SE522503C2 - Metod samt anordning vid tillverkning av ett banformigt förpackningslaminat - Google Patents

Description

nøaøo 10 15 20 25 30 35 522 505 > » » . | ø n ~ ~ u ø u c n n 2 eller stärkelse samt eventuellt nanopartiklar. Ett problem med att forma sådana vattenbaserade skikt i laminatet är att kunna göra dem tunna men ändå med erforderliga egenskaper. Ett annat problem är att det erfordras kostsam, utrym- meskrävande och komplicerad bestrykningsutrustning för deras àstadkommande, vilket är ett nog stort problem vid utformning av en helt ny linje för framställning av förpackningslaminat, och ett ännu större problem då en befintlig linje önskas kompletteras med bestrykningsutrustning för utformning av ett dylikt bestruket skikt i förpackningslaminatet. Den enda lösningen idag är att lägga bestryknings- utrustningen "off-line", d.v.s. utanför den ordinarie tillverkningslinjen, vilket i sin tur medför logistiska problem etc. och ökade produktionskostnader.

REDOGÖRELSE ÖVER UPPFINNINGEN Enligt uppfinningen erbjuds en metod och anordning vid tillverkning av ett banformigt förpackningslaminat, varigenom ovan nämnda problem minskas. Mera bestämt erbjuds en metod och anordning vid tillverkning av ett banformigt för- packningslaminat, varigenom ett mycket tunt skikt av en vattenbaserad kom- position innefattande ett torrhaltsinnehàll, kan infogas i ett förpackningslaminat.

Vidare kan anordningen enligt uppfinningen mycket fördelaktigt inrymmas i en befintlig tillverkningslinje för förpackningslaminatet, med endast begränsat behov av kompletterande utrustning. l en ny tillverkningslinje för ett förpackningslaminat medför uppfinningen en avsevärd besparing i utrymme och investeringskost- nader. Även underhàllskostnader minskar i jämförelse med fallet då konventionell bestrykningsutrustning utnyttjas.

Enligt uppfinningen àstadkommes detta genom en metod vid tillverkning av ett banformigt förpackningslaminat, varvid en film av polymert material extruderas ned i ett nyp mellan en kylvals och en motvals och sagda film av polymert material sammanfogas i nypet, direkt eller indirekt, med åtminstone ett annat skikt av förpackningslaminatet, och varvid kylvalsen belägges med ett ytskikt av en vattenbaserad komposition innefattande ett torrhaltsinnehäll, vilken komposition överföres som ett tunt skikt till filmen av polymert material i nypet, medan filmen av polymert material ännu är varm.

Uppfinningen innebär säledes fördelaktigt att ett valspar inklusive en extruder, för utformning av en polymer film som sammanfogas med åtminstone ett annat skikt i laminatet i nypet mellan valsparet, endast behöver kompletteras med en anordning för beläggning av kylvalsen medelst den vattenbaserade kompositionen innefattande ett torrhaltsinnehàll, samt eventuellt en tork efter- :aapr 10 15 20 25 30 35 522 503 3 följande valsparet. Lämpliga anordningar för beläggning av en vals med ett ytskikt av en vätska är kända frän tryckeriindustrin, innefattande alla kända tryckmetoder och -anordningar, vilka normalt utnyttjar en eller flera raklar för att stryka ut vätskan pá valsen. Det är dock också tänkbart att helt enkelt belägga kylvalsen genom droppning eller sprayning. l nypet mellan valsparet kommer ytskiktet att överföras direkt till den smälta filmen av polymert material medan denna ännu är varm och formbar.

Detta innebär fördelaktigt att "bestrykningen" blir mycket jämn och vältäckande.

Värmen frän filmen av polymert material kommer dessutom att medföra avdun- stning av vatten från skiktet av den vattenbaserade kompositionen, vilket för- delaktigt innebär att ingen eller endast en kort tork erfordras för att torka skiktet helt. En annan fördel är att kylmedietillflödet till kylvalsen kan minskas eftersom kylvalsen delvis kyls av den vattenbaserade kompositionen.

Enligt en aspekt av uppfinningen utgöres sagda vattenbaserade kom- position av en komposition som ger förpackningslaminatet en förbättrad egen- skap i gruppen som består av ökad arombarriär, gasbarriär, glans, greppbarhet, scavenging effekt, adhesion eller förmåga att enkelt delamineras för återvinning av olika skikt i laminatet. Med "scavenging effekt" avses en förmåga hos lami- natet att förbruka eller ”äta” syrgas, så att syrgasen inte när produkten i förpack- ningen.

