JP2023510981A - セルロース系製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、セルロース系製品（１０３、７００）を製造する方法に関するものであり、当該方法は、（ｉ）１つの第一層（１０４ａ）及び１つの第二層（１０４ｂ）を含む少なくとも２つの層を提供し、前記第一層（１０４ａ）及び前記第二層（１０４ｂ）は、それぞれセルロース繊維を含み、前記第一層（１０４ａ）及び／又は前記第二層（１０４ｂ）の少なくとも１つの面は、接着剤コーティングで前処理される工程と、（ｉｉ）成形プレス（１０１）の成形型（１０２）内で、１つの第一層（１０４ａ）及び１つの第二層（１０４ｂ）を含む前記少なくとも２つの層を、互いに重ね合わせた関係で配置し、それによって第一層（１０４ａ）及び第二層（１０４ｂ）を含む前記少なくとも２つの層の積み重ね層（１０４）を生成し、前記第一層（１０４ａ）及び前記第二層（１０４ｂ）は、第一層（１０４ａ）及び／又は前記第二層（１０４ｂ）のそれぞれ前記少なくとも１つの前処理された面が重ね合わせた層の方を向くように、前記積み重ね層（１０４）内で配向される工程と、（ｉｉｉ）成形型（１０２）内で、少なくとも５０℃の成形温度で、最大１１００ＭＰａの成形終了圧力まで、第一層（１０４ａ）及び第二層（１０４ｂ）を含む前記少なくとも２つの層の積み重ね層（１０４）をプレス成形し、所定の形状及び単層構成を有するセルロース系製品（１０３、７００）にする工程、を含み、前記工程（ｉｉｉ）において、前記１つの第一層（１０４ａ）及び前記１つの第二層（１０４ｂ）を含む前記層は、前記成形終了圧力に達するまで互いに対して移動可能である。

Description

本発明は、セルロース系製品を製造する方法に関する。前記製品は、典型的には容器に限定されず、カトラリー及び／又は食器などの三次元物品であり、一般的には使い捨てのものである。

今日、使い捨て物品の大部分は、プラスチックで作られている。プラスチックは、一般的に、特に使い捨て物品の分野では、重要な環境問題及び懸念を引き起こしている。したがって、生態学的に有利な使い捨て物品への需要が急増している。環境負荷に対する影響が少なく、したがって一般的に包装インサートとして使用される低価格の材料として、成形パルプがある。成形パルプは、一般的に再生板紙及び／又は新聞紙から作られた包装資材である。成形パルプは、例えば、インサート、飲料ホルダー、保護用緩衝材などの保護包装用に使用される。しかし、トレー、皿、ボウルなど、食品に直接接触する場合、成形パルプは再生材料から作られるのではなく、木、竹、バガス、さらには麦わらのようなあらゆる種類のバージン繊維から作られる。これら原材料のセルロース繊維を、水中に分散させ、次に形成し、そして乾燥させる。乾燥工程は、時間及びエネルギーを消費する処理であるため、この処理工程を迂回する必要がある。

ＷＯ２０１７／１６０２１７Ａ１では、１ＭＰａ～１００ＭＰａの範囲の成形圧が適用される一方で、成形型内で４５％未満の水を含むセルロースブランクをプレス成形し、及び前記セルロースブランクを１００℃～２００℃の成形温度に加熱することによって、単層セルロース系製品を製造する方法が記載されている。

ＷＯ２０１７／２０９１６０は、多層積み重ね層からセルロース系製品を製造する方法に関する。前記方法において、第一工程でセルロース繊維から作られた少なくとも２つの層を熱プレスすることによって得られた多層積み重ね層は、第二工程で少なくとも１ＭＰａの等方成形圧で更に熱プレスされることによってセルロース系製品へと形成され、多層積み重ね層は、単層構成を有する二次元又は三次元の繊維複合構造へと形作られる。

これらの方法は、満足のいく製品を提供する一方で、多くのエネルギー及び複雑な一連の製造工程を依然として必要とする。

したがって、環境的に有利なセルロース系製品を製造するための改善された方法であって、前記製品は満足のいく機械的及び化学的特性を有し、高精度かつ費用及びエネルギー効率に優れた状態で製造することができる方法が必要とされている。加えて、このような方法は、美的に魅力的であり、低い熱伝導性又は低温伝導性、堆肥化可能及び／又は再生利用可能などの多くの追加の性能パラメータを示し、顧客にとって魅力的な触覚を有する、セルロース系製品を調製することを可能とするものでなければならない。

したがって、本特許出願の目的は、先行技術の方法に固有の、上述の問題の１つ以上が、回避される又は少なくとも改善される、セルロース系製品を製造する方法を提供することである。この目的は、独立請求項に記載の方法及び従属請求項の主題となる更なる実施形態によって達成される。

