JP4538313B2 - 飲料を包装するための障壁層構造体 - Google Patents

Description

本発明は、厚紙積層体に関し、詳しくは、ワイン、酒等を含めたアルコール飲料のみならず、その他の飲料のような製品のための容器を製造するのに有用な非箔(non-foil)厚紙積層体で、然も、その積層体が中の製品を湿気から保護する能力と同様、良好な酸素障壁特性を有する厚紙積層体に関する。

（関連出願の参照）
本願は、２００２年５月２日に出願された暫定米国特許出願Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．６０／３７６，８７５の優先権を主張するものである。

アジアでは、ワイン、酒等のようなアルコール飲料は、厚紙系容器を含めた極めて多種類の材料で包装されている。その製品を酸素及び究極的には腐敗から保護するために、容器の構造は、通常アルミニウム箔、ポリエチレンテレフタレート、金属化ポリエチレンテレフタレート、又は多層構造にしたそれらの少なくとも二種類の組合せからなる多層構造体からなる。箔は、最もよい酸素障壁であることが判明しているが、それは比較的高価であり、亀裂又はピンホールを発生することなくカートンへ改造することが難しい。

本発明の目的は、ワイン、酒、又は他のアルコール飲料用カートンのための改良されたアルコール飲料包装用熱密封可能な材料で、酸素及び湿分又は水分を透過せず、製品の６カ月以上の貯蔵寿命を与える良好な熱密封構造を示す材料を製造することにある。

上記目的は、酸素、水分及び湿分に対する実質的な障壁を与える非箔複合構造体で、容易に密封することができる構造体に関する本発明により達成される。好ましい態様は、外側表面から、容器の内容物と接触する内側表面まで：厚紙基体の外側表面に適用されたポリオレフィンの第一層、前記厚紙基体の内側表面に適用されたポリアミド層、適当な結合樹脂により前記ポリアミド層へ積層されたフイルム、及び前記フイルムに適用された最も内側の第二ポリオレフィン層で、前記容器の内容物と接触するポリオレフィン層を含む。好ましいフイルムは、第一ポリオレフィン層、結合層、エチレンビニルアルコール共重合体の第一内部層、第二結合層、エチレンビニルアルコール共重合体の第二内部層、第三結合層、及び第二ポリオレフィン層からなる。

（発明の詳細な記述）
夫々の材料の相対的量及びそれらの夫々の構造を、ポンド／３，０００平方フィート（ｌｂ／３ｍｓｆ）の単位で被覆重量範囲として列挙する。基礎材料は、１００〜３００ ｌｂ／３ｍｓｆの坪量を有する漂白厚紙からなる。

構造Ａは、厚紙基体２（１００〜３００ポンド）を含み、その上に、一方の側には低密度ポリエチレンのようなポリオレフィン重合体１の押出し被覆が、８〜２０ポンド、好ましくは約１２ポンドの被覆重量で適用され、積層体の外側表面を与えている。層１は、外側「光沢」層である。ポリオレフィン重合体は、好ましくはポリエチレンであり、最も好ましくは、低密度ポリエチレンである。層１として用いることができる好ましい低密度ポリエチレンの典型的なものは、テネシー州キングスポートのボリジアン(Voridian)から入手できるテナイト(Tenite)１９２４Ｐ、及びテキサス州ヒューストンのシェブロン・フィリップス化学会社(Chevron Phillips Chemical Co.)から入手できるシェブロン(Chevron)４５１７である。

基体２の内部には、ポリアミド層３（２〜１０ポンド）が適用されている。ポリアミド重合体層は、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン１０、ナイロン６−１０、ナイロン１２、無定形ナイロン、ＭＸＤ−６、ナイロンナノ複合体、及び他の適当なポリアミドにすることができるが、それらに限定されるものではない。一つの適当なナイロン６材料は、ハニーウエル(Honeywell)Ｂ７３ＱＰ（ニュージャージー州モリスタウン）である。層３の内側表面上に結合層４（５〜２０ポンド）が適用されており、それは、好ましくはＭＳＩテクノロジーズ(Technologies)により製造されたプレクサール(Plexar)５１２５のような、無水マレイン酸官能基で変性されたエチレン系共重合体に基づいているが、それらに限定されるものではない。ポリアミド層３及び結合層４は、フイルム５を基礎材料２へ積層するのに用いられている。フイルム５の被覆重量は、約５０〜７０ポンドである。次に、フイルム層５の下側にポリオレフィン層６が適用されており、その層は、低密度ポリエチレン又はメタロセンのようなポリエチレンであるのが好ましい。

