DE3308296A1

DE3308296A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von lebensmittelumhuellungen

Info

Publication number: DE3308296A1
Application number: DE19833308296
Authority: DE
Inventors: Henry George 29302 Spartanburg S.C. Schirmer
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co Conn
Priority date: 1982-03-15
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1983-09-15
Also published as: NZ203558A; ZA83848B; GB2117702A; NL8300515A; JPH0443783B2; IT1194163B; DK119183D0; FR2523031A1; GB8306464D0; FR2523031B1; IT8320087A0; AU565829B2; AU1247383A; ATA91883A; AT382498B; NO830892L; BR8300782A; JPH03187743A; GB2117702B; IL68112A0

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine röhrenförmige Lebensmittelumhüllung aus einer laminierten Folie und insbesondere -JO Umhüllungen, die ein Lebensmittelprodukt, das in die Umhüllung extrudiert oder gestopft worden ist, fest umschließen.

Viele verarbeitete Lebensmittel werden im Laufe ihrer -|5 Verarbeitung in eine Umhüllung gestopft, d.h. das Nahrungsmittels fließt in flüssigem Zustand unter Druck in eine röhrenförmige Umhüllung. Das Lebensmittelprodukt kann in der Umhüllung weiter verarbeitet oder in ihr bis zur weiteren Verarbeitung oder zum Verkauf gelagert werden. Beispielsweise werden Käserollen typischerweise durch Druckfüllung einer röhrenförmigen Lebensmittelumhüllung mit einer heißen Käseschmelze oder einem festen • Quarkkäse gebildet. Der umhüllte Käse wird dann verfestigen oder setzen gelassen. Unter idealen Bedingungen ist die Umhüllung gleichmäßig gefüllt worden, so daß sich eine Käserolle mit gleichmäßigem Durchmesser bildet. . ·

Im Idealfall besitzen diese röhrenförmigen Umhüllungen ■ solche Materialeigenschaften, daß sie 'eng anliegen, d.h. einen "exakten Sitz" (exact fit) liefern. Dies bedeutet, daß sich die Umhüllung während der Druckfüllung in radialer Richtung gleichförmig verformt, so daß die darin gebildete Lebensmittelrolle über ihre Länge einen im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser be-

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sitzt. Weiterhin wird dadurch eine ungleichförmige radiale Deformation verhindert, die die Umhüllung schwächt und dadurch das Zerreißen und Verschütten von Nahrungsmittelprodukt fördert. Darüber hinaus bedeutet die Bezeichnung "eng anliegend" (exact'' fit) daß die ideale Umhüllung ein dimensionales Gedächtnis besitzt, so daß beim Abkühlen oder Setzen des gestopften Lebens-' mittelprodukts· die Kontraktion der Umhüllung ausreicht, die Umhüllung fest und gleichförmig über der darin -|O enthaltenen, geschrumpften Lebensmittelrolle gespannt zu halten.

Herkömmlicherweise sind derartige Umhüllungen faserige Umhüllungen aufgebaut aus einer faserigen Bahn aus

-15 nicht gewebtem Papier, möglicherweise mit verschiedenen synthetischen Polymerimprägnierungen oder -laminierungen versehen, um die für bestimmte Anwendungen erforderlichen Verbundeigenschaften wie geringe Durchlässigkeit für Sauerstoff und Wasserdampf zu erzielen (vgl. ...US-PS 4 026 985). In der Praxis müssen die cellulosehaltigen Umhüllungen kurz vor der Befüllung in heißem Wasser eingeweicht werden, um sie ausreichend flexibel und elastisch für eine gleichmäßige Füllung ausgehend von einer gerafften oder zusammengelegten Konfiguration zu machen und um Konservierungsmittel wegzuwaschen. Die Verwendung dieses Typs von Umhüllungen hat einige Nachteile insofern, als- das· Einweichen in heißem Wasser erforderlich ist, aber bei Ausfall der Befüllung die eingeweichten Umhüllungen nicht wieder verwendet werden können. Außerdem ist das Einweichwasser eine Quelle von Verschmutzungen. Weiterhin müssen die Lagerzeiten der befüllten Umhüllungen aufgrund der verhältnismäßig großen Feuchtigkeitsdurchlässigkeit relativ kurz sein, um ein Austrocknen des Lebensmittels zu verhindern.

-i':· Schließlich neigen diese befüllten Umhüllungen zum Bersten durch Sprodbruch.

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Demgegenüber liefert die Erfindung eine Umhüllung, die nicht zum SprÖdbruch neigt, sondern vielmehr einer erheblichen gleichmäßigen plastischen Venformung ohne Verschütten von Lebensmittel unterliegt, wenn die Umnüllung unbeabsichtigterweise über ihre elastischen Grenzen beladen wird, während sie gleichzeitig eine verbesserte erkennbare Elastizität (apparent elasticity) liefert und dadurch einen festeren und gleichmäßigeren Sitz fördert. Weiterhin können die erfindungsgemäßen -JO Umhüllungen lange vor der Befüllung befeuchtet werden und erscheinen dennoch trocken im befeuchteten Zustand. Sollten die erfindungsgemäßen Umhüllungen jedoch austrocknen, können sie erneut eingeweicht und auf diese Weise wiederholt verwendet werden.

