KR102495323B1 - 섬유계 식품 용기를 제조하는 방법과 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 섬유계 슬러리(fiber-based slurry)를 사용하여 농산물 용기(produce container)를 진공 성형(vacuum forming)하는 방법 및 제조하는 장치에 관한 것이다. 슬러리는 약 4 중량% 범위의 알킬케텐 이량체(alkylketene dimer)와 1 중량% ~ 7 중량% 범위의 양이온성 액체 전분 성분을 포함하는 수분 장벽(moisture barrier)을 포함한다.

Description

섬유계 식품 용기를 제조하는 방법과 장치
본 발명은 일반적으로 용기 및 포장 재료를 제조하기 위한 생태학적으로 지속 가능한 방법과 장치에 관한 것이고, 보다 구체적으로는, 플라스틱을 대체하기 위해 성형된 섬유 제품(molded fiber products)을 진공 성형(vacuum forming)하는 데 사용하기 위한 신규한 슬러리의 용도에 관한 것이다.
일회용 플라스틱 용기 및 포장 재료에 의해 발생하는 오염이 퍼져서, 지구 경관에 상처를 남기고 생태계 및 이에 서식하는 다양한 생물 형태의 건강을 위협하고 있다. 쓰레기는 스티로폼과 발포 폴리스티렌(EPS) 포장, 테이크아웃 용기(to-go containers), 병, 비닐 봉지(thin film bag) 및 광분해성 플라스틱 펠릿의 조각 형태로 수로 및 해양과 만나게 된다.
이 해양 쓰레기가 축적됨에 따라, 우리 해양의 환류(gyres) 각각에 위치한 크게 응집된 플라스틱 섬의 거대한 패치를 형성한다. 햇빛과 파도는 부유 플라스틱이 점점 더 작은 입자들로 부서지게 하지만, 이들은 결코 완전히 사라지거나 생분해되지 않는다. 단일 플라스틱 미세 플라스틱 조각(microbead)은 그 주위의 물보다 일 백만 배나 더 독성이 있을 수 있다. 플라스틱 입자는 농약과 같은 수인성 오염물질에 대한 스폰지로 작용한다. 물고기, 거북이, 및 심지어 고래도 플라스틱 물체를 먹고, 이는 이들을 아프게 하거나 또는 죽일 수 있다. 더 작은 해양 동물은 미세한 플라스틱 입자를 섭취하고 우리가 해산물을 먹을 때 그것들을 우리에게 넘겨준다.
플라스틱 오염을 감소시키기 위한 지속 가능한 해결책이 탄력을 얻고 있다. 그러나, 연속적인 채택은 이들 해결책이 환경에 좋을 뿐만 아니라, 성능과 비용 관점 모두에서 플라스틱과 경쟁력이 있을 것을 요구한다. 본 발명은, 경쟁 비용 구조 내에서, 제품 성능을 손상시키지 않으면서 플라스틱을 성형 섬유의 혁신적인 기술로 대체하는 것을 수반한다.
간략한 배경으로, 1930년대 이후에는 용기, 트레이 및 다른 패키지를 제조하기 위해 성형 종이 펄프(성형된 섬유)가 사용되었지만, 플라스틱 발포 포장이 도입된 후 1970년대에는 쇠락을 경험하였다. 종이 펄프는 폐신문 용지, 골판지 상자 및 기타 식물 섬유로부터 생산될 수 있다. 오늘날, 성형 펄프 포장은 전자 제품, 가정용품, 자동차 부품 및 의료 제품에 널리 사용되고, 전자 제품 및 기타 깨지기 쉬운 부품을 선적하기 위한 에지/모서리 보호기 또는 팔레트 트레이로서 널리 사용된다. 주형은 완성된 패키지의 거울상의 형상으로 금속 공구를 가공함으로써 만들어진다. 공구를 통해 구멍이 뚫린 다음, 스크린이 그 표면에 부착된다. 스크린이 펄프가 구멍을 막지 못하도록 하는 동안 구멍을 통해 진공이 끌어당겨진다.
두 개의 가장 일반적인 유형의 성형 펄프는 타입 1(Type 1)과 타입 2(Type 2)로 분류된다. 타입 1은 일반적으로 3/16 인치(4.7 mm) 내지 1/2 인치(12.7 mm) 벽을 갖는 지지 포장 응용에 사용된다. 타입 1 성형 펄프 제조("건식" 제조로 또한 알려져 있는)는, 분쇄된 신문 용지, 크래프트지(kraft paper) 또는 물에 용해된 다른 섬유로 만들어진 섬유 슬러리를 사용한다. 플래튼(platen) 상에 설치된 주형은 슬러리에 적셔지거나 잠기고, 대체로 볼록한 후면에 진공이 가해진다. 진공은 슬러리를 몰드로 당겨서 패키지의 형상을 형성한다. 여전히 진공 하에 있으면서, 주형이 슬러리 탱크로부터 제거되어, 물이 펄프로부터 배수되도록 한다. 그 다음으로, 공구를 통해 공기가 송풍되어 성형된 섬유 조각을 배출한다. 부품은 전형적으로 건조 오븐을 통해 움직이는 컨베이어 위에 놓여진다.
타입 2 성형 펄프 제조("습식" 제조로 또한 알려져 있는)는, 전형적으로 0.02 인치(0.5 mm) 내지 0.06 인치(1.5 mm) 벽을 갖는 용기를 갖는 전자 장비, 휴대 전화 및 가정용품을 포장하기 위해 사용된다. 타입 2 성형 펄프는 동일한 재료를 사용하고, 진공이 슬러리를 몰드로 당기는 지점까지 타입 1 제조와 같은 기본 공정을 따른다. 이 단계 후에, 이송 주형은 섬유 패키지와 맞물리고, 성형된 "습식 부분"을 고온 프레스로 이동시키고, 섬유 재료를 압축 및 건조시켜 밀도를 증가시키고 매끄러운 외부 표면 마무리를 제공한다. 예를 들어, http://www.stratasys.com/solutions/additive-manufacturing/tooling/molded-fiber; http://www.keiding.com/molded-fiber/manufacturing-process/; 2007년 4월 11일 공개되고 명칭이 "개선된 성형 섬유 제조"인, Grenidea Technologies PTE Ltd. 유럽 특허 공개 번호 EP 1492926 B1; 및 http://afpackaging.com/thermoformed-fiber-molded-pulp/을 참고한다. 전술한 모든 것의 전체 내용은 이 참조에 의해 포함된다.
섬유계 포장 제품은 생분해성이고 퇴비화가 가능하며, 플라스틱과 달리 해양으로 이동하지 않는다. 그러나, 현재 알려진 섬유 기술은 육류 및 가금육 용기, 가공 식품, 농산물, 전자렌지용 식품 용기, 및 뜨거운 커피와 같은 음료 용기용 뚜껑과 함께 사용하기에는 적합하지 않다.
따라서, 선행 기술의 한계를 극복하는 방법과 장치가 필요하다.
다양한 특징과 특질은 첨부한 도면 및 이 배경기술 섹션과 함께 취해진 후속하는 상세한 설명 및 첨부된 청구항으로부터 또한 분명해질 것이다.
본 발명의 다양한 실시예는, 특히, 다음을 포함하는 진공 성형된 섬유계 포장 및 용기 제품을 제조하기 위한 방법, 화학식, 및 장치에 관한 것이다: i) 구조적 강성을 증진시키는 신규한 기하학적 특징을 구현하는 육류, 농산물, 원예 농작물, 및 실용 용기; ii) 내장된 및/또는 국소적 수분/증기 장벽을 갖는 육류, 농산물, 원예 농작물 용기; iii) 농산물 및 원예 농작물 용기에서 통기구(vent holes)의 크기를 증가시키기 위해 분무 노즐의 방향을 바꾸도록 수정된 진공 세공(vacuum tooling); iv) 내장된 및/또는 국소적 수분, 오일, 및/또는 증기 장벽, 및/또는 화학 결합을 향상시키는 유지 보조제(retention aids)를 구현하는 전자렌지용/오븐 가열 용기; v) 연장된 저장 수명 동안 구조적 강성을 보존하는 수분/증기 장벽을 구현하는 육류 용기; vi) 수분/증기 장벽을 구현하는 뜨거운 음료 용기용 뚜껑; 및 vii) 주형(mold)으로부터 네거티브 드래프트(negative draft)를 갖는 음료수 뚜껑을 배출시키기 위한 피스톤을 포함하도록 수정된 진공 세공.
본원에 기술된 다양한 발명은, 종래의 슬러리계 진공 성형 공정과 관련해서 예시되었지만, 이렇게 제한되지는 않는다는 것에 유의하여야 한다. 이 기술분야의 당업자는 본원에 기술된 발명들이 3D 프린팅 기술을 포함하여 임의의 섬유계 제조 방식을 고려할 수 있음을 이해할 것이다.
다양한 다른 실시예, 양상 및 특징들이 아래에서 더욱 상세히 기술된다.