これら及び他の目的は、セルロース系製品（１０３、７００）を製造する本発明における方法によって解決され、当該方法は、
（ｉ）１つの第一層（１０４ａ）及び１つの第二層（１０４ｂ）を含む少なくとも２つの層を提供する工程であって、前記第一層（１０４ａ）及び第二層（１０４ｂ）はそれぞれセルロース繊維を含み、前記第一層（１０４ａ）及び／又は前記第二層（１０４ｂ）の少なくとも１つの面は接着剤コーティングで前処理される、工程、
（ｉｉ）成形プレス（１０１）の成形型（１０２）内で、１つの第一層（１０４ａ）及び１つの第二層（１０４ｂ）を含む少なくとも２つの層を互いに重ね合わせた関係で配置し、それによって１つの第一層（１０４ａ）及び１つの第二層（１０４ｂ）を含む少なくとも２つの層の積み重ね層（１０４）を生成する工程であって、前記第一層（１０４ａ）及び第二層（１０４ｂ）は、前記第一層（１０４ａ）及び／又は第二層（１０４ｂ）のそれぞれの少なくとも１つの前処理された面が重ね合わせた層の方を向くように、積み重ね層（１０４）内で配向される、工程、
（ｉｉｉ）成形型（１０２）内で、少なくとも５０℃の成形温度で、最大１１００ＭＰａの成形終了圧力まで、１つの第一層（１０４ａ）及び１つの第二層（１０４ｂ）を含む少なくとも２つの層の前記積み重ね層（１０４）をプレス成形し、所定の形状及び単層構成のセルロース系製品（１０３、７００）にする、工程を含み、前記工程（ｉｉｉ）において、前記１つの第一層（１０４ａ）及び前記１つの第二層（１０４ｂ）を含む前記層は、前記成形終了圧力に達するまで互いに対して移動可能である。

一実施形態において、接着剤コーティングは水系分散体又はエマルジョンであり、好ましくは生分解性及び／又は再生利用可能である。接着剤コーティングは、大豆ベースの接着剤、亜麻仁油ベースの接着剤からなる群から選択されてもよい。

一実施形態において、前記コーティングの面積重量は、第一層（１０４ａ）及び／又は第二層（１０４ｂ）の０．５～５０ｇ／ｍ^２、又は２～２０ｇ／ｍ^２の範囲にある。前記第一層（１０４ａ）及び／又は第二層（１０４ｂ）は、セルロース系製品の機械的特性、疎水性、疎油性、触覚、美的特性を変化させる１つ以上の添加剤を含んでもよく、前記第一層及び／又は第二層は、５０～９０％乾燥重量のセルロース繊維及び１０～５０％乾燥重量の前記１つ以上の添加剤によって構成される。

１つ以上の添加剤は、デンプン化合物、特にデンプン系ポリマー、ロジン化合物、ポリカルボン酸、特にブタンテトラカルボン酸、ゼラチン化合物、アルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）、アルケニルコハク酸無水物（ＡＳＡ）、ワックス化合物、ケイ素化合物、カルシウム化合物及びフルオロカーボンからなる群から選択されてもよい。

１つ以上の添加剤を、工程（ｉ）の前に又は一部として、前記第一層（１０４ａ）及び／又は第二層（１０４ｂ）に添加してもよい。

一実施形態において、成形型（１０２）は、５０℃～２００℃、又は５０℃～１００℃の成形温度まで加熱される。

生分解性コーティングは、第一層及び第二層（１０４ａ、１０４ｂ）のそれぞれの少なくとも１つの面に、同じ又は異なる厚さで塗布されてもよい。

一実施形態において、前記コーティングされた第一層（１０４ａ）及びコーティングされた第二層（１０４ｂ）のそれぞれが、５０～２０００ｇ／ｍ^２の範囲の面積重量、又は２５０～３８０ｇ／ｍ^２の範囲の面積重量を有する。

一実施形態において、前記積み重ね層（１０４）は、２～１０、又は２～７、又は２～５の第一層（１０４ａ）及び第二層（１０４ｂ）を含む又はこれらの層からなる。

一実施形態において、コーティングされたセルロース系層の総重量は、６５０～２２００ｇ／ｍ^２の範囲、又は１０００～１７００ｇ／ｍ^２の範囲にある。

一実施形態において、前記セルロース系製品（１０３、７００）の表面は、ディップコーティングされ又はスプレーされ又はカーテン流し塗りされ又は仕上げ剤を用いてブラッシングされている。

他の実施形態において、前記積み重ね層（１０４）は、成形温度未満の融解温度を有する２～５％乾燥重量の熱可塑性強化繊維を含む、１つ以上の追加層（３０４ｃ、４０４ｃ）を含む。

更なる実施形態において、本発明は、本発明における方法に従って製造されたセルロース系カトラリー及び／又はセルロース系食器を対象とする。

請求項の方法のある特定の利点は、最終的にセルロース系製品を構成する個々の層が、形成中に比較的長時間互いに対して移動可能な状態のままでいるという事実に見られる。このことにより、加圧下での成形中に発生する、主に個々のセルロース系層の間の材料内部の応力及び歪みを緩和することが可能となり、そして、製造された製品が補強され、高い剛性が製品に付与される。例えば、最終製品の剛性は、プレス成形の前に個々の層が既に一緒に接着するように、個々の層をプレラミネートすることによって製造された製品と比較して、２０～４０％高くなる。それは、プレス成形の前にプレラミネートする場合、プレス成形中に、接着した層の変形に起因する応力及び歪みが解放されていないからである。したがって、個々の層は、変形を受ける間、互いに移動したりわずかにずれたりする自由を得られない。本明細書では、剛性は、機械的な変形、例えばプレス成形による変形に対して、最終製品によって提供される抵抗測定として定義される。

