用于选择性涂覆基于纤维的食品容器的基于丙烯酸酯和非基于丙烯酸酯的化学组合物的制作方法

用于选择性涂覆基于纤维的食品容器的基于丙烯酸酯和非基于丙烯酸酯的化学组合物
1.相关申请的交叉引用
2.本技术是于2016年7月26日提交的美国专利申请序列第15/220,371号和于2019年12月23日提交的美国专利申请序列第16/726,180号的部分继续申请并且要求所述美国专利申请的优先权，所述美国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明总体上涉及供与真空成型的模制纤维食品容器一起使用的喷涂涂层，并且更具体地涉及用于产生期望的油屏障、水屏障、蒸气屏障和/或氧气屏障的浆料化学物质和表面涂层的选择性组合。


背景技术：

4.由一次性塑料容器和包装材料引起的污染具有蔓延性，从而破坏全球景观并且威胁脆弱的生态系统和居住于所述生态系统中的生命形式。一次性容器以聚苯乙烯泡沫塑料和发泡聚苯乙烯(eps)包装、待运容器、瓶子、薄膜袋和光降解型塑料团粒的形式沿着水路迁移到海洋。
5.这种海洋垃圾积聚在位于每个海洋环流(oceans'gyre)的大量高度集中的塑料岛中。阳光和海浪使漂浮塑料分解成越来越小的颗粒，但是这些颗粒永远不能完全消失或生物降解。另外，塑料颗粒充当如杀虫剂等水传播污染物的海绵。鱼、海龟和甚至鲸鱼会吃塑料物体，所述塑料物体可能使所述鱼、海龟和甚至鲸鱼患病或死亡。较小的海洋动物摄取微小的塑料颗粒，并且当人类吃海产品时，会将所述塑料颗粒传递给人类。
6.用于减少塑料污染的可持续性解决方案正获得势头。然而，继续采用要求这些解决方案不仅对环境有益，而且从性能和成本的角度来看与塑料具有竞争性。本发明涉及在不损害产品性能的情况下用模制纤维中的突破性技术代替塑料，并且在生态负责的框架内提供具有竞争性的成本结构。
7.作为简短的背景，模制纸浆(模制纤维)自20世纪30年代以来就已经用于制造容器、托盘和其它包装，但是在20世纪70年代引入塑料泡沫包装之后就经历衰退。纸浆可以从旧新闻纸、瓦楞纸箱和其它植物纤维中生产出来。当今，模制纸浆包装广泛用于电子装置、家用物品、汽车部件和医疗产品，并且用作用于装运电子器件和其它易碎组件的边缘/角部保护器或集装架托盘。模具被成形为成品包装的镜像，其中筛被附接到模具的表面上。跨筛抽取真空，以将纤维颗粒堆积成最终产品的形状。
8.两种最常见类型的模制纸浆被分类为类型1和类型2。类型1通常用于具有3/16英寸(4.7mm)到1/2英寸(12.7mm)壁的支撑包装应用。类型1模制纸浆制造(也称为“干”制造)使用由地面新闻纸、牛皮纸或溶于水的其它纤维制成的纤维浆料。将安装在台板上的模具浸入或浸没在浆料中，并且将真空施加到大致凸出的背面。真空将浆料拉到模具上以形成包装的形状。在仍处于真空下的同时，将模具从浆料罐中取出，从而允许水从纸浆中排出。
然后，将空气吹过工具以排出模制纤维件。部件通常放置在干燥烘箱内的输送机上。
9.类型2模制纸浆制造(也称为“湿”制造)通常用于包装电子设备、移动电话以及具有0.02英寸(0.5mm)到.06英寸(1.5mm)壁的容器的家用物品。类型2模制纸浆使用与类型1制造相同的材料并且遵循相同的基本过程，直到真空将浆料拉到模具上。在此步骤之后，转移模具与纤维包装配合，将形成的“湿部件”移动到热压机，并且压缩和干燥纤维材料以增加密度并提供光滑的外表面光洁度。例如，参见，stratasys.com/solutions/additive-manufacturing/tooling/molded-fiber；keiding.com/molded-fiber/manufacturing-process/；绿谷科技有限公司(grenidea technologies pte ltd.),于2007年4月11日发布且题为“改进的模制纤维制造(improved molded fiber manufacturing)”的欧洲专利公开第ep 1492926 b1号；以及afpackaging.com/thermoformed-fiber-molded-pulp/。所有前述内容的全部内容特此通过引用并入。
10.基于纤维的包装产品是可生物降解的、可堆肥的，并且不同于塑料，并不会迁移到海洋中。然而，目前已知的纤维技术并不太适用于肉类和家禽、预制食品、农产品、可微波加热的食品或用作如热咖啡等饮料容器的盖。具体地，将一种或多种油、水、蒸气和/或氧气屏障选择性地整合到浆料中和/或将一个或多个屏障层选择性地施加到成品包装产品的表面的全部或一部分上，可能是繁琐的、耗时的且昂贵的。
11.因此，需要克服现有技术的局限性的方法、设备、喷雾系统和化学调配物。
12.各种特征和特性从结合附图和此背景技术部分做出的随后具体实施方式和所附权利要求中也将变得显而易见。


技术实现要素：

13.本发明的各个实施例涉及用于制造屏障涂层和将屏障涂层选择性地施加到真空模制的基于纤维的包装和容器产品的所选择表面的方法、化学式、喷雾系统和喷嘴配置，所述真空模制的、基于纤维的包装和容器产品尤其包含：i)体现促进结构刚性的新型几何特征的肉类、农产品、园艺和实用容器；ii)具有嵌入式和/或局部水分屏障、油屏障、氧气屏障和/或蒸气屏障的肉类、农产品和园艺容器；iii)可微波加热的、烘箱加热的、冷冻食品、即食、酸奶、沙拉、预制食品、通心粉和奶酪以及体现嵌入式和/或局部水分、油、氧气和/或蒸气传输屏障和/或助留剂以改善纤维基质内的化学结合的其它容器；以及iv)体现在延长的保质期内保持结构刚性的水分/蒸气屏障的肉类容器。
