CN102333650B - 用于包装物品的复合物和制造该复合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于包装物品的复合物和制造该复合物的方法。复合物结构包括含纤维层(例如，纸板层、或具有来自天然和/或合成来源的纤维的其他层)和覆盖所述含纤维层的含矿物层。含矿物层沿着含纤维层的表面基本连续的结合到含纤维层，并且提供印刷表面。含纤维层和含矿物层可以被定形、设定尺寸并且制造，从而使得由它们形成的复合物结构能够被加工以形成存储物品。复合物结构还具有拉伸强度和使其易于加工成所需存储物品形状(例如，盒体、箱体和其他形状)的其他特性。

Description

用于包装物品的复合物和制造该复合物的方法
相关申请的交叉引用
本申请是2008年8月18日递交的美国申请No.12/193633的部分接续申请，美国申请No.12/193633是2008年1月11日递交的美国申请No.12/013077的部分接续申请，此外，本申请要求2007年8月18日递交的美国临时申请No.60/956690的优先权。
技术领域
本发明一般的涉及用于制造储存物品(例如，零售、展示和/或运输产品包装件)的复合物结构，更具体的，本发明涉及具有显著的矿物和纤维含量(可以包括天然纤维)的复合物结构，所述复合物结构非常有吸引力，制造效率高并且环境友好。
背景技术
用于产品零售和运输的包装件和包装材料通常设计成足够耐用，以能够可靠的使用这些材料。开发这些包装件和材料时考虑到的包括：包装件和材料对加热、燃烧、撕裂、起皱、磨损和潮湿的抵抗性，以及对啮齿动物和其他害虫侵入的抵抗性，和包装件与材料的防盗能力。还考虑包装件和材料的拉伸强度和撕裂强度。包装件和包装材料还优选以相对低的成本来制造，并且包装件和包装材料优选在外观、印刷质量和触摸感觉方面对于消费者是足够有吸引力的，以促进产品的使用、以及提高产品形象或产品关联性。
但是，很难制造即对消费者有吸引力、又制造成本低、同时还足够耐用以满足零售和运输使用需求的包装产品。例如，一些低成本包装选择由于在防护性结构方面的投入极小而对于防盗而言是构造拙劣的。通常的起泡包装(blister package)、消费型折叠纸箱和盒、收缩包裹(shrink-wrapped)或软膜式包装是防盗作用不强的包装件的示例。虽然由于蛤壳(clamshell)型包装件中使用的通常更高规格的材料，蛤壳型包装件是更加防盗的示例，但是蛤壳型包装件由于使用更高成本的材料而通常更昂贵。
现有的包装产品存在的另一问题是这些产品(特别是提供可购性的低成本水平的产品)没有包括环境友好的材料和设计。环境友好材料可以具有所需的属性(例如，生物可降解能力、可腐化性(compostability)、高的再生成分(recycled content)、再循环能力)，并且与前述材料相比，在环境友好材料的制造过程中，环境友好材料还可以使用更少的能量、污染少、并且产生更少的温室气体。消费者和零售商对上述环境友好材料的需求越来越高，环境友好材料通过减少材料的不利环境影响而可以使制造商受益。
除了以上所述，在本说明书中使用的“环境友好的”指的是被认为对环境造成最小损害的货品。这些货品还可以称为“绿色的”或“生态友好的”或“自然友好的”或其他的。
环境友好的土基(earth based)材料的示例有滑石、硅藻土、含矿物层、云母、硅土、玻璃、粘土、沸石和板岩，所有上述各项都是可以与结合剂(bonding agent)组合以形成平辊和平板的材料。诸如此类的高矿物含量材料可以使用来自Taiwan Long Meng，Taipei，Taiwan的商标名为Viastone的高矿物含量材料以及来自其他制造商的其他含矿物材料。矿物基材料可以由天然资源(例如，石灰石等)制造，矿物基材料可以是可生物降解的、可光降解的和可腐化的，并且矿物基材料与纤维基材料相比使用更少的能量、不使用水和使用更少的化学制品来制造。
通常用于运输和/或零售包装件的构造是省空间、耐用并且防盗的箱型或盒型。例如，通过自动的划线、折叠、弯曲、模切甚至制箱，可以由耐用并且易于加工的纸板材料(例如，牛皮纸板、纸盒用纸板、瓦楞纸板等)来形成箱式包装或盒式包装，以形成所需的盒形状。可惜，很多成本有吸引力的用于形成上述包装件的纸板材料通常不具有适宜于高质量印刷的表面，结果纸盒和纸箱经常具有对消费者没有吸引力的未经修饰的工业外表。此外，一些更高质量的纸箱用板包括原生纤维(virgin fiber)，所述原生纤维需要使用大量的漂白剂和化学制品。此外，纸板盒和纸板箱对于加热、燃烧、撕裂、起皱和磨损几乎没有或完全没有抵抗性。最后，在制造纸和纸盒用纸板时需要使用非常大量的能量和水。
虽然含矿物材料与纸板箱和纸板相比表现出巨大优势(特别是在每吨成本方面)，并且还可以用易于印刷的形式提供含矿物材料，但是这些含矿物材料和包含含矿物材料的产品通常非常密实且产量低、缺乏劲度(stiffness)、缺乏MD/CD纤维结构和强度，并且由于这些含矿物材料和包含含矿物材料的产品缺乏拉伸强度并且缺乏对产品适当转变和加工所必需的其他特性，所以这些含矿物材料和包含含矿物材料的产品不易于加工。由于这些缺点，通常发现矿物没有实际的结构益处并且矿物不是用于包装的适当选择。
因此，本领域中仍然需要耐用并且有成本效率、同时还在外观和触感方面对消费者有吸引力的零售和/或运输包装件。还需要耐用、有吸引力、同时包含环境友好材料并且防盗的零售和/或运输包装件。还需要用于形成有吸引力的零售和/或运输产品的材料，所述材料在制造的时候(例如，通过划线、折叠、模切、热成型或真空成型)或在分装的时候(例如，通过制箱和粘结)易于加工。还需要提供具有良好印刷表面的包装件，从而可以在包装件上形成更有吸引力的产品与营销的信息和标签。
发明内容
