可生物降解的泡沫狀包裝材料以及空隙填充支架的製作方法

2023-05-03 04:19:41 1

專利名稱：可生物降解的泡沫狀包裝材料以及空隙填充支架的製作方法
技術領域：
本發明涉及100%來源於消費後的廢紙的模製的紙漿纖維泡沫狀(bubble)包裝材料以及空隙填充支架。所述包裝材料以及所述支架可用作為易碎品或不規則形狀的物品的裝運的減震設備。
背景技術：
由高密度聚乙烯(HDPE)製成的塑料泡沫薄膜是通常用於包裝易碎品的柔軟塑性材料。直徑為大約6-26_的有規律地間隔排列的填充了空氣的凸起的半球(「泡沫」)為珍貴物品或易碎物品提供了減震作用。可採用多層來防衝擊和防震。單層可用作為表面保護層。Bubble WrapO是由兩位工程師，阿爾弗雷德 菲爾丁和馬克·夏凡納(Alfred Fielding and Marc Chavannes),於1957年創建。該術語是新澤西州Elmwood公園的Sealed Air公司的註冊商標。泡沫狀包裝材料以及其它產品是由包裝供應商出售，包裝供應商有例如 U—IineOShipping Supplies,芝力口哥 IL ;Geami, Morrisville NC ；Robins Paper Bag Co. Ltd.，坎特伯雷，肯特，英國；Nobisco Ltd，伯明罕，英國；PilloPak B. V. , Eerbeek,荷蘭！Wholesale PackagingLtd.,多倫多，加拿大；Doverco Inc,蒙特婁,加拿大；以及Lion ShippingSupplies Canada Inc.,米西索加，加拿大。 將根據定製的設計和形狀而定製的置於容器內的物品裝運並不總是可能的。在物品被裝入在一較大的箱子時，可能有必要填充空隙以防止在裝運期間移動或損壞。通常的空隙填充產品，例如所謂的包裝填充顆粒，在裝運之前和之後佔用的空間與它們在裝運容器中所佔用的空間一樣多。這對於承運人和包裝接受人而言是不方便的。然而，儘管廣泛使用HDPE泡沫狀包裝材料和StyrofoamO空隙填充物進行包裝，但是根據現有的技術這些材料是不容易回收的。廢棄的包裝產生大量的廢料並添加到垃圾填埋地。顯然，需要保護生態環境的並100%生物可降解的比較便宜的包裝材料。


圖I是本發明的纖維泡沫狀物原型的圖。左上角的圖是俯視圖；右上角的圖是側視圖；下面的圖是仰視圖。圖2顯示了另一纖維泡沫狀物原型，所述纖維泡沫狀物原型具有帶有位於側邊並沿著中間向上的實心圓形支撐結構的大致半球結構。圖3顯示了所述纖維泡沫狀物的五種其它設計。圖4顯示了將來自於生產線而以陣列形式包裝的方形泡沫狀物。圖5顯示了所述泡沫狀包裝材料的製備方法。通過真空將紙漿引入到所述模具中，然後隨著圓筒旋轉至頂部時將所述紙漿擠出，從而將其粘到紙坯件(backing)上。圖6顯示了根據所述製備方法製成的實際的纖維泡沫狀物。圖7顯示了用於空隙填充物包裝的可生物降解的可堆疊的支架。其在配送和儲存時可緊密堆疊，但是在所述交替的波浪形狀不再對齊排成一行時，其分成共同佔用更大空間的各單元。

發明內容
本發明提供適於包裝並保護被包裝物品的包裝材料。本發明提供一種泡沫狀包裝材料，其可以與傳統的泡沫狀包裝材料相同的方式應用。本發明提供一種具有交替的波形的支架，其可用於填充裝運容器內的空隙。本發明的所述材料具有相當大的改進，這是由於它們是可高效生物降解的並且是環境相容的。尤其是，通過簡單的廉價方法由纖維和澱粉結合製備的泡沫狀包裝材料和支架，給予讀者用於包裝行業中的更環境友好的標準。起始原料用於製造本發明的泡沫狀包裝材料的纖維素纖維和澱粉可從各種來源獲得。用於纖維內容物中的適當的纖維包括人造纖維聚合物，例如聚醯胺尼龍、聚酯、酚醛樹脂、聚乙烯醇纖維、聚氯乙烯纖維、聚烯烴類、丙烯酸纖維、碳素纖維、聚氨酯以及其它樹脂基纖維。優選纖維素纖維，其是初生細胞壁以及綠色植物的結締組織的天然結構 成分。 所有植物物質的大約33%是纖維素。