EP4504488A1 - Verfahren zur herstellung von waschmittelportionseinheiten - Google Patents

Verfahren zur herstellung von waschmittelportionseinheiten

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Publication number
EP4504488A1
EP4504488A1 EP23701074.9A EP23701074A EP4504488A1 EP 4504488 A1 EP4504488 A1 EP 4504488A1 EP 23701074 A EP23701074 A EP 23701074A EP 4504488 A1 EP4504488 A1 EP 4504488A1
Authority
EP
European Patent Office
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film
heating device
depression
cavity
deep
Prior art date
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Pending
Application number
EP23701074.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe Trebbe
Niklas Siepler
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.)
Henkel AG and Co KGaA
Original Assignee
Henkel AG and Co KGaA
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Henkel AG and Co KGaA filed Critical Henkel AG and Co KGaA
Publication of EP4504488A1 publication Critical patent/EP4504488A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to methods for producing portion units, in particular detergent or cleaning agent portion units, with at least one receiving chamber formed by a film material.
  • a trend relevant to the production of these foil bags is the miniaturization of these foil bags.
  • the background to this development is, in particular, sustainability aspects, for example in relation to the amount of packaging used.
  • the film bags described above are manufactured using multi-stage processes, during which water-soluble film materials are formed into cavities, filled and subsequently sealed, for example by the action of heat and pressure. While heating the films increases their plasticity, the force resulting from the negative pressure applied to the heated film causes them to stretch and plastically deform. In this process, the film is not stretched homogeneously over its surface; rather, areas of high stretch, for example in the edge area of the cavity, alternate with areas of lower stretch.
  • a deformed film in the form of a receptacle with a heterogeneous film thickness distribution is created from a film material with a homogeneous film thickness. This heterogeneous film thickness distribution will be more pronounced the more the original film material is deformed.
  • the strength of the deformation generally increases, for example, with the number of receiving chambers formed in the receiving container or their depth.
  • both the film thickness distribution and the absolute film thickness determine the haptic, optical and mechanical properties of the film bag.
  • Foil bags with large differences in foil thickness are often perceived as less appealing.
  • Foil bags with a low minimum film thickness deform more easily under their own weight than corresponding foil bags with a higher film thickness and appear limp.
  • These foil bags withstand mechanical stress to a lesser extent and loosen too quickly when water comes into contact with them.
  • the last two properties mentioned are not just for foil bags relevant in the areas of production, transport and storage, but also have a particular impact on product safety, for example in the event of accidental oral ingestion.
  • international application WO 2019/206448 A1 proposes a deep-drawing process in which a flat film is subjected to a temperature profile.
  • portion units Moreover, against this technical background, the application was based on the task of providing a method for producing portion units, which enables the efficient production of portion units with maximum stability and an attractive look and feel with minimal expenditure on equipment and minimal use of film materials used for packaging.
  • a first subject of the application is a method for producing a portion unit with at least one filled receiving chamber surrounded by a film, comprising the steps a) transporting a first film towards a heating device; b) bringing the first film into contact with a surface of the heater; c) heating the first film using the heater; d) removing the contact between the first film and the heater; e) molding the first heated film into the cavities of a deep-drawing die to form a receptacle with at least one receptacle chamber; f) filling the at least one receiving chamber; g) optionally closing and separating the filled receptacles to form the portion unit, the surface area of the heating device which is brought into contact with the film having at least one depression and the at least one depression in step b) being covered by the partial areas of the first film , which are formed into the cavity of the deep-drawing die in step e).
  • the method according to the invention enables the efficient production of detergent portion units.
  • the detergent portion units are characterized by a Uniform thickness of the water-soluble film is characterized by high mechanical stability with low use of packaging materials as well as an attractive feel and appearance.
  • water-soluble films are preferably formed in a deep-drawing apparatus and combined with detergent preparations to form detergent portion units.
  • the water-soluble film may comprise one or more structurally different water-soluble polymer(s).
  • Polymers from the group of (possibly acetalized) polyvinyl alcohols (PVAL) and their copolymers are particularly suitable as water-soluble polymer(s) for the first water-soluble film.
  • Water-soluble films for producing the portion unit are preferably based on a polyvinyl alcohol or a polyvinyl alcohol copolymer, the molecular weight of which is preferably in the range from 10,000 to 1,000,000 gmol -1 , preferably from 20,000 to 500,000 gmol -1 , particularly preferably from 30,000 to 100,000 gmol -1 and in particular is from 40,000 to 80,000 gmol -1 .
  • Preferred water-soluble films comprise at least 30% by weight, preferably at least 50% by weight and especially at least 70% by weight of polyvinyl alcohol or polyvinyl alcohol copolymers.
  • polyvinyl alcohol and polyvinyl alcohol copolymers generally includes the hydrolysis of intermediate polyvinyl acetate.
  • Preferred polyvinyl alcohols and polyvinyl alcohol copolymers have a degree of hydrolysis of 70 to 100 mol%, preferably 80 to 90 mol%, particularly preferably 81 to 89 mol% and in particular 82 to 88 mol%.
  • preferred polyvinyl alcohol copolymers include an ethylenically unsaturated carboxylic acid, its salt or its ester.
  • such polyvinyl alcohol copolymers particularly preferably contain sulfonic acids such as 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid (AMPS), acrylic acid, methacrylic acid, acrylic acid esters, methacrylic acid esters or mixtures thereof; Among the esters, Cw alkyl esters or hydroxyalkyl esters are preferred.
  • Other monomers that can be considered are ethylenically unsaturated dicarboxylic acids, for example itaconic acid, maleic acid, fumaric acid and mixtures thereof.
  • Suitable water-soluble films for use in the portion units according to the invention are films that are sold by MonoSol LLC, for example under the names M8630, M8720, M8310, C8400 or M8900.
  • Other suitable films include films called Solublon® PT, Solublon® GA, Solublon® KC or Solublon® KL from Aicello Chemical Europe GmbH or the VF-HP films from Kuraray and the Hi-Rhythm series from Mitsubishi Chemical Corporation.
  • the first, preferably water-soluble film preferably has a thickness of 10 to 90 pm, preferably 30 to 60 pm.
  • the water-soluble films can contain additional active ingredients or fillers as well as plasticizers and/or solvents, in particular water, as additional ingredients.
  • the group of other active ingredients includes, for example, materials that protect the ingredients of the detergent enclosed in the film material from decomposition or deactivation by light irradiation.
  • Antioxidants, UV absorbers and fluorescent dyes have proven to be particularly suitable here.
  • plasticizers examples include glycerin, ethylene glycol, diethylene glycol, propanediol, 2-methyl-1,3-propanediol, sorbitol or mixtures thereof.
  • the surface of the water-soluble film of the detergent portion unit can optionally be powdered with fine powder.
  • Sodium aluminosilicate, silicon dioxide, talc and amylose are examples of suitable powdering agents.
  • the deep-drawing apparatus used in the process can be operated continuously or discontinuously. To increase the process efficiency, a continuous procedure is preferred.
  • the transport of the first, preferably water-soluble film in step a) takes place continuously. With regard to process economy and process safety, it is preferred to transport the first, preferably water-soluble film in step a) at a speed of 0.04 m/s, preferably above 0.08 m/s.
  • the surface area of the heating device surrounding the depression, with which the film is brought into contact in step b), is preferably flat.
  • Particularly preferred materials for producing the surface heating device with which the water-soluble film is in contact in step b) are ceramic or metal, in particular aluminum.
  • Preferred heating devices have a metallic surface, in particular a metallic surface which includes aluminum. Due to their heat-conducting properties, metallic heating device surfaces are preferred which consist of at least 70% by weight, preferably at least 90% by weight, particularly preferably at least 98% by weight and in particular entirely of aluminum.
  • the flat surface areas of the heating device can be structured to control heat transfer or to avoid adhesions. Surfaces structured in this way have, for example, visible or noticeable unevenness such as grooves.
  • the Structural elements naturally differ from the depressions in terms of their depth and width.
  • the maximum depth of the structural elements is less than 0.5 mm, preferably less than 0.2 mm and in particular less than 0.1 mm. The maximum depth corresponds to the maximum length of a distance orthogonal to the opening surface between a point on the opening surface and a point on the bottom surface of the structural element.
  • Preferred heating devices have a surrounding border.
  • the border includes the flat surface area and the depression or depressions formed in this surface area.
  • at least four, preferably at least eight and in particular at least sixteen depressions are enclosed by the border.
  • the border By means of the border, a film placed over the heating device is spaced from the heated surface. Contact between the film and the surface of the heating device only occurs through targeted force, for example by applying a negative pressure between the heating device surface and the film. As a result, the contact times between the heated surface and the film can be controlled specifically, even at high process speeds. Since the spacing effect described is pronounced to a lesser extent with a low border height, while with a high border height the effect of the negative pressure used is reduced, the height of the border is preferably 0.5 to 2 mm, particularly preferably 0.8 to 1.2 mm. A border height of 1 mm is particularly preferred.
  • a preferred method variant is characterized in that the surface area of the heating device surrounding the recess is flat and is surrounded by a circumferential border with a height of 0.5 to 2 mm, preferably 0.8 to 1.2 mm.
  • the opening area of the at least one depression is smaller than the opening area of the cavity.
  • the opening area of the at least one depression is 40 to 95%, preferably 50 to 90% and in particular 60 to 80% of the opening area of the cavity.
  • the outline of the opening area of the recess is also advantageous to model the outline of the opening area of the recess to the outline of the opening area of the cavity.
  • a replica is the two-dimensional shape of the opening area of a recess, which is the same as the two-dimensional shape of the opening area of the cavity, for example in terms of the number of corners present. It is particularly preferred if the outline of the opening area of the recess is obtained from the outline of the opening area of the cavity by a reduction, preferably reduction factors of 0.4 to 0.95, preferably of 0.5 to 0.9 and in particular of 0 .6 to 0.8 can be used.
  • Preferred depressions have an opening area with a maximum diameter of 10 to 40 mm, preferably 20 to 35 mm.
  • the maximum depth of preferred depressions is 0.5 to 7 mm, preferably 0.8 to 4 mm.
  • the maximum depth corresponds to the maximum length of a distance orthogonal to the opening surface between a point on the opening surface and a point on the bottom surface of the depression.
