DE102010005848B4

DE102010005848B4 - Verfahren zur Herstellung eines Behälters für Nahrungsmittel aus einem aluminiumfreien flächenförmigen Verbund mit einer Mehrfachinnenschicht durch Kaltfalten

Info

Publication number: DE102010005848B4
Application number: DE102010005848A
Authority: DE
Inventors: Dr. Wolters Michael; Stefan Pelzer; Holger Schmidt
Original assignee: SIG Technology AG
Current assignee: SIG Combibloc Services AG
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-01-26
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: DE102010005848A1; MX337240B; EP2528730A1; BR112012018624B1; CN102844173A; CN102844173B; RU2661463C2; RU2015153542A; WO2011091989A1; EA201290447A1; US20130172164A1; BR112012018624A2; MX2012008666A; KR20130082442A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines einen Innenraum umgebenden Behälters, beinhaltend die Schritte a. Bereitstellen eines flächenförmigen Verbunds beinhaltend i. eine Trägerschicht, ii. eine mit der Trägerschicht verbundene Kunststoffbarriereschicht, iii. mindestens zwei thermoplastische Kunststoffschichten KSa und KSw, die auf der Seite der Kunststoffbarriereschicht, die der Trägerschicht abgewandt ist, vorgesehen sind, wobei mindestens eine der mindestens zwei Kunststoffschichten eine Kunststoffmischung aus mindestens zwei Kunststoffen ist, b. Falten des flächenförmigen Verbunds zum Ausbilden einer Faltung mit mindestens zwei aneinander grenzenden Faltflächen und c. Verbinden jeweils mindestens eines Teilbereichs der mindestens zwei Faltflächen durch Erwärmen des Teilbereichs zum Ausbilden eines Behälterbereiches, wobei mindestens eine der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten in Schritt b. eine Temperatur hat, die unterhalb der Schmelztemperatur dieser Kunststoffschicht liegt sowie einen nach diesem Verfahren erhältlichen Behälter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung eines einen Innenraum umgebenden Behälters, beinhaltend die Schritte a. Bereitstellen eines flächenförmigen Verbunds beinhaltend i. eine Trägerschicht, ii. eine mit der Trägerschicht verbundene Kunststoffbarreschicht, iii. mindestens zwei mit der Kunststoffbarriereschicht verbundene thermoplastische Kunststoffschichten KSa und KSw, wobei mindestens eine, vorzugsweise KSw, bevorzugt als äußerste Schicht des flächenförmigen Verbunds, der mindestens zwei Kunststoffschichten eine Kunststoffmischung aus mindestens zwei Kunststoffen ist, b. Falten des flächenförmigen Verbunds zum Ausbilden einer Faltung mit mindestens zwei aneinander grenzenden Faltflächen und c. Verbinden jeweils mindestens eines Teilbereichs der mindestens zwei Faltflächen durch Erwärmen des Teilbereichs zum Ausbilden eines Behälterbereiches sowie einen nach diesem Verfahren erhältlichen Behälter.
Seit langer Zeit erfolgt die Konservierung von Nahrungsmitteln, seien es Nahrungsmittel für den menschlichen Verzehr oder auch Tiernahrungprodukte, in dem diese entweder in einer Dose oder in einem mit einem Deckel verschlossenen Glas gelagert werden. Hierbei kann die Haltbarkeit zum einen dadurch erhöht werden, in dem jeweils das Nahrungsmittel und der Behälter, hier Glas bzw. Dose, getrennt möglichst weitestgehend entkeimt werden und dann das Nahrungsmittel in den Behälter gefüllt und dieser verschlossen wird. Diese an sich über eine lange Zeit bewährten Maßnahmen zur Erhöhung der Haltbarkeit von Nahrungsmittel haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. Dosen und Gläser haben aufgrund ihrer im Wesentlichen zylindrischen Form den Nachteil, dass eine sehr dichte und platzsparende Lagerung nicht möglich ist. Zudem haben Dosen und Gläser ein erhebliches Eigengewicht, das zu einem erhöhten Energieaufwand beim Transport führt. Außerdem ist zur Herstellung von Glas, Weißblech oder Aluminium, selbst wenn die hierzu verwendeten Rohstoffe aus dem Recycling stammen, ein recht hoher Energieaufwand notwendig. Bei Gläsern kommt erschwerend ein erhöhter Transportaufwand hinzu. Die Gläser werden meist in einer Glashütte vorgefertigt und müssen dann unter Nutzen erheblicher Transportvolumina zu dem das Nahrungsmittel abfüllenden Betrieb transportiert werden. Darüber hinaus lassen sich Gläser und Dosen nur mit einem erheblichen Kraftaufwand oder unter Zuhilfenahme von Werkzeugen und damit eher umständlich öffnen. Bei Dosen kommt eine hohe Verletzungsgefahr durch scharfe, beim Öffnen entstehende Kanten hinzu. Bei Gläsern kommt es immer wieder dazu, dass beim Füllen oder Öffnen der gefüllten Gläser Glassplitter in das Nahrungsmittel gelangen, die schlimmstenfalls zu inneren Verletzungen beim Verzehr des Nahrungsmittels führen können.
Andere Verpackungssysteme sind aus dem Stand der Technik bekannt, um Nahrungsmittel über einen langen Zeitraum möglichst ohne Beeinträchtigungen zu lagern. Hierbei handelt es sich um aus flächenförmigen Verbunden – häufig auch als Laminat bezeichnet – hergestellte Behälter. Derartige flächenförmige Verbunde sind häufig aufgebaut aus einer thermoplastischen Kunststoffschicht, einer meist aus Karton oder Papier bestehenden Trägerschicht, einer Haftvermittlerschicht, einer Aluminiumschicht und einer weiteren Kunststoffschicht, wie unter anderem in WO 90/09926 A2 offenbart.
Diese Laminatbehälter weisen bereits viele Vorteile gegenüber den herkömmlichen Gläsern und Dosen auf. Gleichwohl bestehen Verbesserungsmöglichkeiten auch bei diesen Verpackungssystemen. So kommt es in Bereichen der flächenförmigen Verbunde, die bei der Herstellung des Behälters hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt werden, immer wieder zur Bildung von kleinen Fehlstellen wie Rissen, Blasen, Delaminationsbereiche oder nicht gesiegelten Taschen bzw. Mikrokanälen bis hin zu Leckagen, in denen sich Keime einlagern oder in den Behälter eindringen können und das in dem Behälter befindliche Nahrungsmittel leichter verderben können. Diesen Keimen in kleinen Fehlstellen der Behälter kann auch durch ein stärkeres Entkeimen der Nahrungsmittel nicht begegnet werden. Sogar der Versuch eines stänkern Entkeimens des Behälters vor dem Befüllen mit Nahrungsmittel führt kaum zu den gewünschten langen Lagerzeiten. Weiterhin führt jede Beschädigung einer Aluminiumbarriereschicht zu Störstellen im Hinblick auf Sauerstoffeintritt in den Behälter, der wiederum zu Qualitätseinbußen des Nahrungsmittels und damit einer verkürzten Haltbarkeit beiträgt. Besonders gefährdet sind Bereiche bei der Behälterherstellung, die Rillkreuze aufweisen, die besonders stark bzw. in mehrere Dimensionen gefaltet werden, beispielsweise in den Boden- und Kopfbereichsecken der Behälter. Hier treten bei dem Kaltfalten und anschließenden Heißsiegeln von Aluminium-haltigen flächenförmigen Verbunden besonders häufig die vorbeschriebenen Fehlstellen auf.
