JP2012526006A - 強化された断熱性能を備えた包装材料 - Google Patents

Abstract

強化された断熱性能を備えた包装材料が開示され、それは紙ベースの基板と、該基板の少なくとも１つの表面に配置された断熱層を含む。該断熱層は、ボイド構造を含み、全体断熱組成物重量を基に、２０％〜７０％の重量の充填剤、１５％〜７０％の重量の有機結合剤、０．５％〜１０％の重量可塑剤、及び１０％〜１５％の重量の水分を含む、流体断熱組成物から生成される。望まれる場合、開示された包装材料は、さらに、断熱層が、紙ベースの基板及び紙ベースのトップ層の間に配置されるように、紙ベースのトップ層を含むことができる。開示された包装材料は、フードボール及び飲料カップのような断熱容器の形成、並びに断熱性能を包装容器に与えるためにスリーブコンポーネントの形成に使用されることができる。

Description

［優先権］
この出願は、全ての内容がここに参照により組み込まれる２００９年５月５日に提出された米国出願番号第６１／１７５５６９号明細書及び２００９年１２月１８日に提出された米国出願番号第６１／２８７９９０号明細書により優先権を主張する。

板紙は、通常包装分野で至る所に用いられており、低コスト材料である。しかしながら、その強度及び断熱特性は、限られているので、他の材料とのラミネートが発展しており、広く使用されている。例えば、特許文献１（米国特許第７１９２６４０号明細書）及び特許文献２（米国特許第５０９１２６１号明細書）は、ブリスターパックを形成するための板紙／ポリマーラミネートを開示している。これらの特許は、紙カップ又は他の食品又は飲料用容器を製造するためには、そのようなラミネートの使用を開示していない。特許文献３（米国特許第６８１１８４３号明細書）は、絶縁層及び紙ストック層を含むラミネートから形成されたカップを記載する。絶縁層は、高い密度のポリエチレン、低密度のポリエチレン、鎖状低密度ポリエチレン、又は延伸ポリプロピレンから形成される熱ラミネートフォームである。特許文献４（米国特許第６２７７４５４号明細書）は、温かい又は冷たい液体を貯蔵するための単一壁の容器であってシンタクチックフォームの外側層に板紙ラミネートされた内側層を備えたものを開示する。フォーム中のボイド含有粒子は、断熱性を改善する。シンタクチックフォーム外側層は、断熱性を改善するために、ボイド構造及び、例えば、ストリップ又はドットのような、通常のパターンを含む。

単一壁容器は、強度の制限、及びフォームのむき出されたパターンのダメージに対する脆弱性が知られている。そのような容器は、やけどするほど熱い液体を保持することを意図されているため、これらの不利益は、製造物責任問題を生ずることになる。二重壁ラミネート容器は、より頑丈ではあるが、二重ラミネート構造は、柔軟性が劣る。したがって、標準的なカップ製造機械を使用して容器形状を二重ラミネート構造に形成することは比較的困難である。

また、包装用材料の生分解性及び再利用に対する環境懸念が増大している。合成フォーム及び熱硬化性プラスチックは、生分解性又は再利用可能ではなく、多くの場合において、焼却される場合に、それらは有毒分解性生物を産出する。したがって、板紙／ポリマーラミネートから製造された既知の断熱包装材料及び容器は、環境懸念が存在する。

米国特許第７１９２６４０号明細書 米国特許第５０９１２６１号明細書 米国特許第６８１１８４３号明細書 米国特許第６２７７４５４号明細書

したがって、強化された断熱性能と強度とを備えた生分解性包装材料であって、現存する製紙工程を使用してその製造をすることが可能であり且つ現存する転換工程を使用して包装容器を形成することを可能にするものの必要があり、これにより、パッケージ当たりの改善されたコストが達成されることができ、通常の包装機械、温度、圧力及び滞留時間を使用して、経済的に高速度で、包装容器が形成され、充填され、密閉されることができるようにする必要がある。

強化された断熱性能を備えた包装材料であって、紙ベースの基板と、該基板の少なくとも１つの表面に配置された断熱層を含むものが開示されている。該断熱層は、ボイド構造を含み、全体断熱組成物重量を基に、２０％〜７０％の重量の充填剤、１５％〜７０％の重量の有機結合剤、０．５％〜１０％の重量可塑剤、及び１０％〜１５％の重量の水分を含む、流体断熱組成物から生成されている。望む場合には、開示された包装材料は、さらに、断熱層が、紙ベースの基板及び紙ベースのトップ層の間に配置されるように、紙ベースのトップ層を含むことができる。開示された包装材料は、例えばフードボール及び飲料カップのような断熱容器の形成、並びに断熱性能を包装容器に与えるためにスリーブコンポーネントの形成において使用されることができる。