  • the depressions can have different spatial shapes. Preferred depressions have at most one further edge in addition to the edge of the opening area. It is also preferred if the depressions do not have any side surfaces orthogonal to the opening surface. Rather, depressions are preferred which are limited exclusively by their opening area and a bottom area directly adjoining the opening area. Particularly preferred depressions have, for example, a hemispherical, compressed hemispherical, stretched hemispherical or compressed and stretched hemispherical spatial shape.
  • the bottom surface can be flattened, for example in the form of an area that is plane-parallel to the opening surface.
  • Preferred depressions are characterized by a bottom surface that slopes continuously from its edge to its lowest point.
  • the depression can have more than one deepest point.
  • the depression can have a bottom surface that is partially plane-parallel to the opening surface.
  • the floor surface has a continuous slope between the edge of the depression and the edge of the plane-parallel region of the floor surface.
  • the gradient can be linear or non-linear. Both the absolute gradient and its relative course have proven to be relevant for the film thickness homogeneity achieved.
  • Preferred depressions have a floor surface that slopes continuously from its edge to its lowest point, the gradient of which is linear over the shortest distance from the edge to the lowest point for at least 10%, preferably 30% of the distance.
  • process variants using depressions have proven to be advantageous, which have a floor surface that slopes continuously from its edge to its lowest point, the gradient of which over the shortest distance from the edge to the lowest point is 10 to 90%, preferably 30 to 80 % of the route is linear.
  • the depression has a bottom surface that slopes continuously from its edge to its lowest point, the slope of which changes at least at one point along the shortest distance from the edge to the lowest point.
  • the depression preferably has a bottom surface that slopes continuously from its edge to its lowest point, the gradient of which is 10 to 50%, preferably 15 to 40%, over the entire distance from the edge to the lowest point.
  • the volume of preferred wells is 1 to 8 ml, preferably 1 to 6 ml.
  • the ratio of the maximum depth of the depression in step b) to the maximum depth of the cavity in step e) is preferably 2:3 to 1:5, particularly preferably 1:2 to 1:4.
  • a corresponding ratio has proven to be advantageous both in terms of the homogeneity of the film thickness distribution and in terms of process management.
  • the method according to the invention is particularly suitable for producing portion units with complex geometries or for portion units with more than one receiving chamber.
  • the portion unit therefore has at least two, preferably at least three and in particular at least four receiving chambers, the heating device having a number of depressions corresponding to the number of receiving chambers, which are covered by the partial areas of the first film in step b). , which in step e) are formed into the cavity of the deep-drawing die to form at least two, preferably at least three and in particular at least four receiving chambers.
  • portion units are produced with two or more receiving chambers
  • the receiving chambers can be identical in terms of their spatial shape or dimensions, but can also differ.
  • the advantages of the method according to the invention in relation to achieving homogeneous film thickness distributions are particularly evident in the production of portion units using heating devices which have at least two depressions which differ in terms of their maximum depth.
  • the surface of the heating device is preferably flat between two adjacent depressions belonging to a portion unit.
  • the minimum distance between two such adjacent depressions is preferably 0.5 to 4 mm, preferably 1 to 3 mm.
  • the two, three or four receiving chambers and consequently also the depressions assigned to the receiving chambers are arranged to at least partially enclose one another.
  • This procedure is implemented, for example, in the production of portion units with at least two, preferably at least three and in particular at least four receiving chambers, one chamber of which forms a center around which the remaining chambers are arranged rotationally symmetrically.
  • the heating device preferably has a metallic surface. This preferably metallic surface in turn has depressions, which enable the efficient production of portion units with maximum stability and an attractive look and feel with minimal equipment and minimal use of film materials used for packaging.
  • the coating can extend onto the surface of the heating device in the area of the depression(s) and the edge region surrounding the depression.
  • the coating of the heating device surface in the area of the depressions necessarily leads to at least partial filling of the depression volume.
  • the at least one depression is at least 60% by volume, preferably at least 80% by volume and in particular completely covered with a coating material.
  • the coating can cover 5 to 80%, preferably 10 to 70% and in particular 20 to 50% of the surface area of the heater which is brought into contact with the film in step b).
  • Coating materials from the group of metals and polymers, in particular rubbers and silicones, are suitable as materials for the coating.
  • the coating with silicones is particularly preferred due to its heat resistance and formability.
  • Preferred coating agents have a lower thermal conductivity and/or a lower heat transfer coefficient than the heater surface.
  • the thickness of the coating is preferably 100 to 4000 pm, particularly preferably 200 to 2000 pm.
  • any coatings can be connected to the base surface in different ways.
  • Adhesive bonds are suitable for forming a lasting and time-stable bond between the heating device surface and the coating agent.
  • Clamp or plug connections are preferably used in cases where: where the aim is to quickly replace the coating materials, for example due to wear or to change the process parameters.
  • step b) is in contact with the surface portion of the water-soluble film, which is formed into the cavity of the deep-drawing trough in step e).
  • the first film is brought into contact with the heating device on only one side in step b).
  • the method according to the invention not only requires less equipment, it also enables a more compact design of the production line.
  • the top side of the film is preferably brought into contact with the heating device.
  • the top side of the film is referred to as the side of the film that is still spatially oriented upwards.
  • the heating device is preferably lowered in the direction of the film in step b).
  • the film is brought into contact with the heating device in step b) by means of a negative pressure. Furthermore, it is preferred to maintain contact between the film and the heater by maintaining a negative pressure.
  • the level of a corresponding negative pressure, which is built up between the heating device and the film in step b), is preferably 200 to 800 mbar and in particular 400 to 700 mbar.
  • the surface of the heating device preferably has bores by means of which gas located between the heating device and the film can be removed. These holes are preferably 60%, preferably 90%, in particular 95% and most preferably completely outside the recesses.
  • step c) the film is preferably heated for a period of 0.5 to 7 seconds, preferably 1 to 6 seconds and in particular 2 to 5 seconds.
  • the metallic surface of the heating device preferably has a temperature in the range from 23 to 150 ° C, preferably from 80 to 135 ° C. It is particularly preferred if the surface of the heating device in the area of the elevation(s) with which the water-soluble film is in contact in step b) has a temperature in the range from 90 to 150 ° C, preferably from 110 to 135 ° C. In order to further equalize the stretch factors of the different sections of the water-soluble film forming the receptacle, it has further proven to be advantageous if the at least one elevation in step c) is in contact with each surface section of the water-soluble film which covers the edge region of the receptacle chamber(s). Form a receptacle. For the same reasons, it is preferred that the surface sections of the water-soluble film which form the bottom region of the receiving chamber(s) of the receiving container are not in contact with the heating device in step c).
  • the film in step c) is between the heating device and the deep-drawing die used in step e), preferably below the heating device and above the in step e) used deep-drawing die, the distance between the surface of the heating device and the deep-drawing die being preferably less than 10 mm, preferably less than 5 mm, in particular 0.1 to 2 mm and particularly preferably 0.2 to 1 mm.
  • step d) the contact between the first water-soluble film and the surface of the heater is removed.
  • any negative pressure that may be acting between the heating device and the film is eliminated.
  • step d) a negative pressure previously generated between the heating device and the film is eliminated and at the same time or subsequently the heating device is raised.
  • the film preferably has a temperature above its glass transition temperature.
  • step e) the film is formed into the cavity of a deep-drawing die.
  • a negative pressure is preferably built up between the film and the deep-drawing die for a period of 0.5 to 7 seconds, preferably 1 to 5 seconds.
  • This negative pressure generated between the film and the deep-drawing die is preferably 100 to 600 mbar and in particular 200 to 400 mbar.
  • the surface area of the water-soluble film is preferably increased by at least 80%, preferably by at least 120%, in particular by 120 to 300%, particularly preferably by 180 to 260%.
  • the film has a total stretch factor of preferably at least 1.2, preferably from 1.2 to 3.0 and in particular from 1.8 to 2.6.
  • the maximum local stretch factor of the water-soluble film following step e) is preferably 1.8 to 4, particularly preferably 2 to 2.8. It is particularly preferred if the water-soluble film is formed in step e) to form a receptacle with at least two, preferably at least three and in particular at least four receptacle chambers.
  • the receiving chamber(s) formed in step e) preferably have a filling volume of 2 to 8 ml, particularly preferably of 3 to 7 ml.
  • the filling volume of the receptacle in step e) is preferably 2 to 50 ml, preferably 10 to 40 ml and in particular 13 to 25 ml.
  • the ratio of the volume of the largest receptacle chamber to the volume of the smallest receptacle chamber is 4:1 to 1:1, preferably 3:1 to 1:1 .
  • the method according to the invention is designed in such a way that not just a single detergent portion unit, but rather a plurality of detergent portion units is produced in parallel in one process run.
  • a flat structure with at least 14, preferably at least 20 receptacles is formed.
  • the receptacles are preferably arranged in rows.
  • the flat structures formed in step e) are preferably arranged in rows which are arranged orthogonally to the transport direction of the water-soluble film.
  • a flat structure is formed in which the receptacles are arranged in rows which run orthogonally to the transport direction of the water-soluble film and are offset from one another by a third of the width of a receptacle, preferably by half the width of a receptacle are.
  • the receptacles are preferably arranged in such a way that each receptacle is adjacent to at least one intermediate region, which in turn is surrounded by three receptacles.
  • the at least one receiving chamber of the receiving container is filled in step f).
  • Solid and liquid detergents or cleaning agents are suitable for filling.
  • the filled receiving chamber of the receiving container is closed.
  • the receiving chamber of the receiving container is filled in a further step f) and the filled receiving chamber is closed in a subsequent step g) by means of a second water-soluble film, are preferred with regard to product aesthetics and handling.
  • This registration provides, among other things, the following items:
  • Method for producing a portion unit with at least one filled receiving chamber surrounded by a film comprising the steps a) transporting a first film towards a heating device; b) bringing the first film into contact with a surface of the heater; c) heating the first film using the heater; d) removing the contact between the first film and the heater; e) molding the first heated film into the cavities of a deep-drawing die to form a receptacle with at least one receptacle chamber; f) filling the at least one receiving chamber; g) optionally closing and separating the filled receptacles to form the portion unit, wherein the surface area of the heating device that is brought into contact with the film, which has at least one depression and the at least one depression in step b) is covered by the partial areas of the first film which are formed into the cavity of the deep-drawing die in step e).
  • Method according to one of the previous points wherein the opening area of the at least one depression is smaller than the opening area of the cavity. 6. Method according to one of the previous points, wherein the opening area of the at least one depression is 40 to 95%, preferably 50 to 90% and in particular 60 to 80% of the opening area of the cavity.