첨부된 도면과 함께 예시적인 실시예가 이후 기술될 것이고, 여기에서 같은 번호는 같은 요소를 나타내며,
도 1은 다양한 실시예에 따라 섬유계 슬러리를 사용하는 예시적인 진공 성형 공정의 개략적인 블록도이다;
도 2는 다양한 실시예에 따라 슬러리의 화학 조성을 제어하기 위한 예시적인 폐루프 슬러리 시스템의 개략적인 블록도이다;
도 3은 다양한 실시예에 따라 후프 강도를 향상시키기 위한 압연 에지(rolled edge), 돌출 스커트(overhanging skirt), 및 리브형 구조적 특징(ribbed structural features)을 나타내는 예시적인 농산물 용기의 사시도이다;
도 4는 다양한 실시예에 따라 도 3에 도시된 용기의 단면도이다;
도 5a는 다양한 실시예에 따라 확장된 통기구를 포함하는 예시적인 농산물 용기의 사시도이다;
도 5b는 다양한 실시예에 따라 도 5a에 도시된 용기의 단면도이다;
도 6a ~ 6c는 다양한 실시예에 따라 다양한 셸프(shelf) 및 리브(rib) 특징을 예시하는 식품 용기의 대안 실시예이다;
도 7은 다양한 실시예에 따라 통기구 삽입물로부터 펄프를 헹구도록 구성된 분무 노즐을 포함하는 예시적인 헹굼기의 사시도이다;
도 8은 다양한 실시예에 따라 도 7에 도시된 분무 노즐의 확대도이다;
도 9는 다양한 실시예에 따라 도 7 및 8에 도시된 분무 노즐에 의해 제거하도록 목표가 정해진 과도한 섬유의 사시도이다;
도 10은 다양한 실시예에 따라 예시적인 전자렌지용 식품 용기의 사시도이다;
도 11a는 다양한 실시예에 따라 예시적인 육류 용기의 사시도이다;
도 11b는 다양한 실시예에 따라 도 11a에 도시된 전자렌지용 식품 용기의 단면도이다;
도 12는 다양한 실시예에 따라 오프-셋 리브(off-set ribs)를 갖는 셸프를 예시하는 얕은 식품 트레이의 대안 실시예이다;
도 13은 다양한 실시예에 따라 액체(예를 들어, 수프 또는 커피 또는 소다와 같은 음료) 용기에 대한 예시적인 뚜껑의 사시도이다;
도 14는 다양한 실시예에 따라 도 13에 도시된 뚜껑의 평면도이다;
도 15는 다양한 실시예에 따라 도 13 및 14에 도시된 뚜껑의 측면도이다;
도 16은 다양한 실시예에 따라 도 13~15에 도시된 뚜껑을 제조하는 데 사용하기 위한 예시적인 주형의 사시도이다;
도 17은 다양한 실시예에 따라 수축 위치로 도시된 도 16의 주형의 측면도이다;
도 18은 다양한 실시예에 따라 확장 위치로 도시된 도 17의 주형의 측면도이다;
도 19는 다양한 실시예에 따라 실용(비식품) 용기의 사시도이다.
본 발명의 다음 상세한 설명은 본질적으로 단지 예시적이고, 본 발명 또는 본 발명의 응용 및 사용을 제한하도록 의도되지 않는다. 또한, 전술한 배경 또는 다음의 상세한 설명에 제시된 임의의 이론에 의해 얽매일 의도가 없다.
본 발명의 다양한 실시예는 식품 및 음료 산업의 내부와 외부 모두에서 사용하기 위한 섬유계 또는 펄프계 제품에 관한 것이다. 비제한적인 예로서, 본 개시내용은 오일 장벽, 수분 장벽, 및 수증기 장벽과, 유지 보조제를 포함하는 식품 산업이 직면하는 고유한 난제를 해결하기 위해 적응된 슬러리의 특정한 화학 제제에 관한 것이고, 그것의 부재는 지금까지 섬유계 제품이 식품 산업에서 일회용 플라스틱 용기와 성분을 대체하지 못 하게 하였다. 본 개시내용은 향상된 강성을 위한 기하학적 및 구조적 특징을 갖는 섬유계 용기를 추가로 고려한다. 이러한 특징을 신규 화학과 결합시키는 것은, 섬유계 제품이, 예를 들어, 냉동, 냉장 및 비냉장 식품; 의료, 약학 및 생물학적 응용; 전자렌지용 식품 용기; 음료; 마실 수 있는 액체 및 마실 수 없는 액체; 저장, 선적 및 제조(예를 들어, 요리) 동안 물, 기름, 및/또는 수증기를 유리시키는 물질; 소비 가능한 및 조경/원예 식물, 꽃, 허브, 관목 및 나무를 포함하는 원예 응용분야; 화학 저장 및 분배 장치(예를 들어, 페인트 트레이); 농산물(과일 및 채소와 같은 인간 및 동물의 식량을 포함하는); 샐러드; 가공 식품; 육류, 가금육, 및 생선용 포장; 뚜껑; 컵; 병; 전술한 것을 가공처리하고 표시하기 위한 가이드 및 분리기; 전자 제품, 거울, 미술품 및 기타 깨지기 쉬운 부품을 포장, 보관 및 선적하기 위한 에지와 모서리 조각; 양동이; 튜브; 가스켓, 스페이서, 시일(seal), 쿠션 등과 같은 산업용, 자동차용, 선박용, 우주 항공용 및 군사용 부품; 및 관련 주형, 와이어 메시 형태, 레시피, 공정, 화학식, 세공, 슬러리 분배, 화학 모니터링, 화학 주입 및 전술한 부품을 제조하기 위한 관련 시스템, 장치, 방법 및 기술과 같은 매우 다양한 응용 분야에서 이들의 플라스틱 대응물을 대체할 수 있도록 한다.
이제, 도 1을 참조하면, 섬유계 슬러리를 사용하는 예시적인 진공 성형 시스템 및 공정(100)은, 제조될 제품의 거울상 형태인 주형(명확성을 위해 미도시됨)이 주형의 윤곽과 일치하도록 가는 와이어 메시 형태(102)에 싸이는 제1 단계(101)를 포함한다. 섬유계 슬러리(104)의 공급원(104)은 압력(P1)(106)(전형적으로 대기압)에서 투입된다. 주형 내부에서 더 낮은 압력(P2)(108)을 유지함으로써, 슬러리가 메시 형태를 통해 당겨져서, 주형의 형상으로 섬유 입자를 포획하고, 그 동안 시스템 안으로 다시 재순환시키기 위해 과도한 슬러리(110)를 배출시킨다.
계속해서 도 1을 참조해서, 제2 단계(103)는 주형의 형상으로 와이어 메시 주위에 섬유 층(130)을 축적하는 단계를 수반한다. 층(130)이 원하는 두께에 도달하면, 주형은 습식 또는 건식 경화를 위해 제3 단계(105)에 진입한다. 습식 경화 공정에서, 형성된 부분은 가열된 프레스(미도시된)로 이동되고, 층(130)은 원하는 두께로 압축 및 건조되어, 완성된 부분을 위한 매끄러운 외부 표면 마무리를 산출한다. 건식 경화 공정에서, 가열된 공기가 층(130) 위를 바로 통과하여 이로부터 수분을 제거해서, 종래의 달걀곽(egg carton)과 매우 흡사한 더 조직감이 있는 마무리를 생기게 한다.
다양한 실시예에 따라, 진공 주형 공정(vacuum mold process)은 폐루프 시스템으로서 작동하고, 미사용된 슬러리는 제품이 형성되는 배스(bath) 안으로 다시 재순환된다. 이와 같이, 화학 첨가제의 일부(아래에서 보다 상세히 논의되는)는 개별 섬유 안으로 흡수되고, 첨가제 중 일부는 수성 용액에 남아있다. 진공 성형 동안, 섬유(첨가제 중 일부를 흡수한)만이 형태로 포획되고, 그 동안 남아 있는 첨가제는 탱크 안으로 다시 재순환된다. 결과적으로, 남아 있는 첨가제가 용액 내의 슬러리와 재순환되기 때문에, 형성된 부분에 포획된 첨가제만이 보충되어야 한다. 아래 기술된 바와 같이, 시스템은 슬러리를 포함하는 구성 성분의 미리 결정된 부피 비로 진공 탱크 내에서 정상 상태 화학(steady state chemistry)을 유지한다.
이제, 도 2를 참조하면, 슬러리의 화학 조성을 제어하기 위한 폐루프 슬러리 시스템(200)이다. 예시된 실시예에서, 탱크(202)는 원하는 특정 화학(chemistry)을 갖는 섬유계 슬러리(204)로 충전되고, 그 결과 진공 주형(206)은 슬러리 배스 안으로 잠기어 성형 부분을 형성한다. 성형 부분이 원하는 두께로 형성된 후, 주형(206)은 후속 공정(208)(예를 들어, 성형, 가열, 건조, 탑 코팅 등)을 위해 제거된다.
