EP1465768A2 - Verbundmaterial für licht-, gas- und flüssigkeitsdichte heisssiegelbare packungen - Google Patents

Verbundmaterial für licht-, gas- und flüssigkeitsdichte heisssiegelbare packungen

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EP1465768A2
EP1465768A2 EP03729479A EP03729479A EP1465768A2 EP 1465768 A2 EP1465768 A2 EP 1465768A2 EP 03729479 A EP03729479 A EP 03729479A EP 03729479 A EP03729479 A EP 03729479A EP 1465768 A2 EP1465768 A2 EP 1465768A2
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EP
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layer
composite material
material according
composite
thermoplastic polymer
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Werner Trautwein
Michael Wolters
Johannes Linden
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SIG Combibloc GmbH and Co KG
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SIG Combibloc Systems GmbH
SIG Combibloc GmbH and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a composite material made of paper or cardboard as a carrier material with a
  • Plastic coating in particular for light-tight, gas-tight and liquid-tight heat-sealable packs, the plastic coating in each case having outer sealing layers and a barrier layer made of metal being present between the carrier material layer and a sealing layer.
  • Heat-sealable composite materials for the production of packs, in particular beverage packs, are known in a wide variety of designs. Paper or cardboard is usually used as the carrier material; A lamination of different layers ensures the tightness required for the respective application and thus the durability of the filled product.
  • the outer sealing layers consist of a suitable thermoplastic polymer.
  • a composite of cardboard coated with polyethylene is preferably used, a layer of aluminum foil as a gas and aroma barrier on the inside (based on the later pack) being laminated to the cardboard carrier material with the sealing layer.
  • Packaging of this type has become established in practice for containing perishable goods, such as UHT milk and fruit juices in particular. The packaged product has already been sterilized by suitable steps before the aseptic filling.
  • the composite structure existing according to the prior art has only a barrier layer of water and water vapor impermeable material which protects the cardboard.
  • This layer is usually arranged on the product side and protects the carrier material against moisture from the product.
  • the polymer layer on the outside of the carrier material is only used for sealability, printability and as protection against "normal" environmental influences.
  • the object of the invention is to provide a composite material of the type mentioned at the outset and described in more detail above, in which the backing material layer is protected in such a way that a pack made therefrom with the product contained therein can be sterilized in an autoclave or the like , It is also desirable that the composite material can be produced simply and inexpensively. This object is achieved in that a further barrier layer is provided on the other side of the carrier material layer.
  • a package made from the composite material according to the invention can therefore be sterilized without problems in an autoclave even at higher sterilization temperatures.
  • the metal barrier layers applied to both sides of the carton are 'absolute' barrier layers and have the additional advantage that the holes or imperfections occasionally occurring during processing, especially when folding and folding, and during transport etc. a barrier layer, because of the intact second layer in front of or behind it, cannot have a negative impact on the shelf life of the packaged product.
  • the double metal layer thus leads to increased safety of the product quality with respect to e.g. B. Shelf life.
  • at least one connecting layer is arranged between the carrier material layer and the barrier layer.
  • Such a layer also called an adhesion promoter layer, ensures better contact between the carrier material and the barrier layers.
  • a further embodiment of the invention provides that at least one further connection layer is arranged between the barrier layer and the outer sealing layer. This measure also improves the adhesion between the barrier layer and the respective outer sealing layer.
  • the oxygen barrier layer consists of Al foil.
  • a polymer-based or adhesive-based adhesion promoter can be used as the connecting layer.
  • PP thermoplastic polymer
  • PET polyethylene terephthalate
  • PE polyethylene
  • LCP liquid crystalline polymers
  • EVOH ethylene / vinyl alcohol
  • PA polyamide
  • the outer sealing layers have a layer thickness of 10 to 40 g / m 2 .
  • the outer sealing layer relating to the later composite pack preferably has one Layer thickness of 10 to 20 g / m 2 and the inner sealing layer related to the subsequent packaging a layer thickness of 20 to 35 g / m 2 .
  • an aluminum foil with a layer thickness of 5 to 10 ⁇ m, preferably 6 to 8 ⁇ m, is provided as the barrier layer.
  • connection layer (adhesion promoter layer) has a layer thickness of 4 to 20 g / m 2 , preferably 5 to 10 g / m 2 . It is particularly expedient here if the connecting layer between the carrier material layer and the barrier layers is thicker than the connecting layer between the barrier layers and the outer sealing layers.
  • the composite material according to the invention can be produced in a single operation using the coextrusion process.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a composite material according to the invention
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a composite material according to the invention
  • Fig. 3 shows another embodiment of a composite material according to the invention.
  • examples of the composite materials according to the invention are shown schematically in cross section and not to scale.
  • barrier layers 2 to protect the cardboard from the flat attack of water during the autoclaving process.
  • the composite is provided with two sealing layers 3, which consist of a thermoplastic polymer, the thermoplastic polymer polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), made of liquid-crystalline polymers (LCP),
  • a thermoplastic polymer the thermoplastic polymer polypropylene (PP), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), made of liquid-crystalline polymers (LCP),
  • Ethylene / vinyl alcohol (EVOH) or polyamide (PA) can be.
  • the sealing layers 3 enable the composite to be welded and can also be constructed from a plurality of polymer layers or a compound thereof.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of a composite material according to the invention, in which improved composite adhesion is made possible by additional connecting layers 4 between the cardboard layer 1 and the barrier layers 2.
  • the connection layers 4 consist of an adhesion promoter based on polymer or adhesive.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment in which two further connecting layers 4 are present between the barrier layers 2 and the sealing layers 3 lying on the outside.

