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Hintergrund der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Induzieren eines Sauerstoffeinfangens
innerhalb von Pappe-Verpackungsstrukuren, unter Verwenden von ultraviolettem
Licht, um das einfangende Material zu aktivieren. Eine Ultraviolett-Lampe ist angeordnet
in nächster
Nähe zu
einem Rohling entlang der/dem horizontalen Förderkette oder Fließband nach
der Bildung des Kartonbodens und vor dem Füllen eines Kartons oder Rohlings
mit Produkt. Eine alternative Form dieser Erfindung ist es, die
Verpackung zu aktivieren unter Verwenden eines separaten Geräts vor dem
Anordnen auf der Befüllungsmaschine.
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In
der Vergangenheit wurden Sauerstoff-einfangende Polymermaterialien
beeinflusst durch ultraviolettes Licht, das verwendet wird, um die
Einfang-Reaktion zu initiieren. Diese Materialien wurden durch Extrusion
oder auf andere Weise in Mulitlagenstrukturen angeordnet.
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US 5211875 offenbart ein
Verfahren zum Initiieren eines Sauerstoff-Einfangens durch Belichten der
Zusammensetzung mit Strahlungen, wie ultraviolettem Licht.
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US-Patent Nr. 5,529,833 ,
Speer et al, offenbart eine Multilagenstruktur mit einem Sauerstoff-Einfängermaterial,
das darin eingebaut ist. Das Material kann eine ausgeprägte Schicht
sein oder kann kombiniert sein mit einer Heißsiegelschicht, einer Barrierenschicht
oder einer Haftvermittlerschicht im Laminat. Nirgendwo gibt es eine
Diskussion oder einen Vorschlag des Aktivierens des Sauerstoff-Einfang-Materials durch ultraviolette
Strahlung in der/dem Befüllungsmaschinenkette
oder –band
nach der Kartonbodenbildung und vor dem Befüllen einer/eines erzeugten
Verpackung oder Kartons.
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US-Patent Nr. 6,039,922 ,
Swank et al, offenbart ein Verfahren zum Sterilisieren eines Kartons
unter Verwenden von UV-Licht in Kombination mit Wasserstoffperoxyd.
Es gibt nirgendwo eine Diskussion oder einen Vorschlag des Aktivierens
eines Sauerstoff-Einfang-Materials.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum optimalen
Aktivieren von Ultraviolett-Sauerstoff-Einfänger-Materialien in und während der
Kartonbildung.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Aktivieren von Sauerstoff-Einfängermaterialien durch Belichtung
mit ultravioletten Lampen vor oder während dem Ketten- oder Befüllungsband
für Kartons.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
bereitzustellen zum Aktivieren von Sauerstoff-Einfängermaterialien
in einer Befüllungsmaschine
nach der Kartonbodenbildung und vor dem Befüllen eines Kartons mit Produkt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
bereitzustellen zum Aktivieren von Sauerstoff-Einfängermaterialien
in einem einleitenden Schritt vor der Kartonbildung und dem Befüllen auf
einer Befüllungsmaschine.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Nachteile der existierenden Kartonstrukturen, die nur passive Sauerstoffbarrieren
enthalten, werden überwunden
durch die folgenden optimalen Verfahren zum Aktivieren eines Sauerstoff-Einfänger-Materials,
das innerhalb einer Verpackungsstruktur enthalten ist. Die Verpackungsstruktur,
die das Einfänger-Material enthält, wird
hergestellt zu einem Rohling für
die Kartonbildung. In einer ersten Ausführungsform, nachdem der Bodenverschluss
in einem Karton des Giebelspitzen-Typs erzeugt ist, wird der Karton
mit einer ultravioletten Strahlung in der/dem Befüllungsmaschinenkette
oder -band nach der Kartonbodenbildung belichtet. In einer zweiten
Ausführungsform
wird der Kartonrohling zu einer Röhre geöffnet und wird mit ultravioletter
Strahlung belichtet und aktiviert unter Verwenden eines separaten
Geräts
vor dem Anordnen auf der Giebelspitzen-Befüllungsmaschine.
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In
beiden Ausführungsformen
gemäß Anspruch
1 und Anspruch 5 ist der zusätzliche
Schritt des Aktivierens des Sauerstoff-Einfang-Materials durch Anwenden
von Wasserstoffperoxyd auf den Verpackungsrohling bzw. die Röhrenform
vorgesehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein Flussdiagramm eines Schritt-für-Schritt-Prozesses der Kartonbildung
und -befüllung;
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2 ist
ein Flussdiagramm eines Schritt-für-Schritt-Prozesses der Karton-Aktivierung vor dem
Bilden und Befüllen
auf einer Befüllungsmaschine;
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3 ist
eine graphische Darstellung von aufgelöstem Sauerstoff gegen die Tage
vom Befüllen an,
unter Vergleichen eines Sauerstoff-Einfänger-Polymer-Behälters mit
einem Behälter
ohne Aktivierung in der Methodik der Erfindung;
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4 ist
eine graphische Darstellung einer Aufrechterhaltung von Vitamin
C gegen die Tage vom Befüllen
an, unter Vergleichen eines Sauerstoff-Einfänger-Polymer-Behälters mit
einem Behälter
ohne Aktivierung in der Methodik der Erfindung;
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5 ist
eine Querschnittspräsentation
eines Laminats, das Sauerstoff-Einfang-Polymere enthält, die durch das Gerät aktiviert
sind,
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6 ist
eine Querschnittspräsentation
eines Laminats, das Sauerstoff-Einfang-Polymere enthält, die durch das Gerät aktiviert
sind;
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7 ist
eine Querschnittspräsentation
eines Laminats, das Sauerstoff-Einfang-Polymere enthält, die durch das Gerät aktiviert
sind;
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8 ist
eine Querschnittspräsentation
eines Laminats, das Sauerstoff-Einfang-Polymere enthält, die durch das Gerät aktiviert
sind;
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9 ist
eine Querschnittspräsentation
eines Laminats, das Sauerstoff-Einfang-Polymere enthält, die durch das Gerät aktiviert
sind;
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10 ist
eine Querschnittspräsentation
eines Laminats, das Sauerstoff-Einfang-Polymere enthält, die durch das Gerät aktiviert
sind;
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11 ist
eine graphische Darstellung von aufgelöstem Sauerstoff in Halb-Gallonen-Giebelspitzen-Kartons,
die mit Wasser gefüllt
sind;
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12 ist
eine graphische Darstellung von aufgelöstem Sauerstoff in Halb-Gallonen-Giebelspitzen-Kartons,
die mit Wasser gefüllt
sind; und
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13 ist
eine graphische Darstellung von aufgelöstem Sauerstoff in Halb-Gallonen-Giebelspitzen-Kartons,
die mit Orangensaft gefüllt
sind.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
Erfindung ist gerichtet auf Giebelspitzenbefüllungsmaschinen und dergleichen,
und die Verwendung von ultravioletten Lampen innerhalb der Kette
oder des Bandes einer Befüllungsmaschine. Die
ultravioletten Lampen erzeugen ultraviolettes Licht, um lichtempfindliche
Sauerstoff-Einfang-Polymer-Materialien zu aktivieren. Die Lampen
enthalten Lichtwellenlängen
im Bereich von 200–700
nm, bevorzugt von 200–400
nm und umfassen ultraviolettes B-Licht in einer Wellenlänge von
280–320
nm und ultraviolettes C-Licht in einem Wellenlängenbereich von 250–280 nm.
Die Aktivierung der Kartonproben wurde erreicht mit einer Dosierung
des ultravioletten Lichtes im Bereich von 150 mJ/cm2 bis
8000 mJ/cm2, mit Intensitätsbereichen
von 100 mW/cm2 bis 8000 mW/cm2.
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Der
Bereich von Aktivierungszeiten variiert basierend auf der Intensität der Lampen
und der Befüllungsbetriebsgeschwindigkeiten.
Der Bereich kann reichen von annähernd
1 Sekunde bis 10 Sekunden, wobei die optimale Aktivierungszeit 2,5
Sekunden beträgt,
und mit einer typischen Maschinengeschwindigkeit von 60 Kartons/Minute/Band
und einer Belichtung über
zwei Stationen.
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1 stellt
ein Befüllungsgerätband 100 dar, umfassend
eine Kartonbodenbildungsprozedur 5, in der ein Rohling 7 mit
einem Kartonboden 10 auf einem Rad angeordnet wird. Eine
Station 20 befindet sich dort, wo das Boden-Vorknicken erfolgt,
gefolgt von Wärme 30,
Falten 40 und Druck 50, wodurch die Bildung eines
Kartonbodens abgeschlossen wird. Der Karton wird angeordnet auf
einem Band bei einer Station 60 und wandert dann zum Ultraviolettaktivierungsbereich 70.
Dargestellt ist eine gleichzeitige Behandlung zweier Kartons. Diese
Behandlungsprozedur kann modifiziert werden in einem oder mehreren Punkten.
Der aktivierte Behälter
durchläuft
ein Spitzenvorknicken 80 des Behälters gefolgt von Füllen des
Produktes 90.
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Viele
andere Schritte oder Stationen können dem
Bildungsprozess hinzugefügt
werden. Diese umfassen, sind aber nicht beschränkt auf ein Anbringen einer
Tülle.
Gemäß der Erfindung
wurde gezeigt, dass der synergistische Effekt von Wasserstoffperoxyd
und ultraviolettem Licht zu einer erhöhten Aktivierungsgeschwindigkeit
und einer verringerten Latenzperiode (Zeit zwischen Aktivierung
und signifikantem Einfangen) führt.
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2 stellt
ein Kartonaktivierungsgerät 400 dar,
umfassend eine Kartonöffnungsprozedur 410, bei
der ein Rohling 420 auf einem Band bei einer Station 430 angeordnet
wird und dann zu einem Ultraviolettaktivierungsbereich 440 wandert.
Abgebildet ist die Behandlung eines Kartons von beiden Enden unter Verwenden
zweier Lampen. Diese Behandlungsprozedur kann modifiziert werden,
um eine Aktivierung von einem einzelnen Ende des Kartons zu umfassen.
Der aktivierte Behälter
wird entladen bei einer Station 450 und gestapelt.
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Die
Leistungsfähigkeit
des Sauerstoff-Einfang-Kartons, der durch die erwünschte Methodik
aktiviert ist, gegenüber
einem Kontroll-Barrierenkarton wird belegt durch die graphischen
Ergebnisse, die in 3 und 4 abgebildet
sind.
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Die
Ergebnisse zeigen klar, dass es eine verbesserte Aufrechterhaltung
von Vitamin C und einen verringertem aufgelösten Sauerstoff gibt, der durch den
Sauerstoffeinfänger
verbraucht wird, innerhalb des Kartons, im Vergleich zu einer Kontrollbarriere.
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Zusätzlich haben
Bewertungen eines unabhängigen
ausgebildeten Geschmacksgremiums gezeigt, dass Orangensaft, der
in Sauerstoff-Einfang-Kartons verpackt ist, sowohl deutlich unterschiedlich
ist von der Kontrolle (99% Überzeugungsniveau;
18 bis 26 Gremiumsmitglieder identifizierten die schlechte Probe
in einem Dreieckstest korrekt) und wird bevorzugt (die Sauerstoff-Einfänger-Probe wird als „süßer" und „natürlicher" beschrieben) im Vergleich
zur Kontrolle.
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Verschiedene
Sauerstoff-Einfang-Materialien können
innerhalb der Betrachtung der Erfindung verwendet werden, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf Polybutadien-Systeme
(1,2-Polybutadien), Antrachinon-Systeme und spezifische Drei-Phasen-Gemische von Materialien:
zusammengesetzt aus einem Polymer, enthaltend eine reaktive Doppelbindung;
einen Photoinitiator; und einen Übergangsmetallkatalysator
(Kobaltsalz). Das Polymer des Drei-Phasen-Gemisches kann ein Poly(ethylen/methylacrylat/cyclohexen-methylacrylat)
(EMCM) sein.
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Alternativ
ist die Erfindung gerichtet auf die Herstellung eines aktivierten
Verpackungsrohlings, der nachfolgend auf einer Giebelspitzen-Befüllungsmaschine
angeordnet wird. Der aktivierte Verpackungsrohling, der nämlich in
Bezug auf Sauerstoff-Einfang aktiviert ist, wird hergestellt durch
zuerst konventionell Erstellthaben des Rohlings aus einem Pappelaminat,
nachfolgend Öffnen
des Rohlings zu einer Röhrenform
und dann Belichten der Röhrenform
mit einer ultravioletten Strahlung, um einen Rohling zu bilden,
der in Bezug auf Sauerstoff-Einfang aktiviert worden ist.
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Verschiedene
Laminatstrukturen können hergestellt
werden, wie in den 5 bis 10 dargestellt
ist.
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Eine
erste vorgeschlagene Struktur besitzt eine Glanzschicht 60 eines
Polyethylens niedriger Dichte (bevorzugt 12 lbs. oder 5,44 kg);
eine Pappensubstratgrundlagenschicht 65 (bevorzugt 166–287 lbs.
oder 75,29–130,18
kg); eine abnutzungsbeständige
und Sauerstoffbarrieren-Schicht 70 (bevorzugt ein Polyamid,
wie Nylon, von annähernd
5 lbs. oder 2,27 kg); einer Haftvermittlerschicht 75 (bevorzugt 1,5
lbs. oder 0,68 kg); eine Abdichtmaterialschicht 80 (bevorzugt
12 lbs. oder 5,44 kg Polyethylen niedriger Dichte); die Sauerstoff-Einfänger-Schicht 85 (die
bevorzugt 5 lbs. oder 2,27 kg des Einfangharzes enthält); und
eine Produktkontaktschicht 90 aus Polyethylen niedriger
Dichte (annähernd
4 lbs. oder 1,81 kg). Alle Gewichte sind angegeben in lbs. pro 3000 Quadratfuß, oder
in kg pro 278,55 m2.
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Die
Sauerstoff-Eingänger-Schicht
kann ein reines Sauerstoff-Einfang-Material sein, oder kann vermischt
sein mit Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen hoher Dichte,
linearem Polyethylen niedriger Dichte, Metallocen, Polypropylen,
oder Gemische davon. Eine geruchs/geschmacks-absorbierende Verbindung
kann in dem Gemisch auch enthalten sein.
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Die
Struktur stellt eine abnutzungsbeständige Schicht bereit, um die
Befüllungsmaschinenleistungsfähigkeit
zu verbessern, sie stellt eine Sauerstoffbarriere, um einen Sauerstoffeintritt
in die Verpackung zu verhindern und sicherzustellen, dass Sauerstoff
bevorzugt eingefangen wird aus dem Inneren der Verpackung, ein Sauerstoff-Einfang-Material
und eine Heißsiegelschicht
bereit.
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6 stellt
eine alternative Struktur dar: umfassend eine Glanzschicht 120;
eine Pappesubstratgrundlage 125; eine abnutzungsbeständige und
Sauerstoffbarrierenschicht 130; eine Haftvermittlerschicht 135;
wobei der Sauerstoff-Einfänger mit
einem Abdichtungsmaterial 140 vermischt ist; ein Haftvermittlermaterial 145;
eine Geschmacksbarriere, wie Glycol, modifiziert mit Polyethylenterephthalat, Ethylenvinylalkoholcopolymer
und Nylon, einzeln oder vermischt mit Polyethylen niedriger Dichte
(annähernd
5 lbs. oder 2,27 kg) 150; eine Haftvermittlerschicht 155;
und eine Produktkontakt-Heißsiegelschicht 160.
Diese Struktur verbessert die Befüllungsmaschinenleistungsfähigkeit
und sorgt für einen
verbesserten Produktgeschmack. Wiederrum sind alle Gewichte angegeben
in lbs. pro 3000 Quadratfuß oder
in kg pro 278,55 m2.
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7 stellt
eine weitere Ausführungsform
eines Einfang-Laminats dar. Die Glanzschicht 210 (12 lbs.
oder 5,44 kg) ist Polyethylen niedriger Dichte. Die Glanzschicht
ist geschichtet auf der Pappensubstratgrundlage 215 (166–287 lbs.
oder 75,29–130,18
kg). Außerdem
ist vorgesehen eine abnutzungsbeständige und Sauerstoffbarrierenschicht 220 (die
5 lbs. oder 2,27 kg Sauerstoff-Einfang-Harz enthält), gefolgt von einer Haftvermittlerschicht 225 (5
lbs. oder 2,27 kg). Der Haftvermittlerschicht 225 folgt
die Sauerstoff-Einfängerschicht 230 (5
lbs. oder 2,27 kg), eine kombinierte Geschmacksbarrieren- und eine Produktheißsiegelschicht 235 (10
lbs. oder 4,54 kg). Gewichte der Schichten sind wieder angegeben
in lbs. pro 3000 Quadratfuß oder
in kg pro 278,55 m2.
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Diese
Struktur stellt bereit eine abnutzungsbeständige Schicht, um eine Befüllungsmaschinenleistungsfähigkeit
zu verbessern, eine Sauerstoffbarriere, um sicherzustellen, dass
Sauerstoff bevorzugt aus dem Inneren der Verpackung eingefangen
wird, das Sauerstoff-Einfang-Material und eine Geschmacksbarriere
kombiniert mit einem Heißsiegelbarrierenmaterial.
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8 stellt
eine Struktur dar, die eine abnutzungsbeständige Schicht und eine Sauerstoffbarriere (5
lbs. oder 2,27 kg) 250 bereitstellt, um sicherzustellen,
dass Sauerstoff bevorzugt aus dem Inneren der Verpackung eingefangen
wird, gefolgt von einer Haftvermittlerschicht 255 (5 lbs.
oder 2,27 kg), der Sauerstoff-Einfang-Schicht (enthaltend 5 lbs.
oder 2,27 kg Sauersoff-Einfang-Harz) 260, und einer heißsiegelbare
Schicht (4 lbs. oder 1,81 kg) 265, die eine geruchs/geschmacksabsorbierende
Verbindung enthält.
Die Glanzschicht 240 (12 lbs. oder 5,44 kg) ist Polyethylen
niedriger Dichte. Die Glanzschicht ist geschichtet auf die Pappesubstratgrundlage 245 (166–287 lbs.
oder 75,29–130,18
kg). Gewichte sind angegeben in lbs. pro 3000 Quadratfuß oder in
kg pro 278,55 m2.
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9 stellt
eine Struktur dar, die bereitstellt ein Folienlaminat 300 als
eine Sauerstoffbarriere, die Sauerstoff-Einfang-Schicht (enthaltend
5 lbs. oder 2,27 kg eines Sauerstoff-Einfang-Harzes) 310,
und eine heißsiegelbare
Schicht (4 lbs. oder 1,81 kg) 315. Eine Haftvermittlerschicht 305 ist
angeordnet zwischen der Folie und der Sauerstoff-Einfang-Schicht. Die
Glanzschicht 280 (12 lbs. oder 5,44 kg) ist Polyethylen
niedriger Dichte. Die Glanzschicht ist geschichtet auf der Pappesubstratgrundlage 285 (166–287 lbs.
oder 75,29–130,18
kg). Auf der Grundlage wird eine Abdichtschicht 295 aus
Polyethylen niedriger Dichte geschichtet, gefolgt von einer Haftvermittlerschicht 300 zu
dem Folienlaminat. (Gewichte sind angegeben in lbs. pro 3000 Quadratfuß oder in
kg pro 278,55 m2.).
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10 stellt
eine Struktur dar, die bereitstellt ein Folienlaminat 350 als
eine Sauerstoffbarriere, die Sauerstoff-Einfang-Schicht (enthaltend
5 lbs. oder 2,27 kg eines Sauerstoff-Einfang-Harzes) 360,
und eine heißsiegelbare
Schicht (4 lbs oder 1,81 kg) 365, die eine geruchs/geschmacks-absorbierende
Verbindung enthält.
Eine Haftvermittlerschicht 355 ist angeordnet zwischen
der Folie und der Sauerstoff-Einfang-Schicht.
Die Glanzschicht 330 (12 lbs. oder 5,44 kg) ist Polyethylen
niedriger Dichte. Die Glanzschicht ist geschichtet auf der Pappesubstratgrundlage 335 (166–287 lbs.
oder 75,29–130,18
kg). Auf der Grundlage ist geschichtet eine Abdichtschicht 340 aus
Polyethylen niedriger Dichte, gefolgt von einer Haftvermittlerschicht 345 zu
dem Folienlaminat. (Gewichte sind angegeben in lbs. pro 3000 Quadratfuß oder in kg
pro 278,55 m2.).
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11 bis 13 sind
die Ergebnisse von graphisch dargestellten Tests von Halb-Gallonen-Giebelspitzen-Behältern, die
Sauerstoff aufgelöst
in Wasser (11 und 12) und
Orangensaft (13) enthalten, in denen das
Sauerstoff-Einfänger-Material off-line
aktiviert worden ist.
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11 stellt
5150 Parts per million eines Einfängers im Rohling dar, und wie
viel 02 in dem Wasser nach 1–10
Tagen aufgelöst
ist.
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12 stellt
1000 Parts per million Einfänger im
Rohling dar, und wie viel 02 in dem Wasser
nach 1–10
Tagen aufgelöst
ist.
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13 stellt
1000 Parts per million Einfänger im
Rohling dar, und wie viel 02 in dem Wasser
nach 1–70
Tagen aufgelöst
ist.
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Jedes
der Sauerstoff-Einfang-Materialien wird aktiviert in der Befüllungsmaschine
an der ultraviolett Behandlungsstation oder vor der Befüllungsmaschine
an der Vorbehandlungsstation.
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Es
ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die oben
beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt
ist, sondern sie soll beliebige und alle Ausführungsformen innerhalb des
Umfangs der Ansprüche
umfassen.
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LITERATURSTELLEN, ZITIERT IN DER BESCHREIBUNG
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Die
Liste von Literaturstellen, die vom Anmelder zitiert sind, dienen
nur zum Nutzen des Lesers. Sie bilden nicht Teil des europäischen Patendokumentes.
Sogar obwohl große
Sorgfalt aufgebracht wurde, die Literaturstellen zu erarbeiten,
können
Irrtümer
oder Unterlassungen nicht ausgeschlossen werden und das EPA erkennt
keinerlei Haftung in dieser Hinsicht an.
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Patentdokumente,
zitiert in der Beschreibung