14.应注意，本文所述的各种发明虽然是在常规基于浆料的真空成型工艺的上下文中展示，但是并不限于此。本领域的技术人员将认识到，本文所述的发明可以考虑任何基于纤维的制造形式，包含可以涉及或可以不涉及真空成型的干法或绒毛工艺，包含3d打印技术。
15.下文更详细地描述了各种其它实施例、方面和特征。
附图说明
16.下文将与附图结合描述示例性实施例，其中相似的附图标记表示相似的元件，并且：
17.图1是根据各个实施例的使用基于纤维的浆料的示例性真空成型工艺的示意方框图；
18.图2是根据各个实施例的用于控制浆料的化学组成的示例性闭环浆料系统的示意方框图；
19.图3是根据各个实施例的示例性肉类托盘的底侧的透视图；
20.图4是根据各个实施例的图3的肉类托盘的侧视立面图；
21.图5是根据各个实施例的图3和4的肉类托盘的俯视平面图；
22.图6是根据各个实施例的图5的肉类托盘的端视图；
23.图7是根据各个实施例的用于肉类托盘的喷涂系统的示意性透视图；并且
24.图8是根据各个实施例的喷涂系统的示意性透视图，所述喷涂系统采用供与微波炉、冷冻食品、预制膳食和具有深侧壁的其它食物容器一起使用的实心锥双喷嘴系统和空心锥双喷嘴系统。
具体实施方式
25.以下本发明的详细描述在本质上仅仅是示例性的并且并不旨在限制本发明或本发明的应用和使用。此外，不旨在受先前背景技术或以下详细描述中呈现的任何理论的约束。
26.本发明的各个实施例涉及在食物和饮料工业之内和之外使用的基于纤维的和基于纸浆的产品。作为非限制性实例，本公开涉及适于解决食品工业所面临的独特挑战的浆料和局部膜或涂层的特定化学调配物，所述浆料和局部膜或涂层包含油屏障、水分屏障、水蒸气屏障、氧气屏障、强度添加剂和助留剂，这些挑战的缺乏迄今限制了基于纤维的产品可以有效地代替食品工业中的一次性塑料容器的程度。将表面涂覆技术(例如，喷涂、浸没)与新型浆料化学物质结合会使基于纤维的产品能够在各种各样的应用中代替其塑料对应物，所述应用例如：冷冻、冷藏和非冷藏食品；医学、药学和生物学应用；可微波加热和烘箱安全的食品容器；饮料杯和盖；可食用和不可食用的液体；在储存、运输和制备(例如，烹饪)期间释放水、油和/或水蒸气的物质；园艺应用，所述园艺应用包含供消费的和景观/园艺植物、花、草本植物、灌木和树；化学品储存和分配设备(例如，油漆托盘)；农产品(包含人类和动物食品，如水果和蔬菜)；沙拉；预制食品；用于肉类、家禽和鱼的包装；盖；杯；瓶；用于处理和显示前述物品的引导件和隔板；用于包装、储存和运输电子装置、镜子、美术品和其它易碎组件的边缘和角部件；桶；管；工业、汽车、船舶、航天和军事组件，如垫圈、隔圈、密封件、垫子；以及相关模具、金属丝网形式、食谱、喷雾系统以及喷嘴配置和工艺、化学式、工具、浆料分布、化学监测、化学输注，以及用于制造前述组件的相关系统、设备、方法和技术。
27.喷涂技术的各个实施例围绕用于微波碗以及用于肉类托盘的油屏障和/或蒸气屏障，以解决水和/或油渗透托盘表面并且在冷冻后与肉类一起拉出的现象。另外，喷雾涂层可以适用于饮料盖，例如以减轻不期望的染色(例如，口红)。
28.在一些实施例中，微波碗、蒸锅或托盘仅喷涂在内表面上；其它实施例考虑了喷雾涂层在内表面和外表面两者上。对于喷雾应用，喷嘴可以被配置成施加非常近似于被涂覆的表面的喷覆图案(例如，圆形、环形、矩形等)。
29.各种喷雾、浸没或其它涂覆形式采用适于在最终产品中产生所期望的性能特性的化学物质。各种化学调配物包括藻酸盐(例如，藻类衍生物)，所述藻酸盐与聚酯乳液混合并且施加于容器的表面以减少水蒸气在加热时(例如，使用微波炉或常规烘箱)时通过容器壁
(例如，底表面)的传输。各种化学调配物还可以包含碳酸钙组分，以促进涂层与基于纤维的容器的表面的键合。在许多应用中，涂层也有效地减少了油传输。
30.这些涂层化学物质可以用于替代(或除了)将基于tg8111的氟化学物质掺入到浆料中，如本文中其它地方所述。在一些实施例中，即使表面涂层除了初级蒸气屏障和/或水屏障属性之外还可以具有次级油屏障属性，但仍然可以期望将油屏障组分嵌入到浆料中。
31.各种表面涂层实施例考虑了化学物质方面和工艺方面(例如，将调配物施加于表面以实现期望的覆盖目的的方式)。工艺考虑因素包含但不限于喷雾液滴大小、喷雾器配置和定向、喷雾几何结构以及“填充和进行”技术，其中容器(例如，酸奶)填充有涂层调配物并且迅速清空以在内表面上产生膜。
32.在此方面，蒸气屏障(例如，以防止冷冻食品在冷冻的同时变干)和氧气屏障(以在冷藏期间保持新鲜度和保质期)通常需要完全(例如，100％)覆盖受保护的表面，而水分(例如，水)屏障涂层(例如，以防止肉类在一个或多个冷冻/解冻循环后粘在肉类托盘上或防止淀粉粘在微波碗上)在基本上小于全表面覆盖下可以是有效的。
33.在各个实施例中，除了将一个或多个屏障化学物质结合到用于真空模制容器的浆料中之外或作为替代，喷雾和其它涂覆工艺可以用于将蒸气、氧气、水分和/或油屏障施加到成品容器的表面。在一优选实施例中，水分屏障组分被混合到浆料中，并且油和/或蒸气屏障施加到成型容器上，例如当仅内表面被涂覆时(例如，对于非粘性屏障)。
34.喷雾涂层应用尤其考虑微波碗、冷冻食品和肉类托盘。取决于应用，可能期望喷涂水、蒸气、油和氧气屏障中的一种或多种。对于微波碗，就保质期问题而言，可能不一定需要100％覆盖。喷雾技术可以用于施加水和/或蒸气屏障，而且还用于防止“粘住”，因此肉(在冷冻/解冻的一个或多个循环之后)在冷冻条件(不需要100％覆盖)下从托盘中取出时不会撕掉纸纤维。酸奶和其它应用将喷雾涂层用于水蒸气和氧气屏障，这通常需要接近100％覆盖。