本发明致力于解决和减小本领域中的上述不足。为此，本发明涉及环境友好的复合物，至少部分地由所述环境友好复合物来制造存储物品(例如，零售和/或运输包装件)。复合物结构包括单一或多个含纤维层(例如纸板层或其他层)以及覆盖含纤维层的一个或多个集中含矿物层，所述含矿物层在两层之间的界面处沿所述含纤维层的表面基本连续地结合到所述含纤维层。所述含纤维层和含矿物层可以被定形、设定尺寸和制造，使得由它们形成的复合物结构能够被定形以形成存储物品的至少一部分。不可思议的是，由含纤维层和含矿物层形成的复合物结构具有高度的柔性(pliability)和挠性(flexibility)，其柔性和挠性超过了单独的含纤维层或含矿物层的柔性和挠性。复合物结构还具有增强的特征，例如明亮并且有吸引力的印刷表面以及柔性，从而使其吸引消费者。所述复合物结构进一步具有允许其易于加工成所需存储物品构形(例如存储盒体和箱体)的质量、劲度和拉伸强度以及其他特征，该复合物结构具有高耐用性以及良好的耐潮湿和生物可降解性。在根据本发明的另一个方面中，所述含纤维层可以仅包括天然纤维。
在根据本发明的另一个方面中，通过在所选定以形成复合物的条件下将含矿物层结合到含纤维层，来形成复合物结构。例如，要将矿物层粘附到含纤维层，可以通过将粘合剂施加到这些层并且在热或冷胶合或粘接工艺中将这些层接合到一起。
在根据本发明的再一个方面中，可以提供适于形成存储物品的矿物结构，所述结构包括具有结合剂的挤压或吹制的矿物，所述结合剂包括聚合物(包括聚丙烯)的混合。含矿物的结构被设定尺寸并制造，使其能够被定形以形成复合物结构。结合剂还可以包含一定量的聚丙烯，用于附加的耐热性。该特征在炉子和微波炉烹调应用中增强耐热性。
在根据本发明的更为详细的方面中，所述复合物结构形成为盒体或箱体形状以用于零售和/或运输目的。所述复合物结构还可以形成为容器衬垫、瓦楞原纸、运输邮件包装物、展品或展品盘、样张板(tear sheet)或滑托板(slipsheet)、货盘盖、瓦楞结构和内部保护性包装部件以及其他零售和/或运输部件的形状。复合物结构还可以包括作为层的编织和非编织增强平台网状材料。所述层增加了显著的爆破强度(burst strength)和撕裂强度。本领域中用于该网状层的通用术语是“平纹棉麻布(scrim)”。
在更多详细方面中，提供具有至少两个层并且不需要结合膜的复合物结构，该复合物结构包括基本上非合成的、掺杂的、混合的、半透明的、片状的、或热塑的结构；并且按重量计算，所述复合物结构包含少于25％的聚合物(例如共聚物、均聚物、单体或聚乳酸以及其他酸及其组合)、并且包含至少5％天然矿物含量，所述复合物结构包括：一层或多层非浸渍辊压或片状天然纤维层，所述层的厚度约在2mil(密尔)和1000mil之间，例如不需要膜拉伸而施加到含矿物层的纸浆、纤维素纤维、棉花、水稻、织物、甘蔗渣或纸纤维；所有层均是实心并且具有相对的(opposing)平坦表面，该表面需要或不需要压延，其中含纤维层具有从约1.5mil到约1000mil的厚度。此外，纤维层可以具有从约10磅/1000平方英尺至约128磅/1000平方英尺并且从约20克/平方米至1500克/平方米的基重(basis weight)，从约125至约900的MD拉伸强度并且从约55至约400的CD拉伸强度。具有结合剂的未加热、非金属或浸渍矿物的层与一层或多层含矿物层结合，含矿物层包括从约30磅/1000平方英尺至约500磅/1000平方英尺和从约35克/平方米至约150克/平方米的基重，以未混合到复合物内的卷和板状物的形式，所述含矿物层按重量计占整个复合物结构的至少10％，含矿物层的密度在0.3克/立方米至1.50克/立方米之间，厚度在1.3mil和50.0mil之间并且包含有机矿物质(例如硅藻土、研磨碳酸钙、云母、硅石、玻璃、粘土、沸石、板岩等，及它们的组合)。含矿物层沿含纤维层的整个接触表面基本连续地结合，而不需要伸展。
在更加详细的方面，本发明提供一种柔性的复合物结构，所述复合物结构在一层或多层含矿物层中包含指定量的可热成型或非可热成型的结合剂，所述结合剂的量足以经由热成型、压力成型或真空成型而形成存储物品的形状。复合物结合剂还可以包括热塑性聚合物。纤维复合物结构可以被处理以提供充分的防潮湿性能或防潮湿层。含矿物层和含纤维层可以具有可生物降解的含量。复合物结构可以具有可腐化含量。复合物结构可以具有可光降解含量。复合物结构可以具有再生的和可再生含量。纤维结构还可以被聚乙烯涂覆(poly coated)以用于防潮湿。复合物结构中的一个或多个表面涂覆有水基或溶剂基的热封涂层。在其他方面，一个或多个侧面可以施加了压印箔片或金属薄膜压印。在另一方面中，一个或多个层可以是瓦楞形的。
当结合参考示例性附图阅读本发明时，可以通过参考以下优选实施例的详细说明最好地理解本发明。
附图说明
图1是根据本发明的一些方面的复合物结构的横截面侧视图，所述复合物结构具有含纤维层、和直接结合到含纤维层并且覆盖含纤维层的含矿物层，含矿物层的表面提供在其上可以形成印刷的复合物结构的外表面；
图2是根据本发明的一些方面的类似于图1的复合物结构的横截面侧视图，但其中含纤维层具有位于相对侧面上的第一和第二含矿物层，每个含矿物层均被直接结合到含纤维层的表面并且覆盖该表面，每个含矿物层的表面提供在其上可以形成印刷的复合物结构的第一和第二外表面，所述第一和第二外表面均未覆盖有其他任何材料；
图3是可以被用作运输容器的由图1或2中所示的复合物结构形成的存储盒体的透视图；
图4是与图3中不同的存储盒体的透视图，所述存储盒体同样由图1或2中所示的复合物结构形成，具有用于封闭存储容器的可弯曲顶部，所述存储盒体可以用作零售盒体；
图5是由图1或2中的复合物结构形成的运输邮件包装物的正视图，所述运输邮件包装物可用于运输文件或其他物品；
图6A-图6G是由图1或2中的复合物结构形成的零售展示和展示托盘的实施例的透视图，所述零售展示和展示托盘包含弯曲部分、切割部分和可印刷部分；
图7是瓦楞结构的横截面侧视图，所述瓦楞结构的一部分由图1或2中的复合物结构形成；
