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Hintergrund der Erfindung
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Erfindungsgebiet
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Diese Erfindung bezieht sich auf
Kartonverpackungen oder -schachteln geeignet zum Vertrieb, zur Marktversorgung
und zur Erhitzung vorbereiteter Nahrungsmittelprodukte. Solche Konstruktionen
dieser Art beinhalten im Allgemeinen eine Beschichtung, die unter
204°C (400°F) massenstabil
ist, mit chloroformlöslichen
Extraktstoffen, die 0,5 mg/2,54 cm2 (0,5
mg/in.2) einer Nahrungskontaktfläche nicht übersteigen,
wenn sie einer Nahrungsmittel simulierenden Lösung von 65,5°C (150°F) für zwei Stunden
ausgesetzt wird, die flexibel genug ist, um üblicher Rillenbildung in Querrichtung
mit einer Breite von 0,05 cm (2 Punkt) und einer Rille von 0,16
cm (0,062 inch) zu widerstehen, während diese einem Risslängenverhältnis von
nicht größer als
0,1 widersteht, und einen Pressschutzwiderstand zeigt, wenn sie
bei Umgebungsbedingungen von 0,23 kg/2,54 cm2 (,5
lbs/sq.in) oder größer unter
einer Last gestapelt ist.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Um komplizierten Reinheits- and Ausführungsvorschriften
zu entsprechen, sind zum Vertrieb, zur Marktversorgung und Erhitzung
vorbereiteter Nahrungsmittelprodukte für Dienstleistung und Verbrauch
hoch spezialisierte Verpackungssysteme entwickelt worden. Viele
dieser Verpackungssysteme basieren auf einem Struktursubstrat gefaltet
aus einem vorgedruckten und ausgestanzten gebleichten Sulfatkarton
wie beschrieben in U.S.-Patent Nr. 4,249,978 ('978) von T. R. Baker, benannt „Method
Of Forming A Heat Resistant Carton", U.S.-Patent Nr. 3,788,876 ('876) von D. R. Baker
et al., benannt „Carton
Blanks Printed With A Heat Sealable Composition And Method Thereof" und wie im üblicherweise
aufgeführten
U.S.-Patent Nr. 4,930,639 ('639)
von W. R. Rigby, benannt „Ovenable
Food Container With Removal Lid".
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Um die Papierverpackung oder -schachtel
vor Zersetzung durch Feuchtigkeit aufgrund von direktem Kontakt
mit Nahrungsmittelmaterie zu schützen,
sind die inneren Flächen
einer solchen Schachtel beschichtet mit einer Feuchtigkeitsbarriere
aus einer oder mehreren ununterbrochenen Schichten aus thermoplastischem Harz. Üblicherweise
werden dieser Schichten, vor dem Drucken und Schneiden als ein heißer, dickflüssiger Extrudierguß auf die
Kartonbahn aufgetragen. Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polypropylen
(PP) und Polyethylenterephtalat (PET) sind einige der üblicheren
für diesen
Zweck benutzte thermoplastischen Harze.
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Auf Karton basierende Nahrungsmittelbehälter können auch
eine von mehreren Formen annehmen, einschließlich einer preßgeformten
Schale, einer geformten Zellstoffschale, einer festen Plastikschale
oder einer Falzschale. Jedoch benötigen Schalen nach der obigen
Beschreibung drei separate Veredlungsverfahren der Herstellung der
Pappschalenbahn folgend: 1) Extrusion der thermoplastischen Barrierebeschichtung;
2) Drucken der Verkaufsgrafiken und 3) Ausstanzen der Pappschalenabfälle. Diese
Verfahren in einem einzigen Verfahren zu vereinigen würde offensichtliche
wirtschaftliche Vorteile bieten. Überdies sind relativ hohe Beschichtungsgewichte
für eine
extrudierte Feuchtigkeitsbarriere nötig, typischerweise von 4,99
kg bis l 1,79 kg pro 278,7 m2 (11 bis 26
pounds pro 3000 ft.2) des Ries', da leichtere Beschichtungsgewichte
gewöhnlich
zu einer inkonsistenten Polymerschichtdicke oder zu einer Schicht
mit geringer oder gar keiner Haftfähigkeit an den Karton führen. Folglich
würde eine
vorteilhaftere Pappschale vorliegen, wenn die thermoplastische Barriere
beseitigt werden könnte,
während
die Anzahl der Verfahrensschritte zur Veredlung reduziert wird.
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EP
760 342 offenbart eine Kartonschachtel zum Vertrieb von
Nahrungsmitteln.
