KR20080109896A - 열적 활성화 절연 패키지 - Google Patents

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KR20080109896A
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토마스 후
매튜 알. 쿡
존 노버스
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엘비피 매뉴팩츄어링 인크.
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Abstract

본 발명은 측벽을 포함하는 패키지 또는 용기에 관한 것으로, 상기 측벽은 내부면과 외부면을 가진다. 상기 측벽의 내부면 또는 외부면 중 적어도 하나는 열 팽창성 재료의 층에 의해 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 재료는 단열을 제공하기 위해 팽창되도록 구성될 수 있다.
용기, 열 팽창성 재료, 코팅, 단열

Description

열적 활성화 절연 패키지{THERMALLY ACTIVATABLE INSULATING PACKAGING}
본 특허 출원은 미국 특허 출원 제60/789,297호를 35 U.S.C. 119(e)에 의거하여 우선권으로 주장하며, 상기 우선권은 본 명세서에서 참고 문헌으로 인용된다.
소비자들은 일회용 용기에 포장된 음식 및 음료와 같은 레디메이드(ready-made) 제품을 자주 구입한다. 단열 용기는 뜨거운 커피, 차가운 홍차 또는 피자와 같은 뜨거운 또는 차가운 음료 또는 음식용으로서 설계될 수 있다. 이들 용기는 내용물로부터 소비자의 손으로 열이나 냉기가 전달되는 것을 억제함으로써 액상의 음료 또는 음식 등의 내용물의 온도를 유지할 수 있다.
패키지 또는 용기는 내부면과 외부면을 가지는 측벽을 포함한다. 측벽의 내부면 또는 외부면 중 적어도 하나는 열팽창성 재료의 층에 의해 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 재료는 단열을 제공하기 위해 팽창되도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 시스템, 방법, 특징 및 장점들은 이하의 상세한 설명과 도면을 참조하여 본 기술분야의 당업자에게 보다 명확해질 것이다. 이런 다른 시스템, 방법, 특징 및 장점들은 본 명세서 내에 포함되고, 본 발명의 범주 내에 있으며, 이하의 청구범위에 의해 보호된다.
도1은 다이 컷 블랭크가 조립된 컵의 사시도이다.
도2는 개구를 구비한 전 본체 다이 컷 블랭크가 조립된 컵의 사시도이다.
도3은 채널을 구비한 다른 통합형 용기의 사시도이다.
도4는 조립된 다이 컷 블랭크의 단면도이다.
도5는 다이 컷 블랭크가 조립된 컵의 평면 단면도이다.
도6은 컵으로부터 분리된 다이 컷 블랭크의 도면이다.
도7은 컵으로부터 분리된 다이 컷 블랭크의 도면이다.
도8은 컵으로부터 분리된 다이 컷 블랭크의 도면이다.
도9는 컵으로부터 분리된 다이 컷 블랭크의 도면이다.
도10은 컵으로부터 분리된 다이 컷 블랭크의 도면이다.
도11은 컵으로부터 분리된 다이 컷 블랭크의 도면이다.
도12는 열전달을 나타내는 다이 컷 블랭크가 조립된 컵의 도면이다.
도13은 이중벽 컵의 측면 절결도이다.
도14는 기판에 미립자 코팅을 적용하기 위한 예시적인 공정의 블록 다이어그램이다.
도15는 분사 노즐을 이용하여 기판에 코팅을 적용하는 개략도이다.
도16은 비분사 노즐을 이용하여 기판에 코팅을 적용하는 개략도이다.
패키지 또는 용기는 슬리브와 같은 다이 컷 블랭크(die cut blank)로 구성되 거나 및/또는 이를 이용하여 단열될 수 있다. 다이 컷 블랭크는 용기에 부착되거나 이로부터 제거될 수 있다. 열팽창성 재료는 용기 및/또는 다이 컷 블랭크에 적용될 수 있다. 온도 이외에 다른 방법에 의해 팽창되는 팽창성 재료가 사용될 수도 있다. 재료는 최종 소비자에게 전달되기 전에, 가령 용기 및/또는 다이 컷 블랭크가 제조될 때에 팽창될 수 있고, 및/또는 재료는 최종 사용시에만 그리고 정해진 온도에서만 팽창될 수 있다. 재료는 용기 및/또는 다이 컷 블랭크의 단열성을 돕도록 사용될 수 있고, 및/또는 용기 및/또는 다이 컷 블랭크의 재료 요소의 두께를 감소시키기 위해 용기 및/또는 다이 컷 블랭크에 강성을 부가하도록 사용될 수 있다.
도1은 컵과 같은 용기(101)와, 슬리브와 같은 다이 컷 블랭크(102)를 도시한다. 용기는 컵으로서 기술되지만, 예를 들면 플레이트 또는 튜브와 같은 다른 용기를 포함할 수도 있다. 블랭크는 용기의 외부벽 또는 용기 슬리브의 형태일 수 있다. 용기는 컵으로 한정되지 않으며, 이에 한정되지는 않지만 덮개(cover) 또는 슬리브를 구비하거나 구비하지 않은, 벌크형 커피 용기(bulk coffee container), 수프 튜브(soup tub) 및 가압형 용기를 포함한, 임의의 다른 용기일 수 있다. 용기(101)는 원통형 컵이거나, 원추형, 직사각형 등을 포함한 다른 형상의 구조를 갖는 용기일 수 있다. 다이 컷 블랭크는 주름 형성된 다이 컷 블랭크로 한정되지 않고, 보드지, 페이퍼 등으로 구성될 수 있다. 다이 컷 블랭크(102)는 이에 한정되지는 않지만 천연 싱글 페이스(natural single-face), 화이트 탑형 싱글 페이스(white-topped single-face), 코팅된 표백 탑 싱글 페이스(coated bleached top single-face), 주름(corrugate), 플루트형 주름(fluted corrugate) 또는 이들의 임의 조합체를 포함한, 임의의 공칭 제지 원료(paper stock)로 제조될 수 있다. 다이 컷 블랭크(102)는 용기로부터 제거될 수 있고, 또는 다이 컷 블랭크는 용기(101)에 부착될 수도 있다. 블랭크(102)는 예를 들면 고온 용융성 접착제, 저온 용융성 접착제, 및/또는 임의의 다른 접착제 또는 밀봉 기구를 이용하여 용기에 다이 컷 블랭크를 적층시킴으로써 부착될 수 있다. 다르게는, 블랭크는 미소구(microsphere) 재료와 같은 팽창성 재료에 의해 부착될 수 있다. 제조하는 동안, 다이 컷 블랭크가 컵에 부착되면, 상업적 최종 소비자에 의한 조립 단계가 배제됨으로써 이의 효율성을 증가시킬 수 있다. 또한, 최종 소비자에게 요구되는 저장 공간의 크기를, 예를 들면 두 개의 아이템을 대향하도록 하여 하나의 아이템으로 저장함으로써 감소시킬 수 있다.