35.喷雾涂层使用情况通常涉及：i)所施加的涂层的化学调配物；ii)热物理、流变和粘弹性性质；iii)用于将涂层施加到容器、包装或其它工件的一个或多个表面(或表面的一部分)的设备；以及iv)工艺参数，如干燥时间和温度。
36.涉及喷雾涂层的典型使用情况围绕用水分屏障涂覆肉类托盘，以帮助防止肉类在冷冻之后粘在纤维托盘上。可以施加(通过喷雾或以其它方式)顶部(表面)涂层，以降低肉类在冷冻之后粘在托盘上的程度。即使在没有冷冻的情况下，例如当肉类和汁液置于冰箱中的托盘中时，涂层也有助于维持托盘的强度和刚性。
37.制造喷涂的肉类托盘的示例性方法可以以包括至多100％的occ或occ和双内衬牛皮纸(dlk)的任何期望组合的含水的纤维基浆料开始。(可替代地，本文所述的各种浆料基料可以包括回收纤维和原生纤维的混合物，或浆料基料可以包括100％原生纤维(例如，硬木、软木或其组合)，如下文结合微波碗所讨论的。)
38.可以向浆料中添加水/水分屏障(例如，2％到5％，并且优选地约4％的akd)、干强度添加剂(例如，.5到4.5％，并且优选地约4％的淀粉hercobond 6950或改性淀粉)和湿强度添加剂(例如，kymene)。在托盘真空成型之后(例如，在热压机中干燥大约55秒之后)，将托盘转移到堆叠机并且将托盘堆转移到喷涂站，在喷涂站处，将所述托盘堆脱嵌并落入输送机上的相应袋中，随后以串行或并行的方式将补充的水分涂层施加到每个托盘上。
39.在各个实施例中，补充涂层可以使用包括安置在托盘之上的两个固定喷嘴的系统来施加，其中在托盘穿过下方时，每个喷嘴输出呈壁或幕帘(非常类似于气刀)形式的喷雾图案。如此，每个喷嘴(或喷嘴的组合)产生以适当地正交于工件行进方向的线终止的喷雾图案。在一实施例中，一个喷嘴可以向前(朝向托盘行进的方向)成角度并且另一个喷嘴向后成角度，以确保倾斜侧壁、结构肋部和任何其它几何特征得到全涂覆。
40.可替代地，对于具有有限侧壁深度的基本上平坦的托盘，或对于膜均匀性不太重要的应用，可以采用单帘式喷雾配置。
41.用于评估托盘是否已经接收到足够的覆盖(例如，已经被充分地涂覆)的度量包括将托盘在涂覆之前和之后的重量进行比较以确定施加到托盘上的涂层材料的重量是否满足预定阀值(或范围)。可替代地或另外，可以测量所施加膜的厚度，以确定涂层的厚度是否满足预定阀值(或值的范围)。
42.在一些实施例中，还可以测量所施加涂层的均匀性，并且根据需要调整工艺参数以促进在未来托盘上施加的均匀性，在此方面，均匀性涉及至少两个考虑因素，即：i)局部点或区域处的膜层是否太薄以致没有形成有效的屏障；以及ii)局部点或区域处的膜层是否太厚以致所述点处的成品托盘可能不会彻底干燥，从而导致出现瑕疵或结皮(其中膜的顶层滑落或以其它方式与膜脱离)。
43.然后将经涂覆的托盘在70-180℃，并且优选地约80-110℃的范围内，并且最优选地为约95℃的烘箱中干燥持续约一(1)分钟，以从膜层去除水分并且以其它方式固化膜层，视情况而定。红外(ir)传感器可以用于在一个或多个点处探测肉类托盘的温度，以确保已达到适当的固化温度。
44.对于肉类托盘，涂层组合物可以包括25％的丙烯酸和75％的水，其中丙烯酸可以包括丙烯酸共聚物胶乳或类似材料，如可从陶氏化学公司(dow chemical corporation)获得的rhobarr 110粘合剂。在此上下文中，涂层充当抗粘层，以防止在从托盘中取出冷冻肉类时肉类托盘的顶层剥落。
45.在一些实施例中，托盘的相对侧(包含底表面和/或外侧壁)中的一些或全部也可以被涂覆。这降低了当包装储存在其侧面时，如果例如汁液围绕托盘与外部塑料包装之间的密封件泄漏，来自肉类的冷冻汁液(例如，血液、油、水)可能粘在托盘外部的程度。
46.肉类托盘通常不需要单独的油屏障，但是蒸气和/或抗粘屏障也可以有效地抑制油传输。
47.作为丙烯酸的替代物或除了丙烯酸之外，豌豆乳液加上藻酸盐还可以用于肉类托盘、微波碗和/或其它包装组件。
48.在干燥之后，托盘被堆叠、装箱和运输。
49.术语“即食”(rte)托盘是指这样的容器，在所述容器内，沙拉、水果、预制膳食和其它食品使用绕托盘周边密封的塑料膜包装并且通常储存在冰箱中。可以涂覆rte托盘以提供氧气屏障，从而改善新鲜度和保质期。
50.不具有局部膜屏障的rte托盘可以通过向包括30-100％的occ/dlk和0-70％原生纸浆并且优选地约100％的occ/dlk的occ/dlk浆料中添加以下来制备：i)包括1-5％并且优选地约4％的daikin 8111的油屏障；ii)包括2-5％并且优选地约3.5％的akd的水分/水屏障；以及iii)包括3％的淀粉，如hercobond的强化组分。
51.具有局部膜屏障的rte托盘可以以与上述方式基本上相同的方式制造(但是可能消除8111油屏障和/或将akd增加到4％)，并且还添加包括含丙烯酸的水溶液(例如，25％的robar 110和75％的水)的局部氧气屏障。对于rte托盘和容器(例如，酸奶杯)，膜通常比上文在肉类托盘的上下文中描述的膜更厚，以确保更完全的(例如，100％)覆盖。
52.未经涂覆的微波碗可以使用包括至多100％原生纤维(软木、硬木或其组合)的浆料来制造。在一个实施例中，浆料基料包括约45％的漂白硬木、约35％的漂白软木和约25％的未漂白软木。浆料还可以包含油屏障(例如，2.5％的8111)、水屏障(例如，3％的akd)、干强度添加剂(例如，2.5％的淀粉)、保留添加剂(例如，0.15％的nalco)和消泡组分(例如，1.5％的expair)，以去除夹带的空气。
