FI109286B - Muovilaminaatti, menetelmä sen valmistamiseksi ja sen käyttö - Google Patents

Description

109286 !

Muovilaminaatti, menetelmä sen valmistamiseksi ja sen käyttö

Esillä oleva keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdannon mukaiseen, pakkaustarkoituksiin käytettävään, erinomaiset sulkuominaisuudet 5 omaavaan (high barrier), muovimateriaalista valmistettuun laminaattiin jossa vaahdotettu polyesterikerros muodostaa osan laminaattirakenteesta. Lisäksi keksintö kohdistuu menetelmään kyseisen muovilaminaatin valmistamiseksi sekä sen käyttöön.

Keksinnön mukainen muovilaminaatti soveltuu erityisen hyvin elintar-10 vikepakkauksiin, joilta edellytetään erinomaisten kaasujen ja kosteuden sul-kuominaisuuksien lisäksi hyvää saumattavuutta sekä tarvittaessa esimerkiksi repäisemällä avattavuutta. Käytännössä näiltä ns. suojakaasupakkauksilta (MAP) edellytetään hapenläpäisevyyttä, joka on alle 15 cm3/m2, edullisemmin välillä 4,0 - 9,0 cm3/m2 (24 h, 23 °C, RH 50 %).

15 Suojakaasupakkauksia valmistetaan käyttötarkoituksen asettamien vaatimusten mukaisesti käyttämällä joustavia kalvomateriaaleja joko yksinään tai yhdistämällä niihin puolikovia, muovattavia paksuja kalvoja tai levyjä osana pakkausratkaisua. Riittävät suojakaasuominaisuudet on mahdollista saada aikaan monokalvojen avulla, mutta kalvon paksuus on tällöin niin suuri, että tällai-. . 20 nen ratkaisu on epäkäytännöllinen.

Jäykkiä kalvoja tai levyjä lopputuotteena käyttämällä saadaan hel- : posti käsiteltävä, kuljetusta ja varastointia kestävä, visuaalisesti hyvä pakkaus.

’·’ * Jäykkiä suojakaasupakkauksia valmistetaan tunnetusti käyttäen lämpö- : muovattavia levyjä, joihin voidaan liittää tarvittaessa yksi tai useampia kalvoker- • · • '·· 25 roksia. Tarvittaessa kerrosten välillä käytetään liima-ja/tai sidekerroksia. Levyt :T: on valmistettu esimerkiksi polyesteri/polyeteeni, polyvinyylikloridi/polyeteeni tai polystyreeni/EVOH/polyeteeni-levyistä. Termoplastiset polyesterihartsit, kuten : polyeteenitereftalaatti (PET), amorfinen polyeteenitereftalaatti (APET), glykoli- .···. modifioitu polyeteenitereftalaatti, polybuteenitereftalaatti, sykloheksy-*·' 30 leenimetyleenitereftalaatti tai -isoftalaatti tai niiden seokset ovat erityisen käyttö-: kelpoisia pakkausteollisuudessa johtuen niiden erinomaisista mekaanisista omi- naisuuksista, lämmönkestosta kiteytettynä, muotopysyvyydestä sekä lämpö-: muovattavuusominaisuuksista. Tällaisten levyrakenteiden tiheys on kuitenkin • I t t ·. ! suuri, jolloin raaka-aine-, kuljetus- ja jätekustannukset ovat suuria. Lisäksi niiden ' ' 35 lämpömuovaukseen tarvitaan kalliita erikoisvarusteita, kuten levyjen ylä- ja alapuolista esilämmitystä, mäntä- tai "posiform'-laitteita. Edelleen pakkausten leik- j 109286 2 kaamisessa irti toisistaan tarvitaan erikoistyökaluja kuten stansseja. Tällaisia jäykkiä pakkauksia ei voida helposti käsin puristaa kasaan, joten ne vievät runsaasti tilaa jätteiden käsittelyvaiheessa.

Kevyempien pakkausten aikaansaamiseksi voidaan käyttää vaahdo-5 tettuja muovimateriaaleja yksinään tai laminaattirakenteen osana. Elintarvike-pakkauksissa käytetään tyypillisesti vaahdotettua polystyreeniä (PS) ja polyole-fiinia, kuten polypropeenia (PP). Näissä käytetään hyvin suurta vaahdo-tusastetta, jolloin tiheys laskee niinkin alas kuin 0,1 - 0,3 g/cm3. Tällaiset pakkaukset, joita käytetään esimerkiksi lihan ja lihajalosteiden pakkauksina itsepalve-10 lumyymälöissä, tuntuvat käsiteltäessä miellyttäviltä. Ongelmana tällaisilla pienen tiheyden omaavilla pakkauksilla on se, että pakkausten jäykkyys ja siten kestävyys pienenee huomattavasti. Tämän vuoksi riittävän jäykkyyden aikaansaamiseksi tulee tällaisen pakkausmateriaalin kerrospaksuuden olla huomattavan suuri. Suuresta kerrospaksuudesta ja "ilmavasta" rakenteesta on seurauk-15 sena kuitenkin vaikeudet lämpömuovauksessa, koska lämmön siirtäminen materiaaliin tapahtuu hitaasti. Tämän vuoksi tarvitaan lämpömuovaukseen molemminpuolista lämmitystä useassa vaiheessa sekä erikoisvalmisteisia muotteja, joten pakkauskoneiden investointikustannukset ovat huomattavat. Suuresta kerrospaksuudesta seuraa myös pienempi neliömäärä materiaalia myyn-. . 20 tiyksikköä kohden, joten tavaramääräyksikköä kohden tarvitaan moninkertaises-.;·* ti enemmän myyntiyksiköitä, mikä lisää kustannuksia kuljetuksessa, varastoin-: nissa ja itse pakkausvaiheessa lisääntyneinä rullanvaihtoina ja pienempänä ' tuottavuutena.