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Aus obigem wird offensichtlich, dass
in der Technik ein Bedarf an einer Pappschachtel mit Deckel besteht,
die in der Lage ist, das Nahrungsmittelprodukt adäquat zu
schützen
und die Verwendung der thermoplastischen Barriere vermeidet, die
aber gleichzeitig in einem einzigen Verfahrensschritt zur Veredlung
gebaut werden kann. Es ist ein Zweck dieser Erfindung, diese und
andere Bedürfnisse
in der Technik so zu erfüllen, wie
es dem Durchschnittsfachmann durch folgende Offenbarung verdeutlicht
wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Im Großen und Ganzen erfüllt diese
Erfindung diese Bedürfnisse
durch die Bereitstellung eines Kartonmaterials zur Lagerung von
Nahrungsmitteln umfassend:
eine erste Seite und eine zweite
Seite geeignet zum Tragen einer Beschichtung von einer getrockneten,
auf Wasser basierenden, Copolymer-Emulsion geeignet zum direkten
Nahrungsmittelkontakt, wobei die getrockenete, auf Wasser basierende
Copolymer-Emulsion
bei ca. 121°C
(250°F)
oder darüber
an einen anderen Bereich des Kartonmaterials heißsiegelbar ist und wobei die
getrocknete auf Wasser basierende Emulsion bei ca. 204°C (400°F) oder darunter
massenstabil ist, und die getrocknete auf Wasser basierende Emulsion
chloroformlösliche
Extraktstoffe umfasst, die ca. 0,5 mg/2,54 cm2 (0,5
mg/in2) Nahrungsmittelinhaltsoberfläche nicht übersteigen,
wenn sie bei ca. 65,5 °C
(150°F)
für ungefähr 2 Stunden
einem Nahrungsmittel simulierendem Lösungsmittel ausgesetzt wird;
und wobei die getrocknete auf Wasser basierende Emulsion auf die
zweite Seite aufgetragen wird mit einem Beschichtungsgewicht von
ca. 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6
bis 12 Trocken-Pfund (lbs.)pro 3000 sq.ft.); und wobei das Kartonmaterial
herkömmlicherweise
in Querrichtung gefalzt werden kann mit einer Breite von 0,05 cm
(2 Punkte) und einer Rille von 0,16 cm (.062'')
und einem Rißlängenverhältnis von
nicht größer als
in etwa 0,1 standhält,
dadurch gekennzeichnet, dass die getrocknete auf Wasser basierende
Emulsion des Weiteren unlösliche
Teilchen mit einem spezifischen Gewicht von zwischen 0,8 und 3,5
enthält.
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In bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen
kann die auf Wasser basierende Emulsion außerdem durch Anheften verbunden
werden bei Temperaturen von 121°C
(250°F)
oder höher
und ist massenstabil unter 204°C
(400°F).
Die auf Wasser basierende Emulsion kann außerdem bei Beschichtungsgewichten
von zwischen 0,91 bis 5,44 Trocken-kg/278,7 m2 (2,0
bis 12 Trocken-pounds/3000 ft.2) Ries aufgetragen
werden. Schließlich
werden unlösliche
Teilchen einer speziellen Größenanordnung
der Beschichtung zugeführt,
um Widerstand gegen Pressdruck zu erzielen. Die spezifische Gewichtskraft
der Teilchen muss in einem bestimmten Bereich liegen, der abhängig ist
von dem Beschichtungslösungsmittel.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist das Lösungsmittel Wasser. Die spezifische
Gewichtskraft für
die Teilchen in einer auf Wasser basierenden Mischung nach Formel
liegt in dem Bereich von 0,8 bis 3,5. Die spezifische Gewichtskraf
der unlöslichen
Teilchen muss derart sein, dass diese ohne übermäßige Bewegung in der Beschichtung
hängen
bleiben. Wenn die spezifische Gewichtskraft zu gering ist, sammeln
sich die Teilchen an der Oberfläche.
Wenn die spezifische Gewichtskraft zu hoch ist, lagern sich die
unlöslichen
Teilchen außerhalb der
auf Wasser basierenden Emulsion ab.
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In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel
steigert die Verwendung der getrockneten auf Wasser basierenden
Emulsion die Flexibilität
der Schale und des Deckels derart, dass übermäßiges Reißen der Rillen im Wesentlichen
reduziert wird.
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In einer anderen Erscheinung der
Erfindung ist eine Kartonschachtel zum Vertrieb von Nahrungsmitteln
vorgesehen, die im Wesentlichen aus dem Kartonmaterial der vorliegenden
Erfindung besteht.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
bietet die bevorzugte Schachtel die folgenden Vorteile: leichtes Gewicht;
leichter Zusammenbau; exzellente Heißsiegelbarkeit; reduziertes
Reißen
der Rillen, exzellente Flexibilität; gute Haltbarkeit; gute Stabilität; exzellenter
Pressdruckwiderstand oder Blockwiderstand; und exzellente Wirtschaftlichkeit.
In der Tat sind die Faktoren des leichten Zusammenbaus, der Heißsiegelbarkeit,
des reduzierten Reißens,
des Blinddruckwiderstands und der Flexiblität in vielen der bevorzugten
Ausführungsbeispiele
zu einem Maß optimiert,
das wesentlich höher
ist als der hier zuvor erreichte Stand der Technik.
