EP4355660A1 - Faserbasierter behälter - Google Patents

Faserbasierter behälter

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Publication number
EP4355660A1
EP4355660A1 EP22735834.8A EP22735834A EP4355660A1 EP 4355660 A1 EP4355660 A1 EP 4355660A1 EP 22735834 A EP22735834 A EP 22735834A EP 4355660 A1 EP4355660 A1 EP 4355660A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
container
polyester
container according
barrier
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22735834.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Florian MÜLLER
Robert Siegl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG
Original Assignee
Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG filed Critical Alpla Werke Alwin Lehner GmbH and Co KG
Publication of EP4355660A1 publication Critical patent/EP4355660A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02W90/10—Bio-packaging, e.g. packing containers made from renewable resources or bio-plastics

Definitions

  • the invention relates to a fibre-based container according to the preamble of claim 1.
  • Beverage containers made of coated cardboard have been known from the prior art in the field of composite beverage cartons since the 1960s. Before the cardboard is folded into a container and glued or welded, it is coated with polyethylene and aluminum, for example, to create a composite material.
  • beverage cartons protect light-sensitive liquids and also have good barrier properties.
  • the polyethylene is used as a liquid barrier and the aluminum is used as a light and oxygen barrier, while the cardboard provides the mechanical stability. Areas where the cardboard is folded, protruding, glued or welded are not only a visual problem, but also weak points in the cardboard packaging.
  • beverage cartons have the disadvantage that they do not allow any internal pressure, since they can tear open and become leaky when internal pressure occurs. This means that neither carbonated drinks can be bottled nor can the filled liquid be gassed under overpressure.
  • cambered surfaces such as those found in the shoulders of many beverage cartons, are only possible by inserting and welding a plastic part without a carton.
  • the flat surfaces immediately bulge outwards under pressure, rendering the container unacceptable for typical use long before bursting.
  • polyesters are to be used in some carton packaging in the future, especially PET.
  • PET has a good barrier against oxygen and contaminants such as mosh and moah, as well as BPA and BPS.
  • PET unlike polyolefins, has little or no creep and would be suitable for internally pressurized beverages, the currently common carton with welded layers is not suitable for internally pressurized applications as it is sensitive to internal pressure and tends to burst.
  • the typical flat surfaces deform unacceptably under pressure and render the packaging unusable even before it bursts.
  • the invention is characterized in that the shell is at least partially coated with a second layer of a partially crystalline polyester and that the partially crystalline tallline polyester is applied in the form of a fluid or powder. Due to the coating of the dimensionally stable shell, the container has good barrier properties against water vapour, oxygen and carbon dioxide, so that carbonated beverages can be filled into them and protective gas can also be applied to them.
  • the second layer in the form of a fluid or a powder, a homogeneous layer is formed that is free of defects and the barrier properties are correspondingly high as a result.
  • the dimensionally stable cover has no creases or folds, which makes it even easier to produce a homogeneous second layer.
  • the second layer is attached to the inside of the shell, which faces the interior.
  • the required barrier properties are present directly where they come into contact with the product.
  • the first layer is protected from the contents.
  • the second layer assumes the function of the barrier between the filling material and the fiber material and the surrounding area.
  • the barrier properties are in the range of stretch blow molded PET bottles, although the polyester has no chain orientation achieved by stretching.
  • the invention is characterized in that the second layer is built up by spherulitic polyester crystallization.
  • the crystallites are spherical, arranged radially symmetrically and are firmly connected to one another via amorphous intermediate areas.
  • the formation of spherulites on crystallization nuclei leads in particular to an excellent water vapor and oxygen barrier without the second layer having to be radially or axially stretched.
  • the container is pressure-stable at an internal pressure of up to 8 bar shaking pressure, with the pressure stability resulting from the shape and the mechanical properties of the first layer.
  • the dimensionally stable casing is protected by the second layer from moisture and other environmental influences that destroy its dimensional stability.
  • the shaking pressure corresponds to the CO2 pressure that occurs during a standardized shaking process.
  • the shaking pressure is measured, for example, with a CO 2 tester from Steinfurth Mess-Systems GmbH. Due to the high shaking pressure that the container according to the invention can withstand, it is suitable for filling carbonated beverages.
  • the high pressure stability of the container also enables it to be gassed after filling. It is preferred if the water vapor barrier (WVTR) of the container has a value of less than 4 g/m 2 d and preferably less than 1 g/m 2 d at 23° C. and 50% RH.
  • WVTR water vapor barrier
  • the water vapor barrier (WVTR) of the container has a value of less than 15 g/m 2 d and preferably less than 10 g/m 2 d at 30° C. and 80% RH or at 38° C. and 90% RH owns.
  • the oxygen barrier (OTR) of the container has a value of less than 1 g/m 2 d and preferably less than 0.2 g/m 2 d at 23°C and 80% RH.
  • RH stands for relative humidity.
  • the CO2 barrier is expediently defined in that the CO2 initial concentration within the container is between 1 and 10 g/l and within a period of one month does not deviate from the initial value by more than 5% and preferably by no more than 1%. This barrier against carbon dioxide makes the container ideal for storing carbonated drinks.
  • the layer thickness of the second layer is less than 0.3 mm and preferably less than 0.1 mm. This allows the second layer to be applied gently.
  • the barrier values are sufficiently high for these layer thicknesses.
  • the second layer has a bio-based polyester content of at least 80% by weight, the bio-based being defined according to the ASTM D 6866, CEN/TS 16137 and ISO 16620 standards.
  • a bio-based container can thereby be provided since the fiber-based first layer is also bio-based.