工業應用的纖維素可從木質紙漿和棉物質獲得(棉物質的纖維素含量為90%，而木質紙漿的纖維素含量為50% )。特別是纖維素纖維被提供為作為紙漿的本發明的材料的起始成分。這涉及通過化學或機械方法將纖維從木材或纖維作物中分離出來而製備的纖維材料。包括有機械紙漿、 化學熱機械紙眾(chemithermomechanical pulp)、由硫酸鹽製紙眾法(Kraft process)或由亞硫酸鹽製紙漿法製備的化學紙漿，以及從工業和生活垃圾回收的紙漿。由再生紙通過在溫水浴中打漿，然後採用攪拌器分散纖維，製備得到用於圖6中所示的泡沫狀包裝材料的原材料。澱粉是由通過糖苷鍵連接在一起的葡萄糖單體組成的多糖碳水化合物。所有的綠色植物產生澱粉作為能量儲備。純的澱粉是白色的，並由直鏈澱粉、螺旋狀直鏈澱粉、 支鏈澱粉或它們的任意組合構成。根據植物的來源，澱粉通常包含20-25%的直鏈澱粉和 75-80%的支鏈澱粉。每一種植物物種具有獨特的澱粉顆粒大小大米澱粉相對小(大約 2 μ m)，馬鈴薯澱粉具有較大的顆粒(高達100 μ m)。適用於本發明的澱粉源是工業玉米澱粉。可從目前由Akzo Nobel N. V.擁有的 National Starch and Chemical Company (NACAN),賓頓，安大略省，獲得。他們提供溼部澱粉添加劑(wet-end starch additives),以改善強度以及在酸性、中性或鹼性紙和板生產中的產率，以及表面澱粉強度和印刷適性添加劑用於諸如無塗層的辦公用紙、食品包裝紙以及無塗層的書籍用紙等紙和紙板。還可採用一些改性澱粉。通過由食品添加劑的國際編碼系統(INS)建立的系統對以下改性澱粉的列表進行分類· 1401酸處理的澱粉· 1402鹼處理的澱粉· 1403漂白的澱粉
· 1404氧化的澱粉· 1405酶處理的澱粉· 1410單澱粉磷酸酯· 1411甘油雙澱粉· 1412用三偏磷酸鈉酯化的雙澱粉磷酸酯· 1413磷酸鹽化的雙澱粉磷酸酯· 1414乙醯化的雙澱粉磷酸酯· 1420用乙酸酐酯化的澱粉醋酸酯
· 1421用醋酸乙烯酯酯化的澱粉醋酸酯· 1422乙醯化的己二酸雙澱粉· 1423乙醯化的甘油雙澱粉· 1440羥丙基澱粉· 1442羥丙基二澱粉磷酸酯· 1443羥丙基二澱粉甘油酯· 1450辛烯基琥珀酸澱粉鈉可根據需要在紙漿漿料中或者在製備工藝期間採用其它材料例如，一種或多種表面活性劑、強化劑(strengtheners)、粘結劑、分散劑、親微生物劑或抗微生物劑等等。然而，所述成分通常不是必要的，在這種情況下，它們可以被省略，以改善所述產品的保護環境性能。
具體實施例方式泡沫狀包裝材料的製造圖5描述了可以用於生產本發明的泡沫狀包裝材料的方法。首先將纖維素或者其它纖維和澱粉在液態介質(通常是水)以約2 : I至10 : I之間的比例配製形成懸浮液或漿料，具體比例取決於所需的硬度和降解性，通常為3 I。該漿料被放置在容器中，並且被注入具有泡沫狀物外形的模具。圖I顯示了使用在本發明的工作實例中的泡沫狀物的形狀。該泡沫狀物是圓頂形的，並且基本上呈正方形。支撐所述圓頂的是在對角之間延伸的拱形結構。四個圓形凹陷 (每一側各有一個)也能提供支撐。該正方形的優點是其允許多個泡沫狀物緊密地排列在一薄片內，如圖4所示。圖2顯示了另一個適於使用在本發明中的泡沫狀物設計。在此，所述圓頂的結構是圓形的並且具有五個支撐每個屋頂結構的實心支撐物(solidsupports):—個在中心， 其它的圍繞圓周平均間隔分布。圖3顯示了可以單獨使用或者可與前述形狀的泡沫狀物中的任一個或者兩個結合使用的五種其它的泡沫狀物設計。這些泡沫狀物在其內部可以是實心的，但是通常是薄壁的，以在泡沫狀物外殼和襯板(backing)之間能形成空氣空間。一旦所述漿料被注入到模具中，則繼續維持真空直到所有的水基本上被去除。然後壓力被反向施加，使得泡沫狀物從模具退出。以這種方法形成的泡沫狀物的樣品如圖6 所示。這些泡沫狀物然後通常被粘附到合適的可降解材料(通常由紙製成)的襯板上。