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CN112109985A - 包装材料、包装、用于提供包装材料的方法 - Google Patents

包装材料、包装、用于提供包装材料的方法 Download PDF

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CN112109985A
CN112109985A CN202010572314.4A CN202010572314A CN112109985A CN 112109985 A CN112109985 A CN 112109985A CN 202010572314 A CN202010572314 A CN 202010572314A CN 112109985 A CN112109985 A CN 112109985A
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antenna
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格洛里亚·吉德蒂
加布里尔·博雷利
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Tetra Laval Holdings and Finance SA
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Abstract

提供了一种用于提供包装材料的方法。该方法包括通过包装材料处理单元进给包装材料的卷材；确定所述包装材料的目标位置；以及控制印刷单元以在所述目标位置处印刷RFID天线，其中用于印刷所述RFID天线的材料是导电物质。还提供了一种包装材料和一种包装。

Description

包装材料、包装、用于提供包装材料的方法
技术领域
本发明涉及一种包装材料，特别是涉及一种包装层压件，其用于形成用以包封液体食物内容物的单独的包装容器。更具体地，本发明涉及这种包装材料以及用于为包装材料提供RFID标签的方法。
背景技术
包装材料用于各种行业。以层压件的形式提供一种特别适合于形成液体食物包装容器的包装材料，该层压件包括纸或纸板的本体层以及热塑性的外部液密层。为了使包装容器气密，特别是氧气气密，例如以无菌包装和奶或果汁的包装为目的，这些包装容器中的层压件通常包括至少一个附加层，最常见的是铝箔。
在层压件的内侧(即用以面对由层压件生产的包装容器的填充食物内容物的一侧)上存在施加到铝箔上的最内层，内侧的该最内层可以由一个或多个部分层组成，包括可热密封的热塑性聚合物，例如粘附性聚合物和/或聚烯烃。另外，在本体层的外侧上，存在最外可热密封的聚合物层。
包装容器通常通过现代的高速包装机来生产，该类型的高速包装机由卷材或由包装材料的预制坯料形成、填充和密封包装或容器。因此，可以通过将最内和最外可热密封的热塑性聚合物层焊接在一起而使层压包装材料的卷材的两个纵向边缘在搭接接头中彼此结合在一起，从而将该卷材重整成管来生产包装容器。将该管填充所需的液体食品，然后通过在该管中的内容物水平以下彼此隔开预定距离的管的重复的横向密封，将该管分成单个包装。通过沿横向密封处的切口将包装与该管分开，并通过沿包装材料中准备好的折痕线的折叠成形而赋予该包装所需的几何形状，通常为平行六面体或长方体。
这种连续的管形成、填充和密封包装方法概念的优点是可以进行连续的高速包装，这对成本效率有很大影响。
通常，每小时可以制备数千个包装。例如，
Figure BDA0002550076860000023
A3/高速机(
Figure BDA0002550076860000022
A3/speed)每小时可制造约15000个包装(0.9升及以上的家庭版包装容器)，每小时可制造约24000个包装容器(一次用量包装)。用于敏感性液体食物(例如奶或果汁)的包装容器也可以由层压包装材料的片状坯料或预制坯料制成。由折平的包装层压件的管状坯料生产包装，首先竖立该坯料以形成开口的管状容器单元(container capsule)，通过对整体端板的折叠和热密封使其一个开口端封闭。如此封闭的容器单元通过其开口端填充有所讨论的食品(例如果汁)，然后通过对相应的整体端板的进一步折叠和热密封将该开口端封闭。由片状和管状坯料生产的包装容器的示例是常规的所谓的山形顶部包装。还存在具有由塑料制成的模制顶部和/或螺旋盖的这种类型的包装。