  • the depression has an opening area with a maximum diameter of 10 to 40 mm, preferably 20 to 35 mm.
  • the depression has a maximum depth (measured as the orthogonal distance between the opening surface and the bottom surface of the depression) of 0.5 to 7 mm, preferably from 0.8 to 4 mm.
  • the depression has a floor surface that slopes continuously from its edge to its lowest point, the gradient of which is linear on the shortest distance from the edge to the lowest point to at least 10%, preferably to 30% of the distance runs.
  • the depression has a bottom surface which slopes continuously from its edge to its lowest point, the gradient of which over the shortest distance from the edge to the lowest point is from 10 to 90%, preferably from 30 to 80% the route is linear.
  • the depression has a floor surface that slopes continuously from its edge to its lowest point, the slope of which is on the The shortest distance from the edge to the lowest point over the entire distance is 10 to 50%, preferably 15 to 40%.
  • the portion unit has at least two, preferably at least three and in particular at least four receiving chambers, the heating device having a number of depressions corresponding to the number of receiving chambers, which in step b) of the partial areas of the first film are covered, which are formed in step e) into the cavity of the deep-drawing die to form at least two, preferably at least three and in particular at least four receiving chambers.
  • the film is selected from the group of water-soluble films and comprises at least 30% by weight, preferably at least 50% by weight and in particular at least 70% by weight of polyvinyl alcohol or polyvinyl alcohol copolymers.
  • heating device has a metallic surface which consists of at least 70% by weight, preferably at least 90% by weight, particularly preferably at least 98% by weight and in particular entirely of aluminum .
  • the at least one depression is at least 60% by volume, preferably at least 80% by volume and in particular completely decayed with the coating material.
  • step b) the film is kept in contact with the heating device by the action of a negative pressure.
  • a pressure of 200 to 800 mbar, preferably 400 to 700 mbar is built up between the heating device and the water-soluble film.
  • the water-soluble film in step c) is heated over a period of 0.5 to 7 seconds, preferably from 1 to 6 seconds and in particular from 2 to 5 seconds.
  • the film in step c) is located below the heating device and above the deep-drawing die used in step e).
  • Method according to one of the previous points wherein the film in step c) is below the heating device and above the deep-drawing die used in step e) and the distance between the surface of the heating device and the surface of the deep-drawing die is less than 10 mm, preferably less than 5 mm, in particular 0.1 to 2 mm and particularly preferably 0.2 to 1 mm.
  • Method according to one of the previous points wherein in step d) the negative pressure between the heater and the water-soluble film is removed.
  • step e) a negative pressure is built up between the film and the deep-drawing die for a period of 0.5 to 7 seconds, preferably 1 to 5 seconds.
  • step d) a pressure of 100 to 600 mbar, preferably 200 to 400 mbar, is built up between the film and the deep-drawing die.
  • step e) a water-soluble film is formed in step e) to form a receptacle with at least two, preferably at least three and in particular at least four receptacle chambers.
  • Method according to one of the previous points wherein the receptacle in step e) has a filling volume of 2 to 50 ml, preferably of 10 to 40 ml and in particular of 13 to 25 ml.
  • Method according to one of the previous points e wherein the receiving chamber(s) in step e) has (have) a filling volume of 2 to 8 ml, preferably of 3 to 7 ml.
  • step e) the surface of the film is increased by at least 80%, preferably by at least 120%, in particular by 120 to 300%, particularly preferably by 180 to 260%.
  • the water-soluble film following step e) has a total stretch factor of 1.8 to 2.6.
  • the film following step e) has a maximum local stretch factor of 1.8 to 4, preferably from 2 to 2.8.
  • the metallic surface of the heater has a temperature in the range from 23 to 150°C, preferably from 80 to 135°C.
  • step e) a flat structure with at least 14, preferably at least 20 receptacles is formed.
  • step e) a sheet structure is formed in which the receptacles are arranged in rows.
  • step e) a sheet structure is formed in which the receiving containers are arranged in rows which run orthogonally to the transport direction of the film.
  • step e) a flat structure is formed in which the receptacles are arranged in rows which run orthogonally to the transport direction of the film and to each other by a third of the width of a receptacle, preferably by half the width of a receptacle are offset.
  • step e) a flat structure is formed in which each receptacle is adjacent to at least one intermediate area, which in turn is surrounded by three receptacles.
  • the at least one receiving chamber of the receiving container is filled with a detergent or cleaning agent in a further step f).
  • a water-soluble polyvinyl alcohol film (thickness 88 ⁇ m) was heated using varying heating devices and subsequently formed into a drop-shaped receiving chamber by applying a negative pressure.
  • the temperature of the heating plate was 120°C in each case. With the exception of the heating device used, the process parameters used in the experiments were identical.
  • Heating device 1 completely flat heating plate (aluminum)
  • Heating device 2 Heating plate (aluminum) with a recess (maximum depth 1 mm) whose outline is modeled on the teardrop-shaped receiving chamber with a reduction factor of 0.8
  • the film thickness in the recording chambers was determined using optical methods (Film Thickness Analyzer) along a cross section orthogonal to the longitudinal axis of the drop. The film thickness was measured along the cross section at nine equidistant measuring points.
  • the receiving chambers obtained by means of the heating plate provided with depressions are characterized by a higher film thickness with an identical starting film. Portion units that were obtained by filling with a liquid detergent and subsequently sealing with a second water-soluble film had improved mechanical stability.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Portionseinheit mit mindestens einer von einem Film umgebenden befüllten Aufnahmekammer, umfassend die Schritte a) Transport eines ersten Films in Richtung einer Heizvorrichtung; b) In Kontakt Bringen des ersten Films mit einer Oberfläche der Heizvorrichtung; c) Erwärmen des ersten Films mittels der Heizvorrichtung; d) Aufheben des Kontakts zwischen dem ersten Film und der Heizvorrichtung; e) Einformen des ersten erwärmten Films in die Kavitäten einer Tiefziehmatrize unter Ausbildung eines Aufnahmebehälters mit mindestens einer Aufnahmekammer; f) Befüllen der mindestens einen Aufnahmekammer; g) gegebenenfalls Verschließen und Vereinzeln der befüllten Aufnahmebehälter unter Ausbildung der Portionseinheit, wobei der Oberflächenbereich der Heizvorrichtung, der mit dem Film in Kontakt gebracht wird, mindestens eine Vertiefung aufweist und die mindestens eine Vertiefung in Schritt b) von den Teilbereichen des ersten Films bedeckt wird, welche in Schritt e) in die Kavität der Tiefziehmatrize eingeformt werden.

Description

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON WASCHMITTELPORTIONSEINHEITEN
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Portionseinheiten, insbesondere Wasch- oder Reinigungsmittelportionseinheiten mit mindestens einer, von einem Filmmaterial gebildeten Aufnahmekammer.
An die Konfektions- und Angebotsformen von Konsumgütern werden sich kontinuierlich ändernde Anforderungen gestellt. Im Bereich der Wasch- oder Reinigungsmittel liegt beispielsweise seit geraumer Zeit ein Augenmerk auf deren bequemer Dosierung durch den Verbraucher und der Vereinfachung der zur Durchführung eines Wasch- oder Reinigungsverfahren notwendigen Arbeitsschritte. Eine technische Lösung bieten vorportionierte Wasch- oder Reinigungsmittel, beispielsweise Folienbeutel mit einer oder mehreren Aufnahmekammern für feste oder flüssige Wasch- oder Reinigungsmittel.
Ein für die Herstellung dieser Folienbeutel relevanter Trend, ist die Miniaturisierung dieser Folienbeutel. Hintergrund dieser Entwicklung sind neben einer höheren Verbraucherakzeptanz aufgrund vereinfachter Handhabung insbesondere Nachhaltigkeitsaspekte, beispielsweise in Bezug auf die Menge der eingesetzten Verpackungsmittel.
Die Herstellung der zuvor beschriebenen Folienbeutel erfolgt durch mehrstufige Prozesse, in deren Verlauf wasserlösliche Folienmaterialien beispielsweise durch Einwirkung von Wärme und Unterdrück in Kavitäten eingeformt, befüllt und nachfolgend versiegelt werden. Während die Erwärmung der Folien deren Plastizität erhöht, bewirkt die aus dem an die erwärmte Folie angelegten Unterdrück resultierende Kraft deren Streckung und plastische Verformung. Der Film wird in diesem Verfahren über seine Fläche nicht homogen gestreckt, vielmehr wechseln Bereiche hoher Streckung, beispielsweise im Randbereich der Kavität mit Bereichen geringerer Streckung ab. Aus einem Folienmaterial mit homogener Foliendicke entsteht so eine verformte Folie in Form eines Aufnahmebehälters mit einer heterogenen Foliendickenverteilung. Diese heterogenen Foliendickenverteilung wird umso ausgeprägter ausfallen, je stärker das ursprüngliche Folienmaterial verformt wird. Die Stärke der Verformung nimmt in der Regel beispielsweise mit der Anzahl der in den Aufnahmebehälter eingeformten Aufnahmekammern oder deren Tiefe zu.
Neben anderen Faktoren bestimmen sowohl die Foliendickenverteilung als auch die absolute Foliendicke die haptischen, optischen und mechanischen Eigenschaften des Folienbeutels. Folienbeutel mit großen Unterschieden in der Foliendicke werden häufig als weniger ansprechend wahrgenommen. Folienbeutel mit geringer minimalen Foliendicke verformen sich leichter unter ihrem Eigengewicht als entsprechende Folienbeutel mit höherer Foliendicke und wirken schlaff. Diese Folienbeutel halten mechanischer Belastung in geringerem Maße stand und lösen sich bei Wasserzutritt zu schnell. Die beiden letztgenannten Eigenschaften sind für Folienbeutel nicht nur im Bereich von Herstellung, Transport und Lagerung relevant, sondern haben insbesondere Auswirkungen auf die Produktsicherheit, beispielsweise bei versehentlicher oraler Aufnahme.
Zur Erhöhung der Homogenität der Wanddicke bei Tiefziehverfahren schlägt die internationale Anmeldung WO 2019/206448 A1 ein Tiefziehverfahren vor, in dessen Verlauf eine flache Folie mit einem Temperaturprofil beaufschlagt wird.
