DE3026023C2 - - Google Patents

Description

Mit einer Kunststoffauskleidung versehene Zellstoffbe­ hälter werden in großem Umfange für die Erhitzung von Nahrungsmitteln eingesetzt. Dabei fällt der Kunststoff­ auskleidung die Aufgabe zu, ein Eindringen von Bestand­ teilen der Nahrungsmittel, z. B. in diesen enthaltene Säfte oder Fettstoffe, in den Zellstoffkörper zu vermeiden.

Die bekannten Verfahren zur Herstellung derartiger Zell­ stoffbehälter lassen sich folgenden Gruppen zuordnen.

Bei einer ersten Gruppe wird auf eine flache Zellstoffbahn zunächst eine Kunststoffbeschichtung im Extrusionsverfahren aufgebracht, um durch Ausnutzung der von dem verwendeten Kunststoff, z. B. Polyethylenterephthalat, im Schmelzzu­ stand entwickelten selbstklebenden Eigenschaften eine gu­ te Bindung des Kunststoffs am Zellstoff zu erreichen. Das auf diese Weise erhaltene Laminat wird hiernach in die ge­ wünschte Behälterform gebracht, z. B. durch Preßformung oder durch Falten und Verkleben (US-PS 39 39 025). We­ gen der nachträglichen Verformung des bereits mit der Kunststoffbeschichtung versehenen Laminats kann die Beschichtung an den Biege- und Faltenlinien brechen, wo­ durch der mit der Beschichtung bezweckte Effekt in Frage gestellt wird. Hieraus erklärt sich, daß diese Arbeits­ weise insbesondere nicht geeignet ist für die Herstellung von Zellstoffbehältern, die eine etwas kompliziertere Form aufweisen oder, beispielsweise im Vergleich zu Tellern, tiefer ausgebildet sind.

Bei einer zweiten Gruppe wird die Kunststoffauskleidung in Form einer Folie auf den bereits vorgeformten Zellstoffbe­ hältern aufgebracht, wobei die Bindung zwischen der Folie und dem Zellstoff durch eine Klebstoffschicht vermittelt wird (US-PS 34 68 468). Die Verwendung eines besonderen Haft­ vermittlers bringt nicht nur einen erhöhten Arbeits- und Kostenaufwand mit sich. Es besteht auch die Gefahr, daß sich die Folie bei höheren Temperaturen vom Basismaterial ablöst.

Bei einer anderen Gruppe wird die Kunststoffauskleidung, z. B. ein Laminat aus Polyethylen und Polypropylen, zwar wieder in Form einer Folie auf den be­ reits vorgeformten Zellstoffbehälter aufgebracht, wobei jedoch zur Erzeugung einer unmittelbaren Bindung des Kunst­ stoffs an dem Zellstoff die noch flache Folie durch Erwär­ mung in einen verformbaren, thermoplastischen Zustand und anschließend durch einen Reckprozeß mit der Behälterwan­ dung in Kontakt gebracht und mit dieser durch Anpressen verbunden wird (SA-PS 73/2 988). Die Verformung und das Recken der im flachen Zustand oberhalb des Behälters ange­ ordneten Folie erfolgt durch Anlegen eines durch den Zell­ stoffbehälter hindurch wirkenden Vakuums. Die hiernach er­ haltenen Behälter besitzen den Nachteil, daß die Kunst­ stoffauskleidung bei höheren Temperaturen schmilzt oder vom Zellstoffkörper wegschrumpft.

