DE69933024T2

DE69933024T2 - VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG von VERBUNDMATERIAL MIT GASBARRIERE AUF BASIS VON STÄRKE und VERPACKUNGSBEHÄLTER

Info

Publication number: DE69933024T2
Application number: DE69933024T
Authority: DE
Inventors: Mikael Berlin; Ib Leth; Mats Bentmar
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2019-05-12
Also published as: US6692801B1; JP3969954B2; WO1999058331A1; AU4141499A; BR9910420A; ES2270599T3; BR9910420B1; NO20005657D0; DE69933024D1; NO20005657L; EP1082215B1; JP2002514531A; SE9801675D0; NO325424B1; EP1082215A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft laminierte Verpackungsmaterialien mit einer Gasbarriereschicht, die Stärke oder ein Stärkederivat umfassen, und ein Verfahren zur Herstellung dieser Laminate.
Die Erfindung betrifft ebenfalls Verpackungsbehälter und aus den laminierten Verpackungsmaterialien der Erfindung hergestellte Verpackungen.
Die Verpackungsindustrie verwendet oft Einwegverpackungen zum Verpacken und Transportieren verschiedener Produkte, wie beispielsweise flüssige Nahrungsmittel. Um von den jeweiligen vorteilhaften Eigenschaften verschiedener Materialien zu profitieren, werden solche unterschiedlichen Materialien oft zu einem Verpackungslaminat zusammenlaminiert. Abhängig von den Gegebenheiten besteht das Ziel oft darin, dem zu verpackenden Produkt den best möglichen Schutz zu gewähren, wobei die Verpackung gleichzeitig mechanisch ausreichend stark sein muss, um eine leichte Handhabung zu ermöglichen.
Zum Verpacken von flüssigen Nahrungsmittelprodukten bei längerem Transport und Lagerung kann es wichtig sein, dass das Verpackungslaminat Barriere- bzw. Sperreigenschaften gegenüber Gasen, beispielsweise Sauerstoff, sowie gegenüber Flüssigkei ten und Feuchtigkeit aufweist. Üblicherweise muss die Verpackung formstabil sein, um eine leichte Handhabung bei Transport und Vertrieb sowie bei Gebrauch zu gewährleisten.
Flüssigkeitssperreigenschaften sind bei laminiertem Verpackungsmaterial gewöhnlich durch äußere Schichten aus Kunststoff gegeben. Solche äußeren Kunststoffschichten können gewöhnlich auch durch Schmelzverbindung aneinander gesiegelt werden, um auf kostengünstige und zuverlässige Weise für flüssigkeitsdichte Versiegelung der Verpackung zu sorgen. Normalerweise werden am häufigsten Thermoplastkunststoffe benutzt, für diesen Zweck beispielsweise Polyolefine, und Polyethylene, vorzugsweise Polyethylene niedriger Dichte (LDPE).
Mechanische Stärke und Aufbaustabilität können dadurch erreicht werden, dass eine steifere Kernschicht im Verpackungslaminat, gewöhnlich ein formbeständiger, aber faltbarer Papier oder Karton, enthalten ist. Dies ist üblicherweise eine Zwischenschicht, der hier verwendete Begriff „Kernschicht" umfasst aber auch solche Schichten, selbst wenn sie eine Außenseite des Laminats bilden.
Sperreigenschaften gegenüber Sauerstoffgas werden durch das Einfügen einer Schicht aus einer Anzahl aus dem Stand der Technik bekannter Sperrmaterialien erzielt. Beispiele für solche Sauerstoffsperrmaterialien sind Metalle und Metalloxide wie Aluminiumfolie (Alufolie), Siliziumoxid- und Siloxanbeschichtungen (SiOx) auf einer Polymersubstratschicht sowie Polymermaterialien mit Gassperreigenschaften, wie Polyamide (PA), Polyvinylalkohol (PVOH), Ethylenvinylalkoholpolymere (EVOH) und Polyethylenterephthalate (PET). Zusätzlich zu solchen synthetischen Stoffen wurde auch die mögliche Verwendung natürlicher und biologisch abbaubarer Polymere (Biopolymere), wie Stärke und Stärkederivate, als Gassperrmaterialien untersucht.
Die Verwendung von PVOA als ein Gassperrmaterial, das über eine Polymerschicht auf einer Kartonkernschicht aufgetragen wurde, wodurch eine Rissbildung verhindert und die Pappenoberfläche geglättet wurde, wurde in der PCT/SE96/01237 offenbart.