已知的包装层压件通常是通过转换过程由纸或纸板的卷材生产的。如果需要这种阻隔膜，则可以施加一个或多个层压材料[通常是低密度聚乙烯(LDPE)]的粘合层，以将铝箔卷材永久地粘合到纸或纸板卷材上。纸或纸板卷材在两侧上都设置有聚乙烯[通常是低密度聚乙烯(LDPE)]的液密涂层，然后缠绕在成品包装卷轴上，以继续输送和搬运到包装机上。而且，该转换过程运行非常快，例如高达400 m/min。
已经建议为包装材料提供代表某种信息的印刷图像，该印刷图像可以供以后阅读并用于追溯或认证。这些可以在转换过程中或随着包装材料被运送通过包装机而被印刷到包装材料上，或者被印刷到包装材料的一个层上。印刷图像的示例是条形码和二维码，例如QR码。
现有技术成功地允许将独特的信息添加到包装材料的不同区段中，特别是当使用包装材料的特定区段来形成单个包装容器时。然而，这些图像必须是可见的以进行正确的阅读，这需要特定的油墨和相对于包装材料装饰的特定对比度。为包装材料提供独特信息的另一种方法是利用磁性标记，由此磁场标记可带有复杂的数据。这种复杂的数据可以例如包含独特码，根据该独特码可以识别卷材，还有卷材的部分。复杂的数据还可以提供位置信息、包装容器的精加工指示等。
尽管有上述解决方案，但是仍然需要改进的方法，以允许将独特的标识符分配给每个包装容器，以及使所得到的包装容器能够与外部设备通信。特别是，需要对独特的标识符进行改进，从而提供在货架管理、物流优化和改进的连接可回收性链方面的优点。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服现有技术的上述一个或多个限制。特别地，一个目的是提供一种用于生产包装材料的方法，其中RFID标签被在线地(即在通过转换过程或通过包装机运送包装材料期间)印刷到包装材料上。
根据第一方面，提供了一种用于提供包装材料的方法。该方法包括通过包装材料处理单元进给包装材料卷材；确定包装材料的目标位置；以及控制印刷单元以在所述目标位置处印刷RFID天线。用于印刷RFID天线的材料是导电物质，特别是碳基物质，甚至更特别是石墨烯基物质。
石墨烯基材料的使用提供了许多优点。首先，可以将RFID天线印刷得非常薄，这允许与如今的包装材料处理单元的高速操作相容。其次，该材料可能不包含不太符合食品安全法规的金属颗粒。第三，已证明使用标准的印刷单元，例如喷墨单元，将RFID天线印刷在行进中的包装材料卷材上。
石墨烯基导电物质可以是油墨，其进一步允许使用标准的油墨施加技术。
石墨烯基导电物质可以在一层或多层中包括石墨烯或氧化石墨烯。优选地，石墨烯材料的布置在1至20层的范围内。
石墨烯基导电物质可以包括石墨烯或氧化石墨烯薄片的分散体，这提供了对RFID天线的方便处理和施加。
包装材料处理单元可以是包装材料转换单元或被配置为形成、填充和密封包装容器的包装机。该方法因此非常通用，因为RFID天线可以在生产包装材料时或在包装容器的生产过程中被印刷到包装材料上。
控制印刷单元以在所述目标位置处印刷RFID天线的步骤可以进一步包括印刷与所述天线相邻的一个或多个谐振电路。通过这样做，由于谐振电路可以被调谐到独特的频率，因此可以使用不具有RFID芯片的RFID天线。
该方法可以进一步包括用物质涂覆所述一个或多个谐振电路，该物质被配置为改变谐振电路的谐振频率。因此，可以使这种谐振电路对环境条件敏感，并且如果这种环境条件被改变，则可以对其进行定制以提供信息。
该方法可以进一步包括将RFID芯片附接到所述天线。由此实现了RFID标签的改进的功能。
可以相对于包装材料的一个或多个特征来确定RFID天线的目标位置。从而实现了RFID天线的精确定位，这可用于机器配准或其他需要特定定位的机器操作。
包装材料可包括多个层，该多个层一起形成层压件，该层压件构造成当将包装材料形成为包装容器时储存液体食物内容物，并且RFID天线可被印刷在所述层之一上。因此，RFID天线可以不必被印刷在包装材料的外层上(从而是可见的)，但是它可以被嵌入到层压件中以改进对RFID天线的保护。
根据第二方面，提供了一种包装材料，该包装材料包括多个层，该多个层一起形成层压件，该层压件构造成在将所述包装材料形成为包装容器时储存液体食物内容物。包装材料包括至少一个RFID天线，当通过包装材料处理单元进给所述包装材料的卷材时，印刷该至少一个RFID天线，并且其中RFID天线由石墨烯基导电物质形成。
RFID天线的目标位置可以相对于包装材料的一个或多个特征固定。
包装材料可以进一步包括与所述RFID天线相邻的至少一个谐振电路位置，其中所述谐振频率由石墨烯基导电物质形成。
包装材料可以进一步包括附接到所述RFID天线的RFID芯片。
根据第三方面，提供了一种包装。该包装由根据第二方面的包装材料形成。
此外，该RFID标签可能与包装一起回收。
