SE505143C2 - Laminerat förpackningsmaterial jämte sätt att framställa materialet, samt av materialet framställda förpackningsbehållare - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 505 143 och väta, som drastiskt skulle försämra polyvinylalkoholskiktets syrgasbarriäregenskaper. Vätsketäta plastbeläggningar av polyeten har dessutom fördelen att de gör det framställda förpackningsmaterialet förseglingsbart genom konventionell värmeförsegling.

För att säkerställa att det applicerade vattenhaltiga polyvinylalkoholskiktet, efter torkningen, bildar ett sammanhängande polyvinylalkoholskikt på pappers- eller kartongbanan skall enligt det svenska patentet nr 440 519 den vattenhaltiga polyvinylalkoholemulsionen även innehålla ett förtjockningsmedel som bidrar att förhöja den vattenhaltiga emulsionens viskositet och därigenom motverkar den vattenhaltiga emulsionens tendens att tränga in i det vätskesugande pappers- eller kanongundeflaget Även om problemet med inträngning av polyvinylalkohol i det sugande pappers- eller kartongskiktet i viss mån kan lösas genom den viskositetsförhöjande tillsatsen av förtjockningsmedel i den vattenhaltiga polyvinylalkoholemulsionen, såsom föreslås i det svenska patentet nr 440 519, krävs likväl att den vattenhaltiga polyvinylalkoholemulsionen pàföres i en överdrivet stor beläggningsmängd för att säkerställa det torkade polyvinylalkoholskiktets integritet.

Problemet med överdrivna beläggningsmängder som krävs vid den kända tekniken, hänger delvis samman med att pappers- eller kartongbanan inte är helt slät och jämn, utan har en oregelbunden och ojämn ytstruktur (eller råhet) som mäste "fyllas ut" för att bilda önskad slät underlagsyta för polyvinylalkoholemulsionen.

Alternativt kan problemet undvikas genom att från början använda en slätare och jämnare pappers- eller kartongkvalitet, men dylika kvaliteter är mycket dyrare än konventionella förpackningskvaliteter och skulle avsevärt fördyra framställningen av det laminerade förpackningsmaterialet.

Ett ändamål med uppfinningen är därför att ombesörja ett nytt laminerat förpackningsmaterial av det inledningsvis beskrivna slaget, utan åtföljande problem av det slag som sammanhänger med den kända tekniken. _ Ett annat ändamål är att ombesörja ett dylikt laminerat förpackningsmaterial i vilket det såsom syrgasbarriär applicerade polyvinylalkoholskiktet är både heltäckande och sammanhängande utan att kräva överdrivna beläggnigsmängder.

Ett speciellt ändamål med uppfinningen är att ombesörja ett dylikt laminerat förpackningsmaterial i vilket tjockleken av polyvinylalkoholskiktet är i allt väsentligt oberoende av den använda pappers- eller kartongkvaliteten.

Dessa ändamål uppnås enligt uppfinningen genom ett laminerat förpackningsmaterial med det i den kännetecknande delen av patentkravet 1 angivna kännetecknet. Variationer och modifikationer av det laminerade förpackningsmaterialet enligt uppfinningen har vidare givits de i underkraven 2-9 angivna kännetecknen. 10 15 20 25 30 35 13 505 143 Genom lämplig reglering av kompositionen i det mellanliggande skiktet, isynnerhet koncentration eller koncentrationsgradient av polyvinylalkohol i skiktets tjockleksriktning, i kombination med lämpligt valda betingelser och metod vid applicering av det mellanliggande skiktet på pappers- eller kartongbanan blir ojämnheterna och oregelbundenheterna i den råa pappers- eller kartongytan utfyllda och utslätade huvudsakligen helt av den gelbildande komponenten i det mellanliggande skiktet. Den gelbildande komponenten bildar således en jämn och slät underlagsyta för det mellanliggande skiktet, samtidigt som den effektivt förhindrar att polyvinylalkoholkomponenten i detta skikt tränger in i och impregnerar pappers- eller kartongskiktet, såsom vid det kända förpackningslaminatet enligt det svenska patentet nr 440 519. Samtidigt som tidigare onödigt överdrivna beläggningsmängder därigenom effektivt kan undanröjas, kan det såsom syrgasbarriär applicerade polyvinylalkoholskiktet således göras mycket tunt, men fortfarande sammanhängande och heltäckande, oberoende av den valda pappers- eller kartongkvaliteten.

