CN110998024A - 用于由绒毛浆材料制造3-维成形产品的方法以及这样的产品 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于由绒毛浆材料制造3‑维成形产品的方法以及这样的产品。根据本发明的方法包括以下步骤：提供绒毛浆材料；将绒毛浆材料的气流成网流提供至3‑维成形模具；在模具中形成产品；以及从模具中释放3‑维成形产品。

Description

用于由绒毛浆材料制造3-维成形产品的方法以及这样的产品
本发明涉及一种用于由绒毛浆材料(fluff pulp material)制造3-维成形产品(3-dimensional shaped product)的方法。这样的产品可以涉及例如用于水果和蛋的包装单元、饮料盖(sip lid)、覆盖物(cover)以及镶嵌托盘(inlay tray)。
由模制的纸浆材料制成的具有3-维形状的产品例如包装单元是已知的。这样的模制的纸浆通常来源于再循环纸材料和/或原生纤维(virgin fibre)。这些包装单元被成形以储存、运输和/或展示一系列产品，包括诸如蛋类、西红柿、猕猴桃的食品产品。
这样的产品的问题中的一个是用于制造工艺的能量的量，该制造工艺通常包括用于模制的产品的显著的干燥步骤。
关于本发明的目的，本发明必须避免或者至少减少由模制的纸浆材料制造的常规产品中的上文陈述的问题，并且提供更可持续的3-维成形产品，该3-维成形产品具有较低的碳足迹(carbon footprint)并且减少在制造工艺中所需的能量的量。
为了该目的，本发明提供了一种用于由绒毛浆材料制造3-维成形产品的方法，该方法包括以下步骤：
-提供绒毛浆材料；
-将绒毛浆材料的气流成网流(air-laid flow)提供至3-维成形模具；
-在模具中形成产品；以及
-从模具中释放3-维成形产品。
该方法提供了具有根据某些规格或要求的长度、宽度和高度的3-维成形产品。例如，在大多数情况下，这些规格或要求将根据在产品中所承载(carry)的产品或者由产品所承载的产品来限定。在根据本发明的方法制造的产品涉及用于水果和蛋类的包装单元、饮料盖、覆盖物以及镶嵌托盘的情况下，规格或要求通过包装的或承载的3-维产品的数目和/或大小和/或形状来限定。优选地，成形产品具有与其设计的产品相关的形状。将理解的是，根据本发明，还可以预期其他形状。
(未加工的(raw))绒毛浆材料优选地包括长纤维软木。该材料经常被应用于个人护理产品。将理解的是，在根据本发明的制造工艺中使用的绒毛浆材料还可以包含其他组分。未加工的绒毛浆材料被预处理以提供用于气流成网流的绒毛浆材料。这样的预处理可以包括生产或多或少均匀的片材材料，该片材材料任选地包含一些添加剂。为了将绒毛浆材料提供至模具，可以使用粘合剂，例如作为喷雾或泡沫。这减少了在用于常规模制的纤维(包装)产品的制造工艺中使用的水的量。事实上，在常规的模制的纸浆产品中，水被用作载体。避免水作为载体的需求显著地减少了制造工艺中所需的水的量。这导致干燥所得的产品所需的能量的显著减少。另外，这显著地减少了根据本发明的方法制造的最终产品的碳足迹。
此外，与常规制造的模制的纸浆产品相比，由于对干燥操作的减少的要求，气流成网工艺(air-laid process)能够实现相对高的制造速率。这进一步提高了制造工艺的总效率。
通过将绒毛浆材料提供给模具，可以制造3-维成形产品。形成产品包括在一个或更多个模具中按压纸浆材料以使产品成形。形成可以包括另外的热处理，以活化和固化可以提供给绒毛浆的一种或更多种添加剂。为了其目的，这为最终产品提供了足够的强度和稳定性。添加剂的类型和量优选地根据制造的产品的具体要求来设计。热处理优选地在模具中进行，这提供制造的产品的模具内热处理(in-mould heat treatment)。任选地，或者除此之外，热处理还在从模具中释放产品之后进行。
在从模具中释放产品之后，可以进行另外的处理，包括涂覆、贴标签(labelling)以及另外的加工步骤。根据本发明的制造方法的气流成网加工步骤优选地还包括所谓的纺纱成网加工(spun-laid processing)。
作为另外的优点，由本发明的制造工艺产生的产品优选地是可生物降解的。在最优选的实施方案中，所得的产品能够经历环境分解或在家中分解。这进一步提高了所得的产品和制造工艺的可持续性。
