DE60038505T2

DE60038505T2 - Mehrschichtige Laminatstruktur aus Harz und Papier, enthaltend mindestens eine Schicht aus Polymer/Ton-Nanoverbundstoff und damit hergestellte Verpackungsmaterialien

Info

Publication number: DE60038505T2
Application number: DE60038505T
Authority: DE
Inventors: Keith S. Harriman SHIH; Ashok M. Ramsey ADUR; Benjamin Monsey FRANK; Robert D. Florida SOLIMENO
Original assignee: Evergreen Packaging International BV
Current assignee: Evergreen Packaging International BV
Priority date: 1999-06-14
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2020-06-08
Also published as: ATE391083T1; DE60038505D1; EP1263654B1; HK1045489A1; ES2304963T3; CN1355753A; EP1263654A4; JP2003502180A; JP5156161B2; WO2000076862A1; WO2000076862A9; TW539617B; EP1263654A1; HK1045489B; CN1240587C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Laminatstrukturen für Verpackungs- und Nichtverpackungsanwendungen. Diese laminierte Struktur kann sowohl für Nahrungsmittel als auch für Non-Food-Verpackungen angewendet werden. Insbesondere gibt es Laminatstrukturen mit einem Papier- oder Kartonsubstrat, das mindestens eine Schicht eines Polymer/Nanoclay-Composits oder Polymer/Nanosilikat-Composits aufweist, das ein Nanoclay (oder Nanosilikat) und ein Polymerharz umfasst. Diese Schicht aus Polymer/Ton-Nanoverbundstoff kann direkt mit dem Papier oder Karton ohne eine Zwischenverbindungsschicht verbunden oder als Überzug aufgebracht werden. Wenn die Polymer/Ton-Nanoverbundstoff-Schicht in unmittelbarer Nähe einer chemisch differenten Polymerschicht angeordnet ist, kann eine Zwischenverbindungsschicht an der Verbindungsstelle erforderlich werden, um sie miteinander zu verbinden, damit die Laminatstruktur haften bleibt.
Der Ausdruck „Polymer/Nanoclay-Composit" betrifft den Dispersionsgrad der Ton- oder der Silikatschichten in das Polymerharz, das im Nanometerbereich oder im molekularen Bereich liegt. Die individuelle Schichtdicke der Tonpartikel in einem vollständig dispergierten oder exfoliierten Polymer/Nanoclay-Compositsystem beträgt etwa 0,7 bis 1,2 Nanometer. Vom praktischen Gesichtspunkt aus kann man jedoch ein Polymer/Nanoclay-Composit als ein System definieren, bei dem der mittlere Durchmesser der Tonpartikel zwischen 0,7 und 9 Nanometern liegt. Dies wird normalerweise wie folgt erreicht:

1) Chemische Behandlung des schwellbaren Tons, z. B. Smectite, mit einem chemischen Mittel, um den Ton aus dem wassserbindenden Zustand in einen organisch bindenden Zustand umzuwandeln,
2) man lässt das Monomer in der organischen Phase in den Bereich zwischen den organisch bindenden Silikatschichten schwellen, und
3) das Monomer wird an Ort und Stelle polymerisiert.