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Die obigen und andere Merkmale der
vorliegenden Erfindung, die mit Voranschreiten der Beschreibung
offensichtlicher werden, sind am verständlichsten bei Berücksichtigung
der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden
Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in verschiedenen
Ansichten darstellen und in welchen:
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine bildliche Ansicht einer Kartonnahrungsmittelschachtel mit einem
integrierten Deckelverschluss, gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine bildliche Ansicht einer weiteren Kartonnahrungsmittelschachtel
mit einem integrierten Deckelverschluss, gemäß der vorliegenden Erfindung;
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3 ist
eine bildliche Ansicht einer pressgeformten Kartonnahrungsmittelschachtel,
gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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4 ist
eine bildliche Ansicht einer gefalteten Kartonnahrungsmittelschachtel
und -deckel, gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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5 ist
eine schematische Darstellung eines Apparates zur Herstellung einer
heißversiegelten
im Ofen erwärmbaren
Nahrungsmittelpappschale, gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
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6 ist
eine graphische Darstellung einer Wärmeanalyse von Änderungen
in der Masse in Prozent zu der Temperatur in °C (in °F) zu den Temperaturänderungen
zwischen dem Ofen und der Probe in °C (in °F).
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Ein Kartonmaterial der vorliegenden
Erfindung besteht typischerweise aus einem festen gebleichten Sulfatbogen
(SBS) mit einer Dicke von 0,046 cm (0,018 inch). Definitiv beschreibt
der Ausdruck Karton ein Papier im Dickenbereich von 0,18 bis 0,71
cm (,007 bis ,028 inches). Die Erfindung ist im vollen Umfang eines solchen
Bereichs relevant, wenn auf Verpackungen und darüber hinaus angewandt.
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Wenn es als Nahrungsmittelkartonrohmaterial
eingesetzt wird ist Karton gewöhnlich
auf zumindest einer Seitenfläche
und häufig
auf beiden Seiten mit Koalin beschichtet. Der Kartonhandel charakterisiert
eine Kartonbahn oder einen Kartonbogen, die/der auf einer Seite
koalinbeschichtet ist wie C1S und C2S für einen auf beiden Seiten beschichteten
Bogen. Zusammensetzungsgemäß ist diese
Kartonbeschichtung eine fluidisierte Mischung aus Mineralien wie
z. B. Beschichtungskoalin, Kalziumkarbonat und/oder Titandioxyd
mit Stärke
oder einem Klebemittel, das glatt auf die sich bewegende Bahnoberfläche aufgetragen
wird. Sukzessives Verdichten und Polieren durch Satinieren bearbeitet
die mineralbeschichtete Oberfläche
in hohem Maß bzgl. Glätte und
einer überragenden
Grafikdruckoberfläche.
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Wenn C1S-Karton für Nahrungsmittelverpackungen
benutzt wird, ist die koalinbeschichtete Fläche aufbereitet wie die Außenfläche, d.
h., die Fläche,
die mit dem Nahrungsmittel keinen Kontakt hat. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die andere Seite (die Seite in Kontakt mit dem Nahrungsmittel)
mit einer bestimmten auf Wasser basierenden Emulsion beschichtet,
die noch näher
beschrieben wird. Der Emulsionbeschichtungsprozess kann eine Tiefdruckrolle,
Flexobeschichter, einen Stangenbeschichter, ein Luftmesser oder
eine Sortierklinge (screen Made) beinhalten.
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Nach der vorliegenden Erfindung liegt
das typische Emulsionsauftragungsmaß für eine selbständige (nicht
mit einem Deckel verbundene) C1S-Pappschale, die mit einem Nahrungsmittelkartondeckel
heißversiegelt
werden soll, im Bereich von 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6 bis 12 Trocken-Pfund pro 3000 ft.2) Ries. Eine C2S-Nahrungsmittelkartonschale würde wegen
der größeren „Ergiebigkeit" der Emulsion feuchtigkeitsbarrierenbeschichtung,
die einer satinierten koalinbeschichteten Papieroberfläche zukommt,
nur 0,91 bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2
bis 8 Trocken-Pfund pro 3000 ft.2) Ries
benötigen.
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Bezug nehmend zunächst auf 1 ist dort ein Pappnahrungsmittelkarton 2 dargestellt.
Karton 2 beinhaltet teilweise Behälter 4 mit integriertem
Verschlussdeckel 14. Die Komponenten des Kartons 2 beinhalten auch
Bodenplatte 6, Seitenwände 8,
Eckversteifungen 12, Klappen 16 und Beschichtung 18.
Der Karton 2 in 1 ist
aus einem Pappebogen oder einer Pappebahn (5) von großer Länger geschnitten. Im Fall einer C1S-Pappebahn
ist die auf Wasser basierende Emulsionsbeschichtung 18 von
einem Rollenmaterialhandhabungssystem fortlaufend oder gemustert
mittels der zuvor erwähnten
herkömmlichen
Beschichtungstechniken auf die unpigmentierte Seite der Bahn mit
einer Ablagerungsrate von vorzugsweise 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro
278,7 m2 (6 bis 12 Trocken-Pfund pro 3000
ft.2) Ries aufgetragen. Wenn C2S-Pappe benutzt
wird, wird die Beschichtung 18 auf eine der pigmentbeschichteten
Flächen
bei vorzugsweise 2,72 bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2
bis 8 Trocken-Pfund) pro Ries aufgetragen. Bezüglich 1 würde
die mit Emulsion beschichtete Seite der Schale die Seite gegenüber der
inneren Deckelfläche
sein. Die pigmentbeschichtete Fläche
der Bahn wird außerdem
von einem Rollenhandhabungssystem mit Verkaufs- und Informationsgrafiken
bei Position 80 (5)
bedruckt.