本发明的其他目的、特征、方面和优点将从以下详细描述以及附图中显现。
附图说明
现在将通过示例的方式参考所附的示意图来描述本发明的实施方式，其中：
图1是包装机的示意图，
图2是转换单元的示意图，
图3是包装材料的剖视图，
图4是包装材料的平面图，
图5和图6是RFID天线的俯视图，以及
图7是用于提供包装材料的方法的示意图。
具体实施方式
参考图1，示出了构造成形成、填充和密封包装容器的包装机10。包装机10通常包含多个连续的站，其用于将包装材料的平面卷材20转换为封闭的包装30。
将卷材状包装材料20装载到包装和填充机10中。未缠绕的包装材料20连续地输送通过各个站，以准备用于形成、填充和密封的包装材料。这种站可以例如包含纵向条形施加器和消毒单元(未显示)。
为了填充，包装材料20被转换成管并且被运送到无菌室12中，从而确保液体食物填满具有无菌气氛的管状包装材料。例如用形成环逐渐转换包装材料20以形成为管状。
管状包装材料20被纵向密封，并且液体食品通过填充管14被填满到管状包装材料20中。最后，横向密封单元16提供对管状包装材料的封闭，使得随着管状包装材料20的底端部被封闭，同时形成封闭的上端部。密封单元16还执行横向切割，以便使成品包装30与管状包装材料20分离。切出的包装30可以被进一步折叠形成并密封以获得其最终形状，例如长方体形状。
包装机10还设置有印刷单元50，该印刷单元50被布置成在通过包装机10输送包装材料20时靠近包装材料卷材20。优选地，印刷单元50被布置在包装材料20的卷材是平坦的(即在管形成之前)的位置。
印刷单元50连接至控制单元52，使得印刷单元50被配置为随着包装材料20的卷材行进通过包装机10，在不同位置处印刷RFID天线100。优选地使用石墨烯基导电物质印刷RFID天线100。
然而，也可以使用其他导电物质；特别地，可以使用导电油墨来印刷RFID天线。导电油墨可以是基于碳(例如，石墨烯或碳纳米管)的、基于金属纳米颗粒(例如，AG、Al)的或有机的(例如，SigmaAldrich的Plexcore OC AQ-1250)。尽管基于金属纳米颗粒的油墨易于使用且可商购，但是基于碳的物质由于与液体食品包装的相容性而仍可能是优选的。
印刷单元50被示出为在包装材料20的整个宽度上延伸的细长体。然而，应当理解，印刷单元50可以以许多不同的形状和尺寸来实现，只要它能够将RFID天线100印刷到包装材料20上即可。
在该实施方式中，印刷单元50被布置为在包装材料20的外表面上印刷RFID天线100；取决于用于印刷的物质，印刷单元50还可以被布置为在包装材料20的内表面上印刷RFID天线100。
RFID天线100被定位在包装材料20的固定位置或预定位置处。如稍后将参考图4解释的，包装材料20具有诸如折痕线之类的特征，其允许印刷单元50和相关联的控制单元52将印刷的RFID天线100准确地定位在其相对于这些特征的期望位置上，使得RFID天线100也准确地定位在最终包装30上。在通过芯片施加器来施加RFID芯片时，情况也如此，其中控制单元52(或配置为控制芯片施加器的操作的任何其他控制单元)被配置为准确地控制RFID芯片相对于RFID天线的位置。
因此，随着通过包装机10输送包装材料20，可以将RFID天线100施加到包装材料20。
在图2中示出了另一个实施方式，其中已经在包装材料20的制造期间，即在将包装材料20供给到包装机10之前，将RFID天线100印刷到包装材料20上。
在图2中，示出了包装材料转换单元40的示例。尽管包装材料转换单元40基于以下概念：将从料盒卷轴41供应的铝箔卷材21预层压到由挤出机42供应的热塑性材料22上，但是应当注意，此处所呈现的实施方式也可以特别适用于不具有铝箔的冷藏产品包装材料。因此，图2的示例仅应视为一种选择。实际上，对于本文所述的技术解决方案，较不复杂且无金属的包装材料可能甚至是更优选的。
包装材料20的生产继续进行，使得铝箔卷材21从料盒卷轴41中放出并在轧辊43上，以及在布置在下游的另一个轧辊45上进行引导以与冷却辊44接触，该冷却辊44与轧辊43接触并与其同步旋转。同时，通过挤出机42挤出熔融或半熔融的热塑性材料(例如聚乙烯)的连续膜22，该塑料膜被引导到所谓的辊隙(即轧辊43和冷却辊44之间的接触点)中。在这种情况下，熔融或半熔融的热塑性膜22将被容纳在冷却辊44的表面与铝箔卷材21之间，从而形成塑料-铝箔层压件。23。
纸或纸板的芯层纤卷材24从另一个料盒卷轴46上放出，并在轧辊45上引导以与冷却辊44接触。借助第二挤出机47，在第二轧辊45和冷却辊44之间挤出连续的塑料膜25，在这种情况下，排出的聚乙烯的塑料膜25将被容纳在所形成的塑料-铝箔层压件23的铝箔侧和芯层24之间。通过第二轧辊45和冷却辊44之间的压缩，芯层24和层压件23结合以形成复合包装材料层压件20。除了上述转换过程之外，也可以添加塑料材料的外层26和塑料材料的内层27，以便形成包装材料20。
