对可热膨胀材料的微波加热用于制备包装基底和产品的制作方法
对可热膨胀材料的微波加热用于制备包装基底和产品的制作方法
【专利说明】
【背景技术】
[0001]消费者经常购买在由包装基底制成的容器中的现成(ready made)产品，例如食物和饮料以及其他产品。热绝缘容器可以设计用于热或冷的液体或食物，例如热咖啡、冰茶、汉堡、三明治或比萨饼等。需要通过降低内容物通过该容器的热或冷传递使这些容器能够尽可能长地保持内部液体或食物的温度。
[0002]为了帮助将消费者的手与热饮料的热量之间进行隔绝或者将食物或饮料容器内部物质的适宜温度保持较长时间，发明人已经开发了可热膨胀的粘合剂和涂料用于包装基底，例如用于多层微槽板、纸或纸板。这种可膨胀的粘合剂和涂料一旦加热超过一定的温度范围就会膨胀。
【附图说明】
[0003]图1是组装的具有外壁的杯子的透视图。
[0004]图2是双壁杯的侧切图。
[0005]图3是具有杯子的套筒的横截面图。
[0006]图4是用于制备包装材料或容器基底的机器系统的实例的侧视图。
[0007]图5是真空传送装置的侧视图，通过该真空传送装置可以对粘附有可热膨胀颗粒的还体(blanks)进行处理。
[0008]图6是适配有包括真空孔的凸起带的改进心轴。
[0009]图7是具有可热膨胀材料的图案化涂料的外壁坯体(或包裹)的实例，其具有间隙，图6的心轴的凸起带可以位于该间隙中。
[0010]图8是真空管式传送装置的透视图，使用图6的心轴以运送在内侧上包括热膨胀的颗粒的包裹。
[0011]图9是杯子成型机的透视图，显示了将可热膨胀的材料施涂于内杯的外表面。
[0012]图10是图9的杯子成型机的透视图，显示了将该经覆盖的内杯插入外杯坯体(或包裹)以构造双壁杯。
[0013]图11是用于制备包装产品的制备过程的多个工作站或位置点的流程图，其中可以在这些位置点处或这些位置点之间施加微波热以使可加入包装基底和/或产品的基底层内或基底层上的热膨胀的粘合剂或涂料膨胀。
[0014]图12是在位于传送带(conveyor belt)上时的工业微波加热器装置的实例的透视示意图。
[0015]图13是图12的微波加热器装置的顶视平面示意图。
[0016]图14是图12的工业微波加热器装置的侧视平面示意图。
[0017]图15是图12的工业微波加热器装置的前视横截面示意图。
[0018]图16是用于在一种方法中制备多层片材的方法的实例的流程图，该方法包括微波加热该多层片材以加速可热膨胀的粘合剂或涂料的膨胀。
[0019]发明详述
[0020]公开了用于使用微波能加热、活化和膨胀可热膨胀的粘合剂和涂料的方法，该粘合剂和涂料能够位于基底材料上和/或基底材料内(该基底材料随后用于被转化为产品)或在其制备方法过程中直接位于包装产品上或包装产品内。该基底材料能够是卷状物、片材或坯体形式的单层或多层材料，由例如纸、纸板、铜版纸、凹槽板材料、塑料膜、织造材料、纺织品、无纺材料和/或金属化基底或这些材料的任意组合构成。
[0021]该多层片材或卷幅基底能够通过热膨胀粘合剂和涂料粘结在一起。该产品能够是多种包装或非包装产品，例如但不限于双壁纸热杯、纸袋、泡壳(clamshells，泡壳包装，指产品是塑胶壳包装的)、热杯隔热套筒、取出式折叠盒和箱。该方法可以包括在该产品制成后或在该产品包装在运输容器中之后或在将该容器装载到台车上之后加热由该材料制成的包装产品。微波加热器使用微波能使该可热膨胀的粘合剂和涂料活化，使该可热膨胀的粘合剂和涂料高效膨胀。该粘合剂或涂料的膨胀能够帮助提高层压或涂覆材料的热绝缘性和刚性，这有助于将该材料转化为包装或容器，并提高容器内部的流体和固体的隔热性。该粘合剂或涂料的膨胀还能够通过在保持层压和涂覆材料所需的热绝缘性和刚性的同时允许使用较少的材料而帮助减少包装材料。
[0022]能够将上述方法自动化以使在基底材料上或基底材料中的该可热膨胀的粘合剂和涂料活化和膨胀(也称作“预活化”)或者在产品形成之后在产品上或产品中的该可热膨胀的粘合剂和涂料活化和膨胀(称作“后活化”)。该可热膨胀的粘合剂或涂料可以用包含可热膨胀的微胶囊化的颗粒(例如微球或微管或其他形状)和其他组分(例如淀粉或其他天然或合成粘合剂和特定应用所需的其他粘合剂)的组合物配制。例如，可以将该可热膨胀的粘合剂或涂料制备在以下中的一种或其组合中:粘性改性剂、湿度改性剂、消泡剂、分散剂、防霉剂和盐。微胶囊化的颗粒的一些实例包括: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]可以在该制备方法中在该可热膨胀的粘合剂或涂料施涂之后的任意各个位置点处用微波加热器加热该材料。可以将多层片状材料与前述适合的材料的任意组合进行层压并传送到最终处理，例如传送以进行印刷、冲切、成形和/或以其他方式组装成产品容器。
[0024]可以在这些制备位置点或阶段中的任意或其组合处(例如遵循该制备方法在多个工作站处或多个工作站之间)用微波加热器将热量施加给该材料。例如，可以在层叠或层压的同时、在已经施涂了该可热膨胀的粘合剂或涂料之后将微波热施加给基底。进一步地，可以在产品容器成形之后(例如在将该产品传送到用于将产品包装到运输容器中的工作站的过程中)将微波热施加给包含未膨胀的微球的单独的产品容器。
[0025]可替代地或另外地，微波热可以通过运输容器(例如将多个产品包装在其中的常规槽形纸箱)施加。另外，微波热可以通过多个运输容器堆叠在其上的负载台车施加。加入该产品的基底内或层叠在该基底上的该可热膨胀的粘合剂或涂料可以直到运输之前在该制备方法的这些后期阶段时施加微波热时才进行膨胀(或者才完全膨胀)。
[0026]包装容器可以由隔热材料构成和/或用隔热材料进行隔热。该隔热材料可以由包含可热膨胀的粘合剂或涂料的多层层压基底或经涂覆的基底构成。该可热膨胀的粘合剂或涂料可以在由该多层基底形成包装容器之前或之后通过施加微波热而膨胀。除微波热之夕卜，也可以施加其他热和热能的源，例如热空气或红外(IR)。
[0027]该可热膨胀的粘合剂或涂料可以施加到该容器上或容器材料内或容器层之间，或者可以施加到容器的外壁或这些的组合。该包含可热膨胀的粘合剂或涂料的隔热材料可以在到达最终用户之前(例如在制备该容器和/或容器护套时)膨胀，和/或该隔热材料可以仅在最终用户处以及仅响应于例如该容器内供应的热饮料或食物的一定水平的温度而膨胀。该膨胀的隔热材料可以用于帮助该容器和/或容器套筒的隔热性能和/或为该容器和/或容器套筒提高刚性，且能够帮助降低该容器和/或容器套筒的该材料组件的厚度。
[0028]用于制备该包装、容器和/或容器套筒的片状材料可以在自动化组装线工艺中的传送装置式的机器系统上制备，其一种实例后面将更详细地讨论。该可热膨胀的粘合剂或涂层可以通过很多常规施涂方法施涂，例如非接触式喷雾和/或接触式杆、辊、喷嘴或狭缝挤出、铺和刷涂方法或其他方法施涂到片状材料上，例如但不限于在将内衬层压到其上之前施涂到波纹状介质上。由此该可热膨胀的粘合剂或涂料在该制备方法过程中膨胀之前可以位于一些种类的片状材料的两层之间。当该隔热材料是涂料时，在热膨胀之前，该隔热材料可以施涂到单层(或单一)片材上或施涂到多层片材的外表面或内部。其他实施方案同样可行，如随后讨论的，例如在形成多层基底之后或者在产品成型之后或在将该容器从仓库运输之前施加微波热以在该制备方法过程中或在该制备方法之后的一些其他位置点处使该可膨胀的粘合剂或涂料膨胀。
[0029]在一些实施方案中，该可热膨胀的粘合剂/涂料在传送装置型的机器组合方法过程中被加热使得该膨胀在该容器制备时发生。使用常规机器系统，常见的热源来自热空气和/或红外(IR)。在生产速度(例如150英尺/分钟(fpm) -600fpm)下，仅在机器系统上在线安装的常规加热方法(例如热空气炉和/或红外加热器)有时不足以充分活化可热膨胀的微胶囊化的颗粒一一如添加到该可热膨胀的粘合剂或涂料中的微球或微管。这部分是由于空间和热功率限制以及这些方法主要基于对被加热材料从外到内的传导、对流和辐射传热的加热机制所致的。因此使用这些传统加热源，显示出热能传递方式的技术问题，这导致该可热膨胀的微颗粒低效和受限的膨胀。例如，该涂层的外部部分可能首先干燥和固化，显著限制了该可膨胀的微颗粒的膨胀。
[0030]在本发明中提出从工业微波加热器施加微波能，该工业微波加热器适于在该方法过程中将微波能施加至通过其的包含该可膨胀的粘合剂或涂料的基底材料或包装产品的整个上。因此，该来自微波加热器的微波能够渗透到该基底内部的该可热膨胀的粘合剂或涂料并为其提供能量，使其与由传导、对流或表面辐射加热将会实现的相比，更均匀、大容积地(volumerically)和快速地加热。这是由于在较短时间内对该可热膨胀的粘合剂/涂料的容积微波加热所致。例如，在微球位于其中的混合物暴露于强力微波能被快速加热时，混合 到该粘合剂/涂料中的可热膨胀的微球可以快速膨胀。
[0031]该可热膨胀的粘合剂或涂料可以包含可热膨胀的微胶囊化的微颗粒，例如来自多个不同来源的微球或微管。非限制实例包括商品(例如之前讨论的Dualite、MicroPearl和Expancel)和可用于配制可膨胀材料的可热膨胀的微管。
[0032]该可热膨胀的粘合剂/涂料可以包括基于淀粉的胶；可以是基于合成或天然材料(例如聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、淀粉、聚乳酸和其他材料)的；且可以施涂到很多不同基底材料(例如纸、纸板、波纹板、塑料膜、金属化膜、纺织品、织造或无纺材料和其他用于制备层压件或涂覆基底的材料)上。该可热膨胀的粘合剂或涂料也可以帮助减少材料、通过在保持包装产品中的体积和热绝缘性能的同时减少材料而减少包装不利的环境影响。这些经层压或涂覆的基底继而能够转化为很多有用的食物和非食物包装产品，例如但不限于折叠纸箱容器、热和冷杯、箱子、纸泡壳、凹槽套筒、微槽泡壳、E-凹槽盒、袋和盒中袋以及其他包装产品(统称作容器)。与通常可获得的和由现有材料供应商提供的那些相比，该具有膨胀材料的多层材料为一些人提供了扩展对不同基底的尺寸和基重的选择的更大的灵活性。
[0033]这些可热膨胀的粘合剂/涂料能够在常规波纹层压器、印刷机、涂覆器、涂料施涂器或其他施涂方法中施涂，并借助于工业微波加热器膨胀以有效快速膨胀。该可热膨胀的涂料能够全覆盖地或以任意实际设计的图案施涂到纸基底上，随后用微波加热器膨胀以在该涂层中产生具有不同最终使用优点的蜂窝状或发泡结构，下面将会解释其中的一些优点。
[0034]图1示例了容器100，例如杯子，其具有内壁102和外壁104。用于外壁104的坯体可以是容器套筒或用于该容器100本体的侧壁包裹的形式。该内壁102能够由层压板形成，在其外表面上具有可膨胀的隔热材料。该隔热材料也能够位于内壁102和外壁104之间。当涂覆有该隔热材料的内壁102包括足够的体积和隔热性质时，可以不需要外壁104。
[0035]该容器100并不限于杯子，可以为任意其他容器，包括但不限于散装咖啡容器、汤筒、压制成型的容器、板、套筒(例如单面波纹状、双面波纹状、非波纹状的纸板等)、折叠纸箱、盘子、碗、泡壳、袋和具有或不具有盖子或套筒的其他容器。该容器100可以是是圆筒状杯或具有其他几何构造(包括锥形、矩形、正方形、椭圆形等)的容器。