  • the second layer is biodegradable according to the DIN EN 13432 standard. This has the advantage that biodegradable polyesters can be used for germ-induced crystal growth, which enables the good barrier properties.
  • the invention is also characterized in that the second layer contains nucleating agents such as talc or CaCO 3 .
  • nucleating agents such as talc or CaCO 3 .
  • the crystallite melting point of the polyester is less than 245.degree. C. and is preferably between 200 and 180.degree.
  • the spherulitic crystallization takes place at temperatures at which the fiber structures of the pressure-resistant shell are not destroyed.
  • the container expediently contains degradation accelerators for the polyester, in particular special lye formers for the saponification of the polyester and/or enzymes which separate the polyester. If plastics are present in the pulp, preferably up to 10% by weight, the degradation accelerators can also rapidly degrade these plastics
  • the second layer is applied in a powder coating process with a subsequent sintering process or in a spraying process.
  • the polyester is modified with a plasma coating to improve the barrier properties of the container.
  • the additional plasma coating is preferably a glass coating based on hexamethyldisiloxane (HDSMO) or a "diamond-like carbon" coating based on acetylene. This will ensure that any defects are covered, since the second layer also has a hard layer.
  • HDSMO hexamethyldisiloxane
  • a diamond-like carbon coating based on acetylene.
  • the bio-based polyester is polyethylene terephthalate (PET), polyethylene furanoate (PEF), polyethylene isosorbide terephthalate (PEIT), polylactide (PLA), polybutylene succinate (PBS), poly-s-caprolactone (PCL) or polyhydroxyalkanoate (PHA), in particular is polyhydroxybutyrate (PHB).
  • PET polyethylene terephthalate
  • PET polyethylene furanoate
  • PEIT polyethylene isosorbide terephthalate
  • PPA polylactide
  • PBS polybutylene succinate
  • PCL poly-s-caprolactone
  • PHA polyhydroxyalkanoate
  • PHB polyhydroxybutyrate
  • bio-based polyester is produced in part from CO2 exhaust gases. This makes the fibre-based container particularly sustainable and the CO2 values can be reduced.
  • the bio-based polyester is made from biomass which is unsuitable as food.
  • This biomass can be wood, algae, sewage, agricultural or forestry waste, faeces, bio-waste from households, agricultural products from overproduction or expired food.
  • the polyester of the second layer contains copolymers. The copolymers allow the crystalline melting point to be lowered, which means that the fiber structures of the first layer are neither impaired nor destroyed by excessive temperatures.
  • the polyester expediently has a light barrier against UV light, visible light and infrared light, which causes at least a 30% reduction in transmission between a wavelength of 350 and 550 nm, the light barrier preferably being realized by coloring the second layer. This protects vitamins and unsaturated fats in the filling goods.
  • the light barrier prevents decomposition reactions that can cause a bad taste or spoilage of the contents.
  • the polyester preferably reacts with atmospheric oxygen or preferably contains additives which react with atmospheric oxygen, in particular oxygen scavengers (scavengers) based on oxidation reactions with other polymers, for example polyamide. Before oxygen can come into contact with the product, it reacts in the second layer.
  • oxygen scavengers scavengers
  • polyester of the second layer is in the linear form, branched as long chain branches and short chain branches, or crosslinked.
  • the invention is also preferably characterized in that the container can be obtained by applying the second layer as a powder to the inside of the shell by an electrostatic high-voltage process, for example an ionization process or a corona process, or a triboelectric or an electrokinetic friction process and the container is baked in a sintering furnace, during the sintering process a crystalline phase grows by spherulitic crystallization and the crystallization growth occurs by adding nucleating agent and maintaining the temperature between the glass transition temperature (TG) and the crystallite melting point (Ts).
  • TG glass transition temperature
  • Ts crystallite melting point
  • the container can be obtained by applying the partially crystalline polyester, unsaturated polyester or saturated polyester present as a liquid or gas, to the inside of the shell by means of spraying, single or multi-axis rotational molding, condensation methods and additionally with a plasma Coating can be covered. This results in a particularly homogeneous and error-free second layer, since the powdered or gaseous polyester reaches every part of the casing that is to be coated several times.
  • Figure 1 A side view of a partially sectioned fiber-based
  • a container is shown in FIG.
  • the container 11 can be a bottle, as shown in FIG.
  • the loading container 11 has a first layer 13 and a second layer 15 .
  • the first layer 13 is formed from compressed pulp, which forms a dimensionally stable shell 17 and encloses an interior space 19 .
  • a pulp is typically understood to mean a mixture of water, fibers (especially paper fibers) and a binder.
  • the shell 17 is coated with the second layer 15 at least on the side facing the interior space 19 .
  • the second layer is formed from a partially crystalline polyester, which is applied to the shell 17 as a fluid or powder. Due to the partially crystalline structure, the second layer can optimally fulfill the function of the barrier between the filling material and the fiber material and the environment.
  • the first and the second layer therefore act as a composite material, in which the individual layers 13,15 meet different Liche tasks in order to obtain a fluid-tight and pressure-stable container n.
  • the second layer 15 is also applied to the outside of the cover 17, it can protect the cover from the environment. This is especially useful when the container is used in a humid environment, such as a bathroom, and needs to be protected from the moisture.
  • the container 11 can be closed with a screw cap 21 having an internal thread 23 .
  • the screw cap 21 can be screwed onto the container neck 25 and be unscrewed from it.
  • An external thread 27 is formed on the first layer 13 of the container neck 25 and interacts with the internal thread 23 .
  • the external thread 27 of the container can be coated with the second layer 15 .
