JP2020521656A - ラミネートされた包装材料、それから製造される包装容器、及びラミネート材料を製造するための方法 - Google Patents

ラミネートされた包装材料、それから製造される包装容器、及びラミネート材料を製造するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、包装の開封性に対する包装の完全性のバランスを取るためのバルク層とバリア層部分とポリマー層との構造を含む、ラミネートされた液状食品包装材料に関する。本発明は、更に、ラミネートされた包装材料を製造するための方法、及びラミネートされた包装材料を含む、液状食品包装のための包装容器に関する。

Description

本発明は、歪みでの亀裂に敏感なバリア層又はバリアコーティングを有する、液体を包装するラミネートされた包装材料、及びラミネートされた包装材料を製造するための方法に関する。
更に、本発明は、ラミネートされた包装材料を含む、又はラミネートされた包装材料から作製された包装容器に関する。
液状食品用の一回使用して使い捨てるタイプの包装容器は、板紙又はカートンをベースにする包装用ラミネートから製造されることが多い。よく見られるそのような包装容器の一つは、Tetra Brik Aseptic(登録商標)という商品名で市販されており、長期常温貯蔵用に販売される液状食品、例えば、牛乳、フルーツジュース等の無菌包装に主に用いられている。この公知の包装容器における包装材料は、典型的には、紙又は板紙のバルク層と、外側の熱可塑性物質の液密層とを含むラミネートである。例えば、無菌包装、及び牛乳又はフルーツジュースの包装を目的として、包装容器を気密に、特に酸素気密にするために、これらの包装容器におけるラミネートは、通常、少なくとも1つの追加層、最も一般的にはアルミニウム箔を含む。
ラミネートの内側、すなわち、ラミネートから生成された容器の、充填された食品内容物に面することが意図される側には、アルミニウム箔上に施された最内層があり、この最内部の内側層は、接着性ポリマー及び/又はポリオレフィン等のヒートシール性熱可塑性ポリマーを含む1つ又は幾つかの部分層からなり得る。バルク層の外側にも、ヒートシール性最外層がある。
包装容器は、一般に、包装材料のウェブ又は既製のブランクから包装の形成、充填、及び封緘を行うタイプの近代的な高速包装機械によって生成される。よって、包装容器は、最内及び最外部のヒートシール性熱可塑性ポリマー層を一緒に融着することによりウェブの縦方向の両端を重なり合う接合部で互いに一体化させることによって、ラミネートされた包装材料のウェブを筒状物に再形成することによって生成することができる。筒状物には意図される液状食料製品が充填され、その後、筒状物内の内容物のレベルより下で互いから所定の距離をおいて管状物の横方向の封緘を繰り返すことによって、個々の包装に分割される。包装は、横方向の封緘部に沿って切開することによって筒状物から分離され、包装材料に準備された折り線に沿って折り畳み形成することによって所望の幾何学的構成、通常は平行六面体又は直方体が与えられる。
この連続的に筒状物形成、充填、及び封緘を行う包装法の概念の主な利点は、筒状物形成の直前にウェブを連続的に滅菌できることであり、よって無菌包装法の可能性を提供できることである。無菌包装法とは、充填しようとする液状内容物だけでなく包装材料自体も細菌が低減され、充填された製品中に微生物が増殖するリスクを伴わずに、充填された包装を室温であっても長時間貯蔵することができるように、充填された包装容器が清浄な条件下で生成される方法である。Tetra Brik(登録商標)型の包装法の別の重要な利点は、上で述べたように、費用効率に相当な影響を及ぼす連続高速包装が可能なことである。
典型的には、1時間当たり何千もの包装を調製することができる。例えば、Tetra Pak (登録商標) A3/speedは、1時間当たり約15000個の包装(0.9リットル以上のファミリーサイズの包装容器)、及び1時間当たり約24000個の包装容器(ポーションパック)を製造することができる。
敏感な液状食品、例えば、牛乳又はジュース用の包装容器も、本発明のラミネートされた包装材料のシート状ブランク又は既製のブランクから生成することができる。平らに折り畳まれた包装用ラミネートの管状ブランクから、包装は、まず第一に、ブランクを組み上げて開口した管状容器カプセルを形成し、そのうちの一方の開口端を、一体化した端部パネルを折り畳んでヒートシールすることによって閉じることによって生成される。このように閉じられた容器カプセルは、その開口端を通して対象の食料製品、例えばジュースで充填され、その後、その開口端は、対応する一体化した端部パネルを更に折り畳んでヒートシールすることによって閉じられる。シート状及び管状ブランクから生成される包装容器の例は、従来のいわゆるゲーブルトップ包装である。このタイプの包装には、プラスチックから作製された成型頂部及び/又はねじ蓋を有するものもある。
公知の包装用ラミネートは、慣用的には貯蔵リールから巻き出される紙又は板紙のウェブから生成されるが、それと同時にアルミニウムのウェブが対応する貯蔵リールから巻き出される。二つの巻き出されたウェブは互いに一緒にされ、両方とも二つの隣接する回転筒の間のニップを通して誘導され、それと同時にラミネートする材料、通常は低密度ポリエチレン(LDPE)が、溶融ポリマーフィルム又はポリマーカーテンに押出され、このようにして該材料がウェブの間に施されて、アルミニウムのウェブが紙又は板紙のウェブに恒久的に接合される。紙又は板紙のウェブは、その後、ポリエチレン、通常は低密度ポリエチレン(LDPE)の液密コーティングを両側に施され、次いで後日の輸送及び取り扱いのために完成した包装用リールに巻き取られる。
ヒートシール特性及び液状食品包装の品質を向上させるために、ヒートシール最内層にメタロセン触媒による直鎖低密度ポリエチレン(mLLDPE)を用いる開発が為された。mLLDPEポリマーは、押出及び成型操作で溶融加工するのが困難であった。そのため、包装用ラミネートの製造における開発は、それらを他のポリマー、通常はLDPEポリマーとブレンドするように為された。
国際公開第98/26994号は、ヒートシール性最内層がmLLDPEと10〜50wt%のLDPEとのブレンドである、同様の包装材料構造について記載している。板紙をアルミニウムバリア箔にラミネートする層は、LDPE、mLLDPE、又はそれらのブレンドであってもよい。国際公開第98/26994号では、ラミネートする層にブレンドが用いられるならば、10〜20g/mのより少ない分量が推奨される。しかし、この開発は失敗し、継続されることはなかった。適正なブレンドを見出すことが、その時予想されていたよりも難しいことが判明した。
欧州特許第1164085(B1)号は、その後に出願され、認可された特許であり、同様のラミネートされた包装材料について記載している。この材料は、メタロセン触媒による直鎖低密度ポリエチレン(mLLDPE)を含むヒートシール性最内層を有し、この層は、mLLDPEと低密度ポリエチレン(LDPE)とのブレンドであることが好ましく、このブレンド材料は、0.900〜0.915kg/dmの密度、88〜103℃のピーク融解温度、5〜20g/10分のメルトフローインデックス、及び1.4〜1.6の膨潤比を有し、最内層の厚さは20〜50μmである。同じポリマーブレンドが、板紙の外側の最外層、並びに板紙とアルミニウム箔のバリア層とを一緒にラミネートしているラミネート層に使用されてもよい。
実際には、これらのタイプの商用の包装用ラミネートでは、ブレンドされたmLLDPE成分は、ヒートシール性最内層にだけ使用されたが、一方、ラミネートする層、すなわち板紙とアルミニウム箔との間の層、及び外側の層には、LDPEが継続して使用された。mLLDPEを含有するポリマーは、より強く且つより丈夫であるために、そのようなブレンド層を幾つか含むと、それらは高過ぎる靱性を包装用ラミネートに与えて、ラミネートされた材料をミシン目に沿って若しくは開口具を用いて破いて開けることが難しくなるか、又はストロー穴を通してストローで突き通すことが難しくなることが分かった。
欧州特許第1507660(B1)号には、良好なヒートシール特性及び溶融加工特性を維持しながら、上述のタイプの包装用ラミネートの開封特性を向上させるように適合された内側のヒートシール性ポリマー層構成が開示されている。そのようなラミネートは、実際に、すなわち商用材料にも使用されるが、幾つかの特性が向上した一方で、それによって製造の複雑性が追加され、製造費が高くなることに関係する。そのようなラミネートされた材料では、内側層は、アルミニウムバリア箔から数えて、接着性ポリマーの薄層、LDPE層、及びmLLDPEと好ましくは30wt%〜40wt%のLDPEとのブレンドの最内層である。ラミネートする層及び外側の層に、LDPEポリマーはそれでも使用されている。
これらの包装材料費の削減は、更に、ラミネートの様々な層の厚さをダウンゲージすることによって為し得ると思われる。
しかし、これによって、充填され、封緘された包装容器の機械的強度及び包装の完全性だけでなく、材料のバリア性も損なわれるリスクが増大することになるおそれがある。その代わりに、様々な層の厚さを増加して、困難な状況下で高品質に達するように守るのが通常であった。これは、原料費から考えれば少々高くなるということになるが、より重要なのは、今日の包装用ラミネートの大部分のポリマー材料が依然として化石原料源から作り出されているという点で、環境持続可能性に反作用することである。ラミネート中のポリマーの量を必要以上に増加するのは望ましくない。
更に、ポリマー層の量及び厚さを増加すると、異なる包装性能の問題も引き起こし、パックされた食料製品の保存寿命、すなわち、貯蔵期間に負の影響を及ぼすおそれがある。
技術的性能に関する別の側面を、費用及び効率の理由でも考慮しなければならない。すなわち、ラミネーションプロセスにおける材料の加工性である。これは、様々な押出及びラミネーション操作において材料がどのように溶融加工可能であるか、並びに異なる包装仕様の間でのポリマー及び押出機構成体の変更により、製造プロセスにおいて何回の停止及び変更が必要になり得るかということに関する。ラミネーションプロセスは、通常、300m/分以上、例えば400m/分以上、例えば500m/分以上、例えば600m/分以上で実施される。
国際公開第98/26994号 欧州特許第1164085(B1)号 欧州特許第1507660(B1)号
したがって、現在の技術水準を向上させ、上述の問題の少なくとも一部を解決し、改良された包装材料を提供することが目的である。
特に、液状又は半液状食料製品を包装するための、記載したタイプの板紙ベースの包装用ラミネートの向上を実現し、それによって、開封特性を維持した状態で包装の完全性及び酸素等のガスに対するバリア性が向上した充填済み包装の製造を可能にすることが目的である。
別の目的は、改良された板紙ベースの包装用ラミネートを提供し、それによって、包装の完全性及び酸素等のガスに対するバリア性を維持した状態で開封性が向上した充填済み包装の製造を可能にすることである。
更なる目的は、改良された板紙ベースの包装用ラミネートを提供し、それによって、包装の完全性及び酸素等のガスに対するバリア性だけでなく、開封性も向上した充填済み包装の製造を可能にすることである。
別の更なる目的は、ラミネートされた包装材料を高生産効率で提供すること、すなわち、高ラミネーション速度で製造可能なラミネートされた包装材料を提供することである。
高充填−包装速度を維持した状態で、ラミネートされた包装材料から、高品質の充填及び封緘済み包装容器を提供できるようにすることが、なお更なる目的である。
これらの目的のうちの幾つか又は全ては、添付の特許請求の範囲に規定される通りのラミネートされた包装材料、ラミネートされた包装材料を製造する方法、並びにそれらから作製される包装容器によって、本発明に従って達成可能である。