• * · : EP-hakemusjulkaisusta 440 713 tunnetaan vaahtokerroksen sisältä- • · • '·· 25 vä joustava laminaatti erityisesti elintarvikepakkauksia varten, erityisesti esim.

kovaa materiaalia, kuten luita sisältäville elintarvikkeille. Julkaisussa kuvatussa rakenteessa pakattavaa materiaalia lähinnä on vaahdotettu kerros ja tämän jäl-.·. : keen samaa materiaalia oleva vaahdottamaton kerros. Lisäksi laminaatissa on • I » .···’ liimakerrosten välityksellä ulkokerros, joka on tyypillisesti polyamidia tai polyes- " ’ 30 teriä. Vaahtokerroksen on esitetty olevan vaahdotettua polyolefiinia, edullisesti • · :.: : polyeteeniä. Lähinnä pakattavaa materiaalia olevan vaahtokerroksen tehtävänä on toimia "puskurina" ts. suojata ulkokerroksia esim. luitten aiheuttamalta rasi-. *, : tuksilta.

\ Polystyreenin ja polyolefiinien lisäksi on tunnettua käyttää pakkaus- ' ' 35 materiaalina myös vaahdotettua polyesteriä, kuten esimerkiksi PET:ä. Tuloksena on helposti lämpömuovattava levy, joka voidaan kiteyttää ja saada siten kor- ί 109286 3 kea lämmönkesto muovatuille kupeille. Vaahdotetusta polyesteristä lämpö-muovaamalla valmistettuja alustoja, kuppeja yms. käytetään yleisesti esim. mikroaaltouunin kestävinä pakkauksina prosessoiduille elintarvikkeille. Näissäkin riittävän jäykkyyden aikaansaamiseksi tulee vaahtolevyjen olla verrattain pak-5 suja. Vaahdotettujen muovimateriaalien, siten myös polyesterin pinta on epätasainen eikä siihen saada tavanomaisilla laminointimenetelmillä ja kohtuullisilla kustannuksilla tarvittavaa laminointilujuutta. Edelleen vaahdotettu polyesteri on vaikea kuumasaumata johtuen vaahtopinnan alhaisen adheesiotason aiheuttamasta pienestä sidoslujuudesta. Saumaus edellyttää pitkää saumausaikaa tai 10 korkeaa saumauspainetta, mikä useinkin on haitaksi pakkauksen kestävyydelle ja lisäksi pitkä saumausaika nostaa pakkauskustannuksia. Vaahdotetuilla mo-nokerroskalvoilla ei ole myöskään riittävää happitiiveyttä esimerkiksi herkästi pilaantuvia elintarvikkeita tai pitkää säilyvyyttä vaativia tuotteita ajatellen.

EP-hakemusjulkaisuissa 372 846 ja 547 033 kuvataan elintarvike-| 15 pakkauksia, jotka on valmistettu laminoimalla vaahdotetun polyesteri- vaahtokerroksen ainakin toiselle puolelle vaahdottamaton muovikalvo, kuten EVA-päällystetty polypropeeni, polypropeeni, polyesteri tai polystyreenikalvo.

Näiden julkaisujen mukaisesti vaahtokerroksen tiheys on korkeintaan 0,7 g/cm3, edullisesti kuitenkin alle 0,5 g/cm3. Alhaisesta tiheydestä johtuen vaahtokerrok-. . 20 sen paksuus on näidenkin julkaisujen mukaisissa tuotteissa yli 1,5 mm, ollen jopa noin 5,0 mm. Julkaisujen mukaiset pakkausmateriaalit on tarkoitettu käy-: " tettäviksi nimenomaan lämmönkestävinä, erityisesti mikroaaltouunin kestävinä ‘ pakkauksina. Julkaisuissa ei ole mitään mainintaa rakenteen sulkuominaisuuk-i ‘; sista.

; '·· 25 Edellä mainitussa EP-hakemusjulkaisussa 372 846 kuvataan myös :T: kerrosten laminointia lämpölaminointimenetelmän avulla. Menetelmässä käyte tään korkeita sulamispisteitä omaavia polymeerejä, kuten polypropeenia ja po-.·. : lyesteriä, ei-vaahdotettuina komponentteina sisäkerroksessa (saumautuvana . ···' puolena) ja eteenivinyyliasetaattia laminoituvana kerroksena vaahdotettua poly-30 esteriä vasten. Laminointilämpötilat vaahdottamattomalta puolelta ovat esimer- • · : kiksi polypropeenille noin 125 °C ja PET:lle 155 °C, ja vaahdotetun polyesterin puolella huoneenlämpötila. Julkaisussa kuvatun menetelmän mukaiset sau- .·! : mauslämpötilat PP- ja PET-laminaateille ovat varsin korkeat, jopa 160 - 200 °C.

• · · _ i On tunnettua, että helposti pilaantuvat elintarvikkeet, kuten esimerkiksi liha, kala ‘ * 35 ja juusto, eivät useimmiten kestä näin korkeita saumauslämpötiloja. Julkaisun 109286 4 mukaiset pakkaukset eivät tuota riittäviä suojausominaisuuksia happitiiviyttä vaativille helposti pilaantuville elintarvikkeille.

Mainittakoon vielä, että rullamuotoisesta puolikovasta levystä pakkauksia valmistavat lämpömuovaavat koneet, ns. Form Fill and Seal (FFS)-koneet 5 käyttävät tyypillisesti 100- 150 °C:n saumauslämpötiloja tuoreita elintarvikkeita pakattaessa, joten homopolypropeeni tai polyesteri eivät tule kysymykseen saumaavina kerroksina. Nämä polymeerit eivät toisaalta myöskään anna riittävää kaasutiiveyttä esimerkiksi MAP-pakkauksia varten tyypillisesti käytetyillä kerrospaksuuksilla.

10 WO-julkaisussa 95/15257 kuvataan taipuisa pakkausmateriaali, josta lämpömuovaamalla saadaan jäykkiä pakkauksia elintarvikkeille, kuten nesteille ja ruoka-aineille. Materiaali koostuu vaahdotetusta polyesterisisäkerroksesta, jonka paksuus on 70 - 95 % koko materiaalin paksuudesta. Vaahtokerroksen j molemmin puolin on barrier-kerros tai suojaava kerros.

15 WO-julkaisun 95/15257 mukainen materiaali edellyttää kuitenkin 180 - 200 °C:n saumauslämpötiloja, mikä on aivan liian korkea lämpötila helposti pilaantuville elintarvikkeille, kuten lihalle, kalalle ja juustoille, jotka eivät kestä korkeita saumauslämpötiloja. Täten kyseisen julkaisun mukainen materiaali ei sovellu alhaista saumauslämpötilaa vaativaan elintarvikkeiden pakkaukseen.

