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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein verbessertes Verfahren zum Verpacken von Waren, insbesondere
Nahrungsprodukten, mit Plastikmaterialien und die so erhaltene Verpackung
(Packung).
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Es ist allgemein üblich, dass Plastikmaterialgrundlagen,
wie thermogeformte oder spritzgegossene Tabletts, beim Verpacken
von Waren, insbesondere beim Verpacken von Nahrungsprodukten, verwendet
werden. Sobald das zu verpackende Produkt in den durch das Tablett
(bzw. die Schale) bereitgestellten Raum platziert worden ist, wird
die Verpackung durch Aufbringen eines Plastikdeckels auf der Oberseite
des Tabletts geschlossen, der dann an die Tablettränder heißgesiegelt
wird.
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Allgemein ausgedrückt wird eine Bahn aus Plastikmaterial über der
Oberseite des das Produkt enthaltenden Tabletts in einer Randsiegelstation
bereitgestellt, die eine untere Kammer und eine obere Kammer umfasst.
Die obere Kammer schließt
eine erwärmte
Platte ein, die einen oder mehrere Rahmen umfassen kann, die, wenn
die obere Kammer und die untere Kammer zusammengeschlossen werden,
den (die) Deckel auf die Ränder
oder Randzonen des Tabletts (der Tabletts) pressen, wobei sie bei
ihrer Bewegung von einem ähnlich
gerahmten Gegenstück unterstützt werden,
und sie so zusammensiegeln.
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Die Temperatur, auf die die Siegelrahmen
erwärmt
werden, um die Verpackung zu siegeln, hängt von den Maschinen und Materialien
ab, die für
die Heißsiegelschichten
von sowohl dem Tablett als auch dem Deckel verwendet werden. Im
Allgemeinen sind jedoch Temperaturen zwischen etwa 110 und etwa
160°C für jede Art
Heißsiegelschicht
geeignet. Typischerweise werden jedoch Temperaturen zwischen etwa
120 und etwa 140°C
verwendet.
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Geeignete Schneidmittel erlauben
schließlich
die Abtrennung der Tabletts und die Entfernung von überschüssigem Plastikmaterial
von der Deckelmaterialbahn.
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Um die vorliegende Erfindung besser
zu verstehen:
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1 ist
ein schematischer Seitenblick einer Verpackung, die durch das oben
angegebene Verfahren erhalten wurde, wobei (1) das Tablett,
entweder thermogeformt oder vorgeformt, ist, (2) die innere heißsiegelbare
Schicht dieses Tabletts ist, (3) die Ware ist, die in das
Tablett eingebracht ist, um darin verpackt zu werden, (4)
den Deckel repräsentiert,
der auf das Tablett aufgebracht und daran gesiegelt wird und (5)
die Tablettränder
oder flachen Oberseitenzonen sind, wo das Siegeln stattfindet.
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2 ist
eine schematische Seitenansicht eines leicht unterschiedlichen Typs
von Verpackung, bei dem das heißsiegelbare
Material in dem Tablett (6) nur auf den Tabletträndern vorliegt.
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3 ist
eine Querschnittsansicht einer Deckelsiegelstation, wobei (1)
das heißsiegelbare
Tablett ist, (3) die zu verpackende Ware ist, (7)
die obere Kammer ist, (8) die untere Kammer ist, (9)
die obere Form ist, (10) der erwärmte Rahmen ist und (11)
die Unterstützung
für die
Tablettkanten ist, die dieselbe Form wie der erhitzte Rahmen (10)
hat. In dieser Ausführungsform
ist die obere Form (9) durch den Wärmetransport von dem erwärmten Rahmen
(10) erwärmt;
und
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4 ist
eine alternative Ausführungsform, in
der die Platte, die die erwärmten
Rahmen umfasst, durch eine Platte ersetzt werden kann, die nur um
die Tablettkanten (12) erhitzt ist.
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Als weitere Alternative, die nicht
in den beigefügten
Zeichnungen gezeigt ist, wird die Platte, die herunterkommt, um
das Deckelmaterial an die flachen Oberseitenzonen des Tabletts heißzusiegeln, vollständig erwärmt. Insbesondere
in diesem letzten Fall ist die Platte bevorzugt mit einem nicht
haftenden Material, wie einem Polytetrafluorethylen (Teflon®)-Band,
beschichtet, um Probleme des Anhaftens der Folie an die erwärmte Platte
zu vermeiden.
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In der derzeitigen Praxis wird bei
der Verpackung von Nahrungsprodukten manchmal die Luft innerhalb
der Verpackung durch ein geeignetes Gas oder Gasgemisch ersetzt,
das verwendet wird, um die Lagerfähigkeit der verpackten Waren
zu erhöhen (Verpacken
mit modifizierter Atmosphäre).
Dies kann ein Inertgas, typischerweise Stickstoff, oder ein anderes
Gas sein, das die Aufbewahrungsqualitäten der Waren erhöht, wie
Kohlendioxid, eine Mischung aus zwei oder mehr Gasen, wie Mischungen
von Kohlendioxid und Stickstoff oder von Kohlendioxid und Sauerstoff
oder von Sauerstoff, Kohlendioxid und Stickstoff in geeigneten Verhältnissen.
