TW202335831A - 由多層紙構成之成型體的製造方法、由紙構成之成型體及其製造裝置 - Google Patents
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Abstract
提出一種用多層紙來製造成型體之方法、一種由紙構成之相應成型體以及一種用於實施該方法的裝置，該方法無需後續的乾燥步驟，但仍可藉由該方法製造可完全堆肥之成型體，該等成型體就其造型而言不限於平面區域之間的較平角度。
Description
本發明提出一種用多層紙來製造成型體之方法、一種由紙構成之相應成型體以及一種用於實施該方法的裝置，該方法無需後續的乾燥步驟，但仍可藉由該方法製造可完全堆肥之成型體，該等成型體就其造型而言不限於平面區域之間的較平角度。
在世界範圍內各種商品之郵購貿易不斷增加的過程中，對包裝材料的需求不斷上升。除由熱塑性塑膠構成的深拉包裝外，可堆肥包裝基於生態原因亦愈來愈重要。運輸易碎雞蛋的紙盒通常由紙製成並且符合可堆肥的標準。在此情況下，以所謂之纖維成型工藝製造此類雞蛋盒，其中，在第一步中，將大部分由瓦楞紙板構成的回收用紙溶解在水中，以便對紙纖維進行解纖並且針對新造型而做好準備。然後在第二步中，將第一成型模具浸入具有纖維漿的容器中並且自下方將過剩的水自容器中吸出，使得紙纖維聚集在模具之成型頂側上。而後，第二成型模具確保沈積在第一成型模具上的纖維漿之頂側的造型，其中自容器向上移除兩個模具連同位於其間之纖維漿。在最後一步中，將預成型的纖維漿移至乾燥爐中，在此情況下，纖維在此乾燥爐中彼此緊密地連接在一起，故而無需添加黏著劑。在進行乾燥步驟之後，成型件即可使用。此工藝之缺點一方面在於，由於過程中的較高水含量及所需的乾燥步驟，能耗較高；另一方面在於，出於工藝相關的原因，生產速度較低。因此，如此生產之成型體的生態足跡與眾多消費者所認為的相比更為糟糕。
專利說明書DE 10 2013 103 743 B4例如揭示過以下事實：許多包裝僅力求給人以符合生態要求的印象。在此述及以深拉工藝生產的塑膠包裝之缺點：此類包裝初看便可識別出係由塑膠構成，此舉在現今之諸多應用中已不再是期望的，原因例如在於包裝中所包含的產品具有生態參考意義，或者出於其他原因，包裝至少應給人以環境友好的印象。該專利說明書還揭露了紙板包裝作為造型上不大可能自由選擇之替代方案所受到的限制。此發明之目的在於提出一種深拉包裝，其由深拉之塑膠體及嵌入件構成，此嵌入件由另一種材料製成，例如由紙質材料製成，此嵌入件係包裝之整體式組成部分，而無需進行黏合，並且在使用後，可順利地將此嵌入件與塑膠體分離。上述方案係深拉伸塑膠包裝之進一步發展，此等塑膠包裝隨後應透過用紙纖維進行植絨來獲得紙質材料製成之包裝的視覺外觀，其缺點在於，在處置過程中無法以合理的耗費來對組分進行分離。
實用新型說明書DE 20 2018 104 061 U1亦有關於包裝材料之生態態樣。根據該實用新型說明書，許多可用的包裝均由塑膠或漂白紙/紙板構成並且以類似紙的方式印刷。在此情況下，由於部份採用特殊的塗料，此等包裝之觸感亦類似於紙。在此，力求在「觸摸時的紙張外觀及觸感」方面向消費者呈現其所期望的自然性，但並非是持久的。該實用新型說明書中提出的目的在於，提供可塗油或可塗佈有蠟或聚矽氧之用於冷凍食品的摺疊盒。在此應使用所謂之牛皮紙板。在此情況下，缺點又在於造型上的限制，其基本上僅允許提供摺疊盒。
將多層紙純壓製成成型體（例如在紙盤邊緣具有常規的溝紋之紙盤）在造型方面會受到限制，原因在於紙缺乏延展性並且僅允許在平面區域或平坦的波形之間形成極平的角度。此外，就此類產品而言，需要添加黏著劑，以便確保各個紙層之間的緊密連接。然而，此舉會阻礙可完全堆肥性。