したがって、更に有利に、製品の製造に必要な材料が少なくなり、製造コスト及び資源要件を低減することができる。

さらに、当該層構造により、それぞれの層に様々な美的及び／又は使用上の特性をもたらすことが可能となり、個々の顧客に対してオーダーメイド製品を製造することができる。

加えて、当該方法は、請求項の方法のエネルギー、コスト、複雑さ及び機械の設置面積の側面で不利である、予備圧縮工程を必要としない。

成形プレスにおける第一層及び第二層の積み重ね層からセルロース系製品を製造する方法を模式的に示す。

多層のコーティングされたセルロース系シート材料が提供され、そこから最終的な三次元の製品に対応する二次元の形状が切り抜かれる実施形態を模式的に示す。これらの二次元の切り抜き形状は、成形プレスの成形型の下部に積み重ねられる。

成形型の下部において、３つの二次元の切り抜きが、積み重ね層をプレス成形する前に積み重ねて配置される実施形態の断面図を模式的に示す。

切り抜きの積み重ね層を、型の下部に接近する型の上部を介して型の下部に押し込むことにより、型を順次閉じて、セルロース系切り抜きの積み重ね層が三次元製品にプレス成形される実施形態を模式的に示す。

曲げ力Ｆを加えられた単層の塊状構造を模式的に示し、当該図は、引張応力及び降伏応力を説明するのに役立つ。

上型部品と下型部品との間に積み重ねられた第一層及び第二層を有する上型部品及び下型部品の実施形態の詳細な断面図を模式的に示す。さらに、プレス成形される場合にこれらの層に作用する、対応する力を矢印で示す。

セルロース系製品のそれぞれの実施形態を示す。スプーン及びナイフは、カップストック紙の層から作られる。

本願は、セルロース系製品を製造するための方法に関する。用語「セルロース系製品」は、主にセルロースから構成される製品について言及する。前記製品は、好ましくは三次元の形状を有する。その形状に関しては、原則として制限はない。請求項に記載の方法によって調製されるセルロース系製品は、特に食品と組み合わせて、あらゆる種類の物体を包装又は使用するために特に有用である。製品としては、例えば、トレー、皿、ボウル、容器及びカトラリーが挙げられる。請求項に記載の方法によって調製されるセルロース系製品に関するある特定の側面は、カトラリー、特に、使い捨て用のカトラリーであり、これらは、更に具体的には、生分解性、堆肥化可能及び／又は再生利用可能である。

前記方法の第一工程において、１つの第一層及び１つの第二層を含む少なくとも２つの層が提供される。第一層及び第二層は、互いに同一又は異なっていてもよい。用語「同一又は異なる」は、例えば、グラムマチュア（ｇｒａｍｍａｔｕｒｅ）及び／又は層の上面又は下面のコーティングにおける違い、又は前記層に組み込まれたセルロース繊維の違いだけではなく、前記セルロース繊維の構造に関しても言及する。

前記第一層及び／又は第二層内に組み込まれたセルロース繊維は、いかなる起源であってもよい。セルロース繊維は、あらゆる種類の木材、すなわち、好ましくは軟木又は硬木、又は竹、バガス、麦わら、草、ココア殻繊維、ココナッツ殻繊維、麻繊維などから、当該技術分野で知られている方法に従って生成される。

セルロース繊維は、セルロース系シート、又は紙、又はボードを形成するように配置され、個々のシートは、層、例えば、第一層及び／又は第二層に対応する。好ましい実施形態において、セルロース系繊維は、カップストック紙のシートを形成するように配置される。言い換えれば、好ましい実施形態において、カップストック紙は、１つの第一層及び少なくとも１つの第二層に使用される。

元の層材料は、例えばホットグルー特性を有する接着剤コーティングで更に前処理され、例えば、コーティングの粘度は温度に依存し、例えば５０℃を超える高温では、コーティングの粘度はより液体のようになる又は柔らかくなり、例えば、コーティングを介して積み重ね層内の隣接する層の表面の濡れ性が向上する。プレス成形された積み重ね層を、例えば５０℃未満の成形温度以下に冷却すると、接着剤コーティングが固化し、層が一緒に接着される。次に、積み重ねられた層は単層構成となる、すなわち、層は、例えば手を使って互いに分離できないように、互いに二次元的に連結されている。

当該コーティングは、最終製品の性能／顧客による使用のために加工時のヒートシール性及び耐水性及び耐油性を提供する。

接着剤コーティング、又は接着膜は、当業者に知られている接着特性を有するコーティングであればよい。例えば、コーティングは、Ｓｔｏｒａ Ｅｎｓｏ社、Ｋｏｔｋａｍｉｌｌｓ社、Ｓｏｌｅｎｉｓ社又はＦｌｉｎｔ Ｇｒｏｕｐ社から市販されているワニスなどの、水系分散体又はエマルジョンを含んでもよい。接着剤コーティングの最も重要な特徴は、層が互いに対して移動可能なままであることを可能にする、本発明の
方法において定義される工程（ｉｉｉ）の間に粘度を維持し、冷却時に固化し、接着層を構築することである。