[0036]该外壁104坯体并不限于波纹状冲切坯体，可以由任意类型的纸板、纸、箔片、膜、织物、泡沫体、塑料等构成。该外壁104可以由任意标称造纸原料制成，包括但不限于天然单面、白顶单面、顶部经涂布和漂白的单面、波纹、有凹槽的波纹的纸、纸板、白纸、再生纸、铜版纸、经涂布的纸板或这些材料的任意组合制成。该外壁104可以从容器100中除去或者该外壁104可以粘附到该容器100上。该外壁104例如可以通过将该外壁104坯体使用热粘合剂、冷胶和/或任意其他粘合或密封机构层压到容器上而粘附。可替代地或另外地，该外壁104坯体可以用隔热材料粘附。如果在制备过程中将外壁104附着到该杯子上，那么通过消除最终用户使用隔热套筒的需求可以有效提高这种附着。另外，与容器和单独的隔热套筒相比，该附着可以减少最终用户(例如储存一种物品，例如双壁或多壁容器)所需的储存空间的量。
[0037]图1并不必然按比例绘制。例如，该外壁104可以覆盖比图示更大或更小部分的该容器100的表面。例如，该外壁104可以提供全杯体覆盖。提高外壁104的表面积可以提供较大的隔热面积以及较大的印刷表面。尽管附图示例了杯子上的外壁104，但外壁104可以添加到任意其他容器(例如但不限于散装饮料容器、压制成型容器和汤筒)上。该外壁104可以添加到容器上作为包裹(图2和3)。
[0038]图2是容器100的侧切图，其可以是具有内壁102和外壁104的双壁杯或具有层压板(包括内壁102和外壁104)的单壁杯，在两个材料层(例如纸)之间具有可膨胀的隔热材料216。内壁102和外壁104之间的空间200可以部分或完全充满该可膨胀的隔热材料，其可以在从例如微波加热器施加热造成该隔热材料膨胀之后至少部分充满。该容器100可以适于保持热的或冷的液体以及固体材料(例如食物)。对于冷饮料或食物，该容器壁隔热性的提高将不仅帮助将该饮料和食物保冷足够长时间，而且还将帮助减少或消除在容器外壁上的水分冷凝。外壁104能够与内壁102在顶部和底部处连接以在其间提供封闭的间隙。
[0039]在该容器100成形之后在将其中添加的未膨胀的可热膨胀的微球(或其他成形试剂)热活化时，该隔热材料216可以膨胀。可替代地或另外地，该隔热材料216可以通过例如引入预膨胀的微球、空气或惰性气体、在隔热材料216的气穴中原位预膨胀。该隔热材料216可以通过例如微波或通过其他加热方法活化。该隔热材料216可以包括但不限于:包含可热膨胀的微球的水性涂料、粘合剂、基于淀粉的粘合剂、天然聚合物粘合剂、惰性气体发泡热熔体、合成材料、泡沫体涂料或这些或其他材料的任意组合。在一种实例中，该具有可热膨胀的微胶囊化微球的隔热材料216可以包括具有少量(例如1-10% )微球混合到该隔热材料216中的淀粉组合物。该隔热材料216可以是可生物降解的、可分解的(compostable)和/或可循环利用的。
[0040]根据不同配比，该隔热材料216可以在湿的或半干的或干的时候是可膨胀的。该隔热材料216可以包括任意合成或天然粘结材料，包括水基材料、高固含量或100%固体材料。固含量通常为该材料的20% -80%，更优选30% -60%。其他成分也可以添加到该粘结材料和/或隔热材料216中，包括但不限于:颜料或染料、无机或有机填料/增量剂、用于分散的表面活性剂、用于控制粘度以优化施涂的增稠剂或溶剂、发泡剂、添加剂例如蜡或助滑剂、增湿剂、用于增强微波能吸收的盐等。可替代地，隔热材料216可以是粘合剂。该隔热材料216可以具有几种性质，包括但不限于:用于为容器内部物质保热或保冷的热绝缘性；吸收冷凝水分和/或液体；一旦与热材料(例如150° F或更高的温度)接触可以膨胀；且可以保持惰性直至达到预设的活化温度。例如，该隔热材料216在约室温时将会保持惰性。该隔热材料216可以是再制浆的、可循环利用的和/或可生物降解的。
[0041]图3示例了图2中的外壁104(例如与容器100组装的套筒或包裹)的横截面。该图意于示例而非限制。该杯子可以被任意容器(例如压制成型的盘、汤筒或散装液体容器)替代。该外壁104可以具有内表面306和外表面304。隔热材料216可以施涂于内表面306、外表面304和/或内表面306和外表面304之间的表面302 (例如套筒的内壁)上。该内表面306和外表面304之间并不必然包含空间302。
[0042]隔热材料216 (例如具有未膨胀形式的可热膨胀的微球的可热膨胀材料)可以施涂于外壁104的内表面306。该隔热材料216可以作为全涂层、膜或在膨胀之前本质上并不改变外壁104的厚度的形状施涂。将隔热材料216施涂于外壁104的内部也可以保持外壁104的外表面的可印刷性。如果该外壁104上的隔热材料216与例如标准纸杯进行组装，那么其可以保持该杯子的细长外形。可替代地，该可热膨胀的材料可以在制备过程中在作为包裹组装之前通过微波活化以加速膨胀。这样确保了该可膨胀的粘合剂/涂料在制备过程中是膨胀的并在制备之后和使用之前提供额外的硬度和强度。
[0043]图4是用于制备包装基底材料的机器系统400的实例的视图，该包装基底材料随后能够用于制备容器(例如上面讨论的容器100)。例如但不限于，该机器系统400可以是传送装置型的机器系统，具有多个阶段，例如由Asitrade AG, Grenchen, Switzerland制造的Asitrademicroflute层压机，其仅作为一个实例引用。其他类型的印刷机、涂覆机和层压机也能够用于制备类似的单层和多层基底材料。图4提供了方法的三个平行视图:机械视图A ;以该片状材料可以运行通过该机器的方式的视图B、得到的制备的产品的横截面视图C。该机器系统400纵向可以在相当长的长度上延伸，且沿其长度可以包括多个工作站。组装到包装材料或基底中的该片状材料从右向左沿该机器运行，如图4中显示。
[0044]该机器系统400可以使用第一片状材料402，该第一片状材料402可以作为卷状物或幅面大批提供。可以将该第一片状材料402供给到该机器系统400中并通过基于轮的、基于皮带(belt)的或其他传送系统通过该方法的多个步骤。图4示例了使用基于轮的系统；例如传送带(图12-13中的1213)可以通过轮406和一系列皮带向前移动。可替代地或另外地，如图4中所示，该机器系统400可以使用可以预印刷过的片状材料。不同的机器系统可以使用特定包装(尤其例如杯子、容器、板、泡壳、盘子、袋子或饮料容器瓶)的冲切坯体，在饮料容器瓶的情况中，该片状材料402能够为坯体。
[0045]该第一片状材料402可以由通常平坦的材料构成，该材料具有一定的刚性且能够弯曲或刻划以便于沿设定线弯曲。例如，该片状材料402可以是单面内衬纸， 例如但不限于牛皮纸、涂有粘土的新闻板、白色顶部的内衬、容器板、实心漂白硫酸盐(SBS)板或其他材料。可以对该材料进行处理，例如提供提高的耐水或流体性，且可以在该材料的选定部分上具有印刷。可替代地或另外地，该片状材料402可以由纸、纸板、再生纸、再生纸板、波纹纸板、粗纸板、胶合板、金属化纸、塑料、聚合物、纤维、前述的复合物、混合物或组合等构成。该第一片状材料402可以由可循环利用的材料构成或者可以是可分解的、可生物降解的或其组合。
[0046]该第一片状材料402可以通过辊筒408传送到第一工作站420。该第一工作站420可以是波纹化或涂覆或印刷站。该第一工作站420也可以包括波纹辊。该波纹辊可以使该第一片状材料402或其他介质纸成型为一系列波纹或凹槽。可替代地，单层或单片基底可以直接作为第一片状材料402或纸介质通过而不进行波纹化。
[0047]该第一工作站420也可以包括施涂器，其可以将固定材料(securing material)施涂到第一片状材料402的一侧(即槽顶)或其他介质纸的该侧。例如，该施涂器可以具有包含固定材料(例如粘合剂)的料槽和可能具有计量工具的涂料辊施涂器(例如杆或辊筒)。该料槽可以位于该波纹辊的附近使得该粘合剂被施涂到该波纹辊产生的波浪或凹槽的顶端。另外地或可替代地，该固定材料可以通过喷雾、刷涂、喷嘴挤出或其他方式施涂。例如，施涂器可以通过将固定材料喷涂到第一片状(或其他介质纸)材料402的一侧上而对其进行施涂。来自施涂器的喷雾可以是持续的或间断的，且可以产生固定材料的虚线、条纹、点或椭圆形。可以通过运动施涂器或通过将第一片状材料402相对于喷雾器移动而应用设计和图案。
[0048]该固定材料例如可以是粘合剂、隔热材料216或其他材料或涂料，例如具有固定或粘结性质的那些。各种可膨胀的隔热材料216之前已经详细讨论过。进一步地，该固定材料可以是热熔性或非热熔性粘合剂或冷凝性粘合剂，例如热熔性粘合剂、基于淀粉的粘合剂、天然聚合物粘合剂、基于纤维素的粘合剂、胶、热熔胶、聚合物粘结剂、合成材料、泡沫体等。
[0049]该固定材料可以从管线422运送给施涂器，这可以发生在调节和制备站432处。该微球或其他可膨胀隔热材料可以与淀粉、粘结剂或其他添加剂材料在该调节和制备站432处预混合再运送给第一工作站420的施涂器。
[0050]在一些实施方案中，该施涂器可以将可热膨胀的涂料的图案施涂到第一片状材料或其他纸介质(此处称作单层片材)上，然后用微波加热器将其加热以造成该可热膨胀的涂料膨胀。然后可以将这种经涂覆和图案化的单层片材送去处理成具有该图案化的涂层的最终产品。
[0051]在另一实施方案中，也可以通过例如将第二片状材料404压制到第一片状材料402上，将该第一片状材料402与第二片材404结合。可以通过双层片状材料426 (例如图4C中所示的单面凹槽片材)中得到的固定材料将第二片状材料404固定到第一片状材料402上。可替代地或另外地，该层压材料426可以是之前讨论的不同基底材料的平坦的双层层压物。
[0052]然后可以使该双层片状材料426经过工业微波加热器427，其可以建造在第一工作站420之后的传送带附近，以对该双层片材施加微波(图12)。
[0053]优选水分从在调节和制备站432中制备的混合物中保留在该可热膨胀张的隔热材料216内。该水分容易吸收从微波加热器427发射的微波功率，由此快速加热，造成该施涂器施涂的粘合剂/涂料的隔热材料216在适当的处理条件(例如温度、压力和时间)膨胀。
[0054]该微波加热器427优选是在约915MHz或约2.45GHz处或附近或在一些其他可接受的频率处操作的平板型的。该微波加热器427也可以是管式或其他类型的包括微波施加器的微波加热器。这些类型的工业微波加热器可以用于干燥包含吸收微波场中的电磁能的极性分子的含水混合物或产物，导致水的加热和干燥，并有时导致对产品的煮制。如果是平板式的，该微波加热器427可以包括在微波导波器或通道的两个板之间的窄的开放狭槽用于使纸幅或其他基底通过，如图12-13中所见。如果该微波加热器是管状的，具有管状或圆形横截面的产品能够传递通过适合构造的加热器的微波施加器。该微波加热器427不仅可以干燥该纸幅或基底，而且还可以活化和膨胀该纸层之间或其上预施涂的可膨胀材料。
[0055]该微波加热器可以以不同方式设计或经配置以在制造方法过程中的不同位置点处加热该基底材料中或产品中的可热膨胀涂料和粘合剂，如参照图11示例和讨论的那样。