Mit der gleichen Zielsetzung werden in der europäischen Patentanmeldung EP2298536 A2 und der internationalen Patentanmeldung WO 2020/1520441 A1 Verfahren unter Einsatz von Heizvorrichtungen mit heterogener Temperaturverteilung vorgeschlagen.
Diese zuvor beschriebenen Lösungsansätze sind jedoch apparativ aufwändig und eignen sich nur in bedingtem Maße für hohe Durchsätze. Darüber hinaus ist die Einrichtung ebenso wie die Umstellung entsprechender Tiefziehlinien kostenträchtig.
Vor diesem technischen Hintergrund lag der Anmeldung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Portionseinheiten bereitzustellen, welche bei minimalem apparativem Aufwand und minimalem Einsatz zur Verpackung eingesetzter Filmmaterialien die effiziente Herstellung von Portionseinheiten mit maximaler Stabilität und ansprechender Optik und Haptik ermöglicht.
Ein erster Anmeldungsgegenstand ist Verfahren zur Herstellung einer Portionseinheit mit mindestens einer von einem Film umgebenden befüllten Aufnahmekammer, umfassend die Schritte a) Transport eines ersten Films in Richtung einer Heizvorrichtung; b) In Kontakt Bringen des ersten Films mit einer Oberfläche der Heizvorrichtung; c) Erwärmen des ersten Films mittels der Heizvorrichtung; d) Aufheben des Kontakts zwischen dem ersten Film und der Heizvorrichtung; e) Einformen des ersten erwärmten Films in die Kavitäten einer Tiefziehmatrize unter Ausbildung eines Aufnahmebehälters mit mindestens einer Aufnahmekammer; f) Befüllen der mindestens einen Aufnahmekammer; g) gegebenenfalls Verschließen und Vereinzeln der befüllten Aufnahmebehälter unter Ausbildung der Portionseinheit, wobei der Oberflächenbereich der Heizvorrichtung, der mit dem Film in Kontakt gebracht wird, mindestens eine Vertiefung aufweist und die mindestens eine Vertiefung in Schritt b) von den Teilbereichen des ersten Films bedeckt wird, welche in Schritt e) in die Kavität der Tiefziehmatrize eingeformt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die effiziente Herstellung der Waschmittelportionseinheiten. Die Waschmittelportionseinheiten zeichnen sich aufgrund einer gleichförmigen Dicke des wasserlöslichen Films durch eine hohe mechanische Stabilität bei geringem Verpackungsmitteleinsatz sowie eine ansprechende Haptik und Optik aus.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden vorzugsweise wasserlösliche Filme in einer Tiefziehapparatur umgeformt und mit Waschmittelzubereitungen zu Waschmittelportionseinheiten kombiniert.
Der wasserlösliche Film kann ein oder mehrere strukturell verschiedene wasserlösliche^) Polymer(e) umfassen. Als wasserlösliche(s) Polymer(e) für den ersten wasserlöslichen Film eignen sich insbesondere Polymere aus der Gruppe (gegebenenfalls acetalisierter) Polyvinylalkohole (PVAL) sowie deren Copolymere.
Wasserlösliche Filme zur Herstellung der Portionseinheit basieren bevorzugt auf einem Polyvinylalkohol oder einem Polyvinylalkoholcopolymer, dessen Molekulargewicht bevorzugt im Bereich von 10.000 bis 1.000.000 gmol-1, vorzugsweise von 20.000 bis 500.000 gmol-1, besonders bevorzugt von 30.000 bis 100.000 gmol-1 und insbesondere von 40.000 bis 80.000 gmol-1 liegt. Bevorzugte wasserlösliche Filme umfassen mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% und insbesondere mindestens 70 Gew..% Polyvinylalkohol oder Polyvinylalkoholcopolymere.
Die Herstellung der Polyvinylalkohol und Polyvinylalkoholcopolymere schließt in der Regel die Hydrolyse intermediären Polyvinylacetats ein. Bevorzugte Polyvinylalkohole und Polyvinylalkoholcopolymere weisen einen Hydrolysegrad 70 bis 100 Mol-%, vorzugsweise 80 bis 90 Mol-%, besonders bevorzugt 81 bis 89 Mol-% und insbesondere 82 bis 88 Mol-% auf.
Bevorzugte Polyvinylalkoholcopolymere umfassen neben Vinylalkohol eine ethylenisch ungesättigte Carbonsäure, deren Salz oder deren Ester. Besonders bevorzugt enthalten solche Polyvinylalkoholcopolymere neben Vinylalkohol Sulfonsäuren wie die 2-Acrylamido-2- methyl-1-propansulfonsäure (AMPS), Acrylsäure, Methacrylsäure, Acrylsäureester, Methacrylsäureester oder Mischungen daraus; unter den Estern sind CwAlkylester oder - Hydroxyalkylester bevorzugt. Als weitere Monomere kommen ethylenisch ungesättigte Dicarbonsäuren, beispielsweise Itaconsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Mischungen daraus in Betracht.
Geeignete wasserlösliche Folien zum Einsatz in den Portionseinheiten gemäß der Erfindung sind Folien, die von der Firma MonoSol LLC beispielsweise unter der Bezeichnung M8630, M8720, M8310, C8400 oder M8900 vertrieben werden. Andere geeignete Folien umfassen Folien mit der Bezeichnung Solublon® PT, Solublon® GA, Solublon® KC oder Solublon® KL von der Aicello Chemical Europe GmbH oder die Folien VF-HP von Kuraray sowie die Hi-Selon Serie der Mitsubishi Chemical Corporation. Der erste, vorzugsweise wasserlösliche Film weist vorzugsweise eine Dicke von 10 bis 90 pm, bevorzugt von 30 bis 60 pm auf.
Die wasserlöslichen Filme können als weitere Inhaltsstoffe zusätzliche Wirk- oder Füllstoffe aber auch Weichmacher und/oder Lösungsmittel, insbesondere Wasser, enthalten.
Zur Gruppe der weiteren Wirkstoffe zählen dabei beispielsweise Materialien, welche die von dem Filmmaterial umschlossenen Inhaltsstoffe des Waschmittels vor Zersetzung oder Desaktivierung durch Lichteinstrahlung schützen. Als besonders geeignet haben sich hier Antioxidantien, UV- Absorber und Fluoreszensfarbstoffe erwiesen.
Als Weichmacher können beispielsweise Glycerin, Ethylenglycol, Diethylenglycol, Propandiol, 2- Methyl-1 ,3-propandiol, Sorbit oder deren Gemische eingesetzt werden.
Zur Verminderung ihrer Reibungskoeffizienten kann die Oberfläche des wasserlöslichen Films der Waschmittelportionseinheit optional mit feinem Pulver abgepudert werden. Natriumaluminosilicat, Siliciumdioxid, Talk und Amylose sind Beispiele für geeignete Pudermittel.
Die in dem Verfahren eingesetzte Tiefziehapparatur kann kontinuierlich oder diskontinuierlich betrieben werden. Zur Erhöhung der Verfahrenseffizienz ist eine kontinuierliche Verfahrensweise bevorzugt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfolgt der Transport des ersten, vorzugsweise wasserlöslichen Films in Schritt a) kontinuierlich. Im Hinblick auf die Verfahrensökonomie und Verfahrenssicherheit ist es bevorzugt, den ersten, vorzugsweise wasserlöslichen Film in Schritt a) mit einer Geschwindigkeit 0,04 m/s, vorzugsweise oberhalb 0,08 m/s zu transportieren.
Der die Vertiefung umgebende Oberflächenbereich der Heizvorrichtung, mit welchem der Film in Schritt b) in Kontakt gebracht wird, ist vorzugsweise plan ausgebildet. Besonders bevorzugte Materialien zur Fertigung der Oberfläche Heizvorrichtung, mit welcher der wasserlösliche Film in Schritt b) in Kontakt steht, sind Keramik oder Metall, insbesondere Aluminium.
Bevorzugte Heizvorrichtungen weise eine metallische Oberfläche, insbesondere eine metallische Oberfläche auf, welche Aluminium umfasst. Aufgrund ihrer wärmeleitenden Eigenschaften werden metallische Heizvorrichtungsoberflächen bevorzugt, welche zu mindestens 70 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 98 Gew.-% und insbesondere vollständig aus Aluminium bestehen.
Die planen Oberflächenbereiche der Heizvorrichtung können zur Steuerung der Wärmeübertragung oder zur Vermeidung von Anhaftungen strukturiert sein. Derart strukturierte Oberflächen weisen beispielsweise sicht- oder spürbare Unebenheiten wie Rillen auf. Die Strukturelemente unterscheiden sich von den Vertiefungen naturgemäß in Hinblick auf ihre Tiefe und ihre Breite. In bevorzugten strukturierten Oberflächenbereichen beträgt die maximale Tiefe der Strukturelemente weniger als 0,5 mm, vorzugsweise weniger als 0,2 mm und insbesondere weniger als 0,1 mm. Die maximale Tiefe entspricht der maximalen Länge einer zur Öffnungsfläche orthogonalen Strecke zwischen einem Punkt auf der Öffnungsfläche und einem Punkt auf der Bodenfläche des Strukturelements.
Bevorzugte Heizvorrichtungen weisen eine umlaufende Umrandung auf. Die Umrandung schließt den plan ausgebildeten Oberflächenbereich und die in diesem Oberflächenbereich ausgebildete Vertiefung oder die die in diesem Oberflächenbereich ausgebildeten Vertiefungen ein. Vorzugsweise werden von der Umrandung mindestens vier, bevorzugt mindestens acht und insbesondere mindestens sechzehn Vertiefungen umschlossen.
Mittels der Umrandung wird ein über die Heizvorrichtung verbrachter Film von der beheizten Oberfläche beabstandet. Ein Kontakt zwischen Film und Oberfläche der Heizvorrichtung tritt dadurch erst durch gezielte Krafteinwirkung, beispielsweise durch Anlegen eines Unterdrucks zwischen Heizvorrichtungsoberfläche und Film, ein. Im Ergebnis lassen sich die Kontaktzeiten zwischen der beheizten Oberfläche und dem Film auch bei hohen Verfahrensgeschwindigkeiten gezielt steuern. Da bei geringer Umrandungshöhe der beschriebene Beabstandungseffekt in geringerem Maß ausgeprägt ist, während bei hoher Umrandungshöhe die Wirkung des eingesetzten Unterdrucks vermindert wird, beträgt die Höhe der Umrandung vorzugsweise 0,5 bis 2 mm, besonders bevorzugt 0,8 bis 1 ,2 mm. Eine Umrandungshöhe von 1 mm wird ganz besonders bevorzugt.
