DE69632778T2 - Herstellung einer mehrschichtfolie für verpackungen - Google Patents
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Description
- Technisches Gebiet
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Verpackungsmaterials für eine flüssigkeitsdichte Packung, wobei das mehrschichtige Material eine Kernschicht aus Papier oder Karton und äußere Schichten aus einem Polylaktid aufweist, die auf beiden Seiten der Kernschicht angebracht bzw. aufgebracht werden und durch gute Haft- oder Klebekraft an der dazwischen befindlichen Kernschicht angebracht sind durch eine dazwischen angeordnete bzw. angebrachte Schicht aus einem Ethylvinylazetat-Copolymer.
- Stand der Technik
- Im Stand der Technik werden oft flüssigkeitsdichte Einwegpackungen verwendet, die aus einem blattförmigen oder bahnenförmigen Verpackungsmaterial des Typs hergestellt werden, der eine Kernschicht aus festen aber formbaren Material und äußere flüssigkeitsdichte Schichten auf beiden Seiten der Kernschicht hat.
- Eine solche Packung, die im Stand der Technik gut bekannt ist, ist der Tetra Brik®, der durch Falten eines bahnenförmigen Verpackungsmaterials hergestellt wird, das mit Falzlinien versehen ist und das eine Kernschicht aus Papier oder Karton auf weist und äußere flüssigkeitsdichte Thermoplastbeschichtungen, normalerweise Polyethylen, was eine wirtschaftliche Herstellung der Packungen durch Warmverschweißen sicher stellt. Eine andere bekannte Packung des im Oberbegriff beschriebenen Typs, ist der Tetra Rex®, der aus vorgefertigten Kartonzuschnitten gefertigt wird, die mit Falzlinien versehen sind und die aus einem mehrschichtigen Verpackungsmaterial hergestellt sind, das eine Kernschicht aus Papier oder Karton aufweist und äußere flüssigkeitsdichte Thermoplastbeschichtungen, vorzugsweise aus Polyethylen.
- Zusätzlich kann das Material in beiden oben offenbarten sowie auch in anderen bekannten Einwegpackungen mit einer oder mehr Sichten aus demselben oder andern Materialien, wie oben erwähnt, versehen sein, z. B. aus Metall oder anderen Kunststoffarten, um den fertigen Packungen, falls erforderlich, zusätzliche Eigenschaften zum Schutz des enthaltenen Produkts, wie Gasdichtigkeit, Lichtundurchlässigkeit etc., zu verleihen.
- Ein entscheidender Faktor bei der Wahl der Zusammensetzung des mehrschichtigen Verpackungsmaterials ist auf der einen Seite, dass die Packung den bestmöglichen Schutz für das verpackte Produkt bereit stellen muss und auf der anderen Seite, dass das mehrschichtige Verpackungsmaterial eine wirtschaftliche Herstellung der Packungen im industriellen Maßstab ermöglicht, z. B. unter Verwendung von modernen Verpack- und Füllmaschinen, die Packungen mit sehr hohen Ausstoßraten formen, füllen und versiegeln. Ein anderer wichtiger Faktor ist natürlich auch, dass das mehrschichtige Verpackungsmaterial einfach herzustellen ist und dass die so hergestellte Packung einfach zu handhaben und verbrauchsfreundlich ist.
- Einhergehend mit strengeren Forderungen nach größeren Einsparungen von Rohstoffen und Recycling und Wiederverwendung von verbrauchten Packungen hat sich die Materialforschung und -entwicklung in der Verpackungsindustrie mehr und mehr auf die Herstellung und Entwicklung von Verpackungsmaterialien fokusiert, die mehr als bisher eine umweltfreundliche Herstellung und Recycling der Packungen möglich machen, ohne dass die Anforderungen an Produktschutz und Verbrauchseigenschaften der Packungen vernachlässigt werden. Im Zuge dieses Entwicklungstrends hat sich das Interesse vor allem auf sogenannte Biopolymere und ähnliche Materialien aus erneuerbaren Rohstoffquellen gerichtet, als Ersatz für die bisher verwendeten erdölbasierten Kunststoffe, wie z. B. Polyethylen.
- Mehrschichtige Verpackungsmaterialien, die Schichten aus nicht auf Erdöl basierenden Materialien aufweisen, z. B. Biopolymere oder ähnliche biologisch abbaubare Materialien, sind im Stand der Technik per se bekannt.
