保护性包装产品和制造保护性包装产品的方法与流程

1.本发明涉及根据独立权利要求的前序部分的保护性包装产品和制造保护性包装产品的方法。


背景技术：

2.市场上已知，通过将聚乙烯层逐层堆叠，以及用热焊接方式将聚乙烯层彼此固定，来制造特定形状的保护性包装产品。这种保护性包装产品用于接收物体，以便保护该物体在例如运输等过程中免受冲击负载的影响。该物体可以是电视屏幕和其他易碎物体。
3.已知的保护性包装产品具有许多缺陷。一个主要的缺陷是聚乙烯很难回收，并且丢弃后会危害环境。另一个缺陷是制造由聚乙烯制成的分层保护性包装产品在焊接过程中需要大量的能量。


技术实现要素：

4.为了克服上述缺陷，本发明的一个目的是提供一种保护性包装产品和一种用于制造保护性包装产品的方法。
5.该目的通过具有独立权利要求的特征的保护性包装产品和用于制造这种保护性包装产品的方法来实现。在从属权利要求中给出了进一步的实施例。
6.本发明的主要优势在于，保护性包装产品在海水条件和堆肥条件下是可生物降解的，原因在于多糖材料可以在家中堆肥和/或用普通的回收程序回收。本发明允许仅使用天然聚合物(例如多糖)来制造相对厚的三维形状的保护性包装产品。此外，可以在不必投资于特定模具的情况下来制造保护性包装产品。此外，由于不需要焊接，因此制造保护性包装产品所用的能量可以非常低。最后，无需在产品上进行模切，而是简单地通过将特定形状的层逐层堆叠，并且优选为并排堆叠，以形成用于至少部分地接收待保护的物体的空隙，就可以得到适于接收待保护物体的保护性包装产品的特定形状。因此，在制造保护性包装产品期间的浪费量显著减少。
7.这些优势具体地通过包括多个堆叠和预制的层的保护性包装产品来实现。保护性包装产品内的至少部分层具有不同的2d形状，从而能够获得保护性包装产品的最终的特定3d形状。这又允许获得具有底切的保护性包装产品，并因此特别适合于待保护的物体。
8.优选地，至少部分层包括泡沫材料，这意味着层是柔软的，并因此有助于本发明的保护性包装产品的减震性能。在本文中，术语“泡沫”定义了基本上固体但可变形的材料，该材料包括由薄固体(即非液体)壁分隔的大量的小气泡。这种泡沫具有低密度，从而降低了由这种材料制成的最终产品的重量。至少部分层由多糖材料制成，并且相邻的多糖层通过多糖键合材料彼此粘附。内聚力可以通过梅花形堆叠来获得。术语“多糖材料”意味着该材料至少主要包括多糖。
9.这些优势还通过一种制造保护性包装产品的方法来实现，该方法具体包括以下步骤：a.制造优选为泡沫型多糖材料的至少部分特定形状的层；b.通过将特定形状的层逐层
堆叠、并且优选为并排堆叠，来组装特定形状的保护性包装产品；c.通过多糖键合材料粘附相邻的由多糖材料制成的层。
10.在保护性包装产品的另一个实施例中，多糖材料包括以下组中的至少一种材料：纤维素、淀粉、木质素、支链淀粉、藻酸盐、几丁质、壳聚糖、天然橡胶、松香酸、糊精或蛋白质(例如谷蛋白、玉米醇溶蛋白、酪蛋白、胶原、明胶、磷脂、酪蛋白)以及其衍生物(例如酯或醚)。纤维素和/或淀粉是优选的，并且特别优选为用于层和键合材料的淀粉，这是因为淀粉易于生物降解并且能够容易地发泡。
11.在保护性包装产品的另一个实施例中，保护性包装产品至少部分地通过材料分离工艺成形，在将单个的层粘附到相邻的层之前，该材料分离工艺应用到单个的层上。材料分离技术可以是无模切割、模切割、热线切割、水刀切割、超声波切割等。材料分离工艺可以非常快速且高精度地执行，从而可以获得单独成形的2d层，该2d层在堆叠之后形成3d保护性包装产品。
12.在保护性包装产品的另一个实施例中，至少两个层的密度彼此不同。这允许获得特别适合于个人保护要求的保护性包装产品。应当理解，不同的密度不仅可以应用于逐层堆叠的层，而且还可以应用于并排布置的层。