도1은 축척에 따라 도시되어 있지 않다. 예를 들면, 다이 컷 블랭크(102)는 도시된 바와 달리 용기(101)를 보다 많이 덮거나 보다 적게 덮을 수 있다. 예를 들면, 다이 컷 블랭크는 본체 전체를 덮도록 제공될 수도 있다. 다이 컷 블랭크(102)의 표면적 증가는 보다 넓은 인쇄 표면뿐만 아니라 넓은 단열 면적을 제공할 수 있다. 도면에는 다이 컷 블랭크가 컵에 있는 것으로 도시되어 있으나, 다이 컷 블랭크는 이에 한정되지는 않지만 벌크형 음료 용기, 가압형 용기 및 수프 튜브와 같은 임의의 다른 용기에 부가될 수 있다.
열적 활성화 코팅(thermally activatable coating)이 용기(101)와 블랭크(102) 사이에 적용될 수 있다. 팽창성 재료는 고온 또는 저온에 의해 열적으로 활성화될 수 있고, 이에 한정되지는 않지만 바인더(binder), 팽창성 미소구 또는 다른 마이크로 인캡슐레이트 입자(micro-encapsulated particle), 피그먼트 및 다른 첨가제, 또는 이들 또는 다른 재료의 임의 조합체를 포함한, 팽창성 코팅 또는 접착제일 수 있다. 재료는 습하거나 건조할 때 팽창될 수 있다. 재료는 수성계 또는 용매계 고상 재료 또는 100% 고상 재료를 포함한, 임의의 합성 재료 또는 천연 재료를 포함할 수 있다. 고상 물질의 함량은 통상적으로 재료의 30% 내지 80%, 보다 바람직하게는 40% 내지 70%이다. 다른 성분이, 이에 한정되지는 않지만 피그먼트 또는 염료(dye), 충진제(filler)/증량제(extender), 분산용 표면 활성제(surfactant), 최적의 조건을 위해 점성을 제어하기 위한 용매 또는 증점제(thickener), 소포제(defoaming agent), 왁스 또는 슬립 에이드(slip aid)와 같은 첨가제 등을 포함한, 바인더에 부가될 수 있다. 다르게는, 바인더는 접착제일 수 있다. 팽창성 재료는 이에 한정되지는 않지만 용기의 내용물을 고온 또는 저온으로 유지하기 위해 단열성을 포함한 다양한 성질을 가질 수 있고, 및/또는 상기 팽창성 재료는 [가령, 150℉ (약 65.6℃) 이상의] 고온 재료와 접촉시에 팽창될 수 있지만, 대략 실온과 같은 정해진 활성 온도 이전에는 비활성 상태로 유지되는 것이 바람직하다. 코팅은 수용성(repulpable), 재활용성(recyclable), 및/또는 생물 분해성(biodegradable)을 가질 수 있다.
도2 및 도3은 다이 컷 블랭크(102)의 외부벽을 구비한 용기(101)를 도시한다. 용기(101)는 이중벽 컵 조립체로서 구성될 수 있다. 용기(101)는 원통형 컵이거나, 원추형, 직사각형 등을 포함한 다른 형상의 구조를 갖는 용기일 수 있다. 다이 컷 블랭크는 용기 본체의 전체를 또는 일부를 덮을 수 있다. 다이 컷 블랭크(102)는 용기(101)의 외부벽일 수 있다. 용기(101) 및 다이 컷 블랭크(102)는 컵(100)으로 일체화될 수 있고, 팽창성 재료 또는 접착제는 용기 본체(101)와 다이 컷 블랭크(102) 사이에 적용될 수 있다. 활성화 재료가 접착성을 추가로 가질 수 있기 때문에, 용기와 블랭크 사이의 부착만을 형성할 수 있다. 다이 컷 블랭크(102)는 이에 한정되지는 않지만 천연 싱글 페이스(natural single-face), 화이트 탑형 싱글 페이스(white-topped single-face), 코팅된 표백 탑 싱글 페이스(coated bleached top single-face), 또는 이들의 임의 조합체를 포함한, 임의의 공칭 제지 원료로 제조될 수 있다. 다이 컷 블랭크 및/또는 용기는 수용성, 재활용성, 및/또는 생물 분해성을 가질 수 있다. 다이 컷 블랭크(102)는 예를 들면 주름 형성된, 플루트형으로 주름 형성된 또는 엠보싱형 홈을 포함할 수 있다. 홈은 수직 방향, 사선 방향, 또는 다른 방향으로 형성될 수 있고, 손으로부터 열을 다른 방향으로 방출시키는 채널일 수 있다.
