AT10572U1 - Sterilisierbare, flexible verbundfolie - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine sterilisierbare, flexible Verbundfolie enthaltend eine Aluminiumfolie, eine Haftvermittlerschicht und eine Siegelschicht sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Verbundfolie. Die Erfindung betrifft weiters Deckel zum Verschließen von Behältern umfassend die vorgenannte Verbundfolie.

Es ist bekannt, Deckel der eingangs genannten Art beispielsweise zum Verschließen von Behältern für verderbliche Lebensmittel bzw. Tierfutter zu verwenden. Vor dem Verschließen werden die Behälter, die üblicher Weise aus Polypropylen oder einer Polypropyleninnenschicht bestehen, mit Nahrungsmitteln oder Tierfutter befüllt und anschließend mit dem Deckel unter Bildung einer Siegelnaht verschlossen. Dabei werden die in Stapeln zugelieferten Deckel in einem kontinuierlichen Prozess entstapelt, auf den Behälterrand aufgesetzt und mit diesem unter Verwendung eines geeigneten Siegelwerkzeuges kraftschlüssig verbunden.

Weiters ist es möglich, die eingangs beschriebene Verbundfolie als Abdeckband einzusetzen, wobei in diesem Fall das Ausstanzen der Deckel erst an der Abfüllmaschine, meist nach dem Siegelprozess erfolgt.

Insbesondere im Fall von verderblichem Füllgut kann zur Keimfreimachung eine Heißabfüllung erfolgen, bei welcher das durch Erhitzen keimfrei gemachte Füllgut bei der Abfüllung eine Temperatur von beispielsweise 80-90 °C aufweist. Im Falle von verderblichen Lebensmitteln oder Tiernahrung kann aber auch eine thermische Behandlung der abgefüllten und verschlossenen Behälter in Form einer Pasteurisierung oder Sterilisation erfolgen.

Mit der Sterilisation kann das Füllgut für einen langen Zeitraum haltbar gemacht werden. Dieser Effekt wird durch eine sehr hohe Erhitzung über eine längere Zeit als beim Pasteurisieren erreicht. Während bei der Pasteurisierung das Füllgut nur für wenige Sekunden erhitzt wird, dauert die Sterilisation je nach Produkt beispielsweise von etwa 15 Minuten bis zu einer Stunde. Die Temperatur beträgt dabei in der Regel zwischen 110 °C und 135 °C. Bei derartigen Bedingungen sollen alle Bakterien und Keime abgetötet werden, so dass nach dem Sterilisationsprozess von einer Million Keimen definitionsgemäß höchstens ein Keim überleben darf. Dadurch wird eine sehr lange Haltbarkeit, oftmals über mehrere Jahre erreicht.

Standardmäßig eingesetztes Deckelmaterial für derartige Zwecke besteht beispielsweise aus einem Verbund umfassend eine Aluminiumfolie und eine darauf aufgebrachte Coextrusions-schicht. Diese enthält üblicherweise eine Haftvermittlerschicht aus mit Maleinsäureanhydrid modifiziertem Polypropylen oder einem anderen geeigneten Haftvermittler und eine peelfähige Siegelschicht, welche aus einem mit einem mineralischen Füllstoff, beispielsweise Talkum oder Kreide, gefüllten Polypropylen bzw. Polypropylenblend gebildet wird. Unter Anwendung von Druck und erhöhter Temperatur erfolgt über die Siegelschicht eine Verschweißung von Deckel und Behälterrand. Der Füllstoff in der Siegelschicht soll im Wesentlichen die notwendige Peelfähigkeit für das Öffnen der Behälter dadurch gewährleisten, dass eine partielle innere Schwächung des Materials gegeben ist, die einerseits keine Auswirkung auf einen dichten Behälterverschluss beim Versiegeln zeigt, beim Aufbringen der Aufreißkraft (Peelkraft) jedoch ein für den Konsumenten angenehmes Peelen ergibt. Durch das Aufbringen dieser Kraft erfolgt in der Regel ein Kohäsivbruch durch die durch die Füllstoffe geschwächte Siegelschicht, so dass ein Öffnen des Behälters ermöglicht ist.

Diese herkömmlich eingesetzten Deckel haben allerdings wesentliche Nachteile.