Es ist vorbekannt, dass Stärke einige Gassperreigenschaften besitzt, wenn es in relativ dicken Schichten verwendet wird, beispielsweise in Folien mit einer Dicke von mehr als 20 bis 30 μm. Solche dicken Schichten aus Stärkematerial sind zur Verwendung in Verpackungslaminaten jedoch nicht geeignet, da sie spröde werden und dazu neigen, beim Handhaben zu reißen und zu brechen, beispielsweise beim Laminierungsvorgang und beim Falten, wenn das Laminat zu Verpackungen geformt wird. Außer dass sie in ihrer Handhabung bei Herstellung und Vertrieb nicht flexibel sind, wären Laminate, die so dicke Schichten aus Stärke enthalten, auch dazu fähig, mehr Feuchtigkeit aufzunehmen, was wiederum die Gassperreigenschaften negativ beeinflussen würde.
Aus der WO97/16312 ist bekannt, dass sehr dünne Schichten aus Stärke, die auf eine Kernschicht aufgebracht werden, Gassperreigenschaften aufweisen können, zumindest wenn sie zusammen mit einer angrenzenden Kunststoffschicht verwendet werden, die mit der Stärkesperrschicht durch Extrusionsbeschichtung des Kunststoffmaterials verbunden wurde. Zwei sehr dünne Schichten aus Stärke, die in einer Menge von 0,5 bzw. 1 g/m² Trockengewicht auf den gegenüberliegenden Seiten einer Kernschicht aus Karton aufgetragen und jeweils mit einer Kunststoffschicht extrusionsbeschichtet wurden, sorgten für eine Sauerstoffgassperre von 289 cm³/m², je 24 h und 1 atm. Gleichermaßen sorgten zwei Schichten aus Stärke, aufgetragen in einer Menge von 1 bzw. 1,5 g/m², für eine Sauerstoffgassperrschicht von 141 cm³/m², je 24 h bei 1 atm. Die erzielten Ergebnisse waren somit vergleichbar mit den Gassperreigenschaften einer beispielsweise 12 μm dicken Folie aus bezogenem PET und stellen somit ein „mittelmäßiges" Sperrmaterial dar.
Das Verpackungslaminat der WO197/16312 ist jedoch nur ein mittelmäßiges Gassperrmaterial. Das heißt, es kann nur zum Verpacken von flüssigen Nahrungsmitteln bei kurzen Kühllagerungszeiten verwendet werden. Aus dem Stand der Technik ist es bis jetzt nicht bekannt, Verpackungslaminate mit Hochleistungsgassperreigenschaften aus Stärke- oder Stärkederivatsperrmaterialien herzustellen. Es wäre viel erstrebenswerter, ein Verpackungsmaterial angeben zu können, dessen Gassperreigenschaften ausreichen, um flüssige Nahrungsmittel über einen sehr langen Zeitraum hinweg zu lagern, d. h. eine verlängerte Haltbarkeit (ESL) bei kühler Lagerung oder sogar eine antiseptische Lagerung erzielen zu können. Solche wünschenswerten Hochleistungssauerstoffgassperreigenschaften liegen in einer Größenordnung von etwa 50 cm³/m² bei 24 h, 1 atm (23°C, 50% RF (relative Feuchtigkeit)) oder besser, z. B. bei bis zu 30 cm³/m² bei 24 h, 1 atm, d. h. Sauerstoffgassperreigenschaften vergleichbar beispielsweise mit denen von PVOH, EVOH (Ethylenvinylalkoholcopolymer) oder Polyamiden (PA), wenn diese mit einer Dicke in der Größenordnung von etwa 5 μm verwendet werden.
Die US 3661697 offenbart eine sauerstoffresistente, mehrlagige Struktur umfassende glatte, kontinuierliche Schichten aus Polyolefin und Amylose, sowie Papier, das entweder mit der Poly olefin- oder der Amyloseschicht verbunden ist. Zur Glätte der Papierschicht werden keine Angaben gemacht.
Die DE 4109983 offenbart einen biegsamen Verpackungsbehälter umfassend Papier und eine Schicht aus Thermoplast oder Folie, die aus thermoplastischer Stärke besteht. Zur Glätte der Papierschicht werden keine Angaben gemacht.
Die WO 96/36653 offenbart eine wasserabstoßende Sperrschicht mit gehärteten substituierten Hydrokolloiden.
Wir haben nun dargelegt, dass es möglich ist, durch die Verwendung von Stärke und ähnlichen Materialien Hochleistungssauerstoffsperreigenschaften bei einem Verpackungslaminat zu erzielen.