強化された断熱性能を備えた包装材料の開示された製造工程の一実施形態を示す図である。 断熱組成物が実質的に連続的な波状のストランドのように紙ベースの基板にスプレーで貼り付けられる開示された製造工程の一実施形態を示す図である。 断熱組成物がランダムスプレーパターンで紙ベースの基板にスプレーで貼り付けられる開示された製造工程の一実施形態を示す図である。 断熱包装材料がカップの形成に使用される本願の開示の一実施形態を示す図である。 開示された断熱包装材料が容器のためのスリーブの形成に使用され、容器の断面及び断熱スリーブを示す、本願の開示の一実施形態を示す図である。

本開示は、例示的な実施形態に関して記載される一方、当業者により、様々な変化がなされることができ、均等物が開示の範囲を離れることなくそれらの要素と置換されることができることが理解されうる。加えて、多くの修正が、特定の状況又は材料にそれらの本質的な範囲から離れることなく開示の教示に採用するためになされることができる。

本願の開示の包装材料は、
（Ａ）紙ベースの基板；及び
（Ｂ）該基板の少なくとも１つの表面上に配置された断熱層であって、
ボイド構造を含み且つ組成物の総重量を基礎として以下のものを備える流体断熱組成物から生成された断熱層を含む：
（ａ）２０％〜７０％重量の量の充填剤；
（ｂ）１５％〜７０％重量の量の有機結合剤；
（ｃ）０．５％〜１０％重量の量の可塑剤；及び
（ｄ）１０％〜１５％重量の量の水分。

本願の開示の一実施形態において、流体断熱組成物に使用される充填剤が、充填剤の総重量を基礎にして、以下のものを含む：
（ｉ）０％〜９０％重量の量の無機充填剤；及び
（ｉｉ）１０％〜１００％重量の量の有機充填剤。

本願の開示の一実施形態において、流体断熱組成物に使用される充填剤が、充填剤の総重量を基礎にして、以下のものを含む：
（ｉ）４０％〜９０％重量の量の無機充填剤；及び
（ｉｉ）１０％〜６０％重量の量の有機充填剤。

開示された包装材料は、以下のステップを含む工程により製造されることができる：
（ｉ）第１及び第２表面を有する紙ベースの基板を提供するステップ；
（ｉｉ）コートされた構造を提供するために紙ベースの基板の第１表面上に断熱層を付加するステップであって、該断熱層はボイド構造を含み前述の流体断熱組成物から生成されるステップ；及び
（ｉｉｉ）断熱層の水含有量を、断熱層の総重量を基に、１０％〜１５％に減少するためにコートされた構造を乾燥するステップ。

一実施形態において、断熱包装材料を製造する開示された工程は、さらに、紙ベースのトップ層を、ステップ（ｉｉｉ）の乾燥した、コートされた構造に付加するステップを含みことができ、これにより、断熱層が、紙ベースの基板と紙ベースのトップ層の間に配置されるようにする。この実施形態のため、開示された断熱包装材料は、以下のものを含む：
（Ａ）第１及び第２表面を有する紙ベースの基板
（Ｂ）紙ベースのトップ層；及び
（Ｃ）紙ベースの基板の第１表面及び紙ベースのトップ層の間に配置された断熱層であって、ボイド構造を含み、且つ上述の断熱組成物から生成される断熱層。

望む場合、本願の断熱包装材料は、さらに防湿組成物を、断熱層でコートされた表面と反対の紙ベースの基板の他の面に、付加するステップをさらに含むことができる。この実施形態のため、開示された断熱包装材料は、以下のものを含む：
（Ａ）第１及び第２表面を有する紙ベースの基板
（Ｂ）紙ベースのトップ層；
（Ｃ）紙ベースの基板の第１表面及び紙ベースのトップ層の間に配置された断熱層であって、ボイド構造を含み、且つ上述の断熱組成物から生成される断熱層；及び
（Ｄ）紙ベースの基板の第２表面上に配置された防湿層。

一実施形態において、断熱層は、紙ベースの基板及び紙ベースのトップ層の間に配置されることができ、最終組み立て構造の厚さが、紙ベースの基板と紙ベースのトップ層とを組み合わせた厚さよりも、２０％〜１００％大きいような、サンドイッチ構造を提供するようにすることができる。この実施形態において、断熱層は、スペーサーのように作用し、２つの紙ベースの層の分離のために提供される。開示された断熱層は、その独特の組成特性との組み合わせたその流体疑似可塑特性により、このスペーシング特性を提供することができるものと信じられている。