US 7,344,759 B1 betrifft beispielhaft einen Behälter, der sich zur Verpackung von Lebensmitteln eignet. Allgemein liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die sich aus dem Stand der Technik ergebenden Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen.
Zudem besteht eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem ein Behälter hergestellt werden kann, der sich auch bei hohen Stückzahlen dazu eignet, ein Nahrungsmittel mit langer Haltbarkeit zu lagern, ohne dass der Behälter besonders stark entkeimt werden muss.
Außerdem liegt eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, bei gleicher Entkeimung des Nahrungsmittels und des dieses aufnehmenden Behälters, den Anteil von Nahrungsmittel-befüllten Behältern mit geringer Haltbarkeit durch erneutes Verkeimen des Nahrungsmittels zu verringern.
Ferner besteht eine erfindungsgemäße Aufgabe darin, ein Verfahren zu schaffen, dass es erlaubt bei erhöhten Produktionsgeschwindigkeiten Behälter mindestens gleicher Qualität im Vergleich zum Stand der Technik herzustellen.
Eine weitere Aufgabe liegt erfindungsgemäß darin, ein Verfahren bereitzustellen, das es erlaubt in mechanisch besonders bei der Herstellung des Behälters beanspruchten Bereichen besonders genaue Faltungen mit möglichst wenigen Fehlstellen zu erhalten und die zum Verbinden durch Siegeln vorgesehenen Bereiche möglichst exakt zueinander und im Verhältnis zu den Verbindungswerkzeugen zu positionieren. Insbesondere gilt es Rillkreuzbrüche möglichst zu vermeiden.
Einen Beitrag zur Lösung mindestens einer der vorstehenden Aufgaben leisten die Gegenstände der kategoriebildenden Ansprüche. Die Gegenstände der von den kategoriebildenden Ansprüchen abhängigen Unteransprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dieses Lösungsbeitrags dar.
Einen Beitrag zu Lösung mindestens einer der vorstehenden Aufgaben leistet ein Verfahren zur Herstellung eines einen Innenraum umgebenden Behälters, beinhaltend die Schritte

a. Bereitstellen eines flächenförmigen Verbunds beinhaltend i. eine Trägerschicht; ii. eine mit der Trägerschicht verbundene Kunstatoffbarriereschicht; iii. mindestens zwei thermoplastische Kunststoffschichten KSa und KSw, die auf der Seite der Kunststoffbarriereschicht, die der Trägerschicht abgewandt ist, vorgesehen sind, wobei mindestens eine der mindestens zwei Kunststoffschichten eine Kunststoffmischung aus mindestens zwei Kunststoffen ist;
b. Falten des flächenförmigen Verbunds zum Ausbilden einer Faltung mit mindestens zwei aneinander grenzenden Faltflächen;
c. Verbinden jeweils mindestens eines Teilbereichs der mindestens zwei Faltflächen zum Ausbilden eines Behälterbereiches durch Erwärmen des Teilbereichs;

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren herstellbaren Behälter weisen vorzugsweise mindestens eine, bevorzugt zwischen 6 und 16 Kanten, besonders bevorzugt zwischen 7 und 12 Kanten auf. Als Kante werden erfindungsgemäß insbesondere Bereiche verstanden, die beim Falten einer Fläche durch das Übereinanderlegen von zwei Teilen dieser Fläche entstehen. Als beispielhafte Kanten seien die länglichen Berührungsbereiche von jeweils zwei Wandflächen eines im Wesentlichen quaderförmigen Behälters genannt. Ein solcher quaderförmiger Behälter hat in der Regel 12 Kanten. In dem Behälter stellen die Behälterwände vorzugsweise die von den Kanten eingerahmten Flächen des Behälters dar. Die Behälterwände eines erfindungsgemäßen Behälters sind vorzugsweise zu mindestens 50, bevorzugt zu mindestens 70 und darüber hinaus bevorzugt zu mindestens 90% ihrer Fläche aus einer Trägerschicht als Teil des flächenförmigen Verbunds ausgebildet.
Der hier verwendete Begriff „verbunden” umfasst die über Van-der-Waals-Anziehungskräfte hinausgehende Haftung zweier Gegenstände. Diese Gegenstände können sowohl unmittelbar aufeinander folgen oder über weitere Gegenstände miteinander verbunden sein. Für den flächenförmigen Verbund bedeutet dies beispielsweise, dass die Trägerschicht direkt und damit unmittelbar mit der Kunststoffbarriereschicht oder auch indirekt über eine Haftvermittlerschicht verbunden sein kann, wobei eine unmittelbare Verbindung bevorzugt ist. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung des flächenförmigen Verbundes ist eine der beiden thermoplastischen Kunststoffschichten KSa oder KSw vorzugsweise unmittelbar an die Kunststoffbarriereschicht gebunden.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, dass der flächenförmige Verbund neben einer Trägerschicht, einer mit der Trägerschicht verbundenen Kunststoffbarriereschicht und mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten KSa und KSw, die auf der Seite der Kunststoffbarriereschicht, die der Trägerschicht abgewandt ist, vorgesehen sind, noch eine oder zwei und mehr weitere Schichten beinhaltet. Vorzugsweise handelt es sich bei der oder den weiteren Schichten um Haftvermittlerschichten. Diese können gemäß einer Ausgestaltung zwischen der Trägerschicht und der Kunststoffbarriereschicht vorgesehen sein. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Haftvermittlerschicht die Kunststoffbarriereschicht und die Trägerschicht miteinander verbindet. In einer anderen Ausgestaltung kann eine Haftvermittlerschicht zwischen der Kunststoffbarriereschicht und einer der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten KSa und KSw vorgesehen sein, um den Zusammenhalt der Schichten zu verbessern und somit ein Delaminieren zu erschweren. Es entspricht einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung, dass zwischen der Trägerschicht und der Kunststoffbarriereschicht eine Haftvermittlerschicht vorgesehen ist, wobei vorzugsweise auf die Kunststoffbarriereschicht die mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten KSa und KSw, vorzugsweise unmittelbar, auf der von der Trägerschicht abgewandten Seite folgen. Ferner ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass mindestens eine Haftvermittlerschicht zwischen der Trägerschicht und der Kunststoffbarriereschicht und mindestens eine weitere Haftvermittlerschicht zwischen der Kunststoffbarriereschicht und einer der thermoplastischen Kunststoffschichten KSa und KSw angeordnet ist. Als Haftvermittler kommen alle Polymere in Betracht, die durch Funktionalisierung mittels geeigneter funktioneller Gruppen geeignet sind, durch das Ausbilden von Ionenbindungen oder kovalenten Bindungen zu der Oberfläche der jeweils anderen Schicht eine feste Verbindung zu erzeugen. Vorzugsweise handelt es sich um mit Acrylsäure, Acrylaten, Acrylatderivaten oder Doppelbindungen tragende Cabonsäureanhydride, beispielsweise Maleinsäureanhydrid, oder mindestens zwei davon, durch Co-Polymerisation funktionalisierte Polyolefine. Hierunter sind Polyethylen-maleinsäure-Copolymere besonders bevorzugt, die beispielsweise unter der Handelsbezeichnung Bynell^® durch DuPont vertrieben werden. Hiernach ist es bevorzugt, dass keine der thermoplastischen Kunststoffschichten KSa, KSw und KSu ein Haftvermittler ist.
Einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht es, dass mindestens zwei, oder zwei bis fünf, mit der Kunststoffbarriereschicht verbundene thermoplastische Kunststoffschichten KSa und KSw vorgesehen sind und dass die Kunststoffschicht KSw auf die Kunststoffschicht KSa folgt und bevorzugt unmittelbar folgt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die jeweils von der Trägerschicht am weitesten entfernte Kunststoffschicht – häufig als Kunststoffschicht KSw bezeichnet – als Mischung aus mindestens zwei Kunststoffen vorliegt und dass die der Trägerschicht am nächsten liegende thermoplastische Kunststoffschicht – häufig als Kunststoffschicht KSa bezeichnet – einen anorganischen teilchenförmigen Füllstoff beinhaltet. In einer Ausgestaltung liegen die Kunststoffschichten KSa gefüllt und KSw als Mischung aus mindestens zwei Kunststoffen vor.
Einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht es, dass mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei oder auch alle, der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten KSa und KSw eine Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Kunststoffbarriereschicht hat bzw. haben. Die Schmelztemperatur der mindestens einen, vorzugsweise der mindestens zwei oder auch aller thermoplastischen Kunststoffschichten KSa und KSw und die Schmelztemperatur der Kunststoffbarriereschicht unterscheiden sich vorzugsweise um mindestens 1 K, besonders bevorzugt um mindestens 10 K, noch mehr bevorzugt um mindestens 20 K darüber hinaus bevorzugt mindestens 100 K. Der Temperaturunterschied sollte bevorzugt nur so hoch gewählt werden, dass von keinem Kunststoff der Kunststoffbarriereschicht die Schmelztemperatur erreicht wird und es so nicht zu einem Schmelzen der Kunststoffbarriereschicht während des Verbindens kommt.
Unter Falten wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Vorgang verstanden, bei dem vorzugsweise mittels einer Faltkante eines Faltwerkzeugs ein länglicher, einen Winkel bildender Knick in dem gefalteten flächenförmigen Verbund erzeugt wird. Hierzu werden häufig zwei aneinandergrenzende Flächen eines flächenförmigen Verbunds immer mehr auf einander zu gebogen.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Verbinden durch jede dem Fachmann geeignet erscheinende Maßnahme erfolgen, die eine möglichst gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung ermöglicht. Das Verbinden kann durch Siegeln oder Kleben oder einer Kombination beider Maßnahmen erfolgen. Im Fall des Siegeln wird die Verbindung mittels einer Flüssigkeit und deren Erstarren geschaffen. Im Fall des Kleben bilden sich zwischen den Grenzflächen oder Oberflächen der beiden zu verbindenden Gegenstände chemische Bindungen aus, die die Verbindung schaffen. Häufig ist es beim Siegeln oder Kleben vorteilhaft, die zu siegelnden bzw. klebenden Flächen miteinander zu verpressen.
Üblicherweise kann die Trägerschicht des erfindungsgemäßen Behälters aus jedem dem Fachmann für diesen Zweck geeigneten Material sein, das eine ausreichende Festigkeit und Steifigkeit aufweist, um den Behälter soweit Stabilität zu geben, dass der Behälter im gefüllten Zustand seine Form im Wesentlichen beibehält. Neben einer Reihe von Kunststoffen sind auf Pflanzen basierende Faserstoffe, insbesondere Zellstoffe, vorzugsweise verleimte, gebleichte und/oder ungebleichte Zellstoffe bevorzugt, wobei Papier und Karton besonders bevorzugt sind.
Allgemein weist die Kunststoffbarriereschicht, jeweils auf diese bezogen, mindestens 70 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 80 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-% mindestens eines Kunststoffs auf, der dem Fachmann für diesen Zweck insbesondere wegen für Verpackungsbehälter geeigneter Aroma- bzw. Gasbarriereeigenschaften bekannt ist. Vorzugsweise werden hier thermoplastische Kunststoffe eingesetzt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, dass die Kunststoffbarriereschicht eine Schmelztemperatur in einem Bereich von mehr als 155 bis 300°C, vorzugsweise in einem Bereich von 160 bis 280°C und besonders bevorzugt in einem Bereich von 170 bis 270°C hat. Als Kunststoffe, insbesondere thermoplastische Kunststoffe, kommen hier N oder O tragenden Kunststoffe sowohl für sich als auch in Mischungen aus zwei oder mehr in Betracht. Die Kunststoffbarriereschicht ist vorzugsweise möglichst homogen und ist daher vorzugsweise aus Schmelzen, wie sie beispielsweise durch Extrusion, insbesondere Schichtextrusion, entstehen, erhältlich. Hingegen sind Kunststoffbarriereschichten, die durch Abscheidung aus einer Lösung oder Dispersion von Kunststoffen erhältlich sind, weniger bevorzugt, da diese, insbesondere, wenn eine Abscheidung oder Bildung aus einer Kunststoffdispersion erfolgt, oft mindestens teilpartikuläre Strukturen aufweisen, die im Vergleich zu aus Schmelzen erhältlichen Kunststoffbarriereschichten weniger gute Gas- und Feuchtigkeitsbarriereeigenschaften zeigen.
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht die Kunststoffbarriereschicht aus Polyamid (PA) oder Polyethylenvinylalkohol (EVOH) oder einer Mischung daraus.
Als PA kommen alle dem Fachmann für die Herstellung von und dem Einsatz in den Behältern nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet erscheinende PAs in Betracht. Besonders sind hier PA 6, PA 6.6, PA 6.10, PA 6.12, PA 11 oder PA 12 oder eine Mischung aus mindestens zwei davon zu nennen, wobei PA 6 und PA 6.6 besonders bevorzugt sind und PA 6 ferner bevorzugt ist. PA 6 ist unter den Handelsnamen Akulon^®, Durethan^® und Ultramid^® oder auch MXD6, Grivory^® sowie Selar^® als amorphe Polyamide kommerziell erhältlich. Das Molekulargewicht des PA sollte vorzugsweise so ausgewählt werden, dass der gewählte Molekulargewichtsbereich zum einen eine gute Schichtextrusion bei der Herstellung des flächigen Verbunds für den Behälter ermöglicht und der flächige Verbund zum anderen ausreichend gute mechanische Eigenschaften, wie eine hohe Bruchdehnung, eine hohe Abriebfestigkeit und eine ausreichende Steifigkeit für den Behälter selbst besitzt. Hieraus ergeben sich bevorzugte als Gewichtsmittel über Gelpermeationschromatographie (GPC) mit Lichtstreuung bestimmte Molekulargewichte in einem Bereich von 3·10³ bis 1·10⁷ g/mol, vorzugsweise in einem Bereich von 5·10³ bis 1·10⁶ g/mol und besonders bevorzugt in einem Bereich von 6·10³ bis 1·10⁵ g/mol. Zudem ist es im Zusammenhang mit den Verarbeitungs- und mechanischen Eigenschaften bevorzugt, dass das PA eine Dichte in einem Bereich von 1,01 bis 1,40 g/cm³, vorzugsweise in einem Bereich von 1,05 bis 1,3 g/cm³ und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1,08 bis 1,25 g/cm³ aufweist. Weiterhin ist es bevorzugt, dass das PA eine Viskositätszahl in einem Bereich von 130 bis 185 ml/g und vorzugsweise in einem Bereich von 140 bis 180 ml/g, bestimmt nach ISO 307 in 95% Schwefelsäure, hat.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Polyamidschicht ein Flächengewicht in einem Bereich von 2 bis 120 g/m², vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 75 g/m² und besonders bevorzugt in einem Bereich von 5 bis 55 g/m² besitzt. Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Polyamidschicht eine Dicke in einem Bereich von 2 bis 90 μm, vorzugsweise ein Bereich von 3 bis 68 μm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 4 bis 50 μm hat.
