CN102099185B - 可流体填充的多室装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多室可流体填充的装置，该装置包括两片粘合在一起的以便在它们之间限定出多个隔室的片材。第一方面，至少一个，且优选两片片材均由聚乙烯醇形成。第二方面，使用永久性的或非永久性的密封将片材密封在一起。为了消除外部施加的载荷，非永久性的密封在预定的内部压力下形成裂缝。

Description

可流体填充的多室装置

发明领域

本发明涉及一种多室可流体填充的装置，以及制造这种装置的方法，其适合其中需要保护和吸收震动的多种应用。本发明主要描述了有关的保护性包装，但是这仅仅是本发明一种可能的应用。

发明背景

有许多种类型的可膨胀的保护性包装是可以获得的。这些范围从预先膨胀的泡膜到一经要求就可膨胀的体系的广大范围，这依赖于对简单的空隙填充袋或更尖端的减震产品充气的机械装置。其它类型的保护性包装包括松散的填充物，成形泡沫，蛭石和被称为“有衬垫物夹层的大信封”的邮政产品。

这一包装产品的名单并不详尽，但是几乎所有存在的保护性包装的解决方案都遭受到共同的问题，这是本发明设法解决的。以前的包装解决方案主要由石油基材料或复合材料制成并且难以以令人满意的方式处理掉。

据估计所有包装废弃物的56％是保护性的包装废弃物。随着陆地填埋资源的逐渐减少和其他环境的关系，环境负责的包装解决方案的动力从来就不大。虽然许多石油基包装可以再循环，但是它需要与其他废弃材料分类，且包括的成本通常是高得惊人的。

近年来存在着使用可生物降解的塑料用于保护性包装的推动力。有两种主要类型的可生物降解塑料：一种使用小比例的非油基材料，例如玉米淀粉，另一种使用可光降解的材料，当其暴露于阳光中时可以分解掉。

遗憾的是，这些可生物降解的塑料中存在大量的问题。一个问题是它们仅仅能够在特殊的条件下降解。淀粉基塑料需要浸煮器以便在堆肥过程中将它们破碎，否则它们不会降解。可光降解的塑料明显地需要光并且因此在陆地填埋地点不会降解。

此外，可降解的和不可降解的塑料的混合物使塑料分类体系变得复杂并且成本高昂。

因此，虽然可生物降解的塑料的使用被认为是废弃物问题的一种解决方案，但是现在认为目前的材料仅仅当在适当位置存在相应的完全的堆肥基础设施时才是可行的。

这些可生物降解的塑料还存在性能问题。用于包装的可生物降解塑料的强度和阻隔性质对于一些应用来说是不够的。

现有的膨胀包装具有的另外的问题是，膨胀的隔室在预定的载荷下裂开，导致突然失去减震性。因此期望能够保证载荷的更为逐渐的消耗以及降低的对裂缝的敏感度。

因此，需要具有改进减震和阻隔性能的环境友好的保护性包装解决方案。

发明概述

本发明限定在现在应该提到的所附权利要求中。

本发明的诸方面提供了显著的优点。聚乙烯醇薄膜的所有物理性质有益于可膨胀的包装。它是可溶于水的并且是可生物降解的，因此可以简单并且安全地处置。它比常规使用的材料具有更好的弹性和抗拉强度；它具有优良的对油、气味和氧的阻隔性。它对自身亲和且它是透明的，可电消耗的和无毒的。