Demgemäß gibt die vorliegende Erfindung nun ein Verfahren zur Herstellung eines Verpackungslaminats mit Gassperreigenschaften an, wobei das Verfahren umfasst: Aufbringen einer Lösung oder Dispersion aus Stärke oder einem Stärkederivat in einem Flüssigkeitsträger auf eine Oberfläche eines Substrats, das eine Papier- oder Kartonkernschicht hat, und Entfernen des Flüssigkeitsträgers zum Absetzen der Stärke oder des Stärkederivats auf der Oberfläche und wahlweises Aufbringen einer Kunststoffschicht auf die Stärke oder das Stärkederivat, um die Eigenschaften der Stärke oder des Stärkederivats zu modifizieren, so dass die Stärke oder das Stärkederivat eine Gasbarriereeigenschaft bietet, wobei die Oberfläche des Substrats eine Glätte von 200 Bendtsen (ml/min) oder besser hat und wobei die Stärke oder das Stärkederivat dem Verpackungslaminat eine Gasbarriereeigenschaft von 50 cm³/m² bei 24 h, 1 atm (23°C, 50 % RF) oder besser verleiht.
Vorzugsweise beträgt die Sauerstoffsperreigenschaft des Verpackungslaminats 40 cm³/m² bei 24 h, 1 atm (23°C, 50 % RF) oder besser. Noch bevorzugter beträgt die Sauerstoffsperreigenschaft bis zu 30 cm³/m² bei 24 h, 1 atm (23°C, 50 % RF), z. B. 10 cm³/m² bei 24 h, 1 atm (23°C, 50 % RF) oder darunter.
Bevorzugt umfasst das Verpackungslaminat eine Kunststoffschicht aus Polymer, vorzugsweise ein Thermoplast, z. B. Polyethylen, das unmittelbar über die Gassperrschicht laminiert wird. Am bevorzugten ist das Polymer LDPE. Andere Thermoplaste, die verwendet werden können, enthalten alle anderen Arten von Polyethylen (einschließlich LLDPE, ULDPE, VLDPE, M-PE und HDPE), Polypropylen und Polyethylenterephthalat.
Die Gassperrschicht wird bei einem Trockenauftragsgewicht von bis zu 7 gm^–2, z.B. von 0,5 bis 5 gm^–2, bevorzugter 0,5 bis 3 gm^–2, z. B. von 1, 5 bis 2 gm^–2 aufgebracht.
Wir bevorzugen es, dass die Gassperrschicht vollständig aus natürlichen Materialien besteht, akzeptieren jedoch, dass geringe Mengen an anderen polymeren Materialien enthalten sind, die die erwünschten Eigenschaften nicht störend beeinflussen. Zum Beispiel kann die Gassperrschicht des Weiteren einen geringen Betrag an wasserlöslichen oder wasserdispergierenden Polymeren mit funktionalen Hydroxylgruppen, z. B. Polyvinylalkohol, enthalten, und Carboxylgruppen, die Polyolefine, wie Ethylenacrylsäure, enthalten, oder eine Mischung hiervon. Die Menge eines solchen Materials kann von 0 bis 30 %, z. B. einen Massenanteil von bis zu 20 % oder 0 bis 10 % betragen.
Wir haben beobachtet, dass, wenn Polyethylen auf eine Stärkeschicht bei hoher Temperatur, z. B. über 200°C, aufgebracht wird, sich die Gassperreigenschaften der Stärke verbessern und sie unter geeigneten Bedingungen dazu gebracht werden können, ein hohes Leistungsniveau zu erreichen oder dieses zu steigern.
Vorzugsweise ist die Oberfläche des Substrats für den Flüssigkeitsträger im Wesentlichen undurchlässig.
Der Grad, bis zu dem die Oberfläche für Flüssigkeit undurchlässig ist, kann durch Messen der Oberflächenadsorption ermittelt werden, z. B. in Cobb-Einheiten ('Cobb' = g(Wasser)/m² adsorbiert auf der Oberfläche, wenn 60 Sekunden lang flüssigem Wasser ausgesetzt). Die Adsorption anderer Flüssigkeiten könnten in einem analogen Verfahren gemessen werden. Das Verfahren zur Messung der Cobb-Adsorption ist in SCAN P12-64 und in TAPPI T441 definiert. Die Oberflächenadsorption von Kunststoffen liegt im Allgemeinen bei etwa 1 Cobb, während eine glatte Papieroberfläche im Allgemeinen eine Adsorption von etwa 20 bis 30 Cobb haben wird. Um zur Verwendung in der Erfindung geeignet zu sein, sollte die Substratoberfläche eine Adsorption von 50 Cobb oder weniger haben, bevorzugter eine Adsorption von weniger als 20 Cobb oder am bevorzugten eine Adsorption von 10 Cobb oder weniger, z. B. weniger als 5 Cobb, haben.