幾つかの付加技術が、紙ベースの基板に断熱組成物を堆積させるために使用されることができる。例として挙げられるのは、しかしそれに限定されないが、ロッドコーティング、ブレードコーティング、カーテンコーティング、スプレーコーティング、及び押し出しである。

断熱組成物は、合体した液滴、長手方向に延在した波状のストランド、又はそれらの組み合わせの形態で、紙ベースの基板に付加されることができる。断熱組成物が、ストランドの形態で付加されるとき、そのストランドは、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの厚さ範囲を有することができる。

一実施形態において、断熱組成物は、低コスト且つ機械的な損傷に耐久性があるストランドスプレー堆積装置を使用して、紙ベースの基板に付加されることができる。

一つの実施形態において、断熱組成物は、エマルションポリマー結合剤を組み込んで、フォームの形態で、紙ベースの基板上に付加されることができる。さらに、フォームは、機械的に泡立てられたラテックスを含むことができる。

一つの実施形態において、流体断熱組成物は、０．３〜０．５の範囲の疑似可塑性を有する。

一つの実施形態において、流体断熱組成物は、２０００〜５００００センチポイズの範囲の低せん断粘性及び１００〜５０００センチポイズの範囲の高せん断粘性を有することができる。

一つの実施形態において、本願の開示された断熱層は、０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２（１０Ｋｐａ〜１００Ｋｐａ）の範囲の圧力を保持するように適合されることができる。

一つの実施形態において、断熱層は、テクスチャーが施された表面を作るために、スプレー付加を経由するようにして、紙ベースの基板の表面に付加されることができる。２層板紙が、紙ベースの基板、紙ベースのトップ層、又は両方として使用されることができる。

断熱組成物は、紙ベースの基板の表面上に選択的に付加されることができ、それにより結果の断熱層は、選択的にパターン化されて、紙ベースの基板上に与えられることができる。例えば、断熱層は、選択的に付加されることができ、それにより、開示された断熱包装材料から形成された容器は、選択された部分で、強化された断熱性能を有するようにすることができる。したがって、容器に巻きつく副断熱体の必要性が除去されうる。この態様の開示は、開示された断熱包装材料が、熱い飲料用途に使用される場合に、特に有用である。

様々な乾燥する技術が、開示された方法の乾燥するステップ（ＩＩＩ）で使用されることができる。そのような乾燥技術の例としては、限定されるわけではないが、加熱された空気、熱いプレート、赤外線加熱、及びそれらの組み合わせが挙げられる。適する場合、断熱組成物は、選択されたレベルで水分を維持することを補助するために、保湿剤を含むことができる。

本願の開示の１つの実施形態において、断熱包装材料は、単一層のカップの形成のために使用されることができる。

本願の開示の１つの実施形態において、断熱包装材料が２層のカップの形成のために使用されることができる。開示された断熱包装材料は、通常の板紙基板から作られたカップ上の第２層として、２層カップ機械で付加されてもよい。幾つかの商業的に利用可能なカップ機械が使用されることができる。例としては、米国、ウィスコンシンのペーパーマシーナリーコーポレーション；米国、ペンシルベニアのヘラウフ（Ｈｏｅｒａｕｆ）アメリカ有限責任会社；及び米国特許第５３２４２４９号明細書で開示されるものが挙げられる。

図１は、開示された製造工程の一実施形態を示す。上側及び下側供給ロール１及び２は、上側及び下側紙ベースのウェブＰ１及びＰ２を、（例えば、米国、ニュージャージー、Ｇｌｅｎｒｏ社から利用可能なＧｌｅｎｒｏ モデルＨＰＨ機械）平台ラミネート機械に供給して、そこから巻き取りロール４に供給する。流体断熱組成物は、制御されたホッパー４に貯蔵され、アプリケーター３に供給され、そして、紙ベースの基板ウェブＰ２の表面上に付加される。例えば、アプリケーター３は、例えば、米国、テネシー、ＩＴＷ Ｄｙｎａｔｅｃｈから利用可能なＵＦＤ Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ − Ａｕｔｏ Ａｄｈｅｓｉｖｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｏｒのような、繊維スプレーアプリケーターであることができる。付加された基板ウェブＰ２は、次に、例えば、赤外線加熱器５により、乾燥されて、その表面上に断熱層Ｓを備えた紙ベースの基板Ｐ２を提供する。コートされた紙ベースの基板は、次に、ガイドロール６及び７に亘って案内される紙ベースのトップ層ウェブＰ１と組み合わされる。結果のアセンブリは、ガイドロール７とラミネーターＬの下部コンベアベルトＢ２とのニップに置かれる。ガイドロール７の下流では、結果のラミネートの圧縮が、コンベアベルトＢ２の上側走行に相対するラミネーターの上側コンベアベルトＢ１により保たれる。これらのコンベアベルトの両方とも、ガイドロールｒ上を走行し、且つ電気加熱プレートＨから熱及び圧力を加える。断熱層Ｓは、全層重量の１０％〜１５％の水分にまで制御可能に乾燥されることができる。最後に、結果の断熱ラミネート１０は、巻き上げロール４により受け取られる。所望の場合には、例えば板紙のような、紙ベースの基板の多孔率は、ラミネーターＬ中の乾燥工程中にスチームが脱出する経路を提供するために、２０〜１５０ガーレー単位の範囲内に選択されることができる。