附图简要说明

现在将参考附图详细描述本发明的优选实施方案，其中：

图1a为根据本发明的一个示例性减震装置的平面图；

图1b为图1的装置的横截面；

图2是根据本发明的装置的另一个实施例的横截面；

图3说明了根据本发明的装置的粘合剂密封补钉形成部分；

图4说明了根据本发明的一个实施例的牺牲性密封的应用；

图5说明了牺牲性密封在根据本发明的装置中的位置的又一实施例；

图6说明了制备根据本发明的减震装置的方法；以及

图7说明了根据本发明的装置，其适合用于形成单独流体填充的包装的方法。

详细描述

图1a和1b说明了根据本发明的装置的实例。图1a和1b显示的装置包括两个相互结合在一起的以便在它们之间提供多个可膨胀的(或已经膨胀的)隔室的聚乙烯醇(PVOH)薄膜片材。如图所示，上部片材10与下部片材11用每一片片材圆周周围的外围密封12结合在一起。上部和下部片材可以由单独的PVOH网形成，以至于在一个侧面上，简单的用折叠线取代永久性密封。在内部区域中在顶部片材10和底部片材11之间形成其他的结合用于限定出多个相互连接的隔室。在外围密封12中的间隙处提供输入口14，以允许隔室膨胀，从而提供减震装置(或用另一种流体或粉末填充)。一旦诸隔室膨胀起来，可以密封输入载体14，如图1b所示，从而诸隔室保持膨胀状态。

本发明的关键方面在于使用了聚乙烯醇薄膜。在图1a和1b的实例中，上部片材10和下部片材11均由聚乙烯醇薄膜形成。聚乙烯醇提供了许多优点。关键的优点在于PVOH是水溶性的，其分解为二氧化碳和水。PVOH薄膜还是无味和无毒的。它具有高的抗拉强度、延展性、弹性和柔性并且提供高的隔氧和隔绝气味的性质。PVOH还具有消除静电的性质，这使得它适合用于电子货物的包装，并且是油和油脂的屏障。

PVOH已用于包装货物，例如用于洗涤机器的洗涤剂，其中PVOH可溶解于水的性质允许洗涤剂在洗涤循环期间释放。PVOH还用于包装某些化学品，例如杀虫剂。但是，PVOH还没有用于可膨胀的或预先膨胀的减震材料的生产。然而同样是可生物降解的，PVOH的抗拉强度和延展性使得它成为制备具有优于现有减震产品的性能吸收震动、膨胀减震体的优良材料。

不同等级、厚度和水解程度的PVOH薄膜能够从许多制造商那里轻易地获得。优选地，使用流延方法制造PVOH片材，因为这种方法能产生比吹塑或挤出的薄膜更均一且更一致的薄膜。PVOH薄膜可以被部分或全部地醇化或水解。优选该PVOH薄膜由在40％和99％之间且优选在70％和90％之间醇化或水解的聚乙酸乙烯酯薄膜形成。在DavidEdwards的“PackagingofPesticidesandPotentiallyHazardouschemicalsforConsumerUse”，PIRAINTERNATIONAL，1996中可以找到制造PVOH薄膜的细节。

PVOH薄膜可以是未取向的，单轴取向的或双轴取向的。暖水等级(即薄膜仅仅可以溶解于温水中)对于一些其中水飞溅是个问题的应用是期望的。PVOH薄膜材料的最大抗拉强度优选为至少20，更优选为30到80N/mm²，且可以高达200N/mm²或更高；其断裂伸长率优选为200到380％，更优选为220到350％。对于这些值的测试通常在23℃和50％的相对湿度下进行。薄膜的厚度优选在10到500微米之间，且更优选在20到100微米之间。例如，Aicello化学公司生产了许多等级的SOLUBLON^TMPVOH薄膜，其可以溶解于热水或冷水中。40到70微米左右的厚度适合用于根据本发明的减震装置。

该PVOH薄膜可以制造成保持相对低的水含量。这种薄膜可以充当干燥剂，这使得它特别适合用于包装需要防潮的物品。

提供一种与材料的另一片片材结合、在它们之间限定出隔室的仅具有单层PVOH薄膜的减震装置在本发明的范围内。优选地，材料的另一片材是可生物降解的，例如纸板。另一种材料可以是水溶性的或水不溶性的且可以是刚性的或柔性的。

PVOH薄膜或诸薄膜可以与其他材料(再次优选为可生物降解的材料)一起层压或层压到其它PVOH层上。PVOH薄膜的层压层具有许多优点，例如消除薄膜中任何针孔的风险。图2显示了图1所示类型装置的横截面，其中上层20包括PVOH的层压层且下层21包括刚性板。