構造体Ｂは、酸素障壁のためのエチレンビニルアルコール共重合体の多層を含む吹き込み形成フイルムであるのが好ましい。フイルム積層体は、唯１回の操作で全構造体を製造することを可能にし、改良された引き裂き抵抗、一層大きな堅さ、及び破裂抵抗のようなフイルムの改良された物理的性質のために、共押出し被覆よりも好ましい。そのようなフイルムの好ましい一供給業者は、フレクス・テク(Flex Tech)（オハイオ州シンシナチ）である。

層３０及び５０中のエチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）は、積層構造体中の主要な酸素障壁材料として用いられている。エチレンが２５〜４８モル％の範囲のＥＶＯＨ材料を用いることができる。匹敵する被覆重量で、ＥＶＯＨは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）よりも優れた酸素障壁である。ＥＶＯＨの好ましい供給業者は、ソーラス(Soarus)ＬＬＰ（イリノイ州アーリントン・ハイツ）である。

ポリオレフィン層１０及び７０は、ＥＶＯＨ層３０及び５０のための湿分抵抗性及びフイルムのための機械的強度を与える。結合層２０、４０、及び６０は、無水マレイン酸官能基で変性されたエチレン系共重合体に基づくのが好ましいが、それらに限定されるものではない。本発明の好ましい態様は、湿分抵抗性を増加するため、層４０中に高密度ポリエチレン系結合樹脂を使用することを含む。

全積層構造体Ａでは、最初と最後のポリオレフィン層を、液体製品を入れ、内部重合体及び基礎材料を湿分から保護するための防水層として用いられている。これらのポリオレフィン層は、積層体とカートンの熱密封可能性を与え、何回も折り曲げることにより生ずることがあるどのような穴又は溝でも塞ぐことができる。付加的ポリオレフィン層は、多層構造体の内部に増大した湿分抵抗性及び機械的強度を与える。ポリアミド層は、漂白板の上に押出し、主に耐熱性、機械的強度、及び耐久性を改良する。結合樹脂を用いて、通常は互いに接着しないような二つの重合体の接着を促進する。包装体中への酸素の侵入速度を低下することにより、製品の新鮮さを更に長く持続することができる。エチレンビニルアルコール共重合体は、酸素障壁材料として用いる。本発明は、エチレンを２９モル％含有するエチレンビニルアルコール共重合体材料（ＥＶＯＨ）を用いる。匹敵する被覆重量でＥＶＯＨは、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）よりも優れた酸素障壁である。

本発明の第二態様として、ＥＶＯＨ層の一つを、どのようなポリエチレンテレフタレート又は無定形又は半結晶質ポリアミド等によっても置き換えられる。本発明の別の態様として、ＥＶＯＨ層（単数又は複数）を、酸素除去性ＥＶＯＨ材料、ＥＶＯＨナノ複合体、又はＥＶＯＨと、低密度ポリエチレンのようなポリオレフィン、ポリアミド、又はポリエチレンテレフタレートとの混合物で置き換えてもよい。エチレンを２５〜４８モル％含有するＥＶＯＨ系樹脂を、これらの態様のいずれにでも用いることができる。

最初及び最終のポリオレフィン層は、低密度ポリエチレンであるのが好ましいが、密封性を改良するために、線状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、メタロセン低密度ポリエチレン、又はそれら及び他の材料の混合物で置き換えることもできる。

本発明は、確実に熱密封することができる積層体を用いて、優れた障壁性を有する適当な容器を製造している。それら積層体は飲料（ワイン、酒等）の貯蔵寿命を長くする大きな障壁性を示すのみならず、それら積層体は慣用的設備を用いて製造することができる。

本発明の好ましい態様は、次のように構成する：
ポリオレフィン層１を、基体２の上に押出し被覆する。次にポリアミド層３及び結合層４を共押出し被覆として付着させ、基体２へフイルム５を積層する。次にポリオレフィン層６をフイルム５の上に適用し、構造体Ａを生成させる。これは構造体Ａを形成する一つの方法であるが、同じ最終的構造体を与える結果になる別の方法を用いることもできる。

完成した積層体を、次に前側と後側（ポリオレフィンとポリオレフィン）を慣用的温度（２５０°Ｆ〜５００°Ｆ）で熱封着することができる。新たに形成された積層体は、アルコール飲料又は他の液体製品のための容器、例えば、カートンのような容器、折り畳み正方形又は長方形の容器又は箱、袋、カップ、及び円筒状チューブでも、そのような容器の製造に用いることができる。

本発明の積層体により与えられる独特の障壁効果及び物理的性質は、次の例から認めることができる。

例１
四つの構造体（Ｃ１〜Ｃ４）を、構造体Ａに対して、障壁性及び物理的性質について評価した。この一連の試験に特定的な被覆重量（ｌｂ／３ｍｓｆ）を用いた構造体を、表１に列挙する。