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Normalerweise werden flache bedruckte
Zuschnitte, die später
wie die in 1 dargestellte
Verpackung geformt werden, ausgeschnitten und eingekerbt zum Falten
aus einem Bogen oder einer Bahn und dem Nahrungsmittelverarbeitungsbetrieb
als Stapel unabhängiger
Artikel geliefert. Der Zuschnitt wird mittels mechanisch einrastender
Eckversteifungsstreifen geformt. Der Pappbehälter 2 wird sodann
mit einem Nahrungsmittelprodukt gefüllt, bevor der Deckel geschlossen
und versiegelt wird. Deckel 14 werden typischerweise über Klappen 16 versiegelt,
die mit den Seitenwänden 8 heißversiegelt
sind. Solche Systeme werden hergestellt von Kliklok Corp. aus Atlanta,
GA, Raque Food Systems aus Louisville, KY und Sprinter Systems aus
Halmstad, Schweden.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung ist Karton 20 wie in 2 dargestellt, der weitgehend einen Behälter oder
eine Schale 22 mit einem integrierten Verschlussdeckel 32 umfasst.
Die Komponenten des Kartons 20 beinhalten auch Bodenplatte 24,
Seitenwände 26,
Flansch 28, Eckversteifungen 30 und Beschichtung 18.
Der Karton 2 aus 2 ist
aus einem Pappebogen oder einer Pappebahn (5) von großer Länge geschnitten. Im Fall einer
C1S-Pappebahn ist die auf Wasser basierende Emulsionsbeschichtung 18 von
einem Rollenmaterialhandhabungssystem fortlaufend oder gemustert
mittels der zuvor erwähnten herkömmlichen
Beschichtungstechniken auf die unpigmentierte Seite der Bahn mit
einer Ablagerungsrate von vorzugsweise 2,72 bis 5,44 Trocken-kg
pro 278,7 m2 (6 bis 12 Trocken-Pfund pro
3000 ft.2) Ries aufgetragen. Wenn C2S-Pappe
benutzt wird, wird die Beschichtung 18 auf eine der pigmentbeschichteten
Flächen
bei vorzugsweise 2,72 bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2
bis 8 Trocken-Pfund) pro Ries aufgetragen. Bezüglich 2 würde
die emulsionbestrichene Seite der Schale die Seite gegenüber der
inneren Deckelfläche
sein. Die pigmentbeschichtete Fläche
der Bahn wird außerdem
von einem Rollenhandhabungssystem mit Verkaufs- und Informationsgrafiken
bei Positionen) 80 (5)
bedruckt.
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Flache Zuschnitte, die später wie
die in 2 dargestellte
Verpackung geformt werden, werden hergestellt und in Paletten gestapelt
an den Nahrungsmittelverarbeitungsbetrieb geliefert wie zuvor beschrieben. Der
Zuschnitt wird mittels Heißversiegelung
der Eckversteifungen geformt. Der Pappbehälter 22 wird sodann mit
dem Nahrungsmittelprodukt gefüllt,
bevor der Deckel geschlossen und versiegelt wird. Deckel 32 werden typischerweise
mittels Heißversieglung
der Frontklappen 16 und Seitenflanschen versiegelt. Hersteller
solcher Versieglungssysteme sind die selben wie die zuvor aufgelisteten.
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Hinsichtlich 3 beinhaltet Schale 40 teilweise
Schalenfächer 44,
Flansch 46 und Beschichtung 18. Die Schale 40 in 3 ist aus einem Pappebogen
oder einer Pappebahn (5)
von großer
Länge ausgeschnitten.
Im Fall einer C1S-Pappebahn wird die auf Wasser basierende Emulsionsbeschichtung 18 von
einem Rollenmaterialhandhabungssystem fortlaufend oder gemustert
mittels der zuvor erwähnten
herkömmlichen Beschichtungstechniken
auf die unpigmentierte Seite der Bahn mit einer Ablagerungs rate
von vorzugsweise 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6
bis 12 Trocken-Pfund pro 3000 ft.2) Ries
aufgetragen. Wenn C2S-Pappe benutzt wird, wird die Beschichtung
auf eine der pigmentbeschichteten Flächen bei vorzugsweise 2,72
bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2 bis
8 Trocken-Pfund) pro Ries aufgetragen. Bezüglich 3 würde die
emulsionbestrichene Seite die Fläche
auf Beschichtung 18 sein.
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Flache Zuschnitte, die später wie
die in 3 dargestellte
Verpackung geformt werden, werden ausgeschnitten und eingekerbt
zum Falten aus einem Bogen oder einer Bahn. Die flachen Zuschnitte
werden dann in den Karton preßgeformt.