Enligt en föredragen utföringsform av det laminerade förpackningsmaterialet enligt uppfinningen har det mellanliggande skiktet av gelbildande ämne och polyvinylalkohol en polyvinylalkoholkoncentration i det mellanliggande skiktets tjockleksriktning som ökar i riktning från stomskiktet till polyvinylalkoholskiktet, varigenom förlust av polyvinylalkohol på grund av inträngning i pappers- eller kartongskiktet ytterligare kan reduceras, samtidigt som bindningsstyrkan mellan det mellanliggande skiktet och polyvinylalkoholskiktet ytterligare kan förhöjas på grund av den förhöjda polyvinylalkoholkoncentrationen i den bindande delen av det mellanliggande skiktet.

Företrädesvis är koncentrationsgradienten av polyvinylalkohol så reglerad i det mellanliggande skiktet att koncentrationen av polyvinylalkohol i kontaktområdet med pappers- eller kartongytan äri huvudsak lika med noll, medan koncentrationen av polyvinylalkohol i kontaktområdet med polyvinylalkoholskiktet är i huvudsak lika med 100%. _ Den gelbildande komponenten i det mellanliggande skiktet kan, men behöver inte, vara s k agar som är en kommersiell lättillgänglig polysackarid som vid praktiska försök i enlighet med uppfinningen har visat sig fungera funktionellt och ändamålsenligt.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen ombesörjes vidare ett sätt att framställa det ovan beskrivna laminerade förpackningsmaterialet enligt uppfinningen.Sättet enligt uppfinningen har de i oberoende patentkravet 10 angivna kännetecknen. Modifikationer och variationer av sättet enligt uppfinningen har vidare givits de i underkraven 11-15 angivna kännetecknen.

Enligt ytterligare en annan aspekt av uppfinningen ombesörjes en formstabil vätsketät förpackningsbehàllare med goda syrgasbarriäregenskaper, vilken förpackningsbehàllare är framställd genom vikformning av ett ark- eller banformigt, 10 15 20 25 30 35 505 145 4 företrädesvis dekor- och biglinjeförsett ämne av det laminerade förpackningsmaterialet enligt uppfinningen.

De ovan nämnda aspekterna av uppfinningen kommer nu att belysas närmare med hänvisning till bifogade ritningar på vilka Figur 1 schematiskt visar ett tvärsnitt genom ett laminerat förpackningsmaterial enligt uppfinningen; Figur 2 schematiskt belyser ett sätt att framställa det i Figur 1 visade förpackningsmaterialet enligt uppfinningen; och Figur 3 schematiskt visar ovandelen av en konventionell formstabil vätsketät förpackningsbehållare med goda syrgasbarriäregenskaper, vilken är framställd av ett laminerat förpackningsmaterial enligt uppfinningen.

Figur 1 visar säledes schematiskt ett tvärsnitt av ett laminerat förpackningsmaterial (förpackningslaminat) enligt uppfinningen med den allmänna beteckningen 10. Förpackningslaminatet 10 har ett formstyvt, men vikbart stomskikt av papper eller kartong 11 av valfri kvalitet som i det aktuella exemplet antas, men i praktiken inte behöver, vara av en för förpackningsändamàl konventionell standardkvalitet. Det förtjänar att påpekas ännu en gäng att uppfinningen är tillämpbar även pä "ràare" pappers- och kartongkvaiiteter än de som konventionellt används i förpackningssammanhang, och i huvudsak är uppfinningen praktiskt taget helt oberoende av det valda pappers- eller kartongmaterialets ytbeskaffenhet som därför kan väljas fritt.

På stomskiktets 11 ena sida finns ett såsom syrgasbarriär tjänande skikt av polyvinylalkohol 12 som med god vidhäftningsstyrka är bundet till stomskiktet via ett mellan stomskiktet 11 och polyvinylalkoholskiktet anordnat mellanskikt av ett gelbildande ämne och polyvinylalkohol 13 i direktkontakt med stomskiktet 11.

