CN1286643C - 制造网形包装复合层的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于制造网形包装复合层(9)的装置，包括挤压机(3)，被安排用于将聚合物材料膜(5)挤入冷却辊(1)和对立辊(2)之间的辊隙；以及将该包装复合层的至少另一层(4)导入所述辊隙内以用于将膜(5)与层(4)结合在一起的装置。根据本发明，该装置包括装置(6)，用于使用包含干燥物质内容的水基合成物(7)的表面层覆盖冷却辊(1)。本发明也涉及制造网形包装复合层(9)的方法，其中在该聚合物材料膜仍然是热的时候，该合成物(7)作为薄层被输送到该辊隙中的聚合物材料膜(5)。

Description

制造网形包装复合层的方法和装置
技术领域
本发明涉及制造网形包装复合层的方法，其中聚合物材料膜被挤入冷却辊和对立辊(counter roll)之间的辊隙，并且所述聚合物材料膜在该辊隙中与包装复合层的至少其它一层直接或间接结合起来，本发明也涉及实现该方法的装置。
背景技术
用于包装(例如包装液体食品)的包装复合层通常由多层构成，其中每一层有其特定的功能。因此，例如，通常由基于纤维的材料(例如纸板)或基于聚合物的材料制造的芯层，使得将由该复合层制造的包装具有强度、抓握稳定性以及尺寸稳定性。一个或多个聚合物层提供不透液性，且例如由铝箔制造的阻挡层提供氧气阻挡。上述类型的层通常结合在复合层中，复合层的形式为预先制造好的网形材料，聚合物层通常作为熔融的聚合物材料膜被挤入冷却辊和对立辊(例如用橡胶液处理过的压印辊)之间的辊隙中。与此同时，至少一个其它预先制好的层(通常至少是芯层)被导入该辊隙中以便其整个表面基本与该聚合物材料膜结合在一起。
相反，其它类型的层通过复合层中至少一个预先制好的层结合在该复合层中，该复合层用包含干燥物质内容的水基合成物涂敷。在干燥后，即除去水后，干燥物质保留并且形成层。这种层可以是，例如，为包装复合层提供关于香味阻挡、气体阻挡、光泽、可抓握性、净化效应、粘附力或具有易于分层以反复利用的能力方面特性的改进。该干燥物质内容可包括，例如，聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯丙烯酸、乙烯/甲基丙烯酸共聚物、维生素C、维生素E、Fe或Fe2+化合物、羧甲基纤维素、聚乙酸乙烯酯或淀粉以及也可能是纳米颗粒。形成该复合层中的这种水基层的问题是能够使它们薄但是仍然具有所要求的属性。另一个问题是昂贵，制造它们需要庞大和复杂的涂敷设备，就建立用于生产包装复合层的复杂的新的生产线而言这是一个足够大的问题，并且当希望对现有生产线补充用于生产包装复合层中的这种涂层的涂敷设备时，这是更大的问题。今天，唯一的解决办法是不在生产线上配置涂敷设备，即，在普通生产线之外，这反过来导致物流问题等并且增加了生产成本。
发明内容
根据本发明，提供了用于制造网形包装复合层的方法和装置，根据本发明的方法和装置解决了上述问题。更具体地，提供了用于制造网形包装复合层的方法和装置，根据本发明的方法和装置包含干燥物质内容的水基合成物的非常薄的层可以结合在包装复合层中。此外，根据本发明的装置可以有利地包含在现有的包装复合层的生产线中，对辅助设备只有有限的需要。在新的包装复合层的生产线中，本发明产生可观的空间和投资成本的节省。与使用传统的涂敷设备相比较维护费用也减少了。
根据本发明，这通过一种制造网形的包装复合层的方法来实现，在该方法中聚合物材料膜被挤入冷却辊和对立辊之间的辊隙中，所述聚合物材料膜在该辊隙中直接或间接与包装复合层的至少一个其它层结合在一起，且其中冷却辊覆盖有水基合成物表面层，该合成物包含干燥性材料内容，在聚合物材料膜仍然是热的时，该合成物作为薄层被输运到辊隙中的该聚合物材料膜。
本发明有利地意味着仅需要向用于使用水基合成物覆盖冷却辊的装置提供一对辊，并且也有可能在这对辊之后有干燥器，其中该合成物包括干燥物质，这对辊包括用于产生聚合物膜的挤压机，该聚合物材料膜在这对辊之间的辊隙中与复合层的至少另一层结合在一起。使用液体表面层覆盖辊的适当装置在印刷工业中是已知的，包括所有已知的通常使用一个或多个刮刀将液体涂在辊上的印刷方法和设备。然而，也能够想到很简单地通过浸渍或喷溅来覆盖冷却辊。