53.经涂覆的微波碗和其它食品包装产品可以使用如上文结合未经涂覆的微波碗所描述的基本上原生的纤维浆料基料等基本上原生的纤维浆料基料来制造，并且进一步包含约3％的水屏障(akd)和约2.5％的淀粉，但没有油屏障、保留添加剂和消泡剂。涂层调配物可以包括含约27.5％固体的水溶液。27.5％固体可以包括以下五(5)种组分(有时称为dwp调配物)中的全部或一些的合适的组合：i)25％的丙烯酸酯；ii)1.8％的米糠蜡(其可以降低粘性)；iii)0.4％的果胶(其可以促进蒸气屏障的形成，并且还降低粘性以促进堆叠碗的脱嵌)；iv)0.3％的豌豆蛋白(其可以促进米糠蜡的乳化)；以及v)0.2％的液氨或其它添加剂以调整ph，以便由此促进丙烯酸酯固化。
54.对于碗和具有深侧壁的其它包装组件，以线终止的帘式喷雾输出是不够的。为了解决这一挑战，本发明的诸位发明人已经开发出一种双喷嘴喷雾范例，其涉及与空心锥喷雾图案键合的实心锥喷雾图案，所述实心锥喷雾图案和所述空心锥喷雾图案一起为底表面和侧壁特征提供足够的覆盖而不会过度喷雾底表面。
55.在一优选实施例中，使用安置在输送机之上的双喷嘴系统将涂层施加到微波碗上，所述输送机运送碗通过喷涂站。第一“实心锥”喷嘴被配置成覆盖每个碗的中心(底部)，并且第二“空心锥”喷嘴被配置成覆盖每个碗的内部侧壁。实心锥喷雾图案和空心锥喷雾图案被适当配置成确保全覆盖，同时使实心锥图案与空心锥图案重叠的区域处的过量膜厚度最小化。
56.在一优选实施例中，在碗或其它包装组件沿着输送机行进时，喷嘴系统也沿着同一路径行进预定时间段，使得一个或多个喷嘴在喷雾期间不相对于碗平移。因此，喷嘴可以相对于每个碗保持“静止”，而不损害吞吐量。
57.供与本文所讨论的项目一起使用的其它涂覆技术可以包含非丙烯酸酯涂层调配物，所述非丙烯酸酯涂层调配物表现出与上述基于丙烯酸酯的涂层相当的屏障(例如，热水/油和水蒸气透过率(wvtr))性能和微波水(mw)性能。具体地，干涂层组合物可以包括在整个碗(或其它容器)重量的3％的范围内，如：
58.非丙烯酸酯涂层实例1：
59.i)在6.5重量％-8.5％重量％(例如，7.4％)固体的范围内，例如8.5-9.5克目标涂层重量(例如，0.6-0.7克干重)；
60.ii)在30％-40％(例如，36％)聚乙烯醇(pvoh)的范围内；
61.iii)在30％-50％(例如，45％)糖醇(例如，木糖醇)的范围内；
62.iv)在9％-18％(例如，13.5％)柠檬酸的范围内；以及
63.v)在3％-12％(例如，5.5％)纤维素纳米纤丝(cnf)的范围内。
64.非丙烯酸酯涂层实例2：
65.i)在6重量％-8重量％(例如，7.0％)固体的范围内，例如，9-11(例如，10)克目标涂层重量(例如，大约0.7克干重)；
66.ii)在30％-40％(例如，38％)pvoh的范围内；
67.iii)在30％-50％(例如，38％)糖醇(木糖醇)的范围内；
68.iv)在9％-18％(例如，14％)柠檬酸的范围内；以及
69.v)在3％-12％(例如，10％)纤维素纳米纤丝(cnf)的范围内。
70.在一些实施例中，可以使用以下各种成分的范围：
[0071][0072]
经涂覆的酸奶杯可以使用如上文结合未经涂覆的微波碗所描述的基本上原生的纤维浆料基料等基本上原生的纤维浆料基料来制造，并且进一步包含约4％的水屏障(akd)和约3％的淀粉。代替上文讨论的喷雾方法(或除了上文讨论的喷雾方法之外)，可以使用以下中的任一者来施加局部氧气屏障层：i)完全浸没步骤，在所述完全浸没步骤中，杯浸入到涂层溶液池中，以便由此涂覆内表面和外表面两者；或ii)或“先填充后倾倒(fill and dump)”技术，在所述技术中，将涂层溶液倒入杯中直至杯满，并且此后将涂层溶液倒出以涂覆杯的内表面。就此上下文中，可以采用相同或更稀释(较低丙烯酸酯浓度)版本的上述dwp调配物。另外，所倾倒的溶液可以在开环或闭环系统中再循环，以减少浪费。
[0073]
然后，可以将涂覆的杯在约95℃下在烘箱中干燥约一分钟，并且此后堆叠、装箱和运输。
[0074]
在传统的通心粉和奶酪(mac'n奶酪)碗中，意大利面食是干燥的，并且奶酪通常单独包装在塑料或箔封套中；如此，可能需要或可能不需要氧气屏障层。如果需要氧气层，则可以例如使用上述完全浸没或倾入和倾倒技术(或两者)来施加氧气层。如果不需要氧气层，则可以如上所述施加抗粘涂层。
[0075]
dwp调配物的替代版本涉及消除0.3％的豌豆蛋白(所述豌豆蛋白是粉末)以及使用.05％的吐温80(tween 80)(乳化剂)来执行与使米蜡乳化的功能相同的功能。
[0076]
另外，代替使用粉末状果胶，使用更容易混合的含水版本。
[0077]
用于局部涂层的调配物可以包含以下：
[0078][0079][0080]
[0081][0082]
更一般地，dwp喷雾涂层可以描述为含有15-40重量％的范围内，并且优选地25-30重量％的范围内，并且最优选地约27.5重量％的总固体的含水调配物。这种调配物中的一种成分可以包括丙烯酸聚合物，所述丙烯酸聚合物在固化时交联和聚合以促进形成期望的水分、油和/或氧气屏障层。这种调配物还含有米糠蜡，以提供非粘性性质和涂覆表面的无光泽表面精整。将蜡用豌豆蛋白乳化进行稳定的含水分散。这种调配物还含有作为粘度调节剂的果胶，以便在喷涂期间对疏水性纤维表面具有最佳粘附。调配物的ph为约9.0，其中添加氨以保持丙烯酸聚合物的溶解度。
[0083]
现在将在七十五(75)加仑批次的上下文中使用以下定义描述用于制备作为局部涂层施加的溶液的示例性方法：
[0084]
rbw：米糠蜡
[0085]
pp：豌豆蛋白
[0086]
pec：果胶
[0087]
g：加仑
[0088]
l：升
[0089]
kg：千克
[0090]
