JP3993232B6 - バリヤー性を有する包装用積層物の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、包装材料において、互いに近接する２つの層を固定するための方法、より詳細には、包装材料において、近接する積層物層にバリヤー層を固定するための方法に関する。
容器に強度および寸法安定性を与える紙または厚紙の基層を有する包装用積層物の形態にある積層包装材料は、包装産業において長い間使用されてきた。多くの場合、これらの既知の包装用積層物における基層は非常に厚く、それにより容器に良好な機械的強度および寸法安定性を授ける。一方、外側の熱可塑性の層は、いわゆるヒートシールによる包装用材料の容器への変換を可能にすると同時に、結果として液体を透過させない容器を生じる。ここで、互いに面している熱可塑性の層は、熱および圧力を供給されている間に互いに表面融着されて、機械的に強く、液体を透過しない封止接合部を形成する。
基層およびポリエチレンのみを含んでなる包装用積層物は良好な機械的強度並びに水分および液体に対する良好な封止性を有するけれども、実用上はバリヤー性が不十分である。ちなみに、バリヤー層とは、光、ガスおよび／または調味剤（flavouring gagent）に対する良好なバリヤー性を有する積層物層を意味する。
例えば光に敏感な製品のための容器において包装用積層物を使用することができるためには、光遮断性を有する材料の少なくとも１つの層がこの積層物に追加されなければならない。ジュース、ワイン、料理用の油などの液体食品のための容器においては、良好なガス・バリヤー性を有する包装材料が必要とされる。よく使用されるガス・バリヤー層は、基層の片側に適用されるアルミニウム箔である。Ａｌ箔はそれ自身が完全に酸素不透過性であり、材料の容器への変換時の誘導加熱によって材料の不透過性および機械的に強力な接合を達成することができると同時に、充填される製品にとって価値のある他のバリヤー性（例えば、光不透過性）をも有する。なおそのうえ、積層物の内側に対して適用されるＡｌ箔は、アルミニウム箔と後ほど充填される食品との間の接触を防ぐために、１つまたは複数のプラスチック層（普通はポリエチレン）で覆われなければならない。多くの場合、バリヤー層は基層に対して直接には結合できない代りに、１つまたは複数の中間結合層が良好な接着には必要とされる。
Ａｌ箔は高価な材料であるばかりでなく、アルミニウムを含有している既知の包装材料は複数の重大な欠点をも有する。これらは、バリヤー層として使用されるＡｌ箔が、その低い伸縮性のために、容器の製造時に、材料の特に脆弱な領域でしばしば破断し、こうして完成容器の不透過性をそこなうという事実に、ある程度そして特定の場合においては完全に依存する。これらの既知の包装材料は、液体または水分に付される場合に、それらの機械的な強度特性を急速に失い、この容器が軟弱で扱いにくくなるという、ずぶ濡れの紙または厚紙が引き起こす欠点をも有する。なおそのうえ、容器に必要な寸法剛性を与えるためには、紙または厚紙の層を比較的厚くしなければならず、このことは、材料の装填量の増加および容器の製造時のＡｌ箔におけるひび割れの形成の危険性に寄与する。
上述の種類の容器が製造される場合、この包装材料は、（比較的大きな基層の厚みのために、折り曲げは結果として材料における張力となるので）材料が折り曲げられる際に特に大きくなる応力にしばしば付される。もしもこの材料が、プラスチック塗膜と比較して非常に小さな引張強さしかないバリヤー層をさらに含んでなる場合には、この材料を折り曲げる時に容易に破断する場合がある。
材料が交差している２本の折り線（いわゆるクロス）に沿って折り曲げられなければならない場合、前記の問題はさらに悪化する。ロールから製造されるか、あらかじめ製造された半加工品から製造されるかに関係なく、このタイプの容器に常に存在する外側の封止領域（シートまたはロールの形態にある軟質材料であって、良好な寸法剛性を有する液体不透過性の包装容器の製造を意図されている材料）に関する場合は正にそうであることが多い。
平行六面体形の容器が成形される場合、この容器の特定の領域においては、この材料の厚みは積層物の厚みの６倍に達するであろう。その場合、この材料のもっとも外側の層は、伸張に伴う、かつバリヤー材料における破断の危険性の増大につながる非常に大きな引張応力に付されるであろう。
アルミニウム箔の形態にあるバリヤー材料は実用上は伸張性がほとんど無いので、容器の製造時に包装材料が付されるそれらの引張応力に無事に耐えることができない。多くの場合、上述の特に脆弱な領域においては、Ａｌ箔上の引張応力はこのように非常に大きいので、Ａｌ箔がひび割れたりまたは破断したりして、上述のような不透過性の損失およびその結果としての完成容器における漏れの危険性を伴う。前記の問題は、Ａｌ箔の厚みに幾分か関連しており、Ａｌ箔の厚みをより厚くすることによって、ある程度は抑制することができるけれども、材料の折り曲げ方向から見てＡｌ箔の外側に配置されている他の層といっしょに、Ａｌ箔が、折り曲げられていない平面の状態にあるＡｌ箔および前記の外側の層の各々の対応する長さよりも長い距離を無理に通されるという事実に起因する。このように、これらの外側の層といっしょに、Ａｌ箔は、折り曲げによって生じる”余分な距離”だけこの材料の層を伸張させるために必要な引張力に対応する引張力に付されるであろう。Ａｌ箔の外側に配置されているプラスチック層は、普通は、この余分な折り曲げ距離だけ伸張されるのに十分弾性であるけれども、これに反してＡｌ箔は小さな伸張能力しか有しておらず、従って、折り曲げ方向から離れて面している基層の面上に配置されているＡｌ箔を有する２重または多重の材料の層が、交差している２本の折り曲げ方向に沿って折り曲げられる場合に、しばしばひび割れたりまたは破断したりする。