Geformte Schalen werden zum Befüllen
mit Nahrungsmitteln und Verschließen in Stapeln an den Kunden
geliefert. Der Verschluss kann aus gestrichenem Kartonmaterial ähnlich der
Schale hergestellt sein, oder aus Folie. In jedem Fall würde ein
herkömmliches
Heißsiegelverfahren
angewandt, um den Verschluss an die Schalenflanschen zu befestigen.
Hersteller solcher Versiegelungssysteme sind die selben wie zuvor
aufgeführt.
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In 4 sind
Pappkartonschale 50 und Deckel 60 dargestellt.
Schale 50 beinhaltet teilweise Bodenplatte 52,
Seitenwände 54,
Flansch 56, Versteifungen 58 und Beschichtung 18.
Schale 50 und Deckel 60 sind aus einem Pappebogen
oder einer Pappebahn (5)
von großer
Länger
geschnitten. Im Fall einer C1S-Pappebahn wird die auf Wasser basierende
Emulsionsbeschichtung 18 von einem Rollenmaterialhandhabungssystem
fortlaufend oder gemustert mittels der zuvor erwähnten herkömmlichen Beschichtungstechniken
auf die unpigmentierte Seite der Bahn mit einer Ablagerungsrate
von vorzugsweise 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6
bis 12 Trocken-Pfund pro 3000 ft.2) Ries
aufgetragen. Wenn C2S-Pappe benutzt wird, wird die Beschichtung
auf eine der pigmentbeschichteten Flächen bei vorzugsweise 2,72
bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2 bis
8 Trocken-Pfund) pro Ries aufgetragen. Bezüglich 4 würde
die emulsionbestrichene Seite die Fläche auf Beschichtung 18 sein.
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Flache Zuschnitte, die später wie
die in 4 dargestellte
Verpackung geformt werden, werden hergestellt und dem Nahrungsmittelverarbeitungsbetrieb
geliefert wie zuvor beschrieben. Der Zuschnitt wird mittels Heißversiegelung
der Eckversteifungen geformt. Die Pappschale 50 wird sodann
mit dem Nahrungsmittelprodukt gefüllt, bevor der Deckel geschlossen
und versiegelt wird. Der Verschluss kann aus beschichtetem Kartonmaterial ähnlich der
Schale hergestellt sein, oder aus Folie. In jedem Fall würde ein
herkömmliches Heißsiegelverfahren
angewandt, um den Verschluss an die Schalenflanschen zu befestigen.
Hersteller solcher Versiegelungssysteme sind die selben wie zuvor
aufgeführt.
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Wie bereits im Einzelnen diskutiert
zeigt 5 eine in sich
geschlossene, einlagige Vorrichtung 70 zur Herstellung
von Zuschnitten für
Pappverpackungsschalen und -deckel, in welcher das Aufbringen der
Barriere und/oder Heißsiegelbeschichtung 18 verbunden
ist mit dem Drucken der Verkaufsgrafiken, wodurch der Bedarf an
einer separaten Off-Line-Beschichtungsbehandlung entfällt. Diese
Darstellung zeigt die Herstellung von Pappezuschnitten für Schalen 2, 20, 40 und 50 und
Deckel 60. Insbesondere beinhaltet die Vorrichtung 70 teilweise
Papierrolle 72, Papierrollenbahn 74, Streichvorrichtung 76,
herkömmlichen
Streichtrockner 78, Druckposition(en) 80, Aushärteposition 82,
Beschichtungsposition 84, herkömmlichen Beschichtungstrockner 86,
herkömmlichen
Abschneider 84 und Pappezuschnitte für Schalen 2, 20, 40 und 50 und
Deckel 60.
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Während
des Betriebs der Vorrichtung 70 wird die Papierrolle 72 derart
abgerollt, dass die Bahn 74 entsteht. Bahn 74 wird
entlang Vorrichtung 70 mittels herkömmlicher Techniken zu Beschichtungsposition 76 geschoben.
An der Beschichtungsposition 76 wird die Bahn 74 mit
der auf Wasser basierenden Emulsion entsprechend der vorliegenden
Erfindung auf der unpigmentierten Seite gestrichen, wenn ein C1S-Kartonmaterial benutzt
wird oder auf der pigmentierten Fläche, wenn ein C2S-Material
benutzt wird.
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Im Anschluss an die Verwendung der
auf Wasser basierenden Emulsion auf Bahn 74 wird Bahn 74 zu dem
herkömmlichen
Streichtrockner 78 geschoben, wo die Emulsion nach herkömmlichen
Trockentechniken getrocknet wird. Im Anschluss an jede Trockeneinheit
wird die Bahn 74 durch Kontakt mit herkömmlichen Trommelkühlern (nicht
abgebildet) gekühlt.
Bahn 74 wird zu Grafikdruckpositionen 80 geschoben,
wo Grafiken wie Verkaufsgrafiken oder ähnliches auf Bahn 74 auf
der Seite gegenüber der
auf Wasser basierenden Emulsion platziert werden. Farben werden
dann ausgehärtet
durch Aushärtestation 82.