Da die Silikatschichten in die polymere Matrix gut dispergieren, kann das Aspektverhältnis der Tonpartikel einen Wert von 1000 oder darüber erreichen und damit eine außerordentliche Verbesserung im Barriereverhalten und in den mechanischen Eigenschaften gegenüber der Polymer-Matrix ergeben. Die Aufbereitung eines solchen Polymer/Nanoclay-Composits, das auch als Nanocomposit enthaltender Ton bezeichnet wird, ist in US Patent 4,739,007 von A. Okada et al beschrieben. Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines derartigen Nylon/Nanoclay-Composits durch „Schmelzmischen" oder Compoundieren des Tons in den Polymerharz ist in US Patent 5,385,776 erläutert.
Andere Beispiele von Polymer/Nanoclay-Composits ergeben sich aus dem US Patent 4,889,885 in Verbindung mit einer Polymer/Nanoclay-Composit-Herstelltechnik. Die Polymere weisen Vinylpolymere, z. B. Polystyrol, wärmehärtende Harze, wie z. B. Epoxy und Gummi auf; in US Patent 5,091,462 anhand eines Nanoclay-Composits auf Polypropylen-Basis durch „Mischen" von Nylon 6/Nanoclay-Composit mit Polypropylen; in US Patent 5,102,948 in Form eines Nylon/Nanoclay-Composit-Herstellverfahrens (einem Nachläufer von US 4,739,007 ), und in US Patent 5,552,469 mit Ansprüchen auf Polymer/Nanoclay-Composit-Herstellverfahren mit dem Fokus auf wasserlöslichem Polymer.
Die veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 99/01504 betrifft eine laminierte Struktur, die mindestens eine Schicht aus Polyolefin integriert mit Tonpartikeln, mit einer Dicke von 0,9 bis 100 Nanometern, aufweist. Dieses Material wird nicht als Nanoclay-Composit angesehen, weil der Durchmesser der Tonpartikel über dem Bereich von 0,7 bis 9 Nanometer liegt, wie oben definiert. Hervorgehoben wird auch die Reinheit, nämlich die lichtdurchlässige Art des Laminats. Dies steht im Gegensatz zu der lichtundurchlässigen Papier/Karton-Struktur nach vorliegender Erfindung. Das Papier/Pappesubstrat nach vorliegender Erfindung sperrt Sonnenlicht und schädliches UV-Licht aus, das einen Zerfall der Produktinhalte verursachen kann.
Nanocomposite, die Ton enthalten, treten in der Literatur häufiger auf, wie sich aus folgenden Literaturstellen ergibt: „Relaxations of Confined Chains in Polymer Nanocomposites: Glass Transition Properties of Poly/ethylene oxide) Intercalated in Montmorillonite" R.A. Vaia et al, J. Poly, Sci. B: Poly. Phys. 35, 59 (1997); „Polymer Layered Silicate Nanocomposites", E.P. Giannelis, Adv. Mater., 8, 29 (1996) und "Clay-Filled Nanocomposites Offer Extraordinary Properties", Plastics Technology, 1, 21 (1998).
Ob ein Polymer/Nanoclay-Composit durch Interkalation des Tons mit dem Monomer bei anschließender Polymerisation oder durch direktes Compoundier-Verfahren hergestellt wird, liefert ein solches Polymer/Nanoclay-Composit eine große Anzahl von gewundenen Pfaden und ergibt eine enorme Verbesserung in Bezug auf Gas- oder Feuchtigkeits-Barriereeigenschaften. Das Polymer/Nanoclay-Composit ergibt auch ausgezeichnete Verbesserungen in der Steifigkeit und dem Wärmewiderstand des Harzes. Deshalb liefert die Polymer/Nanoclay-Compositschicht verbesserte Gas-Barriereeigenschaften für die Verpackung, eine erhöhte Feuchtigkeitsbarriere gegenüber der Packung und eine zusätzliche Steifigkeit zu der Struktur. Keine der vorgenannten Referenzen umfasst jedoch die Verwendung von Papier oder Karton in ihrer laminierten Struktur oder ergibt die spezielle Kombination von verbesserten Eigenschaften, wie dies im Falle vorliegender Erfindung angestrebt wird, nämlich Lichtdurchlässigkeit, hohe Steifigkeit pro Kosteneinheit, Bedruckbarkeit, Widerstand gegen Ausbeulen, ausgezeichnete Barriere gegen Sauerstoff, Feuchtigkeit, Kohlendioxid oder Geschmack, und andere Eigenschaften, die für den Fachmann erwünscht sind.
Viele Nahrungsmittel, beispielsweise Flüssigkeiten, sind Sauerstoff oder anderen Gasen ausgesetzt, die bewirken, dass die Qualität verschlechtert oder der Geschmack verändert wird. Die Verpackung oder der Behälter, die bzw. der verwendet wird, um das Nahrungsmittel zu lagern, soll deshalb sehr gute Sauerstoff-Barriereeigenschaften besitzen, um den Inhalt zu schützen. US Patent 5,725,918 behandelt Verpackungsstrukturen und beansprucht Strukturen, wie z. B. LDPE/Papier/Nylon/Zwischenverbinder/HDPE/LDPE/HDPE. Dieses Patent legt vorliegende Erfindung nicht nahe, offenbart jedoch Nylon in der laminierten Struktur als die Sauerstoff-Barriereschicht.
US Patent 5,700,560 offenbart eine Schicht bestehend aus einer Papierschicht und einer Kunststofffolie aus Polyvinylalkohol. Der prozentuale Volumenbereich des anorganischen Materials in dem Composit aus anorganischem Füllstoff/hohem Wasserstoff-Bindeharz nach diesem Patent liegt zwischen 5 Volumenprozent und 9 Volumenprozent (entsprechend Spalte 8, Zeilen 8–12); dieser Bereich offenbart die Merkmale nach vorliegender Erfindung nicht, sondern führt von dem beanspruchten Bereich nach der Erfindung weg.
Des weiteren ist es sehr wichtig, dass die Verpackung eine sehr gute Feuchtigkeitsbarriere besitzt, damit die Feuchtigkeit nicht das Material durchdringen kann, wenn trockene Nahrungsmittel darin aufbewahrt sind. Im Falle von Flüssigkeit (oder Wasser) enthaltendem Material, das aufbewahrt wird, minimieren die ausgezeichneten Feuchtigkeits-Barriereeigenschaften der Packung, den Feuchtigkeitstransport aus der Packung ebenfalls. Dies kann dadurch verbessert werden, dass Polyolefinschichten auf die Laminatstruktur aufgebracht werden.
Die Zellulosematerialien in den Kartons selbst sind empfindlich gegen Feuchtigkeit, was ihre inneren Bindungen schwächt und zum Ausbeulen des Kartons und einer Wahrnehmung eines verschlechterten und nicht mehr gebrauchsfähigen Produktes im Regal führt. Die Schwächung der inneren faserförmigen Struktur innerhalb einer Kartonage kann durch eine oder mehrere der folgenden drei Mechanismen bedingt sein: 1) Diffusion von Feuchtigkeit durch den Polymer-Harzüberzug an den Kartons in das Papier, 2) Dochtwirkung durch Nadellöcher (Pinholes) oder Defekte, die beim Überziehen und den anschließenden Umwandlungsprozessen entstehen, und 3) Feuchtigkeits-Dochteffekt durch ungeschützte Rohkanten an den Seitensäumen oder am Bodensaum. Wenn die Harzschicht der gesamten Kartonstruktur eine ausreichende Steifigkeit ergeben kann, ist es möglich, die Integrität des Kartons aufrecht zu erhalten, obwohl die innere faserförmige Struktur innerhalb des Kartons geschwächt ist.
Bei dem zweiten Mechanismus werden die Defekte häufig durch Blister- oder Blasenbildung auf der Schicht, die unmittelbar benachbart zum Karton angeordnet ist, an der Innenseite des Kartons verursacht. Dieser Vorgang tritt während des Heißversiegelns auf, wenn intensive Hitze auf die Innenseite des Kartons einwirkt. Da Karton üblicherweise eine bestimmte Menge an Feuchtigkeit enthält, kann im Abgleich zur Außenumgebung kann diese intensive Hitze die Feuchtigkeit innerhalb des Kartons verdampfen. Die außenseitige Kartonfläche ist üblicherweise mit einer Schicht aus einer Feuchtebarriere, z. B. Polyäthylen überzogen. Die Temperatur an der äußeren Oberfläche ist nicht sehr hoch. Damit bleibt die außenseitige, gegen Feuchtigkeit sperrende Schicht ziemlich steif. Deshalb kann der Dampf durch die äußere Sperrschicht nicht entweichen. Da die Temperatur auf der Innenseite sehr hoch ist, kann sie die Polymerschicht in unmittelbarer Nähe des Kartons soweit erweichen, dass eine Blisterbildung unvermeidbar wird. Deshalb ist ein Polymer mit guten Wärmewiderstandseigenschaften zum Karton wichtig, um zu verhindern, dass die Blisterbildung auftritt.
Poleolefine, wie z. B. Polyäthylen oder Polypropylen sind verwendet worden, um die erforderlichen Eigenschaften der Feuchtigkeitssperre zu erreichen. Allgemein gesprochen ergibt ein Harz, das ausgezeichnete Feuchtigkeits-Barrierewerte aufweist, keine guten Sperreigenschaften gegen Sauerstoff und umgekehrt. Daraus resultiert, dass mehrschichtige Strukturen, die sowohl Sauerstoff-Barriereschichten als auch Feuchtigkeits-Barriereschichten aufweisen, hergestellt werden, um diese Ziele zu erreichen.
Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) hat ausgezeichnete Sauerstoff-Barriereeigenschaften und ist in Anwendungsfällen für Verpackungen verwendet worden, z. B. als Orangensaftverpackungen. Die Sauerstoffbarriere von EVOH ist jedoch bekanntermaßen empfindlich gegen Feuchtigkeitsgehalt in der Umgebung und gegen relative Feuchtigkeit (RH). Bei hoher relativer Feuchtigkeit tendiert EVOH dazu, seine Sauerstoff-Barierreeigenschaften zu verlieren. Dies ist unerwünscht. Die Verarbeitung von EVOH ist empfindlich gegenüber Verarbeitungstemperaturen, Feuchtigkeitspegeln innerhalb des Harzes und Geräteaufbau. Wenn diese Eigenschaften nicht berücksichtigt werden, besteht die Tendenz, dass eine Gelbildung in dem EVOH-Extrusionsüberzugsverfahren auftritt, was nachteilige Auswirkungen auf die Langzeitproduktion hat.
Typischerweise haben Nylons oder Polyamide nicht die niedrigen Sauerstoff-Transmissionsgeschwindigkeiten, die erforderlich sind, um Verpackungsbehälter wirtschaftlich herzustellen. Somit erfordert die Verpackung eine sehr dicke Nylonschicht, wenn Nylon allein für solche Anwendungsfälle verwendet werden soll. Es ist wirtschaftlich nicht vertretbar, eine derartige dicke Nylonschicht in einer laminierten Struktur zu verwenden. Wenn die Sauerstoff-Transmissionsgeschwindigkeiten von Nylon entscheidend reduziert werden könnten, z. B. durch Verwendung von Nylon 6/Nanoclay-Composits, könnten die Laminatstrukturen, die Papier oder Karton und eine solche Nylon 6/Nanoclay-Compositschicht mit verringerter Dicke enthalten, für die Anwendungsfälle von Verpackungen verwendet werden, wie sie oben genannt sind.
Ferner ist die Sauerstoffbarriere von Nylon 6/Nanoclay-Composit nicht so empfindlich gegen Feuchtigkeit wie im Falle von EVOH. Nylon 6/Nanoclay-Composit ist auch relativ einfacher zu verarbeiten und führt nicht zu einer Gelbildung. Deshalb ist die Verwendung von Nylon 6/Nanoclay-Composit in laminierten Strukturen und in Packungsanwendungen als Sauerstoff-Barrierematerial sehr erwünscht. Die Erfindung umfasst die Verwendung solcher Polymer/Nanoclay-Composits enthaltendem Nylon in derartigen mehrschichtigen Harz/Papier-Laminatstrukturen.