一つの実施形態において、断熱組成物が、紙ベースのウェブＰ１とＰ２の間のギャップを保持するために、２０００〜５００００ｃｐｓの低いせん断ブルックフィールド粘性を備えた強い疑似可塑特性を有するように、調製される。

一つの実施形態において、断熱組成物は、１００００ｃｐｓよりも大きな粘性を有することができる。

開示された断熱組成物に適した有機結合剤の例には、それに限定されるわけではないが、スチレン−ブタジエンポリマー及びアクリックスチレンブタジエンラテックス結合剤、スターチ、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、及び混合物及びそれらの組み合わせが挙げられる。１つの実施形態において、結合剤は、スタインホール反応混合物、すなわち、水酸化ナトリウム溶液、生パール（すなわち、非ゼラチン化）スターチ及びボラックスの混合物を含むことができる。図１に示されているようにラミネーターＬ中で加熱する上で、スターチはゼラチン化し、且つ水を吸収し、且つ続いて、紙ベースのウェブP1及びP2の間の迅速なグリーンボンド（green bond）を作る。さらに、残りの反応していない生スターチ粒子は、紙ベースのウェブを離れたままにする機械的なスペーサーとして作用することができる。

一つの実施形態において、断熱組成物は、全組成物重量を基にして２０重量％を超えないスターチ結合剤を含む。一つの実施形態において、スターチ結合剤は、１０％〜５０％の重量のゼラチン化されたスターチを、及び５０％〜９０％の重量のゼラチン化されていないスターチを含むことができる。他の実施形態において、スターチ結合剤は、０％〜７０％の重量のゼラチン化したスターチを、及び３０％〜１００％のゼラチン化していないスターチを含むことができる。他の実施形態において、スターチ結合剤は、５０％〜１００％の重量のゼラチン化したスターチを、及び０％〜５０％のゼラチン化していないスターチを含むことができる。

さらに別の実施形態において、断熱組成物は、前組成物重量を基にして、２０％を超える重量のスターチ結合剤を含み、ここでスターチ結合剤は、１０％〜５０％の重量のゼラチン化スターチを、５０％〜９０％の重量のゼラチン化していないスターチを含むことができる。

開示された断熱組成物で使用するのに適した充填剤は、有機充填剤、無機充填剤、又はそれらの組み合わせを含むことができる。そのような充填剤の例としては、それらに限定されるわけではないが、セルロース繊維、パールスターチ、カルシウムカーボネイト、おがくず、ジプサム、ブラスター、クレイ、コーンシードスキン、グルテン飼料、及びそれらの組み合わせが挙げられる。グルテン飼料は、開示された断熱包装材料に強化された引き裂き抵抗、圧縮及びエッジ強度を与えることができるコーン副生成物である。

一つの実施形態において、断熱組成物は、強化された引き裂き抵抗を最終包装材料に与えるために、セルロース繊維、木粉、又はそれらの組み合わせを、全組成物重量を基にして、２％〜１０％の量で含むことができる。

一つの実施形態において、断熱組成物は、有機充填剤としてセルロース繊維を、全組成物重量を基にして２％から５０％未満の範囲で、含むことができる。一つの実施形態において、セルロースの固形物は、１００ミクロンを超える粒子サイズを有することができる。適したセルロースの固形物の例としては、限定されるわけではないが、セルロース繊維、木粉、木材粉塵、グルテン飼料、及びそれらの組み合わせが挙げられる。望む場合には、セルロース繊維が２nmよりも大きくない長さを有し、２５：１よりも大きくないアスペクト比を有することができる。

一つの実施形態において、断熱組成物は、全組成物重量を基に０．５％から１％未満の範囲の重量のコーン繊維を含むことができる。

一つの実施形態において、断熱組成物の充填剤コンポーネントは、セラミック空気含有粒子、パーライト粒子、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される絶縁粒子を含むことができる。

