专利名称：用挠性膜制造尺寸及结构稳定的物体特别是一次性容器的方法和该方法制成的物体的制作方法
技术领域：
本发明涉及用挠性膜制造尺寸及结构稳定的物体，特别是一次性容器的方法，以及用该方法制造的物体。
大家知道一次性容器是用一般涂覆塑料的耐用纸制成的，这种纸从卷筒开卷，连续接受焊合、折叠、可能还有成形工艺以形成需要的空间形状，向其填装液体、颗粒或粉末产品可以在容器形成过程中或在容器完全成形后进行。
这种公知的一次性容器的优点在于其稳定性、可堆叠性、上货架展示的性能、强度、产品的保护、易于保存、使用及可再封闭性等方面。但是，它们相当重、成本高，且由于难于压碎而处置困难。
用塑料膜如聚乙烯制成的挠性的一次性容器也是公知的，它们基本没有刚性容器的缺陷。具体来说，它们成本低、总体尺寸小、易于处置，而且简单、实用、利于用卷筒材料用机器制造。但是，它们实际上没有尺寸稳定性，因而不易堆垛，另外，由于它们不能在货架上展示，因而在商业上有局限性。
本发明的目的是消除各种公知容器的缺陷，同时保留其优点。
本发明的具体目的是制造一次性容器，一般来说是制造物体，它们具有尺寸稳定性，同时重量轻、成本低并可以压扁以减小使用后的体积以便于处置。
本发明的另一个目的是从挠性膜制造一次性容器，一般来说是提供物体，在形成容器之前，挠性膜可缠绕成卷筒，从而占据相当小的空间，只是在形成容器时才被硬化。
从下面的描述中阐明的上述目的和其它目的是通过权利要求1所述的用挠性膜制造尺寸及结构稳定的物体，特别是一次性容器的方法。
现在对照以下附图进一步描述本发明的一些推荐实施例。
图1示意地表示本发明方法的第一实施例，图2是本发明方法制成的矩形体包装盒的立体图，图3表示本发明方法的第二实施例，图4是上述方法制成的包装盒的立体图，图5示意地表示本发明方法的第三实施例，图6表示本发明方法的第四实施例。
一般来说，按照本发明，一种可转变的物质如聚酯树脂及其被动活化剂(passive activator)被涂覆在一种挠性膜如纸、聚乙烯或其它材料的表面上。重要的是，树脂和活化剂的类型应使其不与膜相互作用，而是能够与其形成附聚物。树脂和活化剂只是涂覆在制成的容器上需要为刚性的那些部分上。
在上述涂覆之后，使涂覆的物质干燥，其后，这样处理过的膜被再次缠卷以备将来包装机应用。
在包装时，以前处理过的挠性膜被开卷，在其开卷的过程中被输送预定功率和波长的能量，这取决于所选用的活化剂的类型。
当膜被输送能量时，能量作用在活化剂上，引起树脂逐渐的结构改变，树脂变硬，也使与膜形成附聚物的部分硬化。
如果在供给能量之前、之中或之后，以前经过处理的膜进行传统的成形操作，形成可能填装了的包装件，那么，以前述机制为基础的膜部的硬化可对制成的包装件提供足够的尺寸稳定性，尽管它是用基本挠性的基础材料构制的。因此，这种包装件具有基本刚性包装件的全部特性，同时重量极轻、成本很低，且在使用后能够被压碎，易于处置。
因此，本发明所基于的新原理在于，准备和使用一种挠性膜，该挠性膜在准备制成的物体成形之前或之后被输送能量，从而在成品必须基本为刚性的那些区域使结构发生改变。该原理可以按照各种方式使用，也可采用各种材料。
在现在描述的实施例中，树脂只涂覆在膜需要硬化的区域上，而能量是向整个膜面供应的。
在本发明方法的另一实施例中，树脂是向整个膜面涂覆的，而能量只向需要硬化的区域供应，这可以在被处理的膜和能源之间使用适当的掩模罩实现。
在本发明的另一个实施例中，树脂是在膜的成形过程中涂覆的。更具体来说，树脂及其活化剂可加入到准备形成膜的团块中。
已经承受完全树脂处理的膜，即，将树脂加入待形成膜的团块中或在已制成的膜上涂覆树脂而得到的膜可首先被成形以制成包装件，其后进行总体辐射以使其完全硬化。在这种情形中，在使用后不再能够被压碎，但具有其它的优点，具体来说，具有下述特性挠性膜可以推迟被硬化，直至在使用中要求这种硬化为止。
可以使用各种物质来处置挠性膜以便局部或广泛的硬化，它们的性质本专业技术人员是公知的。一般来说，这些物质是可光聚合的不饱和树脂、丙烯酸树脂、硅酮、液晶、聚酯树脂等。