다이 컷 블랭크(102)는 용기로부터 제거될 수 있고, 다이 컷 블랭크는 용기에 부착될 수 있다. 예를 들면, 컵과 같은 일 편(one-piece)인 용기(101)는 다이 컷 블랭크가 고정되도록 고온 용융성 재료 및 팽창성 재료, 또는 임의의 다른 접착제 또는 밀봉 방법을 이용하여 다이 컷 블랭크를 용기에 적층시킴으로써 제조될 수 있다. 다르게는, 열적 활성화 재료는 컵에 블랭크를 부착하기 위해 사용될 수 있다. 제조하는 동안(예를 들면, 일체형인 일 편의 컵을 생산하는 동안), 다이 컷 블랭크(102)가 용기(101)에 영구적으로 부착되면, 상업적 최종 소비자에 의한 조립 단계가 배제됨으로써 열적 다이 컷 블랭크의 이용에 따른 효율성을 증가시킬 수 있다. 또한, 최종 소비자에게 요구되는 저장 공간의 크기를, 예를 들면 두 개의 아이템을 대향하도록 하여 하나의 아이템으로 저장함으로써 감소시킬 수 있다.
다이 컷 블랭크는 일 측면에 또는 대향 측면에 공기 유동이 가능하도록 개방 단부가 존재할 수 있다. 예를 들면, 도2에서, 용기는 일체형 용기(100)의 상부(212) 근처에 개구(210)를 포함할 수 있다. 예를 들면 구멍과 같은 개구가 다이 컷 블랭크에 형성될 수 있고, 팽창성 재료에 의해 용기(101)와 다이 컷 블랭크(102) 사이의 공간이 팽창되면 공기가 이를 통해 유동할 수 있다. 공기 유동은 예를 들면 다이 컷 블랭크(102)의 주름 형성된 채널, 플루트형 주름 형성된 채널 또는 다른 채널, 또는 팽창성 재료의 적용 패턴(216)에 의해 파지한 손가락으로부터 멀어지는 방향으로 그리고 상향으로 유동하도록 조정될 수 있다. 예를 들면, 팽창성 재료의 적용 패턴은 열 방출 채널(216)을 형성할 수 있다.
도3은 팽창성 재료의 적용이 용기(101)의 상부(212) 근처에 개구(310)를 형성하는 방법을 나타내는 다른 예를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 채널은 재료의 팽창시에 형성될 수 있다. 용기(101)의 대향 단부, 즉 상부(212) 및 하부(214)에 개구가 있을 수 있다. 개구는 상부(212) 또는 하부(214)를 완전히 밀봉하지 않으면서 용기에 다이 컷 블랭크를 랩핑함으로써 형성될 수 있다.
도4는 컵(101)에 조립된 다이 컷 블랭크(102)의 단면을 도시한다. 이 도면은 예시이며 이에 한정되지 않는다. 컵은 임의의 용기, 예를 들면 가압형 트레이, 수프 튜브, 또는 벌크형 음료 용기로 대체될 수 있다. 다이 컷 블랭크(102)는 내 부면(406)과 외부면(404)을 가질 수 있다. 팽창성 재료는 내부면(406), 외부면(404), 및/또는 상기 내부면(406)과 외부면(404) 사이의 표면(402)에 적용될 수 있다. 내부면(406)과 외부면(404)은 사이에 공간(402)을 포함할 필요는 없다. 다른 비제한적 예에서, 팽창성 재료는 용기의 벽(101)과 다이 컷 블랭크(102) 사이에 적용되어, 일체형 용기(100)를 형성할 수 있다.
열팽창성 재료(408)가 불활성 형태로 다이 컷 블랭크(102)의 내부면(406)에 적용될 수 있다. 불활성인 재료(408)는 다이 컷 블랭크(102)의 두께를 실질적으로 변경시키지 않는 박막으로 적용될 수 있다. 다이 컷 블랭크의 내측에 팽창성 재료를 적용함으로써 다이 컷 블랭크의 외부면에 대한 인쇄성이 유지될 수 있다. 다이 컷 블랭크(102)상의 불활성인 팽창성 재료(408)가 예를 들면 표준 종이컵에 조립되면, 컵의 얇은 프로파일(slim profile)이 유지될 수 있다. 얇은 프로파일의 유지는 표준 컵의 효율적인 보관 품질을 유지함으로써, 효율적인 포장, 취급 및 수송을 가능하게 한다.
팽창성 재료(408)는 예를 들면 고온의 액체, 음료 또는 음식을 용기(101)에 부가함에 따라 활성화되어 팽창될 수 있다. 팽창성 재료가 비활성 상태로를 유지하면서 다이 컷 블랭크가 소비자에게 전달될 수 있도록, 활성화는 다이 컷 블랭크의 공정 단계에서는 일어나지 않고 소비 단계에서만 일어날 수 있다. 예를 들면, 팽창성 재료의 활성점은 약 120℉(약 48.9℃)보다 높고, 및/또는 60℉(약 15.6℃)보다 낮을 수 있고, 따라서 팽창성 재료는 고온의 액체, 음료 또는 음식의 온도에 의해서만 활성화되고, 대기 온도 또는 본체의 온도에 의해서는 활성화되지 않는다. 활성화는 팽창성 재료를 팽창시켜 용기(101)로부터 다이 컷 블랭크(102)를 "후방 가압(push back)"함으로써, 공기 갭(air gap)을 증가시킨다. 공기 갭은 고온의 음료 용기(101)와 소비자의 손 사이에 열 차단부를 생성할 수 있다. 또한, 활성화는 용기의 강도(stiffness) 및/또는 강성(rigidity)을 향상시켜, 재료를 절감하거나 용기의 벽의 두께를 감소시킬 수 있다. 또한, 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 코팅은 소비자에게 전달되기 전에 활성화되거나 적어도 부분적으로 활성화될 수 있다.