Das Verfahren zum Messen der Bendtsen-Glätte ist in SCAN (Skandinavische Zellstoff- und Papiernormen) P21-67 und in TAPPI UM 535 definiert.
Wo das Substrat eine Oberfläche aus Kunststoff hat, wird die gewünschte Glätte gewöhnlich erreicht, wie beispielsweise bei einem kunststoffbeschichteten Kartonlaminatsubstrat.
Ein Grund, weshalb bei der WO97/16312 nicht eine hohe Sperreigenschaft erreicht wurde, kann darin liegen, dass der Kartonkernschicht der erforderliche Grad an Undurchlässigkeit fehlte, so dass die wässrige Lösung aus der verwendeten Stärke die Oberfläche durchdrungen haben kann. Dies kann in vielfacher Hinsicht einen nachteiligen Effekt haben. Es kann dann keine glatte und ungebrochene Oberfläche auf der Stärkeschicht geben, weil diese als solche in den Karton eingedrungen ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Trocknen des Kartons, um die Stärkeschicht zu trocknen, zu Oberflächenverformungen des Kartons führen und somit zum Reißen der Stärkeschicht.
Die Schicht aus Kunststoffen auf dem Kern ist deshalb erstrebenswerterweise ausreichend dicht gegenüber dem Flüssigkeitsträger oder ausreichend flüssigkeitsabstoßend, so dass eine homogene Stärkeschicht von gleichmäßiger Dicke beim Trocknen der Stärkeschicht gebildet wird.
Bei dem in der WO97/16312 verwendeten Karton würde man typischerweise erwarten, dass er eine Oberflächenglätte von 500–600 Bendtsen hat. Dies kann an sich ausgereicht haben, um zu verhindern, dass die Stärkeschicht glatt und ungebrochen ist oder sie dünne Bereiche hat, die einen Pfad für eine Sauerstoffübertragung aufweisen.
Um Risse, Einstichstellen oder Verformungen der Stärke- oder Stärkederivatschicht zu vermeiden, wird es vorgezogen, dass die Oberfläche, auf der der Auftrag erfolgt, glatt ist, z. B. dass die Substratoberfläche eine Glätte von 200 Bendtsen oder besser (d.h. weniger) hat, zum Beispiel von bis zu 150 Bendtsen, am bevorzugten etwa 100 Bendtsen.
Die bei der Erfindung verwendete Stärke kann aus jeder herkömmlichen Stärkeart bestehen, obwohl bestimmte Stärken bessere Ergebnisse liefern als andere unter den von uns angegebenen Bedingungen. Es wird modifizierte Kartoffelstärke bevorzugt, beispielsweise Raisamyl 306 (Raisio), das hypochloritoxidiert ist. Andere akzeptable Stärken enthalten Maisstärke und -derivate, beispielsweise Cerestar 05773, eine hydroxypropylierte Maisstärke.
Stärkederivate, die zur Verwendung bei der Erfindung geeignet sind, enthalten oxidierte Stärke, kationische Stärke und hydroxypropylierte Stärke.
Gibt man an, dass die Gassperrschichteigenschaften des Verpackungslaminats der Erfindung durch ein spezielles Material, z.B. Stärke oder ein Stärkederivat, bereit gestellt werden, wird deutlich, dass dies nicht den Fall ausschließt, bei dem die Gassperreigenschaft eher das Ergebnis einer Wechselwirkung zwischen dem angegebenen Material und einer angrenzenden Schicht in dem Laminat ist, als eine Masseneigenschaft des genannten Materials bei isolierter Betrachtung.
Es kann sein, dass ein zur Verbesserung der Sperreigenschaft beitragender Mechanismus, der zu finden ist, wenn Polyethylen bei hoher Temperatur auf eine Schicht aus Stärke aufgebracht wird, vom Eindringen der Polyethylenmoleküle in die Stärke herrührt, die Wasser in Stärkekristallen ersetzen. Es können andere Polymere, die einen ähnlichen Effekt auslösen, verwendet werden.