- Die Patentschrift EP-A-0 542 143 beschreibt beispielsweise ein mehrschichtiges Verpackungsmaterial, das Schichten aus Papier, Karton und Biopolymeren aufweist, bei dem zwei oder mehr Papier- oder Kartonschichten miteinander verbunden sind mit Hilfe von dazwischen liegenden Binde- oder Klebstoffschichten aus biologisch abbaubaren Materialien z. B. aus Stärke oder auf Stärke basierenden Materialien. Packungen aus dem bekannten mehrschichtigen Verpackungsmaterial, wie in EP-A-0 542 143 offenbart, können nach ihrer vorgesehenen Verwendung kompostiert werden.
- Ein Nachteil des beschriebenen mehrschichtigen Verpackungsmaterials und auch von ähnlichen bekannten Verpackungsmaterialien ist jedoch, dass die innere Klebe- oder Haftkraft zwi schen der Verpackungsmaterialschichten nicht zufriedenstellend ist und oft nicht ausreicht, um die einzelnen Verpackungsmaterialschichten in einer gut integrierten Laminatstruktur zusammenzuhalten, die benötigt wird, damit sich nicht einzelne Schichten ablösen oder anderweitig beschädigt werden, wenn das mehrschichtige Verpackungsmaterial für eine Packung verwendet wird. Es hat sich mit anderen Worten als schwierig herausgestellt, aus den bekannten mehrschichtigen biologisch abbaubaren oder kompostierbaren Verpackungsmaterialien Packungen herzustellen, die den Anforderungen an den bestmöglichen Schutz des verpackten Produkts entsprechen.
- Aufgaben der Erfindung
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Verpackungsmaterials gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs bereit zu stellen.
- Lösung
- Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Verfahren, wie im beigefügten Anspruch definiert, gelöst.
- Die Begriffe "biologisch abbaubar" oder "kompostierbar" werden sowohl in der nachfolgenden Beschreibung als auch im beigefügten Anspruch verwendet, um auszudrücken, dass das Material, wenn es in der freien Natur vorkommenden Mikroorganismen ausgesetzt wird, einfach in seine natürlichen Bestandteile aufgebrochen oder abgebaut (kompostiert) wird, ohne dass umweltschädliche Substanzen gebildet werden und ohne dass es nötig ist, umweltschädliche chemische Abbaubeschleuniger zu verwenden. Die Begriffe "biologisch abbaubar" und "kompostierbar" beziehen sich hier entsprechend auf solche Materialien, die unter natürlichen Bedingungen in ihre natürlich vorkommenden Bestandteilen abgebaut werden in einer Menge, die wenigstens 80 Prozent, vorzugsweise 90 Prozent und am meisten bevorzugt 100 Prozent entspricht. Im Nachfolgenden werden die Begriffe "biologisch abbaubar" und "kompostierbar" alternativ und austauschbar verwenden, sie sind in Wichtigkeit und Bedeutung gleich.
- Wie bereits erwähnt wurde, hat es sich in der Vergangenheit als schwierig erwiesen, kompostierbare oder biologisch abbaubare mehrschichtige Verpackungsmaterialien herzustellen, die eine hervorragende innere Haft- oder Klebkraft zwischen den einzelnen Materialschichten der mehrschichtigen Struktur des Verpackungsmaterials aufweisen. Es hat sich insbesondere als schwierig erwiesen, die beiden äußeren Schichten aus biologisch abbaubaren Material an die dazwischen liegende Kernschicht aus biologisch abbaubaren Material zu kleben, unabhängig davon, ob die Schichten direkt aneinander geklebt werden oder durch eine dazwischen liegende Schicht aus biologisch abbaubaren Material, das als Klebemittel oder Bindemittel zwischen der Kernschicht und den entsprechenden äußeren Schichten dient. Beispielsweise sind Versuche, äußere Schichten aus Polylaktid (das ein bekanntes Beispiel für ein biologisch abbaubares Material ist) direkt auf eine Schicht aus Holzmassenfasern zu kleben, aufgrund ungenügender Haftkraft zwischen den Schichten fehl geschlagen.
- Eine Erklärung für das Fehlschlagen von früheren Versuchen, ein gut integriertes, biologisch abbaubares oder kompostierbares mehrschichtiges Verpackungsmaterial herzustellen, kann sein, dass die beiden äußeren Polylaktid-Schichten bei einer zu niedrigen Extrusionstemperatur (höchstens 200°C) extrudiert wurden, die andererseits niedrig sein muss (höchstens ca. 200°C) um eine thermische Schädigung des Polylaktids zu vermeiden.