팽창성 재료(408)는 팽창되지 않은 상태로 다이 컷 블랭크(102)에 적용될 수 있다. 작용점에서 고온의 유체 또는 고체를 부가하여 활성화되기 전까지 다이 컷 블랭크의 팽창은 일어나지 않는다. 이는 다이 컷 블랭크를 제조하는 동안 재료가 팽창하는 것과는 다를 수 있다. 제조하는 동안의 팽창은 다이 컷 블랭크의 벌크를 증가시킬 수 있다. 팽창성 재료는 효율적인 보관을 달성하기 위해 제어될 수 있다. 다이 컷 블랭크의 특성은 이에 한정되지는 않지만 예를 들면 특정 단열, 공기 유동 특성 및 용기의 강성 향상을 제공하기 위해 팽창성 재료의 패턴 형상을 갖는 플루트형 주름 형성된 재료로 구성된 다이 컷 블랭크를 조합함으로써 추가로 제어될 수 있다. 예를 들면, 다이 컷 블랭크에 적용된 팽창성 재료의 주름 및/또는 패턴은 열 대류를 상향으로 유도하여 파지한 소비자의 손을 향한 수평 방향으로의 열전달을 감소시킨다. 다른 실시예에서, 팽창은 선적되기 전에, 예를 들면 용기의 제조 전에, 제조 동안 또는 제조 후에 일어날 수 있다.
도5는 열적 다이 컷 블랭크(102)가 조립된 용기(101)의 단면의 예시적인 평 면도이다. 이 도면은 단지 예시이며 이에 한정되지 않는다. 팽창성 재료(408)는 다이 컷 블랭크(102)의 내부면(406)에 적용될 수 있다. 예를 들면, 팽창성 재료(408)는 다이 컷 블랭크(102)와 용기(101)의 벽 사이에 적용될 수 있고, 이들 사이에서 열에 의해 활성 가능한 단열 팽창성 재료와 함께 일체화된 복층 컵을 형성할 수 있다. 팽창성 재료는 예를 들면 바인더에 분사된 팽창성 미소구(502) 또는 전술한 임의의 다른 적절한 재료(504)를 포함할 수 있고, 접착 성질을 포함할 수 있다.
도6은 예시적인 다이 컷 블랭크(602)를 도시한다. 이 도면은 예시이며 크기 또는 형상이 이에 한정되지 않는다. 크기 및 형상은 임의의 용기의 치수에 적합하게 구성될 수 있다. 팽창성 재료(408)는 다이 컷 블랭크(602)에 적용될 수 있다. 팽창성 재료는 이에 한정되지는 않지만 노즐 분사 건(nozzle spray gun), 프린팅(printing), 슬롯 코터(slot coater), 또는 이하 상세히 설명되는 다른 방법 등과 같은 다양한 방법에 의해 적용될 수 있다. 팽창성 재료(408)는 예를 들면 인라인 컵 랩핑 머신, 인라인 폴더/접착기, 또는 오프라인 코팅 및 건조와 같은 다른 적절한 방법에 의해 다이 컷 블랭크(602)에 적용될 수 있다. 팽창성 재료(408)는 이에 한정되지는 않지만 밴드형(banded), 도트형(dotted), 파형(waved), 사각형, 원형, 다이아몬드형, 랜덤형, 그리고 이들 또는 임의의 다른 패턴의 조합과 같은 임의 적절한 패턴으로 다이 컷 블랭크(602)에 적용될 수 있다. 예를 들면, 팽창성 재료는 예를 들어 파지한 손가락으로부터 멀어지는 수직 상향으로, 공기 유동을 조정하고 및/또는 열을 전도하는 패턴으로 적용될 수 있다. 팽창성 재료는 상기 팽 창성 재료가 채널을 형성하거나 활성 시에 채널을 형성하기 위해 팽창하도록 적용될 수 있다. 채널은 자연스러운 대류를 유도할 수 있다. 팽창성 재료(408)는 코팅되는 표면의 전체 또는 일부만을 덮을 수 있다.
코팅된 다이 컷 블랭크는 예를 들면 용기 주위를 다이 컷 블랭크로 랩핑함으로써 용기 또는 컵에 제거 가능하게 부착되거나 영구적으로 부착될 수 있다. 예를 들면, 일 편인 컵 또는 용기(101)는 다이 컷 블랭크를 고정하기 위한 고온 용융성이며 팽창성인 재료를 이용하여, 또는 접착성을 갖는 팽창성 재료를 이용하여, 또는 이들의 조합 또는 임의의 다른 접착제 또는 밀봉 방법을 이용하여 용기에 다이 컷 블랭크를 적층함으로써 제조될 수 있다. 다이 컷 블랭크(102)가 제조 동안(예를 들면, 일체형인 일 편의 컵을 제조하는 동안) 용기(101)에 영구적으로 부착되면, 상업적인 최종 소비자에 의한 조립 단계를 배제시킴으로써 열적 다이 컷 블랭크에 대한 이용의 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 최종 소비자에게 요구되는 공간의 크기를 감소시킬 수 있다(두 개의 아이템을 대향하도록 하여 하나의 아이템으로서 저장). 도면에 도시된 다이 컷 블랭크의 형상으로 한정되지 않는다. 다이 컷 블랭크의 형상은 다른 용기의 형상, 예를 들면 이에 한정되지는 않지만 수프 튜브, 가압형 용기 또는 벌크형 음료 용기의 형상에 적합하도록 구성될 수 있다.
다이 컷 블랭크(602)는 인시임(in-seam) 고온 용융성 접착제(604) 또는 저온성 세트 접착제를 선택적으로 포함할 수 있다. 팽창성 재료(408)가 접착제이면, 인시임 고온 용융성 또는 저온성 세트 접착제(604)는 생략될 수 있다. 인시임 고온 용융성/저온성 세트 접착제(604)는 접합 강화를 위해 팽창성 재료(408)와 함께 사용될 수 있다. 다이 컷 블랭크는 예를 들면 랩핑, 적층 또는 다른 제조 공정에 의해 컵에 적용될 수 있다.
