DE102012106439A1

DE102012106439A1 - Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffverpackungsbehälters und Kunststoffverpackungsbehälter

Info

Publication number: DE102012106439A1
Application number: DE201210106439
Authority: DE
Inventors: Helmut Spaeter; Uwe Stöhr
Original assignee: Cavonic GmbH; PLASMA ELECTRONIC GmbH
Current assignee: Cavonic De GmbH; Plasma Electronic De GmbH; Waldorf Technik GmbH and Co KG
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: WO2014012982A1; EP2874797A1; US20150217331A1; DE102012106439B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffverpackungsbehälters (10), bei dem ein Kunststoffverpackungsbehälter (10) durch Spritzguss, Tiefziehen und/oder Blasformen geformt wird, wobei der Kunststoffverpackungsbehälter (10) mit einer Barriereschicht (40) beschichtet und/oder beschichtbar, mit einer Kavität (12) zur Aufnahme eines Verpackungsinhaltes, insbesondere eines Lebensmittelproduktes, und mit einer Siegelzone (20) hergestellt wird. Ferner ist vorgesehen, dass die Oberfläche der Siegelzone (20) zur besseren Siegelbarkeit mit einem Siegelmaterial, vorzugsweise in einem Flächenanteil von mindestens 50% mit einer höheren mittleren Oberflächenrauheit Ra nach DIN EN ISO 4288:1998 als der mittl eren Oberflächenrauheit Ra nach DIN EN ISO 4288:1988, vorzugsweise von mindestens 50% des Flächenanteils, der Innenoberfläche (14) der Kavität (12) und/oder, vorzugsweise von mindestens 50% des Flächenanteils, der Außenoberfläche, insbesondere der Mantelfläche, des Kunststoffverpackungsbehälters hergestellt wird, und dass die Siegelzone (20) mit einer mittleren Oberflächenrauheit Ra nach DIN EN ISO 4288:1998 von mindestens 200 nm hergestellt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffverpackungsbehälters gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung einen Kunststoffverpackungsbehälter nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 8 und 10 und dessen Verwendung in einem Verfahren zur Beschichtung mit einer, insbesondere in einem Vakuum, bevorzugt durch ein CVD- oder PVD-Verfahren, erzeugten, Barriereschicht und einem Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Herstellung von Kunststoffverpackungsbehältern bekannt, bei denen Kunststoffverpackungsbehälter durch Spritzgießen, Tiefziehen und/oder Blasformen geformt werden. Auch ist es aus dem Stand der Technik bekannt, an den Kunststoffverpackungsbehältern Siegelzonen vorzusehen, an die Verschlussmittel, insbesondere in Form von Siegelfolien, mit einem Siegelmaterial gesiegelt werden.
Insbesondere dann, wenn in zumindest einer der Kammern ein feuchtigkeits- oder sauerstoffempfindliches Füllgut, insbesondere ein Lebensmittel, ist es wünschenswert, dass der Kunststoffverpackungsbehälter eine Barriereschicht zur Erhöhung der Durchtrittsperrwirkung gegen Feuchtigkeit und/oder Gase aufweist. Solche im Vakuum aufzubringenden Barriereschichten sind beispielsweise in der EP 1 048 746 A1 oder der WO2009/030425 A1 beschrieben.
Nachteilig bei den bekannten Barriereschichten ist es, dass herkömmliche Siegelmaterialien schlecht an diesen haften, was zu einem ungewollten Ablösen von Siegelfolien oder sonstigen Verschlussmitteln, die zum Siegeln an die Siegelzonen bestimmt sind, führen kann, weshalb unter Umständen auf eine solche Beschichtung wegen dieser Nachteile ganz verzichtet wird.
Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffverpackungsbehälters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem die Siegelbarkeit zwischen Siegelzone und einem Siegelmaterial erhöht wird und ein ungewolltes Ablösen des Verschlussmittels unterbunden wird. Ferner besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Kunststoffverpackungsbehälter für ein solches Verfahren anzugeben.
Die Aufgabe wird für ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, nämlich dadurch, dass der Kunststoffverpackungsbehälter so hergestellt wird, dass die Oberfläche, insbesondere der Großteil der Oberfläche, der Siegelzone eine höhere mittlere Rauheit aufweist als die Innenoberfläche, vorzugsweise als der Großteil der Innenoberfläche, der Kavität und/oder als die Außenoberfläche des Kunststoffverpackungsbehälters, vorzugsweise als der Großteil der Außenoberfläche oder der Mantelteil der Außenoberfläche und dass die Siegelzone eine mittlere Oberflächenrauheit von mindestens 200 nm aufweist. Vorrichtungsgemäß wird die Aufgabe mit einem Kunststoffverpackungsbehälter mit den Merkmalen der Ansprüche 8 und 10 gelöst. Weiter wird die Aufgabe durch die Verwendung eines solchen Kunststoffverpackungsbehälters in einem Verfahren zur Beschichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.