Abstract

Dargestellt und beschrieben ist ein Verbundmaterial aus Papier oder Karton als Trägermaterial (1) mit einer Kunststoffbeschichtung, insbesondere für licht-, gas- und flüssigkeitsdichte heisssiegelbare Packungen, wobei die Kunststoffbeschichtung jeweils äussere Siegelschichten (3) aufweist und zwischen der Trägermaterialschicht (1) und einer Siegelschicht (3) eine Barriereschicht (2) aus Metall vorhanden ist und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Erfindungsgemäss soll bei dem Verbundmaterial die Trägermaterialschicht (1) so geschützt sein, dass eine daraus hergestellte Packung mit in ihr enthaltenem Produkt in einem Autoklaven oder dergleichen sterilisiert werden kann, wobei das Verbundmaterial einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass auf der anderen Seite der Trägermaterialschicht (1) eine weitere Barriereschicht (2) vorgesehen ist.

Description

Verbundmaterial für licht-, gas- und flüssigkeitsdichte, heißsiegelbare Packungen
Die Erfindung betrifft ein Verbundmaterial aus Papier oder Karton als Trägermaterial mit einer
Kunststoffbeschichtung, insbesondere für licht-, gas- und flüssigkeitsdichte heißsiegelbare Packungen, wobei die Kunststoffbeschichtung jeweils äußere Siegelschichten aufweist und zwischen der Trägermaterialschicht und einer Siegelschicht eine Barriereschicht aus Metall vorhanden ist .
Heißsiegelbare Verbundmaterialien zur Herstellung von Packungen, insbesondere Getränkepackungen, sind in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. Als Trägermaterial dient hier in der Regel Papier oder Karton; eine Kaschierung aus unterschiedlichen Schichten sorgt für die für den jeweiligen Einsatzzweck benötigte Dichtigkeit und somit für die Haltbarkeit des jeweils abgefüllten Produktes. Die äußeren Siegelschichten bestehen dabei aus einem geeigneten thermoplastischen Polymer.
Zahlreiche abzufüllende Produkte, wie beispielsweise Milch oder Saft, behalten unter aseptischen Bedingungen ihre Qualität nur bei, wenn sie auch gegen Licht, Aromen und Sauerstoff ausreichend geschützt sind. Hierfür wird vorzugsweise ein Verbund aus mit Polyethylen beschichtetem Karton eingesetzt, wobei eine Schicht aus Aluminiumfolie als Gas- und Aromabarriere innen (bezogen auf die spätere Packung) mit der Siegelschicht auf das Trägermaterial Karton kaschiert wird. Solche Verpackungen haben sich in der Praxis zur Aufnahme von verderblichen Gütern, wie insbesondere H-Milch und Fruchtsäften durchgesetzt. Das abgepackte Produkt ist dabei bereits vor dem aseptischen Abfüllen durch geeignete Schritte sterilisiert worden.
Der nach dem Stand der Technik bestehende Verbundaufbau hat jedoch nur eine den Karton schützende Barriereschicht aus wasser- und wasserdampfundurchlässigem Material. Diese Schicht ist in der Regel produktseitig angeordnet und schützt das Trägermaterial vor Feuchtigkeit aus dem Produkt. Die auf dem Trägermaterial außen liegende Polymerschicht dient nur der Siegelfähigkeit, Bedruckbarkeit und als Schutz vor „normalen" Umwelteinflüssen.
Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, solche Packungen - ähnlich wie Konserven - zunächst abzufüllen und das Produkt durch Erhitzung in einem Autoklaven anschließend zu sterilisieren. Durch die weniger geschützte Seite des Kartonverbundes dringt das Autoklavenwasser (bei innenliegender Barriereschicht) oder das Wasser des Füllgutes (bei außenliegender Barriereschicht) während des Autoklavierprozesses in den Karton ein und beeinträchtigt damit die Festigkeit/Steifigkeit des Verbundes bzw. der Verpackung.