このように、上述の包装材料は重大な欠点を有しており、ひび割れの形成または同様の漏れの損傷の危険性を排除するための新しい材料および方法が大いに求められている。
Ａｌ箔における破断およびひび割れの形成の１つの回避方法は、Ａｌ箔上の引張応力を減らす目的のために、このような危険な領域におけるフライス削りまたは研削により材料を除去することによって基層の厚みを部分的に減らして、Ａｌ箔を折り曲げの中心により近づけることであった。なるほどこの解法は実際問題としてうまくはたらくし、良好なガス不透過特性を有する折り畳み容器の製造を可能にするけれども、同時にそれは材料の大量損失およびそれに関連する材料コストの上昇を意味する。
ひび割れの形成に伴う問題のもう１つの既知の解決方法は、包装材料における適切な数の折り線によって容器の折り曲げを制御して、Ａｌ箔にとっての緊張をより少なくすることができるようにすることであった。しかしながら、この解法は、実際問題として達成することが非常に困難であることが判明している。
第３の既知の方法は、Ａｌ箔が付される引張力を、バリヤー層の内側に配置されている結合層に受けさせ、結果としてこの層を圧縮することからなる。しかしながら、この方法は包装材料がかなり厚くなるという欠点を有しており、上述の２重または多重の領域において問題がさらに悪化する。
本発明の目的は、包装用積層物からの、良好なバリヤー性を有する折り畳み容器の製造を可能にする上述の種類の方法を提供することである。
この目的を達成するために、本発明にかかる方法は請求項１の特徴点を有する。
普通の他の層は別として、本発明にかかる包装用積層物は、企図される包装容器の内側に向かって面しているバリヤー層を有する。このバリヤー層は、光、味および／またはガスに対するバリヤーを提供するように構成することができる。それは、アルミニウム（Ａｌ箔）、酸化アルミニウム塗膜およびシリカ塗膜などの無機材料でつくることもできる。このようなバリヤー層は、普通は、好ましくは25μｍまでの厚みの薄層として形成される。しかしながら、この無機層はかなり厚くてもよく、つまり25μｍを超えてもよい。
あるいは、このバリヤー層は、エチレン／ビニルアルコール、つまりエチレンとビニルアルコールとのコポリマー（ＥＶＯＨ）、ポリビニルアルコール、（普通はアルミニウムを用いる）金属化延伸ポリプロピレンまたは（普通はアルミニウムを用いる）金属化延伸ポリエステルのような有機材料を多少含んでもよく、このポリエステルは例えばポリエチレンテレフタレートである。
バリヤー層は、本発明に従って、近接する積層物層で覆われる。この層は、接着性プラスチック例えば、無水マレイン酸またはアクリル酸で化学的に改質されているポリプロピレン）からなることが好ましい。この積層物層の接着は、既知の技術に従って、所謂コロナ処理またはオゾン処理による処理によって改善することができる。
積層物層としてのプライマーは、高分子（例えば、ポリウレタンプライマー、エポキシ樹脂、アクリレートプライマーまたは紫外線もしくは電子線に付すことによって硬化されるプライマー）であってもよい。また、この積層物層はラッカーであってもよい。ちなみに、ラッカーとは、有機膜を形成する物質（これは天然樹脂、合成樹脂または油であってもよい）を有する無着色の液体を意味する。
ラッカーを硬化させる化学的な連鎖反応のための開始剤を、その中に取り込んでもよい。また、ラッカーは、他の方法（例えば、放射線、好ましくは電子への暴露）によって硬化されるものであってもよい。
積層物層は、バリヤー層と後に包装される充填材料との間の接触を防ぐために、内側の膜として配置されることが好ましい。もちろん、容器に面している側のバリヤー層の面またはバリヤー層の両面に積層物層を適用してもよい。
積層物層は、本発明に従って、まずバリヤー層の外側に固定され、結果として両方の層の間で接着が達成され、容器の製造時に材料が付されるそれらの応力に包装用積層物が耐えることができるのに十分なほど強くなる。同時に、材料の折り曲げ、熱成形または他の機械的処理の際に特に大きくなる、材料における上述の張力および応力に包装用積層物が付されないように、この接着は小さくなければならない。
接着は、糊付け、ヒート・ラミネーションまたは押出しのいずれによっても達成することができる。糊付けを使用する場合、（水または有機溶媒に溶解されている）糊を一方の層に塗り、次に他の層と共に乾燥およびプレスする。また、積層物層を、溶媒の中に溶解または分散されている上述の高分子の形態にある糊の膜として供給し、次に、溶媒または分散剤を、それぞれ蒸発させることもできる。積層物層において適切な材料並びに溶媒または分散剤を使用することによって接着を適合させ、包装用積層物の完成容器へのさらなる付形のために十分なものとすることができる。糊付けによる接着は、乾燥機の中を通る積層物のウェブの速度を変化させることによって制御することが好ましい。
