用底漆处理并随后涂覆一定范 围的高弹体材料。

在本实施例中使用一系列的黄铜模板。同样地，它们也采用丙酮 脱脂，用底漆处理并随后涂覆。

高弹体涂层由聚氨酯形成。所述聚氨酯由以下制备：

a)Andur 80-5AP-聚醚基液体异氰酸酯封端预聚物。

由：Anderson Development Co.1415 E Michigan Street Adrian，MI 49221-3499提供；并

在加入35％(重量，以全部高弹体的重量计)具有筛目大小为325 的304L粉状不锈钢后使用以下固化剂固化

b)Voronal 234-630固化剂-Triol

由Dow Chemical Co 2040 Dow Center Midland，MI 48674提供。

在本实施例中使用的皂组合成如下：

  配方A                       ％(重量)

无水牛脂皂                      52.3

无水椰油皂                      29.9

椰子油脂肪酸                    5.2

水+微量成分                     至100

    配方B                     ％(重量)

椰油基羟基乙磺酸钠              27.00

椰油酰氨基丙基甜菜碱            5.00

聚乙二醇，M.Wt                  33.12

脂肪酸                          11.00

硬脂酸钠                        5.00

水+微量成分                     至100

   配方C                      ％(重量)

椰油基羟基乙磺酸钠              49.78

82/18肥皂                       8.31

硬脂酸钠                        2.98

烷基苯磺酸盐                    2.02

硬脂酸                          20.15

椰子油脂肪酸                    3.08

羟基乙磺酸钠                    4.68

水+微量成分                 至100

所述模含有如图4中的34所示的金属边缘。采用在直径为2至 20mm的管中循环的温度为-20℃的冷却液体冷却该模。

当然应该明白在这里说明和描述的本发明的具体形式仅仅是作 为代表，在没有偏离本公开内容的明确的描述的情况下在其中是可作 出某些改动的。因此，这里定义的高弹体涂层包括所述模的部分和全 部涂层。此外，在决定本发明的全部范围时应参考下面所附的权利要 求书。