  • the coating with the second layer 15 gives the external thread 27 additional mechanical stability and does not tear out when the screw cap 21 is screwed on.
  • Feet 29 can be formed on the outside of the dimensionally stable shell 17 so that the container has a stable stand.
  • the combination of the first and second layer 13,15 makes it possible for the container to withstand a shaking pressure of up to 8 bar.
  • the container 11 is therefore suitable for bottling carbonated beverages such as mineral water or beer.
  • the pressure stability results from the shape and the mechanical properties of the first layer 13 and the second layer 15 prevents the first layer 13 from being weakened by the filling material and the environment.
  • the shaking pressure corresponds to the CO2 pressure that occurs during a standardized shaking process.
  • the shaking pressure is measured, for example, with a CO 2 tester from Steinfurth Mess-Systems GmbH.
  • the second layer 15 is preferably built up by spherulitic crystallization. This results in the following barrier properties, which make the container 11 suitable for filling or storing carbonated beverages.
  • the water vapor barrier rate (WVTR) of the container has a value of less than 4g/m 2 d and preferably less than 1g/m 2 d.
  • the water vapor barrier (WVTR) of the container has a value less than 15 g/m 2 d and preferably less than 10 g/m 2 d.
  • the oxygen barrier (OTR) of the container has a value of less than 1 g/m 2 d and preferably less than 0.2 g/m 2 d at 23°C and 80%RH.
  • the CO2 barrier is defined by the fact that the initial CO2 concentration within the container is between 1 and 10 g/l and does not deviate from the initial value by more than 5% and preferably no more than 1% within a period of one month. These barrier values result from a layer thickness of the second layer of less than 0.3 mm and preferably less than 0.1 mm.
  • the present container is therefore excellently suited for filling carbonated beverages, the second layer 15 also being bio-based and biodegradable.
  • the second layer has a bio-based polyester content of at least 80% by weight, the biobase being defined according to ASTM D 6866, CEN/TS 16137 and ISO 16620 standards.
  • the biodegradability of the second layer is defined by the ASTM D 6866, CEN/TS 16137 and ISO 16620 standards.
  • the polyester of the second layer 15 has a light barrier against UV light, visible light and infrared light, which causes at least a 30% reduction in transmission between a wavelength of 350 and 550 nm, the light barrier preferably being realized by coloring the second layer .
  • This light barrier allows vitamins and unsaturated fats in the beverages to be protected over a long period of time and not degraded or destroyed.
  • a spherulite-forming polyester By using a spherulite-forming polyester, a second layer 15 with high crystalline proportions can be formed. As a result, the second layer 15 and thus also the container 11 has very good barrier values. Polyesters that can form spherulites can also be bio-based and biodegradable.
  • the casing 17, made from a pulp, provides the pressure stability.
  • the container 11 according to the invention not only has such high barrier values that it is suitable for holding carbonated beverages, but it also withstands such a high shaking pressure that an increased internal pressure cannot deform it.
  • the container 11 is made of a first and second bio-based layer 13, 15 and is biodegradable.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen faserbasierten Behälter (11), umfassend eine erste Schicht (13) aus komprimierter Pulpe, welche eine formstabile Hülle (17) bildet und einen Innenraum (19) umschließt. Die Hülle (17) ist wenigstens teilweise mit einer zweiten Schicht (15) aus einem teilkristallinen Polyester beschichtet ist und der teilkristalline Polyester ist in der Form eines Fluids oder Pulvers aufgebracht.

Description

Faserbasierter Behälter
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen faserbasierten Behälter gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik auf dem Gebiet von Getränkeverbundkartons sind seit den 60er Jahren des vergangenen Jahrhunderts Getränkebehälter aus beschichtetem Kar ton bekannt. Bevor der Karton zum Behälter gefaltet und verklebt oder geschweisst wird, wird er beispielsweise mit Polyethylen und Aluminium beschichtet, um einen Verbund werkstoff herzustellen.
Diese Getränkekartons schützen lichtempfindliche Flüssigkeiten und besitzen zudem gute Barriereeigenschaften. Das Polyethylen wird als eine Flüssigkeitsbarriere verwen det und das Aluminium wird als eine Licht- und Sauerstoffbarriere verwendet, wohinge gen der Karton die mechanische Stabilität liefert. Stellen an denen der Karton gefaltet, überstehend, geklebt oder verschweisst ist, sind nicht nur optisch ein Problem, sondern auch Schwachstellen der Kartonverpackung.
Solche Getränkekartons haben jedoch den Nachteil, dass sie keinen Innendruck zulas sen, da sie bei Auftreten eines Innendrucks aufreißen und undicht werden können. Des halb können weder kohlensäurehaltige Getränke abgefüllt werden noch kann die abge füllte Flüssigkeit im Überdruck schutzbegast werden.
Durch die Herstellungsmethode sind meist nur sehr flache Oberflächen möglich, bom bierte Oberflächen, wie sie z.B. in der Schulter vieler Getränkekartons realisiert werden, sind nur möglich, in dem ein Kunststoffteil ohne Karton eingelegt und verschweißt wird. Die flachen Oberflächen bombieren bei einer Druckbelastung sofort nach aussen und machen den Behälter schon lange vor dem Platzen für den typischen Gebrauch unzu mutbar.
