對(duì)可熱膨脹材料的微波加熱用于制備包裝基底和產(chǎn)品的制作方法
【專利說明】
【背景技術(shù)】
[0001]消費(fèi)者經(jīng)常購(gòu)買在由包裝基底制成的容器中的現(xiàn)成(ready made)產(chǎn)品，例如食物和飲料以及其他產(chǎn)品。熱絕緣容器可以設(shè)計(jì)用于熱或冷的液體或食物，例如熱咖啡、冰茶、漢堡、三明治或比薩餅等。需要通過降低內(nèi)容物通過該容器的熱或冷傳遞使這些容器能夠盡可能長(zhǎng)地保持內(nèi)部液體或食物的溫度。
[0002]為了幫助將消費(fèi)者的手與熱飲料的熱量之間進(jìn)行隔絕或者將食物或飲料容器內(nèi)部物質(zhì)的適宜溫度保持較長(zhǎng)時(shí)間，發(fā)明人已經(jīng)開發(fā)了可熱膨脹的粘合劑和涂料用于包裝基底，例如用于多層微槽板、紙或紙板。這種可膨脹的粘合劑和涂料一旦加熱超過一定的溫度范圍就會(huì)膨脹。
【附圖說明】
[0003]圖1是組裝的具有外壁的杯子的透視圖。
[0004]圖2是雙壁杯的側(cè)切圖。
[0005]圖3是具有杯子的套筒的橫截面圖。
[0006]圖4是用于制備包裝材料或容器基底的機(jī)器系統(tǒng)的實(shí)例的側(cè)視圖。
[0007]圖5是真空傳送裝置的側(cè)視圖，通過該真空傳送裝置可以對(duì)粘附有可熱膨脹顆粒的還體(blanks)進(jìn)行處理。
[0008]圖6是適配有包括真空孔的凸起帶的改進(jìn)心軸。
[0009]圖7是具有可熱膨脹材料的圖案化涂料的外壁坯體(或包裹)的實(shí)例，其具有間隙，圖6的心軸的凸起帶可以位于該間隙中。
[0010]圖8是真空管式傳送裝置的透視圖，使用圖6的心軸以運(yùn)送在內(nèi)側(cè)上包括熱膨脹的顆粒的包裹。
[0011]圖9是杯子成型機(jī)的透視圖，顯示了將可熱膨脹的材料施涂于內(nèi)杯的外表面。
[0012]圖10是圖9的杯子成型機(jī)的透視圖，顯示了將該經(jīng)覆蓋的內(nèi)杯插入外杯坯體(或包裹)以構(gòu)造雙壁杯。
[0013]圖11是用于制備包裝產(chǎn)品的制備過程的多個(gè)工作站或位置點(diǎn)的流程圖，其中可以在這些位置點(diǎn)處或這些位置點(diǎn)之間施加微波熱以使可加入包裝基底和/或產(chǎn)品的基底層內(nèi)或基底層上的熱膨脹的粘合劑或涂料膨脹。
[0014]圖12是在位于傳送帶(conveyor belt)上時(shí)的工業(yè)微波加熱器裝置的實(shí)例的透視示意圖。
[0015]圖13是圖12的微波加熱器裝置的頂視平面示意圖。
[0016]圖14是圖12的工業(yè)微波加熱器裝置的側(cè)視平面示意圖。
[0017]圖15是圖12的工業(yè)微波加熱器裝置的前視橫截面示意圖。
[0018]圖16是用于在一種方法中制備多層片材的方法的實(shí)例的流程圖，該方法包括微波加熱該多層片材以加速可熱膨脹的粘合劑或涂料的膨脹。
[0019]發(fā)明詳述
[0020]公開了用于使用微波能加熱、活化和膨脹可熱膨脹的粘合劑和涂料的方法，該粘合劑和涂料能夠位于基底材料上和/或基底材料內(nèi)(該基底材料隨后用于被轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品)或在其制備方法過程中直接位于包裝產(chǎn)品上或包裝產(chǎn)品內(nèi)。該基底材料能夠是卷狀物、片材或坯體形式的單層或多層材料，由例如紙、紙板、銅版紙、凹槽板材料、塑料膜、織造材料、紡織品、無紡材料和/或金屬化基底或這些材料的任意組合構(gòu)成。