Diese modifizierte Atmosphäre
kann erhalten werden, indem das gewünschte Gas in der Deckelsiegelstation
zwischen den Deckel und das Tablett gespült wird, bevor und während die
Verpackung gesiegelt wird. Alternativ, und bevorzugt, kann die modifizierte
Atmosphäre
erhalten werden, indem die obere/n und untere/n Kammer/n zusammengeschlossen
wird/werden, Luft durch geeignete Luftdurchgänge evakuiert wird, die in 3 und 4 als (13) bezeichnet sind,
die gewünschte
modifizierte Atmosphäre
in die geschlossenen oberen und unteren Kammern eingelassen wird, sodass
die gewünschte
modifizierte Atmosphäre
zwischen dem Deckel und dem Tablett bereitgestellt wird, und dann
die Platte abgesenkt wird, um den Deckel auf die Tablettränder zu
siegeln.
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Andere Verfahren, die als Variationen
und Verbesserungen des obigen allgemeinen Verfahrens angesehen werden
können,
sind im Bereich der Nahrungsverpackung wohlbekannt (siehe z. B.
Britische Patente 1,199,998 und 1,392,580).
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In all diesen Fällen wird das Deckelmaterial, das
relativ dick ist, allerdings typischerweise durch Extrusion oder
Coextrusion des (der) ausgewählten Polymers
(Polymere) oder Polymermischung(en) nach konventionellen Verfahren
erhalten, die keinerlei Orientierung der erhaltenen thermoplastischen Bahn
einschließen
(sogenannte »Guss« Extrusion oder
Coextrusion).
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Alternativ wird das Deckelmaterial
nach Verfahren hergestellt, die monoaxiales oder biaxiales Verstrecken
der erhaltenen Bahn, aber – zusätzlich dazu – auch einen
Heißfixierungsschritt
des orientierten Produkts einschließen. Insbesondere in diesem letzten
Fall wird die erhaltene Folie dann typischerweise mit anderen Materialien
kleblaminiert oder beschichtet, um zum Beispiel die gewünschte Heißsiegelbarkeit
oder andere gewünschte
Eigenschaften zu liefern.
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US-A-4,927,677 beschreibt Verbundmaterialien
für einen
Retortenbehälter,
der eine biaxial verstreckte Folie aus einem Copolymer von Vinylidenchlorid
und einem acrylischen Ester und eine Polypropylenfolie umfasst,
die auf einer oder beiden Seiten der biaxial verstreckten Folie
gebildet ist.
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Auf jedem Fall ist Wärme-Stabilität bis heute als
ein wesentliches Merkmal für
die Materialien angesehen worden, die als Deckelmaterial in dieser
Art von Anwendungen verwendet werden.
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Die Verwendung von wärmestabilem
Material liefert allerdings einige Nachteile.
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Es ist nämlich notwendig, relativ dicke
Materialien zu verwenden, um das Aussehen der Endverpackung zu bewahren.
Wenn sie nicht dick genug wäre,
würde die
abdeckelnde Folie wahrscheinlich tatsächlich ein lockeres Aussehen
aufweisen, und dies würde
klar einen negativen Einfluss auf das Aussehen der Verpackung haben.
Aus diesem Grund werden Laminate, die eine Dicke von 80 bis 120 μm haben,
typischerweise als Tablettdeckel verwendet. Für einige Anwendungen und abhängig von
der Steifheit der im Einzelnen verwendeten Struktur können auch
dünnere
Laminate bis hinunter zu einer Dicke von 60 bis 50 μm verwendet
werden.
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Der Zwang, relativ dicke Laminate
zu verwenden, führt
wiederum zu einem Problem der Optik und auch der Plastikabfallentsorgung.
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Es ist nun gefunden worden, dass,
wenn eine biaxial orientierte heißschrumpffähige Folie mit einem spezifischen
Schrumpfverha ten hinsichtlich Schrumpfkraft als Tablettdeckel verwendet
wird, Verpackungen mit einem besonders verbesserten Aussehen erhalten
werden. Geeignete biaxial orientierte heißschrumpffähige Folien sind solche Folien,
die mindestens eine heißschrumpffähige Hautschicht umfassen
und durch eine maximale Schrumpfkraft bei der Temperatur, die in
dem Bereich der Deckelsiegelstation erreicht wird, von nicht mehr
als 0,05 kg/cm in mindestens der Querrichtung gekennzeichnet sind.
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Tatsächlich verursacht die Temperatur,
die im Bereich der Deckelsiegelstation erreicht wird, einen Schrumpf
des gesiegelten Deckels, der ihn dicht auf der Oberseite des Deckels
hält.
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Normalerweise wird in Folge der begrenzten Schrumpfkraft
in mindestens der Querrichtung der speziell verwendeten heißschrumpffähigen Folie
keine Verformung des Tabletts auftreten.
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Dies verleiht der Verpackung ein
besseres Aussehen und ermöglicht
eine bessere visuelle Inspektion des Verpackungsinhalts von Außen.