13.在保护性包装产品的另一个实施例中，至少两个层具有正交各向异性轴的正交各向异性特性，该层优选地布置成使得正交各向异性轴彼此平行、成45
°
的角或成90
°
的角。这为保护性包装产品提供了特别好的全局机械性能。应该理解，不同的正交各向异性轴不仅可以应用于逐层堆叠的层，而且还可以应用于并排布置的层。
14.在保护性包装产品的另一个实施例中，至少一个具有正交各向异性特性的层具有大致波纹形状。这是一种简单且轻便的方法以获得期望的正交各向异性特性。从一层到另一层的不同密度和特性可以通过分别改变波纹或起伏的“频率”和/或通过改变厚度来获得。
15.在保护性包装产品的另一个实施例中，保护性包装产品包括至少一个固体插件、优选地由纤维素制成、更优选地由木材制成。这样的插件具有加强件的功能，该加强件允许也向重型产品提供保护功能。插件可以是模制的插件。
16.在保护性包装产品的另一个实施例中，至少一个多糖层包括纤维素纤维。这样的纤维允许额外并具体地设计保护性包装产品对保护需求的特性。更具体地，可以使用长度低于300μm的纤维素纤维。这减少了泡沫中细胞的大小。此外，纤维组分增加了保护性包装产品的柔软度。最后，纤维素纤维允许将保护性包装产品与普通纸张一起回收。
17.在另一个实施例中，保护性包装产品包括至少一个纸层，该纸层提供额外的加强效果。
18.在另一个实施例中，保护性包装产品至少部分地包括固体外壳，该壳优选地由多糖材料制成、更优选地由淀粉和/或木材制成。外壳保护泡沫材料不被待由其他外力(例如在运输过程中)保护的物体损坏。
19.在制造方法的另一个实施例中，通过溶解至少一个多糖材料层的表面区域来获得多糖键合材料。这是在不需要额外能量并且不需要不同材料(例如特定化学胶)的情况下将层彼此粘附的特别简单的方式。
20.在制造方法的另一个实施例中，该方法包括：在粘附步骤c之前，通过材料分离工
艺来使至少部分层成形。这提供了从大致差不多的二维层来实现特定的相对厚的三维产品、以及通过例如底切的方式来实现的可能性。本发明还减少了通过采用保护性包装产品的形状来满足特定包装需求而产生的浪费的量。
21.在制造方法的另一个实施例中，材料分离工艺包括切割(cutting)、锯切(sawing)和/或铣削(milling)过程。这些材料分离工艺简单，并且可以例如通过具有高精度的cnc机器来实现。特别是当应用切割和/或锯切时，进一步减少了为实现特定形状而浪费的量。
22.在制造方法的另一个实施例中，使用机器人执行组装步骤b，从而减少了保护性包装产品的制造时间。
23.在制造方法的另一个实施例中，使用挤出机执行制造步骤a。挤出机可以加入热塑性多糖颗粒，并且可以被配置为挤出可用于在保护性包装产品中形成多糖层的大致平坦的多糖泡沫片材。当这种多糖泡沫片材被挤出时，当材料离开挤出机的模具时，材料膨胀，这可以在挤出的泡沫片材上产生波纹效应。可以通过使用具有波纹形状的模具来增强该效应。片材可以被切割并层压在一起以形成大尺寸面板，从中可以获得个性形状的多糖层。
附图说明
24.现在参考附图更详细地描述本发明的实施例。附图中所示的是：
25.图1是保护性包装产品的第一实施例的示意性截面图；
26.图2是保护性包装产品的第二实施例的示意性截面图；
27.图3是保护性包装产品的第三实施例的示意性截面图；
28.图4至图9用于图1至图3所示的保护性包装产品的挤出波纹泡沫板的示意图；
29.图10是波纹泡沫板的第一切割方案的平面图；
30.图11是波纹泡沫板的第二切割方案的立体图；
31.图12是通过图11的第二切割方案获得的切割层的分解视图；