一つの実施形態において、断熱組成物は、エマルションポリマー結合剤及び発泡安定剤を含む機械的に誘発されたフォームを含むことができる。適したエマルションポリマー結合剤の例としては、限定されるわけではないが、スチレン−ブタジエンラテックス、アクリック−ＳＲＢ−ラテックス、スターチ、及びそれらの組み合わせが挙げられる。さらに、機械的に泡立てられたラテックスが、開示された断熱組成物中に発泡コンポーネントとして使用されることができる。コストを減少させるために、断熱組成物は、さらに充填剤材料を含むことができる。適した充填剤の例としては、限定されるわけではないが、例えばＣｅｌｌ−Ｐａｋ社及びＮｕ−Ｗｏｏｌ Ｃｏｍｐａｎｙ社から利用可能なセルロース絶縁物；木粉；おがくず；セルロースパルプ；レイヨン繊維；合成繊維；及びそれらの組み合わせが挙げられる。望む場合には、結合剤及び充填剤は、一緒に泡立てられることができるし。

一つの実施形態において、開示された断熱組成物はさらにホウ砂（ｂｏｒａｘ）が挙げられる。

一つの実施形態において、開示された断熱組成物は、全組成物重量を基に１％〜１５％の量のケイ酸ナトリウムを含むことができる。

一つの実施形態において、開示された断熱組成物、ゼラチン化されていないスターチ有機結合剤及びケイ酸ナトリウム充填剤を含む。

一つの実施形態において、開示された断熱組成物は、全組成物重量を基に：５％〜３２％の重量の量のゼラチン化されていないスターチ及び１％〜１５％の重量の量のケイ酸ナトリウム充填剤を含む。これらの材料は両方とも、自然材料であり、処分されるときに環境問題を引き起こさない。重要なのは、水分が減少した場合に、溶液中のケイ酸ナトリウムは、粘性及びそれゆえ弾性の劇的な増加を経てもよいことである。加熱された場合ゼラチン化されていないスターチは水を強力に吸収するので、材料のその組み合わせは、水溶液（低粘性）中に加熱しながら容易に堆積されて、断熱材料が過度の圧縮なしにラミネート機械を通過されることができる高い粘性弾力状態にセットされるという点で、相乗作用的である。その極めて優れた接着特性に加えて、ケイ酸ナトリウムは、濃度について粘性が非常に強い依存性があるという利点を有している。したがって、それは、ゼラチン化されていないスターチと相乗的な振る舞いをし、スターチが、ラミネーターＬ中で加熱されるので、それは水を吸収して、それゆえケイ酸ナトリウム含有溶液の粘性を非常に実質的に上げ、それにより上側及び下側の板紙ウェブの間の間隔を維持する。

さらに断熱特性を改善するために、開示された断熱層は、ボイド含有粒子を含むことができる。適したボイド含有粒子の例としては、限定されないが、パーライト、中空セラミック粒子、ケナフコア及びそれらの組み合わせが挙げられる。

表１は、開示された断熱組成物の例を示し、それは板紙ベースの基板ウェブＰ２上に、繊維スプレーアプリケーター３を使用して付加されることができる。

表２は、本願の開示に使用されるのに適した断熱組成物のさらに多くの例を示す。

一つの実施形態において、断熱層Ｓは、例えば、０．２ｍｍ〜５ｍｍの範囲の、実質的な厚みを持つことができる。断熱層を乾燥させるのに必要なエネルギーを減少させるために、断熱組成物の固形分は、全組成物重量を基にして５０％〜７０％の重量の範囲にあることができる。さらに、乾燥させるエネルギーを減少させるために、第１断熱組成物は、紙ベースの基板ウェブＰ１上に第１層として堆積されて、次に乾燥させて６０％〜９０％の固形分とすることができる。次に、第２断熱組成物の層が第１層上に堆積することができ、ここで第２断熱組成物は３０％及び５０％の固形分を有することができ、粘着付与剤を含むことができる。粘着付与剤の適した例としては、限定されるわけではないが、ロジン、ロジンエステル、アクリル類、脂肪族樹脂、芳香族樹脂、又はそれらの組み合わせが挙げることができる。断熱組成物の第２層は、相対的に薄くすることができ、断熱組成物の第１層のものと比較して、２％〜１０％の単位長さ当たりの重量を備えることができる。