如参考图1所描述的，印刷单元50可以被布置在包装材料转换单元40中的各个位置处。因此，在图2中示出了多个印刷单元50，但是应当理解，可能必要的是在一个位置处仅有一个印刷单元50。
例如，印刷单元50可以布置成使得RFID天线100在层压之前被印刷在芯层24的外侧上，或者在层压之前被印刷在芯层24的内侧上。图2示出了印刷单元50的其他可能位置。
所得包装材料20的示例在图3中以横截面示出。根据转换过程中印刷单元50的位置，RFID天线100可以布置在不同材料层之间的任何界面处：在层27的外侧上，在层27和22之间，在层22和21之间，在层21和25之间，在层25和24之间，在层24和26之间，或在层26的外侧上。
现在转向图4，示出了包装材料20的示例。包装材料20以连续的卷材的形式提供，例如被如图1所示的包装机10使用。该卷材由此包含一系列区段28，每个区段28随后用于形成单独的包装30。在图4中，示出了两个区段28。每个区段28具有多条折痕线29，并且每个区段28还设置有通过印刷单元50印刷的RFID天线100。
因此，可以从图1的印刷单元50下游的位置将图4的包装材料20取下，或者在由图2的包装材料转换单元40完成制造之后将图4的包装材料20取下。
在图5中，示出了石墨烯基RFID天线100的示例。除了天线100之外，RFID芯片110被安装到天线100。RFID芯片110可以在印刷了RFID天线100之后的任何时间进行安装。在图6中，示出了石墨烯基导电RFID天线100的另一示例。在此，RFID天线100不必一定连接到RFID芯片，而是一个或多个谐振电路120也被印刷在天线110附近。优选地，这些谐振电路120也通过印刷单元50并使用相同的石墨烯基导电物质进行印刷。由于每个谐振电路120将吸收能量，因此天线响应中的谐振频率处将存在能量损失。在所示的具有16个谐振电路的示例中，如果所有谐振电路都是独特的，则存在216个组合，其可用于数字数据表示。
印刷的RFID天线100将由此形成RFID标签或形成RFID标签的一部分。传统上，RFID标签由两部分组成：天线100和芯片110。RFID天线100在本说明书的上下文中是由石墨烯基材料形成并具有特定形状的平面导体。另一方面，芯片110是与天线100相连的小的(例如在0.5mm2的范围内)集成电路。通过使天线100直接印刷在包装材料20上，不需要在然后需要被应用于最终包装材料上的专用衬底上制造RFID标签的额外的生产步骤。用于印刷RFID天线100的石墨烯基导电物质优选地为油墨形式，从而允许使用标准设备(例如喷墨技术设备)。石墨烯基导电物质在一层或多层中包括石墨烯或氧化石墨烯。优选地，石墨烯基导电物质包括石墨烯或氧化石墨烯薄片的分散体，使得可以印刷石墨烯基物质，并且使得所得的RFID天线100通过石墨烯基材料的导电分布而形成。
如上所述，石墨烯基导电墨还使得能够将天线100直接印刷在转换单元40中的包装材料20上。使用石墨烯基物质进行印刷的一个优点是，与使用金属油墨相比，天线100的厚度可以大大减小。除此之外，石墨烯在食品安全相容性方面是优越的。
在将天线100连接至RFID芯片110的情况下，优选在印刷之后将芯片110施加并连接至天线100。
如上面参考图6所建议的，所提出的印刷技术还允许使用无芯片的RFID。在这种实施方式中，天线100不连接到任何芯片，从而能够更高效快速地生产集成RFID技术设备。
可以使用相同的石墨烯基导电油墨在天线100附近印刷几种形状。这些形状起着谐振器的作用，根据它们的几何形状，它们的特征在于电容、电感和谐振频率。通过印刷独特的形状，由此也带来了印刷具有独特光谱特征的无芯片RFID标签的可能性。因此，可以在包装材料上没有任何集成电路的情况下，通过仅利用石墨烯基物质以及将其直接印刷在包装材料上的能力而对包装(或包装材料)进行RFID识别。
在一个实施方式中，可以通过添加感测功能来改进无芯片的RFID天线100。从具有几个谐振电路120的图6的实施方式开始，这些谐振电路的特征参数可以被配置为根据一些环境变量而改变。作为一个示例，谐振电路120之一可以被聚合物油墨覆盖，该聚合物油墨构造成在包装材料20的温度升高到10℃以上则升华。如果发生这种情况，则谐振电路120的电容将改变，谐振频率也将因此改变。换言之，这种方法优选地用于包装30的冷链监控。