Dabei ist unter "Großteil" jeweils ein Flächenanteil von mehr als 50% zu verstehen und als Oberflächenrauheit die mittlere Rauheit R_a der Oberfläche gemessen nach DIN EN ISO 4288:1998. Die Rauheitswerte beziehen sich, soweit nicht abweichend angegeben, auf den unbeschichteten Zustand des Kunststoffverpackungsbehälters, also auf den Zustand vor dem Beschichten bzw. auf die Rauheit der Oberfläche des Kunststoffverpackungsbehälters ohne Barriereschicht.
Die Siegelzone ist der Bereich des Kunststoffverpackungsbehälters, der geeignet und bestimmt ist, mit einem Verschlussmittel, insbesondere einer Siegelfolie, durch ein Siegelmaterial, insbesondere ein Lacksystem oder Polyethylen oder Polypropylen, gesiegelt zu werden und der nach dem Siegeln nur unter Krafteinwirkung von den Verschlussmitteln ablösbar ist bzw. von dem das Verschlussmittel nach dem Siegeln nur unter Krafteinwirkung ablösbar ist. Die Siegelzone kann insbesondere auf der Außenseite, vorzugsweise an einem umlaufenden Siegelkragen bzw. Siegelrand des Behälterkörpers, oder alternativ im Inneren des Behälterkörpers, insbesondere zur Festlegung eines Verschluss- oder Trennmittels, vorgesehen werden und schließt bevorzugt umfangsgeschlossen einen Bereich, insbesondere eine Öffnung der Kavität ein. Auch ist es denkbar zusätzlich zu der ersten Siegelzone eine weitere Siegelzone an der Innen- oder Außenseite des Kunststoffverpackungsbehälters vorzusehen.
Das Siegelmaterial kann an dem Verschlussmittel aufgebracht sein und/oder vor dem Versiegelungsschritt gesondert auf die Siegelzone und/oder das Verschlussmittel aufgebracht werden.
Die Innenoberfläche der Kavität ist der Bereich der Oberfläche des Kunststoffverpackungsbehälters, der (unter üblichen Lagerbedingungen) nach einem Befüllen mit Füllgut und dem Siegeln mit dem Verschlussmittel in Kontakt mit dem Füllgut treten kann. Insbesondere für den Fall, dass neben der Siegelzone die Innenoberfläche mit der Barriereschicht beschichtet wird bzw. zur Beschichtung bestimmt ist, ist der Rauhheitsvergleich zwischen der Siegelzone und der zu beschichtenden Innenoberfläche durchzuführen. Mit anderen Worten ist bevorzugt für den Fall der (späteren) Beschichtung der Innenoberfläche mit der Barriereschicht die Oberfläche der Siegelzone zur besseren Siegelbarkeit mit einem Siegelmaterial, vorzugsweise in einem Flächenanteil von mindestens 50%, mit einer höheren mittleren Rauheit als die mittlere Oberflächenrauheit, vorzugsweise von mindestens 50% Flächenanteils der Innenoberfläche der Kavität herzustellen.
Zusätzlich oder alternativ zur Beschichtung der Innenoberfläche der Kavität mit der Barriereschicht ist es möglich, die Außenoberfläche des Kunststoffbehälters mit der Barriereschicht zu beschichten, wobei in diesem Fall bevorzugt nach dem Beschichten mit der Barriereschicht noch eine Schutzlackschicht, insbesondere eine UV-Lackschicht auf die Barriereschicht aufgebracht wird. Für den Fall, der (späteren) Beschichtung der Außenoberfläche mit der Barriereschicht ist es bevorzugt, den vorgenannten Vergleich der Rauhheit der Siegelzone mit der Rauhheit der zu beschichtenden Außenoberfläche durchzuführen, bevorzugt nur mit der Mantelfläche der Außenoberfläche, d.h. nicht mit der Standfläche bzw. dem Bodenbereich. Unter der Mantelfläche wird dabei die seitlich von der Bodenfläche aufragende äußere Umfangswandfläche verstanden. Mit anderen Worten ist bevorzugt für den Fall der (späteren) Beschichtung der Außenoberfläche, insbesondere der Mantelfläche, mit der Barriereschicht die Oberfläche der Siegelzone zur besseren Siegelbarkeit mit einem Siegelmaterial, vorzugsweise in einem Flächenanteil von mindestens 50%, mit einer höheren mittleren Rauhheit als die mittlere Oberflächenrauhheit, vorzugsweise von mindestens 50% des Flächenanteils, der Außenoberfläche, insbesondere der Mantelfläche, herzustellen.
Für den Fall des Vorsehens einer Barriereschicht zusätzlich zu der Siegelzone ausschließlich an der Außenoberfläche ist der anspruchsgemäße Vergleich der Rauhheit der Siegelzone mit der zu beschichtenden Außenoberfläche vorzunehmen. Für den Fall des Vorsehens einer Barriereschicht zusätzlich zu der Siegelzone ausschließlich an der Innenoberfläche ist der anspruchsgemäße Vergleich der Rauhheit der Siegelzone mit der zu beschichtenden Innenoberfläche vorzunehmen. Für den Fall der Beschichtung der Außenoberfläche und der Innenoberfläche kann der Vergleich mit der Außenoberfläche und/oder der Innenoberfläche vorgenommen werden. Wesentlich ist, dass die Rauhheit der Siegelzone höher ist, als die Rauhheit der sonstigen zu beschichtenden Fläche, insbesondere der Innenoberfläche und/oder der Außenoberfläche.
