FI98636C - Muovimateriaali pakkauksia varten - Google Patents

Description

98636

Muovimateriaali pakkauksia varten Plastmaterial för forpackningar 5 Keksintö kohdistuu piilattavaan polymeeriseokseen ja menetelmään sen valmistamiseksi seka polymeeriseoksesta valmistettuihin kalvoihin, levyihin ja laminaatti- ja päällystystuotteisiin.

Pakkausteollisuudessa on tavanomaista, että tuote pakataan muovikalvon tai kovan 10 muovipakkauksen sisälle ja pakkaus saumataan kiinni. Sauman tulee pysyä kuljetuksen ja varastoinnin aikana tiiviinä ja kestää mekaanista rasitusta. Vaatimuksena on, että pakkaus saadaan avattua niin, ettei sisällä oleva tuote vaurioidu, mutta lisääntyvässä määrin on myös tarpeen, että itse pakkaus ei avattaessa vaurioidu, vaan sauma irtoaa helposti käsin vetämällä ilman saksia tai muita työkaluja eli piilautuu. Pakkausta 15 saatetaan käyttää vielä aukaisemisen jälkeenkin vaikkapa ruoan taijoilu- tai lämmitysastiana (esim. jugurtti, mikroruoat) tai tuotetta ei kerralla oteta pois, vaan säilytetään avatussa pakkauksessa (murot, makeiset).

Piilattava sauma voidaan määritellä kahden kalvon tai levyn välisenä saumana tai 20 liitoksena, joka on tehty kuumasaumaamalla tai pulssisaumaamalla ja jolla on se ominaisuus, että se voidaan avata käsin vetämällä. Sauma voi olla kahden kalvon tai levyn välinen tai kalvon tai levyn ja jonkin alaradan välinen. Riippuen alaradasta erillinen adheesiokerros substraatin ja kalvon tai levyn välissä voi joskus olla taipeen.

25 Piilattavien saumojen käyttö erilaisissa pakkauksissa on tekniikan kehittyessä yleistynyt nopeasti. Erityistä tarvetta on elintarviketeollisuuden piirissä, jossa käyttökohteita on kaikilla aloilla, esimerkiksi meijerituotteet (juustot, rasvat, jugurtit ym), pakastetuotteet, einesruoat, säilykkeet, liha ja lihajalosteet, erilaiset muro-ja makeispakkaukset. Erityisen nopeasti kasvavana ryhmänä ovat valmiit, lähinnä mikroaaltouunissa lämmitettäväksi 30 tarkoitetut einesruoat ja säilykkeet.

Piilattavissa seoksissa on käytetty yleisimmin yhtenä komponenttina polybuteenia ja 2 98636 toisena eteenipolymeeria, useimmiten eteeni/vinyyliasetaattikopolymeeria (EVA) tai matalatiheyksistä polyeteeniä (LDPE). Seoksissa voi olla mukana myös polypropeenia. Esimerkiksi julkaisussa US4759984 on esitetty polymeerikoostumus, jossa pääkom-ponenttina on EVA (75-92 p-%) ja siihen on sekoitettu pienempiä määriä polybuteenia 5 (6-25 p-%) ja polypropeenia (2-15 p-%). Substraatiksi soveltuu erityisesti polyamidi tai polykarbonaatti.

Patenttijulkaisussa EP213698 on esitetty koostumus, jossa polybuteenia on enemmän kuin 50 p-% ja muu osa on polypropeenia sekä eteenipolymeeria (EVA, HDPE, LDPE, 10 LLDPE). EP-patentissa 178061 on puolestaan on seos, jossa on 65-85 % eteenin homo-tai kopolymeeria (mieluiten LDPE tai EVA), 5-30 % polybuteenia ja 3-15 % propeenipolymeeria.

Patenttijulkaisussa EP196727 on esitetty monikerrosrakenne, jossa on yksi kerros 15 polymeeriseosta, joka sisältää 65-95 p-% lineaarista matalatiheyksistä polyeteeniä (LLDPE) ja 5-35 p-% polypropeenia ja/tai polyisobuteenia.