Allgemein weist mindestens eine der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten KSa und KSw, jeweils auf diese bezogen, mindestens 70 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 80 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-% mindestens eines thermoplastischen Kunststoffs auf, der dem Fachmann für diesen Zweck und insbesondere für den Zweck des Extrudierens, den Schutz der Trägerschicht und einer guten Siegelfähigkeit geeignet erscheint.
Es entspricht einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass mindestens eine der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten KSa und KSw mit einem teilchenförmigen anorganischen Feststoff gefüllt ist. Als teilchenförmige anorganische Feststoffe kommen alle dem Fachmann geeignet erscheinende Feststoffe in Betracht, die unter anderem zu einer verbesserter Wärmeverteilung in dem Kunststoff und damit zu einer besseren Siegelbarkeit des Kunststoffs führen.
Vorzugsweise liegen die durch Siebanalyse bestimmten mittlere Teilchengrößen (d50%) der anorganischen Feststoffe in einem Bereich von 0,1 bis 10 μm, vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 5 μm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 3 μm. Als anorganische Feststoffe kommen vorzugsweise Metallsalze oder Oxide von zwei- bis vierwertigen Metallen in Betracht. Beispielsweise sind hier die Sulfate oder Carbonate des Calciums, Bariums oder Magnesiums oder Titandioxid, vorzugsweise Calciumcarbonat, zu nennen.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass die Faltflächen einen Winkel μ von kleiner 90°, vorzugsweise von kleiner 45° und besonders bevorzugt von kleiner 20° bilden. Häufig werden die Faltflächen soweit gefaltet, dass diese am Ende des Falten aufeinander zu liegen kommen. Dieses ist insbesondere vorteilhaft, wenn die aufeinander liegenden Faltflächen im Anschluss miteinander verbunden werden, um den Behälterboden und den häufig giebelartig oder auch eben ausgestalteten Behälterkopf zu bilden. Zur Giebelausgestaltung sei beispielhaft auf WO 90/09926 A2 verwiesen.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, dass die Kunststoffmischung als eine von mindestens zwei Mischungskomponenten, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 15 bis 45 Gew.-% und besonders bevorzugt 20 bis 40 Gew.-%, oder auch mehr als 50 bis 95 Gew.-%, vorzugsweise 60 bis 90 Gew.-% und besonders bevorzugt 75 bis 85 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Kunststoffmischung, ein mittels eines Metallocens hergestelltes Polyolefin (m-Polyolefin) aufweist. Neben der guten Siegelfähigkeit zeigen m-Polyolefinen insbesondere bei höheren Konzentrationen eine geringere Spannungsrisskorrosion bei Nahrungsmitteln mit hohem Fett- bzw. Freifettgehalt. Außerdem können ein oder mehrere von den vorstehend beschriebenen Polymeren verschiedene Zusatzstoffe in der Kunststoffmischung bis zu maximal 15 Gew.-%, vorzugsweise maximal 10 Gew.-% und besonders bevorzugt 0,1 bis 5 Gew.-%, jeweils auf die Kunststoffmischung bezogen, vorliegen. Weiterhin ist es bevorzugt, dass, bis zu einer Summe von 100 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Kunststoffmischung, mindestens eines, durchaus auch zwei oder mehr, von dem m-Polyolefin verschiedener und, sofern Zusatzstoffe vorhanden – auch von denen verschiedene, thermoplastischen Kunststoffs in der Kunststoffmischung vorhanden ist. Als m-Polyolefin kommen insbesondere mittels Metallocenen hergestelltes m-Polyethylen oder m-Polypropylen oder eine Mischung aus beiden in Betracht, wobei m-Polyethylen besonders bevorzugt ist. Diese Maßnahmen tragen insbesondere zur Erweiterung des Siegelfensters bei. Ferner entspricht es einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten eine Schmelztemperatur im Bereich von 80 bis 155°C, vorzugsweise in einem Bereich von 85 bis 145°C und besonders bevorzugt in einem Bereich von 90 bis 125°C haben. Dieser Temperaturbereich fördert die Verbindung durch Siegeln. In dem erfindungsgemäßen Verfahren entspricht es einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung, dass in dem flächenförmigen Verbund die mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten, bezogen auf die Trägerschicht, zum Innenraum des fertigen Behälter hin vorgesehen sind.
Weiterhin entspricht es einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass mindestens eine weitere thermoplastische Kunststoffschicht KSu, bezogen auf die Trägerschicht, dem Innenraum abgewandt vorgesehen und mit der Trägerschicht verbunden ist. So ist mindestens eine weitere Kunststoffschicht KSu, bezogen auf die Trägerschicht, der Umgebung des fertigen Behälters zugewandt. Es ist bevorzugt, dass die mindestens eine weitere thermoplastische Kunststoffschicht KSu eine Schmelztemperatur in einem Bereich von 80 bis 155°C, vorzugsweise in einem Bereich von 90 bis 145°C und besonders bevorzugt in einem Bereich von 95 bis 125°C hat. Es ist ferner bevorzugt, dass die weitere thermoplastische Kunststoffschicht KSu zu mindestens 70 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 80 Gew.-% und besonders bevorzugt mindestens 95 Gew.-%, jeweils bezogen auf die weitere thermoplastische Kunststoffschicht KSu, einen thermoplastisches Polymer beinhaltet. Genauso wie bei den Kunststoffschichten KSa und KSw kann auch die Kunststoffschicht KSu neben mindestens einem thermoplastischen Polymer anorganische Teilchen beinhalten.
Als thermoplastische Polymere eignen sich durch Kettenpolymerisation erhaltene Polymere, insbesondere Polyolefine, wobei cyclische Olefincopolymere (COC), polycyclische Olefincopolymere (POC), insbesondere Polyethylen und Polypropylen, hierunter bevorzugt sind und Polyethylen besonders bevorzugt ist. Die mittels DIN 1133 ermittelten Schmelzindices der thermoplastischen Polymere liegen vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 15 g/10 min, vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 9 g/10 min und besonders bevorzugt in einem Bereich von 3,5 bis 8 g/10 min.
Unter den Polyethlylenen sind HDPE, LDPE, LLDPE, und PE sowie Mischungen aus mindestens zwei davon für das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt. Die mittels DIN 1133 ermittelten Schmelzindices dieser Polymere liegen vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 15 g/10 min, vorzugsweise in einem Bereich von 3 bis 9 g/10 min und besonders bevorzugt in einem Bereich von 3,5 bis 8 g/10 min. Im Zusammenhang mit der thermoplastischen Kunststoffschicht KSa ist es bevorzugt, HDPE einzusetzen.
Das in Schritt b. erfolgende sogenannte Kaltfalten wird bei jeder dem Fachmann zu diesem Zweck geeigneten Temperatur durchgeführt, bei der die in dem Verbund vorhandenen Schichten sich gut falten lassen und insbesondere nicht zu Spröde zum Falten sind, so dass das Auftreten von Haarrissen oder anderen Beschädigungen, die Dichtigkeit des Verbundes und des daraus erhaltenen Behälters nicht beeinträchtigen. Vorzugsweise wird in einem Temperaturbereich von 0 bis 70°C, bevorzugt in einem Temperaturbereich von 10 bis 60°C und besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich von 20 bis 50°C gefaltet.
