CZ187399A3 - Dvojitý žáruvzdorný obalový materiál - Google Patents

Abstract

Obalový materiál pro potraviny schopný vytvořit ulpění, trhající vlákna, při vzájemnémslepení dvou svých povrchů,je vytvořen zjednostranně povlečeného substrátu (CIS) aplikací základního nátěru na nepovlečený povrch substrátu, před aplikací utěsnitelného, vlhkostní bariéru tvořícího povlaku pro styk s potravinami přes základní nátěr. Předběžné povlečení substrátu zlepšuje držení povlaku, redukuje kráteiy a zvyšuje spojení mezi bariérovým povlakem a substrátem pro dosažení ulpění, trhajícího vlákna.

Description

Oblast vynálezu

Předložený vynález se obecně týká obalového materiálu pro potraviny a konkrétněj i obalového materiálu pro potraviny na bázi kartónu, který zahrnuje utěsnitelný, vlhkostní bariéru tvořící povlak pro styk s produktem, schopný vytvoření ulpění, trhajícího vlákna, při vzájemném slepení.

Dosavadní stav techniky

Obalový materiál tohoto druhu zahrnuje s výhodou kartónový substrát, na jehož jednu stranu byl použit povlak vhodný pro vysoce kvalitní grafický potisk. Takové substráty jsou známé v tomto oboru techniky jako jednostranně povlečené nebo jako kartónové substráty CIS (coated-oneside). V tomto oboru techniky je známo také použít na takovýto obalový materiál kartónový substrát, na který bylý aplikovány povlaky vhodné pro vysoce kvalitní grafické potisky na obou stranách. Takovéto substráty jsou v tomto oboru techniky známé jako dvoustranně povlečené, nebo jako kartónové substráty C2S (coated-two-side). Je samozřejmě nákladnější používat na balení substrát C2S, než substrát CIS, vyvstává tedy potřeba pro zamýšlený účel vyvinout v tomto oboru techniky obalový materiál založený na kartonu CIS. Kromě toho bylo používání substrátu C2S shledáno nevhodným pro vytvoření ulpění, trhajícího vlákna, jsou-li tepelně spojována dohromady víčka a tácky vyrobené

-2• ·

z takovéhoto substrátu, zvláště za použití některých bariérových materiálů.

V případě balení potravin na bázi kartónu je s výhodou povlečena alespoň jedna strana kartónového substrátu na papírenském stroji povlakem vhodným pro vysoce kvalitní grafické potisky. Takovéto povlaky bývají obvykle aplikovány ve dvou krocích. Nejprve se aplikuje základní nátěr, a pak se na základní nátěr aplikuje vrchní nátěr. Shrnuto, povlaky použitelné pro vysoce kvalitní grafický potisk obvykle zahrnují tekutou směs minerálů, jako je natírací kaolín, uhličitan vápenatý a/nebo oxid titaničitý s vhodným pojivém, jako je škrob, polyvinylalkohol, polystyren nebo podobně. Povlaky se obvykle aplikují na kartón papírenským strojem v průběhu procesu výroby papíru typickými povlékacími zařízeními, jako jsou váleček, tyč, natírací stroj se vzdušným nebo lamelovým stíračem. Úspěšné zhutnění a leštění povlečeného povrchu kalandrováním přivede povrch k vysokému stupni hladkosti a lesku pro dosažení kvalitního povrchu pro potisk vysoké kvality. Alespoň jedna strana kartónového substrátu je navíc povlečena vlhkostní bariéru tvořícím povlakem ve styku s produktem, schopným ulpění bud' tepelným ulpěním, nebo použitím mikrovlnné energie, poté, co je substrát zpracován na obaly potravin. Typické povlaky používané pro tento účel v minulosti zahrnovaly vytlačovatelné pryskyřice, jako je nízkohustotní polyetylén (LDPE, low density polyethylene), polypropylén (PP) a polyetyléntereftalát (PET). Nicméně vytlačovatelné pryskyřice musí být pro tento účel aplikovány v odděleném procesu, který je obvykle oddělený od papírenského stroje, kde se aplikuje většina povlaků, což způsobuje zvýšené

-3 • ·

náklady a manipulaci. Navíc použití vytlačovaných pryskyřic pro povlaky ve styku s výrobkem obvykle vyžaduje tlustou fólii pro dosažení požadovaných výsledků ve vlhkostní bariérové ochraně a ulpění. Vhodné a efektivní povlaky ve styku s výrobkem mohou být také aplikovány na kartónový substrát použitím povlaků připravených z emulzí, jako jsou akrylové pryskyřice, etylénvinylchlorid (EVCL), polyvinylidenchlorid (PVDC) a PET. Nicméně takovéto povlaky se na papírenském stroji obvykle neaplikují kvůli vysokým nákladům spojeným s malými zakázkami a vysokou rychlostí papírenských strojů.