一実施形態において、コーティング組成物は、乾燥油、樹脂、及びシンナー又は溶媒の組み合わせである。好ましくは、溶媒は水であるか、又は少なくとも有機溶媒と比較して水の含有量が非常に高い、すなわち少なくとも４：１である。乾燥油には、亜麻仁油、桐油、及びクルミ油を含む多くの異なる種類がある。これらは、多くの多価不飽和脂肪酸を含む。多くの異なる種類の樹脂は、本特許請求の範囲に記載される方法の範囲内で使用されるコーティング組成物中で使用することができる。天然樹脂には、アンバー、カウリガム、ダンマル、コーパル、ロジン（松脂）、サンダラック、バルサム、エレミ、マスティック、及びシェラックが含まれる。アクリル、アルキド、ポリウレタンなどの合成樹脂もまた、使用することができる。

一実施形態において、接着剤コーティング組成物は、アルキド樹脂を基礎とするエマルジョンである。あるいは、コーティング組成物は、ポリウレタン又はエポキシ樹脂を基礎とするものであってもよい。

特定の実施形態において、コーティングは、生分解性／堆肥化可能／再生利用可能であり、例えば、コーティングは、大豆ベース、又は亜麻仁油ベースである。

前記方法の第二工程において、層は配置される、例えば、成形プレスの成形型の下部の空洞内に配置され、一方で層は互いに積み重ねられる。積み重ねられた層は、それによって隣接する層と緩く接触する。したがって、積み重ねられた層は自由に動くことができ、特に積み重ね層に作用する外力による変形に伴って、例えば、互いにずれることができる。

好ましい実施形態において、各層の一面は、接着剤コーティングでコーティングされ、層は、隣接する層の間に接着剤コーティングが位置するように積み重ねられる。この好ましい実施形態において、例えば、積み重ね層の上表面、すなわち、製品の上表面側を形成する最も上の層は、この層のコーティングされていない面によって形成される。

同様に、例えば、積み重ね層の下表面によって形成される最も下の表面は、最も下の層のコーティングされた面である。すなわち、特定の層が押し込まれる前に反転しないからである。代替的に、最終製品の顧客側を形成する上表面のいずれも、層コーティングされている表面ではない。又は、更に代替的に、製品の上表面は、それぞれ上層、下層のコーティングされた面によって形成され、例えば、上層は２つの面にコーティングを有する。

前記方法の第三工程において、積み重ねられた層は、成形プレスを閉じることによって押し込まれ、例えば、成形プレス型の上部及び下部は、互いに接近する。成形プレスを閉じることにより、積み重ね層が変形するように、積み重ね層に成形圧力がかかり、積み重ね層を製品の三次元形状に変化させる。成形プレスの上部及び下部は、プレス成形中に連続的に互いに接近することができる。不連続な動きは、例えば所定の圧力プロファイルを構築するためと同様に考えることができる。積み重ねられた層の弾性特性に依存して、材料固有の終了圧力が事前に決定され、最終的にプレス成形時に到達する。成形終了圧力に達すると、プレス成形の処理は終了し、例えば、最大１１００ＭＰａの終了圧力に達した場合、プレスの上部は自動的に引き出され、押し込まれた積み重ね層は解放される。一般的に、終了圧力は、１ＭＰａ～１１００ＭＰａ、又は５ＭＰａ～１００ＭＰａ、又は１ＭＰａ～５０ＭＰａ、又は１ＭＰａ～１０ＭＰａ、又は１０ＭＰａ～２０ＭＰａの値に設定される。

セルロース系製品は、０．００１～２０秒の範囲の成形期間中に成形型内で形成されてもよい。あるいは、成形期間は、０．０１～１５．０秒又は０．１～１０．０秒であってもよい。この期間は、セルロース系製品の所望の特性を獲得するように選択され、例えば、剛性は、層間の良好な接着をもたらしながら、プレラミネートされた積み重ね層をプレス成形する場合と比較して、少なくとも２０％、例えば、約３０％高く、このことはセルロース製品の機械的特性及び使用性に大きく貢献する。例えば、最終製品の個々の層を別々に引き裂こうと試みる場合、層における実際にコーティングされ、硬化した接触表面間の分離は観察されない。むしろ、層自体のセルロース系材料は、互いに分離し始める。

積み重ね層のプレス成形中、成形型、例えば成形型の成形空洞の上部又は下部又は両部分は、３０℃～３００℃、好ましくは５０℃～３００℃、更に好ましくは５０℃～２００℃、なお更に好ましくは５０℃～１００℃、例えば６０℃～８０℃の範囲の成形温度まで加熱される。すなわち、成形空洞の温度は、プレス成形中、例えば７０℃の成形温度で一定に保たれる。成形型の加熱は、成形型に積み重ね層を配置する前に、又は少なくとも部分的に成形型でプレス成形する前に行われてもよい。このことは、例えば、製造工程に適切な加熱装置を配置することによって達成することができる。

成形型空洞、例えば成形プレスの成形型の上部及び／又は下部は、積み重ね層の等方圧縮、すなわち、加えられる成形圧力が積み重ね層の周囲の全方向に均一に分布することを可能にするように構成することができる。したがって、成形型の上部及び／又は下部は、柔軟な、例えば液状の型部分を含む。

前記方法の第三工程において、積み重ね層を押し込んで単層を構成する。個々の層は、顧客が目視で確認することができる。層は、互いに二次元的に相互接続されており、すなわち層、例えば、層の硬化した相互接続されたコーティングされた面は、例えば手を使って互いに分離することができない。したがって、層はむしろ実際のセルロース系層材料を別々に引き裂くことによって分離される。