Patenttihakemuksessa FI925182 on esitetty piilattava polymeerikoostumus, joka sisältää 65-95 p-% eteeni/butyyliakrylaattikopolymeeria ja 35-5 p-% styreenillä oksastettua 20 eteenipolymeeria, joka on edullisesti eteeni/butyyliakrylaatti- tai eteeni/vinyyliasetaattikopolymeeri. Ongelmana on kuitenkin ollut, ettei eteeni/butyyliakrylaattikopolymeeri ole toistaiseksi saanut FDA:n hyväksyntää suoraan elintarvikekontaktiin. Toisaalta myöskin sauman lujuudessa polystyreenialaradan kanssa on puutteita. Erilaiset polystyreenikupit ja astiat ovat hyvin yleisesti käytettyjä 25 elintarvikealalla.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi polymeerikoostumus, joka on saumattava ja piilattava erittäin laajalla lämpötila-alueella. Tunnusomaista keksinnön mukaiselle polymeerikoostumukselle on, että se sisältää 5-80 paino-% 30 vinyylimonomeerilla, edullisesti styreenillä, oksastettua eteeni/alkyyli(met)akrylaatti-kopolymeeria ja 95-20 paino-% eteenikopolymeeria, kuitenkin poissulkien koostumuksen,

II

3 98636 jossa käytetään oksastamattomana kopolymeerina eteeni/butyyliakrylaattikopolymeeria. Edullisimmin eteenikopolymeeri on eteeni/metyyli(met)akrylaatti-, eteeni/etyyli(met)-akrylaatti- tai eteeni/vinyyli-asetaattikopolymeeri. Eteeni/metyyliakrylaattikopolymeeri voi sisältää metyyliakrylaattia 5-40 paino-%, edullisesti 16-25 paino-%.

5 Eteeni/etyyliakrylaattikopolymeerin etyyliakrylaattipitoisuus on 10-30 paino- %. Eteeni/vinyyliasetaattikopolymeerin vinyyliasetaattipitoisuus on 10-30 paino- %. Keksinnön mukaisella polymeeriseoksella saadaan aikaan erityisen tiukka, mutta silti hyvin pidättävä sauma myös polystyreenialarataan. Käytettävillä kopolymeereilla on FDA:n hyväksyntä suoraan elintarvikekontaktiin.

10

Eteenikopolymeeri voidaan oksastaa vinyylimonomeerilla kaikilla tavanomaisilla oksastusmenetelmillä tai edullisesti impregnoimalla vinyylimonomeeri ja vapaaradikaali-initiaattori eteenipolymeeripelletteihin ja polymeroimaila sen jälkeen korotetussa lämpötilassa. Impregnointi voi tapahtua vedettömissä olosuhteissa, lisäämällä hiukan vettä 15 tai lisäämällä vettä, kun kun vinyylimonomeerista on impregnoitunut yli puolet tai kokonaan runsaan veden läsnäollessa. Polymerointi tapahtuu vesisuspensiossa. Edullisia menetelmiä vinyylimonomeerilla oksastukseen on kuvattu suomalaisissa patenteissa FI85496, FI86642 ja patenttihakemuksessa FI920359. Polymeroituneen vinyylimonomeerin pitoisuus oksastetussa eteenikopolymeerissa on 10-70 paino- %, 20 edullisesti 40-60 paino-%.

Polymeeriseos valmistetaan tavanomaisilla polymeeriseosten valmistusmenetelmillä, kuten sulasekoittamalla 1- tai 2-ruuviekstruuderilla tai Banbury-sekoittimessa. Myös kuivasekoitusta voidaan käyttää.

25

Polymeeriseokset voivat sisältää myös pieniä määriä tavanomaisia polymeerien lisäaineita, kuten antioksidantteja, tarttumista tai samentumista estäviä aineita, anti-staattisia aineita jne.

30 Keksinnön mukaista seosta voidaan käyttää tavanomaisten piitattavia saumoja sisältävien pakkaustuotteiden valmistamisessa. Polymeeriseoksesta voidaan valmistaa puhallus- tai 4 98636 tasokalvoja ja -levyjä sekä laminaatti- ja päällystystuotteita, jotka ovat piitattavia. Lisäksi voidaan tehdä monikerrosrakenteita, joissa yhtenä kerroksena on on keksinnön mukainen seos. Keksinnön mukaisille polymeeriseoksille on tyypillistä, että ne soveltuvat erittäin hyvin eri alusratojen päällä, kuten paperi, orientoitu polypropeeni, polyamidi, 5 polyeteenitereftalaatti.

Alaradaksi sopivat tavanomaiset pakkauksissa käytettävät materiaalit kuten polystyreeni, polypropeeni, polyeteeni ja polyetyleenitereftalaatti. Myös muovilla, esimerkiksi polyeteenillä, päällystettyä kartonkia voidaan käyttää.

10

Keksintöä kuvataan tarkemmin seuraavien esimerkkien avulla.