将35.6加仑水加热到至少185℉，并且在5.1kg rbw中高速混合约12分钟，直到蜡团粒完全熔化并且溶液的温度恢复到185℉。经大约一分钟向混合物中添加.85kg pp。将pp混合另外十分钟或更长时间，直到看不到团块。经.5分钟添加1.14kg pec并且使内容物混合另外15分钟或更长时间，直到看不到团块。继续低速混合并且使批次温度达到约120℉。在混合的同时，向批料中添加37.5加仑的rhobarr 110并且继续混合十分钟。将2.15l 4％氨缓慢倒入批料中并且继续混合另外十分钟。
[0091]
现在参考图1，使用基于纤维的浆料的示例性真空成型系统和工艺100包含第一阶段101，在所述第一阶段中，呈待制造产品的镜像形式的模具(为了清楚起见未示出)被包封在薄金属丝网形式102中，以与模具的轮廓相匹配。基于纤维的浆料104的供应104在压力
(p1)106(通常是环境压力)下输入。通过维持模具内部的较低压力(p2)108，浆料被抽吸通过网形式，纤维颗粒被捕集在模具的形状中，同时排出过量的浆料110以便再循环回到系统中。
[0092]
继续参考图1，第二阶段103涉及在呈模具形状的金属丝网周围积聚纤维层130。当层130达到期望厚度时，模具进入第三阶段105进行湿固化或干固化。在湿固化工艺中，将成型部件转移到热压机(未示出)，并且层130被压缩并干燥到期望厚度，从而产生用于成品部件的光滑外表面终饰面。在干固化工艺中，加热的空气直接通过层130以去除其中的水分，从而产生非常像常规蛋纸盒的更具纹理化终饰面。
[0093]
根据各个实施例，真空模制工艺作为闭环系统操作，因为未使用的浆料被再循环回到成型产品的槽中。如此，化学添加剂(在下文更详细地讨论)中的一些化学添加剂被吸收到单独纤维中，并且添加剂的一些添加剂保留于基于水的溶液中。在真空成型期间，仅将纤维(其已经吸收添加剂中的一些添加剂)截留到成型件中，而将剩余添加剂再循环回到罐中。因此，仅在成型部件中捕获的添加剂必须得到补充，因为剩余添加剂随着溶液中的浆料再循环。如下所述，系统将真空罐内的稳态化学物质维持在预定的构成浆料的组成组分的体积比下。
[0094]
现在参考图2，其是用于控制浆料的化学组成的闭环浆料系统200。在所展示的实施例中，罐202填充有具有特定期望化学物质的基于纤维的浆料204，于是真空模具206被浸没到浆料槽中以形成模制部件。将模制部件成型为期望厚度之后，取出模具206以进行后续处理208(例如，成型、加热、干燥、顶部涂覆等)。
[0095]
在典型的湿压机工艺中，热压温度范围为约150-250℃，其中热压压力范围为约140-170kg/cm2。最终产品密度应该为约0.5-1.5g/cm3，并且最有可能为约0.9-1.1g/cm3。最终产品厚度为约0.3-1.5mm，并且优选地为约0.5-0.8mm。
[0096]
继续参考图2，包括纸浆和水的基于纤维的浆料在浆料输入端210处被输入到罐202中。在各个实施例中，可以使用研磨机来研磨纸浆纤维以产生另外的键合部位。可以在相应输入端212-214处供应一种或多种另外的组分或化学添加剂。浆料可以使用闭环导管218来再循环，根据需要添加另外的纸浆和/或水。为了维持期望的化学添加剂的稳态平衡，采样模块216被配置成测量或以其它方式监测浆料的组成组分，并且通过控制相应输入端212-214来动态地或周期地调整相应的添加剂水平。通常，浆料浓度为约0.1-1％，最理想地为约0.3-0.5％并且优选地为约0.4-0.5％。在一个实施例中，各种化学成分以预定的期望体积百分比保持；可替代地，可以按重量百分比或任何其它期望控制形式来维持化学物质。
[0097]
202中所使用的纸浆纤维也可以被机械研磨，以改善纤维与纤维的键合并且改善化学品与纤维的键合。以此方式，浆料经历精炼工艺，这改变了纤维材料的游离度或排水速率。精炼对纤维进行物理改性，以使所述纤维纤维化并且使其更具柔性，从而实现更好的键合。此外，精炼工艺可以增加最终产品的拉伸和爆裂强度。在各个实施例中，游离度与纤维的表面状况和溶胀有关。对于本文所述的许多工艺和产品，游离度(csf)适当地在200-700，并且优选地约350-550的范围内。
[0098]
现在将结合图3-8进一步描述用于各种基于纤维的包装和容器的各种化学调配物(在本文中有时称为“化学物质”)、喷涂和浸没系统以及喷嘴配置和产品配置以及用于施加局部涂层的各种方法。
ohlsson和robert federe的“荧光增白剂和遮光着色剂在白纸和纸板生产中的有效用途(efficient use of flourescent whitening agents and shading colorants in the production of white paper and board)”,于2002年10月8日发布在非洲纸浆和造纸周(african pulp and paper week)并且可在tappsa.co.za/archive/appw2002/title/efficient_use_of_fluorescent_w/efficient_use_of_fluorescent_w.html获得；纤维素纸浆、纤维和材料：cellucon'98论文集(cellulosic pulps,fibres and materials:cellucon’98proceedings),由j f kennedy、g o phillips和p a williams编辑,由伍德黑德出版有限公司(woodhead publishing ltd.)的版权200并且可在books.google.com/books？id＝xo2iagaaqbaj&printsec＝frontcover#v＝onepag e&q&f＝false获得；以及于1992年12月8日发行的题为“酶和絮凝剂在增强造纸纸浆游离度中的应用(application of enzymes and flocculants for enhancing the freeness of paper making pulp)”的美国专利第5,169,497号。