도7 내지 도11은 다이 컷 블랭크(402)의 다른 예를 도시한다. 이들 예는 단지 예시이며 이에 한정되지 않는다. 도7은 열의 방출을 전달하기 위한 패턴(709)이 적용된 팽창성 재료(408)를 갖는 다이 컷 블랭크(602)를 도시한다. 다이 컷 블랭크(602)는 예를 들면 이에 한정되지는 않지만 플루트형 주름과 같은 주름진 종이로 제조될 수 있다. 대류는 주름과, 팽창성 재료의 적용 패턴과, 다른 적절한 방법에 의해 조정될 수 있다.
도8 내지 도11은 이에 한정되지는 않지만 팽창성 재료의 잠재적 패턴의 다른 가능한 예를 도시한다. 팽창성 재료의 패턴은 도면부호 809, 909, 1009, 1109로 각각 지시된다. 팽창서 재료는 도7 내지 도11에 도시된 패턴과 다른 패턴으로 적용될 수 있다. 팽창성 재료(809, 909, 1009, 1109)의 각각의 패턴은 두께가 변경될 수 있고 열을 다이 컷 개구로 전달하도록 눈금 유동(graduated flow)을 제공할 수 있다. 다이 컷 개구는 도면부호 814, 912, 1012, 1112로 각각 지시된다. 또한, 다이 컷 개구는 도면부호 812, 914, 1014, 1114로 지시된 바와 같이 위치되거나 및/또는 도시된 바와 같은 형상을 포함할 수도 있다. 다이 컷 개구는 블랭크의 대향 단부에 있거나, 또는 일 단부에만 있을 수 있다. 도8 내지 도11에 도시된 다이 컷 개구의 형상은 예시이며 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 팽창성 재료의 패턴과 다이 컷 개구의 형상은 이에 한정되지는 않지만 벤츄리(Venturi) 효과를 생성하는 공기 유동을 조작하도록 배열될 수 있다.
도12는 예시적인 열교환을 도시하는 실시예를 나타낸다. 이 예는 이에 한정되지 않으며, 단지 열손실 조작의 가능한 예시이다. 시스템의 총 열손실은 이하의 방정식에 의해 나타낸다.
QT [Cal./second] = Q1 + Q2 + Q3 + Q4
여기서, QT는 총 열손실이다. Q1(1204)은 물의 증발로 인한 열손실일 수 있다. 도면부호 1202, 1206 및 1208로 각각 지시된 Q2, Q3 및 Q4는 대류 및 전도의 열손실을 나타낼 수 있다.
내용물을 고온으로 유지하기 위한 목적은 QT를 최소화함으로써 달성될 수 있다. 다이 컷 블랭크는 Q2, Q3 및 Q4를 최소화함으로써 QT를 최소화할 수 있다. 팽창성 재료의 낮은 열전도성은 Q2, Q3 및 Q4로 인한 열손실을 낮출 수 있다.
소비자의 플레쉬 번(flesh burn)을 방지하기 위한 목적은 예를 들면 Q2, Q3 및 Q4를 최소화함으로써, 특히 Q1 및 Q4가 (고온의 액체로 인한) 회피할 수 없는 높은 열 수지(heat flux)를 수직 상하방향으로 전달토록 하면서 Q2 및 Q3를 최소화함으로써 달성될 수 있다. 이는 예를 들면 다이 컷 블랭크에 주름 형성된 홈을 부가함으로써 달성될 수 있다. 이 홈은 예를 들면 대체로 수직 방향 또는 사선 방향으로 경사질 수 있다.
일례들이 이하 설명되지만, 이에 한정되지는 않는다.
예1. 예1은 팽창성 재료가 열전도성을 변경하는 방법을 도식화하여 설명한다. Ti는 컵의 내부 온도를 나타낸다. To는 컵의 외부 온도를 나타낸다. 상부 라인(X)은 코팅된 다이 컷 블랭크가 없는 용기를 나타낸다. 제2 라인(Y)은 코팅된 다이 컷 블랭크가 조립된 용기를 나타낸다. 이 예는, 팽창성 재료로 코팅된 다이 컷 블랭크가 없는 용기에서는 용기의 내부 온도와 외부 온도의 차이가 매우 작다는 것을 설명할 수 있다. 온도 활성화 재료로 코팅된 다이 컷 블랭크를 갖는 용기에서, 고온의 음식 또는 음료를 용기가 포함한 경우에 내부 온도와 외부 온도의 차이가 작다. 그러나, 음식 또는 음료가 재료(A)를 활성화시키면, 즉 재료와 접촉하면, 재료는 팽창한다. 재료가 팽창하면, 온도의 차이(Ti-To)는 증가될 수 있다.
Figure 112008075678038-PCT00001
예2. 예2는 열 팽창성 재료로 코팅되지 않은 다이 컷 블랭크 재료와 비교하여 열 팽창성 재료로 코팅된 다양한 다이 컷 블랭크 재료에 대한 온도 감지 비교를 설명한다. 이하의 시험은 단지 예시이며 이에 한정되지 않는다. 즉, 다른 시험 결과를 얻을 수 있다.
열 팽창성 재료 또는 다른 팽창성 재료는 이에 제한되지는 않지만 종이, 보드지, 플루트형 주름 형성된 종이와 같은 다양한 재료로 제조된 다이 컷 블랭크에 적용될 수 있다. 각각의 다이 컷 블랭크는 컵과 같은 용기 주위를 랩핑할 수 있 다. 컵은 고온의 물로 충진될 수 있다. 그 다음, 맨손으로 컵을 취급하여 두 조건에 대한 감지 반응을 비교한다. 각각의 시험에서, 코팅된 다이 컷 블랭크를 구비한 컵은 코팅되지 않은 다이 컷 블랭크를 구비한 컵보다 터치할 수 있을 정도로 "고온"은 아니다. 팽창은 고온의 물을 컵에 담는 수 분 내에 일어났다.