Zusammenfassend ist eine bevorzugte Verfahrensvariante dadurch gekennzeichnet, dass der die Vertiefung umgebende Oberflächenbereich der Heizvorrichtung plan ausgebildet und von einer umlaufenden Umrandung mit einer Höhe von 0,5 bis 2 mm, vorzugweise von 0,8 bis 1 ,2 mm umschlossen ist.
In Bezug auf die angestrebte homogene Filmdehnung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Öffnungsfläche der mindestens einen Vertiefung kleiner ist als die Öffnungsfläche der Kavität. In bevorzugten Verfahren beträgt die Öffnungsfläche der mindestens einen Vertiefung 40 bis 95%, vorzugsweise 50 bis 90% und insbesondere 60 bis 80% der Öffnungsfläche der Kavität.
Für die Erzielung einer homogenen Filmdehnung ist es weiterhin vorteilhaft, den Umriss der Öffnungsfläche der Vertiefung dem Umriss der Öffnungsfläche der Kavität nachzubilden. Als Nachbildung wird die zweidimensionale Form der Öffnungsfläche einer Vertiefung bezeichnet, welche der zweidimensionalen Form der Öffnungsfläche der Kavität beispielsweise in Bezug auf die Anzahl der vorhandenen Ecken gleicht. Besonders bevorzugt ist es, wenn der Umriss der Öffnungsfläche der Vertiefung aus dem Umriss der Öffnungsfläche der Kavität durch eine Verkleinerung erhalten wird, wobei vorzugsweise Verkleinerungsfaktoren von 0,4 bis 0,95, bevorzugt von 0,5 bis 0,9 und insbesondere von 0,6 bis 0,8 angewendet werden.
Bevorzugte Vertiefungen weisen eine Öffnungsfläche mit einem maximalen Durchmesser von 10 bis 40 mm, vorzugsweise von 20 bis 35 mm auf. Die maximale Tiefe bevorzugter Vertiefungen beträgt 0,5 bis 7 mm, vorzugsweise von 0,8 bis 4 mm. Die maximale Tiefe entspricht der maximalen Länge einer zur Öffnungsfläche orthogonalen Strecke zwischen einem Punkt auf der Öffnungsfläche und einem Punkt auf der Bodenfläche der Vertiefung.
Die Vertiefungen können unterschiedliche Raumformen aufweisen. Bevorzugte Vertiefungen weisen neben dem Rand der Öffnungsfläche höchstens einen weiteren Rand auf. Bevorzugt ist es weiterhin, wenn die Vertiefungen keine zur Öffnungsfläche orthogonalen Seitenflächen aufweisen. Bevorzugt sind vielmehr Vertiefungen, welche ausschließlich durch ihre Öffnungsfläche und eine direkt an die Öffnungsfläche anschließende Bodenfläche begrenzt sind. Besonders bevorzugte Vertiefungen weisen beispielsweise eine halbkugelförmige, gestaucht halbkugelförmige, gestreckt halbkugelförmige oder gestaucht und gestreckt halbkugelförmige Raumform auf. Die Bodenfläche kann abgeflacht sein, beispielsweise in Form eines zur Öffnungsfläche planparallelen Bereichs.
Bevorzugte Vertiefungen sind durch eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche gekennzeichnet. Selbstverständlich kann die Vertiefung mehr als einen tiefsten Punkt aufweisen. Beispielsweise kann die Vertiefung, wie zuvor beschrieben, eine zur Öffnungsfläche anteilsweise planparallele Bodenfläche aufweisen. In einer solchen Ausführungsform weist die Bodenfläche zwischen dem Rand der Vertiefung und dem Rand des planparallelen Bereichs der Bodenfläche ein kontinuierliches Gefälle auf.
Das Gefälle kann linear oder nichtlinear verlaufen. Sowohl das absolute Gefälle als auch dessen relativer Verlauf haben sich als relevant für die erzielte Filmdickenhomogenität erwiesen. Bevorzugte Vertiefungen weisen eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche auf, deren Gefälle auf der kürzesten Strecke vom Rand bis zum tiefsten Punkt zu wenigstens 10%, vorzugsweise zu 30% der Strecke linear verläuft. Als vorteilhaft haben sich beispielsweise Verfahrensvarianten unter Einsatz von Vertiefungen erwiesen, welche eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche aufweisen, deren Gefälle auf der kürzesten Strecke vom Rand bis zum tiefsten Punkt von 10 bis 90%, vorzugsweise von 30 bis 80% der Strecke linear verläuft.
Bevorzugt ist es, wenn die Vertiefung eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche aufweist, deren Gefälle auf der kürzesten Strecke vom Rand bis zum tiefsten Punkt sich an mindestens einem Punkt ändert. Vorzugsweise weist die Vertiefung eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche auf, deren Gefälle auf der kürzesten Strecke vom Rand bis zum tiefsten Punkt über die gesamte Strecke 10 bis 50%, vorzugsweise 15 bis 40% beträgt.
Das Volumen bevorzugter Vertiefungen beträgt 1 bis 8 ml, vorzugweise von 1 bis 6 ml.
Das Verhältnis der maximalen Tiefe der Vertiefung in Schritt b) zur maximalen Tiefe der Kavität in Schritt e) beträgt vorzugsweise 2:3 bis 1 zu 5, besonders bevorzugt 1 :2 bis 1 :4. Ein entsprechendes Verhältnis hat sich sowohl im Hinblick auf die Homogenität der Foliendickenverteilung als auch in Bezug auf die Prozessführung als vorteilhaft erwiesen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung von Portionseinheiten mit komplexen Geometrien oder für Portionseinheiten mit mehr als einer Aufnahmekammer. In einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens weist die Portionseinheit daher mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern auf, wobei die Heizvorrichtung eine der Anzahl der Aufnahmekammern entsprechende Zahl an Vertiefungen aufweist, die in Schritt b) von den Teilbereichen des ersten Films bedeckt werden, welche in Schritt e) in die Kavität der Tiefziehmatrize unter Ausbildung der mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern eingeformt werden.
Werden Portionseinheiten mit zwei oder mehr Aufnahmekammern hergestellt, so können sich die Aufnahmekammern im Hinblick auf ihre Raumform oder ihre Abmessungen identisch sein, können sich jedoch auch unterscheiden. Die Vorzüge des erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf die Erzielung homogener Foliendickenverteilungen werden insbesondere auch bei der Herstellung von Portionseinheiten mittels Heizvorrichtungen offenkundig, welche mindestens zwei Vertiefungen aufweisen, die sich hinsichtlich ihrer maximalen Tiefe unterscheiden.
Zwischen zwei benachbarten, einer Portionseinheit zugehörigen Vertiefungen ist die Oberfläche der Heizvorrichtung vorzugsweise plan ausgebildet. Der minimale Abstand zwischen zwei derartigen benachbarten Vertiefungen beträgt vorzugsweise 0,5 bis 4 mm vorzugsweise 1 bis 3 mm.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die zwei, drei oder vier Aufnahmekammern und folglich auch die den Aufnahmekammern zugeordneten Vertiefungen einander wenigstens anteilsweise umschließend angeordnet. Diese Verfahrensweise wird beispielsweise bei der Herstellung von Portionseinheiten mit mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern realisiert, deren eine Kammer einen Mittelpunkt bildet, um den die verbleibenden Kammern rotationssymmetrisch angeordnet sind. Wie eingangs ausgeführt, weist die Heizvorrichtung vorzugsweise eine metallische Oberfläche auf. Diese vorzugsweise metallische Oberfläche weist wiederum Vertiefungen auf, welche bei minimalem apparativem Aufwand und minimalem Einsatz zur Verpackung eingesetzter Filmmaterialien die effiziente Herstellung von Portionseinheiten mit maximaler Stabilität und ansprechender Optik und Haptik ermöglichen.
Diese vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich durch eine wenigstens anteilsweise Beschichtung der Oberfläche der Heizvorrichtung verstärken. Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Oberfläche der Heizvorrichtung im Bereich der Vertiefung wenigstens anteilsweise beschichtet ist. Eine entsprechende Beschichtung beeinflusst, wie die in der Oberfläche befindlichen Vertiefungen, die Filmdickenverteilung der hergestellten Aufnahmebehälter. Als vorteilhaft hat es sich in diesem Zusammenhang erweisen, die Oberfläche der Heizvorrichtung im Bereich der Vertiefung(en) vollflächig zu beschichten.
Die Beschichtung kann sich auf die Oberfläche der Heizvorrichtung im Bereich der Vertiefung(en) und den die Vertiefung umgebenden Randbereich erstrecken.
Die Beschichtung der Heizvorrichtungsoberfläche im Bereich der Vertiefungen führt notwendigerweise zu einer wenigstens anteilsweisen Befüllung des Vertiefungsvolumens. In Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die mindestens eine Vertiefung zu mindestens 60 Vol.-%, vorzugsweise zu mindestens 80 Vol.-% und insbesondere vollständig mit einem Beschichtungsmaterial verfällt.
Die Beschichtung kann 5 bis 80 %, vorzugsweise 10 bis 70% und insbesondere 20 bis 50% des Oberflächenbereichs der Heizvorrichtung, welcher in Schritt b) mit dem Film in Kontakt gebracht wird, bedecken.
Als Material für die Beschichtung eignen sich Beschichtungsmaterialien aus der Gruppe der Metalle und der Polymere, insbesondere der Gummis und der Silikone. Die Beschichtung mit Silikonen ist aufgrund ihrer Wärmebeständigkeit und Formbarkeit besonders bevorzugt.
Bevorzugte Beschichtungsmittel weisen eine geringere Wärmeleitfähigkeit und/oder einen geringeren Wärmeübergangskoeffizienten auf als die Heizvorrichtungsoberfläche.
Die Dicke der Beschichtung beträgt vorzugsweise 100 bis 4000pm, besonders bevorzugt 200 bis 2000 pm.
Etwaige Beschichtungen können mit der Grundfläche in unterschiedlicher Weise verbunden werden. So eignen sich Haftverbindungen zur Ausbildung einer anhaltenden und zeitlich ortsstabilen Bindung zwischen der Heizvorrichtungsoberfläche und dem Beschichtungsmittel. Klemm- oder Steckverbindungen werden wiederum vorzugsweise in den Fällen eingesetzt, in denen eine schnelle Austauschbarkeit der Beschichtungsmittel, beispielsweise aufgrund von Verschleiß oder zur Änderung der Verfahrensparameter angestrebt wird.