전형적인 습식 프레스 공정(wet press process)에서, 고온 프레스 온도 범위는 약 150 ~ 250℃이고, 고온 프레스 압력 범위는 약 140 ~ 170 kg/cm2이다. 최종 제품 밀도는 약 0.5 ~ 1.5 g/cm3, 가장 가능하게는 약 0.9 ~ 1.1 g/cm3이어야 한다. 최종 제품 두께는 약 0.3 ~ 1.5 mm이고, 바람직하게는 약 0.5 ~ 0.8 mm이다.
계속해서 도 2를 참조하면, 펄프와 물을 포함하는 섬유계 슬러리는 슬러리 투입부(slurry input)(210)에서 탱크(202) 안으로 투입된다. 다양한 실시예에서, 펄프 섬유를 분쇄하여 추가 결합 위치를 생성하기 위해 분쇄기가 사용될 수 있다. 하나 이상의 추가 성분 또는 화학 첨가제가 각각의 투입부(212 ~ 214)에서 제공될 수 있다. 슬러리는 폐루프 도관(218)을 사용하여 재순환되어, 추가 펄프 및/또는 물을 필요에 따라 첨가할 수 있다. 원하는 화학 첨가제의 정상 상태 균형을 유지하기 위해, 샘플링 모듈(216)은 슬러리의 구성 성분을 측정하거나 또는 그렇지 않으면 모니터링하고, 각각의 투입부(212 ~ 214)를 제어함으로써 각각의 첨가제 수준을 동적으로 또는 주기적으로 조절하도록 구성된다. 전형적으로 슬러리 농도는 약 0.1 ~ 1%, 가장 이상적으로는 약 0.3 ~ 0.4%이다. 일 실시예에서, 다양한 화학 구성 요소는 미리 결정된 원하는 부피%로 유지되고; 대안적으로, 화학은 중량% 또는 임의의 다른 원하는 제어 방식에 기초하여 유지될 수 있다.
202에 사용된 펄프 섬유는 또한 기계적으로 분쇄되어 섬유 대 섬유 결합을 향상시키고 섬유에 대한 화학 약품(chemicals)의 결합을 향상시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 슬러리는 섬유 재료의 여수도(freeness) 또는 배수 속도(drainage rate)를 변화시키는 정제 공정을 거친다. 정제는 섬유를 미세섬유(fibrillate)로 물리적으로 변형시키고 이들을 더 유연하게 만들어서 더 나은 결합을 이룬다. 또한, 정제 공정은 최종 제품의 인장 및 파열 강도(burst strength)를 증가시킬 수 있다. 다양한 실시예에서, 여수도는 섬유의 표면 상태 및 팽창과 관련된다. 여수도(csf)는 본원에 기술된 많은 공정 및 제품에 대해, 적절하게는 200 ~ 700의 범위 내에 있고, 바람직하게는 약 220 ~ 250이다.
다양한 섬유계 포장 및 용기에 대한 화학식{때로 본원에서 "화학(chemistries)"으로 지칭됨} 및 제품 구성, 뿐만 아니라 이들의 제조 방법은 이제 도 3 ~ 19와 함께 기술될 것이다.
농산물 용기(PRODUCE CONTAINERS)
도 3은, 후프 강도를 향상시키기 위한, 압연 에지(302), 돌출 스커트(304), 및 바깥쪽 만곡(outward bow)을 나타내는 측면 패널, 측면 리브(306) 및 바닥 리브(308)를 포함하는 다양한 구조적 특징을 도시하는 예시적인 농산물 용기{예를 들어, 버섯 궤(mushroom till)}(300)의 사시도이다. 이와 관련해서, 후프 강도라는 용어는, 대향하는 벡터를 따라 가해진 횡력(lateral force)(310) 대 이에 따른 편향의 척도를 나타낸다. 용기의 초기 후프 강도는 주로 기하학적 구조의 기능이지만, 후프 강도는 용기가 그 내용물(예를 들어, 버섯)로부터 침출된 수분을 흡수함에 따라 저하되는 경향이 있다. 본 발명자는, 다양한 응용을 위해 최적화된 슬러리 화학(slurry chemistries)과 다양한 기하학적 특징을 결합하는 것이 연장된 저장 시간 동안 후프 강도를 유지할 수 있는 것으로 결론내렸다. 즉, 발수 장벽(moisture repellant barrier)을 슬러리에 혼입(및/또는 발수 표면 코팅을 도포)함으로써, 용기 내용물이 수분을 흘리는 경우에도 더 오랜 시간 동안 후프 강도가 유지될 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 용기와 대체로 유사한 용기(400)의 단면도이고, 0.1 내지 5 밀리미터의 범위, 및 바람직하게는 약 1.5 mm의 폭 치수(402), 높이 치수(404), 및 스커트 길이(skirt length)(408)를 예시한다. 예시된 실시예에서, 스커트는 아래쪽으로 연장되고; 대안적으로, 스커트는 수직 평면에 대해 사각 또는 둔각으로 연장될 수 있다. 폭 및 높이 치수(402, 404)는 임의의 원하는 값, 예를 들어, 20 내지 400 mm, 및 바람직하게는 약 60 내지 200 mm의 범위에 있을 수 있다.
간략히 전술된 바와 같이, 본 발명에 따라 용기를 진공 성형하기 위해 사용된 다양한 슬러리는 펄프와 물의 섬유 베이스 혼합물(fiber base mixture)을 포함하고, 각각의 특정한 제품 응용에 맞게 조정된 원하는 성능 특질을 부여하기 위해 화학 성분이 첨가된다. 베이스 섬유(base fiber)는 적어도 다음의 재료: 연목(SW), 버개스(bagasse), 대나무, 폐골판지 박스(old corrugated container)(OCC), 및 신문 용지(NP) 중 임의의 하나 또는 이들의 조합물을 포함할 수 있다. 대안적으로, 베이스 섬유는 다음 자료에 따라 선택될 수 있고, 그 전체 내용은 이로써 이 참조에 의해 포함된다: "Lignocellulosic Fibers and Wood Handbook: Renewable Materials for Today's Environment," edited by Mohamed Naceur Belgacem and Antonio Pizzi (Copyright 2016 by Scrivener Publishing, LLC) 및 https://books.google.com/books?id=jTL8CwAAQBAJ&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false에서 입수 가능; "Efficient Use of Flourescent Whitening Agents and Shading Colorants in the Production of White Paper and Board" by Liisa Ohlsson　and Robert Federe, the African Pulp and Paper Week에서 2002년 10월 8일 출판, 및 http://www.tappsa.co.za/archive/APPW2002/Title/Efficient_use_of_fluorescent_w/efficient_use_of_fluorescent_w.html에서 입수 가능; Cellulosic Pulps, Fibres and Materials: Cellucon '98 Proceedings, edited by J F Kennedy, G O Phillips, PA Williams, copyright 200 by Woodhead Publishing Ltd. 및 https://books.google.com/books?id=xO2iAgAAQBAJ&printsec=frontcover#v=onepage&q&f=false에서 입수 가능; 및 1992년 12월 8일 등록된, 발명의 명칭이 "Application of Enzymes and Flocculants for Enhancing the Freeness of Paper Making Pulp"인 미국 특허 번호 5,169,497 A.
습식 또는 건식 프레스를 사용하여 제조된 진공 성형 농산물 용기에 대해, OCC와 NP의 섬유 베이스가 사용될 수 있고, 여기에서 OCC 성분은 50% ~ 100%, 및 바람직하게는 약 70% OCC와 30% NP이고, 1 중량% ~ 10 중량%, 및 바람직하게는 약 1.5 중량% ~ 4 중량%, 및 가장 바람직하게는 약 4 중량% 범위의 수분/발수제가 첨가된다. 바람직한 실시예에서, 수분/물 장벽은, http://www.fobchem.com/html_products/Alkyl-Ketene-Dimer%EF%BC%88AKD-WAX%EF%BC%89.html#.V0zozvkrKUk에서 FOBCHEM; 및 http://www.yztianchengchem.com/en/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=38&id=124&gclid=CPbn65aUg80CFRCOaQod0JUGRg에서 Yanzhou Tiancheng Chemical Co., Ltd.로부터 입수 가능한 알킬케텐 이량체(dimer)(AKD)(예를 들어, AKD 80) 및/또는 긴 사슬의 디케텐을 포함할 수 있다.
성형된 펄프 제품에 대한 특정 색을 산출하기 위해, 양이온성 염료 또는 섬유 반응성 염료가 펄프에 첨가될 수 있다. Procion MX와 같은 섬유 반응성 염료는 분자 수준에서 섬유와 결합하여, 화학적으로 직물의 부분이 된다. 또한, 염, 소다 회(soda ash) 첨가 및/또는 펄프 온도를 증가시키는 것은 흡수된 염료가 직물에 더욱 고정되어 색 번짐을 방지하고 색 농도를 향상시키도록 보조할 것이다.