Das herkömmliche Verfahren zur Herstellung einer Papier/Mehrschicht-Polymer-Laminatstruktur, die mindestens eine Schicht eines Polymer/Nanoclay- Komposits enthält, besteht darin, den Extrusions-Überzugsvorgang anzuwenden, bei dem eine durchlaufende Papierbahn mit einer ein- oder mehrschichtigen Polymerschmelze durch die Extrusions-Überzugsform überzogen wird. Das Papier/Polymer-Schmelzlaminat wird dann entschließend durch eine Haltewalze/Kühlwalze geführt, damit sie abgekühlt wird, bevor sie in der Wickelstation aufgewickelt wird. Manches Mal muss eine Behandlung an der Papieroberfläche durchgeführt werden, damit diese an der heißen Polymerschmelze haften bleibt. Die übliche Behandlung ist eine Flammbehandlung und wird üblicherweise online durchgeführt. Andere geeignete Oberflächenbehandlungen umfassen eine Coronaentladung, Ozonbehandlung usw. Diese Behandlungen können online oder offline durchgeführt werden. Im Falle eines mehrschichtigen Co-Extrusionsüberzugs fließen verschiedene Polymerschmelzen aus unterschiedlichen Extrudern durch die beheizten Rohre zu einem Füllblock. Jede Polymerschmelze wird in eine geschichtete Form innerhalb des Füllblocks umgewandelt. Verschiedene geschmolzene Polymerschichten werden dann am Ausgang des Füllblocks miteinander kombiniert, bevor er in die Extrusions-Überzugsform eintritt. Ein alternatives Verfahren besteht darin, die Mehrfach-Form zu verwenden und die Schichten innerhalb der Form kombinieren zu lassen. Die Schichten werden an oder in der Nähe der End-Abquetschfläche der Form kombiniert, und sie treten als eine integrale Schicht aus. Eine dritte Möglichkeit kombiniert sowohl den Beschichtungsblock als auch die Mehrfachleitungen, um eine noch bessere Bearbeitungssteuerung zu erzielen.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen einer Papier/Mehrschicht-Polymer-Laminatstruktur, die mindestens eine Schicht aus Polymer/Nanoclay-Composit enthält, besteht in der Anwendung des Extrusions-Laminierverfahrens. Bei diesem Vorgang wird ein festes Polymer-Laminat, das an anderer Stelle vorgeformt worden ist, zusammen mit der durchlaufenden Papierbahn durch eine Extrusionsform vorgeformt. Eine Polymer-Heißschmelzschicht (als eine Klebstoffschicht) wird durch die Extrusionsform geführt und zwischen die Papierbahn und das Laminat gelegt. Das Papier/Klebstoff/Laminat wird dann durch die Haltewalze und die Kühlwalze geführt, um eine Abkühlung zu erreichen, bevor das Laminat auf die Rolle an der Wickelstation aufgewickelt wird. Manchmal ist es erforderlich, eine Oberflächenbehandlung auf der Laminatfilm-Oberfläche durchzuführen, um sie an die Klebeschicht anzuhaften. Es ist auch erforderlich, eine Oberflächenbehandlung auf dem Papier aus gleichem Grunde vorzusehen. Die Oberflächenbehandlung für den Laminatfilm kann eine Behandlung durch Coronaentladung oder Ozon sein und kann entweder online oder offline ausgeführt werden. Wie bei der Oberflächenbehandlung von Papier handelt es sich hierbei um eine Flammbehandlung, eine Coronaentladung oder Ozonbehandlung. Ein anderes Verfahren besteht darin, eine Klebstoff-Laminierung vorzunehmen, wobei ein Kleber, ein Primer oder ein Klebstoff zwischen zwei benachbarte Schichten oder Substrate während des Laminiervorganges aufgetragen wird.
Nach dem vorbeschriebenen und alternativen Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, können die laminierten Strukturen nach der Erfindung vorbereitet werden. Das Polymer/Nanoclay-composit wird auf die Oberfläche des Papier- oder Pappesubstrats in einer relativ dünnen, kontinuierlichen Schicht, vorzugsweise ohne Pinholes, aufgebracht werden. Die Polymer/Nanoclay-Compositschicht wird vorzugsweise so aufgetragen, dass sie ein Überzugsgewicht von etwa 0,5 bis 25 Pfund pro 3000 Quadratfuß des Kartons, vorzugsweise von etwa 1 bis 10 Pfund pro 3000 Quadratfuß und besonders zweckmäßig von etwa 1,5 bis 6 Pfund pro 3000 Quadratfuß hat. Entsprechend kann die Schicht eine Dicke haben, die von etwa 1 bis 30 Mikron, vorzugsweise etwa 3 bis 9 Mikron besitzt. Die Tonpartikel können eine Dicke besitzen, die zwischen 0,7 und 8 Nanometern liegt.
Beispiele für einen solchen Karton schließen gebleichten Karton, ungebleichten Karton, Kraftpapier, Sulfid, Mehrfachlagen usw. ein, sind jedoch nicht hierauf beschränkt. Das Gewicht von Papier oder Karton kann zwischen 3 lb./3 MSF bis 500 lb./3 MSF liegen. Ein besonders bevorzugtes Subtrat ist ein gebleichter Karton, der von International Paper Company hergestellt wird und ein Gewicht in der Größenordnung von 150 lb. bis 300 lb./3 MSF und insbesondere im Bereich von 180 bis 290 lb./3 MSF hat.
Es können unterschiedliche Überzüge oder Behandlungen auf den Karton aufgebracht werden oder einwirken, bevor oder nachdem der Koextrusions- Überzugsvorgang durchgeführt wird. Diese Überzüge können Kalibriermittel, Primer und andere Feuchtend- und Offline-Additive umfassen.
Aufgabe der Erfindung ist, eine Verpackung oder einen Behälter vorzuschlagen, die oder der erhöhte physikalische Sperreigenschaften in der Laminatstruktur besitzt, wenn die Laminatstruktur nach vorliegender Erfindung verwendet wird. Andere bekannte Verfahren können verwendet werden, um einen Behälter, z. B. einen Einschicht- oder Mehrschicht-Polymerstrukturbehälter zu verwenden, der die laminierte Struktur nach vorliegender Erfindung aufweist. Beispiele für einen solchen steifen oder flexiblen Behälter, der nach den vorstehend geschilderten Verfahren hergestellt wird, sind Packungen und andere Gegenstände, z. B. Kartons, Flaschen, Gläser, Beutel, Taschen, Servierbretter, Platten, Becher und dgl.
Des weiteren ist Aufgabe der Erfindung, die Laminatstruktur nach vorliegender Erfindung zur Herstellung von Nahrungsmittelträgern zu verwenden, die eine erhöhte Steifigkeit und eine verringerte Tendenz gegen Verformung bei Wärmeanwendungen haben.
Ferner ist Aufgabe der Erfindung, Laminatstrukturen anzugeben, die als Nahrungsmittelträger verwendet werden, z. B. Papierplatten, Servierbretter und Becher mit erhöhter Steifigkeit.
Zusätzlich ist Aufgabe der Erfindung, einen Karton herzustellen, der eine erhöhte Steifigkeit und eine verringerte Deformation hat.
Aufgabe der Erfindung ist auch, eine Nahrungsmittelverpackung anzugeben, die die Fähigkeit hat, eine reduzierte Dicke der Barriereschichten in der Laminatstruktur aufzunehmen, wodurch die Gesamtkosten der Struktur verringert werden.
Schließlich ist Aufgabe der Erfindung, Laminatstrukturen für verschiedene Anwendungsfälle einschließlich der Umwandlung in eine Verpackung für Nahrungsmittel- und Non-Food-Anwendungsfälle herzustellen, aufgrund deren sich eine verbesserte Geschmacksbeständigkeit, Sauerstoff- und Feuchtigkeitsbarriereeigenschaften und Hitzebeständigkeit ergeben.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Erfindung wird eine Mehrschichtenstruktur vorgeschlagen, die mindestens eine Polymer-Nanoclay-Compositschicht enthält, die aus einem Gemisch von Nanoclay und einem Polymerharz besteht, die als Barriereschicht dient, wenn sie entweder 1) als Überzug direkt auf ein Papier oder ein Karton-Substrat aufgebracht wird, oder 2) als Überzug auf andere Harzschichten aufgebracht wird, die mit dem Papier oder Karton verbunden sind, um eine Laminatstruktur für Verpackungsanwendungen auszubilden. Die Verpackung ist zur Aufnahme von Flüssigkeiten, wie z. B. Milch, Saft, flüssige Reinigungsmittel oder flüssige Gewebeweichmacher und für die Speicherung von trockenen Nahrungsmitteln, z. B. Kakaopulver geeignet. Die Packung ist insbesondere geeignet für die Aufnahme von sauersoffempfindlichen Nahrungsmitteln, insbesondere Flüssigkeiten, wie z. B. Fruchtsäfte von Zitrusfrüchten oder Mischungen daraus.
Ein bevorzugtes Polymer-Nanoclay-Composit kombiniert ein Polyamid, z. B. Nylon 6 und ein Nanoclay oder Nanosilikat als die Barriereschicht, die direkt mit dem Substrat ohne notwendige Einschaltung einer Zwischenschicht aufgebracht oder mit Überzug versehen wird. Wenn die Polyamid/Nanoclay-Compositschicht benachbart einem oder zwischen zwei chemisch differenten Polymerschichten angeordnet wird, kann eine Zwischenschicht erforderlich werden, um die ungleichen Materialien miteinander zu verbinden, so dass die Laminatstruktur haftend miteinander verbunden bleiben kann.
Eine detaillierte Beschreibung eines Nylon 6/Nanoclay-Composits ergibt sich aus der Lehre nach einem Patent von A. Okada et al ( US 4,739,007 ). Da die Nanoclay-Partikel sehr gut in der Nylon 6 Polymermatrix auf molekularem Pegel dispergiert sind, werden die Barriereeigenschaften, die Steifigkeit und die Hitzebeständigkeit des Nylon 6 Polymers entscheidend verbessert. Beispielsweise wird bei einem Zusatz von nur 2 Gewichtsprozent Nanoclay der Zugmodul von Nylon 6/Nanoclay-Composit um 55% gegenüber dem von reinem Nylon 6 Harz erhöht. Die Sauerstoffdurchgangsrate (OTR) wird um 50% reduziert, die Wasserdampfdurchgangsrate (WVTR) wird um 43% reduziert und die Hitzeverformungstemperatur (HDT) wird von 70°C auf 130°C bei einer Beschickung von 2 Gewichtsprozent erhöht.
Eine Ausführungsform einer Laminatstruktur, die ein Polyamid, z. B. Nylon 6/Nanoclay-Composit als die Sauerstoffbarriere und Polyolefine, z. B. ein Polyäthylen, als Feuchtigkeitsbarriere aufweist, um den Feuchtigkeits- und Sauerstofftransport effektiv zu blockieren oder zu verringern, kann verwendet werden, um Nahrungsmittel oder Non-Food, entweder in flüssiger oder fester Form, aufzunehmen. Physikalische Eigenschaften, z. B. Steifigkeit, Festigkeit und Wärmewiderstand werden aufgrund des Polyamid/Nanoclay-Composits, das in dem Laminat verwendet wird, ebenfalls wesentlich verbessert.
Bei bestimmten Arten von Nahrungsmittel-Packungsanwendungen wird ein Retortenprozess verwendet, um den Nahrungsmittelinhalt zu sterilisieren, während er sich im Behälter oder in der Packung befindet. Die Retortenbedingungen sind ziemlich streng und erfordern die Anwendung von erhitztem Dampf über mindestens 30 Minuten. EVOH-Harz ist bekannt dafür, dass es dem sogenannten „Retortenschock" unterliegt. Es verliert einen Teil der Sauerstoff-Barriereeigenschaften nach dem Retortenprozess und gewinnt nicht mehr vollständig die Barriereeigenschaften zurück. Deshalb wäre es erwünscht, die laminierte Struktur nach der Erfindung in Packungs- und nicht Nichtpackungsanwendungen, die destilliert, im Autoklaven behandelt oder bei hohen Temperaturen und hoher relativer Feuchtigkeit verarbeitet werden, zu benutzen. Da Polyamid/Nanoclay-Composits diesen Retortenschock nicht erkennen lassen, sind sie ein idealer Anwärter für Karton auf der Basis von Retorten-Packungssystemen.