Det mellanliggande skiktet 13 av gelbildande ämne och polyvinylalkohol innehåller polyvinylalkohol i en mängd av mellan 80% och 99% av blandningens vikt, medan på motsvarande sätt mängden av det gelbildande ämnet kan variera mellan 20% och 1%. Företrädesvis skall mängden av det gelbildande (och samtidigt viskositetshöjande) ämnet vara tillräckligt hög i det mellanliggande skiktet 13 för att effektivt fylla ut eventuella oregelbundenheter och ojämnheter i pappers- eller kartongskiktets 11 råa ytstruktur till bildande av en slät och jämn underlagsyta för polyvinylalkoholskiktet 12 som därigenom effektivt förhindras att tränga in i det vätskesugande fiberskiktet 11.

Enligt en föredragen utföringsform skall det mellanliggande skiktet 13 uppvisa en avtagande koncentration av gelbildande ämne i det mellanliggande skiktets 13 tjockleksriktning fràn pappers- eller kartongskiktet 11 till polyvinylalkoholskiktet 12 (varvid på motsvarande sätt koncentrationen av polyvinylalkohol i det mellanliggande skiktet 13 skall öka i det mellanliggande skiktets 13 tjockleksriktning fràn pappers- eller 10 15 20 25 30 5 505 143 kartongskiktet 11 till polyvinylalkoholskiktet 12. Företrädesvis skall koncentrationen av gelbildande ämne vara i huvudsak lika med 0 i kontaktområdet med polyvinylalkoholskiktet 12 och öka till i huvudsak lika med 100% i kontaktområdet med pappers- eller kartongskiktet 11 , medan koncentrationen av polyvinylalkohol på motsvarande sätt skall vara i huvudsak lika med 100% i kontaktområdet med polyvinylalkoholskiktet 12 och avta till i huvudsak lika med 0 i kontaktområdet med pappers- eller kartongskiktet 11, varigenom polyvinylalkohol definitivt förhindras att tränga in i det sugande fiberskiktet 11 samtidigt som god vidhäftningsstyrka mellan polyvinylalkoholskiktet 12 och det mellanliggande skiktet 13 säkerställas.

Valet av gelbildande ämne i det mellanliggande skiktet 13 kan, såsom tidigare påpekats, variera även om det genom praktiska försök i enlighet med uppfinningen visat sig att agar (polysackarid) fungerar bra och ändamålsenligt och för närvarande är det föredragna gelbildande ämnet i detta skikt. Andra exempel på kommersiellt tillgängliga användbara gelbildande ämnen kan vara karragenan, gelatin etc.

Eftersom syrgasgenomsläppligheten i polyvinylalkoholskiktet 12 är starkt beroende av polyvinylalkoholskiktets fukthalt och drastiskt försämras vid ökande fukthalteri detta skikt är det lämpligt att täcka polyvinylalkoholskiktet 12 med en vätsketät beläggning 14 av plast. Plasten i denna beläggning kan, men behöver inte, vara en termoplast som företrädesvis utgöres av polyeten, t ex lågdensitetspolyeten (LDPE) som både är extruderbar och värmeförseglingsbar och därigenom bidrar att göra det laminerade förpackningsmaterialet 10 lätt att framställa.

På motsvarande sätt kan även det laminerade förpackningsmaterialets 10 andra sida vara täckt av en på pappers- eller kartongskiktet 11 applicerad vätsketät beläggning av plast som likaledes kan vara en termoplast, företrädesvis polyeten, t ex lågdensitetspolyeten (LDPE) som gör förpackningsmaterialets 10 båda sidor förseglingsbara till varandra genom konventionell värmeförsegling.

Tjockleken av respektive skikt i det icke skalenligt visade förpackningsmaterialet 10 i Figur 1 kan variera och är inte kritiska för uppfinningen. Exempel på praktiskt användbara tjocklekar för respektive skikt är 1-10um för det mellanliggande skiktet 13; 1-1 Opm för polyvinylalkoholskiktet 12; och 10-60um för de båda yttre vätsketäta plastbeläggningarna 14 och 15. Pappers- eller kartongskiktet 11 kan variera mellan vida gränser, men är i allmänhet ca 80-500pm.