구조적 강성을 향상시키기 위해, 전분 성분, 예를 들어, Topcat® L98 양이온성 첨가제, Hercobond, 및 Topcat® L95 양이온성 첨가제(아이오와, 시더 래피즈의 Penford Products Co.로부터 입수 가능한)로서 상업적으로 입수 가능한 액체 전분이 슬러리에 첨가될 수 있다. 대안적으로, 액체 전분은 Penbond® 양이온성 첨가제 및 PAF 9137 BR 양이온성 첨가제(또한, 아이오와, 시더 래피즈의 Penford Products Co.로부터 입수 가능한)로서 입수 가능한 것과 같은 저전하 액체 양이온성 전분과 또한 결합될 수 있다.
건식 프레스 공정에 대해서, 중량%로서 0.5% ~ 10%, 및 바람직하게는 약 1% ~ 7%, 및 특히 고수분 환경에서 강도를 유지할 필요가 있는 제품에 대해서 가장 바람직하게는 약 6.5%; 그렇지 않으면, 가장 바람직하게는 약 1.5 ~ 2.0% 범위의 Topcat L95가 첨가될 수 있다. 습식 프레스 공정에 대해서, 변성 폴리아민으로부터 제조된 Topcat L95 또는 Hercobond와 같은 건조 강도 첨가제는 섬유 및 미분(fines)과 수소 결합과 이온 결합을 모두 형성한다. 건조 강도 첨가제는 건조 강도를 증가시키고, 뿐만 아니라 배수 및 유지를 증가시키는 데 도움이 되며, 음이온, 소수성 물질(hydrophobes) 및 사이즈제(sizing agent)를 섬유 제품에 고정시키는 데 또한 효과적이다. 이들 첨가제는, 중량%로서 0.5% ~ 10%, 및 바람직하게는 약 1% ~ 6%, 및 가장 바람직하게는 약 3.5%의 범위로 첨가될 수 있다. 또한, 습식과 건식 공정 모두는, 습윤 강도 첨가제, 예를 들어, Kymene 577과 같은 폴리아미드-에피클로로히드린(PAE) 수지 또는 http://www.ashland.com/products에서 Ashland Specialty Chemical Products로부터 입수 가능한 유사한 성분으로 제제화된 용액의 첨가로부터 이익을 얻을 수 있다. 바람직한 실시예에서, Kymene 577은 0.5% ~ 10%, 및 바람직하게는 약 1% ~ 4%, 및 가장 바람직하게는 약 2%의 부피% 범위로 또는 건조 강도 첨가제의 투여와 동일한 양으로 첨가될 수 있다. Kymene 577은 분자당 평균 둘 이상의 아미노 및/또는 4차 암모늄염 기를 함유하는 다중양이온성 재료의 종류이다. 이러한 아미노기는 산성 용액에서 양성자를 얻어서 양이온성 종을 생성하는 경향이 있다. 다중양이온성 재료의 다른 예는, Hercules의 Hercosett 57 및 Ciba-Geigy의 Catalyst 3774로서 상업적으로 입수 가능한, 아디프산과 디메틸렌 트리아민의 축합으로 제조된 것과 같은 아미노 함유 폴리아미드의 에피클로로히드린으로 변성시키는 것으로부터 유도된 중합체를 포함한다.
일부 포장 응용분야에서, 예를 들어, 내용물(예를 들어, 토마토)의 숙성을 촉진시키거나 또는 부패를 막기 위해, 용기를 통해 공기가 흐르도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 진공 세공은 전형적으로 아래쪽으로 향한 물 분무를 사용하여 주형으로부터 과도한 섬유를 헹구어 냄으로써, 완성된 제품에 생긴 통기구의 크기를 제한한다. 본 발명자는 분무의 방향을 바꾸는 것이 헹굼 사이클 동안 더 많은 섬유 제거를 촉진하여, 주어진 주형 구성에 대해 완성된 제품에 더 큰 통기구을 생성하는 것으로 결론을 내렸다.
보다 구체적으로는, 도 5a는 확장된 릴리프 홀(relief hole)(502)을 포함하는 예시적인 농산물 용기(500)의 사시도이다. 도 5b는 확장된 통기구(506)를 예시하는 용기(504)의 단면도이다. 이와 관련해서, "확장된 통기구"라는 용어는, 아래 논의된, 도 9 ~ 7에 도시된 변형된 세공을 사용하여 만들어진 구멍을 나타낸다.
이제, 도 6a ~ 6c를 참조하면, 기하학적 특징의 다양한 조합이 사용되어 식품 용기의 구조적인 강성/무결성(integrity)을 향상시킬 수 있다. 비제한적인 예로서, 하나 이상의 수평으로 연장되는 셸프(602, 604)가 측벽의 상부 영역과 하부 영역 사이에 배치될 수 있다. 단일 셸프를 포함하는 측벽에 대해, 셸프는 트레이의 상단으로부터 벽 높이의 30% ~ 50%, 및 바람직하게는 약 35%의 범위에 배치될 수 있다. 셸프는 측면 패널을 만입(indenting) 및/또는 기울기 각도(draft angle)를 변화시킴으로써 생성될 수 있다. 예를 들어, 도 6c에 도시된 실시예에서, 하부 영역(606)은 약 4 ~ 6°(및 바람직하게는 약 5°) 범위의 기울기 각도를 나타내는 반면, 상부 영역(608)은 약 6 ~ 8°(및 바람직하게는 약 7°) 범위의 기울기 각도를 나타낸다.
계속해서 도 6a ~ 도 6c를 참조하면, 다양한 리브 구성(610)이 식품 용기의 바닥 및 측면 패널을 따라 배치될 수 있다. 리브는 셸프에서, 셸프 위(예를 들어, 측벽의 상부 영역에서, 예를 들어, 상단 에지로부터 아래 거리의 25%), 셸프 아래(예를 들어, 측벽의 하부 영역에서, 예를 들어, 셸프로부터 아래 거리의 25%), 또는 측벽의 상단 에지에서 끝나도록 구성될 수 있다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 리브(612)는 용기의 바닥으로부터 위쪽으로 연장되고 셸프에서 끝날 수 있고, 그 다음의 리브(614)는 리브(612)로부터 오프셋되고 셸프로부터 위쪽으로 연장될 수 있다. 리브는 둥글거나, 사각형이거나 또는 다른 원하는 기하학적 형상이나 구성으로 끝날 수 있다.
통기구 세공(VENT HOLE TOOLING)
도 7은 통기구 삽입물(706)로부터 과도한 펄프를 헹구어 내도록 구성된 복수의 방향이 바뀐 분무 노즐(704)을 포함하는 지향성 물 분사 세정 시스템(700)이다. 보다 구체적으로는, 주형(미도시된)은 와이어 메시(708)로 덮이고, 주형은 완성된 제품에서 통기구에 해당하는 삽입물을 포함한다. 공급 도관(702)은, 삽입물에 근접한 과도한 섬유를 제거하기 위해 헹굼물을 향하게 하도록 각각 구성되어 있는 복수의 분무 노즐을 포함하는 매니폴드(manifold)(711)에 헹굼물을 분배한다.
도 8을 일시적으로 참조하면, 매니폴드(811)의 섹션의 확대도(800)는 해당 삽입물(706)에 근접하게 헹굼물을 향하게 하도록 구성된 분무 노즐(802)을 도시한다. 이러한 방식으로, 삽입물을 둘러싸고 있는 더 많은 범위의 잔류 섬유가 제거되어, 위에서 분무된 물로 주형을 간단히 헹구는 현재 알려진 시스템과 비교해서 완성된 제품에 확장된 통기구를 생기게 한다. 중요하게도, 확장된 통기구는 아래에 있는 주형 또는 삽입물을 조정할 필요 없이 실현될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 향상된 분무 노즐에 의해 제거하기 위해 표적화된 과도한 섬유(900)는 기존의 주형과 현재 알려진 삽입물을 사용하여 확장된 통기구를 제공한다.
전자렌지용 용기
전술한 농산물 용기의 개발에서 얻은 지식을 바탕으로, 본 발명자는 슬러리 화학을 최적화함으로써 마이크로파, 대류, 및 종래의 오븐에서 사용하는 데 적합한 일회용 식품 용기로서 성형 섬유 용기가 적합하게 될 수 있는 것으로 결론을 내렸다. 특히, 슬러리 화학은 유리하게는 다음 3가지 성능 매트릭스(performance metrics) 중 하나 이상을 수용해야 한다: i) 수분 장벽; ii) 오일 장벽; 및 iii) 용기보다 낮은 온도를 갖는 표면 위에 고온의 용기를 놓는 것으로 인한 응축물을 방지하기 위한 수증기 (응축) 장벽. 이와 관련해서, 수증기가 용기에 침투하는 정도는 본 발명이 감소시키고자 하는 용기의 다공성과 관련이 있다. 즉, 용기가 오일 및 물에 효과적으로 불침투성이라고 하더라도, 그럼에도 특히 수증기가 차가운 표면 위에서 응축되어, 수분 고리(moisture ring)를 남기면, 수증기가 용기에 침투할 경우 사용자 경험을 손상시킬 수 있다. 본 발명자는 수증기가 전형적으로 플라스틱 장벽을 침투하지 않기 때문에 응축물 문제가 섬유계 응용에서 유달리 두드러졌다고 또한 결론을 내렸다.
