專利名稱：由絕熱紙板制成的熱杯的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熱杯，并且更特別地涉及一種由含有處理過的纖維的絕熱紙板制成的熱杯。
背景技術：
熱的食物，特別是熱的液體，一般用一次性過的容器盛裝并銷售。這些容器由包括紙板和發(fā)泡聚合片材的各種材料制成。紙板材料最便宜的就是纖維素纖維。纖維素纖維用于生產優(yōu)質紙板并制造熱杯、模壓的紙盤、以及其他食物和飲料的容器。然而，傳統(tǒng)的由纖維素纖維制成的紙板是密實的，并因此比例如發(fā)泡聚合片材更容易傳熱。所以，熱的液體就典型的用雙杯或帶套筒的杯子來盛裝。
這就需要一種由纖維素材料制成的絕熱紙板，其具有很好的絕熱特點，可以讓使用者感覺到容器里的食物是溫的或熱的，并同時讓容器里的食物或飲料的消費者在不感覺過高溫度的情況下拿住容器很長時間。這也更需要提供一種絕熱紙板，其可被裁剪以提供各種絕熱特性，從而針對特定的最終應用可以調整通過紙板的溫差。


參照下述詳細說明以及附圖，將更加容易地領會和理解本申請，其中圖1是根據(jù)本申請制成的雙層紙板的橫截面示意圖；圖2是由類似于圖1的紙板制成的熱杯的等立體圖，其一部分被切除；以及圖3是用于制造圖2所示的熱杯的紙板的一部分的放大橫截面圖。
具體實施例方式
參照圖1，本發(fā)明絕熱紙板12的底層10用傳統(tǒng)的方法由很容易得到的纖維如纖維素纖維制成。本發(fā)明的紙板可根據(jù)需要制成單層、雙層、或多層結構。
本發(fā)明的突出特點在于絕熱紙板的至少一層14，不論是單層或多層結構，除化學紙漿外還包括處理過的纖維素纖維。處理過的纖維素增強了板材的絕熱性能。正如在此定義的可用于本申請的化學紙漿纖維最先由木漿獲得并提純。用于本申請合適的木漿纖維可從眾所周知的化學處理如牛皮紙和亞硫酸鹽處理，并經過或不經過漂白處理獲得。軟木和硬木都可使用。木漿纖維的選擇細節(jié)對于本領域的技術人員來說是公知的。例如，可用于本申請的由美國長葉松生產的適合的纖維素纖維(化學紙漿纖維)可從很多公司獲得，包括Weyerhaeuser公司，名稱為CF416，PL416，F(xiàn)R416以及NB416。漂白牛皮紙濕紙漿，KKT，艾伯特王子城軟木(Prince Albert Softwood)以及大草原城軟木(GrandePrairie Softwood)，所有的由Weyerhaeuser制成的產品都是可以使用的北方軟木的例子。正如其所用的，處理過的纖維素纖維包括下述纖維1)化學處理從纖維素I改變到纖維素II，如絲光處理的和絲光閃干處理的纖維，其中絲光處理作為漂白過程中的一個階段。利用橡樹工藝制造的絲光處理纖維如HPZ以及絲光閃干纖維如HPZIII、MemphisTN、以及可從Rayonier Performance Fibers Division，Jessup，GA獲得的Porosinier-J-HP都可適用于本申請。這些絲光軟木紙漿具有95％或更大的α纖維素純度并且是硬纖維。處理過的纖維也包括2)機械和化學機械處理的纖維，如化學熱機械處理的紙漿纖維(CTMP)，漂白化學熱機械處理的紙漿纖維(BCTMP)，熱機械處理的紙漿纖維(TMP)，提純的磨木漿纖維以及磨木漿纖維。回收的或二次利用的木漿纖維也適用。