Grundsätzlich müssen nicht sowohl die Innenoberfläche als auch die Außenoberfläche mit der Barriereschicht beschichtet werden – es reicht (und ist bevorzugt) nur eine alternative Beschichtung vorzunehmen, wobei ganz besonders bevorzugt ausschließlich die Innenoberfläche beschichtet wird.
Es hat sich herausgestellt, dass die erfindungsgemäße Ausbildung der Oberflächenrauheit nach dem Beschichten der Siegelzonen dafür sorgt, dass die Barriereschicht im Bereich der Siegelzonen beim Aufsiegeln des Siegelmaterials durch einen gängigen Siegelprozess, insbesondere mit senkrecht zur Oberfläche wirkenden Flächendruck und/oder einer auf die Barriereschicht wirkenden Temperatureinwirkung, zumindest teilweise aufgebrochen wird, wodurch das Siegelmaterial in unmittelbaren Kontakt mit dem Kunststoffverpackungsbehälter kommt, also die Barriereschicht nicht vollständig das Siegelmaterial von dem Kunststoffmaterial des Kunststoffverpackungsbehälters trennt, was insgesamt die Siegelbarkeit verbessert. Der Aufbrecheffekt kann nach dem Verständnis der Anmelderin u.a. dadurch erklärt werden, dass die Barriereschicht extra so dünn aufgebracht wird, dass aufgrund der Rauheit die entstehende Schichtdicke nicht homogen ist, und/oder die Schicht nicht die komplette Oberfläche der Siegelzone bedeckt. An den Stellen mit dünnerer Schicht kann diese durch die beim Siegeln wirkenden Kräfte aufgebrochen werden. Die dünnen Bereiche wirken demnach wie Sollbruchstellen. Insgesamt kann das Siegelmaterial durch das Aufbrechen in unmittelbaren Kontakt mit dem Kunststoffverpackungsbehälter kommen.
Durch die niedrigere Oberflächenrauheit der zu beschichtenden Innenoberfläche der Kavität und/oder der zu beschichtenden Außenoberfläche, insbesondere der Mantelfläche wird der – bei der Siegelzone gezielt gewünschte – Effekt des Brechens der Barriereschicht vermieden.
Auch wird einem ungewollten Durchdringen der Barriereschicht an der Innenoberfläche entgegengewirkt, wodurch die Barriereeigenschaft erhalten bleibt.
Bevorzugt wird die ein- oder mehrschichtige Barriereschicht so ausgebildet, dass diese eine Sperrvorrichtung gegen Gas und/oder Feuchtigkeit bildet und/oder eine Wechselwirkung des Füllgutes mit dem Kunststoffmaterial des Kunststoffbehälters, beispielsweise durch Migrationseffekte verhindert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale, insbesondere des Kunststoffverpackungsbehälters, auch als vorrichtungsgemäß offenbart und beansprucht gelten sowie vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale, insbesondere des Kunststoffverpackungsbehälters, auch als verfahrensgemäß offenbart und beansprucht gelten.
Bevorzugt ist der Kunststoffverpackungsbehälter so hergestellt, dass die Siegelzone an der Innen- und/oder Außenseite des Kunststoffverpackungsbehälters, umfangsgeschlossen einen Bereich, insbesondere eine Öffnung der Kavität, bevorzugt als Öffnungsrand, einschließt.
Hierdurch kann zum Beispiel die Kavität durch Siegelung mit einer Siegelfolie hermetisch gegenüber der Umgebung versiegelt werden.
Bevorzugt ist die Siegelzone so hergestellt, dass sie vor dem Beschichten in mindestens 60%, besonders bevorzugt in mindestens 75%, weiter bevorzugt mindestens 99,9%, ihrer Oberfläche eine mittlere Oberflächenrauheit R_a nach DIN EN ISO 4288:1998 von mindestens 200 nm, bevorzugt mindestens 400 nm, weiter bevorzugt mindestens 600 nm, besonders bevorzugt mindestens 800 nm, noch weiter bevorzugt mindestens 1000 nm, weiter bevorzugt mindestens 1200 nm, besonders bevorzugt mindestens 1400 nm, noch weiter bevorzugt mindestens 1600 nm, weiter bevorzugt mindestens 1800, besonders bevorzugt mindestens 2000 nm aufweist. Bevorzugt ist die Oberflächenrauheit R_a aus einem Wertebereich zwischen 200 nm und 2500 nm, insbesondere zwischen 400 nm und 2000 nm, gewählt.
Hierdurch wird ein großflächiges Durchbrechen der Barriereschicht beim Siegeln gewährleistet.