[0111]
对于使用湿压机或干压机制造的真空模制的农产品容器，可以使用occ或occ/dlk和np的纤维基料，其中occ/dlk组分介于50％与100％之间，并且优选地为约70％的occ/dlk和30％的np或vnp，其中所添加的防潮/防水剂在1重量％-10重量％的范围内，并且优选地在约1.5重量％-4重量％的范围内，并且最优选地为约4重量％。在一优选实施例中，水分/水屏障可以包括烷基烯酮二聚体(akd)(例如，hercon 79、hercon 80)和/或长链双烯酮，可在fobchem.com/html_products/alkyl-ketene-dimer％ef％bc％88akd-wax％ef％bc％89.html#.v0zozvkrkuk处从fobchem获得；以及在yztianchengchem.com/en/index.php？m＝content&c＝index&a＝show&catid＝38&id＝124&gclid＝cpbn65aug80cfrcoaqod0jugrg处从兖州天成化工有限公司(yanzhou tiancheng chemical co.,ltd.)获得。
[0112]
为了产生模制纸浆产品的特定颜色，可以将阳离子染料或纤维活性染料添加到纸浆中。如procion mx等纤维反应性染料在分子级与纤维键合，变成织物的化学部分。此外，添加盐、苏打灰和/或提高纸浆温度将帮助所吸收的染料进一步锁定于织物中以防止渗色并且增强颜色深度。
[0113]
为了增强结构刚性，可以将淀粉组分添加到浆料中，例如，可作为l98阳离子添加剂(或可从索理思有限责任公司(somolins llc)获得的hercobond 6950)、hercobond和l95阳离子添加剂(可从爱荷华州锡达拉皮兹市的penford产品公司(penford products co.of cedar rapids,iowa)获得)商购获得的液体淀粉。可替代地，液体淀粉还可以与低电荷液体阳离子淀粉，如可作为阳离子添加剂和paf 9137br阳离子添加剂(可从爱荷华州锡达拉皮兹市的penford产品公司获得)获得的阳离子淀粉组合。
[0114]
对于干压机工艺，可以添加0.5重量％-10重量％，并且优选地约1重量％-7重量％的范围内，并且特别是对于需要在高水分环境中保持强度的产品，最优选地约6.5重量％；在其它方面，最优选地约1.5-2.0重量％的topcat l95或hercobond 6950。对于湿压机工艺，由与纤维和细粉形成氢键和离子键两者的改性聚胺制成的如topcat l95或hercobond 6950等干强度添加剂。干强度添加剂有助于提高干强度以及滤水和保留，并且还有效地将阴离子、疏水物和上胶剂固定到纤维产品中。可以添加0.5重量％-10重量％，并且优选地约
1重量％-6重量％的范围内，并且最优选地为约3.5％的这些添加剂。另外，湿法工艺和干法工艺两者均可以受益于湿强度添加剂的添加，所述湿强度添加剂例如用聚酰胺-表氯醇(pae)树脂，如kymene 920a或1500或可在ashland.com/products处从亚什兰特种化学品产品公司(ashland specialty chemical products)获得的类似组分调配的溶液。在一优选实施例中，kymene 920a或1500可以以0.5％-10％的范围内的体积百分比，并且优选地约1％-4％的范围内的体积百分比，并且最优选地约2％的体积百分比或或与干强度添加剂的剂量相等的量添加。kymene 920a或1500属于每个分子含有平均两个或更多个氨基和/或季铵盐基团的聚阳离子材料的类别。此类氨基倾向于在酸性溶液中质子化以产生阳离子物种。聚阳离子材料的其它实例包含衍生自用含氨基的聚酰胺的表氯醇改性的聚合物，如由冷凝己二酸和二亚甲基三胺制备的聚合物，可作为hercosett 57从赫拉克勒斯公司(hercules)以及作为catalyst 3774从汽巴-嘉基公司(ciba-geigy)商购获得。
[0115]
本发明人已经确定，通过将屏障化学物质嵌入到浆料中、将局部涂层添加到成品真空成型容器中或两者中，可以使模制纤维容器适合作为适用于微波炉、对流炉和常规炉中的一次性食品容器。具体地，浆料和/或局部涂层化学物质应有利地适应以下三个性能度量中的一个或多个：i)水分屏障；ii)油屏障；以及iii)水蒸气(冷凝)屏障，以避免因为将热容器放置在温度低于容器的表面上而引起的冷凝物。
[0116]
在这种情况下，水蒸气渗透容器的程度与本发明试图降低的容器的孔隙率有关。也就是说，即使容器对油和水是有效不可渗透的，但是如果水蒸气渗透容器，特别是如果水蒸气在冷表面上冷凝，留下水分环，则仍可能损害用户体验。本发明人已经进一步确定，冷凝物问题在基于纤维的应用中是独特显著的，因为水蒸气通常不会渗透塑料屏障。
[0117]