Esimerkeissä tutkittiin keksinnön mukaisten polymeeriseosten piilautumisalueita ja sauman lujuuksia. Sovellutuksina olivat ekstruusiopäällystys ja puhalluskalvot. Kokeissa 15 käytettiin seuraavia muovimateriaaleja: LD-polyeteeni = NCPE 4524 HD-polyeteeni = NCPE 0985

Eteeni/metyyliakrylaattikopolymeeri, E/MA = NCPE 5620, akrylaattipitoisuus 20 % 20 Eteeni/etyyliakrylaattikopolymeeri, E/EA = NCPE 5860, akrylaattipitoisuus 19 % Eteeni/vinyyliasetaattikopolymeeri, E/VA = NCPE 5118, vinyyliasetaattipit. 18 % Styreenillä oksastettu E/MA = NCPE 5475, polystyreenipitoisuus 50 %

Styreenillä oksastettu E/EA = SEEA, polystyreenipitoisuus 50 % 25 Kaikki edellä mainitut polymeerit ovat Borealis Polymers Oy: n valmistamia. Materiaalien ominaisuuksia on esitetty taulukossa 1. Sulaindeksin määrityksessä on käytetty menetelmää ISO 1133 ja sulamispisteen määrityksessä ISO 3146.

5 98636

Taulukko 1. Materiaalien ominaisuuksia polymeeri sulaindeksi g/10 min sulamispiste

(190 °C, 2,16 kg) °C

NCPE4524 4,5 112 5 NCPE 0985 0,5 125 NCPE 5620 6,0 77 NCPE 5860 7,0 80 NCPE 5118 2,0 85 NCPE 5475 0,7 77 10 SEEA 1,5 95

Esimerkki 1 15 Beloit ekstruusiopäällystyslinjalla valmistettiin sarja saumausnäytteitä. Lämpötila-asetus polyeteenille (LDPE) oli 320 °C ja palattaville seoksille 280 °C. Ajonopeus oli 100 m/min. LDPE-kerroksen paksuus oli 15 g/m2 ja palattavan kerroksen paksuus 25 g/m2.

Saumausnäytteet olivat seuraavat: 20

1. Paperi / LDPE / 80 % E/MA + 20% SEMA

2. Paperi / LDPE / 80 % E/MA + 20 % SEEA

Näytteistä leikattiin kansia, joiden halkaisija oli 75 mm ja ne saumattiin polypropeeni-25 ja polystyreenikuppeihin KOPP’in laboratoriosaumauslaitteella. Laitteessa käytettiin tasaista teflonoitua kuppisaumausleukaa. Saumausaika oli 0,5 s, saumauspaine 0,5 N/mm2. Tulokset on esitetty taulukoissa 2 ja 3. Lämpötila-alue, jolla sauma on 6 98636 piitattavissa oli polypropeenikupilla noin 190-250 °C ja sauman avautumisvoima 3-14 N sekä lämpötila-aluepolystyreenikupilla oli noin 150-260 °C ja sauman avautumisvoima 4-14 N. Lämpötila-alue vaihtelee hiukan polymeeriseoksen koostumuksesta riippuen.

5 Taulukko 2.

Ekstruusiopäällystys, polypropeenikuppi. Saumattavuus ja saumojen lujuudet.

Koeajo n:o Lämpötila Avautumisvoima Piilautumia-voima piilattavuua (alussa) (myöhemmin)

•CNN

1 150 4,4 1,3 piilattava 160 4,4 1,5 piilattava 170 4,5 1,6 piilattava 180 4,5 1,6 piilattava 190 4,5 1,8 piilattava 200 4,9 2,0 piilattava 210 6,0 2,1 piilattava 220 7,3 2,4 piilattava 230 8,8 2,5 piilattava 240 11,6 3,8 piilattava 250 11,7 3,9 piilattava 260 14,3 4,2 piilattava 10 2 160 6,5 1,5 piilattava 170 6,7 1,5 piilattava 180 8,0 1,6 piilattava 190 8,5 1,7 piilattava 200 9,0 2,0 piilattava 210 10,1 2,0 piilattava 220 10,2 2,2 piilattava 230 13,5 3,6 piilattava 240 15,1 3,9 piilattava 250 16,0 4,0 piilattava 260 16,0 4,1 piilattava li

Taulukko 3.

Ekstruusiopäällystys, polystyreenikuppi. Saumattavuus ja saumojen lujuudet.