用於塗覆到該紙的設置泡沫狀物的一側的膠水通常選擇環境友好型的膠水，例如澱粉基或者乳劑基(milk-based)的膠水。本發明的泡沫狀包裝材料的緩衝性能、彈性以及日常耐用性可以通過改變纖維與澱粉之間的比例、通過將澱粉的植物來源改變成具有不同性能的植物來源以及通過對不同組分進行調整而進行調節以適合使用者可想到的目的。所述泡沫狀物的設計、壁的厚度、支撐結構的種類以及漿料的組成可以選擇以使得該泡沫狀物能抵抗壓擠且具有所需的抗震度。填充空隙的支架的製造圖7描述了本發明的可降解的可堆疊的支架(brace)，該支架能夠使用在填充空隙的包裝中。該產品被稱為「支架」，因為其被設計成通過支撐被運送的貨物、裝運容器的壁、其它支架或者容器中的其它物體來填充包裝空間中的空隙。該支架具有「波紋狀的」型材(sections),這意指在該型材中紙眾和澱粉板(pulp and starch board)帶在該支架的中間平面規則地上下波動或摺疊。該支架具有兩個或更多的並排設置的波紋狀型材(在圖中顯示了每個支架中具有三個這樣的波紋狀型材)。該波紋是交替的，即當一條帶狀物大體上向上摺疊時，在另一側的相鄰的帶狀物大體上向下摺疊。該支架是可堆疊的，即在成套的所有的支架具有基本上相同的摺疊或者波紋樣式，以允許這些支架以最小化該套支架佔據的空間的方式相互疊 在一起，而且只有當以這種方式堆疊時才能最小化其佔據的體積。該波紋狀帶狀物以某種方式交聯以形成單一部件。在圖7中，該些帶狀物在其各自端部交聯。可選擇地或者另外，這些帶狀物可以在它們相交的地方交聯。該交聯可以在該帶狀物產生和摺疊的時候實施，或稍後實施。該可堆疊的支架能通過將纖維和澱粉漿料注入到兩部件的模具(其中這兩部件是互補的)中來形成。這可通過當所述兩部件的模具穿過在水中的漿料和澱粉液時使真空穿過所述模具的一個或優選兩個部件從而在每一個部件上聚集一層塗層來完成。然後將這兩個部件壓在一起，為所述支架留有足夠的空間。然後通過真空將模具中的漿料中的水排出，然後將該模具的兩個部件分開以移除支架。一種可選擇的製造方法使兩種原料的漿料通過一系列的輥子對其進行擠壓來製造纖維和澱粉薄片。參見加拿大專利公開2，638，232。將該薄片切成需要數量的波紋排，並在該薄片仍然具有延展性(malleable)時將其摺疊成最終的形狀。在所述支架被鑄模成期望的形狀後，進行最後乾燥。用途本發明的泡沫狀包裝材料可以與傳統的泡沫狀包裝材料一樣的方式投入使用。將易碎的或者不規則形狀的貨物包在一層或多層本發明的包裝材料中，然後將其放入合適的容器中進行裝運。還可以考慮的是包括與泡沫狀包裝材料相匹配的外部容器(例如外殼或箱子)的結合的包裝材料。一旦貨物被包裝以用於運送並放在運送容器中，那麼本發明的一個或多個可堆疊的支架能夠被使用以填充所述被包裝的貨物與該容器的側部和/或頂部之間的空間。因為這些支架是由紙漿和澱粉做的，所以如果需要調整尺寸以適合更小的空間，可以對這些支架很容易地進行切割。本發明的支架的一個特別的優點是在用於填充空隙前，通過將波紋相互對應而對齊(如圖7的「層疊的」設置所示)，這些支架可以緊密地堆在一起以用於配送和存儲。然後這些支架可被單個地或者結合地用於填充裝運容器中的空隙。通過排列這些支架以使得所述波紋不再對齊，每個支架將佔據由其波紋的頂部和底部所限定的體積的大部分。與在存儲中或在使用中基本上佔據相同的體積的填充花生狀物(peanuts)或顆粒不同，本發明的支架以緊湊的對齊形式存儲，但是以不對齊的形式用於填充空隙，從而相當大地擴張了佔據的體積。本發明材料被設計成「可生物降解的(biodegradable) 」,其意味著當暴露戶外的自然環境(特別是水)中時，這些材料可容易地降解。水會很快地移除澱粉，從而使纖維處於非壓緊狀態。這會在暴露於水後的幾天或幾星期內發生。當所述纖維是由纖維素 (cellulose)製成時，該纖維也是自然產品，其基本與由植物製成的纖維素一樣，可以相同的過程降解。因為空隙是由於鹽的損失而形成的，所以降解是很快的。