Bei einer Abwandlung des zuletzt beschriebenen Verfahrens wird das Folien­ material z. B. Polyester, zunächst in einer ersten Stufe bis zur Verformbarkeit erwärmt und in einer zweiten Stufe bis zum Aufschmelzen erhitzt, wonach der aufgeschmolzene Kunststoff in den Zellstofformling unter Ausbildung einer Beschichtung auf dessen Oberfläche hineingepreßt wird (US-PS 36 57 044). Hierfür ist nicht nur eine verhältnismäßig komplizierte Preßform erforderlich, das Verfahren ist auch vergleichsweise zeitaufwendig und deshalb für eine Massenproduktion nicht geeignet.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, ein im Vergleich zum Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstel­ lung von mit einer Kunststoffauskleidung versehenen Zell­ stoffbehältern vorzuschlagen, wobei sich die Verbesserung auch bei den Gebrauchseigenschaften der Behälter auswir­ ken soll. Dabei geht die Erfindung von dem im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Verfahren aus, das aus der bereits genannten US-PS 39 39 025 bekannt ist und bei dem Polyethylenterephthalat für die Kunststoffauskleidung ver­ wendet wird. Die Verwendung von Polyethylenterephthalat für diesen Zweck ist deshalb von besonderem Vorteil, weil es sich im Vergleich zu anderen Thermoplasten wie Polyethy­ len oder Polypropylen durch besondere Hitzebeständigkeit auszeichnet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht hiernach darin, ein Verfahren anzugeben, das es ermöglicht, auf einen bereits vorgeformten Zellstoffträger eine Beschich­ tung aus Polyethylenterephthalat unmittelbar auf das Zell­ stoffmaterial in solcher Weise aufzubringen, daß sich das Polymerisat auch bei höheren Temperaturen - mindestens bis etwa 200°C - nicht ablöst oder wegschrumpft.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht in der Anwendung der in dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen. Kern der Erfindung ist demnach, daß bei der Beschichtung des Zellstoffbehälters dafür gesorgt wird, daß während der Ausbildung der Verbindung zwischen dem Zellstoff und der Folie deren amorphe Struktur weitgehend aufrechterhalten bleibt, also eine Rekristallisation in diesem Stadium möglichst unterbunden wird. Demgegenüber bestand bisher die Meinung, daß die Kristallinität des Polyethylenterephtha­ lat dessen Haftung an dem Zellstoffkörper nicht wesentlich beeinflußt (US-PS 41 47 836).

Die Erfindung beruht jedoch auf der Erkenntnis, daß eine Erhöhung des kristallinen Anteils in der Polyethylentereph­ thalatfolie während des Zustandekommens der Verbindung mit dem Träger die Haftfestig­ keit des Kunststoffs auf dem Zellstoff beeinträchtigt. Dies war eigentlich nicht voraussehbar, da eine später einsetzende Rekristallisation in der Polyethylentereph­ thalatfolie der angestrebten innigen Verbindung zwischen Folie und Zellstoff nicht abträglich ist. Bei einer speziel­ len, noch zu beschreibenden Ausführungsform der Erfindung wird dies sogar in Kauf genommen bzw. absichtlich herbei­ geführt.

Die Erfindung und diese ausgestaltenden Merkmale werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens im Vertikalschnitt dargestellt ist.

Als Rohstoff für den Formling eignet sich besonders ein Zellstoffmaterial, das im wesentlichen aus gebleichten Kraft-Holzfasern besteht. Ein hieraus hergestellter Zell­ stoffkörper ist sehr hitzebeständig und kann während einer Dauer von 15 Minuten einer Temperatur von etwa 204°C ausge­ setzt werden, ohne daß eine Verfärbung (Bräunung) eintritt.

Die erfindungsgemäß verwendete, im wesentlichen amorphe und im wesentlichen nicht orientierte Polyethylentereph­ thalatfolie weist zweckmäßig ein Molekulargewicht von mehr als etwa 15 000 und eine Dicke von weniger als 178 µm auf. Eine Folienstärke von etwa 12,7 µm bis etwa 50,8 µm wird bevorzugt. Folien mit einer Stärke zwischen etwa 25,4 µm und 31,7 µm haben sich als besonders vorteilhaft erwiesen.

Wenn erfindungsgemäß extrem komplizierte und tiefgeformte Behälter mit einer Vielzahl von tiefen, dicht benachbarten Ausnehmungen hergestellt oder Zellstofformling eingesetzt werden sollen, die eine relativ rauhe Oberfläche besitzen, ist es zweckmäßig, etwas dickere Folien zu verwenden, um der strengen Reckbehandlung Rechnung zu tragen und Vorsorge gegen die Bildung von unerwünschten Perforationen in der Folie zu treffen.

Die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Polyethy­ lenterephthalatfolie kann bei und oberhalb einer Temperatur von etwa 77°C gestreckt und verformt werden. Sie schmilzt bei Temperaturen oberhalb etwa 249-254°C.