图8是图7中所示的瓦楞结构的透视剖视图；
图9是由图1或2中所示的复合物结构形成的滑托板或样张板的顶部透视图，所述滑托板或样张板可以被选择性地用作货盘盖；
图10是具有在防震材料上定形的复合物结构的内部保护性包装部件的横截面侧视图；以及
图11是真空成型设备的透视分解图，所述设备适于将复合物结构定形为用于存储物品的形状。
贯穿附图和具体实施方式将使用共同的参考标记表示相同的元件。
具体实施方式
下列详细描述用作对本发明的当前优选实施例的描述，而不应被认为表示可以构成或使用本发明的仅有形式。说明书描述了用于构成和实施本发明的步骤的功能和序列。但是，应当理解，通过不同的实施例可以实现相同或等价的功能和序列，并且除非超出权利要求书的范围，否则这些不同的实施例也包括在本发明中。
已发现，环境友好和有吸引力的存储物品20(例如图3和4中所示的零售和/或运输包装件)可以至少部分地由图1中所示的复合物结构22构成。在该实施例中，复合物由含纤维层24和含矿物层26形成，所述含矿物层26覆盖含纤维层24。本实施例中的含矿物层26直接结合到含纤维层。此外，含矿物层沿着含纤维层24的表面25基本连续地结合到含纤维层24，从而形成整体复合物结构，所述表面25是两个层24和26之间的界面。复合物结构22的制造(包括含纤维层24与含矿物层26的形状、尺寸和制造)受到控制，使得由其形成的复合物结构22具有令人喜欢并有吸引力的柔性、具有拉伸强度和适于进行存储物品20(图3和4)的生产的其他处理相关特性。复合物结构22的柔性给物品20提供了比现有产品有实质性提高的有吸引力的触感。例如，通过对柔性复合物结构22进行划线、折叠、变皱和模切当中的至少一项，以及通过使用其他成型技术，来加工复合物结构22，还可以使复合物结构22易于变形成所需的存储物品组件33(图3和4)。
在一个实施例中，与含纤维层24如果和复合物结构22分开而单独使用时具有的柔性相比，复合物结构22的柔性增大了。也就是说，形成复合物结构22所提供的结构具有比用于形成该复合物的原始含纤维层24更大的柔性。例如，如根据本领域技术人员众所周知的弯曲性和柔性标准测量的，复合物结构22的柔性可以比含纤维层24单独的柔性高至少约20％(例如，甚至高至少约50％)，所述弯曲和挠性标准包括ASTM D228-02，#10和ASTM D6125-97(2002)，上述两份标准通过引用而全部结合于此。
如本领域普通技术人员所公知的，“复合物”材料是包括具有不同物理特性的两种或更多种物质或层的材料，其中每种物质或层保持其各自的特性并同时为整体贡献出所需特性。术语“复合物”可以特别表示每种物质为整体贡献所需特性的那些材料，所述贡献大于每种物质在不存在其他物质时的其他方面附加贡献，结果产生出具有比各部分的简单总和更高的特性的材料。例如，这与具有涂层和薄膜、被加热和拉伸的薄膜等的现有技术的纸纤维和天然纤维不同，这些涂层和薄膜主要被设计为阻挡潮湿和提高可印刷性和提高印刷质量，本质上不会明显改变性能、环境或结构特征。
根据本发明的柔性复合物结构22等包含独特地规定的材料基重、成分和结构属性，这些结构属性是基本沿着层24、26之间的整个界面(例如，基本连续地沿着底层24的整个表面25)直接结合以形成单个复合物结构。所产生的结构具有完全不同的性能目的、并且胜过其他包装技术。此外，对层24、26和复合物结构22的特征和制造进行的选择使得组合后的复合物结构22具有包括柔性和可加工性的特性，这些特性超过了任一材料单独的性能并且不能由现有技术的产品所实现。
可以通过控制含矿物层26和含纤维层24的尺寸、形状和制造以及控制复合物结构制造过程，来形成复合物结构22。例如，可以控制参数(参数可以包括层24和26的厚度、基重、密度、拉伸强度和化学成分含量当中的至少一项)以实现改进的复合物结构22，所述改进的复合物结构22具有所需柔性和美学特征并具有所需耐用性和可加工性。
在一个实施例中，可以改变矿物层26的化学成分以提供具有所需特征的复合物结构22。适当的含矿物层26可以包括高达85％(按重量计)的各种类型和成分的矿物。含矿物层26还包括与矿物成分混合的结合剂，所述结合剂提供用于将矿物成分结合于层26内的介质。在一个实施例中，可以将一定类型和规定量的结合剂添加到含矿物层26，足以提供具有所需等级的柔性同时还易于加工的复合物结构22。
还可以控制含纤维层24的成分以提供具有所需特征(例如，结构22的所需柔性、劲度、质量、厚度(caliper)、残余褶皱(dead fold)和可加工性等)的复合物结构22。含纤维层24包括许多天然纤维中的至少一种，并且所述含纤维层24具有所需拉伸强度、和使所述层24适合于为形成图3和图4的存储物品20所用的加工工艺的其他特征。例如，含纤维层24可以具有纤维板层的形式，甚至，含纤维层24具有纸板层的形式(例如，本领域公知的各种不同类型的纸板卷材料和纸板片材料当中的一种)。例如，适当的纤维板和/或纸板材料的示例包括可再生折叠箱板(recyled folding boxboard，RFB)、漂白牛皮纸板、未漂白牛皮纸板(例如，C1S和C2S实心漂白硫酸盐浆纸板(solid bleached sulfate board，SBS))以及涂布可再生板(coated recycled board，CRB)和未涂布可再生板(uncoated recycled board，URB)、粘土涂布淡黑色板(clay coatedlight black board，CCLB)以及三层板和两层板。
用于含纤维层24的纤维板和/或纸板通常主要包含纤维素纤维和/或木浆纤维，虽然所述纤维板和/纸板还可以具有适合于所需结构的其他类型的天然纤维含量。含纤维层24还优选地包括相对高等级的可再生纤维含量和/或消费后可再生纤维含量。此外，非树制(tree-free)纤维提供了有吸引力的环保替代物。例如，可再生折叠箱板、涂布可再生板和未涂布可再生板可以包含100％的可再生含量，其中高达35％(按重量计)是消费后可再生含量。三层板和两层板是具有高含量的消费后可再生纤维的涂布可再生板，所述三层板和所述两层板可以分别包含高达100％的可再生含量、和大于90％或95％的消费后可再生含量。