. . 20 Fl-patenttihakemuksesta 911993 tunnetaan laminaatti, joka sisältää .;*** ulkokerroksen, sisäkerroksen ja mahdollisen välikerroksen. Sisäkerros aikaan- : " saadaan samanaikaisella vaahdottamattoman ja vaahdotetun muovimateriaalin ·' ' suulakepuristuksella, jolloin vaahdotettu kerros muodostaa laminaatin sisäpin- ! '.·* nan. Välikerros voi koostua polymeerikalvosta, kuten modifioidusta polyvinyyli- : *·· 25 alkoholista. Ulkokerros muodostuu polyesteri-tai polyamidikalvosta. Kyseinen laminaatti on vaahtokerroksen sisältävä pakkausmateriaali, jossa vaahdotettu osa on lähinnä pakattavaa materiaalia antaen siten "puskurin" pakattavassa .·. : materiaalissa oleville mahdollisille teräville kappaleille. Ongelma ja siten myös .···] sen ratkaisu ovat näin ollen erilaiset kuin esillä olevassa keksinnössä, jossa 30 vaahdotettu kerros muodostaa lähinnä pakkauksen ulkokerroksen ja jossa tar- : koituksena on aikaansaada erinomaiset sulkuominaisuudet omaava kevyt pak- kausmateriaali. On huomattava, että kyseisessä Fl-julkaisussa ei esitetä mitään .·! : tuloksia kaasujen läpäisevyydelle.

> » *

Fl-patenttihakemuksessa 911993 on tuotu esiin vaahdotetun ja ' ’ 35 vaahdottamattoman kerroksen yhteenliittämisen ongelmat. Kyseisessä Fl- julkaisussa esitetty laminaattiratkaisu ei kuitenkaan poista ongelmaa, joka syn- { 109286 5 tyy siinä esitetyn ratkaisun ja kansilaminaatin saumautuvuudessa, koska kyseisessä tunnetussa ratkaisussa saumaus tapahtuu huokoista, vaahdotettua sisäkerrosta 10 vastaan, jolloin sauman lujuudelle esitetyt vaatimukset eivät julkaisussa esitetyistä syistä toteudu. Esillä olevan keksinnön mukaisessa ratkaisus-5 sa saumaus sen sijaan tapahtuu vaahdottamatonta kerrosta 2.1 vasten, jolloin Fl-julkaisun mukaisen laminaatin saumausongelmaa ei esiinny. Kyseisessä Fl-julkaisussa esitetyn laminaatin saumaaminen edellyttää lisäksi korkean lämpöti- i lan käyttöä, kun taas esillä olevan keksinnön mukaisesti saumaus suoritetaan alhaisemmassa lämpötilassa. Edelleen on huomattava, että kyseisessä Fl-10 julkaisussa vaahdotettu materiaali mainitaan polyeteeniksi, kun se esillä olevassa keksinnössä on nimenomaan polyesteriä, ja että vaahtokerroksen paksuus on eri luokkaa kuin keksinnön mukaisessa materiaalissa.

EP-A-julkaisussa 626255 puolestaan kuvataan pakkauskäyttöön so-i veltuva, irrotettava vaahtomuovi/hartsi-laminaatti, jossa vaahtomuovikerros, ku- 15 ten polyesterikerros, on liitetty kestomuovikerrokseen, joka voi olla polyeteeni, polypropeeni, polystyreeni, polyesteri tai happitiiviskerros, kuten polyamidi tai eteeni-vinyyliasetaatti-kopolymeeri. Haluttaessa erityisiä sulkuominaisuuksia voidaan käyttää useampaa sulkukerrosta. Vaahtokerroksen paksuus on 0,3 -5, 0 mm.

. . 20 EP-A-julkaisussa 626255 tosin esitetään, että eri kerrokset voidaan • · laminoida monikerroslaminaatiksi esimerkiksi koekstruusiolla. Lisäksi siinä mai-” nitaan tuotteen tuoreuden takaamiseksi tarvittavat kalvot, jotka kuitenkin lami-: noidaan suoraan vaahdotetulle kerrokselle. Tämä tuoreuden takaava kerros i · kiinnitetään suoraan mahdolliseen kanteen, kun taas esillä olevan keksinnön : ·.. 25 mukaisessa materiaalissa pakkauksen kanteen liitettävä kerros ei ole kaasutii-viyden antava kerros, vaan se on aina saumauskerros 2.1. Esillä olevassa keksinnössä on lisäksi tarkoitus valmistaa yhtenäisenä pysyvä rakenne; siinä ei si-; ten ole tarkoitus valmistaa materiaalia, jonka kerrokset irtoavat helposti toisis-,··taan kuten kyseisen EP-julkaisun mukaisessa materiaalissa.

’!* 30 Tunnetun tekniikan mukaan saadaan siis aikaan jäykkiä suo- I jakaasupakkauksia käyttämällä puolikovaa vaahdottamatonta materiaalia. Täl-: : laisissa pakkauksissa kuitenkin materiaalin kulutus sekä pakkausten paino ja , · ’ : tilaa vievyys kokoonpuristamattomana jätteenkäsittelyssä aiheuttavat ongelmia.

Vaahdotettujen materiaalien käyttäminen osana laminaattia keventää pakkauk-‘ 35 siä, mutta riittävien jäykkyysominaisuuksien aikaansaaminen edellyttää paksuja vaahtokerroksia. Ongelmia muodostuu myös riittävien sulkuominaisuuksien ai- I 6 109286 kaansaamisessa siten, että pakattava materiaali ei saa vaurioitua lämmön vaikutuksesta esimerkiksi saumausvaiheessa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siten saada aikaan helposti lämpömuovattava, hyvät kaasujen ja kosteuden sulkuominaisuudet omaava 5 pakkausmateriaali.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on saada aikaan pakkausmateriaali, joka on kevyttä ja kerrospaksuudeltaan ohutta, mutta jolla silti on hyvät jäykkyys- ja muut mekaaniset ominaisuudet.