[0056]该微波加热器427可以加热包含可热膨胀材料(例如微球)的基底或产品的温度可以在100-500° F范围内。该温度可以根据所用微球的类型和加热的该材料基底和粘合剂的厚度以很大程度变化。例如，一些常用的微球被加热到在200-350° F范围的温度。
[0057]该双层材料片材426可以离开该机器系统400并进行其他处理(例如冲切、印刷、调节、弯曲等)以得到最终产品。可替代地，该双层片状材料426可以进一步由以下所述的机器系统400加工。注意该微波加热器427可以可替代地沿该机器系统400下游进一步处理的工作站来定位。例如，可以在该工艺中后面的阶段施涂可膨胀粘合剂或涂料，该微波加热器427可以位于其后的一些位置点处以膨胀该粘合剂/涂料，如后面所讨论的那样。因此该微波加热器427的位置并不关键，但为了容易连接该机器系统400的部件的原因一些位置可能更好，或者在一些位置可以更好地施加该制造和产品制备工艺的其他步骤。
[0058]可以将该双层材料片426传送到第二工作站430。该第二工作站430可以包括施涂器，其可以将固定材料施涂到该双层片材426的一侧。例如，该施涂器可以将固定材料施涂到该双层片材426的第二片状材料404侧，其可以是该双层片材426的内衬侧。可替代地或另外地，该施涂器可以将固定材料施涂到该双层片材426的第一片状材料402侧。该固定材料可以是或包括可膨胀的粘合剂或隔热涂层。例如，该固定材料可以是粘合剂，例如热熔性粘合剂、基于淀粉的粘合剂、天然聚合物粘合剂、基于纤维素的粘合剂、胶、热熔胶、冷凝性胶、粘合剂、合成材料、聚合物粘结剂、泡沫体等。
[0059]该固定材料可以通过喷涂、刷涂或其他方式施涂。例如，该施涂器可以具有包含固定材料的料槽和计量工具。该料槽可以位于将纸供给到第二工作站430的辊附近以将该固定材料施涂到有波纹辊产生的波纹或凹槽的顶端。作为第二种实例，施涂器可以通过将固定材料喷涂到第一片状材料402、第二片状材料404或二者的一侧上而施涂固定材料。来自施涂器的喷涂可以是连续的或间歇的，且可以产生固定材料的虚线、条纹、点或椭圆。可以通过移动施涂器或通过将第一片状材料402相对于喷涂器移动而施涂设计和图案。
[0060]该双层片状材料426可以与第三片状材料(其例如可以是第二内衬)结合，例如通过将第三片状材料434压制到双层片材426上，产生三层片状材料434。
[0061]该三层片状材料434可以由通常平坦的材料构成，其具有一定的刚性且能够弯曲或刻划以帮助沿设定的线弯曲。例如，该三层片状材料434可以是单面内衬纸，例如但不限于牛皮纸。可以处理该材料，例如提供增大的耐水或流体性，且可以在该材料的选定部分上进行印刷。可替代地或另外地，该第三片状材料434可以由波纹纸板、硬纸板、SBS、金属化纸、塑料、聚合物、纤维、前述的复合物、混合物或组合物等构成。第三片状材料434可以由可循环利用的材料制成，或者可以是可分解的、可生物降解的或这些的组合。
[0062]该第二工作站430可以是印刷机、涂覆机或层压机。该多层片材(例如三层片状材料434)的层可以提高所得到的包装材料的结构整体性和外观。该微波加热器427可以可替代地位于第二工作站430处或其附近以用微波能辐射通过第二个工作站430 (例如在层压过程中)的该多层片材。然后该微波加热器427可以快速加热该作为固定材料施涂到多层片材上的包含可热膨胀组分(例如微球)的粘合剂或涂料并由此使其膨胀。离开第二工作站430的该多层片状材料可以进一步调节、切割或冲切并堆叠以运输，如将参照图11将更详细讨论的那样。然后可以将该多层片状材料成形为容器100。
[0063]已经使用普通办公室微波炉和试验平板工业微波加热器进行了几个实验室可行性试验。使用E-凹槽单面波纹板和F-凹槽单壁波纹板作为这些试验中的基底。来自这些试验的结果证实了活化和膨胀夹在介质和内衬之间的可热膨胀粘合剂和涂料的可行性。该试验还显示了干燥的增强和蒸汽能量消耗的减少。该试验还揭示了在微波施加器内部设计适合的微波能场对于实现该可热膨胀粘合剂和涂料的最佳膨胀效能并由此提高生产速度是有益的。
[0064]作为之前描述的预活化方法的一种实例，图5是真空传送装置500的侧视图，通过它坯体503可以以任意适合的图案被涂覆可热膨胀的材料。该真空传送装置500可以独立使用或集成到自动化制造系统的部分中。该真空传送装置500可以包括真空电机510，其以传送带513所需的运行方向旋转，该方向在图5中用实心黑箭头显示。
[00 65]空白或经印刷的坯体503可以是单层或多层片状材料，例如但不限于用上述机器系统400制备的片状材料，可以将其通过真空传送装置500。在一种实例中，该坯体503用于杯子中或双壁杯中。喷胶枪(或涂覆或印刷站)505或其他施涂器505可以施涂包含微胶囊化颗粒506的湿的可热膨胀的材料216。微波加热器427或其他热能来源提供能量以活化和膨胀该颗粒506，使该颗粒膨胀成膨胀颗粒508。该膨胀颗粒508可以在坯体503上形成特定所需高度的图案。该膨胀颗粒的高度可以在一定从程度上变化。
[0066]图5的真空电机510可用于帮助使该坯体503保持平坦以允许适当量的可热膨胀涂料以设计图案均匀施涂。为了满足该湿颗粒506的适当投放，驱动真空电机510的控制器可以密切控制真空电机的RPM。可替代地或另外地，可以控制喷胶枪或涂覆站505的开关，例如间歇式地将适当量的包含可热膨胀材料的颗粒以设计图案铺设到各相应的坯体上。
[0067]可以使用夯具或变尺寸装置(sizing device) 509(例如轮、块或压辊)将该膨胀颗粒508夯实到相对均一的预设高度。然后视觉检查或检测系统512可以检测膨胀颗粒508的质量，用于在进一步加工之前进行质量控制，例如通过双壁杯或容器成型机器。
[0068]图6是适配有一个或两个凸起带605的改性心轴600，在各凸起带605中具有真空孔601 (其中图6作为实例仅显示了一个凸起带)。该凸起带605可以适配在与图5中所示膨胀颗粒508的均一高度近似(或基本相等)的高度处。该凸起带605的高度约等于或略高于该膨胀颗粒508的高度以使得具有膨胀颗粒508的各坯体503光滑和恰当地包裹在该心轴600的周围上形成用于双壁杯的适当匹配的杯外包裹。
[0069]图7是具有可热膨胀材料216的图案化涂层715的外壁坯体703，其具有间隙723，心轴600的一个凸起带605可以定位为通过该间隙。以这种方式，该真空孔601仍可以对该坯体703的内部的光滑部分上产生足够的吸力，使用其保持该包裹在待传送的心轴周围的坯体703。在该坯体703成型为杯子的外包裹之后，在自动化工艺中将单壁杯放在成型的包裹内以制备双壁杯。
[0070]图8是使用例如参照图6描述的心轴600的真空传送装置800的透视图，该传送装置用于传送具有粘附在坯体内侧的热膨胀颗粒的坯体。该真空传送装置800可以接收来自图5的真空传送装置500的坯体503。该心轴600可以将其一个凸起带605定位在该坯体503的热膨胀颗粒的热膨胀图案715中的间隙723内，并将另一个凸起带605定位在该坯体503的包裹的接缝区域之下，例如在此处该坯体的边缘相遇在一起形成包裹。该凸起带的真空孔601帮助将该包裹保持在心轴600周围，使得可以将坯体503从真空传送装置800上取下并将坯体503传送通过该杯外包裹形成步骤。
[0071]在图5-8中所采取的步骤中，制造机器组件，其可操作以如下方式构造双壁杯:其中在构造该容器(双壁杯)之前首先使基底(坯体503)上的可热膨胀材料216膨胀，这在之前称作预活化方法。如现在将解释的那样，在后活化方法中，双壁杯也可以通过首先在机器组合方法中构造该杯子然后再膨胀该可热膨胀材料216内存在的可热膨胀微球以构造该隔热双壁杯来构造。
[0072]作为很多后活化方法的一种非限制实例，图9和10显示了杯成型机器900的透视图。该杯成型机器900可以包括一组喷胶枪505、滑车908、杆910和皮带912。该机器900也可以包括轮1001，其操作连接在杆910上并包括多个轮辐1010。该轮1001可以以与轮辐1010正切的方向旋转，同时在由杆910啮合时该杯心轴600上的杯子可以绕与该轮辐1010平行的轴旋转。心轴600可以连接到各轮辐1010的端部。在所示的实施方案中，双壁杯的内杯1020准备粘结到双壁杯的外包裹1022上(图10)。
[0073]随着拉动皮带912，滑车908以窄箭头的方向转动，使该杆910也转动，继而转动心轴600上的内杯1020。随着内杯1020旋转，喷胶枪505将可热膨胀材料216喷涂到内杯1020的内壁上。该物料施涂枪或喷嘴偏心以能使多个单独的粘合剂线216被施涂到内杯1020的外侧，线之间具有预设的间隔。杆910转动速度的转数/分(RPM)可以包括紧密容限，例如时间可以使得来自枪505的涂料适当间距并均匀分布:不太厚也不太薄。该轮1001随后可以旋转以重复作用下一轮辐的内杯1020，例如顺时针旋转(以粗箭头的方向)。然后可以将各个经涂覆的内杯1020插入紧接其后的外包裹中，由此形成双壁杯。
[0074]然后可以将形成的双壁杯运输、堆叠、装袋并放置在纸箱中，该纸箱将在台车上运输。如将参照图11解释的那样，除了在该杯子成形前之外，还在该杯子成形后的各个工作站处可以施加微波或其他热以对该可热膨胀材料216进行后活化。
[0075]图11是该包装产品容器制造方法的多个工作站的流程图1100，在该多个工作站处或在其间可以施加微波热一时作为基底层的一部分加入包装基底和/或容器中的可热膨胀微球(或其他可热膨胀微颗粒材料)膨胀。该制备方法包括在工作站之间传送包装基底或容器。将工作站按顺序编号并不意味着需要一定的顺序，除非在指明顺序的情况下。可以在该制造商组合方法过程中的多于一个工作站处对该基底或容器施加微波热，使得该可热膨胀材料可以在多于一个制造阶段过程中进行膨胀以实现该可热膨胀材料所需的最终膨胀程度。
[0076]除第一工作站1120之外，该机器系统400可以包括印刷工作站1125，其经配置用于印刷所用的基底以制备最终将组装以运输的容器。该印刷油墨可以包括可热膨胀的微胶囊化微颗粒。在印刷过程中或在印刷之后可以使用微波加热器427加热该片状材料和固定材料使得该印刷材料内的微球或其他可热膨胀化合物至少一定程度膨胀。
[0077]如参照图4讨论的那样，第二工作站430可以经配置以将涂料以任意图案施涂或层压到已经形成的包装基底材料上。该涂覆或层压方法可以包括施涂另外的片状材料层或涂覆/层压多层基底，以改善所得到的包装材料的结构整体性和外观。然后可以在随后的一些位置点处使用微波加热器427以加热在层压过程中施加的该片状材料和涂料以使该涂料和/或固定材料内的微球或其他可热膨胀化合物至少一定程度膨胀。
[0078]冲切站1140可以经配置以进行冲切(旋转冲切或平面冲切或二者)，其结果可以包括可以成形为最终产品的坯体1143。该坯体可以包括尤其是例如杯子、容器、板、泡壳、盘子、袋子或饮料容器把手的坯体1143。然后可以使用微波加热器427加热该坯体以使在该坯体1143的任何涂料、层压或固定材料内的微球或其他可热膨胀的化合物在尚未膨胀时进行至少一定程度的膨胀。