따라서, 전자렌지용 용기에 대해, 본 발명은 물 장벽, 오일 장벽, 및 수증기 장벽과, 선택적인 유지 보조제를 포함하는 섬유 또는 펄프계 슬러리를 고려한다. 일 실시예에서, 약 10% ~ 90%, 및 바람직하게는 약 7:3 범위의 비(ratio)로 연목(SW)/버개스의 섬유 베이스가 사용될 수 있다. 수분 장벽으로서, 약 0.5% ~ 10%, 및 바람직하게는 약 1.5% ~ 4%, 및 가장 바람직하게는 약 3.5% 범위의 AKD가 사용될 수 있다. 오일 장벽으로서, 그리스 및 발유성 첨가제는 일반적으로 플루오르화탄소 수지(fluorocarbon resin)의 플루오르 함유 조성물 또는 http://www.worldofchemicals.com/chemicals/chemical-properties/unidyne-tg-8111.html에서 Daikin 또는 World of Chemicals로부터 입수 가능한 UNIDYNE TG 8111 또는 UNIDYNE TG-8731과 같은 다른 플루오르 함유 중합체의 수성 에멀션이다. 슬러리(또는 국소 코트)의 오일 장벽 성분은, 중량%로서, 0.5% ~ 10%, 및 바람직하게는 약 1% ~ 4%, 및 가장 바람직하게는 약 2.5%의 범위로 포함될 수 있다. 유지 보조제로서, 일리노이, 네이퍼빌의 Nalco Company로부터 입수 가능한 Nalco 7527과 같은 유기 화합물이 0.1 부피% ~ 1 부피%, 및 바람직하게는 약 0.3 부피%의 범위로 사용될 수 있다. 마지막으로, 완성된 제품을 강화하기 위해서, 무기 염(예를 들어, http://solenis.com/en/industries/tissue-towel/innovations/hercobond-dry-strength-additives/에서 입수 가능한 Hercobond 6950; 또한 http://www.sfm.state.or.us/CR2K_SubDB/MSDS/HERCOBOND_6950.PDF 참조)과 같은 건조 강도 첨가제가 0.5 중량% ~ 10 중량%, 및 바람직하게는 약 1.5 중량% ~ 5 중량%, 및 가장 바람직하게는 약 4 중량%의 범위로 사용될 수 있다.
언급한 바와 같이, 증기 장벽 성능은 섬유 트레이의 다공성에 의해 직접 영향을 받는다. 섬유 트레이의 다공성을 감소시키고, 이에 따라, 증기 장벽 성능을 향상시키는 것은 적어도 2가지 접근법을 사용하여 이루어질 수 있다. 한 가지는, 섬유를 분쇄하여 트레이 재료의 여수도를 향상시키는 것이다. 두 번째 방법은, 예를 들어, 수성 긴 사슬의 플루오르 함유 중합체인 Daikin S2066을 사용하는 국소 분무 코팅에 의한 것이다. 분무 코팅은 약 0.1 중량% ~ 3 중량%, 및 바람직하게는 약 0.2 중량% ~ 1.5 중량%, 및 가장 바람직하게는 약 1 중량%의 범위로 사용하여 실행될 수 있다.
이제, 도 10을 참조하면, 예시적인 전자렌지용 식품 용기(1000)는 두 개의 구획을 도시하고; 대안적으로, 용기는 임의의 원하는 형상(예를 들어, 둥근 그릇, 타원형, 직사각형 등)을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 다양한 물, 오일 및 증기 장벽 첨가제가 슬러리에 혼합되거나, 코팅 위에 분무로 국소 도포되거나, 또는 두 가지 모두가 될 수 있다.
육류 용기
식료품점에서 가금육, 쇠고기, 돼지고기, 및 해산물을 디스플레이하기 위해 사용된 것과 같은 현재 알려진 육류 트레이는 전형적으로 폴리스티렌 및 스티로폼과 같은 플라스틱계 재료로 제조되는데, 이는 주로 이들의 우수한 수분 장벽 특성 때문이다. 본 발명자는, 전자렌지용 용기를 위해 사용된 전술한 화학의 변화가, 특히 수분 장벽에 대해서, 육류 트레이에서 사용하기에 적합할 수 있다는 결론을 내렸다 (오일 및 다공성 장벽은 일반적으로 이들이 전자렌지용 용기에 있을 때처럼 육류 트레이에서 중요하지 않다).
따라서, 육류 용기에 대해서, 본 발명은 물 장벽과 선택적인 오일 장벽을 포함하는 섬유 또는 펄프계 슬러리를 고려한다. 일 실시예에서, 약 10% ~ 90%, 및 바람직하게는 약 7:3 범위의 비로 연목(SW)/버개스 및/또는 대나무/버개스의 섬유 베이스가 사용될 수 있다. 수분/물 장벽으로서, 약 0.5% ~ 10%, 및 바람직하게는 약 1% ~ 4%, 및 가장 바람직하게는 약 4% 범위의 AKD가 사용될 수 있다. 오일 장벽으로서, UNIDYNE TG 8111 또는 UNIDYNE TG-8731과 같은 수성 에멀션이 사용될 수 있다. 슬러리(또는 국소 코트)의 오일 장벽 성분은, 중량%로서, 0.5% ~ 10%, 및 바람직하게는 약 1% ~ 4%, 및 가장 바람직하게는 약 1.5%의 범위로 포함될 수 있다. 마지막으로, 완성된 제품을 강화하기 위해서, Hercobond 6950과 같은 건조 강도 첨가제가 0.5 중량% ~ 10 중량%, 및 바람직하게는 약 1.5 중량% ~ 4 중량%, 및 가장 바람직하게는 약 4 중량%의 범위로 사용될 수 있다.
농산물 용기와 관련하여 상기 논의된 바와 같이, 슬러리 화학은 수분/물이 트레이 안으로 침투하는 것을 방지함으로써 시간에 따라 연장된 강성을 제공하기 위해 구조적인 특징과 결합될 수 있다.
도 11a는 예시적인 육류 용기(1100)의 사시도이고, 도 11b는 측벽 리브(1102)와 바닥 리브(1104)를 포함하는 도 11a에 도시된 육류 용기의 단면도이다.
도 12는, 셸프(1204)에서 끝나고, 바닥을 따라 연장되고 측벽을 따라 위쪽으로 연장되는 리브(1202)를 포함하는 예시적인 얕은 육류 용기(1200)의 사시도이다. 제1 리브(1202)로부터 오프셋된 제2 리브(1206)는 셸프로부터 위쪽으로 연장된다.
음료 뚜껑
섬유 및 펄프계 종이컵이 널리 알려져 있지만, 음료 산업은 여전히 지속 가능한 섬유계 뚜껑 해법을 필요로 한다. 섬유계 뚜껑의 광범위한 채택에 중대한 장애는, 주형으로부터 편리하게 제거되도록 하는 방식으로, 뚜껑에 제로 또는 네거티브 드래프트(zero or negative draft)를 합체시키는 능력을 둘러싼다. 또한, 섬유계 화학은 뚜껑의 강성이 액체 존재시에 손상되지 않도록 적절한 수분/물 장벽을 제공하도록 조정되어야 한다. 본 발명에 의해 고려된 방법, 화학식, 및 세공은 선행 기술에 의해 지금까지 다루어지지 않은 방식으로 이들 문제 모두를 다룬다.
특히, 뚜껑에 대한 화학은 상기 논의된 육류 트레이 및 전자렌지용 그릇과 유사하다. 구체적으로, 음료 용기 뚜껑에 대해서, 본 발명은 물/수분 장벽과 선택적인 유지 보조제를 포함하는 섬유 또는 펄프계 슬러리를 고려한다. 일 실시예에서, 약 10% ~ 90%, 및 바람직하게는 약 7:3 범위의 비로 연목(SW)/버개스 및/또는 대나무/버개스의 섬유 베이스가 사용될 수 있다. 수분/물 장벽으로서, 약 0.5% ~ 10%, 및 바람직하게는 약 1% ~ 4%, 및 가장 바람직하게는 약 4% 범위의 AKD가 사용될 수 있다. 강성은, 0.5 중량% ~ 10 중량%, 및 바람직하게는 약 1 중량% ~ 4 중량%, 및 가장 바람직하게는 약 2 중량%의 범위 또는, 대안적으로, 시스템에 사용된 건조 강도 첨가제와 동일한 양의 Hercobond 6950에 의해 향상될 수 있다. Kymene은 또한 0.5% ~ 10%, 및 바람직하게는 약 1% ~ 4%, 및 가장 바람직하게는 약 3%의 범위로 첨가될 수 있다. 다양한 실시예에서, Hercobond 및/또는 Kymene(또는 기능적으로 유사한 첨가제)은 AKD의 첨가 전에 슬러리에 첨가될 수 있다.