Vielä keksinnön tarkoituksena on saada aikaan pakkausmateriaali, j 10 joka on helposti saumattavaa ts. joka on saumattavissa alhaisissa lämpötiloissa ja lyhyellä saumausajalla.

Vielä keksinnön tarkoituksena on saada aikaan materiaali, joka käytön jälkeen on saatavissa pieneen tilaan ja jonka käsittely jätteenä on helppoa ja vähän tilaa vievää.

15 Lisäksi keksinnön tarkoituksena on saada vähennettyä käytettävän polyesterin määrää ja siten saada aikaan aiempaa taloudellisempi pakkausmateriaali.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmiä edellä kuvattujen pakkausmateriaalien valmistamiseksi.

. . 20 Keksinnön tarkoituksena on myös esittää edellä kuvatut ominaisuudet • · täyttävän materiaalin käyttäminen hyvät sulkuominaisuudet omaavana pak-: kauksena, erityisesti helposti pilaantuvia elintarvikkeita tai pitkän säilyvyyden : vaativia tuotteita varten. Esillä olevaa keksintöä voidaan hyödyntää myös esi- : merkiksi sairaalatarvikepakkauksissa korvaamaan muita puolikovia pakkausma- :*·.· 25 teriaaleja.

Käytännössä on havaittu, että suojakaasupakkauksessa laminaatin hapenläpäisyn tulee olla alle 15 cm3/m2, edullisemmin välillä 4,0 - 9,0 cm3/m2 ; (24 h, 23 °C, RH 50 %). Lisäksi erityisesti tuoreita elintarvikkeita pakattaessa .···'. edellytetään pakkaukselta hermeettistä suljentaa, ts. helppoa saumattavuutta 30 alhaisissa lämpötiloissa, so. 100- 140 °C:ssa, edullisemmin 110-125 °C:ssa, . i : sekä lyhyttä saumausaikaa, so. noin 0,5 -1,5 s, sekä riittävää sauman lujuutta.

Nyt on yllättäen havaittu, että edellä esitetyt ominaisuudet saavute-.·! : taan laminaattirakenteella, jolle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patentti- ! ! vaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

* ‘ 35 Keksinnön mukaista laminaattia kuvataan tarkemmin liitteenä olevien kuvien avulla. Keksintöä ei tule kuitenkaan rajoittaa kuvissa esitettyihin ratkai- 109286 7 suihin, vaan niitä tulee pitää tyypillisinä tai edullisina keksinnön mukaisen laminaatin sovellutusmuotoina.

Kuva 1. Kaaviokuva keksinnön mukaisen laminaatin edullisesta so-vellutusmuodosta.

5 Kuva 2. Kaaviokuva keksinnön mukaisen laminaatin edullisesta so- vellutusmuodosta.

Kuvat 3a ja 3b. Kaaviokuva keksinnön mukaisesta laminaatista valmistetusta pakkauksesta sivulta päin ja päältä päin katsottuna.

Kuvassa 1 on esitetty keksinnön mukaisen laminaatin mahdollinen 10 rakenne. Laminaatissa on sisäkerros 2, joka on lähinnä pakattavaa materiaalia, ja joka sisäkerros 2 muodostuu yhdestä tai useammasta koekstrudoidusta kal-vokerroksesta, joita kuvan 1 tapauksessa esittävät kerrokset 2.1 - 2.7, sekä ulkokerros 1, joka käsittää vaahdotetusta polyesterikerroksesta 1.1 sekä vaahdot-tamattomasta polyesterikerroksesta 1.2 koekstrudoimalla muodostetun raken-15 teen. Sisäkerroksen 2 ja ulkokerroksen 1 välissä on tarvittaessa liima- tai side-kerroksena toimiva välikerros 3.

Sisäkerros 2 sisältää useita kerroksia sen mukaan tarvitaanko laminaatissa ensisijaisesti erinomaista kaasutiiveyttä, alhaista saumauslämpöti-laa, helposti avattavaa ns. "peel'-saumaa tai suurta pistolujuutta, tai mahdolli-. . 20 sesti kaikkia ominaisuuksia yhtäaikaa, jolloin saumautuvaa pintaa ja välikerrok-siä modifioimalla saadaan halutut ominaisuudet. Sisäkerroksen paksuus on ta-; ’ vallisimmin välillä 0,05 - 0,1 mm.

: Kuvan 1 mukaisessa ratkaisussa kerroksen 2.4 tehtävänä on antaa : V laminaatille riittävä kaasutiiveys. Sopivan polymeerin valinnalla saadaan aikaan | *·· 25 halutut suojausominaisuudet. Tyypillisiä riittävän kaasutiiveyden antavia poly-:T; meereja ovat polyamidi (PA) ja eteenin ja vinyylialkoholin kopolymeeri (EVOH).

Kerrokset 2.3 ja 2.5 toimivat sidekerroksina suojakerroksen 2.4 ja sisäkerroksen 2 muiden kerrosten välillä. Sisäkerroksen 2 ulommaisen kerroksen 2.7 tehtävä-.···] nä on tuottaa toivotut yhteenliittymisominaisuudet rakenteen muihin kerroksiin.

" 30 Kerrokset 2.2 ja 2.6 ovat esimerkiksi polyolefiinikerroksia.

:,: : Keksinnön mukaisen laminaatin ulkokerroksessa 1 on vaahdottama- ton, pinnaltaan sileä polyesterikerros 1.2. Vaahdottamaton polyesterikerros sijaitsee aina lähinnä sisäkerrosta 2 joko siihen suoraan liittyen tai välikerroksen 3 välityksellä. Pinnaltaan sileän kerroksen 1.2 ansiosta on vaahtokerroksen ad-’ ' 35 heesio sisä- tai välikerrosten kanssa hyvä.

i ! 8 109286

Kuvassa 2 esitetään eräänä keksinnön suoritusmuotona laminaatti-ratkaisu, jossa vaahdotetun polyesterikerroksen 1.1 ulkopuolellakin on vaahdot-tamaton polyesterikerros joka on kerros 1.3. Tällainen ratkaisu on edullinen, kun halutaan sileä ja kiiltävä ulkopinta esimerkiksi painatusta tai tunnusmerkin 5 tai koodin muovausta varten. Vaahdotetun ja vaahdottamattoman kerroksen sisältävän ulkokerroksen 1 merkittävänä tehtävänä on antaa lopulliselle pakkaukselle muoto ja mekaanista lujuutta.