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Darüber hinaus ergibt die Verwendung
dünneren
Materials (so dünn
wie 10 bis 15 μm)
eine verbesserte Optik und weniger Plastikabfall.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist daher ein Verpackungsverfahren, bei dem
- (a) ein Tablett mit heißsiegelbaren
Rändern
bereitgestellt wird,
- (b) dieses Tablett mit dem zu verpackenden Produkt beladen wird,
- (c) ein Deckel auf die Oberseite des Tabletts aufgebracht wird,
wobei die sich berührenden
Oberflächen
der Tablettränder
und des Deckels aus Materialien sind, die heiß miteinander verbunden werden
können,
um das Siegeln der Verpackung zu bewirken, wobei dieser Schritt die
Verwendung einer biaxial orientierten heißschrumpffähigen Folie, die erhitzt und
in Quer- und Längsrichtungen gestreckt
worden ist, um die makromolekulare Konfiguration auszurichten, und
die um mindestens 5 sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung schrumpft,
wenn sie 5 Sekunden einer Temperatur von 110°C ausgesetzt wird, als Deckel
umfasst und
- (d) der Deckel auf die Tablettränder, gegebenenfalls mit einer
modifizierten Atmosphäre
zwischen Deckel und Tablett, heißgesiegelt wird, wobei die biaxial
orientierte heißschrumpffähige Folie
bei der Temperatur, die im Bereich der Deckelversiegelstation erreicht
wird, eine maximale Schrumpfkraft von nicht größer als 0,05 kg/cm in mindestens
der Querrichtung hat.
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Die allgemeinen dem Fachmann bekannten und
konventionell mit den hitzestabilen Deckelmaterialien verwendeten
Verfahrensweisen können
in dem erfindungsgemäßen Verpackungsverfahren
verwendet werden.
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Auch die konventionellen Bedeckelungsmaschinen,
die zur Zeit mit hitzestabilen Deckelmaterialien betrieben werden,
können
für diese
Anwendung verwendet werden, wie zum Beispiel der Ross Reiser, Caveco
Automa, Caveco STL, Mecaplastic 2001 und Multivac T500 Maschinen.
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Wenn eine biaxial orientierte heißschrumpffähige Folie
als Tablettdeckel verwendet wird, wird die Deckelbahn allerdings
bevorzugt nach dem Siegeln geschnitten und bevorzugter findet das
Schneiden direkt nach dem Siegeln statt, solange sie noch in der
Deckelsiegelkammer ist.
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Um das erfindungsgemäße Verfahren
gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform
durchzuführen,
können
einige der verfügbaren
Tablettbedeckelungsmaschinen eine mechanische Veränderung erfordern.
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Es wäre auch möglich, eine bereits existierende
Maschine in geeigneter Weise zu modifizieren, um dafür zu sorgen,
dass die heißschrumpffähige Deckelbahn
bis zum Austritt der gesiegelten Tabletts aus der Deckelsiegelstation
oder, wenn das Abschneiden der überschüssigen Deckelmaterialfolie und
die Trennung der Tabletts in einer separaten Konturenschneidstation
durchgeführt
wird, bevorzugt bis die Tabletts getrennt und das überschüssige Deckelmaterial
entfernt ist, geführt
und flach in Spannung gehalten wird.
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Abwandlungen der üblicherweise verfügbaren Maschinen,
wie oben angegeben, um ihre Verwendung in Zusammenhang mit einem
heißschrumpffähigen Deckelmaterial
besser anzupassen, können
einfach durchgeführt
werden, indem konventionelle Techniken angewandt werden.
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Ein zweiter Aspekt der vorliegenden
Erfindung ist eine Verpackung (Packung), die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren
erhalten wird. Zum Beispiel kann eine erfindungsgemäße Verpackung ein
in einem Tablett platziertes Produkt und einen an die Tablettränder heißgesiegelten
Deckel, gegebenenfalls mit einer modifizierten Atmosphäre zwischen dem
Deckel und dem Tablett, umfassen, wobei der Deckel aus einer biaxial
orientierten heißschrumpffähigen Folie
hergestellt ist, die erhitzt und in Querund Längsrichtung gestreckt worden
ist, um die makromolekulare Konfiguration auszurichten, die, wenn
sie 5 Sekunden einer Temperatur von 110°C ausgesetzt wird, um mindestens
5% sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung
schrumpft, und die bei der Temperatur, die im Bereich der Deckelsiegelstation
erreicht wird, durch eine maximale Schrumpfkraft nicht größer als
0,05 kg/cm in mindestens der Querrichtung gekennzeichnet ist.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung
wird der Ausdruck »biaxial
orientiert« verwendet,
um ein polymeres Material zu definieren, das erwärmt und sowohl in Längs- als
auch in Querrichtung verstreckt wurde, um die makromolekulare Konfiguration
auszurichten.
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Ebenso soll sich für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung der Ausdruck »heißschrumpffähige« Folie auf eine Folie beziehen,
die, wenn sie 5 Sek. lang einer Temperatur von 110°C ausgesetzt wird,
um mindestens 5% sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung schrumpft.
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Für
die Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verpackungsverfahren brauchen
die biaxial orientierten heißschrumpffähigen Folien,
die als Tablettdeckel verwendet werden sollen, keinen sehr hohen
freien Schrumpf bei der Temperatur aufzuweisen, die im Bereich der
Deckelsiegelstation erreicht wird. Ein freier Schrumpf von 5 bis
10% in beiden Richtungen wäre
mehr als ausreichend, um das gewünschte
straffe Aussehen des Deckels zu erreichen. Allerdings werden, um
das Aussehen der Verpackung zu verbessern, den Folienüberschuss
im Siegelbereich zu reduzieren (und dadurch sogenannte schlappe
Säume zu
vermeiden), üblicherweise
Folien mit höherem
Prozentsatz an freiem Schrumpf verwendet. Typischerweise werden
in dem verbesserten erfindungsgemäßen Verfahren biaxial orientierte
heißschrumpffähige Folien
verwendet, die einen freien Schrumpf bei der Temperatur, die in
dem Bereich der Deckelsiegelstation erreicht wird, von mindestens
10%, bevorzugt mindestens 15% und noch bevorzugter mindestens 20%
haben. Allgemeiner können
Folien mit einem Prozentsatz an freiem Schrumpf von bis zu 60–70 bei
der Temperatur, die im Bereich der Deckelsiegelstation erreicht
wird, brauchbar verwendet werden.