Die- "erfindungsgemäße Umhüllung weist also ein nicht faseriges, polymeres, röhrenförmiges (bzw. schlauchförmiges) Laminat mit einer äußeren Schicht aus kristallisiertem und befeuchtetem Nylon auf, wodurch der ela-

2Q stische Bereich und die Elastizitätsgrenze der Umhüllung maximiert werden und gleichzeitig bei Fehlbefüllungen eine plastische Verformbarkeit sichergestellt wird. Bei einer Verwendungsform wird die Umhüllung in einer feuchten Umgebung gelagert, um ein Austrocknen der äußeren Nylonschicht zu verhindern. Bei einer anderen Verwendungsform, bei der die Umhüllung während der Lagerung austrocknen gelassen wird, wird- die Nylönschicht vor der Befüllung wieder befeuchtet. Schließlich wird die Umhüllung befüllt und unterliegt dabei einer Befüllungslast, die geringer ist als etwa die Gren/elast i-? ität, so daß die radiale Verformung über die Länge der röhrenförmigen Umhüllung gleichmäßig ist. Beim Austrocknen der äußeren Nylonschicht schrumpft die Mehrschichtumhüllung überraschenderweise gleichförmig und ' spannt sich auf diese Weise elastisch fest über die

gestopfte Lebensmittelrolle. Diese Kontraktion beim Austrocknen ergibt in der Tat eine erkennbare Zunahme der Elastizität der Umhüllung. Wenn die Lebensmittelbefüllung kalt ist, gleicht" diese verzögerte Schrumpfung die thermische Kontraktion der Lebensmittelbefüllung beim Abkühlen aus, wodurch eine faltenfreie fest anliegende Venpackung erzielt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer 1Q eng anliegenden Lebensmittelumhüllung wird ein röhrenförmiges, polymeres Laminat mit einer äußeren Schicht aus kristallisiertem Nylon gebildet und das Nylon befeuchtet. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein entstehendes röhrenförmiges, polymeres Laminat mit -J₅ einer äußeren Nylonschicht schmelzgeformt, dann abgeschreckt und verfestigt, so daß das Nylon im wesentlichen amorph gemacht wird, während der Röhrendurchmesser gleichzeitig so dimensioniert wird, daß er etwa einem vorgesehenen Verwendungsenddurchmesser entspricht. Dann wird das röhrenförmige Laminat einer Wärmebehandlung unterworfen, um das Nylon im .wesentlichen zu kristallisieren, während * gleichzeitig befeuchtet wird, um das Nylon im wesentlichen zu sättigen.

■_t>$ Das erfindungsgemäße Produkt besteht aus einer eng anliegenden Umhüllung aus einem röhrenförmigen, polymeren Laminat mit einer äußeren Schicht aus kristallisiertem . und befeuchtetem Nylon und einer inneren Feuchtigkeitssperrschicht. In einer vorteilhaften Ausführungsform . ist die Umhüllung ferner dadurch gekennzeichnet, daß das Nylon aus einem im wesentlichen amorphen Zustand durch Wärmeeinwirkung kristallisiert und gleichzeitig mit Wasser gesättigt worden ist. Hierbei ist natürlich vorausgesetzt, daß das Nylon währ.end der Dimensionie-

3^ rung des röhrenförmigen Laminats auf einen vorgesehenen

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Verwendungsenddurchmesser im wesentlichen amorph gemacht worden ist. Die Dicke des Nylons ist so ausgewählt, daß der elastische Bereich des Kraft-Dehnungsprofils der Umhüllung mindestens etwa mit dem Bereich der Endverwendungsbelastung übereinstimmt.

Zur. Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die Mittel zum Schmelzformen eines entstehenden röhrenförmigen, polymeren Laminats mit einer äußeren Nylonschicht, Mittel zum Abschrecken und Verfestigen dieses Laminats, so daß das Nylon im wesentlichen amorph gemacht wird, Mittel für die Wärmebehandlung des röhrenförmigen Laminats, um das Nylon im wesentlichen zu kristallisieren, und Mittel zur Befeuchtung des Nylons aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt diese Vorrichtung außerdem Mittel zum Abschrecken des entstehenden röhrenförmigen Laminats bei gleichzeitiger Dimensionierung des Laminats auf einen Durchmesser, der in etwa einem vorbestimmten Verwendungsenddurchmesser entspricht. Ferner weist die Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform Mittel zur gleichzeitigen Wärrr.e- und Befeuchtungsbehandlung des Nylons auf.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 ein schematisches Fließdiagramm einer bevor-. ' zugten Verfahrensweise zur Herstellung, der erfindungsgemäßen Umhüllung, und .

Figur 2 ein Spannungsdehnungsdiagramm, in dem eine er-

■ findungsgemäße Umhüllung mit einer herkömm-

. . liehen fasrigen Umhüllung im trockenen und

eingeweichten Zustand verglichen wird.

- a.