Wenn im Zusammenhang mit der Erfindung von einer im wesent­ lichen amorphen Folie die Rede ist, dann ist hierunter ein Material mit einem kristallinen Anteil von weniger als 5% zu verstehen. Oberhalb der untersten Temperatur für die thermische Verformung und unterhalb der Schmelztemperatur beginnt das Material spontan zu kristallisieren. Eine Poly­ ethylenterephthalatfolie mit einer Dicke von etwa 25,4 µm kristallisiert beispielsweise praktisch vollständig, wenn sie 2-15 Sekunden bei einer Temperatur von etwa 121-204°C gehalten wird. Die Kristallisierung wird dadurch ange­ zeigt, daß die für den amorphen Zustand typische Transpa­ renz verloren geht und eine durchscheinende weiße Farbe auftritt. Aufgrund der angestiegenen Kristallinität und der hier­ mit verbundenen Versprödung kann das Folienmaterial mit dem Zellstofformling bei Temperaturen unter 204°C nicht mehr so fest verbunden werden wie es für den späteren Ein­ satz des mit der Folienbeschichtung versehenen Formkörpers erwünscht wäre. Die Kristallinität steigt jedoch dann nicht nachteilig an, wenn die Folie einer Temperatur, die inner­ halb des Bereichs liegt, in welchem das Folienmaterial zu kristallisieren beginnt, nur ganz kurze Zeit ausgesetzt wird.

Wenn im Zusammenhang mit der erfindungsgemäß verwendeten Polyethylenterephthalatfolie davon die Rede ist, daß diese im wesentlichen nicht orientiert sein soll, dann bedeutet dies, daß die Folie während ihrer Herstellung nicht vor­ sätzlich gereckt wird. Bei der Herstellung der Folie durch Extrudieren findet zwar in einem geringen Ausmaß in Längs­ richtung eine Orientierung statt. Dieser Anteil wird je­ doch durch das Extrudieren des Kunststoffes durch die Schlitz­ düse des Extruders und das Abkühlen auf einer polierten Wal­ ze minimal gehalten.

Wie bereits erwähnt, soll das Molekulargewicht des Poly­ ethylenterephthalat, aus dem die erfindungsgemäß verwende­ te Folie besteht, zweckmäßig ein Molekulargewicht oberhalb 15 000 aufweisen. Vorzugsweise kommt ein Kunststoffmaterial mit einem Molekulargewicht im Bereich von 15 000 und 30 000 zum Einsatz. Für die Herstellung von Behältern mit vergleichs­ weise flachen Ausnehmungen, wobei die Folie nur minimal gereckt werden muß, oder in Fällen, in den eine vergleichs­ weise geringe Haftfestigkeit der Folie auf dem Zellstoff­ träger hingenommen werden kann, ist auch noch der Einsatz eines Materials mit relativ niedrigem Molekulargewicht, beispielsweise um etwa 12 000 möglich.

Bei der Verbindung der Folie mit dem Zellstoffbasisprodukt wird erfindungsgemäß grundsätzlich so vorgegangen, daß das Basisprodukt und die Folie rasch erwärmt werden und hiernach die Folie schnell unter Heißpressen mit der Oberfläche des vorerwärmten Basisprodukts in Berührung gebracht wird. Das Heißpressen wird während einer solchen Zeitdauer und bei einer derartigen Temperatur durchgeführt, daß die Folie unter Recken mit dem Basisprodukt in direkte Berührung kommt und so mit diesem unmittelbar verbunden wird. Auf diese Weise wird eine an dem Basisprodukt anliegende in­ tegrale Auskleidung geschaffen. Zum Schluß wird das Basis­ produkt und die Auskleidung auf Raumtemperatur abgekühlt.

Während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich das Zellstoffbasisprodukt 10 in einer nach oben offenen Form oder Matrize 12, wobei die mit der Folie zu beschichtende Oberfläche des Basisprodukts der Öffnung der Form zugewandt ist. Die Matrize weist Bohrungen 14 auf, die mit einer nicht gezeigten Vakuumquelle verbun­ den werden können.