Zusätzlich können solche Verbundkartons mit und ohne Kunststoff einlegeteilen, bzw. Kunststoffverschluss, wenn überhaupt, nur mit einem grossen Aufwand einem Recyc ling-Prozess zugeführt werden. Deshalb landen Getränkekartons oft auf Mülldeponien oder werden verbrannt. Es existieren auch Getränkeverbundkartons, welche wegen der besseren Recyclingfä higkeit auf eine Metallbeschichtung verzichten. Nach Entfernung der Metallschicht kommt es zu schlechteren Barriereeigenschaften. Luftsauerstoff kann deutlich besser in die Kartonverpackung eindringen. Auch Bestandteile der Druckfarben, insbesondere auf Mineralöl basierende Verunreinigungen der Druckfarben (Mosh, Moah) aber auch sehr umstrittene Verunreinigungen wie BPA, BPS. Auch die UV- und Lichtbarriere ist durch das Entfernen der reflektierenden Metallschicht deutlich schwächer.
Anstelle von Metallen sollen in Zukunft Polyester zum Teil in Kartonverpackungen ein gesetzt werden, insbesondere PET. PET hat eine gute Barriere gegen Sauerstoff und Kontaminationen wie Mosh und Moah, sowie BPA und BPS. Obwohl PET im Gegensatz zu Polyolefinen wenig oder gar nicht kriecht und es sich für Getränke mit einem Innen druck eignen würde, ist der derzeit übliche Karton mit verschweißten Lagen, für Anwen dungen mit Innendruck nicht geeignet, da er innendruckempfindlich ist und zum Platzen neigt. Die typischen planen Oberflächen deformieren unter Druck unzulässig und ma chen die Verpackung bereits vor dem Platzen unbrauchbar.
Auch ertragen die heute üblichen Getränkekartons kein Vakuum: Bei einem Innenva kuum fallen die Kartons ein bzw. implodieren. Ein Vakuum im Inneren eines Behälters ist jedoch für viele Verfahren zum Aufbringen einer Barriereschicht direkt an der fertigen Verpackung zwingend nötig.
Aufgabe der Erfindung
Aus den Nachteilen des beschriebenen Stands der Technik resultiert die Aufgabe einen druckbeständigen Behälter aus einem Karton enthaltenden Verbundwerkstoff zu schaf fen welcher biobasiert ist, und im besten Fall biologisch abbaubar ist.
Beschreibung
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt bei einem faserbasierten Behälter gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentan spruchs 1 angeführten Merkmale. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungs varianten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Hülle wenigstens teilweise mit einer zweiten Schicht aus einem teilkristallinen Polyester beschichtet ist und dass der teilkris- talline Polyester in der Form eines Fluids oder Pulvers aufgebracht ist. Durch die Be schichtung der formstabilen Hülle besitzt der Behälter gute Barriereeigenschaften ge genüber Wasserdampf, Sauerstoff und Kohlendioxid, sodass in diesen kohlensäurehal tige Getränke abgefüllt werden können und dieser auch schutzbegast werden kann. Durch die Aufbringung der zweiten Schicht in Form eines Fluids oder eines Pulvers wird eine homogene Schicht ausbildet, die frei von Fehlstellen ist und dadurch die Barriere eigenschaften entsprechend hoch sind. Die formstabile Hülle ist falten- und falzlos, wodurch das Herstellen einer homogenen zweiten Schicht zusätzlich erleichtert wird.
Als vorteilhaft erweist es sich, wenn die zweite Schicht an der Innenseite der Hülle, wel che dem Innenraum zugewandt ist, angebracht ist. Dadurch sind die benötigten Barrie reeigenschaften direkt am Kontakt zum Füllgut vorhanden. Zudem wird die erste Schicht vor dem Füllgut geschützt.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung übernimmt die zweite Schicht die Funktion der Barriere vom Füllgut zum Faserwerkstoff und der Um gebung. Die Barriereeigenschaften sind im Bereich von streckblasgeformten PET- Flaschen, obwohl der Polyester keine durch das Strecken erzielte Kettenorientierung aufweist.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Schicht durch eine sphärolithi sche Polyesterkristallisation aufgebaut ist. Die Kristallite sind kugelförmig, radialsymmet risch angeordnet und über amorphe Zwischenbereiche fest miteinander verbunden. Die Bildung von Sphärolithen an Kristallisationskeimen führt insbesondere zu einer hervor ragenden Wasserdampf- und Sauerstoffbarriere, ohne dass die zweite Schicht radial oder axial verstreckt werden müsste.
Mit Vorteil ist der Behälter bei einem Innendruck von bis zu 8 bar Schütteldruck druck stabil, wobei die Druckstabilität aus der Form und den mechanischen Eigenschaften der ersten Schicht resultiert. Dabei ist die formstabile Hülle vor Feuchtigkeit und anderen Umgebungseinflüssen, welche ihre Formstabilität zerstören, durch die zweite Schicht geschützt. Der Schütteldruck entspricht dem C02 Druck, welcher bei einem standardi sierten Schüttelvorgang entsteht. Der Schütteldruck wird beispielsweise mit einem C02 Tester der Firma Steinfurth Mess-Systeme GmbH gemessen. Durch den hohen Schüt teldruck, welchen der erfindungsgemässe Behälter erträgt, ist dieser für die Abfüllung von kohlensäurehaltigen Getränken geeignet. Auch ermöglicht die hohe Druckstabilität des Behälters, dass dieser nach der Befüllung schutzbegast werden kann. Bevorzugt ist es, wenn die Wasserdampfbarriere (WVTR) des Behälters einen Wert von weniger als 4g/m2d und bevorzugt von weniger als 1g/m2d bei 23°C und 50% RH besitzt.
Weiter bevorzugt ist es, wenn die Wasserdampfbarriere (WVTR) des Behälters einen Wert von weniger als 15g/m2d und bevorzugt von weniger als 10g/m2d bei 30°C und 80% RH oder bei 38°C und 90% RH besitzt.