32.图13是用于使用淀粉层制造保护性包装产品的装置的示意性侧视图；
33.图14是用于制造与图1至图3所示的保护性包装产品一起使用的外壳的制造方法的不同步骤的示意性截面侧视图；以及
34.图15是用于制造保护性包装产品的方法的流程图。
具体实施方式
35.在下面的详细描述中，功能相同的元件和区域用相同的附图标记表示。此外，为了清楚起见，并非在所有附图中都示出了所有可能的附图标记。
36.在图1中，总体上，保护性包装产品用附图标记10表示。保护性包装产品包括由多糖材料制成的多个大致平坦、波纹和堆叠的层12，在本实施例中，多糖材料示例且优选为淀粉材料。在其他未示出的实施例中，至少部分堆叠的层中可以由以下材料制成或至少包括以下材料：纤维素、木质素、支链淀粉、藻酸盐、几丁质、壳聚糖、天然橡胶、松香酸、糊精或蛋白质(例如谷蛋白、玉米醇溶蛋白、酪蛋白、胶原、明胶、磷脂、酪蛋白)及其衍生物(例如酯或醚)。
37.层12的大致波纹形状使每个层12具有正交各向异性特性。相邻的淀粉层12通过多糖键合材料彼此粘附，在本实施例中，多糖键合材料示例且优选为淀粉键合材料14。在其他
未示出的实施例中，键合材料可以由以下材料制成或至少包括以下材料：纤维素、木质素、支链淀粉、藻酸盐、几丁质、壳聚糖、天然橡胶、松香酸、糊精或蛋白质(例如谷蛋白、玉米醇溶蛋白、酪蛋白、胶原、明胶、磷脂、酪蛋白)及其衍生物(例如酯或醚)。
38.淀粉键合材料14可以通过(例如用水)溶解淀粉材料层12的表面区域来获得。水可以通过水喷嘴(未示出)施加，水喷嘴是另一种类型的施加工具。图2的保护性包装产品10还包括多个木质压条形式的固体插件16。
39.图3的保护性包装产品10与图1中的类似，但还进一步包括由淀粉制成的上部和外部固体壳18。在未示出的实施例中，外部固体壳可以由淀粉以外的材料制成，例如可以由木材制成、或至少包括木材。壳18可以通过淀粉键合材料14粘附到层12，淀粉键合材料14通过溶解淀粉材料层12的邻近壳18的表面区域和/或壳18的面向层12的表面区域而获得。外壳18可以被制造为单独的部件，该部件在被制造之后与堆叠层12组装在一起。可选地，外壳18可以通过对堆叠的层12的组件的外表面区域的热压来制造，即通过向该外表面区域施加压力和热量来制造。
40.图4和图8表示单个波纹层12。可以看出，波纹形状是通过v形起伏部20获得的。如上所述，波纹形状使正交各向异性轴22具有正交各向异性特性。抗弯曲的刚度在该正交各向异性轴22周围(图4中的箭头24)比在正交于正交各向异性轴22布置的轴周围低得多。然而，如本领域技术人员容易理解的，任何其他形状的起伏都是可能的，例如半圆形等。此外，需要注意的是，图1至图3的保护性包装产品10也可以使用不具有任何起伏的层12来获得。此外，应当理解，未示出的保护性包装产品可以使用堆叠的层来获得，堆叠的层具有不同类型、形状和频率的起伏，或者既具有起伏的层又具有没有起伏的层。
41.图5示出了粘附在纸层26上的单个波纹层12的示例。同样，波纹层12的起伏部20的顶部和纸层26之间可以通过淀粉键合材料(未示出)来粘附，淀粉键合材料也可以通过(例如用水)溶解波纹层12的起伏部20的顶部的表面区域来获得。
42.图6示出了两个堆叠的波纹层12的示例，波纹层12在彼此面对的起伏部20的顶部相互粘附。通过这样做，两个层12的正交各向异性轴(图6中未示出)彼此平行。同样，彼此面对的起伏部20的顶部之间可以通过淀粉键合材料(未示出)来粘附，该淀粉键合材料可以通过(例如用水)溶解至少一个波纹层12的起伏部的顶部的表面区域来获得。