したがって、プレス成形された層は、材料は、著しく異なる物理的又は化学的特性を持つ、２つ以上の構成材料、例えば、コーティング及びセルロース系層から作られ、組み合わせたときに、個々の成分とは異なる特性、例えば、増加した剛性を持つ材料が生成されるという意味で、複合材料を形成する。個々の構成要素は、コーティングが、例えば熱の影響下のその軟化特性により、熱の影響下で例えば少なくとも部分的にセルロース系層の中に埋め込まれ、したがって完成した成形プレス構造を更に補強することを考慮した上で、ある程度分離した又は別個のままである。したがって、最終的な複合製品は、内部まで同じ材質の製品及び混合物とは区別され、混合物の場合、化合物の最初の空間分布は、混合することによって失われ、最終製品は構成材料の独自の分布を有する。

本発明の他の側面において、第一層及び／又は第二層は、特性、例えば、セルロース系製品の機械的特性、疎水特性、及び／又は疎油特性を変化させる、１つ以上の添加剤を含む。第一層及び／又は第二層の各層は、５０～９０％乾燥重量のセルロース繊維及び１０～３０％乾燥重量の１つ以上の添加剤の材料組成を有することができる。第一層及び／又は第二層の添加剤の例として、デンプン化合物、ロジン化合物、ブタンテトラカルボン酸、ゼラチン化合物、アルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）、アルケニルコハク酸無水物（ＡＳＡ）、ワックス化合物、ケイ素化合物、カルシウム化合物、及び／又はフルオロカーボンが挙げられる。第一層及び／又は第二層に添加剤を使用することによって、セルロース系製品の特性を効率的に操作し制御することができる。添加剤は、セルロース系製品が異なる目的で使用できるようにするために、特性、例えば、機械的特性、疎水特性、及び／又は疎油特性を変化させることができる。例えば、添加剤としてデンプン化合物又は炭酸カルシウムなどのカルシウム化合物を使用することによって、傷のない表面を作り出すことが可能である。

食品と接触する製品に適した、異なる層で使用される他の添加剤には、例えば、炭酸塩；多糖類；シリカなどのミネラル；マイクロクリスタリンワックス、低分子ポリオレフィン及びポリテルペンなどのパラフィン；ポリビニルアルコール；シリコーンオイル、
樹脂又はエラストマー；塩化クロム錯体；アルミニウム塩、カルシウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、及びアンモニウム塩；カゼイン；マンノガラクタン（ｍａｎｎｏｇａｌａｃｔａｎｅｓ）；カルボキシメチルセルロースのナトリウム塩；メチルセルロース；ヒドロキシエチルセルロース；アルギン酸；キサンタン；コポリマー構造；塩基性の炭酸ジルコニウムカリウム；イミダゾリウム化合物；エトキシル化されたパーフルオロポリエーテルジオールのリン酸エステル；変性ポリエチレンテレフタラート；パーフルオロポリエーテルジカルボン酸；ポリヘキサフルオロプロピレンオキシドが挙げられる。

本発明の他の実施形態において、第一層及び／又は第二層の１つ以上の添加剤は、当該方法の前記工程（ｉ）の前又は後に、それぞれの層に添加される。

本発明の更なる実施形態において、前記方法の前記工程（ｉ）～（ｉｉｉ）によって定義されるセルロース系製品を製造する方法は、バッチ式又は連続式で実行することができ、好ましくは連続式である。この実施形態において、少なくとも１つの第一層及び少なくとも１つの第二層は、例えばベルトコンベアに類似する、連続した層の形態で提供されてもよく、そこから、三次元の最終製品形状に対応する二次元の切り抜きが連続して行われる。これらの切り抜きは、最終的に、例えば下部の成形型の空洞に自動的に供給され、それによって、当該方法の工程（ｉｉ）で説明したように、重ね合わせた関係に自動的に配置され、第一層及び第二層の積み重ね層が生成される。特に、前記連続式の方法は、セルロース系製品の製造に対して特に効率的である。

ある実施形態において、多層セルロース系製品の少なくとも１つの層は、事前に印刷された又は着色された層である。例えば、最終製品を取り扱うために顧客に露出される層は、着色されている又はラベルが刻印されている。例えば、事前印刷又は着色は、ブランド化及び／又は内容の説明のために使用され、追加のラベルの必要性を排除し、又はセルロース系製品の魅力的な外観を得る。単一の層又は複数の層は、適切な従来の着色方法によって着色されてもよく、セルロース系製品が美的に魅力的なデザインを有するために、グラフィカルな図形又は模様が単一の層又は複数の層に印刷されてもよい。

方法工程（ｉｉｉ）の一部として、第一層及び第二層の積み重ね層は、バリア層と共にプレス成形されてもよく、前記バリア層は前記型内に提供され、－プレス成形工程の結果として－最終的にセルロース系製品に付着される。バリア層は、例えば、熱可塑性フィルムなどの適切なポリマーフィルム、又は液体及び／又は気体のバリアとして作用する同様の構造から作ることができる。

本発明について、図１～図７における添付図面を参照しながら、以下でより詳細に説明する。

図１～図７の実施形態において、下部成形型１２０ｂに第一層１０４ａ及び第二層１０４ｂを重ね合わせた方法で配置する間、第一層１０４ａ及び第二層１０４ｂは、本質的に平坦な形状を有する。しかし、他の最初は平坦ではない層は、代替的に成形型１０２の下部１０２ｂ又は同様に上部１０２ａに配置されてもよい。成形プレス１０１の成形型１０２に配置された多層積み重ね層１０４は、最終製品１０３、７００の所望の形状に近い形状を提供する。