Weiter bevorzugt ist es, wenn die Sauerstoffbarriere (OTR) des Behälters einen Wert von weniger als 1g/m2d und bevorzugt von weniger als 0,2g/m2d bei 23°C und 80%RH besitzt. RH steht dabei für relative humidity bzw. relative Luftfeuchtigkeit. Diese Barriere eigenschaften werden dadurch erreicht, dass durch die sphärolithische Kristallisation kristalline Phasen erreicht werden, welche einem Streckblasprozess entsprechen.
Zweckmässigerweise ist die CO2 Barriere dadurch definiert, dass die CO2 Ausgangs- Konzentration innerhalb des Behälters zwischen 1 und 10 g/l liegt und innerhalb eines Zeitraums von einem Monat nicht mehr als 5% und bevorzugt nicht mehr als 1% vom Ausgangswert abweicht. Diese Barriere gegenüber Kohlendioxid prädestiniert den Be hälter zur Aufbewahrung von kohlensäurehaltigen Getränken.
Als zweckdienlich hat es sich erwiesen, wenn die Schichtdicke der zweiten Schicht klei ner als 0,3 mm und bevorzugt kleiner als 0,1 mm ist. Dadurch kann die zweite Schicht materialschonend aufgebracht werden. Die Barrierewerte sind bei diesen Schichtdicken ausreichend hoch.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die zweite Schicht einen biobasierten Polyesteranteil von wenigstens 80 Gew%, wobei die Biobasis nach den Normen ASTM D 6866, CEN/TS 16137 und ISO 16620 definiert ist. Dadurch kann ein biobasierter Behälter bereitgestellt werden, da die faserbasierte erste Schicht eben falls biobasiert ist.
In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Schicht nach der Norm DIN EN 13432 biologisch abbaubar. Dies hat den Vorteil, dass zum keiminduzierten Kristallwachstum, welcher die guten Barriereeigenschaften ermög licht, biologisch abbaubare Polyester verwendet werden können.
Die Erfindung zeichnet sich auch dadurch aus, dass die zweite Schicht Nukleierungsmit tel wie Talk oder CaC03 enthält. Dadurch können besonders hohe kristalline Anteile des Poylesters hergestellt werden, und das keiminduzierte Kristallwachstum erfolgt zuver lässig. In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Kristall- itschmelzpunkt des Polyesters kleiner als 245°C° und liegt bevorzugt zwischen 200 und 180 °C. Dadurch erfolgt die sphärolithsche Kristallisation bei Temperaturen, bei welchen die Faserstrukturen der druckstabilen Hülle nicht zerstört werden.
Zweckmässigerweise enthält der Behälter Abbaubeschleuniger für den Polyester, insbe sondere Laugenbildner für die Verseifung des Polyesters und/oder Enzyme, die den Po lyester auftrennen. Falls in der Pulpe Kunststoffe, bevorzugt bis zu 10 Gew%, vorhanden sind, so können die Abbaubeschleuniger auch diese Kunststoffe rasch abbauen
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Schicht in einem Pulver beschichtungsverfahren mit anschließendem Sinterprozess aufgebacht oder in einem Sprühverfahren aufgebracht. Diese Applikationsverfahren stellen eine homogene zweite Schicht ohne Fehlstellen sicher. Dadurch können die Barrierewerte noch weiter erhöht werden.
Zusätzlich ist es bevorzugt, wenn der Polyester mit einer Plasmabeschichtung zur Ver besserung der Barriereigenschaften des Behälters modifiziert ist.
Die zusätzliche Plasmabeschichtung ist bevorzugt eine Glasbeschichtung auf Basis von Hexamethyldisiloxan (HDSMO) odereine «Diamond Like Carbon» Beschichtung auf Ba sis von Acetylen. Dadurch werden eventuell vorhandene Fehlstellen sicher abgedeckt, da die zweite Schicht zusätzlich eine harte Schicht erhält.
Zweckmässigerweise ist der biobasierte Polyester Polyethylen Terephthalat (PET), Po lyethylen Furanoat (PEF), Polyethylen Isosorbid Terephthalat (PEIT), Polylactid (PLA), Polybutylensuccinat (PBS), Poly-s-Caprolacton (PCL) oder Polyhydroxyalkanoat (PHA), insbesondere Polyhydroxybutyrat (PHB) ist. Diese Polyester können bei geeigneter Ver fahrensführung Sphärolithe bilden.
Bevorzugt ist es, wenn der biobasierte Polyester zum Teil aus CO2 Abgasen hergestellt ist. Dadurch ist der faserbasierte Behälter besonders nachhaltig und die CO2 Werte kön nen reduziert werden.
Bevorzugt ist es, wenn der biobasierte Polyester, aus Biomasse hergestellt ist, welche als Lebensmittel ungeeignet ist. Diese Biomasse kann Holz, Algen, Abwasser, landwirt schaftliche oder forstwirtschaftliche Abfälle, Fäkalien, Bioabfälle von Haushalten, land wirtschaftliche Produkte aus einer Überproduktion oder abgelaufene Lebensmittel sein. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält der Polyester der zweiten Schicht Copolymere. Die Copolymere ermöglichen es, dass der Kristallitschmelzpunkt gesenkt wird, wodurch die Faserstrukturen der ersten Schicht durch zu hohe Tempera turen weder beeinträchtigt noch zerstört werden.