Pro překonání těchto a jiných problémů byl vyvinut způsob zveřejněný v patentu US 5 418 008. Podle tohoto US 5 418 008 se na kartónový substrát, který byl předtím povlečen na jednom (CIS) nebo obou (C2S) površích, aplikuje souvislý film materiálu odolného vlhkosti, bariéry v kontaktu s výrobkem, při nízké hmotnosti pláště, v jednom kroku na potiskovacím lisu, současně s tím, když se substrát potiskuje a přeměňuje v polotovary na výrobu obalů na potraviny. Naneštěstí postup podle vynálezu zveřejněného v US 5 418 008 odrazoval díky špatnému držení povlaku, problémům při sušení a vysoké spotřebě povlaku, zejména při použití kartónu CIS, a neschopnosti dosáhnout konzistentních ulpění, trhajících vlákna, při použití kartónu C2S. Předložený vynález byl tedy vyvinut pro překonání problémů a pro zlepšení vynálezu zveřejněného v US 5 418 008.

Podstata vynálezu

-4Patent US 5 418 008 zveřejňuje způsob výroby obalového materiálu na potravinové výrobky na bázi kartónu používající jako substrátu kartónu natřeného kaolínem, buď CIS nebo C2S. Není překvapivé, že výhodným substrátem je kartón C2S, neboť, množství bariérového materiálu ve styku s výrobkem potřebné k dosažení adekvátních vlastností bariéry je s kartónem C2S menší než s kartónem CIS. Naneštěstí je kartón C2S nákladnější než kartón CIS, a v praxi byla shledána ulpění mezi dvěma bariérovými povlečenými povrchy kartónu C2S velmi závislými na použitém druhu bariérového povlaku. Například při použití bariérového povlaku z akrylových pryskyřic (styrenakrylát) může být ulpění, trhajícího vlákna, dosaženo použitím substrátu C2S, ale jeho použití jako obalového materiálu je jinak nepřijatelné, protože postrádá flexibilnost pro vytvoření tácků, které mohou mít záhyby 180 stupňů. Zatímco když se aplikuje EVCL bariérový nátěr na substrát C2S, poskytuje nízkou přilnavost vyplývající z utěsňování trhlinek nevláknitého materiálu, ale když se aplikuje na nepovlečenou stranu substrátu CIS, lze dosáhnout ulpění, trhajícího vlákna. Naneštěstí má kombinace EVCL aplikovaného na nepovlečený povrch substrátu CIS nepřijatelný rychlost prostupu par vlhkosti (MVTR - Moisture Vapor Transmission Rate). Je žádoucí modifikovat substrát CIS pro vyřešení problému MVTR, při udržení požadovaná přilnavost vznikajících trhlinek.

Podle předloženého vynálezu bylo v tomto ohledu shledáno, že cenově nej efektivnější substrát, kartón CIS, může být upraven pro výrobu přijatelného MVTR při udržení své schopnosti dosáhnout ulpění, trhajícího vlákna, bez přílišného zvyšování svých nákladů a bez nutnosti provádět • 9

další kroky normálně nespojované s výrobou substrátu na papírenském stroji nebo s aplikací bariérového povlaku na potiskovacím lisu. Tohoto výsledku lze dosáhnout aplikací pouze základního povlaku na nepovlečenou stranu substrátu CIS, bud' na papírenském stroji, nebo na potiskovacím lisu, nebo na jakémkoli jiném vhodném povlékacím zařízení, pro dosažení povrchu, který dobře přilne k následně aplikovanému bariérovému povlaku, a tedy poskytuje požadované ulpění, trhajícího vlákna. Takováto ulpění byla shledána úspěšnými použitím buď tepelné, nebo mikrovlnné energie. Úspěch předloženého vynálezu je zřejmě založen na skutečnosti, že povrch, vyrobený použitím pouze základního povlaku na jinak nepovlečenou stranu substrátu CIS, je mnohem hrubší než povrch substrátu C2S. Tento hrubší povrch dovoluje bariérovému povlaku být pevněji spojen se základně povlečeným povrchem substrátu CIS a dosahuje požadovaného ulpění, trhajícího vlákna, s dobrou hodnotou MVTR. Při laboratorním experimentu, při třicetinásobném zvětšení, se jevil být pouze základně povlečený povrch substrátu CIS mnohem hrubším než dvakrát povlečený povrch substrátu C2S, a navíc hodnota MVTR základně povlečeného substrátu CIS byla srovnatelná s hodnotou MVTR substrátu C2S. Spojení bariérového povlaku s pouze základně povlečeným substrátem CIS je zřejmě pouze mechanické, neboř hrubší základně povlečený povrch obsahuje nekrytá vlákna kartónu, která zlepšují mechanické spojení. Ve snaze napodobit tento stejný hrubší povrch na běžném substrátu C2S pro zlepšení přilnavosti k bariérovému nátěru, byla vyzkoušena úprava párou i korónová úprava. Nicméně korónová úprava byla neefektivní pro zlepšení přilnavosti, a zatímco úprava párou • 9