在这对辊之间的辊隙中，在表面层仍然是热的和可成形的时候将其直接输送到熔融的聚合物材料膜。这有利地意味着“涂敷”非常均匀且覆盖地好。此外，聚合物材料膜中的热将导致水从水基合成物层中蒸发，这有利地意味着仅需要短少的或不需要干燥器来完全干燥该层。另一个优点是可以减少流到冷却辊的冷却媒质，因为冷却辊部分地被水基合成物冷却。
根据本发明的一个方面，所述水基合成物包括这样的合成物，其能够提供具有改进的香气阻挡、气体阻挡、光泽、可抓握性、净化效应、粘附力或具有易于分层以反复利用各层的能力方面的特性的包装复合层。净化效应意味着复合层消耗或“吃”氧气的能力，以便氧气不能到达包装中的产品。
为了改善香气阻挡，可以利用例如包含干燥物质聚乙烯醇或乙烯-乙烯醇共聚物的水基合成物。为了改善光泽，可以利用例如漆。为了改善净化效应，可以利用，例如维生素c、维生素E或Fe或Fe2+化合物。为了改善粘附力，可以利用例如乙烯丙烯酸或乙烯甲基丙烯酸。为了改善易于分层的能力，可以利用例如羧甲基纤维素、聚乙酸乙烯酯或淀粉。为了改善氧气阻挡，可以利用例如聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸、乙烯-醋酸乙烯酯、苯乙烯共聚物或者它们的结合。为了进一步改善氧气阻挡，该合成物还可以包含纳米颗粒，优选粘土矿物的纳米颗粒或者胶质、球形和非晶SiO2的纳米颗粒。
前面提到的水基合成物中的干燥物质的例子不应认为是对本发明的限制，本发明适用于包含干燥物质内容的所有类型的水基合成物。
根据本发明的另一方面，当水基合成物刚被输送到聚合物材料膜时，被输送到聚合物材料膜的水基合成物的层的水含量为0.5-8g/m2，优选为1-5g/m2。干燥物质通常占重量的1-50％。当该被输送的层已经干燥后(优选通过IR)，根据干重(dry weight)，该输送到聚合物材料膜的层的单位面积的重量为0.1g/m2～10g/m2，优选为0.1g/m2～5g/m2，更优选为0.1g/m2～3g/m2，且最优选为0.1g/m2～2g/m2。
可以适当地使用该水基合成物的粘度和/或浓度，以便控制所述合成物在包装复合层中的层厚，这些参数影响在冷却辊和对立辊之间的辊隙中形成的间隙的尺寸。对于包含聚合物溶液的合成物，例如聚乙烯醇或乙烯-乙烯醇共聚物，浓度应当最多为大约20％，这是因为更高的浓度下粘度变得太高。对于包含分散体的合成物，例如乙烯丙烯酸或乙烯甲基丙烯酸，浓度可达到大约50％而粘度不会太高。
根据本发明的另一方面，所述聚合物材料膜包括下组中的至少一种聚合物，该组包括任何质量适用于包装复合层的聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸以及乙烯-乙烯醇共聚物。
如果适当，在接下来的步骤中，可以向包装复合层提供至少另外一层，该至少另外一层覆盖被输送的水基合成物层，因此这意味着该层将构成复合层内的中间层，该层被至少一个外层覆盖。至少在粘性层的情况下这是必须的，该粘性层的目的是实现与位于外侧的外(可能是最外)层的粘贴，或者至少在提供可分层性的层情况下这是必须的，提供可分层性的目的是可能将根据本发明布置的层的两侧上的层相互分开。其它类型的层，例如用于阻挡香气、阻挡气体或净化效应的层，也可以被至少一个外层覆盖。
然而，也可以想到，所述被输送的水基合成物的层构成包装复合层的外部的、最外层，其将被安排在包装的外侧或内侧。这至少在要提供改善的光泽或可抓握性(外部)的层的情况下是必须的，且在某些情况下适用于要提供改善的香气阻挡和/或氧气阻挡(内部)的层。因此将可以理解，术语“外”或“最外”意思是将面对从包装复合层产生的包装的产品空间(内侧)的层以及将面对或构成包装的外侧的层。
根据本发明的一个优选实施例，就氧气阻挡而言，可以制造特别不可渗透的包装复合层，如果该包装复合层包括传统氧气阻挡层(例如铝箔或具有阻挡性质的聚合物层)和根据本发明的通过冷却辊输送的氧气阻挡层。这是因为在复合层中使用两个或更多氧气阻挡层时所获得的协作效应意味着总的氧气阻挡大于单个的阻挡层之和。在这种情况下，优选在根据本发明生产的层中使用可分散的乙烯-乙烯醇共聚物，已经通过增加乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸和/或纳米颗粒使其更加不能水溶。