- Polylaktid ist ein gutes Beispiel für ein biologisch abbaubares Material, von dem im Stand der Technik schon lange gewünscht wird, es als Flüssigkeitssperrschicht in einem mehrschichtigen Verpackungsmaterial einzusetzen. Polylaktid ist leicht erhältlich und ist durch natürlich vorkommende Mikroorganismen zu fast 100 Prozent abbaubar. Eine weitere wertvolle Eigenschaft von Polylaktid ist, dass es warmverschweißt werden kann, was Polylaktid besonders attraktiv als Material für die äußeren Schichten des mehrschichtigen Verpackungsmaterialsmacht, was das Herstellen von dichten und mechanisch starken und beständigen Schweißverbindungen oder -nähten möglich macht durch Warmverschweißen während des Umformens des Verpackungslaminats in Packungen.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dem Wunsch, Polylaktid als äußere Feuchtigkeits- und Flüssigkeitsschutzschicht in einem mehrschichtigen Verpackungsmaterial zu verwenden, entsprochen, indem eine Schicht aus einem Ethylvinylazetat-Copolymer (EVA) zwischen der Kernschicht des mehrschichtigen Verpackungsmaterials und jeder entsprechenden äußeren Schicht aus Polylaktid angebracht wird.
- EVA ist ein biologisch abbaubares Copolymer wie oben definiert, und es hat sich herausgestellt, dass es überraschend gut in der Lage ist, als Klebemittel bzw. Bindemittel zwischen der Kernschicht des mehrschichtigen Verpackungsmaterials und jeder entsprechenden äußeren Polylaktid-Schicht zu fungieren. Es hat sich gemäß der vorliegenden Erfindung herausgestellt, dass die Kernschicht und die äußeren Polylaktid-Schichten des mehrschichtigen Verpackungsmaterials aneinander mit außerordentlich guter Haftkraft geklebt werden können, selbst wenn die äußeren Polylaktid-Schichten bei niedrigen Extrusionstem peraturen, wie maximal 200°C, extrudiert werden. In der vorliegenden Erfindung ist die niedrige Extrusionstemperatur im Gegensatz zum Stand der Technik vorteilhaft, da sie eine Herstellung des mehrschichtigen Verpackungsmaterials bei größeren Ausstoßraten ermöglicht.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die Kernschicht, wie bereits erwähnt, aus Papier oder Karton, was biologisch abbaubare Materialien sind, die in der Verpackungsindustrie häufig verwendet werden, um feste aber faltbare mehrschichtige Verpackungsmaterialien herzustellen.
- Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- Die vorliegende Erfindung wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen im Detail beschrieben. Es zeigen:
-
1 einen schematischen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes mehrschichtiges Verpackungsmaterial; -
2 schematisch, wie das mehrschichtige Verpackungsmaterial von1 unter Verwendung des Verfahrens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann; -
3 schematisch, wie das mehrschichtige Verpackungsmaterial von1 unter Verwendung des Verfahrens einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt werden kann; und -
4 schematisch eine bekannte Packung, die aus dem erfindungsgemäßen mehrschichtigen Verpackungsmaterial hergestellt wurde. - Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
-
1 stellt schematisch einen Querschnitt durch ein blattförmiges oder bahnenförmiges erfindungsgemäßes Verpackungsmaterial dar, das die Bezugsnummer10 hat. Das mehrschichtige Verpackungsmaterial10 wird in1 mit fünf einzelnen Materialschichten11 bis15 dargestellt, das mehrschichtige Verpackungsmaterial kann aber eine oder mehr zusätzliche Schichten aufweisen, ohne dass dies vom Umfang des beigefügten Anspruchs abweicht. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden allerdings nur die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendigen Schichten dargestellt. - Das mehrschichtige Verpackungsmaterial
10 in1 weist eine formfeste aber faltbare Kernschicht11 aus Papier oder Karton auf, die dem mehrschichtigen Verpackungsmaterial die gewünschte Steifigkeit und mechanische Stabilität verleiht. - Äußere Schichten
12 und14 aus Polylaktid werden entsprechend auf beiden Seiten der Kernschicht11 angebracht. Die beiden äußeren Schichten12 und14 sind dicht gegen Feuchtigkeit und Flüssigkeit und werden verwendet, um dem mehrschichtigen Verpackungsmaterial10 Dichtigkeitseigenschaften gegenüber Feuchtigkeit und Flüssigkeiten zu verleihen. - In der dargestellten Ausführungsform des mehrschichtigen, erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials
10 bestehen die beiden äußeren Schichten12 und14 aus Polylaktid, das warmverschweißbar ist und es so möglich macht, Packungen durch einfaches bekanntes Warmverschweißen des mehrschichtigen Verpackungsmaterials10 herzustellen. - Die beiden äußeren Polylaktid-Schichten
12 und14 werden an der Kernschicht11 jeweils durch dazwischen liegende oder sich dazwischen befindliche Klebstoff- oder Haftschichten13 und15 aus biologisch abbaubaren Materialien, wie im voranstehenden definiert, befestigt. - Das biologisch abbaubare Binde- oder Klebemittel ist gemäß der vorliegenden Erfindung, wie bereits erwähnt, Ethylvinylazetat-Copolymer (EVA), das mit einer außerordentlich guten Haftkraft die beiden äußeren Polylaktid-Schichten
12 und14 an die Kernschicht11 binden kann zum Herstellen eines gut integrierten mehrschichtigen Verpackungsmaterials10 . Die hervorragende Haftkraft zwischen den beiden äußeren Polylaktid-Schichten12 und14 und der Kernschicht11 wird auch erreicht, wenn die Polylaktid-Schichten12 und14 durch Extrusion bei einer niedrigen Temperatur, z. B. 200°C oder weniger, aufgebracht werden, was im Stand der Technik viel zu niedrig war, um eine zufriedenstellende Haftkraft zwischen den Polylaktid-Schichten und der Papier- oder Kartonschicht herzustellen. - Das mehrschichtige Verpackungsmaterial
10 in1 kann gemäß der vorliegenden Erfindung, wie schematisch in2 dargestellt, hergestellt werden. Um den Vergleich zwischen den1 und2 zu erleichtern, werden für gleiche oder entsprechende Teile des mehrschichtigen Verpackungsmaterials die gleichen Bezugsnummern verwendet, sie werden allerdings mit einem ersten Symbol (') versehen. - Eine Bahn
11' aus Papier oder Karton wird von einer Vorratsrolle (nicht dargestellt) in der Richtung, wie von dem Pfeil links in2 dargestellt, abgerollt. Die Bahn11' wird bei 16 mit einer wässrigen Lösung von Ethylvinylazetat-Copolymer (EVA) bedeckt oder beschichtet, das jeweils in dünnen durchgängigen Schichten13' und15' auf beiden Seiten der Bahn aufgetragen wird. - Die wässrige Lösung wird auf die Bahn
11' in einer Menge zwischen 0,5 und 5,0 g/m2 aufgetragen, was gemäß der vorliegenden Erfindung eine optimale Menge zum Erreichen der hervorragenden Haftkraft zwischen den Schichten im Verpackungslaminat ist. - Nach dem Aufbringen der wässrigen EVA-Lösung wird die beschichtete Bahn
11' bei17 durch Erwärmen getrocknet, um Wasser zu entfernen (verdampfen) und den Feuchtigkeitsgehalt der aufgetragenen Klebeschichten13' und15' einem geeigneten Niveau anzupassen. - Die getrocknete Bahn
11' wird dann über eine Biegerolle durch den Spalt zwischen den beheizten Walzen19 geführt, während gleichzeitig vorgefertigte, bahnenförmige Filme12' und14' aus Polylaktid mit der Bahn auf beiden Seiten verbunden werden und permanent an die Bahn geklebt werden unter Anwendung von Wärme und Druck beim Passieren durch den Spalt der beheizten Walzen19 . - Die Bahn aus mehrschichtigen Verpackungsmaterial
10' kann nach dem Laminierungsvorgang durch die Walzen19 auf Vorratsrollen gerollt werden, um weiter transportiert und verarbeitet zu werden, sie kann aber auch einer Verpackungsmaschine zugestellt werden, die aus dem bahnenförmigen Verpackungsmaterial auf per se bekannte Art und Weise fertige Packungen formt, füllt und herstellt. -
3 stellt schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines mehrschichtigen Verpackungsmaterials10 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung dar. Auch in dieser Figur werden für gleiche oder entsprechende Teile des mehrschichtigen Verpackungsmaterials die gleichen Bezugsnummern wie in1 verwendet, sie werden allerdings mit einem zweiten Symbol ('') versehen. - Das erfindungsgemäße Verfahren wie in
3 dargestellt unterscheidet sich von dem erfindungsgemäßen Verfahren wie in2 dargestellt, prinzipiell dadurch, dass die zwei äußeren Polylaktid-Schichten12'' und14'' hergestellt werden durch einen Extrusionprozess im Zusammenhang mit dem Laminierungsprozess, unter Verwendung der geheizten Walzen19 , während die entsprechenden Polylaktid-Schichten im vorhergehenden Beispiel aus bahnenförmigen, vorgefertigten Polylaktid-Filmen bestanden. - Nach dem Bedecken oder Beschichten der Bahn