이제, 도 13을 참조하면, 예시적인 뚜껑(1300)은 용기의 내부를 빠져 나가는 액체를 홀짝이는 구멍(sip hole)(1304) 쪽으로 몰아가도록 설계된 지지 벽(retaining wall)(1303)에 의해 둘러싸인 경사진 플랫폼(1302)을 포함한다. 작은 통기 애퍼처(venting aperture)(1310)가 플랫폼(1302) 위에 배치될 수 있다. 크라운(crown)(1306)은 컵(미도시된)의 상단과 플랫폼(1302) 사이의 부피 공간을 한정하고, 고정 링(lock ring)(1308)은 컵의 상단 둘레에 단단히 물리도록 구성된다. 도 14는, 비교를 위해 플랫폼(1402), 통기 애퍼처(1410), 및 홀짝이는 구멍(1404)을 포함하는, 도 13에 도시된 뚜껑의 평면도이다.
도 15는 고정 링과 관련된 네거티브 드래프트(1522)를 강조하는, 뚜껑(1500)의 측면도이다. 종래의 지혜는, 진공 성형 제품이 제로 또는 네거티브 드래프트 특징을 구현하지 못할 수 있음을 암시하는데, 이는, 네거티브 드래프트 특징이 완성된 부분 그 자체를 그 결합 구성요소(여기에서는, 음료 컵)에 "고정시키는" 것과 거의 같은 방식으로 그 부분을 공구에 "고정시키는" 것으로 보아서, 종래의 진공 성형 세공은 완성된 부분이 공구로부터 제거되도록 허용하지 않기 때문이다. 이러한 제한을 극복하기 위해, 본 발명은, 도 13 ~ 18과 함께 아래에서 더욱 상세히 기술된 바와 같이, 제로 또는 네거티브 드래프트 고정 특징이 존재함에도 불구하고, 뚜껑을 주형으로부터 제거하는 진공 성형 공구를 고려한다.
뚜껑 세공(LID TOOLING)
제로 또는 네거티브 드래프트를 갖는 섬유계 뚜껑을 제조하기 위한 공구는, 대체로 뚜껑의 거울상인 형상을 갖고, 뚜껑이 고정되는 주형의 그 부분으로부터 완성된 뚜껑을 해제시키기 위해 연장되도록 구성된 수축 가능한 피스톤을 포함한다.
이제, 도 16을 참조하면, 다양한 실시예에 따라 도 13 ~ 15에 도시된 뚜껑을 제조하는 데 사용하기 위한 예시적인 주형 조립체의 사시도이다. 보다 구체적으로는, 주형 조립체(1600)는, 고정 링 주형부(lock ring mold portion)(1608){도 13의 고정 링(1308)에 대응하는}를 지지하는 주형 블록(1620), 경사진 플랫폼(1602){도 13의 경사진 플랫폼(1302)에 대응하는}을 갖는 크라운 부(crown portion)(1630)와 샤프트 부(1640)를 포함하는 수축 가능한 피스톤 조립체를 포함한다. 작동시, 뚜껑은 슬러리 배스(미도시됨)에서 진공 성형된 다음, 도 16에 도시된 고온 프레스 상으로 운반된다. 뚜껑 공구의 암부는 그 다음에 열과 압력을 사용하여 습식 진공 성형된 뚜껑을 압축한다.
도 17은 수축 위치에 도시된 도 16의 주형의 측면도이다. 특히, 피스톤이 도 17에 도시된 수축 위치에 있을 때, 피스톤의 크라운 부(1706)는 주형 블록(1720)의 고정 링 부(1708)에 인접한다. 뚜껑이 프레스될 때 성형되면, 뚜껑의 네거티브 드래프트 부(1522)(도 15 참조)는, 주형의 고정 링 부(1708)의 대응하는 네거티브 드래프트 부(1722) 둘레에 고정된다. 완성된 부분을 주형으로부터 제거하기 위해서, 피스톤이 위쪽으로 연장되어, 뚜껑의 고정 링이 일시적으로 팽창하고 금형에서 해제되도록 한다.
도 18은 연장된 위치의 피스톤을 도시한다. 특히, 샤프트(1840)는 크라운 부(1830)를 고정 링 부(1808)로부터 멀어지게 하여, 주형의 네거티브 드래프트 특징(1822)으로부터 뚜껑을 해제시킨다. 일 실시예에서, 피스톤은 공압식으로 연장되고, 고압 공기가 방출되면 그 자체 중량에 의해 수축되게 된다.
실용 및 선적 용기
도 19는 다양한 실시예에 따라 측벽 리브(1902)와 페리미터 립(perimeter lip)(1904)을 포함하는 실용(비식품) 용기(1900)의 사시도이다. 함유된 재료의 성질에 따라, 전술한 화학 중 임의의 하나 또는 조합물이 용기의 구성에 사용될 수 있다. 예를 들어, 함유된 액체가 물 성분을 포함하는 경우, 적절한 수분/물 장벽이 사용될 수 있고; 함유된 재료가 오일 성분을 포함하는 경우, 적절한 오일 장벽이 사용될 수 있다.
본 발명은 전술한 실시예와 관련하여 기술되었지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는 것으로 이해될 것이다. 예를 들어, 다양한 기하학적 특징과 화학이 본 발명의 교시에 기초한 추가 응용을 수용하도록 조절될 수 있다.
따라서, 농산물 용기를 제조하기 위한 방법이 제공된다. 이 방법은: 농산물 용기의 거울상을 포함하는 주형 위에 와이어 메시를 성형하는 단계; 와이어 메시를 섬유계 슬러리 배스에 담그는 단계; 섬유 입자가 와이어 메시 표면에 축적되도록 와이어 메시를 가로질러 진공을 끌어당기는(drawing) 단계; 및 슬러리 배스로부터 와이어 메시를 제거하는 단계를 포함하고, 여기에서 슬러리는 1.5 중량% ~ 4 중량% 범위의 수분/물 장벽 성분을 포함한다.
일 실시예에서, 슬러리는 약 4% 범위의 수분 장벽 성분을 포함한다.
일 실시예에서, 수분 장벽 성분은 알킬텐 이량체(AKD)를 포함한다.
일 실시예에서, 수분 장벽 성분은 알킬텐 이량체(AKD) 80을 포함한다.
일 실시예에서, 슬러리는 0.5/9.5 범위의 비로 OCC/NP의 섬유 베이스를 포함한다.
일 실시예에서, 슬러리는 1 중량% ~ 7 중량% 범위의 건조 강도 성분을 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 전분 성분은 양이온성 액체 전분을 포함한다.
일 실시예에서, 슬러리는 1 중량% ~ 4 중량% 범위의 Kymene(예를 들어, Kymene 577)과 같은 습윤 강도 성분을 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 주형은 수직으로 하강하는 스커트를 포함하는 압연 에지를 포함한다.
일 실시예에서, 수분/물 장벽은 약 4% 범위의 AKD를 포함하고, 여기에서 AKD는 희석 용액(예를 들어, 1:10의 ADK:물)으로서 펄프 슬러리에 첨가될 수 있으며; 슬러리는 1% ~ 7% 범위의 양이온성 액체 전분 성분을 포함하고; 주형은 수직으로 하강하는 스커트, 적어도 하나의 바닥 리브, 및 적어도 하나의 측벽 리브를 포함하는 압연 에지를 포함한다.
전술한 방법에 따라 제조된 농산물 용기가 또한 제공된다.
완성된 용기 내에 통기구을 제공하도록 구성된 실질적으로 수직인 삽입물을 갖는 주형 형태를 둘러싸는 와이어 메시를 포함하는 유형의 진공 주형 조립체에서, 지향성 헹굼 조립체가 제공된다. 지향성 헹굼 조립체는: 급수관; 급수관에 연결된 매니폴드; 및 매니폴드에 연결되고 수평 성분을 갖는 벡터를 따라 삽입물에서 물의 분무를 향하게 하도록 구성된 분무 노즐을 포함한다.
일 실시예에서, 주형은 복수의 실질적으로 수직인 삽입물을 포함하고, 지향성 헹굼 조립체는 복수의 분무 노즐을 추가로 포함하며, 각각은 각각 수평 성분을 갖는 각각의 벡터를 따라 각각의 삽입물에서 물의 분무를 향하게 하도록 구성된다.
제로 또는 거의 제로 다공성 식품 용기를 제조하기 위한 방법이 또한 제공된다. 이 방법은, 제1 단계로서 습식 프레스 절차를 포함하고, 이어서, Daikin S 2066과 같은 수성 긴 사슬의 플루오르 함유 중합체의 박층을, 약 0.5 중량% ~ 6 중량%, 및 바람직하게는 약 1 중량% ~ 5 중량%, 및 가장 바람직하게는 약 4 중량%의 범위로 도포하기 위한 여분의 표면 코팅 절차를 포함한다.