可以使用许多不同的技术将PVOH薄膜相互密封或与其他材料密封。例如，PVOH薄膜可以使用射频焊接法(介电焊接)、超声焊接、直接热密封、感应密封、感应焊接、热线或热板密封以及脉冲密封的方法密封。

但是，那些常规的PVOH薄膜的密封方法取决于许多包括湿度和温度、压力和驻留时间的关键参数。这些参数中的任意参数的优化失败可以非常容易地导致危及密封。在工业中许多年来这都是个问题。此外，对于上述的密封方法，控制湿度是昂贵的操作且是费时的。加减百分之十五湿度的差别会开始相当显著地影响密封参数。同样重要的是要理解，通过流延方法或吹塑方法的PVOH薄膜制造方法需要湿度的关键控制。

还可以使用粘合剂将PVOH薄膜彼此密封起来。在本发明的优选的实施方案中，使用了完全水溶性的和可生物降解的粘合剂。使用照相凹版印刷方法将该粘合剂施涂于水溶性薄膜。在薄膜的制造期间将水溶性粘合剂施涂于薄膜是高度期望的，因为铸塑PVOH薄膜线的确立可能已经有凹版印刷或其他在线印刷的方法。这种技术用于层压两层PVOH薄膜。这种生产密封或密封基质的方法与其他方法例如焊接相比有许多的优点。在PVOH的铸塑制造过程中，通常在水溶性的或可分散的油墨中使用凹版印刷、柔性版印刷或甚至喷墨印刷对薄膜进行印刷。所有这些方法能够准确地记下(puttingdown)精确的油墨涂层并且与使用特别配制的水溶性粘合剂记下的焊接/密封图案等效。在薄膜的制造过程期间，第二层薄膜通常与另一层粘合以产生层压薄膜且可以在本发明的生产中利用这一过程以提供最终的减震产品作为薄膜的制造过程的组成部分。利用这种技术会节约相当数量的资本支出，因为大部分的开销已经用于支付在其制造期间生产薄膜。使用粘合剂的其他好处在于，与热密封不同，它并不使薄膜变形或变薄并且因此在任何点上都不削弱薄膜。

现在翻到图1a所示的具体实施方案，可以看到该减震装置包括多个相互连接的膨胀的或可膨胀的隔室。具有彼此流通的隔室提供了许多优点。首先，该减震装置可以以未膨胀的状态输送，然后采用单独的或多个可密封的入口简单地原位膨胀。该装置使用之后还可以压缩并且将会恢复到平坦的外形，便于再使用之前的储存。具有彼此流通的这些隔室的第二个优点为震动的逐渐消耗。在膨胀的减震例如膜泡包装中(其中每一个膨胀的隔室都与其他的隔室隔离开)，存在着特别的内部压力，在该压力下每个隔开的隔室都破裂。通过提供每一个膨胀的隔室之间的相互连接，可以抵挡更大的局部化冲击，因为内部压力的增加被所有相互连接的隔室所承受。多个隔室而不是单个较大空腔的使用能使载荷更逐渐地消耗并且能使包装符合特别的形状或产品。

正如所提及的，可以具有可单独密封的入口14，通过它空气可以进入包装中用于膨胀隔室。然后可以在入口处，既可以使用阀门、热密封、粘合剂，也可以使用装备有与入口相邻的减震装置的完整的粘合剂补钉密封包装。完整的粘合剂补钉如图3说明的。图3显示，在用于使装置膨胀的装置外表面33和在一侧与外表面33隔绝的补钉31处形成入口30，由此形成邻近入口30的铰链32。在面向入口的表面上，粘合剂覆盖了补钉，而用可剥离的标志覆盖了粘合剂。在使用中，一旦膨胀，除去可剥离的标志并且将补钉压在入口上将其密封。该标志可以粘着在形成装置的上部或下部片材上。选择性地，可以提供其中不是所有的隔室都相互流通的减震装置，并且因此可以提供多个空气进入点。在这种布置的情况下，假若可密封的进入点中的一个失效，导致与该进入点有流通的隔室压缩，则会保留了一些将会保持完全膨胀的隔室，由此提供了一些缓冲。