図２ａに示されているように開示された工程の一実施形態に関して、繊維スプレーアプリケーター３は、紙ベースのウェブＰ２上にオメガパターンで断熱組成物の実質的に連続的な波状のストランドＳｔを堆積させるために、ノズルＮが備えられて、それは矢印により示されているように右側に連続的に移動させられることができる。そのパターン形状は、開示されている断熱組成物の疑似可塑性により制御されることができる。断熱組成物の疑似可塑性指数は、０．３〜０．５の範囲内にあることができる。一つの実施形態において、開示された断熱組成物の疑似可塑性指数は、０．４〜０．４５の範囲にあることができる。疑似可塑性の流体は、低いせん断率で、その粘性が比較的高く、高いせん断率で、その粘性が比較的低い特性を有する。疑似可塑性指数Ｎは、せん断率非依存粘性からこの偏差の測定であり、以下の式から計算されることができる：
Ｔ＝Ｋ×Ｇ^Ｎ
ここで：Ｋは、材料の種類に依存する係数であり；
Ｔは、せん断ストレスであり；及び
Ｇは、せん断率である。

疑似可塑性を分け与える材料は、当業者に知られている。そのような材料は、ラテックス及び低い固形スターチ溶液であり；その一方で、あるプロテインは、製剤をより少ない疑似可塑性にする。従って、当業者は、開示された疑似可塑性断熱組成物を認識でき、調製することができ、そのようにして、その高いせん断率により（例えば、ノズルを通過するその流れを経由して）、紙ベースの基板上に容易に堆積され、そして堆積する上で安定であり、それはラミネート機械中で経験する圧縮力は、低いせん断率であるからである。したがって、一旦紙ベースの基板に堆積された、断熱組成物の層は、寸法的に安定しており、且つ過度の圧縮なしにラミネート機械を通過されることができる。この配置は、材料コストを最小化し、且つ、最終の製品中の断熱層を結合するループの間にボイドが形成されることを確実にする。ストランドＳｔの厚みは、０．０５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にセットされることができる。

図２ｂは、開示された工程の一つの実施形態を示し、ここでは、不連続のストランドＳｔ及び開示された断熱組成物の合体した液滴は、ランダムパターンで堆積されることができる。これは、ノズルからの放出、動くウェブの速度と、同様に、疑似可塑性、圧力及び断熱組成物の表面の張力を調節することにより達成されることができる。一つの実施形態において、紙ベースの基板Ｐ２の全表面の約２０％〜６０％が、断熱組成物により覆われることができる。断熱層の形（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）は、原材料、レオロジー及び断熱組成物の表面の張力に依存する、幾つかの起伏を含むことができる。一つの実施形態において、断熱組成物は、１０ｄｙｎｅ／ｃｍ〜４０ｄｙｎｅ／ｃｍの範囲の表面張力を有することができる。

開示された包装材料は、強化された強度及び剛性と、改善された断熱性を有している。それらは、多くの包装用途に適しており、例えば、食品又は飲料容器のような様々な包装容器に形成されることができる。開示された包装容器は、強化された強度、断熱性能、及び損傷に対する耐久性を有している。さらに、開示された包装材料及びそれらの包装容器は、改善された生分解性を有している。

開示された包装材料は、二重の壁の断熱容器の形成に用いられることができる。開示された包装材料は、例えば、標準紙カップ製造機械のような標準的な加工機械を使用して、容器形状に形成することを可能にする顕著に改善された可撓性を有する。

望まれる場合には、開示された包装材料は、断熱性能を提供するために包装容器のためにスリーブとして使用されることができる。

本願の開示の一つの実施形態において、開示された断熱材料１０は、標準的なカップ製造又はスリーブ製造装置を使用して、図３に示されるようにカップＣに形成される

開示された工程の一つの実施形態において、断熱組成物は、図１に示されたような板紙供給システムなしに、動く非貼りつきコンベア上の紙ベースの基板に堆積されることができる。製造された断熱材料は、次に標準的な装置を使用してカップ又はスリーブに形成されることができる。

一つの実施形態において、断熱材料の断熱層Ｓは、次に、十分な可撓性を与えて、材料をカップ製造機械で処理されることができるように、水分を１０％〜１５％重量以下にまで乾燥されることができる。

現在の開示の一つの実施形態において、開示された断熱包装材料は、容器のためにスリーブの形成に使用されることができ、容器の断面及び断熱スリーブは図４に示されている。開示された断熱材料１０は、図２ｂの工程から製造されることができる。断熱材料１０は、：紙ベースの層Ｐ１及びＰ２；２つの紙ベースの層Ｐ１及びＰ２の間に挟まれた断熱層ｔ；及び２つの防湿層ＭＢを備え、各ＭＢ層は、紙ベースの層Ｐ１及びＰ２の他の表面に配置されている。断熱層ｔは、ボイドＶに沿って、ストランドＳｔ及び断熱組成物の合体した液滴ＣＤを含む。図４において、開示された断熱材料１０は、カップ壁１１を包むスリーブとして使用される。幾つかの知られた包装材料が、カップ１１の形成のために使用されることができる。これらの知られた包装材料の例としては、限定されるわけではないが、ポリスチレンフォーム、紙ベースの材料類、プラスチックポリマー、及びそれらの組み合わせが挙げられる。一つの実施形態において、断熱層Ｓの厚さは、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲にあることができる。

本願の開示から、当業者は、製造工程；断熱層の組成；及び選択された最終用途を促進するために、断熱包装材料の構造；を直ちに修正することができることが理解される。例えば、断熱組成物は、結果の断熱包装材料及びそれらから製造される包装に、顕著に改善された強度及び剛性を与えるために、例えば、コーングルテン飼料のような、コーンの副生成物を含めることができる。

本発明は、様々な特定の実施形態を参照して記載された一方、多くの変更が、機械された発明の概念の精神及び範囲内でなされることができることが理解されるべきである。本発明は、記載された実施形態に限定されることなく、以下の請求項の文言により規定された全範囲を有することが意図されている。

１ 下側供給ロール
２ 上側供給ロール
３ 繊維スプレーアプリケーター
４ 巻き取りロール
５ 赤外線加熱器
６ ガイドロール
７ ガイドロール
１０ 断熱材料
１１ カップ

Claims (41)

1. 断熱包装材料であって、
   （Ａ）第１表面及び第２表面を含む紙ベースの基板；及び
   （Ｂ）該基板の第１表面上に配置された断熱層であって、該断熱層はボイド構造を含み且つ組成物の総重量を基礎として以下のものを含む流体断熱組成物から生成される断熱層：
   （ａ）２０％〜７０％重量の量の充填剤；
   （ｂ）１５％〜７０％重量の量の有機結合剤；
   （ｃ）０．５％〜１０％重量の量の可塑剤；及び
   （ｄ）１０％〜１５％重量の量の水分
   を含むことを特徴とする材料。
2. さらに、紙ベースのトップ層を備え、前記断熱層が、前記紙ベースの基板の前記第１表面及び前記紙ベースのトップ層の間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の材料。
3. さらに、前記紙ベースのトップ層上に配置される防湿層を備えることを特徴とする請求項２に記載の材料。
4. さらに、前記紙ベースのトップ層上に配置される第１防湿層、及び前記紙ベースの基板の第２表面に配置される第２防湿層を備えることを特徴とする請求項２に記載の材料。
5. 前記充填剤が、充填剤の総重量を基礎にして、
   （ｉ）０％〜９０％重量の量の無機充填剤；及び
   （ｉｉ）１０％〜１００％重量の量の有機充填剤
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
6. 前記充填剤が、充填剤の総重量を基礎にして、
   （ｉ）４０％〜９０％重量の量の無機充填剤；及び
   （ｉｉ）１０％〜６０％重量の量の有機充填剤
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
7. 前記断熱組成物が、合体した液滴、長手方向に延在した波状のストランド、又はそれらの組み合わせの形態で前記基板上に付加されることを特徴とする請求項１に記載の材料。
8. 前記断熱組成物は、全組成物重量を基にして２０％重量を超えないスターチ結合剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
9. 前記スターチ結合剤は、全スターチ重量を基にして、
   （ｉ）１０％〜５０％重量の量のゼラチン化されたスターチ；及び
   （ｉｉ）５０％〜９０％重量の量のゼラチン化されていないスターチ
   を含むことを特徴とする請求項８に記載の材料。
10. 前記スターチ結合剤は、全スターチ重量を基にして、
    （ｉ）０％〜７０％重量の量のゼラチン化されたスターチ；及び
    （ｉｉ）３０％〜１００％重量の量のゼラチン化されていないスターチ
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の材料。
11. 前記スターチ結合剤は、全スターチ重量を基にして、
    （ｉ）５０％〜１００％重量の量のゼラチン化されたスターチ；及び
    （ｉｉ）０％〜５０％重量の量のゼラチン化されていないスターチ
    を含むことを特徴とする請求項８に記載の材料。
12. 前記断熱組成物が、全組成物重量を基にして少なくとも２０％の重量のスターチ結合剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
13. 前記スターチ結合剤は、全スターチ重量を基にして、
    （ｉ）１０％〜５０％重量の量のゼラチン化されたスターチ；及び
    （ｉｉ）５０％〜９０％重量の量のゼラチン化されていないスターチ
    を含むことを特徴とする請求項１２に記載の材料。
14. 前記断熱組成物は、さらに、ホウ砂を含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
15. 前記断熱組成物は、組成物の全重量を基に１％〜１５％の重量の量のケイ酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
16. 前記断熱組成物は、ゼラチン化されていないスターチ及びケイ酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
17. 前記断熱組成物は、組成物の全重量を基にして、
    （ｉ）５％〜３２％重量の量のゼラチン化されていないスターチ；及び
    （ｉｉ）１％〜１５％重量の量のケイ酸ナトリウム
    を含むことを特徴とする請求項１６に記載の材料。