Strahlungsaushärtbare
Farben werden wegen ihrer grafischen Wirkung, Lebensdauer und Endverbraucherfüllung bevorzugt.
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5 ist
nur eine vorgeschlagene Reihenfolge im Zusammenhang mit der Anwendung
der Beschichtung und dem Druck der Grafiken. Jedoch werden beide
Verfahren in jedem Fall in dem selben Grundarbeitsvorgang bei einem
einmaligen „Vorbeifahren" durchgeführt.
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Im Anschluss an das Drucken der Grafiken
und Auftragen der Beschichtung 18 auf die Rückseite
der Bahn 74 wird die Bahn 74 zu Schneidemechanismus 88 geschoben,
der die Bahn in die gewünschten
Zuschnitte der Schalen 2, 20, 40 und 50 und
Deckel 60 falzt und schneidet.
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Rotationsschneidesysteme haben sich
als die bevorzugte Methode entwickelt, jedoch könnten andere herkömmliche
Schneidetechniken eingesetzt werden. Zusätzlich könnte man beschließen, die
Bahn in Form einer Rolle aufzuwickeln oder in Bögen zu schneiden, um sie später zuzuschneiden.
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Eine repräsentative Quelle der auf Wasser
basierenden Emulsionsbeschichtung 18, auf welche sich die
vorliegende Erfindung stützt,
beinhaltet die Michelman-Schalenbeschichtung 16,
Produkt der Michelman, Inc., Cincinnati, Ohio. Das Michelman-Produkt
setzt sich zusammen aus einem heißaktivierten (oder siegelbaren)
Kopolymer oder einer Polymerbeschichtung mit „flexiblen" Merkmalen. Wesentliche Eigenschaften
dieser auf Wasser basierenden Emulsion bei Gebrauch für Beschichtungen
in Kontakt mit Nahrungsmitteln sind: (a) Massenstabilität bei Temperaturen
unter 204°C,
d. h., unter 204°C
(400°F,
d. h., unter 400°F)
schmilzt die Beschichtung nicht, zersetzt sich nicht oder verliert
sonst wie an Masse (beispielsweise durch Lösungsmittelausgasung); (b)
kann durch Anheften verbunden werden bei Temperaturen von 121°C (250° F) oder
höher;
(c) chloroformlösliche
Extraktionslevel übersteigen
nicht 0,5 mg/254 m2 (0,5 mg/inch2) der Nahrungsmittelkontaktfläche, wenn
sie einem Lösungsmittel
ausgesetzt werden, wie z. B. n-Heptan bei 65,5°C (150°F) für zwei Stunden; und (d) flexibel genug
ist, herkömmlichem
Pfalzen in Querrichtung mit einer Breite von 0,05 cm (2 Punkt) und
einer Rille von 0,16 cm (,062 inch) unter Aufrechterhaltung eines
Risslängenverhältnisses,
definiert als Gesamtlänge
der Risse pro Gesamtlänge
der Pfalze, von nicht größer als
0,1 zu widerstehen; und (e) zeigt Widerstand gegen Pressdruck bei
Stapelung unter einer Last bei Umgebungskonditionen von 0,23 kg/2,54
cm2 (,5 lbs/sq.in) oder größer.
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Diese Eigenschaften sind wichtig,
weil sie sicherstellen, dass die Beschichtung keine Risse bekommt oder
das Nahrungsmittel in Kontakt mit der Beschichtung während der
Lagerung kontaminiert wird und der Gebrauch des Nahrungsmittelkartons
und die Zuschnitte oder Kartons durch herkömmliche Zuführsysteme getrennt werden können.
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Repräsentative Massenstabilität der Beschichtung 18 ist
in 6 beschrieben. Differential-Scanning-Kalorimetrie
(DSC)-Diagram ist eine Messung des Temperaturunterschieds zwischen
der Strichprobe in einem Ofen aufgezeichnet in Abhängigkeit
der Temperatur wie sie von der Umgebung auf 204°C (400°F) angestiegen ist. Ein endothermisches
oder exothermisches Ereignis entlang des Diagrams würde einen
physikalischen Zustandswechsel darstellen (Schmelzen). Die ganze
Linie stellt eine Beschichtung mit den erforderlichen thermischen
Eigenschaften für
im Ofen erwärmbare
Anwendungen dar. Die gepunktete Linie ist typisch für eine Beschichtung
die für
diese Anwendungen nicht berücksichtigt
werden könnte,
weil sie bei ca. 163°C (325°F) schmilzt.
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Das Thermogravimetrieanalyse (TGA)-Diagram,
das auch in 6 dargestellt
wird, ist eine Messung des Gewichts der Strichprobe in Abhängigkeit
der Temperatur. Jeder signifikante Gewichtsverlust, wie durch das
gepunktete TGA-Diagram dargestellt, weist auf Produktausgasung hin.