999 999

-6zvýšila hrubost povrchu, nebylo zpozorováno žádné zvýšení přilnavosti bariérového nátěru.

Příklady provedení vynálezu

Substrát CIS může být základně povlečen aplikací asi 1,36 - 3,63 kg/278,7 m² (3-8 libra/rys, velikost rysu 3000 čtverečních stop) základního povlaku na nepovlečený povrch. Bariérový povlak, jako je kopolymer etylénvinylchlorid, EVCL, může být nanesen přes základní nátěr aplikací 1,36 4,08 kg/278,7 m² (3-9 libra/rys) EVCL přes základní nátěr.

Způsob podle předloženého vynálezu je vytvořen v souladu s následujícím příkladem. Je zřejmé, že příklad je pouze ilustrativní a neměl by představovat jakékoli omezení vynálezu, neboř je zřejmé, že mohou být vytvořeny rozličné modifikace vynálezu v rozsahu připojených nároků.

Příklad

Substrát CIS byl základně povlečen aplikací asi 2,27 3,63 kg/278,7 m² (5-8 libra/rys, velikost rysu 3000 čtverečních stop) základního povlaku na nepovlečený povrch.

Základní povlak	zahrnoval	50/50	smší	s hrubého	uhličitanu
vápenatého a #2 kaolínu	(jako	je	Atomite PG	• - 3 nebo
Hydrasparse), s	malými přídavky	PVA	a proteinových poj iv
(např. NS 1103	a Procote	200) .	Přes	základní	nátěr byl

aplikován bariérový povlak z EVCL a povlečené vzorky byly vystaveny testu loupání pro určení stupně přilnavosti

Β Β · ΒΒΒ • Β • · Β · • BB bariérového povlaku k substrátu. K tomuto účelu bylo použito smykové/loupači testovací zařízení od Instrumentors, lne. V testu se bariérový povlak loupe z pruhů povlečeného substrátu při konstantní rychlosti, přičemž se měří výkon. Siloměr měří loupači sílu v gramech. Stejným EVCL bariérovým povlakem byly povlečeny jiné vzorky substrátu C2S, sloužící ke kontrole. Vzorky substrátu C2S byly také upraveny párou a korónou pro zdrsnění povrchu a pravděpodobně i zlepšení přilnavosti polymeru. Výsledky jsou znázorněny v následujících tabulkách.

Tabulka 1

laboratorní měřítko - EVCL povlak
vzorek substrátu	síla loupání (gramy)
C2S	164
C2S (upravený párou)	176
CIS (základně povlečený) - 3,63 kg/278,7 m (8 libra/rys)	205

(Síla loupání - průměr z pěti stanovených hodnot)

• · · ··· ··· ♦

Tabulka 2

použitý tlak - EVCL povlak
vzorek substrátu	síla loupání (gramy)
C2S	207
C2S (upravený korónou)	197
CIS (základně povlečený) - 3,63 kg/278,7 m2 (8 libra/rys)	309

(Sila loupání - průměr z pěti stanovených hodnot)

Tabulka 3

použitý tlak - EVCL povlak
vzorek substrátu	síla loupání (gramy)
C2S	192
CIS (základně povlečený) - 3,63 kg/278,7 m2 (8 libra/rys)	325
CIS (základně povlečený) - 2 ,27 kg/278,7 m2 (5 libra/rys)	vlákno se trhá

(síla loupání - průměr z pěti stanovených hodnot) (vlákno se trhá - test přerušen)

-9• ·· • · · ·· · ···

Tabulka 4

použitý tlak - EVCL povlak
vzorek substrátu	síla loupání (gramy)
C2S	163
CIS (základně povlečený) - 2,27 kg/278,7 m2 (5 libra/rys)	vlákno se trhá
CIS	vlákno se trhá