现在转向图7，将描述用于提供包装材料20的方法200。方法200包括：通过包装材料处理单元进给包装材料20的卷材的第一步骤202；确定所述包装材料20的目标位置的步骤204；以及控制印刷单元50以在所述目标位置处印刷RFID天线100的步骤206，其中用于印刷RFID天线100的材料为石墨烯基导电物质。
控制印刷单元50以印刷RFID天线100的步骤206还可以包含在天线100附近印刷一个或多个谐振电路120的步骤208。
任选地，方法200可以包括用物质涂覆一个或多个谐振电路120的步骤208，该物质构造成改变谐振电路120的谐振频率。
而且，方法200可以任选地包括将RFID芯片附接到天线100的步骤210。
根据以上描述，尽管已经描述和示出了本发明的各种实施方式，但是本发明不限于此，而是还可以在所附权利要求书所限定的主题的范围内以其他方式实施。

Claims (18)

1.一种用于提供包装材料的方法，所述方法包括：通过包装材料处理单元进给包装材料的卷材；确定所述包装材料的目标位置；以及控制印刷单元以在所述目标位置处印刷RFID天线，其中用于印刷所述RFID天线的材料是导电物质。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电物质是碳基物质，优选地是石墨烯基物质。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述石墨烯基导电物质是油墨。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中所述石墨烯基导电物质在一层或多层中包括石墨烯或氧化石墨烯。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述石墨烯基导电物质包括石墨烯或氧化石墨烯薄片的分散体。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述包装材料处理单元是包装材料转换单元或被配置为形成、填充和密封包装容器的包装机。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，控制印刷单元以在所述目标位置处印刷RFID天线还包括：在所述天线附近印刷一个或多个谐振电路。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：用物质涂覆所述一个或多个谐振电路，该物质构造成改变所述谐振电路的谐振频率。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括将RFID芯片附接到所述天线。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中相对于所述包装材料的一个或多个特征来确定所述目标位置。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述包装材料包括多个层，所述多个层一起形成层压件，所述层压件构造成在将所述包装材料形成为包装容器时储存液体食物内容物，并且其中所述RFID天线被印刷在所述层之一上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述RFID天线被印刷在所述包装材料的外层上。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述RFID天线被嵌入在所述包装材料中。
14.一种包装材料(20)，其包括多个层(21-27)，所述多个层(21-27)一起形成层压件，所述层压件构造成在将所述包装材料(20)形成为包装容器(30)时储存液体食物内容物，其中所述包装材料(20)包括在所述包装材料(20)的卷材通过包装材料处理单元(10，40)进给时被印刷的至少一个RFID天线(100)，其中所述RFID天线(100)由石墨烯基导电物质形成。
15.根据权利要求14所述的包装材料，其中所述RFID天线(100)的目标位置相对于所述包装材料(20)的一个或多个特征(29)是固定的。
16.根据权利要求14或15所述的包装材料，还包括位于所述RFID天线(100)附近的至少一个谐振电路(120)，其中所述谐振电路(120)是使用石墨烯基导电物质印刷的。
17.根据权利要求14至15中任一项所述的包装材料，还包括连接至所述RFID天线(100)的RFID芯片(110)。
18.一种包装(30)，其由根据权利要求14至17中任一项所述的包装材料(20)形成。
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