Kuvissa 3a ja 3b on esitetty keksinnön mukaisesta kalvolaminaatista lämpömuovaamalla valmistettu astia 4, joka on edelleen saumattu yläpuoliseen 10 kanteen 5, joka voi olla käyttötarkoitukseen soveltuva kalvolaminaatti.

Esillä olevan keksinnön mukaisessa pakkaustarkoituksiin käytettävässä, hyvät sulkuominaisuudet omaavassa laminaatissa ulkokerroksen 1 muodostavat siis vaahdotettu ja vaahdottamaton polyesteri. Käytettävä polyesteri voi olla esimerkiksi polyeteenitereftalaatti (PET), amorfinen poly-15 eteenitereftalaatti (APET), glykolimodifioitu polyeteenitereftalaatti, polybu-teenitereftalaatti, sykloheksyleenimetyleenitereftalaatti tai -isoftalaatti tai niiden seos. Vaahdotetun polyesterin aikaansaamiseksi käytetään kaupallisesti saatavia kemiallisia vaahdotusaineita, joista edullisemmin käytetään prosessoinnin aikana endotermisesti reagoivia vaahdotusaineita. Lämmön vaikutuksesta . . 20 vaahdotuspartikkelit höyrystyvät ja muodostavat materiaaliin huokosia. Tyypilli-siä kaupallisia vaahdotusaineita, jollaisia ovat esimerkiksi Safoam RPC 40 ‘ (Reedy International, USA), Supercell EN-3 (Americhem, UK), 100209 MB

: (Ampacet Corporation, USA) ja Hydrocerol HK40B (Boehringer Ingelheim KG, : Saksa), käytetään 0,5 - 3 paino-%, edullisesti 1 - 2,5 paino-% vaahdotettavan : 25 polyesterin määrästä. Näillä määrillä saadaan aikaan vaahdotettu levy, joka ; T: vaahtorakenteen mikroskooppisten huokosten ansiosta on riittävän jäykkää. Jos vaahdotusainetta käytetään liikaa, seurauksena on solurakenteen rikkoutumi-. ·. : nen ja epätasainen vaahdottuminen. Liian pieni vaahdotusaineen määrä ei puo- ,··’ lestaan vaahdota riittävästi muovimateriaalia. Keksinnön mukaisen laminaatin 30 ulkokerroksen 1 eli lopullisen, vaahdotetun polyesterin ja vaahdottamattoman » » i polyesterin sisältämän kerroksen tiheys on yli 0,7 g/cm3, mutta alle 1,0 g/cm3, jolloin ulkokerroksen paksuus voi olla pieni, so. välillä 0,15 -1,5 mm, edullisesti .·! : kerrospaksuus on välillä 0,20 - 1,0 mm. Laminaatin sisältämän vaahdottamat- j toman polyesterikerroksen osuus ulkokerroksen kokonaispaksuudesta on 5 -‘ ' 35 40, edullisesti 10-25 %. Vaahdotetun ja vaahdottamattoman kerroksen sisäl- ! 9 109286 tävä ulkokerros voi sisältää lisäksi muita tavanomaisia lisäaineita, kuten väriaineita, tarttumisenestoaineita, ydintäjäaineita, liukuaineita ja/tai täyteaineita ym.

Keksinnön mukainen ohut, kevyt, hyvät sulkuominaisuudet omaava vaahtokerroksen sisältävä laminaatti korvaa alalla aiemmin käytetyt jäykät tai 5 puolikovat vaahdottamattomat, esimerkiksi polyesteristä valmistetut suoja-kaasupakkaukset. Materiaalin säästö on merkittävä keksinnön mukaista ratkaisua käytettäessä. Esimerkiksi yleisesti käytetyn vaahdottamattoman, amorfisen PET:n tiheys on 1,34 g/cm3, kun keksinnön mukaisessa laminaatissa vaahdotetun PET:n tiheys on välillä 0,7 - 1,0 g/cm3, joten keksinnön mukaisella 10 vaahtokerroksen sisältävällä laminaatilla saadaan raaka-aineen käyttöä tehostettua huomattavasti. Koska valmiin pakkauksen jäykkyys saadaan riittävän lujaksi tunnettuja, vaahdotettuja tuotteita paljon ohuemmalla kerroksella eli kerrospaksuudella 0,15-1,5 mm, on keksinnön mukainen laminaatti edullista materiaalin säästön kannalta, mikä puolestaan vaikuttaa edullisesti hävikki-, kulje-15 tus-, varastointi-, jäte- ym. kustannuksiin. Luonnollisesti raaka-ainetta vähemmän tarvitseva pakkaus on myös ekologisesti edullisempi ratkaisu. Erityisen merkittävää on myös se, että keksinnön mukainen, ohut ja kevyt, polyesteri-vaahtorakenteen sisältävä laminaatti on helposti saumattavissa ja saatavissa kaasujen ja kosteuden suhteen halutut sulkuominaisuudet omaavaksi pakkauk-. . 20 seksi vahingoittamatta pakattavaa tuotetta. Lisäksi laminaatti on mekaanisilta ,;··* ominaisuuksiltaan sellainen, että se täyttää käyttökohteiden asettamat muut • “ vaatimukset.

v ·' Keksinnön mukaisen puolikovan laminaatin käyttö on helppoa ja yk- »« · • *.·' sinkertaista sinänsä tunnettuja pakkauskoneita käyttäen. Pakkauskoneessa ei 25 tarvita normaalista poikkeavia kalliita erikoisvarusteita, kuten molemminpuolisia esilämmitysasemia, mäntä- tai "posiform"-muovaussysteemejä eikä erikoiss-tansseja leikkauksessa pakkausten irrottamisessa toisistaan. Pakkaamon tuot-: tavuus paranee keksinnön mukaisen materiaalin erinomaisen muovau- 4 \ * , *..' tuvuuden, saumautuvuuden ja leikkautuvuuden myötä.