Andere Polymer/Nanoclay-Composits kombinieren Nanoclays mit anderen Barrierepolymeren einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer, Polyäthylen-Polymere (Polyäthylen geringer Dichte, Polyäthylen hoher Dichte, Copolymere von Äthylen und ungesättigten Estern wie z. B. Vinylacetat und Methylacrylat, lineares Polyäthylen geringer Dichte, Ionomere auf der Basis von Äthylen, usw.), Polyäthylen-Terephthalat, Polyamide, z. B. Nylon 6, Nylon 66, Nylon 10, Nylon 6–10, Nylon 12, amorphe Nylons und MXD6 Nylon, Polyäthylen-Naphtrhalat, Flüssigkristallin-Polymere, Polypropylen und Mischungen davon.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird nachstehend beschrieben und in Verbindung mit den Zeichnungen dargestellt, wobei
1 eine Seitenschnittansicht eines Laminats ist, das eine Ausführungsform der Erfindung darstellt,
2 eine Seitenschnittansicht eines Laminats ist, das eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt,
3 eine Seitenschnittansicht eines Laminats ist, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt,
4 eine Seitenschnittansicht eines Laminats ist, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung zeigt,
5 eine Seitenschnittansicht eines Laminats ist, die eine andere Ausführungsform der Erfindung darstellt,
6 eine Seitenschnittansicht eines Laminats ist, die eine andere Ausführungsform der Erfindung zeigt, und
7 eine Seitenschnittansicht eines Laminats ist, die eine weitere Ausführungsform der Erfindung darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt die erste Ausführungsform der Erfindung, nämlich eine Verpackung für Nahrungsmittel- oder Non-Food-Produkte, die aus einem Laminat mit einem Papier- oder Kartonsubstrat 4 und einer Polymer/Nanoclay-Composit-Barriereschicht 6 besteht, die mit Überzug oder auf das Substrat 4 direkt extrudiert, ohne die Notwendigkeit einer Zwischenschicht oder eines Klebers, aufgebracht ist. Das Substrat 4, z. B. Papier oder Karton, ist lichtundurchlässig und kann schädliches Sonnenlicht oder UV-Strahlung, die für den Inhalt in der Packung schädlich ist, blockieren.
Für unterschiedliche Verpackungsanwendungen, z. B. Flüssigkeitsverpackungen, ist es manchmal erwünscht, die andere Seite des Substrats 4 mit einer Polyolefinschicht 8, z. B. einer Schicht aus Polyäthylen, zu überziehen (siehe 2).
Die Polymer/Nanoclay-Compositschicht 6 kann auf das Papiersubstrat zusammen mit anderen Polymerharzschichten koextrudiert werden.
Eine weitere Ausführungsform einer Verpackungsstruktur weist das Papiersubstrat, die äußere Schicht eines Polyolefin-Polymers 8, die Polymer/Nanoclay-Compositschicht 6, eine Verbindungsschicht 12 und eine zweite Schicht aus Polyolefin 14, die in Kontakt mit dem darin enthaltenen Nahrungsmittelmaterial kommt, auf (siehe 3). Die Polyolefin-Schichten 14 und 8 dienen als Heißsiegelschichten. Die Schicht 14 ermöglicht auch, die Seitenwände zu glätten, um die Rohkante des Papiers im Seitensaum zu schützen.
Eine andere Ausführungsform nach 4 weist zusätzlich eine Kombination aus einer Verbindungsschicht 16, einer Geschmacksbeständigkeitsschicht 18, einer Verbindungsschicht 20 und einer weiteren Schicht eines Polyolefins 22 auf der Polyolefinschicht 14 auf. Die Polyolefinschichten 8 und 22 dienen als Heißsiegelschichten. Die Schicht 22 ermöglicht ebenfalls, dass die Seitentafel geglättet wird, um die Rohkante des Papiers im Seitensaum zu schützen. Diese Struktur enthält auch eine Geschmacksbeständigkeitsschicht 18, um das Entweichen von Aromen oder Geschmacksölen aus dem Speicherinhalt, z. B. einem Orangensaft zu blockieren. Das bevorzugte Material der Geschmacksbeständigkeitsschicht ist Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer. Alternativ kann man Barriere-Polymere wie z. B. Polymer/Nanoclay-Composit, Polyamide oder Polyester als Geschmacksbeständigkeitsschicht 18 verwenden. Das bevorzugte Polymer/Nanoclay-Compositmaterial als Geschmacks erhaltungshalteschicht 18 ist Nylon-6/Nanoclay-Composit. Es können jedoch andere Polymer/Nanoclay-Composits als Geschmackserhaltungsschicht 18 verwendet werden. Sie enthalten Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer/Nanoclay-Composit, Polyäthylen-Terephthalat/Nanoclay-Composit, Polyäthylen-Naphthalat/Nanoclay-Composit und flüssigkristallines Ester/Nanoclay-Composit. Das bevorzugte Polyamid als Geschmackserhaltungsschicht 18 ist Nylon 6. Es können aber auch andere Polyamide, z. B. Nylon 66, Nylon 10, Nylon 6–10, Nylon 12, amorphe Nylons und MXD6 Nylon verwendet werden. Das bevozugte Polyester als Geschmackserhaltungsschicht 18 ist Polyäthylen-Teraphthalat. Andere Polyester, z. B. Polyäthylen-Naphthalat und amorphe Polyester können ebenfalls verwendet werden. Der Einsatz einer solchen Geschmackserhaltungsschicht 18 in unmittelbarer Nähe der Polyolefin-Heißsiegelschicht 22 hat die Aufgabe, die den Geschmack beeinträchtigenden Eigenschaften der Polyolefin-Heißsiegelschicht 22 zu minimieren.
Eine andere alternative Ausführungsform einer Verackungsstruktur besteht aus einer Laminatstruktur mit einem Papiersubstrat 4, einer Polymer/Nanoclay-Composit-Barriereschicht 6, mit einem Zusatz einer Kombination aus einer Verbindungsschicht 16, einem Äthylenvinylalkohol-Copolymer (EVOH) 28, einer Verbindungsschicht 20 und einer weiteren Schicht eines Polyolefins 22 auf der Polymer/Nanoclay-Compositschicht 6 (siehe 5). Diese Struktur enthält eine Schicht aus EVOH als zusätzliche Sauerstoff-Barriereschicht.
Eine weitere abgeänderte Ausführungsform einer Verpackungsstruktur besteht aus einer Laminatstruktur mit einem Papiersubstrat 4, einer äußeren Polyolefinschicht 8, einer Polymer/Nanoclay-Composit-Sperrschicht 6, mit einem Zusatz einer Kombination einer Verbindungsschicht 16, einem Äthylenvinylalkohol-Copolymer (EVOH) 28, einer Verbindungsschicht 20 und einer weiteren Schicht aus einem Polyolefin 22 auf der Polymer/Nanoclay-Compositschicht 6 (siehe 6). Diese Struktur enthält ferner eine Schicht von EVOH als zusätzliche Sauerstoff-Barriereschicht.
Für Retortenverpackungs-Anwendungsfälle wird ein anderes Ausführungsbeispiel vorgeschlagen, bei dem ein Papiersubstrat 4 direkt mit der Polymer/Nanoclay-Compositschicht 6 überzogen wird. Auf der Seite ohne Überzug des Papiersubstrats 4 ist eine Polyolefinschicht 8 ausgebildet, z. B. ein Polyäthylen oder vorzugsweise ein Polypropylen-Polymer. Auf die Polymer/Nanoclay-Compositschicht 6 ist eine Verbindungsschicht 24 und eine Schicht aus Polypropylen 26 als Überzug aufgebracht (siehe 7).
Ein bevorzugtes Polymer/Nanoclay-Composit ist eine Mischung aus Nylon 6 und einem Nanoclay oder Nanosilikat, das als Polyamid/Nanoclay-Composit bezeichnet wird. Das Nanosilikat ist vorzugsweise mit einem Füllpegel von 0,1 bis 40 Gewichtsprozent des Composits vorhanden, vorzugsweise mit einem Pegel von 0,5 bis 7 Gewichtspozent.
Andere Barriere-Polymerharze, z. B. Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH), Polyäthylen (PE), Polyäthylen-Terephthalat (PET), Polyäthylen-Naphthalat (PEN), Flüssigkkristall-Polyester (LCP), Polypropylen (PP) und Polyamide wie z. B. Nylon 66, Nylon 10, Nylon 6–10, Nylon 12, amorphe Nylons und MXD6-Nylon können als Teil der Nanoclay-Compositmischung in unterschiedlichen Ausführungsformen verwendet werden. In den meisten Fällen erfolgt das Festlegen der Polymer/Nanoclay-Compositschicht an der Schicht 6 der 1–7. Zusätzlich, wie im Falle von Polyäthylen/Nanoclay-Composit und Polypropylen/Nanoclay-Composit, kann die Festlegung an der Schicht 8 in 2, an der Schicht 8 und/oder Schicht 14 in 3, an der Schicht 8 und/oder Schicht 14 und/oder Schicht 22 in 4, an der Schicht 22 in 5, an der Schicht 8 und/oder Schicht 22 in 6, an der Schicht 8 und/oder der Schicht 26 in 7 erfolgen.
Geeignete Nanoclays für die Erfindung umfassen Smectite, wie z. B. Montmorillonit-, Hectorit-, Saponit- und Beidellit-Tone. Die Füllwerte der Tone in dem Cmposit betragen vorzugsweise von 0,1 bis 40 Gewichtsprozent und insbesondere von 0,5 bis 7 Gewichtsprozent.
Polyolefin-Schichten weisen in geeigneter Weise, jedoch nicht darauf beschränkt, Polyäthylen-Polymere auf, die Polyäthylen geringer Dichte, lineares Polyäthylen geringer Dichte, Polypropylen, Polyäthylen hoher Dichte und Kombinationen daraus umfassen.
Die Verbindungsschichten, die nach vorliegender Erfindung verwendet werden, bestehen vorzugsweise aus modifiziertem Polyäthylen- oder modifiziertem Polypropylen. Die Modifikationen sind üblicherweise chemische Transplantation oder Copolymerisation mit sauren Polarfunktionsgruppen, wie z. B. Malein-Anhydrid, Acrylsäure und Methacrylsäure oder Ester-Funktionsgruppen, wie z. B. Äthylacrelat und Butylacrylat usw. Da die Menge an eingebrachten Polargruppen üblicherweise gering ist, halten diese modifizierten Polyeolefine ihre Feuchtigkeits-Barriereeigenschaften aufrecht. Deshalb kann man diese Verbindungsschichten ebenfalls als Feuchtigkeits-Barriereschichten betrachten. Für praktische Zwecke kann man die Polyolefinschicht durch eine Verbindungsschicht ersetzen und die Verbindungsschicht als eine Feuchtigkeis-Barriereschicht verwenden. Deshalb kann die Verbindungsschicht 12 und die Polyolefinschicht 14, wie in 3 dargestellt, als eine Verbindungsschicht kombiniert werden. Die Verbindungsschicht 20 und die Polyolefinschicht 22 können, wie in den 4, 5 und 6 dargestellt, als eine Verbindungsschicht kombiniert werden. Die Verbindungsschicht 24 und die Polyolefinschicht 26 sind, wie in 7 dargestellt, zu einer Verbindungsschicht kombiniert. Alternativ kann die Verbindungsschicht 12, die Polyolefinschicht 14, die Verbindungsschicht 16, wie in 4 dargestellt, als eine Verbindungsschicht kombiniert werden.
Das Polymer/Nanoclay-Composit und die Papierlaminatstrukturen ergeben gute Gasbarriere-Eigenschaften und eine erhöhte Steifigkeit der Composit-Barriereschicht, was dazu beiträgt, dass ein daraus hergestellter Karton steif bleibt.
Die Verwendung von Nylon 6 als bevorzugtes Polymer für Nanoclay-Kompositmatrizen hat die folgenden Vorteile:

1) Es ist keine Zwischenschicht zwischen dem Nylon 6/Nanoclay-Composit und dem Papier- oder Kartonsubstrat notwendig, wenn der Überzug direkt auf ein solches Substrat aufgebracht wird.
2) In all diesen Fällen ergibt Nylon 6/Nanoclay-Composit einen pinhole-freien Überzug ohne die durch Wärme induzierten Blister, im Unterschied zu den meisten Poleolefinen.
3) Durch Beseitigen der Notwendigkeit von EVOH (Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer) als Sauerstoff-Barriereschicht in der Struktur kann der Herstellvorgang für manche Anwendungsfälle vereinfacht werden.

BEISPIELE
Beispiel I
Nylon 6/Nanoclay-Composit ist kommerziell in Pelletform von Ube Industries, Limited, Japan beziehbar. Eine Sorte eines solchen Composits, das 3 Gewichtsprozent Ton (Ube Nylon 1022C2) enthält, wurde zu Labortests verwendet. Bei der Bewertung im Labor wurden Filme aus Nylon 6 (B73YP von Allied-Signal zur Kontrolle) und Nylon 6/Nanoclay-Composit durch Gießen einer Filmextrusion auf einem C.W. Brabender ¾ Zoll Einzel-Schnecken-Extruder (Modell 2503) mit einer Allzweckschnecke (L/D = 25:1) hergestellt. Die Extruder-Trommelzonen-Temperaturen wurden wie folgt eingestellt: Zone 1: 225°C, Zone 2: 230°C, Zone 3: 235°C und Zone 4: 240°C. Die Schmelztemperatur betrug zwischen 270°C und 280°C, basierend auf diesen Temperatureinstellungen. Die Sauerstoff-Übertragungs-Geschwindigkeit (OTR) wurde mit einem MOCON^® OX-TRAN^® 2/20 Instrument bei 55% relativer Feuchtigkeit und 23°C gemessen. Die OTR-Daten dieser Filme wie auch die Laminate, die von diesen Filmen durch Laminieren auf das Papiersubstrat hergestellt wurden, zeigten, dass das Nylon 6/Naoclay-Composit (OTR = 0,7 cc-mil/100 in²-Tag) bessere Sauerstoffbarrierewerte als das Kontroll-Nylon 6 (OTR = 2,5–31,1 cc-mil/100 in²-Tag) gezeigt hat. Das Spannungsmodul der Filmproben wurde unter Verwendung einer Instron-Maschine (Modell 1122) auf der Basis der TAPPI-Testverfahrens T-494 gemessen. Die Ziehgeschwindigkeit betrug 4 inch/min. Das Zugmodul des Nylon 6/Nanoclay-Composits (153,000 psi) wurde auch höher festgestellt als das des Kontroll-Nylons 6 (107,000 psi).
Beispiel 2
Zur Herstellung von laminierten Strukturen wurde für Packungen von Orangensaft ein Testdurchlauf auf einer Pilotanlage durchgeführt. Die Liste von Rohmaterialien, die bei diesem Pilotversuch verwendet wurden, war wie folgt:

1) Polyäthylen geringer Dichte (LDPE)-Tenite 1924P von Eastman Chemical Company.
2) Karton- Sorte 8893 festes Bleichsulfat (SBS) mit einem Basisgewicht von 287 lbs./3 MSF von International Paper Company.
3) Nylon 6 – B73YP von Allied-Signal.
4) Verbindungsschicht – Tymor 1221E von Morton International.
5) Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) – Soarnol D2908 von Nippon Gohsei, Japan.
6) Nylon 6/Nanoclay-Composit – Ube Nylon 1022C2 von Ube Industries Limited, Japan.

Zwei laminierte Strukturen wurden bei diesem Versuch unter Verwendung der Mehrschicht-Koextrusions-Überzugstechnik hergestellt. Es sind dies:

Bezeichnung Struktur

Kontrolle LDPE/Pappe/Nylon 6/LDPE/Verbindung/EVOH/Verbindung/LDPE

Exp-1 LDPE/Karton/Nylon 6-Nanoclay/Verbindung/LDPE/Verbindung/EVOH/Verbindung/LDPE
Die Bezeichnung von Nylon 6 Nanoclayt bezieht sich auf Nylon 6/Nanoclay-Composit. Während des Koextrusionsvorganges traten keine Probleme in Hinblick auf Nylon 6/Nanoclay-Composit auf. Die Lauffähigkeit des Nylon 6/Nanoclay-Composits ergab sich als sehr gut und es wurde kein Gel oder ein anderes thermisches Zerlegungs-Bi-Produkt in der coextrudierten laminierten Struktur gezeigt.
Die laminierten Strukturen, die aus dem Pilotversuch hergestellt wurden, wurden auf ihre Sauerstoff-Barriere-Eigenschaften getestet. Die OTR wurde mit einem MOCON^® Instrument bei 90%iger relativer Feuchtigkeit und 23°C gemessen. Tabelle 1 zeigt die Resultate. Es ist offensichtlich, dass die experimentelle Struktur (Exp-1) bessere Sauerstoff-Barriereigenschaften zeigte als die Kontrollstruktur, weil Nylon 6 in der Kontrolle durch Nylon 6/Nanoclay-Composit in der mit Exp-1 bezeichneten Struktur gesetzt worden war. TABELLE 1

Probenbezeichnung OTR/cc/100 in²-Tag

Regelung 1,8

Exp-1 1
Beispiel 3
Eine zusätzliche Struktur wurde während des Versuches mit der Pilotanlage, wie in Beispiel 2 beschrieben, durchgeführt. Die zusätzliche experimentelle Struktur enthielt keine EVOH-Schicht.

Bezeichnung Struktur

Exp-2 LDPE/Karton/Nylon 6-Nanoclay/Verbindung/LDPE/Verbindung/Nylon 6/Verbindung/LDPE
Dann wurden Rohlinge mit Hilfe einer Thompson-Presse ausgeschnitten. Kartons wurden auf einer Evergreen-H6 Füllanlage geformt und mit Trauth's Dairy konzentriertem Orangensaft gefüllt, anschließend daran wurde die Oberseite versiegelt. Alle gefüllten Kartons wurden bis zum Gebrauch bei 38°F gelagert. Die Kontroll-Kartons, die verwendet wurden, sind ein kommerzielles Produkt, das derzeit an unsere Kunden für die Lagerung von Orangensaft hergestellt wird.

Eine Testgruppe bestehend aus 24 Personen wurde versammelt und ein Dreiecks-Geschmackstest am Orangensaft durchgeführt, der 1) in den Kontroll-Kartons und 2) in den Kartons, die als Exp-2 bezeichnet worden waren, gelagert waren. Bei dem Dreiecks-Geschmackstest wurden den Teilnehmern drei Proben angeboten. Zwei dieser drei Proben enthielten eine der Produkt-Variablen, während die andere Probe aus der anderen Produkt-Variablen stammt, die hier „übliche" Probe genannt wird. Die Teilnehmer wurden aufgefordert, alle drei Proben zu testen und zu bestimmen, welche Probe die übliche war. Eine 95%ige Trefferquote war als geeignet festgelegt. Bei dieser 95%igen Trefferquote müssen 13 aus den 24 Teilnehmern die übliche Probe korrekt identifizieren, um die Null-Hypothese auszuschalten und zu bestätigen, dass ein wesentlicher Unterschied besteht. Bei einem Dreiecks-Test kann man nur ein Resultat darüber erzielen, ob die beiden Proben unterschiedlich schmecken oder nicht. Es wird nicht berichtet, welche Probe besser als die andere geschmeckt hat. TABELLE 2

Zeit nach dem Füllen	Anzahl von richtigen Antworten	Bewertung
Tag 1	12	Nicht signifikant unterschiedlich
Woche 4	5	Nicht signifikant unterschiedlich
Woche 9	10	Nicht signifikant unterschiedlich

Tabelle 2 listet die Testresultate auf. Zu keinem Zeitpunkt haben 13 von den 24 Testern die übliche Probe korrekt identifiziert. Deshalb besteht kein signifikanter Unterschied im Geschmack zwischen Orangensaft, der in den Kontroll-Kartons gespeichert war, und den Kartons, die mit Exp-2 bezeichnet waren. Mit anderen Worten heißt dies, dass sowohl die Kartons, die aus der mit Exp-2 bezeichneten Struktur hergestellt waren, den Duft und Geschmack von Orangensaft als auch die Kontroll-Kartons sogar nach neun Wochen Lagerung in einem Kühlschrank bewahrt haben. Die OTR an der Materialstruktur, die mit Exp-2 bezeichnet wurde, betrug 1,4 cc/100 in² pro Tag, was ein besseres Ergebnis darstellt als die Kontrolle (1,8 cc/100 in² pro Tag). Die Bewertung der Resultate zeigt, dass die EVOH-Schicht in der Exp-2 Struktur nicht vorhanden war. Das Resultat ergibt, dass man eine laminierte Struktur herstellen kann, die aus Nylon 6/Nanoclay-Composit, jedoch ganz ohne EVOH besteht, und dass die Kartons, die aus dieser laminierten Struktur hergestellt sind, den Geschmack des Orangensafts ebenso wie die Kontroll-Kartons, die eine EVOH-Schicht in ihrer Struktur haben, präservieren können. Dies kann zu einer besseren Produktionsausbeute und zu Kostenersparnissen führen.
Andere Ausführungsformen und Änderungen der Laminatstrukturen, die hier enthalten sind, ergeben sich für den Fachmann auf diesem Gebiet aus der vorliegenden Beschreibung und es ist beabsichtigt, dass vorliegende Erfindung nur durch die breiteste Interpretation der nachfolgenden Ansprüche begrenzt wird, zu der der Erfinder gesetzlich berechtigt ist.
Zusammenfassung
Eine Laminatstruktur sowohl für Verpackungs- als auch für Nichtverpackungs-Anwendungen, mit einem Mehrschicht-Polymerschicht-Laminat, das mindestens eine Polymer/Nanoclay-Compositschicht enthält, die mit Papier oder Karton überzogen oder versehen ist. Die laminierte Struktur kann wahlweise eine Verbindungsschicht oder andere Schichten aufweisen, je nach Bedarf. Die Polymer/Nanoclay-Compositschicht ist vorzugsweise eine Mischung aus einem Polymer-Harz, z. B. Nylon 6, und einem fein dispergierten Nanoclay, z. B. Smectit, mit einer Dispersion im Nanometerbereich. Die Polymer/Nanoclay-Compositschicht ergibt verbesserte Sauerstoff- und Feuchtigkeits-Barriereeigenschaften für eine Verpackung, die aus einer solchen laminierten Struktur hergestellt ist, wie auch eine erhöhte Steifigkeit und Hitzebeständigkeit, wodurch eine längere Lebensdauer und eine ausgezeichnete Geschmackserhaltung für den darin gelagerten Inhalt sowie eine verbesserte Dimensionsstabilität für die Kartons, Packungen oder Behälter ergibt. Die Erfindung umfasst ferner das Verfahren zur Herstellung derartiger laminierter Strukturen und der Kartons, Packungen oder Container, die daraus bestehen.