Die erfindungsgemäße Laminatstruktur ist als mehrschichtige röhrenförmige Lebensmittelumhüllung ausgebildet, die eine äußere Nylonschicht über einer oder mehreren Innenschichten einschließlich einer oder mehrere Feuchtigkeitssperrschichten aufweist und beispielsweise die Struktur Nylon (außen) /Klebmittel/Sperrschicht (innen) besitzt. Herkömmlicherweise ist Nylon in Lebensmittelumhüllungslaminaten vorhanden, um als Sauerstoffsperre zur Unterdrückung des Eindringens von Sauerstoff und zur Verleihug einer verhältnismäßig großen Festigkeit zu dienen, während ein Polyolefin wie Polyethylen, EVA, Saran oder Surlyn einschließlich Copolymere und Terpolymere derselben als Innenfläche verwendet werden, die verhältnismäßig wasserundurchlässig und chemisch inert gegenüber Nahrungsmitteln ist. Es sei jedoch betont, daß die zuvor genannte Verbundstruktur nur beispielhaft ist und daß die erfindungsgemäße Umhüllung mehrere Innenschichten aufweist, die je nach Anwendung zur Erzielung bestimmter Verbundeigenschaften ausgewählt werden können, selbstverständlich unter Beachtung der wesentlichen Merkmale der Erfindung. Wie weiter unten diskutiert ist es wesentlich, daß die Nylonschicht als. Außenschicht der Umhüllung vorhanden ist, um das Nylon unmittelbar einer ausgewählten Wärmebehandlung, Befeuchtungsbehandlung und Trocknungsbedingungen aussetzen zu können. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der 'Erfindung ist das Nylon ferner durch -eine ausgewählte kristalline Mikrostruktur, wie sie sich durch bestimmte Verfahrensschritte entwickelt, gekennzeichnet. Diese bestimmte Mikrostruktur spiegelt sich wieder in einem bestimmten Spannungsdehnungsprofil, wie unten beschrieben, das eine verbesserte Streckgrenze und elastische Dehnbarkeit und ein verbessertes Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen .gegenüber .röhrenförmigen

3'.·) l.obensmittelumhüllungen gemäß dem Stand der Technik

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liefert. Gleichzeitig wird im befeuchteten Zustand eine plastische Verformbarkeit im Gegensatz zum Sprödbruchversagen mit einer wesentlichen plastischen Dehnung beibehalten. Von grundsätzlichem Interesse bezüglich der Entwicklung von bestimmten Spannungsdehnungsprofilen in röhrenförmigen Lebensmittelumhüllungen sind die Umhüllungen gemäß US-PS 4 303 711, in der beschrieben ist, daß der elastische Bereich einer Umhüllung durch bestimmte Verfahrensschritte wie biaxiale Orientierung, wodurch die Zugänglichkeit der Umhüllung für irrever-. sible plastische Verformungen während der Druckbefüllung der Umhüllung vermindert wird, nahe zur endgültigen Spannung {ultimate stress) ausgedehnt werden kann.

Vorteilhafterweise ist die Nylonschicht der erfindungsgemäßen Umhüllung aus einem wärmekristallisierbaren Nylon mit einem Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen von mindestens etwa 8 % wie Nylon 4, 6 oder 66 und vorzugsweise etwa 15 % zusammengesetzt. Eine bevorzugte Larninatstruktur für die Umhüllung ist Nylon 6 oder 66/Plexar/ Polyethylen. Das Klebmittel Plexar ist im Handel von d'er Chemplex Company erhältlich. Plexar-Varianten sind in den US-Patentschriften 4-087 587, 4 087 588 und 4 303 711 beschrieben, auf deren Offenbarung hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Plexar 2 Klebmittel kann allgemein als ein Klebmittel des Typs gekennzeich-

-. net- werden, der Mischungen aus einem Pfropfcopolymer eines Polyethylene hoher Dichte und mindestens eines ungesättigten, ringförmigen Carbonsäureanhydrids mit einem oder mehreren Harzcopolymeren des Ethylens und einem ethylenisch ungesättigten Ester enthält. Plexar 3 wird in der zuvor genannten Ausführungsform bevorzugt und enthält Mischungen aus einem Pfropfcopolymer eines Polyethylene hoher Dichte und mindestens eines ungesät- - tigten ringförmigen Carbonsüureanhydr ids mil uinorn

Polyethylenharz aus einem oder mehreren Homopolymeren von Ethylen, Copolymeren von Ethylen und einem a-Olefi_n oder Mischungen derselben. Ganz allgemein sind solche Klebmittel erfindungsgemäß geeignet, die ein chemisch modifiziertes Polyolefin ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenvinylacetatpolymer, Polyethylen hoher Dichte und gummimodifiziertem Polyethylen hoher Dichte enthalten, wobei die chemische Modifizierung in dem Vorhandensein von funktionellen Gruppen am Polymer besteht, die eine starke Affinität zum Nylon haben und unter der Wärme und dem Druck des Koextrudierens eine feste Verbindung zum Nylon bilden (vgl. US-PS 4 233 367). Bei einer alternativen Struktur, die allerdings weniger bevorzugt ist, wird zum Teil die in der US-PS 4 104 404 für koextrudierte röhrenförmige vernetzte Amid/Olefin-Folienlaminate beschriebene Technologie verwendet. Nach der Offenbarung der zuvor genannten Patentschrift, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird, werden Amid/Olefin-Folien beschrieben, die gegenüber Delamination verhältnismäßig beständig sind, wenn sie bei erhöhten Temperaturen verwendet werden. Das verwendete Klebmittel ist von- dem Typ, der durch Bestrahlung vernetzbare monomere Einheiten aufweist, wobei die Hauptkomponente Olefineinheiten sind und darauf zu achten ist, daß die Olefine im Klebmittel und in der Polyolefinschicht dieselben sind»