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Biaxial orientierte heißschrumpffähige Folien,
wie oben beschrieben, können
zum Beispiel durch das gefangene Blase-Verfahren erhalten werden,
das von Cryovac® in
den frühen
60er Jahren entwickelt wurde. Bei diesem Verfahren wird bzw. werden
das Polymer (die Polymere) oder die Polymermischung(en) der Folienschicht
oder -schichten durch eine runde Düse extrudiert oder coextrudiert,
um einen Primärschlauch
zu ergeben. Dieser wird schnell gequenscht, zum Beispiel mit Hilfe
eines Wasserbads, dann mittels heißem Wasser oder heißer Luft auf
eine geeignet gewählte
Tempe ratur erwärmt
und in der Querrichtung durch internen Luftdruck und in der Längsrichtung
durch eine unterschiedliche Geschwindigkeit der Abklemmrollen, die
die gefangene Blase halten, orientiert. So wird ein Schlauch einer Folie
erhalten, der eine verringerte Dicke im Vergleich zum Anfangsschlauch
hat, wobei das Verhältnis
zwischen dem Durchmesser dieses Schlauchs und dem des Anfangsschlauchs
Quer-Streck-(oder Orientierungs-)verhältnis und das Verhältnis der
Geschwindigkeit der Abklemmrollen, die die Blase Strecken, zu der
der Abklemmrollen, die den Anfangsschlauch halten, Längsstreckverhältnis genannt
wird.
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Im Allgemeinen werden mit diesem
Verfahren in Abhängigkeit
von dem verwendeten (den verwendeten) Material(ien) konventionelle
Streckverhältnisse
typischerweise zwischen etwa 1,5 : 1 und etwa 5 : 1 in beiden Richtungen
umfasst.
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Alternativ können biaxial orientierte heißschrumpffähige Mehrschichtfolien
auch durch Extrusionsbeschichtung erhalten werden, wobei ein primärer Schlauch
aus einer oder mehreren Schichten mit den anderen Schichten, die
darauf entweder sequentiell extrudiert oder in einem einzelnen Schritt
coextrudiert, beschichtet wird und dann, wie oben angegeben, orientiert
wird.
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Falls erwünscht, können die Folien auch Vernetzungsbehandlungen
unterzogen werden, im Allgemeinen, indem sie energetischen Bestrahlungsbehandlungen
ausgesetzt werden, typischerweise Hochenergieelektronenbehandlung.
In solch einem Fall ist Bestrahlung am bevorzugtesten, wird aber nicht
notwendigerweise vor der Orientierung durchgeführt. In dem Fall, dass eine
solche Behandlung angewandt wird, können geeignete Bestrahlungsdosen
an Hochenergie, die hier in der Strahlungseinheit »Grays« angegeben
wird, wobei 1000 Grays als »KGrays« bezeichnet
werden, im Bereich von bis zu 120 KGrays, bevorzugter von etwa 10
bis etwa 90 KGrays liegen. Wenn nur einige der Schichten der Folie
bestrahlt werden müssen,
kann der Bestrahlungsschritt an dem ersten Schlauch, der in dem Zweistufenextrusionsverfahren
erhalten wird, durchgeführt
werden, bevor die Extrusionsbeschichtung darauf erfolgt.
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Ein alternatives Verfahren zur Herstellung von
biaxial orientierten heißschrumpffähigen Folien, wie
hierin definiert, ist die Extrusion oder Coextrusion durch eine
flache Düse über eine
Kühlwalze
(gegebenenfalls gefolgt von einem Extrusions- oder Coextrusionsbeschichtungsschritt)
und das Verstrecken der so erhaltenen dicken Bahn in der Längs- und
der Querrichtung durch die sogenannte Spannrahmen- (tenterframe)
Technik. Verstrecken in der Längsrichtung
wird normalerweise erreicht, indem die auf die geeignet gewählte Orientierungstemperatur
erwärmte
Bahn durch Paare von Rollen geleitet wird, die mit verschiedenen
Geschwindigkeiten rotieren, während das
Verstrecken in der Querrichtung in einem Spannrahmenofen durchgeführt wird,
der auf eine geeignet gewählte
Orientierungstemperatur erwärmt
ist, und geeignete Verstreckungseinrichtungen umfasst. Diese Verstreckungsstufen
können
nacheinander oder gleichzeitig ausgeführt werden.
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Die Spannrahmentechnik wird zur Zeit
industriell zur Herstellung von heißfixierten Strukturen verwendet,
indem nach der Verstreckungsstufe eine Wärmebehandlung – Heißfixieren
genannt – durchgeführt wird,
wobei die Folien, während
sie gegenüber
Schrumpfung zurückgehalten
werden, auf eine Temperatur oberhalb der Glasübergangstemperatur der Polymere
und unter ihre Schmelzpunkte erwärmt werden,
um die Moleküle
in dem orientierten Zustand zu stabilisieren und die Schrumpfung
vollständig
zu eliminieren.
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Durch Vermeidung dieser Heißfixierstufe
ist es daher möglich,
biaxial orientierte heißschrumpffähige Folien
zu erhalten.