Figur 2 belyser schematiskt ett sätt att framställa förpackningslaminatet 10 som visas i Figur 1. För att underlätta jämförelse med denna figur har samma hänvisningsbeteckningar som i Figur 1 använts för identiska eller motsvarande delari Figur 2, i vissa fall med tillägg av en bokstav eller primtecken.

Från en förrådsrulle 16 (till vänster i Figur 3) avrullas i pilens riktning en bana av papper eller kartong 11a som på sin ena sida är belagd med en vätsketät beläggning av plast 15, såsom visas i förstorad skala inom det streckade området A nedtill i 10 15 20 25 30 505 145 figuren. Plastbeläggningen 15 är företrädesvis en termoplast som i detta exempel antas vara polyeten, företrädesvis lågdensitetspolyeten (LDPE), medan pappers- eller kartongskiktet 11, såsom tidigare påpekats kan vara av valfri kvalitet.

Den plastbelagda pappers- eller kartongbanan 11a ledes till en beläggnigsstation vid 17 där den icke-plastbelagda sidan av pappers- eller kartongbanan 11a belägges med en vattenhaltig blandning av gelbildande ämne och polyvinylalkohol som genom en bläggníngs- eller bestrykningsoperation medelst en lämplig beläggnings- respektive bestrykningsapparat 18 appliceras i form av ett tunt sammanhängande skikt 13 på banan 11b, såsom visas i förstorad skala inom det streckade området B nedtill i Figur 2. Den vattenhaltiga blandingen av gelbildande ämne och polyvinylalkohol appliceras i en mängd av mellan ca 10 och ca 100 9/m2 Koncentratlonen av gelbildande ämne (respektive polyvinylalkohol) i den vattenhaltiga blandningen kan variera, men är företrädesvis ca 0,5-10 (respektive ca 99,5- 90). Vidare väljes betingelserna vid beläggnings- eller bestrykningsoperationen på sådant sätt att den vattenhaltiga blandningen, som hålles vid en temperatur över det gelbildande ämnets gelningstemperatur, genom kylning i samband med applikationen bringas att gela (stelna) så snart den kommeri kontakt med pappers- eller kartongbanan 11a, varigenom säkerställes att den så applicerade blandningen bildar ett välintegrerat jämnt skikt 13 som effektivt binder till pappers- eller kartongskiktet 11 utan inträngning i detta skikt. Skiktet 13 bildar samtidigt, såsom förklarats ovan, en effektiv spärr mot inträngning av polyvinylalkohol i det väfskesugande pappers- eller kartongskiktet 11, varigenom mängden polyvinylalkohol som appliceras i efterföljande beläggnings- eller bestrykningsoperation kan reduceras avsevärt i jämförelse med den beskrivna kända tekniken enligt det svenska patentet nr 440 519.

Exemplel på gelbildande ämne som kan användas vid uppfinningen är agar som är en kommersiellt tillgänglig polysackarid som visat sig fungera bra vid praktiska försök. Även andra kommersiellt tillgängliga gelbildande ämnen, t ex karragenan och gelatin är användbara enligt uppfinningen.

Ett praktiskt exempel på en vattenhaltig blandning av gelbildande ämne och polyvinylalkohol innehåller agar såsom gelbildande ämne, varvid koncentrationen av agar kan variera mellan ca 0,5 och ca 5%.

Den belagda pappers- eller kartongbanan 11b ledes vidare från beläggnings- eller bestrykningsstationen 17 till en andra beläggnings- eller bestrykningsstation vid 19 där banans 11b gelade skikt 13 av gelbildande ämne (agar) och polyvinylalkohol täckes med ett skikt av vattenhaltig polyvinylalkohol 12 som appliceras genom en beläggnings- respektive bestrykningsoperation medelst en lämplig beläggnings- eller bestrykningsapparat 20 till bildande av det såsom syrgasbarriär fungerande skiktet 12, såsom visas i förstorad skala inom det streckade området C nedtill i Figur 2. Genom 10 15 20 25 30 35 7 505 143 det tidigare applicerade skiktet 13 av agar och polyvinylalkohol som bildar en jämn underlagsyta för det vattenhaltiga polyvinylalkoholskiktet 12, kan det vattenhaltiga polyvinylalkoholskiktet 12 appliceras i små mängder utan risk för inträngning av polyvinylalkohol i det vätskesugande pappers- eller fiberskiktet 11, samtidigt som polyvinylalkoholskiktet 12 bibehåller god integritet och täcker banans 11b hela sida.