平坦な形状は、例えば最初に提供されるシート材料の形状などの、一般的に二次元の形状について言及することができ、本質的に平坦でない形状は、適切な三次元の形状のいずれかについて言及することができる。セルロース系製品１０３、７００は、異なる厚さを有する複雑な形状、又は穴若しくは開口部を有する部分を有してもよい。例えば、セルロース系製品１０３、７００は、折り目、成形された文字、ヒンジ、糸、ハンドル又は表面パターンを含んでもよい。

図１は、２つのセルロース系層１０４ａ、１０４ｂからセルロース系製品１０３を製造する方法の実施形態を模式的に示す。最も好ましくは、層１０４ａ、１０４ｂは、本質的にカップストック紙から作られ、２つの層１０４ａ、１０４ｂは、成形プレス１０１の成形型１０２の下部１０２ｂに互いに重ね合わせた関係で配置され、それによって第一層１０４ａ、第二層１０４ｂの積み重ね層１０４が生成される。成形型の下部１０２ｂにこれらの層１０４ａ、１０４ｂを配置した後、成形圧力が高まる一方で、成形型１０２の上部１０２ａは、上から積み重ね層１０４に接近し、成形圧力は、積み重ね層１０４に、したがって個々の層１０４ａ、１０４ｂに作用する。加圧動作を開始した後のある時点で、終了圧力は、例えば１１００ＭＰａの所定圧力に達し、一方で、終了圧力に達すると、成形プレス１０１の上部１０２ａは、好ましくは成形型１０２の下部１０２ｂから自動的に引き出される。成形型１０２の引き出しの際に、押し込まれた三次元の所定の製品形状は、成形温度未満の温度に少なくとも部分的にさらされ、圧縮された単層構成は、コーティングのホットグルー特性により硬化される。一般的に、終了圧力は、１ＭＰａ～１１００ＭＰａ、又は５ＭＰａ～１００ＭＰａ、又は１ＭＰａ～５０ＭＰａ、又は１ＭＰａ～１０ＭＰａ、又は１０ＭＰａ～２０ＭＰａの値に設定される。

図２に模式的に示すように、最初に提供されたセルロース系層２０４は、最終的な三次元の製品形状に対応する二次元の形状２０５を、最初に提供されたシート状の層２０４から、例えばスプーンの形状を切り取ることによって、配置される前に予備成形される。すなわち、これらの切り抜き２０５は、成形型１０２の下部１０２ｂに配置されている。それにより、最初に提供されたセルロース系層２０４は、個別に切り分けられる、又は効率を高めるために、当該層は単一の処理工程で切り分けられる。すなわち、層の切り分けは、例えば、最初に提供されたシート材料を上から下へと押すことによって行うことができる。好ましい実施形態において、下方への動きはまた、切り抜き２０５を、最終的には成形型１０２のプレス成形空洞の下部１０２ｂになる空洞２０６に押し込む。

図３は、成形型３０２のプレス成形空洞の下部３０２ｂにセルロース系層３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃを配置することを模式的に示す。この重ね合わせた関係において、少なくとも第一層３０４ａ、第二層３０４ｂ及び第三層３０４ｃは、互いに緩く接触して配置され、この関係は、図３によって積み重ね層３０４が互いにわずかに離れて描かれることによって示される。積み重ね層３０４の重ね合わせた関係において、第一層３０４ａ、第二層３０４ｂ、第三層３０４ｃは、第一層３０４ａ、第二層３０４ｂ、第三層３０４ｃが接触しているが、依然として互いに逆らって動くことができるように、すなわち、力、例えばプレス成形力が第一層３０４ａ、第二層３０４ｂ、第三層３０４ｃに作用するとき、又は個々の層３０４ａに作用するとき、第一層３０４ａ、第二層３０４ｂ、第三層３０４ｃは互いに隣接する表面に沿ってずれることができるように、重なり合って配置される。これらの層は、個別部分として配置される。積み重ね層内の異なる層３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃの順序は、得られるセルロース系製品１０３、７００の所望の特性に応じて変更されてもよい。図３の実施形態において、第一層３０４ａは、第二層３０４ｂなどの上に又は逆の順序で配置される。層３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃは、成形型下部３０２ｂに手動又は自動で、例えば手作業で層ごとに配置され、又は第一層３０４ａ、第二層３０４ｂ、第三層３０４ｃなどは、ベルトコンベアによって又は当業者に知られているロボット支援方法で供給される。一実施形態において、前記層３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃは、例えば、ベルトコンベアによって連続的に供給され、最終製品１０３、７００の切り抜き形状２０５は、製造方法が連続的な一段階工程であるように、本質的に自動的に型を抜き取られ、成形型３０２ｂの下部に配置される。成形型３０２は、高圧道具及び他の必要なプレス装置を含む適切な成形型ユニットに配置してもよい。