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Die Verstreckungsverhältnisse
können
in diesem Fall in einem weiteren Bereich gewählt werden, da sie bis zu 11
: 1 oder sogar 12 : 1 betragen können.
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Die so erhaltenen Folien werden dazu
neigen zu schrumpfen, wenn sie erwärmt und nicht vom Schrumpfen
zurückgehalten
werden. Das Schrumpfen ist in Abhängigkeit von den verwendeten
Orientierungsverhältnissen
bei einer Temperatur nahe der Orientierungstemperatur erheblich,
bei deutlich niedrigeren Temperaturen spürbar und steigt mit der Temperatur
an.
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Der Prozentsatz an freiem Schrumpf (Schrumpfung),
d. h. die irrevisible und schnelle Verringerung in Prozent der ursprünglichen
Dimensionen einer Probe, die einer bestimmten Temperatur unter Bedingungen
ausgesetzt wird, bei denen nichts entgegensteht, was das Schrumpfen
verhindert, ist gemäß ASTM-Verfahren
D 2732 gemessen worden, indem Proben der Strukturen (100 mm × 100 mm)
5 Sek. lang mit Hilfe eines Halters für Messung des freien Schrumpfs
in ein Wasser- oder Ölbad
eingetaucht wurden, das auf die Temperatur eingestellt war, bei der
die Schrumpfeigenschaften der Struktur untersucht werden sollten.
Die Proben wurden dann aus dem Bad entfernt, schnell in ein Wasserbad
bei Raumtemperatur eingetaucht, um sie herunterzukühlen, und
die linearen Dimensionen der Proben sowohl in der Längs- als
auch der Querrichtung wurden aufgenommen.
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Der Prozentsatz an freiem Schrumpf
ist für jede
Richtung definiert als ungehinderter linearer Schrumpf, % = [(L0 – Lf)/L0] × 100, wobei
L0 die anfängliche Seitenlänge und
Lf die Seitenlänge nach dem Schrumpfen ist.
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Wie oben angegeben, sind für die Zwecke der
vorliegenden Erfindung geeignete Folien solche heißschrumpffähigen Folien,
die, wenn sie gemäß dem ASTM-Verfahren
D 2732 bei der Temperatur untersucht werden, die von der Luft oder
der modifzierten Atmosphäre
in der Deckelsiegelstation erreicht wird, einen freien Schumpf von
mindestens 5% in beiden Richtungen zeigen.
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Bevorzugte heißschrumpffähige Folien sind jedoch solche,
die einen freien Schrumpf von mindestens 10%, bevorzugt mindestens
15% und noch bevorzugter mindestens 20% in beiden Richtungen haben.
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Für
den Zweck der vorliegenden Erfindung geeignete heißschrumpffähige Folien
müssen
durch eine niedrige Schrumpfkraft gekennzeichnet sein.
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Die Schrumpfkraft, die die von dem
Material während
des Schrumpfungsverfahrens freigesetzte Kraft ist, wird, wenn sie
auf den Strukturquerschnitt bezogen wird, Schrumpfspannung genannt.
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Es gibt kein Standard-Testverfahren,
um diese Eigenschaft zu messen. Das Verfahren, das verwendet worden
ist, um diesen Parameter zu bestimmen, ist ein internes Verfahren,
das nachfolgend beschrieben wird:
Proben der zu untersuchenden
Struktur (2,54 cm × 14,0
cm) wurden in den Längs-
und Querrichtungen geschnitten und zwischen zwei Klemmen eingeklemmt,
von denen eine mit einer Lastzelle (load Gell) verbunden war. Die
zwei Klemmen hielten die Probe im Zentrum eines Kanals, in den ein
Propeller erwärmte
Luft blies, und drei Thermoelemente maßen die Temperatur.
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Das von den Thermoelementen gelieferte
Signal wurde verstärkt
und zu einem Ausgang geschickt, der mit der "X"-Achse
eines X/Y-Rekorders verbunden
war. Das von der Lastzelle gelieferte Signal wurde verstärkt und
an einen Ausgang geschickt, der mit der "Y"-Achse des X/Y-Rekorders
verbunden war.
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Der Propeller begann warme Luft zu
blasen und die von der Probe. freigesetzte Kraft wurde in Gramm
gemessen. Die Temperatur wurde mit einer Rate von 2°C/Sek. bis
zu einem vorgewählten
Maximum erhöht.
Als die Temperatur anstieg, zeichnete der Stift auf dem X/Y-Rekorder
das gemessene Profil der Schrumpfkraft gegen die Temperatur auf.
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Das Instrument ergab eine Kurve der Schrumpfkraft
(g) gegen die Temperatur (°C);
durch Teilen der so aufgenommenen und mit 10–3 multiziplierten
Werte durch die Probenweite (cm) wurde die Schrumpfkraft (in kg/cm)
erhalten. Durch weiteres Teilen der Schrumpfkraft durch die Probendicke
(in cm) wurde die Schrumpfspannung in kg/cm2 bei
jeder gegebenen Temperatur erhalten.
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Es ist gefunden worden, dass die
heißschrumpffähigen Folien
zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verpackungsverfahren zur
Vermeidung von Verformung der am meisten üblichen Tabletts auf dem Markt
bei der Temperatur, die durch die Luft oder die modifizierte Atmosphäre der Deckelsiegelstation
erreicht wird, eine Schrumpfkraft von nicht mehr als 0,05 kg/cm
in mindestens der Längsrichtung
haben sollten.