(síla loupání - průměr z pěti stanovených hodnot) (vlákno se trhá - test přerušen)

Tabulka 5

použitý tlak - EVCL povlak
vzorek substrátu	MVTR g/254 cmýden (g/100 in2/den)
C2S (#18 tyč)	6,7
CIS (#18 tyč - základně povlečený)	8,7
C2S (#10 tyč)	11,6
CIS (#10 tyč - základně povlečený)	14,1
CIS (#18 tyč)	40 (více než)

(žádné krátery kromě vzorku CIS - #18 tyč) (test prováděn při 38 °C, 90% relat. vlhkost)

Z výše uvedeného je zřejmé, že síla nutná k loupání EVCL povlaku ze substrátu byla větší pro základně povlečené substráty CIS než pro substráty C2S (upravené nebo

-1044 44 44 ►· 4 4 4 4

4 4 4 4 ► 44 444 444 »4 4 4

44 44 neupravené). Také je zaznamenáno, že trháni vlákna u základně povlečeného substrátu CIS v tabulce 3 lze dosáhnout základním povlečením 2,27 kg/278,7 m² (5 libra/rys). Dále, jak je znázorněno v tabulce 5, lze uspokojivých hodnot MVTR dosáhnout u obou, substrátu C2S a základně povlečeného produktu CIS.

Zatímco výše uvedený popis je směrován především na použití týkající se balení potravin, je třeba vědět, že předložený vynález lze využít také pro jiná použití obalových kartónů, kde jsou vyžadovány bariérové vlastnosti a/nebo schopnosti ulpění účinkem tepla. Výhodou předloženého vynálezu je, že obalový materiál předloženého vynálezu může být vyroben bez použití drahých aplikací mimo stroj, a to zejména vytlačovacích povlékacích aplikací.

Claims (6)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kartónový obalový materiál schopný vytvořit ulpění, trhající vlákna, při vzájemném slepení dvou povrchů, zahrnuj ící:

a) kartónový substrát mající dvě strany,

b) konečný povlak na jedné straně, pro poskytnutí hladkého, potiskovatelného vnějšího povrchu,

c) základní povlak na druhé straně, pro poskytnutí povrchu pro přijetí utěsnítelného, vlhkostní bariéru tvořícího vrchního nátěru, a

d) utěsnitelný, vlhkostní bariéru tvořící vrchní nátěr přes základní nátěr, tvořící vnitřní povrch pro styk s výrobkem.

2. Obalový materiál podle nároku 1, vyznačující se tím, že základní povlak zahrnuje od 1,36 - 3,63 kg/278,7 m² (3 8 libra/rys, velikost rysu 3000 čtverečních stop) 50/50 směsi hrubého uhličitanu vápenatého a kaolínu č. 2.

3. Obalový materiál podle nároku 2, vyznačující se tím, že utěsnitelný, vlhkostní bariéru tvořící povlak zahrnuje od 1,36 - 4,08 kg/278,7 m² (3 - 9 libra/rys) kopolymerů etylénvinylchloridu obsahujícího nátěrovou barvu.

4. Způsob výroby kartónového obalového materiálu schopného vytvořit ulpení, trhající vlákna, zahrnující:

a) výběr kartónového substrátu majícího dvě strany,

b) aplikování konečného povlaku na jednu stranu, pro poskytnutí hladkého, potiskovatelného vnějšího povrchu,

c) aplikování základního povlaku na druhou stranu, pro poskytnutí povrchu pro přijetí utěsnitelného, vlhkostní bariéru tvořícího vrchního nátěru, a,

d) aplikování utěsnitelného, vlhkostní bariéru tvořícího vrchního nátěru přes uvedený základní nátěr, tvořícího vnitřní povrch pro styk s výrobkem.

4 44

4 ·♦ ·»4 ··<

4« «· ·· 4 « · • 4 4 4 4 1

4 4

12 - · · ¹ 44 4

4 4

4 4 «

5. Způsob podle nároku 4, vyznačující se tím, že utěsnitelný, vlhkostní bariéru tvořící vrchní nátěr se aplikuje na obalový materiál na potiskovacím lisu současně s aplikací grafického potisku na vnější hladký dokončený povrch obalového materiálu.

6. Způsob podle nároku 5, vyznačující se tím, že základní nátěr zahrnuje 1,36 - 3,63 kg/278,7 m² (3 8 libra/rys, velikost rysu 3000 čtverečních stop) 50/50 směsi hrubého uhličitanu vápenatého a kaolínu č. 2.