Vorteilhaft ist die Innenoberfläche der Kavität so hergestellt dass sie, bevorzugt in mindestens 60%, besonders bevorzugt in mindestens 75%, weiter bevorzugt mindestens 99,9%, ihrer Oberfläche eine mittlere Oberflächenrauheit von weniger 200 nm, bevorzugt weniger als 150 nm, besonders bevorzugt weniger als 100 nm, bevorzugt weniger als 50 nm aufweist.
Vorteilhaft ist die Außenoberfläche des Kunststoffbehälters, insbesondere zumindest die Mantelfläche, d.h. die Nicht-Bodenfläche des Kunststoffverpackungsbehälters, die die Kavität auf der Behälteraußenseite umgibt so hergestellt, dass sie bevorzugt in mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 75%, weiter bevorzugt mindestens 99,9% ihrer Oberfläche eine mittlere Oberflächenrauheit von weniger als 200 nm, bevorzugt weniger als 150 nm, besonders bevorzugt weniger als 100 nm, bevorzugt weniger als 50 nm aufweist.
Als Herstellungsverfahren für den Kunststoffverpackungsbehälters eignen sich insbesondere Spritzgießen, Spritzblasen, Blasformen und/oder Tiefziehen, wobei die erwünschten Rauheiten der Oberflächen, insbesondere der Siegelzone, beispielsweise durch entsprechende Ausgestaltung der Negativform mit Unebenheiten und/oder durch einen nachgelagerten Abschleif- und/oder Abwetzprozess erreicht werden können. Bevorzugt erfolgt eine mechanische Bearbeitung zur Realisierung der Rauheit vor einer Beschichtung mit der Barriereschicht – eine nachträgliche mechanische, bevorzugt abrasive, Bearbeitung unter zumindest teilweisem Abtragen der Barriereschicht in der Siegelzone ist ebenfalls realisierbar.
Bevorzugt werden die Siegelzone und die Innenoberfläche der Kavität und/oder die Außenoberfläche des Verpackungsbehälters mit einer Barriereschicht gegen den Durchtritt mindestens einer chemischen Verbindung und/oder Elements beschichtet, bei der es sich weiter bevorzugt um eine funktionale Beschichtung handelt, die gegen den Durchtritt von Feuchtigkeit und/oder Gasen und/oder Wechselwirkungen zwischen Füllgut und dem Kunststoffmaterial des Kunststoffverpackungsbehälters schützt. Bevorzugt ist die Beschichtung derart gewählt, dass sie Migrationserscheinungen von dem verpackten Produkt in die mindestens eine Kunststoffschicht reduziert. Ganz besonders bevorzugt ist die Barriereschicht zusätzlich oder alternativ derart ausgelegt, dass mit dieser der Eintritt von chemischen Substanzen und/oder Elementen aus der mindestens einen Kunststoffschicht in das verpackte Produkt minimiert wird.
Derartige Eigenschaften sind insbesondere äußerst vorteilhaft im Falle der Ausbildung des Kunststoffverpackungsbehälters als Lebensmittelverpackungsbehälter. Insbesondere für den Fall der Verpackung von Gewürzen ist es vorteilhaft, wenn die Barriereschicht eine Durchtrittssperrwirkung gegen ätherische Öle aufweist. Insbesondere dann, wenn in dem Kunststoffverpackungsbehälter technische Produkte verpackt werden sollen, ist es bevorzugt, wenn die Barriereschicht eine Durchtrittssperrwirkung gegenüber Lösemitteln aufweist. Als mögliche Beschichtungsverfahren, die in einer Vakuumkammer zur Anwendung kommen können, kommen insbesondere CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren wie Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) oder PVD (Physical Vapor Deposition) Verfahren wie Sputtern in Betracht.
Als Kunststoffmaterial zur Herstellung des Kunststoffverpackungsbehälters, beispielsweise durch Spritzgießen, Spritzblasen, Blasformen und/oder Tiefziehen, eignen sich insbesondere Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Cycloolefincopolymere (COC), Cycloolefinpolymer (COP), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid (PA) oder Polysyrol (PS).
Auch ist es möglich, die Verpackungsformteile aus kompostierbaren Polymeren, insbesondere auf erneuerbaren Rohstoffen basierenden Polymeren, wie stärkebasierende Polymere (stark blends, PLA (Polyazid), Polyester des Typs PAH (Polyhydroxyalkanoat), z.B. PHB (Polyhydroxybutyrat), PHV (Polyhydroxyvalerat), Cellulosematerialien aus chemisch modifizierter Cellulose hergestellte Materialien, auf erneuerbaren Rohstoffen basierende Polymere sind insbesondere spezifische Polymere, z.B. auf PDO (Biopropandiol) basierend, spezifische Polyamide, z.B. aus Rizinusöl hergestellte, sowie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC) auf Bio-Ethanol aus z.B. Zuckerrohr basierend, sowie spezifische, aus Rohöl oder natürlichem Gas hergestellte synthetische Polyester, oder aus den genannten Werkstoffen hergestellten Laminaten geformt sind.