本発明の第1の態様によれば、液体カートン包装用ラミネートであって、以下のラミネートされた層部分:
a.熱可塑性ポリマーの液密なヒートシール性最外層であり、最外とは、包装用ラミネートから作製された包装容器の外側に向いていることを意味する、最外層、
b.カートン又は板紙のバルク層であり、バルク層の外側に液密なヒートシール性最外層が施された、バルク層、
c.バリア層部分、
d.バルク層の反対側の内側をバリア層部分に接合する、ラミネーション層部分、
e.バリア層の反対側の内側に施された、液密なヒートシール性ポリマーの最内層部分、
f.任意選択により、最内層部分をバリア層部分に接合する、4〜9μmの厚さを有する接着性ポリマーの層
を有し、
最内層部分が、低密度ポリエチレン(LDPE)の中間層と、メタロセン又はメタロセン型触媒で生成された直鎖低密度ポリエチレン(mLLDPE)の最内層とを有し、最内層が、包装用ラミネートから作製された包装容器の内面を構成し、最内層部分と接着性ポリマー層とが、包装用ラミネートの内側ポリマー層を構成し、
ラミネーション層部分が、mLLDPEの中心層と、中心層の両側にあるLDPEの支持層とを有し、LDPEの支持層が、中心層のそれぞれの側で中心層をバルク層及びバリア層部分に接合し、
中心層の厚さが、4〜15μmであり、ラミネーション層部分の総厚の40%以下を構成し、ラミネーション層部分の総厚が、50μm未満であり、
mLLDPEの最内層の厚さが、6〜20μmであり、内側ポリマー層の総厚の50%以下を構成し、内側ポリマー層の総厚が、最大50μmであり、
最内層のmLLDPEが、95〜105℃の少なくとも1つの融点を有し、
中間層のLDPEが、105〜115℃の融点を有する、
液体カートン包装用ラミネートが提供される。
規定された厚さ及び温度の範囲内でのそのような層構成体によって、包装用ラミネートの特性を向上させる際の自由度が高くなる。包装仕様(種類、大きさ、使用目的、開口部の種類等)に応じて、原料費に関して可能な限り費用効率が高い方式で、包装の完全性/保存寿命及び開封特性のうちの少なくとも1つを向上させて最適化し、他方を維持するように首尾よく成し遂げる層の厚さの組み合わせをこれらの範囲内で見出すことができる。更に、そのような層構成体によって、ラミネートされた材料の製造ラインのラミネーション操作におけるポリマー層の取り扱いを単純化することが可能になり、異なる包装仕様間でポリマーグレードを交換し、層構成を変更する必要がなくなる。
第2の態様によれば、第1の態様の包装材料を製造するための方法が提供される。
該方法は、バルク層をバリア層部分にラミネートする工程であって、それらの間にラミネーション層部分のmLLDPEの中心層とLDPEの支持層のうちの少なくとも1層とを共押出しながらラミネートする工程、並びにmLLDPEの最内層をLDPEの中間層及び任意選択により接着性ポリマーの層と一緒にバリア層部分の内側に共押出することによって、バリア層部分の内側に内層部分をコーティングする別の工程を含む。ラミネート層部分の層及び内側ポリマー層をそれぞれ一緒に共押出することによって、比較的薄い別々の層が互いを支持し、十分な加工性を確保するために十分な熱を共に保存することができる。
或いは、予め作製された内側部分を形成するために、内層部分及び接着性ポリマー層が、アルミニウム箔等のバリア層部分に最初の工程でコーティングされてもよい。このようにしてコーティングされたバリア層部分は、続いて更なる工程でラミネーション層部分を溶融押出することによってバルク層にラミネートされる。
第3の態様によれば、このように特性が向上した、第1の態様の包装材料からの包装容器が提供される。
以下に、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
本発明によるラミネートされた包装材料の概略的な横断面図を示す図である。 本発明による、アルミニウム箔バリアをバルク層にラミネートするための方法の好ましい例を概略的に示す図である。 本発明による、ヒートシール性で液密な熱可塑性ポリマーの内層部分を含む内側層をバリア層部分にラミネートするための方法の好ましい例を概略的に示す図である。 本発明によるラミネートされた包装材料から生成された包装容器の典型的な例を示す図である。 本発明によるラミネートされた包装材料から生成された包装容器の典型的な例を示す図である。 本発明によるラミネートされた包装材料から生成された包装容器の典型的な例を示す図である。 本発明によるラミネートされた包装材料から生成された包装容器の典型的な例を示す図である。 連続的なロール供給、形成、充填、及び封緘プロセスにおいて、包装容器を包装用ラミネートからのどのように製造することができるかの原理を示す図である。 3種の様々な材料構造のうちの1種が本発明によるものであり、それらの材料構造間で開封性がどのように異なるかを示す図である。 薄くしたラミネート層部分がアルミニウム箔におけるピーク塑性歪みに及ぼす一般的な影響、及び本発明による層構造と対応する現況技術の層構造による層構造との間の比較を示す図である。 アルミニウム箔におけるピーク塑性歪みをラミネート層部分の総厚の関数として示す図である。 アルミニウム箔における塑性歪みを内側ポリマー層の総厚の関数として示す図である。 図7a及び7bは更に、本発明の材料構造についてK−折り畳み領域(K−fold zone)で測定された亀裂欠陥を、参照材料構造と比較してプロットした図をそれぞれ示す図である。 様々な材料構造のヒートシールの、様々な電力設定でのリグ試験の結果を示す図である。 ASTMD3418に従ってDSCを用いて最内層部分の二層を一緒に分析することから予想される融解図の例を示す。
本発明に関して「長期貯蔵」という用語は、包装容器が、パックされた食料製品の品質、すなわち、栄養価、衛生上の安全性、及び味を、周囲条件で、少なくとも1若しくは2か月間、例えば少なくとも3か月間、好ましくはそれより長く、例えば6か月間、例えば12か月間、又はそれより長く保存することが可能であるべきであることを意味している。
本発明に関して「包装の完全性」という用語は、一般に、包装の密閉性(tightness)、すなわち、包装容器の漏れ又は破損に対する耐性を意味している。それは、充填された食料製品を劣化させ、予想される包装の保存寿命を短くするおそれのある、細菌等の微生物、汚れ、及び他の物質の侵入に対する包装の耐性を包含する。
ラミネートされた包装材料からの包装の完全性に寄与する主なものの一つは、ラミネートされた材料の隣接層間の良好な内部接着力によってもたらされる。包装の完全性に寄与する別のものは、各材料層自体の中の欠陥、例えば、ピンホール、破裂等に対する材料の耐性によるものであり、包装の完全性に寄与する更に別のものは、包装容器を形成する際に材料が共に封緘される封緘接合部の強度によるものである。よって、ラミネートされた包装材料自体に関しては、完全性特性は、それぞれのラミネート層のその隣接層への接着力、並びに個々の材料層の品質に主に焦点が当てられる。包装の封緘に関しては、完全性は、封緘接合部の品質に主に焦点が当てられ、この品質は、充填機での十分に機能する堅牢な封緘操作によって確保され、それは、適正に適合されたラミネートされた包装材料のヒートシール特性によって確保される。
「液状又は半液状食品」という用語は一般に、任意選択により食品の断片を含有し得る、流動する内容物を有する食料製品を指す。乳製品及び牛乳、ダイズ、米、穀類及び種子の飲料、ジュース、ネクター、炭酸を含まない飲料、栄養ドリンク、スポーツ飲料、コーヒー又は茶飲料、ココナッツウォーター、ワイン、スープ、ハラペーニョ、トマト、ソース(パスタソース等)、豆及びオリーブ油は、企図される食料製品の幾つかの非限定的な例である。
包装材料及び包装容器に関する「無菌」という用語は、微生物が排除された、不活性化された、又は死滅した状態を指す。微生物の例は、細菌及び胞子である。一般に、無菌プロセスは、製品が包装容器内に無菌でパックされるときに使用される。包装の保存寿命の間に継続して無菌であるために、包装の完全性特性は当然のことながら極めて重要である。充填された食料製品の長期保存寿命に関しては、その当初の味及び栄養価、例えばそのビタミンC含有量等を保つために、包装が、ガス及び蒸気に対して、例えば酸素ガスに対してバリア性を有することが更に重要であり得る。
「バルク層」という用語は、通常、最も厚い層又は多層ラミネートにおける大部分の材料を含有する層、すなわち、ラミネート及び該ラミネートから折り畳まれる包装容器の機械的特性及び寸法安定性に最も寄与する層、例えば、板紙又はカートン等を意味する。それは、十分な機械的特性及び寸法安定性を達成するために、サンドイッチ構造においてより長い厚さ距離をもたらし、バルク層の両側で安定化表面層(stabilising facing layer)(より高いヤング率を有する)と更に相互作用する層を意味することもある。
「ヒートシール」という用語は、熱可塑性材料の一方の表面を別の熱可塑性材料の表面に融着するプロセスを指す。ヒートシール性材料は、十分な加熱及び圧力を印加する等の適正な条件下で、別の適切な熱可塑性材料に接触させてプレスしたときに封緘を生じることができるべきである。適切な加熱は、誘導加熱若しくは超音波加熱、又は他の従来の接触若しくは対流加熱手段、例えば、熱風若しくはインパルス加熱によって達成することができる。加熱すると、互いに封緘されることが意図される材料表面でポリマー鎖の移動性が増大し、それによって鎖が解かれて移動し、対向する封緘面からのポリマー鎖と再び絡まるようになる。冷却すると、封緘する境界面を横切って絡まるポリマー鎖の強い結合が生じ、このようにして2つの材料表面が互いに結合される。ヒートシール操作は、1時間当たり数千の包装を生成する包装機械において、1秒の数分の1以内に行われなければならず、加熱、部分溶融、接合、及び冷却等の異なるフェーズの継続時間はミリ秒単位でカウントされる。
本発明から有益性を得るラミネートされた包装材料に用いられるバリア材は、伸ばされたり、引っ張られたり、曲げられたりしたときに、例えば、ラミネートされた材料に折り目を付け、折り畳み、成形して、ラミネートされた材料から袋又は直方体の包装容器にするときに、亀裂に敏感である。そのようなバリア材の例は、金属箔、例えば、慣用的に使用されるアルミニウム箔である。しかし、ポリマーフィルム又は薄紙シート基材のより厚い基材上のバリア材の極めて薄いコーティングも、それらの極めて薄い厚さのために同様の脆弱性を被ることがあり、その厚さを数えると、2、3マイクロメートルに過ぎないか、若しくはそれ以下のこともあり、又は蒸着コーティング若しくは真空コーティング(vaccum coating)の場合は、ナノメートル単位で数えられることもある。例は、物理蒸着によって施される金属コーティング、又は無機コーティング、例えば、酸化ケイ素若しくは酸化アルミニウムのコーティング、又はいわゆるアモルファスダイヤモンドライクカーボン(DLC)コーティングからのコーティングである。
ポリマー層の厚さは、本明細書ではμmで示される。層におけるポリマーの量は、平方メートル当たりのグラム数(g/m)として示されることもあることが理解されるべきである。特定のポリマーについて、密度で再計算することによって、そのような量及び厚さを比較することができる。ポリマー層の厚さは、ラミネーション、生成、及び測定における通常の揺らぎのために、±2μm、例えば±1μm変動することがある。
よって、上述の、及び添付の特許請求の範囲に記載されるラミネート層構造によって、既存の材料構造及びそれから作製される包装を更に向上させることができる。現況技術の材料構造と比較して、所与のいかなる包装サイズ又はタイプであっても、この新たな材料構造によって包装の完全性を更に向上させ、それでも包装の開封性をもたらすことができると見込まれ、又は逆の場合も同様である。その上、現況技術の材料構造に全生産費を追加することなく、これらの特性を最適化することができると見込まれる。これらは、以下の説明からも明らかになろう。