Hierbei ist auch bevorzugt, dass zusätzlich ebenso die mindestens eine weitere Kunststoffschicht KSu in Schritt b. eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur dieser weiteren Kunststoffschicht hat bzw. haben. Vorzugsweise wird vor dem Schritt b., besonders bevorzugt unmittelbar vor dem Schritt b. eine Temperaturen gehalten, die mindestens 1°C, vorzugsweise mindestens 5°C und besonders bevorzugt mindestens 10°C unterhalb der Schmelztemperatur dieser Schichten liegen. Die Temperatur sollte möglichst soweit unter der Schmelztemperatur des jeweiligen Kunststoffs liegen, dass durch Erwärmen, bedingt durch das Falten, Bewegen und Verpressen, der Kunststoff nicht flüssig wird.
Vorzugsweise erfolgt das Erwärmen in dem auf das Falten in Schritt b. folgenden Siegelschritt c. auf die die Schmelztemperaturen der am Siegeln beteiligten Kunststoffe durch Bestrahlen, durch mechanische Schwingungen, durch Kontakt mit einem heißen Feststoff oder Heißgas, vorzugsweise Heißluft, oder einer Kombination dieser Maßnahmen. Im Fall des Bestrahlens kommt jede dem Fachmann zum Erweichen der Kunststoffe geeignete Strahlenart in Betracht. Bevorzugte Strahlenarten sind IR-, UV-Strahlen, und Mikrowellen. Bevorzugte Schwingungsarten sind Ultraschall. Im Fall der IR-Strahlen, die auch zum IR-Schweißen von flächenförmigen Verbunden eingesetzt werden, sind Wellenlängenbereiche von 0,7 bis 5 μm zu nennen. Weiterhin können Laserstrahlen in einem Wellenlängenbereich von 0,6 bis kleiner 1,6 μm eingesetzt werden. Im Zusammenhang mit dem Einsatz von IR-Strahlen werden diese durch verschiedenen, dem Fachmann bekannte und geeignete Strahler erzeugt.
Kurzwellige Strahler im Bereich von 1 bis 1,6 μm sind vorzugsweise Halogenstrahler. Mittelwellige Strahler im Bereich von > 1,6 bis 3,5 μm sind beispielsweise Metallfolienstrahler. Als langwellige Strahler im Bereich > 3,5 μm werden häufig Quarzstrahler eingesetzt. Immer öfter werden Laser eingesetzt. So werden Diodenlaser in einem Wellenlängenbereich von 0,8 bis 1 μm, Nd:YAG-Laser bei etwa 1 μm und CO₂-Laser bei etwa 10,6 μm eingesetzt. Auch Hochfrequenztechniken mit einem Frequenzbereich von 10 bis 45 MHz, häufig in einem Leistungsbereich von 0,1 bis 100 kW werden eingesetzt.
Im Fall des Ultraschalls als eine, neben dem Falten insbesondere beim Verbinden, bevorzugte mechanische Schwingung sind mindestens einer, vorzugsweise alle, der nachfolgenden Siegelparameter bevorzugt:
P1 eine Frequenz in einem Bereich von 5 bis 100 kHz, vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 50 kHz und besonders bevorzugt in einem Bereich von 15 bis 40 kHz;
P2 eine Amplitude im Bereich von 2 bis 100 μm, vorzugweise in einem Bereich von 5 bis 70 μm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 10 bis 50 μm;
P3 eine Schwingzeit (als Zeitraum, in dem ein Schwingungskörper wie eine Sonotrode auf den flächenförmigen Verbund kontaktschwingend wirkt) in einem Bereich von 50 bis 1000 msec, vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 600 msec und besonders bevorzugt in einem Bereich von 150 bis 300 msec.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass auf die Schwingzeit eine Haltezeit folgt. Diese wird in der Regel so gewählt, dass die während der Schwingzeit aufgeschmolzenen Kunststoffe wieder erstarren. Häufig liegt die Haltezeit in einem Bereich von 50 bis 2000 msec, vorzugsweise in einem Bereich von 100 bis 1200 msec und besonders bevorzugt in einem Bereich von 150 bis 600 msec. Bei der Haltezeit ist es ferner bevorzugt, dass die während der Schwingzeit auf den zu verbindenden Teilbereich des flächenförmigen Verbunds wirkenden Drücke nur um maximal 10% und bevorzugt maximal 5% während der Haltezeit unterschritten werden.
Bei der geeigneten Auswahl der Strahlungs- bzw. Schwingungsbedingungen ist es vorteilhaft, die Eigenresonanzen der Kunststoffe zu berücksichtigen und Frequenzen nahe dieser auszuwählen.
Ein Erwärmen über einen Kontakt mit einem Feststoff kann beispielsweise durch eine direkt mit dem flächenförmigen Verbund in Kontakt stehenden Heizplatte oder Heizform erfolgen, die die Wärme an den flächenförmigen Verbund abgibt. Heißluft kann durch geeignete Gebläse, Austrittsöffnungen oder Düsen oder einer Kombination daraus auf den flächenförmigen Verbund gerichtet werden. Häufig werden das Kontakterwärmen und das Heißgas gleichzeitig eingesetzt. So kann beispielsweise eine mit Heißgas durchströmte und dadurch aufgeheizte und das Heißgas durch geeignete Öffnungen abgebende Haltevorrichtung für einen aus dem flächenförmigen Verbund geformten Mantel den flächenförmigen Verbund durch Kontakt mit der Wand der Haltevorrichtung und dem Heißgas erwärmen. Ferner kann das Erwärmen des Mantels auch dadurch erfolgen, dass der Mantel mit einer Mantelhalterung fixiert und die zu erwärmenden Bereiche des Mantels von einer oder zwei und mehr in der Mantelhalterung vorgesehenen Heißgasdüsen angeströmt werden.
Die Siegeltemperatur wird vorzugsweise so ausgewählt, dass der oder die am Siegeln beteiligten Kunststoffe als Schmelze vorliegen. Zudem sollte die Siegeltemperatur nicht zu hoch gewählt werden, um den oder die Kunststoffe nicht unnötig stark thermisch zu belasten, so dass diese ihre vorgesehen Materialeigenschaften nicht einbüßen. Daher liegen die Siegeltemperaturen mindestens 1 K, vorzugsweise mindestens 5 K und besonders bevorzugt mindestens 10 K oberhalb der Schmelztemperatur des jeweiligen Kunststoffs. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es vorgesehen, dass der Behälter vor Schritt b. oder nach Schritt c. mit einem Nahrungsmittel befüllt wird. Als Nahrungsmittel kommen alle dem Fachmann bekannten Lebensmittel für den menschlichen Verzehr und auch Tierfutter in Betracht. Bevorzugte Nahrungsmittel sind oberhalb 5°C flüssig, beispielsweise Getränke. Bevorzugte Nahrungsmittel sind Milchprodukte, Suppen, Saucen, nichtkohlensäurehaltige Getränke, wie Fruchtgetränke und -Säfte oder Tees. Die Nahrungsmittel könne zum einen zuvor entkeimt in ebenfalls zuvor entkeimte Behälter gefüllt werden. Zudem können die Nahrungsmittel nach dem Befüllen und Verschließen in dem diese aufnehmenden Behälter entkeimt werden. Dieses erfolgt in der Regel durch Autoklavieren.