[0079]成形工作站1150可以经配置以由坯体1143形成最终产品1153。然后可以使用微波加热器427加热该最终产品1153以使在该最终产品1153的任何涂料、层压或固定材料内的微球或其他可热膨胀的化合物在尚未膨胀时进行至少一定程度的膨胀。
[0080]装箱工作站1160可以经配置以将该最终产品1153包装到运输纸箱(例如常规开槽纸箱)中。该装箱工作站1160的输出物包括装满最终产品1153的堆叠的纸箱1163。在装箱工艺过程中或在将其堆叠之后可以使用微波加热器1127加热整个该运输纸箱1163以使装在运输纸箱1163中的该最终产品1153的任何涂料、层压或固定材料内的微球或其他可热膨胀的化合物在尚未膨胀时进行至少一定程度的膨胀。
[0081]在容器是杯子或容器的情况下，可以将其传送通过作为成形工作站1150的一部分的管道。微波加热器427可以定向为约该杯子或容器行进通过其的该管道的一部分以在尚未膨胀的情况下在将该杯子或容器通过该管道输送以装箱和码垛堆积(palletizing)的途中加热该可热膨胀材料。
[0082]码垛堆积工作站1170可以经配置以将该堆叠的产品容器的纸箱接收到台车上。可以使用微波加热器427加热堆叠的纸箱或容器的台车以使装在纸箱中的单个的产品内的微球或其他可热膨胀化合物在尚未膨胀时至少一定程度膨胀，但每次针对整个台车。然后将该台车装载到卡车上以在运输工作站1290运输。
[0083]图12-15包括可用于该微波加热器427的微波施加导波器的各个示意图。该微波加热器427可以安装在将该纸板、片状材料或其他基底传送通过该机器系统400的一个或多个传送带1213的周围。该微波加热器427可以是平板型的，具有狭槽1405，该幅面、片材或坯体材料通过该狭槽。图14显示了垂直于加工方向的侧视图，而图15显示了该微波加热器427的前视图或加工方向视图。该微波加热器427可以包括多个微波波导通道，其连接在一起以提供增大的表面积，使用其将微波能施加给该片状材料。图12-15中显示的微波加热器427的尺寸仅是示例性的，并不表示限制。当对于427使用管式微波施加器时，该管式施加器的横截面通常为圆形，且存在开口通过该施加器以容许产品通过。
[0084]图16是在一种方法中用于制备多层片状材料的方法的实例的流程图，该方法包 括微波加热多层片状材料以加速可热膨胀的粘合剂或涂料的膨胀。图17中的虚线表示可以绕过该方法的一个或多个步骤的可选途径。在框1600处，第一片状材料可以被装入机器系统400中，且其可以是波纹状的。在框1610处，可以将固定材料施涂到第一片状材料的一侧。该固定材料可以是可热膨胀的粘合剂或涂料，其可以包括淀粉和微球或一些其他组成。在框1620处，可以将第二片状材料施涂到第一片状材料上。如果这种双层片状材料具有包括可热膨胀涂料的固定材料，那么该双层片状材料可以在框1630处用微波能加热以使该可热膨胀粘合剂/涂料膨胀。在框1640处，可以传送该双层片状材料以加工成最终产品，例如通过印刷、冲切、从坯体上取下和/或被组装。
[0085]在框1650处，可以将第二固定材料施涂到该双层片状材料的一侧。该第二固定材料可以是可热膨胀的粘合剂或涂料，其可以包括淀粉和微球和/或一些其他适合的组成。在该步骤之后，该多层片状材料可以向前跳过一些步骤，在不首先施涂第三片层材料的情况下就进行加热和/或层压。否则，在框1660时，将第三片状材料施加到第一或第二片状材料的暴露侧。在框1670处，如果第二固定材料是可热膨胀的粘合剂或涂料，那么可以用微波能加热该多层片状材料以使该可热膨胀的粘合剂或涂料膨胀。在框1680处，可以将该多层片状材料层压。即，如果已经将第一、第二和第三片状材料施加在一起，那么可以在框1680处可以将该第一、第二和第三片状材料层压在一起。在框1640处，然后可以将该多层片状材料或基底加工成最终产物，其可以包括印刷、冲切、除去坯体和/或被组装。另外地或可替代地，可以在任意这些多个阶段(或工作站)(包括但不限于印刷、涂覆和/或层压、冲切、成形、装箱RSC和做准备纸箱或容器的台车用于运输)处对该多层片状材料或基底施加微波。
[0086]例如，可以将所得到的多层片状材料进一步加工，例如通过对片状材料施加包装坯体并随后将该包装坯体除去并将坯体组装成最终产物(框1640)。该方法的最终产物(其可以是例如杯子、容器把手、容器套筒、泡壳、盘子等)可以由一种或多种前述材料的一个或多个层构成。在使用多层材料时，可以将其结合(例如但不限于层压、胶合或以其他方式固定)在一起以提高强度。
[0087]如上所述，隔热材料216的使用可以帮助降低在保持层压基底的体积并为消费者提供刚性更高的感觉的同时制备容器、套筒等所需的纸的厚度。该隔热材料216也可以提高该容器的隔热性质并帮助将饮料或食物根据应用保温或保冷更长时间。该基底可以由天然纤维、合成纤维或二者(例如具有或不具有循环纤维的硬纸板、天然或漂白纸、或天然或漂白纸板)制成。此处公开的特征和方法共同为常规转化方法增加了显著的灵活性和通用性并拓宽了包装转化商可获得的选择以解决在供应链中基底供应的任何限制。例如，可以使用两张薄的内衬纸的层压物制备在薄纸之间具有膨胀粘合剂的体积更大的纸，其具有与更厚的纸板相同或更好的热绝缘性。热夹层外包裹能够由这种材料制成，其能够具有比纸板更大的柔性。作为另外的实例，可以由低规格的涂覆有聚合物的SBS板和涂覆有粘土的新闻纸板以及二者之间的可膨胀粘合剂制成复合材料。作为另一实例，可以制造用于热或冷流体的饮料杯以包括两个不同的低规格纸板以及二者之间的可膨胀粘合剂的层压材料。该可膨胀粘合剂能够在层压过程中、在杯子成形之前或之后活化。该可膨胀粘合剂也能够以图案施加以实现局部膨胀并由此实现局部的刚性和绝缘改进。
[0088]尽管已经描述了本发明的多种实施方案，但很多更多的实施方案、变型和实施方式在本发明的范围内也是可行的，这对本领域普通技术人员将是显而易见的。例如，除非有所指明，附图中显示的或下面权利要求中反映的方法的步骤确实需要特定的执行顺序将其呈现。所公开的步骤作为实例列出使得可以执行另外的或不同的步骤，或者该步骤可以以不同的顺序执行。
【主权项】
1.一种制备方法，包括: 将坯体放置在传送装置系统上； 随着该真空传送装置系统的皮带将该坯体移动到施涂器下方，将可热膨胀的颗粒以图案形式施涂于该坯体上； 用微波加热器加热该颗粒以使该颗粒膨胀；并将该坯体沿该传送装置系统输送到产品成型机，该产品成型机用该坯体组装产品。2.权利要求1的方法，进一步包括: 在将该坯体输送到产品成型机之前，将该经膨胀的颗粒通过变尺寸装置夯实到均一的高度。3.权利要求1的方法，其中施涂该颗粒进一步包括在施涂的颗粒的图案中留下间隙，该间隙经配置以对应于心轴的凸起带，该心轴以真空从施加颗粒一侧吸住该坯体，从而将该坯体在该产品成型机器内移动。4.权利要求3的方法，进一步包括: 控制该真空传送装置系统的皮带速度以将该颗粒以该图案均匀施涂到各个坯体上。5.权利要求1的方法，其中该坯体包括外包裹，且该产品包括双壁杯。6.坯体移动装置，包括: 截头圆锥形心轴；和 在该截头圆锥形心轴的一侧上形成的凸起带，该凸起带包括适于用真空吸力吸住坯体的一侧的真空孔，所述坯体的该侧包括膨胀的微胶囊化颗粒的施涂图案。7.权利要求6的坯体移动装置，其中该凸起带经配置以与在所述坯体的该侧的膨胀的微胶囊化颗粒的施涂图案中留下的间隙相匹配。8.权利要求6的坯体移动装置，其中该凸起带在该截头圆锥形心轴的表面之上的高度包括至少约该膨胀的微胶囊化颗粒的高度。9.权利要求6的坯体移动装置，其中该凸起带包括第一带，进一步包括: 在该截头圆锥形心轴的该侧的另一位置形成的第二带，其用于对准该坯体的外边缘的接缝。10.制造在内壁和外壁之间具有可热膨胀材料的双壁杯的方法，包括: 为双壁杯形成外包裹； 形成内杯； 用施涂器将粘合剂施涂到该内层的外表面上，该粘合剂具有微胶囊化的可热膨胀颗粒； 在杯子成型机器内传送该内杯并将其插入该外包裹中；和 用微波加热器加热该双壁杯以使该粘合剂中的颗粒膨胀。11.权利要求10的方法，其中该粘合剂包括涂料。12.权利要求10的方法，进一步包括: 将该双壁杯通过管道传送，经过微波加热器以膨胀该颗粒并随后将其堆叠准备用于装袋。13.权利要求12的方法，其中该在与其他双壁杯堆叠的同时用微波加热器加热该双壁杯。14.权利要求12的方法，进一步包括: 将双壁杯包装在纸箱中，其中用微波加热器加热各纸箱以活化和膨胀该双壁杯中的可热膨胀粘合剂。15.权利要求14的方法，进一步包括: 将具有可热膨胀粘合剂的该双壁杯的纸箱堆叠到台车上，其中用微波加热器活化和膨胀该杯中的粘合剂。16.权利要求10的方法，进一步包括: 转动心轴经过该施涂器以便于将粘合剂施涂到该内层的外表面上；和 控制转动的速度以均匀施涂该粘合剂。17.权利要求10的方法，其中该微波加热器选自由用于辐射单一杯子流或一堆杯子的管式、平板式和非管式微波施加器构成的不同类型的工业微波加热器的组。18.用于制造包装基底材料和容器的方法，包括: 将至少第一和第二片状材料通入传送装置型机器系统中； 由该第一和第二片状材料以及由位于第一和第二片状材料之间的包含微胶囊化的可热膨胀颗粒的粘合剂形成基底； 由该基底形成包装容器； 传送该待运输的包装容器；和 在该通入、形成和传送过程中的一些位置点用微波加热器加热该粘合剂以膨胀该微胶囊化的可热膨胀颗粒，其中在选自由印刷、涂覆或层压、冲切、成形、堆叠、装箱和码垛堆积构成的组的一个或多个工作站处或在其之间使用该微波加热器。19.权利要求18的方法，其中该微波加热器包括围绕该基底经过的或该包装容器经过的空间的微波施加器。20.权利要求18的方法，进一步包括处理该基底，包括: 用包括所述微胶囊化的可热膨胀颗粒的材料在该多层基底上涂覆或印刷； 冲切该多层基底以制备坯体；和 由该坯体形成该包装容器。21.权利要求20的方法，其中该包装容器选自由以下构成的组:折叠纸箱容器、热和冷杯、泡壳、凹槽套筒、袋子和箱子。22.权利要求20的方法，进一步包括: 在印刷之后冲切之前层压该多层基底。
【专利摘要】由两个片状材料的层和层间的膨胀热绝缘件可以制备包装容器(例如杯子)或保护包裹。该热绝缘件可以由微胶囊化的可热膨胀的颗粒制成，该颗粒是在处理基底、构造、运输或包装该容器的过程中的一些位置点用微波加热器膨胀的。该颗粒可以施涂于由冲切形成的坯体、通过加热膨胀、然后进行夯实。该坯体可以是双壁杯的包裹，通过将内杯放置并粘附到该包裹上而形成。可替代地，将包含该颗粒的粘合剂施涂于内杯，该内杯可以粘附到包裹上以完成双壁杯的制备。然后随着该杯子被运输、堆叠、装袋、袋装箱和箱堆叠和货运，在随后的工作站可以用微波加热器加热该杯子。
【IPC分类】B29C44/54, B29C33/18, B29C35/12, B29C44/34, B29C70/74, B65D81/03
【公开号】CN104903063
【申请号】CN201380047504
【发明人】T.Z.富, M.R.库克, E.R.埃利斯
【申请人】Lbp制造股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年7月17日
【公告号】CA2879732A1, EP2874792A2, WO2014015060A2, WO2014015060A3