Die Barriereschicht, insbesondere für Spritzgussteile, umfasst bevorzugt eine Vakuumbeschichtung mit Metalloxiden, insbesondere Aluminiumoxiden, und/oder Siliziumoxiden wegen ihrer guten Durchtrittssperrwirkungen. Bevorzugte Beschichtungsmittel sind so ausgebildet, dass die Barriereschicht (Vakuumbeschichtung) mittels eines Sputterverfahrens als oxidische, nitridische oder sulfidische Schicht aufgetragen wird. Auch kann mittels eines Plasma-CVD, bevorzugt einen PECVD (Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) Verfahrens mit einem Silizium Precursor, z.B. mit HMDSO (Hexamethyldisiloxan) oder mit TMDSO (Tetramethyldisiloxan), insbesondere mit Plasma-Vorbehandlung mit Sauerstoff, Argon und/oder Stickstoff eine keramische Schicht als Beschichtung aufgetragen werden. Weiter bevorzugt sind die Beschichtungsmittel so ausgebildet, dass sie eine Vakuumbeschichtung durch Sputtern oder Verdampfen, insbesondere von Metalloxiden, insbesondere Aluminiumoxiden, oder Siliziumoxiden, insbesondere SiO_x, wobei x bevorzugt eine Zahl um 2, bevorzugt 2,0 ist, oder durch Plasmapolymerisation von Organosilanen, insbesondere von Hexamethyldisiloxan (HMDSO) und Tetramethyldisiloxan (TMDSO) oder durch Plasmapolymerisation von hochvernetzten Kohlenwasserstoffschichten, insbesondere ausgehend von Ethin auf den Verpackungskörper aufbringen. Die Barriereschicht hat üblicherweise eine Dicke im Bereich von 50 nm bis 200 nm.
Vorteilhaft können die Beschichtungsmittel auch so ausgebildet sein, dass die Beschichtung eine Kohlenstoffschicht ist, insbesondere eine amorphe Kohlenstoffschicht (englisch „Diamond-Like Carbon“ bzw. DLC).
Es bieten sich insbesondere folgende amorphe Kohlenstoffschichten an, die nach der Richtlinie VDE 2840 wie folgt unterteilt sind:

– Wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten „a-C“ bestehen überwiegend aus sp²-hybridisierten Bindungen und werden deshalb auch als Graphitartige Kohlenstoffschichten bezeichnet.
– Tetraedrische wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten „ta-C“ bestehen aus sp³-hybridisierten Bindungen, weshalb sie den Diamantschichten gleichzusetzen sind.
– Metallhaltige wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten, „a-C:Me“
– Wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten, „a-C:H“ (H-Anteil > 35%)
– Tetraedrische wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten, „ta-C:H“ (H-Anteil > 25%) mit überwiegend sp³-hybridisierten Kohlenstoffatomen
– Metallhaltige wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten, „a-C:H:Me“. Durch Dotieren mit Metallen bildet sich ein Verbund aus einer „a-C:H“ Matrix und Metallkarbiden. Schichten aus diesem Material besitzen hohe Verschleißfestigkeiten, geringe Reibkoeffizienten sowie bessere Haftung der Schichten. Durch Veränderung des Metallgehaltes lassen sich die Materialeigenschaften stark beeinflussen.
– Modifizierte wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten, „a-C:H:X“. Durch Dotierung mit Elementen wie Si, O, N, F und B können amorphe Kohlenstoffschichten je nach gewünschten Eigenschaften stark modifiziert werden. Silizium beispielsweise erhöht die Temperaturbeständigkeit in sauerstoffhaltiger Umgebung. Eine Dotierung mit Silizium und Sauerstoff kann die Oberflächenspannung stark herabsetzen (bis hin zu Werten in der Größenordnung von PTFE). Außerdem lassen sich transparente und äußerst kratzfeste Schichten herstellen.

Insbesondere für die Aufnahme von medizinischen und/oder biologischen Materialien, insbesondere Flüssigkeiten, bietet sich eine, bevorzugt fluoridierte, Kohlenstoffschicht an, da hierdurch unter anderem durch die gute Abbaubarkeit im Körper eine hohe biologische Verträglichkeit gegeben ist. Hier sei angemerkt, dass die Aufnahme auch lediglich kurzzeitig erfolgen kann, beispielsweise in einem Blutbeutel und/oder einer Durchflusskanüle.
Auch bei der Aufnahme von Lebensmitteln können durch die Beschichtung mit Kohlenstoffschichten die Vorteile der hohen biologischen Verträglichkeit mit einer erhöhten Durchtrittssperrwirkung gegen Gase und/oder Feuchtigkeit vereint werden.
Teil des Verfahrens kann auch das Befüllen des Kunststoffverpackungsbehälters mit mindestens einem Füllgut sein, wobei die Verschlussmittel an die mindestens eine Siegelzone gesiegelt wird, bevor oder nachdem mindestens eine der Kammer mit Füllgut gefüllt wurde.
Das Siegeln kann durch einen Heißsiegelprozess und/oder durch einen Kaltsiegelprozess erfolgen.
Als Siegelmaterial können alle gängigen Siegelmaterialien, beispielsweise auf Basis von Polyethylen, Polypropylen und/oder Polyurethan zum Einsatz kommen.