液体カートン包装業界がmLLDPEポリマーの強み及び弱みを探り始めたときから、ラミネーション及び生成プロセスについてのノウハウ及び理解が増大している。今日のラミネーション装置は、一層進歩している。かつて、mLLDPEは、それを溶融押出して、高速で動くウェブ表面上に施される安定で信頼性の高い溶融フィルムにするために、LDPEとブレンドする必要があった。今日でのラミネーション速度は、充填機での充填及び封緘操作でもそうであるように、20年前より相当に高速で、要求が厳しくなっている。
それでも(Still)、mLLDPEからなる又は本質的になる層を施す方法が、今回見出された。
いわゆる3層内側構造、すなわち、Al箔から内側に順に、接着性ポリマー、LDPEの中間層、及びmLLDPEのLDPEとのブレンドを含む最内層では、mLLDPEを含む最内層は厚過ぎるべきではないことが明白になった。何故なら、そうであると包装の開封性を損なうおそれがあるからである。封緘及び包装の完全性には不十分であることが見出されても、この層がLDPEを全く含まなくなるまで層の中のmLLDPEの量を増加することが試みられた。そのような試みの中で、厚さを維持したそのような純粋な又は実質的に純粋なmLLDPE層は包装の開封性を損なうが、次いで純粋なmLLDPE層の厚さを次の工程で減少させたとき、包装の完全性を向上したレベルで維持することができると同時に、開封性も向上することが発見された。よって、驚くべきことに、より少ないmLLDPEを内側に使用するが、純粋なmLLDPE層を使用することによって、向上した開封性と向上した包装の完全性との間の達成不可能と思われるバランスを達成することができ、層全体の機械的強度も合わせて維持できることが発見された。
最内層にmLLDPEだけを使用することによる更なる利点は、mLLDPEによって、包装の封緘プロセスでの「シールウィンドウ(sealing window)」が広くなることである。すなわち、封緘操作における封緘温度の制御を気にせずとも、封緘品質の堅牢性が高くなる。
mLLDPEは、溶融をより早く開始することによって封緘をより早く開始するために、必要とされる印加すべき熱エネルギーが少なくなり、よって封緘速度を上げることが可能になる。
内層構成は、前記の3層、すなわち、接着性ポリマー層、LDPEの中間層、及びmLLDPEのヒートシール性最内層からなってもよい。
ラミネートされた包装材料の他の層も包装の完全性及び開封性に影響を及ぼし、LDPEの量を増加してもmLLDPEと同じほど開封性に影響を及ぼさないが、LDPEのラミネート層が厚過ぎても開封性が低減することが分かった。
一方、LDPEのラミネート層の厚さを低減させることは望ましくなく、何故なら、そうすると異なる完全性の問題が生じた一方で、開封性は少ししか向上しなかったからである。そのような異なる完全性の問題は、例えば、板紙のバルク層の表面からの繊維がラミネート層部分のポリマーを突き抜けるために生じ得る。よって、敏感なバリア層部分の周囲に欠陥が生じることがあり、これは例えば、最悪の場合、バリア材中に小さな穴が開くことであるが、ラミネート層のポリマーとバリア層部分との間の接着力が悪くなることの方が多い。アルミニウム箔のバリアの場合、可能な限り最良の湿潤性及び化学結合には、隣接層の表面が平坦で滑らかであることが重要である。
mLLDPEポリマーは、より良い機械的特性、とりわけ貫入抵抗等を有するが、これはラミネート層部分において大きな価値を有する。それでも、mLLDPEは、例えば、アルミニウム箔に直接接触させてラミネートしたときに十分に良好な接着力をもたらさない。最適な接着力のために、mLLDPEポリマー層を、介在するLDPE層を用いて、例えばアルミニウム箔(lauminium foil)にラミネートすることが必要であることが判明している。介在するLDPE層は、より高い温度、例えば320〜330℃で押出ラミネートすることができ、機械的インターロックによって板紙表面の紙繊維に対しても良好な接着力をもたらす。よって、支持するLDPE層は、可能な限り最良な結合を板紙及びバリア層部分にもたらす一方で、同時に良好な結合をmLLDPEの中心層にもたらす。合わせて、ラミネート層部分の3層はまた、バルク層部分とバリア層部分との間のラミネートの全ての層の間の良好な結合、及びネックイン作用の低減に十分な熱エネルギーをもたらす。
内側層部分から除去されたmLLDPEの量の一部を、代わりにラミネート層部分に追加するという考えを実現することによって、向上した包装性能(より長い保存寿命等)を有し、それでも許容可能な開封性を維持しているラミネートされた材料に向かって作業することが可能であった。
ラミネートされた材料に調製された開口部構成体を有する包装の開封性に重要な材料層は、ポリマー層及びバリア層である。それらは無傷であり、バルク層をポリマー及びバリア層にラミネートする前にバルク層で予め切断されているミシン目、ストロー穴、及び開封用穴等の調製された開口部構成体を完全に覆っている。これらの層がそのように調製された穴又はスリットの上にラミネートされるとき、穴の場所の内側で、それらは互いに接着されて、ポリマー層とバリア層とがラミネートされた膜となる。開口部において、開封性に最も影響を及ぼすのはそのような膜又は個々の層の強度である。また、膜の中の層の互いに対する良好な接着力は、開封性を良好に支援する。
単一の、純粋な、又は実質的に純粋なmLLDPE層を押出コーティングするには困難があり、内側にある純粋なmLLDPE層が他の溶融層と一緒に共押出コーティングされるのであっても、当初は通常の生産速度では不可能であることが認識された。mLLDPEの単層は、必要とされる速度で、すなわち、300m/分を上回る、例えば、400m/分を上回る、例えば、500m/分を上回る、好ましくは600m/分を上回る速度で押出コーティング又はラミネートすることが全くできない。しかし、開発作業が進行するにつれ、mLLDPE層がLDPEの共押出ポリマー層に対して十分に薄くなれば、ネックインの問題又は押出された溶融カーテンの垂れた端部を伴うことなく、安定で平坦な層をもたらすことが容易になることが分かった。よって、mLLDPE層を比較的薄く保ち、隣接する溶融した共押出LDPE層で支持することによって、また共押出において一緒に良好に流動するようなポリマーを選択することによって、mLLDPEポリマーにLDPEを全くブレンドする必要がないことが見出された。移動する基材ウェブ上にコーティングするための溶融ポリマーフィルムカーテンの溶融押出には、平坦で無傷のポリマーのコーティング層を生成するために対処し、軽減する必要がある2つの現象がある。片方は、溶融強度が低い場合、溶融カーテンの端部にネックインが存在し得ることである。すなわち、溶融フィルムの端部がウェブ基材より狭くなり、フィルムがフィルムカーテンの端部に沿って厚くなる。他方は、薄いコーティング層の場合、フィルムカーテンの高速の動きに従って端部が断続的になり、それによってフィルムが容易に破れることがあるといった端部の不安定性が存在し得ることである。
このように、mLLDPEポリマーの押出コーティング及びラミネーションには困難がある。mLLDPE層の層をラミネート層部分に導入することを考慮したとき、更なる開封性及び製造効率の問題が予想された。しかし、何が必要であるか分かったとき、mLLDPE層を比較的薄く保ち、LDPEの支持層をmLLDPE層の両側に使用することによって、ラミネーションプロセスを減速させる必要なくmLLDPEをラミネート層部分に使用することを可能にする、LDPE及びmLLDPEの共押出3層構成が開発された。
したがって、驚くべきことに、材料構造全体として同様の量のmLLDPEではあるが、ポリマー層部分の間で異なって分布していると、包装の開封性を損なうことなく包装の完全性及び保存寿命を相当に向上させることができることが分かった。或いは、それによって、包装の完全性及び保存寿命を損なうことなく開封性を向上させること、又は両方の相反する特性を向上させることが可能であった。
本発明で規定された通りの層の厚さの範囲内の材料構造によって、全範囲の包装サイズ及び包装形式にわたって、一方の包装の完全性及び保存寿命と、他方の開封特性との間での良好なバランスが可能になる。約0.2〜0.3リットルのポーションパック等の小さな包装は、やや薄い板紙をバルク層として使用し、より軽量の液体を担持するが、それらは層の厚さの範囲の下端でうまく機能する。より堅くて厚い板紙を用いる1リットルのファミリーパックも、該範囲の下端で動作し得る。しかし、最大2リットルの包装等の、より大型の包装形式でより大きいサイズが存在し、それらは、充填されたより重い液体を収容できるようにより重くて厚い板紙を必要とし、折り畳んで直方体の包装を形成するには相当により堅い。そのような包装は、典型的にはより厚いポリマー層の厚さを必要とし、よって層の厚さの範囲の上端で動作する。また、直径が10mmより大きい、例えば15mmより大きい穴等の、予め切断された開口部構成体がやや大きいときは、安定であるが、それでも容易に開封可能なラミネートポリマー層及びバリア層の膜をもたらすために、比較的厚くてしっかりしたポリマー層が必要であることが分かった。
上のラミネート層構造を、ラミネート層部分及び内層部分において、層を規定された順序に保つことによって、現況技術の、より厚いラミネートされた層構造で可能であったものと比較して、開封性と包装の完全性との間の向上したバランスをそれでも達成することが可能である。
最内層及びラミネート層部分の中心層は、mLLDPEからなる又は実質的になる。本発明は、層にmLLDPEしかないときに、その最大の潜在能力まで機能するが、本発明の要点は、mLLDPEを少量のLDPE、例えば最大15wt%、例えば最大10wt%のLDPEとブレンドすることによってもある程度まで機能することであり得る。層に異なる量のLDPEが追加されてもよいし、同じブレンドが使用されてもよい。ブレンドすることによって、層に純粋なポリマーを使用するよりも、有利な効果は薄くなり、得られる良好な特性は顕著ではなくなることが理解されるべきである。
また、バリア層の内側にあるLDPEの中間層を、同じ理由で最大15wt%のmLLDPEとブレンドしてもよい。すなわち、本発明の効果をある程度まで見ることができるが、純粋なLDPEを使用するときよりは少ない。
ラミネート層部分の支持層は、LDPEのみからなる必要があり、mLLDPEを含有するべきではない。何故なら、それらは、バルク層及びバリア層に良好に接着するように高温で押出される必要があるからである。300℃を上回る溶融加工では、mLLDPEポリマーは劣化するおそれがあり、したがって不適切である。共押出されるLDPEの支持層の厚さは、同じであっても異なっていてもよく、よってラミネート層部分は、対称又は非対称の層構造を有してもよい。
熱可塑性ポリマーの最外層の組成物は、ヒートシール並びに層の完全性及び品質のために少なくとも10μmという合理的な厚さを有している限り、包装の完全性という目的にとって決定的ではなく、それほど重要ではない。それはmLLDPEを含んでもよいが、限定要因は、包装の全体的な開封性である。よって、mLLDPEを外層に添加するのは、それが必要ではなく、包装の開封性に負の影響を及ぼすおそれがあることから、好都合であるとは思われない。しかし、それが添加されても開封性が維持されるのであれば、それ相応に少ない量のmLLDPEをLDPEポリマーとブレンドしても、本発明の有益性を得ることができるように思われる。