Zur Minimierung dieses Problems müssen dicke und teure Polymerschichten, Färb- und Lackschichten eingesetzt werden die eine gewisse minimale Wasserbarriere gewährleisten. Es muss ein relativ dicker und chemisch speziell behandelter Karton eingesetzt werden, der entsprechend teuer ist. Trotz des erhöhten Aufwandes ist die Widerstandsfähigkeit solcher Kartonverbunde im Autoklavprozess stark eingeschränkt insbesondere in Bezug auf die zulässige maximale Sterilisationstemperatur. Dies hat zur Folge, dass die Sterilisationszeiten relativ lang sein müssen um eine ausreichende Keimabtötungsrate zu gewährleisten. Lange Autoklavzykluszeiten reduzieren jedoch die Autoklavkapazität und erhöhen die Kosten. Darüber hinaus führen lange Sterilisationszeiten bei vielen zu verpackenden Produkten/Lebensmitteln zu einer geringeren Qualität bzw. geschmacklichen Beeinträchtigung.
Die geringere Widerstandsfähigkeit des bekannten Verbundmaterials während des Autoklavierprozesses führt teilweise dazu, dass das Wasserdampf-Gas-Gemisch während des Autoklavierprozesses und insbesondere gegen Ende des Prozesses, in der Konzentrationszusammenstellung hin zu einem "trockenerem" Gemisch hin verschoben wird. Dadurch wird - wegen des schlechteren Wärmetransports - eine weitere unerwünschte Verlängerung des Autoklavierzyklusses erzielt .
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verbundmaterial der eingangs genannten und zuvor näher beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, bei dem die Trägermaterialschicht so geschützt ist, dass eine daraus hergestellte Packung mit in ihr enthaltenem Produkt in einem Autoklaven oder dergleichen sterilisiert werden kann. Weiterhin ist erwünscht, dass das Verbundmaterial einfach und kostengünstig hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass auf der anderen Seite der Trägermaterialschicht eine weitere Barriereschicht vorgesehen ist .
Die auf den beiden Seiten des Kartons aufgebrachten Barriereschichten aus Metall schützen den Karton wesentlich effektiver und verleihen ihm so eine besonders große mechanische und thermische Widerstandsfähigkeit. Daher lässt sich eine aus dem erfindungsgemäßen Verbundmaterial hergestellte Packung auch bei höheren Sterilisationstemperaturen problemlos in einem Autoklaven sterilisieren.
Dies ermöglicht auch höhere Sterilisationstemperaturen im Autoklaven. Damit ergibt sich eine Verkürzung der Sterilisationszeit, eine Verbesserung des Geschmacks und eine Erhöhung der Qualität des verpackten Produkts. Aufgrund des verbesserten Schutzes des Kartons können dünnere und weniger spezielle Kartonsorten eingesetzt werden.
Die auf den beiden Seiten des Kartons aufgebrachten Barriereschichten aus Metall sind 'absolute' Sperrschichten und haben darüber hinaus noch den Vorteil, dass die beim Verarbeitungsprozess, insbesondere beim Knicken und Falten, und beim Transport etc. gelegentlich auftretenden Löcher bzw. Fehlstellen an bzw. in einer Barriereschicht aufgrund der intakten davor oder dahinter liegenden zweiten Schicht sich nicht so negativ auf die Haltbarkeit des verpackten Produkts auswirken können. Die doppelte Metallschicht führt also zu einer erhöhten Sicherheit der Produktqualität in Bezug auf z. B. die Haltbarkeit (Shelf-life) . Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist zwischen der Trägermaterialschicht und der Barriereschicht jeweils wenigstens eine Verbindungsschicht angeordnet. Eine solche auch als Haftvermittlerschicht bezeichnete Schicht sorgt für den besseren Kontakt zwischen dem Trägermaterial und den Barriereschichten.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zwischen der Barriereschicht und der äußeren Siegelschicht jeweils wenigstens eine weitere Verbindungsschicht angeordnet ist . Auch durch diese Maßnahme wird die Haftung zwischen der Barriereschicht und der jeweils äußeren Siegelschicht verbessert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht die SauerstoffSperrschicht aus Al-Folie. Als Verbindungsschicht kann ein Haftvermittler auf Polymerbasis oder Klebstoffbasis verwendet werden.