该减震装置可以以膨胀的形式或准备好通过规范的、桌面膨胀设备膨胀的形式供应给消费者。明显地，供应未膨胀的装置减小了产品的体积并且因此降低了运输成本。

如图1b说明的，在如图1a所示的这种内部密封13的布置的情况下，当填充或膨胀时，可膨胀的隔室具有实质上半球形的顶部和底部表面。公知的是，这种类型的半球形隔室比其他形状支撑了更大的载荷并且保证了优良的冲击保护。通常正方形的隔室和交叉形状的内部密封13产生了隔室半球形的外形。

对于本发明来说隔室布置的多种选择是可能的，包括多层结构，其中隔室的每一层可以或不可以与下一个隔室流通。但可以想像，对于大多数的应用，单层减震材料将足够了。

当不再需要减震装置时，空气或气体可以通过简单地刺破一个隔室、除去开口条或打开入口而除去。在常规的膜泡包装中，这是不可能的，因为隔室中的每一个都是相互隔开的。

减震装置可以具有不可膨胀的空腔区域，便于在要保护的物品上折叠减震体。这种构造可以固定在波纹纸板表面，切割并弄皱以至于该构造包围在易碎物品的周围。在产品寿命的终止，不需要进行材料的分离，因为内部PVOH减震体与纸板一样是可完全生物降解的。实际上，将PVOH用在再制浆的过程中以增强纸张和纸板的再循环。使用具有内部聚合保护的片材基包装的现有复合构造，例如膜泡包装和异形泡沫，在它们再循环之前需要分离。

可以选择连接可膨胀隔室的通道15的尺寸，以适合特殊的应用。通道15越窄，空气或气体穿过隔室到隔室的阻力要求越大。这与减震装置中的空气或气体的量一起影响着由包装提供的减震的量和类型。

使用本发明的一般构造进行试验期间，注意到许多出人意料的优点。与聚乙烯基包装减震体不同，生产的隔室对包装的物品提供了相当大的非磨损夹紧，这也许是因为PVOH薄膜的伸长性，与用于类似产品的类似物相比，已知PVOH薄膜具有至少五到七倍的伸长率、抗拉强度和耐刺破性。同样，当填充了空气时，显然PVOH薄膜包封构造对自身具有亲合性，阻碍了空气流动、导致了比其它材料构造时更多的震动消耗。

由聚乙烯醇薄膜制备可流体填充多隔室装置的本发明背离了现有的方法。称为“膜泡包装”薄膜的大部分都是由热成型制造的。通过加热薄膜底板并且将该薄膜吸成所需形状制造最终的产品。在进行这一操作中，拉长的空腔固有地较弱，因为在热成型过程中底部部分变薄。对于本发明，不需要热成型过程，且薄膜厚度在整张薄膜中保持均一。此外，在PVOH粘合密封的情况中，已知密封的完整性比常规的热密封要大。

因此，根据本发明的其中有多个流动连接的可膨胀隔室的减震装置提供了柔性减震装置，该装置可以通过特殊的物品或产品均一的制造，同时其提供了优良的减震性质，通过整个的减震装置消耗包装特别部分上易于发生的震动。

本发明的另一方面在于除了将第一和第二片材粘合在一起的永久性密封之外的“牺牲性”密封的使用。牺牲性密封是在特殊的预定压力下使之破裂的密封，预定的压力是比第一和第二片材裂缝的永久性密封裂开的压力更低的压力。在可膨胀的减震装置内部，牺牲性密封的使用提供了更高的震动吸收。根据本发明第一方面的PVOH减震装置以及使用例如聚乙烯的常规材料制造的可膨胀的减震装置，情况也是这样。