예3. 코팅은 단일 표면 매체에 코팅을 도포함으로써 적용될 수 있다. 코팅은 600 ℉(약 315.6℃)로 마스터 마이트(MASTER-MITE) 120V, 475W 히트 건을 이용하여 습식 상태에서 팽창될 수 있다.
예4. 코팅은 12 Oz (약 0.34 ㎏) 컵의 외부에 적용된 다음 하루 동안 공기 건조될 수 있다. 다음날, 190 ℉(약 32.2℃)의 고온의 물이 컵에 담겨질 수 있다. 190 ℉(약 32.2℃)의 고온의 물을 컵에 충진한 후에 현저한 팽창이 관찰될 수 있다. 뚜껑이 컵에 배치될 수 있고, 7분 후에는 팽창이 더욱 진행되며, 부분적으로 팽창이 진행된다. 후 열적 활성화(post-heat activation)의 장점은 액체가 고온일 수록 코팅의 보다 더 팽창한다는 것이다.
예5. 코팅이 컵에 적용되었다. 피셔 사이언티픽(Fisher Scientific)에 의해 제조된 모델 번호 제11-504-50호인 250 W IR 가열기가 코팅을 가열하기 위해 사용될 수 있다. 팽창은 램프가 코팅으로부터 6 인치(약 15.2 센티미터) 이격되어 있으면 서서히 진행되고 코팅으로부터 1 인치(약 2.54 센티미터) 이격되어 있으면 바로 진행된다. 과다한 열과 지나친 시간은 기판 표면으로부터 코팅의 변형을 야기할 수 있다.
예6. 코팅은 종이에 적용될 수 있으며, 종이는 코팅이 공기 건조되도록 한 후에 종이 컵 주위를 랩핑할 수 있다. 히트 건으로부터의 열은 일 분 동안 종이 쉘을 통해 간접적으로 코팅의 일부를 가열하도록 사용될 수 있다. 코팅은 팽창된다. 가열되지 않은 코팅의 일부는 종이를 통해 IR 램프 하에서 가열될 수 있다. 코팅은 팽창된다.
도13은 이중 벽 용기(101)의 측면 절취도이다. 이중 벽 용기(101)는 용기(101)의 외부벽(1300)과, 고온 또는 저온 음료 또는 음식과 같은 내용물(1302) 사이에 공기 재킷을 제공할 수 있다. 공기 재킷은 외부 표면 온도(To)로 측정된 바와 같은 단열부로서 제공될 수 있다. 공기 재킷은 용기(101)를 부분적으로 또는 전체적으로 둘러쌀 수 있다. 용기(101)가 파지되면, 외부벽(1300)에 작용하는 압력은 압점에서 외부벽(1300)을 붕괴하도록 작용하여 공기 재킷을 감소시킬 수 있고 용기(101)의 내부벽(1304)과 접촉될 가능성이 있다. 공기 재킷은 압점하에서 붕괴될 수 있고 낮은 강성을 야기하며, 접촉은 열 팽창성 코팅(216)이 사용되지 않은 경우 외부벽(1300)에 열점(hot spot)을 발생시킬 수 있다.
충분한 양의 코팅(216)이 사용되면, 코팅(216)은 외부벽(1300)에 대한 공기 재킷의 단열부를 오염시키지 않으면서 강성을 제공하도록 작용할 수 있고, 이에 따라 외부벽(1330)은 전체적으로 또는 부분적으로 붕괴되지 않는다. 코팅(216)은 용기(101)에 기계적 강도를 부가할 수 있다. 코팅(216)의 부가에 따른 기계적 강도에 의해 경량의 재료가 용기(101)를 생산하기 위해 사용될 수 있고, 이에 따라 용기(101)를 형성하는 기판의 소스(source)가 감소될 수 있다. 코팅(101)은 도 트(dot) 또는 다른 패턴과 같은 점(spot)으로 내부벽(1304) 또는 외부벽(1300), 또는 내부벽과 외부벽 모두에 적용될 수 있고, 이에 따라 코팅(216)은 공기 갭을 제공하여 용기(101)가 홀딩 압력(holding pressure)하에서 붕괴되는 것을 방지한다. 또한, 코팅(101)은 사용자에게 강성 필을 제공하면서 기판 재료의 감소를 가능하게 한다.
도14는 기판에 미립자 코팅을 적용하는 예시적인 공정의 블록 다이어그램이다. 공정은 기판, 다이 컷 블랭크, 용기, 슬리브, 카터링 트레이, 이중벽 컵, 가압형 트레이, 수프 튜브 및 백인더박스(bag-in the box) 용기 중 임의의 것에 미세구(microsphere) 또는 팽창성 코팅을 적용하는 단계를 포함할 수 있다. 공정은 인라인(1400)과 오프라인(1410) 방식을 포함할 수 있다. 인라인 방식(1400)은 종이 또는 다이 컷 원료로 용기를 제조하기 위해 사용되는 적층 스테이션(1420)과, 제조 스테이션(1430)과, 팩킹 스테이션(1440)을 포함할 수 있다. 적층, 제조 및 팩킹 스테이션은 완전 자동화이거나 및/또는 수동식 스테이션을 포함할 수 있다.