För förbättrad arombarriär kan det t.ex. utnyttjas en vattenbaserad komposition innefattande ett torrhaltsinnehâll av polyvinylalkohol eller etylen- vinylalkohol. För förbättrad glans kan det t.ex. utnyttjas en lack. För förbättrad scavenging effekt kan det t.ex. utnyttjas askorbinsyra, E-vitamin, Fe- eller Fe”- föreningar. För förbättrad adhesion kan det t.ex. utnyttjas etylenakrylsyra eller etylenmetakrylsyra. För förättrad förmåga att enkelt delamineras kan det t.ex. utnyttjas karboximetylcellulosa, polyvinylacetat eller stärkelse. För förbättrad syrgasbarriär kan det t.ex. utnyttjas polyvinylalkohol, etylenvinylalkohol, etylen- akrylsyra, etylenmetakrylsyra, etylenvinylacetat, styrensampolymerer eller kom- binationer av dessa. För ytterligare förbättrad syrgasbarriär kan kompositionen även innefatta nanopartiklar, företrädesvis nanopartiklar av lermineral eller av kollodial, sfärisk och amorf SiOE.

Nyss nämnda exempel pà torrhaltslnnehàll i den vattenbaserade kom- positionen skall ej ses som begränsande för uppfinningen utan uppfinningen är tillämplig pà alla typer av vattenbaserade kompositioner som innefattar ett torr- haltsinnehàll.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen uppvisar det till filmen av polymert material överförda skiktet av den vattenbaserade kompositionen ett vatteninne- »n|.| 10 15 20 25 30 35 522 505 4 håll av 0,5-8 g/mz, företrädesvis 1-5 g/mz då det precis har överförts till filmen av polymert material. Torrhaltsinnehållet är typiskt 1-50 vikts-%. Efter det att det överförda skiktet torkats, företrädesvis medelst lFl, uppvisar det till filmen av polymert material överförda skiktet en ytvikt av från 0,1 g/mz och upp till 10 g/mz, företrädesvis upp till 5 g/mz, än mer föredraget upp till 3 g/m* och mest föredraget upp till 2 g/mz, räknat på torra vikter.

Den vattenbaserade kompositionens viskositet och/eller koncentration kan lämpligen utnyttjas för att styra en skikttjocklek av sagda komposition i förpack- ningslaminatet, i och med att dessa parametrar påverkar storleken av det gap som bildas i nypet mellan kylvalsen och motvalsen. För kompositioner inne- fattande en polymerlösning, t.ex. polyvlnylalkohol eller etylenvinylalkohol bör koncentrationen vara högst omkring ca 20 % eftersom viskositeten blir alltför hög vid högre koncentrationer. För kompositioner innefattande en dispersion, t.ex. etylenakrylsyra eller etylenmetakrylsyra, kan koncentrationen vara upp till om- kring 50 % utan att viskositeten blir för hög.

Enligt ännu en aspekt av uppfinningen innefattar sagda film av polymert material åtminstone en polymer i gruppen som består av polyeten, polypropen, etylenakrylsyra och etylenvinylalkohol, av vilken som helst för förpacknings- laminat lämplig kvalitet.

Eventuellt kan förpacknlngslaminatet, i ett efterföljande steg, förses med åtminstone ett ytterligare skikt som täcker det överförda skiktet av den vatten- baserade kompositionen, vilket således innebär att skiktet kommer att utgöra ett mellanskikt inuti laminatet, vilket täcks av åtminstone ett yttre skikt. Detta är nöd- vändigt åtminstone då det gäller adhesivskikt var syfte är att skapa bindning just till ett utanpåliggande, yttre (eventuell yttersta) skikt, eller då det gäller ett skikt som ger delamineringsförmåga för att kunna skilja skikten på vardera sidan om det uppfinningsenligt anordnade skiktet från varandra. Även andra typer av skikt, såsom skikt för arombarriår, gasbarriär eller scavenging effekt kan täckas av åtminstone ett yttre skikt.