構造体Ａは、上に記載したような本発明を例示している。構造体Ｃ１〜Ｃ４は対照構造体である。Ｃ１は、箔を基礎にした材料であり、引き裂き及び密封強度を増加するため厚い被覆重量でＬＤＰＥ及びＬＬＤＰＥを用いている。Ｃ２は、非常に大きな被覆重量のＬＤＰＥを有する。Ｃ４は、液体包装のための市販の構造体と同様である。最後に、Ｃ３は、Ｃ４をＬＤＰＥ及びＬＬＤＰＥの厚い層で修正したものであり、それが密封強度を改良するか否かを決定するためのものである。

五つの構造体についての水蒸気透過率（ＷＶＴＲ）及び酸素透過率（ＯＴＲ）を、表３に列挙する。ＷＶＴＲ試験は、３８℃で、９０％相対湿度（ＲＨ）で行なった。ＯＴＲ値は、２３℃／５０％ＲＨ及び２３℃／７５％ＲＨで測定した。

ＷＶＴＲに関して、Ｃ１は、他の構造体よりもかなりよい性能を示した。四つの非箔構造体の中でＡが最も低い水蒸気透過率を示した。Ｃ２、Ｃ３、及びＣ４は、性能が比較的同じであった。Ｃ２及びＣ３は、Ｃ４よりもかなり大きなＬＤＰＥ被覆重量を有することを考慮すると、このことは少し思いがけないことである。ＬＤＰＥは、一般に優れた水蒸気障壁と考えられているので、被覆重量が大きいと、低い透過率を与える結果になるはずである。

酸素透過を遅くすることについては、環境条件の両方の設定でＣ１が最もよい性能を示した。５０％ＲＨで、構造体Ａ、Ｃ３、及びＣ４は、Ｃ１よりも僅かに大きい透過率を持っていた。Ｃ２は酸素障壁材料を含まなかったので、この測定では非常によくない性能を示していた。

７５％ＲＨでは、五つの構造体のＯＴＲ値は増大した。予想される通り、箔構造体Ｃ１は、最も小さい増加を示していた。三つの多層構造体は、ほぼ同じ性能を示していた。構造体Ｃ２は、酸素障壁として依然として非常によくない性能を示していた。

例２
構造体ＡとＣ２の物理的測定値を表４に列挙する。夫々の構造体で厚紙の坪量と重合体被覆の重量は同じなので、比較の結果は適切である。適用可能な場合には、機械方向（ＭＤ）及びそれと交差する方向（ＣＤ）で測定が行われた。

ＬＤＰＥを、吹き込み形成フイルム薄層で置き換えると、乾燥及び湿潤破裂（ミュレン）、剛性（平板）、及び引張り強度の中程度の改良が観察された。

引き裂き強度については、観察された５２．２ｇ（ＭＤ）及び１５９．１ｇ（ＣＤ）の増大で、実質的にかなりの改良が観察された。これは、ＡとＣ２との重合体の剛性の差のみならず、吹き込み形成フイルムの二軸配向に起因させることができる。

試料を湿潤させた後、厚紙は、重合体の引き裂き性が主要になり始める点まで弱くなった。Ｃ２の場合、ＭＤ及びＣＤ引き裂き強度は、夫々１６０．２ｇ及び２６６．８ｇ増大した。構造体Ａの場合、ＭＤ及びＣＤ引き裂き強度は、夫々３３３．１ｇ及び５３７．６ｇ増大した。これらの重合体材料による寄与は、湿潤及び極めて湿った条件下での液体包装体の引き裂きを防ぐ働きをする。

湿潤条件下でのＡとＣ２との劇的な差も見出されている。ＭＤの差の開きは、５２．２ｇから２２５．１ｇへ増大した。ＣＤ引き裂き強度は、１５９．１ｇから４２９．９ｇへ増大した。鋭い角度の折り目を多く有する設計の包装体の場合、構造体Ａは、引き裂き及び包装体損傷に対する付加的抵抗性を与えるであろう。このことは、配達中及び消費者が取扱っている時に落とした場合の損傷に対する抵抗性を増大することについても当て嵌まる。

五つの構造体の密封強度を表５に列挙する。

Ｃ４と比較して、Ｃ１及びＣ３では、密封層の被覆重量が増大していることと、ＬＬＤＰＥが存在することの両方により、密封強度が増大している。このことは、Ｃ２には適用できないことが見出された。構造体Ａ、Ｃ１、Ｃ３、及びＣ４は、Ｃ２よりも多くの熱を吸収し、それを一層長く保持するので、全構造体の熱容量の増大により密封品質も改良されている。