Ganz besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, wenn der zu beschichtende Kunststoffverpackungsbehälter inline hergestellt wird – es werden dann Behälterkörper aus einer Formeinrichtung, insbesondere einer Spritzguss-, Tiefzieheinrichtung oder Blasformeinrichtung entnommen und dann auf Transportmittel aufgesetzt, mit denen der zu beschichtende Kunststoffverpackungsbehälters zu Beschichtungsmitteln gefördert und dort dann beschichtet wird.
Weiterhin soll ein Kunststoffverpackungsbehälter gemäß Anspruch 8 als offenbart gelten und beanspruchbar sein.
Insbesondere sollen die Merkmale der Ansprüche 1 bis 7 (unabhängig voneinander sowie in Kombination), welche sich auf die Ausbildung des Kunststoffverpackungsbehälters beziehen, und die voranstehende Beschreibung auch für einen Kunststoffverpackungsbehälter mit den Merkmalen des Anspruchs 8 als offenbart und beansprucht gelten.
Weiterhin soll die Verwendung eines solchen Kunststoffverpackungsbehälters in einem Verfahren zur Beschichtung mit einer, insbesondere in einem Vakuum, bevorzugt durch ein CVD- oder PVD-Verfahren, erzeugten Barriereschicht und sowie für ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und/oder nach der voranstehenden Beschreibung als offenbart und beansprucht gelten.
Ebenfalls als eigenständige Erfindung offenbart und beansprucht soll zudem ein Kunststoffverpackungsbehälter nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 10 gelten.
Bei einem solchen Kunststoffverpackungsbehälter weist der Großteil der Oberfläche der beschichteten Siegelzone, also die Oberfläche der Barriereschicht im Bereich der Siegelzone, eine höhere mittlere Rauheit (R_a ermittelt nach DIN EN ISO 4288:1998) auf als der Großteil der (für den Fall einer Beschichtung mit der Barriereschicht) beschichteten Innenoberfläche der Kavität, also der Oberfläche der Barriereschicht im Bereich der Innenoberfläche der Kavität, und/oder (für den Fall einer Beschichtung mit der Barriereschicht) als die Oberfläche der Barriereschicht im Bereich der Außenoberfläche. Weiterhin weist die beschichtete Siegelzone eine mittlere Oberflächenrauheit R_a von mindestens 200 nm, bevorzugt mindestens 400 nm, weiter bevorzugt mindestens 600 nm, besonders bevorzugt mindestens 800 nm, noch weiter bevorzugt mindestens 1000 nm, weiter bevorzugt mindestens 1200 nm, besonders bevorzugt mindestens 1400 nm, noch weiter bevorzugt mindestens 1600 nm, weiter bevorzugt mindestens 1800 nm, besonders bevorzugt mindestens 2000 nm. Bevorzugt ist die Oberflächenrauheit R_a aus einem Wertebereich zwischen 200 nm und 2500 nm gewählt.
Vorteilhaft weist die beschichtete Innenoberfläche der Kavität eine Oberflächenrauheit von weniger als 200 nm, bevorzugt weniger als 150 nm, besonders bevorzugt weniger als 100 nm, bevorzugt weniger als 50 nm auf.
Es hat sich herausgestellt, dass diese Ausbildung der Oberflächenrauheit der beschichteten Siegelzonen dafür sorgt, dass die Barriereschicht im Bereich der Siegelzonen beim Aufsiegeln des Siegelmaterials durch einen gängigen Siegelprozess, insbesondere mit senkrecht zur Oberfläche wirkenden Flächendruck und/oder einer auf die Barriereschicht wirkenden Temperatureinwirkung, zumindest teilweise aufgebrochen bzw. aufgeschmolzen wird, wodurch das Siegelmaterial in unmittelbaren Kontakt mit dem Kunststoffverpackungsbehälter kommt, also die Barriereschicht nicht vollständig das Siegelmaterial von dem Kunststoffmaterial des Kunststoffverpackungsbehälters trennt, was insgesamt die Siegelbarkeit verbessert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen.
Diese zeigen in:
1a eine Schnittansicht einer Ausführungsform eines nach dem Konzept der Erfindung ausgebildeten Kunststoffverpackungsbehälters vor dem Beschichten und vor dem Versiegeln,
1b eine Draufsicht des Kunststoffverpackungsbehälters aus 1a,
2a eine Schnittansicht des Kunststoffverpackungsbehälters aus 1a nach dem Beschichten und vor dem Versiegeln mit einer Barriereschicht,
2b eine Draufsicht des Kunststoffverpackungsbehälters aus 2a,
3 der Kunststoffverpackungsbehälter aus 1 nach dem Beschichten und vor dem Versiegeln mit einer Siegelfolie,
4a der Kunststoffverpackungsbehälter aus 3 nach dem Beschichten und nach dem Versiegeln mit der Siegelfolie, und in
4b eine Draufsicht des Kunststoffverpackungsbehälters aus 3a.
In den Figuren sind gleiche Elemente und Elemente mit der gleichen Funktion mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Kunststoffverpackungsbehälters nach Anspruch 11. 2 zeigt diese Ausführungsform in einer Draufsicht.