Durch eine nicht gezeigte Heizung kann die Matrize auf einer Temperatur zwischen etwa 149 und etwa 316°C gehal­ ten werden. In diesem Bereich soll die Temperatur der Matrize so eingestellt werden, daß nach dem Einbringen des Zellstoffbasisprodukts in die Matrize die mit der Folie zu beschichtende Oberfläche des Basisprodukts in der vor dem Verbindungsschritt zur Verfügung stehende Zeit auf eine Temperatur zwischen etwa 149 und etwa 190°C gebracht werden kann. Das bedeutet, daß die andere Sei­ te des Basisprodukts, die mit der Wandung der erwärmten Matrize in Berührung steht, kurzzeitig höheren Tempera­ turen ausgesetzt wird. Bei Basisprodukten mit einer ge­ ringeren Stärke und relativ einfachen und vergleichsweise flachen Vertiefungen oder in Fällen, in denen eine etwas geringere Haftung der Folie an dem Basisprodukt hingenom­ men werden kann, können die Vorerwärmungstemperaturen an der unteren Grenze des vorstehend genannten Bereichs lie­ gen.

Die vorerwärmte Polyethylenterephtalatfolie 16 wird oberhalb der Öffnung der Matrize in geringem Abstand zu dieser angeordnet. Da die Folie rasch vorerwärmt werden und danach schnell gegen das Basisprodukt gepreßt werden soll, wird die Folie zweckmäßig bereits vor ihrer Erwär­ mung oder mindestens im Zuge des Vorerwärmungsschritts oberhalb der Matrize bzw. des Basisprodukts angeordnet.

Die Vorerwärmung der Folie von Raumtemperatur auf eine Temperatur, die oberhalb der Temperatur liegt, bei der die Folie sowohl thermisch verformbar ist als auch in relativ kurzer Zeit zu kristallisieren beginnt, kann auf jede üb­ liche Weise erfolgen. Zu diesem Zwecke kann die Folie 16 mit einer Heizplatte 18 in Kontakt gebracht werden, die vermittels einer nichtgezeigten Heizeinrichtung auf Tem­ peraturen im Bereich zwischen etwa 163 und 204°C gehalten werden kann. Im Einzelfall richtet sich die Temperatur nach der Foliendicke und dem Molekulargewicht. Bei einer Folienstärke von beispielsweise 178 µm sollte die Tem­ peratur im oberen Teil des genannten Bereichs liegen, es sei denn, daß die Folie über eine längere Zeit mit der Heiz­ platte in Kontakt gehalten wird. Bei einer geringeren Fo­ liendicke von beispielsweise 25,4 µm reicht es für die angestrebte rasche Aufwärmung aus, wenn die Temperatur im unteren Teil des genannten Bereichs liegt.

Für den mit der Erfindung angestrebten Erfolg kommt es da­ rauf an, daß die Aufwärmung der Folie auf eine Temperatur, bei der die Kristallisation des amorphen Polyethylentereph­ thalats einsetzt, sehr rasch durchgeführt wird. So soll beispielsweise eine Folie mit einer Dicke von etwa 12,7 bis etwa 50,8 µm von Raumtemperatur auf die Verbindungstem­ peratur innerhalb einer Zeitspanne vorerwärmt werden, die etwa 2 Sekunden nicht überschreitet.

Sobald die Folie die gewünschte Vorwärmtemperatur erreicht hat, wird über die Bohrungen 14 der Matrize rasch ein Va­ kuum an das bereits vorerwärmte Basisprodukt angelegt. Da das Vakuum durch das Basisprodukt hindurch wirkt, wird die Folie durch Saugdruck in die Matrize hineingezogen und mit der zu beschichtenden Oberfläche des Basisprodukts in innigen Kontakt gebracht. Durch den hiermit einherge­ henden Reckprozeß wird die Stärke der Folie in einigen Bereichen verringert. Das Ausmaß der Stärkenverminderung hängt von der Gestalt und insbesondere von der Tiefe der Ausformungen des Basisprodukts ab.

Die Maßnahme die zur Verbindung der Folie mit dem Basis­ produkt führt, also die Einwirkung des Saugdruckes auf die Folie, wird in kurzer Zeit, beispielsweise während einiger Sekunden oder weniger, durchgeführt, um eine feste physikalische Verbindung zwischen der Folie und dem Basisprodukt zu erreichen. Es wurde festgestellt, daß eine extrem starke, mechanisch ineinandergreifende Verbindung zwischen dem Polymerisat und dem Zellstoff in weniger als etwa 1 Sekunde zustandekommt, wenn das Basisprodukt und die Folie in der vorstehend beschriebenen Weise vorerwärmt und die Folie und das Basisprodukt unter der Wirkung eines Vakuums von 67,73 · 10³ Pa aneinandergepreßt werden. Für die Durchführung des Verfah­ rens in einer so kurzen Zeitdauer ist beispielsweise eine Polyethylenterephthalatfolie mit einer Dicke von etwa 25,4 µm geeignet.