优选地，(未加工的)绒毛浆材料包括使原材料纤维分离。优选地在粉碎工艺之后，优选地在锤磨机中进行该纤维分离。这能够实现最终产品的期望的材料特性，例如与该产品的强度和稳定性相关的特性。
在本发明的目前优选的实施方案中，该方法还包括在将绒毛浆材料提供至模具之前压实绒毛浆材料的步骤。
通过压实绒毛浆，可以显著地改善所得的最终产品的品质。例如，这可以增加最终产品的强度，并且使其能够承载例如水果、蛋、电子装置。
在本发明的目前优选的实施方案中，其中提供模制的纸浆材料的气流成网流的步骤包括将毯状流(blanket-shaped flow)提供至模具。
通过将毯状流提供至模具，可以实现有效的制造工艺。优选地，进行压实步骤以提供具有某种长度和宽度以及或多或少均匀厚度的毯(blanket)。这改善了最终产品的均匀性。在目前优选的实施方案中，毯的厚度在0.5cm至3.0cm的范围内。示出了，以具有在所提及的范围内的厚度的毯将呈毯形状的绒毛浆材料提供至模具提供了具有改善的均匀性的最终产品。这改善了最终产品的整体品质。
优选地，在制造工艺中，模具被加热以能够进行另外的热处理。当利用添加剂来改善最终产品的总体性能时，这是特别重要的。
此外，在模具中形成产品优选地包括将产品从毯状流中冲压出并且将其提供至模具的步骤。在该上下文中，冲压可以包括切割、按压或者任何其他锻造步骤。这使得能够将期望量的材料提供至模具，从而例如减少最终产品的变化。
在本发明的目前优选的实施方案中，该方法还包括将剩余材料进料至绒毛浆材料的提供步骤的步骤。实际地，这能够实现将毯状流的剩余材料重新引入到制造工艺的材料流中的返回可能性(return possibility)。这显著地减少了来自制造工艺的废物材料的量。此外，这为制造工艺提供了已经经历一些加工步骤的绒毛材料。例如，这进一步改善了制造工艺的效率并且进一步减少了总体碳足迹。
在本发明的目前优选的实施方案中的一个中，该方法还包括将绒毛浆材料与来源于再循环纸材料的纸浆材料混合的步骤。
将绒毛浆材料与再循环纸的再循环流组合通过减少制造工艺中原生纤维的量，能够实现有成本有效的制造工艺。这进一步改善了整个制造工艺的可持续性。最终产品中的再循环纤维的量可以在0wt％-100wt％的范围内、优选地在10wt％-90wt％的范围内、更优选地在25wt％-75wt％的范围内并且最优选地在30wt％-65wt％的范围内。
在本发明的目前优选的实施方案中的一个中，该方法还包括将一种或更多种添加剂提供至绒毛浆材料的步骤。
通过将一种或更多种添加剂提供至绒毛浆材料，可以使最终产品的产品特性符合期望的产品特性。
任选地，添加剂可以涉及粘合剂以粘合绒毛浆。此外或者可选择地，添加剂包括一种或更多种可生物降解的生物聚合物。这样的聚合物可以增强产品特性，例如强度、稳定性、坚固性(robustness)、耐油性和/或耐水性。优选地应用的可生物降解的生物聚合物优选地包括可生物降解的脂肪族聚酯，优选地PBS、PHB、PHA、PCL、PLA、PGA和PHBV中的一种或更多种。例如，向纸浆材料中添加一定量的PLA和/或PBS和/或在0wt％-25wt％、优选地0.5wt％-20wt％、更优选地0.75wt％-10wt％的范围内、甚至更优选地在1wt％-8wt％的范围内并且最优选地在2wt％-5wt％的范围内的另一种生物聚合物改善了最终产品的强度。优选地，进行热处理以活化和固化添加剂，以实现期望的效果。更优选地，在绒毛材料被带到模具中并且成为其期望的形状之后，进行热处理。例如，绒毛材料被带到处于约100℃的温度的模具中。在产品已经形成其期望的形状之后，可以通过将产品带至145℃-175℃的范围内的温度进行热处理，以使得PLA纤维能够分布在绒毛浆材料的纤维素纤维周围。将理解的是，例如，实际工艺温度可以取决于纸浆材料的组成。
在本发明的一些优选的实施方案中，生物聚合物被混合在原始纸浆材料中，使得其被分布在基本上整个产品上，和/或例如可以作为可以与食品产品接触的产品的表面上的单独的层被提供。
本发明的另外的优点是通过使用添加剂的屏障性质的改善。屏障性质可以包括氧气屏障和/或油脂屏障。另外，可以减少来源于食品产品诸如面条(pasta)或炸薯条的油渗透到最终产品中。此外，例如，在(Chinet)一次性餐具的生产中，氟化学可以被减少或者甚至从制造工艺中被省略。另外，例如，可以改善水屏障性质(water barrier property)，以减少水渗透到包装单元中，并且从而减少隆起(ridging)问题。
