DE60319977T2

DE60319977T2 - Verpackungslaminat, verfahren zu seiner herstellung und aus dem verpackungslaminat hergestellter verpackungsbehälter

Info

Publication number: DE60319977T2
Application number: DE60319977T
Authority: DE
Inventors: Nils Toft; Staffetti Francesco; Fredrik Persson; Ion Postoaca
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2009-04-16
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: US7935400B2; DE60319977D1; JP4152941B2; TWI265089B; AR039790A1; CN100575072C; US20050175800A1; JP2005524585A; SE0201395D0; CN1652933A; AU2003224577A1; ATE390278T1; TW200307600A; PT1507660E; EP1507660A1; WO2003095199A1; MY136583A; SE0201395L; SE523861C2; EP1507660B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verpackungslaminat umfassend eine Kernschicht aus Papier oder Karton mit durchgehenden Löchern, Öffnungen oder Schlitzen, eine Schicht aus thermoplastischem Kunststoff bzw. Thermoplast, die auf eine äußere Seite der Kernschicht aufgebracht ist, eine Aluminiumfolie, die auf die andere, innere Seite der Kernschicht aufgebracht ist, sich über das Laminat erstreckt und an die Kernschicht mithilfe einer dazwischenliegenden Schicht aus Thermoplast gebunden ist, wobei sich die beiden Thermoplastschichten über das Laminat erstrecken und innerhalb der Bereiche der Löcher aneinander gesiegelt sind, um eine Membrane aus Aluminiumfolie und Thermoplast zu bilden, sowie eine oder mehrere Schichten aus thermoplastischem Material, die auf die andere, innere Seite der Aluminiumfolie aufgebracht sind.
Stand der Technik
Einweg- bzw. Wegwerfverpackungsbehälter für flüssige Nahrungsmittel sind oft aus einem Verpackungsmaterial der oben genannten Art hergestellt. Einer solcher häufig vorkommender Verpackungsbehälter wird unter dem Warenzeichen Tetra Brik Aseptic^® vertrieben und vornehmlich für flüssige Nahrungsmittel wie beispielsweise Milch, Fruchtsaft usw. verwendet. Das Verpackungsmaterial in diesem bekannten Verpackungsbehälter umfasst typischerweise eine Kernschicht aus Papier oder Karton und äußere, flüssigkeitsdichte Schichten aus Thermoplast. Um den Verpackungsbehälter licht- und gasundurchlässig zu machen, insbesondere sauerstoffgasundurchlässig, zum Beispiel zwecks aseptischem Verpacken und dem Verpacken von Fruchtsäften, ist das Material in diesen Verpackungsbehältern normalerweise mit wenigstens einer zusätzlichen Schicht, am häufigsten einer Aluminiumfolie, versehen, die das Verpackungsmaterial darüber hinaus thermosiegelbar macht und zwar durch induktives Thermosiegeln, was ein schnelles und effizientes Versiegelungsverfahren zur Erlangung mechanisch starker, flüssigkeits- und gasdichter Siegelungsverbindungen oder -nähte während der Herstellung der Behälter darstellt.
Verpackungsbehälter werden im Allgemeinen mithilfe moderner Verpackungsmaschinen hergestellt, die Verpackungen aus einer Bahn oder aus vorgefertigten Rohlingen aus Verpackungsmaterial formen, befüllen und versiegeln. Zum Beispiel werden aus einer Bahn Verpackungsbehälter dadurch hergestellt, dass die Bahn zu einem Schlauch umgeformt wird, indem beide Längskanten der Bahn miteinander in einer überlappenden Verbindung vereint werden. Der Schlauch wird mit dem vorgesehenen flüssigen Produkt befüllt und in einzelne Verpackungen geteilt durch wiederholte Quersiegelungen des Schlauchs, die einen Abstand zueinander haben, der unterhalb des Niveaus des Inhalts im Schlauch liegt. Die Verpackungen werden vom Schlauch durch Einschnitte in die Querversiegelungen getrennt und erhalten die gewünschte geometrische Gestalt, normalerweise parallelepiped, durch Falten entlang vorbereiteter Faltlinien in dem Verpackungsmaterial.
Im Stand der Technik haben Verpackungslaminate für derartige Verpackungen üblicherweise eine innerste, innere thermoplastische Heißsiegelungsschicht, am häufigsten aus einem Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), das normalerweise adäquate Eigenschaften hat, um heißzusiegeln und um als Feuchtigkeitssperre gegenüber den eingefüllten Flüssigkeitsinhalten der Verpackung zu fungieren.
Mit innerster oder innerer Schicht ist eine Schicht gemeint, die auf die Seite des Verpackungslaminats aufgebracht wird, die dem Inneren eines aus dem Laminat gebildeten Verpackungsbehälters zugewandt ist, und die mit dem eingefüllten Inhalt eines befüllten Verpackungsbehälters in Berührung kommt.
Aus Verbrauchersicht ist es wünschenswert, dass der Verpackungsbehälter leicht zu handhaben und leicht zu öffnen ist, wenn es an der Zeit ist, die Verpackung ihres Inhalts zu entleeren, und um dem gerecht zu werden, ist der Verpackungsbehälter oft mit einer Art Öffnungsvorrichtung versehen, mit deren Hilfe er einfach geöffnet werden kann, ohne dafür Scheren oder ähnliche Utensilien benutzen zu müssen.
Eine häufig vorkommende Öffnungsvorrichtung bei solchen Verpackungsbehältern enthält ein Loch, das in die Kernschicht der Verpackungswand gestanzt wurde, wobei das Loch auf der Innenseite und der Außenseite der Verpackungswand durch die entsprechenden äußeren Schichten der Verpackungswand bedeckt ist, die miteinander im Bereich der Öffnungskontur des durchgehenden Lochs versiegelt sind, wodurch eine Membrane der nicht aus Karton bestehenden Schichten gebildet wird. Ein Beispiel einer Öffnungsvorrichtung aus dem Stand der Technik besitzt eine separate Abziehlasche oder einen Öffnungsstreifen, die/der über dem Loch aufgebracht und abreißbar an die äußere Schicht der Außenseite der Verpackungswand entlang einer Versiegelungsverbindung um die gesamte Öffnungskontur des Lochs gesiegelt ist, und gleichzeitig an die äußere Schicht in dem Bereich innerhalb der Öffnungskontur des Lochs dauerhaft gesiegelt ist. In weiter entwickelten Öffnungsvorrichtungen wird eine Öffnungsvorrichtung, üblicherweise aus Formkunststoff, mit einer Ausgießtülle und einem Schraubverschluss zum erneuten Versiegeln, auf den Bereich des und um das Loch aufgebracht, wobei die Öffnungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, die Membrane im Lochbereich zu durchdringen oder zu entfernen und zwar durch ein Herunterdrücken oder eine Schraubbewegung, oder alternativ, um die Membrane durch eine Schraub- und/oder Hochziehbewegung der Öffnungsvorrichtung zu entfernen. Bei letzterer Art von Öffnungsvorrichtung haftet das Innere eines schraubbaren Teils der Öffnungsvorrichtung an der Membrane des Lochs, so dass, wenn diese nach oben weg von der Verpackungswand geschraubt wird, die Membrane zusammen mit dem schraubbaren Teil angehoben und von den Kanten des Lochs weggezogen wird, wobei ein praktisch sauber geschnittenes Loch zum Ausgießen des eingefüllten Inhalts aus der Verpackung hinterlässt.
Insbesondere letztere Art von Öffnungsvorrichtung kann ähnlich dem Schraubverschluss einer Flasche funktionieren und ist oft erwünscht, weil dadurch vermieden wird, das Reste der Membrane nach unten durch das Loch in die Verpackung und in das eingefüllte Produkt gedrückt werden.
Eine Voraussetzung für das effiziente Arbeiten einer solchen Öffnungsvorrichtung ist das Bestehen einer adäquaten Haftung zwischen den unterschiedlichen Schichten der Membrane, so dass sie nicht delaminiert, wenn Schraub- und/oder Hochziehkräfte oder Schraub- und/oder Eindrückkräfte auf diese während des Öffnungsvorgangs aufgebracht werden.
Es ist im Allgemeinen schwierig, eine solche adäquate Haftung innerhalb der Lochbereiche zu erreichen und zwar aufgrund des Unterschieds in der Gesamtlaminatdicke zwischen den Lochbereichen und den Bereichen außerhalb der Löcher, wenn die Aluminiumfolie und die thermoplastischen Schichten der Membrane miteinander laminiert werden. Wenn eine Bahn aus den laminierten Schichten durch einen Pressspalt in einer Laminierungsstation läuft, werden die Schichten zusammengedrückt, um aneinander mithilfe einer Druckwalze und einem gekühlten Zylinder zu haften. In den durch das Loch oder den Schlitz definierten Bereichen ist der Pressspalt nicht in der Lage, die Aluminiumfolie und die Polymerschichten hinreichend zusammenzudrücken, um die erforderliche Haftung zu erreichen.
Somit können die Dickenunterschiede der Kernschicht bewirken, dass die Aluminiumfolie, die relativ dünn ist, nicht gegen die umgebenden thermoplastischen Schichten innerhalb des gesamten, durch das Loch definierten Bereichs gedrückt werden und gut genug daran haften, was bedeutet, dass Luft neben den Kanten der Löcher eingeschlossen werden kann. Dies bedeutet wiederum, dass es zu Bruchstellen bzw. Rissbildungen in der Aluminiumfolie kommen kann, was dazu führen kann, dass die Gasdichtigkeit des Verpackungsbehälters beeinträchtigt wird und damit auch die Farbe, der Geschmack und die Nährwerte des verpackten Nahrungsmittelprodukts. Ferner kann die Unversehrtheit bzw. Integrität der Verpackung beeinträchtigt werden, was wiederum die aseptische Leistung der Verpackung stören kann.
Die Lufteinschlüsse machen es auch schwierig, die Membrane, die aus der Aluminiumfolie und den Polymerfolien in dem Loch oder Schlitz besteht, abzureißen oder zu durchdringen, da die Möglichkeiten, die Verpackung zu öffnen, eingeschränkt sind, und/oder es nicht möglich ist, einen sauberen Schnitt beim Durchdringen durchzuführen, was zur Bildung von ausgefransten Kanten führt.
Diese Probleme wurden bisher durch eine Druckwalze gelöst oder zumindest auf ein akzeptables Niveau gesenkt, wobei diese einen Metallkern mit einer kreiszylinderförmigen Ummantelungsfläche aufweist, wobei die Ummantelungsfläche einer nach innen weisenden Schicht gegenübersteht, die aus einem elastischen Material besteht, eine erste Härte und eine erste Dicke hat, und die auf der Außenseite der nach innen weisenden Schicht angeordnet ist, wobei eine nach außen weisende Schicht aus einem elastischen Material besteht, eine zweite Härte und eine zweite Dicke hat, wobei die erste Härte größer als die zweite Härte ist und wobei die erste Dicke größer als die zweite Dicke ist. Bevorzugt ist die erste Härte mindestens 15% größer, bevorzugter 20% und am bevorzugten 25% größer als die zweite Härte, in Shore A gerechnet, wobei die nach außen weisende Schicht eine Härte von 50–80 Shore A, bevorzugt 60–75 Shore A zeigt. Bevorzugt beträgt die zweite Dicke 5–25%, bevorzugter 7–20% und am bevorzugten 8–15% der Gesamtheit der ersten Dicke und der zweiten Dicke. Bevorzugt beläuft sich die zweite Dicke auf 1–10 mm, bevorzugter 1–5 mm und am bevorzugten 1–3 mm.
Eine solche Druckwalze wurde in einer separaten, anhängigen Anmeldung WO 01/02751 beschrieben, die auch der Anmelderin der vorliegenden Erfindung gehört.
Aufgrund der nach außen weisenden Schicht niedriger Härte wird eine gewünschte Durchdringung in den Lochbereichen in der Kernschicht erreicht, wenn die Kernschicht, die Aluminiumfolie und die Polymerschichten durch den Walzenspalt laufen, wobei gleichzeitig die geringe Dicke der äußeren, weicheren zugewandten Schicht dazu führt, dass die Länge des Druckspalts nicht hinnehmbar ausgedehnt wird, was bedeutet, dass ein gewünschter Druck im Druckspalt aufrechterhalten werden kann, während eine hohe Linienlast bestehen bleibt. Die nach innen und außen weisenden Schichten können aus denselben oder unterschiedlichen elastomeren Materialien bestehen, wie zum Beispiel Gummi oder Polyurethanmaterialien.
Die beschriebene Druckwalze sollte in zumindest in einer der Laminierungsstationen für die inneren Schichten und/oder der Laminierungsstation für die Aluminiumfolie und die dazwischenliegende Bindeschicht verwendet werden. Sie kann auch bei der Laminierung der thermoplastischen Schicht auf der Außenseite der Kernpappschicht verwendet werden.
Für eine oben beschriebene Öffnungsvorrichtung, insbesondere für eine durch eine Schraub-Ziehbewegung funktionierende, wird eine innerste Heißsiegelungsschicht aus LDPE normalerweise an der Aluminiumfolie mithilfe einer Bindeschicht aus einem haftenden Polymer gebunden, wie zum Beispiel ein pfropfmodifiziertes Polyolefin oder ein Copolymer aus Ethylen und (Meth)Acrylsäure oder einem Ionomer.
Während der letzten Jahre bestand ein steigendes Interesse an der Verwendung der innersten Schichten in Verpackungslaminaten, umfassend die Art von Ethylen-Alpha-Olefin-Copolymeren, die bei Vorhandensein eines Metallocenkatalysators polymerisiert werden, d. h. Metallocenpolyethylene (im Folgenden als m-PE bezeichnet), die normalerweise ein Art lineare Polyethylene niedriger Dichte (m-LLDPE) sind.
Metallocenpolymerisierte Polyethylene haben im Allgemeinen erwünschte Eigenschaften wie verbesserte Reiß- und Einstich- bzw. Durchstoßfestigkeit, Zähigkeit, Schlagzähigkeit bzw. – festigkeit, Klarheit, Antiblockiereigenschaften und Heißsiegelleistung im Vergleich zu gewöhnlichem LDPE. Bei der Herstellung von Verpackungsbehältern wäre es somit höchst wünschenswert, in der Lage zu sein, m-PE in der innersten Siegelungsschicht zu verwenden, um die Unversehrtheit bzw. Integrität der Verpackung und die Siegelungseigenschaften zu verbessern.
Mit Unversehrtheit bzw. Integrität der Verpackung ist im Allgemeinen die Haltbarkeit der Verpackung gemeint, d. h. die Widerstandsfähigkeit hinsichtlich eines Auslaufens des Verpackungsbehälters. Dies wird in einem Schritt durch Messen der elektrischen Leitfähigkeit durch das Verpackungslaminat der Verpackung untersucht, um anzuzeigen, ob es eine Art Loch oder Riss auf der Innenseite der thermoplastischen Schicht(en) gibt. In einem zweiten Schritt werden die Größe und Form des Lochs oder Risses weiter untersucht, indem das Verpackungslaminat in eine rote Tintenlösung getaucht wird, wodurch die Pappkernschicht an oder um das Loch oder dem Riss rot gefärbt wird. Das Ergebnis wird für eine Anzahl an Behältern mit undichten Stellen bei 3000 gestesteten Verpackungen berichtet. Das Untersuchungsergebnis bedeutet jedoch nicht automatisch, dass die eingefüllten Inhalte tatsächlich aus den Behältern auslaufen würden, weil das Testverfahren strenger ist und sehr feine Risse und Löcher zeigt, die vielleicht normalerweise keine Probleme bei der tatsächlichen, täglichen Lagerung und Verwendung bereiten würden. Im Allgemeinen wurde beobachtet, dass bei der Verwendung von m-PE in der innersten Siegelungsschicht anstelle von LDPE die Integrität der Verpackung wenigstens gleich zuverlässig ist, selbst wenn dünnere Schichten von m-PE als LDPE verwendet werden.
Mit Siegelungseigenschaften ist die Fähigkeit zum angemessenen Heißsiegeln innerhalb eines Temperaturintervalls oder eines Stromversorgungsintervalls gemeint. So gibt es beispielsweise drei Heißsiegelungen in einem normalen parallelepipeden Verpackungsbehälter des Typs Tetra Brik Aseptic^®, d. h. die Versiegelung quer zum Schlauch, die längslaufende überlappende Versiegelung entlang dem Schlauch und die Versiegelung des längslaufenden Streifens über und entlang der Längssiegelung auf der Innenseite des Schlauchs. Die Quersiegelung schließt die doppelte Dicke des Verpackungslaminats ein und erfordert die höchste Siegelungskraft. Es hat sich im Allgemeinen gezeigt, dass das „Fenster" oder Intervall für die Temperaturen und Stromversorgung, innerhalb derer die adäquate Versiegelung stattfindet, für ein m-PE größer ist als für normale LDPE Heißsiegelungsinnenschichten. Zum Beispiel wird in einer Tetra Brik Aseptic^® Abfüllmaschine (wie beispielsweise TBA/8), die die Verpackungen durch Induktionssiegeln versiegelt, die Stromzufuhr zur Induktionsheizungseinheit durch Skalierungseinheiten gemessen. Das Testergebnis wird als Bereich an Skalierungseinheiten angegeben, innerhalb dessen eine adäquate Versiegelung durchgeführt wird. Somit ist für ein m-PE-Innenmaterial, das vergleichbar mit einem äquivalenten LDPE-Innenmaterial ist, der Bereich der angegebenen Skalierungseinheiten für die Querversiegelung viel breiter. Dies bedeutet, dass es weniger kritisch sein wird, die Temperatureinstellungen des Siegelungsteils der Abfüllmaschinen genau zu justieren, die größtenteils vom Personal in Molkereien und Verpackungsanlagen bedient werden, und dass der Versiegelungsvorgang zuverlässiger sein wird und weniger empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen bei den Versiegelungswerkzeuge.
Dadurch dass die innerste Schicht aus thermoplastischem Kunststoff in dem oben beschriebenen Verpackungslaminat von herkömmlichem LDPE in eine mehrheitlich m-PE umfassende Schicht übergeht, können Heißsiegelungseigenschaften sowie die Integrität der Verpackung verbessert oder alternativ mit geringerem Menge an heißsiegelbarem Polymer beibehalten werden.
Wird jedoch m-PE in der innersten Schicht eines konventionellen Verpackungslaminats anstelle des normalen LDPE verwendet, tritt eine deutliche Verschlechterung der Öffenbarkeit der Öffnungsvorrichtung auf. Plötzlich bricht die Membrane zwischen der Aluminiumfolie und der innersten Schicht aus thermoplastischem Kunststoff, d. h. zwischen der Aluminiumfolie und der Schicht, die ein haftendes Polymer umfasst, und zwar aufgrund der Schraub- und/oder Ziehbewegung der Membrane beim Öffnen der Öffnungsvorrichtung, so dass ein Teil der Membrane bestehen bleibt, das Loch bedeckend, und das Ausgießen des Inhalts der Verpackung behindert. Das Problem scheint durch nicht ausreichende Haftung zwischen der Aluminiumfolie und der benachbarten Schicht aus haftendem Polymer auf der Innenseite der Aluminiumfolie verursacht zu werden.
In einer gleichfalls anhängigen Anmeldung der Anmelderin, der EP-A-1342567 , die vor der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurde, aber erst noch dem Anmeldedatum der vorliegenden Anmel dung veröffentlicht wurde, ist ein Verpackungslaminat mit einer ähnlichen Schichtkonfiguration beschrieben, jedoch ohne das Merkmal eines vorgestanzten Lochs in der Pappkartonkernschicht und ohne das vielschichtige Problem der Öffenbarkeit gegenüber Haftung und innerer mechanischer Stärke der vollständigen Membrane (auch einschließlich Aluminiumfolie) in dem Loch zu beschreiben.
Offenbarung der Erfindung
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung die oben beschriebenen Probleme zu beseitigen oder zu schmälern.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verpackungslaminat mit verbesserter Siegelungsfähigkeit anzugeben, aufweisend eine Kernschicht mit gestanzten Löchern, Öffnungen oder Schlitzen, was für eine gute Öffenbarkeit eines mit einer Öffnungsvorrichtung versehenen Verpackungsbehälters sorgt, die dazu angeordnet ist, die Membrane der laminierten Schichten aus Aluminiumfolie und thermoplastischem Kunststoff von dem Bereich des gestanzten Lochs in der Kernschicht beim Öffnungsvorgang zu entfernen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verpackungslaminat anzugeben, das verbesserte Siegelungseigenschaften aufweist zur Herstellung eines aseptischen, gasdichten Verpackungsbehälters, der er eine verbesserte oder gleichbleibende Verpackungsintegrität hat, wobei der Verpackungsbehälter mit einer Öffnungsvorrichtung versehen ist, die dazu dient, die Membrane der laminierten Schichten aus Aluminiumfolie und thermoplastischem Kunststoff von dem Bereich des gestanzten Lochs in der Kernschicht beim Öffnungsvorgang zu entfernen.
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch das im angehängten Anspruch 1 definierte Verpackungslaminat gelöst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen des Verpackungslaminats gemäß der vorliegenden Erfindung erhielten ferner die kennzeichnenden Merkmale aus den angehängten Unteransprüchen 2–9.
Diese Aufgaben werden somit gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verpackungslaminat erreicht, umfassend eine Kernschicht aus Papier oder Karton mit durchgehenden Löchern, Öffnungen oder Schlitzen, eine Schicht aus thermoplastischem Kunststoff, aufgebracht auf eine Außenseite der Kernschicht, eine Aluminiumfolie, aufgebracht auf die andere, innere Seite der Kernschicht, die sich über das Laminat erstreckt und mithilfe einer dazwischenliegenden Schicht aus thermoplastischem Kunststoff an die Kernschicht gebunden ist, wobei die zwei Schichten aus thermoplastischem Kunststoff sich sowohl über das Laminat erstrecken als auch innerhalb des Bereichs der Löcher aneinander gesiegelt sind, um eine Membrane aus Aluminiumfolie und thermoplastischem Kunststoff zu bilden, sowie eine oder mehrere Schichten aus thermoplastischen Materialien, die auf die andere, innere Seite aus Aluminiumfolie aufgebracht sind, wobei eine oder mehrere Schichten aus thermoplastischen Materialien aus drei Teilschichten bestehen, die da sind eine erste haftende, auf die Aluminiumfolie aufgebrachte Teilschicht, eine zweite dazwischenliegende Teilschicht, bestehend aus Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), und eine dritte innerste Teilschicht, mehrheitlich umfassend ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer, polymerisiert in Gegenwart eines Metallocen-Katalysators, einem so genannten Metallocen-Polyethylen (m-PE).
Bei einem solchen Verpackungslaminat mit einer inneren Struktur, umfassend drei Teilschichten die jeweils haftendes Polymer, LDPE und m-PE in dieser Reihenfolge enthalten, werden eine Verbesserung bei der Siegelungsfähigkeit und den Integritätsqualitäten der Verpackung erreicht, sowie die erforderlichen Eigenschaften hinsichtlich Öffnungsfähigkeit bzw. Öffenbarkeit, zwecks eines Verpackungsbehälters mit einer Öffnungsvorrichtung, die beim Öffnen die Membrane aus laminierten Schichten aus Aluminiumfolie und thermoplastischem Kunststoff aus dem Bereich eines Lochs in der Kernschicht, das vor der Laminierung gemacht wird, entfernt.
Eine Verbesserung der Siegelungsfähigkeit und der Unversehrtheitseigenschaften der Verpackung wurde von der Verwendung eines m-PE anstelle eines LDPE in der innersten Schicht einer Verpackung im Allgemeinen erwartet, weil diese Eigenschaften der m-PE-Qualitäten dem Fachmann bekannt sind. Unter Verbesserung ist auch zu verstehen, wenn die Menge an heißsiegelbarem Polymer bei gleichbleibenden Verpackungsintegritätseigenschaften reduziert werden kann.
Durch die Verwendung von m-PE in der inneren Schicht wurde jedoch die oben definierte Öffenbarkeit deutlich verschlechtert verglichen mit der Verwendung von LDPE, und es wird davon ausgegangen, dass die Stärke des m-PE beim Öffnen zu groß wurde, so dass der schwächste Punkt beim Öffnen an der Schnittstelle zwischen der Aluminiumfolie und der Schicht aus haftendem Polymer liegt, weswegen die Delaminierung zwischen diesen Schichten anstelle der gesamten Entfernung der Lochmembrane auftreten würde.
In einem Vergleichsbeispiel, bei dem die thermoplastische Struktur innerhalb der Aluminiumfolie aus einer ersten Schicht aus einem haftenden Polymer und einer zweiten, innersten entweder aus LDPE oder m-PE bestehenden Schicht besteht, hinterließ die m-PE-Variante eindeutig mehr Rückstände der Membrane innerhalb des Bereichs des Lochs, während die LDPE-Variante zu einem guten, sauber geschnittenen geöffneten Loch führte.
Schrittweise entwickelten die Erfinder also die Theorie, dass es wichtig ist sicherzustellen, dass sich der schwächste Punkt der Membrane beim Öffnen nicht an einer Schnittstelle zwischen den Schichten der Membrane befindet. Die benötigte Kraft, um die Membrane vom Verpackungslaminat um die Kanten des Lochs loszureißen, sollte nicht größer sein als die Adhäsionskraft bzw. Haftfestigkeit zwischen den Schichten, insbesondere zwischen der haftenden Schichten und der Aluminiumfolie, weil sich dies oft als schwächster Punkt während der Entwicklungsarbeit in Verbindung mit dieser Erfindung herausgestellt hat. Um den schwächsten Punkt von dieser Schnittstelle zwischen den Schichten wegzubewegen, werden hauptsächlich zwei Betrachtungen als wichtig erachtet.
Erstens sollte die Haftfestigkeit zwischen der Aluminiumfolie und der Schicht aus haftendem Polymer oberhalb eines bestimmten Niveaus liegen, weshalb beispielsweise auch die Notwendigkeit erkannt wurde, eine Schicht aus einem haftendem Polymer für den Kontakt mit der Aluminiumfolie zu verwenden, wobei diese Maßnahme in sich nicht ausreichend ist. Die Wahl des haftenden Polymers kann natürlich eine Rolle spielen, zusätzlich zu anderen Arten, die Haftung zu erhöhen.
Zweitens sollte die Kraft, die benötigt wird, um das Verpackungslaminat um die Kanten des Lochs abzuziehen gegenüber der Adhäsionskraft ausgeglichen sein, d. h. die Festigkeit der Siegelungsschicht (LDPE/m-PE), entlang der Ebene der Schicht in dem Verpackungslaminat um die Kante des Lochs, sollte unterhalb eines bestimmten Niveaus in Bezug auf die Haftfestigkeit zwischen der Aluminiumfolie und der haftenden Schicht liegen.
Ferner sollten diese zwei Erwägungen zur Öffenbarkeit ausgeglichen sein, um den Erfordernissen hinsichtlich verbesserter Siegelungs- und Verpackungsintegritätseigenschaften durch die Verwendung von m-PE in der(den) Siegelungsschicht(en) zu genügen.
Bei der Erforschung dieser Theorie hat sich unerwarteterweise herausgestellt, dass eine koextrusionsbeschichtete Kombination aus einer innersten Schicht umfassend m-PE mit einer dazwischenliegenden Schicht aus LDPE und einer Schicht aus einem haftenden Polymer, das in Richtung Aluminiumfolie aufgebracht ist, adäquate Öffenbarkeitseigenschaften wie oben beschrieben zuließ und zwar zur gleichen Zeit, wie verbesserte Siegelungsfähigkeiten oder weiterbestehende Integritätseigenschaften der Verpackungen erzielt wurden.
In einer Testreihe war ein Verpackungslaminat mit einer zweilagigen Innenstruktur vergleichbar mit einem Verpackungslaminat mit einer dreilagigen Innenstruktur.
Die Verpackungslaminate besaßen die Struktur einer äußeren Schicht aus 16 g/m² LDPE, einer Pappkernschicht, einer dazwischenliegenden Bindeschicht aus 23 g/m² eines LDPE, einer Aluminiumfolie und der Innenstruktur. Die zweilagige Innenstruk tur hatte eine Schicht aus 6 g/m² eines haftenden Ethylen-Acrylsäure-Copolymers, aufgebracht auf die Aluminiumfolie, und eine innerste Schicht, umfassend m-PE in einer Menge von 20 g/m², aufgebracht neben der haftenden Schicht. Die dreilagige Innenstruktur hatte eine Schicht aus 6 g/m² eines haftenden Ethylen-Acrylsäure-Copolymers, aufgebracht auf die Aluminiumfolie, eine dazwischenliegende Schicht aus 10 g/m² LDPE und eine innerste Schicht umfassend m-PE in einer Menge von 10 g/m², aufgebracht neben der dazwischenliegenden Schicht. Die Ergebnisse zeigten eine bemerkenswerte Verbesserung bei der dreilagigen Variante hinsichtlich Öffenbarkeit einer Schraubdeckelöffnungsvorrichtung von der Sorte, die die Membrane durch eine kombinierte Schraub- und Hochziehbewegung entfernt. Von dem zweilagigen inneren Verpackungslaminat zeigten fast alle bei Raumtemperatur geöffneten Verpackungen Delaminierungen zwischen der Aluminiumfolie und der haftenden Schicht. Das Ergebnis war nahezu dasselbe bei Kühltemperatur. Von dem dreilagigen inneren Verpackungslaminat zeigten jedoch signifikant weniger Verpackungen Delaminierungen zwischen der Aluminiumfolie und der haftenden Schicht (8 von 50 sowohl bei Umgebungsals auch bei Kühltemperatur). Die Ergebnisse aus diesen frühen Testreihen wurden seither weiter verbessert, indem die Laminatstruktur und der Laminierungsprozess optimiert wurden.
Die innerste Schicht gemäß der Erfindung umfasst mehrheitlich ein Ethylen-Alpha-Olefin-Copolymer, das in Gegenwart eines Single-Site-Katalysators, der eine Metallocen-Übergangsverbindung enthält, polymerisiert wurde. Das Ethylen-Alpha-Olefin-Copolymer (m-PE) ist am häufigsten ein lineares Polyethylen niedriger Dichte, d. h. ein m-LLDPE. Das für die Erfindung nützliche m-PE besitzt eine Dichte von 0,865 bis 0,935, bevorzugt von 0,890 bis 0,925, bevorzugter von 0,900 bis 0,915 g/cm³ und einen Schmelz(fluss)index (MI) von 1 bis 20, bevorzugt von 10 bis 20 g/10 min bei 190°C, 2,16 kg (ASTM 1278). Das copolymerisierte Alpha-Olefin hat 4–8 Kohlenstoffatome und ist ausgewählt aus der Gruppe aus 1-Buten, 1-Methyl-1-Penten, 1-Hexen, 1-Hegten oder 1-Octen und ist üblicherweise in einer Menge von 15 Gew.-% oder weniger copolymerisiert.
Bevorzugt und insbesondere, wenn das m-PE ein lineares Polyethylen ist, ist es vorteilhaft, das m-PE mit einem LDPE zu mischen, um die erforderlichen Verarbeitbarkeitseigenschaften zu erzielen, wie beispielsweise Schmelzelastizitäts-, Kaltverfestigungs- und Strukturviskositätseigenschaften. Bevorzugt umfasst die innerste Schicht eine Mischung aus einem m-PE mit von 20 bis zu weniger als 50 Gew.-% LDPE, am bevorzugten mit von 30 bis 40 Gew.-% LDPE. Im Allgemeinen sollte eine Mischung aus m-PE und LDPE innerhalb dieser Bereiche liegen, weil eine Mischung mit mehr als 80 Gew.-% an m-PE dazu tendiert, im Schmelzextrusionsprozess schwieriger zu handhaben zu werden, während eine Mischung mit weniger als 50 Gew.-% an m-PE dazu neigt, die vorteilhaften Eigenschaften zu verlieren, die mit der Verwendung von m-PE verbunden sind. Eine optimal arbeitende Mischung für den Zweck des Verpackungslaminats der Erfindung hat eine Menge von 30 bis 40 Gew.-% an LDPE.
Bevorzugt umfassen die äußere Schicht aus thermoplastischem Kunststoff und die dazwischenliegende Haftschicht aus thermoplastischem Kunststoff hauptsächlich ein Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), obwohl es möglich sein kann, eine Mischung aus einem anderen oder modifizierten Polyolefin mit ähnlichen Eigenschaften in diesen Schichten zu verwenden, um ein Verpackungslaminat gemäß der Erfindung vorzubereiten.
Die gemäß der Erfindung verwendeten LDPE besitzen eine Dichte von über 0,910 g/cm³, bevorzugt von 0,912–925 und bevorzugter von 0,915–0,920, eine Schmelz(fluss)index (MI) von 1–15 g/10 min (ASTM 1278) und sind nicht lineare Qualitäten, schließen somit LLDPE und m-LLDPE aus.
Das LDPE der zweiten dazwischenliegenden Teilschicht, das LDPE, das in der Außenschicht auf den anderen Seite der Kernschicht verwendet wird, und das LDPE in der dazwischenliegenden Bindeschicht zwischen der Kernschicht und der Aluminiumfolie können von derselben Sorte oder unterschiedlicher Art sein.
Die innerste, dreilagige Struktur des Laminats sollte eine bestimmte Mengengesamtdicke der heißsiegelbaren Ethylenpolymerschichten haben. Bei einer dünneren Schicht ist es jedoch ausreichend, das m-PE denn die Schicht aus LDPE aufzuweisen, um die verbesserten Siegelungsfähigkeiten und Verpackungsintegritätseigenschaften und gleichzeitig gute Öffnungsfähigkeiten zu liefern.
Bevorzugt wird die zweite dazwischenliegende Teilschicht aus LDPE in einer Menge von 10–25, bevorzugt 16–20 g/m² aufgetragen und die innerste m-PE umfassende Teilschicht wird in einer Menge von 8–18, bevorzugt 8–12 g/m² aufgebracht. Die am meisten bevorzugten Mengen an entsprechenden Schichten betragen 18 g/m² des LDPE und 10 g/m² der innersten Schicht, die das m-PE umfasst. Es versteht sich, dass die Variationen der Polymermengen, die durch einen Extrusionsbeschichtungsvorgang aufgebracht werden, normalerweise innerhalb von +/–2 g/m² liegt.
Bevorzugt beträgt die gesamte Schüttmenge an aufgebrachter innerster dreilagiger Struktur wenigstens 32–38 g/m². Bei geringeren Gesamtmengen wäre es notwendig, größere Mengen der innersten Teilschicht, die mehrheitlich m-PE umfasst, aufzubringen, um eine Verbesserung der Verpackungsintegrität und Siegelungsfähigkeit zu erreichen, wobei die größeren Mengen jedoch die Öffnungsfähigkeitseigenschaften negativ beeinflussen würden. Andererseits würden bei zu hohen Gesamtmengen an Teilschichten die Öffnungsfähigkeit noch immer negativ beeinflusst werden und zwar aufgrund des Widerstands gegen Reißen und Ziehen der gesamten Masse an Schichten. Somit hat sich gezeigt, dass eine optimale Gesamtmenge bei 35 g/m² liegt.
Die erste, ein haftendes Polymer enthaltende Teilschicht sollte bevorzugt auch eine bestimmte Dicke haben und zur Gesamtdicke der innersten dreilagigen Struktur beitragen. Die Dicke der haftenden Teilschicht kann von 1 bis 10 g/m² betragen. Eine optimale Dicke der haftenden Teilschicht wurde bei einer aufgetragenen Menge von 4–9 g/m² gefunden, am bevorzugten bei einer aufgetragenen Menge von 7 g/m². Größere Auftragsmengen würden das Verpackungslaminat aufgrund der allgemein höheren Kosten für haftende Polymere verteuern.
Bevorzugt umfasst die erste Teilschicht gemäß der Erfindung ein Copolymer aus Ethylen und (Meth)acrylsäure (EAA oder EMAA). Beispiele solcher Polymere werden unter den Namen Primacor, Escor und ähnlichen vertrieben. Auch andere modifizierte Polyolefine sind als haftende Polymere für die Erfindung brauchbar, z. B. maleinsäureanhydrid-modifizierte Polyethylene, die zum Beispiel unter dem Namen Bynel vertrieben werden, sind aber weniger bevorzugt. Die Methacrylsäure-Sorte der modifizierten, linearen Polyethylene scheint die besten Haftergeb nisse in dem entsprechenden Verpackungslaminat für den Zweck der Erfindung zu liefern. Eine mögliche gleichartige Alternative wären Ionomerklebstoffe, wie die unter dem Namen Surlyn vertriebenen.
Die für das Verpackungslaminat der Erfindung beabsichtigten Pappqualitäten weisen im Allgemeinen eine Steifigkeit von etwa 200 mN bis 400 mN auf. Insbesondere 260 mN und 370 mN Pappen wurden erfolgreich getestet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen zur Herstellung des Verpackungslaminats, wie in dem unabhängigen Anspruch 10 spezifiziert, wobei die innere Schicht aus thermoplastischem Kunststoff als drei Teilschichten extrusionsbeschichtet ist, durch Aufbringen einer ersten haftenden Teilschicht auf die Aluminiumfolie, eine zweite dazwischenliegende Teilschicht aus LDPE und eine dritte innerste, mehrheitlich ein m-PE umfassende Teilschicht. Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens haben die kennzeichnenden Merkmale, die in den beigefügten Unteransprüchen 11–17 angegeben sind.
Am bevorzugten werden die drei Teilschichten auf die andere, innere Seite der Aluminiumfolie durch Coextrusionsbeschichten der drei Schichten in einem Verfahrensschritt aufgebracht. Es wäre wahrscheinlich auch möglich, die erste und zweite Teilschicht miteinander zu extrudieren, während die dünne, innerste Teilschicht auf die zweite dazwischenliegende Teilschicht in einem separaten Schritt extrusionsbeschichtet wird. Es gibt jedoch einige wichtige Vorteile beim gleichzeitigen Coextrusionsbeschichten von allen drei Schichten. Neben den offensichtlichen Vorteilen eines einfachen Verfahrens, d. h. einem Extru sionsbeschichtungsschritt anstelle von zweien, und erhöhter Stabilität des extrudierten Schmelzfilms durch entsprechende, sich gegenseitig stützende Teilschichten, liegt auch ein wichtiger Vorteil darin, dass die Temperatur der extrudierten Schmelze höher bleibt, bis der Schmelzfilm die Substrataluminiumfolie erreicht, was wiederum die Haftung zwischen der haftenden Teilschicht und der Folie zu verbessern scheint. Man geht davon aus, dass die Hitze von dem Schmelzfilm der zweiten Teilschicht an die erste haftende Teilschicht weitergegeben wird, oder die Hitze der ersten haftenden Teilschicht während des Transports durch den Luftspalt aufgrund der höheren Schmelztemperatur der dazwischenliegenden Teilschicht besser konserviert wird. Es war vorbekannt, dass eine Polyethylenschicht, die auf eine Aluminiumfolie extrusionsbeschichtet wird, eine bessere Haftung gegenüber der Folie erreichen würde, je höher die Extrusionstemperatur ist. Es war jedoch nicht bekannt oder wurde gar erwartet, dass dieser Effekt auch über eine Schicht aus haftendem Polymer auftreten würde, die selbst nicht bei einer zu hohen Temperatur extrudiert werden kann, weil das Risiko besteht, dass es stattdessen zu einer Degradation bzw. einem Abbau und einem Verlust an Haftungseigenschaften kommen würde. Indem man die drei Teilschichten miteinander coextrudiert, wird dieser Effekt der Wärmeerhaltung in der ersten Teilschicht so hoch wie möglich sein, und somit ist dieses Verfahren das bevorzugte.
Bevorzugt wird die zweite dazwischenliegende Teilschicht bei einer höheren Temperatur als die erste Teilschicht und die zweite Teilschicht extrudiert. Indem man dies tut, wird die Hitze von der zweiten Teilschicht zur ersten haftenden Teilschicht übertragen, und der obige Effekt wird weiter verstärkt. Durch Aufbringen einer dickeren, zweiten Teilschicht wird eine Hitze, die eine noch höhere Temperatur hat, an die erste haftende Teilschicht übertragen. Bevorzugt sollte die dritte, innerste Teilschicht bei einer Temperatur extrudiert werden, die so niedrig wie möglich ist, um zu vermeiden, dass mögliche Spuren von Substanzen aus der Polymerdegradation, bedingt durch den Einfluss der hohen Temperatur auf die Polymerschmelze, frei werden und in die befüllten Inhalte der Verpackung eindringen, d. h. um Probleme mit dem so genannten "Beigeschmack" des befüllten Nahrungsmittelprodukt zu vermeiden.
Am bevorzugten ist die erste Teilschicht, die ein haftendes Polymer enthält, und auch die dritte Teilschicht, die mehrheitlich ein m-PE enthält, bei der niedrigeren Temperatur von 260–280°C extrudiert, was die Temperatur der Schmelze in dem Extruder ist. Diese Temperatur baut die jeweilige Polymerschmelze nicht ab und hat sich als eine optimale Temperatur herausgestellt, um noch eine gute Haftung an den umgebenden Schichten zu erzielen. Die zweite dazwischenliegende Teilschicht aus LDPE wird mit der ersten und dritten Teilschicht bei einer höheren Temperatur von 285–300°C, bevorzugt bei 310–315°C coextrudiert. Bei diesen Temperaturwerten wurde eine verbesserte Haftung zwischen der Aluminiumfolie und der ersten haftenden Schicht sowie eine verbesserte Öffnungsfähigkeit beobachtet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Aluminiumfolie einer Oberflächenaktivierungsbehandlung unterzogen und zwar mittels Flammbehandlung, bevor sie mit den drei inneren Teilschichten beschichtet wird. Eine solche Behandlung mit Gasflammen gegen die Aluminiumfolienoberfläche hat sich insofern bewährt, als dass die Haftung zwischen der Aluminiumfolie und der ersten haftenden Teilschicht noch weiter zunimmt, und sie somit zur verbesserten Öffnungsfähigkeit der Membrane des Öffnungslochs beiträgt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verpackungsbehälter bereitgestellt, der aus dem Verpackungslaminat der Erfindung hergestellt wird und einen optimierten Ausgleich zwischen Öffnungsfähigkeit und Verpackungsintegrität und Siegelungsqualität aufweist, wie in den Ansprüchen 18–20 spezifiziert.
Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
Weitere Vorteile und günstige kennzeichnende Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen deutlich, darin zeigen:
1 einen Querschnitt eines laminierten Verpackungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 schematisch ein Verfahren zur Herstellung des laminierten Verpackungsmaterials, das in Zusammenhang mit 1 beschrieben ist,
3 schematisch eine Öffnungsvorrichtung, für die das Verpackungslaminat der Erfindung besonders gut geeignet ist, und
4 eine perspektivische Seitenansicht eines formstabilen und haltbaren Verpackungsbehälter, ausgestattet mit einer Öffnungsvorrichtung wie in 3 exemplarisch dargestellt, wobei der Verpackungsbehälter aus einem laminierten Verpackungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezugnehmend auf 1 enthält das Verpackungslaminat der Erfindung 10 eine Kernschicht 11, die aus einer formstabilen, aber faltbaren Pappe oder einem Karton besteht. Die Kernschicht ist mit durchgehenden Löchern, Öffnungen oder Schlitzen ausgestattet, um Öffnungsvorrichtungen auf den aus dem Verpackungslaminat hergestellten Verpackungen anzubringen. Auf einer Seite, die die Außenseite einer aus dem Laminat hergestellten Verpackung ist, d. h. die nach außen, weg von dem befüllten Nahrungsmittelprodukt zeigende Seite der Kernschicht 11, wird eine Schicht aus heißsiegelbarem thermoplastischen Kunststoff 12 aufgebracht, der auch eine Flüssigkeits- und Feuchtigkeitssperre für diese Seite der Kernschicht liefert. Die äußere thermoplastische Schicht ist bevorzugt in einer Menge von 10–17, bevorzugt 12 g/m² aufgebracht, und ist insbesondere ein Polyethylen, wie beispielsweise ein Polyethylen niedriger Dichte (LDPE).
Auf der anderen, inneren Seite der Kernschicht, die zum Inneren einer aus dem Laminat hergestellten Verpackung weist, wird eine Gassperrschicht aus einer Aluminiumfolie 13 mithilfe einer dazwischenliegenden Bindeschicht aus thermoplastischem Kunststoff 14 aufgebracht, insbesondere ein Polyethylen, wie beispielsweise LDPE. Die dazwischenliegende Bindeschicht ist in einer Menge von 23 bis 27, bevorzugt 25 g/m² aufgebracht.
Auf der Innenseite der Aluminiumfolie, d. h. der Seite, die nicht an die Kernschicht gebunden ist, wird eine thermoplastische Struktur 15 aus drei Teilschichten aufgebracht. Eine erste Teilschicht 15-1, umfassend ein haftendes Polymer, ist angeordnet, um die Aluminiumfolie zu berühren und um für ausrei chende Haftung zwischen der Aluminiumfolie und der zweiten dazwischenliegenden Teilschicht 15-2 aus LDPE zu sorgen, und eine dritte innerste Teilschicht 15-3, umfassend mehrheitlich ein Ethylen-Alpha-Olefin, das bei Vorhandensein eines Single-Site-, Metallocen-, Katalysators (m-PE) polymerisiert wird, nahe der zweiten Teilschicht aufgebracht wird.
Alle Schichten 12, 13, 14 und 15-1, 2, 3 erstrecken sich über das Laminat und bedecken somit auch die Bereiche der Löcher auf beiden Seiten der Kernschicht.
Das haftende Polymer ist bevorzugt ein Copolymer aus Ethylen und Acrylsäure oder Methacrylsäure. Die dritte innerste Teilschicht besteht bevorzugt aus einer Mischung aus 60–70 Gew.% m-PE und 30–40 Gew.-% LDPE.
Die bevorzugtesten Mengen der entsprechenden thermoplastischen Teilmengen betragen 7 g/m² der ersten Teilschicht 15-1, 18 g/m² der zweiten Teilschicht 15-2 und 10 g/m² der dritten Teilschicht 15-3. Die innere Struktur der thermoplastischen Teilschichten wird somit in einer Gesamtmenge von 35 g/m² aufgetragen.
In einem Vergleichsbeispiel wurden ein Verpackungslaminat mit einer Struktur aus drei Teilschichten in Mengen von 7, 18 und 10 g/m², wie oben beschrieben, und ein Verpackungslaminat mit einer inneren Struktur mit Mengen von 17, 14 und 14 g/m² unter denselben Bedingungen hergestellt. Das 7-18-10 Verpackungslaminat zeigte weniger Störungen beim Öffnen von Verpackungsbehältern aus dem Laminat als das 7-14-14 Laminat, das insbesondere eine dickere innerste, m-PE umfassende Teilschicht hatte. Mit weniger Störungen sind weniger Delaminierungen der Membra ne in dem Loch gemeint, und es finden sich weniger Rückstände aus Polymer und Aluminiumfolie von der Membrane innerhalb des Lochbereichs.
In 2 in einem Verfahren 20 zur Herstellung des Verpackungslaminats der Erfindung wird eine Bahn aus einer Pappkernschicht 21 durch eine Stanzstation 22 nach vorne geführt, wo die Pappe mit Löchern zum späteren Aufbringen von Öffnungsvorrichtungen auf den Verpackungen versehen wird. Die gelochte Bahn 21' wird weiter zu einer Laminierungsstation 25 befördert, in der eine Bahn aus Aluminiumfolie 23 von einem Extruder 24 an eine Seite der Pappe laminiert wird durch Extrudieren einer dazwischenliegende Bindeschicht aus LDPE zwischen der Pappbahn und der Bahn aus Aluminiumfolie. Die Kernschicht und die Aluminiumfolie werden in einer Andruckwalze zusammengepresst, wodurch sie zu einem Laminat aus Pappe und Aluminiumfolie 26 werden. Das Laminat 26 wird nach vorne zur nächsten Laminierungsstation 28 befördert, wo die innerste Struktur der thermoplastischen Teilschichten 15 mittels Coextrusionsbeschichten auf die Aluminiumseite des Laminats 26 aufgebracht wird.
Die drei Teilschichten 15-1, 15-2 und 15-3 werden von einem entsprechenden Extruder in eine Coextrusionsanordnung befördert, bevorzugt einen Zuführblock 27, um durch einen Stempel in einen dreischichtigen Schmelzfilm geformt zu werden, der auf das Substrat gestrichen werden soll, d. h. die Aluminiumseite des Laminats 26, gepresst und gekühlt in einem Walzenspalt 28, wodurch das mit dem heißsiegelbaren thermoplastischen Kunststoff beschichtete Laminat auf der Innenseite gebildet wird. Die gelochte Pappkernbahn 21' kann mit einer Außenschicht aus thermoplastischem Kunststoff auf ihrer anderen, äußeren Seite durch Extrusionsbeschichtung (nicht gezeigt) beschichtet werden und zwar vor dem Schritt des Laminierens an die Aluminiumfolie bei 25 oder nach dem Schritt des Extrusionsbeschichtens 28 der innersten Seitenteilschichten oder zwischen diesen Verfahrensschritten.
Eine doppelt wirkende Druckwalze kann an allen Laminierungsstationen 25, 28 und bei der Laminierung der äußeren Schicht auf die Außenseite der Kernschicht verwendet werden, in Kombination mit einem ziemlich hohen Walzenspaltdruck, um eine optimale Haftung zwischen den Laminatschichten der Membranen innerhalb der Bereiche der Löcher zu erzielen, wobei Lufteinschlüsse zwischen den Schichten nahe den Kanten um die Löcher vermieden werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Oberfläche der Aluminiumfolie durch eine Flammbehandlung 29 aktiviert, bevor sie mit den Innenschichten aus thermoplastischem Kunststoff 15, bei 27, beschichtet wird.
In einem Vergleichsbeispiel wurde ein Verpackungslaminat mit einer innersten dreilagigen Struktur, aufweisend 7 g/m² des haftenden Polymers, 18 g/m² des dazwischenliegenden LDPE und 10 g/m² der innersten, mehrheitlich m-PE umfassenden Teilschicht, durch Extrusionsbeschichten mit und ohne vorausgegangener Flammbehandlung der Aluminiumfolie im Inneren produziert. Bei vorausgegangener Flammbehandlung war die Haftstärke zwischen der Aluminiumfolie und der ersten haftenden Teilschicht größer als ohne Flammbehandlung. In Verpackungen, die aus dem Laminat hergestellt und mit den Öffnungsvorrichtungen des Abschraub-/Hochziehtyps ausgestattet wurden, gab es nur sehr wenige Anmerkungen hinsichtlich Öffnungsfähigkeit, die zudem bloß ästhetischer Art waren. Ohne vorausgegangene Flammbehandlung wurden etwas mehr Rückstände der Membrane in dem Loch beobachtet. Somit kam man zu der Schlussfolgerung, dass eine Flammbehandlung der Aluminiumfolie zu bevorzugen ist, wenn die Erfindung ausgeführt wird.
In 3 in einem Beispiel für eine beabsichtigte Öffnungsanordnung 30 ist die laminierte Membrane 31, umfassend Schichten aus thermoplastischem Kunststoff und Aluminiumfolie, an einen Schraubdeckel 32, der Teil einer am Verpackungsbehälter aufgebrachten Öffnungsvorrichtung ist, an einer Schnittstelle 33 gesiegelt. Beim Öffnen, wenn der Schraubdeckel 32 mithilfe einer Gewindeanordnung mit den umgebenden Teilen der Öffnungsvorrichtung 34 nach oben abgeschraubt wird, wird die Membrane entlang den Kanten um das Loch 35 gerissen und gleichzeitig zusammen mit dem Deckel nach oben gezogen.
In 4 ist eine typische aseptische Verpackung des Typs Tetra Brik Aseptic^® mit einer Öffnungsvorrichtung, wie in 3 beschrieben, vorgesehen. Das Loch mit der Membrane ist am oberen Teil des Verpackungsbehälters vorgesehen, und dort ist eine Öffnungsvorrichtung aus geformtem Kunststoff auf der Membrane über dem Loch befestigt, wobei die Öffnungsvorrichtung aus einem Rahmen und einem Schraubdeckel besteht, der in diesen geschraubt ist. Die Öffnungsvorrichtung kann ferner mit einem so genannten Sicherheitsnachweis ausgestattet sein, dessen Position angibt, ob der Verpackungsbehälter geöffnet wurde oder nicht.
Somit ist die Schlussfolgerung zu ziehen, dass die vorliegende Erfindung, die oben unter besonderer Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben wurde, nicht auf diese beschriebe nen Ausführungsformen beschränkt und ausschließlich beispielhaft gezeigt ist, und dass für einen Fachmann offensichtliche Modifikationen und Änderungen möglich sind, ohne dabei vom erfinderischen Konzept, wie in den angehängten Ansprüchen offenbart, abzuweichen.

Claims

Verpackungslaminat (10), umfassend eine Kernschicht aus Papier oder Karton (11), wobei die Kernschicht durchgehende Löcher, Öffnungen oder Schlitze hat, eine Schicht aus Thermoplast (12), die auf eine äußere Seite der Kernschicht aufgebracht ist, eine Aluminiumfolie (13), die auf die andere, innere Seite der Kernschicht aufgebracht ist, sich über das Laminat erstreckt und an die Kernschicht mithilfe einer dazwischenliegenden Schicht aus Thermoplast (14) gebunden ist, wobei sich die beiden Thermoplastschichten (12, 14) über das Laminat erstrecken und innerhalb der Bereiche der Löcher aneinander gesiegelt sind, um eine Membrane aus Aluminiumfolie (13) und Thermoplast (12, 14) zu bilden, sowie eine oder mehr Schichten aus thermoplastischem Material, die auf die andere, innere Seite der Aluminiumfolie aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehr Schichten aus thermoplastischem Material aus drei Teilschichten bestehen, die da sind eine erste haftende, auf die Aluminiumfolie aufgebrachte Teilschicht (15-1), eine zweite dazwischenliegende Teilschicht (15-2), bestehend aus Polyethylen (LDPE) niedriger Dichte, und eine dritte innerste Teilschicht (15-3), mehrheitlich umfassend ein so genanntes Metallocen-Polyethylen (m-PE), d. h. ein Ethylen-α- Olefin-Copolymer, polymerisiert in Gegenwart eines Metallocen-Katalysators.
Verpackungslaminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte, innerste Teilschicht (15-3) eine Mischung aus einem m-PE mit von 20 bis zu unter 50 Gew.-% LDPE ist.
Verpackungslaminat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte, innerste Teilschicht (15-3) eine Mischung aus Metallocen-Polyethylen mit 30 bis 40 Gew.-% LDPE ist.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, dazwischenliegende Teilschicht (15-2) in einer Menge von 16–20 g/m² und die innerste Teilschicht (15-3) in einer Menge von 8–12 g/m² aufgebracht ist.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, dazwischenliegende Teilschicht (15-2) in einer Menge von 18 g/m² und die innerste Teilschicht (15-3) in einer Menge von 10 g/m² aufgebracht ist.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, haftende Teilschicht (15-1) in einer Menge von 4–9 g/m² aufgebracht ist.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Teilschichten (15-1, 2, 3) in einer Gesamtmenge von 32–38 g/m² aufgebracht sind.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die haftende Teilschicht (15-1) ein Copolymer aus Ethylen und (Meth)Acrylsäure (E(M)AA) umfasst.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der in der äußeren Schicht (12) und der dazwischenliegenden Bindeschicht (14) verwendete Thermoplast ein LDPE desselben oder eines anderen Typs ist.
Verfahren zur Herstellung von laminiertem Verpackungsmaterial (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte des Versehens einer Bahn (21') aus einer Kernschicht mit Löchern, Öffnungen oder Schlitzen (35), des Beschichtens (24) einer äußeren Seite der Kernschicht mit einer Schicht aus Thermoplast (12), und dabei auch des Bedeckens der Löcher, und des Laminierens (25) der anderen, inneren Seite der Kernschicht an eine Aluminiumfolie (23) durch Aufbringen einer Zwischenschicht aus Thermoplast (24), so dass die beiden Schichten aus Thermoplast in den Bereichen der Löcher aneinander gesiegelt werden, wodurch eine Membrane (31) aus Aluminiumfolie und Thermoplast in den Bereichen der Löcher (35) gebildet wird, des Extrusionsbeschichtens (27, 28) der anderen, inneren Seite der Aluminiumfolie mit einer oder mehr inneren Schichten aus Thermoplast, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Schichten aus Thermoplast als drei Teilschichten extrusionsbeschichtet (27) werden, durch Auf bringen einer ersten klebenden Teilschicht (15-1) auf die Aluminiumfolie, einer zweiten, dazwischenliegenden, aus LDPE bestehenden Teilschicht (15-2), und einer dritten, innersten Teilschicht (15-3) mehrheitlich ein m-PE umfassend.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Teilschichten (15-1, 2, 3) auf die andere, innere Seite der Aluminiumfolie (23) mittels Coextrusionsbeschichten (27, 28) der drei Schichten in einem Verfahrensschritt aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, dazwischenliegende Teilschicht (15-2) in einer Menge von 16–20 g/m² und die innerste Teilschicht (15-3) in einer Menge von 8–12 g/m² aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, dazwischenliegende Teilschicht (15-2) in einer Menge von 18 g/m² und die innerste Teilschicht (15-3) in einer Menge von 10 g/m² aufgebracht sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–13, dadurch gekennzeichnet, dass die haftende Teilschicht (15-1) in einer Menge von 4–9 g/m² aufgebracht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–14, dadurch gekennzeichnet, dass die drei inneren Teilschichten bei unterschiedlichen Temperaturen extrudiert werden, die zweite, dazwischenliegende Teilschicht (15-2) bei einer höhe ren Temperatur als die erste und die dritte Teilschicht (15-1, 15-3) extrudiert wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, haftende Teilschicht (15-1) und die dritte, innerste Teilschicht (15-3) bei einer Temperatur von 260–280°C extrudiert werden, und die zweite, dazwischenliegende Teilschicht (15-2) bei einer Temperatur 285–320°C extrudiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumfolie (23) einer oberflächenaktivierenden Behandlung (29) mittels Flammenbehandlung unterzogen wird, bevor sie mit den drei inneren Teilschichten (15-1, 2, 3) beschichtet wird.
Verpackungsbehälter (40), hergestellt aus dem in einem der Ansprüche 1–9 angegebenen Laminat (10).
Verpackungsbehälter (40) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Öffnungsvorrichtung (30; 32, 34) versehen ist, die auf den Bereich der und um die Membrane und das Loch (35) aufgebracht ist.
Verpackungsbehälter (40) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsvorrichtung (30) einen Schraubdeckel (32) umfasst, der die Verpackung durch Entfernen der Membrane (31) von dem Bereich des Lochs (35) durch eine kombinierte Schraub- und Hochziehbewegung öffnet.