【专利说明】
【背景技术】
[0001]消费者经常购买在由包装基底制成的容器中的现成(ready made)产品，例如食物和饮料以及其他产品。热绝缘容器可以设计用于热或冷的液体或食物，例如热咖啡、冰茶、汉堡、三明治或比萨饼等。需要通过降低内容物通过该容器的热或冷传递使这些容器能够尽可能长地保持内部液体或食物的温度。
[0002]为了帮助将消费者的手与热饮料的热量之间进行隔绝或者将食物或饮料容器内部物质的适宜温度保持较长时间，发明人已经开发了可热膨胀的粘合剂和涂料用于包装基底，例如用于多层微槽板、纸或纸板。这种可膨胀的粘合剂和涂料一旦加热超过一定的温度范围就会膨胀。
【附图说明】
[0003]图1是组装的具有外壁的杯子的透视图。
[0004]图2是双壁杯的侧切图。
[0005]图3是具有杯子的套筒的横截面图。
[0006]图4是用于制备包装材料或容器基底的机器系统的实例的侧视图。
[0007]图5是真空传送装置的侧视图，通过该真空传送装置可以对粘附有可热膨胀颗粒的还体(blanks)进行处理。
[0008]图6是适配有包括真空孔的凸起带的改进心轴。
[0009]图7是具有可热膨胀材料的图案化涂料的外壁坯体(或包裹)的实例，其具有间隙，图6的心轴的凸起带可以位于该间隙中。
[0010]图8是真空管式传送装置的透视图，使用图6的心轴以运送在内侧上包括热膨胀的颗粒的包裹。
[0011]图9是杯子成型机的透视图，显示了将可热膨胀的材料施涂于内杯的外表面。
[0012]图10是图9的杯子成型机的透视图，显示了将该经覆盖的内杯插入外杯坯体(或包裹)以构造双壁杯。
[0013]图11是用于制备包装产品的制备过程的多个工作站或位置点的流程图，其中可以在这些位置点处或这些位置点之间施加微波热以使可加入包装基底和/或产品的基底层内或基底层上的热膨胀的粘合剂或涂料膨胀。
[0014]图12是在位于传送带(conveyor belt)上时的工业微波加热器装置的实例的透视示意图。
[0015]图13是图12的微波加热器装置的顶视平面示意图。
[0016]图14是图12的工业微波加热器装置的侧视平面示意图。
[0017]图15是图12的工业微波加热器装置的前视横截面示意图。
[0018]图16是用于在一种方法中制备多层片材的方法的实例的流程图，该方法包括微波加热该多层片材以加速可热膨胀的粘合剂或涂料的膨胀。
[0019]发明详述
[0020]公开了用于使用微波能加热、活化和膨胀可热膨胀的粘合剂和涂料的方法，该粘合剂和涂料能够位于基底材料上和/或基底材料内(该基底材料随后用于被转化为产品)或在其制备方法过程中直接位于包装产品上或包装产品内。该基底材料能够是卷状物、片材或坯体形式的单层或多层材料，由例如纸、纸板、铜版纸、凹槽板材料、塑料膜、织造材料、纺织品、无纺材料和/或金属化基底或这些材料的任意组合构成。
[0021]该多层片材或卷幅基底能够通过热膨胀粘合剂和涂料粘结在一起。该产品能够是多种包装或非包装产品，例如但不限于双壁纸热杯、纸袋、泡壳(clamshells，泡壳包装，指产品是塑胶壳包装的)、热杯隔热套筒、取出式折叠盒和箱。该方法可以包括在该产品制成后或在该产品包装在运输容器中之后或在将该容器装载到台车上之后加热由该材料制成的包装产品。微波加热器使用微波能使该可热膨胀的粘合剂和涂料活化，使该可热膨胀的粘合剂和涂料高效膨胀。该粘合剂或涂料的膨胀能够帮助提高层压或涂覆材料的热绝缘性和刚性，这有助于将该材料转化为包装或容器，并提高容器内部的流体和固体的隔热性。该粘合剂或涂料的膨胀还能够通过在保持层压和涂覆材料所需的热绝缘性和刚性的同时允许使用较少的材料而帮助减少包装材料。
[0022]能够将上述方法自动化以使在基底材料上或基底材料中的该可热膨胀的粘合剂和涂料活化和膨胀(也称作“预活化”)或者在产品形成之后在产品上或产品中的该可热膨胀的粘合剂和涂料活化和膨胀(称作“后活化”)。该可热膨胀的粘合剂或涂料可以用包含可热膨胀的微胶囊化的颗粒(例如微球或微管或其他形状)和其他组分(例如淀粉或其他天然或合成粘合剂和特定应用所需的其他粘合剂)的组合物配制。例如，可以将该可热膨胀的粘合剂或涂料制备在以下中的一种或其组合中:粘性改性剂、湿度改性剂、消泡剂、分散剂、防霉剂和盐。微胶囊化的颗粒的一些实例包括: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]可以在该制备方法中在该可热膨胀的粘合剂或涂料施涂之后的任意各个位置点处用微波加热器加热该材料。可以将多层片状材料与前述适合的材料的任意组合进行层压并传送到最终处理，例如传送以进行印刷、冲切、成形和/或以其他方式组装成产品容器。
[0024]可以在这些制备位置点或阶段中的任意或其组合处(例如遵循该制备方法在多个工作站处或多个工作站之间)用微波加热器将热量施加给该材料。例如，可以在层叠或层压的同时、在已经施涂了该可热膨胀的粘合剂或涂料之后将微波热施加给基底。进一步地，可以在产品容器成形之后(例如在将该产品传送到用于将产品包装到运输容器中的工作站的过程中)将微波热施加给包含未膨胀的微球的单独的产品容器。
[0025]可替代地或另外地，微波热可以通过运输容器(例如将多个产品包装在其中的常规槽形纸箱)施加。另外，微波热可以通过多个运输容器堆叠在其上的负载台车施加。加入该产品的基底内或层叠在该基底上的该可热膨胀的粘合剂或涂料可以直到运输之前在该制备方法的这些后期阶段时施加微波热时才进行膨胀(或者才完全膨胀)。
[0026]包装容器可以由隔热材料构成和/或用隔热材料进行隔热。该隔热材料可以由包含可热膨胀的粘合剂或涂料的多层层压基底或经涂覆的基底构成。该可热膨胀的粘合剂或涂料可以在由该多层基底形成包装容器之前或之后通过施加微波热而膨胀。除微波热之夕卜，也可以施加其他热和热能的源，例如热空气或红外(IR)。
[0027]该可热膨胀的粘合剂或涂料可以施加到该容器上或容器材料内或容器层之间，或者可以施加到容器的外壁或这些的组合。该包含可热膨胀的粘合剂或涂料的隔热材料可以在到达最终用户之前(例如在制备该容器和/或容器护套时)膨胀，和/或该隔热材料可以仅在最终用户处以及仅响应于例如该容器内供应的热饮料或食物的一定水平的温度而膨胀。该膨胀的隔热材料可以用于帮助该容器和/或容器套筒的隔热性能和/或为该容器和/或容器套筒提高刚性，且能够帮助降低该容器和/或容器套筒的该材料组件的厚度。
[0028]用于制备该包装、容器和/或容器套筒的片状材料可以在自动化组装线工艺中的传送装置式的机器系统上制备，其一种实例后面将更详细地讨论。该可热膨胀的粘合剂或涂层可以通过很多常规施涂方法施涂，例如非接触式喷雾和/或接触式杆、辊、喷嘴或狭缝挤出、铺和刷涂方法或其他方法施涂到片状材料上，例如但不限于在将内衬层压到其上之前施涂到波纹状介质上。由此该可热膨胀的粘合剂或涂料在该制备方法过程中膨胀之前可以位于一些种类的片状材料的两层之间。当该隔热材料是涂料时，在热膨胀之前，该隔热材料可以施涂到单层(或单一)片材上或施涂到多层片材的外表面或内部。其他实施方案同样可行，如随后讨论的，例如在形成多层基底之后或者在产品成型之后或在将该容器从仓库运输之前施加微波热以在该制备方法过程中或在该制备方法之后的一些其他位置点处使该可膨胀的粘合剂或涂料膨胀。
[0029]在一些实施方案中，该可热膨胀的粘合剂/涂料在传送装置型的机器组合方法过程中被加热使得该膨胀在该容器制备时发生。使用常规机器系统，常见的热源来自热空气和/或红外(IR)。在生产速度(例如150英尺/分钟(fpm) -600fpm)下，仅在机器系统上在线安装的常规加热方法(例如热空气炉和/或红外加热器)有时不足以充分活化可热膨胀的微胶囊化的颗粒一一如添加到该可热膨胀的粘合剂或涂料中的微球或微管。这部分是由于空间和热功率限制以及这些方法主要基于对被加热材料从外到内的传导、对流和辐射传热的加热机制所致的。因此使用这些传统加热源，显示出热能传递方式的技术问题，这导致该可热膨胀的微颗粒低效和受限的膨胀。例如，该涂层的外部部分可能首先干燥和固化，显著限制了该可膨胀的微颗粒的膨胀。
[0030]在本发明中提出从工业微波加热器施加微波能，该工业微波加热器适于在该方法过程中将微波能施加至通过其的包含该可膨胀的粘合剂或涂料的基底材料或包装产品的整个上。因此，该来自微波加热器的微波能够渗透到该基底内部的该可热膨胀的粘合剂或涂料并为其提供能量，使其与由传导、对流或表面辐射加热将会实现的相比，更均匀、大容积地(volumerically)和快速地加热。这是由于在较短时间内对该可热膨胀的粘合剂/涂料的容积微波加热所致。例如，在微球位于其中的混合物暴露于强力微波能被快速加热时，混合 到该粘合剂/涂料中的可热膨胀的微球可以快速膨胀。
[0031]该可热膨胀的粘合剂或涂料可以包含可热膨胀的微胶囊化的微颗粒，例如来自多个不同来源的微球或微管。非限制实例包括商品(例如之前讨论的Dualite、MicroPearl和Expancel)和可用于配制可膨胀材料的可热膨胀的微管。
[0032]该可热膨胀的粘合剂/涂料可以包括基于淀粉的胶；可以是基于合成或天然材料(例如聚丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、淀粉、聚乳酸和其他材料)的；且可以施涂到很多不同基底材料(例如纸、纸板、波纹板、塑料膜、金属化膜、纺织品、织造或无纺材料和其他用于制备层压件或涂覆基底的材料)上。该可热膨胀的粘合剂或涂料也可以帮助减少材料、通过在保持包装产品中的体积和热绝缘性能的同时减少材料而减少包装不利的环境影响。这些经层压或涂覆的基底继而能够转化为很多有用的食物和非食物包装产品，例如但不限于折叠纸箱容器、热和冷杯、箱子、纸泡壳、凹槽套筒、微槽泡壳、E-凹槽盒、袋和盒中袋以及其他包装产品(统称作容器)。与通常可获得的和由现有材料供应商提供的那些相比，该具有膨胀材料的多层材料为一些人提供了扩展对不同基底的尺寸和基重的选择的更大的灵活性。
[0033]这些可热膨胀的粘合剂/涂料能够在常规波纹层压器、印刷机、涂覆器、涂料施涂器或其他施涂方法中施涂，并借助于工业微波加热器膨胀以有效快速膨胀。该可热膨胀的涂料能够全覆盖地或以任意实际设计的图案施涂到纸基底上，随后用微波加热器膨胀以在该涂层中产生具有不同最终使用优点的蜂窝状或发泡结构，下面将会解释其中的一些优点。
[0034]图1示例了容器100，例如杯子，其具有内壁102和外壁104。用于外壁104的坯体可以是容器套筒或用于该容器100本体的侧壁包裹的形式。该内壁102能够由层压板形成，在其外表面上具有可膨胀的隔热材料。该隔热材料也能够位于内壁102和外壁104之间。当涂覆有该隔热材料的内壁102包括足够的体积和隔热性质时，可以不需要外壁104。
[0035]该容器100并不限于杯子，可以为任意其他容器，包括但不限于散装咖啡容器、汤筒、压制成型的容器、板、套筒(例如单面波纹状、双面波纹状、非波纹状的纸板等)、折叠纸箱、盘子、碗、泡壳、袋和具有或不具有盖子或套筒的其他容器。该容器100可以是是圆筒状杯或具有其他几何构造(包括锥形、矩形、正方形、椭圆形等)的容器。