在本发明的上下文中，可生物降解的优选地包括分解和/或在5℃至60℃的范围内、优选地在5℃至40℃的范围内、更优选地在10℃至30℃的范围内、甚至更优选地在15℃至25℃的范围内的温度并且最优选地在约20℃的温度进行。
例如，PBS自然分解成水、CO2和生物质，例如从而为塑料提供可生物降解的替代材料。使用PBS作为可堆肥材料有助于提供可持续的产品。
在食品接触应用(包括来自纸浆材料的食品包装单元)中，使用生物聚合物如PBS是可能的。如所提及的，PBS具有良好的可生物降解性质，并且PBS可以被分解成H2O和CO2。这改善了由绒毛浆材料制成的并且包含PBS和/或类似添加剂的产品的再循环性质。
添加一定量的PBS和/或类似添加剂的另外的优点是，例如最终产品还可以使用土壤中的微生物来分解。这使得能够将包含PBS和/或类似添加剂的产品作为一个整体分解。在这样的优选的实施方案中，食品包装单元可以在家中被分解。例如，与其他剂或组分诸如PLA(例如，包括其变体诸如PLLA、PDLA和PLDLLA)相比，PBS的分解速率高得多。优选地，可生物降解的脂肪族聚酯的使用与旨在改善或者实现包装单元的特定性质的另外的添加剂或物质的使用组合。在另外的目前优选的实施方案中，所应用的生物聚合物来源于所谓的非gmo(非转基因修饰的有机体)生物聚合物。
在本发明的另外的实施方案中，最终产品包含一定量的微原纤化纤维素(microfibrillated cellulose)(MFC)，该微原纤化纤维素有时也被称为纳米原纤化纤维素(nanofibrillar cellulose)或者纤维素纳米纤维。MFC优选地来源于植物来源的纤维素原材料。MFC的使用增强了纤维-纤维的结合强度，并且进一步改善了强化效果。尽管MFC优选地与PBS和/或可生物降解的脂肪族聚酯中的一种或更多种组合应用，但是也可以使用MFC作为这些组分的替代物。
在本发明的实施方案中，生物聚合物和/或MFC在产品的表面(的一部分)上或者在产品的表面(的一部分)处提供生物膜。实验指示，可以实现良好的屏障性质。可选择地或者除此之外，还可以提供纸质外观和/或纸质触感的表面层。这有助于消费者对根据本发明的这样的实施方案的产品的欣赏。测试已示出良好的湿强度和屏障性质。屏障性质可以包括氧气屏障和/或油脂屏障。据信氧气屏障性质通过MFC形成包含氢键的致密网络的能力来实现。
任选地，将一些疏水性成分(hydrophobic element)添加至MFC层，以进一步改善水屏障性质。这可能涉及羟基基团的改性，例如在微原纤维的表面上化学改性和/或通过聚合物的吸收改性。
使用MFC的另外的优点是改善的可印刷性，包括数字印刷可能性。此外或者作为替代方案，MFC可以通过经由增加填料的量减少重量或克重来降低成本。这还可以增强光学性质。
将理解的是，MFC和/或PBS和/或可生物降解的脂肪族聚酯的组合可以进一步改善所提及的效果和优点。另外，与常规聚合物膜的组合，例如通过在其上涂覆MFC、PBS和/或可生物降解的脂肪族聚酯，可以提供具有这两种材料的优点的产品。
在本发明的另外的优选的实施方案中，该方法还包括将饰面层(finishinglayer)提供至模制的产品的步骤。
这样的饰面层可以包括涂覆和/或印刷，任选地包括模具内贴标签(in-mouldlabelling)和/或涂覆。这进一步改善了整个制造工艺的效率。
本发明还涉及来自绒毛浆材料的3-维成形产品，其中该产品包含一定量的绒毛浆材料。
这样的产品提供了与关于食品包装单元描述的相同的效果和优点。例如，这样的来自绒毛浆材料的3-维成形产品可以涉及用于水果和蛋的包装单元、饮料盖、覆盖物和镶嵌托盘。优选地，3-维产品根据其预期的用途被成形。例如，在食品包装单元的情况下，其可以包括能够接收或承载食品产品的隔室。例如，食品接收隔室可以涉及能够容纳食品产品诸如蛋类、西红柿、猕猴桃的隔室，或者用于容纳饮料的容器。
作为另外的效果，本发明的产品可以包含一种或更多种添加剂或者剂，诸如生物聚合物。这能够根据顾客的规格或需求，考虑到特定的产品，实现产品特性和性质的特定的设计。优选地，一种或更多种另外的剂包括可生物降解的脂肪族聚酯。
本发明的另外的优点、特征和细节基于其优选的实施方案被阐明，其中参考了附图，在附图中：
-图1示出了根据本发明的镶嵌托盘；