코팅 적용 공정은 동일한 설비에서 또는 다른 설비에서 인라인(1400) 또는 오프라인(1410)에서 진행될 수 있다. 인라인 적용은 하나 이상의 적층 스테이션(1420), 제조 스테이션(1430) 및 팩킹 스테이션(1440)에서 코팅의 적용을 포함할 수 있다. 코팅은 이에 한정되지는 않지만 브러시, 스펀지, 프린팅, 노즐, 분사 및 슬롯 다이 코터(slot die coater)를 포함한, 다양한 방법으로 적용될 수 있다. 이들 적용들 중 임의의 것 또는 이들의 다양한 조합은 인라인(1400) 또는 오프라인(1410)에서 진행될 수 있고, 오프라인 공정은 적층 스테이지(1420) 전에 진행될 수 있다.
브러시 또는 브러시들을 이용한 적용은 압력을 이용하여 튜브를 통해 브러시로 코팅을 공급함으로써 진행될 수 있다. 브러시는 말총(horse hair) 또는 합성 재료와 같은 상이한 재료로 제조될 수 있다. 브러시는 중공의 필라멘트를 포함할 수 있기 때문에, 코팅은 필라멘트를 통해 적용될 수 있다. 브러시는 전형적이거나 일정한 패턴의 코팅을 적용할 수 있다. 브러시에 대한 코팅의 양은 제어될 수 있기 때문에, 기판에 적용되는 코팅의 양은 계측될 수 있다. 코팅의 양은 예시로서 이에 한정되지는 않지만 1/64 인치 (약 0.39 밀리미터)의 코팅이 인가되도록 제어될 수 있고, 상기 코팅은 1/16 인치 (약 1.58 밀리미터) 또는 1/32 인치 (약 0.79 밀리미터)로 증가될 수도 있으며, 또한 이중벽 컵의 내부층과 외부층 사이의 갭의 거리도 제어될 수 있다. 코팅은 한번 팽창되면 외부벽의 형상을 변형시키지 않는 것이 바람직할 수 있다. 코팅은 균일하게 분포되거나 다양한 패턴으로 분포될 수 있다. 브러시는 가령 백인더박스 용기의 내부를 코팅하도록 광범위하게 적용될 수 있다.
프린팅 프레스(printing press)를 이용한 적용은 롤러를 통해 기판을 활주시킴으로써 진행될 수 있다. 기판은 제지 원료의 롤 또는 웹 형태이거나, 다르게는 시트 형태일 수 있다. 코팅은 기구(implementation)에 따라 점 또는 패턴이거나 풀 커버리지(full coverage)로 가압하여 적용될 수 있다.
도15에서, 분사 노즐(1500)은 코팅(1510)을 기판(1520)에 적용하기 위해 사용될 수 있다. 노즐은 기판에 얇고 균일한 코팅 층을 적용하기 위해 코팅을 확산 시킬 수 있다. 하나 이상의 분사 노즐은 연속적이거나 간헐적인 코팅의 패턴을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 노즐은 적용된 코팅이 나란히 중첩되거나 및/또는 일정한 간격을 두고 이격되도록 배열될 수 있다. 분사는 적용된 코팅의 두께를 제어하도록 계측될 수 있다. 또한, 노즐은 모서리에서와 같은 기판의 지정된 부분에 코팅을 직접 분사하도록 위치 설정될 수 있다.
도16에서, 비분사 노즐(1600)은 기판(1620)에 코팅의 스트림(1610)을 적용하도록 사용될 수 있다. 스트림은 정확한 양을 적용하도록 노즐을 통해 계측될 수 있다. 노즐은 스트림(1610)의 특정 폭 및 높이를 제어하도록 크기화될 수 있다. 노즐로부터의 유동은 기판에 코팅의 특정 패턴을 수용하도록 턴온 및 턴오프될 수 있다.
트러프(trough) 또는 딥 코팅 적용에서, 기판은 코팅 재료를 함유하는 트러프를 통해 제거될 수 있다. 기판의 일측면 또는 양측면은 트러프를 통해 진행될 수 있다. 트러프에 적용되는 코팅의 두께는 기판을 재료에 위치시킨 시간의 길이에 따라 제어될 수 있다. 기판 및 코팅의 온도는 코팅 공정 동안 팽창성 재료를 활성화 또는 비활성화시키기 위해 제어될 수 있다. 제어 블레이드는 과다한 코팅을 계측하여 제거하기 위해 사용될 수 있다. 기판은 트러프를 통해 벨트 공급되거나 트러프에 개별적으로 보유될 수 있다.
상기 적용 공정들에 의해서, 또는 임의의 다른 공정에 의해서, 적용된 코팅은, 제조 동안 또는 소비자에 의한 시간 동안과 같은 차후 공정에서 코팅을 팽창시킬 필요가 있는 경우에, 코팅을 활성화시키지 않으면서 가령 저온 공기 또는 온난 한 공기를 적용하거나 송풍시킴으로써 건조되거나 굳어질 수 있다. 코팅은 제조한 후에 그리고 적층 스테이션(1440)과 같이 소비자가 사용하기 전에 팽창될 수도 있다. 코팅은 용기를 적층하기 전에 또는 적층한 후에 팽창될 수 있다.