Das ganze TGA-Diagram stellt eine akzeptable Beschichtung für den beschriebenen
Gebrauch dar. Das gepunktete TGA-Diagram ist repräsentativ
für eine
inakzeptable Beschichtung wegen signifikantem Gewichtsverlust bei
einer Temperatur von weniger als 400°F.
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Wie zuvor erwähnt, ist eine weitere wesentliche
Eigenschaft des beschriebenen Beschichtungsmaterials. das in den
meisten Fällen
mit dem Nahrungsmittel direkten oder indirekten Kontakt hat, dass
die Materialien während
der Lagerung oder Rückbildung
nicht auf das Nahrungsmittelprodukt übertragen werden. Generell
in Verpackungen der beschriebenen Art verpackte Nahrungsmittelsubstanzen
können
sehr fett-, öl- oder zuckerhaltig
sein. Diese Substanzen können
eine Beschichtung unter gegeben Umständen ohne Weiteres auflösen, so
dass dies wiederum von dem Nahrungsmittelprodukt absorbiert werden
kann.
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Um sicherzustellen, dass eine Übertragung
von Substanzen von der Verpackung auf das Nahrungsmittelprodukt
nicht erfolgt, kann ein Extraktionstest auf der Nahrungsmittelkontaktfläche gemacht
werden. Beschichteter Karton kann getestet werden durch den Einsatz
der in „Official
Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists," 13. Auflage (1980)
Abschnitte 21.010–21.015,
unter „Exposing
Flexible Barrier Materials for Extraction" beschriebenen Extraktionszelle. Ein
geeignetes Nahrungsmittel simulierendes Lösungsmittel für Verwendung
bei Schalen wie beschrieben wäre
N-Heptane. Das N-Heptane sollte als Reagenz geeignet sein, vor Gebrauch
frisch wiederholt destilliert, wobei nur Material benutzt wird,
das bei 98°C (208°F) kocht.
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Die Extraktionsmethodenlehre besteht
aus, erstens, Zuschneiden der zu extrahierenden Deckelprobe auf
eine Größe, die
kompatibel ist mit der gewählten
Klemmvorrichtung. Als nächstes
wird die zu extrahierende Probe derart in der Vorrichtung platziert,
dass das Lösungsmittel
nur die Nahrungsmittelkontaktfläche
berührt. Das
Lösungsmittel
wird sodann dem Lösungsmittelbehälter zugeführt und
bei 65,5°C
(150°F)
für zwei
Stunden in einen Ofen platziert.
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Am Ende der Aussetzungszeit wird
die Testzelle aus dem Ofen genommen und das Lösungsmittel in einen sauberen
Pyrex® Glaskolben
oder Becherglas gegossen, mit der Gewissheit, die Testzelle mit
einer kleinen Menge sauberen Lösungsmittels
zu spülen.
Das Nahrungsmittel simulierende Lösungsmittel wird in dem Becher
auf ungefähr
100 mm eingedampft und auf eine saubere, austarierte Verdunstungsauffangschale über tragen.
Der Kolben wird dreimal mit kleinen Mengen des Heptane-Lösungsmittels
gewaschen und das Lösungsmittel
wird auf einer heißen
Platte auf einige Millimeter eingedampft. Die letzten paar Millimeter
sollten in einem auf eine Temperatur von ca. 105° C (221°F) gehaltenen Ofen eingedampft
werden. Die Verdunstungsauffangschale wird für 30 Minuten in einem Exsikkator
gekühlt.
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Eine Chloroformextraktion wird sodann
ausgeführt,
indem 50 ml des als Reagens geeigneten Chloroforms zu dem Rückstand
zugefügt
werden. Die Mischung wird erwärmt,
gefiltert durch ein Whatman Nr. 41 Filterpapier in einem Pyrex® Kolben und
das Filtrat wird gesammelt in einer sauberen, austarierten Verdunstungsauffangschale.
Die Chloroformextraktion wird sodann wiederholt indem das Filterpapier
mit einer zweiten Portion Chloroform gewaschen wird. Dieses Filtrat
wird dem originalen Filtrat zugefügt und die Gesamtmenge wird
auf einige Millimeter auf einer Niedertemperaturwärmeplatte
eingedampft. Die letzten paar Millimeter sollten in einem auf eine
Temperatur von ca. 105°C
(221°F)
gehaltenen Ofen eingedampft werden. Die Verdunstungsauffangschale
wird in einem Exsikkator gekühlt
und so genau wie möglich
auf 0,1 Milligramm abgewogen, um den Chloroformlösungsmittelextraktionsrückstand
zu erhalten.
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Die unten erwähnte Tabelle 1 zeigt typische
Werte, die durch die Anwendung dieses Verfahrens für eine auf
Wasser basierende Kopolymerbeschichtung erhalten wurden, die die
erforderlichen Eigenschaften für die
hier beschriebene Verwendung hat.
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Um sicher zu sein, dass keine nennenswerte Übertragung
der Beschichtung auf das Nahrungsmittelprodukt erfolgt, sollten
die Chloroformlösungsmittelextraktionen
0,5 mg/2,54 cm2 (0,5 mg/in.2)
nicht übersteigen.