’: * 30 Keksinnön mukainen pakkaus on helppo puristaa käytön jälkeen ka- » · •,: ! saan käsin, ja se myös pysyy puristetussa muodossa. Lisäksi se on helppo re-piä palasiksi, jolloin se menee esimerkiksi jäteastioissa pienempään tilaan kuin ’ · tavanomaiset vaahdotetut tai vaahdottamattomat materiaalit.

• » » ! Keksinnön mukaiselle menetelmälle keksinnön mukaisen muovila- ‘ ‘ 35 minaatin valmistamiseksi on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 9 tunnusmerkkiosassa.

109286 I ίο

Keksinnön mukaisen, vaahtokerroksen sisältävän laminaatin valmis-j tus suoritetaan laminointimenetelmällä seuraavalla tavalla: A) Vaahdotetun ja vaahdottamattoman polyesterikerroksen sisältävän ulkokerroksen 1 valmistus: 5 Perusraaka-aineena käytettävää polyesteriä, joita ovat edullisesti po- lyeteenitereftalaatti (PET), amorfinen polyeteenitereftalaatti (APET), glykolimodifioitu polyeteenitereftalaatti, polybuteenitereftalaatti, sykloheksy-leenimetyleenitereftalaatti tai -isoftalaatti ja niiden seokset, johdetaan kui-vaimeen, jossa kuivausilman kastepiste on alle -30 °C. Kuivausilman lämpötila 10 on vähintään 165 °C ja polyesterin kuivausaika kuivaimessa on 5 - 7 tuntia eli kunnes kuivatun polyesterin kosteuspitoisuus on alle 0,005 %, edullisesti alle 0,002 %. Kuivattu polyesteri syötetään ekstruuderiin tarvittavien lisäaineiden kanssa. Vaahdotettavan kerroksen 1.1 ekstruuderin syöttöaukkoon syötetään polyesterin lisäksi vaahdotusainetta 0,5 - 3 paino-%, edullisesti 1 - 2,5 paino-% 15 sekä tarvittavat muut lisäaineet, kuten väriaineet, tarttumisenestoaineet, liukuai-neet, täyteaineet, ydintäjäaineet, ym. Raaka-aineet valuvat painovoiman vaikutuksesta ekstruuderiin, jossa ne sekä lämmön vaikutuksesta, so. lämpötilassa noin 230 - 300 °C, edullisesti noin 250 - 290 °C, että paineen vaikutuksesta sulavat ja sekoittuvat. Vaahdottamaton ja vaahdotettu sulakerros yhdistetään ja . . 20 johdetaan sulakanavia pitkin tasosuulakkeeseen. Tasaisen syöttöpaineen ai-kaansaamiseksi ja lopputuotteen paksuusvaihteluiden minimoiseksi käytetään • · • edullisesti massapumppuja ekstruuderien jälkeen. Paine massapumpun jälkeen v : pidetään yli 5000 kPa.ssa (50 bar), mieluiten yli 6000 kPa.ssa (60 bar) ennenai- : V kaisen vaahdottumisen estämiseksi suulakkeessa. Suulakkeen lämpötila pide-j '.. 25 tään välillä 230 - 300 °C, edullisesti välillä 250 -290 °C. Sula massa jäähdy- tetään jäähdytettävän telaston avulla ja kelataan rullalle. Lopputuotteen paksuutta on mahdollista säätää pumppauspaineen säätämisellä, suulakkeen huu-; Ien avautumalla, kelausnopeudella sekä jäähdytyksen tehokkuudella siten, että ,'··! lopullisen levyn paksuus on välillä 0,15-1,5 mm ja tiheys yli 0,7 g/cm3, mutta : ‘ 30 alle 1,0 g/cm . Vaahdottamattoman kerroksen paksuus on noin 5-40 %, edulli- i i sesti noin 10-25 % levyn kokonaispaksuudesta.

B) Sisäkerroksen 2 yhdistäminen ulkokerrokseen 1: .·! · Edellä kuvatulla tavalla valmistetusta ulkokerroksesta 1 ja yhdestä tai * * · ! useammasta koekstrudoidusta kalvokerroksesta muodostetusta sisäkerrokses- > » ·

I t I

’ * 35 ta 2 valmistetaan laminaatti liimalaminoimalla, jolloin liimakerroksena toimiva välikerros levitetään joko uiko- tai sisäkerrokselle ja kerrokset yhdistetään puris- I 11 109286 tustelojen välissä jatkuvatoimisessa prosessissa. Liiman kovettumisen jälkeen laminaatti voidaan leikata haluttuun, esimerkiksi käytettävän pakkauskoneen vaatimaan leveyteen. On myös mahdollista liittää kerrokset toisiinsa käyttäen apuna lämpöenergiaa ja puristuspainetta tai muita tunnettuja liittämis-5 menetelmiä, kuten koekstrudointimenetelmää.

Sisäkerroksen 2 sisimmäisin kerros on polyeteeniä. Tartuntapoly-meerikerroksena voidaan käyttää esimerkiksi tyypillisiä polyesterin ja polyetee-nin välille tarkoitettuja polymeerejä, kuten anhydridillä modifioitua eteenin ja me-takryylihapon kopolymeeria. Sisäkerros 2 voi keksinnön mukaisesti sisältää 10 useampia kerroksia tuottamaan halutut sulkuominaisuudet valmiille laminaatille.

Seuraavissa esimerkeissä kuvataan tarkemmin esillä olevaa keksintöä.

Esimerkki 1

Amorfisesta polyeteenitereftalaatista koekstrudoitiin vaahdotettu levy 15 yhdessä vaahdottamattoman kerroksen kanssa edellä kuvatulla tavalla (kohta A). Koekstrudoidun levyn kokonaispaksuus oli 0,45 mm ja tiheys 0,82 g/cm3, ja ·.·. sen vaahdottamattoman osan paksuus oli noin 0,08 mm. Levy laminoitiin liima-:·. laminoimalla yhdessä 0,05 mm paksun, suojakerroksen sisältävän poly- eteenikalvon kanssa. Laminaatin kokonaispaksuus oli 0,5 mm.