-图2A和图2B示出了根据本发明的包装单元；
-图3示出了根据本发明的可选择的食品包装产品的实例；
-图4A和图4B示出了根据本发明的另外可选择的食品包装产品的实例；
-图5A和图5B示出了根据本发明的另外的用于蛋的包装单元；以及
-图6示出了本发明的制造方法的示意图的总结。
产品1(图1)涉及用于移动电话的镶嵌托盘。产品1包括外边缘3和凹部5，所述凹部5适于特定类型的移动电话的尺寸。产品1由绒毛浆材料制造，并且优选地包含生物聚合物。
产品2涉及包装单元(图2A和图2B)，所述包装单元在使用中承载或者容纳蛋类，并且包括覆盖部分(cover part)4和底部部分(bottom part)6。底部部分6设置有后表面8、侧面10和前表面12以及底表面14。覆盖部分4设置有后表面16、侧表面18、前表面20和顶表面22。在图示的实施方案中，过渡部24被设置在顶表面22与后表面16和前表面20之间。
在图示的实施方案中，覆盖部分4的顶表面22设置有包括多个开口28的凹槽(groove)26。开口28由两个相邻的拱形边缘30、32界定，该拱形边缘30、32与覆盖部分4的平均厚度相比具有更大的厚度。覆盖部分4的侧表面18设置有非套叠凹口(denest nock)或非套叠元件(denest element)34。在图示的实施方案中，底部部分6设置有与非套叠元件34镜像的类似元件36。铰链(hinge)38将覆盖部分4的后表面16与底部部分6的后表面8连接。锁40包括连接至底部部分6的翼片44的鼻状锁元件42。覆盖部分4设置有开口46，开口46捕获锁元件42，由此限定锁40。
在图示的实施方案中，底部部分6设置有多个产品接收隔室48、锥体(cone)50和分隔壁52。锥体50从底部部分6的底部在向上的方向上延伸。覆盖部分4包括锥体支撑物54。包装单元2的内表面58包含PBS材料，任选地作为膜层或者可选择地与模制的纸浆材料的纤维共混和/或成一体。
在图示的实施方案中，包装单元2包括12个产品接收隔室48，这些产品接收隔室设置在两排的六个隔室48中。单个隔室48通过壁52和锥体50彼此分开。将理解的是，根据本发明，还可以预期其他配置。
包装单元2还可以被配置成接收其他产品，例如西红柿、猕猴桃。
将理解的是，根据本发明，还可以预期其他类型的食品包装单元。作为另外的实例，图示了瓶子分隔器101(图3)。此外，瓶子分隔器102可以包括PBS的膜层和/或可以包括被共混入模制的纸浆中的一定量的PBS。
根据本发明的另外的实例是覆盖物202(图4A)，例如用于冰杯(ice cup)。根据本发明的包装单元的另一个实例是饮料盖302(图4B)。覆盖物202和饮料盖302包括PBS的膜层和/或可以包括被共混到模制的纸浆中的一定量的PBS。这使得覆盖物202和饮料盖302防水或拒液(liquid repellent)。使用PBS的另外的优点中的一个是减少或者防止液体在使用期间进入或者迁移到饮料盖材料中。另一个优点是大小的恒定性或者尺寸稳定性。在这种特定情况下，这防止了饮料盖302从用于诸如咖啡、茶或者汤的热饮料或者诸如碳酸饮料的冷饮料的杯子或者大口杯(beaker)中松动，以及防止杯子202从例如冰杯中松动。将理解的是，这样的盖302还可以应用于其他食品容器。例如，盖302可以应用于用于例如奶昔的容器。盖302的另外的细节和实例在WO 2010/064899中公开，包括具有特定凸缘和槽口的实施方案。
饮料盖302优选地涂覆有PBS衬层。如所提及的，饮料盖302可以用于杯子和奶昔。此外，饮料盖可以应用于所谓的即食餐托盘(ready meal tray)(例如用于比萨饼、卷饼(wraps)、鱼、肉、龙虾、面条……)，并且例如充当(数字)可印刷的和屏障密封件。
将理解的是，可以预期用于根据本发明的包装单元的其他设计。例如，容器402、502(图5A和图5B)图示了能够容纳蛋P的蛋品包装纸盒的不同设计。
食品包装产品的其他实例可以涉及杯子承载架、杯子、盘子和其他餐具等。