Grundsätzlich zeigen die beschriebenen Deckel aus Polypropylenverbunden eine sehr feste Versiegelung, so dass das händische Öffnen teilweise unbequem ist und beispielsweise älteren Personen Schwierigkeiten bereitet. Die für das Öffnen erforderliche Aufreißkraft (Peelkraft) kann in gewissem Maße dadurch reduziert werden, dass der Füllstoffanteil in der Siegelschicht 3 AT010 572U1 erhöht oder die Zusammensetzung des Polypropylenblend entsprechend angepasst wird. Diese Modifikationen können aber eine Verschlechterung der Beständigkeit gegenüber dem Füllgut oder der Sterilisationsbeständigkeit bewirken.

Die beschriebenen Deckel weisen zudem eine eingeschränkte Beständigkeit gegenüber gewisse Füllgutkomponenten, insbesondere Fette, Fettsäuren, Milch- oder Essigsäure auf. Dies kann sich in einer mangelhaften Siegelnahtfestigkeit, einem mangelhaften Schälwiderstand beim Öffnen, einer teilweisen oder vollständigen Delaminierung von Teilschichten oder einer teilweisen oder vollständigen Ablösung der gesamten Coextrusionsschicht von der Aluminiumfolie, insbesondere nach längerem Kontakt mit dem Füllgut äußern. Diese Nachteile entstehen durch Migration von Füllgutkomponenten in die Schichten des Coextrudates und Schwächung dieser Schichten an den Grenzflächen oder kohäsive Schwächung einzelner oder aller Schichten, besonders während der Wärmebehandlung, das heißt beim Pasteurisieren oder Sterilisieren. Besonders empfindlich zeigt sich dabei die Haftvermittlerschicht an deren Grenzfläche zur Aluminiumfolie.

Es ist bekannt, dass durch Aufbringen einer zusätzlichen Haftvermittlerschicht auf die zu beschichtende Aluminiumoberfläche oder durch eine chemische Oberflächenbehandlung der Aluminiumfolie, z.B. eine Chromatierung der Aluminiumoberfläche, die haftvermittelnde Grenzschicht geschützt werden kann. So bieten zum Beispiel Polyimid- oder Epoxilackierungen einen Schutz gegen adhäsives Versagen des Verbundes, insbesondere bei Fette enthaltendem Füllgut. Heißsiegellacke, beispielsweise auf Basis von Vinylchloridpolymeren, Acrylaten oder Epoxidharzen bieten einen Schutz gegen salzhaltiges Füllgut oder saures Füllgut, wie Milchsäure oder Essigsäure, so dass das Füllgut nicht an die Aluminiumoberfläche gelangen kann und so die Korrosion des Aluminiums vermieden wird. Diese genannten Schutzmaßnahmen erfordern aber im Herstellprozess im Allgemeinen einen zusätzlichen Arbeitsschritt in einer geeigneten Lackiermaschine.

Weiters ist es aus der DE 102 35 584 A1 bekannt, eine relativ komplex aufgebaute Coextrusionsschicht mit eingebauter Barriereschicht einzusetzen. Diese besteht aus einer Haftvermittlerschicht, welche an die Aluminiumfolie angrenzt, einer Barriereschicht, beispielsweise aus Polyamid, sowie einer weiteren Haftvermittlerschicht, welche zwischen der Barriereschicht und der Siegelschicht vorliegt. Derartige Strukturen weisen aber im Vergleich zu standardmäßig eingesetzten Deckelmaterialien wenigstens eine zusätzliche Materialkomponente auf, sodass deren Herstellung eine aufwendige Erweiterung bestehender Coextrusionsbeschichtungsanlagen erfordert, weil ein zusätzlicher Extruder, ein anderer Feedblock zur Erzeugung der Mehrschichtstruktur und allenfalls ein modifiziertes Extrusionswerkzeug durch geänderte Fließbedingungen notwendig sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demnach, eine Verbundfolie der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, welche sich mit herkömmlichen Extrusionsanlagen herstellen lässt, und aus welcher Deckel zum Verschließen von Behältern für verderbliches Füllgut gefertigt werden können, welche sterilisationsbeständig, aber gleichzeitig verbraucherfreundlich und des weiteren auch bei längerer Lagerung gegenüber Säuren und Fette enthaltende Füllgutkomponenten beständig sind.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einer Verbundfolie der eingangs genannten Art gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Siegelschicht eine Mischung aus zumindest zwei miteinander unverträglichen Polymeren bzw. Copolymeren enthält, wobei ein sterilisierbares Polypropylenpolymer, Polypropylencopolymer oder Polypropylenblend eine Matrix bildet, in welche mindestens eine weitere, unverträgliche Polymerkomponente eingebettet ist.