43.图7示出了两个堆叠的波纹层12的示例，波纹层12之间夹有纸层22。同样，两个层12的起伏部20的顶部和纸层22之间可以通过淀粉键合材料(未示出)来粘附，该淀粉键合材料同样可以通过(例如用水)溶解两个波纹层12的起伏部20的表面区域来获得。
44.图9示出了两个堆叠的波纹层12的示例。与在图6中不同，层12相对于彼此定向，使得正交各向异性轴22彼此正交地布置。在未示出的实施例中，正交各向异性轴可以彼此平行地布置，或可以彼此成45
°
的角度布置。
45.保护性包装产品10的层12是通过将它们从通过挤出制造的大面板中切割出来而获得的。图10示出了这种大面板28的第一实施例，其中绘制了可以用来获得特定形状的层12的切割方案。此后，这些特定形状的层12将被用于逐层且并排堆叠，以获得特定的保护性包装产品10。需要注意的是，为了清晰起见，在图10中，只有部分层12使用了附图标记来表示。
46.如上所述，层12和特定形状是通过切割获得的，例如通过水刀切割或激光切割。在
可选实施例中，层12和特定形状可以通过锯切或铣削获得。这些方法彼此的共同点是，均为所谓的“材料分离工艺”，因为层12是通过将面板28的一个区域与面板28的另一个区域分离而从面板28中获得的。
47.图11示出了大面板28的第二实施例，其中绘制了另一切割方案，可以使用该切割方案来获得特定形状的层12，然后将这些层12彼此上下堆叠，并且也可以并排堆叠，以获得保护性包装产品10。
48.图12是将图11的切割方案应用于图11的大面板28时获得的特定形状的大致二维层12的分解侧视图。当图12的层12通过淀粉键合材料14堆叠并彼此粘附时，将获得w形保护性包装产品10，下文中将参考图13来进行说明。
49.图13示出了用于制造保护性包装产品10的自动化机器29的示意性侧视图。在图13的最左侧，示出了由膨胀的多糖材料(即在本示例性实施例中的淀粉材料)制成的大面板28的堆30。面板28通过未示出的输送工具(例如机器人)从堆30输送到传送带32上。传送带32在传送方向34上将面板28输送到材料分离装置36，例如水刀或激光切割机、热线切割机或超声波切割机，材料分离装置36优选地使用cnc技术。材料分离装置36根据预设的切割方案(例如图11中的切割方案)切割大面板28。
50.应理解的是，材料分离装置36、以及机器29的所有或至少许多其它装置可以由控制装置控制，该控制装置是机器29的一部分并且包括至少一个微处理器和存储程序代码的存储工具。控制装置还可以包括输出工具(例如监视器)和输入工具(例如键盘)，并且还可以包括与切割方案优化工具连接的接口工具。切割方案优化工具可以优化大面板28中的切口的布置，从而仅产生最小的浪费。
51.在传送方向34上看，在传送带32之后布置有机器人38，机器人38具有机械臂40和位于机械臂40的端部处的处理装置42。此外，在机器人38的工作范围内，布置有水加湿装置44，该水加湿装置44目前为水池的形式。可选地，水加湿装置可以包括水喷嘴、海绵或辊。
52.进一步地，在传送方向34上看，在机器人38和水加湿装置44之后，布置有另一个传送带46。在操作中，为了将机器人38布置在传送带46上的预定位置，机器人38通过其处理装置48从位于传送带36上的切割面板28上抓取特定层12。更具体地，为了在端部获得例如上述w形保护性包装产品10，机器人38首先从切割面板28抓取基层12a，并将其以正交各向异性轴22的预定朝向放置在传送带46上。在操作期间的这个时刻，传送带46当然是静止的。
53.此后，机器人38从传送带32从大面板28中抓取另一层12b，将其下表面浸入水加湿装置44内的水中，并且然后将其放置在传送带46上的基层12a上的预定位置并使其具有正交各向异性轴22的预定朝向。如图13所示，对其他切割层12c、12d等重复该操作，从而在端部获得包括堆叠的层12的w形保护性包装产品10。当保护性包装产品10完成时，传送带46向前移动一定距离，以便在机器人38的工作范围内提供另一个自由空间，以构建下一个保护性包装产品10。