Diese Kunststoffschichten können auf die Stärke oder das Stärkederivat durch Schmelzextrusion aufgebracht werden, oder sie können als vorgeformter Film bzw. Folie mittels Wärmedrucklaminieren aufgebracht werden, beispielsweise mithilfe einer Heizwalze. Allgemein gesprochen kann jede Technik gemäß diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel angewandt werden, das die erforderliche Modifikation der Sperreigenschaft der Stärke bietet.
Bevorzugt wird diese Kunststoffschicht mit der Stärke oder dem Stärkederivat bei einer Temperatur von wenigstens 200°C, bevorzugter von 250 bis 350°C, am bevorzugten von 250 bis 330°C verbunden.
Die Erfindung enthält einen Verpackungsbehälter oder eine Packung, gebildet durch ein gemäß der Erfindung beschriebenes Verfahren.
Die vorliegende Erfindung wird nun im Folgenden genauer beschrieben und illustriert und zwar anhand von nicht beschränkenden Beispielen für Verfahren, sowie von Verpackungslaminaten, die durch das Verfahren realisierbar sind, gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 einen schematischen Querschnitt eines Verpackungslaminats gemäß einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung darstellt, und
2 das Verfahren zur Herstellung des in 1 gezeigten Verpackungslaminats schematisch darstellt.
Es sollte beachtet werden, dass die verschiedenen erfindungsgemäßen Verpackungslaminate ein Mehrfaches an Schichten zusätzlich zu den in den Zeichnungen dargestellten enthalten können. Der Fachmann wird somit erkennen, dass die Anzahl der Schichten variieren kann und dass die folgende Beschreibung demnach nicht als die vorliegende Erfindung einschränkend betrachtet werden sollte.
1 zeigt somit einen schematischen Querschnitt eines Verpackungslaminats gemäß einer einfachen Ausführungsform der Erfindung, das die übergeordnete Bezugszahl 10 hat, während 2 das Verfahren (mit 20 bezeichnet) zur Herstellung des Laminats 10 schematisch darstellt. Das Verpackungslaminat 10 umfasst eine mit LDPE-Kunststoff 11 beschichtete Kartonsubstratkernschicht 18, deren LDPE-Oberfläche 11a eine glatte, im Wesentlichen nicht absorbierende Beschaffenheit hat.
Das Substrat enthält somit eine Kernschicht 18 (gepunktete Linie), die mit einer Oberflächenschicht aus Kunststoff 11 mit den erwünschten Oberflächenqualitäten beschichtet ist.
Eine dünne Schicht aus einer wässrigen Lösung oder Dispersion aus Stärke wird auf die obere Seite einer Bahn einer Substratoberflächenschicht 11 aufgebracht, die in Pfeilrichtung von der Magazinrolle (nicht dargestellt) zu einer Beschichtungsstation 21 geführt wird. Die Stärkelösung wird bevorzugt mittels einer Flüssigfolienbeschichtungstechnologie, auch als „Dispersionsbeschichtung" oder „Nassbeschichtung" bezeichnet, aufgebracht, die aus dem Stand der Technik zur Beschichtung von wässrigen Lösungen und Dispersionen bekannt ist, es sind aber auch andere Beschichtungsverfahren gemäß der Erfindung machbar, z. B. die Sprühbeschichtung. Die wässrige Stärkelösung wird in einer solchen Menge aufgetragen, dass die aufgetragene und getrocknete Stärkeschicht 12 eine Dicke/Oberflächengewicht von etwa 0,5 bis etwa 3 g/m³ hat.
Die mit der wässrigen Lösung 12' beschichtete Bahn wird weiter zu einer Trocknungsstation 22 geführt, bei der die Bahn mithilfe eines Trocknungsapparates getrocknet wird, um Wasser von der aufgebrachten wässrigen Lösung zu entfernen. Das Trocknen kann durch jeden herkömmlichen Trocknungsapparat, beispielsweise einen Infrarot(IR)-Trockner oder einen Lufttrockner, erfolgen. Die Trocknung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 80–100°C.