這些紙漿的例子是，由Bowater，Greenville，S.C.制造的TMP(熱機械處理紙漿)，由Weyerhaeuser，Columbus，MI通過將木屑經過雙提純機的三個階段并隨后還原漂白到68光亮度而制造的TMP(熱機械處理紙漿)，以及從NORPAC，Longview，WA獲得的作為CTMPNORPAC新聞紙等級銷售的CTMP(化學熱機械處理紙漿)；光亮度從53到75。其他處理過的纖維包括由Weyerhaeuser公司利用2004年8月20日提交的美國申請No.10/923,447所公開的方法制造的噴干纖維素纖維和處理的噴干纖維素纖維。在此方法中紙漿纖維連續(xù)脫水約34％，然后通過噴干機，其具有大約190℃到400℃的入口溫度和50℃到205℃的出口溫度以及大約1082kpa(157psig)的蒸汽壓力。這些纖維被扭絞和卷曲。其他的處理纖維包括如US6,837,970所述的閃干纖維和處理過的閃干纖維。也可以使用處理過的纖維的混合物。
本申請的紙板可具有一系列的特性。比如，在一個實施例中其基重可從200gsm到500gsm，在另一個實施例中其基重從250gsm到400gsm。在又一個實施例中紙板的基重等于或大于250gsm。在一個實施例中絕熱紙板的密度小于0.5g/cc，在另一個實施例中該密度從0.1g/cc到0.45g/cc，并且在又一個實施例中密度從0.35g/cc到0.40g/cc。
當紙板的至少一層包括根據(jù)本申請?zhí)幚磉^的纖維素纖維時，有利的溫差特性就可以獲得。這些溫差特性可通過改變紙板內處理過纖維的數(shù)量、通過改變紙板的基重、通過在生產比如在通過夾輥后改變紙板的厚度、以及通過改變紙板結構中附加層的數(shù)量和厚度來獲得。在一個實施例中紙板的厚度大于或等于0.4mm，基重等于或大于230gsm，并且密度小于0.5g/cc。絕熱紙板的特性在下述表1中示出。
表1絕熱紙板特性

1.NORPAC CTMP；2.Ponderay TMP；3.Weyerhaeuser，F(xiàn)ederalWay，WA在另一個實施例中本申請的紙板在0.5mm的厚度時具有至少4.4℃的熱水ΔT以及在至少1mm的厚度時具有8.65℃的熱水ΔT。熱水ΔT(在下面定義)與厚度的關系在0.4mm厚與1mm厚之間是線性的并且在0.4mm以下的部分線性減小或在1mm以上的部分線性增大。換種說法，根據(jù)本發(fā)明制造的具有0.4mm或更厚的紙板可以具有每0.1mm厚大約0.8℃的熱水ΔT。這些溫度值是基于厚度與ΔT之間的線性回歸方程式?？梢詮囊韵卤?給出的數(shù)據(jù)計算出回歸線上各點的上和下置信限度。統(tǒng)計參數(shù)在表2中給出。
表2回歸統(tǒng)計值倍數(shù)R0.88R平方0.78觀測值 13

*置信限度使用上述表2建立的系數(shù)，可以建立在不同厚度水平上ΔT的以下關系。
表3基于回歸線的在不同厚度水平上的ΔT

LCL，低于95％系數(shù)水平UCL，高于95％系數(shù)水平本發(fā)明的紙板可以是單層產品。當用于單層產品時，本發(fā)明紙板的低密度特點使得厚紙板可以制造成具有合理的基重。為了獲得和普通紙板相同的絕熱特點，普通紙板厚度將不得不被制成兩倍于本發(fā)明的紙板。使用本申請中處理過的纖維素纖維，就可以生產具有與普通紙板相同基重的絕熱紙板了。這就可以有效地在生產中用現(xiàn)有的紙板制造機器通過少量的修改以及少量的損失進行絕熱紙板的制造。此外，單層紙板的優(yōu)點是整個結構是低密度的。另一方面，本發(fā)明的紙板可以為多層產品，包括兩、三或更多層。包括多于一層的紙板可以通過在干燥之前或之后將各層壓合而制成。多層紙板可以通過在潮濕成型過程中連續(xù)使用多個壓頭箱制造，或者通過使用具有接納能力的帶有障板的壓頭箱并放置在多個紙漿裝置中制造。多層產品的每一層可以是相同的，也可以是不同的。