[0021]該多層片材或卷幅基底能夠通過熱膨脹粘合劑和涂料粘結(jié)在一起。該產(chǎn)品能夠是多種包裝或非包裝產(chǎn)品，例如但不限于雙壁紙熱杯、紙袋、泡殼(clamshells，泡殼包裝，指產(chǎn)品是塑膠殼包裝的)、熱杯隔熱套筒、取出式折疊盒和箱。該方法可以包括在該產(chǎn)品制成后或在該產(chǎn)品包裝在運(yùn)輸容器中之后或在將該容器裝載到臺(tái)車上之后加熱由該材料制成的包裝產(chǎn)品。微波加熱器使用微波能使該可熱膨脹的粘合劑和涂料活化，使該可熱膨脹的粘合劑和涂料高效膨脹。該粘合劑或涂料的膨脹能夠幫助提高層壓或涂覆材料的熱絕緣性和剛性，這有助于將該材料轉(zhuǎn)化為包裝或容器，并提高容器內(nèi)部的流體和固體的隔熱性。該粘合劑或涂料的膨脹還能夠通過在保持層壓和涂覆材料所需的熱絕緣性和剛性的同時(shí)允許使用較少的材料而幫助減少包裝材料。
[0022]能夠?qū)⑸鲜龇椒ㄗ詣?dòng)化以使在基底材料上或基底材料中的該可熱膨脹的粘合劑和涂料活化和膨脹(也稱作“預(yù)活化”)或者在產(chǎn)品形成之后在產(chǎn)品上或產(chǎn)品中的該可熱膨脹的粘合劑和涂料活化和膨脹(稱作“后活化”)。該可熱膨脹的粘合劑或涂料可以用包含可熱膨脹的微膠囊化的顆粒(例如微球或微管或其他形狀)和其他組分(例如淀粉或其他天然或合成粘合劑和特定應(yīng)用所需的其他粘合劑)的組合物配制。例如，可以將該可熱膨脹的粘合劑或涂料制備在以下中的一種或其組合中:粘性改性劑、濕度改性劑、消泡劑、分散劑、防霉劑和鹽。微膠囊化的顆粒的一些實(shí)例包括:Henkel提供的Dualite、AkzoNobel提供的Expancel、Matsumoto提供的微球F和FN系列和Kureha提供的微球。
[0023]可以在該制備方法中在該可熱膨脹的粘合劑或涂料施涂之后的任意各個(gè)位置點(diǎn)處用微波加熱器加熱該材料?？梢詫⒍鄬悠瑺畈牧吓c前述適合的材料的任意組合進(jìn)行層壓并傳送到最終處理，例如傳送以進(jìn)行印刷、沖切、成形和/或以其他方式組裝成產(chǎn)品容器。
[0024]可以在這些制備位置點(diǎn)或階段中的任意或其組合處(例如遵循該制備方法在多個(gè)工作站處或多個(gè)工作站之間)用微波加熱器將熱量施加給該材料。例如，可以在層疊或?qū)訅旱耐瑫r(shí)、在已經(jīng)施涂了該可熱膨脹的粘合劑或涂料之后將微波熱施加給基底。進(jìn)一步地，可以在產(chǎn)品容器成形之后(例如在將該產(chǎn)品傳送到用于將產(chǎn)品包裝到運(yùn)輸容器中的工作站的過程中)將微波熱施加給包含未膨脹的微球的單獨(dú)的產(chǎn)品容器。
[0025]可替代地或另外地，微波熱可以通過運(yùn)輸容器(例如將多個(gè)產(chǎn)品包裝在其中的常規(guī)槽形紙箱)施加。另外，微波熱可以通過多個(gè)運(yùn)輸容器堆疊在其上的負(fù)載臺(tái)車施加。加入該產(chǎn)品的基底內(nèi)或?qū)盈B在該基底上的該可熱膨脹的粘合劑或涂料可以直到運(yùn)輸之前在該制備方法的這些后期階段時(shí)施加微波熱時(shí)才進(jìn)行膨脹(或者才完全膨脹)。
[0026]包裝容器可以由隔熱材料構(gòu)成和/或用隔熱材料進(jìn)行隔熱。該隔熱材料可以由包含可熱膨脹的粘合劑或涂料的多層層壓基底或經(jīng)涂覆的基底構(gòu)成。該可熱膨脹的粘合劑或涂料可以在由該多層基底形成包裝容器之前或之后通過施加微波熱而膨脹。除微波熱之夕卜，也可以施加其他熱和熱能的源，例如熱空氣或紅外(IR)。