[0036]该外壁104坯体并不限于波纹状冲切坯体，可以由任意类型的纸板、纸、箔片、膜、织物、泡沫体、塑料等构成。该外壁104可以由任意标称造纸原料制成，包括但不限于天然单面、白顶单面、顶部经涂布和漂白的单面、波纹、有凹槽的波纹的纸、纸板、白纸、再生纸、铜版纸、经涂布的纸板或这些材料的任意组合制成。该外壁104可以从容器100中除去或者该外壁104可以粘附到该容器100上。该外壁104例如可以通过将该外壁104坯体使用热粘合剂、冷胶和/或任意其他粘合或密封机构层压到容器上而粘附。可替代地或另外地，该外壁104坯体可以用隔热材料粘附。如果在制备过程中将外壁104附着到该杯子上，那么通过消除最终用户使用隔热套筒的需求可以有效提高这种附着。另外，与容器和单独的隔热套筒相比，该附着可以减少最终用户(例如储存一种物品，例如双壁或多壁容器)所需的储存空间的量。
[0037]图1并不必然按比例绘制。例如，该外壁104可以覆盖比图示更大或更小部分的该容器100的表面。例如，该外壁104可以提供全杯体覆盖。提高外壁104的表面积可以提供较大的隔热面积以及较大的印刷表面。尽管附图示例了杯子上的外壁104，但外壁104可以添加到任意其他容器(例如但不限于散装饮料容器、压制成型容器和汤筒)上。该外壁104可以添加到容器上作为包裹(图2和3)。
[0038]图2是容器100的侧切图，其可以是具有内壁102和外壁104的双壁杯或具有层压板(包括内壁102和外壁104)的单壁杯，在两个材料层(例如纸)之间具有可膨胀的隔热材料216。内壁102和外壁104之间的空间200可以部分或完全充满该可膨胀的隔热材料，其可以在从例如微波加热器施加热造成该隔热材料膨胀之后至少部分充满。该容器100可以适于保持热的或冷的液体以及固体材料(例如食物)。对于冷饮料或食物，该容器壁隔热性的提高将不仅帮助将该饮料和食物保冷足够长时间，而且还将帮助减少或消除在容器外壁上的水分冷凝。外壁104能够与内壁102在顶部和底部处连接以在其间提供封闭的间隙。
[0039]在该容器100成形之后在将其中添加的未膨胀的可热膨胀的微球(或其他成形试剂)热活化时，该隔热材料216可以膨胀。可替代地或另外地，该隔热材料216可以通过例如引入预膨胀的微球、空气或惰性气体、在隔热材料216的气穴中原位预膨胀。该隔热材料216可以通过例如微波或通过其他加热方法活化。该隔热材料216可以包括但不限于:包含可热膨胀的微球的水性涂料、粘合剂、基于淀粉的粘合剂、天然聚合物粘合剂、惰性气体发泡热熔体、合成材料、泡沫体涂料或这些或其他材料的任意组合。在一种实例中，该具有可热膨胀的微胶囊化微球的隔热材料216可以包括具有少量(例如1-10% )微球混合到该隔热材料216中的淀粉组合物。该隔热材料216可以是可生物降解的、可分解的(compostable)和/或可循环利用的。
[0040]根据不同配比，该隔热材料216可以在湿的或半干的或干的时候是可膨胀的。该隔热材料216可以包括任意合成或天然粘结材料，包括水基材料、高固含量或100%固体材料。固含量通常为该材料的20% -80%，更优选30% -60%。其他成分也可以添加到该粘结材料和/或隔热材料216中，包括但不限于:颜料或染料、无机或有机填料/增量剂、用于分散的表面活性剂、用于控制粘度以优化施涂的增稠剂或溶剂、发泡剂、添加剂例如蜡或助滑剂、增湿剂、用于增强微波能吸收的盐等。可替代地，隔热材料216可以是粘合剂。该隔热材料216可以具有几种性质，包括但不限于:用于为容器内部物质保热或保冷的热绝缘性；吸收冷凝水分和/或液体；一旦与热材料(例如150° F或更高的温度)接触可以膨胀；且可以保持惰性直至达到预设的活化温度。例如，该隔热材料216在约室温时将会保持惰性。该隔热材料216可以是再制浆的、可循环利用的和/或可生物降解的。
[0041]图3示例了图2中的外壁104(例如与容器100组装的套筒或包裹)的横截面。该图意于示例而非限制。该杯子可以被任意容器(例如压制成型的盘、汤筒或散装液体容器)替代。该外壁104可以具有内表面306和外表面304。隔热材料216可以施涂于内表面306、外表面304和/或内表面306和外表面304之间的表面302 (例如套筒的内壁)上。该内表面306和外表面304之间并不必然包含空间302。
[0042]隔热材料216 (例如具有未膨胀形式的可热膨胀的微球的可热膨胀材料)可以施涂于外壁104的内表面306。该隔热材料216可以作为全涂层、膜或在膨胀之前本质上并不改变外壁104的厚度的形状施涂。将隔热材料216施涂于外壁104的内部也可以保持外壁104的外表面的可印刷性。如果该外壁104上的隔热材料216与例如标准纸杯进行组装，那么其可以保持该杯子的细长外形。可替代地，该可热膨胀的材料可以在制备过程中在作为包裹组装之前通过微波活化以加速膨胀。这样确保了该可膨胀的粘合剂/涂料在制备过程中是膨胀的并在制备之后和使用之前提供额外的硬度和强度。
[0043]图4是用于制备包装基底材料的机器系统400的实例的视图，该包装基底材料随后能够用于制备容器(例如上面讨论的容器100)。例如但不限于，该机器系统400可以是传送装置型的机器系统，具有多个阶段，例如由Asitrade AG, Grenchen, Switzerland制造的Asitrademicroflute层压机，其仅作为一个实例引用。其他类型的印刷机、涂覆机和层压机也能够用于制备类似的单层和多层基底材料。图4提供了方法的三个平行视图:机械视图A ;以该片状材料可以运行通过该机器的方式的视图B、得到的制备的产品的横截面视图C。该机器系统400纵向可以在相当长的长度上延伸，且沿其长度可以包括多个工作站。组装到包装材料或基底中的该片状材料从右向左沿该机器运行，如图4中显示。
[0044]该机器系统400可以使用第一片状材料402，该第一片状材料402可以作为卷状物或幅面大批提供。可以将该第一片状材料402供给到该机器系统400中并通过基于轮的、基于皮带(belt)的或其他传送系统通过该方法的多个步骤。图4示例了使用基于轮的系统；例如传送带(图12-13中的1213)可以通过轮406和一系列皮带向前移动。可替代地或另外地，如图4中所示，该机器系统400可以使用可以预印刷过的片状材料。不同的机器系统可以使用特定包装(尤其例如杯子、容器、板、泡壳、盘子、袋子或饮料容器瓶)的冲切坯体，在饮料容器瓶的情况中，该片状材料402能够为坯体。
[0045]该第一片状材料402可以由通常平坦的材料构成，该材料具有一定的刚性且能够弯曲或刻划以便于沿设定线弯曲。例如，该片状材料402可以是单面内衬纸， 例如但不限于牛皮纸、涂有粘土的新闻板、白色顶部的内衬、容器板、实心漂白硫酸盐(SBS)板或其他材料。可以对该材料进行处理，例如提供提高的耐水或流体性，且可以在该材料的选定部分上具有印刷。可替代地或另外地，该片状材料402可以由纸、纸板、再生纸、再生纸板、波纹纸板、粗纸板、胶合板、金属化纸、塑料、聚合物、纤维、前述的复合物、混合物或组合等构成。该第一片状材料402可以由可循环利用的材料构成或者可以是可分解的、可生物降解的或其组合。
[0046]该第一片状材料402可以通过辊筒408传送到第一工作站420。该第一工作站420可以是波纹化或涂覆或印刷站。该第一工作站420也可以包括波纹辊。该波纹辊可以使该第一片状材料402或其他介质纸成型为一系列波纹或凹槽。可替代地，单层或单片基底可以直接作为第一片状材料402或纸介质通过而不进行波纹化。
[0047]该第一工作站420也可以包括施涂器，其可以将固定材料(securing material)施涂到第一片状材料402的一侧(即槽顶)或其他介质纸的该侧。例如，该施涂器可以具有包含固定材料(例如粘合剂)的料槽和可能具有计量工具的涂料辊施涂器(例如杆或辊筒)。该料槽可以位于该波纹辊的附近使得该粘合剂被施涂到该波纹辊产生的波浪或凹槽的顶端。另外地或可替代地，该固定材料可以通过喷雾、刷涂、喷嘴挤出或其他方式施涂。例如，施涂器可以通过将固定材料喷涂到第一片状(或其他介质纸)材料402的一侧上而对其进行施涂。来自施涂器的喷雾可以是持续的或间断的，且可以产生固定材料的虚线、条纹、点或椭圆形。可以通过运动施涂器或通过将第一片状材料402相对于喷雾器移动而应用设计和图案。
[0048]该固定材料例如可以是粘合剂、隔热材料216或其他材料或涂料，例如具有固定或粘结性质的那些。各种可膨胀的隔热材料216之前已经详细讨论过。进一步地，该固定材料可以是热熔性或非热熔性粘合剂或冷凝性粘合剂，例如热熔性粘合剂、基于淀粉的粘合剂、天然聚合物粘合剂、基于纤维素的粘合剂、胶、热熔胶、聚合物粘结剂、合成材料、泡沫体等。
[0049]该固定材料可以从管线422运送给施涂器，这可以发生在调节和制备站432处。该微球或其他可膨胀隔热材料可以与淀粉、粘结剂或其他添加剂材料在该调节和制备站432处预混合再运送给第一工作站420的施涂器。
[0050]在一些实施方案中，该施涂器可以将可热膨胀的涂料的图案施涂到第一片状材料或其他纸介质(此处称作单层片材)上，然后用微波加热器将其加热以造成该可热膨胀的涂料膨胀。然后可以将这种经涂覆和图案化的单层片材送去处理成具有该图案化的涂层的最终产品。
[0051]在另一实施方案中，也可以通过例如将第二片状材料404压制到第一片状材料402上，将该第一片状材料402与第二片材404结合。可以通过双层片状材料426 (例如图4C中所示的单面凹槽片材)中得到的固定材料将第二片状材料404固定到第一片状材料402上。可替代地或另外地，该层压材料426可以是之前讨论的不同基底材料的平坦的双层层压物。
[0052]然后可以使该双层片状材料426经过工业微波加热器427，其可以建造在第一工作站420之后的传送带附近，以对该双层片材施加微波(图12)。
[0053]优选水分从在调节和制备站432中制备的混合物中保留在该可热膨胀张的隔热材料216内。该水分容易吸收从微波加热器427发射的微波功率，由此快速加热，造成该施涂器施涂的粘合剂/涂料的隔热材料216在适当的处理条件(例如温度、压力和时间)膨胀。
[0054]该微波加热器427优选是在约915MHz或约2.45GHz处或附近或在一些其他可接受的频率处操作的平板型的。该微波加热器427也可以是管式或其他类型的包括微波施加器的微波加热器。这些类型的工业微波加热器可以用于干燥包含吸收微波场中的电磁能的极性分子的含水混合物或产物，导致水的加热和干燥，并有时导致对产品的煮制。如果是平板式的，该微波加热器427可以包括在微波导波器或通道的两个板之间的窄的开放狭槽用于使纸幅或其他基底通过，如图12-13中所见。如果该微波加热器是管状的，具有管状或圆形横截面的产品能够传递通过适合构造的加热器的微波施加器。该微波加热器427不仅可以干燥该纸幅或基底，而且还可以活化和膨胀该纸层之间或其上预施涂的可膨胀材料。
[0055]该微波加热器可以以不同方式设计或经配置以在制造方法过程中的不同位置点处加热该基底材料中或产品中的可热膨胀涂料和粘合剂，如参照图11示例和讨论的那样。
[0056]该微波加热器427可以加热包含可热膨胀材料(例如微球)的基底或产品的温度可以在100-500° F范围内。该温度可以根据所用微球的类型和加热的该材料基底和粘合剂的厚度以很大程度变化。例如，一些常用的微球被加热到在200-350° F范围的温度。