本申請的紙板可以通過使用傳統(tǒng)的制紙機器成型，例如包括真空圓網抄紙機、長網造紙機、斜線Delta成型機以及雙線成型機。
在本申請的一個實施例中當單層紙板按照本申請使用時，在組成上是相同的。然而，此單層可根據(jù)成分不同分層并有充滿處理過的纖維素纖維的層以及充滿纖維素纖維的層，以提供一種平滑、密實和發(fā)泡少的表面。
最經濟的是生產一種成分均勻的紙板，其中處理過的纖維素纖維均勻地與纖維素纖維混合。在一個實施例中，處理過的纖維素纖維以25％到70％的量存在于絕熱層中，而在另一個實施例中，它們以30％到60％的量存在。比如在雙層結構中，第一層可含有100％的纖維素纖維，而第二層可含有25％到70％的處理過的纖維素纖維。在另一個實施例中，第二層可含有35％到60％的處理過的纖維素纖維。在一個實施例中，在三層結構中，底層和頂層可含有100％的纖維素纖維，而中間層含有25％到70％的處理過的纖維素纖維。在另一個實施例中，在三層結構中，中間層可含有35％到約60％的處理過的纖維素纖維。
本申請的紙板具有一系列廣泛的強度特性。例如，在一個實施例中，Taber硬度可在大約125g-cm到大約1100g-cm的范圍內。在另一個實施例中，Taber硬度在大約400g-cm到大約800g-cm的范圍內，并在另外一個實施例中Taber硬度在大約500g-cm到大約650g-cm的范圍內。Taber硬度根據(jù)ISO 2431992E確定，除了記載的章節(jié)外。TAPPI的副本是489 OM-92。
紙板也具有抗拉特性，這使其可被裁剪。在一個實施例中，抗拉指數(shù)的范圍從大約20Nm/g到大約70Nm/g。在另一個實施例中，抗拉指數(shù)的范圍從大約30Nm/g到大約50Nm/g，并在另外一個實施例中范圍從35Nm/g到45Nm/g。抗拉指數(shù)由TAPPI 494確定。
在傳統(tǒng)紙板變?yōu)楸拥牟僮髦校烙?75kPa的最小Z方向張力(ZDT)對于適合的邊緣或頂部的卷曲外形是必需的，使得在此過程中不發(fā)生分層。可以相信的是，利用本發(fā)明的紙板，較低范圍可延伸到接近100kPa。在一個實施例中，ZDT(Z方向張力)的范圍從大約250kPa到650kPa，在另一個實施例中，ZDT的范圍從大約300kPa到大約500kPa。ZDT由TAPPI 541確定。
片材的體積由TAPPI 411確定并且片材的密度根據(jù)片材的體積相互計算出。
本申請的紙板可用于生產多層結構，特別是需要具有絕熱性能的容器。參看圖2，這些容器的共同點是都是用于盛裝熱飲如咖啡、茶以及類似物的普通熱杯。其他絕熱容器，例如普通紙盤，也可以包含本申請的紙板。同樣，傳統(tǒng)的由紙板或發(fā)泡材料制成的外賣容器也可以使用本發(fā)明的紙板。如圖2和3所示，按照本發(fā)明制成的熱杯型容器可包含有一層或多層22和24，其中之一，在該例中24，包括處理過的纖維素纖維。在這個實施例中處理過的纖維素纖維在內層24內。不透水背襯26優(yōu)選的層壓到內層上。此背襯可含有，比如各種熱塑材料，如聚乙烯。更適宜的是用在杯底的紙板不包含纖維素纖維。