In der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem vor Schritt b. der Behälter mit Nahrungsmittel gefüllt wird, ist es bevorzugt, dass aus dem flächenförmigen Verbund zunächst durch Falten und Siegeln bzw. Kleben der überlappenden Stosskanten ein schlauchförmiges Gebilde mit einer fixierten Längsnaht geformt wird. Dieses schlauchartige Gebilde wird lateral zusammengedrückt, fixiert und getrennt und zu einem offenen Behälter durch Faltformen und Siegeln bzw. Kleben gebildet. Hierbei kann das Nahrungsmittel bereits nach dem Fixieren und vor dem Trennen und Faltformen des Bodens im Sinne des Schrittes b. eingefüllt werden.
In der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, in dem nach Schritt c. der Behälter mit Nahrungsmittel gefüllt wird, ist es bevorzugt, dass ein durch Formen des flächenförmigen Verbunds erhaltener, im Bodenbereich verschlossener und im Kopfbereich geöffneter Behälter eingesetzt wird. Das Formen des flächenförmigen Verbunds und der Erhalt eines derartigen geöffneten Behälters kann durch jeden dem Fachmann hierfür geeignet erscheinende Arbeitsweise durch die Schritte b. und c. erfolgen. Insbesondere kann das Formen dadurch erfolgen, in dem, in ihrem Zuschnitt bereits die Form des Behälters berücksichtigende, blattförmige Behälterrohlinge so gefaltet werden, dass über einen Mantel ein geöffneter Behälter entsteht. Dieses erfolgt in der Regel dadurch, dass nach dem Falten dieses Behälterrohlings dessen Längskanten unter Ausbildung einer Seitenwand versiegelt bzw. verklebt und die eine Seite des Mantels durch Falten und weiteres Fixieren, insbesondere Versiegeln oder Kleben, geschlossen wird.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass der flächenförmige Verbund mindestens eine Rillung aufweist und die Faltung entlang der Rillung erfolgt. Eine Rillung ist in der Regel ein meist linienförmiger Bereich des flächenförmigen Verbunds, in dem der flächenförmige Verbund durch ein Prägewerkzeug entlang dieser Linie im Vergleich zu den an die Linie bzw. Rillung angrenzenden Bereichen starker verdichtet ist. Häufig ist die Rillung auf einer Seite des flächenförmigen Verbunds als entlang einer Linie verlaufende Ausnehmung mit einer auf der anderen Seite des flächenförmigen Verbunds gegenüber der Ausnehmung verlaufenden Wölbung ausgebildet. Dieses erleichtert das Falten und das Ausbilden eines entlang der durch die Rillung vorbereiteten Line verlaufenden Knicks, um so eine möglichst gleichmäßige und positionsgenaue Faltung zu erzielen. Vorzugsweise teilt die Rillung den flächenförmigen Verbund in einen großflächigen Teil und einen im Vergleich zu dem großflächigen Teil kleinflächigen Teil. So kann beispielsweise der großflächige Teil die Seitenwand des Behälters und der kleinflächige Teil eine den Boden bildende Fläche des flächenförmigen Verbunds sein. Ferner kann der kleinflächige Teil der Bereich des flächenförmigen Laminats sein, der nach dem Falten, insbesondere durch Siegeln, verbunden wird. Die Rillung kann zu unterschiedlichen Stadien der Herstellung des flächenförmigen Verbunds vorgesehen werden Gemäß einer Ausgestaltung wird die Rillung in den flächenförmigen Verbund nach der meist durch Co-Extrusion erfolgenden Beschichtung mit thermoplastischen Kunststoffen vorgenommen. In einer anderen Ausgestaltung erfolgt das Rillen vor der Co-Extrusion, vorzugsweise unmittelbar in die Trägerschicht.
Im Zusammenhang mit dem Befüllen ist es nach einer Ausgestaltung des erfindungemäßen Verfahrens bevorzugt, dass das Nahrungsmittel vor dem Befüllen mindestens teilweise entkeimt wird. Dieses kann durch Sterilisieren, Ultrahocherhitzen oder Pasteurisieren erfolgen. Weiterhin entspricht es einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass der Behälter oder Behältervorläufer vor dem Befüllen selbst mindestens teilweise entkeimt wird. Dieses kann durch Sterilisieren, vorzugsweise durch Peroxyde, insbesondere Wasserstoffperoxyd oder Peroxoessigsäure, oder Strahlung, erfolgen. Zudem ist es in dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt, dass beide vorgenannten Ausgestaltungen verwirklicht sind und wenn möglich keimfrei gearbeitet wird. Häufig wird zum Entkeimen eine Temperatur von mehr als 50°C, vorzugsweise mehr als 80°C eingesetzt.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren hat die mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei und besonders bevorzugt jede der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten oder auch die Kunststoffschicht KSu des kleinflächigen Teils in Schritt b. eine Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur. Es ist weiterhin in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer Ausgestaltung bevorzugt, dass die Faltung durch eine in die Rillung drückende Kante eines Faltwerkzeugs ausgebildet wird. Dieses ist insbesondere der Fall, wenn der Bodenbereich gebildet wird. Es ist ferner in einer anderen Ausgestaltung bevorzugt, dass die Faltung durch eine neben die Rillung drückende Kante eines Faltwerkzeugs ausgebildet wird. Hier setzt die Kante des Faltwerkzeugs meist unmittelbar neben der Rillung an. Diese Art des Faltens wird bevorzugt bei der Bildung des giebelartig geformten Kopfbereichs eingesetzt. Meistens werden die Rillungen in dem flächenförmigen Verbund vor Schritt a. vorgesehen. Damit wird vorzugsweise ein gerillter flächenförmiger Verbund in Schritt a. bereitgestellt. In der Regel wird der flächenförmige Verbund durch Co-Extrusion der einzelnen Schichten des flächenförmigen Verbunds meist als Rollware hergestellt Auf dieser Rollware werden die Rillungen vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Rillungen in der Trägerschicht bereits vor dem Co-Extrudieren erzeugt werden. Sofern die mit Rillungen versehene Rollware nicht direkt in Schritt a. eingesetzt wird, werden Behälterrohlinge aus der Rollware erhalten und in Schritt a. als flächenförmiger Verbund bereitgestellt. Die Rillungen können in der Rollware vorgesehen werden. In diesem Fall wird eine Rollware ohne Rillungen eingesetzt. Anschließend können aus der gerillten Rollware Behälterrohlinge erhalten werden.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es bevorzugt, dass in dem flächenförmigen Verbund zwischen der Trägerschicht und den mindestens zwei thermoplastische Kunststoffschichten KSa und KSw keine Metallfolie, häufig keine Aluminiumfolie, vorgesehen ist. Die Kunststoffbarriereschicht hat in der Regel ausreichend gute Barriereeigenschaften. So kann der in dem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte flächenförmige Verbund insgesamt frei von Metallfolien, insbesondere frei von Aluminiumfolien, ausgestaltet werden. Hierdurch kann ein Verbund bzw. ein daraus hergestellter Behälter bereitgestellt werden, der metallfrei ist.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren entspricht es einer weiteren Ausgestaltung, dass auf Schritt c. als Schritt d. ein weiteres Falten folgt, wobei bei dem weiteren Falten mindestens eine, vorzugsweise jede, der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten eine Temperatur hat, die unterhalb der Schmelztemperatur dieser Kunststoffschicht liegt. Weiterhin gelten auch hier die vorstehenden Ausführungen zu dem Falten in Schritt b. Hierdurch entsteht eine Abfolge Kaltfalten, Heißsiegeln und weiterem Kaltfalten. Diese Abfolge ist besonders vorteilhaft im Kopfbereich eines quaderförmigen Behälters. Hier werden die als Ohren bezeichneten im Wesentlichen dreieckigen Bereiche, in denen mindestens fünf flächenförmige Verbunde aufeinander zu liegen kommen, nach verschließen des Behälters an den Schmalseiten des Behälters, vorzugsweise durch Siegeln oder Kleben, befestigt, wobei die hierbei entstehenden Rillkreuze durch diese Abfolge in Verbindung mit dem hier beschriebenen flächenförmigen Verbund besonders wenig Fehlstellen wie Rillkreuzbrüche aufweisen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist ein Behälter erhältlich, der besonders gut zur Langzeitlagerung von Nahrungsmitteln geeignet ist, die schonend entkeimt werden können. Zudem ist der Behälter bei einer hohen Umweltverträglichkeit einfach und günstig herstellbar.