根据本发明的另一个优选实施例，可以根据本发明使用例如，乙烯丙烯酸或乙烯甲基丙烯酸的密封的水基合成物涂敷聚合物层，密封聚合物层中的已知为针孔的小孔。这在包装复合层只有一层聚合物层面对包装的内部与液体食品接触的情况下尤其优选。
附图说明
下面将参照图1描述本发明，该图概略地示出了根据本发明的装置。
具体实施方式
图1中的部件1表示可旋转的冷却辊，其通常通过冷却媒质(冷却液体)内部冷却。该冷却辊1具有金属(通常是钢)制成的壳，优选具有被雕刻的表面，例如网纹辊(screen roller)型，这意味着其表面与完全光滑的表面相比能在表面层中保持更大量的水基合成物。然而，根据本发明可以想到，辊具有完全光滑的表面或仅仅比完全光滑表面稍有变化的表面，例如通过不光滑研磨(matt-ground)。
对立辊2是例如用橡胶液处理过的压印辊，在辊隙中在大约其水平中心线的位置上靠在冷却辊1上，其中辊隙压力可调节。要被制造的复合层中的至少一层的网(web)4，通常是已经与阻挡层叠在一起的芯层，被送入该辊隙中。从挤压机3挤出的熔融聚合物材料膜5也送入网4和冷却辊1之间的辊隙。在该辊隙中，网4与熔融的聚合物膜5基本上在它们相对的整个表面上结合在一起。在与冷却辊1的表面连续接触期间，当网4和膜5的复合层绕冷却辊1运转时，膜5被冷却并且因此凝固/结晶。
根据本发明，在围绕冷却辊1的水平中心线的位置上安排装置6在该辊隙的相对侧，该装置(6)用于使用包含干燥物质内容的水基合成物7的表面层覆盖冷却辊1。此处所示的装置6包括将合成物7输送到冷却辊表面的两个辊。然而，如前所述，可以想到其它结构。水基合成物在冷却辊1上的覆盖当然应当是与送入到该辊隙的网4和膜5同样宽。然后在该辊隙中，出现在冷却辊上的表面层在它仍然是热的且可成形的时候被输送到聚合物膜5。这样，一层水基合成物层形成在聚合物膜上，该层将形成为所完成的包装复合层的一部分。根据本发明的输送提供这样的可能性：使得水基合成物层在被干燥后非常薄，呈现出皮肤的特性。
该装置也包括控制被输送到辊隙中的聚合物膜5的水基合成物层的厚度的装置(未示出)。优选至少部分地通过该水基合成物的粘度和/或浓度来控制厚度。
当包装复合层9离开冷却辊1时，该包装复合层9现在完成或构成进一步结合其它层的基础，它包括至少一个预先制好的层(优选芯层)，靠着该层直接铺有聚合物层，该聚合物层的另一侧是水基合成物层。当水基合成物层位于冷却辊的表面和聚合物层之间时，它被聚合物层(该聚合物层，在例如聚乙烯的情况下，在大约280～325℃的温度被挤出)加热。当复合层9离开冷却辊1时，水将从被加热的水基合成物中蒸发，因此该合成物至少被部分干燥。
尽管如此，通常在辊1、2之后有干燥器8，优选IR干燥器，长度到最大8m或优选到最大5m。接下来，包装复合层准备好用于成形为包装，如果适合，通过折和切成单个的半成品，或者包装复合层的网也可以被传送到后面的设备10以便在与聚合物材料层相同的复合层的一侧上为该包装复合层提供至少另外一层，即，将水基合成物层密封。当然也可以向复合层9的另一侧提供另外的层。
实例
在工厂中，进行了试验，其中现有冷却辊被装有根据表1的条件的聚乙烯醇的表面层。大量样品取自纸板复合层，且这些样品的氧气阻挡为27～108cm3/m2·24h，23℃时的1atm、50％RH。这种变化是由于试验设备不允许对所应用的层厚的更精确地控制，其理论上是0.6g/m2的干重。然而，该实例的目的主要是显示根据本发明的技术在实践中的功效。
表1
  聚合物材料   LDPE
  复合层重量(g/m2)   25
  复合层温度(℃)   325
  网的速度(m/min)   25
  分散   Mowiol 15-19(PVOH)
  干燥含量(％)   10
  供应(Kg/h)   3.6
  施加的宽度(m)   0.4
  每单位面积湿的重量(g/m2)   6
  氧气阻挡   27-108
本发明不限于此处所示出的实施例，而是可以在权利要求的范围内变化。

Claims (21)