Zweckmässigerweise besitzt der Polyester eine Lichtbarriere gegenüber UV-Licht, sicht barem Licht und Infrarot- Licht, welche eine mindestens 30%ige Transmissionsreduktion zwischen einer Wellenlänge von 350 und 550nm bewirkt, wobei die Lichtbarriere bevor zugt durch eine Einfärbung der zweiten Schicht realisiert ist. Dadurch werden Vitamine und ungesättigte Fette in den Füllgütern geschützt. Zerfallsreaktionen, welche einen schlechten Geschmack oder ein Verderben des Füllgutes verursachen können, werden durch die Lichtbarriere verhindert.
Um das Füllgut zusätzlich zu schützen, reagiert der Polyester bevorzugt mit Luftsauerst off oder enthält bevorzugt Additive, die mit Luftsauerstoff reagieren, insbesondere Sau erstofffänger (Scavanger), basierend auf Oxidationsreaktionen mit anderen Polymeren, beispielsweise Polyamid. Bevor Sauerstoff mit dem Füllgut in Kontakt treten kann, rea giert er daher in der zweiten Schicht ab.
Bevorzugt ist es, wenn der Polyester der zweiten Schicht in der linearen Form, verzweigt als Langkettenverzweigungen und Kurzkettenverzweigungen oder vernetzt vorliegt.
Die Erfindung zeichnet sich auch bevorzugt dadurch aus, dass der Behälter dadurch erhältlich ist, dass an der Innenseite der Hülle die zweite Schicht als Pulver durch ein elektrostatisches Hochspannungsverfahren, beispielsweise ein lonisationsverfahren oder ein Coronaverfahren, oder ein triboelektrisches oder ein elektrokinetisches Rei bungsverfahren aufgebracht wird und der Behälter in einem Sinterofen gebacken wird, wobei während des Sinterprozesses eine kristalline Phase durch eine sphärolithische Kristallisation wächst und das Kristallisationswachstum durch die Zugabe von Nukleier ungsmittel und Halten der Temperatur zwischen dem Glasübergangstemperatur (TG) und dem Kristallit-Schmelzpunkt (Ts) erfolgt. Dies ermöglicht, dass sich besonders hohe kristalline Anteile ausbilden können und durch das Sintern eine homogene zweite Schicht gebildet wird. Der hohe Kristallisationsgrad von sphärolithischen (kugelartigen) Kristallen und die homogene und fehlerfreie zweite Schicht führen zu oben beschriebe nen hervorragenden Barrierewerten. Das Optimum der Kristallisation wird durch die Wahl der Kritsatallisationstemperatur zwischen Ts und TG erreicht, welche für jeden Po lyester spezifisch bestimmt wird. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Behälter dadurch erhältlich dadurch, dass der teilkristalline Polyester als Flüssigkeit oder Gas vorliegender ungesät tigter Polyester oder gesättigter Polyester auf die Innenseite der Hülle mittels Sprühver fahren, ein- oder mehrachsiges Rotationsformen, Kondensationsverfahren aufgebracht wird und zusätzlich mit einer Plasma Beschichtung abgedeckt sein kann. Dadurch ent steht eine besonders homogene und fehlerfreie zweite Schicht, da der pulverförmige oder gasförmige Polyester jede zu beschichtende Stelle der Hülle mehrfach erreicht.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung ei nes Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Darstellungen. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:
Figur 1: Eine Seitenansicht eines teilweise aufgeschnittenen faserbasierten
Behälters.
In der Figur 1 ist ein Behälter gezeigt, welcher gesamthaft mit dem Bezugszeichen 11 bezeichnet ist. Der Behälter 11 kann eine Flasche sein, wie dies Figur 1 zeigt. Der Be hälter 11 weist eine erste Schicht 13 und eine zweite Schicht 15 auf. Die erste Schicht 13 ist aus komprimierter Pulpe ausgeformt, welche eine formstabile Hülle 17 bildet und einen Innenraum 19 umschliesst. Als Pulpe wird typischerweise ein Gemisch aus Was ser, Fasern (insbesondere Papierfasern) und einem Bindemittel verstanden.
Die Hülle 17 ist zumindest an der dem Innenraum 19 zugewandten Seite mit der zweiten Schicht 15 beschichtet. Die zweite Schicht ist aus einem teilkristallinen Polyester gebil det, welches als Fluid oder Pulver auf die Hülle 17 aufgebracht ist. Durch den teilkristal linen Aufbau kann die zweite Schicht die Funktion der Barriere vom Füllgut zum Faser werkstoff und der Umgebung optimal erfüllen. Die erste und die zweite Schicht wirken daher als ein Verbundmaterial, bei welchem die einzelnen Schichten 13,15 unterschied liche Aufgaben erfüllen, um einen fluiddichten und druckstabilen Behälter n zu erhalten.
Ist die zweite Schicht 15 auch an der Aussenseite der Hülle 17 aufgebracht, so kann sie die Hülle gegenüber der Umgebung schützen. Dies ist besonders praktisch, wenn der Behälter in einer feuchten Umgebung, wie beispielsweise ein Badezimmer, genutzt wird und vor der Feuchtigkeit geschützt ist.
Der Behälter 11 kann mit einer Schraubkappe 21 , ein Innengewinde 23 aufweisend, ver schlossen sein. Dazu kann die Schraubkappe 21 auf den Behälterhals 25 aufgeschraubt und von diesem abgeschraubt werden. An dem Behälterhals 25 ist an der ersten Schicht 13 ein Aussengewinde 27 ausgeformt, welches mit dem Innengewinde 23 zusammen wirkt. Wie die Figur 1 zeigt, kann das Aussengewinde 27 des Behälters mit der zweiten Schicht 15 beschichtet sein. Durch die Beschichtung mit der zweiten Schicht 15 erhält das Aussengewinde 27 eine zusätzliche mechanische Stabilität und reisst beim Auf schrauben der Schraubkappe 21 nicht aus. An der formstabilen Hülle 17 können an der Aussenseite Standfüsse 29 ausgeformt sein, damit der Behälter einen stabilen Stand hat.