Föredragna beläggnings- eller bestrykningsmängder för det vattenhaltiga polyvinylalkoholskiktet är ca 10- 100 9/m2 Efter beläggnings- eller bestrykningsstationen 19 ledes den belagda pappers- eller kartongbanan 11c till en torkningsstation vid 21 där banan 11c torkas medelst en lämplig torkapparat 22 för att inställa fukthalten i det applicerade polyvinylalkoholskiktet 12.

Efter torkningen ledes den torkade banan 11c slutligen till en extruderingsstation vid 23 där banan belägges med en tunn vätsketät beläggning av plast, företrädesvis polyeten såsom lågdensitetspolyeten (LDPE) som extruderas l form av en sammanhängande vältäckande film 14 över banans torkade polyvinylalkoholskikt 12 medelst en extruder 24, samtidigt som banan ledes genom nypet mellan två roterande kylvalsar 25 till bildande av det färdiga förpackningslaminatet 10 som visas i förstorad skala inom det streckade omrâdet D i Figur 2. Även om de båda beläggnings- eller bestrykníngsstationerna 17 och 19 är visade såsom separata beläggningsstationer, är det enligt uppfinningen att utföra respektive beläggnings- eller bestrykningsoperationer i en enda kombinerad beläggnings- eller bestrykningsoperation med användning av en gemensam beläggnings- eller bestrykningsapparat. Exempel på en dylik gemensam beläggnings- eller bestrykningsapparat kan vara en dubbelextruder med två i banans rörelseriktning efter varandra anordnade spaltformiga munstycken, varvid den vattenhaltiga blandningen av gelbildande ämne och polyvinylalkohol extruderas genom det ena (uppströms) munstycket medan den vattenhaltiga polyvinylalkohollösningen extruderas genom det andra (nerströms) munstycket. _ Fràn det framställda förpackningslaminatet framställes formstabila vätsketäta förpackningsbehàllare 26 av exempelvis den konventionella typ (Tetra Brik; registrerat varumärke) vars ovandel visas schematiskt i Figur 3. Dylika s k engàngsförpackningar framställes frän en förbigad, företrädesvis dekorförsedd bana av förpackningslaminatet med hjälp av snabba moderna förpackningsmaskiner av det slag som både formar, fyller och försluter färdiga förpackningar. Från banan framställs förpackningarna genom att banan omformas till en tub genom hopförsegling av banans båda längsgående kanter i en överlappsskarv. Tuben fylles med aktuellt fyllgods och avdelas i slutna enskilda förpackningar genom upprepad värmeförsegling av tuben i transversella förseglingszoner tvärs banans längsriktnlng under tubens fyllgodsnivå.

Förpackningarna skiljes slutligen frán varandra genom snitt i tvärförseglingszonerna 10 505 143 och ges önskad geometrisk, vanligtvis parallellepipedisk slutform genom avslutande vikfformnings- och förseglingsoperation.

Genom uppfinningen ombesörjes sàledes säväl ett förpackningslaminat som ett sätt att framställa förpaokningslaminatet med användning av redan tillgänglig teknologi och utrustning med användning av avsevärt mindre mängder polyvinylalkohol än vad som krävs vid den kända tekniken. Genom uppfinningen ombesörjes dessutom tormstabila vätsketäta lättframställda förpackningsbehàllare med goda syrgasbarriäregenskaper för att förpacka och transportera flytande livsmedel eller andra syrgaskänsliga produkter. Även om uppfinningen har beskrivits närmare med hänvisning till speciella på ritningarna visade utföringsformer är det uppenbart för fackmannen pà omradet att olika modifikationer och variationer kan göras, utan att frángà uppfinningstanken såsom denna definieras i de efterföljande patentkraven.

Claims (16)

10 15 20 25 30 9 505 143 Pate ntkrav

1. Laminerat förpackningsmaterial för en formstabil vätsketät förpackningsbehållare (26) med goda syrgasbarriäregenskaper, vilket förpackningsmaterial (10) har ett formstyvt, men vikbart stomskikt av papper eller kartong (11) och ett på stomskiktets ena sida såsom syrgasbarriär applicerat skikt av polyvinylalkohol (12), kännetecknat av, att polyvinylalkoholskiktet (12) är bundet till stomskiktet (11) genom ett mellan stomskiktet och polyvinylalkoholskiktet applicerat skikt (13) av en blandning av ett gelbildande ämne och polyvinylalkohol.