在一个实施例中，含纤维层仅由天然纤维组成。在另一个实施例中，含纤维层可以包括合成纤维。
还可以控制一个或多个层26和24的厚度，以在所产生的复合物结构22中提供更高或更低的柔性和可加工性。还选择层24和26的厚度，以使得由层24和26形成的复合物22易于加工。此外，还根据所需的耐用性要求来选择层26和24的厚度，在一些实施例中较厚的层比非常薄的层提供更高的耐用性。含矿物层26提供复合物结构22的良好柔性以及耐用性和可加工性，所述含矿物层26的适当厚度可以是例如从约1.5mil至约30mil(0.038mm至约0.762mm)。如本说明书中所使用的，一“mil”是千分之一英寸。根据所使用的纸板类型的密度、劲度和拉伸强度，可以改变含纤维层24的适当厚度。例如，对于诸如C1S和C2S SBS纸板、可再生折叠箱板、漂白牛皮纸板和未漂白牛皮纸板、涂布可再生板和未涂布可再生板、和折叠箱板等类型的纸板，层的厚度可以从约4mil至约28mil(0.1mm至约0.711mm)，并且对于诸如三层和两层纸板的纸板类型，层的厚度可以从约12mil至约23mil(0.31mm至约0.58mm)。
还选择含矿物层26和含纤维层24的基重和密度，以提供具有所需属性的复合物结构22。因为过轻或过重的成品复合物结构22可能不适于由标准纸机和纸板机(例如，划线机、折叠机、冲切机、粘结机以及制箱机)操作，所以选择含纤维层24和含矿物层26的基重和密度，以使得最终复合物结构22易于加工。例如，含矿物层26的适当基重可以是从约15lbs/1000ft2(磅/1000平方英尺)至约240lbs/1000ft2，并且含矿物层26的适当重量可以从约40g/m2至约900g/m2。含纤维层24的适当基重可以从约26lbs/1000ft2至约130lbs/1000ft2，或者从约210g/m2至约900g/m2。例如，对于C1S和C2S SBS纸板、可再生折叠箱板、未漂白牛皮纸板、涂布可再生板和未涂布可再生板以及折叠箱板，适当基重可以从约53lbs/1000ft2至约128lbs/1000ft2，并且还可以从约210g/m2至约900g/m2。对于包含三层板和两层板的含纤维层24，适当基重可以从约41lbs/1000ft2至约110lbs/1000ft2，并且还可以从约225g/m2至约450g/m2，厚度可以从约4mil至1000mil。假设性能和材料属性在上述范围内，则可以使用其他天然纤维(例如甘蔗渣、棉花、纸浆、织物等)。
含纤维层24还被选择为具有导致形成可以易于加工的复合物结构22的拉伸强度特征。所需拉伸强度特征可以包括在纵向(machine direction，“MD”)或横向(cross-direction，“CD”)上测量的纸板层24的抗撕裂强度。横向(CD)通常被定义为沿着纸板的纸幅(web)的方向，即，相对于纤维板层24中的纤维纹理(grain)成九十度(90°)的方向。纵向(MD)通常被定义为与纤维板层24中的纤维纹理平行延伸的方向。如本领域普通技术人员所公知的，可以根据ASTM D5342-97标准(也称作Taber型测试标准)来测量纸板材料的MD拉伸强度和CD拉伸强度，上述标准通过引用方式全部结合于此。“ASTM”是指美国材料与试验协会(American Society For Testing And Materials)，通常也称为ASTM国际标准组织。
具有在指定范围内的拉伸强度的材料能够由纸板加工设备(例如，自动划线机、折叠机、冲切机和成形机)来处理，以提供最终的存储物品形状。相反，缺少适当的拉伸强度特征的材料可能过脆或过硬、或者太有弹性，以至于不能在标准纸板加工处理中进行加工。在一个实施例中，通过ASTM D5342-97标准(Taber型标准)来测量，适合的纸板层24(例如，上述箱板、牛皮纸板和可再生板)具有从约125至约900的MD拉伸强度和从约55至约400的CD拉伸强度。在另一个实施例中，通过ASTMD5342-97标准(Taber型标准)来测量，适当的纸板层24(例如，三层或两层纸板层24)具有约144至约685的MD拉伸强度。
应该注意的是，由于含矿物层26实际上不具有可由用于纸板的相同标准测量的CD撕裂强度值或MD撕裂强度值，因此，通常选择含矿物层26不针对CD劲度或MD劲度、残余褶皱性能或拉伸强度。含矿物层中缺少相当的拉伸强度是使得单独的含矿物层26不适于标准加工处理的一个特征，所述标准加工处理通常用于使纸板材料和其他材料被定形和形成为最终的存储物品。可以考虑更高含量的聚合物材料和合成组合物，所述聚合物材料和合成组合物使用共挤压、多层层积以及拉伸；但是，与用结合剂保持的土基矿物的成本相比，挤压和吹膜聚合物的成本和产量不利地更昂贵。上述技术说明是唯一的，并且使用上述矿物和纤维的说明，上述技术说明使最终的合成物的成本和性能最大化/最优化。
由连续结合的含矿物层和纸板层所形成的复合物结构22具有使复合物结构22适于用在存储物品20的形成中的材料特征(图3和4)，所述材料特征包括加工性能和柔性。在一个实施例中，复合物结构22包括纸板层24，所述纸板层24在其一个或多个表面25和27上直接结合到含矿物层26，以形成适于用在例如存储盒或存储箱中的两层或三层复合物。图2示出了具有第一含矿物层26a和第二含矿物层26b的三层复合物结构的示例，第一含矿物层26a和第二含矿物层26b直接结合到纸板层24的顶表面25和底表面27。图1和图2示出了两层和三层复合物结构的示例，但是可以使用更多个层。这种两层或三层复合物结构22可以具有从约40lbs/1000ft2至约175lbs/1000ft2的基重、从约80g/m2至约900g/m2的基重、根据ASTM D5342-97标准测量的从约125至约900的MD拉伸强度以及从约55至约400的CD拉伸强度、以及从约4mil至约32mil的厚度(0.2mm至约2.45mm)。