別の実施形態によれば、バルク層の外側に、ラミネートされた装飾用既製フィルムが存在してもよく、それは、熱可塑性ポリマーの熱可塑性の液密なヒートシール性層で更にコーティングされる。そのような装飾用フィルムは、例えば、印刷操作によって、包装の印刷装飾パターンが上に施された金属化フィルムであってもよい。板紙中のミシン目又は予め切断されてラミネートされた穴(hold)の形態の開封可能に弱化された部分を備えた包装材料の開封性を保持するために、そのような既製フィルムは、バルク層と一緒にミシン目が入れられる又は予め切断される。何故なら、そのようなラミネートされた材料から作製された包装を消費者が破って開ける又は切って開けるには、既製ポリマーフィルムは機械的に強過ぎ、丈夫過ぎるからである。
バルク層と液密なヒートシール性最内層との間に更にラミネートされて、バリア金属箔又はバリアコーティングされたポリマーフィルムを含むバリア層部分がこのように存在する。典型的なバリア金属箔は、アルミニウム箔である。或いは、分散液コーティング若しくは液膜コーティングされたバリアコーティング、又は蒸着バリアコーティング等のバリアコーティングを有するポリマーフィルム基材がそれらの間にラミネートされてもよい。そのようなバリア箔及びフィルムは、共通の欠点を有する。すなわち、実際のバリア材は、比較的脆性若しくは応力に敏感で、伸びる能力が比較的低い材料であるか、又は極めて薄く、したがって繊細なコーティング厚さで施されるかのいずれか、或いはそれらの両方である。それらの機械的応力に対する敏感さは、バリアコーティングの厚さによって増減し得る。ラミネートされた包装材料を包装容器に変換する間に、材料に折り目をつける、材料を曲げ、折り畳み、並びにそれを封緘して、折り畳んで成形された包装にする等の、機械的歪みをバリア材層に加えることになる幾つかの操作がある。
酸素バリア性は、薄い液膜コーティング、例えばバリアポリマーによってもたらされてもよく、それは、液状媒体又は溶剤中の分散液又は溶液の形態で、紙又はポリマーフィルム基材等の基材上にコーティングされ、続いて乾燥されて薄いバリアコーティングにされる。そのような液膜コーティングされたフィルム又は箔は、バルク層の内側に、バルク層と熱可塑性ポリマーの最内層との間に、アルミニウム箔が板紙の内側にラミネートされるのが公知であるのと同じように包装用ラミネート中に組み込まれてもよい。均一なバリア性を有する平坦なコーティングが生じるようにするには、分散液又は溶液が均質で安定であることが重量である。バリア性を有する水性組成物に適したポリマーの例は、ポリビニルアルコール(PVOH)、水分散性エチレンビニルアルコール(EVOH)、又は多糖系の水分散性若しくは水溶性ポリマーである。そのような分散液コーティング又はいわゆる液膜コーティング(LFC)された層は、1m当たり数十分の1グラムまで、極めて薄く作製することができ、分散液又は溶液が均質で安定であるならば、すなわち、十分に調製されて混合されているならば、高品質で均質な層をもたらすことができる。PVOHは、乾燥条件下で優れた酸素バリア性を有し、極めて良好な臭気バリア性、すなわち、臭気物質が周囲環境、例えば、冷蔵庫又は貯蔵室内から包装容器内に入らないようにする能力ももたらす。この能力は包装の長期貯蔵に重要となる。更に、水分散性又は水溶性ポリマーからのそのように液膜コーティングされたポリマー層は、隣接層への良好な内部接着力をもたらすことが多く、これは、最終的な包装容器の良好な完全性に寄与する。
適切には、ポリマーは、ビニルアルコール系ポリマー、例えば、PVOH若しくは水分散性EVOH、アクリル酸若しくはメタクリル酸系ポリマー(PAA、PMAA)、多糖類、例えば、デンプン若しくはデンプン誘導体、セルロースナノフィブリル(CNF)、ナノ結晶セルロース(NCC)、キトサン、ヘミセルロース、又は他のセルロース誘導体、水分散性ポリ塩化ビニリデン(PVDC)若しくは水分散性ポリエステル、或いはそれらの2種以上の組み合わせからなる群から選択される。
より好ましくは、ポリマーバインダーは、PVOH、水分散性EVOH、多糖類、例えば、デンプン若しくはデンプン誘導体、キトサン、又は他のセルロース誘導体、或いはそれらの2種以上の組み合わせからなる群から選択される。
そのようなバリアポリマーは、液膜コーティングプロセスを用いて、すなわち、施されたときに基材上で薄い均一な層に広がり、その後乾燥される、水性又は溶剤性分散液又は溶液の形態で、このように適切に施される。
該液状組成物は、酸素ガスバリア性を更に向上させるために無機粒子を追加的に含んでもよい。
ポリマーバインダー材は、例えば、薄層状又はフレーク状の無機化合物と混合されてもよい。フレーク状無機粒子の層状構成体によって、酸素ガス分子は、蛇行した経路を経由して酸素バリア層を通り、バリア層を横切る通常の直線的な経路よりも長い道筋を移動しなければならない。
無機薄層状化合物は、剥離された状態に分散された、すなわち、層状の無機化合物のラメラが液状媒体によって互いに分離された、いわゆるナノ粒子化合物であり得る。よって、この層状化合物は、好ましくは、分散して無機材料の層状構造に浸透するポリマー分散液又は溶液によって膨張又は劈開されてもよい。それはまた、ポリマー溶液若しくはポリマー分散液に添加される前に溶剤によって膨張されてもよく、又は超音波等の物理的方法によって剥離されてもよい。このように、無機薄層状化合物は、液状ガスバリア組成物中及び乾燥させたバリア層中に分散されて層が剥離した状態になる。化学的に適したナノ粘土鉱物は多く存在するが、好ましいナノ粒子は、モンモリロナイト、例えば、精製したモンモリロナイト又はナトリウム交換モンモリロナイト(Na−MMT)のものである。ナノサイズの無機薄層状化合物又は粘土鉱物は、好ましくは、剥離された状態でアスペクト比が50〜5000、粒子径が最大約5μmである。
好ましくは、バリア層は、乾燥コーティング質量に基づいて、約1〜約40質量%、より好ましくは約1〜約30質量%、最も好ましくは約5〜約20質量%の無機薄層状化合物を含む。好ましくは、バリア層は、乾燥コーティング質量に基づいて、約99〜約60質量%、より好ましくは約99〜約70質量%、最も好ましくは約95〜約80質量%のポリマーを含む。分散安定化剤等の添加剤が、好ましくは乾燥コーティング質量に基づいて約1質量%以下の量でガスバリア組成物中に含まれてもよい。組成物の総乾燥含有量は、好ましくは5〜15質量%、より好ましくは7〜12質量%である。
異なる好ましい実施形態によれば、無機粒子は、10〜500のアスペクト比を有する薄層状タルク粒子から主になっていてもよい。好ましくは、組成物は、乾燥質量に基づいて、10〜50質量%、より好ましくは20〜40質量%の量のタルク粒子を含む。20質量%を下回るとガスバリア性の有意な増大がなく、その一方で50質量%を上回ると、層の中の粒子間の内部凝集が少なくなるので、コーティングされた層がより脆性になり、破れやすくなるおそれがある。ポリマーバインダーは、層の中で粒子を取り囲んで分散させ、それらを互いにラミネートさせるには、量が少な過ぎると思われる。PVOH及びタルク粒子からのそのような液状バリア組成物の総乾燥含有量は、5〜25質量%の間であってもよい。
好ましくは、本発明によれば、酸素ガスバリア層は、乾燥質量で0.1〜5g/m、好ましくは0.5〜3.5g/m、より好ましくは0.5〜2g/mの総量で施される。0.1g/mを下回ると、ガスバリア性が全く達成されないこととなり、その一方で5g/mを上回ると、バリアポリマーの費用が一般に高いこと、及び液体を蒸発除去するエネルギー費が高いことから、コーティングされた層は、費用効率を包装用ラミネートにもたらさないこととなる。承認できるレベルの酸素バリアは、0.5g/m以上のPVOHによって達成され、バリア性と費用との良好なバランスは、0.5〜3.5g/mの間で達成される。
本発明の好ましい実施形態によれば、酸素ガスバリア層は、中間乾燥を伴う2つの連続工程で、2部層(two part−layers)として施される。2部層として施されるとき、各層は、0.1〜2.5g/m、好ましくは0.5〜1g/mの量で適切に施され、全体でより高品質の層が、より少ない量の液状ガスバリア組成物から可能になる。より好ましくは、2部層は、それぞれ0.5〜2g/m、好ましくはそれぞれ0.5〜1g/mの量で施される。
本発明の異なる実施形態によれば、バリアコーティングは、物理蒸着(PVD)又は化学蒸着(CVD)を用いてフィルム材料の基材表面上に施されてもよい。基材材料自体も何らかの特性で寄与してもよいが、基材材料は、何よりまず、適正な表面特性を有し、蒸着コーティングを受けるのに適切であるべきであり、蒸着プロセスにおいて効率的に機能するべきである。
薄い蒸着層は、通常、ほんのナノメートル厚に過ぎず、すなわち、ナノメートルの桁の、例えば1〜500nm(50〜5000Å)、好ましくは1〜200nm、より好ましくは1〜100nm、最も好ましくは1〜50nmの厚さを有する。
何らかのバリア性、特に水蒸気バリア性を有することが多い、一般的なタイプの蒸着コーティングの1つは、いわゆる金属化層、例えば、金属アルミニウム物理蒸着(PVD)コーティングである。
金属アルミニウムから実質的になるそのような蒸着層は、5〜50nmの厚さを有してもよく、それは、包装の従来の厚さ、すなわち6.3μmのアルミニウム箔に存在する金属アルミニウム材料の1%未満に相当する。蒸着金属コーティングは、有意により少ない金属材料を必要とし、通常、より低いレベルの酸素バリア性をもたらす。
蒸着コーティングの他の例は、酸化アルミニウム(AlOx)及び酸化ケイ素(SiOx)コーティングである。一般に、そのようなコーティングは、より脆性であり、ラミネーションによって包装材料中に組み込むにはより不適切である。
ラミネートされた包装材料のための他のコーティングは、プラズマ促進化学蒸着法(PECVD)によって施されてもよく、該方法では、化合物の蒸気が、程度の差はあるが酸化状況下で基材上に堆積される。PECVDコーティングによる酸化ケイ素コーティング(SiOx)は、例えば、ある特定のコーティング条件及びガス配合下で極めて良好なバリア性を得ることができる。
蒸着コーティングは、或いは、プラズマ促進化学蒸着法、PECVDによって施された水素化アモルファスカーボンバリア層、いわゆるダイヤモンドライクカーボン(DLC)であってもよい。DLCは、ダイアモンドの典型的な特性の幾つかを示すアモルファスカーボン材料の一分類を定義する。好ましくは、炭化水素ガス、例えば、アセチレン又はメタンが、コーティングを生成するためのプラズマ中のプロセスガスとして使用される。
ヒートシール性で液密な最内層は、よって、良好なラミネーション及び材料強度特性のためのmLLDPEの層であり、ヒートシール操作にも関与するLDPEの中間層に隣接して更にラミネートされる。内層部分の内側の熱可塑性ポリマー層は、溶融ポリマーの共押出コーティングによって施されてもよい。それらはまた、溶融接着性ポリマーと一緒にそれぞれの層の所望の厚さに共押出コーティングされてもよい。
内側のヒートシール性層をバリア箔又はフィルムにラミネートするのに適した接着性ポリマーは、いわゆる接着性熱可塑性ポリマー、例えば変性ポリオレフィンであり、これは、大抵は、カルボン酸官能基等の官能基を含有するモノマー単位、例えば、(メタ)アクリル酸モノマー又は無水マレイン酸(MAH)モノマーを有する、LDPE若しくはLLDPEのコポリマー又はグラフトコポリマーをベースとし、例えば、エチレンアクリル酸コポリマー(EAA)若しくはエチレンメタクリル酸コポリマー(EMAA)、エチレン−グリシジル(メタ)アクリレートコポリマー(EG(M)A)、又はMAHグラフトポリエチレン(MAH−g−PE)等である。そのような変性ポリマー又は接着性ポリマーの別の例は、いわゆるイオノマー又はイオノマーポリマーである。好ましくは、接着性ポリマーは、エチレンアクリル酸コポリマー(EAA)、又はエチレンメタクリル酸コポリマー(EMAA)である。
バリア金属箔又はバリアコーティングされたフィルム若しくはシートは、mLLDPEの中心層が両側でLDPE層に支持されている3層の溶融フィルムを間に挟んで溶融共押出され、回転するローラーニップ内で一緒にプレスされることによってバルク層にラミネートされ、LDPE層は、このようにして板紙及びバリア層にそれぞれ結合する。