11'' auf beiden Seiten bei16 mit einer wässrigen Lösung von Ethylvinylazetat-Copolymer (EVA) in einer Menge von 0,5 bis 5,0 g/m2 und dem Trocknen der aufgebrachten EVA-Schichten13'' und15 '' bei17 wird die Bahn11'' durch die Biegerolle18 zwischen den Spalt zwischen den beheizten Walzen19 geführt, während gleichzeitig dünne kontinuierliche Schichten12'' und14'' aus Polylaktid durch die Extruder20 und21 jeweils auf beide Seiten der Bahn extrudiert werden, um ein gut integriertes, bahnenförmiges mehrschichtiges Verpackungsmaterial10'' herzustellen. - Auch in diesem Fall kann das mehrschichtige Verpackungsmaterial
10'' auf Vorratsrollen gerollt werden, um weiter transportiert und verarbeitet zu werden, oder einer konventionellen Verpackungs- und Füllmaschine zugestellt werden, die die Packungen auf per se bekannte Art und Weise formt, füllt und versiegelt. -
4 zeigt schließlich schematisch den oberen Abschnitt eines bekannten Verpackungsbehälters22 des Typs Tetra Brik®, der aus einem erfindungsgemäßen, mehrschichtigen Verpackungsmaterial10 hergestellt werden kann. - Der Verpackungsbehälter
22 in4 wird aus einem bahnenförmigen, mehrschichtigen Verpackungsmaterial hergestellt; das mit Falzlinien versehen ist, so dass beide Längskanten der Bahn in einer überlappenden Verbindung oder Naht miteinander verbunden werden, um einen Schlauch herzustellen. Der Schlauch wird mit dem gewünschten Inhalt gefüllt und in geschlossene Packungen geteilt, durch wiederholte Querversiegelung des Schlauchs quer zur Längsrichtung des Schlauchs und unter den entsprechenden Füllniveaus im Schlauch. Die Packungen werden von einander durch Schnitte in den Querversiegelungsabschnitten getrennt und es wird ihnen die gewünschte geometrische Konfiguration, normalerweise eine parallelepipede Form, durch einen abschließenden Form- und Versiegelvorgang verliehen, um fertige, gefüllte Packungen22 , wie in der4 dargestellt, herzustellen. - Nach dem Leeren kann der erfindungsgemäße Verpackungsbehälter
22 umweltfreundlich bzw. umweltverträglich durch biologischen Abbau ohne begleitende umweltschädliche chemische Abbauprodukte kompostiert werden. - Um den biologischen Abbau oder die Kompostierung der erfindungsgemäßen Behälter zu beschleunigen, können die Packungen gemahlen oder auf andere Art und Weise fein zerkleinert werden, um den Zugriff von Feuchtigkeit und Mikroorganismen auf das biologisch abbaubare Material in der gemahlenen oder zerkleinerten Masse aus Verpackungsmaterial zu erleichtern.
- Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verpackungsbehälters ist, dass er leicht und schnell abgebaut oder auf seine natürlichen Bestandteile herunter gebrochen werden kann, ohne dass es nötig ist, schädliche chemische Zusätze beizumengen.
- Es ist aus der vorstehenden Beschreibung klar, dass die Ziele der vorliegenden Erfindung einfach und effektiv durch die Verwendung von einfach verfügbaren Material aus erneuerbaren Rohstoffquellen unter Ausnutzung bekannter und existierender Verfahren und Ausrüstungen erreicht werden können.
Claims (1)
- Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Verpackungsmaterials für eine flüssigkeitsdichte Packung, wobei das mehrschichtige Verpackungsmaterial (
10 ) aufweist eine Kernschicht (11 ) aus Papier oder Karton und äußere Schichten (12 ,14 ) aus einem Polylaktid, die auf beide Seiten der Kernschicht aufgebracht werden und mit einer guten Haftkraft oder Klebekraft mit der dazwischenliegenden Kernschicht (11 ) verbunden werden durch das Dazwischenlegen bzw. Dazwischenanbringen einer Schicht aus Ethylvinylazetat-Copolymer (EVA), dadurch gekennzeichnet, dass eine Bahn (11'' ) aus Papier oder Karton auf einer oder beiden Seiten mit einer dünnen kontinuierlichen Schicht (13'' ,15 '') einer wässrigen Lösung von Ethylvinylazetat-Copolymer in einer Menge zwischen 0,5 und 5,0 g/m2 beschichtet wird; dass die beschichtete Bahn getrocknet wird, um Wasser zu entfernen (verdampfen); und dass die getrocknete Bahn mit einer dünnen Schicht (12'' ,14'' ) aus Polylaktid beschichtet wird, die auf beide Seiten der Bahn extrudiert wird, um das fertige, gut integrierte, mehrschichtige Verpackungsmaterial (10'' ) herzustellen.
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