7 98636

Koeajo n:o Lämpötila Avautumisvoima Piilautumis-voima piitatta vuus (alussa) (myöhemmin)

•CNN

5 1 190 7,5 1,5 piitattava 200 9,0 2,0 piitattava 210 12,5 2,6 piitattava 220 15,4 2,8 piitattava 230 17,1 3,0 piitattava 240 18,0 3,4 piitattava 250 20,1 3,6 piitattava 2 190 4,9 1,4 piitattava 200 7,6 1,9 piitattava 210 15,0 2,4 piitattava 220 15,1 3,0 piitattava 230 20,0 3,1 piitattava 240 19,5 3,5 piitattava 250 19,7 3,9 piitattava 10 Esimerkki 2

Sekoitettiin kuivaseoksena 20 paino-% styreenillä oksastettua eteeni/metyyliakrylaat-tikopolymeeria (SEMA, NCPE 5475) ja 80 paino-% eteeni/metyyliakrylaatti-kopolymeeria (E/MA, NCPE 5620). Reifenhäuser-puhalluskalvolinjalla ajettiin 15 kaksikerroskalvoa, jonka rakennekerroksena oli HD-polyeteeni (NCPE 0985) ja piitattavana kerroksena edellä mainittua polymeeriseosta. Rakennekerroksen paksuus oli 150 /ituja palattavan kerroksen paksuus 30 /tm. Puhallussuhde (blow-up ratio) kalvoa ajettaessa oli 2,5. HD-polyeteeniekstruuderin lämpotilaprofiili oli 190-210-210-220-220-220-220-220 ja palattavan seoksen ekstruuderin 150-170-170-180-190-220-220-220, 20 jolloin lämpötila suuttimessa oli 220 °C.

8 98636

Kalvoista leikattiin kansia, joiden halkaisija oli 75 mm, ja ne saumattiin KOPP-laboratoriosaumauslaitteella, jossa oli kupin saumaamiseen tarkoitettu tasainen teflonoitu saumausleuka. Saumausaika oli 0,5 s ja saumauspaine 0,5 N/mm2. Lämpötila-alue, jolla sauma oli piilattavissa polypropeenikupista oli 190-220 °C. Sauman avaamislujuus oli 5 3-7 N. Vastaavasti lämpötila-alue, jolla sauma oli piilattavissa polystyreenikupoista oli 180-240 °C ja sauman avaamislujuus oli 5-9 N. Tarkemmat tulokset on esitetty taulukossa 4.

Taulukko 4a.

10 Puhalluskalvo. Saumattavuus ja saumojen lujuudet. Polypropeenikuppi Lämpötila Avautumis- Piilautumis- piilattavuus voima voima (alussa) (myöhemmin)

15 °C

N N

190 3,1 0,7 piilattava 200 3,4 0,8 piilattava 210 6,2 1,5 piilattava 220 6,9 1,6 piilattava 20 230 18,0 2,8 piilattava

Taulukko 4b.

Puhalluskalvo. Saumatta vu us ja saumojen lujuudet. Polystyreenikuppi 9 98636 5 Lämpötila Avautumis- Piilautumis- piilattavuus voima voima (alussa) (myöhemmin)

°C

N N

180 5,2 0,9 piilattava 10 190 5,2 1,1 piilattava 200 7,1 1,3 piilattava 210 8,2 1,5 piilattava 220 8,4 2,1 piilattava 230 8,7 2,2 piilattava 15 240 8,8 2,3 piilattava

Esimerkki 3 70 Tehtiin kuten esimerkissä 2, mutta käytettiin 20 % styreenillä oksastettua eteeni/metyyliakrylaattikopolymeeria (SEMA) ja 80 % eteeni/etyyliakrylaatti- kopolymeeria (E/EA).

Lämpötila-alue, jolla sauma oli pidättävissä polypropeenikupista oli 190-230 °C, sauman . 25 avaamislujuus 2-12 N. Vastaavasti lämpötila-alue polystyreenikupista oli 190-240 °C ja sauman avaamislujuus 2-3 N. Tulokset on esitetty taulukossa 5.

Taulukko 5a.