溶融押出コーティング及びラミネーション性能を最適化するために、mLLDPEポリマーは、190℃、2.16kgで10〜25、例えば、好ましくは15〜25g/10分のメルトフローインデックス(ISO1133)を有してもよく、一方、LDPEポリマーは、190℃、2.16kgで4〜12g/10分のメルトフローインデックス(ISO1133)を有してもよい。
純粋なmLLDPEは、押出速度が高いと粘度が上がり過ぎるので、純粋なmLLDPEの共押出コーティング又は共押出ラミネーションでは、多過ぎる摩擦熱の発生を回避するために比較的高いメルトフローインデックスが必要である。
mLLDPEポリマーの密度は、907〜918、例えば907〜915kg/mであってもよい。LDPEポリマーの密度は、916〜920kg/mであってもよい。ポリマーの密度は、ISO1872/1183によって測定されてもよい。
mLLDPEはのEta 0値は、400〜2500Pas、例えば400〜1200Pasであってもよく、一方、LDPEのEta 0値は、2000〜15000Pasであってもよい。Eta 0値はTAPPI T702に従って測定され、ゼロせん断粘度の尺度であり、それは、薄い溶融押出フィルムの溶融粘度の特性及びその「ドローダウン」能力、すなわち、溶融物が引っ張られて破れることなく薄いフィルムになる能力を表す。よって、ドローダウンは、弾性よりも粘性のある溶融物に優勢である。
mLLDPEのG’値は、5〜20Paであってもよく、一方、LDPEのG’値は、100〜150Paであってもよい。G’値は、TAPPI T702に従って測定され、貯蔵弾性係数の尺度であり、それは薄い溶融押出フィルムの溶融弾性を表し、結果的に、いわゆる「ネックイン」、すなわち溶融フィルムの幅の低減の傾向を表す。よって、フィルムのネックインが大きければ、その溶融弾性は小さい。
ゼロせん断粘度及び貯蔵弾性係数は両方とも、振動法によってなされたレオロジー測定である。よって、ポリマー溶融物の粘弾性挙動が、TAPPI T702に更に記載される通りに調査される。
更なる実施形態では、mLLDPEは、95〜105℃、例えば96〜100℃に少なくとも1つの融点を有してもよく、一方、LDPEは、105〜115℃、例えば105〜110℃に融点を有してもよい。
封緘操作のために溶融を開始するのに低過ぎる融点を有するmLLDPEを選択するならば、ポリマー表面は、充填機及びリールでの取り扱い並びにウェブの取り扱いにおいて、より高い摩擦及び/又は粘着性(粘性)を呈することとなる。その一方で、封緘操作のために溶融を開始する融点が高過ぎ、105℃を上回るならば、封緘性はそれほど良好ではなく、封緘プロセスはそれほど堅牢ではないこととなる。
融点は、ASTM D3418に従って、DSCによって、最初に、ミクロトーム、例えばLeica社製の標準的なミクロトームによって個々の層からポリマーを削り取るか又は剥がし取り、次いで採取した試料を標準的なDSCによって分析し、0.5〜10℃/分での2回目の加熱で融点を得ることによって測定することができる。mLLDPEの最内層とLDPEの中間層との最内層部分は、最初に、境界面に幾らかイソプロパノールを添加することにより最内層部分をラミネートから注意深く引き離すことによって、接着性(カルボキシル基含有)ポリマーの層から分離することができる。このように内側ポリマー層の両側が自由表面を有するように最内層部分を引き離し、ミクロトームによって各表面から試料を削り取り、続いて分析することができる。
層がmLLDPE及びLDPEをそれぞれ含む又はそれらからなるということは、少なくとも標準的なNMR(核磁気共鳴)分析で確認することができる。NMR分析によってポリマーの鎖の分岐を調べて、これによってLDPEの長い方の鎖分岐、及びmLLDPEの短い方の鎖分岐を検出することができる。カルボン酸官能基を含む接着性ポリマー層は、ポリマー分析の当業者には同様に周知のツールであるFTIR分析によって決定することができる。
しかし、最内及び中間内側層にどのポリマーが存在するかについては、試料に一緒に採取した最内及び中間内側層の単なる標準的なDSC分析により、0.5〜10℃/分で実行される2回目の加熱での融解ピークを調べることによって、素早く良好に理解することができる。測定される試料は小さいので(約2ミリグラムに過ぎない)、異なるピークを十分良好に互いから分離するためには、DSCスキャンの冷却/加熱速度を標準又はそれより遅くすることが必要である。そのような分析からの典型な曲線は、曲線上に2つの融解ピークか又は少なくとも「ショルダー」を呈し、1つは95〜105℃でのmLLDPEに関するものであり、もう1つは105〜115℃でのLDPEに関するものである。融点が互いに比較的近いところにあるので、mLLDPEの融点ピークは、通常、どちらかというと曲線上の「ショルダー」又は若干の曲がりのように示されるが、純粋なLDPEについての相当する曲線と比較すると、相違は極めて明白である。そのような曲線から、当業者には2種のポリマーが存在することが理解され、状況から、一方がLDPEタイプのものであり、もう一方がm−LLDPEタイプのものである見込みが高いことが理解される。更なるミクロトームによる試料採取及びDSC分析を行って、既知の純粋なポリマーの検量線と比較して確認することができる。これは、後の図9に関して更に説明する。LDPEとのブレンドで分析された特定のmLLDPEについては、mLLDPEの対応する各融解ピークは、よってLDPEの融解ピーク曲線の両側にショルダー又は追加された勾配として示される。
ラミネート部分の個々の層の成分を分析するのに、同様のアプローチを取ることができる。
包装材料又は包装上に押出コーティングされたポリマー又はブレンドから試料を採取したとき、融点及び融解曲線が、顆粒又は小粒からのポリマーと比較して0.5℃から最大2℃まで高い値にずれる可能性がある。
LLDPEポリマーがメタロセン触媒によるLLDPE、すなわちm−LLDPEであることは、偏光X線照射を使用してメタロセン触媒残留物の存在を検出する分光写真法によって、例えばAmetek社製Spectro XEPOS(登録商標)EDPXRF装置を使用することによって確認することができる。
最後に、個々の層の厚さは、当業者に公知の、十分に確立されたミクロトーム及び光学顕微鏡法によって測定することができる。
ある実施形態では、mLLDPEポリマーは、ブテン、ヘキセン、又はオクテンから選択される、アルファ−オレフィンを有するエチレンコポリマーである。
ラミネート層部分の中心層におけるものと同じmLLDPEが最内層に使用されてもよい。そのような選択によって、生産効率及び原料の物流制御の向上が可能になると見込まれる。更に、同じ1種のmLLDPEポリマーがラミネートの両方の部分に使用されると、内層部分とラミネート層部分との間の特性のバランスを取るのが容易になる。
ラミネート性の効率及び予測性を更に上げるために、内側のLDPEポリマーは、ラミネート層部分の支持層に使用されるものと同じである。
更に、外側層に使用される熱可塑性ポリマーは、内側層のものと同じLDPEであってもよく、それによって生産効率及び設計効率が可能な限り大きくなり、異なる包装仕様間の唯一の変化が、包装用ラミネートが異なる層の厚さを有することになり、異なるポリマーグレードが最小数まで低減することになり、層の順序が同じになる。
ある実施形態によれば、今日の現況技術の液体カートン包装材料に合わせて、バリア層部分はアルミニウム箔である。アルミニウム箔は、典型的には、5〜10μm、例えば5〜9μmの厚さを有する。そのような金属アルミニウムの厚い箔は、移動する物質、例えば、ガス、例えば酸素ガス及び水蒸気、香り、臭気に対してほとんど完全なバリア性をもたらすことができ、光バリア性ももたらす。食料製品の長期保存には良好なバリア性が必要である。食料製品の種類に応じて、何らかのバリア性が他より重要である。牛乳及び乳製品は、例えば、特に包装内への光の透過に敏感で、よって長い保存寿命を可能にするためにアルミニウム箔又は同様の遮光材料を必要とする。
特に、バリア層がアルミニウム箔のとき、内側層部分の層をバリア層の内側に十分に接着させるために接着性ポリマーが必要である。そのような接着性ポリマーは、ポリオレフィンポリマーをベースにし(すなわち、ポリオレフィンモノマー単位、例えばエチレンから大部分構築される)、190℃、2.16kgで4〜12g/10分のメルトフローインデックス(ISO1133)を有するべきであり、最適な溶融加工性並びに接着性のために3〜10質量%のカルボン酸官能基含有量を有する。好ましくは、上記のような接着性ポリマーは、エチレンアクリル(又はメタクリル)酸コポリマー又はグラフトコポリマー、例えば、EAA又はEMAAである。
一般に、内側ポリマー層の総厚、すなわち、内層部分と接着性ポリマー層との厚さの合計の、ラミネート層部分の厚さに対する厚さ比は、ほとんどの包装仕様に関して1より大きいべきであると結論付けられている。
好ましい実施形態では、小さい開口部、例えばミシン目の開口部若しくはストロー穴又は同様のものを有する1リットルまでの容量のポーションパック及びファミリーパックの場合、ラミネート層部分の中心層は4〜8μmの厚さを有し、全ラミネート層部分の総厚の40%以下を構成し、全ラミネート層部分は25μm以下の総厚を有し、最内層の厚さは6〜15μmであり、内側ポリマー層の総厚の50%以下を構成し、内側ポリマー層の総厚は40μm以下である。
好ましくは、小さい開口部、例えばミシン目の開口部若しくはストロー穴又は同様のものを有する1リットルまでの容量のポーションパック及びファミリーパックの場合、内側ポリマー層の総厚のラミネート層部分の厚さに対する比率は、1.2より大きく、例えば1.5より大きく、ポーションパックの場合、それは、好ましくは1.6より大きく、例えば2.0より大きい。
実験及び更なる大規模な一連のデータシミュレーションにおいて、mLLDPEの中心層を有するラミネーション層部分を薄く作製するほど、包装の折り目の周囲のアルミニウム箔の良好な密閉性及びバリアが得られることが分かり、そしてバリア箔においてこれらの場所で生じるおそれのある歪みによる亀裂のリスクが減少することが分かった。更なる調査から、何よりまず、低減されたのは亀裂の数よりむしろ亀裂の大きさであったことが示された。
分かった別の効果は、薄いラミネート層部分を一定に保ち、内側層部分の厚さを増加させると、折り目の周囲のバリア性が更に向上することであった。よって、ラミネート層の厚さを予想以上に減少させ、代わりに内層部分を更に増加させると、その中のmLLDPEポリマーの一部を除去したにもかかわらず、それによってヒートシール強度及び堅牢性を更に向上させることが可能であった。同時に、開封特性とのバランスを問題なく良好に取ることができた、すなわち、向上させることができた。
よって、少なくとも小さい方の包装サイズ並びにミシン目及びストローで開けるタイプの包装に関して、内側ポリマー層の総厚のラミネート層部分の厚さに対する比率が少なくとも1.3、多くの場合、1.5を上回るか、又は更に2.0を上回ると、該材料から作製された包装の極めて良好な包装の完全性及び酸素ガスバリア性並びに開封特性がもたらされることが分かった。
これは、ラミネート層部分の中にmLLDPEの薄層が含まれることによってラミネートされた材料を折り畳む間にアルミニウム箔に及ぼされる塑性歪みが小さくなるという理論を裏付ける。
バルク層は、50〜450g/m、例えば100〜400g/m、例えば100〜350g/m、例えば100〜250g/mの表面質量(surface weight)を有する板紙であってもよい。
通常、板紙は、それらが0〜475mN、例えば80〜260mNの曲げ剛性を有するように選択される。単一の板紙の厚さは、それに応じて50〜600μmまで変動してもよい。