Das Polypropylenblend besteht vorzugsweise aus einer Mischung aus Polypropylen und einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe der Polyolefine und deren Copolymere, etwa Polyethylen, Polybutylen, Ethylen-Acrylat-Copolymer und ähnlichen. 4 AT010 572U1

Als weitere Komponente wird mindestens ein mit der Matrixkomponente unverträgliches Polymer oder Copolymer aus der Gruppe mit Polypropylen unverträglichen Kunststoffen, vorzugsweise aus der Gruppe der Polystyrole in Form ihrer Einzelkomponenten oder Blends ausgewählt.

Der Einsatz unverträglicher Polymere oder Copolymere erzeugt den technischen Effekt, dass bei deren Zusammenfügen keine im thermodynamischen Sinn vollständigen Mischungen entstehen und Bereiche mit im Vergleich zum Mittel reduzierter Verbundfestigkeit vorliegen, welche jedoch die Verbundhaftung der Siegelschicht zum Haftvermittler bzw. zum Behälter nach dem Verschließen nur unwesentlich beeinflussen, allerdings die für das Öffnen der Behälter erforderlichen Anreißkräfte (Peelkräfte) maßgeblich reduzieren, ohne dass zusätzlich eine mineralische Füllstoffkomponente zugemischt werden muss.

Der Effekt wird vorteilhafterweise dadurch erzielt, dass eine vollständige Mischbarkeit verschiedener Polymere nur in spezifischen Fällen gegeben ist. Da beim Herstellen des Polymerblend allerdings auch aus an sich unverträglichen Polymeren stabile und hinsichtlich ihrer Eigenschaften reproduzierbare Mischungen erzeugt werden müssen, deren Gefüge während der Verarbeitungsschritte entweder gleich bleibt, oder aber die auftretenden Änderungen vorhersehbar sind, erfordert der Mischprozess neben einer guten mechanischen Dispergierung vorzugsweise den Einsatz eines Kompatibilizers. Der Kompatibilizer ist in seinem strukturellen chemischen Aufbau vorteilhafterweise derart auszuwählen, dass dieser chemische Gruppen enthält, die zum Matrixmaterial kompatibel sind und weitere chemische Gruppen besitzt, die zu den Mischkomponenten eine Kompatibilität zeigen. Der Kompatibilizer hat daher drei Aufgaben zu erfüllen: 1) Reduktion der Oberflächenspannung zwischen den zu mischenden Komponenten und damit die Verbesserung der Dispergierbarkeit, 2) Stabilisierung der Morphologie gegen thermische Effekte und Schereffekte während der Verarbeitung und 3) Gewährleistung einer Haftung zwischen den Phasen im festen Zustand.

Im Falle der Mischung von Polypropylen, Polypropylencopolymeren und deren Blends mit Polystyrol, seinen Copolymeren und Blends sind Styrol-Butadiene vorteilhafte Kompatibilizer.

Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Herstellen der erfindungsgemäßen Verbundfolie, wobei die Haftvermittlerschicht und die Siegelschicht durch Coextrusion auf die Aluminiumfolie aufgebracht werden.

Die Erfindung betrifft weiters einen Deckel umfassend die erfindungsgemäße Verbundfolie.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer möglichen Ausführungsform der Erfindung sowie anhand einer möglichen Darstellung der erfindungsgemäßen Verbundfolie 1 - siehe Figur 1 -näher erläutert.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundfolie 1 wird eine Aluminiumfolie 2 mit einer Dicke von beispielsweise 60 pm einer an sich bekannten Anlage, welche für das Coextrusions-beschichten geeignet ist, zugeführt. Vor dem eigentlichen Beschichten erfolgt inline eine Coronavorbehandlung der zu beschichtenden Aluminiumoberfläche, wobei keine zusätzliche Behandlung der Aluminiumoberfläche, wie etwa der Auftrag eines Lackprimer, erforderlich ist. Die aufgebrachte Coextrusionsbeschichtung besteht aus der Haftvermittlerschicht 3 und der Siegelschicht 4. Als Haftvermittler wird beispielsweise ein mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Polypropylen eingesetzt, wobei der Auftrag derart gesteuert wird, dass ein Flächengewicht von ca. 8 g/m2 erreicht wird. Der Auftrag der Siegelschicht 4 wird derart gesteuert, dass ein Flächengewicht von ca. 16 g/m2 erzielt wird.

Die miteinander unverträglichen Materialien für die Siegelschicht 4 bestehen beispielsweise aus 5 AT010 572U1 einem sterilisierbaren Blend aus Polypropylen und Polyethylen, welches die Matrix 5 bildet.