. 20 Laminaatista valmistettiin pakkaus lämpömuovaamalla käyttäen läm- pömuovauskonetta Tiromat 3000 seuraavilla asetusarvoilla: : ” muovaussyvyys 50 mm ; muovausesilämpö

yläpuoli 105 °C

25 alapuoli 105 °C

·“; lämmitysaika 3,5 s

. \ saumauslämpö 125 °C

saumausaika 1,5 s * ·; · ’ Muovaus tapahtui alipaineen vaikutuksesta ilman männän mekaanis- 30 ta apua. Laminaatille saatiin riittävä muovautuminen sekä hermeettinen suljen-ta.

109286 12

Esimerkki 2

Esimerkissä 1 kuvatulla tavalla valmistettiin amorfisesta polyeteenite-reftalaatista levy, jonka kokonaispaksuus oli 0,26 mm ja tiheys 0,86 g/cm3, ja jossa vaahdottamattoman osan paksuus oli 0,04 mm. Edelleen esimerkin 1 5 mukaisesti valmistettiin 0,3 mm paksu laminaatti. Lämpömuovauskoneella muovattiin 20 mm syvä kuppi, johon yläpuolinen kalvo saumattiin kiinni käyttäen esimerkissä 1 mainittuja muovauskoneen ajoarvoja.

Esimerkki 3

Esimerkissä 1 kuvatulla tavalla valmistettiin amorfisesta polyeteenite-10 reftalaatista levy, jonka kokonaispaksuus oli 0,8 mm ja tiheys 0,81 g/cm3, ja jossa vaahdottamattoman osan paksuus oli 0,13 mm. Edelleen esimerkin 1 mukaisesti valmistettiin 0,85 mm paksu laminaatti. Lämpömuovauskoneella muovattiin 60 mm syvä kuppi, johon yläpuolinen kalvo saumattiin kiinni käyttäen esimerkissä 1 mainittuja muovauskoneen ajoarvoja.

15 Keksinnön mukaisia, polyesterivaahtokerroksen sisältäviä laminaat- teja verrattiin vastaaviin kirkkaisiin (vaahdottamattomiin) laminaatteihin sekä sel-Y; laisiin vaahdotettuiin laminaatteihin, joissa vaahdotettuna materiaalina oli poly-propeeni. Laminaateista mitatut mekaaniset arvot, murtolujuus, murtovenymä ja i ' ·; . repäisylujuus, on esitetty taulukossa 1.

. 20 Esitetyistä laminaateista muovattiin lisäksi samansyvyiset kupit, joi- ·’ den koko oli 114 x 223 mm ja syvyys oli 25 mm. Kupin kokoonpuristamiseen ·' " vaadittava voima määritettiin puristamalla muovattua kuppia muovauksen suun- s : nassa kokoon kahden, kupin reunojen yli menevän levyn välissä määrätty puris- tuspituus. Puristusnopeus oli 50 mm/min ja saavutettu maksimivoima määritet-Y·: 25 tiin INSTRON-vetokoneella yhden senttimetrin puristusetäisyydeltä. Tulos ilmoittaa muovatun kappaleen kokoonpuristamiseen tarvittavan voiman, jolla . \ kuvataan kappaleen jäykkyyttä ja mekaanista kestävyyttä.

’:;.: Testatut näytteet olivat seuraavat: * · *·;·' 1 Esimerkin 1 mukainen laminaatti 30 2 Kirkas vaahdottamaton PET/PE-laminaatti : * , j 3 Kirkas vaahdottamaton PET/PE-laminaatti 4 Esimerkin 2 mukainen laminaatti 5 Vaahdotettu PP/PE-laminaatti 6 Esimerkin 3 mukainen laminaatti 109286 13 j (0 3 -*—< (Λ ! z O 'TO r\j ^ o CM CO 2 O £ ™ CD CO m- O Ö JC > r— * * it F * * it J, it * * * * j ,, ) , o o i o * * it * o o ä* Ä SS OO t O COCO IOO oo

SS oo So CT) CO CT> Tf- OO

o3 T-S co-^" O CO Is- CO V

m =T Λ Λ Λ Λ Λ iii _

iP

*, *, Si .:.· 'π ο ε : ·.. -* >.

"M <= ... — φ . : : 5 > ί ,,, ι_ +* CM - - ί * ί **** * :.. ^ ^ (fC τ— ο cm com o h- cm cn f ·<-

; . · g CM M- CO C\l CO -t-τ- CM CM

. ." · ra 3 I -3, -=? ‘V ***** * ******

... O £ CO 00 COO CO CM t— CO rnrL OM O

·. ·; tigcMT-mm^r^tcMT-^^cMCM

E z • ; ‘: o :.: : _c ... ns ·...* .g- Λ1 m τ- o -sr co 5 Nr n m co n. cm m . . -φ ^ ^ CD CO CM CO h- : co

'. "· CD

5 o o o o o =J o o o τ- o m J2 p o m co co cm oo (0 g w. o' o' o‘ τ— o"

Cl E O

O

c ω %

:(0 «- CM CO Tj- m CO

c ! 14 109286

(a ASTM D-882 (b ASTM D-882 (c ASTM D-1922 (d WIPAK

5 * pituussuunta poikkisuunta

Tulosten perusteella voidaan todeta, että keksinnön mukaisesta la-minaatista muovattu vaahdotettu astiarakenne on vähintään yhtä jäykkä tai jäy-kempi kuin samanpaksuisesta tai lähes samanpaksuisesta vaahdottamat-10 tomasta PET/PE-laminaatista muovattu astiarakenne ja moninkertaisesti jäy-kempi kuin vaahdotetusta PP/PE-laminaatista muovattu astiarakenne.

Murtovenymä ja repäisylujuus kuvaavat materiaalin kovuutta ja haurautta. Verrattaessa tuloksia todetaan keksinnön mukaisella vaahdotetulla materiaalilla olevan vertailumateriaaliin nähden alhaisempi murtovenymän arvo eli 15 keksinnön mukainen materiaali murtuu pienemmällä rasituksella ja leikkautuu siten pakkauskoneessa helpommin kuin vertailumateriaali. Toisaalta pienempi y; repäisylujuus kuvaa materiaalin helppoa repäistävyyttä esimerkiksi käsin ja si- :·. ten myös helppoa hävitettävyyttä.

• I » , Näytteistä mitattiin myös laminaattien hapenläpäisevyys (cm3/m2; . 20 24h; 50 % RH) Oxtran-menetelmällä. Keksinnön mukaisissa laminaateissa ;. ·" (näytteet 1,4 ja 6) mittaus tehtiin laminaatissa käytetystä sisäkerroskalvosta 2.