Für die Foliendickenverteilung des Verfahrensproduktes hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Beschichtung in Schritt b) mit dem Oberflächenanteil des wasserlöslichen Films in Kontakt steht, welcher in Schritt e) in die Kavität der Tiefziehmulde eingeformt wird.
In einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der erste Film in Schritt b) nur an einer Seite mit der Heizvorrichtung in Kontakt gebracht. Im Vergleich zu Verfahren unter Einsatz von zwei Heizvorrichtungen ist das erfindungsgemäße Verfahren damit nicht nur mit einem geringeren apparativen Aufwand verbunden, es ermöglicht zudem ein kompakteres Design der Produktionsstraße.
Bevorzugt wird in Schritt b) die Oberseite des Films mit der Heizvorrichtung in Kontakt gebracht. Als Oberseite wird dabei die räumlich noch oben orientierte Seite des Films bezeichnet. Hierzu wird die Heizvorrichtung in Schritt b) vorzugsweise in Richtung des Films abgesenkt.
Zur Verringerung der Prozessdauer und zur Sicherstellung eines reproduzierbaren Kontakts zwischen dem ersten wasserlöslichen Film und der Oberfläche der Heizvorrichtung wird der Film in Schritt b) mittels eines Unterdrucks mit der Heizvorrichtung in Kontakt gebracht. Weiterhin ist es bevorzugt, den Kontakt zwischen dem Film und der Heizvorrichtung durch Beibehaltung eines Unterdrucks aufrecht zu erhalten. Die Höhe eines entsprechenden Unterdrucks, welcher in Schritt b) zwischen Heizvorrichtung und Film aufgebaut wird, beträgt vorzugsweise 200 bis 800 mbar und insbesondere 400 bis 700 mbar.
Zur Unterstützung der gleichmäßigen Ausbildung eines Unterdrucks zwischen Heizvorrichtung und wasserlöslichem Film weist die Oberfläche der Heizvorrichtung vorzugsweise Bohrungen auf, mittels derer zwischen Heizvorrichtung und Film befindliches Gas abgeführt werden kann. Diese Bohrungen befinden sich vorzugsweise zu 60%, bevorzugt zu 90%, insbesondere zu 95% und ganz besonders bevorzugt vollständig außerhalb der Vertiefungen.
In Schritt c) wird der Film vorzugsweise für einen Zeitraum von 0,5 bis 7 Sekunden, bevorzugt von 1 bis 6 Sekunden und insbesondere von 2 bis 5 Sekunden erwärmt.
Die metallische Oberfläche der Heizvorrichtung weist vorzugswese eine Temperatur im Bereich von 23 bis 150°C, vorzugsweise von 80 bis 135°C auf. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Oberfläche der Heizvorrichtung im Bereich der Erhebung(en) mit welchen der wasserlösliche Film in Schritt b) in Kontakt steht, eine Temperatur im Bereich von 90 bis 150°C, vorzugsweise von 110 bis 135°C aufweist. Zur weiteren Angleichung der Dehnfaktoren der unterschiedlichen Abschnitte des den Aufnahmebehälter ausbildenden wasserlöslichen Films hat es sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die mindestens eine Erhebung in Schritt c) mit jedem Flächenabschnitten des wasserlöslichen Films in Berührung steht, welche den Randbereich der Aufnahmekammer(n) des Aufnahmebehälters bilden. Aus den gleichen Gründen ist es bevorzugt, dass die Flächenabschnitte des wasserlöslichen Films, welche den Bodenbereich der Aufnahmekammer(n) des Aufnahmebehälters bilden, in Schritt c) nicht mit der Heizvorrichtung in Berührung stehen.
Zur Steigerung der Verfahrenseffizienz und zur Steigerung der Filmdickenhomogenität im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn sich der Film in Schritt c) zwischen der Heizvorrichtung und der in Schritt e) eingesetzten Tiefziehmatrize, vorzugsweise unterhalb der Heizvorrichtung und oberhalb der in Schritt e) eingesetzten Tiefziehmatrize befindet, wobei der Abstand zwischen der Oberfläche der Heizvorrichtung und der Tiefziehmatrize vorzugsweise weniger als 10 mm, bevorzugt weniger als 5 mm, insbesondere 0,1 bis 2 mm und besonders bevorzugt 0,2 bis 1 mm beträgt.
In Schritt d) wird der Kontakt zwischen dem ersten wasserlöslichen Film und der Oberfläche der Heizvorrichtung aufgehoben. Hierzu wird der gegebenenfalls zwischen der Heizvorrichtung und dem Film wirkende Unterdrück beseitigt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird in Schritt d) ein zuvor zwischen der Heizvorrichtung und dem Film erzeugter Unterdrück beseitigt und zeitgleich oder nachfolgend die Heizvorrichtung angehoben.
Der Film weist zu Beginn von Schritt e) vorzugsweise eine Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur auf.
In Schritt e) wird der Film in die Kavität einer Tiefziehmatrize eingeformt. Hierzu wird vorzugsweise für die Dauer von 0,5 bis 7 Sekunden bevorzugt von 1 bis 5 Sekunden ein Unterdrück zwischen dem Film und der Tiefzieh matrize aufgebaut. Dieser zwischen dem Film und der Tiefziehmatrize erzeugte Unterdrück beträgt vorzugsweise 100 bis 600 mbar und insbesondere 200 bis 400 mbar.
Bei der Einformung in die Kavität der Tiefziehmatrize wird die Oberfläche des wasserlöslichen Films vorzugsweis um mindestens 80%, vorzugsweise um mindestens 120%, insbesondere um 120 bis 300%, besonders bevorzugt um 180 bis 260% vergrößert. Entsprechend weist der Film im Anschluss an den Schritt e) einen Gesamtstreckfaktor von vorzugsweise mindestens 1 ,2, bevorzugt von 1 ,2 bis 3,0 und insbesondere von 1 ,8 bis 2,6 auf. Gleichzeitig beträgt der maximale lokale Streckfaktor des wasserlöslichen Films im Anschluss an Schritt e) vorzugsweise 1 ,8 bis 4, besonders bevorzugt von 2 bis 2,8. Bevorzugt ist es insbesondere, wenn der wasserlösliche Film in Schritt e) unter Ausbildung eines Aufnahmebehälters mit mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern eingeformt wird.
Die in Schritt e) gebildete(n) Aufnahmekammer(n) in Schritt e) weisen vorzugsweise ein Füllvolumen von 2 bis 8 ml, besonders bevorzugt von 3 bis 7 ml auf. Das Füllvolumen des Aufnahmebehälter in Schritt e) beträgt vorzugsweise 2 bis 50 ml, bevorzugt 10 bis 40 ml und insbesondere 13 bis 25 ml.
In bevorzugten Verfahrensvarianten, bei denen der Aufnahmebehälter mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern aufweist, beträgt das Verhältnis des Volumens der größten Aufnahmekammer zum Volumen der kleinsten Aufnahmekammer 4:1 bis 1 :1 , vorzugsweise 3:1 bis 1 :1.
Aus Gründen der Prozesseffizienz ist das erfindungsgemäße Verfahren derart ausgestaltet, dass in einem Verfahrensdurchlauf nicht lediglich eine einzige Waschmittelportionseinheit, sondern parallel eine Mehrzahl von Waschmittelportionseinheiten hergestellt wird. Vorzugsweise wird in Schritt e) ein Flächengebilde mit mindestens 14, vorzugsweise mindestens 20 Aufnahmebehältern ausgebildet.
In diesem Flächengebilde sind die Aufnahmebehälter vorzugsweise in Reihen angeordnet. Im Hinblick auf die nachfolgende Befüllung sind die in Schritt e) ausgebildeten Flächengebilde vorzugsweise in Reihen angeordnet, welche orthogonal zur Transportrichtung des wasserlöslichen Films angeordnet sind.
In einer alternativen Ausführungsform wird in Schritt e) ein Flächengebilde ausgebildet, in welchem die Aufnahmebehälter in Reihen angeordnet sind, welche orthogonal zur Transportrichtung des wasserlöslichen Films verlaufen und zueinander jeweils um ein Drittel der Breite eines Aufnahmebehälters, vorzugsweise um die Hälfte der Breite eines Aufnahmebehälters versetzt sind.
In dem Flächengebilde sind die Aufnahmebehälter vorzugsweise derart angeordnet, dass jeder Aufnahmebehälter mindestens einem Zwischenbereich benachbart ist, welcher seinerseits von drei Aufnahmebehältern umgeben ist.
Die mindestens eine Aufnahmekammer des Aufnahmebehälters wird in Schritt f) befüllt. Zur Befüllung eignen sich feste und flüssige Wasch- oder Reinigungsmittel.
Insbesondere in Fällen, in denen die eingefüllten Wasch- oder Reinigungsmittel nicht haftend mit dem wasserlöslichen Filmmaterial verbunden sind, wie dies beispielsweise bei Schmelzen der Fall sein kann, wird die befüllte Aufnahmekammer des Aufnahmebehälters verschlossen. Entsprechende Verfahren, in deren Verlauf die Aufnahmekammer des Aufnahmebehälters in einem weiteren Schritt f) befüllt und die befüllte Aufnahmekammer in einem nachfolgenden Schritt g) mittels eines zweiten wasserlöslichen Films verschlossen wird, sind im Hinblick auf die Produktästhetik und -handhabbarkeit bevorzugt.
Durch diese Anmeldung werden u.a. die folgenden Gegenstände bereitgestellt:
1 . Verfahren zur Herstellung einer Portionseinheit mit mindestens einer von einem Film umgebenden befüllten Aufnahmekammer, umfassend die Schritte a) Transport eines ersten Films in Richtung einer Heizvorrichtung; b) In Kontakt Bringen des ersten Films mit einer Oberfläche der Heizvorrichtung; c) Erwärmen des ersten Films mittels der Heizvorrichtung; d) Aufheben des Kontakts zwischen dem ersten Film und der Heizvorrichtung; e) Einformen des ersten erwärmten Films in die Kavitäten einer Tiefziehmatrize unter Ausbildung eines Aufnahmebehälters mit mindestens einer Aufnahmekammer; f) Befüllen der mindestens einen Aufnahmekammer; g) gegebenenfalls Verschließen und Vereinzeln der befüllten Aufnahmebehälter unter Ausbildung der Portionseinheit, wobei der Oberflächenbereich der Heizvorrichtung, der mit dem Film in Kontakt gebracht wird, welche mindestens eine Vertiefung aufweist und die mindestens eine Vertiefung in Schritt b) von den Teilbereichen des ersten Films bedeckt wird, welche in Schritt e) in die Kavität der Tiefziehmatrize eingeformt werden.