图4说明了图1所示类型的加入牺牲性密封的减震装置的转角部分。永久性密封12在该装置的外围周边的两片片材之间形成，正如参考图1所描绘的。该永久性密封可以使用粘合剂、热密封或其他合适的方法形成。限定内部隔室的永久性内部密封13也在上部和下部片材之间形成，正如参考图1所描绘的。此外，一个牺牲性密封或一组牺牲性密封40平行于外围密封12形成。如图所示，在永久性密封42之间形成牺牲性密封40，但是可以使用单独延伸的牺牲性密封代替。牺牲性密封将内部隔室与存储室41隔开，以至于在正常的使用中，存储室41保持未膨胀。但是，如果内部隔室中的内部压力由于外部载荷达到预定压力，那么至少一个牺牲性密封将会裂开，允许来自内部隔室的空气或气体进入存储室41，由此降低内部压力并且消耗载荷。

牺牲性密封可以使用通过改变压力、驻留时间和湿度参数最优化的热密封形成。选择性地或除此之外，可以使用在预定的内部压力下剥离的可剥离的粘合剂。一种合适的用于与PVOH薄膜形成可剥离的密封的粘合剂是S100粘合剂，其可从SustainableAdhesiveProducts，Unit3，Swangate，CharnhamPark，Hungerford，Berkshire，RG17OYX，UnitedKingdom获得。永久性密封可以使用热密封或使用粘合剂形成。

有了如图4所示的牺牲性密封，不仅仅是减震因素增加，而且与常规的空气填充的包装相比，在现于飞机的加压保持状态运输期间其提供了更多的保护。在这种加压条件下，本技术领域中描述的常规空气填充的包装会破裂，导致减震性丧失。牺牲性密封解决了这个问题，即：通过允许减震体上过度的压缩破坏牺牲性密封而允许过多的空气溢入存储容器中。

图5说明了根据本发明的使用牺牲性密封的减震装置的又一实施方案。与图1的实施方案相同，永久性外围密封12在上部和下部片材之间形成。多个永久性内部密封13也在上部和下部片材之间形成以限定出多个隔室。多个牺牲性密封50包括在内，将一些隔室与邻近的隔室分隔。牺牲性密封将在预定的内部压力下裂开，再次提供震动的消耗。

对于图5的布置，其需要多个输入口，在这种情况下是三个，并不是所有的隔室相互之间都流通。在图5所示的装置中，通过牺牲性密封的分隔形成了三个隔离的隔室行，每一行都需要由隔开的输入口14充气。

每一个隔开的隔室组可以膨胀到不同的程度(一些隔室可以根本不膨胀，提供与图4中所示类似的存储室)，当牺牲性密封50裂开时，这允许可变的减震和气体由一个隔室到另一个中的不同速率的扩散。隔开的隔室组的提供还保证了如果输入口14中的一个在使用期间不能密封或在此期间裂开，一些缓冲得以保留。

根据本发明的减震装置可以用任意数量或形状的隔室制造。它可以预先膨胀、部分预先膨胀或者根本不膨胀而制造。如果没有膨胀，它可以以辊形提供以便所期望长度的减震装置可以由辊切割或撕开。正如所提及的，第一和第二层可以层压并且可以由彼此不同的材料形成。

根据本发明的减震装置可以用于许多应用中，例如邮政包裹、作为空腔填充包装用于船运易碎货物的应用、防护衣或任何需要保护其不受外部载荷的应用中。

图6为说明制造根据本发明优选实施方案的装置的步骤的流程图。该过程以步骤600开始。在步骤610中形成第一片材。如前所述，这优选是聚乙烯醇铸塑片材，由部分或全部水解的聚乙酸乙烯酯形成。在步骤620中形成第二片材。如前所述，第二片材优选为由部分或全部水解的聚乙酸乙烯酯形成的聚乙烯醇铸塑片材。但是，第一或第二片材可以由不同的材料形成，且其中一个或两个可以使用不同的方法形成。在步骤630中，将粘合剂印刷在用于形成包括外围密封在内的永久性密封的第一片材上。在步骤640中，将用于非永久性或“牺牲性”密封的粘合剂印刷在第一片材上。这可以作为与步骤630分开的步骤进行或同时进行。然后第一和第二片材在步骤650中压在一起以形成密封。粘合剂固定后，减震装置完成并且可以在步骤660中卷起或折叠准备原位膨胀，或者可以在船运之前预先膨胀。