Testmethoden:
Sofern nicht anders hierin bestimmt, werden die hierin aufgeführten Größen durch DIN Vorschriften gemessen.
Figuren:
Die vorliegende Erfindung wird nun durch diese nicht einschränkende, beispielhafte Zeichnungen näher erläutert, wobei Figur
1 eine schematische Ansicht eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Behälters,
2 eine schematische Darstellung des Verfahrensablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 eine schematische Ansicht eines Bereichs eines durch das erfindungsgemäße Verfahren herzustellenden Behälters,
4a eine schematische Darstellung eines Faltens nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
4b eine schematische Darstellung einer Faltung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren,
5a eine schematische Darstellung entlang eines Schnittes A-A im ungefalteten Zustand,
5b eine schematische Darstellung entlang eines Schnittes A-A im gefalteten Zustand,
6 eine schematische Darstellung eines in dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren flächenförmigen Verbunds,
7 eine schematische Darstellung eines in dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren flächenförmigen Verbunds,
8a eine schematische Darstellung einer Sonotrode-Ambos-Anordnung vor dem Siegeln,
8b eine schematische Darstellung einer Sonotrode-Ambos-Anordnung während und am Ende des Siegelns
zeigt.
1 zeigt einen einen Innenraum 1 umschießenden Behälter 2 aus einem flächenförmigen Verbund 3. Der besseren Ansicht halber ist der Behälter 2 mit dem Behälterboden 12, auf dem der Behälter üblicherweise abgestellt wird, nach oben weisend dargestellt.
2 zeigt einen schematischen Ablauf von Vorrichtungen und Herstellungsschritten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. So wird in einer Verbundherstellung 20 der flächenförmige Verbund 3 aus einer Trägerschicht 4, einer Kunststoffbarriereschicht 5 und den thermoplastischen Kunststoffschichten KSa und KSw 6, 7 sowie ggf. einer weiteren thermoplastischen Kunststoffschicht KSu 13 und – sofern erforderlich – einer Haftvermittlerschicht 19 durch ein Extrusionsverfahren hergestellt und meist als Rollware bereitgestellt. In einer auf die Verbundherstellung 20 mittelbar oder unmittelbar folgenden Verbindkonfektionierung 21 wird die Rillung 14 in der Rollware erzeugt, die zuvor mit einem Aufdruck oder Dekor versehen worden sein kann. Ferner werden, sofern die mit Rillungen 14 versehene Rollware nicht als solche in zur Herstellung von Behältern eingesetzt wird, Behälterrohlinge in der Verbundkonfektionierung 21 erzeugt. An die Verbundkonfektionierung 21 schließt sich eine Behälterherstellung 22 an, in der insbesondere das Falten und Verbinden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt. Hier kann auch das Befüllen mit einem Nahrungsmittel erfolgen.
In 3 ist ein während des erfindungsgemäßen Verfahrens entstehender Behälter 2 gezeigt, der – der besseren Ansicht halber – mit einem für einen Boden 12 vorgesehenen Behälterbereich 23 nach oben dargestellt ist. Der für den Boden 12 vorgesehene Behälterbereich 23 weist eine Vielzahl von Rillungen 14 auf.
4a zeigt den Querschnitt durch einen flächenförmigen Verbund 3 mit einer Rillung 14, gebildet durch eine Ausnehmung 24 und eine Wölbung 25. Eine Kante 17 eines Faltwerkzeugs 18 ist oberhalb der Ausnehmung 24 vorgesehen, um in die Ausnehmung 24 einzugreifen, damit das Falten um die Kante 17 entlang der Rillung 14 vorgenommen werden kann, um eine in 4b als Querschnitt dargestellte Faltung 8 zu erhalten. Diese Faltung 8 weist zwei Faltflächen 9 und 10 auf, die einen Winkel μ einschließen und als großflächiger Teil 15 und kleinflächiger Teil 16 vorliegen. In einem Teilbereich 11 des kleinflächigen Teils 16 ist mindestens eine thermoplastische Kunststoffschicht 6, 7 oder 13 als weitere Kunststoffschicht KSu während des Falten fest. Durch Zusammenpressen der Faltflächen 9, 10 unter Verkleinern des Winkels μ gegen 0° werden die beiden Faltflächen 9, 10 durch Siegeln, während dessen die aufeinander zu liegen kommenden Kunststoffschichten aufgeschmolzen sind, miteinander verbunden.
In 5a ist ein Schnitt entlang der Linie A-A in 3 vor dem Falten aus einem flächenförmigen Verbund 3 mit Rillungen 14 dargestellt. Durch in die auf den Stirnseiten mittig gelegenen Rillungen 14 eingreifende Kanten 17 von Faltwerkzeugen 18 werden die Rillungen 14 in Richtung der beiden Pfeile bewegt, wodurch die in 5b dargestellten Faltungen 8 mit den Winkeln μ entstehen. Der hier dargestellte Schnitt durch den äußersten zu faltenden Teil des für den Boden 12 des Behälters 2 vorgesehenen Behälterbereichs weist zum Innenraum 1 hin ein Teilbereich 11 auf, in dem mindestens eine thermoplastische Kunststoffschicht 6, 7 oder 13 als weitere Kunststoffschicht KSu aufgeschmolzen ist. Durch Zusammenpressen der Längsseiten 26 unter Verkleinern der sechs Winkel μ gegen 0° werden die beiden dem Innenraum 1 zugewandten Innenflächen 27 der Längsseiten 26 durch Siegeln miteinander verbunden, um so den Boden 12 zu schaffen.
6 zeigt einen flächenförmigen Verbund 3, wobei die Oberseite in dem daraus hergestellten Behälter 2 außen und die Unterseite innen liegt. Von außen nach innen ergibt sich folgender Aufbau: weitere thermoplastische Kunststoffschicht KSu 13 (meist PE ggf. gefüllt mit einem anorganischen Salz) mit einem Flächengewicht in einem Bereich von 8 bis 60 g/m², gefolgt von einer Trägerschicht 4 aus Karton mit einem Flächengewicht in einem Bereich von 120 bis 400 g/m², gefolgt von einer Kunststoffbarriereschicht 5 meist aus PA oder EVOH mit einem Flächengewicht in einem Bereich von 2 bis 50 g/m², gefolgt von einer Schicht aus Haftvermittler 19 mit einem Flächengewicht in einem Bereich von 2 bis 30 g/m², gefolgt von einer ersten thermoplastischen Kunststoffschicht KSa 6 meist aus PE mit einem Flächengewicht in einem Bereich von 2 bis 60 g/m², gefolgt von einer mindestens zweiten thermoplastischen Kunststoffschicht KSw 7 meist aus einem Blend aus PE und m-PE mit einem Flächengewicht in einem Bereich von 2 bis 60 g/m².