積層物における２つの層を、押出し（すなわち、未だ溶融しているうちに一方の層を押し出す）によって、ふさわしい場合には共押出し（すなわち、２つの層を同時に押し出す）によって、互いに接着することもできる。この手順は当業者によく知られている。この場合も、積層物のウェブの速度によって接着を制御することもできる。
包装用積層物における上述の張力および応力を同様の処理の追加によって排除した後に、上述の接着による不完全な固定が完了する。これは、湿熱処理および乾熱処理による熱処理によって達成することができる。糊付けによって接着を行う場合は乾熱が好まれ、押出しによって接着を行う場合は湿熱、好ましくはオートクレーブ処理が好まれる。
包装用積層物、主にそのバリヤー層におけるひび割れの形成の危険性は、積層物層への接着が強いほど増大する。従って、ひび割れに備えて、配置される積層物への接着を低く保ちつつ、該当する製品に望まれる不透過特性を有する容器を成形し、折り曲げることができることは好都合である。次の固定完了時に、強力な接着によって、その最終的な形状に容器を固定することができる。
もちろん、第１工程における接着による不完全な固定およびその後の工程における熱処理によるその完了は、バリヤー層における材料並びに積層物層における材料にも依存する。既知の技法による押出しの際には、層に押し出される構成成分に依存する特定の温度に積層物層が達しないように手順を調整する。これは押出し速度および／または押出し温度を変えることによって達成することができる。このように、積層物層は、その層の冷却時に急速に付着する熱溶融素材として適用される。
例えば、改質ポリプロピレンの形態にある接着性プラスチックを積層物層としてアルミニウム箔のバリヤー層の上に押し出す場合は、このプラスチックが溶融し、接着のみが達成されるように、押出しを調整する。次に、さまざまな期間にわたって温度を上げることによって固定を完了する。同時に、包装材料に圧力をかけてもよいけれども、これは必ずしも必要ではない。ちなみに、オートクレーブを使用することが好ましい。しかしながら、オーブンも適用することができる。
上述の固定手順が使用される場合、バリヤー層と積層物層との間の接着は押出し時に達成され、インストロン引張応力装置において測定される場合に100〜500N/mの範囲内の接着力の区間にあるべきである。固定の完了後は、接着力の区間は800〜2000N/mの範囲内にあるべきである。ちなみに、積層物の20mmのストリップを使用し、これらのストリップを20℃において状態調整し、測定は100mm/分の速度および180°の角度（支持体付き）で行う。
オートクレーブ処理前の引張強さが500N/m未満であり、かつオートクレーブ処理後が800N/mより大きい場合に、包装目的に使用可能な優れた結果が達成される。

Claims (11)

1. 包装材料において、紙または厚紙の基層も含む近接する積層物層にバリヤー層を固定するための方法であって、
   上記固定が、第１工程において、接着を達成することによって不完全に行われ、その後前記包装材料を機械的処理にかけ、ここで当該機械的処理は折り曲げであり、そして上記固定が、その後の工程における熱処理によって完了されることを特徴とする方法。
2. 上記接着が押出しによって達成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 上記接着が糊貼りによって達成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 上記接着がヒート・ラミネーションによって達成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 上記バリヤー層が、アルミニウム、シリカ塗膜、酸化アルミニウム塗膜、エチレン／ビニルアルコール、ポリビニルアルコール、金属化延伸ポリエステルおよび金属化延伸ポリプロピレンを含む群より選ばれる材料を含んでなることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
6. 上記バリヤー層が25μｍ以下の厚みであることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
7. 上記積層物層が上記バリヤー層の２つの面の一方の上に達成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
8. 上記積層物層が上記バリヤー層の両方の面の上に達成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
9. 上記積層物層が、接着性プラスチック、ヒートシール可能なプラスチック、プライマーおよびラッカーを含む群より選ばれることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
10. 上記熱処理が湿熱によって達成されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
11. 上記熱処理がオートクレーブ処理によって達成されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。