In Figur 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des er-

findungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Umhüllung schematisch dargestellt. Die mehrschichtige Umhüllung wird röhrenförmig (schlauchförmig) durch einen herkömmlichen Spritzkopf 11, beispielsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 8 bis 27 m/Min, koextrudiert, wobei der entstehende. Schlauch·. 12 leicht vom Spritzkopf abgezogen wird, wie bei 13

angedeutet. Der entstehende Schlauch wird durch die Walzen 14 über einen Dimensionierungsdorn 15 und durch eine Abschreckvorrichtung 16 leicht abgezogen, welche das Abschrecken durch -Wasserberieselung aus einem herkömrolichen Wasserring oder durch Wasserbespülung oder -besprühung bewirkt. Die Extrudiergeschwindigkeit ist ausreichend, so daß der entstehende Schlauch in die Abschreckzone mit einer Nylonschicht eintritt, die im wesentlichen im amorphen Zustand verbleibt. Die Abstreckvorrichtung 16 hat eine ausreichende Kapazität, um die Nylonschicht unter Erhalt des beim Extrudieren vorliegenden amorphen Zustande unter deren Glasübergangstemperatur abzuschrecken. Vorzugsweise wird der Dimension iertingadörn 15 von innen gekühlt, um die Ab-Schreckgeschwindigkeit zu vergrößern (siehe die Kühlleitungen 17). Wie weiter unten beschrieben, wurde gefunden, daß der Durchmesser des Dorns 15 ungefähr entsprechend dem gewünschten Verwendungsenddurchmesser der Umhüllung 'ausgewählt wird, d.h. entsprechend dem gewünschten Durchmesser der darin enthaltenen Lebensmittelrolle. Nach dem Abschrecken wird die fortlaufende Umhüllung zusammenfallen gelassen und durch die Haltewalzen 14 gezogen und zur Aufwickelrolle 18 geführt. Die Umhüllungsrollen werden dann in Gegenwart von Feuchtigkeit bei einer ausreichenden Temperatur und über einen ausreichenden. Zeitraum wärmebehandelt, um die amorphe Nylonechieht der Umhüllung im wesentlichen zu kristallisieren. Vorzugsweise wird die Wärmebehandlung durch Eintauchen der aufgerollten Umhüllung in ein heißes Wasserbad (nicht dargestellt) bewirkt. Diese Wärmebehandlung dauert üblicherweise 1 bis 12 Stunden und vorzugsweise

. 1 bis 4 Stunden je nach "gewünschtem Kristallisations-

■ g'rad. Die Temperatur liegt dabei im Bereich von 82,2 bis 100 .C. Alternativ kann die Wärmebehandlung dup'.hqo;-führt werden, indem der fortlaufende Schlauch vor dem

Aufwickeln auf der "Aufwickelwalze direkt durch ein Wäi— mebehandlungsmedium geführt wird, so daß eine kürzere Behandlungszeit wie etwa 1 Minute bis 1 Stunde geeignet ist, was auf das relativ schnelle Ansprechen des behan-Fj delten Nylons auf die Wärmebehandlung zurückzuführen ist. Die zuvor genannte Verfahrensweise wird als besonders geeignet zur einheitlichen Bildung der erfindungs-.gemäßen Umhüllung angesehen. Bei einer alternativen Verfahrensweise, die weniger bevorzugt ist, kann die-Nylon— schicht als Einzelschichtbahn schmelzgeformt, kristallisiert und befeuchtet, mit dem gewünschten .Substrat laminiert und dann zu einem Schlauch geformt werden.

Die Bezeichnung "kristallin" wird im herkömmlichen Sinne verwendet, um die Existenz einer weitreichenden, dreidimensionalen Atomanordnung oder -periodizität im atomaren Bereich im Material zu bezeichnen. Die Bezeichnung "amorph" wird ebenfalls im herkömmlichen Sinne als Synonym für die Bezeichnung "nicht kristallin" verwendet, um die Abwesenheit einer weitreichenden Atomperiodizität im Material zu bezeichnen. Das Ausmaß des atomaren Ordnungszustandes kann durch herkömmliche Verfahrensweisen wie durch Röntgenbeugungstechniken zur Bestimmung der radialen Atomwahrscheinlichkeitsdichte bestimmt werden. In erster Annäherung kann ein Material als im wesentlichen kristallin charakterisiert werden, wenn das Material eine definierte Schmelztemperatur oder einen definierten Schmelztemperaturbereich aufweist, während ein Material als im wesentlichen amorph/

.30 charakterisiert werden kann, wenn das Material beim Erwärmen allmählich weniger viskos wird, ohne daß es einen definierten Schmelzpunkt oder einen definierten Schmelzbereich zeigt.

Die Umhüllungen werden schließlich zur Herstellung einer Lebensmittelrolle oder eines Lebensmittelblocks verwendet, wobei ein pastenartiges Lebensmittel wie eine heiße Käseschmelze unter Druck in die Umhüllung gestopft, in der gewünschten Länge geschnitten und verschlossen wird. Die Umhüllungen werden typischerweise aus einer gekräuselten Konfiguration auf herkömmlichen Lebensmittelbefüllungsvorrichtungen befüllt, wie sie repräsentativ in der US-PS 4 307 489 beschrieben sind,