在另一个实施例中，如图9所示，与在滑脱板(slip sheet)或样张板(tear sheet)44的形成中一样，复合物结构22包括多片结合到含矿物层26的纸板层24。上述多层复合物结构22可以具有从约198lbs/1000ft2至约525lbs/1000ft2的基重，从约648g/m2至约2640g/m2的密度，根据ASTM D5342-97标准测量的从约375至约2700的MD拉伸强度以及从约165至约1200的CD拉伸强度，以及从约45mil至约100mil(1.14mm至约2.45mm)的厚度。虽然构成相对重的滑托板和样张板44的多层复合物结构22可能不如较轻重量的复合物结构一样易于加工，但是多层复合物结构22具有增强的柔性，所述增强的柔性使得多层复合物结构22具有美学吸引力，并且多层复合物结构22保持了使其适于其功能的充分的纸板特征。复合物结构还可以应用于需要高等级的垂直堆码强度(stackingstrength)和防盗性能的各种消费包装应用中。
可以使用多种不同的制造技术来制造图1和图2中的复合物结构22。例如，形成复合物结构22的方法可以包括压印步骤，在所述压印步骤中纸板形成为具有所需特征和厚度的层板、并且所产生的层板聚集在压辊上。制造工艺还可以包括将含矿物层材料挤压或挤压层积(extrusion-lamination)为具有所需特征和厚度的层板、并且将所产生的层板聚集到压辊中的步骤。所述制造工艺可以进一步包括将纸板层24直接结合到含矿物层26以形成改进的复合物结构22。纸板层24可以使该层24的一个或多个表面上(例如，顶表面25和底表面27上)、或仅一个表面上(如图1所示)至少部分地覆盖有含矿物层26。
可以通过将纸板层24和含矿物层26彼此粘结(例如通过将压力施加到形成层24和26的一种或多种材料，或者通过在层24和26之间任选地施加粘结剂)，来使纸板层24结合到含矿物层26。在一个实施例中，在层24和26之间不使用添加的粘结剂的情况下形成柔性的复合物结构22。在另一个实施例中，粘结剂被施加到层24和26中的一个层或多个层的表面上(例如，纸板层24的顶表面25)以使层24和26彼此粘结。在本实施例中，粘结剂可以被施加到纸板层24和含矿物层26之间的界面19处的基本整个表面25，从而确保层24和26沿整个表面25结合。实施层24和26的结合的条件可以被选择以提供层24和26彼此的最优粘结，以及层24和26之间沿表面25的整个长度和整个宽度延伸的基本连续的结合。例如，在用于使层24和26结合的适当热应用工艺中，在从约300℉(148.9℃)至约385℉(196.1℃)的升高温度下，将具有从约660cP(厘泊)至约1480cP的粘度的粘结剂施加到层24和26中的一个层或多个层。在用于使层24和26结合的适当的冷应用工艺中，在从约27.5℃至约30℃的温度下施加具有从约1000cP至约2100cP的粘度的粘结剂。
最终的复合物结构22具有如下表1中所示的改进的特征。从表1可以看出，形成复合物结构22的作用是：维持了纸板或其他天然纤维层24的所需的拉伸强度和其他加工处理相关特征，从而提供了能够由标准纸板加工工艺进行加工的耐用复合物结构22，同时还获得了具有美学吸引力的复合物结构22的柔性并且该柔性大于单独的纸板材料的柔性。
表1
与用于包装和存储物品20的非合成纸板材料相比，复合物结构22还具有其他益处。例如，与通常的纸板材料相比，复合物结构22由于用在含矿物层中的结合剂而提供了改进的防潮湿性能。这种结合剂可以包括高密度的聚乙烯、生物聚合物、聚合物或聚乳酸。通过显著提高闪点，结合剂连同矿物质一起还为复合物结构22提供了改进的耐火性和耐热性。通常在挤压过程中可以通过引入一种或多种添加剂而使聚合物(例如HDPE)成为可生物降解的、可光降解的和可腐化的，所述添加剂诸如是对UV光敏感的可以引起聚合物分裂的酮基、或可以引发聚合物的光致氧化并同样引起聚合物分裂的其他光敏添加剂。在含纤维层或含纸板层的纤维全部为天然纤维时，复合物结构的可生物降解性极大地提升。此外，增大的含矿物层的密度因为使撕裂所述层的难度增大而引起改进的防啮齿动物和其他虫害的性能。
此外，本说明书公开的具有含矿物层和含纤维层的复合物结构的增大的密度使得在不增大现有技术材料成本的情况下产生了更好的防盗性。根据本发明的复合物结构的增大的密度还提供了更大的抗皱性、并且还由于复合物结构的成分而提供了抗静电性。
复合物结构22还具有借助含矿物层26的优质印刷表面21。此外，由于含矿物层26在其制造中基本不需要用水，因此，估计复合物结构22在制造中比类似纸板材料需要的用水量少25％至65％。此外，复合物结构22使一些非可生物降解纸板(例如，C1S和C2S SBS纸板、未漂白牛皮纸板和折叠箱板)变成可生物降解和可腐化。因为矿物质通常是环境友好物质，所以具有矿物质和天然纤维的复合物结构22是可完全再生的，所述复合物结构22可以具有约35％至约75％的可再生纤维含量或消费后可再生纤维含量，并且所述复合物结构22估计比标准纸板材料的空气排放量、甲醛和漂白剂还减少了20％至65％。
可以执行各种加工步骤以将由含矿物层26和纸板层24形成的复合物结构22定形为所需的存储物品形状。所述加工步骤可以包括对复合物结构22的折叠、弯曲、折皱、和其他成型或挤压，以及包括切割步骤和胶合步骤，以形成所需形状。所述加工步骤可以在制造和分装中的一个或多个时刻实施。例如，加工步骤可以在制造中实施以将所述复合物结构22切割、划线和折叠为所需形状，所述形状适合于运输和/或存储物品20。在存储物品20的分装中，可以执行胶合和成型步骤以获得最终的存储物品形状，例如在制造硬纸箱或盒的情况下的纸箱成型步骤。