除了纖維材料外，本申請的紙板可包括粘合劑。合適的粘合劑溶解在、分散在水里，或在水里形成懸浮。合適的粘合劑包括那些通常用在造紙業(yè)中的粘合劑以為這些產品提供濕張力和干張力以及抗撕裂強度。合適的濕強力劑包括具有含氮的基團(比如氨基)的陽離子改良漿粉，例如來自于National Starch and Chemical Corp.，Bridgewater，NJ；橡膠；濕強力樹脂，比如聚酰胺表氯醇樹脂(比如，KYMENE 557LX，Hercules Inc.，Wilmington，DE)，以及聚丙烯酰胺樹脂(比如參見美國專利3,556,932以及由American Cyanamid Co.，Standford，CT生產的商品名為PAREZ 631 NC的商業(yè)用途的聚丙烯酰胺樹脂)；尿素甲醛和三聚氰胺甲醛樹脂；以及聚氮丙啶樹脂。有關在紙領域中使用的通?？捎糜诒旧暾埖臐駨娏渲娜嬲撌隹蓞⒁奣APPI專論系列29號的“紙和紙板內的濕強度”，紙漿和紙工業(yè)的技術協(xié)會(紐約，1965)。
其他合適的粘合劑包括淀粉，改良淀粉，聚乙烯醇，聚醋酸乙烯酯，聚乙烯/丙烯酸共聚物，丙烯酸聚合物，聚丙烯酸脂，聚丙烯酰胺，聚胺，瓜爾豆膠，氧化聚乙烯，氯化乙烯，氯化乙烯/丙稀酸共聚物，丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物，以及聚丙烯腈。其中很多可以形成橡膠聚合物用于溶解或懸浮在水中。
熱水ΔT試驗過程在下述例子中將使用各種試驗方法。熱水ΔT由模擬熱量傳遞經過紙杯的模擬試驗機確定。尺寸為12.1cm×12.1cm×12.1cm的樹脂玻璃盒具有8.9cm×8.9cm的樣品開口。該盒子用2.54cm厚的聚苯乙烯泡沫絕熱。紙板的樣品用3M(圣保羅，MN)的TartanTM標簽保護透明帶(Label Protection Tape Clear)3765層疊到一個表面上。另一方面，聚苯乙烯可被擠壓到板的表面上。將87.8℃的熱水倒入盒子中，插入小攪動棒，然后將涂覆有聚苯乙烯的樣品放入儀器內。然后該盒子轉動90度到水平面以使水充分接觸樣品并被放置在攪動盤上以在測量過程中攪動。五個熱電偶微探針用傳導帶附著于紙板表面的外面。數(shù)據(jù)記錄器記錄內部的水溫和外表面的溫度，由此可以計算出溫差(熱水ΔT)。換種說法，ΔT是內部水溫和外表面溫度之間的差值。當水溫達到82.2℃時，具有0.93發(fā)射率的紅外照相機放在樣品的外面29.7cm遠處，同時檢測紅外輻射。這種紅外輻射與熱電偶的精確性相關。
在表1中示出的片材樣品根據(jù)下述實例介紹的方法制備。
實例1該方法典型地制造具有60％CTMP的300gsm板。通過調整纖維和其他添加劑的合適數(shù)量和重量可以制造表1示出的其他具有各種基重以及處理過的纖維水平的紙板。在表1中示出的所有樣品中漂白的道格拉斯杉木組分被提純到510CSF；磨漿過程產生的粉狀纖維(提純到50CSF的漂白的道格拉斯杉木)以干纖維總重的5％添加到所有樣品中。
CTMP，44.44g纖維(濃度40.83％)、37.4g提純到510CSF的道格拉斯杉木(濃度29.1％)、60.5g提純到50CSF的道格拉斯杉木(濃度2.5％)，(磨漿過程產生的粉狀纖維)、以及3.02g聚乙烯醇(165SFPVOH，來自Celanese，Dallas TX)，100％固體，在英式粉碎機內粉碎5分鐘。該混合物被稀釋到4L除離子水中并用NaHCO3調成pH值為7.2-7.4。從1％的溶液加入1g/kg(2Lb/T)當量的聚酰胺3，3-環(huán)氧丁腈樹脂和0.13g/kg(0.26Lb/T)當量的Perform-PC8138(兩者都可從Hercules，Wilmington，DE得到)，并混合2分鐘。加入2g/kg(4lb/T)的AKD(從Hercules Inc.，Wilmington，DE可獲得的烷基烯酮二聚體)和4.25g/kg(8.5lb/Ton)的淀粉(Sta-Lok 300，從Tate-Lyle，Decatur IL可得到)并混合攪動兩分鐘。