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Wie oben angegeben, können das
Polymer (die Polymere) und die Polymermischung (die Polymermischungen),
die verwendet werden können,
um in dem erfindungsgemäßen Verpackungsverfahren verwendbare
heißschrumpffähige Folien
zu erhalten, stark variieren, wie auf diesem Gebiet bekannt, um die
Folie mit den gewünschten
mechanischen, optischen und Gasdurchlässigkeitseigenschaften auszustatten.
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Die gewünschten Schrumpfkraftcharakteristika
der als Tablettdeckel in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu verwendenden
heißschrumpffähigen Folien
können
durch geeignetes Einstellen der Schlüsselparameter in dem Herstellungsverfahren (Verwendung
von niedrigen Verstreckungsverhältnissen
und/oder hohen Orientierungstemperaturen), das geeignete Auswählen der
zu verwendenden Polymere und/oder ihrer Abfolge im Falle von Mehrschichtstrukturen,
das Reduzieren der Schrumpfkraft der verfügbaren Folien, indem sie einer
Wärmebehandlung
unter bestimmten Bedingungen unterzogen werden, oder durch eine
Kombination all dieser Maßnahmen
erhalten werden. Da, wie oben angegeben, die Schrumpfkraft auch
von der Dicke der Struktur abhängt,
kann es möglich
sein, eine geeignete Struktur, die die Schrumpfkraftcharakteristika
unterhalb der obigen Grenzen hat, zu erhalten, indem die Dicke der
ansonsten ungeeigneten dickeren Strukturen verringert wird.
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Die minimale Dicke, die in dem erfindungsgemäßen Verpackungsverfahren
verwendet werden kann, wird von anderen Charakteristika, wie mechanischem
Widerstand, Gaspermeabilität,
wenn eine Gassperrverpackung gewünscht
ist, abhängen,
die die Verpackung in der speziellen Anwendung erfordert, und der
Bedarf an Verbindungsschichten, um die Bindung zu verbessern, usw.
wird von der speziell verwendeten Mono- oder Mehrschichtstruktur
abhängen.
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Wie oben angegeben, können Folien
so dünn
wie. 10 μm
verwendet werden, wobei wegen des Ausbalancierens verschiedener
Eigenschaften heißschrumpffähige Folien
einer durchschnittlichen Dicke von etwa 14 bis etwa 40 μm, z. B.
15 μm, 19 μm, 25 μm, 30 μm oder 35 μm bevorzugt
sind.
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Strukturen, die in dem erfindungsgemäßen Verpackungsverfahren
und der erfindungsgemäßen Verpackung
verwendet werden können,
sind z. B. jene, die in US-A-4,551,380, US-A-4,532,189, EP-A-388,177, EP-A-457,598,
GB-A-2,221,649, WO-91/17886 und EP-A-206,826 oder, wenn eine Gassperrschicht
gewünscht
ist, in EP-A-217,596, EP-A-251,769,
EP-A-87,080, EP-A-141,555 und PCT Patentanmeldung Nr. PCT/US95/16202,
angemeldet am 15. Dezember 1995, beschrieben sind.
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Abwandlungen der Herstellungsbedingungen
gegenüber
den in den obigen Patenten angegebenen, können wenn nötig vorgesehen sein, um Folien
mit den geforderten Schrumpfeigenschaften zu erhalten.
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Wenn ein thermogeformtes Tablett
verwendet wird, wird dieses typischerweise aus einem ein- oder mehrschichtigen
thermoplastischen Material hergestellt sein, das gasdurchlässig oder
ein Gassperrmaterial sein kann, und eine heißsiegelbare innere Hautschicht
(6) oder heißsiegelbare
Streifen auf mindestens den Tabletträndern (7) umfasst.
Beispiele von gasdurchlässigen
Materialien, die zur Herstellung von thermogeformten Tabletts ver wendet
werden können,
sind z. B. Mehrschichtlaminate, die eine PVC-Schicht und eine innere
Polyethylen-Hautschicht umfassen, um die benötigte Heißsiegelfähigkeit bereitzustellen, oder
allgemein ausgedrückt
Laminate, die eine PVC Schicht und eine innere und gegebenenfalls äußere Beschichtungsschicht
aus irgendeinem heißsiegelbaren
Material umfassen, das mit dem ausgewählten Deckelmaterial heißsiegelbar ist.
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Alternativ können thermogeformte gasdurchlässige Tabletts
erhalten werden, indem Polystyrolband thermogeformt wird, entweder
geschäumt
oder ungeschäumt,
das eine Oberflächenschicht
eines heißsiegelbaren
Thermoplasten und eine Zwischenbindungsschicht hat.
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Wenn ein thermogeformtes Gassperr-Tablett gewünscht ist,
wird dieses typischerweise aus einer Mehrschichtstruktur hergestellt
sein, die eine Gassperrschicht, wie z. B. eine Schicht, die PVDC, EVOH,
ein Poly- oder Copolyamid, usw., wie auf diesem Gebiet bekannt,
und mindestens die innere Hautschicht aus heißsiegelbarem Material umfasst. Andere
Schichten können
natürlich
vorhanden sein, um die Struktur mit der erforderlichen Dicke und
den benötigten
mechanischen Eigenschaften auszustatten.
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Beispiele für thermoformbare Sperr-Strukturen
sind z. B. in US-A-4,735,855
beschrieben.