在另一实施例中，通过加压、加热或真空下的模压，单个材料和/或柔性复合物结构22形成为用于存储物品20的所需形状。例如，在真空成型工艺和压力成型工艺中，根据具体情况，在真空或压力的作用下将复合物结构压入模具，从而使材料或复合物具有与模具一致的形状。作为另一个示例，在热压成形工艺中，在将材料和/或复合物压入模具的同时加热所述材料和/复合物，以使所述材料变形直至具有所需形状。这种模压可以允许柔性的复合物结构22具有所需形状，甚至包括圆形或曲线形状。真空模压按压器60的示例如图11所示，图11示出了顶压板62a、底压板62b以及模具64，其中将柔性的复合物结构22放置于压板62a和62b以及模具64之间，并且之后通过在压板62a和62b之间施加真空以使真空压在模具上。结构22的柔性还可以允许执行各种折叠和折皱步骤以形成最终的组件形状，而不需要应用加热或真空。还可以执行各种模压和/或成型步骤的组合以形成最终的存储物品20，并且可以执行各种切割和成型步骤以及粘结附加装饰性或功能性部件的步骤。同样，一个或多个复合物结构22可以相互堆叠或粘结，以形成所需的存储物品组件33。
在一个实施例中，用于形成存储物品20(例如，图4中所示的零售包装件20和图5中所示的运输包装件20中的至少一个)的复合物结构22具有形成于复合物结构22的部分上的印刷物(例如，印刷的关于内含的产品的广告或信息)。例如，存储物品20可以在一个含矿物层或多个含矿物层26(图1和2)的一侧或两侧上具有印刷物(例如，在印刷表面21上、并且还在或可替换地在图2中所示的具有两个含矿物层26的情况下的纸板层24的一侧或两侧上)。可以通过公知的印刷技术实施印刷，例如，橡皮版印刷(flexographic)和平版印刷。具有包括含矿物层26的复合物结构22的存储物品20可以有吸引力地和明亮地印刷，从而增大消费者对产品的需求以及向消费者传达关于产品和内容的重要信息。在本实施例中，印刷步骤包括将基体材料或含矿物材料供应经过印刷机。印刷机可以在材料的一个或多个表面上印刷，并且相同的材料还可以被传送经过相同的或后续的印刷机。
如图1和2所示，一个含矿物层26或多个含矿物层中的每层均具有优质印刷表面21(图1)和23(图2)。在这些图中的表面可以用于接受用于所需文字或图形的油墨。在本实施例中，印刷表面21和23包括复合物结构22的一个或多个外部表面，并且印刷表面21和23不被任意类型的其他层覆盖。然而，印刷表面可以接受压花箔片或金属薄膜压印或其他类似材料。
在一个实施例中，如在图3和4中示例性所示，复合物结构22形成为组件33的形状，所述组件33包括用于零售和运输的至少一种的盒体28。盒体28可以具有尺寸设计为容纳零售或运输产品的立方体、矩形或其他盒体形状的形式。在一个实施例中，通过以柔性层板的形式制备复合物结构22(例如通过执行如上所述的压印步骤和其他工艺步骤)、将所述结构切割为所需形状、然后通过手工或机械加工使所述层板折叠和/或褶皱以(例如经由自动纸盒成形工艺)形成最终的三维盒体形状，来形成盒体28。在图4中所示的实施例中，复合物结构22形成盒体的壁39，所述壁39包括底壁39a和侧壁39b以及折叠盖部分39c。由具有高柔性的复合物结构22形成的盒体28具有平滑且柔性的触感，所述触感是有吸引力的并且使触摸舒适，同时所述盒体28还足够结实和耐用以允许用于存储架和展台上的零售品。
在一个实施例中，盒体28的柔性使得所述盒体可以易于折叠和展开为盒体形状28，由此使用户能够在展开状态下存储盒体28、然后在需要使用时快速地将盒体折叠成型。盒体28还期望是足够结实的，以(例如，在用于产品运输或存储的平台中)经受其他盒体与盒体28的竖直的或其他堆叠，并且所述盒体28还可以提供足够的防盗性能。在一个实施例中，盒体28的有吸引力的触感、以及由打磨后的含碳酸钙材料给予的增强的光泽和光亮使得盒体28特别适于整个零售包装的外观非常重要的高端产品和奢侈品零售，例如香水、化妆品和珠宝的零售。
在另一个实施例中，如图5所示，复合物结构22形成运输邮件包装物34(诸如用于通过UPS、FEDEX、USPS等运输文件和其他物体的信封)的一部分。复合物结构22可以用于形成部分的或者甚至除密封部分之外全部的邮件包装物结构，所述密封部分例如是将邮件包装物的开口密封以便运输的粘结剂或连接钉，并且可以通过使用一系列折叠、折皱和粘结步骤来制造所述复合物结构22以制备所需的邮件包装物形状。复合物结构22期望足够柔性，从而可以使文件和其他物体易于容纳在包装物34中，同时所述复合物结构22还是足够耐用的以避免拉扯、刮破和撕坏运输包装物34。与不具有改进的复合物结构22的现有邮件包装物34相比，由复合物结构22形成的运输邮件包装物34提供了多个优点。例如，具有复合物结构的运输邮件包装物34具有如上所述的改进的防潮湿性、同时所述邮件包装物34还使包装件上有非常吸引人的印刷，从而使与内含物、运输指示或广告相关的指示可以被印刷在邮件包装物上。这与现有的邮件包装物(例如，纸质邮件包装物)相反，现有包装物通常被制造为具有防水性或易于印刷，但通常不具有非常有吸引力、易于印刷、还防潮湿并且耐用的表面，具有含矿物复合层26的邮件包装物就具有这种表面(图1)。
如图6A-6G所示，具有复合物结构22的存储物品20的其他实施例包括展示托盘36和其他销售展台38。例如，在图6A和6F中所示的实施例中，复合物结构22被切割、成型和折叠为能够保持和展示零售产品的展示托盘36的形状。托盘36可以具有尺寸适合于容纳所需数量的物体的壁和底座，并且如图6A所示，托盘36还可以包含切除部分或将物体保持在托盘36中的其他展示配置。图6B-6E以及6G示出了展台38的实施例，所述展台38由具有含矿物材料的复合物结构22形成、或包含所述复合物结构22。例如，在图6B-6D所示的实施例中，复合物结构22被形成或模制以形成展台38的零件。可以通过弯曲或折叠、以及经由热成型和真空成型来模制复合物结构22，以形成所需的展台38的零件。