[0057]该双层材料片材426可以离开该机器系统400并进行其他处理(例如冲切、印刷、调节、弯曲等)以得到最终产品。可替代地，该双层片状材料426可以进一步由以下所述的机器系统400加工。注意该微波加热器427可以可替代地沿该机器系统400下游进一步处理的工作站来定位。例如，可以在该工艺中后面的阶段施涂可膨胀粘合剂或涂料，该微波加热器427可以位于其后的一些位置点处以膨胀该粘合剂/涂料，如后面所讨论的那样。因此该微波加热器427的位置并不关键，但为了容易连接该机器系统400的部件的原因一些位置可能更好，或者在一些位置可以更好地施加该制造和产品制备工艺的其他步骤。
[0058]可以将该双层材料片426传送到第二工作站430。该第二工作站430可以包括施涂器，其可以将固定材料施涂到该双层片材426的一侧。例如，该施涂器可以将固定材料施涂到该双层片材426的第二片状材料404侧，其可以是该双层片材426的内衬侧。可替代地或另外地，该施涂器可以将固定材料施涂到该双层片材426的第一片状材料402侧。该固定材料可以是或包括可膨胀的粘合剂或隔热涂层。例如，该固定材料可以是粘合剂，例如热熔性粘合剂、基于淀粉的粘合剂、天然聚合物粘合剂、基于纤维素的粘合剂、胶、热熔胶、冷凝性胶、粘合剂、合成材料、聚合物粘结剂、泡沫体等。
[0059]该固定材料可以通过喷涂、刷涂或其他方式施涂。例如，该施涂器可以具有包含固定材料的料槽和计量工具。该料槽可以位于将纸供给到第二工作站430的辊附近以将该固定材料施涂到有波纹辊产生的波纹或凹槽的顶端。作为第二种实例，施涂器可以通过将固定材料喷涂到第一片状材料402、第二片状材料404或二者的一侧上而施涂固定材料。来自施涂器的喷涂可以是连续的或间歇的，且可以产生固定材料的虚线、条纹、点或椭圆。可以通过移动施涂器或通过将第一片状材料402相对于喷涂器移动而施涂设计和图案。
[0060]该双层片状材料426可以与第三片状材料(其例如可以是第二内衬)结合，例如通过将第三片状材料434压制到双层片材426上，产生三层片状材料434。
[0061]该三层片状材料434可以由通常平坦的材料构成，其具有一定的刚性且能够弯曲或刻划以帮助沿设定的线弯曲。例如，该三层片状材料434可以是单面内衬纸，例如但不限于牛皮纸。可以处理该材料，例如提供增大的耐水或流体性，且可以在该材料的选定部分上进行印刷。可替代地或另外地，该第三片状材料434可以由波纹纸板、硬纸板、SBS、金属化纸、塑料、聚合物、纤维、前述的复合物、混合物或组合物等构成。第三片状材料434可以由可循环利用的材料制成，或者可以是可分解的、可生物降解的或这些的组合。
[0062]该第二工作站430可以是印刷机、涂覆机或层压机。该多层片材(例如三层片状材料434)的层可以提高所得到的包装材料的结构整体性和外观。该微波加热器427可以可替代地位于第二工作站430处或其附近以用微波能辐射通过第二个工作站430 (例如在层压过程中)的该多层片材。然后该微波加热器427可以快速加热该作为固定材料施涂到多层片材上的包含可热膨胀组分(例如微球)的粘合剂或涂料并由此使其膨胀。离开第二工作站430的该多层片状材料可以进一步调节、切割或冲切并堆叠以运输，如将参照图11将更详细讨论的那样。然后可以将该多层片状材料成形为容器100。
[0063]已经使用普通办公室微波炉和试验平板工业微波加热器进行了几个实验室可行性试验。使用E-凹槽单面波纹板和F-凹槽单壁波纹板作为这些试验中的基底。来自这些试验的结果证实了活化和膨胀夹在介质和内衬之间的可热膨胀粘合剂和涂料的可行性。该试验还显示了干燥的增强和蒸汽能量消耗的减少。该试验还揭示了在微波施加器内部设计适合的微波能场对于实现该可热膨胀粘合剂和涂料的最佳膨胀效能并由此提高生产速度是有益的。
[0064]作为之前描述的预活化方法的一种实例，图5是真空传送装置500的侧视图，通过它坯体503可以以任意适合的图案被涂覆可热膨胀的材料。该真空传送装置500可以独立使用或集成到自动化制造系统的部分中。该真空传送装置500可以包括真空电机510，其以传送带513所需的运行方向旋转，该方向在图5中用实心黑箭头显示。
[00 65]空白或经印刷的坯体503可以是单层或多层片状材料，例如但不限于用上述机器系统400制备的片状材料，可以将其通过真空传送装置500。在一种实例中，该坯体503用于杯子中或双壁杯中。喷胶枪(或涂覆或印刷站)505或其他施涂器505可以施涂包含微胶囊化颗粒506的湿的可热膨胀的材料216。微波加热器427或其他热能来源提供能量以活化和膨胀该颗粒506，使该颗粒膨胀成膨胀颗粒508。该膨胀颗粒508可以在坯体503上形成特定所需高度的图案。该膨胀颗粒的高度可以在一定从程度上变化。
[0066]图5的真空电机510可用于帮助使该坯体503保持平坦以允许适当量的可热膨胀涂料以设计图案均匀施涂。为了满足该湿颗粒506的适当投放，驱动真空电机510的控制器可以密切控制真空电机的RPM。可替代地或另外地，可以控制喷胶枪或涂覆站505的开关，例如间歇式地将适当量的包含可热膨胀材料的颗粒以设计图案铺设到各相应的坯体上。
[0067]可以使用夯具或变尺寸装置(sizing device) 509(例如轮、块或压辊)将该膨胀颗粒508夯实到相对均一的预设高度。然后视觉检查或检测系统512可以检测膨胀颗粒508的质量，用于在进一步加工之前进行质量控制，例如通过双壁杯或容器成型机器。
[0068]图6是适配有一个或两个凸起带605的改性心轴600，在各凸起带605中具有真空孔601 (其中图6作为实例仅显示了一个凸起带)。该凸起带605可以适配在与图5中所示膨胀颗粒508的均一高度近似(或基本相等)的高度处。该凸起带605的高度约等于或略高于该膨胀颗粒508的高度以使得具有膨胀颗粒508的各坯体503光滑和恰当地包裹在该心轴600的周围上形成用于双壁杯的适当匹配的杯外包裹。
[0069]图7是具有可热膨胀材料216的图案化涂层715的外壁坯体703，其具有间隙723，心轴600的一个凸起带605可以定位为通过该间隙。以这种方式，该真空孔601仍可以对该坯体703的内部的光滑部分上产生足够的吸力，使用其保持该包裹在待传送的心轴周围的坯体703。在该坯体703成型为杯子的外包裹之后，在自动化工艺中将单壁杯放在成型的包裹内以制备双壁杯。
[0070]图8是使用例如参照图6描述的心轴600的真空传送装置800的透视图，该传送装置用于传送具有粘附在坯体内侧的热膨胀颗粒的坯体。该真空传送装置800可以接收来自图5的真空传送装置500的坯体503。该心轴600可以将其一个凸起带605定位在该坯体503的热膨胀颗粒的热膨胀图案715中的间隙723内，并将另一个凸起带605定位在该坯体503的包裹的接缝区域之下，例如在此处该坯体的边缘相遇在一起形成包裹。该凸起带的真空孔601帮助将该包裹保持在心轴600周围，使得可以将坯体503从真空传送装置800上取下并将坯体503传送通过该杯外包裹形成步骤。
[0071]在图5-8中所采取的步骤中，制造机器组件，其可操作以如下方式构造双壁杯:其中在构造该容器(双壁杯)之前首先使基底(坯体503)上的可热膨胀材料216膨胀，这在之前称作预活化方法。如现在将解释的那样，在后活化方法中，双壁杯也可以通过首先在机器组合方法中构造该杯子然后再膨胀该可热膨胀材料216内存在的可热膨胀微球以构造该隔热双壁杯来构造。
[0072]作为很多后活化方法的一种非限制实例，图9和10显示了杯成型机器900的透视图。该杯成型机器900可以包括一组喷胶枪505、滑车908、杆910和皮带912。该机器900也可以包括轮1001，其操作连接在杆910上并包括多个轮辐1010。该轮1001可以以与轮辐1010正切的方向旋转，同时在由杆910啮合时该杯心轴600上的杯子可以绕与该轮辐1010平行的轴旋转。心轴600可以连接到各轮辐1010的端部。在所示的实施方案中，双壁杯的内杯1020准备粘结到双壁杯的外包裹1022上(图10)。
[0073]随着拉动皮带912，滑车908以窄箭头的方向转动，使该杆910也转动，继而转动心轴600上的内杯1020。随着内杯1020旋转，喷胶枪505将可热膨胀材料216喷涂到内杯1020的内壁上。该物料施涂枪或喷嘴偏心以能使多个单独的粘合剂线216被施涂到内杯1020的外侧，线之间具有预设的间隔。杆910转动速度的转数/分(RPM)可以包括紧密容限，例如时间可以使得来自枪505的涂料适当间距并均匀分布:不太厚也不太薄。该轮1001随后可以旋转以重复作用下一轮辐的内杯1020，例如顺时针旋转(以粗箭头的方向)。然后可以将各个经涂覆的内杯1020插入紧接其后的外包裹中，由此形成双壁杯。
[0074]然后可以将形成的双壁杯运输、堆叠、装袋并放置在纸箱中，该纸箱将在台车上运输。如将参照图11解释的那样，除了在该杯子成形前之外，还在该杯子成形后的各个工作站处可以施加微波或其他热以对该可热膨胀材料216进行后活化。
[0075]图11是该包装产品容器制造方法的多个工作站的流程图1100，在该多个工作站处或在其间可以施加微波热一时作为基底层的一部分加入包装基底和/或容器中的可热膨胀微球(或其他可热膨胀微颗粒材料)膨胀。该制备方法包括在工作站之间传送包装基底或容器。将工作站按顺序编号并不意味着需要一定的顺序，除非在指明顺序的情况下。可以在该制造商组合方法过程中的多于一个工作站处对该基底或容器施加微波热，使得该可热膨胀材料可以在多于一个制造阶段过程中进行膨胀以实现该可热膨胀材料所需的最终膨胀程度。
[0076]除第一工作站1120之外，该机器系统400可以包括印刷工作站1125，其经配置用于印刷所用的基底以制备最终将组装以运输的容器。该印刷油墨可以包括可热膨胀的微胶囊化微颗粒。在印刷过程中或在印刷之后可以使用微波加热器427加热该片状材料和固定材料使得该印刷材料内的微球或其他可热膨胀化合物至少一定程度膨胀。
[0077]如参照图4讨论的那样，第二工作站430可以经配置以将涂料以任意图案施涂或层压到已经形成的包装基底材料上。该涂覆或层压方法可以包括施涂另外的片状材料层或涂覆/层压多层基底，以改善所得到的包装材料的结构整体性和外观。然后可以在随后的一些位置点处使用微波加热器427以加热在层压过程中施加的该片状材料和涂料以使该涂料和/或固定材料内的微球或其他可热膨胀化合物至少一定程度膨胀。
[0078]冲切站1140可以经配置以进行冲切(旋转冲切或平面冲切或二者)，其结果可以包括可以成形为最终产品的坯体1143。该坯体可以包括尤其是例如杯子、容器、板、泡壳、盘子、袋子或饮料容器把手的坯体1143。然后可以使用微波加热器427加热该坯体以使在该坯体1143的任何涂料、层压或固定材料内的微球或其他可热膨胀的化合物在尚未膨胀时进行至少一定程度的膨胀。
[0079]成形工作站1150可以经配置以由坯体1143形成最终产品1153。然后可以使用微波加热器427加热该最终产品1153以使在该最终产品1153的任何涂料、层压或固定材料内的微球或其他可热膨胀的化合物在尚未膨胀时进行至少一定程度的膨胀。