有鑒於此，本發明之目的在於提供由紙構成之可完全堆肥的、無彈性體且無黏著劑的成型體，儘管該等成型體可藉由較之常規的纖維成型工藝更快且更節能的方法來製造，但與藉由不同於纖維成型工藝之方法製成的成型體相比，該等成型體在造型方面受到的限制更少，因為前者需要使用黏著劑。同時還應提出一種針對此類由紙構成之成型體的製造方法並且提供一種用於實施此種方法的裝置。
本發明用以達成上述目的之解決方案在於根據請求項1之方法、根據請求項13之成型體及根據請求項14之裝置，其中有利的實施方案參閱相應附屬項。
根據請求項1，其係有關於一種用多層紙來製造成型體的方法，其中該等紙層中之每個在其表面上均具有多個自由纖維末端。該等纖維末端對於該方法而言尤為重要，因為該等纖維末端橫向於紙層而定向，以便在將紙層壓製成期望的成型體時，實現該等紙層彼此之間的緊密連接。因此，該方法包括第一步驟，在該第一步驟中，將多個彼此疊置的紙層饋送至壓製模具的陽模及與該陽模互補的陰模之間。在第二步驟中，使該等自由纖維末端橫向於該等紙層而定向，具體方式在於，氣體或氣體混合物、較佳環境空氣流過該等紙層，或者相反地，穿過該等紙層或自該等紙層抽吸該氣體或氣體混合物，其中該氣體或氣體混合物的流向與該等纖維末端的期望定向相當，在理想的情況下，與該等紙層的頂側及底側垂直。在此情況下，可在壓製模具前方或者較佳在壓製模具內，即在壓製模具的陽模與陰模之間，對該等纖維末端進行定向。然後在第三步驟中，將各個紙層壓製成與陽模及陰模相當的成型體並將其自壓製模具中取出，除在第一步驟中較佳饋送連續紙層的情況下進行的分離步驟外，無需其他步驟，例如高能耗的烘乾。
有利之處在於，在該壓製模具的陽模與陰模之間進行該第二步驟。在此情況下，較佳使用具有至少一個壓製面的壓製模具，該壓製面之至少一個至少局部可透氣或打孔，以便穿過一個或多個此類壓製面抽吸或饋送用於對纖維末端進行定向的氣體或氣體混合物。如此一來，流向便相當於橫向於期望之形狀而定向的向量。
就力求透過該方法實現之成型件的造型而言，有利的是，使用含纖維素的起皺薄紙，該薄紙至少在部分區域中具有20%或更高的延展性。在模具內發生方向變化的情況下，例如在由成型件的兩個平面區域形成接近90°之角度的情況下，外側紙層與內側紙層相比具有更高的延伸性，因此，有利的是，所使用的紙之起皺允許該紙至少在部分區域中具有50%或更高的延展性。例如20%的延展性指的是長度例如100 cm的紙層可延展至120 cm長而不被撕裂。
較佳在第二步驟中，透過抽吸氣體或氣體混合物而至少在短時間內相對於環境壓力形成負壓，因為如此便能非常好地對纖維末端進行定向，此舉有利於在第三步驟後實現各個紙層彼此之間的連接。同樣有利的是，該溶劑或溶劑混合物、特別是水因先前透過噴塗或氣相沈積或以上兩者而潤濕紙層表面，同時主要侷限在表面上並且尚未深入地滲透至各個紙層中，因為與相同含量的溶劑或溶劑混合物均勻地完全穿透各個紙層相比，該溶劑或溶劑混合物可透過第二步驟中對氣體或氣體混合物進行抽吸或輸送更快地蒸發。在加速蒸發的過程中，以期望的方式橫向於紙層的表面對纖維末端進行定向。
在該方法之一種有利的實施方案中，透過抽吸氣體或氣體混合物以及透過將壓製模具加熱至100℃至350℃來提高環境溫度，將溶劑或溶劑混合物的含量降低至初始含量的5%以下，只要該溶劑或溶劑混合物並非為水。若使用水，此舉對於該方法之安全性而言較為有利，則在第二及第三步驟中，相對於20℃、50%之相對濕度及1000 hPa之環境氣壓下的環境空氣，至少對水分含量進行平衡或者此外，降低水分含量，因為在上述條件下，亦即在實踐中，紙基本上會結合水並且並不是完全不含水。平衡並非指的是環境空氣及成型件具有相同的水含量，而是指根據相應的吸收能力建立平衡。作為將水作為溶劑的替代方案，例如可使用較之水蒸發得更快的溶劑混合物，如共沸乙醇/水混合物、異丙醇/水混合物、異丙醇或類似物質。