54.进一步地，在传送方向34上看，在传送带46的端部布置有托盘48。如图13的右侧所示，未示出的处理工具可以从传送带46上抓取完成的保护性包装产品10，并将其放置在托盘48上。从图13中可以看出，机器29允许从大致平面(即二维波纹淀粉层12)之外完全自动化制造特定形状的三维保护性包装产品10。
55.如以上图3所示，保护性包装产品10可以包括由淀粉材料制成的外部固体壳18。图
14是用于制造这种外壳18的步骤的示例性表示。在第一步中，波纹淀粉层12以大致上符合该壳的期望形状的特定方式布置(步骤(a))，从而获得中间产品50。如上所述，波纹淀粉层12通过淀粉键合材料14彼此粘附，淀粉键合材料14可以通过润湿面向另一层12的波纹淀粉层12的表面区域来获得。
56.然后将中间产品50放入具有下半模52a和上半模52b的模具52中(步骤(b))。模腔54形成在两个半模52a和52b之间。该模腔54符合外部固体壳18的期望形状。此后，关闭模具52，从而压缩波纹淀粉层12(步骤(c))。在压缩过程中，还将热量施加到模腔64内的封闭的淀粉材料12上。这个过程被称为“热压”。在打开模具52之后，获得最终的外部固体壳18(步骤(d))。外部固体壳18可以通过淀粉键合层14固定到由波纹淀粉层12形成的保护性包装产品10的其他部分，如图3所示。在可选的未示出的实施例中，外壳不再是通过单独的成型工艺制造的，而是直接通过在形成保护性包装产品的层的外表面区域上应用热压工艺制造的。
57.现在参照图15来说明制造保护性包装产品10的方法。该方法从功能框56开始。在功能框58中，通过例如挤出来制造优选为发泡多糖材料(在本示例性实施例中为淀粉材料)的面板28。在功能框60中，通过材料分离工艺，例如切割、锯切或铣削，从面板28上切出特定形状的层12。
58.在功能框62中，至少部分层12通过溶解这些层12的表面区域来产生淀粉键合材料14。优选地，通过用水来实现表面区域的溶解。应当理解，在其他实施例中，在使用不同于淀粉的其他多糖材料来制造层的情况下，可以使用其他多糖键合材料来将层彼此粘附。这意味着多糖键合材料可以与用于制造层的材料相同或不同。
59.在功能框64中，层12以预定的方式逐层堆叠，并且优选为并排堆叠，从而组装具有期望形状的保护性包装产品10。组装步骤可以由机器人38来执行。相邻的淀粉材料层12通过淀粉键合材料14彼此粘附。该方法在功能结束块66结束。
60.虽然在上述实施例中未示出，但保护性包装产品可以包括具有不同于相同保护性包装产品的另一淀粉材料层的密度的多糖材料层。这既适用于逐层堆叠的层，也适用于在保护性包装产品内的层的相同或不同水平处并排布置的层。例如，可以通过使用具有如下起伏部的层来获得不同的密度：该起伏部具有不同于相同保护性包装产品的另一层的起伏的宽度。此外，通过使用具有不同于相同保护性包装产品的另一个多糖材料层的材料厚度的多糖材料，可以获得不同的密度。
61.此外，虽然在上述实施例中未示出，但至少一个淀粉层可以包括纤维素纤维。
62.此外，虽然在上述实施例中未示出，但通常可能的是，在相同保护性包装产品内并排布置的层，或者在保护性包装产品内相同或不同水平处的层，可以具有不同的特性，包括由不同的多糖材料制成，具有正交各向异性轴的不同朝向、具有不同密度以及具有不同厚度。

技术特征：