通常在一個月或更少的時間內，泡沫狀包裝材料的泡沫狀組分會那麼少到一次的大的降水事件中消失成看不見的微粒。該紙襯板(paper backing)消失的不會這麼快,但其在自然環境中也是可降解的。用戶需注意的是應通過檢查當地的法律法規以及從小的試驗樣品開始來確保丟棄所述材料的地點的兼容性，以防附近的植物、動物或其它環境物體(environmental features) 對降解的成分或副產品中的任何一種敏感。在不背離下面的權利要求所體現的發明精神範圍的情況下，本發明公開的材料可通過常規的優化 進行有效地改性。
權利要求
1.用於包裝的可生物降解的保護性包裝材料，其包括主要由纖維素纖維和澱粉組成的粘附在襯板上的多個圓頂狀結構。
2.根據前述權利要求所述的保護性包裝材料，其中，所述纖維素纖維來自於回收的廢紙製成的紙漿。
3.根據任一前述權利要求所述的保護性包裝材料，其中，所述襯板是紙。
4.根據任一前述權利要求所述的保護性包裝材料，其中，所述圓頂狀結構是用基於澱粉的粘膠粘附到襯板上。
5.根據權利要求1-6中任一項所述的保護性包裝材料，其中，所述圓頂狀結構是方形的，其每邊有一個圓形壓痕。
6.根據權利要求1-6中任一項所述的保護性包裝材料，其中，所述圓頂狀結構是圓形的，並且有支撐每個圓頂的5個實心支持物。
7.製備任一前述權利要求所述的保護性包裝材料的方法，包括 a)把紙漿和澱粉在水中形成的懸浮液汲取到根據所述圓頂狀結構外表面成形的模具中； b)在模具中抽乾所述懸浮液中的水份； c)把在模具中乾燥的源於所述紙漿和澱粉的圓頂結構脫模；和 d)把已脫模的所述圓頂結構粘到紙襯板上。
8.用於保護物品免受在裝運中的可能的損壞的方法，包括把物品包裹在根據權利要求1-6所述的保護性包裝材料中。
9.用於以減少物品損壞風險的方式裝運所述物品的方法，包括裝運在根據權利要求1-6所述的保護性包裝材料中的所述物品。
10.用於處置根據權利要求1-6所述的保護性包裝材料的方法，包括把它放置在會實質上暴露於潮氣中的地方。
11.在空隙填充的包裝中使用的可生物降解的可堆疊支架，包括多個交聯交錯的波形，其中，所述交錯的波形基本上由纖維素纖維和澱粉組成。
12.根據權利要求12所述的保護性包裝材料，其中所述纖維素纖維來自於回收的廢紙製成的紙眾。
13.製備權利要求11-12所述的可生物降解的可堆疊支架的方法，包括 a)把纖維和澱粉的漿料汲取到由兩部件組成的模具中； b)把該模具的兩部件壓縮在一起； c)從所述模具中的所述漿料抽吸水份；並且接著 d)分離所述模具的兩部件以移除所述支架。
14.用於保護物品免受在裝運中可能的損壞的方法，包括把物品包裝在裝運容器中，在該裝運容器中，使用了根據權利要求11-12所述的支架填充一個或者多個空間。
15.根據權利要求14所述的方法，進一步包括把所述物品包裹在根據權利要求1-6所述的保護性包裝材料中。
16.用於以減少物品損壞風險的方式裝運所述物品的方法，包括裝運容器中的所述物品，在所述容器中，使用了根據權利要求11-14所述的支架填充一個或者多個空間。
17.用於處置根據權利要求11-12所述的可生物降解的可堆疊支架的方法，包括將其放置在會實質上暴露於潮氣中的地方。
18.用於製備一個或多個物品裝運的套件，包括權利要求1-6所述的可生物降解的保護性包裝材料；和根據權利要求11-12所述的可生物降解的可堆疊支架。
全文摘要
本發明提供由獲得自回收紙廢料的澱粉和纖維素纖維製備的包裝材料。所述方法包括將紙漿和澱粉的水懸浮液引入到模具中，並且同時從位於模具中的懸浮液抽取水。根據本發明製備的泡沫狀包裝材料和支架被設計用作為用於易碎品或者不規則形狀物品的裝運的緩衝器。當暴露在環境中的水時，所述包裝是可生物降解的。
文檔編號B65D65/46GK102712400SQ201080037402
公開日2012年10月3日 申請日期2010年6月22日 優先權日2009年6月22日
發明者卡洛·法肖 申請人:全球專利技術公司