如上所述，有利的是，藉由溶劑或溶劑混合物對各個紙層進行噴塗或氣相沈積。為此，有利的是，在至少兩個彼此隔開的紙層之間，較佳在相疊的紙層中間，進行噴塗或氣相沈積。在由紙卷原則上連續饋送紙層時，在此情況下，僅針對壓製過程而短暫停止該紙卷，可藉由分隔件實現間距，而後便能將噴頭或氣相沈積噴嘴引入紙層之間。但亦可避免此耗費，具體方式在於，自一開始便使用具有經相應調節之含量的溶劑或溶劑混合物的紙層，其中在此情況下，成品成型體中的各個紙層之間的連接品質可能會有所削弱。
在第三步驟中，在將紙層壓製成與壓製模具之陽模及陰模相當的成型體時所施加的壓力較佳為每平方厘米至少100 kg。當然，若造型需要，亦可採用更高的壓力。有利之處在於，使用熱壓模具，其在壓製過程中的溫度為100℃至350℃，因為如此便會促進溶劑或溶劑混合物的期望蒸發，從而實現纖維末端的定向。
上述方法之特徵在於，可有利地將不含彈性體添加劑的紙用作起始材料，並且在該過程中，無需添加黏著劑以例如加強各個紙層之間的連接。藉此，藉由該方法製成的成型體可完全堆肥，當然亦可回收利用。
在所提出之方法的背景下，可提供一種成型體，該成型體由因起皺而至少局部地具有20%或更高、較佳50%或更高的延展性之多層紙製成，可完全堆肥並且具有平面區域，該等平面區域彼此緊鄰地形成大於90°且小於150°的角度。由此將此種成型體與諸如市售雞蛋盒等以纖維成型工藝製成的成型體區別開來，因為在此情況下可確定紙縫補具有起皺相關的延展性。
最後，簡要提出一種用於用多層紙製造成型體的裝置，該裝置具有用於將紙饋送至具有陽模及與該陽模互補的陰模之壓製模具的輥子裝置，其中該壓製模具可加熱至100℃至350℃，該等壓製面中的至少一個至少局部可透氣或打孔並且透過軟管與壓縮機或真空泵連接，用以穿過該壓製面抽吸或饋送氣體或混合氣體、較佳環境空氣。
有利之處在於，在壓製模具前方佈置有用於溶劑或溶劑混合物、較佳用於水的出口，該出口實施用於霧化或蒸發溶劑或溶劑混合物，其中用於各個紙幅的輸送裝置設置成使得該出口可定位該等在紙層之間，該出口例如可為噴頭、多噴頭或者亦可為蒸發噴嘴或多蒸發噴嘴。
圖1示出用於用多層紙來製造成型體之裝置（1）的草圖。示出輥子裝置（2），如圖所示，該輥子裝置並非強制性地佈置在壓製模具（7）的側面，而是例如亦可佈置在該壓製模具（7）的上方，以便在送紙時利用重力。可以看到各個紙層（3），其在此以藉由溶劑或溶劑混合物之出口（4）彼此簡單隔開的方式示出。亦可藉由定位在出口（4）前方之附加分隔件（未示出）而將該等紙層彼此隔開。將透過該出口饋送的多層紙導引至壓製模具（7），該壓製模具之陽模（5）藉由壓力卡合至與該陽模互補的陰模（6）中並且致使所饋送的紙形成期望的、在此高度示意性示出的成型體（複合式）（8），如先前成型之成型體（分離式）（10）的草圖所示，透過沿切邊（9）進行切割而將該成型體作為單個零件而分離。壓製面（5a、6a）具有穿孔（未示出），即便在壓製過程中，亦能透過該等穿孔抽吸氣體或氣體混合物，在此即環境空氣。如此便至少在短時間內相對於環境壓力形成負壓。自穿孔通向真空泵（未示出）的軟管在此有利地在壓製模具之概略示出的罩蓋內延伸。為簡單起見，亦未示出用於潤濕紙層的溶劑或溶劑混合物之饋線。
圖2示例性地示出以更複雜的方式成型之成型體，該成型體在此係藉由上述方法由多層紙製成並且示出兩個緊鄰的平面區域（12、13），該等平面區域在成型體（11）的端側處彼此形成略大於90°、但小於150°之角度，在用多層紙進行製造的情況下，與以纖維成型工藝進行製造不同，唯有在所使用的紙因起皺而至少局部地具有20%或更高（在此為50%）的延展性時，方能在不添加彈性體的情況下實現上述方案。
1:用於用多層紙來製造成型體之裝置
2:輥子裝置
3:紙層
4:出口
5:陽模
5a:陽模的壓製面
6:陰模
6a:陰模的壓製面
7:壓製模具
8:成型體（複合式）
9:切邊
10:成型體（分離式）
11:成型體
12:第一平面區域
13:第二平面區域
下面結合附圖對本發明進行詳細說明，但其並非侷限於所示實例。