[0080]装箱工作站1160可以经配置以将该最终产品1153包装到运输纸箱(例如常规开槽纸箱)中。该装箱工作站1160的输出物包括装满最终产品1153的堆叠的纸箱1163。在装箱工艺过程中或在将其堆叠之后可以使用微波加热器1127加热整个该运输纸箱1163以使装在运输纸箱1163中的该最终产品1153的任何涂料、层压或固定材料内的微球或其他可热膨胀的化合物在尚未膨胀时进行至少一定程度的膨胀。
[0081]在容器是杯子或容器的情况下，可以将其传送通过作为成形工作站1150的一部分的管道。微波加热器427可以定向为约该杯子或容器行进通过其的该管道的一部分以在尚未膨胀的情况下在将该杯子或容器通过该管道输送以装箱和码垛堆积(palletizing)的途中加热该可热膨胀材料。
[0082]码垛堆积工作站1170可以经配置以将该堆叠的产品容器的纸箱接收到台车上。可以使用微波加热器427加热堆叠的纸箱或容器的台车以使装在纸箱中的单个的产品内的微球或其他可热膨胀化合物在尚未膨胀时至少一定程度膨胀，但每次针对整个台车。然后将该台车装载到卡车上以在运输工作站1290运输。
[0083]图12-15包括可用于该微波加热器427的微波施加导波器的各个示意图。该微波加热器427可以安装在将该纸板、片状材料或其他基底传送通过该机器系统400的一个或多个传送带1213的周围。该微波加热器427可以是平板型的，具有狭槽1405，该幅面、片材或坯体材料通过该狭槽。图14显示了垂直于加工方向的侧视图，而图15显示了该微波加热器427的前视图或加工方向视图。该微波加热器427可以包括多个微波波导通道，其连接在一起以提供增大的表面积，使用其将微波能施加给该片状材料。图12-15中显示的微波加热器427的尺寸仅是示例性的，并不表示限制。当对于427使用管式微波施加器时，该管式施加器的横截面通常为圆形，且存在开口通过该施加器以容许产品通过。
[0084]图16是在一种方法中用于制备多层片状材料的方法的实例的流程图，该方法包 括微波加热多层片状材料以加速可热膨胀的粘合剂或涂料的膨胀。图17中的虚线表示可以绕过该方法的一个或多个步骤的可选途径。在框1600处，第一片状材料可以被装入机器系统400中，且其可以是波纹状的。在框1610处，可以将固定材料施涂到第一片状材料的一侧。该固定材料可以是可热膨胀的粘合剂或涂料，其可以包括淀粉和微球或一些其他组成。在框1620处，可以将第二片状材料施涂到第一片状材料上。如果这种双层片状材料具有包括可热膨胀涂料的固定材料，那么该双层片状材料可以在框1630处用微波能加热以使该可热膨胀粘合剂/涂料膨胀。在框1640处，可以传送该双层片状材料以加工成最终产品，例如通过印刷、冲切、从坯体上取下和/或被组装。
[0085]在框1650处，可以将第二固定材料施涂到该双层片状材料的一侧。该第二固定材料可以是可热膨胀的粘合剂或涂料，其可以包括淀粉和微球和/或一些其他适合的组成。在该步骤之后，该多层片状材料可以向前跳过一些步骤，在不首先施涂第三片层材料的情况下就进行加热和/或层压。否则，在框1660时，将第三片状材料施加到第一或第二片状材料的暴露侧。在框1670处，如果第二固定材料是可热膨胀的粘合剂或涂料，那么可以用微波能加热该多层片状材料以使该可热膨胀的粘合剂或涂料膨胀。在框1680处，可以将该多层片状材料层压。即，如果已经将第一、第二和第三片状材料施加在一起，那么可以在框1680处可以将该第一、第二和第三片状材料层压在一起。在框1640处，然后可以将该多层片状材料或基底加工成最终产物，其可以包括印刷、冲切、除去坯体和/或被组装。另外地或可替代地，可以在任意这些多个阶段(或工作站)(包括但不限于印刷、涂覆和/或层压、冲切、成形、装箱RSC和做准备纸箱或容器的台车用于运输)处对该多层片状材料或基底施加微波。
[0086]例如，可以将所得到的多层片状材料进一步加工，例如通过对片状材料施加包装坯体并随后将该包装坯体除去并将坯体组装成最终产物(框1640)。该方法的最终产物(其可以是例如杯子、容器把手、容器套筒、泡壳、盘子等)可以由一种或多种前述材料的一个或多个层构成。在使用多层材料时，可以将其结合(例如但不限于层压、胶合或以其他方式固定)在一起以提高强度。
[0087]如上所述，隔热材料216的使用可以帮助降低在保持层压基底的体积并为消费者提供刚性更高的感觉的同时制备容器、套筒等所需的纸的厚度。该隔热材料216也可以提高该容器的隔热性质并帮助将饮料或食物根据应用保温或保冷更长时间。该基底可以由天然纤维、合成纤维或二者(例如具有或不具有循环纤维的硬纸板、天然或漂白纸、或天然或漂白纸板)制成。此处公开的特征和方法共同为常规转化方法增加了显著的灵活性和通用性并拓宽了包装转化商可获得的选择以解决在供应链中基底供应的任何限制。例如，可以使用两张薄的内衬纸的层压物制备在薄纸之间具有膨胀粘合剂的体积更大的纸，其具有与更厚的纸板相同或更好的热绝缘性。热夹层外包裹能够由这种材料制成，其能够具有比纸板更大的柔性。作为另外的实例，可以由低规格的涂覆有聚合物的SBS板和涂覆有粘土的新闻纸板以及二者之间的可膨胀粘合剂制成复合材料。作为另一实例，可以制造用于热或冷流体的饮料杯以包括两个不同的低规格纸板以及二者之间的可膨胀粘合剂的层压材料。该可膨胀粘合剂能够在层压过程中、在杯子成形之前或之后活化。该可膨胀粘合剂也能够以图案施加以实现局部膨胀并由此实现局部的刚性和绝缘改进。
[0088]尽管已经描述了本发明的多种实施方案，但很多更多的实施方案、变型和实施方式在本发明的范围内也是可行的，这对本领域普通技术人员将是显而易见的。例如，除非有所指明，附图中显示的或下面权利要求中反映的方法的步骤确实需要特定的执行顺序将其呈现。所公开的步骤作为实例列出使得可以执行另外的或不同的步骤，或者该步骤可以以不同的顺序执行。
【主权项】
1.一种制备方法，包括: 将坯体放置在传送装置系统上； 随着该真空传送装置系统的皮带将该坯体移动到施涂器下方，将可热膨胀的颗粒以图案形式施涂于该坯体上； 用微波加热器加热该颗粒以使该颗粒膨胀；并将该坯体沿该传送装置系统输送到产品成型机，该产品成型机用该坯体组装产品。2.权利要求1的方法，进一步包括: 在将该坯体输送到产品成型机之前，将该经膨胀的颗粒通过变尺寸装置夯实到均一的高度。3.权利要求1的方法，其中施涂该颗粒进一步包括在施涂的颗粒的图案中留下间隙，该间隙经配置以对应于心轴的凸起带，该心轴以真空从施加颗粒一侧吸住该坯体，从而将该坯体在该产品成型机器内移动。4.权利要求3的方法，进一步包括: 控制该真空传送装置系统的皮带速度以将该颗粒以该图案均匀施涂到各个坯体上。5.权利要求1的方法，其中该坯体包括外包裹，且该产品包括双壁杯。6.坯体移动装置，包括: 截头圆锥形心轴；和 在该截头圆锥形心轴的一侧上形成的凸起带，该凸起带包括适于用真空吸力吸住坯体的一侧的真空孔，所述坯体的该侧包括膨胀的微胶囊化颗粒的施涂图案。7.权利要求6的坯体移动装置，其中该凸起带经配置以与在所述坯体的该侧的膨胀的微胶囊化颗粒的施涂图案中留下的间隙相匹配。8.权利要求6的坯体移动装置，其中该凸起带在该截头圆锥形心轴的表面之上的高度包括至少约该膨胀的微胶囊化颗粒的高度。9.权利要求6的坯体移动装置，其中该凸起带包括第一带，进一步包括: 在该截头圆锥形心轴的该侧的另一位置形成的第二带，其用于对准该坯体的外边缘的接缝。10.制造在内壁和外壁之间具有可热膨胀材料的双壁杯的方法，包括: 为双壁杯形成外包裹； 形成内杯； 用施涂器将粘合剂施涂到该内层的外表面上，该粘合剂具有微胶囊化的可热膨胀颗粒； 在杯子成型机器内传送该内杯并将其插入该外包裹中；和 用微波加热器加热该双壁杯以使该粘合剂中的颗粒膨胀。11.权利要求10的方法，其中该粘合剂包括涂料。12.权利要求10的方法，进一步包括: 将该双壁杯通过管道传送，经过微波加热器以膨胀该颗粒并随后将其堆叠准备用于装袋。13.权利要求12的方法，其中该在与其他双壁杯堆叠的同时用微波加热器加热该双壁杯。14.权利要求12的方法，进一步包括: 将双壁杯包装在纸箱中，其中用微波加热器加热各纸箱以活化和膨胀该双壁杯中的可热膨胀粘合剂。15.权利要求14的方法，进一步包括: 将具有可热膨胀粘合剂的该双壁杯的纸箱堆叠到台车上，其中用微波加热器活化和膨胀该杯中的粘合剂。16.权利要求10的方法，进一步包括: 转动心轴经过该施涂器以便于将粘合剂施涂到该内层的外表面上；和 控制转动的速度以均匀施涂该粘合剂。17.权利要求10的方法，其中该微波加热器选自由用于辐射单一杯子流或一堆杯子的管式、平板式和非管式微波施加器构成的不同类型的工业微波加热器的组。18.用于制造包装基底材料和容器的方法，包括: 将至少第一和第二片状材料通入传送装置型机器系统中； 由该第一和第二片状材料以及由位于第一和第二片状材料之间的包含微胶囊化的可热膨胀颗粒的粘合剂形成基底； 由该基底形成包装容器； 传送该待运输的包装容器；和 在该通入、形成和传送过程中的一些位置点用微波加热器加热该粘合剂以膨胀该微胶囊化的可热膨胀颗粒，其中在选自由印刷、涂覆或层压、冲切、成形、堆叠、装箱和码垛堆积构成的组的一个或多个工作站处或在其之间使用该微波加热器。19.权利要求18的方法，其中该微波加热器包括围绕该基底经过的或该包装容器经过的空间的微波施加器。20.权利要求18的方法，进一步包括处理该基底，包括: 用包括所述微胶囊化的可热膨胀颗粒的材料在该多层基底上涂覆或印刷； 冲切该多层基底以制备坯体；和 由该坯体形成该包装容器。21.权利要求20的方法，其中该包装容器选自由以下构成的组:折叠纸箱容器、热和冷杯、泡壳、凹槽套筒、袋子和箱子。22.权利要求20的方法，进一步包括: 在印刷之后冲切之前层压该多层基底。
【专利摘要】由两个片状材料的层和层间的膨胀热绝缘件可以制备包装容器(例如杯子)或保护包裹。该热绝缘件可以由微胶囊化的可热膨胀的颗粒制成，该颗粒是在处理基底、构造、运输或包装该容器的过程中的一些位置点用微波加热器膨胀的。该颗粒可以施涂于由冲切形成的坯体、通过加热膨胀、然后进行夯实。该坯体可以是双壁杯的包裹，通过将内杯放置并粘附到该包裹上而形成。可替代地，将包含该颗粒的粘合剂施涂于内杯，该内杯可以粘附到包裹上以完成双壁杯的制备。然后随着该杯子被运输、堆叠、装袋、袋装箱和箱堆叠和货运，在随后的工作站可以用微波加热器加热该杯子。
【IPC分类】B29C44/54, B29C33/18, B29C35/12, B29C44/34, B29C70/74, B65D81/03
【公开号】CN104903063
【申请号】CN201380047504
【发明人】T.Z.富, M.R.库克, E.R.埃利斯
【申请人】Lbp制造股份有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年7月17日
【公告号】CA2879732A1, EP2874792A2, WO2014015060A2, WO2014015060A3
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