1、一种制造网形包装复合层(9)的方法，其中聚合物材料膜(5)被挤入冷却辊(1)和对立辊(2)之间的辊隙中，且所述聚合物材料膜在该辊隙中直接或间接与该包装复合层的至少另一层(4)结合在一起，其特征在于冷却辊(1)被覆盖有包括干燥物质内容的水基合成物(7)的表面层，在该聚合物材料膜仍然是热的时候，该水基合成物作为薄层被输送到该辊隙中的聚合物材料膜(5)。
2、根据权利要求1的方法，其特征在于所述水基合成物(7)包括为包装复合层(9)提供改善的特性的合成物，这些改善的特性包括增加的香气阻挡、气体阻挡、光泽、可抓握性、净化效应、粘附力或者易于分层的能力。
3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述水基合成物(7)包括干燥物质内容，该干燥物质是由聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸、维生素C、维生素E、Fe或Fe2+化合物、羧甲基纤维素、聚乙酸乙烯酯和淀粉构成的组中的至少一种物质。
4、根据权利要求3的方法，其特征在于所述水基合成物(7)包括干燥物质内容，该干燥物质是由聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、乙烯丙烯酸、乙烯甲基丙烯酸构成的组中的至少一种物质，并且包括纳米颗粒的干燥物质内容，该纳米颗粒是粘土矿物或SiO2的纳米颗粒。
5、根据权利要求1或2的方法，其特征在于使用水基合成物(7)的粘度和/或浓度控制所述合成物在包装复合层(9)中的层厚。
6、根据权利要求1或2的方法，其特征在于当层刚被输送到聚合物材料膜时，输送到聚合物材料膜(5)的层的水含量为0.5-8g/m2。
7、根据权利要求1或2的方法，其特征在于当层刚被输送到聚合物材料膜时，输送到聚合物材料膜(5)的层的水含量为1-5g/m2。
8、根据权利要求1或2的方法，其特征在于在包装复合层(9)已经离开冷辊(1)后，通过IR干燥，使得该被输送的层干燥。
9、根据权利要求1或2的方法，其特征在于基于干重，被输送到聚合物材料膜(5)的层的每单位面积的重量为0.1g/m2～10g/m2。
10、根据权利要求1或2的方法，其特征在于基于干重，被输送到聚合物材料膜(5)的层的每单位面积的重量为0.1g/m2～5g/m2。
11、根据权利要求1或2的方法，其特征在于基于干重，被输送到聚合物材料膜(5)的层的每单位面积的重量为0.1g/m2～3g/m2。
12、根据权利要求1或2的方法，其特征在于基于干重，被输送到聚合物材料膜(5)的层的每单位面积的重量为0.1g/m2～2g/m2。
13、根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述聚合物材料膜(5)包括由聚乙烯、聚丙烯、乙烯丙烯酸和乙烯-乙烯醇共聚物构成的组中的至少一种聚合物。
14、根据权利要求1或2的方法，其特征在于在接下来的步骤(10)中，向所述包装复合层(9)提供至少另外一层，该至少另外一层覆盖所述被输送的水基合成物(7)层。
15、根据权利要求1或2的方法，其特征在于所述被输送的水基合成物(7)层构成包装复合层(9)的外部的最外层。
16、一种用于制造网形包装复合层(9)的装置，包括挤压机(3)，被安排用于将聚合物材料膜(5)挤入冷却辊(1)和对立辊(2)之间的辊隙；以及将该包装复合层的至少另一层(4)导入所述辊隙中以用于将膜(5)与层(4)结合在一起的装置，其特征在于装置(6)，该装置(6)用于使用包含干燥物质内容的水基合成物(7)的表面层覆盖冷却辊(1)。
17、根据权利要求16的装置，其特征在于所述冷却辊(1)具有被雕刻的表面。
18、根据权利要求16或17的装置，其特征在于所述用于覆盖冷却辊(1)的装置(6)包括浸渍或喷射装置或包括一个或多个刮刀的装置。
19、根据权利要求16或17的装置，其特征在于在所述冷却辊(1)之后有干燥器。
20、根据权利要求19的装置，其中所述干燥器是IR干燥器。
21、根据权利要求16或17的装置，其特征在于在所述冷却辊(1)之后有设备(10)，以便在复合层与所述聚合物材料膜(5)相同的一侧上为包装复合层(9)提供至少一个另外的层。
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