Claims

Laminatstruktur für Verpackungs- und andere Nichtverpackungs-Anwendungen, gekennzeichnet durch a) ein Papiersubstrat (4) und b) mindestens eine Schicht aus Polymer/Ton-Nanoverbundstoff (6) bestehend aus Nano-Ton-Partikeln mit einer Dicke von zwischen 0,7–9,0 nm, die auf das Papiersubstrat (4) aufgebracht werden, wobei die Schicht (6) aus Polymer/Ton-Nanoverbundstoff aus einem Gemisch eines eine Sperre bildenden Polymerharzes und eines Nano-Tonmaterials besteht, wobei das Nano-Tonmaterial in dem die Sperre darstellenden Polymerharz im Nanometer-Bereich dispergiert ist und der Anteil an Nano-Tonmaterial in der Verbundschicht zwischen 0,5–7,0 Gewichtsprozent der Verbundschicht beträgt.
Laminatstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Verbindungsschicht (12; 16; 20; 24) zwischen dem Papiersubstrat und der Polymer/Ton-Nano-Verbundstoffschicht aufweist.
Laminatstruktur nach Anspruch 1, bei der das Sperr-Polymerharz aus einer Gruppe von Polymeren ausgewählt ist, die besteht aus: Polyamiden, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Nylon 6, Nylon 6, 6, Nylon 10, Nylon 6, 10, Nylon 12, amorphen Nylons und MXD6 Nylon; Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer; einem Copolymer aus Äthylen und ungesättigtem Ester, ausgewählt aus Vinylacetat oder Methyl-Acrylat; Polyäthylen-Terephthalat, Polyäthylen-Naphthalat, Flüssigkristall-Polyestern, und Ionomer auf Äthylenbasis, und Mischungen daraus.
Laminatstruktur nach Anspruch 1, bei der das Nano-Tonmaterial Smectit-Ton ist, der aus einem Montmorillonit, einem Hectorit, einem Saponit oder einem Beidellit besteht.
Laminatstruktur nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Schicht aus Polyolefin (8; 14; 22), die mit einer überzugsfreien Oberfläche des Papiersubstrats (4) verbunden ist.
Laminatstruktur nach Anspruch 5, bei der das Polyolefin Polypropylen, Polyäthylen geringer Dichte, Polyäthylen hoher Dichte, Polyäthylen linearer geringer Dichte, Polyäthylen sehr geringer Dichte, ein Copolymer aus Äthylen und ungesättigtem Ester, ausgewählt aus Vinylacetat oder Methylacrylat, ein Ionomer auf Äthylenbasis, oder Mischungen daraus ist.
Verpackungsstruktur bestehend aus der Laminatstruktur (4, 6) nach Anspruch 1.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Verbindungsschicht (12; 16; 20; 24), die zwischen dem Papiersubstrat (4) und der Schicht (6) aus Polymer/Ton-Nanoverbundstoff angeordnet ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 7, bei der das Sperr-Polymerharz aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Nylon 6, Nylon 6, 6, Nylon 10, Nylon 6, 10, Nylon 12; amorphen Nylons, MXD6 Nylons, Äthylen-Vinylalkohol-Copolymeren, Copolymeren aus Äthylen und ungesättigtem Ester, ausgewählt aus Vinylacetat oder Methyl-Acrylat, Polyäthylen-Terephthalat, Polyäthylen-Naphthalat, Flüssigkristall-Polyestern; Ionomer auf Äthylenbasis, oder Mischungen daraus besteht.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 7, bei der das Nano-Tonmaterial Smectit-Ton ist, der aus einem Montmorillonit, Hectorit; Saponit oder Beidellit besteht.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Sperrschicht (16), eine Äthylen/Vinylalkohol-Copolymer-Schicht (28), eine Verbindungsschicht (20) und eine Polyolefin-Schicht (22), die mit einer nicht aus Papier bestehenden Klebeseite der Polymer/Ton-Nanolverbundschicht (6) verbunden ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 11, bei der das Polyolefin Polypropylen; Polyäthylen geringer Dichte; Polyäthylen hoher Dichte; Polyäthylen linearer geringer Dichte; Polyäthylen mit sehr geringer Dichte; ein Copolymer aus Äthylen und ungesättigtem Ester, ausgewählt aus Vinylacetat oder Methylacrylat; ein Ionomer auf Äthylenbasis, oder Mischungen daraus ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schicht aus einem Polyolefin (8; 14; 22), die mit einer überzugsfreien Oberfläche des Papiersubstrats (4) verbunden ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 13, bei der die Polyolefin-Schicht Polypropylen; Polyäthylen geringer Dichte; Polyäthylen hoher Dichte; Polyäthylen linearer geringer Dichte Polyäthylen sehr geringer Dichte; ein Copolymer von Äthylen und ein ungesättigter Ester, ausgewählt aus Vinylacetat oder Methylacrylat; ein Ionomer auf Äthylenbasis, oder Mischungen daraus ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Sperrschicht (16), eine Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer-Schicht (28), eine Verbindungsschicht (20) und eine Polyolefin-Schicht (22), die mit der Nicht-Substrat-Schicht der Polymer/Ton-Nano-Verbundschicht (6) verbunden ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Sperrschicht (12) mit anschließender Polyäthylen-Schicht (14), die mit der kein Substrat aufweisenden Verbindungsseite der Polymer/Ton-Nano-Verbundschicht (6) verbunden ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Verbindungsschicht (16)/Geschmacks-Rückhalteschicht (18) Verbindungsschicht (20)/Polyolefin-Schicht (22)/Laminat mit der Polyäthylen-Schicht (14) der Verbindungsschicht (12)/Polyäthylen-Schicht (14)-Verbundstruktur verbunden ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 17, bei der die Geschmacks-Rückhalteschicht Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer; Polyamide, ausgewählt aus Nylon (6), Nylon (6, 6), Nylon (10), Nylon (6, 10), Nylon (12), amorphe Nylons, MXD6-Nylon oder Mischungen daraus; oder Polyester, ausgewählt aus Polyäthylen-Terephthalat, Polyäthylen-Naphthalat oder Mischungen daraus, ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Verbindungsschicht (24), an die sich eine Polypropylen-Schicht (26) anschließt, die mit einer Nichtpapier-Klebeseite der Polymer/Ton-Nano-Verbundschicht (6) verbunden ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Papiersubstrat (4) Papier oder Pappe ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens ein Polymer, das direkt auf das Papier-Substrat (4) auf einer Seite entgegengesetzt zu der Ton-Nano-Verbundstoff-Schicht (6) aufgebracht ist, wobei das zusätzliche Polymer aus Nylon 6; Nylon 6, 6; Nylon 10; Nylon 6, 10; Nylon 12; amorphen Nylons; MXD6-Nylon; Äthylen/Vinylalkohol-Copolymer; Polyäthylen-Terephthalat; Polyäthylen-Naphthalat; Flüssigkristall-Polyestern; Polypropylen; Polyäthylen geringer Dichte; Polyäthylen hoher Dichte; Polyäthylen linearer geringer Dichte; Polyäthylen sehr geringer Dichte; Copolymer von Äthylen und einem ungesättigten Ester ausgewählt aus Vinyl-Acetat oder Methyl-Acrylat; Ionomer auf Äthylenbasis oder Mischungen daraus ausgewählt ist.
Verpackungsstruktur nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens ein zusätzliches Polymer, das direkt auf die Polymer/Ton-Nano-Verbundstoff-Schicht (6) aufgebracht ist, wobei das mindestens eine zusätzliche Polymer Nylon 6; Äthylen/Vinylalkohol-Copolyer; Polyäthylen-Terephthalat, Polyäthylen-Naphthalat; Flüssigkristall-Polyester; Polypropylen; Polyäthylen geringer Dichte; Polyäthylen hoher Dichte; Polyäthylen linearer niedriger Dichte; Polyäthylen sehr geringer Dichte; Copolymer aus Äthylen und ungesättigtem Ester, ausgewählt aus Vinyl-Acetat oder Methyl-Acrylat; ein Ionomer auf Äthylenbasis; oder Mischungen daraus ist.
Becher, Behälter, Backblech, Nahrungsmitteltablett oder Platte bestehend aus einer laminierten Struktur nach Anspruch 1.
Verpackung, Beutel, Tasche oder Karton bestehend aus der laminierten Struktur nach Anspruch 7.