Det är dock också tänkbart att sagda överförda skikt av den vatten- baserade kompositionen får utgöra ett utvändigt, yttersta skikt i förpacknings- laminatet som antingen skall vara anordnat på förpackningens utsida eller dess insida. Detta är nödvändigt åtminstone då det gäller skikt som skall ge förbättrad glans eller greppbarhet (utsida) och i vissa fall lämpligt för skikt som skall ge för- båttrad arombarriär och/eller syrgasbarriär (insida). Det skall således förstås att med begreppet ”yttre” eller "yttersta" så avses såväl skikt som kan vara avsedda att vetta in mot produktutrymmet (insida) hos den förpackning som skall fram- :upon 10 15 20 25 30 35 522 503 u n - w . ~ u u v u n 1 : n. 5 ställas av förpackningslaminatet, som skikt som är avsedda att vetta mot eller utgöra förpackningens utsida.

Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen kan ett extra tätt för- packningslaminat skapas med avseende på syrgasbarriår, ifall förpacknings- laminatet både innehåller ett konventionellt syrgasbarriärskikt (t.ex. aluminium- folie eller ett skikt av en polymer som uppvisar barriåregenskaper) och ett via kylvalsen överfört syrgasbarriärskikt enligt uppfinningen. Synergieffekten vid utnyttjande av två eller fler syrgasbarriärskikt i ett laminat innebär nämligen att den totala syrgasbarriären blir större än summan av barriären hos de enskilda skikten. Det år i detta fall föredraget att i det enligt uppfinningen utformade skiktet utnyttja dispergerbar etylenvinylalkohol som gjorts mera vattenolöslig genom till- sats av etylenakrylsyra, etylenmetakrylsyra och/eller nanopartiklar.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen kan smà så kallade "pinholes" i ett polymert skikt tätas genom att det polymera skiktet ”bestryks” enligt uppfinningen med en tätande vattenbaserad komposition av t.ex. etylenakrylsyra eller etylenmetakrylsyra. Detta är speciellt föredraget i förpack- ningslaminat som endast har ett polymert skikt som vetter in mot förpackningens inre, i kontakt med ett flytande livsmedel.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen kommer i det följande att beskrivas med hänvisning till Fig. 1 som schematiskt visar en anordning enligt uppfinningen. i Detalj 1 i Fig. 1 symboliserar en roterbar kylvals, vilken normalt är invän- digt kyld medelst ett kylmedium (kylvätska). Kylvalsen 1 har en mantel av metall, vanligen stål, och uppvisar företrädesvis en graverad yta, t.ex. av typen raster- vals, vilket innebär att dess yta uppvisar förmåga att hälla en större mängd vattenbaserad komposition i ett ytskikt än vad en helt slät yta gör. Det är dock också tänkbart enligt uppfinningen att valsen har en helt slät yta eller en yta som endast ringa avviker från en helt slät yta, t.ex. genom att den är mattslipad.

I en position omkring kylvalsens 1 horisontella centrumlinje anligger en motvals 2, t.ex. en gummerad pressörvals, i ett nyp, med ett justerbart nyptryck.

Till detta nyp inkommer en bana 4 av åtminstone ett skikt i laminatet som skall tillverkas, vanligen ett stomskikt som eventuellt redan har laminerats samman med ett barriärskikt. Till nypet inkommer också, mellan banan 4 och kylvalsen 1, en fràn en extruder 3 extruderad film 5 av smält polymert material. I nypet sam- vara: 10 15 20 25 30 35 522 503 6 manfogas banan 4 med den smälta polymera filmen 5, över väsentligen hela deras mot varandra vettande ytor. I den fortsatta kontakten med kylvalsens 1 yta, då laminatet av banan 4 och filmen 5 löper runt kylvalsen 1, så kyls filmen 5 varvid den stelnar/kristalliserar.

På motsatt sida mot nypet, i en position omkring kylvalsens 1 horisontella centrumlinje, är det enligt uppfinningen anordnat en anordning 6 för beläggning av kylvalsen 1 med ett ytskikt av en vattenbaserad komposition 7 innefattande ett torrhaltsinnehàll. Anordningen 6 är här visad såsom innefattande två valsar som överför kompositionen 7 till kylvalsens yta. Många andra konfigurationer är dock, enligt ovan, tänkbara. Beläggningen av den vattenbaserade kompositionen på kylvalsen 1 bör naturligtvis göras lika bred som den till nypet inkommande banan 4 och filmen 5. l nypet kommer sedan det på kylvalsen föreliggande ytskiktet att överföras till den polymera filmen 5 medan denna ännu är varm och formbar.

Därigenom bildas det pà den polymera filmen ett skikt av den vattenbaserade kompositionen, vilket skikt kommer att ingà i det färdiga förpackningslaminatet.