本発明の第2の態様によれば、液体カートン包装用ラミネートを製造するための方法は、mLLDPEの中心層を少なくとも1層のLDPEの支持層と一緒に、バルク層のウェブとバリア層のウェブとの間に溶融共押出し、ローラーニップ内で溶融ポリマーを一緒にプレスしながら固化させることによって、バルク層のウェブをバリア層部分のウェブに押出ラミネートする工程、及びmLLDPEの最内層を少なくともLDPEの中間層と一緒に、バリア層部分を含むウェブ表面上に溶融共押出コーティングする更なる工程を含む。2つの主要なラミネーションステップは、ラミネーション生産ラインの構成に応じて任意の順序で実施されてもよい。
ラミネート層部分の全てのポリマー層が、1回の溶融押出操作で一緒に共押出されると有利である。そのような共押出構成によって、薄いmLLDPEの中心層の両側のLDPEの2つの支持層が、それらの塊でmLLDPEを支持することができ、それらのポリマー塊中に熱が含有されることによって、mLLDPEが、溶融フィルムカーテン中で容易に流動するようになり、押出機のフィードブロック及びダイにおける加熱周りの状況、並びにプレスローラーのラミネーションニップでの冷却に適合するようになる。
同様に、同じ理由で、バリア層部分の内側の全ての内側ポリマー層を一回の溶融押出操作で一緒に共押出させると有利である。これは、典型的には300m/分を上回る、例えば400m/分を上回る、更には500m/分を上回る、例えば600m/分以上の高ラミネーション速度を可能にすることからも、内側ポリマー層を施す最も経済的で合理的な方式である。
本発明の第3の態様によれば、本発明のラミネートされた包装材料を含む、液状、半液状、又は粘性食品用包装容器が提供される。該包装容器は、シート若しくはウェブ状のブランクを折り畳み形成して直方体若しくは他の折り畳まれた形状の包装にするか、又は単にパウチ包装にすることによって、ラミネートされた包装材料から完全に作製することができる。或いは、包装材料のスリーブとして使用して、プラスチック製ボトルトップ等と組み合わせてもよい。
本発明の包装容器は、包装の完全性及びバリア性に関して向上した又は少なくとも維持された性能を有しており、幾つかの側面、例えば、使用する原料が少ないこと、並びにラミネーション及び包装用ラミネートの製造効率並びに包装容器の生産効率が向上したこと等から費用効率が高い。ポリマー層の厚さ、ラミネーションプロセス、及びポリマー原料の消費を最適化できることによって、結果的にラミネートされた包装材料製品、並びにそれから作製されて得られた包装の全体的なカーボンフットプリントを合わせて低減することができる。
ヒートシール性最内層の熱可塑性ポリマーは、メタロセン触媒による直鎖低密度ポリエチレン(m−LLDPE)から実質的になる。それは、少量の低密度ポリエチレン(LDPE)を、例えば最大15wt%、例えば10wt%含んでもよいが、それでも本発明の利点を維持する。
図1には、本発明のラミネートされた包装材料10の第1の実施形態がこのように断面図で示される。それは、約200g/mの坪量、及び260mNの曲げ剛性を有する、板紙のバルク層11を含む。
板紙の層11の内側に、ラミネートされた材料はバリア層部分12を含み、この場合は6.3μm厚のアルミニウム箔である。
バリア層12は、ラミネート層部分13によってバルク層11にラミネートされ、ラミネート層部分13は、隣接するLDPEの支持層15、16を両側に有するmLLDPEの中心層14からなる。支持層15は中心層14をバルク層11に結合する一方で、支持層16は中心層14をバリア層部分12に結合する。
ヒートシール性で液密な熱可塑性ポリマー層の内層部分17は、バリア層12の内側に施される。内層部分は、mLLDPEの最内層18及びLDPEの中間層19からなる。
バリア層部分12がアルミニウム箔である場合、内層部分17は、接着性ポリマーの介在層20でアルミニウム箔12に接合される。
板紙のバルク層11の外側は、ヒートシール性及び包装用ラミネートから作製された包装の外側からの液密性のために、LDPEを含む外側層21で覆われる。
この例では、ラミネート層部分13の中心層14中と同じmLLDPEポリマーが最内層18中に使用される。この特定の例に使用されるmLLDPEは、Dow社製、すなわちElite(登録商標)5860である。
更に、ラミネート層部分13の支持層15、16中と同じLDPEポリマーが、内層部分17の中間層19中に使用される。使用されるLDPEは、Ineos社製の19N730である。
更に、同じLDPEを最外部の外側層21に使用した。
図2aには、図1に記載される通りの板紙のバルク層11のウェブが、どのようにリール21から送り出され、リール22から送り出されたアルミニウム箔のバリア層12のウェブに押出ラミネートされるかが概略的に図示される。中心層14並びにその両側の支持層15及び16のラミネート層部分13の溶融ポリマーカーテン23が、バルク層11とバリア層12の間でラミネーションニップ25中に押出24されて、一緒にプレスされ、冷却されて溶融ポリマーが固化され、このようにしてバルク層部分とバリア層部分とが互いに恒久的に接着されて予備ラミネート26を生成する。得られた予備ラミネートは、この場合は図2bに関して更に記載されるような、ラミネーションプロセスの次の操作に送り出される。
図2bには、図2aで生成されたバルク層及びバリア層の予備ラミネート26のウェブが、どのようにラミネーションローラーニップ27に送り出されるかが概略的に図示される。ローラーニップ27で、3つの内側ポリマー層、すなわち、接着性ポリマー層20及び最内層18と中間層19との内層部分17の溶融カーテン28が、下方に共押出29されてラミネーションローラーニップ27中に入り、冷却されて、ポリマー層18、19、20をアルミニウム箔のウェブの表面にプレスして固化させることによって、多層フィルムコーティングとしてバリア層部分12の反対側、すなわちアルミニウム箔の内側にコーティングされる。得られたラミネート30を送り出して、バルク層の外側にLDPEの外側層を更にラミネートしてもよいし、又は既に済んでいたら、包装用ラミネートをリール上で更に輸送及び貯蔵するために、巻き取りステーションに送り出してもよい。
図3aは、本発明による包装用ラミネート10から生成された包装容器30aの実施形態を示す。該包装容器は、飲料、ソース、スープ等に特に適している。典型的には、そのような包装の容量は約100〜1000mlである。それはいかなる構成であってもよいが、好ましくはレンガ状であり、それは縦方向及び横方向の封緘、それぞれ31a及び32aを有し、任意選択により開口具33を有する。別の実施形態では(図示せず)、包装容器は楔のような形状であってもよい。そのような「楔形」を得るために、包装の底部分だけを、底部の横方向の熱封緘部が三角形のコーナーフラップの下に隠れるように折り畳み形成し、コーナーフラップを折り畳んで包装の底部に対して封緘する。頂部セクションの横方向の封緘は折り畳まないままにする。このようにして半分折り畳まれた包装容器は、食料品店の棚の上又は机の上等に置かれたときでも、取り扱いが容易であり、寸法的に安定である。
図3bは、本発明による代替的な包装用ラミネートから生成された包装容器30bの代替的な好ましい例を示す。代替的な包装用ラミネートは、より薄いセルロースのバルク層11を有することによってより薄くなっており、そのために、直方体、平行六面体、又は楔状の包装容器を形成するには十分に寸法的に安定ではなく、横方向の封緘32bの後に折り畳み形成されない。よって、それは枕状のパウチ型容器のままとなり、この形態で配送され、販売されることとなる。
図3cは、ゲーブルトップ包装30cを示しており、これは、本発明の板紙のバルク層及び耐久性のあるバリアフィルムを含むラミネートされた包装材料からの、予め切断されたシート又はブランクから折り畳み形成されたものである。フラットトップ包装も、同様の材料のブランクから形成することができる。
図3dは、ボトル型包装30dを示しており、これは、本発明のラミネートされた包装材料の予め切断されたブランクから形成されたスリーブ34と、射出成型プラスチックをねじ栓等の開口具と組み合わせて形成された頂部35とを組み合わせたものである。このタイプの包装は、例えば、Tetra Top(登録商標)及びTetra Evero(登録商標)という商品名で市販されている。これらの特定の包装は、閉位置に取り付けられた開口具を有する成型された頂部35をラミネートされた包装材料の管状スリーブ34に取り付け、このように形成されたボトルトップカプセルを滅菌し、それに食料製品を充填し、最終的に包装の底部を折り畳み形成し、それを封緘することによって形成される。
図4は、本出願の導入部に記載した通りの原理を示す。すなわち、包装材料のウェブが、ウェブの縦方向の端部42を重なり合う接合部43で互いに一体化させることによって、管状物41に形成される。該管状物は、意図される液状食料製品で充填され44、管状物内に充填された含有物のレベルより下で互いから所定の距離をおいて管状物の横方向の封緘45を繰り返すことによって、個々の包装に分割される。包装46は、横方向の封緘部で切開することによって分離され、材料中に準備された折り線に沿って折り畳み形成することによって所望の幾何学的構成が与えられる。
図5における図は、参照材料構造及び本発明による材料構造、並びに混成材料構造から作製された、Tetra Brik(登録商標)Slim型の1リットルファミリーパックのミシン目の開口部を破いて開けるのに要した開封力を示す。
X軸は、該材料で測定された歪みを表し、一方、Y軸は、標準的なミシン目の切り取り線に沿ってそれらを開けるのに要した力の測定値である。
3つの比較対象のラミネート構造は、Table 1(表1)に示す通りである。
参照用のラミネートされた包装材料は、現況技術のmLLDPEとLDPEとのブレンドを有する内側の2層、及びLDPEのラミネート層を有する。
ラミネートされた包装材料、5210番は、参照と同じ内側層構成を有するが、本発明によるラミネート層部分を有する。
比較対象のラミネートされた包装材料、5211番は、本発明による。
3つの比較対象のラミネート構造の全てにおいて、板紙のバルク層51は同じであり、アルミニウム箔のバリア層52は同じであり、LDPEのヒートシール性最外層53は同じであり、且つ同じ厚さ、すなわち13.0μm(12g/m)である。また、3つの構造は全て、内部のヒートシール性層(複数可)をアルミニウム箔の内側に接合する、6.4μm(6g/m)の厚さのEAAの結合層54を有する。
参照試料の材料構造a)は、Table 1(表1)に示す通りの構造を有する。すなわち、それは、単一の21.7μm(20g/m)のLDPEのラミネート層55、及び20.9μm(19g/m)の厚さの、70wt%のmLLDPE(Dow Elite 5860)と30wt%のLDPE(770G)とのブレンドの最内層56を有する。
5210と番号付けられた異なる比較対象の材料構造b)は、参照試料と同じ内側層構造を有するが、異なるラミネート層部分を有しており、それは、本発明によるラミネート層の通りであり、4.4μm(4g/m)のmLLDPEの中心層、及びその両側に5.4μm(5g/m)のLDPEの支持層を有する。
本発明によるラミネート材料構造は、5211と番号付けられ、構造b)と同様のラミネート層部分を有するが、それにおいて中心層及び支持層はそれぞれ6.5μmの厚さを有する。内側層部分は、2層のヒートシール性層、すなわち、6.6μm(6g/m)のmLLDPEの最内層、及び接着性ポリマー層と最内層との間の13.0μm(12g/m)のLDPEの中間層を有する。よって、最内層は、この場合、LDPEを含有せず、相当により薄い層であるが、代わりに、隣接する中間層であるLDPEのより厚い層を有する。