本发明的另一个应用为用于流体或粉末填充的包装的制造，特别是其中需要包装的水溶性，就象洗涤剂的场合。图7显示了可用于形成单独的流体或粉末填充包装的包装。如同图1所示的实施方案，该包装包括两个相互粘合的聚乙烯醇(PVOH)薄膜的片材以便在它们之间提供多个可填充的隔室。如图所示，上部片材70用每片片材圆周周围的外围密封72与下部片材(未显示)粘合。上部和下部片材可以由单独的PVOH板形成，以至于在一侧上不用永久性密封，只有简单的折叠线。在顶部片材10和内部区域中的底部片材11之间制成其他的粘接73以限定出多个相互连接的隔室。为了允许用流体或粉末填充隔室，在外围密封72中的间隙中提供输入口74。所期望体积的流体例如液态洗涤剂可以通过输入口74泵入包装中。然后可以密封输入口74以保留流体。之后可以在隔室之间形成虚线所示的进一步的密封75以便将它们相互之间隔开，由此形成多个填充的和密封的隔室。然后可以通过沿着隔室之间的密封切割或撕开而将这些隔室相互分隔开。

虽然图7的实施方案使用了PVOH包装，但是任何合适的材料的组合可以用于这种方法中。PVOH的优点是水溶性，但是其他材料可能适合用于特殊的应用。

因此本发明的另一方面是制造多个流体或粉末填充的包装的方法，包括以下步骤：提供包括与第二片材粘合的第一片材的第一包装以提供多个相互连接的可流体填充的室和提供到该室的通道的输入口，用预定体积的流体或粉末填充该室，以及在室和输入口交叉处之间形成密封以提供多个密封的流体或粉末填充的室。

根据本发明的装置以这种方式的使用提供了比现有方法更简单且更便宜的形成流体或粉末单独剂量包装的方法。现有方法需要热成型空腔和单独的空腔的填充。

Claims (17)

1.一种可流体填充的装置，其包括与第二片材结合在一起的第一柔性片材以便在第一柔性片材和第二片材之间提供多个可流体填充的或流体填充的室，其中第一柔性片材实质上由聚乙烯醇形成，并且其中第一柔性和第二片材采用多个永久密封相互粘合以界定多个室并采用至少一个非永久牺牲性密封相互粘合以分开相邻的室，其中设定非永久性密封在比永久性密封或片材裂开所需压力更低的压力下裂开。

2.根据权利要求1的装置，其中使用粘合剂形成非永久性密封。

3.根据权利要求1的装置，其中使用粘合剂形成永久性密封。

4.根据权利要求1-3中任一项的装置，其中多个室中至少一些相互连接以使它们相互之间流通。

5.根据权利要求1的装置，其中第二片材实质上由聚乙烯醇形成。

6.根据权利要求1的装置，其中第一柔性片材和/或第二片材实质上由铸塑聚乙烯醇形成。

7.根据权利要求1的装置，其中第一柔性片材和/或第二片材完全由聚乙烯醇形成。

8.根据权利要求1的装置，其中第一柔性片材和/或第二片材实质上由水解或醇化的40％和99％之间的聚乙酸乙烯酯形成。

9.根据权利要求1的装置，其中第一柔性片材和/或第二片材实质上由水解或醇化的70％和92％之间的聚乙酸乙烯酯形成。

10.根据权利要求1的装置，其中第一柔性片材和/或第二片材与聚乙烯醇或其他材料的其他片材层压。

11.根据权利要求1的装置，其中第一柔性片材和第二片材是平坦的并且实质上具有均一的厚度。

12.根据权利要求1的装置，其中当填充时，可流体填充的或流体填充的室中的每一个实质上都具有半球形的外表面。

13.根据权利要求1的装置，其中第一柔性片材和第二片材具有10和500微米之间的厚度。

14.根据权利要求1的装置，其进一步包括自粘合补钉，该自粘合补钉用于在填充可填充的室后密封至少一个可密封的孔。

15.根据权利要求2或3的装置，其中粘合剂是可生物降解的。

16.根据权利要求1的装置，其中该室包含液体。

17.根据权利要求16的装置，其中液体包含洗涤剂。