Der Kunststoffverpackungsbehälter 10 umschließt eine Kavität 12 mit einer Innenoberfläche 14 und einer (in der 1) nach oben ausgerichteten Öffnung 16.
Die Öffnung 16 der Kavität 12 wird von einem umfangsgeschlossenen Öffnungskragen 18 umgeben, auf dem eine Siegelzone 20 angeordnet ist.
Die Oberfläche 22 der Siegelzone 20 weist eine mittlere Oberflächenrauheit R_a (ermittelt nach DIN EN ISO 4288:1998) von über 200 nm auf. Diese Rauheit kann dadurch erzeugt werden, dass in einem Spritzguss eine entsprechende Negativform verwendet wird, die Unebenheiten aufweist, oder alternativ durch eine mechanische Nachbearbeitung des Rohlings nach dem Spritzgießen, nach oder bevorzugt vor dem Beschichten mit der Barriereschicht.
Die Oberflächenrauheit der Innenoberfläche 14 der Kavität 12 weist hingegen eine mittlere Oberflächenrauheit von unter 200 nm auf.
2a und 2b zeigen den Verpackungsbehälter 10 aus den 1a und 1b jeweils in einer Seitenschnitt- bzw. Draufsicht.
Auf den Verpackungsbehälter 10 wurde eine Barriereschicht 40 aufgetragen, wobei die Barriereschicht 40 um eine funktionale Beschichtung handelt, die gegen den Durchtritt von Feuchtigkeit und/oder Gasen schützt. Die Barriereschicht umfasst einen Bereich 42, der der Siegelzone zugeordnet ist, und einen Bereich 44, der der Innenoberfläche der Kavität zugeordnet ist.
Als mögliche Beschichtungsverfahren, die in einer Vakuumkammer zur Anwendung kommen können, kommen insbesondere CVD (Chemical Vapor Deposition) Verfahren wie Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) oder PVD (Physical Vapor Deposition) Verfahren wie Sputtern in Betracht.
In 3 ist zusätzlich zu dem in 2a gezeigten Verpackungsbehälter 10 ein Verschlussmittel 50, hier in Form einer Siegelfolie, dargestellt, welches eine Siegelschicht 52 aufweist, welche aus einem üblichen Siegelmaterial besteht.
Wird dieses Verschlussmittel 50 mit dem Verpackungsbehälter versiegelt, kommt es zu einer Anordnung, wie sie in den 4a und 4b jeweils in einer Seitenschnitt- bzw. Draufsicht dargestellt sind.
Wesentlicher Unterschied zwischen dem in 3 und 4a dargestellten Zuständen ist, dass nach dem Siegeln die Barriereschicht 40 im Bereich 42, der der Siegelzone zugeordnet ist, zumindest teilweise durchbrochen ist und sich Teile der Siegelschicht mit der Oberfläche der Siegelzone des Behälters verbunden haben. Die Barriereschicht 40 des Bereichs 42 wird dabei von der Siegelschicht vollständig von oben bedeckt.
In sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist zusätzlich zu der Siegelzone eine Barriereschicht an der Innenoberfläche 14 der Kavität 12 vorgsehen. Zusätzlich oder bevorzugt alternativ zu einer Barriereschicht an der Innenoberfläche ist es möglich, eine solche Barriereschicht an einer Außenoberfläche 53 des Verpackungsbehälters 10 vorzusehen, insbesondere an einer Mantelfäche 54, wobei die Mantelfläche 54 die Außenoberfläche 53 abzüglich einer Bodenfläche 55 ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1048746 A1 [0003]
WO 2009/030425 A1 [0003]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 4288:1998 [0007]
DIN EN ISO 4288:1998 [0022]
Richtlinie VDE 2840 [0033]
DIN EN ISO 4288:1998 [0044]
DIN EN ISO 4288:1998 [0060]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Kunststoffverpackungsbehälters (10), bei dem ein Kunststoffverpackungsbehälter (10) durch Spritzguss, Tiefziehen und/oder Blasformen geformt wird, wobei der Kunststoffverpackungsbehälter (10) mit einer Barriereschicht (40) beschichtet und/oder beschichtbar, mit einer Kavität (12) zur Aufnahme eines Verpackungsinhaltes, insbesondere eines Lebensmittelproduktes, und mit einer Siegelzone (20) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Siegelzone (20) zur besseren Siegelbarkeit mit einem Siegelmaterial, vorzugsweise in einem Flächenanteil von mindestens 50% mit einer höheren mittleren Oberflächenrauheit R_a nach DIN EN ISO 4288:1998 als der mittleren Oberflächenrauheit R_a nach DIN EN ISO 4288:1988, vorzugsweise von mindestens 50% des Flächenanteils, der Innenoberfläche (14) der Kavität (12) und/oder, vorzugsweise von mindestens 50% des Flächenanteils, der Außenoberfläche, insbesondere der Mantelfläche, des Kunststoffverpackungsbehälters hergestellt wird, und dass die Siegelzone (20) mit einer mittleren Oberflächenrauheit R_a nach DIN EN ISO 4288:1998 von mindestens 200 nm hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die, bevorzugt vollständige, Oberfläche (22) der Siegelzone (20) und die, bevorzugt vollständige, Innenoberfläche (14) der