Als mit Polypropylen unverträgliches Polymer 6 wird gemäß Beispiel Polystyrol eingesetzt. Des Weiteren wird ein Kompatibilizer, vorzugsweise ein Polystyrol-Butadien-Copolymer zugegeben.

Eine beispielhafte Rezeptur lautet wie folgt: 48 Gew.% PP-PE-Blend 47 Gew.% Polystyrol 5 Gew.% Polystyrol-Butadien-Copolymer als Kompatibilizer

Im Anschluss an den Beschichtungsvorgang durchläuft die beschichtete Aluminiumfolie 2 an derselben Anlage noch einen Schwebetrockner, in welchem durch thermische Aktivierung die Haftung der Beschichtung auf der Aluminiumfolie fixiert wird. Nach dem Extrusionsbeschichten kann das in Form von Rollenware vorliegende Material gelagert werden oder durch entsprechend geformte Werkzeuge zu Deckeln gestanzt werden.

Zum Nachweis der erfindungsgemäß erzielten technischen Effekte werden mit den gemäß vorgenanntem Beispiel hergestellten Deckeln verschiedene Untersuchungen durchgeführt:

In einem Vergleichsversuch wird eine 60 pm dicke Aluminiumfolie analog zu vorgenanntem Beispiel hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass die Siegelschicht aus einem homogenen Polymerblend aus Polypropylen und Polyethylen mit einem mineralischen Füllstoffanteil von etwa 20 Gew.% ausgebildet wird. Auch aus diesem Material werden Deckel gestanzt.

Zur Untersuchung der Peelfähigkeit werden Bechersiegelungen gegen mit Wasser gefüllte Aluminium-Schalen mit Polypropylen-Innenschicht an einem Laborsiegelgerät durchgeführt. Für diese Untersuchungen werden einerseits die erfindungsgemäßen Deckel aus der gemäß Beispiel hergestellten erfindungsgemäßen Verbundfolie sowie andererseits die Deckel aus dem vorhin beschriebenen und bekannten Vergleichsmaterial eingesetzt. Die Siegelung erfolgt mit einer Siegelzeit von 0,25 Sekunden bei einem Siegeldruck von 4 bar und unterschiedlichen Siegeltemperaturen.

Zur Überprüfung der Sterilisationsbeständigkeit werden die Proben gemäß vorgenannten Bedingungen gesiegelt und anschließend einer Sterilisation in einem Laborautoklaven bei einer Temperatur von 129 °C für 30 Minuten unterzogen.

Die Aufreißkraft, welche ein Maß für die Abschälfestigkeit bzw. Peelfähigkeit der Deckel ist, wird mit einer Universalzug- und -druckprüfmaschine, Typ Zwick Z010 getestet. Dazu werden die gesiegelten und gemäß vorgenannten Bedingungen sterilisierten Becher in einer geeigneten Becherhaltevorrichtung positioniert. Die vorstehende Ecke des aufgesiegelten Bechers, die so genannte Deckellasche, wird mit einer Klemme versehen, die über einen nicht dehnbaren Faden mit dem Kraftaufnehmer der oberen Traverse der Zugprüfmaschine verbunden ist. Das Öffnen der Becher erfolgt unter einem Winkel von 45°. Bei einer Beanspruchungsgeschwindigkeit von 400 m/min wird der Kraftverlauf in [N] beim Hinauffahren der oberen Traverse aufgezeichnet. Der maximale Kraftwert beim Öffnungsbeginn ergibt den Aufreißwert; der über dem weiteren Öffnungsweg konstante Wert ergibt den Peelwert. Im Zuge des Vergleichsversuches wurden folgende Messwerte festgehalten:

Siegeltemperatur Erfindungsgemäßes Material Vergleichsmaterial 260 °C Aufreißwert: 20,0 N Peelwert: 11,5 N 25 N 13,7 6 AT010 572 U1

Siegeltemperatur Erfindungsgemäßes Material Vergleichsmaterial 285 °C Aufreißwert: 20,5 N 29,0 N Peelwert: 11,5 N 14,5 N 300 °C Aufreißwert: 21,0 N 30,0 N Peelwert: 12 N 14,5 N