供应的能量可以是各种类型的，一般来说是根据施加在膜上的物质的活化剂及对物体进行的硬化的类型来选择的。这种能量可以是热能、紫外线、可见或红外辐射、电子、离子、电化学、电磁、核能等。
在所有上述实施例中，在施加硬化树脂之后，也可以向挠性膜施加另一膜，该膜与树脂对比，是与装纳在包装件中的物质特别是与食物相容的，和/或与外部环境相容的。例如，在包装件可能接触儿童及必须具有绝对无毒外表面的情形中，后一点是很重要的。
本发明方法的另一个不同的实施例是与下述原理为基础的为了控制整个或部分挠性膜的硬化，利用特定物质的性质，即，在与另一种物质接触后发生的，通过电化学转变增加其刚性，这是在一段足够长的时间内发生的，使物体可以在完成上述转变之前进行成形工作。
上述物质可以液态、以固体颗粒或纤维形式得到，也可以是多孔的，取决于其是否具有消融(ablative)或膨胀性质，可以按照两种不同的机制起作用。
在第一种情形中，消融液体如硅酮能够在供能时变成气态，例如通过喷洒将其施加在挠性膜(纸)上。
然后将另一不可渗透膜施加在按上述方式处理过膜的两侧面上。
在形成物体后，物体是挠性的，例如在炉中向其供热，以这种方式发生硅酮的消融过程，其转变成气态，并被限制在原来的膜的微孔中，并由两个不可渗透的膜保持在那里，显著增加了其压力，从而使得到的物体显著硬化和稳定。
相同的结果也可按照下述方式得到不使用带有消融性质的物质，而是采用具有膨胀性质(起泡)的结构，例如采用聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯或乙缩醛物质。
如果厚膜是非多孔材料，那么不可渗透膜显然可以只施加在消融或起泡物质已被施加的那一侧面上。
本发明方法的另一实施例是以某些基本呈纤维状的物质所具有的下述性质为基础的借助形状记忆现象进行可控的结构转变。上述物质称为SME(形状记忆效应)物质，由微丝或挠性纤维构成，其可以通过下述方式施加于膜以便硬化将其加入制取膜的可聚合的团块中或形成一网状物，然后将网状物施加在待处理的膜上。
上述纤丝(可以是金属的)或挠性纤维在低于转变温度时具有高度挠性的马丁结构，但是在高于转变温度时则具有奥氏体结构，使得用加入了上述微丝或挠性纤维的挠性膜形成的物体具有刚性。
如果上述微丝已经加入制取挠性膜的团块，那么，由于其结构转变而产生的硬化是在整个物体上发生的。
但是，如果上述微丝只施加在物体的需要硬化的那些膜的区域上，那么，硬化则只在那些区域上发生。
在本发明方法的另一实施例中，挠性膜的受控的硬化是利用某些物质形成复合材料的性质，即，与长、短纤维或粉末材料粘合的性质而实现的。
按照这种方法，向待硬化的膜施加蜜胺甲醛(melamineformaldehyde)，当供能时蜜胺甲醛缩聚并在膜纤维上起到象粘合剂那样的作用。
或者，蜜胺与纤维及粉末的混合物可被挤压，当供能时，蜜胺与纤维粘合在一起，同时使制成的物体硬化。在上述两种情形中，硬化是借助纤维粘合形成的结构实现的。
下面的实例涉及到本发明方法的不同实施例，更详细地阐述了本发明。
实例1制备一种混合物，它由60-70vol％的商业上称为Ebecryl 605的酰化氨基甲酸乙酯和40-30％的商业上称为TPGDA 1997-02125的丙烯酸酯单体构成，上述两种成分都是UCB化学有限公司生产的。这种混合物被浇在厚度为10-100微米的多孔聚乙烯膜上以填注其孔。然后，将Ciba Geigy AG生产的商业上称为Irgocure 651的活化剂按照混合物的3-5vol％的量浇在膜上，然后在其上施加厚度为200微米的第二层聚乙烯膜。使用传统的成形技术用这种膜构制尺寸为10×10×15cm的容器。
然后用四个Quantum S.R.L生产的功率为80瓦/厘米的紫外线灯，以20厘米/分钟的速率照射容器的所有角部。用这种方式制成适于盛放固体或液体食品的、具有硬而不脆的角部的尺寸稳定的容器。
实例2GE生产的商业上称为CPC 1050的可喷洒的刚性硅酮材料构成的消融聚合物被喷洒在前述实例的膜上。喷洒的液量选取得可形成一种附聚物，这种附聚物具有在聚乙烯体积的大约10vol％的消融硅酮。然后，将另一膜施加在以上述方式处理过的膜上，以形成密封住硅酮材料的夹层结构。
在两膜边缘焊合之后，然后用这样制得的夹层结构膜形成容器，然后，将容器放入100℃以上温度的炉内。消融过程形成高压气体，使整个容器具有刚性。
实例3采用前一实例的方法，聚乙烯膜上施加聚氨酯以取代消融硅酮，在转变时聚氨酯变成使容器硬化的泡沫。
实例4用Furukawa公司生产的镍钛合金制备100-150微米厚、具有1mm方孔的微丝网状物，在环境温度下其在马丁结构中具有高度的挠性。在这种网状物上施加10-100微米厚的聚乙烯膜，使其仍具有挠性。
然后，向该膜施加第二层膜以形成总厚度为300微米的夹层结构膜。
用其形成容器，然后将容器加热至高于微丝网状物的奥氏体转变温度(大约75℃)或在炉中加热5分钟。在发生奥氏体转变后，容器不可逆转地变硬。网状物只在相应于容器角部的那些区域施加在膜上，这些角部的刚性变得大约为容器其余部分的四倍。网状物区域的宽度约为2mm，在刚性区域中，网状物的微丝的体积不超过附聚物整个体积的10％。
下面参阅附图描述一些优选的容器构制方法。
图1示意地表示一挠性膜2，在其上已将聚乙烯树脂及其被动活化剂旋加带4上，带4将在制成的包装件上形成角部(本实施涉及矩形体包装件)。
当准备形成包装件时，已处理过的挠性膜2被展开，被展开时逐渐承受热能6，热能使树胶交联而使其硬化，也使与其形成附聚物的膜硬化。
以这方式处理并局部硬化的膜被纵向折叠并沿其纵向边缘接合起来以形成一连续的管状件8。
然后，沿一条横向线焊合，并用液体、膏状、粉末或颗粒产品填装，然后在未填装的部分上焊合并沿焊合带14切割成一个容器，该容器最后承受传统的折叠或成形技术，得到需要的最后形状18。
尽管包装件的壁基本是挠性的，但难于撕开，如果包装件准备制得可沿其内容物供应孔易于撕开，那么，聚乙烯树脂及其活化剂也应喷洒在供应孔的区域上。这样，该区域在通过交联而硬化时转化成一种易于简单地用手指按压周围的包装件壁而撕开的片20。
在一个附图未表示出的变型实施例中，在挠性膜卷在测定的范围在待硬化的区域已被喷洒之后，膜至少在已被喷洒的区域接受紫外线辐射，然后沿纵缘焊合以形成管，然后被冲压以得到相应于待制的包装件的形状和尺寸的构件。这些构件，即，以上述方式得到的空包装件保持“扁平”并成叠放置，以这种状态送至包装机。
这种包装件逐一被填装，然后被封闭并形成需要的三维形状，三维形状可以只是通过填装本身或在填装后通过成形而得到。
图3示意地表示用于构制敞开式包装件如货盘22的方法，在这种情形中，喷有聚乙烯树脂并开卷的挠性膜2象在第一实例中那样被输送，在形成包装件时被开卷并按照一种传统技术接受热成形工艺。具体来说，这种热成形工艺包括挠性膜被预热的阶段、用紫外线辐射的阶段和使经过预热和辐射的膜成形的最后阶段，成形可借助真空或吹模法进行，或借助使用模具和冲头的变形而进行，一次可形成一个货盘或几个货盘。
与所用的成形技术无关，当成形结束时，所得到的货盘，其角部以及可能底部是硬化的，因而货盘具有尺寸稳定性，然后进行其后的步骤，包括填装、通过焊接施加覆盖膜，以及最后冲压成封闭的货盘。
图5表示另一种容器成形方法。
按照这种方法，在膜的整个表面上喷洒硬化物质及其活化剂。在进行包装时，膜被纵向折成两个部分，并在两个半模24之间经过，半模包括多个相互面对的模腔。在上述过程中，膜2的两个折片沿膜腔的边缘被热焊接，以这种方式形成的内部空间填充空气或真接填充被包装的产品，以便使膜的两个折片扩张并附着在两个模腔的凹壁上。两个半模24被局部加热，即，在一定区域中加热至一个温度，该温度高于使硬化物质发生结构转变的最低温度，而两个半模的其余区域保持低于上述温度。取决于这些区域的位置，可以得到不同的包装件。
例如，如果被加热的区域是两个半模模腔的边缘，那么，所得到的包装件除两个包装件半部的焊接带以外是挠性的。如果被加热区域是两个半模模腔的边缘或横过包装件半部的带，那么，这些也会被硬化。最后，如果只是后者被加热，那么包装件只在被加热处被硬化。