1:用於用多層紙來製造成型體之裝置
2:輥子裝置
3:紙層
4:出口
5:陽模
5a:陽模的壓製面
6:陰模
6a:陰模的壓製面
7:壓製模具
8:成型體(複合式)
9:切邊
10:成型體(分離式)
Claims (15)
- 一種用多層紙來製造成形體的方法，其特徵在於以下步驟： i) 將多個彼此疊置的紙層饋送至具有壓製面之壓製模具的陽模及與該陽模互補的陰模之間，該等紙層在其表面上分別具有多個自由纖維末端； ii) 透過抽吸或饋送氣體或氣體混合物、較佳環境空氣，使該等自由纖維末端橫向於該等紙層的頂側及底側而定向，其中，該氣體或氣體混合物的流向與期望定向相當； iii) 藉由壓製模具將該等紙層壓製成與該陽模及該陰模相當的成型體。
- 如請求項1之方法，其特徵在於： 該壓製面之至少一個至少局部可透氣或打孔，並且根據步驟ii)，穿過該壓製面之至少一個進行抽吸或饋送。
- 如請求項1或2之方法，其特徵在於： 該紙為含纖維素的起皺薄紙，該薄紙至少在部分區域中具有20%或更高、較佳50%或更高的延展性。
- 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於： 在步驟ii)中，透過抽吸該氣體或氣體混合物而至少在短時間內在該陽模與該陰模之間，相對於該環境壓力形成負壓。
- 如請求項1至4中任一項之方法，其特徵在於： 該等紙層至少在步驟ii)中具有溶劑或溶劑混合物。
- 如請求項5之方法，其特徵在於： 該溶劑或溶劑混合物透過在步驟ii)中抽吸或饋送該氣體或氣體混合物而加速蒸發。
- 如請求項5或6之方法，其特徵在於： 在步驟ii)及iii)中，將該溶劑或溶劑混合物的含量降低至初始含量的5%以下，或者若該溶劑或溶劑混合物為水，則將其含量降低至該成型體之低於或等於該成型體與20℃、50%之相對濕度及1000 hPa之環境氣壓下的環境空氣之間的水分平衡之水分含量。
- 如請求項5至7中任一項之方法，其特徵在於： 在根據步驟i)進行饋送時，該等紙層中的至少兩個彼此隔開。
- 如請求項8之方法，其特徵在於： 在根據步驟i)饋送該等紙層期間，在該等彼此隔開的紙層之間對該溶劑或溶劑混合物進行霧化、蒸發或者使該溶劑或溶劑混合物霧化並蒸發。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其特徵在於： 在根據步驟iii)進行壓製時，壓力至少為100 kg/cm 2。
- 如請求項1至10中任一項之方法，其特徵在於： 在步驟iii)中，該壓製模具的溫度為100℃至350℃。
- 如請求項1至11中任一項之方法，其特徵在於： 該紙之成分不含彈性體添加劑，並且該成型體可完全堆肥。
- 一種由多層紙製成的成型體（11），其特徵在於： 可完全堆肥性以及其平面區域（12、13）彼此緊鄰地形成大於90°且小於150°的角度，其中，該等紙層因起皺而至少局部地具有20%或更高、較佳50%或更高的延展性。
- 一種用於用多層紙來製造成型體（8、10）的裝置（1），該裝置具有用於將該紙饋送至具有陽模（5）及與該陽模互補的陰模（6）之壓製模具（7）的輥子裝置（2），該陽模及該陰模分別具有壓製面（5a、6a），其特徵在於： 該壓製模具（7）可加熱至100℃至350℃，該等壓製面（5a、6a）中的至少一個至少局部可透氣或打孔並且透過軟管與壓縮機或真空泵連接，用以穿過該壓製面（5a、6a）抽吸或饋送氣體或混合氣體、較佳環境空氣。
- 如請求項14之裝置（1），其特徵在於： 在該壓製模具（7）前方佈置有用於溶劑或溶劑混合物、較佳用於水的出口（4），該出口實施用於霧化或蒸發該溶劑或溶劑混合物，其中，用於各個紙層（3）的輸送裝置設置成使得該出口（4）可定位該等在紙層（3）之間。
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