-\0 die auf die Vorbehandlung von zusammengelegten Umhüllungen gerichtet ist. Dänach ist die Flexibilität der Umhüllung für eine gleichförmige Befüllung der Umhüllung von Bedeutung. Erfindungsgemäß sind die frischen Umhüllungen nach der oben beschriebenen Wärmebehandlung Ί5 gründlich befeuchtet worden und befinden sich dementsprechend in einem verhältnismäßig flexiblen Zustand'. Vorzugsweise werden die Umhüllungen in einem flach liegenden Stapel gepackt, geschnitten und verschlossen und in einer im wesentlichen mit Feuchtigkeit gesättigten Umgebung gelagert, um ein Austrocknen zu verhindern. Wenn den Umhüllungen · das Austrocknen während der Lagerung gestattet wird, werden sie alternativ vor der Befüllung wieder befeuchtet, um die Flexibilität wieder herzustellen. Während der Befüllung wird die Käseschmelze in die gekräuselte Umhüllung unter Druck extrudiert, so daß die Umhüllung innerhalb ihres elastischen Bereiches gestreckt wird und dadurch eine ungleichförmige plastische Verformung der Umhüllung mit daraus resultierender ungleichförmiger Befüllung und irregulärer Bildung der Käserolle vermieden wird. Vorteilhafterw.eise wird die Dicke der Nylonschicht so ausgewählt, daß der elastische Bereich des Kraft-Dehnungsprofils der Umhüllung mindestens etwa mit dem Bereich der Endverwendungsbelastung übereinstimmt.

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Die befüllte Umhüllung wird dann verschlossen und abkühlen und trocknen gelassen. Die Kontraktion des Lebens-' mittelprodukts beim Abkühlen oder Setzen neigt dazu, den Sitz der Umhüllung auf dem Lebensmittelprodukt zu lockern. Beim Austrocknen der Nylonschicht der Umhüllung, was üblicherweise etwa 0,5 Stunden dauert, zieht sich die Umhüllung jedoch aufgrund von Restelastizität und Austrocknung zusammen und gleicht dadurch die thermische Kontraktion der Käserolle unter Erhalt eines

Ί0 festen und faltenfreien Sitzes aus. Dementsprechend kann man sagen, daß die Umhüllung eine erhöhte erkennbare Elastizität über den elastischen Bereich, wie er herkömmlicherweise definiert wird, hinaus besitzt. .Wie oben angegeben, liegt ein wesentliches Ergebnis der

-l 3 Erfindung in der Beziehung zwischen dem Durchmesser des Dorns 15 und dem Durchmesser der schließlich befüllten Umhüllungen, d.h. der· Durchmesser der befüllten und getrockneten Umhüllung entspricht in etwa dem gewählten Durchmesser des Dorns 15. Beispielsweise wurden nach dem obigen Verfahren Umhüllungen unter Verwendung eines Dorndurchmessers von 8J24 cm hergestellt, die eine Verbundstruktur aus . 50,8 μηι Nylon 6/12,7 μηη Plexar 3/38,1 μπι LDPE (innen) besaßen. Die frisch hergestellten Umhüllungen hatten nach der Wärmebehandlung und dem Verbleib in dem gesättigten Zustand einem Durchmesser von 7,88 cm und nach dem Trocknen einen Durchmesser von 7,68 cm. Die ,befeuchteten Umhüllungen wurden mit e-iner Käseschmelze bei etwa 71,1 C auf einen Durchmesser von 8,32 cm gefüllt. Der Durchmesser der fertigen befüllten

■•iO ;.Umhüllung stimmte nahezu mit dem des' Dimensionierungsdorns 15 überein. Weiterhin sei darauf hingewiesen, daß die Umhüllung eine Austrocknungskontraktion von etwa 3 % zeigte, was gegenüber dem elastischen Bereich der Umhüllung erheblich ist. Zusätzlich wurde beobachtet,

J₁. daß die Mehrschichtumhüllung dieser Kontraktion in

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gleichförmiger Weise unterlag, d.h. die Gesamtumhüllung folgte der äußeren Nylonschicht ohne Faltenbildung oder Trennung von den Verbundschichten.

Im Vergleich zu herkömmlichen faserigen Umhüllunger, hat die erfindungsgemäße Umhüllung auch in anderer Hinsicht erhebliche Vorteile. Das Einweichen in Wasser.unmittelbar vor der Befüllung ist eliminiert, so daß Oberflächenwasser auf der Umhüllung ebenfalls ausgeschlossen

ΊΟ ist. Selbst wenn das Nylon im gesättigten Zustand ist, ist es nicht sichtbar naß, so daß feuchte Bedingungen im Abfüllmaschinenbereich ausgeschlossen sind. Die erfindungsgemäße Umhüllung hat sich als über ihre länge dimensionsstabil erwiesen. Beispielsweise wurde gefunden, daß der Durchmesser bei Befüllung innerhalb einer Toleranz von 0,05 cm lag und dementsprechend eine im wesentlichen gleichmäßige Käserolle bildete. Wenn der elastische Bereich der Umhüllung während der Befüllung überschritten wird, streckt sich die Umhüllung plastisch und zeigt keinen Sprödbruch, so daß das Auslaufen und Verschütten von Lebensmittelprodukt vermieden wird. Beispielweise wurden gefunden, daß die erfindungsgemäßen Umhüllungen eine typische plastische Dehnung von etwa 500 % im Vergleich zu einer Dehung von etwas 20 % der oben erwähnten herkömmlichen Umhüllungen besitzen. Bei der Lagerung trocknet die Lebensmittelbefüllung nicht in .erheblichem Maße, da die erfindungsgemäße Umhüllung nicht porös ist und dementsprechend eine erhebliche Lebensdauer liefert. Der befeuchtete Zustand der Umhüllungen ist reversibel, so daß die Umhüllungen vor der Befüllung erneut befeuchtet werden können, falls die Umhüllungen während der Lagerung ausgetrocknet sind. · Da also dieser Prozeß bei den erfihdungsge-,.mäßen Umhüllungen reversibel ist, wird ein Verlust an

■35 Umhüllungen vermieden, wenn das Uefül !längsverfahren für

einen erheblichen Zeitraum unterbrochen wird. Schließlich besitzt das in der Umhüllung enthaltene Lebensmittelprodukt aufgrund der vergrößerten erkennbare Elastizität der Umhüllung, die einen dichten Sitz der zweiten Haut liefert, bei Entfernung der Umhüllung eine ansprechende halbglänzende Oberfläche.