Den uppfinningsenliga överföringen ger möjlighet att utforma sklktet av den vattenbaserade kompositionen så tunt att det efter torkning får karaktären av ett skinn (eng. skin). ' Anordningen innefattar även ej visade medel att styra tjockleken av det skikt av den vattenbaserade kompositionen som överförs till den polymera filmen 5 i nypet. Företrädesvis styrs tjockleken åtminstone delvis med hjälp av den vattenbaserade kompositionens viskositet och/eller koncentration.

Då förpackningslaminatet 9, vilket nu kan vara komplett eller utgöra grunden för ytterligare infogning av andra skikt, lämnar kylvalsen 1 innefattar det åtminstone ett förtillverkat skikt (företrädesvis ett stomskikt), mot vilket det direkt anligger ett polymert skikt vilket på dess andra sida uppvisar ett skikt av den vattenbaserade kompositionen. Under det att skiktet av den vattenbaserade kompositionen legat mellan kylvalsens yta och det polymera skiktet har det värmts upp av det polymera skiktet (som för t.ex. polyeten extruderas vid en temperatur av omkring 280-325°C). Då laminatet 9 lämnar kylvalsen 1 kommer vatten att avgå från den uppvärmda vattenbaserade kompositionen, varvid denna åtminstone delvis torkar.

Efter valsparet 1, 2 följer dock normalt även en tork 8, företrädesvis en lFt- tork på upp till maximalt 8 m eller mer föredraget maximalt 5 m längd. Därefter är förpackningslaminatet färdigt för omformning till förpackningar, eventuellt via bigning och uppkapning till enskilda ämnen, eller också kan banan av förpack- ningslaminatet föras vidare till efterföljande utrustning 10 för att förse förpack- ningsaminatet med åtminstone ett ytterligare skikt på samma sida av laminatet »Juno 10 15 ,s22 503 mo: o 7 som skiktet av polymert material, d.v.s. inkapslande skiktet av den vatten- baserade kompositionen. Även den andra sidan av laminatet 9 kan naturligtvis förses med ytterligare skikt.

EXEMPEL l fabrik utfördes försök där en befintlig kylvals belades med ett ytskikt av polyvinylalkohol enligt förutsättningarna i tabell 1. Ett flertal provbitar togs ut av kartonglaminatet och dessa uppvisade syrgasbarriärer av fràn 27 till 108 cm°/m2*24h, 1 atm vid 23°C, 50% RH. Variationen berodde pà att försöksutrust- ningen inte medgav någon noggrannare styrning av den pàlagda skikttjockleken, vilken teoretiskt var 0,6 g/mz torrt. Exemplet syftar dock främst till att visa att den uppfinningsenliga tekniken fungerar i praktiken.

Tabell 1 Polymermaterial LDPE Laminatvikt (g/m') 25 Laminattemp. (°C) 325 Banhastighet (mlmin) 29 Dispersion Mowiol 15-99 (PVOH) Torrhalt (%) 10 Tillförsel (kg/h) 3,6 Påförd bredd (m) 0,4 Ytvikt vått (g/mz) 6 Syrgasbarriär 27-108 Uppfinningen är ej begränsad till här visade utföringsformer utan kan varieras inom ramen för patentkraven.

Claims (1)