Von der Trocknungsstation wird die getrocknete Bahn, die eine obere Schicht 12 aus Stärke hat, weiter zu einer Extruderstation bei 23 geführt, bei der die Bahn und die Stärkeschicht weiter zu einer Kunststoffschicht 14 laminiert werden. Die Laminierung der Stärkeoberfläche zu einer Kunststoffschicht erfolgt mittels Oberflächenverschmelzung zwischen Kunststoffschicht und Stärkeschicht 12, was durch gleichzeitiges Aufbringen von Wärme und Kunststoffen geschieht. Bevorzugt wird geschmolzenes Polymer auf die getrocknete Stärkeschicht zur selben Zeit aufgebracht, wie die Bahn durch den Walzenspalt zwischen zwei drehbaren Kühlwalzen 24 geleitet wird, wodurch ein fertiges Verpackungslaminat 10a, wie im Querschnitt in 1 gezeigt, gebildet wird, das eine äußere, an die Stärkeschicht laminierte Kunststoffschicht 14 hat. Das extrudierte Kunststoffmaterial ist (vorzugsweise) ein thermoplastisches Polymer, bevorzugt ein Polyethylen und am bevorzugten LDPE, das die effiziente Umwandlung des Verpackungslaminats 10 in flüssigkeitsdichte, formstabile Verpackungen durch so genannte Heißsiegelung ermöglicht. Die Extrusionstemperatur sollte bei mindestens 200°C, vorzugsweise etwa zwischen 250°C und etwa 330°C liegen.
Alternativ kann die Oberflächenverschmelzung zwischen der Stärkeschicht 12 und der Kunststoffschicht 14 dadurch erfolgen, dass eine vorgefertigte Thermoplastfolie an die getrocknete Stärkeschicht 12 durch gleichzeitiges Aufbringen von Wärme und Druck laminiert wird, vorzugsweise indem das stärkebeschichtete Substrat und die Kunststofffolie zusammen durch einen Warmwalzenspalt geführt werden, wobei die durch die Warmwalzen gelieferte Temperatur mindestens 200°C und bis zu etwa 350°C beträgt, vorzugsweise etwa 250°C bis etwa 330°C.
Mehrfachschichten aus Stärke oder Stärkederivaten können auf einer oder beiden Seiten des Kerns 18 benutzt werden. Die LDPE-Schicht 11 kann weggelassen werden, aber die Oberfläche des Kartons ist dann, wie oben beschrieben, bevorzugt glatt und wasserundurchlässig.
Aus bogen- oder bahnförmigen, vorzugsweise vorgefalteten und mit Farbe dekorierten Rohlingen des Verpackungslaminats 10 werden flüssigkeitsdichte, formbeständige Einwegverpackungen nach herkömmlicher „Form-Füll-Versiegelungstechnik" hergestellt, gemäß der die Verpackungen mithilfe moderner, rationeller Verpackungs- und Befüllungsmaschinen geformt, befüllt und versiegelt werden. Beispielsweise werden Verpackungen aus einer Bahn aus Verpackungslaminat dadurch hergestellt, dass die Bahn zuerst zu einem Schlauch umgeformt wird, indem beide Längskanten des Schlauchs durch Heißsiegelung in einer längslaufenden Überlappungsabdichtungsverbindung miteinander verbunden werden. Der Schlauch wird mit den entsprechenden Inhalten, beispielsweise flüssige Nahrungsmittel, befüllt und in einzelne Verpackungen durch wiederholte Querversiegelungen des Schlauchs, schräg über die Längsachse des Schlauchs, unterhalb des Niveaus des Inhalts in dem Schlauch geteilt. Die Verpackungen werden schließlich durch Quereinschnitte entlang der Querversiegelungen voneinander getrennt und erhalten die gewünschte geometrische, normalerweise parallelepipede Gestalt durch einen weiteren Form- und Heißsiegelungsvorgang auf an sich bekannte Weise.
Benutzt man die oben beschriebenen Verfahren und Materialien und trägt die wässrige Lösung aus Stärke oder einem -derivat auf die Substratschicht zur Stützung der Stärkeschicht auf, die aus einem eigens ausgewählten Material besteht, in Kombination mit anschließender Trocknung und Laminierung auf eine Kunststoffschicht durch Wärmeverschmelzung der Kunststoffoberfläche, erreicht man bei den Verpackungslaminaten hochgradig gesteigerte Sauerstoffgassperreigenschaften im Vergleich zu denen der WO97/16312. Die Steigerung der Gassperreigenschaften der laminierten Stärkeschicht hat sich um etwa einen Faktor 10 radikal zu einer so genannten Hochleistungssperrschicht hin verbessert.
Die in diesen Beispielen unter Verwendung einer Substratschicht mit einer Kunststoffoberfläche ermielten optimalen Gassperreigenschaften werden somit zumindest teilweise als Ergebnis der Oberflächenqualität angesehen, d.h. der Glätte und dem Abstoßen von Flüssigkeit. Während der Mechanismus des Effekts, erzielt durch Benutzen einer schmelzgebundenen Über gangsstelle zwischen Stärke- und Kunststoffschichten, nicht ganz verstanden wird, können die optimalen Gassperreigenschaften auch teilweise daraus resultieren, dass eine solche Übergangsstelle auf beiden Seiten der Stärkeschicht besteht, weil die Substratschicht, auf die die Stärke aufgetragen wird, eine Kunststoffschicht ist, und dasselbe Phänomen an dieser Übergangsstelle bei Aufbringen von Wärme auf die Stärke- und Kunststoffschichten auftreten kann.