因此，对于可微波加热容器，本发明考虑了基于纤维或纸浆的浆料，包含水屏障、油屏障和水蒸气屏障以及任选的助留剂。在一实施例中，可以使用在约10％-90％，并且优选地约7:3的范围内的比率的软木(sw)/甘蔗渣的纤维基料。作为水分屏障，可以使用约.5％-10％，并且优选地约1.5％-4％的范围内，并且最优选地约3.5％的akd。作为油屏障，油脂和防油添加剂通常是氟碳树脂或其它含氟聚合物的水基乳液，所述其它含氟聚合物如可从大金工业株式会社(daikin)获得或在worldofchemicals.com/chemicals/chemical-properties/unidyne-tg-8111.html处从化学品世界(world of chemicals)获得的unidyne tg 8111或unidyne tg-8731。浆料(或局部涂层)的油屏障组分可以占.5重量％-10重量％，并且优选地约1重量％-4重量％，并且最优选地约2.5重量％。作为助留剂，可以采用0.1体积％-1体积％的范围内，并且优选地约0.3体积％的如可从伊利诺伊州内珀维尔的纳尔科公司(nalco company of naperville,ill.)获得的nalco 7527等有机化合物。最后，为了强化最终产品，可以采用0.5重量％-10重量％的范围内，并且优选地约1.5重量％-5重量％的范围内，并且最优选地约4重量％的干强度添加剂，如无机盐(例如，可在solenis.com/en/industries/tissue-towel/innovations/hercobond-dry-strength-additives/处获得的hercobond 6950；还参见sfm.state.or.us/cr2k_subdb/msds/hercobond_6950.pdf)。
[0118]
如上所述，纤维托盘的孔隙率直接影响蒸气屏障性能。使用至少两种方法可以实现降低纤维托盘的孔隙率并且因此改善蒸气屏障性能。一种方法是通过研磨纤维来改善托盘材料的游离度。第二种方法是使用例如daikin s2066(一种水基长链含氟聚合物)进行局
部喷涂。喷涂可以使用约0.1重量％-3重量％的范围内，并且优选地约0.2重量％-1.5重量％的范围内，并且最优选地约1重量％来实施。
[0119]
目前已知的如用于在杂货店中展示家禽、牛肉、猪肉和海产品的肉类托盘等肉类托盘通常由如聚苯乙烯和聚苯乙烯泡沫塑料等塑料基材料制成，主要是因为塑料基材料的优异水分屏障性质。本发明人已经确定，用于可微波加热容器的上述化学物质的变化可以适于在肉类托盘中使用，特别是关于水分屏障(油和孔隙率屏障在肉类托盘中通常不如在微波容器中那样重要)。
[0120]
因此，对于肉类容器，本发明考虑了基于纤维或纸浆的浆料，包含水屏障和任选的油屏障。在一实施例中，可以使用在约10％-90％，并且优选地约7:3的范围内的比率的软木(sw)/甘蔗渣和/或竹子/甘蔗渣的纤维基料。作为水分/水屏障，可以使用约0.5％-10％，并且优选地约1％-4％的范围内，并且最优选地为约4％的akd。作为油屏障，可以使用水基乳液，如unidyne tg 8111或unidyne tg-8731。浆料(或局部涂层)的油屏障组分可以占0.5重量％-10重量％，并且优选地约1重量％-4重量％的范围内，并且最优选地约1.5重量％。最后，为了强化最终产品，可以采用0.5重量％-10重量％的范围内，并且优选地约1.5重量％-4重量％的范围内，并且最优选地约4重量％的干强度添加剂，如hercobond 6950。
[0121]
如上文结合农产品容器所讨论的，浆料化学物质和/或喷涂化学物质可以与结构特征组合，以通过防止水分/水渗透到托盘中提供随时间推移的长期刚性。
[0122]
因此提供了一种制备肉类托盘的方法。所述方法包含：提供近似于肉类托盘的形状的金属丝网模具；制备含水的基于纤维的浆料，所述含水的基于纤维的浆料包括旧瓦楞纸箱(occ)和双内衬牛皮纸(dlk)中的至少一种；向所述浆料中添加嵌入式水分屏障；将所述模具浸没到所述浆料中；跨所述浆料内的所述模具抽取真空，直到在所述模具的表面处积聚期望厚度的纤维颗粒；从所述模具取出所积聚颗粒；将所述所积聚颗粒干燥并在压机中压制，以便由此形成所述肉类托盘；将所述肉类托盘从所述压机中转移到涂覆站；以及在所述涂覆站处将补充的水分屏障层施加到肉类托盘的表面。
[0123]
在一实施例中，所述嵌入式水分屏障包括2％到5％的烷基烯酮二聚体(akd)。
[0124]
在一实施例中，所述方法进一步包含向所述浆料中添加干强度添加剂。
[0125]
在一实施例中，所述干强度添加剂包括0.5％到4.5％的淀粉。
[0126]
在一实施例中，所述涂覆站包括：喷雾系统；以及输送机，所述输送机被配置成使所述肉类托盘沿着行进方向与所述喷雾系统接合。
[0127]
在一实施例中，所述喷雾系统包括第一喷嘴，所述第一喷嘴被配置成将第一预定喷雾图案排放到所述肉类托盘上。
[0128]
在一实施例中，第一预定喷雾图案包括基本上竖直的帘幕，所述基本上竖直的帘幕在所述肉类托盘处以线终止，所述线具有预定厚度并且被定向成基本上正交于行进方向。
[0129]
在一实施例中，所述喷雾系统进一步包含第二喷嘴，所述第二喷嘴被配置成将第二预定喷雾图案排放到所述肉类托盘上，其中所述第一喷雾图案朝向所述行进方向成角度，并且所述第二喷雾图案远离所述行进方向成角度。
[0130]
在一实施例中，所述补充的水分屏障层包括含丙烯酸共聚物胶乳的水溶液。
[0131]
在一实施例中，所述补充的水分屏障层包括丙烯酸和水的大约1:3溶液。
[0132]
还提供了一种用于制造微波碗的方法，所述微波碗的类型的特征在于由通过圆周侧壁界定的基本上平坦的圆形底部区域。所述方法包含：提供近似于所述碗的形状的金属丝网模具；制备含水的基于纤维的浆料，所述含水的基于纤维的浆料包括硬木原生纤维和软木原生纤维中的至少一种；向所述浆料中添加嵌入式水分屏障；将所述模具浸没到所述浆料中；跨所述浆料内的所述模具抽取真空，直到在所述模具的表面处积聚期望厚度的纤维颗粒；从所述模具取出所积聚颗粒；将所述所积聚颗粒干燥并在压机中压制，以便由此形成所述碗；将所述碗从所述压机转移到涂覆站；以及在所述涂覆站处将局部油屏障层施加到所述碗的至少一部分上。
