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