Claims (11)

1. 内側表面と外側表面とを有する厚紙基体、
   前記厚紙基体の前記外側表面上に被覆された熱密封可能なポリオレフィン重合体の外側層、
   前記厚紙基体の前記内側表面上に被覆されたポリアミド層、
   前記ポリアミド層の内側表面上に被覆された結合層、
   ポリオレフィン重合体の第一外側層、第一結合層、エチレンビニルアルコール共重合体の第一層、第二結合層、エチレンビニルアルコール共重合体の第二層、第三結合層、及び第二及び最終ポリオレフィン層を含む吹き込み形成フイルム層で、前記ポリアミド層の内側表面上に被覆された前記結合層の内側表面上に被覆されたフイルム層、及び、
   前記吹き込み形成フイルム層の前記最終ポリオレフィン層の上に被覆された最も内側のポリオレフィン層、
   を含む積層包装用材料。
2. 結合層の各々が、無水マレイン酸官能基で変性されたエチレン系共重合体を含む、請求項１に記載の積層包装用材料。
3. 前記ポリアミド層の内側表面上に被覆された前記結合層が酸無水物修飾低密度ポリエチレンを含む、請求項１に記載の積層包装用材料。
4. エチレンビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）層の一つが、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、酸素除去性ＥＶＯＨ、ＥＶＯＨナノ複合体、ＥＶＯＨとポリオレフィンとの混合物、ＥＶＯＨとポリアミドとの混合物、又はＥＶＯＨとポリエチレンテレフタレートとの混合物からなる群から選択されたものにより置換されている、請求項１に記載の積層包装用材料。
5. エチレンビニルアルコール共重合体が、２５〜４８モル％のエチレンを含む、請求項１に記載の積層包装用材料。
6. 外側表面から、容器内容物と接触する内側表面まで、
   ａ） 内側表面及び外側表面を有する、１００〜３００ ｌｂ／３ｍｓｆの坪量を有する厚紙基体、
   ｂ） 前記厚紙基体の前記外側表面上に被覆された８〜２０ ｌｂ／３ｍｓｆの被覆重量の外側ポリオレフィン層、
   ｃ） 前記厚紙基体の前記内側表面上に適用された２〜１０ ｌｂ／３ｍｓｆの被覆重量のポリアミド層、
   ｄ） 前記ポリアミド層の前記内側表面上に適用された５〜２０ ｌｂ／３ｍｓｆの被覆重量の結合層、
   ｅ） ５〜２０ ｌｂ／３ｍｓｆの第一ポリオレフィン層、３〜５ ｌｂ／３ｍｓｆの第一結合層、２〜５ ｌｂ／３ｍｓｆの第一エチレンビニルアルコール共重合体層、３〜２０ ｌｂ／３ｍｓｆの第二結合層、２〜５ ｌｂ／３ｍｓｆの量の第二エチレンビニルアルコール共重合体層、３〜５ ｌｂ／３ｍｓｆの量の第三結合層、及び５〜２０ ｌｂ／３ｍｓｆの量の第二ポリオレフィン層を含む吹き込み形成フイルム層、
   ｆ） 前記フイルム層の前記内側表面上に被覆された、５〜１５ ｌｂ／３ｍｓｆの量の最も内側のポリオレフィン層、
   を含む、請求項１に記載の積層包装用材料。
7. アルコール飲料のための容器で、請求項１に記載の積層体から構成された容器。
8. アルコール飲料のための容器で、請求項４に記載の積層体から構成された容器。
9. アルコール飲料のための容器で、請求項６に記載の積層体から構成された容器。
10. 請求項１に記載の積層体から構成された酸素及び湿分不透過性容器を製造するための酸素及び湿分障壁積層構造の素材。
11. 積層体の酸素及び湿分障壁性を改良するための方法において、
    ａ） 厚紙基体の外側表面上にポリオレフィン外側層を被覆し、
    ｂ） 前記厚紙基体の内側表面上にポリアミド層を被覆し、
    ｃ） 前記ポリアミド層の内側表面上に結合層を被覆し、
    ｄ） 第一ポリオレフィン重合体層、結合層、ＥＶＯＨの第一内部層、第二結合層、ＥＶＯＨの第二内部層、第三結合層、及びポリオレフィン重合体の第二内部層を含む吹き込み形成フイルム層を適用し、そして
    ｅ） 前記フイルム層の前記最後に述べたポリオレフィン層の上にポリオレフィン層で、最も内側の飲料接触層を含むポリオレフィン層を被覆する、
    工程を含む、障壁性改良法。