[0133]
在一实施例中，所述嵌入式水分屏障包括2％到5％的烷基烯酮二聚体(akd)。
[0134]
在一实施例中，所述方法进一步包含向所述浆料中添加干强度添加剂，其中所述干强度添加剂包括0.5％到4.5％的淀粉。
[0135]
在一实施例中，所述局部油屏障层包括含约27.5％固体的水溶液。
[0136]
在一实施例中，所述固体包括丙烯酸酯、米糠蜡、果胶和豌豆蛋白。
[0137]
在一实施例中，所述涂覆站包含：喷雾系统；以及输送机，所述输送机被配置成使所述碗沿着行进方向移动到所述喷雾系统的下方。
[0138]
在一实施例中，所述喷雾系统包含：第一喷嘴，所述第一喷嘴被配置成将实心锥喷雾图案排放到所述碗的底部区域上；以及第二喷嘴，所述第二喷嘴被配置成将空心锥喷雾图案排放到所述圆周侧壁的内表面上。
[0139]
在一实施例中，所述方法进一步包含使喷雾系统沿着行进方向移动的步骤，使得：i)所述第一喷嘴安置在所述碗的上方并且相对于所述碗保持静止持续第一预定时间段；并且ii)所述第二喷嘴安置在所述碗的上方并且相对于所述碗保持静止持续第二预定时间段。
[0140]
在一实施例中，所述第一时间段是以下之一：i)大于；ii)等于；以及iii)小于所述第二时间段。
[0141]
提供了一种用于制造基于纤维的微波碗的方法，所述微波碗的类型的特征在于包含由倾斜的圆周侧壁界定的基本上圆形的底部部分。所述方法可以包含以下步骤：提供近似于所述碗的形状的金属丝网模具；制备包括至多100％原生纤维的含水的基于纤维的浆料；向所述浆料中添加嵌入式水分屏障；将所述模具浸没到所述浆料中；跨所述浆料内的所述模具抽取真空，直到在所述模具的表面处积聚期望厚度的纤维颗粒；从所述模具取出所积聚颗粒；将所述所积聚颗粒干燥并在压机中压制，以便由此形成所述碗；将所述碗从所述压机转移到涂覆站；以及在所述涂覆站处将丙烯酸基油屏障层施加到所述碗的表面。
[0142]
在一实施例中，所述嵌入式水分屏障包括2％到5％的烷基烯酮二聚体(akd)。
[0143]
在一实施例中，所述油屏障层包括碳酸钙组分以促进结合到碗表面。
[0144]
在一实施例中，所述油屏障层包括豌豆乳液。
[0145]
在一实施例中，所述油屏障层包括藻酸盐。
[0146]
在一实施例中，所述油屏障层包括包含约25％的丙烯酸酯的水溶液以及被配置成降低粘性的第一补充组分。
[0147]
在一实施例中，所述第一补充组分包括约1.8％的米糠蜡。
[0148]
在一实施例中，所述第一补充组分包括约0.4％的果胶。
[0149]
在一实施例中，所述油屏障层包括第二补充组分，所述第二补充组分被配置成促进第一补充组分的乳化。
[0150]
在一实施例中，所述第二补充组分包括约0.3％的豌豆蛋白。
[0151]
在一实施例中，所述油屏障层包括第三补充组分，所述第三补充组分被配置成调整油屏障层的ph水平，以便由此促进丙烯酸酯固化。
[0152]
在一实施例中，所述第三补充组分包括约0.2％的液氨。
[0153]
在一实施例中，所述涂覆站包括：喷雾系统；以及输送机，所述输送机被配置成使所述碗沿着行进方向移动成与所述喷雾系统接合。
[0154]
在一实施例中，所述喷雾系统包括第一喷嘴，所述第一喷嘴被配置成将实心锥喷雾图案排放到所述碗的底部上。
[0155]
在一实施例中，所述喷雾系统包括第二喷嘴，所述第二喷嘴被配置成将空心锥喷雾图案排放到所述侧壁的内表面上。
[0156]
在一实施例中，所述油屏障层包括丙烯酸和水的大约1:3溶液。
[0157]
还提供了一种用于制造微波碗的方法，所述微波碗的类型的特征在于由通过圆周侧壁界定的基本上平坦的圆形底部区域，所述方法包括以下步骤：提供近似于所述碗的形状的金属丝网模具；制备含水的基于纤维的浆料，所述含水的基于纤维的浆料包括硬木原生纤维和软木原生纤维中的至少一种；向所述浆料中添加嵌入式水分屏障；将所述模具浸没到所述浆料中；跨所述浆料内的所述模具抽取真空，直到在所述模具的表面处积聚期望厚度的纤维颗粒；从所述模具取出所积聚颗粒；将所述所积聚颗粒干燥并在压机中压制，以便由此形成所述碗；将所述碗从所述压机转移到涂覆站；以及在所述涂覆站处将局部油屏障层施加到所述碗的至少一部分上，所述局部油屏障层包括含约27.5％固体的水溶液。
[0158]
在一实施例中，所述固体包括丙烯酸酯、米糠蜡、果胶和豌豆蛋白。
[0159]
微波碗可以使用本文所述的方法中的任何方法来制造。
[0160]
虽然已在前述实施例的上下文中描述本发明，但将了解，本发明不如此受限制。例如，基于本发明的教导，可以调整各种喷雾系统和喷嘴配置、浆料化学物质和喷涂化学物质以适应另外的应用。
[0161]
如本文所使用，词语“示例性”意指“充当实例、例子或说明”。本文中描述为“示例性”的任何实施方案不一定被解释为比其它实施方案优选或有利，也不旨在被解释为必须照字面复制的模型。
[0162]
虽然前述具体实施方式将为本领域的技术人员提供实施本发明的各种实施例的方便途径，但应了解，上文描述的具体实施例仅是实例，且并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。相反，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对所描述的元件的功能和布置进行各种改变。