Die Siegelschicht besteht nach einer weiteren Lehre der Erfindung aus einem thermoplastischen Polymer, wobei das thermoplastische Polymer Polypropylen (PP) , Polyethylenterephthalat (PET) , Polyethylen (PE) , aus flüssigkristallinen Polymeren (LCP = liquid cristalline polymers) , Ethylen/Vinylalkohol (EVOH) oder Polyamid (PA) sein kann. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, das thermoplastische Polymer als ein Compound der vorgenannten Polymere auszubilden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die äußeren Siegelschichten eine Schichtdicke von 10 bis 40 g/m2 auf. Die auf die spätere Verbundpackung bezogene äußere Siegelschicht weist dabei bevorzugt eine Schichtdicke von 10 bis 20 g/m2 auf und die auf die spätere Verpackung bezogene innere Siegelschicht eine Schichtdicke von 20 bis 35 g/m2.
Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist als Barriereschicht eine Aluminiumfolie mit einer Schichtdicke von 5 bis 10 μm, bevorzugt 6 bis 8 μm, vorgesehen.
Eine weitere Ausbildung der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungsschicht (Haftvermittlerschicht) eine Schichtdicke von 4 bis 20 g/m2, bevorzugt 5 bis 10 g/m2, aufweist. Hierbei ist es besonders zweckmäßig, wenn die zwischen der Trägermaterialschicht und den Barriereschichten vorhandene Verbindungsschicht dicker ist als die Verbindungsschicht zwischen den Barriereschichten und den äußeren Siegelschichten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das erfindungsgemäße Verbundmaterial in einem einzigen Arbeitsgang im Coextrusionsverfahren hergestellt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert . In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials,
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials und
Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials . In den Figuren sind Beispiele der erfindungsgemäßen Verbundmaterialien schematisch im Querschnitt und nicht maßstabsgetreu dargestellt .
Fig. 1 zeigt als Trägermaterial eine Kartonschicht 1, welche zum Schutz des Kartons vor dem flächigen Angriff von Wasser während des Autoklavierprozesses von zwei Barriereschichten 2 umgeben ist. Als Barriereschichten 2 können bevorzugt AI-Folie oder Schichten aus SiOx, LCP (= liquid cristalline polymere) , etc. zum Einsatz kommen.
Nach außen hin ist der Verbund mit zwei Siegelschichten 3 versehen, die aus einem thermoplastischen Polymer bestehen, wobei das thermoplastische Polymer Polypropylen (PP) , Polyethylenterephthalat (PET) , Polyethylen (PE) , aus flüssigkristallinen Polymeren (LCP) ,
Ethylen/Vinylalkohol (EVOH) oder Polyamid (PA) sein kann. Die Siegelschichten 3 ermöglichen ein Verschweißen des Verbundes und können auch aus mehreren Polymerschichten oder einem Compound daraus aufgebaut sein.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbundmaterials, bei dem durch zusätzliche Verbindungsschichten 4 zwischen der Kartonschicht 1 und den Barriereschichten 2 eine verbesserte Verbundhaftung ermöglicht wird. Die Verbindungsschichten 4 bestehen aus einem Haftvermittler auf Polymer- oder Klebstoffbasis.
In Fig. 3 ist schließlich ein drittes Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem zwei weitere Verbindungsschichten 4 zwischen den Barriereschichten 2 und den außen liegenden Siegelschichten 3 vorhanden sind.