전자렌지용 및/또는 오븐용 식품 용기를 제조하기 위한 방법이 또한 제공된다. 이 방법은: 전자렌지용 식품 용기의 거울상을 포함하는 주형 위에 와이어 메시를 성형하는 단계; 와이어 메시를 섬유계 슬러리 배스에 담그는 단계; 섬유 입자가 와이어 메시 표면에 축적되도록 와이어 메시를 가로질러 진공을 끌어당기는 단계; 및 슬러리 배스로부터 와이어 메시를 제거하는 단계를 포함하고, 여기에서 슬러리는 0.5 중량% ~ 10 중량% 범위의 수분 장벽 성분, 0.5 중량% ~ 10 중량% 범위의 오일 장벽, 및 0.05 중량% ~ 5 중량% 범위의 유지 보조제를 포함한다.
일 실시예에서, 수분/물 장벽 성분은 약 1.5% ~ 4%의 범위이고, 오일 장벽은 약 1% ~ 4%의 범위이며, 유지 보조제는 약 0.1% ~ 0.5%의 범위이다.
일 실시예에서, 수분 장벽 성분은 알킬텐 이량체(AKD)를 포함한다.
일 실시예에서, 수분 장벽 성분은 알킬텐 이량체(AKD) 79를 포함한다.
일 실시예에서, 슬러리는 0.5/9.5 범위의 비로 SW/버개스의 섬유 베이스를 포함한다.
일 실시예에서, 슬러리는 1 중량% ~ 5 중량% 범위의 강성 성분을 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 강성 성분은 건조 무기 염을 포함한다.
일 실시예에서, 오일 장벽은 수성 에멀션을 포함한다.
일 실시예에서, 오일 장벽은 TG 8111을 포함한다.
일 실시예에서, 유지 보조제는 유기 화합물을 포함한다.
일 실시예에서, 유지 보조제는 Nalco 7527을 포함한다.
일 실시예에서, 수분/물 장벽은 약 4% 범위의 AKD를 포함하고; 슬러리는 버개스와 건조 무기 염을 포함하며; 오일 장벽은 수성 에멀션을 포함하고; 증기 장벽은 유기 화합물을 포함한다.
전술한 방법에 따라 제조된 전자렌지용 용기가 또한 제공된다.
육류 트레이를 제조하는 방법이 제공되고, 이 방법은: 육류 트레이의 거울상을 포함하는 주형 위에 와이어 메시를 성형하는 단계; 와이어 메시를 섬유계 슬러리 배스에 담그는 단계; 섬유 입자가 와이어 메시 표면에 축적되도록 와이어 메시를 가로질러 진공을 끌어당기는 단계; 및 슬러리 배스로부터 와이어 메시를 제거하는 단계를 포함하고, 여기에서 슬러리는 0.5 중량% ~ 10 중량% 범위의 수분/물 장벽 성분과, 0.5 중량% ~ 10 중량% 범위의 오일 장벽을 포함한다.
일 실시예에서, 수분/물 장벽 성분은 약 1% ~ 4%의 범위이고, 오일 장벽은 약 1% ~ 4%의 범위이다.
일 실시예에서, 수분 장벽 성분은 알킬텐 이량체(AKD)를 포함한다.
일 실시예에서, 수분 장벽 성분은 알킬텐 이량체(AKD) 79를 포함한다.
일 실시예에서, 슬러리는 1/9 범위의 비로 SW/버개스의 섬유 베이스를 포함한다.
일 실시예에서, 슬러리는 1.5 중량% ~ 4 중량% 범위의 강성 성분을 포함한다.
일 실시예에서, 강성 성분은 건조 무기 염을 포함한다.
일 실시예에서, 오일 장벽은 수성 에멀션을 포함한다.
일 실시예에서, 오일 장벽은 약 1.5 중량% 범위의 TG 8111을 포함하고; TG 8111은 희석된 용액(예를 들어, 1:5, TG 8111:물)으로서 펄프 슬러리에 첨가될 수 있다.
일 실시예에서, 수분/물 장벽은 약 4% 범위의 AKD를 포함하고; 슬러리는 버개스와 건조 무기 염을 포함하며; 오일 장벽은 수성 에멀션을 포함한다.
전술한 방법에 따라 제조된 육류 트레이가 또한 제공된다.
일 실시예에서, 육류 트레이는 적어도 하나의 측벽 리브와 적어도 하나의 바닥 리브를 포함한다.
음료 용기용 뚜껑을 제조하는 방법이 또한 제공된다. 이 방법은: 뚜껑의 거울상을 포함하는 주형 위에 와이어 메시를 성형하는 단계; 와이어 메시를 섬유계 슬러리 배스에 담그는 단계; 섬유 입자가 와이어 메시 표면에 축적되도록 와이어 메시를 가로질러 진공을 끌어당기는 단계; 및 슬러리 배스로부터 와이어 메시를 제거하는 단계를 포함하고, 여기에서 슬러리는 0.5 중량% ~ 10 중량% 범위의 수분/물 장벽 성분, 1 중량% ~ 4 중량% 범위의 강성 성분, 및 약 1 중량% ~ 4 중량% 범위의 다중양이온성 성분을 포함한다.
일 실시예에서, 수분/물 장벽 성분은 약 1% ~ 4%의 범위이고, 오일 장벽은 약 1% ~ 4%의 범위이다.
일 실시예에서, 수분 장벽 성분은 알킬텐 이량체(AKD)를 포함한다.
일 실시예에서, 수분 장벽 성분은 알킬텐 이량체(AKD) 80을 포함한다.
일 실시예에서, 슬러리는 1/9 범위의 비로 SW/버개스의 섬유 베이스를 포함한다.
일 실시예에서, 슬러리는 1. 중량% ~ 4 중량% 범위의 강성 성분을 추가로 포함한다.
일 실시예에서, 강성 성분은 건조 무기 염을 포함한다.
일 실시예에서, 수분/물 장벽은 약 4% 범위의 AKD를 포함하고; 슬러리는 버개스와 건조 무기 염을 포함하며; 슬러리는 약 1 중량% ~ 4 중량% 범위의 다중양이온성 재료를 포함한다.
전술한 방법에 따라 제조된 뚜껑이 또한 제공된다.
일 실시예에서, 뚜껑은 비-포지티브 드래프트를 갖는 고정 링을 추가로 포함한다.
크라운 및 네거티브 드래프트를 포함하는 고정 링을 갖는 섬유계 음료 뚜껑을 제조하기 위한 진공 공구가 또한 제공된다. 이 공구는: 뚜껑 고정 링에 대응하는 고정 링 주형부를 지지하는 주형 블록; 뚜껑 크라운에 대응하는 크라운 주형부와 피스톤 샤프트를 포함하는 수축 가능한 피스톤 조립체; 및 피스톤 샤프트를 연장시켜 고정 링 주형부로부터 뚜껑 고정 링을 제거하도록 구성된 공압식 액추에이터(pneumatic actuator)를 포함한다.
일 실시예에서, 진공 공구는 크라운 주형부와 고정 링 주형부를 제거 가능하게 둘러싸는 와이어 메시를 추가로 포함한다.
본원에 사용된 바와 같이, "예시적인"이라는 단어는, "예, 실례, 또는 예시로 작용하는 것"을 의미한다. 본원에 "예시적인" 것으로 기술된 임의의 실행은 반드시 다른 실행에 비해 바람직하거나 또는 유리한 것으로 해석될 필요가 없고, 글자 그대로 복제되어야만 하는 모델로 해석되는 것으로도 의도되지 않는다.
전술한 상세한 설명은 본 발명의 다양한 실시예를 실행하기 위한 편리한 로드맵을 이 기술분야의 당업자에게 제공할 것이지만, 상기 기술된 특정 실시예는 단지 예이고, 본 발명의 범위, 적용 가능성, 또는 구성을 어떠한 식으로도 제한하는 것으로는 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 이와 반대로, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서, 기술된 요소의 기능과 배열에 다양한 변화가 이루어질 수 있다.