코팅되거나 코팅되지 않은 블랭크는 적층 스테이션(1420)에 공급될 수 있다. 코팅은 인라인 또는 오프라인 공정 중에 적용될 수 있다. 인라인 시에 적용되면, 코팅이 컵, 슬리브, 용기 성형되기 전에 건조되는 것을 가능하게 하거나, 또는 코팅이 습윤 상태에 있을 때 이들이 성형될 수 있다. 코팅의 특성에 따라, 건조를 위해 수 초에서 수 분이 소요될 수 있다. 코팅은 인라인 제조 동안에 또는 소비자 단계와 같이 그 이후에 활성화될 수 있다. 코팅을 인라인으로 활성화하기 위해, 적외선(IR), 공기, 대류 또는 전도성 가열 방법들 중 임의의 방법 또는 모든 방법이 사용될 수 있다. 코팅이 완전히 팽창하기 위해서는 수초에서 수 분이 소요될 수 있다. 예를 들면, 용기의 내부로부터 용기를 보유하는 맨드릴(mandrel) 및/또는 용기의 외부로부터 컵을 보유하는 칼라(collar)가 용기 제조 공정 동안에 코팅을 팽창시키기 위해 열을 인가하도록 사용될 수 있다. 습윤 상태이거나 부분적으로 건조된 코팅이 제조 동안 맨드릴가 접촉하면, 맨드릴은 맨드릴 상에 코팅의 전이(transfer) 또는 응착(sticking)이 억제되도록 TEFLON과 같은 비응착 재료를 포함하도록 제조될 수 있다. 활성화가 인라인에서 발생되면, 낮은 활성 온도가 바람직할 수 있다. 코팅을 활성화시킴으로써, 코팅은 팽창하여 강화 공기 갭을 형성한다. 코팅은 용기의 제조 동안 부분적으로 팽창될 수 있고, 이런 팽창은 소비 단계까지 지속될 수 있다.
전술한 바와 같이, 코팅의 사용은 소비자에게 양호한 강성 필을 유지하면서 용기, 슬리브 등을 제조하기 위해 필요한 기판의 두께 감소에 조력할 수 있다. 또한, 코팅은 용기의 단열성을 향상시킬 수 있고, 용도에 따라 음료 또는 음식을 따뜻하게 또는 차갑게 긴 시간 동안 유지하는 것을 조력할 수 있다. 기판은 천연 섬유, 또는 SBS (고상 표백 황산염) 보드지 또는 보드 박스와 같은 합성으로 제조될 수 있다. 라이너(liner) 및 매체(medium)와 같은 슬리브 재료는 15 LB/3000ft2 내지 100 LB/3000ft2, 바람직하게는 18 LB/3000ft2 내지 50 LB/3000ft2 재료로 생산될 수 있다. 고온 또는 저온 컵, 수프 튜브, 가압형 용기 및 다른 비주름형 용기를 위한 종이 기판의 캘리퍼는 9 포인트 내지 24 포인트, 바람직하게는 10 포인트 내지 24 포인트 범위일 수 있으며, 포인트는 1/1000 인치 (약 0.025 밀리미터)와 동일하다.
본 발명의 다양한 실시예가 설명되었지만, 본 발명의 범주 내에서 다양한 실시예 및 변형예가 가능함은 본 기술분야의 당업자에게 자명하다.

Claims (21)

  1. 이중벽 용기이며,
    내부벽과,
    상기 내부벽에 부착되어 상기 내부벽과의 사이에 공기 갭을 형성하는 외부벽과,
    상기 내부벽과 외부벽 사이에 위치되는 팽창성 코팅을 포함하는 이중벽 용기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팽창성 코팅은 팽창성 미소구를 포함하는 이중벽 용기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 팽창성 코팅은 상기 내부벽과 외부벽 사이에 단열을 제공하는 이중벽 용기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 팽창성 코팅은 외부벽에 강성을 제공하는 이중벽 용기.
  5. 제1항에 있어서, 상기 외부벽은 제지 원료(paper stock)로 구성되는 이중벽 용기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 팽창성 코팅은 상기 제지 원료의 중량 감소를 가능하게 하는 이중벽 용기.
  7. 제1항에 있어서, 상기 팽창성 코팅은 고온에 의해 팽창하도록 활성화되는 이중벽 용기.
  8. 제1항에 있어서, 상기 팽창성 코팅은 도트형 패턴으로 적용되는 이중벽 용기.
  9. 이중벽 용기를 제조하는 방법이며,
    용기를 형성하기 위한 제1 기판을 제공하는 단계와,
    상기 용기의 외부벽을 형성하기 위한 제2 기판을 제공하는 단계와,
    열팽창성 재료로 상기 제2 기판을 코팅하는 단계와,
    외부벽을 형성하기 위해 상기 용기에 상기 제2 기판을 부착하는 단계와,
    상기 용기와 외부벽으로 이중벽 컵을 형성하는 단계와,
    상기 용기와 외부벽 사이에 팽창성 코팅을 적용하는 단계를 포함하는 이중벽 용기 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 이중벽 컵을 형성하는 단계 전에 상기 팽창성 코팅을 적용 하는 이중벽 용기 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서, 이중벽 컵을 형성하는 단계 동안 상기 팽창성 코팅을 적용하는 이중벽 용기 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서, 이중벽 컵을 형성하는 단계 동안 상기 팽창성 코팅을 팽창시키는 단계를 더 포함하는 이중벽 용기 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서, 이중벽 컵을 형성하는 단계 후에 상기 팽창성 코팅을 팽창시키는 단계를 더 포함하는 이중벽 용기 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서, 코팅을 도트형 패턴으로 적용하는 이중벽 용기 제조 방법.
  15. 용기이며,
    내부면과 외부면을 갖는 측벽을 포함하며,
    상기 측벽의 내부면 또는 외부면 중 적어도 하나가 팽창성 재료의 층에 의해 적어도 부분적으로 코팅되고, 상기 팽창성 재료는 단열을 제공하기 위해 팽창되도록 구성되는 포함하는 용기.
  16. 제15항에 있어서, 상기 팽창성 재료는 팽창성 미소구를 포함하는 용기.
  17. 제15항에 있어서, 상기 측벽은 컵용 슬리브의 측면을 포함하는 용기.
  18. 제15항에 있어서, 상기 측벽은 백을 보유하기 위한 용기의 측면을 포함하는 용기.
  19. 제15항에 있어서, 재료는 제조시에 팽창되는 용기.
  20. 제15항에 있어서, 재료는 음료 또는 음식에 의해 팽창되는 용기.
  21. 제15항에 있어서, 상기 팽창성 재료는 열에 의해 팽창되는 용기.
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