18. 前記断熱組成物は、全組成物重量を基にして２％〜５０％の重量の量で充填剤としてセルロース固形物として含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
19. 前記セルロース固形物の粒子サイズは、１００ミクロンを超えることを特徴とする請求項１８に記載の材料。
20. 前記セルロース固形物は、セルロース繊維、木粉、木材粉塵、グルテン飼料、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される要素を含むことを特徴とする請求項１８に記載の材料。
21. 前記セルロース繊維は、２ｍｍよりも大きくない長さで且つ２５：１よりも大きくないアスペクト比により特徴付けられる請求項２０に記載の材料。
22. 前記断熱組成物は、全組成物重量を基にして０．５％〜１％の重量の量で充填剤としてコーン繊維を含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
23. 前記充填剤は、セラミック空気含有粒子、パーライト粒子、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される絶縁粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
24. 前記有機結合剤は、スチレン−ブタジエンポリマー、アクリックスチレンブタジエンラテックスポリマー、スターチ、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、及びそれらの組み合わせからなるグループから選択される要素を含むことを特徴とする請求項１に記載の材料。
25. 前記断熱層の厚さが０．０５ｍｍ〜５ｍｍの範囲にあることにより特徴付けられる請求項１に記載の材料。
26. 前記断熱組成物は、０．０３〜０．５の範囲の疑似可塑性指数を有することを特徴とする請求項１に記載の材料。
27. 前記断熱組成物は、２０００〜５００００ｃｐｓの範囲の低せん断粘性及び１００〜５０００ｃｐｓの範囲の高せん断粘性を有することを特徴とする請求項１に記載の材料。
28. 前記紙ベースの基板の多孔率は、２０〜１５０ガーレー単位の範囲内にあることにより特徴付けられる請求項１に記載の材料。
29. 前記紙ベースの基板の多孔率は、２０〜１５０ガーレー単位の範囲内にあることにより特徴付けられる請求項２に記載の材料。
30. 前記材料は、０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２〜１．０ｋｇｆ／ｃｍ^２の範囲の圧力を保持することができることを特徴とする請求項１に記載の材料。
31. 請求項１に記載の前記包装材料を含む飲料用カップ。
32. 請求項２に記載の前記包装材料を含む飲料用カップ。
33. 請求項３に記載の前記包装材料を含む飲料用カップ。
34. 断熱包装材料を準備する方法であって、以下のステップ、
    （ｉ）第１及び第２表面を有する紙ベースの基板を提供するステップ；
    （ｉｉ）コートされた構造を提供するために該紙ベースの基板の該第１表面上に断熱層を付加するステップであって、前記断熱層はボイド構造を含み、流体組成物の総重量を基にして以下のものを含む流体断熱組成物から生成されるステップ；
    （ａ）２０％〜７０％重量の量の充填剤；
    （ｂ）１５％〜７０％重量の量の有機結合剤；
    （ｃ）０．５％〜１０％重量の量の可塑剤；及び
    （ｄ）１５％を超える重量の量の水分
    （ｉｉｉ）前記断熱層の水含有量を、前記断熱層の総重量を基に、１０％〜１５％の範囲に減少させるために前記コートされた構造を乾燥するステップ
    を含むことを特徴とする方法。
35. 前記断熱組成物は、合体した液滴、長手方向に延在した波状のストランド、又はそれらの組み合わせの形態で前記基板上に付加されることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
36. 前記充填剤が、充填剤の総重量を基にして、
    （ｉ）０％〜９０％重量の量の無機充填剤；及び
    （ｉｉ）１０％〜１００％重量の量の有機充填剤
    を含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
37. 前記充填剤が、充填剤の総重量を基にして、
    （ｉ）４０％〜９０％重量の量の無機充填剤；及び
    （ｉｉ）１０％〜６０％重量の量の有機充填剤
    を含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
38. 前記断熱組成物は、全組成物重量を基にして２０％重量を超えないスターチ結合剤を備えることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
39. 前記断熱組成物が、全組成物重量を基にして少なくとも２０％の重量のスターチ結合剤を備えることを特徴とする請求項３４に記載の方法。
40. 前記断熱組成物は、さらに、ホウ砂を含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。
41. 前記断熱組成物は、ケイ酸ナトリウムを含むことを特徴とする請求項３４に記載の方法。

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