2. Verfahren nach Punkt 1 , wobei der die Vertiefung umgebende Oberflächenbereich der Heizvorrichtung plan ausgebildet ist.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der die Vertiefung umgebende Oberflächen bereich der Heizvorrichtung plan ausgebildet ist und eine strukturierte Oberfläche aufweist, deren Strukturelemente vorzugweise eine maximale Tiefe von weniger als 0,5 mm, bevorzugt weniger als 0,2 mm und insbesondere weniger als 0,1 mm aufweisen.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der die Vertiefung umgebende Oberflächenbereich der Heizvorrichtung plan ausgebildet ist, welcher von einer umlaufenden Umrandung mit einer Höhe von 0,5 bis 2 mm, vorzugweise von 0,8 bis 1 ,2 mm umschlossen ist,
5. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Öffnungsfläche der mindestens einen Vertiefung kleiner ist als die Öffnungsfläche der Kavität. 6. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Öffnungsfläche der mindestens einen Vertiefung 40 bis 95%, vorzugsweise 50 bis 90% und insbesondere 60 bis 80% der Öffnungsfläche der Kavität beträgt.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Umriss der Öffnungsfläche der Vertiefung dem Umriss der Öffnungsfläche der Kavität nachgebildet ist.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Umriss der Öffnungsfläche der Vertiefung aus dem Umriss der Öffnungsfläche der Kavität durch einen Verkleinerungsfaktor von 0,4 bis 0,95, vorzugsweise von 0,5 bis 0,9 und insbesondere von 0,6 bis 0,8 erhalten wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Vertiefung eine Öffnungsfläche mit einem maximalen Durchmesser von 10 bis 40 mm, vorzugsweise von 20 bis 35 mm aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Vertiefung eine maximale Tiefe (gemessen als orthogonaler Abstand zwischen der Öffnungsfläche und der Bodenfläche der Vertiefung) von 0,5 bis 7 mm, vorzugsweise von 0,8 bis 4 mm aufweist.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Vertiefung eine halbkugelförmige, gestaucht halbkugelförmige, gestreckt halbkugelförmige oder gestaucht und gestreckt halbkugelförmige Raumform aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Bodenfläche der Vertiefung abgeflacht ist und vorzugsweise planparallel zur Öffnungsfläche verläuft.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Vertiefung eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche aufweist.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Vertiefung eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche aufweist, deren Gefälle auf der kürzesten Strecke vom Rand bis zum tiefsten Punkt zu wenigstens 10%, vorzugsweise zu 30% der Strecke linear verläuft.
15. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Vertiefung eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche aufweist, deren Gefälle auf der kürzesten Strecke vom Rand bis zum tiefsten Punkt von 10 bis 90%, vorzugsweise von 30 bis 80% der Strecke linear verläuft.
16. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Vertiefung eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche aufweist, deren Gefälle auf der kürzesten Strecke vom Rand bis zum tiefsten Punkt sich an mindestens einem Punkt ändert.
17. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Vertiefung eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche aufweist, deren Gefälle auf der kürzesten Strecke vom Rand bis zum tiefsten Punkt über die gesamte Strecke 10 bis 50%, vorzugsweise 15 bis 40% beträgt.
18. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Vertiefung ein Volumen von 1 bis 8 ml, vorzugweise von 1 bis 6 ml aufweist.
19. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei das Verhältnis der maximalen Tiefe der Vertiefung in Schritt b) zur maximalen Tiefe der Kavität in Schritt e) vorzugsweise 2:3 bis 1 zu 5, besonders bevorzugt 1 :2 bis 1 :4 beträgt.
20. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Portionseinheit mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern aufweist, wobei die Heizvorrichtung eine der Anzahl der Aufnahmekammern entsprechende Zahl an Vertiefungen aufweist, die in Schritt b) von den Teilbereichen des ersten Films bedeckt werden, welche in Schritt e) in die Kavität der Tiefziehmatrize unter Ausbildung der mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern eingeformt werden.
21. Verfahren nach Punkt 20, wobei sich mindestens zwei der Vertiefungen hinsichtlich ihrer maximalen Tiefe unterscheiden.
22. Verfahren nach Punkt 21 , wobei die Heizvorrichtung zwischen den Vertiefungen plan ausgebildet ist.
23. Verfahren nach einem der Punkte 20 bis 22, wobei die Heizvorrichtung zwischen den Vertiefungen plan ausgebildet ist und der minimale Abstand zwischen zwei Vertiefungen 0,5 bis 4 mm vorzugsweise 1 bis 3 mm beträgt.
24. Verfahren nach einem der Punkte 20 bis 23, wobei die mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern einander wenigstens anteilsweise umschließen.
25. Verfahren nach einem der Punkte 20 bis 24, wobei die Portionseinheit mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern aufweist, deren eine Kammer einen Mittelpunkt bildet, um den die verbleibenden Kammern rotationssymmetrisch angeordnet sind.
26. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Film eine Dicke von 10 bis 90 pm, vorzugsweise von 30 bis 60 pm aufweist.
27. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Film ausgewählt ist aus der Gruppe der wasserlöslichen Filme. 28. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Film ausgewählt ist aus der Gruppe der wasserlöslichen Filme Polyvinylalkohol oder Polyvinylalkoholcopolymere umfasst.
29. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Film ausgewählt ist aus der Gruppe der wasserlöslichen Filme und mindestens 30 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 50 Gew.-% und insbesondere mindestens 70 Gew..% Polyvinylalkohol oder Polyvinylalkoholcopolymere umfasst.
30. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Transport des ersten Films in Schritt a) kontinuierlich erfolgt.
31 .Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Transport des ersten Films in Schritt a) mit einer Geschwindigkeit 0,04 m/s, vorzugsweise oberhalb 0,08 m/s erfolgt.
32. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Heizvorrichtung eine metallische Oberfläche aufweist.
33. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Heizvorrichtung eine metallische Oberfläche aufweist, welche Aluminium umfasst.
34. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Heizvorrichtung eine metallische Oberfläche aufweist, welche zu mindestens 70 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 90 Gew.-%, besonders bevorzugt zu mindestens 98 Gew.-% und insbesondere vollständig aus Aluminium besteht.
35. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Oberfläche der Heizvorrichtung wenigstens anteilsweise beschichtet ist.
36. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Oberfläche der Heizvorrichtung im Bereich der Vertiefung wenigstens anteilsweise beschichtet ist.
37. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Oberfläche der Heizvorrichtung im Bereich der Vertiefung(en) vollflächig beschichtet ist.
38. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Oberfläche der Heizvorrichtung im Bereich der Vertiefung(en) als auch im Bereich des die Vertiefung umgebenden Randbereichs beschichtet ist.
39. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die mindestens eine Vertiefung zu mindestens 60 Vol.-%, vorzugsweise zu mindestens 80 Vol.-% und insbesondere vollständig mit dem Beschichtungsmaterial verfällt ist.
40. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Oberfläche der Heizvorrichtung wenigstens anteilsweise beschichtet ist und die Beschichtung 5 bis 80 %, vorzugsweise 10 bis 70% und insbesondere 20 bis 50% des Oberflächen bereichs der Heizvorrichtung, welcher in Schritt b) mit dem Film in Kontakt gebracht wird, bedeckt.
41. Verfahren nach einem der Punkte 34 bis 40, wobei das Beschichtungsmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe der Metalle.
42. Verfahren nach einem der Punkte 34 bis 40, wobei das Beschichtungsmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe der Polymere.
43. Verfahren nach einem der Punkte 34 bis 40, wobei das Beschichtungsmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe der Silikone.
44. Verfahren nach einem der Punkte 34 bis 40, wobei das Beschichtungsmaterial ausgewählt ist aus der Gruppe der Gummis.
45. Verfahren nach einem der Punkte 34 bis 44, wobei die Beschichtung eine Dicke von 100 bis 4000pm, vorzugsweise von 200 bis 2000 pm aufweist.
46. Verfahren nach einem der Punkte 34 bis 45, wobei die Beschichtung eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als die metallische Grundfläche.
47. Verfahren nach einem der Punkte 34 bis 46, wobei die Beschichtung einen geringeren Wärmeübergangskoeffizienten aufweist als die metallische Grundfläche.
48. Verfahren nach einem der Punkte 34 bis 47, wobei die Beschichtung mit der Grundfläche mittels einer Haftverbindung verbunden ist.
49. Verfahren nach einem der der Punkte 34 bis 48, wobei die Beschichtung mit der Grundfläche mittels einer Klemmverbindung verbunden ist.
50. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte 34 bis 49, wobei die Beschichtung mit der Grundfläche mittels einer Steckverbindung verbunden ist.
51 .Verfahren nach einem der Punkte 34 bis 50, wobei die Beschichtung in Schritt b) mit dem Oberflächenanteil des wasserlöslichen Films in Kontakt steht, welcher in Schritt e) in die Kavität der Tiefziehmulde eingeformt wird.
52. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der erste wasserlösliche Film in Schritt b) nur an einer Seite mit der Heizvorrichtung in Kontakt gebracht wird.
53. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt b) die Oberseite des wasserlöslichen Films mit der Heizvorrichtung in Kontakt gebracht wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt b) die Heizvorrichtung in Richtung des Films abgesenkt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die Oberfläche der Heizvorrichtung Bohrungen aufweist, mittels derer zwischen Heizvorrichtung und Film befindliches Gas abgeführt werden kann. Verfahren nach Punkt 55, wobei sich die Bohrungen zu 60%, vorzugsweise zu 90%, insbesondere zu 95% und ganz besonders bevorzugt vollständig außerhalb der Vertiefungen befinden. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt b) der Film durch Einwirkung eines Unterdrucks mit der Heizvorrichtung in Kontakt gebracht wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt b) der Film durch Einwirkung eines Unterdrucks mit der Heizvorrichtung in Kontakt gehalten wird. Verfahren nach einem der Punkte 57 oder 58, wobei in Schritt b) zwischen Heizvorrichtung und wasserlöslichem Film ein Druck von 200 bis 800 mbar, vorzugsweise von 400 bis 700 mbar aufgebaut wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der wasserlösliche Film in Schritt c) über einen Zeitraum von 0,5 bis 7 Sekunden, vorzugsweise von 1 bis 6 Sekunden und insbesondere von 2 bis 5 Sekunden erwärmt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei sich der Film in Schritt c) unterhalb der Heizvorrichtung und oberhalb der in Schritt e) eingesetzten Tiefziehmatrize befindet. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei sich der Film in Schritt c) unterhalb der Heizvorrichtung und oberhalb der in Schritt e) eingesetzten Tiefziehmatrize befindet und der Abstand zwischen der Oberfläche der Heizvorrichtung und der Oberfläche der Tiefziehmatrize weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm, insbesondere 0,1 bis 2 mm und besonders bevorzugt 0,2 bis 1 mm beträgt. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt d) der Unterdrück zwischen der Heizvorrichtung und dem wasserlöslichen Film aufgehoben wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt d) der Unterdrück zwischen der Heizvorrichtung und dem wasserlöslichen Film aufgehoben wird und zeitgleich oder nachfolgend die Heizvorrichtung angehoben wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt e) für eine Dauer von 0,5 bis 7 Sekunden vorzugsweise von 1 bis 5 Sekunden ein Unterdrück zwischen dem Film und der Tiefziehmatrize aufgebaut wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt d) zwischen dem Film und der Tiefziehmatrize ein Druck von 100 bis 600 mbar, vorzugsweise von 200 bis 400 mbar aufgebaut wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der wasserlösliche Film in Schritt e) unter Ausbildung eines Aufnahmebehälters mit mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern eingeformt wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Aufnahmebehälter in Schritt e) ein Füllvolumen von 2 bis 50 ml, vorzugsweise von 10 bis 40 ml und insbesondere von 13 bis 25 ml aufweist. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte e, wobei die Aufnahmekammer(n) in Schritt e) ein Füllvolumen von 2 bis 8 ml, vorzugsweise von 3 bis 7 ml aufweist (aufweisen). Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Aufnahmebehälter mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern aufweist und das Verhältnis des Volumens der größten Aufnahmekammer zum Volumen der kleinsten Aufnahmekammer 4:1 bis 1 :1 , vorzugsweise 3:1 bis 1 :1 beträgt. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt e) die Oberfläche des Films um mindestens 80%, vorzugsweise um mindestens 120%, insbesondere um 120 bis 300%, besonders bevorzugt um 180 bis 260% vergrößert wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der wasserlösliche Film im Anschluss an den Schritt e) einen Gesamtstreckfaktor von 1 ,8 bis 2,6 aufweist. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei der Film im Anschluss an den Schritt e) einen maximalen lokalen Streckfaktor von 1 ,8 bis 4, vorzugsweise von 2 bis 2,8 aufweist. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die metallische Oberfläche der Heizvorrichtung eine Temperatur im Bereich von 23 bis 150°C, vorzugsweise von 80 bis 135°C aufweist. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt e) ein Flächengebilde mit mindestens 14, vorzugsweise mindestens 20 Aufnahmebehältern ausgebildet wird. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt e) ein Flächengebilde ausgebildet wird, in welchem die Aufnahmebehälter in Reihen angeordnet sind. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt e) ein Flächengebilde ausgebildet wird, in welchem die Aufnahmebehälter in Reihen angeordnet sind, welche orthogonal zur Transportrichtung des Films verlaufen. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt e) ein Flächengebilde ausgebildet wird, in welchem die Aufnahmebehälter in Reihen angeordnet sind, welche orthogonal zur Transportrichtung des Films verlaufen und zueinander jeweils um ein Drittel der Breite eines Aufnahmebehälters, vorzugsweise um die Hälfte der Breite eines Aufnahmebehälters versetzt sind. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei in Schritt e) ein Flächengebilde ausgebildet wird, in welchem jeder Aufnahmebehälter mindestens einem Zwischen bereich benachbart ist, welcher seinerseits von drei Aufnahmebehältern umgeben ist. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die mindestens eine Aufnahmekammer des Aufnahmebehälters in einem weiteren Schritt f) mit einem Wasch- oder Reinigungsmittel befüllt werden. Verfahren nach einem der vorherigen Punkte, wobei die mindestens eine Aufnahmekammer des Aufnahmebehälters in einem weiteren Schritt f) befüllt und die befüllte Aufnahmekammer in einem nachfolgenden Schritt g) mittels eines zweiten Films, vorzugsweise mittels eines wasserlöslichen Films verschlossen wird.
Beispiele
Ein wasserlöslicher Polyvinylalkoholfilm (Dicke 88|jm) wurde mittels variierender Heizvorrichtungen erwärmt und nachfolgend durch Einwirkung eines Unterdrucks zu einer tropfenförmigen Aufnahmekammer umgeformt. Die Temperatur der Heizplatte betrug jeweils 120°C. Mit Ausnahme der eingesetzten Heizvorrichtung waren die in den Versuchen eingesetzten Verfahrensparameter identisch.
Die folgenden beiden Heizvorrichtungen wurden eingesetzt:
Heizvorrichtung 1 : vollständig plane Heizplatte (Aluminium)
Heizvorrichtung 2: Heizplatte (Aluminium) mit einer Vertiefung (maximale Tiefe 1 mm) deren Umriss der tropfenförmigen Aufnahmekammer mit einem Verkleinerungsfaktor von 0,8 nachempfunden ist
Im Anschluss an den Tiefziehprozess wurde die Filmdicke in den Aufnahmekammern durch optische Verfahren (Film Thickness Analyzer) entlang eines zur Längsachse des Tropfens orthogonalen Querschnitts ermittelt. Die Messung der Filmdicke erfolgte entlang des Querschnitts an jeweils neun äquidistant voneinander entfernten Messpunkten.
Filmdicke ([pm])
Die mittels der mit Vertiefungen versehenen Heizplatte erhaltenen Aufnahmekammern zeichnen sich bei identischen Ausgangsfilm durch eine höhere Filmdicke aus. Portionseinheiten, welche durch die Befüllung mit einem Flüssigwaschmittel und nachfolgende Versiegelung mittels eines zweiten wasserlöslichen Films erhalten wurden, wiesen eine verbesserte mechanische Stabilität auf.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung einer Portionseinheit mit mindestens einer von einem Film umgebenden befüllten Aufnahmekammer, umfassend die Schritte a) Transport eines ersten Films in Richtung einer Heizvorrichtung; b) In Kontakt Bringen des ersten Films mit einer Oberfläche der Heizvorrichtung; c) Erwärmen des ersten Films mittels der Heizvorrichtung; d) Aufheben des Kontakts zwischen dem ersten Film und der Heizvorrichtung; e) Einformen des ersten erwärmten Films in die Kavitäten einer Tiefziehmatrize unter Ausbildung eines Aufnahmebehälters mit mindestens einer Aufnahmekammer; f) Befüllen der mindestens einen Aufnahmekammer; g) gegebenenfalls Verschließen und Vereinzeln der befüllten Aufnahmebehälter unter Ausbildung der Portionseinheit, wobei der Oberflächenbereich der Heizvorrichtung, der mit dem Film in Kontakt gebracht wird, mindestens eine Vertiefung aufweist und die mindestens eine Vertiefung in Schritt b) von den Teilbereichen des ersten Films bedeckt wird, welche in Schritt e) in die Kavität der Tiefziehmatrize eingeformt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Öffnungsfläche der mindestens einen Vertiefung kleiner ist als die Öffnungsfläche der Kavität.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Umriss der Öffnungsfläche der Vertiefung dem Umriss der Öffnungsfläche der Kavität nachgebildet ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Umriss der Öffnungsfläche der Vertiefung aus dem Umriss der Öffnungsfläche der Kavität durch einen Verkleinerungsfaktor von 0,4 bis 0,95, vorzugsweise von 0,5 bis 0,9 und insbesondere von 0,6 bis 0,8 erhalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vertiefung eine halbkugelförmige, gestaucht halbkugelförmige, gestreckt halbkugelförmige oder gestaucht und gestreckt halbkugelförmige Raumform aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vertiefung eine maximale Tiefe (gemessen als orthogonaler Abstand zwischen der Öffnungsfläche und der Bodenfläche der Vertiefung) von 0,5 bis 7 mm, vorzugsweise von 0,8 bis 4 mm aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Verhältnis der maximalen Tiefe der Vertiefung in Schritt b) zur maximalen Tiefe der Kavität in Schritt e) vorzugsweise 2:3 bis 1 zu 5, besonders bevorzugt 1 :2 bis 1 :4 beträgt.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Vertiefung eine von ihrem Rand bis zu ihrem tiefsten Punkt kontinuierlich abfallende Bodenfläche aufweist.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Portionseinheit mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern aufweist, wobei die Heizvorrichtung eine der Anzahl der Aufnahmekammern entsprechende Zahl an Vertiefungen aufweist, die in Schritt b) von den Teilbereichen des ersten Films bedeckt werden, welche in Schritt e) in die Kavität der Tiefziehmatrize unter Ausbildung der mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei und insbesondere mindestens vier Aufnahmekammern eingeformt werden.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Film ausgewählt ist aus der Gruppe der wasserlöslichen Filme.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Oberfläche der Heizvorrichtung im Bereich der Vertiefung wenigstens anteilsweise beschichtet ist.
12. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Oberfläche der Heizvorrichtung im Bereich der Vertiefung(en) vollflächig beschichtet ist.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich der Film in Schritt c) unterhalb der Heizvorrichtung und oberhalb der in Schritt e) eingesetzten Tiefziehmatrize befindet und der Abstand zwischen der Oberfläche der Heizvorrichtung und der Oberfläche der Tiefziehmatrize weniger als 10 mm, vorzugsweise weniger als 5 mm, insbesondere 0,1 bis 2 mm und besonders bevorzugt 0,2 bis 1 mm beträgt.
14. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste wasserlösliche Film in Schritt b) nur an einer Seite mit der Heizvorrichtung in Kontakt gebracht wird.
15. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Heizvorrichtung eine metallische Oberfläche aufweist und die metallische Oberfläche der Heizvorrichtung eine Temperatur im Bereich von 23 bis 150°C, vorzugsweise von 80 bis 135°C aufweist.
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