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Bevorzugt werden diese Gassperrtabletts
allerdings hergestellt, indem eine Bahn einer Oberflächenschicht
eines heißsiegelbaren
Thermoplasten, eine Innenschicht eines Gassperr- oder wenig-Sauerstoff-durchlassenden
Materials, wie oben gesehen, eine Bindungsschicht und eine Schicht
aus thermoformbarem Kunststoff, typischerweise Polystyrol, entweder
ungeschäumt
oder geschäumt
(angegeben als EPS), thermogeformt werden. Beispiele für solche
Gassperrtabletts sind z. B. in US-A-4,847,148 und US-A-4,935,089
beschrieben.
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Die thermogeformten Tabletts können inline oder
offline hergestellt werden.
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Alternativ können vorgeformte Tabletts, spritzgussgeformte
Tabletts gut verwendet werden.
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Das bevorzugte Material in diesem
Fall ist immer noch Polystyrol, geschäumt oder ungeschäumt, das
zumindest auf den Tabletträndern
mit einer Lage heißsiegelbarer
flexibler Folie beschichtet ist.
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Auch in diesem Fall wird, wenn ein
Gassperrtablett gewünscht
ist, die Beschichtung des Spritzgusspolystyroltabletts eine Gassperrzwischenschicht umfassen
und die ganze Tablettoberfläche
bedecken.
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Die Dimensionen und die Form der
Tabletts sind nicht entscheidend.
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Geeignete Dimensionen der Tabletts
werden von den Dimensionen der zu verpackenden Produkte abhängen. Auch
die Form der Tabletts kann variieren, um die verpackten Güter mit
einem besseren oder charakteristischen Erscheinungsbild zu versehen.
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Die Dimensionen der Tablettränder sind ebenfalls
nicht kritisch, vorausgesetzt ein Siegelbereich von mindestens 2
mm und bevorzugt 3 mm wird zugelassen, um ein verlässliches
Siegel zu erhalten.
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Je flexibler das für die Herstellung
der Tabletts verwendete Material oder je geringer deren Dicke ist,
desto geringer sollte die maximale Schrumpfkraft sein, die durch
den heißschrumpffähigen Deckel in
der Deckelsiegelstation entwickelt wird, um Tablettverformung zu
vermeiden.
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Daher wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren,
insbesondere wenn dünnere
und/oder flexiblere Tabletts verwendet werden, bevorzugt eine biaxial
orientierte heißschrumpffähige Folie
verwendet, die durch eine maximale Schrumpfkraft bei der Temperatur,
die in dem Bereich der Deckelsiegelstation erreicht wird, von nicht
höher als
0,04 kg/cm in mindestens der Querrichtung gekennzeichnet ist.
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Immer noch abhängig von dem speziell verwendeten
Tablett, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine biaxial
orientierte heißschrumpffähige Folie,
die durch eine maximale Schrumpfkraft bei der Temperatur, die in
dem Bereich der Deckelsiegelstation erreicht wird, von nicht mehr
als 0,03 kg/cm in mindestens der Querrichtung gekennzeichnet ist,
sogar noch bevorzugter verwendet.
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Die am besten geeignete Schrumpfkraftgrenze
für ein
gegebenes Tablett und eine gegebene Verpackungsmaschine wird vom
Fachmann jedoch einfach durch Ausprobieren bestimmt.
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Die folgenden speziellen Beispiele
sollen die vorliegende Erfindung besser veranschaulichen, aber sind
nicht als ihren Bereich einschränkend
zu interpretieren.
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Beispiel 1
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Vorgeformte thermogeformte Sperrtabletts, etwa
225 mm lang, 170 mm breit und 30 mm tief (VITEMBAL), die ein EPS
Substrat mit einem Ethylenvinylalkoholcopolymer als Sperrschicht
und eine Polyethylenheißsiegelschicht
(Gesamtdicke von etwa 4 mm) umfassen, werden auf einer MECAPLASTIC-Maschine
(MECA 2001) verwendet. Die Tabletts werden auf das Beschickungsförderband platziert
und mit den zu verpackenden Produkten befüllt. Die Maschine ist zweibahnig,
kann vier Tabletts pro Zyklus zu siegeln und läuft mit einer Geschwindigkeit
von 8 Zyklen pro Minute läuft.
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Die Tabletts werden dann in die Deckelsiegelstation
gebracht.
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Die heißschrumpffähige Folie A (deren Struktur
und Charakteristika unten beschrieben werden) wird von einer aufwärts gespann ten
Abwickeleinheit entlang eines Bereitstellungspfades innerhalb dieser
Deckelsiegelstation über
die vier Packungen geführt,
die breitenweise angeordnet sind. Die Siegelform wird geschlossen
und Vakuum wird bis zu dem Wert gezogen, der auf dem Maschinenleitstand eingestellt
ist, dann wird die geeignete Gasmischung injiziert, und die erhitzte
Platte mit den vorstehenden Messern senkt sich ab, um das heißschrumpffähige Deckelmaterial
etwa 3 mm von den Tablettkonturen entfernt zu schneiden und das
Deckelmaterial hermetisch auf die flachen Oberflächenzonen der Tabletts heißzusiegeln.
Die Siegeltemperatur wird auf dem Maschinenleitstand auf einen Wert
von etwa 120°C
eingestellt.
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Die getrennten Tabletts verlassen
die Deckelsiegelstation entlang der zwei Bahnen, während der
nächste
Träger
von vier Tabletts in der Deckelsiegelstation platziert wird. Stromabwärtige Verpackungsstufen
erfolgen in der aus dem Stand der Technik bekannten Weise.