Die Stärkegassperrschicht gemäß der Erfindung wird vorteilhafter in einer Menge von etwa 0,5 bis 3 g/m² Trockengewicht aufgetragen. Bei Mengen unter 0,5 g/m² werden die Toleranzen bei der Schichtdicke und den Gassperreigenschaften weniger verlässlich. Andererseits steigt bei Beträgen, die über etwa 3 g/m² hinausgehen, das Risiko, dass die Stärkesperrschicht brüchig und unbiegsam wird. Es sind jedoch Auftragsmengen bis zu etwa 5 g/m² Trockengewicht möglich, und für dieselbe Art von Verpackungen und Verwendungen sind sogar noch höhere Menge akzeptabel. Die Gassperreigenschaft der Stärkeschicht steigert sich im Allgemeinen mit zunehmender Dicke. Die optimale und bevorzugte Auftragsmenge an Stärke liegt im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 2 g/m².
Beispiele
Verpackungslaminate wurden unter Verwendung verschiedener, unten beschriebener Substrate und verschiedener Stärken mit oder ohne Zusätze, wie gleichfalls unten beschrieben, vorbereitet.
Mit LDPE beschichtete Kartonsubstrate wurden durch Extrusionsbeschichten von 15 g/m² LDPE bei 325°C auf „Duplex"-Karton (Billerud) mit einem Oberflächengewicht von 280 mg/m² und ei ner Biegesteifigkeit/Biegefestigkeit von 320 mN bereitet. Das LDPE war LD273 (Dow) mit einem Schmelzindex von 6,5 bis 7,5.
Die LDPE-Extrusion erfolgte mithilfe eines Einschneckenextruders auf den Karton unmittelbar bevor dieser zwischen einer Kühlwalze und einer Gegendruckwalze läuft. Die Kühlwalze hatte eine Oberflächentemperatur von etwa 10–15°C.
Die zum Beschichten verwendete Stärke wurde bereitet, indem sie von einem pulvrigen Zustand durch Mischen von 10 Gew.-% Stärke mit Wasser bei Umgebungstemperatur eine Schlämme entsteht. Die Schlämme wurde beim Zumischen von 90 auf 95°C erhitzt und 30 Minuten lang auf dieser Temperatur gehalten. Während des Erwärmens quoll die Stärke auf.
Wenn möglich wurde die Stärke, z.B. bei Raisamyl 306 (Raisio), auf Umgebungstemperatur vor der Verwendung zum Beschichten abgekühlt. Wo dies jedoch die Stärke zum Gelieren gebracht hätte, beispielsweise bei CERESTAR, wurde die Stärke heiß (60°) beschichtet.
Ein Nassgewicht von etwa dem 10-fachen des erwünschten Trockenbeschichtungsgewichts wurde auf das bahnförmige Substrat aufgebracht, wobei eine Flüssigfolienbeschichtungs- bzw. -dispersionsmaschine von Hirano vom Typ Messer-über-Walze, verwendet wurde, die auch als „Comma-direct Coater" und „Bull-Nose Coater" bekannt ist.
Ein erster Trocknungsarbeitsgang mit Infraroterwärmung auf 80 bis 100°C wurde durchlaufen, um den Trocknungsvorgang zu beschleunigen, gefolgt von einem Heißlufttrocknungsschritt, in dem die Stärkebeschichtung mit Heißluft bei einer Bahnge schwindigkeit von 1 m/min und einer Temperatur von 110°C getrocknet wurde. Im Allgemeinen ist eine Temperatur von 100 bis 130°C geeignet, abhängig von der Bandgeschwindigkeit.
In einigen Fällen wurde die getrocknete Stärkeschicht mit LDPE extrusionsbeschichtet. Etwa 25 g/m² LDPE wurden auf die getrocknete Stärkeschicht bei etwa 200 m/Minute, 325°C, Kühlwalze bei 10–15°C, extrudiert, wie oben beschrieben. Der Abstand zwischen dem Extrusionswerkzeug und Bahn betrug normalerweise 10–30 cm. Das extrudierte LDPE berührte die Bahn unmittelbar vor dem Eintreten zwischen Kühlwalze und Gegendruckwalze.