图6B、6D和6E所示的实施例示出了由印刷、折叠和胶合的复合物结构22的部分(可选地与常规的平版印刷部件)形成的展台的示例。图6C中所示的实施例示出了通过真空成型展台的前半部和后半部而被模制成所需形状的展台38，所述展台由复合物结构22形成。复合物结构22期望足够柔性，从而可以用真空或热成型技术来模制复合物结构22以形成圆形部件40(例如图6C的实施例中显示的圆形部件)，所述圆形部件是有吸引力的展台38以及其他产品中特别需要的。图6G示出了复合物结构22被用于形成具有展示托盘36的展台38的实施例。由复合物结构22形成的或包含所述复合物结构22的展台38和展示托盘36提供了非常有吸引力并且防潮湿的展台和托盘，所述展台和托盘可以被明亮地且有吸引力地印刷以用于零售和广告目的、并且所述展台和托盘是非常耐磨的。例如，通过对复合物结构22进行折叠或模压或其他加工，复合物结构22可有利地成型为所需的零售形式，并且由此提供了用于改进的零售展台的高度适应性材料。
复合物结构22的其他用途包括用复合物结构22形成瓦楞结构42(在图7和8中所示的实施例)，以及用于形成滑托板或样张板或保护性顶部托盘盖44(如图9所示的实施例)，用作内部保护性包装组件48(如图10所示的实施例)，并且还用作模制的内部保护性包装组件48(可以通过使用图11所示的按压器60形成的实施例)。在图7和8所示的实施例中，瓦楞凹槽50被夹在顶部层板52a和底部层板52b之间以形成瓦楞结构42，所述瓦楞结构42适于形成瓦楞箱体和其他类似应用。如上所述，凹槽50和层板52a和52b中的一个或更多个可以由复合物结构22形成，以形成具有增强的柔性以及防潮湿性和防虫害的瓦楞结构42。附加的和/或可替换的，复合物结构22可以包含覆盖纸板层24的含矿物层26(图1)，所述纸板层24在瓦楞部件(例如凹槽50)之上。例如，如图7所示，复合物结构22可以包括与内顶层板51a和内底层板51b中的至少一个相对应的纸板层24，所述内顶层板51a和内底层板51b是包含凹槽50的瓦楞材料的一部分，这些纸板层51a和51b被包括含矿物层的顶部层板52a和底部层板52b中的至少一个覆盖。
在图9中所示的实施例中，复合物结构22形成为用于储存或运输产品的滑托板或样张板44，所述板44还可以被划线或折叠以用作保护性顶部托盘盖。同样如图9所示，多个复合层板44可以粘结到一起，以形成多层结构68(例如，多层样张板44)。
在图10所示的实施例中，内部保护性包装组件48包括复合物结构22，所述复合物结构被模制成适于与运输报价件内的物体共形的、或适于将物体保持和保护在运输包装内的形状，或者用于填充包装中的闲置空间以稳定和保护运输的易碎物品。如上任意示例所述，复合物结构22可以模制成所需形状然后放置于减震材料56的顶部。用在这些实施例中的复合物结构22给出了如上所述的优点，包括增大的柔性使得能够形成所需结构、以及改进结构的外观和触感。如上所述，结构22还具有改进的防潮湿性、防盗性和防虫害性能，同时结构22还维持了良好的耐火性和耐热性。结构22还使得能够在其上高质量印刷，以使得能够在产品上印刷用户指示或广告。
复合物结构22(图1)具有例如柔性和拉伸强度等特征，所述特征使复合物结构22适于形成存储物品，所述存储物品包括本说明书所述和所示的任意存储物品以及其他存储物品。复合物结构22可以被定形、设定尺寸和制造，以使得复合物结构22是柔性的并且使复合物结构22能够被定形以形成多种类型的存储物品。
如本说明书中使用的，非矿物的天然纤维包括动物纤维(例如，羊毛和丝绸)和植物纤维(例如棉花和纤维素)。
本发明与现有技术的覆盖物的区别在于在本发明中提供了复合物。如本说明书中所使用的，覆盖物是一种被施加到其他材料、从而使覆盖物与所施加到的材料共形的材料。复合物层不与复合物中的其他材料的表面尺寸和形状一致；复合物层作为具有其独有形状和构造的层而与一个或多个其他层组合，从而形成具有改进的或极大改变的结构特征和强度特征的新的复合物材料。
本发明的其他修改和改进对本领域普通技术人员同样是显而易见的。因此，本说明书中描述和说明的部件和步骤的特定组合仅用于表示本发明的特定实施例，并不意味着用作对在本发明精神和范围内的可替换装置和方法的限制。根据这些原则，应该理解，具有柔性的复合物结构22的存储物品20可以具有本领域公知的或稍之后开发出的多种构形中的任意一种，并且还应当认为，现有或新形成的存储物品20(例如，新形成的零售和/或运输包装件)均在本发明的范围内。此外，应该理解，纸板层24和含矿物层26可以包含多种不同材料，例如除具体说明的那些包装材料和结合剂之外的其他包装材料和结合剂。

Claims (19)

1.一种可印刷和可加工的复合物结构，所述复合物结构的厚度从0.051到25.4mm，所述复合物结构的基重等于或小于22.15kg/m2，所述复合物结构按重量计包括小于25％的聚合物并且包括天然矿物成分，所述复合物结构包括：
由天然纤维形成的含纤维层，所述含纤维层的厚度从0.033到22.86mm，所述含纤维层是实心并且具有相对的平坦接触表面，其中，所述含纤维层具有从20到800g/m2的基重、从20到1200MD并且从25到1500CD的拉伸强度；和
由矿物与聚合物结合剂形成的有机含矿物层，所述有机含矿物层形成矿物复合物层，其中，所述含矿物层包括0.63到21.08kg/m2的基重；
其中，沿着所述含纤维层的整个接触表面，所述含矿物层连续地结合，而不需要拉伸；
其中，所述含矿物层的至少一个朝外表面包括占该层重量的15％或更多的结合剂成分；
其中，所述复合物结构在至少一个表面层上包含有机矿物成分；
其中，所述复合物结构包括一个朝外含矿物层，所述朝外含矿物层具有按重量计至少15％的结合剂，所述结合剂选自聚合物和单体，使得根据ASTM D228-02#10和ASTM D6125-97(2002)所述复合物结构具有比100％天然纤维结构更柔性的表面，并且所述复合物结构比100％天然纤维结构具有更防水的表面；