2. Förpackningsmaterial enligt krav 1, kännetecknat av, att det mellanliggande skiktet (13) av gelbildande ämne och polyvinylalkohol är bundet direkt till stomskiktets (11) yta utan inträngning av polyvinylalkohol i stomskiktet.

3. Förpackningsmaterial enligt krav 1 eller 2, kännetecknat av, att det mellanliggande skiktet (13) av gelbildande ämne och polyvinylalkohol innehåller gelbildande ämne i en mängd av mellan 1 och 20% av blandningens totala vikt.

4. Förpackningsmaterial enligt något av föregående krav, kännetecknat av, att det mellanliggande skiktet (13) av gelbildande ämne och polyvinylalkohol uppvisar en koncentrationsgradient av polyvinylalkohol, varvid koncentrationen av polyvinylalkohol ökari riktning från stomskiktet (11) till polyvinylalkoholskiktet (12).

5. Förpackningsmaterial enligt krav 4, kännetecknat av, att koncentrationen av polyvinylalkohol är i huvudsak lika med 0 i det mellanliggande skiktets (13) kontaktomràde med stomskiktet (11), medan koncentrationen av polyvinylalkohol äri huvudsak lika med 100% i det mellanliggande skiktets (13) kontaktområde med polyvinylalkoholskiktet (12).

6. Förpackningsmaterial enligt något av föregående krav, känneteacknat av, att det gelbildande ämnet är agar.

7. Förpackningsmaterial enligt något av föregående krav, kännetecknat av, att det har yttre vätsketäta beläggningar (14;15) av plast på förpackningsmaterialets båda sidor.

8. Förpackningsmaterial enligt krav 7, kännetecknat av, att de yttre vätsketäta plastbeläggningarna (14;15) består av en termoplast.

9. Förpackningsmaterial enligt krav 8, kännetecknat av, att termoplasten i de yttre plastbeläggningarna (14;15) är polyeten, företrädesvis lågdensitetspolyeten (LDPE).

10. Sätt att framställa ett laminerat förpackningsmateriai enligt krav 1, kännetecknat av, att en bana av papper eller kartong (1 ta) på sin ena sida belägges med en vattenhaltig blandning av gelbildande ämne och polyvinylalkohol som bringas att gela vid kontakt med pappers- eller kartongbanan till bildande av ett heltäckande 10 15 20 sus 145 *° skikt (13) utan att tränga in i eller impregnera pappers- eller kartongbanan, och att det sä applicerade (13) skiktet av gelbildande ämne och polyvinylalkohol täckes med ett skikt (12) av vatenhaltig polyvinylalkohol som därefter torkas för inställning av fukthalten i polyvinylalkoholskiktet.

11. Sätt enligt krav 10, kännetecknat av, att den vattenhaltiga polyvinylalkoholen appliceras i samband med eller omedelbart efter appliceringen av den vattenhaltiga blandningen av gelbildande ämne och polyvinylalkohol.

12. Sätt enligt krav 10 eller 11, kännetecknat av, att den framställda flerskiktsstrukturen av papper eller kartong, gelbildande ämne och polyvinylalkohol, och polyvinylalkohol pä bàda sidor belägges med yttre vätsketäta beläggningar av plast (14;15).

13. Sätt enligt krav 12, kännetecknat av, att de båda yttre vätsketäta plastbeläggningarna (14;15) appliceras genom extrudering av smält plast.

14. Sätt enligt krav 13, kännetecknat av att den smälta plasten utgöres av en extruderbar termoplast.

15. Sätt enligt krav 13 eller 14, kännetecknat av, att den smälta plasten utgöres av polyeten, företrädesvis làgdensitetspolyeten (LDPE).

16. Formstabil vätsketät förpackningsbehällare (26) med goda syrgasbarriäregenskaper, kännetecknat av, att den är framställd genom vikformning av ett ark- eller banformigt, företrädesvis dekor- och biglinjeförsett ämne av ett laminerat förpacknlngsmaterial enligt krav 1.