In 7 ist der flächenförmige Verbund aus 6 um eine weitere, zwischen der Kunststoffbarriereschicht 5 und der Trägerschicht 4 vorgesehene weitere Schicht 19 aus Haftvermittler mit einem Flächengewicht in einem Bereich von 2 bis 30 g/m² ergänzt.
8a zeigt einen gefalteten Verbundbereich 30 des flächenförmigen Verbunds 3 zwischen einer Sonotrode 28 und einem Ambos 34, die beide jeweils ein Oberflächenrelief 29 aufweisen. Der gefaltete Verbundbereich ist durch das weitere Verringern der Winkel μ im Rahmen des in 5b dargestellten Faltens entstanden und weist häufig in den Bereichen mit weniger Lagen einen Zwischenraum 33 auf. Das Oberflächenrelief 29 ist so ausgestaltet, dass dem beim Falten entstehenden Mehrlagenbereiche 31 mit größere Stärke Ausnehmungen 33 im Oberflächenrelief 29 gegenüberstehen, um eine möglichst gleichmäßige Verteilung von Druck und mechanischer Schwingung über die Sonotrode 28 zu erlauben. Zudem wird so die Fixierung des zu verbindenden gefalteten Verbundbereichs 30 bis zum Verschwinden des Zwischenraumes 33 verbessert. Die Sonotrode 28 bewegt sich auf Ambos 34 in Pfeilrichtung zu, wobei ein Druck auf den zwischen den Oberflächenrelieffen 29 gehaltenen zu verbindenden, gefalteten Verbundbereich 30 wirkt. Hierdurch wird der gefaltete Verbundbereich, wie in 8b gezeigt, dem Oberflächenrelief entsprechend, zusammengepresst und gehalten, so dass die durch die Sonotrode 28 erzeugte mechanischen Ultraschallschwingung auf den gefalteten Verbund 30 übertragen und die ein Verbinden durch versiegeln erfolgt, indem die aufgeschmolzenen Kunststoffschichten durch Pressdruck mindestens zum Teil ineinander verfließen und durch Abkühlen, meist in einer Haltezeit, bevor die Sonotrode 28 den so behandelten, gefalteten Verbundbereich 30 freigegeben hat, wieder erstarren.
Bezugszeichenliste

1: Innenraum
2: Behälter
3: Flächenförmiger Verbund
4: Trägerschicht
5: Kunststoffbarriereschicht
6: Thermoplastische Kunststoffschicht KSa
7: Thermoplastische Kunststoffschicht KSw
8: Faltung
9: Faltfläche
10: Weitere Faltfläche
11: Teilbereich
12: Behälterbereich (Boden)
13: Weitere thermoplastische Kunststoffschicht KSu
14: Rillung
15: Großflächiger Teil
16: Kleinflächiger Teil
17: Kante
18: Faltwerkzeug
19: Haftvermittler
20: Verbundherstellung
21: Verbundkonfektion
22: Behälterherstellung
23: Behälterbereich
24: Ausnehmung
25: Wölbung
26: Längsseiten
27: Innenfläche
28: Sonotrode
29: Oberflächenrelief
30: Gefalteter Verbundbereich
31: Mehrlagenbereich
32: Zwischenraum
33: Ausnehmungen
34: Ambos

Claims

Ein Verfahren zur Herstellung eines einen Innenraum (1) umgebenden Behälters (2), beinhaltend die Schritte a. Bereitstellen eines flächenförmigen Verbunds (3) beinhaltend i. eine Trägerschicht (4); ii. eine mit der Trägerschicht (4) verbundene Kunststoffbarriereschicht (5); iii. mindestens zwei thermoplastische Kunststoffschichten (KSa) und (KSw) (6, 7), die auf der Seite der Kunststoffbarriereschicht (5), die der Trägerschicht (4) abgewandt ist, vorgesehen sind, wobei mindestens eine der mindestens zwei Kunststoffschichten (6, 7) eine Kunststoffmischung aus mindestens zwei Kunststoffen ist; b. Falten des flächenförmigen Verbunds (3) zum Ausbilden einer Faltung (8) mit mindestens zwei aneinander grenzenden Faltflächen (9, 10); c. Verbinden jeweils mindestens eines Teilbereichs (11) der mindestens zwei Faltflächen (9, 10) zum Ausbilden eines Behälterbereiches (12) durch Erwärmen des Teilbereichs (11); wobei mindestens eine der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten (6, 7) in Schritt b. eine Temperatur hat, die unterhalb der Schmelztemperatur dieser Kunststoffschicht liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei mindestens eine der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten (6, 7) eine Schmelztemperatur unterhalb der Schmelztemperatur der Kunststoffbarriereschicht (5) hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten (6, 7) mit einem teilchenförmigen anorganischen Feststoff gefüllt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Faltflächen (9, 10) einen Winkel μ von kleiner 90° bilden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffmischung als eine von mindestens zwei Mischungskomponenten ein mittels eines Metallocens hergestelltes Polyolefin aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälterbereich (12) ein Boden oder ein Kopf des Behälters (2) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbinden gemäß Schritt c. durch Versiegeln mittels einer der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten (6, 7) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten (6, 7) eine Schmelztemperatur im Bereich von 80 bis 155°C haben.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem flächenförmigen Verbund (3) die mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten (6, 7), bezogen auf die Trägerschicht (4), zum Innenraum (1) hin vorgesehen sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine weitere thermoplastische Kunststoffschicht (KSu) (13), bezogen auf die Trägerschicht (4), dem Innenraum (1) abgewandt vorgesehen und mit der Trägerschicht (4) verbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die mindestens eine weitere thermoplastische Kunststoffschicht (KSu) (13) eine Schmelztemperatur in einem Bereich von 80 bis 155°C hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten (6, 7) aus einem Polyethylen oder einem Polypropylen oder eine Mischung aus mindestens zwei davon bestehen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erwärmen durch eine mechanische Schwingung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffbarriereschicht (5) eine Schmelztemperatur in einem Bereich von mehr als 155 bis 300°C hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kunststoffbarriereschicht aus Polyamid oder Polyethylenvinylalkohol oder einer Mischung daraus besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten (6, 7) unmittelbar vor Schritt b. eine Temperatur unterhalb von deren Schmelztemperatur hat.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erwärmen durch Ultraschall erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Behälter (2) vor Schritt b. oder nach Schritt c. mit einem Nahrungsmittel befüllt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der flächenförmige Verbund (3) mindestens eine Rillung (14) aufweist und die Faltung (8) entlang der Rillung (14) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Rillung (14) den flächenförmigen Verbund (3) in einen großflächigen Teil (15) und einen im Vergleich zu dem großflächigen Teil (15) kleinflächigen Teil (16) abgrenzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20, wobei die Faltung (8) durch eine in die Rillung (14) drückende Kante (17) eines Faltwerkzeugs (18) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Trägerschicht (4) und den mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten (KSa) und (KSw) (6, 7) keine Metallfolie vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf Schritt c. als Schritt d. ein weiteres Falten folgt, wobei bei dem weiteren Falten mindestens eine der mindestens zwei thermoplastischen Kunststoffschichten (6, 7) eine Temperatur hat, die unterhalb der Schmelztemperatur dieser Kunststoffschicht liegt.