Der Verbund aus der ersten und zweiten Schicht 13,15 ermöglicht es, dass der Behälter einem Schütteldruck bis zu 8 bar standhält. Der Behälter 11 ist daher für die Abfüllung von kohlensäurehaltigen Getränken wie Mineralwasser oder Bier geeignet. Dabei resul tiert die Druckstabilität aus der Form und den mechanischen Eigenschaften der ersten Schicht 13 und die zweite Schicht 15 verhindert, dass die erste Schicht 13 durch das Füllgut und die Umgebung nicht geschwächt wird. Der Schütteldruck entspricht dem C02 Druck, welcher bei einem standardisierten Schüttelvorgang entsteht. Der Schüttel druck wird beispielsweise mit einem C02 Tester der Firma Steinfurth Mess-Systeme GmbH gemessen.
Bevorzugt ist die zweite Schicht 15 durch eine sphärolithische Kristallisation aufgebaut. Dadurch ergeben sich die folgenden Barriereeigenschaften, durch welche der Behälter 11 für die Abfüllung bzw. Aufbewahrung von kohlensäurehaltigen Getränken geeignet ist. Bei 23°C und 50% RH besitzt die Wasserdampfbarriere (WVTR) des Behälters einen Wert von weniger als 4g/m2d und bevorzugt weniger als 1g/m2d. Bei 30°C und 80% RH bzw. bei 38°C und 90% RH besitzt die Wasserdampfbarriere (WVTR) des Behälters ei nen Wert weniger als 15g/m2d und bevorzugt weniger als 10g/m2d. Die Sauerstoffbarri ere (OTR) des Behälters besitzt einen Wert von weniger als 1g/m2d und bevorzugt we niger als 0,2g/m2d bei 23°C und 80%RH besitzt. Die CO2 Barriere ist dadurch definiert, dass die CO2 Ausgangs-Konzentration innerhalb des Behälters zwischen 1 und 10 g/l liegt und innerhalb eines Zeitraums von einem Monat nicht mehr als 5% und bevorzugt nicht mehr als 1% vom Ausgangswert abweicht. Diese Barrierewerte ergeben sich bei einer Schichtdicke der zweiten Schicht von kleiner als 0,3 mm und bevorzugt kleiner als 0,1 mm.
Der vorliegende Behälter ist also für die Abfüllung von kohlensäurehaltigen Getränken hervorragend geeignet, wobei die zweite Schicht 15 zudem biobasiert und biologisch abbaubar ist. Dabei besitzt die zweite Schicht einen biobasierten Polyesteranteil von wenigstens 80 Gew%, wobei die Biobasis nach den Normen ASTM D 6866, CEN/TS 16137 und ISO 16620 definiert ist. Die biologische Abbaubarkeit der zweiten Schicht ist durch die Normen ASTM D 6866, CEN/TS 16137 und ISO 16620 definiert.
Der Polyester der zweiten Schicht 15 besitzt eine Lichtbarriere gegenüber UV-Licht, sichtbarem Licht und Infrarot-Licht, welche eine mindestens 30%ige Transmissionsre duktion zwischen einer Wellenlänge von 350 und 550nm bewirkt, wobei die Lichtbarriere bevorzugt durch eine Einfärbung der zweiten Schicht realisiert ist. Diese Lichtbarriere ermöglicht es, dass Vitamine und ungesättigte Fette in den Getränken über lange Zeit geschützt werden und nicht abgebaut oder zerstört werden. Durch die Verwendung eines sphärolithausbildenden Polyesters kann eine zweite Schicht 15 mit hohen kristallinen Anteilen gebildet werden. Dadurch besitzt die zweite Schicht 15 und damit auch der Behälter 11 sehr gute Barrierwerte. Polyester, welche Sphärolithe ausbilden können, können auch biobasiert und biologisch abbaubar sein. Die aus einer Pulpe hergestellte Hülle 17 liefert die Druckstabilität. Deshalb besitzt der erfindungsgemässe Behälter 11 nicht nur so hohe Barrierewerte, dass er für die Auf nahme von kohlesäurehaltigen Getränken geeignet ist, sondern er erträgt auch einen so hohen Schütteldruck, dass ein erhöhter Innendruck ihn nicht deformieren kann. Zusätz lich ist der Behälter 11 aus einer ersten und zweiten biobasierten Schicht 13,15 herge stellt und ist biologisch abbaubar.
Legende:
11 Behälter
13 Erste Schicht
15 Zweite Schicht
17 Formstabile Hülle
19 Innenraum
21 Schraubkappe
23 Innengewinde
25 Behälterhals
27 Aussengewinde
29 Standfüsse

Claims

Patentansprüche
1. Faserbasierter Behälter (11), umfassend eine erste Schicht (13) aus komprimier ter Pulpe, welche eine formstabile Hülle (17) bildet und einen Innenraum (19) um schließt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (17) wenigstens teilweise mit einer zweiten Schicht (15) aus einem teilkristallinen Polyester beschichtet ist und dass der teilkristalline Polyester in der Form eines Fluids oder Pulvers aufge bracht ist.
2. Behälter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (15) an der Innenseite der Hülle, welche dem Innenraum (19) zugewandt ist, ange bracht ist.