: ‘ ‘ Tulokset on esitetty taulukossa 2.

Taulukko 2 y.i 25 ·]": näyte_1 2 3 4 5 6 ; y hapenläpäisevyys cm3/m2_4,5 10 16 4,5 5 4,5 » * ·

Claims (13)

109286

1. Pakkaustarkoituksiin käytettävä muovilaminaatti, joka käsittää muovimateriaalia olevan ulkokerroksen (1), useammasta muovikalvo- 5 kerroksesta muodostuvan sisäkerroksen (2) sekä valinnaisesti sisäkerroksen (2) ja ulkokerroksen (1) välissä olevan side- tai liimakerroksena toimivan välikerroksen (3), tunnettu siitä, että ulkokerros (1) on koekstrudoitu ja se muodostuu vaahdotettua polyesteriä olevasta ulommasta kerroksesta (1.1) ja vaahdottamatonta ' 10 polyesteriä olevasta sisemmästä kerroksesta (1.2), joka on lähempänä sisäkerrosta (2) kuin kerros (1.1), sekä valinnaisesti ulomman kerroksen (1.1) vastakkaisella puolella olevasta toisesta, vaahdottamatonta polyesteriä olevasta kerroksesta joka on ulommaisin kerros (1.3), ja sisäkerros (2), joka on polyolefiinipohjainen kerros, sisältää l 15 kaasutiiviyden antavan muovikalvokerroksen, joka edullisesti on polyamidia tai ( eteenin ja vinyylialkoholin kopolymeeria, sekä pakattavaa materiaalia vasten y: tulevana sisimmäisenä kalvokerroksena saumauskerroksen (2.1), joka on polyeteeniä, ja siitä, että sisäkerros (2) on liittyneenä ulkokerrokseen (1) joko suoraan tai « « · .! . 20 välikerroksen (3) välityksellä ja siitä, että ;. · laminaatissa ulkokerroksen (1) tiheys on suurempi kuin 0,7 g/cm3, • ” mutta pienempi kuin 1,0 g/cm3 ja ulkokerroksen (1) paksuus on välillä 0,15 -I * 1,5 mm, edullisesti 0,2 -1,0 mm.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen muovilaminaatti, tunnettu y.j 25 siitä, että ·]”: sisäkerros (2) on liittyneenä ulkokerrokseen (1) välikerroksen (3) . \ välityksellä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen muovilaminaatti, tunnettu siitä, että sisäkerroksen kaasutiiviyden antava kerros on liitetty :30 sisäkerroksen (2) muihin kerroksiin sidekerroksilla.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen muovilaminaatti, tunnettu siitä, että saumauskerros (2.1) on helposti avattava ns. peel-kalvokerros.

5. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen muovi-35 laminaatti, tunnettu siitä, että ulkokerroksessa (1) käytettävä polyesteri on polyeteenitereftalaatti (PET), amorfinen polyeteenitereftalaatti (APET), glykolimodifioitu polyeteenitereftalaatti, polybuteenitereftalaatti, sykloheksy- ! 16 109286 leenimetyleenitereftalaatti tai -isoftalaatti tai niiden seos, edullisesti poly-eteenitereftalaatti tai amorfinen polyeteenitereftalaatti.

6. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen muovi-! laminaatti, tunnettu siitä, että ulkokerros (1) sisältää vaahdotusaineen 5 sekä lisäksi valinnaisesti muita lisäaineita, kuten väriaineita, tarttumisen-estoaineita, liukuaineita, ydintäjäaineita ja/tai täyteaineita.

7. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen muovi-laminaatti, tunnettu siitä, että laminaatin paksuus on välillä 0,2 -1,6 mm, edullisesti 0,2-1,1 mm. 1 10

8. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen muovi- laminaatti, tunnettu siitä, että ulkokerroksen vaahdottamattoman kerroksen (1.2) paksuus tai vaahdottamattomien kerrosten (1.2 ja 1.3) yh-teispaksuus on 5 - 40 %, edullisesti 10-25 % ulkokerroksen (1) kokonaispaksuudesta. | 15

9. Menetelmä patenttivaatimuksessa 1 määritellyn pakkaustar- i koituksiin käytettävän muovilaminaatin valmistamiseksi, joka laminaatti käsit- Y; tää muovimateriaalia olevan ulkokerroksen (1), useammasta muovi-:·. kalvokerroksesta muodostuvan sisäkerroksen (2) sekä valinnaisesti sisäker- ... roksen (2) ja ulkokerroksen (1) välissä olevan side- tai liimakerroksena toimi- . 20 van välikerroksen (3), tunnettu siitä, että ulkokerros (1) muodostetaan koekstrudoimalla vaahdotettua polyesteriä oleva ulompi kerros (1.1) ja vaah-' dottamatonta polyesteriä oleva sisempi kerros (1.2) sekä valinnaisesti ulomman kerroksen (1.1) vastakkaisella puolella oleva toinen vaahdottamatonta polyesteriä oleva kerros, joka on ulommaisin kerros (1.3), ulkokerrokseksi (1), 25 ja ulkokerroksen vaahdottamattomaan sisempään kerrokseen (1.2) liitetään -' ': sisäkerros (2) joko suoraan tai välikerroksen (3) välityksellä.

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen menetelmä, tunnettu sii-';;, ’ tä, että ulkokerros (1) liitetään sisäkerrokseen (2) laminoimalla.

11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukaisen muovilaminaatin 30 käyttö elintarvikkeiden, erityisesti herkästi pilaantuvien elintarvikkeiden pak- :' ·.: kausmateriaalina.

12. Jonkin patenttivaatimuksista 1-8 mukaisen muovilaminaatin käyttö sairaalatarvikkeiden pakkausmateriaalina.

13. Pakkaus erityisesti elintarvikkeiden pakkaamista varten, 35 tunnettu siitä, että jossain patenttivaatimuksista 1-8 määritellystä muovilaminaatista on valmistettu lämpömuovaamalla halutun muotoinen astia (4), joka on saumattavissa kiinni yläpuoliseen kanteen (5). i 109286