Claims (75)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 음료 용기 뚜껑을 진공 성형하는 방법에 있어서,
    연목(SW) 및 버개스(bagasse) 중 적어도 하나를 포함하는 섬유계 혼합물을 제공하는 단계;
    상기 뚜껑의 거울상을 포함하는 와이어 메시를 포함하는 주형(mold) 조립체를 상기 혼합물에 담그는 단계로서, 상기 와이어 메시는 비-포지티브 드래프트 영역을 갖는 고정 링 특징을 포함하는, 주형 조립체를 상기 혼합물에 담그는 단계;
    섬유 입자가 상기 와이어 메시 표면에 축적되어 그로 인해 상기 고정 링 특징에 대응하는 고정 링 영역을 갖는 섬유계 뚜껑을 형성하도록 상기 와이어 메시를 가로질러 진공 흡입하는 단계; 및
    상기 뚜껑의 고정 링 영역을 상기 주형 조립체의 고정 링 특징 주위로 가압함으로써 상기 주형 조립체로부터 상기 뚜껑을 제거하는 단계로서, 뚜껑을 제거하는 단계는 상기 뚜껑의 내부 표면에 대해 피스톤을 가압하는 단계를 포함하는, 뚜껑을 제거하는 단계
    를 포함하는, 음료 용기 뚜껑을 진공 성형하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 혼합물은 알킬 케텐 이량체(AKD)를 포함하는 수분 장벽 성분 및 상기 수분 장벽 성분과 상이한 액체 전분을 포함하는 강성 성분을 추가로 포함하는, 음료 용기 뚜껑을 진공 성형하는 방법.
  5. 진공 성형 공정을 사용하여 종이 제품을 농산물 용기로 재활용하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    슬러리를 생산하기 위해 물, 전분 성분, 상기 전분 성분과 상이한 알킬 케텐 이량체(AKD)를 포함하는 수분 장벽 성분, 및 폐골판지 박스(OCC) 및 신문 용지(NP) 중 적어도 하나를 혼합하는 단계;
    상기 농산물 용기 형상의 메시 주형을 상기 슬러리에 담그는 단계;
    상기 농산물 용기를 형성하도록 상기 주형을 가로질러 진공 흡입하는 단계; 및
    상기 슬러리로부터 상기 농산물 용기를 제거하는 단계 및 오븐에서 상기 농산물 용기를 건조시키는 단계
    를 포함하는, 종이 제품을 농산물 용기로 재활용하는 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 수분 장벽 성분은 상기 슬러리 중량의 1% 내지 10% 범위의 알킬 케텐 이량체(AKD)를 포함하는, 종이 제품을 농산물 용기로 재활용하는 방법.
  7. 육류 트레이를 제조하는 방법에 있어서,
    폐골판지 박스(OCC) 및 신문 용지(NP) 중 적어도 하나를 포함하는 섬유계 슬러리 혼합물을 제공하는 단계로서, 상기 슬러리 혼합물은 ⅰ) 알킬 케텐 이량체(AKD)를 포함하는 수분 장벽 성분; ⅱ) 상기 수분 장벽 성분과 상이한 수성 에멀션을 포함하는 오일 장벽 성분; 및 ⅲ) 액체 전분을 포함하는 강도 첨가제 성분을 추가로 포함하는, 섬유계 슬러리 혼합물을 제공하는 단계;
    상기 육류 트레이 형상의 와이어 메시 주형을 제공하는 단계;
    상기 주형을 상기 섬유계 슬러리 혼합물에 담그는 단계;
    섬유 입자가 상기 와이어 메시 표면에 축적되도록 상기 와이어 메시 주형을 가로질러 진공 흡입하는 단계; 및
    상기 슬러리 혼합물로부터 상기 주형 및 부착된 섬유 입자를 제거하는 단계; 및
    이어서, 상기 육류 트레이를 산출하도록 상기 섬유 입자를 건조시키는 단계
    를 포함하는, 육류 트레이를 제조하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 수분 장벽 성분은 0.5 중량% 내지 10 중량%의 범위에 있고, 상기 오일 장벽 성분은 0.5 중량% 내지 10 중량%의 범위에 있는, 육류 트레이를 제조하는 방법.
  9. 삭제
  10. 섬유계 식품 트레이를 진공 성형하는 방법에 있어서,
    폐골판지 박스(OCC) 및 신문 용지(NP) 중 적어도 하나를 포함하는 섬유 베이스를 갖는 슬러리를 제공하는 단계;
    상기 슬러리에 알킬 케텐 이량체(AKD)를 포함하는 수분 장벽 및 수성 에멀션을 포함하는 오일 장벽을 첨가하는 단계로서, 상기 수분 장벽은 상기 오일 장벽과 상이한, 슬러리에 수분 장벽 및 오일 장벽을 첨가하는 단계;
    상기 식품 트레이 형상의 와이어 메시 주형을 상기 슬러리에 담그는 단계 및 상기 식품 트레이를 형성하도록 상기 주형을 가로질러 진공 흡입하는 단계; 및
    상기 슬러리로부터 상기 식품 트레이를 제거하는 단계 및 상기 식품 트레이를 건조시키는 단계
    를 포함하는, 섬유계 식품 트레이를 진공 성형하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 수분 장벽은 4 중량% 범위의 AKD를 포함하고; 상기 오일 장벽은 1.5 중량% 범위의 수성 에멀션을 포함하는, 섬유계 식품 트레이를 진공 성형하는 방법.
  12. 전자렌지용 식품 용기를 제조하는 방법에 있어서,
    ⅰ) 알킬 케텐 이량체(AKD)를 포함하는 수분 장벽 성분; ⅱ) 플루오르화탄소 수지(fluorocarbon resin) 및 플루오르 중합체 중 적어도 하나를 함유하는 플루오르의 수성 에멀션을 포함하는 오일 장벽 성분; 및 ⅲ) 1 중량% 내지 5 중량% 범위의 액체 전분을 포함하는 강성 성분 및 ⅳ) 섬유 베이스를 포함하는 섬유계 슬러리 혼합물을 준비하는 단계;
    상기 전자렌지용 식품 용기의 거울상을 포함하는 주형 위에 와이어 메시를 성형하는 단계;
    상기 와이어 메시를 상기 섬유계 슬러리 혼합물에 담그는 단계;
    섬유 입자가 상기 와이어 메시 표면에 축적되도록 상기 와이어 메시를 가로질러 진공 흡입하는 단계;
    상기 전자렌지용 식품 용기의 형태로 축적된 상기 섬유 입자를 포함하는 상기 와이어 메시를 상기 슬러리 혼합물로부터 제거하는 단계;
    상기 전자렌지용 식품 용기를 적어도 부분적으로 건조시키는 단계; 및
    상기 적어도 부분적으로 건조된 전자렌지용 식품 용기의 표면에 유기 화합물을 포함하는 증기 장벽을 도포하는 단계로서, 상기 증기 장벽은 상기 오일 장벽 성분과 상이한, 증기 장벽을 도포하는 단계
    를 포함하는, 전자렌지용 식품 용기를 제조하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 섬유 베이스는 연목(SW); 버개스; 대나무; 폐골판지 박스(OCC); 및 신문 용지(NP) 중 적어도 하나를 포함하는, 전자렌지용 식품 용기를 제조하는 방법.
  14. 전자렌지용 식품 용기를 제조하는 방법에 있어서,
    ⅰ) 1.5 중량% 내지 4 중량% 범위의 알킬 케텐 이량체(AKD)를 포함하는 수분 장벽 성분; ⅱ) 1 중량% 내지 4 중량% 범위의 수성 에멀션을 포함하는 오일 장벽 성분; 및 ⅲ) 0.1 중량% 내지 0.5 중량% 범위의 유기 화합물을 포함하는 유지 보조제 및 ⅳ) 섬유 베이스를 포함하는 섬유계 슬러리 혼합물을 준비하는 단계;
    와이어 메시 주형을 상기 섬유계 슬러리 혼합물에 담그는 단계;
    섬유 입자가 상기 와이어 메시 표면에 축적되도록 상기 와이어 메시 주형을 가로질러 진공 흡입하는 단계;
    이어서, 상기 주형으로부터 상기 식품 용기를 건조 및 제거하는 단계; 및
    상기 식품 용기의 내부 표면 및 외부 표면 중 적어도 하나를, 상기 오일 장벽 성분과 상이한 증기 장벽으로 코팅하는 단계
    를 포함하는, 전자렌지용 식품 용기를 제조하는 방법.
  15. 전자렌지용 식품 용기를 제조하는 방법에 있어서,
    상기 전자렌지용 식품 용기의 거울상을 포함하는 주형 위에 와이어 메시를 성형하는 단계;
    상기 와이어 메시를 알킬 케텐 이량체(AKD)를 포함하는 수분 장벽 성분 및 수성 에멀션을 포함하는 오일 장벽 성분 및 섬유 베이스를 포함하는 섬유계 슬러리에 담그는 단계;
    섬유 입자가 상기 와이어 메시 표면에 축적되도록 상기 와이어 메시를 가로질러 진공 흡입하는 단계;
    상기 전자렌지용 식품 용기의 형태로 축적된 상기 섬유 입자를 포함하는 상기 와이어 메시를 슬러리 배스로부터 제거하는 단계;
    상기 전자렌지용 식품 용기를 적어도 부분적으로 건조시키는 단계; 및
    상기 적어도 부분적으로 건조된 전자렌지용 식품 용기의 표면에 유기 화합물을 포함하는 증기 장벽을 도포하는 단계
    를 포함하는, 전자렌지용 식품 용기를 제조하는 방법.
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