In Figur 2 sind Transversalkraft-Dehnungsprofile im elastischen Bereich dargestellt, wobei die oben beschriebene exemplarische Umhüllung gemäß der Erfindung mit einer herkömmlichen nicht gewebten faserigen Umhüllung verglichen wird. Die Profile A und B zeigen das elastische Verhalten der herkömmlichen Umhüllung im trockenen und feuchten Zustand. Die herkömmlichen Umhüllungen müssen im feuchten Zustand befüllt werden und sind dementsprechend verhältnismäßig anfällig für eine Überbefüllung und ein Bersten, da das Profil B wesentlich unter A liegt. Profil C zeigt das elastische Profil einer typischen befeuchteten Umhüllung gemäß der Erfindung. Es ist ersichtlich, daß dies vergleichbar ist mit der erheblich höheren Festigkeit der herkömmlichen Umhüllung im trockenen Zustund.

Es gibt mehrere Aspekte der Erfindung die betont werden müssen. Wie oben angegeben haben die erfindungsgemäßen Umhüllungen einen vergrößerten Bereich der erkennbaren Elastizität, was sich daran zeigt", daß die befeuchtete äußere Nylonschicht der befüllten Umhüllung austrocknet und schrumpft und dadurch einen festen gleichmäßigen Sitz -fördert. Ein weiterer Aspekt betrifft die verbesserte Streckgrenze und den verbesserten elastischen Bereich, die aus der Kristallisationswärmebehandlung resultieren. Jede dieser Verbesserungen trägt dazu bei, daß der elastische Bereich der Umhüllung erweitert wi-rd >5» und dadurch die Dimensionsstabilität während der Befül-

lung verbessert wird, d.h. eine geringere- Anfälligkeit der befüllten Umhüllung gegenüber ungleichmäßigen, plastischer, irreversibler Verformung oder Ausbeulung. Vorteilhafterweise geht diese Verbesserung des elastischen Bereiches nicht auf Kosten der plastischen Dehnbarkeit, wenn die Umhüllungen unbeabsichtigterweise überbefüllt werden sollten. In diesen Fällen verhalten sich die erfindungsgemäßen Folien plastisch und nicht spröd. Es wird angenommen, daß die vorteilhaften mechanischen Ei-

-jO genschaften der erfindungsgemäßen Umhüllungen durch die Art der Kristallisation der äußeren Nylonschicht weiter verbessert werden können. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird das Nylon durch Wiedererhitzen aus dem im wesentlichen festen amorphen abgekühlten Zustand und

-J.5 nicht durch Kristallisation aus der Schmelze kristallisiert. Zumindest liefert die Erfindung ein sehr gut reproduzierbares Verfahren zur Herstellung von Umhüllungen insofern, als das Nylon unmittelbar vor der Wärmebehandlung definiert ist. Zweitens wird die Kristallisationswärmebehandlung vorzugsweise in Gegenwart von Feuchtigkeit durchgeführt, wovon angenommen wird, daß dies die Art der Kristallisation beeinflußt und auch das hohe Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen und die Plastizität des Nylons fördert. Allgemeiner gesprochen betrifft die Erfindung die Kristallisation der äußeren Nylonschicht, um die mechanischen Eigenschaften im elastischen Bereich und die Befeuchtung der Nylonschicht zu verbessern, um wiederum die elastische Flexibilität und die plastische Dehnbarkeit zu fördern und eine zusätzliche erkennbare Elastizität beim Austrocknen zu liefern. Dies führt zu dem insgesamt überraschenden Ergebnis, daß die Mehrschichtumhüllung diese Eigenschaften der äußeren Nylonschicht in einer im wesentlichen gleichförmigen Weise zeigt.

In Tabelle I ist ein Vergleich der mechanischen Eigenschaften von Umhüllungen mit einer äußeren Nylonschicht und Proben mit einer Nylonschicht im Inneren des Umhüllungslaminats vorgenommen worden. Die Umhüllungen wur-' den im wesentlichen gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform hergestellt, so daß sich die entsprechenden Nylonschichten anfänglich in einem im wesentlichen amorphen Zustand befanden. Der Vergleich wurde bei 71,1° C durchgeführt, was eine typische Heißbefüllungsternperatur ist. Der Umhüllungstyp SDX 244 war zusammengesetzt aus einem Laminat mit der Struktur Nylon 6 (außen) /Klebmittel/PE/Klebmittel/PE, wobei die Nylonschicht 50,8 μηι dick und das Laminat insgesamt 101,6 pm dick war. Der Umhüllungstyp SDX 246 besaß

Ib eine Gesamtdicke von 101,6 \im und eine Nylonschicht mit einer Dicke von 50,8 μηι wie bei der zuvor genannten Umhüllung, besaß aber die Struktur PE/Klebmittel/Nylon 6/Klebmittel/PE. In der Tabelle sind die Streckgrenze und die Bruchdehnung (elongation at yield) für den

Zustand A (trockener Zustand ohne Wärmebehandlung), für den Zustand B (Wärmebehandlung in" einem heißen Wasserbad über einen Zeitraum von 1- Minute bei 82,2° C) und für Zustand C (Wärmebehandlung über einen Zeitraum von 1 Stunde bei 82,2? C) angegeben. Die Bezeichnung

,'b "Streckgrenze" (yield strength) ist im herkömmlichen Sinne zu verstehen und bezeichnet den Spannungswert, der eine geringe irreversible Deformation oder Verformung des Testmaterials ergab.. Die Streckgrenze wurde unter Verwendung einer herkömmlichen Instron-Vorrichtung (Kraf.t/Dehnungs-Zugtestgerät) bestimmt, in der eine Probe mit konstanter Dehnungsgeschwindigkeit gestreckt wird, wobei Kraftmessungen bei Werten zunehmender Dehnung registriert werden. Die Proben bestanden aus 2,5 cm breiten und 10 cm längen Streifen und wurden

3b mit einer "konstanten Gleitbackengeschwindigkeit von

etwa 5 cm/Min. gezogen. Wie ersichtlich; reagiert der Umhüllungstyp SDX 244 mit der äußeren Nylonschicht schnell auf die Wärmebehandlung, d.h. innerhalb einer Minute, wie sich aus dem Vergleich der Spalten A und B ergibt= Bei forgesetzter Wärmebehandlung zeigt sich;, daß nach 1 Stunde ein erheblicher Anstieg bezüglich der Streckgrenze und der Bruchdehnung erzielt wird. Demgegenüber zeigt sich beim Umhüllungstyp SDX 246 mit der inneren Nylonschicht, die der Heißwasserbehandlung

10· nicht direkt ausgesetzt ist, daß innerhalb einer Minute praktisch kein Effekt eintritt. Nach 1 Stunde ist ein gewisser Effekt zu beobachten. Im wesentlichen zeigt sich· also, daß der Umhüllungstyp SDX 244 mit der äußeren Nylonschicht gemäß der Erfindung eine dramatische Reaktion auf die Wärmebehandlung innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums zeigt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Standardabweichung für jeden Test in Klammern eingegeben sind, wobei sich zeigt, daß die statistische Streuung verhältnismäßig gering'war, was ein verhältnismäßig konstantes Probenverhalten anzeigt. In Tabelle 11 ist der gleiche Vergleich bei 22,8 - C vorgenommen worden, wobei ein im wesentlichen übereinstimmendes Ergebnis erhalten worden ist.

330829G

Tabelle I: Eigenschaften bei 71,1° C

2 YS-Transversalstreckgrenze kg/cm und (Standardabweichung)

E-Transversaldehnung bei Streckgrenze, %, und (Standardabweichung)

Zustand Typ a B C

SDX244 - YS 117,4 (2,81) 145,5 (8,44) 158 (4,2)

(äußere Nylonschicht) E 21 (4) 19 (4) >25

SDX246 YS 99,1 (9,8) 98,4 (15,5) 129,4 (2,1)

(innere Nylonschicht) E 23 (2) 22 (7) >25

Zustand A: keine Wärmebehandlung, trocken

Zustand B: Heißwasserbehandlung bei 82,2 C, 1 Minute

Zustand C: Heißwasserbehandlung bei 82,2° C, 1 Stunde

Tabelle II: Eigenschaften bei 22,8° C

SDX244 YS 194,7 (4,9) 210,2 (2,1) 220 (1,7)

E 14 ' >25 24 (1)

3DX246 YS 196,8 (6,3) 173,6 (13,4) 153,3 (6,3)

E 9 24 (O) 25

KA/wo

Claims

a * β ο

UEXKÜLI£ AfSTQt^[EIJ9 ΐ ' ^c * european ρατενι αϊ .-of^neys

P AT ENT⁰A N \)V% LT E * · '" " ^ν * '

BESELERSTRASSE 4 D-2000 HAMBURG 52

DR J-D FRHP von UE* KUl I. DR ULRICH GRAF STOLBIIRG DIPL ING. JÜRGEN SUCHANTKE DIPL-ING. ARNULF HUBEP DR. ALLARD von KAMEKE
DR. KARL-HEINZ SCHUi MEYER

W.R. Grace & Co.

1114 Avenue of the Americas New York, N.Y. 10036

V.St.A.

(Prio.: 15. März 1982 US 357 550 19348/KA/wo)

März 1983

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von
Lebensmittelumhüllungen

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer eng anliegenden Lebensmittelumhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein entstehendes röhrenförmiges polymeres Laminat mit einer äußeren Nylonschicht schmelzformt,

b) dieses Laminat so abschreckt und verfestigt, daß das Nylon im wesentlichen amorph ist,

c) das röhrenförmige Laminat einer Wärmebehandlung unterwirft, so daß das Nylon im wesentlichen kristallisiert, und

d) dar. Nylon bereuen!σι.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wärmebehandlung und die Befeuchtung gleichzeitig und vor einer erheblichen natürlichen Alterung des Nylons durchführt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wärmebehandlung und die Befeuchtung in einem heißen Wasserbad durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das röhrenförmige Laminat bis zur Verwendung in einer feuchten Umgebung lagert.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Abschrecken das röhrenförmige Laminat gleichzeitig auf einen Durchmesser dimensioniert, der etwa dem vorgesehenen Verwendungsenddurchmesser entspricht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das entstehende röhrenförmige Laminat abschreckt, während man es über einen Dorn mit etwa dem vorgesehenen Verwendüngsenddurchmesser führt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man den Dorn von innen kühlt.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abschrecken durch Wasserabschreckung bewirkt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Schmelzformen durch Koextrudieren be-.wirkt.
10. Verfahren zur Herstellung einer eng anliegenden röhrenförmigen Lebensmittelumhüllung zur Befüllung unter Druck, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) ein entstehendes röhrenförmiges polymeres Laminat mit einer äußren Nylonschicht koextrudiert,

b) dieses Laminat so abschreckt und verfestigt, daß das Nylon im wesentlichen amorph ist, und gleichzeitig den Röhrendurchmesser so dimensioniert, daß er etwa einem vorgesehenen Verwendungsenddurchmesser entspricht, und

c) das röhrenförmige Laminat einer Wärmebehandlung unterwirft, um das Nylon im wesentlichen zu kristallisieren, und gleichzeitig befeuchtet, um das Nylon im wesentlichen zu sättigen.

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11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Wärmebehandlung etwa 1 Minute bis
führt.

te bis 12 Stunden bei etwa 82,2 bis 100° C durch-
12. Verfahren nach Anspruch 1 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß man Wärme kristallisierbares Nylon mit einem Feuchtigabsorptionsvermögen von mindestens etwa 8 % verwendet und das röhrenförmige Laminat eine innere Feuchtigkeitssperrschicht besitzt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich-'net, daß die Verbundstruktur des röhrenförmigen Laminats Nylon (außen) /Klebmittel/Polyolefiη (innen ) umfaßt.
14. Verfahren nach· Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Nylon Nylon 6 oder Nylon 66 ist.

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15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin Polyethylen und das Klebmittel ein chemisch modifiziertes Polyolefin ist, das aus der Gruppe bestehend aus Ethylenvinylace-. tatpolymer, Polyethylen hoher Dichte und gummimodifiziertem Polyethylen hoher Dichte ausgewählt ist, wobei diese jeweils durch funktionelle Gruppen am Polymer modofiziert sind, welche eine starke Affinität zu Nylon besitzen und bei der Wärme und dem Druck der Koextrusion eine feste Verbindung zum Nylon bilden.
16. Eng anliegende Lebensmittelumhüllung, gekennzeichnet durch ein röhrenförmiges, schmelzgeformtes,

1b polymeres Laminat mit einer äußeren Schicht aus kristallisiertem und befeuchtetem Nylon und einer inneren Feuchtigkeitssperrschicht, wobei die Nylonschicht durch Wärmeeinwirkung aus einem im wesentlichen amorphen Zustand kristallisiert und gleichzeitig befeuchtet worden ist.
17. Umhüllung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Nylons so ausgewählt ist, daß der elastische Bereich des Kraft-Dehnungsprofils der Umhüllung mindestens in etwa mit dem Bereich der Endverwendungsbelastung übereinstimmt.
18. Umhüllung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Nylon anfänglich während der Dimensionierung des. röhrenförmigen Laminats auf einen vorgesehenen Verwendungsenddurchmesser im wesentlichen amorph gemacht worden ist.
19. Umhüllung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich-

net, daß das Nylon ein durch Wärmebehandlung

kristallisierbares Nylon mit einem Feuchtigkeitsabsorptionsvermögen von mindestens etwa 8 %. ist.
20. Umhüllung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur des röhrenförmigen Laminats Nylon (außen) /Klebmittel/Polyolefin (innen) umfaßt.
2.1. Umhüllung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Nylon Nylon 6 oder Nylon 66 ist.
22. Umhüllung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin Polyethylen und das Klebmittel ein chemisch modifiziertes Polyolefin ist, das aus der Gruppe bestehend aus Ethylenvinylacetatpolymer, Polyethylen hoher Dichte und gummi modifiziertem Polyethylen hoher Dichte ausgewählt ist, wobei diese jeweils durch funktioneile Gruppen am Polymer modifiziert sind, welche eine starke Affinität zu Nylon besitzen und bei der Wärme und dem Druck der Koextrusion eine feste Verbindung /um Nylon bilderv.
23. Vorrichtung zur Herstellung einer eng anliegenden Lebensm'ittelumhüllung, gekennzeichnet durch

a) Mittel zum Schmelzformen eines entstehondon ■ röhrenförmigen, polymeren Laminats mit einer äußeren Nylonschicht und einer inneren Feuchtigkeit ssperr sch ich t ,

, b) Mittel zum Abschrecken und Verfestigen des entstehenden röhrenförmigen Laminats, so daß das - Nylon im wesentlichen amorph gemacht wird', während der Röhrendurchmesser gleichzeitig i;o dimensioniert wird, daß er etwa einem -vorgocoho-, 35 nen Verwendungsenddurchmesser entspricht, und

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c) Mittel zur Wärmebehandlung des röhrenförmigen Laminats, um das Nylon im wesentlichen zu kristallisieren und gleichzeitig zu befeuchten, um es zu sättigen.
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24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Schmelzformen Mittel zum Koextrudieren sind.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Dimensionieren des Laminats einen Dorn mit etwa dem· vorgesehenen Verwendungsenddurchmesser aufweisen.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Abschrecken Mittel zum Abschrecken mit Wasser sind.
27. Vorrichtung 'nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn von innen gekühlt wird.