Die im Hinblick auf die Sauerstoffgassperre der Stärke erzielten Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgezeigt.
Tabelle 1

^* O₂-Sperre cm³/m², 24h, 1 atm, 23°C, 50 % RF

(1) mit Raisamyl 306 oxidierte Stärke – Raisio
(2) mit Cerestar hydroxypropylierte Stärke
(3) beide Seiten mit Stärke beschichtet
(4) Billerud Duplex – keine PE-Beschichtung
(5) mit Raisamyl 306 oxidierte Stärke + 20 % Mowiol 20-98.

Claims

Verfahren (20) zum Erzeugen eines Verpackungslaminats (10) mit Gasbarriereeigenschaften, wobei das Verfahren umfasst: Aufbringen (bei 21) einer Lösung oder Dispersion aus Stärke oder einem Stärkederivat in einem Flüssigkeitsträger auf eine Oberfläche (11a) eines Substrats (11, 18), das eine Papier- oder Karton-Kernschicht (18) hat, und Entfernen (bei 22) des Flüssigkeitsträgers zum Absetzen der Stärke oder des Stärkederivats auf der Oberfläche (11a) und wahlweise Aufbringen (bei 23) einer Kunststoffschicht auf die Stärke oder das Stärkederivat, um die Eigenschaften der Stärke oder des Stärkederivats zu modifizieren, so dass die Stärke oder das Stärkederivat eine Gasbarriereeigenschaft bietet, wobei die Oberfläche (11a) des Substrats (11, 18) eine Glätte von 200 Bendtsen (ml/min) oder besser hat und wobei die Stärke oder das Stärkederivat dem Verpackungslaminat eine Gasbarriereeigenschaft von 50 cm³/m² bei 24 h, 1 atm (23°C, 50% RH) oder besser verleiht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Oberfläche des Substrats (11, 18) im Wesentlichen undurchlässig für den Flüssigkeitsträger ist.
Verfahren (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kunststoffschicht (14) auf die Stärke oder das Stärkederivat (12) durch Schmelzspinnen aufgebracht wird.
Verfahren (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kunststoffschicht (14) als vorgeformter Film auf die Stärke oder das Stärkederivat (12) mittels Wärmedrucklaminieren aufgebracht wird.
Verfahren (20) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Kunststoffschicht (14) mit der Stärke oder dem Stärkederivat (12) bei einer Temperatur von mindestens 200°C verbunden wird.
Verfahren (20) nach Anspruch 5, wobei die Temperatur zwischen 250 und 350°C beträgt.
Verfahren (20) nach Anspruch 5, wobei die Temperatur zwischen 250 und 330°C beträgt.
Verfahren zum Herstellen eines Verpackungslaminats (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Stärke- oder Stärkederivatschicht (12) dem Verpackungslaminat eine Sauerstoffgas-Barriereeigenschaft von 30 cm³/m² bei 24 h, 1 atm (23°C, 50% RH) oder besser verleiht.
Verfahren zum Herstellen eines Verpackungslaminats (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Kunststoff Polyethylen, Polypropylen oder Polyethylenterephthalat ist.
Verfahren zum Herstellen eines Verpackungslaminats (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasbarriereschicht (12) mit einem Trockenauftragsgewicht von bis zu 5 gm^–2 aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen eines Verpackungslaminats (10) nach Anspruch 10, wobei die Gasbarriereschicht (12) mit einem Trockenauftragsgewicht von zwischen 0,5 und 4 gm^–2 aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen eines Verpackungslaminats (10) nach Anspruch 10, wobei die Gasbarriereschicht (12) mit einem Trockenauftragsgewicht von zwischen 0,5 und 3 gm^–2 aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen eines Verpackungslaminats (10) nach Anspruch 10, wobei die Gasbarriereschicht (12) mit einem Trockenauftragsgewicht von zwischen 1,5 und 2 gm^–2 aufgebracht wird.
Verfahren zum Herstellen eines Verpackungslaminats (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasbarriereschicht (12) weiterhin eine geringe Menge an Polyvinylalkohol, Ethylenacrylsäure oder eine Mischung davon aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Verpackungslaminats (10) nach Anspruch 14, wobei das Verpackungslaminat eine oder mehr Schichten einschließlich einer Heißsiegelschicht auf der anderen Oberflächenseite der Kernschicht aufweist.
Verpackungsbehälter oder Verpackung, gebildet durch ein Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 15.