Tasokalvo. Saumattavuus ja saumojen lujuudet. Polypropeenikuppi 10 98636 Lämpötila Avautumis- Piilautumis- piilattavuus 5 voima voima (alussa) (myöhemmin)

°C

N N

190 1,9 0,2 pidättävä 200 1,9 0,3 pidättävä 10 210 2,6 0,5 pidättävä 220 6,9 1,3 pidättävä 230 9,8 2,2 pidättävä 240 12,3 2,6 pidättävä 15 Taulukko 5b

Tasokalvo. Saumattavuus ja saumojen lujuudet. Polystyreenikuppi Lämpötila Avautumis- Piilautumis- piilattavuus voima voima 20 (alussa) (myöhemmin)

°C

N N

190 1,7 0,7 pidättävä 200 1,7 0,7 pidättävä 210 3,4 0,8 pidättävä 2.5 220 4,1 1,0 pidättävä 230 4,0 1,2 pidättävä 240 4,0 1,7 pidättävä

II

11 98636

Esimerkki 4

Tehtiin kuten esimerkki 2, mutta sekoitettiin 20 % SEMA (NCPE 5475) ja 80 % E/VA (NCPE 5118). Lämpötila-alue, jolla sauma oli piilattavissa polystyreenikupista, oli 190-5 240 °C ja sauman avaamislujuus oli 4-7 N.

Esimerkki 5

Tehtiin kuten esimerkki 2, mutta sekoitettiin 20 % SEMA (NCPE 5475), 40 % E/VA 10 (NCPE 5118) ja 40 % E/EA (NCPE 5860). Lämpötila-alue, jolla sauma oli piilattavissa polystyreenikupista, oli 190-280 °C ja sauman avaamislujuus oli 4-14 N.

Esimerkki 6 15 Tehtiin kuten esimerkki 2, mutta sekoitettiin 40 % SEMA (NCPE 5475), 60 % E/MA (NCPE 5620). Lämpötila-alue, jolla sauma oli piilattavissa polypropeenikupista, oli 190-270 °C ja sauman avaamislujuus oli 5-9 N.

Esimerkki 7 20

Tehtiin kuten esimerkki 2, mutta sekoitettiin 60 % SEMA (NCPE 5475), 40 % E/MA (NCPE 5620). Lämpötila-alue, jolla sauma oli piilattavissa polypropeenikupista, oli 210-260 °C ja sauman avaamislujuus oli 4-10 N.

Claims (11)

98636

1. Saumattava ja piitattava polymeeriseos tunnettu siitä, että se sisältää 5-80 paino-% vinyylimonomeerilla oksastettua eteeni/alkyyli(met)akrylaattikopolymeeria ja 95-20 5 paino-% eteenikopolymeeria, joka ei ole eteeni/butyyliakrylaattikopolymeeri.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen seos tunnettu siitä, että se sisältää 15-60 paino-% vinyylimonomeerilla oksastettua eteeni/alkyyli(met)akrylaattikopolymeeria ja 85-40 paino-% eteenikopoly meeria, joka ei ole eteeni Ajutyyliakrylaattikopolymeeri. 10

3. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen seos tunnettu siitä, että eteenikopolymeeri on eteeni/metyyliakrylaattikopolymeeri, jossa metyyliakrylaattipitoisuus on 5-40 paino-%.

4. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen seos tunnettu siitä, että eteenikopolymeeri on 15 eteeni/etyyliakrylaattikopolymeeri, jossa etyyliakrylaattipitoisuus on 10-30 paino-%.

5. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen seos tunnettu siitä, että eteenikopolymeeri on eteeni/vinyyliasetaattikopolymeeri, jossa vinyyliasetaattipitoisuus on 10-30 paino-%.

6. Patenttivaatimusten 1 tai 2 mukainen seos tunnettu siitä, että vinyylimonomeeri on styreeni.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen polymeeriseos tunnettu siitä, että polystyreenipitoisuusoksastetussaeteeni/alkyyliakrylaattikopolymeerissaonl0-70paino- 25 %.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen seos tunnettu siitä, että polystyreenipitoisuus oksastetussa eteeni/alkyyliakrylaattikopolymeerissa on 40-60 paino-%.

9. Menetelmä saumattavan ja piilattavan polymeeriseoksen valmistamiseksi tunnettu siitä, että 5-80 paino-% vinyylimonomeerilla oksastettua II 98636 eteeni/alkyyliakrylaattikopolymeeria ja 95-20 paino-% eteenikopolymeeria, joka ei ole eteeni/butyyliakrylaattikopolymeeri, sekoitetaan keskenään joko sulassa tilassa tai kuivasekoittamalla.

10. Pakkauskalvo tai levy tunnettu siitä, että se on valmistettu jonkin patent tivaatimuksen 1-8 mukaisesta polymeeriseoksesta.

11. Kerrosrakenne tunnettu siitä, että yhtenä kerroksena on jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukaista polymeeri seosta. 10 98636