在所有示意画出的方法中，最后得到的包装件沿特定的带是刚性的，而被所述带界定的所有壁是挠性的。另外，通过用漆喷在互补的区域上，相同的技术可以制得具有基本为刚性的壁的包装件，这些壁在角部相互铰接，以便在使用后可压平而占据很小的空间。图6示意表示类似图1所示的制造包装件的方法，但是按照刚才所述的方法使刚性区域和挠性区域倒置。
在本发明的另一种方法中，不是在挠性膜的整体表面上喷洒施加硬化树脂及其活化剂，而是使可转变结构的物质制成的第二层挠性膜与膜2相结合，然后，只在需要硬化的那些区域输送能量(例如测定范围的辐射)。
在本发明方法的另一个实施例中，一个双成分聚合系统中的两种成分之一施加于挠性膜，第二种成分在形成包装件时施加。在这种包装件中为了得到局部的刚性，两种成分之一必须只在测定范围施加。
权利要求
1.用挠性膜制造尺寸及结构稳定的物体特别是一次性容器的方法，其特征在于—制备挠性膜，至少在制得的物体上需要基本为刚性的那些区域中，使挠性膜与一种结构可转变的物质及其至少一种被动活化剂相结合，—用按照上述方式制备的膜成形所述物体，以及—在成形所述物体的任何一个阶段中，向所述活化剂供应能量，以便使所述物质发生结构转变，将所述区域从挠性转变成为基本是刚性的。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于—制备挠性膜，至少在制得的物体上需要刚性的那些区域中，使挠性膜与一种结构可转变的物质及其至少一种被动活化剂相结合，所述活化剂是不与膜显著相互作用，但也与其形成附聚物的类型，—用按照上述方式制备的膜成形所述物体，以及—在成所述物体的任何一个阶段中，向所述活化剂供应能量，使所述物质发生结构变化并使所述区域从挠性转变成为基本是刚性的。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于—用液体预聚物与纤维状和/或粉碎形式的加固成分混合，制备挠性膜，—用按照上述方式制备的挠性膜成形所述物质，以及—在成形所述物体的任何阶段中，向所述活化剂供应能量，使所述物质发生结构转变，得到由所述加固成分加固的基质。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于使用具有消融性质的结构可转变的物质，将其限制在不透气的膜之间。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于使用具有膨胀性质的结构可转变的物质，将其限制在不透气的膜之间。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于在挠性膜制备之后，将结构可转变的物质及其被动活化剂施加于挠性膜。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于使用可交联的物质作为结构可转变的物质。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于使用可聚合的物质作为结构可转变的物质。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于向挠性膜施加以微丝或挠性纤维为基础的形状记忆结构，所述微丝或挠性纤维被保持在低于奥氏体转变温度以下的温度，在已形成所述物体后，被加热至高于所述奥氏体转变温度的温度，以得到所述结构从挠性至基本刚性的不可逆转的转变。
10.如权利要求2所述的方法，其特征在于使用可光聚合的不饱和树脂作为结构可转变的物质。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于使用丙烯酸化氨基甲酸乙酯作为结构可转变的物质。
12.如权利要求10所述的方法，其特征在于使用单丙烯酸酯单体作为结构可转变的物质。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于使用丙烯酸化氨基甲酸乙酯和单丙烯酸酯单体作为结构可转变物质。
14.如权利要求11至13中一项或多项所述的方法，其特征在于使用羟基环己基苯酮作为结构可转变的物质的活化剂。