よって、図5の図から、参照試料の材料の方がミシン目の開口部を開けるのに高い初期力を必要とし、他の2つの試料より高いレベルで開封抵抗が継続することが明白に示される。開け始めてからミシン目が完全に破いて開けられるまでの開封抵抗を表す曲線は、互いに似ているが、異なるレベルの力が必要とされ、加えられていることも分かる。
更に、本発明による材料構造、5211は、3つ全ての試料のうち必要とされる開封力が一番少ない。
参照試料と内側層構成が同じであるがラミネート層部分が異なる試料5210は、参照試料より少ない開封力を必要とする。これはおそらく、ラミネート層が合計で15.2μm(14g/m)しかなく、相当に薄くなっているが、その代わりに中心層としてmLLDPEを有しており、しかしこれはわずか4.4μm(4g/m)という薄い厚さであることに起因する。
本発明による材料構造は、内側層のmLLDPEとLDPEのブレンドの代わりに、より薄いmLLDPEだけの層を有することによって、かくして必要とされる開封力を更に低下させた。以前には、開封するのに強過ぎないように、また加工が困難になり過ぎないようにするために、液体カートン包装用ラミネート用にはmLLDPEをブレンドするのが必要であると考えられていたことを考慮すると、これは驚くべき啓発的な効果である。
測定された開封力に加え、試験開封者の第三者委員会は、材料構造5211から作製された試料包装が、開封に対してより「堅牢」であることを見出した。これはすなわち、包装を開けた結果として開いたラミネート端部に生じるプラスチック残渣がより少なかったことを意味している。
飲用のために開けてアクセスされるようにストローによって突き通されるストロー穴を有する包装をベースにする3種の材料構造に関して、同様の試験及び知見が為された。そのとき開けようとしたストロー穴は、上記のバルク層を除いたラミネートの全ての層を含んでいた。
本発明のラミネートされた材料構造の様々な層厚構成の一連の試験において、折り畳む間のアルミニウム箔におけるピーク塑性歪みを模擬実験によって推定し、図6a、6b、及び6cにポリマーの層厚の関数として視覚化した。材料の層構造は、Table 2(表2)及びTable 3(表3)に記載しており、表中、最内層部分の中間層及びラミネート層部分に使用したLDPEは、Ineos社製のNovex(登録商標)19N730であった。使用したmLLDPEは、Dow社製のElite(登録商標)5860であった。mLLDPEを最内層部分でブレンドしたとき、それをDow社製のLDPE 770Gとブレンドした。外側層でも、使用したLDPEは、Ineos社製のNovex(登録商標)19N730であった。
全ての実施例で使用した接着性ポリマーは、Dow社製のPrimacor(登録商標)3540であった。
塑性歪みとは、応力を除去した後に金属がその当初の形状に戻らない降伏点を上回る塑性域で得られる歪みである。塑性歪みが高くなるということは、箔の亀裂のリスクが高くなることを意味している。よって、ピーク塑性歪みの推定は、行うべき包装の折り畳み形成時のアルミニウムバリア箔における亀裂の開始に影響を及ぼす歪みのリスクの尺度である。箔の亀裂の開始は、アルミニウム箔バリア及びラミネートされた包装材料を通る酸素透過(OTR)の増大につながることが観察されている。よって、バリア材におけるピーク塑性歪みが少なくなると、包装を折り畳み形成するときに、バリア材層を含むラミネートされた包装材料の酸素バリア性が向上し得る。
図6aの図は、テストラン2、4、3、及び5からアルミニウム箔において得られたピーク塑性歪みを示す。模擬実験は、ラミネートされた包装材料を折り畳んで、一回の折り畳みで最大の歪みをアルミニウム箔に引き起こすというシナリオに基づいて行った。すなわち、材料の外側をそれ自体に対して折り畳むように、ラミネートを折り畳んで行った(アルミニウム箔は厚いバルク層の内側に位置する)。歪みは、100度の折り曲げ角で試験した。
ラン2、3、4、5をそれぞれ比較することによって、ラミネート層部分の厚さが大きくなると、アルミニウム箔におけるピーク塑性歪みが大きくなり、それによってラミネートを通る酸素の移動又は浸透も多くなる可能性があることが分かる。
同様に、現況技術の層構造からのアルミニウム箔におけるピーク塑性歪み(ラン2)は、ラミネート層部分及びアルミニウム箔の内側のポリマー層の総厚がそれぞれ同じである、本発明による対応する層構造(ラン4)より大きい。これは、ラン3とラン5との比較からの結論でもある。
図6bの図は、本発明によって構造化されたラミネート層部分の総厚の関数としてのアルミニウム箔におけるピーク塑性歪みを示す(ラン8〜13)。この図から、ラミネート層部分の総厚を20μmから9μmに下げると、アルミニウム箔のピーク塑性歪みも22%から15%に減少したと結論付けることができる(変形後の試料の長さを開始時の試料の長さで除した比率として表される)。×型記号は、mLLDPEとLDPEとのブレンドの単一の最内層、27.4μm(25g/m)厚の全内側層、及び約21.8μm(20g/m)の比較的厚いLDPEのラミネート層部分を有する、参照試料(ラン7)を表す。
図6cの図は、内側ポリマー層の総厚の関数としてのアルミニウム箔における塑性歪みを示す。この図から、内側ポリマー層の総厚を増加させると、アルミニウム箔における塑性歪みが更に減少したと結論付けることができる。左の四角い点は、22μm、すなわち20g/m2のラミネートの厚さを有する、本発明によらない参照試料を表す。参照試料の内側層の厚さを増加させると、右上の四角い点が得られた。すなわち、塑性歪みが増大した。しかし、その代わりに本発明によるラミネート層構成を使用すると、右下の点が得られた。すなわち、塑性歪みは変化しないままであった。薄くしたラミネート層部分を有する本発明の更なる試料では、その代わりに、内側層の厚さを増加させると塑性歪みが減少した。
20g/m2のラミネート層部分の試料は、表中のラン2、4、及び7から取ったものである。15g/m2の試料は、表中のラン9及び10から、一方、12g/m2の試料は、ラン11及び12から取ったものである。
図6b及び図6cを得た模擬実験のテストランについて、Table 2(表2)及びTable 3(表3)に更に記載する。
よって、ラン2〜13から、ラミネート層部分中のポリマー層が厚くなると、概してアルミニウム箔におけるピーク塑性歪みが高くなることが結論付けられる。ラン4〜6から、薄くしたラミネート層部分と厚くした全内側(すなわち、厚くした最内層部分)とを組み合わせると、アルミニウム箔における歪みを最も少なくすることができることが示される。ラン2〜5からも、本発明によるラミネート層部分の構造、すなわち、特定の比率の厚さでmLLDPEの中心層を含むラミネート層部分の構造によって、LDPEを用いるランより歪みを少なくすることができることが分かる。
更に、テストラン7〜13から、本発明によってラミネート層部分を薄くして全内側層を厚くする(最内層部分を厚くする)と、アルミニウム箔における歪みを少なくすることができ、したがって向上したガスバリア性が得ることができるはずであると結論付けることができる。
図7aの図は、直方体の包装容器に折り畳み形成したときに、本発明のラミネートされた材料構造中及び参照試料の材料構造中のアルミニウム箔バリアのK−折り畳み領域で測定された、実際に検出された亀裂の幅を示す。包装材料は、直方体状、例えば、レンガ状、平行六面体状の包装容器への折り畳み形成から、K−折り畳み領域で大きい歪みに曝される。下記の特徴以外は同じである3種の試料のラミネート層構造について、形成された亀裂の幅を測定し、その値をプロットした。
一般構造は、
/(12g/m)13.0μmのLDPE/260mNの板紙/(12g/m)約13μmのラミネート層/6μmのAl箔/25g/mの全内側層/
参照試料7465番:
(12g/m)13.0μmのLDPEのラミネート層、及び(19g/m)20.9μmのブレンドのヒートシール性層と(6g/m)6.4μmの接着層との最内層部分。ブレンドは70wt%のmLLDPE及び30wt%のLDPEである。
参照試料7466:
(12g/m)13.0μmのLDPEのラミネート層、(25g/m)27.2μmの全内側封緘層(しかし、純粋なmLLDPE最内層を含む)。内側層構造は、(6g/m)6.4μmの接着性ポリマー、(10gm)10.9μmのLDPE中間層、及び(9g/m)9.9μmのmLLDPEである。
本発明による試料7467:
(4g/m)4.4μmの厚さのmLLDPEの中心層と、中心層の両側にあるそれぞれ(4g/m)4.4μmの厚さのLDPEの結合及び支持層とを有し、全ラミネート層部分が(12g/m)13.2μm厚である本発明によるラミネート層部分、及び純粋なmLLDPEの最内層を含む(25g/m)27.2μmの全内側封緘層。内側層構造は、(6g/m)6.4μmの接着性ポリマー、(10g/m)10.9μmのLDPE、及び(9g/m)9.9μmのmLLDPEである。
バリア層のK−折り畳み領域に出現する初期の亀裂の幅が大きいほど、包装の取り扱い及び配送によって後でバリア材に大きい亀裂が形成されるリスクが高くなり、それによって、隣接層に破裂及び欠陥が形成されるようになることがあり、更に悪化すれば、包装された製品の内容物の漏れ又は包装内部の充填された製品中への細菌の侵入が引き起こされるようになることもある。バリア材のK−折り畳み領域内に亀裂があると、充填された包装容器内に移動する酸素の量の増加によって、保存寿命が損失するおそれがある。よって、負担がかかる取り扱い及び配送の後での包装の完全性又は性能の問題のリスクを回避する又は低減するために、直方体の包装に折り畳み形成されることによって形成される初期のK−折り畳み領域の亀裂の幅を可能な限り小さく保つことが重要である。
K−折り畳み領域でアルミニウム箔バリア層に形成された亀裂の幅の有意な減少が、試料7467、すなわち本発明のラミネート層構造によって得られることが明白に示される。よって、そのようなラミネート構造は、K−折り畳み領域の観点から、向上した包装性能ももたらすはずである。
図7bは、相当するラミネートされた材料構造を有するが、1.5〜2リットル等のより多い量の液状食料製品に適するように、より厚く、より強くしたより大きい包装容器に関する、同じ関連性及び結論を示す。
ラミネートされた包装材料の試料は下記の通りであり、1.5リットルの同じ平行六面体状(「Slim」)の直方体の包装に折り畳み形成した。一般構造は、
/(16g/m)17.4μmのLDPEの外側/370mNの板紙/(20g/m)のLDPE(又は/7/6/7/g/m)/6μmのAl箔/(14g/m)15.2μmのLDPE/(15g/m)のmLDPE+LDPEブレンド(70+30wt%)/(又は/6/23/6/g/m)である。
参照試料6908番:
(30g/m)32.6μmのLDPEのラミネート層、及び(19g/m)20.9μmのブレンドのヒートシール性層と、(6g/m)6.4μmの接着層と、(20g/m)21.7μmのLDPEの中間層との最内層部分。すなわち、全内側層の厚さは49.0μmであり、最内層のブレンドは70wt%のmLLDPEと30wt%のLDPEとのブレンドである。
参照試料6909:
(20g/m)21.7μmのLDPEのラミネート層、及び(15g/m)16.5μmのブレンドのヒートシール性層と、(6g/m)6.4μmの接着層と、(14g/m)15.2μmのLDPEの中間層との最内層部分。すなわち、全内側層の厚さは(35g/m)38.1μmであり、ブレンドは70wt%のmLLDPE及び30wt%のLDPEである。
本発明による試料6913:
(6g/m)6.6μm厚のmLLDPEの中心層と、中心層の両側にあるそれぞれ(7g/m)7.6μm厚のLDPEの結合及び支持層とを有し、全ラミネート層部分が(20g/m)21.8μm厚である本発明によるラミネート層部分、及び純粋なmLLDPE最内層を有する(39g/m)μmの全内側封緘層。内側層構造は、(6g/m)6.4μmの接着性ポリマー層、(27g/m)29.3μmの中間LDPE層、及び(7g/m)7.7μmのmLLDPEの最内層である。
やはり、試料6913、すなわち本発明のラミネート層構造によって、K−折り畳み領域でアルミニウム箔バリア層に形成された亀裂の幅の有意な減少が得られた。よって、そのようなラミネート構造は、K−折り畳み領域の観点から、向上した酸素バリア性及び包装の完全性を有することができる。
図7aにおける7467及び図7bにおける6913の例によって示されるように、本発明の構造は、バルク層及びバリア層の繊維及び不均等な表面によって引き起こされるラミネート層部分での貫入又は破れにも向上した耐性を有する。
図8は、様々な材料構造のヒートシールの、様々な電力設定でのリグ試験の結果を示す。このようにして、本発明のラミネートされた材料構造によって、mLLDPEとLDPEとをブレンドした最内層を有する参照構造と比較してヒートシールウィンドウ(heat sealing window)が広げられたことも結論付けることができる。ヒートシールウィンドウが広くなると、有益である。何故なら、封緘操作をより低い温度で開始することができ、封緘ポリマーのポリマー鎖が解かれて、互いに封緘しようとする2つのポリマー表面(usrface)の境界面を横切って再び絡まるための時間をポリマー鎖により長く与えることができるからである。
凡例:
X:阻止された封緘
O:密封
試料6322:97℃の融点及び907kg/mの密度を有する、最内封緘層としてのmLLDPE;Dow社製Elite 5860
外側から内側への材料構造(g/m)://16 LDPE/ppr 260mN/9 LDPE/10 mLLDPE/9 LDPE/Al箔 6.3/6 EAA/18 LDPE/10 mLLDPE//
6424:最内封緘層としてのmLLDPE/LDPEブレンド;mLLDPE:Dow社製Elite 5860、及びLDPE:Ineos社製770G
外側から内側への材料構造(g/m)://16 LDPE/ppr 260mN/30 LDPE/Al箔 6.3/6 EAA/17 LDPE/12 mLLDPE//
6425:106℃の融点及び918kg/mの密度を有する、封緘層としてのmLLDPE;Exxon Mobil社製Exceed 0019XC
外側から内側への材料構造(g/m)://16 LDPE/ppr 260 mN/9 LDPE/10 mLLDPE/9 LDPE/Al箔 6.3/6 EAA/18 LDPE/10 mLLDPE//。
よって、図9は、ASTMD3418に従ってDSCを用いて、最内層部分の二層(すなわち、LDPEの一層及びmLLDPEの一層)を一緒に10℃/分の2回目の加熱で分析することから予想される融解図の例を示す。mLLDPEの融点ピークは、LDPEの融解曲線93には「はっきりと表れる」。何故なら、それらはかなり近くにあり、融解エネルギー領域が互いに重なり合うからである。mLLDPE層のある融点は、図9中の92にLDPE曲線の勾配の「ショルダー」として見え、別のmLLDPEの融点は、融解過程の終わりに、LDPE曲線の弱くなった勾配91に存在する。このようにDSC曲線で見ることができるように融点ピークを「分離する」ためには、10℃/分の走査ランプ速度、場合によってはより低いランプ速度が必要である。
結論付けると、上の実施形態及び評価から、特許請求の範囲によって規定される本発明によって、向上した開封特性と向上した包装の完全性特性とを両方有するだけでなく、向上したガスバリア性も有する液体カートン包装を生成することが可能になることが示される。本発明の包装材料は、高速ラミネーションプロセスに適しているだけでなく、高速充填及び封緘プロセスに増大した堅牢性を呈する。本発明によって、関与するポリマー原料の総量を低減することも可能になり、それによって資源効率の高い包装材料を提供することが可能になる。
本発明は、上に示し、説明した実施形態によって限定されるものではなく、特許請求の範囲内で変わり得るものである。概論として、層の厚さ間の割合、層間の距離の割合、並びに他の特徴物の大きさ及び互いに比較した相対的な大きさは、図に示される通りとして受け取るべきではない。これらは、互いに関連する層の順序及び種類、及び文章での明細書に記載される通りの理解すべき他の全ての特徴物を単に説明するに過ぎない。
10 包装材料、包装用ラミネート
11 バルク層
12 バリア層部分
13 ラミネート層部分、ラミネーション層部分
13a 内側ポリマー層
14 中心層
15 支持層
16 支持層
17 内層部分、最内層部分
18 最内層
19 中間層
20 接着性ポリマーの介在層、接着性ポリマーの層、接着性ポリマー
21 外側層、最外層
21 リール
22 リール
23 溶融ポリマーカーテン
24 押出
25 ラミネーションニップ
26 予備ラミネート
27 ローラーニップ
28 溶融カーテン
29 共押出
30 ラミネート
30a 包装容器
30b 包装容器
30c ゲーブルトップ包装
30d ボトル型包装
31a 縦方向の封緘
31b 縦方向の封緘
32a 横方向の封緘
32b 横方向の封緘
33 開口具
34 スリーブ
35 頂部
41 管状物
42 縦方向の端部
42’ 縦方向の端部
43 接合部
44 充填
45 横方向の封緘
46 包装
51 バルク層
52 バリア層
53 ヒートシール性最外層
54 結合層
55 ラミネート層
56 最内層
91 勾配
92 ショルダー
93 融解曲線

Claims (16)

  1. 液体カートン包装用ラミネートであって、以下のラミネートされた層部分:
    a.熱可塑性ポリマーの液密なヒートシール性最外層であり、最外とは、包装用ラミネートから作製された包装容器の外側に向いていることを意味する、最外層(21)、
    b.カートン又は板紙のバルク層であり、バルク層の外側に液密なヒートシール性最外層が施された、バルク層(11)、
    c.バリア層部分(12)、
    d.バルク層の反対側の内側をバリア層部分に接合する、ラミネーション層部分(13)、
    e.バリア層部分の反対側の内側に施された、液密なヒートシール性ポリマーの最内層部分(17)、
    f.任意選択により、最内層部分をバリア層部分に接合する、4〜9μmの厚さを有する接着性ポリマーの層(20)、
    を有し、
    最内層部分が、低密度ポリエチレン(LDPE)の中間層(19)と、メタロセン又はメタロセン型触媒で生成された直鎖低密度ポリエチレン(mLLDPE)の最内層(18)とを有し、最内層が、包装用ラミネートから作製された包装容器の内面を構成し、最内層部分と接着層とが、内側ポリマー層(13a)を構成し、
    ラミネーション層部分が、mLLDPEの中心層(14)と、中心層の両側にあるLDPEの支持層とを有し、LDPEの支持層が、中心層のそれぞれの側で中心層をバルク層及びバリア層部分に接合し、
    中心層の厚さが、4〜15μmであり、ラミネーション層部分の総厚の40%以下を構成し、ラミネーション層部分の総厚が、50μm未満であり、
    mLLDPEの最内層の厚さが、6〜20μmであり、内側ポリマー層の総厚の50%以下を構成し、内側層の総厚が、最大50μmであり、
    最内層のmLLDPEが、95〜105℃の少なくとも1つの融点を有し、
    中間層のLDPEが、105〜115℃の融点を有する、
    液体カートン包装用ラミネート。
  2. mLLDPEポリマーが、190℃、2.16kgで10〜25、例えば、15〜25g/10分のメルトフローインデックス(ISO1133)を有し、一方、LDPEポリマーが、190℃、2.16kgで4〜12g/10分のメルトフローインデックス(ISO1133)を有する、請求項1に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  3. 最内層(18)のmLLDPEが、ラミネート層部分の中心層(14)に使用されるものと同じである、請求項1又は2に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  4. 内側層部分の中間層のLDPEポリマーが、ラミネート層部分の支持層に使用されるものと同じである、請求項1から3のいずれか一項に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  5. 内側層部分の中間層のLDPEポリマーが、外側層に使用されるものと同じである、請求項1から4のいずれか一項に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  6. バリア層部分(12)がアルミニウム箔である、請求項1から5のいずれか一項に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  7. 接着性ポリマー(20)が、190℃、2.16kgで4〜12g/10分のメルトフローインデックス(ISO1133)を有し、3〜10質量%のカルボン酸官能基含有量を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  8. 内側ポリマー層(13a)の総厚の、ラミネート層部分(13)の厚さに対する厚さ比が、1より大きい、請求項1から7のいずれか一項に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  9. バルク層(11)が、50〜450g/mの表面質量を有する板紙である、請求項1から8のいずれか一項に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  10. ラミネート層部分の中心層が、4〜8μmの厚さを有し、全ラミネート層部分の厚さの40%以下を構成し、全ラミネート層部分が25μm以下の総厚を有し、最内層の厚さが6〜15μmであり、内側ポリマー層の総厚の50%以下を構成し、内側ポリマー層の総厚が40μm以下である、請求項1から9のいずれか一項に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  11. 内側ポリマー層の総厚の、ラミネート層部分の厚さに対する厚さ比が、1.3より大きく、例えば1.5より大きく、例えば1.8より大きく、例えば2.0より大きい、請求項10に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  12. バルク層(11)が、100〜400g/m、例えば100〜350g/m、例えば100〜250g/mの表面質量を有する板紙である、請求項10又は11に記載の液体カートン包装用ラミネート。
  13. 請求項1から12のいずれか一項に記載の液体カートン包装用ラミネートを製造するための方法であって、
    mLLDPEの中心層を少なくとも1層のLDPEの支持層と一緒に、バルク層のウェブとバリア層のウェブとの間に溶融共押出し、ローラーニップ内で溶融ポリマーを一緒にプレスしながら固化させることによって、バルク層のウェブをバリア層部分のウェブに押出ラミネートする工程、
    mLLDPEの最内層を少なくともLDPEの中間層と一緒に、バリア層部分を含むウェブ表面上に溶融共押出コーティングする更なる工程
    を含む、方法。
  14. ラミネート層部分の全てのポリマー層が、一回の溶融押出操作で一緒に共押出される、請求項13に記載の液体カートン包装用ラミネートを製造するための方法。
  15. 全ての内側ポリマー層、すなわち、バリア層部分の内側にあるポリマー層が、一回の溶融押出操作で一緒に共押出される、請求項13又は14に記載の液体カートン包装用ラミネートを製造するための方法。
  16. 請求項1から12のいずれか一項に記載の液体カートン包装用ラミネートから製造される、包装容器。
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