Zur Untersuchung der Füllgutbeständigkeit wird eine bekanntermaßen aggressive Simulanz-Mischung, bestehend zu gleichen Teilen aus Hot-Ketchup, Maiskeimöl und Hesperidenessig, hergestellt. Als Behälter werden typische, für Tiernahrungsprodukte eingesetzte tiefgezogene Aluminiumschalen mit Polypropyleninnenfolie verwendet. Diese Behälter werden mit der Simu-lanz-Mischung befüllt und einerseits mit den vorhin beschriebenen, erfindungsgemäßen Deckeln und andererseits mit den Deckeln aus dem bekannten Vergleichsmaterial versiegelt. Die befüllten, versiegelten Behälter werden so gelagert, dass das Füllgut im direkten Kontakt mit dem Deckel ist. Dabei werden die Behälter sowohl bei Raumtemperatur als auch zur beschleunigten Reaktion in einem Wärmeschrank bei 40 °C gelagert und nach 1, 2 bzw. 4 Wochen geöffnet und hinsichtlich eines teilweisen oder vollständigen Versagens des Verbundes durch teilweise oder vollständige Ablösung der Deckelbeschichtung von der Aluminiumfolie bzw. hinsichtlich einer teilweisen oder vollständigen Delamination zwischen Haftvermittler und Siegelschicht in Augenschein genommen.

Standardmaterial Erfindungsgemäßes Material RT, 1 Wo i.O. i.O. RT, 2 Wo i.O. i.O. RT, 4 Wo Ablösen der Beschichtung vom Aluminium (Delamination) i.O. 40 °C, 1 Wo i.O. 40 °C, 2 Wo Beginnende Delamination Während das gemäß Vergleichsbeispiel eingesetzte Standardmaterial nach einer Lagerdauer von 4 Wochen bei Raumtemperatur bzw. bereits nach einer Woche bei erhöhter Temperatur deutliche Delaminationen in der Grenzschicht von Aluminium und Haftvermittlerschicht zeigt, zeigt das erfindungsgemäße Material, welches bei Raumtemperatur gelagert wurde, im Untersuchungszeitraum keine Delamination. Es wurde mit "in Ordung" (i.O.) bewertet. Das bei erhöhter Temperatur gelagerte erfindungsgemäße Material zeigt erst nach zwei Wochen Lagerdauer teilweise Delaminationen in Form einer Streifenablösung der Beschichtung von der Aluminiumfolie.

Trotzdem die im Vergleichsbeispiel ausgetesteten, erfindungsgemäßen Deckel äußerst stabil sind, zeigen sie gleichzeitig verbraucherfreundliche Eigenschaften. So kann die in Figur 1 gezeigte, erfindungsgemäße Verbundfolie bei ihrer weiteren Verwendung als Deckel zum Verschließen von Behältern mit niedrigem Kraftaufwand vom Behälterrand abgezogen (gepeelt) werden. Dies wird anhand der beim Öffnen erzeugten Bruchlinie 7 gezeigt. Die Bildung dieser Bruchlinie ist auf den Einsatz miteinander unverträglicher Polymere 5 sowie 6 zurückzuführen, wodurch sich Zentren mit reduzierter Verbundfestigkeit bilden, welche sich nicht auf die gesamte Verbundfestigkeit auswirken, es allerdings dem Verbraucher erleichtern, den verschlossenen Behälter durch Abschälen des Deckels (Peelen) zu öffnen. Durch den Einsatz der Polypropylen

Claims (4)

1. 7 AT010 572U1 enthaltenden Matrix 5 ist des Weiteren eine Haftung zur angrenzenden Haftvermittlerschicht 3 gewährleistet, so dass, wie im Vergleichsbeispiel gezeigt, auch nach längerer Lagerung keine unerwünschte Delamination eintritt. Ansprüche: 1. Sterilisierbare, flexible Verbundfolie (1), enthaltend eine Aluminiumfolie (2), eine Haftvermittlerschicht (3) sowie eine Siegelschicht (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Siegelschicht (4) eine Mischung aus einem sterilisierbaren Polypropylenblend, einem damit unverträglichen Polystyrol sowie einem Kompatibilizer aus Polystyrol-Butadien-Copolymer enthält, wobei das sterilisierbare Polypropylenblend eine Matrix (5) bildet, in welche das unverträgliche Polystyrol (6) eingebettet ist.
2. 2. Verbundfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypropylenblend aus einer Mischung aus Polypropylen und einem oder mehreren Materialien aus der Gruppe der Polyolefine und deren Copolymere besteht.
3. 3. Verfahren zum Herstellen einer sterilisierbaren, flexiblen Verbundfolie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftvermittlerschicht (3) sowie die Siegelschicht (4) durch Coextrusion auf die Aluminiumfolie (2) aufgebracht werden.
4. 4. Deckel zum Verschließen von Behältern mittels einer Siegelnaht, umfassend eine Verbundfolie (1) nach Anspruch 1 oder 2. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen