DE69434157T2

DE69434157T2 - Verpackungsschichtstoff mit Gas- und Aromabarriereeigenschaften

Info

Publication number: DE69434157T2
Application number: DE69434157T
Authority: DE
Inventors: Anne Roulin; Bertrand M. Jaccoud
Original assignee: Tetra Pak Suisse SA
Current assignee: Tetra Pak Suisse SA
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1994-06-01
Publication date: 2005-11-10
Anticipated expiration: 2014-06-02
Also published as: EP0943426A2; AU6657494A; WO1994029103A1; DE69434157D1; JP3794841B2; EP0943426B1; EP0943426A3; EP0652829A1; CH685755A5; JP3094038B2; JPH11222227A; JPH08500068A; JP3831536B2; JPH11321847A; AU679744B2; CA2138964A1; US5508075A; CA2138964C; ATE283168T1; ES2227933T3

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verpackungsschichtstoffe und genauer gesagt auf Schichtstoffe zum Verpacken von Nahrungsprodukten, die verbesserte Sperreigenschaften aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
Flexible Verpackungsschichtstoffe (Laminate) werden seit vielen Jahre zum Verpacken von Nahrungsprodukten verwendet. Beispielsweise ist Milch in Kartons verpackt worden, die aus einem Laminat aus Kartonpapier mit einer Beschichtung aus Polyethylen auf beiden Seiten hergestellt werden, so dass die Oberflächen des Kartons miteinander heißversiegelt werden können, um einen Karton der gewünschten Form zu bilden. Einige Nahrungsprodukte, wie etwa Orangensaft, verlieren aufgrund des Eindringens von Sauerstoff durch die Wand des Kartons ihren Nährwert. Um das Eindringen von Sauerstoff in den Karton zu vermindern und den Abbau von Nährstoffen wie etwa Vitamin C zu minimieren, ist es üblich gewesen, dem Laminat eine Schicht aus Aluminiumfolie hinzuzufügen. Obwohl Aluminiumfolie als Sperr-Material effektiv ist, erheben sich Bedenken bezüglich der Umwelt. Verschiedene Versuche sind unternommen worden, um praktische Alternativen zu Aluminiumfolie zu entwickeln, die überlegene Sauerstoff-, Gas- und Aromasperreigenschaften aufweisen, und die dennoch nach Verwendung einfach wegwerfbar sind.
Beim Verfahren des Verpackens von Nahrungsprodukten kann ein Kartonrohling längs einer oder mehrere Faltlinien gefaltet werden, um dem Karton zu gestatten, richtig geformt zu werden und überlappende Bereiche des Verpackungsmaterials auszubilden, um entweder durch das Aufbringen eines geeigneten Klebstoffs oder durch Heißversiegeln von Thermoplastenschichten miteinander eine Abdichtung zu bilden. Das Falten des Laminats vermittelt am Laminat eine Spannung, die hinreichend groß sein kann, um ein Lecken zu verursachen oder die das Laminat zumindest hinreichend schwächen kann, so dass eine nachfolgende Handhabung des Kartons zu einem Lecken führen kann.
Aufgaben und Zusammenfassung der Erfindung
Im Hinblick auf die Unzulänglichkeiten vorbekannter Sperrlaminate ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, ein Verpackungslaminat bereitzustellen, das überlegene Sperreigenschaften aufweist.
Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein Verpackungslaminat bereitzustellen, das flexibel ist und einfach zu Packungen geformt werden kann, wobei konventionelle Verpackungsmaschinen verwendet werden.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verpackungslaminat bereitzustellen, das einfach ohne Schaden für die Umwelt weggeworfen werden kann.
Diese Aufgaben werden durch ein Laminat erreicht, das ein Substrat aufweist, auf das durch chemische Dampfabscheidung eine Schicht aus Siliziumoxid aufgebracht wird. Das Siliziumoxid, das abgeschieden wird, hat die allgemeine Formel SiO_x, wobei x im Bereich zwischen 1,5 und 2,2 liegt.
Plasmagestützte Dampfphasenabscheidung (PECVD, Plasma enhanced chemical vapor deposition) ist eine bekannte Technik, welche, wenn gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt, auf dem Konzept basiert, dass eine Mischung einer verdampften, organischen Siliziumverbindung, z. B. Tetramethyldisiloxan (TMDSO) oder Hexamethyldisiloxan (HMDSO), ein inertes Gas (z. B. Helium) und Sauerstoffgas einer Vakuumkammer zugeführt werden, wo ein Plasma gezündet wird und die verdampfte Siliziumverbindung mit Sauerstoff reagiert, um die maßgebliche Siliziumoxidverbindung zu bilden, die auf einem gekühlten Substrat oder einer Kernschicht in der Vakuumkammer abgelagert oder an sie chemisch gebunden wird.
Durch Regulieren der Menge an Sauerstoff in der Gasmischung, die der Vakuumkammer zugeführt wird, ist es möglich, die chemische Reaktion innerhalb der Vakuumkammer in solch einer Weise zu steuern, dass das derart gebildete Siliziumoxid die chemische Formel SiO_x annimmt, bei der x von einem Wert von weniger als 1,5 bis zu Werten weit jenseits von 2,5 variieren kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die chemische Reaktion so gesteuert, dass x im Bereich von zwischen 1,5 und 2,2 liegt, was sich als der Bereich erwiesen hat, innerhalb dessen die gebildete Siliziumoxidverbindung optimale Eigenschaften bezüglich Sauerstoffgas- und Aromasperre und andere für das Verpackungslaminat wertvolle Eigenschaften zeigt.
Das chemische Plasmaabscheidungsverfahren wird in solcher Weise gesteuert, dass die Siliziumoxidverbindung direkt auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet wird, wodurch die Ausbeute der involvierten chemischen Reaktion hoch ist, z. B. 45%, während die Kompaktheit der derart ausgebildeten Siliziumoxidschicht auf dem Substrat oder der Kernschicht vom Sperrenstandpunkt aus hoch sein wird, so dass die Siliziumoxidschicht ohne jeglichen Verlust der gewünschten Sperreigenschaften sehr dünn gemacht werden kann. Die bevorzugten Substrate sind flexible thermoplastische Materialien, wie etwa Polyethylen, Polypropylen oder Polyethylenterephthalat (PET).
Man hat herausgefunden, dass die durch PECVD ausgebildete Siliziumoxidschicht in der Lage ist, einer maßgeblichen Ausdehnung zu widerstehen, ohne zu reißen. Dies ist insbesondere eine wichtige Eigenschaft, wenn die Siliziumoxidschicht in ein Laminat eingebaut wird, das zum Verpacken von Flüssignahrungsmitteln verwendet werden soll. Typischerweise hat das Verpackungslaminat Faltlinien, die auf der Oberfläche des Laminats ausgebildet sind, um das Biegen und Falten zum Ausbilden einer Verpackung zu erleichtern. Die Fähigkeit der Siliziumoxidschicht, ohne Reißen deformiert zu werden, stellt sicher, dass kein Lecken längs der Faltlinien auftritt. Die durch plasmagestützte Gasphase gebildete dünne Siliziumoxidschicht ist insbesondere beim Verpacken von Flüssignahrungsmitteln nützlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in den beigefügten Zeichnungen illustriert, in denen:
1 eine Grafik ist, welche die Beziehung der Prozentauslängung zur Sauerstoffdurchlässigkeit für ein konventionelles Laminat von SiO_x und Polyethylen und für das SiO_x-Laminat dieser Erfindung zeigt;
2 ein Graph ist, der die Beziehung der Dicke der SiO_x-Sperrschicht dieser Erfindung zur Sauerstoffpenetration zeigt;
3 eine Aufsicht auf ein Verpackungslaminat mit Faltlinien gemäß dieser Erfindung ist;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Laminats längs der Linie 4-4 in 3 ist;
5 schematisch ein Verpackungslaminat gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
6 schematisch ein Verpackungslaminat gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
7 schematisch ein Verpackungslaminat gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
8 schematisch ein Verpackungslaminat gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
9 schematisch ein Verpackungslaminat gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
10 schematisch ein Verpackungslaminat gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
11 ein Verpackungslaminat gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
12 eine Ausführungsform zeigt, bei der die SiO_x-Schicht in direktem Kontakt mit dem Produkt steht.
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Verschiedene Verfahren zur Verwendung von PECVD zum Herstellen dünner Filme auf Substraten sind bekannt. Das US-Patent Nr. 4,888,199 beschreibt ein Verfahren zum Abscheiden eines Dünnfilms auf der Oberfläche eines Substrats unter Verwendung eines Plasmas unter kontrollierten Bedingungen. Das Plasma wird in einer eingeschlossenen Reaktionskammer gebildet, in der ein Substrat positioniert ist, um einen auf seiner Oberfläche abgeschiedenen Dünnfilm aufzunehmen. Das Substrat kann aus Metall, Glas oder gewissen Kunststoffen gebildet sein. Die Luft wird aus der Kammer herausgepumpt, bis ein hohes Vakuum erreicht wird. In die Kammer wird beispielsweise eine Organosiliziumverbindung, wie etwa Hexamethyldisiloxan, mit Sauerstoff und Helium eingeführt, so dass Siliziummoleküle und Sauerstoffmoleküle auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden werden. Der sich ergebende Film ist in Patent Nr. 4,888,199 als ein Dünnfilm beschrieben, der sehr hart, kratzresistent, und optisch klar ist und gut an flexiblen Substraten anhaftet. Die Offenbarung dieses Patents ist hier so eingeschlossen, als ob es vollständig beschrieben wäre. Ein verbessertes PECVD-Verfahren wird in US- Patent Nr. 5,224,441 beschrieben, das ebenfalls hier eingeschlossen sei, als ob es vollständig beschrieben wäre. Im in diesem Patent beschriebenen Verfahren wird das Substrat, auf welches das Siliziumoxid aufgebracht wird, bei einer Temperatur von etwa 20°C gehalten und das Substrat kann aus Polyethylenterephthalat (PET) oder einem Polycarbonatharz gebildet sein. Das Patent beschreibt den Siliziumoxidfilm als eine Dicke von 100 Å bis etwa 400 Å (0,0004 mils bis etwa 0,0016 mils) und eine Dicke des Substrats von etwa 0,5 bis 1 mil für Nahrungsverpackungsanwendungen aufweisend.
Flüssignahrungsmittelprodukte wie etwa Milch und Säfte werden derzeit in Kartons verpackt, die aus laminiertem Verpackungsmaterial gebildet sind. Die Verpackungen können in Form von Giebeldachkartons oder rechteckigen Verpackungen, wie etwa TETRA BRIK-Verpackungen, sein. Giebeldachverpackungen werden aus vorgeschnittenen Rohlingen (Mänteln) gebildet, die einer Befüllungsmaschine zugeführt werden, welche den Rohling faltet, die Nähte heiß versiegelt, um einen Karton auszubilden, den Karton mit einem flüssigen Nahrungsprodukt füllt und das obere Ende des Kartons verschließt und versiegelt. Rechteckige Verpackungen können aus einer großen Rolle Verpackungsmaterial gebildet werden, das fortschreitend zu einer Röhre geformt wird, mit dem Flüssignahrungsprodukt befüllt wird und durch Heißversiegeln verschlossen wird. In beiden Fällen wird das Verpackungsmaterial mit Faltlinien versehen, um das Falten des Materials längs vorgegebener Linien zu erleichtern.
Ein konventioneller Rohling 2 zum Ausbilden eines Giebeldachkartons ist in den 3 und 4 gezeigt. Rohlinge werden aus einer kontinuierlichen Bahn von Verpackungsmaterial gebildet und ein einzelner Rohling entspricht der Abmessung L in 3. Faltlinien 4 werden gestanzt oder sonst wie in die Oberfläche eingepresst, welche die Innenoberfläche des Kartons werden soll. Der laminierte Rohling 2 hat eine Kernschicht aus Papier oder Kartonpapier 6 und eine Sperrschicht 8, die typischerweise eine Schicht aus Aluminiumfolie ist. Der Rohling 2 weist auch eine innere Produktkontaktschicht aus niedrigdichtem Polyethylen (LDPE) 10 und eine äußere Sicht aus LDPE 12 auf (4). Die Faltlinien 4 verursachen Einkerbungen in der inneren LDPE-Schicht 10 und der Sperrschicht 8 und in der Kernschicht 6. Wenn der Rohling 2 zu einem Karton gefaltet und geschlossen wird, werden die Bereiche 14 (3) bei Temperaturen zwischen 250°F und 500°F heißversiegelt, um die inneren und äußeren LDPE-Schichten aneinander zu binden.
Es ist entdeckt worden, dass eine dünne Beschichtung aus SiO_x eine effektive Sauerstoffsperre bereitstellt, wenn es durch plasmagestützte Gasphasenabscheidung (PCVD) auf ein thermoplastisches Substrat geschichtet wird. Die SiO_x-Beschichtung weist eine höhere Leitfähigkeit als Siliziumoxidbeschichtungen auf, die durch konventionelle Gasphasenabscheidungsverfahren ausgebildet sind. Verpackungslaminate, die eine Schicht von SiO_x gemäß dieser Erfindung enthalten, können auf konventionellen Verpackungsmaschinen gefaltet und heißversiegelt werden, ohne Risse oder Löcher in der Sperrschicht zu verursachen.
Wie in 1 gezeigt, ist eine mittels PECVD aufgebrachte Siliziumoxidbeschichtung in der Lage, einem signifikanten Ausmaß an Dehnung zu widerstehen, bevor Risse in der Siliziumoxidbeschichtung eine Leckage verursachen. Das spezielle Laminat, das getestet wurde, um die Daten für 1 bereitzustellen, ist ein Laminat aus durch plasmagestützte Gasphasenabscheidung abgelagertem Siliziumoxid und hat eine durchschnittliche Dicke von 200 Å. Das Substrat war ein Bogen von Polyester mit einer Dicke von 12 μm (0,47 mils). Wie in 1 gezeigt, ist eine Beschichtung von im wesentlichen derselben Dicke, die durch Gasphasenabscheidung aufgebracht ist, in der Lage, einer geringeren Dehnung zu widerstehen, ohne dass die Sauerstoffpermeabilität maßgeblich wächst. Es wird angenommen, dass dies teilweise durch die chemische Bindung zwischen der Beschichtung und dem Substrat erklärbar ist, die bei plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidungen auftritt, aber bei konventionellen Gasphasenabscheidungsverfahren nicht auftritt.
Es ist wünschenswert, eine dünne Beschichtung aus Siliziumoxid herzustellen, weil dies gestattet, das Beschichtungsverfahren schneller fortschreiten zu lassen. Auch tendiert eine dicke Beschichtung auf dem Substrat dazu, ein Einrollen des Laminats zu verursachen, was die spätere Fertigung erschwert.
2 ist eine graphische Wiedergabe der Beziehung zwischen Sauersioffpermeabilität des Laminats und der Dicke der Siliziumoxidschicht. Unter etwa 50 Å ist die Abdeckung des Siliziumoxids nicht ausreichend, um als eine maßgebliche Sperre für Sauerstoff zu dienen. Bei oberhalb 1000 Å wird angenommen, dass das Ansteigen der Permeabilität ein Ergebnis der Bildung von internen Spannungen ist. Vorzugsweise weist die SiO_x-Schicht eine Dicke zwischen 50 Å und 500 Å auf.
Um die im plasmagestützten chemischen Gasphasenabscheidungsverfahren gebildete SiO_x-Sperrschicht als ein Verpackungslaminat für Flüssignahrungsprodukte zu verwenden, sollten gewisse zusätzliche Schichten eingeschlossen werden.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verpackungslaminats dieser Erfindung wird in 5 gezeigt. Das Laminat 10 umfasst zwei vorgefertigte Laminate 10a und 10b, die permanent durch eine Zwischenschicht 11 eines Klebstoffs miteinander verbunden sind. Das erste Laminat 10a weist eine starre, aber faltbare Kernschicht aus Papier oder Kartonpapier 12 und zwei äußere Schichten aus LDPE 13 und 14 auf, die miteinander heißversiegelbar sind.
Das zweite Laminat 10b weist ein Substrat oder eine Trägerschicht 15 auf, auf welcher eine dünne SiO_x-Schicht 16 mittels PECVD abgeschieden worden ist. Die Schicht 16 dient als eine Sauerstoffgas- und Aromasperre und besteht aus einem Siliziumoxid der allgemeinen Formel SiO_x, bei der x zwischen 1,5 und 2,2 variieren kann. Die Siliziumoxidschicht 16, die auf dem Substrat oder der Trägerschicht 15 durch PECVD abgelagert ist, weist eine Dicke zwischen 50 und 500 Å auf, welche dem Verpackungslaminat 10 die gewünschte Sauerstoffgas- und Sperreigenschaften verleiht. Das Substrat oder die Trägerschicht 15 ist ein flexibles thermoplastisches Material, das bei einer Temperatur zwischen 250°F und 500°F mit der LDPE-Schicht 13 heiß versiegelbar ist, um Verpackungen für Flüssignahrungsprodukte herzustellen. Beispielsweise könnte die Trägerschicht 15 aus LDPE gebildet sein.
Das Verpackungslaminat 10 wird durch Verbinden des ersten Laminats 10a mit dem zweiten Laminat 10b mit einem Klebstoff 11 hergestellt, der zwischen den Bahnen zur dauerhaften Verbindung der Bahnen zur Bildung des fertiggestellten Verpackungslaminats 10 aufgebracht wird.
6 zeigt eine andere Ausführungsform des Verpackungslaminats gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen, durch Faltausbildung und Versiegeln, einer Verpackung, die überlegene Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften besitzt. Das Verpackungslaminat 20 umfasst eine erste Laminateinheit 20a und eine zweite Laminateinheit 20b, die durch eine zwischengefügte Klebestoffschicht 21 dauerhaft aneinander gebunden sind. Die erste Laminateinheit 20a hat eine starre, aber faltbare Kernschicht 22 aus Papier oder Kartonpapier und äußere LDPE-Schichten 23 und 24.
Die zweite Laminateinheit 20b weist ein Substrat oder eine Trägerschicht 25 aus flexiblem Kunststoff, z. B. Polyethylenterephthalat (PET), amorphem Polyester, biaxial ausgerichtetem Polyester oder Polypropylen auf, welche auf der zur Laminateinheit 20 weisenden Seite eine Sauerstoffgas- und Aromasperrschicht 26 trägt, die aus einem Siliziumoxid der allgemeinen Formel SiO_x besteht, wobei x zwischen 1,5 und 2,2 variieren kann. Die andere Seite der Substrat- oder Trägerschicht 25 hat eine äußere Schicht 27 aus einem Thermoplasten, der bei Temperaturen zwischen 250°F und 500°F heiß versiegelbar ist, wobei der Thermoplast in der äußeren Thermoplastschicht 23 des Laminats 20a ist und mit der Substrat- oder Trägerschicht 25 mit Hilfe einer zwischengefügten Klebstoffschicht 28 verbunden ist.
Beim Laminat 20 dieser Ausführungsform ist die Schicht aus Siliziumoxid, die als Sauerstoffgas- und Aromasperre dient, durch PECVD hergestellt worden und weist eine Dicke von 50 bis 500 Å, und vorzugsweise zwischen 100 und 200 Å auf, was völlig hinreichend ist, um dem aus dem Verpackungslaminat hergestellten Verpackungsbehälter die gewünschten Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften zu verleihen.
Das Verpackungslaminat 20 kann durch Verbinden der vorgefertigten Bahn der Laminateinheit aorgeferigten Bahn der Laminateinheit 20b mittels einer Adhäsivschicht hergestellt werden, die zwischen die zwei Bahnen zur Ausbildung des fertiggestellten Verpackungslaminats 20 aufgebracht wird.
7 zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines Verpackungslaminats gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen einer Verpackung, welche überlegene Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften besitzt, durch Faltenbildung und Versiegelung. Das Verpackungslaminat 30 umfasst eine erste Laminateinheit 30a und eine zweite Laminateinheit 30b, die miteinander durch eine zwischengefügte Adhäsivschicht dauerhaft verbunden sind. Die erste Laminateinheit 30a weist eine starre, aber faltbare Kernschicht 32 aus Papier oder Kartonpapier und äußere umgebende Schichten aus Thermoplasten 33 und 34 auf.
Die zweite Laminateinheit 30b umfasst ein Substrat oder eine Trägerschicht 35 aus Kunststoff, welche auf der von der Laminateinheit 30a wegweisenden Seite eine Schicht 36 trägt, die als Sauerstoffgas und Aromasperre dient und aus einem Siliziumoxid der allgemeinen chemischen Formel SiO_x besteht, wobei x zwischen 1,5 und 2,2 variieren kann. Die Siliziumoxidschicht 36 ist mit einer äußeren Schicht aus Thermoplast 38 abgedeckt, der mit dem Thermoplasten in der äußeren Thermoplastenschicht 32 der Laminateinheit 30a heißversiegelbar ist und der mit der Siliziumoxidschicht 36 durch die zwischengefügte Klebstoffschicht 38 verbunden wird.
Das Verpackungslaminat 30 unterscheidet sich vom Verpackungslaminat 20 in 6 nur darin, dass die zweite Laminateinheit 30b mit der ersten Laminateinheit 30a mit der Siliziumoxidschicht 36 von der ersten Laminateinheit 30a wegweisend laminiert ist. Jedoch wird wie beim Verpackungslaminat 20 die Siliziumoxidschicht 36 durch plasmagestützte Gasphasenabscheidung hergestellt und weist eine Dicke zwischen 50 und 500 Å auf, was sich als völlig hinreichend erwiesen hat, um dem aus dem Verpackungslaminat 30 hergestellten Verpackungsbehälter überlegene Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften zu verleihen.
8 zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines Verpackungslaminats gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen einer Verpackung, welche überlegene Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften durch Faltenbildung und Heißversiegelung besitzt. Das Verpackungslaminat 40 umfasst eine erste Laminateinheit 40 und eine zweite Laminateinheit 40b, die miteinander durch eine zwischengefügte Adhäsivschicht 41 dauerhaft verbunden sind.
Die erste Laminateinheit 40a beinhaltet eine starre, aber faltbare Kernschicht 42 eines heißversiegelbaren Kunststoffmaterials, z. B. aufgeschäumtes oder geblähtes Polyethylen, aufgeschäumtes oder geblähtes Polypropylen oder mineralgefülltes Polypropylen und eine äußere umgebende Schicht 43 aus heißversiegelbaren Thermoplasten, welcher in der Lage ist, durch Heißversiegelung an der Kernschicht 42 angebunden zu werden.
Die zweite Laminateinheit 40b umfasst ein Substrat oder eine Trägerschicht 44 aus einem Thermoplasten, der mit der äußeren Thermoplastenschicht 43 der ersten Laminateinheit 40a heißversiegelbar ist, z. B. Polyester oder Polypropylen, und der auf der zur ersten Laminateinheit 40a zugewandten Seite eine Schicht 45 trägt, die als Sauerstoffgas- und Aromasperre dient und aus einem Siliziumoxid der allgemeinen chemischen Formel SiO_x besteht, bei der x zwischen 1,5 und 2,2 variieren kann.
Beim Laminat 40 dieser Ausführungsform ist die als Sauerstoffgas- und Aromasperre dienende Schicht 45 aus Siliziumoxid durch plasmagestützte Dampfphasenabscheidung hergestellt worden und weist eine Dicke von 50 bis 500 Å auf, was völlig hinreichend ist, um einem aus dem Verpackungslaminat 40 hergestellten Verpackungsbehälter überlegene Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften zu verleihen.
9 illustriert schematisch ein Verpackungslaminat 50 gemäß der vorliegenden Erfindung zum Herstellen einer Verpackung vom Taschentyp, ohne eine Papier- oder Kartonpapierkernschicht. Das Verpackungslaminat 50 umfasst eine erste vorfabrizierte Laminateinheit oder einen flexiblen Kunststofffilm 50a und eine zweite vorfabrizierte Laminateinheit 50b, die miteinander durch eine zwischengefügte Adhäsiveinschicht 51 dauerhaft verbunden sind. Die erste Laminateinheit oder der Kunststofffilm 50a besteht aus einer Einzelschicht eines flexiblen heißversiegelbaren Thermoplasten, z. B. Polyester, Polyethylen oder Polypropylen, das dazu in der Lage ist, bei einer Temperatur von 250°F bis 500°F in einer konventionellen Heißversiegelungsmaschine heißversiegelt zu werden. Die zweite Laminateinheit 50b umfasst ein Substrat oder eine Trägerschicht 52, die auf ihrer der Laminateinheit 50a zugewandten Seite eine Schicht 53 trägt, die als eine Sauerstoffgas- und Aromasperrschicht dient und aus Siliziumoxid der allgemeinen chemischen Formel SiO_x besteht, bei welcher x von 1,5 bis 2,2 variieren kann. Die Substrat- oder Trägerschicht 52 besteht aus einem Thermoplasten, der flexibel und bei einer Temperatur zwischen 250°F und 500°F mit der Thermoplastenschicht der ersten Laminateinheit 50a heißversiegelbar ist. Beispielsweise kann die Trägerschicht 52 aus Polyester, Polyethylen oder Polypropylen gebildet sein.
Beim Laminat 50 dieser Ausführungsform ist die als Sauerstoffgas und Aromasperre dienende Schicht 53 durch plasmagestützte Dampfphasenabscheidung hergestellt worden und weist eine Dicke zwischen 50 und 500 Å auf, was einer aus dem Verpackungslaminat 50 hergestellten Tütenverpackung die gewünschten Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften verleiht.
Das Verpackungslaminat 50 wird durch Verbinden der Thermoplastenschicht der ersten Laminateinheit 50a mit der zweiten Laminateinheit 50b mittels einer Adhäsivschicht 51 hergestellt, die zwischen den zwei Einheiten aufgebracht wird. Das Laminat 50 kann wie oben beschrieben zu Verpackungen umgeformt werden, einschließlich dem Ausbilden von Faltlinien in der inneren Schicht 50a und teilweise in die Barriereschicht 53. Diese Faltlinien erleichtern das Falten des Laminates längs von vorgegebenen Linien. Da alle Schichten des Laminats 50 flexibel sind, kann dieses Laminat verwendet werden, um eine Verpackung mit flexibler Wand herzustellen.
10 illustriert schematisch ein Verpackungslaminat gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Siegelstreifens zur Verwendung in einem Verpackungsbehälter. Das Verpackungslaminat 60 umfasst eine erste Laminateinheit 60a und eine zweite Laminateinheit 60b, die miteinander durch eine zwischengefügte Adhäsivschicht 61 dauerhaft verbunden sind.
Die erste Laminateinheit 60a wird aus Polyethylen gebildet. Die zweite Laminateinheit 60b umfasst eine Substrat- oder Trägerschicht 62 aus Kunststoff, z. B. Polyester, biaxial ausgerichtetem Polyester oder Polypropylen, welches auf der von der ersten Laminateinheit 60a weg weisenden Seite eine Sperrschicht 63 trägt, die als Sauerstoffgas- und Aromasperre dient und aus Siliziumoxid der allgemeinen chemischen Formel SiO_x besteht, wobei x zwischen 1,5 und 2,2 variieren kann. Die Siliziumoxidschicht 63 ist mit einer äußeren Schicht eines Thermoplasten 64, beispielsweise Polyethylen, beschichtet, der durch eine zwischengefügte Adhäsivschicht 65 mit der Siliziumoxidschicht 63 verbunden ist.
Die Schicht aus Siliziumoxid 63 ist durch PECVD erzeugt worden und weist eine Dicke zwischen 50 und 500 Å auf, die dem Verpackungslaminat 60 die gewünschten Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften verleiht. Das Verpackungslaminat 60 wird durch Verbinden der Thermoplastenschicht der ersten Einheit 60a mit der zweiten Laminateinheit 60b mittels einer Adhäsivschicht 51, die zwischen den Einheiten aufgebracht wird, hergestellt.
11 zeigt ein Verpackungslaminat gemäß der vorliegenden Erfindung zum Erstellen eines Verpackungslaminats, welches überlegene Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften besitzt. Das Verpackungslaminat 70 umfasst eine erste Laminateinheit oder einen Kunststofffilm 70a und eine zweite Laminateinheit 70b, die durch eine zwischengefügte Adhäsivschicht 71 permanent miteinander verbunden sind. Die erste Laminateinheit 70a umfasst ein flexibles oder faltbares thermoplastisches Material, geschäumtes oder geblähtes Polyethylen, geschäumtes oder geblähtes Polyester oder mineralgefülltes Polypropylen.
Die zweite Laminateinheit 70b umfasst ein Substrat oder eine Trägerschicht 72 aus Thermoplast, der mit dem Thermoplast in der ersten Laminateinheit 70a heißversiegelbar ist. Die Seite der zweiten Einheit 70b, welche zur ersten Laminateinheit 70a weist, trägt eine Schicht 73, die als eine Sauerstoffgas- und Aromasperre dient und aus Siliziumoxid der allgemeinen chemischen Formel SiO_x besteht, bei der x zwischen 1,5 und 2,2 variieren kann.
Die Siliziumoxidschicht 73 wird durch plasmagestützte Gasphasenabscheidung hergestellt und weist eine Dicke zwischen 50 und 500 Å auf, welche dem Verpackungslaminat 70 die gewünschten Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften verleiht.
Das Verpackungslaminat 70 kann durch Verbinden der ersten Laminateinheit 70a mit der zweiten Laminateinheit 70b mittels einer zwischengefügten Adhäsivschicht 71 hergestellt werden, welche zwischen den Einheiten aufgebracht wird.
12 zeigt eine Ausführungsform, bei der die SiO_x-Schicht in direktem Kontakt mit dem Produkt des Inneren der Packung steht. Bei dieser Ausführungsform beinhaltet das Verpackungslaminat 80 eine Basisschicht 81, die aus jeglichem geeigneten Material, das flexibel ist, bestehen kann, wie etwa Papier, Schaumkern, PET, Polyamid, Polyethylen oder Polypropylen. Die Außenseite der Basisschicht 81 ist mit einer LDPE-Schicht 82 beschichtet. Auf der Innenseite der Basisschicht hat eine LDPE-Schicht 83 eine dünne Beschichtung 84 aus SiO_x, wie oben in Bezug auf die Schichten 15 und 16 von 5 beschrieben. Die LDPE-Schicht 83 kann an der Basisschicht durch ein geeignetes Adhäsiv angebunden sein.
Da die SiO_x-Beschichtung oder Schicht 84 auf der Innenseite des Laminats exponiert ist, wenn das Laminat gefaltet und heißversiegelt wird, um einen Behälter zu bilden, wird die SiO_x-Schicht 84 in direktem Kontakt mit dem Inhalt des Behälters stehen. Wenn das Laminat für Nahrungsproduktbehälter verwendet wird, ist die SiO_x-Schicht 84 ein akzeptables Material für diesen Zweck, da sie keinen schädlichen Effekt auf den Nahrungsinhalt haben würde. Aufgrund der Dünne der SiO_x-Schicht 84 wird eine starke Heißsiegelverbindung zwischen der äußeren Schicht 82 und der inneren Schicht 83 ausgebildet, wenn das Laminat gefaltet und in konventionellen Verpackungsmaschinen bei einer Heißsiegeltemperatur zwischen 250°F und 500°F ausgebildet wird. Eine andere Art der Bildung einer Bindung unter Verwendung des Verpackungslaminats 80 ist es, ein Ultraschallerhitzen einzusetzen, welches ein Weichwerden der LDPE-Schicht 83 verursacht, ohne die Übertragung von Hitze durch die SiO_x-Schicht 84 zu erfordern.
Als ein Beispiel eines bevorzugten Verpackungslaminats gemäß der Ausführungsform in 12 sollte die äußere LDPE-Schicht eine Dicke von etwa 15 Mikron aufweisen und sollte die innere LDPE-Schicht eine Dicke von etwa 15 Mikron aufweisen. Die Basisschicht 81, falls vorhanden, sollte eine Dicke zwischen 15 μm und 200 Mikron aufweisen. Die SiO_x-Schicht 84 sollte eine Dicke zwischen 50 Å und 500 Å aufweisen. Ein Laminat mit Schichten dieser Dicken weist gute Sperreigenschaften auf und ist in der Lage, durch Heißversiegeln zu Packungen gebildet zu werden, ohne dass sich Lecks bilden.
Somit wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verpackungslaminat der Art realisiert, die mittels dem Einführen ausgezeichnete Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften ohne Begleitprobleme und Nachteile der der Technologie des Stands der Technik inhärenten Art besitzen, beispielsweise gemäß der europäischen Patentanmeldung, die unter der Nummer 0 378 990 veröffentlicht ist. Insbesondere wird ein Verpackungslaminat realisiert, welches eine durch chemische Plasmaabscheidung erzeugte Siliziumoxidschicht beinhaltet und das selbst bei geringen Dicken von 50 bis 500 Å die Herstellung eines Verpackungsbehälters durch Faltenbildung möglich macht, der überlegene Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften besitzt.
Während die vorliegende Erfindung oben unter Bezugnahme auf spezifische Laminatstrukturen beschrieben worden ist, ist sie natürlich nicht ausschließlich auf solche Strukturen beschränkt. Ohne vom Geist und Schutzumfang des erfinderischen Konzepts abzuweichen, wie in den anhängigen Ansprüchen definiert, ist es möglich und für einen Fachmann offensichtlich, andere Materialien in Bezug auf sowohl das Substrat oder die Trägerschicht als auch auf die Kernschicht auszuwählen als solche hier spezifisch offenbarten. Beispielsweise ist es innerhalb des Anwendungsbereichs des hier offenbarten erfinderischen Konzepts möglich, als Materialien für die Substrat- oder Trägerschicht eine Schicht aus fettdichtem Papier zu verwenden, falls gewünscht.
Das Laminat dieser Erfindung hat eine Gassperrschicht, die bei Dicken bis hinunter zu 50 Å und bei einer bevorzugten Dicke von 200 Å wirksam ist. Der Vorteil von dünnen Beschichtungen liegt prinzipiell in den überlegenen mechanischen Eigenschaften, die sich aus ihren niedrigeren inneren Spannungen ergeben. Dies bedeutet, dass solche dünnen Beschichtungen eine bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber Rissbildung haben, was besonders im Falle von Behältern wichtig ist, die durch Falten und Knicken hergestellt werden, wie in dieser Anmeldung beschrieben. Die Ecken und gefalteten Kanten solcher Behälter sind besonders sensitive Bereiche und die Verwendung von Materialien mit dickeren Beschichtungen wird zu Rissen in diesen Teilen der Verpackung und nachfolgendem Verlust der Sperreigenschaften führen. Im Gegensatz dazu sind die dünnen Beschichtungen, wie in dieser Anmeldung offenbart, hinreichend flexibel und erweiterbar, um eine Umwandlung des Materials in Verpackungsbehälter ohne jegliche Gefahr von Rissbildung oder Zerbrechen selbst in den exponiertesten Bereichen möglich zu machen. Die niedrigeren inneren Spannungen der dünnen Beschichtungen spiegeln sich auch in der Eigenschaft, dass sich diese Materialien nicht einrollen. Dicke Beschichtungen auf Kunststofffilmen rollen sich ein, was während der nachfolgenden Verarbeitung zur Erzeugung von Laminaten Probleme verursachen kann.
Es sollte schließlich beachtet werden, dass ein Verpackungslaminat gemäß der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu überlegenen Sauerstoffgas- und Aromasperreigenschaften auch den Vorteil besitzt, dass es vom nichtabschälenden Typ ist, was mit sich bringt, dass die Siliziumschicht auf dem Verpackungslaminat in direktem Kontakt mit Packungsinhalten eingesetzt werden kann, die besonders lagersensitiv sind, wie etwa Fruchtsaft, ohne "Abschälen" oder Verstauben der Inhalte seiner aromatischen Gewürze, insbesondere Öle, die in dieser Art von Inhalten in reichlichen Mengen auftreten.

Claims

Packung zum Aufnehmen von flüssigen Nahrungsprodukten, umfassend: ein flexibles Laminat, das durch Faltformen längs von im Laminat vorgesehenen Faltlinien geformt ist, um eine Umhüllung für flüssige Nahrungsprodukte zu bilden, wobei das Laminat eine erste Schicht aus SiO_x, bei dem x im Bereich von 1,5 bis 2,2 ist, und eine zweite Schicht eines flexiblen thermoplastischen Materials aufweist, an welche die erste Schicht gebunden ist, wobei die erste Schicht durch ein plasmagestütztes chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren gebildet wird, das in einer solchen Weise gesteuert ist, dass sich das SiO_x direkt auf der Oberfläche der zweiten Schicht bildet durch Ablagern und chemisches Binden der Siliziumoxidverbindung, die durch eine Reaktion einer verdampften Siliziumverbindung und von Sauerstoffgas gebildet wird, an der gekühlten zweiten Schicht, wobei das Laminat Nähte aufweist, die benachbarte Bereiche des Laminats verbinden, um eine versiegelte Umhüllung zu bilden.
Packung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Schicht aus einer Mischung einer verdampften organischen Siliziumverbindung und Sauerstoff in einem Vakuum gebildet ist.
Packung gemäß Anspruch 2, wobei die organische Siliziumverbindung Hexamethyldisiloxan ist.
Packung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Schicht eine Dicke zwischen etwa 50 und etwa 500 Å aufweist.
Packung gemäß Anspruch 1, wobei die zweite Schicht Polyethylen ist.
Packung gemäß Anspruch 1, wobei die Nähte durch eine Heißversiegelung verbunden sind.
Packung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Schicht auf dem Inneren der Packung exponiert ist.
Packung gemäß Anspruch 1, wobei das Laminat eine dritte Schicht eines thermoplastischen Materials enthält und die erste Schicht zwischen der zweiten und der dritten Schicht liegt.
Vorgeformter Packungsrohling, umfassend: ein flexibles Laminat, das eine erste Schicht aus SiO_x, bei dem x im Bereich von 1,5 bis 2,2 ist, und eine zweite Schicht eines flexiblen thermoplastischen Materials aufweist, an welche die erste Schicht gebunden ist, wobei die erste Schicht durch ein plasmagestütztes chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren gebildet wird, das in einer solchen Weise gesteuert ist, dass sich das SiO_x direkt auf der Oberfläche der zweiten Schicht bildet durch Ablagern und chemisches Binden der Siliziumoxidverbindung, die durch eine Reaktion einer verdampften Siliziumverbindung und von Sauerstoffgas gebildet wird, an der gekühlten zweiten Schicht, wobei das Laminat Faltlinien aufweist, um das Falten des Laminats zu erleichtern, und die erste Schicht durch die Faltlinien verformt ist, und Mittel zum Versiegeln des Laminats, wenn es gefaltet ist, um einen versiegelten Behälter für verderbliche Lebensmittelprodukte zu bilden.
Vorgeformter Packungsrohling gemäß Anspruch 9, wobei das Mittel zum Versiegeln ein thermoplastisches Heißsiegel umfasst.
Vorgeformter Packungsrohling gemäß Anspruch 9, wobei die erste Schicht auf der Seite des Rohlings liegt, die nach dem Ausformen die innere Oberfläche der Packung bildet.
Vorgeformter Packungsrohling gemäß Anspruch 9, wobei das Laminat eine dritte Schicht eines thermoplastischen Materials enthält und die erste Schicht zwischen der zweiten und der dritten Schicht liegt.
Vorgeformter Packungsrohling gemäß Anspruch 9, wobei die erste Schicht eine Dicke zwischen etwa 50 und etwa 500 Å aufweist.
Verfahren zum Herstellen einer Packung zum Aufbewahren von flüssigen Nahrungsprodukten gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend Bereitstellen einer zweiten Schicht eines flexiblen thermoplastischen Materials; Binden einer ersten Schicht aus SiO_x, bei dem x im Bereich von 1,5 bis 2,2 ist, an die zweite Schicht, wobei die erste Schicht durch ein plasmagestütztes chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren gebildet wird, das in einer solchen Weise gesteuert ist, dass sich das SiO_x direkt auf der Oberfläche der zweiten Schicht bildet durch Ablagern und chemisches Binden der Siliziumoxidverbindung, die durch eine Reaktion einer verdampften Siliziumverbindung und von Sauerstoffgas gebildet wird, an der gekühlten zweiten Schicht, wobei die erste und zweite Schicht ein flexibles Laminat bilden; Versehen des Laminats mit Faltlinien, um das Falten des Laminats zu erleichtern; Formen des Laminats durch Falt-Formung längs der Faltlinien, um eine Umhüllung für flüssige Nahrungsprodukte zu bilden; und Versehen des Laminats mit Nähten, die benachbarte Bereiche des Laminats verbinden, um eine versiegelte Umhüllung zu bilden.
Verfahren zum Herstellen eines vorgeformten Packungsrohlings gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13, umfassend Bereitstellen einer zweiten Schicht eines flexiblen thermoplastischen Materials; Binden einer ersten Schicht aus SiO_x, bei dem x im Bereich von 1,5 bis 2,2 ist, an die zweite Schicht, wobei die erste Schicht durch ein plasmagestütztes chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren gebildet wird, das in einer solchen Weise gesteuert ist, dass sich das SiO_x direkt auf der Oberfläche der zweiten Schicht bildet durch Ablagern und chemisches Binden der Siliziumoxidverbindung, die durch eine Reaktion einer verdampften Siliziumverbindung und von Sauerstoffgas gebildet wird, an der gekühlten zweiten Schicht, wobei die erste und zweite Schicht ein flexibles Laminat bilden; Versehen des Laminats mit Faltlinien, um das Falten des Laminats zu erleichtern, wobei die erste Schicht durch die Faltlinien verformt ist, und Versehen des Laminats mit Mitteln zum Versiegeln des Laminats, wenn es gefaltet ist, um einen versiegelten Behälter für verderbliche Lebensmittelprodukte zu bilden.