3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (15) die Funktion der Barriere vom Füllgut zum Faserwerkstoff und der Umgebung übernimmt.
4. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (15) durch eine sphärolithische Polyesterkristallisation aufgebaut ist.
5. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (11) bei einem Innendruck von bis zu 8 bar Schütteldruck druckstabil ist, wobei die Druckstabilität aus der Form und den mechanischen Ei genschaften der ersten Schicht (13) resultiert.
6. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdampfbarriere (WVTR) des Behälters (11) einen Wert von weni ger als 4g/m2d und bevorzugt von weniger als 1g/m2d bei 23°C und 50% RH be sitzt.
7. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdampfbarriere (WVTR) des Behälters (11) einen Wert von weni ger als 15g/m2d und bevorzugt von weniger als 10g/m2d bei 30°C und 80% RH oder bei 38°C und 90% RH besitzt.
8. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffbarriere (OTR) des Behälters (11) einen Wert von weniger als 1g/m2d und bevorzugt von weniger als 0,2g/m2d bei 23°C und 80%RH besitzt.
9. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die CO2 Barriere dadurch definiert ist, dass die CO2 Ausgangs-Konzentra tion innerhalb des Behälters (11) zwischen 1 und 10 g/l liegt und innerhalb eines Zeitraums von einem Monat nicht mehr als 5% und bevorzugt nicht mehr als 1% vom Ausgangswert abweicht.
10. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der zweiten Schicht (15) kleiner als 0,3 mm und bevorzugt kleiner als 0,1 mm ist.
11. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (15) einen biobasierten Polyesteranteil von wenigstens 80 Gew% besitzt, wobei die Biobasis nach den Normen ASTM D 6866, CEN/TS 16137 und ISO 16620 definiert ist.
12. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (15) nach der Norm DIN EN 13432 biologisch abbaubar ist.
13. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (15) Nukleierungsmittel wie Talk oder CaC03 enthält.
14. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kristallitschmelzpunkt des Polyesters kleiner als 245°C° ist und bevor zugt zwischen 200 und 180 °C liegt.
15. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (11) Abbaubeschleuniger für den Polyester enthält, insbeson dere Laugenbildner für die Verseifung des Polyesters und/oder Enzyme, die den Polyester auftrennen.
16. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (15) in einem Pulverbeschichtungsverfahren mit an schließendem Sinterprozess aufgebacht ist oder in einem Sprühverfahren aufge bracht ist.
17. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester mit einer Plasmabeschichtung zur Verbesserung der Barrier eigenschaften des Behälters (11) modifiziert ist.
18. Behälter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabeschich tung eine Glasbeschichtung auf Basis von Hexamethyldisiloxan (HDSMO) oder eine «Diamond Like Carbon» Beschichtung auf Basis von Acetylen ist.
19. Behälter nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der biobasierte Polyester Polyethylen Terephthalat (PET), Polyethylen Furanoat (PEF), Polyethylen Isosorbid Terephthalat (PEIT), Polylactid (PLA), Polybutylen- succinat (PBS), Poly-s-Caprolacton (PCL) oder Polyhydroxyalkanoat (PHA), ins besondere Polyhydroxybutyrat (PHB) ist.
20. Behälter nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der biobasierte Polyester zum Teil aus CO2 Abgasen hergestellt ist.
21. Behälter nach einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der biobasierte Polyester, aus Biomasse hergestellt ist, welche als Lebensmittel ungeeignet ist.
22. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester der zweiten Schicht Copolymere enthält.
23. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester eine Lichtbarriere gegenüber UV-Licht, sichtbarem Licht und Infra rot- Licht besitzt, welche eine mindestens 30%ige Transmissionsreduktion zwischen einer Wellenlänge von 350 und 550nm bewirkt, wobei die Lichtbarriere bevorzugt durch eine Einfärbung der zweiten Schicht realisiert ist.
24. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester mit Luftsauerstoff reagiert oder Additive enthält, die mit Luft sauerstoff reagieren, insbesondere Sauerstofffänger (Scavanger), basierend auf Oxidationsreaktionen mit anderen Polymeren, beispielsweise Polyamid.
25. Behälter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester der zweiten Schicht (15) in der linearen Form, verzweigt als Langkettenverzweigungen und Kurzkettenverzweigungen oder vernetzt vorliegt.
26. Behälter (11) nach einem der vorangehenden Ansprüche erhältlich dadurch, dass an der Innenseite der Hülle (11) die zweite Schicht (15) als Pulver durch ein elektrostatisches Hochspannungsverfahren, beispielsweise ein lonisationsverfah- ren oder ein Coronaverfahren, oder ein triboelktrisches oder ein elektrokineti sches Reibungsverfahren aufgebracht wird und der Behälter (11) in einem Sinterofen gebacken wird, wobei während des Sinterprozesses eine kristalline Phase durch eine sphärolithische Kristallisation wächst und das Kristallisationswachstum durch die Zugabe von Nukleierungsmit tel und Halten der Temperatur zwischen dem Glasübergangstemperatur und dem Kristallit-Schmelzpunkt erfolgt.
27. Behälter (11) nach einem der vorangehenden Ansprüche erhältlich dadurch, dass der teilkristalline Polyester als Flüssigkeit oder Gas vorliegender ungesättig ter Polyester oder gesättigter Polyester auf die Innenseite der Hülle (17) mittels Sprühverfahren, ein- oder mehrachsiges Rotationsformen, Kondensationsverfah ren aufgebracht wird und zusätzlich mit einer Plasma Beschichtung abgedeckt sein kann.
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