其中，所述复合物结构包括至少一个可使用通常印刷技术来印刷的朝外含矿物层；和
其中，所述复合物结构包括至少40％的天然纤维；
其中，所述有机含矿物层占所述复合物按重量计的至少1％。
2.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，所述结合剂包括共聚物。
3.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，所述结合剂包括均聚物。
4.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，所述复合物结构还包括作为一个或多个层的编织和非编织网状增强件。
5.根据权利要求4所述的复合物结构，其中，所述网状增强件包括“平纹棉麻布”。
6.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，所述有机含矿物层包括柔性的矿物复合物，所述柔性的矿物复合物包括热成型结合剂，所述热成型结合剂的量足以使得包括所述有机含矿物层的存储物品可以通过热成型、压力成型或真空成型而形成所选形状。
7.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，所述含纤维层涂覆有聚乙烯。
8.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，所述含纤维层的一个或多个表面是粘土涂布的。
9.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，所述复合物结构的一个或多个表面涂覆有水基或溶剂基的热封涂层。
10.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，一个或多个层被形成为瓦楞形状。
11.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，所述有机含矿物层包括由生物聚合物组成的群组中的至少一种的可维持的聚合物成分。
12.根据权利要求11所述的复合物结构，其中，所述生物聚合物是淀粉、小麦、玉米。
13.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，所述含纤维层包括由漂白牛皮纸板、未漂白牛皮纸板、折叠箱板、经涂布可再生板和未涂布可再生板组成的群组中的至少一种。
14.根据权利要求13所述的复合物结构，其中，所述折叠箱板包括可再生折叠箱板。
15.根据权利要求1所述的复合物结构，其中，所述含纤维层包括从0.42到33.7kg/m2的基重、从0.10到1.14mm的厚度、从75到1200MD以及从25到900CD的拉伸强度。
16.根据权利要求1所述的复合物结构，其包括从648g/cm2到2640g/m2的基重、从1.14到2.03mm的厚度、从375到2700MD以及从648到2640CD的拉伸强度。
17.一种可再生含纸复合物结构，所述复合物结构具有至少一个含聚合物层，所述含聚合物层可使用通常的橡皮版印刷和平板印刷技术来印刷，所述复合物结构包含小于70％的聚合物，具有至少0.203mm的厚度，小于3700的MD拉伸强度，所述复合物结构包括：
具有可再生成分的含纤维层，所述含纤维层形成为具有0.0381mm和25.146mm之间的厚度，所述含纤维层具有相对的平坦接触表面，其中，所述含纤维层具有从20g/cm2到1500g/cm2的基重、从20到1200MD并且从25到1500CD的拉伸强度；和
含聚合物层，所述含聚合物层包括从30g/m2到1500g/m2的基重、从0.30g/cm2到1.5g/cm2的密度，所述含聚合物层具有0.033mm到1.27mm的厚度，所述含矿物层占整个复合物结构按重量计的至少2％；
其中，所述含聚合物层适于沿着所述含纤维层的整个接触表面被连接；
其中，所述复合物结构具有至少一个含聚合物层，所述含聚合物层可使用通常的橡皮版印刷和平板印刷技术来印刷，所述复合物结构包括小于70％的聚合物。
18.一种可印刷和可加工的复合物结构，所述复合物结构按重量计包含小于25％的聚合物并且包含天然矿物成分，所述复合物结构包括：
由天然纤维形成的至少一个含纤维层，所述含纤维层的厚度小于25.146mm，所述含纤维层具有相对的表面，其中，所述含纤维层具有从40g/m2到1500g/m2的基重；
至少一个含聚合物层，所述含聚合物层具有从0.40g/m3起的最小密度，所述含聚合物层占整个复合物结构按重量计的2％或更多；
其中，含聚合物层沿着至少一个含纤维层的接触表面被连接；
其中，所述含聚合物层包括至少2％的天然矿物；
其中，所述复合物结构包含按重量计超过40％的纤维；
其中，所述复合物结构包含至少一个外纤维层。
19.一种可加工和可印刷的可再生含纤维复合物结构，所述复合物结构具有可使用通常的印刷技术来印刷的至少一个含纤维层，所述复合物结构包括按重量计至少40％的纤维和小于25％的聚合物，所述复合物结构包括：
具有相对的平坦接触表面的含纤维层，其中，所述含纤维层具有从40g/m2到1500g/m2的基重；和
含聚合物层，所述含聚合物层具有0.40g/m3的最小密度，所述含聚合物层占整个复合物结构按重量计的至少2％；
其中，所述含聚合物层适于沿着至少一个含纤维层的整个接触表面被粘接；
其中，至少一个含纤维层包括50％或更多的可再生成分，并且包括整个复合物按重量计的至少25％；和
其中，所述复合物结构具有至少一个含纤维层，所述含纤维层适于使用通常印刷技术来印刷，所述含聚合物层与至少一个含纤维层发生表面接触。
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