Kavität (12) und/oder die Außenoberfläche, insbesondere die Mantelfläche der Außenoberfläche mit der, insbesondere in einem Vakuum, bevorzugt durch ein CVD- oder PVD-Verfahren, erzeugten, Barriereschicht zum Erhöhen der Durchtrittssperrwirkung gegen mindestens eine chemische Verbindung und/oder mindestens ein chemisches Element versehen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Siegelzone (20) mit einem Verschlussmittel (50), insbesondere einer Siegelfolie, mittels eines an dem Verschlussmittel angeordneten Siegelmaterials gesiegelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht (40) im Bereich (42) der Siegelzone beim Siegeln zumindest abschnittsweise durchbrochen wird und das Siegelmaterial, insbesondere der Verschlussmittel (50) in Kontakt mit dem Kunststoffverpackungsbehälter (10), insbesondere der Oberfläche (22) der Siegelzone (20), tritt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Siegelzone (20) des Kunststoffverpackungsbehältermaterials abschnittsweise über die Barriereschicht verläuft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, der Kunststoffverpackungsbehälter (10) so hergestellt wird, dass die Siegelzone (20) an der Innen- und/oder Außenseite des Kunststoffverpackungsbehälters (10), umfangsgeschlossen einen Bereich, insbesondere eine Öffnung (16) der Kavität (12), bevorzugt als Öffnungsrand, einschließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenoberfläche (14) der Kavität (12) oder die Außenoberfläche, insbesondere die Mantelfäche, so hergestellt wird, dass sie eine Oberflächenrauheit von weniger 200 nm, insbesondere weniger als 150 nm, bevorzugt weniger als 100 nm, besonders bevorzugt weniger als 50 nm, aufweist.
Kunststoffverpackungsbehälter umfassend eine Kavität (12) zur Aufnahme eines Verpackungsinhaltes, insbesondere eines Lebensmittelproduktes, und eine Siegelzone (20), wobei der Kunststoffverpackungsbehälter (10) zumindest abschnittsweise mit einer Barriereschicht (40) beschichtet und/oder beschichtbar ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (22) der Siegelzone (20) zur besseren Siegelbarkeit, insbesondere in einem Flächenanteil von mindestens 50%, eine höhere mittlere Oberflächenrauheit R_a nach DIN EN ISO 4288:1998 als die mittlere Oberflächenrauheit R_a nach DIN EN ISO 4288:1998 vorzugsweise von mindestens 50% des Flächenanteils, der Innenoberfläche (14) der Kavität (12) und/oder vorzugsweise von mindestens 50% des Flächenanteils, der Außenoberfläche des Kunststoffverpackungsbehälters, insbesondere der Mantelfläche, aufweist, und dass die Siegelzone (20) eine mittlere Oberflächenrauheit R_a nach DIN EN ISO 4288:1998 von mindestens 200 nm Ra aufweist.
Verpackungsbehälter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Siegelzone (20) vor einem Beschichten in mindestens 25%, bevorzugt in mindestens 50%, besonders bevorzugt in mindestens 75% ihrer Oberfläche (22) eine Rauheit von mindestens 200 nm Ra aufweist.
Verpackungsbehälter, insbesondere nach Anspruch 8 oder 9, umfassend eine Kavität (12) zur Aufnahme eines Verpackungsinhaltes, insbesondere eines Lebensmittelproduktes, und eine Siegelzone (20), wobei die Oberfläche (22) der Siegelzone (20) und die Innenoberfläche (14) der Kavität (12) und/oder die Außenoberfläche, insbesondere die Mantelfläche des Kunststoffverpackungsbehälters mit einer, insbesondere in einem Vakuum, bevorzugt durch ein CVD- oder PVD-Verfahren, erzeugten, Barriereschicht (40) zum Erhöhen der Durchtrittssperrwirkung gegen mindestens eine chemische Verbindung und/oder mindestens ein chemisches Element beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der beschichteten Siegelzone (42) in einem Flächenanteil, insbesondere von mindestens 50%, insbesondere eine höhere mittlere Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4288:1998 als die mittlere Oberflächenrauheit nach DIN EN ISO 4288:1998, vorzugsweise von mindestens 50% des Flächenanteils, der beschichteten Innenoberfläche (44) der Kavität (12) und/oder vorzugsweise von mindestens 50% des Flächenanteils, der beschichteten Außenoberfläche, insbesondere der Mantelfläche aufweist, und dass die beschichtete Siegelzone (42) eine mittlere Oberflächenrauheit R_a von mindestens 200 nm aufweist.
Verwendung eines Kunststoffverpackungsbehälters nach Anspruch 7 oder 8 in einem Verfahren zur Beschichtung mit einer, insbesondere in einem Vakuum, bevorzugt durch ein CVD- oder PVD- Verfahren, erzeugten, Barriereschicht und bevorzugt in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7.