Wenn statt mit einem Vakuum mit mechanischen Mitteln oder mit Überdruck gearbeitet wird, um die Folie gegen das Basis­ produkt anzupressen, kann die für eine entsprechende Verbin­ dung benötigte Zeit noch kürzer sein, was für eine Massenpro­ duktion von Bedeutung ist.

Nach der Verbindung der Folie mit dem Basisprodukt findet die Abkühlung auf Raumtemperatur statt. Dies erfolgt vor­ zugsweise außerhalb der Matrize 12. Da der Zellstoffkörper die Wärme nur verhältnismäßig langsam abgibt, nimmt die Ab­ kühlung auf Raumtemperatur im allgemeinen mehrere Minuten in Anspruch.

Es hat sich gezeigt, daß die Neigung der Folienauskleidung, bei Erhitzung von dem Zellstoffkörper wegzuschrumpfen, noch weiter verringert werden kann, wenn das nach dem erfindungs­ gemäßen Verfahren erhaltene Produkt nach der Abkühlung noch­ mals erwärmt wird, um den kristallinen Anteil in der Folie zu erhöhen. Zu diesem Zwecke kann in Ausgestaltung der Erfindung der beschichtete Zellstoffbehälter nach der Abkühlung nochmals auf eine Temperatur zwischen etwa 121 und etwa 204°C mehrere Minuten erwärmt werden, um den Kristallisationsgrad der Folie bis auf mindestens 8% an­ steigen zu lassen.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Produkt kann Temperaturen von etwa 204°C ausgesetzt werden, ohne daß die Auskleidung schmilzt oder sich von dem mit den Aus­ formungen versehenen Basisprodukt ablöst bzw. wegschrumpft. Auch wird bei einer Erhitzung über einen Zeitraum von 15 Minuten bei einer Temperatur von etwa 204°C keine signifi­ kante Bräunung des Zellstoffmaterials beobachtet.

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines mit einer Kunststoff­ beschichtung aus Polyethylenterephthalat versehenen, bis auf eine Temperatur von etwa 204°C erhitzbaren Zellstoffbehälters, dadurch gekennzeichnet, daß eine im wesentlichen amorphe und im wesentlichen nicht orientierte flache Polethylenterephthalatfolie auf eine Temperatur aufgewärmt wird, bei der die Folie verformbar ist und die innerhalb eines Bereiches liegt, in welchem das Folienmaterial zu kristallisieren beginnt, daß die verformbare Folie unter Recken gegen die zu be­ schichtende auf eine Tem­ peratur zwischen 149 und 190°C vorgewärmte Oberfläche eines bereits vorgeformten Zellstoff­ behälters angepreßt und dadurch mit diesem unmittelbar verbun­ den wird, wobei die Aufwärmung der Folie und ihre Ver­ bindung mit dem Zellstoffbehälter in so kurzer Zeit durchgeführt wird, daß währenddessen der im wesentlichen amorphe Zustand der Folie aufrechterhalten bleibt, und daß der beschichtete Behälter anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie bei einer Dicke zwischen 12,7 und 50,8 µm während einer Zeitdauer von höchstens 2 Sekunden von Raum­ temperatur auf eine Temperatur zwischen 163 und 204°C aufgewärmt und durch Anlegen eines durch den Zellstoffbehälter während einer Zeitdauer von höchstens 1 Sekunde hindurchwirkenden Vakuums gegen die zu beschichtende Oberfläche angedrückt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufwärmen der Folie und deren Verbindung mit der zu beschichtenden Ober­ fläche des Zellstoffbehälters in weniger als einer Sekunde durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der beschichtete Zellstoff­ behälter nach der Abkühlung nochmals auf eine Temperatur zwischen 121 und 204°C erwärmt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Polyethylenterephtha­ latfolie mit einem Molekulargewicht oberhalb etwa 15 000 verwendet wird.