図４は、コーティングされた第一、第二及び第三セルロース系層４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃからなる積み重ね層４０４が、成形型上部４０２ａの押し込み動作によって成形型空洞の下部４０２ｂに押し込まれる実施形態を模式的に示す。この押し込み動作の際に、積み重ね層４０４は、その最初の二次元の切り抜き形状２０５から所望の三次元製品形状へと変形し始める。最終製品形状の湾曲によって、最初の押付力Ｆ_０は、各層４０４ａ、４０４ｂ、４０４ｃに作用する剪断力Ｆ_Ｓにある程度変換される。剪断力Ｆ_Ｓは、変形の程度に応じて積み重ね層４０４の厚さにわたって変化することができる。例えば、製品形状又は製品設計に応じて、その上面、例えば積み重ね層４０４の最上層４０４ａにおけるスプーンの曲率半径は、その下面である積み重ね層４０４の下層４０４ｂの曲率半径と多少区別される。

この文脈は、図５でさらに詳細に説明される。図５は、最初は一直線の塊状構造５００、例えばスプーンの一部の断面を示し、その上から外部の曲げ力Ｆが作用し、それによって当該構造が曲げられる。当該構造を上部「アップ」及び下部「ロー」に分離する点線の中間線５０５が示されている。さらに、破線の対称線５０６は、曲がった構造を左部分「Ｌ」及び右部分「Ｒ」に分離する。２つの曲率半径ｒ_ｔ及びｒ_ｂは、対称線５０６から測定され、一方でｒ_ｔは当該構造の上部について言及し、ｒ_ｂは当該構造５００の下部について言及する。曲率半径は、曲げることを介して互いを区別するため、「アップ」にはＦ_ｙで示される降伏応力がかかり、一方で「ダウン」にはＦ_ｔで示される引張応力がかかる。２つの対抗する力Ｆ_ｙ及びＦ_ｔは、対称線５０６と中間線５０５との間の交点のみで互いに打ち消し合う。したがって、対抗する力は、曲がった構造５００の内部を不安定にする。したがって、これらの内部力による不安定化の程度を低減するために、当該構造を個々の層５０４ａ、５０４ｂに分裂させ、例えば、塊状構造５００を「アップ」と「ロー」との間で分離させる。外部の曲げ力Ｆによって引き起こる変形の際に、下部「ロー」及び上部「アップ」は、次に、簡略化を理由として図５の「Ｒ」の側にのみ示されたｄＸとして特徴づけられる量だけ互いにずれて、それにより、２つの層５０４ａ、５０４ｂを曲げることによって生じる張力の一部を解放する。

以下では、個々の層５０４ａ、５０４ｂ間に作用する力について更に検討する。すなわち、外部の曲げ力は、層への垂直な押し込みではなく、最終製品１０３、７００の三次元形状を模倣する。したがって、曲げ力は、層５０４ａ、５０４ｂに異なる方向で作用するより小さな力に分解される。

図６は、２つの金型部分６０２間に第一層６０４ａ及び第二層６０４ｂが積み重ねられた状態の金型部分上部６０２ａ及び金型部分下部６０２ｂの詳細な図を模式的に示し、対応する力は、矢印で示される。この力は、積み重ね層６０４をプレス成形するときに現れる。詳細には、成形プレス１０１の上部６０２ａが積み重ね層６０４の上層６０４ａ、すなわち、金型６０２の上部６０２ａの方を向く層６０４ａに近づくと、積み重ね層６０４の圧縮が開始される。したがって、この押付力Ｆ_０は、最初に積み重ね層６０４の上層６０４ａに作用し、一方、第一層６０４ａは、押付力Ｆ_０を更なる下層６０４ｂ、すなわち第二層６０４ｂに向かって伝達する。押付力Ｆ_０は、図４では垂直抗力Ｆ_Ｎと剪断力Ｆ_Ｓとに分解して示される。垂直抗力Ｆ_Ｎは、通常、成形プレス型６０２の下部６０２ｂを指す。剪断力は、図６に点線で示すように、２つの層６０４と６０４ｂとの間に位置する、剪断線６０５に沿って向く。したがって、剪断力の方向は、それぞれ成形部分の上部６０２ａ、６０２ｂの曲率に対応する。より一般的な用語で表現すると、剪断力のベクトルの方向は、本質的に成形プレス型６０２の上部６０２ａ／下部６０２ｂの曲率に沿った方向を指す。積み重ね層６０４は、互いに対して移動可能であるため、剪断力は、層６０４ａと層６０４ｂとの間の機械的な摩擦によってのみ吸収される。摩擦の強さは、成形圧力に比例し、したがって、層６０４ａと層６０４ｂとの間の摩擦は、プレス成形中に増加する。その結果、層６０４ａと層６０４ｂとの間の摩擦は、最初は低く、したがって、出現する剪断力は、個々の層６０４ａ、６０４ｂにある程度だけ結合し、このことは、層６０４ａ、６０４ｂが互いに対してずれる又は移動する又は移行することを可能にする。したがって、形成中に生じる応力は低減され、最終的なセルロース系製品１０３、７００に完全に取り込まれず、最終製品１０３、７００はより高い機械的剛性を有するままである。それぞれの層６０４ａ、６０４ｂは、互いの間に位置する層６０４ａ、６０４ｂの少なくとも１つのコーティングされた面を有するように配置されるので、個々の層６０４ａと６０４ｂとの間の摩擦はまた、コーティングの特性に依存する。