当制造602 3-维成形产品1、2、102、202、302、402、502(图6)时，在制备步骤604中制备绒毛浆材料。任选地，在混合步骤606中，将一定量的PBS和/或PLA和/或另一种生物聚合物共混和/或混合到纸浆材料中。另外的处理包括纤维分离和/或粉碎608、压实610、将纸浆提供至模具612、任选地包括冲压、模制614、任选地热处理616以及释放产品618，以提供3-维成形产品1、2、102、202、302、402、502。在图示的实施方案中，示出了再循环步骤。在本发明的目前优选的实施方案的一个中，在步骤612中提供至模具的纸浆具有大于10wt％的干物质含量。纤维素纤维的长度优选地关于3-维产品的预期用途来选择。制造中的工艺条件优选地关于纸浆组成来选择，优选地考虑添加剂的类型和量。
将理解的是，本发明的制造方法的该示意性概述图是示例性的，并且可以包括不同的步骤，例如添加另外的剂和/或添加剂，提供生物聚合物作为单独的层。这样的单独的层可以与食品产品接触。任选地，若干后模制操作还可以关于单元1、2、102、202、302、402、502任选地进行，所述后模制操作任选地包括但不限于：贴标签，包括模具内贴标签；标记，包括印刷和数字印刷；测试。在若干优选的实施方案中，可堆肥的生物膜至少被布置在包括包装单元的一部分的产品的食品接触区域上。在优选的实施方案中，该膜能够在微波炉或烤箱中被用作所谓的可烘烤膜(ovenable film)。优选地，生物膜能够承受高达170℃、190℃或甚至更高的温度。该生物膜优选地包含一定量的PBS和/或MFC和/或可生物降解的脂肪族聚酯，该可生物降解的脂肪族聚酯可以包含一定量的PHB、PHA、PCL、PLA、PGA和PHBV中的一种或更多种。特别地，与常规的包装单元相比，包括模具内干燥的可堆肥的包装单元的组合还改善了可持续性。(数字)可印刷性质使得能够印刷包装和/或食品特征/信息。例如，这可以避免使用单独的套筒。此外，它还使得能够在包装单元上应用印刷品，例如鱼和薯条(报纸)印刷品。
本发明决不限于上文描述的其优选的实施方案。所寻求保护的权利由所附的权利要求界定，在权利要求的范围内可以预期许多修改。

Claims (14)

1.用于由绒毛浆材料制造3-维成形产品的方法，所述方法包括：
-提供绒毛浆材料；
-将绒毛浆材料的气流成网流提供至3-维成形模具；
-在所述模具中形成所述产品；以及
-从所述模具中释放所述3-维成形产品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中提供所述绒毛浆材料包括将原材料纤维分离。
3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括在将所述绒毛浆材料提供至所述模具之前压实所述绒毛浆材料的步骤。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中提供绒毛浆材料的气流成网流的步骤包括将毯状流提供至所述模具。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在所述模具中形成所述产品包括将所述产品从所述毯状流中冲压出并且将其提供至所述模具的步骤。
6.根据权利要求4或5所述的方法，还包括将剩余材料进料至所述绒毛浆材料的所述提供步骤的步骤。
7.根据前述权利要求中一项或更多项所述的方法，还包括将所述绒毛浆材料与来源于再循环纸材料的纸浆材料混合的步骤。
8.根据前述权利要求中一项或更多项所述的方法，还包括将一种或更多种添加剂提供至所述绒毛浆材料的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述一种或更多种添加剂包括可生物降解的生物聚合物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述可生物降解的生物聚合物包括可生物降解的脂肪族聚酯，优选地PBS、PHB、PHA、PCL、PLA、PGA和PHBV中的一种或更多种。
11.根据前述权利要求中一项或更多项所述的方法，还包括将饰面层提供至模制的产品的步骤。
12.来自绒毛浆材料的3-维成形产品，所述产品包含一定量的绒毛浆材料。
13.根据权利要求12所述的产品，其中所述材料还包含可生物降解的脂肪族聚酯，优选地PBS、PHB、PHA、PCL、PLA、PGA和PHBV中的一种或更多种。
14.根据权利要求12或13所述的产品，其中所述产品是以下中的一种或更多种：用于水果和蛋的包装单元、饮料盖、覆盖物以及镶嵌托盘。
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