[0027]該可熱膨脹的粘合劑或涂料可以施加到該容器上或容器材料內(nèi)或容器層之間，或者可以施加到容器的外壁或這些的組合。該包含可熱膨脹的粘合劑或涂料的隔熱材料可以在到達(dá)最終用戶之前(例如在制備該容器和/或容器護(hù)套時(shí))膨脹，和/或該隔熱材料可以僅在最終用戶處以及僅響應(yīng)于例如該容器內(nèi)供應(yīng)的熱飲料或食物的一定水平的溫度而膨脹。該膨脹的隔熱材料可以用于幫助該容器和/或容器套筒的隔熱性能和/或?yàn)樵撊萜骱?或容器套筒提高剛性，且能夠幫助降低該容器和/或容器套筒的該材料組件的厚度。
[0028]用于制備該包裝、容器和/或容器套筒的片狀材料可以在自動(dòng)化組裝線工藝中的傳送裝置式的機(jī)器系統(tǒng)上制備，其一種實(shí)例后面將更詳細(xì)地討論。該可熱膨脹的粘合劑或涂層可以通過很多常規(guī)施涂方法施涂，例如非接觸式噴霧和/或接觸式桿、輥、噴嘴或狹縫擠出、鋪和刷涂方法或其他方法施涂到片狀材料上，例如但不限于在將內(nèi)襯層壓到其上之前施涂到波紋狀介質(zhì)上。由此該可熱膨脹的粘合劑或涂料在該制備方法過程中膨脹之前可以位于一些種類的片狀材料的兩層之間。當(dāng)該隔熱材料是涂料時(shí)，在熱膨脹之前，該隔熱材料可以施涂到單層(或單一)片材上或施涂到多層片材的外表面或內(nèi)部。其他實(shí)施方案同樣可行，如隨后討論的，例如在形成多層基底之后或者在產(chǎn)品成型之后或在將該容器從倉庫運(yùn)輸之前施加微波熱以在該制備方法過程中或在該制備方法之后的一些其他位置點(diǎn)處使該可膨脹的粘合劑或涂料膨脹。
[0029]在一些實(shí)施方案中，該可熱膨脹的粘合劑/涂料在傳送裝置型的機(jī)器組合方法過程中被加熱使得該膨脹在該容器制備時(shí)發(fā)生。使用常規(guī)機(jī)器系統(tǒng)，常見的熱源來自熱空氣和/或紅外(IR)。在生產(chǎn)速度(例如150英尺/分鐘(fpm) -600fpm)下，僅在機(jī)器系統(tǒng)上在線安裝的常規(guī)加熱方法(例如熱空氣爐和/或紅外加熱器)有時(shí)不足以充分活化可熱膨脹的微膠囊化的顆粒一一如添加到該可熱膨脹的粘合劑或涂料中的微球或微管。這部分是由于空間和熱功率限制以及這些方法主要基于對(duì)被加熱材料從外到內(nèi)的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射傳熱的加熱機(jī)制所致的。因此使用這些傳統(tǒng)加熱源，顯示出熱能傳遞方式的技術(shù)問題，這導(dǎo)致該可熱膨脹的微顆粒低效和受限的膨脹。例如，該涂層的外部部分可能首先干燥和固化，顯著限制了該可膨脹的微顆粒的膨脹。
[0030]在本發(fā)明中提出從工業(yè)微波加熱器施加微波能，該工業(yè)微波加熱器適于在該方法過程中將微波能施加至通過其的包含該可膨脹的粘合劑或涂料的基底材料或包裝產(chǎn)品的整個(gè)上。因此，該來自微波加熱器的微波能夠滲透到該基底內(nèi)部的該可熱膨脹的粘合劑或涂料并為其提供能量，使其與由傳導(dǎo)、對(duì)流或表面輻射加熱將會(huì)實(shí)現(xiàn)的相比，更均勻、大容積地(volumerically)和快速地加熱。這是由于在較短時(shí)間內(nèi)對(duì)該可熱膨脹的粘合劑/涂料的容積微波加熱所致。例如，在微球位于其中的混合物暴露于強(qiáng)力微波能被快速加熱時(shí)，混合