將31.75cm×31.75cm成型線(155網目)放置在Noble&Wood12″×12″片材成型模的底部上，將漿液倒入片材成型模，用除離子水稀釋成35升并用柱塞混合。隨后將漿液排出，利用吸墨紙通過均勻的手壓進行脫水直至片材達到大約20％的密度。該片材從濾網移開并被吸干進一步達到大約30％的固化度。吸墨紙放置在樣品的每一個面上，樣品放在潮濕毛布之間然后通過137.8kPa(20psi)的壓力以進一步對樣品進行脫水。此刻固體組分大約為40％。得到的片材放在轉鼓式干燥器(表面溫度為121℃)上，位于兩個干燥的吸墨紙之間干燥10分鐘。隨后將樣品顛倒并再干燥10分鐘。在測試前將樣品在50％相對濕度的房間內晾干4小時。
已經結合優(yōu)選實施例及其各種變更和改變描述了前述申請。本領域技術人員可以使用等同物替換所公開的申請而不脫離本申請的寬泛概念。因此本申請僅由所附的權利要求書限定。
權利要求
1.一種由絕熱紙板制成的容器，包括側壁和底壁，所述側壁包括絕熱紙板，該絕熱紙板具有至少一層纖維素纖維，至少一些纖維素纖維包括處理過的纖維素纖維，在所述至少一層中含有25％至70％的所述處理過的纖維素纖維，所述紙板充分絕熱以提供每0.1mm厚度至少0.8℃的通過所述紙板的熱水ΔT。
2.根據(jù)權利要求1所述的容器，其中所述處理過的纖維選自化學處理的纖維、機械處理的纖維、化學機械處理的纖維、噴干纖維、閃干纖維及其混合物。
3.根據(jù)權利要求2所述的容器，其中處理過的纖維是絲光處理的纖維。
4.根據(jù)權利要求2所述的容器，其中處理過的纖維是CTMP纖維。
5.根據(jù)權利要求2所述的容器，其中處理過的纖維是BCTMP纖維。
6.根據(jù)權利要求2所述的容器，其中處理過的纖維是TMP纖維。
7.根據(jù)權利要求2所述的容器，其中處理過的纖維是噴干纖維。
8.根據(jù)權利要求2所述的容器，其中處理過的纖維是閃干纖維。
9.根據(jù)權利要求1所述的容器紙板，其中所述紙板具有小于0.5g/cc的密度。
10.根據(jù)權利要求9所述的容器，其中所述紙板具有250gsm至400gsm的基重。
11.根據(jù)權利要求9所述的容器，其中所述紙板具有大于或等于250gsm的基重。
12.根據(jù)權利要求9所述的容器，其中所述紙板的厚度大于或等于0.5mm。
13.根據(jù)權利要求1所述的容器，其中所述紙板具有在0.6mm厚度時至少5.3℃的熱水ΔT以及在1.25mm厚度時10.8℃的熱水ΔT，所述熱水ΔT在4℃以下到10.3℃以上的溫度范圍內相對于厚度基本上是線性級數(shù)。
14.根據(jù)權利要求13所述的容器，其中所述線性級數(shù)從4℃的ΔT到10.3℃的ΔT擴大。
15.根據(jù)權利要求1所述的容器，其中所述紙板至少是雙層板，所述至少一層含有處理過的纖維素纖維。
16.根據(jù)權利要求1所述的容器，包括熱杯。
全文摘要
一種絕熱紙板，包括至少一層纖維素纖維。該層至少部分由處理過的纖維素纖維組成。該紙板提供了充分的絕熱以提供每0.1mm厚度至少0.8℃的通過紙板的熱水ΔT?？捎稍摻^熱紙板生產熱杯。
文檔編號D21H27/30GK1891580SQ200610095
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月28日 優(yōu)先權日2005年6月30日
發(fā)明者丹尼爾·T·邦克, 沙赫羅赫·A·納耶尼, 理查德·A·埃德馬克, 馬里奧·F·維拉 申請人:韋爾豪澤公司