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Andere Eigenschaften der auf Wasser
basierenden Emulsion der vorliegenden Erfindung sind Flexibilität, d. h.
sie weist Reißfestigkeit
auf Repräsentative
Flexibilitätsleistung
wird in Tabelle 2 auf der folgenden Seite beschrieben.
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TABELLE
2
MATERIAL- UND KERBBILDUNGSDATEN
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Um die Informationen aus Tabelle
2 zu erhalten, wurde ein herkömmlicher
Rißunversertheitstest durchgeführt an einer
herkömmlichen
auf Acrykopolimer basierenden Beschichtung A verglichen mit der
gemäß der vorliegenden
Erfindung wasserlöslichen
Vinylacetatkopolimerbeschichtung B. C2S-Pappe wurde mit jeder der
beiden Beschichtungen mit einer Vielzahl von Beschichtungsgewichtsleveln
beschichtet. Proben wurden durch Ausschmieden von Gewindestangen
vorbereitet. Proben wurden herkömmlicherweise
eingekerbt, wobei die Länge
der Kerbe in Querrichtung verläuft.
Kerbparameter sind in obiger Tabelle 2 aufgeführt.
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Kerbproben wurden in zwei herkömmlichen
Wegen ausgewertet. Die erste herkömmliche Methode bestand daraus,
einen 1 inch bis zwei inch großen
Abschnitt der Kerbe mit Maisöl
bei einer Temperatur von 21,1°C
(bei 70°F),
das einen herkömmlichen
roten Farbstoff beinhaltete, zu beflecken. Das Öl wurde in die Kerbe für 30 Sekunden
aufgetragen und dann abgewischt. Ein Abschnitt von einem inch wurde
sodann unter dem Mikroskop untersucht (20fache Vergrößerung)
und der prozentuale Bereich, welcher durch das Öl verschmutzt war, wurde auf
herkömmliche
Weise festgestellt. Zweck dieser Untersuchung war es, die Menge
an Nahrungsmittelsaft vorherzusagen, die durch Kochen eindringt,
weil sich das Eindringen von Nahrungsmittelsaft in die Pappe nachteilig
auf die Packungsunversehrtheit auswirkt und zu hässlicher Verschmutzung des
Kartons führt.
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Die zweite herkömmliche Auswertung wurde durchgeführt, indem
die gekerbten Bereiche mit Iod verschmutzt wurden. Diese Technik
machte jegliche Risse in der aufgetragenen Beschichtung extrem sichtbar. Die
Rissbildung an jeder Kerbe wurde ausgewertet bzgl. durchschnittlicher
Rissgröße und betroffenem
Bereich (der Länge
nach) über
einen 2,54 cm (1 inch) Kerbbereich.
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Wie aus den Angaben in Tabelle 2
ersichtlich, weist die Beschichtung B einen deutlich höheren Kerbrisswiderstand
auf, da weniger Nahrungsmittelsaft eindringt und die Risse und die
die davon betroffenen Bereiche kleiner sind. Eine letzte wichtige
Eigenschaft der auf Wasser basierenden Emulsion der vorliegenden Erfindung
ist der Widerstand gegen Pressdruck, wenn Zuschnitte oder Schalen
unter einer Last von 0,23 kg/2,54 cm2 (,5
lbs/sq.in) oder größer gestapelt
sind. Wie bereits erwähnt,
werden Zuschnitte oder Schalen, die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt wurden, in Stapeln an den Endverbraucher geliefert.
Typischerweise werden Zuschnitte verpackt (ca. 1000/Verpackung)
oder palettiert. Die Paletten werden sodann gestapelt, wobei Belastungen
in Höhe
von genau 0,23 kg/2,54 cm2 (,5 lbs/sq.in.)
auf den Bodenschichten der Zuschnitte erzeugt werden. Schalen können „ineinander
gestellt werden" und
in ähnlicher
Weise geliefert und verschifft werden. Wenn die Zuschnitte oder
Schalen von dem Endverbraucher ausgepackt werden, werden sie typischerweise
in ein mechanisches Gerät
geladen, das die Artikel trennt und sie zu einem Förder- oder Verschluss mittel
schiebt. Wenn die Zuschnitte oder Schalen Anziehungskraft auf einander
ausüben,
muss die Beschichtung 16 die nötigen Eigenschaften aufweisen,
die eine leichte Trennung ermöglichen.
Wie bereits erwähnt,
kann dies erreicht werden durch das Zufügen von Partikeln zu der Beschichtung 16,
die eine bestimmte Schwerkraft zwischen ,8 und 3,5 und eine Größe im Bereich
von 5 bis 60 μm.
Bevorzugter Weise sind die Partikel aus Glas, Glasperlen und/oder
Nylonperlen.
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Nach obiger Offenbarung werden dem
Durchschnittsfachmann viele Merkrmale, Veränderungen oder Verbesserungen
ersichtlich. Diese Merkmale, Veränderungen
oder Verbesserungen werden daher als Teil dieser Erfindung angesehen,
deren Umfang durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden soll.