図７は、セルロース系製品７００のそれぞれの実施形態を示す。スプーン及びナイフは、カップストック紙の層から作られる。

１０１：成形プレス
１０２：成形型
１０２ａ－６０２ａ：成形型上部
１０２ｂ－６０２ｂ：成形型下部
１０３、７００：セルロース系製品
１０４－６０４：積み重ね層
１０４ａ－６０４ａ：第一層
１０４ｂ－６０４ｂ：第二層
１０５：成形空洞
２０４：最初のセルロース系層
２０５：切り抜き
２０６：空洞
３０４ｃ－４０４ｃ：第三層
５００：構造
５０５：中間線
５０６：対称線
６０５：剪断線

Claims (15)

1. セルロース系製品（１０３、７００）を製造する方法であって、
   （ｉ）１つの第一層（１０４ａ）及び１つの第二層（１０４ｂ）を含む少なくとも２つの層を提供する工程であって、前記第一層（１０４ａ）及び前記第二層（１０４ｂ）は、それぞれセルロース繊維を含み、前記第一層（１０４ａ）及び／又は前記第二層（１０４ｂ）の少なくとも１つの面は、接着剤コーティングで前処理される、工程
   （ｉｉ）成形プレス（１０１）の成形型（１０２）内で、前記１つの第一層（１０４ａ）及び前記１つの第二層（１０４ｂ）を含む前記少なくとも２つの層を、互いに重ね合わせた関係で配置し、それによって前記第一層（１０４ａ）及び前記第二層（１０４ｂ）を含む前記少なくとも２つの層の積み重ね層（１０４）を生成する工程であって、前記第一層（１０４ａ）及び前記第二層（１０４ｂ）は、前記第一層（１０４ａ）及び／又は前記第二層（１０４ｂ）のそれぞれの前記少なくとも１つの前処理された面が前記重ね合わせた層の方を向くように、前記積み重ね層（１０４）内で配向される、工程
   （ｉｉｉ）成形型（１０２）内で、少なくとも５０℃の成形温度で、最大１１００ＭＰａの成形終了圧力まで、前記第一層（１０４ａ）及び前記第二層（１０４ｂ）を含む前記少なくとも２つの層の積み重ね層（１０４）をプレス成形し、所定の形状及び単層構成を有する前記セルロース系製品（１０３、７００）にする、工程
   を含む方法であり、
   前記工程（ｉｉｉ）において、前記第一層（１０４ａ）及び前記第二層（１０４ｂ）を含む前記層は、前記成形終了圧力に達するまで互いに対して移動可能であることを特徴とする、方法。
2. 前記接着剤コーティングが水系分散体であり、好ましくは生分解性及び／又は再生利用可能である、請求項１に記載の方法。
3. 前記接着剤コーティングが大豆ベースの接着剤、亜麻仁油ベースの接着剤からなる群から選択される、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記コーティングの面積重量が、前記第一層（１０４ａ）及び／又は前記第二層（１０４ｂ）の０．５～５０ｇ／ｍ^２、又は２～２０ｇ／ｍ^２の範囲にある、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記第一層（１０４ａ）及び／又は前記第二層（１０４ｂ）が、前記セルロース系製品の機械的、疎水性、疎油性、触覚、美的特性を変化させる１つ以上の添加剤を含み、前記第一層及び／又は前記第二層が、５０～９０％乾燥重量のセルロース繊維及び１０～５０％乾燥重量の前記１つ以上の添加剤によって構成される、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記１つ以上の添加剤が、デンプン化合物、特にデンプン系ポリマー、ロジン化合物、ポリカルボン酸、特にブタンテトラカルボン酸、ゼラチン化合物、アルキルケテンダイマー（ＡＫＤ）、アルケニルコハク酸無水物（ＡＳＡ）、ワックス化合物、ケイ素化合物、カルシウム化合物及びフルオロカーボンからなる群から選択される、請求項５に記載の方法。
7. 前記１つ以上の添加剤が、工程（ｉ）の前に前記第一層（１０４ａ）及び／又は前記第二層（１０４ｂ）に添加される、請求項５又は６に記載の方法。
8. 前記成形型（１０２）が５０℃～２００℃、又は５０℃～１００℃の成形温度まで加熱される、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記生分解性コーティングが、前記セルロース系層（１０４ａ、１０４ｂ）のそれぞれの少なくとも１つの面に、同じ又は異なる厚さで塗布される、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記コーティングされた第一層（１０４ａ）及び前記コーティングされた第二層（１０４ｂ）のそれぞれが、５０～２０００ｇ／ｍ^２の範囲の面積重量、又は２５０～３８０ｇ／ｍ^２の範囲の面積重量を有する、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記積み重ね層（１０４）が、２～１０、又は２～７、又は２～５の前記第一層（１０４ａ）及び前記第二層（１０４ｂ）を含む又はこれらの層からなる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 前記コーティングされたセルロース系層の総重量が、６５０～２２００ｇ／ｍ^２の範囲、又は１０００～１７００ｇ／ｍ^２の範囲にある、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記セルロース系製品（１０３、７００）の表面が、ディップコーティングされ又はスプレーされ又はカーテン流し塗りされ又は仕上げ剤を用いてブラッシングされる、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記積み重ね層（１０４）が前記成形温度未満の融解温度を有する２～５％乾燥重量の熱可塑性強化繊維を含む、１つ以上の追加層（３０４ｃ、４０４ｃ）を含む、請求項１～１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 請求項１～１４のいずれか一項に記載の方法に従って製造された、セルロース系カトラリー及び／又はセルロース系食器。

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