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Folie A, die in diesem Verpackungsverfahren verwendet
wird, ist eine fünflagige
vernetzte Folie der Struktur A/B/C/B/A, wobei A eine Mischung aus
25% Ethylenvinylacetatcopolymer, 25% linearem Polyethylen mittlerer
Dichte und 50% linearem Polyethylen niedriger Dichte ist, die Gleit-,
Antiblockier- und Antitrübungsmittel
enthält,
C eine Mischung aus Ethylenvinylalkoholcopolymer und einem Polyamid
ist und B eine Verbindungsschicht ist, die ein modifiziertes Polyethylen
niedriger Dichte umfasst. Die Folie wird hergestellt, indem im Wesentlichen
das selbe Verfahren verfolgt wird, das in Beispiel 1 von EP-B-217,596
beschrieben ist. Die so erhaltene Folie wird dann einer Wärmebehandlung
unterzogen, indem die röhrenförmige flache
Folie mit einer konstanten Geschwindigkeit für eine Gesamterwärmungszeit
von etwa 1,60 Sek durch eine Verarbeitungseinheit geleitet wird,
die aus 6 Edelstahlrollen, die auf eine Temperatur von etwa –70 °C bis etwa
90°C erwärmt sind,
und zwei Rollen, die auf etwa Raumtemperatur gekühlt sind, besteht.
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Die so erhaltene Folie, die eine
Gesamtdicke von 25 μm
hat, besitzt eine maximale Querschrumpfkraft von 0,043 kg/cm. Der
Prozentsatz an freiem Schrumpf bei der Siegeltemperatur beträgt etwa
50% in beiden Richtungen.
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Die Vorteile, die mit der Verwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erreicht werden, sind, dass die erhaltene Sperrverpackung einen
Tablettdeckel von nur 25 μm
Dicke hat (während
die konventionellen Laminatdeckel viel dicker sind), der Deckel auf
der Oberseite des Tabletts bei sehr guter Kontrolle von möglichen
Balloneffekten perfekt dicht ist, er glänzend mit sehr guter Optik
ist (besser als die, die mit den konventionellen Laminaten erreichbar
ist, auch wegen der verringerten Dicke), es keine Verformung des
Tabletts gibt und es keine schlappen Säume um den Siegelbereich gibt.
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Analoge Ergebnisse können erhalten
werden, indem eine Caveco Automa Maschine mit Coopbox Tabletts oder
eine Caveco STL Maschine mit Spritzguss-Sperrpolystyrolschaumtabletts
verwendet wird.
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Beispiel 2
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Spritzgegossene Sperrtabletts von
etwa 190 mm Länge,
130 mm Breite und 35 mm Tiefe (SOCOPA), die ein EPS Substrat mit
einer Lage von Ethylenvinylalkoholcopolymer als Sperrschicht und
einer Polyethylenheißsiegelschicht
(Gesamtdicke etwa 7 mm) umfassen, werden auf einer MECAPLASTIC Maschine
(MECA 2001) verwendet, die in einer Weise modifiziert ist, dass
sie das Schneiden der Deckelfolie direkt nach dem Siegeln ermöglicht.
Die Tabletts werden auf das Beschickungsförderband platziert und mit
den zu verpackenden Produkten befüllt. Die Maschine ist dreibahnig,
kann drei Tabletts pro Zyklus siegeln und läuft mit einer Geschwindigkeit
von 10 Zyklen pro Minute.
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Die Tabletts werden dann in die Deckelsiegelstation
gebracht.
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Folie A wird verwendet, und das Verfahren wird
wie in Beispiel 1 durchgeführt
mit dem einzigen Unterschied, dass sich zuerst die erwärmte Platte
absenkt, um das Deckelmaterial auf die flachen Oberseitenzonen der
Tabletts heißzusiegeln
und unverzüglich
danach eine Reihe von Messern das Schneiden des heißsiegelbaren
Deckelmaterials etwa 3 mm von den Tablettkonturen entfernt vornimmt.
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Die selben Vorteile, die oben angegeben sind,
werden erhalten.
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Beispiel 3
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Das Verfahren wird auf der selben
Maschine unter Verwendung von spritzgegossenen gasdurchlässigen EPS
Tabletts wiederholt, die eine Polyethylenheißsiegelschicht (Gesamtdicke
von etwa 7 mm) und eine Folie B haben, die 15 μm dick ist und eine Dreischichtstruktur
A/B/A hat, wobei A eine Dreikomponentenmischung aus 25 Ethylenvinylacetatcopolymer,
25% linearem Polyethylen mittlerer Dichte und 50% linearem Polyethylen
niedriger Dichte ist, die Gleit-, Antiblockier und Antitrübungsmittel
enthält, und
B ein lineares Polyethylen niedriger Dichte ist. Diese Folie B,
die vernetzt ist, wird im Wesentlichen wie in US-A-4,551,380 Ausführungsform
II beschrieben hergestellt. Folie B hat eine maximale Schrumpfkraft
in der Querrichtung von 0,049 kg/cm und eine maximale Schrumpfkraft
in der Längsrichtung
von 0,03 kg/cm. Der Prozentsatz an freiem Schrumpf in beiden Richtungen
bei der Siegeltemperatur ist etwa 60.
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Anders als in Beispielen 1 und 2
wird das Verpacken in diesem Fall ohne Modifizierung der Verpackungsatmosphäre durchgeführt.
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Die selben Vorteile, wie in Beispiel
1 angegeben, werden erhalten.