Claims

15. Januar 2003P A T E NT AN S P R Ü C H E
1. Verbundmaterial aus Papier oder Karton als Trägermaterial mit einer Kunststoffbeschichtung, insbesondere für licht-, gas- und flüssigkeitsdichte heißsiegelbare Packungen, wobei die
Kunststoffbeschichtung jeweils äußere Siegelschichten aufweist und zwischen der Trägermaterialschicht und einer Siegelschicht eine Barriereschicht aus Metall vorhanden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s auf der anderen Seite der TrägermaterialSchicht (1) eine weitere Barriereschicht (2) vorgesehen ist.
2. Verbundmaterial nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zwischen der Trägermaterialschicht (1) und der Barriereschicht (2) jeweils wenigstens eine Verbindungsschicht (4) angeordnet ist.
3. Verbundmaterial nach Anspruch 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zwischen der Barriereschicht (2) und der äußeren Siegelschicht (3) jeweils wenigstens eine weitere Verbindungsschicht (4) angeordnet ist.
4. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Barriereschicht (2) aus Al-Folie besteht.
5. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Verbindungsschicht (4) ein Haftvermittler auf Polymerbasis verwendet wird.
6. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Verbindungs Schicht (4) ein Haftvermittler auf Klebstof fbasis verwendet wird.
7. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Siegelschicht (3) ein thermoplastisches Polymer verwendet wird.
8. Verbundmaterial nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das thermoplastische Polymer Polypropylen (PP) ist.
9. Verbundmaterial nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das thermoplastische Polymer Polyethylenterephtalat (PET) ist.
10. Verbundmaterial nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das thermoplastische Polymer Polyethylen (PE) ist.
11. Verbundmaterial nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das thermoplastische Polymer aus flüssigkristallinen Polymeren (LCP) besteht.
12. Verbundmaterial nach Anspruch 7, d a d u r c h g' e k e n n z e i c h n e t, d a s s das thermoplastische Polymer Ethylen/Vinylalkohol (EVOH) ist .
13. Verbundmaterial nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das thermoplastische Polymer Polyamid (PA) ist.
14. Verbundmaterial nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das thermoplastische Polymer ein Compound der in den Ansprüchen 8 bis 13 genannten Polymere ist.
15. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die äußeren Siegelschichten (3) eine Schichtdicke von 10 bis 40 g/m2 aufweisen.
16. Verbundmaterial nach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die auf die spätere Verbundpackung bezogene äußere Siegelschicht (3) eine Schichtdicke von 10 bis 20 g/m2 aufweist.
17. Verbundmaterial nach Anspruch 15 oder 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die auf die spätere Verpackung bezogene innere Siegelschicht (3) eine Schichtdicke von 20 bis 35 g/m2 aufweist.
18. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s als Barriereschicht (2) eine Al-Folie mit einer Schichtdicke von 5 bis 10 μm vorgesehen ist.
19. Verbundmaterial nach Anspruch 18, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Al-Folie eine Schichtdicke von 6 bis 8 μm aufweist .
20. Verbundmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Verbindungsschicht (4) eine Schichtdicke von 4 bis 20 g/m2 aufweist.
21. Verbundmaterial nach Anspruch 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Verbindungsschicht (4) eine Schichtdicke von 5 bis 10 g/m2 aufweist.
22. Verbundmaterial nach Anspruch 3 und 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die zwischen der Trägermaterialschicht (1) und den Barriererschichten (2) vorhandene Verbindungsschicht dicker ist als die Verbindungsschicht (4) zwischen den Barriererschichten (2) und den äußeren Siegelschichten.
23. Verfahren zur Herstellung eines Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 1 bis 22, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Verbundmaterial in einem einzigen Arbeitsgang im Coextrusiosverfahren hergestellt wird.
24. Zuschnitt für eine Verbundpackung, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
25. Verbundfolie zur Herstellung von Verbundpackungen, hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
EP03729479A 2002-01-18 2003-01-17 Verbundmaterial für licht-, gas- und flüssigkeitsdichte heisssiegelbare packungen Withdrawn EP1465768A2 (de)

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