1. 1.1: 10 15 20 25 30 35 522 503 PATENTKRAV . Metod vid tillverkning av ett banformigt förpackningslaminat (9), varvid en film (5) av polymert material extruderas ned i ett nyp mellan en kylvals (1) och en motvals (2) och sagda film av polymert material sammanfogas i nypet, direkt eller indirekt, med åtminstone ett annat skikt (4) av förpack- ningslaminatet, k ä n n e t e c k n a d a v att kylvalsen (1 ) belägges (6) med ett ytskikt av en vattenbaserad komposition (7) innefattande ett torrhalts- innehàll, vilken komposition överföres som ett tunt skikt till filmen (5) av polymert material i nypet, medan filmen av polymert material ännu är varm. . Metod enligt patentkrav 1, kä n n e t e c k n a d av att sagda vatten- baserade komposition (7) utgöres av en komposition som ger förpack- ningslaminatet (9) en förbättrad egenskap i gruppen som består av ökad arombarrlär, gasbarriär, glans, greppbarhet, scavenging effekt, adhesion eller förmåga att enkelt delamineras. . Metod enligt patentkrav 1 eller 2, kä n n e te c k n a d a v att sagda vatten- baserade komposition (7) innefattar ett torrhaltsinnehàll av åtminstone någon substans i gruppen som består av polyvinylalkohol, etylenvinyl- alkohol, etylenakrylsyra, etylenmetakrylsyra, askorbinsyra, E-vitamin, Fe- eller Fezïföreningar, karboximetylcellulosa, polyvinylacetat och stärkelse. . Metod enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d av att sagda vatten- baserade komposition (7) innefattar ett torrhaltsinnehàll av åtminstone någon substans i gruppen som består av polyvinylalkohol, etylenvinyl- alkohol, etylenakrylsyra, etylenmetakrylsyra samt ett torrhaltsinnehàll av nanopartiklar, företrädesvis nanopartiklar av lermineral eller SiOz. . Metod enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v att den vattenbaserade kompositionens (7) viskositet och/eller koncentration utnyttjas för att styra en skikttjocklek av sagda komposition i förpacknings- laminatet (9). . Metod enligt något av ovanstående patentkrav, k å n n e t e c k n a d a v att det till filmen (5) av polymert material överförda skiktet uppvisar ett vatten- innehàll av 0,5-8 g/mz, företrädesvis 1-5 g/m* då det precis har överförts till .n-»r 10 15 20 25 30 35 ((522 503 o ~ » . n filmen av polymert material. 7. Metod enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v att det överförda skiktet torkas (8) efter det att förpackningslaminatet (9) har lämnat kylvalsen (9), företrädesvis medelst lR-torkning. 8. Metod enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e te c k n a d a v att det till filmen (5) av polymert material överförda skiktet uppvisar en ytvikt av från 0,1 g/m* och upp till 10 g/mz, företrädesvis upp till 5 g/mz, än mer föredraget upp till 3 g/mz och mest föredraget upp till 2 g/mz, räknat på torra vikter. 9. Metod enligt något av ovanstående patentkrav, kä n n e te c k n a d av att sagda film (5) av polymert material innefattar åtminstone en polymer i gruppen som består av polyeten, polypropen, etylenakrylsyra och etylenvinylalkohol. 10. Metod enligt något av ovanstående patentkrav, k ä n n e te c k n a d a v att sagda förpackningslaminat (9), i ett efterföljande steg (10), förses med åtminstone ett ytterligare skikt som täcker sagda överförda skikt av den vattenbaserade kompositionen (7). 1 1 .Metod enligt något av patentkrav 1-9, k ä n n e t e c k n a d a v att sagda överförda skikt av den vattenbaserade kompositionen (7) bringas att utgöra ett utvändigt, yttersta skikt i förpackningslaminatet (9). 12.Anordning vid tillverkning av ett banformigt förpackningslaminat (9), innefattande en extruder (3) anordnad att extrudera en film (5) av polymert material ned i ett nyp mellan en kylvals (1) och en motvals (2), samt medel att införa åtminstone ett annat skikt (4) av förpackningslaminatet i sagda nyp, för sammanfogning av filmen (5) med skiktet (4), k ä n n e t e c k n a d av en anordning (6) för beläggning av kylvalsen (1) med ett ytskikt av en vattenbaserad komposition (7) innefattande ett torrhaltsinnehåll. 13.Anordning enligt krav 12, k ä n n e t e c k n ad a v att sagda kylvals (1) uppvisar en graverad yta. »vara :I I o :n o o o» u oc n n q o n I v; n u n . u. | u o» . .p n -ø o 1 . . n - u . u . . -tn -. . I p - III :il II O l I II Il II I D!!! I Û -i . . s o u y n s n 1 p t .t | o . | . , n a u : u - , vu 10 14. Anordning enligt krav 12 eller 13, kä n n e t e c k n a d a v att sagda anord- ning (6) för beläggning av kylvalsen (1) utgörs av en dropp- eller spray- anordning eller en anordning innefattande en eller flera raklar. 5 15. Anordning enligt något av kraven 12-14, kä n n e t e c k n a d av en efter sagda kylvals (1) följande tork (8), företrädesvis en IR-tork. 16. Anordning enligt något av kraven 12-15, kä n n e t e c k n a d av efter sagda kylvals (1) följande utrustning (10) för att förse förpacknings- 10 laminatet (9) med åtminstone ett ytterligare skikt på samma sida av laminatet som sagda film (5) av polymert material.