15.如权利要求4所述的方法，其特征在于使用硅酮作为结构可转变的物质。
16.如权利要求5所述的方法，其特征在于使用聚氨酯作为结构可转变的物质。
17.如权利要求5所述的方法，其特征在于使用聚丙烯作为结构可转变的物质。
18.如权利要求5所述的方法，其特征在于使用聚乙烯作为结构可转变的物质。
19.如权利要求5所述的方法，其特征在于使用乙缩醛物质作为结构可转变的物质。
20.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述膜是用甲醛蜜胺树脂制备的。
21.如权利要求1所述的方法，其特征在于使膜接受热能。
22.如权利要求1所述的方法，其特征在于使膜接受紫外线辐射。
23.如权利要求1所述的方法，其特征在于使膜接受红外线辐射能量。
24.如权利要求1所述的方法，其特征在于使膜接受可见光能量。
25.如权利要求1所述的方法，其特征在于使膜接受超声波能量。
26.如权利要求1所述的方法，其特征在于使膜接受电子能量。
27.如权利要求1所述的方法，其特征在于使膜接受离子能量。
28.如权利要求1所述的方法，其特征在于使膜接受电化学能量。
29.如权利要求1所述的方法，其特征在于使膜接受电磁能量。
30.如权利要求1所述的方法，其特征在于使膜接受核能。
31.如权利要求1所述的方法，其特征在于在测定范围内向所述挠性膜施加结构可转变的物质。
32.如权利要求6所述的方法，其特征在于向所述挠性膜的整个表面施加可转变的物质，在测量范围供应能量。
33.如权利要求6所述的方法，其特征在于在已施加可转变物质之后，向所述挠性膜施加另一保护膜。
34.如权利要求6所述的方法，其特征在于向挠性膜施加可转变的物质，然后由用户向其供应能量。
35.如权利要求6所述的方法，其特征在于在可转变的物质已转变后使挠性膜接受冲压，从而以这种方式形成平的空包装件，其后由用户填装。
36.如权利要求6所述的方法，其特征在于向相应于准备输送包装件内容物的点也施加可转变的物质。
37.如权利要求1所述的方法，其特征在于在可转变的聚合物已转变后，折叠挠性膜并沿其纵向边缘接合起来以形成一管状件，然后横向焊合、填装、封闭管状件、将其与管状件分开，并将其形成包装件的预定的最后形状。
38.如权利要求1所述的方法，其特征在于当所述膜用可转变的物质处理时，使其在一模具中接受成形，以便在模具中形成至少在其角部被硬化的货盘。
39.如权利要求6所述的方法，其特征在于向所述挠性膜施加可转变的物质的第二层膜，并且相应用制成的物体需要基本被硬化的那些区域在测定范围内向组合膜供应能量。
40.如权利要求6和8所述的方法，其特征在于向所述挠性膜施加一个双成分聚合或交联系统的两种成分之一，以及在形成所述物体时施加第二种成分，两种成分中的至少一种是在测定范围上施加的。
41.一种尺寸稳定的物体，其特征在于它是通过如权利要求1至40中的一项或多项所述的方法制成的。
42.如权利要求41所述的物体，其特征在于它是带有挠性壁和硬化角部的三维形状的容器。
43.如权利要求41所述的物体，其特征在于它是三维形状的容器，该容器的至少部分壁被硬化并沿着材料保持挠性的角部彼此配合工作。
44.如权利要求42所述的物体，其特征在于它的至少一个挠性壁相应于预期的输送孔包括一个易于从周围壁部撕掉的小的硬化区域。
全文摘要
用挠性膜制造尺寸和结构稳定的物体,特别是一次性容器的方法,其特征在于:制备挠性膜,至少在制成的物体需要基本为刚性的那些区域,膜与一种结构可转变的物质及其至少一种被动活化剂相结合,用按照这种方式制备的膜成形所述物体;在成形所述物体的任何一个阶段中向所述活化剂供应能量,以便使所述物质发生结构转变并使所述区域从挠性改变为基本是刚性的。
文档编号B65B43/08GK1252768SQ98804194
公开日2000年5月10日 申请日期1998年4月15日 优先权日1997年4月17日
发明者乔治·特拉尼, 玛丽恩·施特纳, 乔瓦尼·曼夫雷 申请人:十集团的集团十责任有限公司, Bp欧洲包装有限公司