1.一种保护性包装产品(10)，包括多个堆叠的层(12)，至少部分层(12)优选地包括泡沫材料，并且至少部分层(12)粘附到相邻的层(12)，其特征在于，至少部分层(12)由多糖材料制成，并且相邻的由多糖材料制成的层(12)通过多糖键合材料(14)彼此粘附。2.根据权利要求1所述的保护性包装产品(10)，其中，所述多糖材料包括以下组中的至少一种材料：纤维素、淀粉、木质素、支链淀粉、藻酸盐、几丁质、壳聚糖、天然橡胶、松香酸、糊精或蛋白质以及其衍生物，所述蛋白质包括谷蛋白、玉米醇溶蛋白、酪蛋白、胶原、明胶、磷脂、酪蛋白，所述衍生物包括酯或醚。3.根据前述权利要求中的任一项所述的保护性包装产品(10)，其中，所述保护性包装产品(10)至少部分地通过材料分离工艺成形，在将单个的层(12)粘附到相邻的层(12)之前，所述材料分离工艺应用到单个的层(12)上。4.根据前述权利要求中的任一项所述的保护性包装产品(10)，其中，至少两个所述层(12)彼此的密度不同。5.根据前述权利要求中的至少一项所述的保护性包装产品(10)，其中，至少两个所述层(12)具有正交各向异性轴(22)的正交各向异性特性，所述层(12)优选地布置成使得所述正交各向异性轴(22)彼此平行、成45
°
的角或成90
°
的角。6.根据权利要求5所述的保护性包装产品(10)，其中，至少一个具有正交各向异性特性的层(12)具有大致波纹形状。7.根据前述权利要求中的任一项所述的保护性包装产品(10)，其中，所述保护性包装产品(10)包括至少一个固体插件(16)，所述固体插件(16)优选地由纤维素制成、更优选地由木材制成。8.根据前述权利要求中的任一项所述的保护性包装产品(10)，其中，至少一个由多糖材料制成的层(12)包括纤维素纤维。9.根据前述权利要求中的任一项所述的保护性包装产品(10)，其中，所述保护性包装产品(10)包括至少一个纸层(26)。10.根据前述权利要求中的任一项所述的保护性包装产品(10)，其中，所述保护性包装产品(10)至少部分地包括固体的外壳(18)，所述壳(18)优选地由多糖材料制成、更优选地由淀粉和/或纤维素制成。11.一种制造保护性包装产品(10)的方法，包括多个堆叠的层(12)，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a.至少制造部分多糖材料的层(12)；b.通过将所述层(12)逐层堆叠来组装所述保护性包装产品(10)；c.通过多糖键合材料(14)粘附相邻的由多糖材料制成的层(12)。12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述多糖键合材料(14)通过溶解至少一个由多糖材料制成的层(12)的表面区域来获得。13.根据权利要求11或12所述的方法，其中，所述方法包括：在粘附步骤c之前，通过材料分离工艺使至少部分所述层(12)成形。14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述材料分离工艺包括切割、锯切和/或铣削过程。15.根据权利要求11至14中的任一项所述的方法，其中，组装步骤b由机器人(38)执行。
16.根据权利要求11至15中的任一项所述的方法，其中，制造步骤a由挤出机执行。

技术总结
一种保护性包装产品(10)，包括多个堆叠的层(12)，至少部分层(12)优选地包括泡沫材料，并且至少部分层(12)粘附到相邻的层(12)。本发明提出至少部分层(12)由多糖材料制成，并且相邻的由多糖材料制成的层(12)通过多糖键合材料(14)彼此粘附。料(14)彼此粘附。料(14)彼此粘附。


技术研发人员：安东尼
受保护的技术使用者：施托奥皮克汉斯赖兴埃克有限公司
技术研发日：2022.02.10
技术公布日：2023/10/7