JP4268130B2 - ウェブ状包装積層材の製造方法および製造装置 - Google Patents

Description

本発明はウェブ状包装積層材の製造方法であって、ポリマー材料の薄膜が冷却ロールとそのカウンタ・ロールとのニップ間へ下方へ向けて押出し形成され、前記ポリマー材料の薄膜が包装積層材の他の少なくとも一つの層と直接または間接的に結合されるウェブ状包装積層材の製造方法に関する。本発明はまたこの方法を実施する構造に関する。

包装、例えば液体食品のための包装に使用される包装積層材は、通常、それぞれ特定の機能を有する多数の層によって構成される。このように、例えば通常は厚紙のような繊維質を基材とする材料、またはポリマーを基材とする材料により形成されるコアー層は、積層材で製造される包装材に強度、安定した把持性および安定した寸法を与える。一つ以上のポリマー層が液密性を与え、例えばアルミニウム薄膜で形成される一つの遮断層が酸素遮断層を形成する。いま説明した形式の層は、通常、事前形成されるウェブ状材料である積層材に組込まれ、ポリマー層（一層または複数層）は通常は冷却ロールと、そのカウンタ・ロールである例えばゴムを含んで構成された押圧ロールとのニップ間へ溶融したポリマー材料の薄膜として下方へ向けて押出し形成される。同時に、少なくとも一つの他の事前形成層、通常は少なくとも一つのコアー層がニップ間へガイドされ、基本的に全面においてポリマー材料フィルムと互いに結合される。

これに代わる他の形式の層は、積層材の事前形成されている少なくとも一つの層を、乾燥物質を含有する水を主体とした混合物で覆うことによって積層材に組込まれる。乾燥後、すなわち水の除去後、乾燥物質が残って層を形成する。この層は、例えば水遮断性、ガス遮断性、光沢性、把持性、排除効果、接着性、またはリサイクルのための容易な層剥離性に関する改良された特徴を包装積層材に与える層となる。乾燥物質には、例えばポリビニル・アルコール、エチレン・ビニル・アルコール、エチレン・アクリリック酸、エチレン・メタクリリック酸、アスコービック酸、ビタミンＥ、ＦｅまたはＦｅ^２＋化合物、カルボキシメチルセルロース、ポリビニル・アセテート、またはスターチ、さらにはナノ粒状物質が含まれる。そのような積層材中に水を主体とする層を形成する一つの問題点は、薄くはできるが、避けられない特性も備えていることである。他の問題点は、それらの製造には高価で大きく複雑な被覆設備が必要とされることであり、これは包装積層材の製造のために完全に新しいラインの創作が考えられるほどに非常に大きな問題点であり、包装積層材にそのような被覆された層を形成するための被覆設備を既存ラインに補完することが望まれる場合にはさらに大きな問題点となる。今日の唯一の解決策は被覆設備をラインから外して配置する、すなわち本来の製造ラインから外れた箇所に配置することであり、このことは論理的な問題などを生じて製造コストを増大させる。

本発明によれば、上述した問題点を軽減するウェブ状包装積層材を製造する方法および構造が提供される。さらに詳しくは、乾燥物質（すなわち、乾燥して水が除去された後に残って層を形成する物質）を含有した水を主体とする混合物の非常に薄い層を包装積層材に組込むことのできるウェブ状包装積層材を製造する方法および構造が提供される。さらに、本発明による構造は、補完設備のみが限定的に必要とされるだけで既存の製造ラインに非常に有利に含めることができる。包装積層材の新規の製造ラインにおいて、本発明は空間および投資費用の面でかなりの節減をもたらす。従来の被覆設備を使用する場合に比較して、保守費用も低減される。

本発明によればこのことは、ポリマー材料の薄膜が冷却ロールとカウンタ・ロールとの間のニップ内に下方へ向けて押出し形成され、前記ポリマー材料の薄膜はニップ内で直接または間接的に包装積層材の少なくとも一つの他の層と互いに結合され、また冷却ロールが水を主体とした乾燥物質を含有する混合物の表面層で覆われ、この混合物が薄い層としてニップ内で依然高温であるポリマー材料の薄膜へ向けて転写すなわち移動されるウェブ状包装積層材の製造方法によって達成される。

従って本発明は、一対のロールが、それらのロール間のニップにおいて積層材の少なくとも一つの層に結合されるポリマー薄膜を形成するための押出し装置を含み、乾燥物質を含有した水を主体とする混合物で冷却ロールを覆うための構造を補完することのみ限定的に必要とされ、また乾燥装置がロール対の後方に配置されるであろうことを有利に意味する。ロールを液体の表面層で覆うための適当な構造は印刷工業分野により周知であり、ロール上に液体を拡げるために一つ以上のドクター部材を一般に使用するあらゆる周知の印刷方法および構造が包含される。しかしながら、ドリップ付与またはスプレー付与することで冷却ロールをまさに簡単に覆うことも考えられる。

一対のロールの間のニップにおいて、表面層は依然として高温で成形可能なポリマー材料の溶融状態にある薄膜へ直接に付着される。これは、「覆う層」が非常に均一になり、良好に覆うことができることを有利に意味する。ポリマー材料の薄膜からの熱は、水を主体とした混合物の層からの水の蒸発をもたらし、このことはその層を完全に乾燥させるために乾燥装置が全く必要とされないか、小さな（短い）乾燥装置のみ必要であることを有利に意味する。他の利点は、冷却ロールへ流される冷媒が減少できることである。何故なら、冷却ロールは水を主体とした混合物で或る程度冷却されるからである。

本発明の概念によれば、前記水を主体とした混合物は、高い水遮断性、ガス遮断性、光沢性、把持性、排除効果、接着性、または積層材の各層をリサイクルするための容易な層剥離性を含む群の改良された特徴を包装積層材に与える混合物で構成される。排除効果は、酸素がパッケージ内部の製品まで達することのないように酸素を積層材が消費する、すなわち「捕食」できることを意味する。

改良された水遮断性を得るためには、例えばポリビニル・アルコールやエチレン・ビニル・アルコールの乾燥物質を含有する水を主体とした混合材料を使用できる。改良された光沢性を得るためには、例えばラッカーが使用できる。改良された排除効果を得るためには、例えばアスコービック酸、ビタミンＥ、ＦｅまたはＦｅ^２＋化合物を使用できる。改良された接着性を得るためには、例えばエチレン・アクリリック酸またはエチレン・メタクリリック酸を使用できる。改良された容易な層剥離性を得るためには、例えばカルボキシメチルセルロース、ポリビニル・アセテート、またはスターチを使用できる。改良された酸素遮断性を得るためには、例えばポリビニル・アルコール、エチレン・ビニル・アルコール、エチレン・アクリリック酸、エチレン・メタクリリック酸、エチレン・ビニル・アルコール、スチレン共重合体、またはそれらの組合せを使用できる。さらに改良された酸素遮断性を得るためには、この混合物はナノ粒状物質、好ましくは粘土鉱物や、コロイド状、球状および非晶質なＳｉＯ_２のナノ粒状物質を含むこともできる。

今説明した水を主体とする混合物中の乾燥物質の例は本発明を限定するものと考えるべきでなく、本発明は乾燥物質を含有するあらゆる形式の水を主体とした混合物に適用できる。

本発明の他の概念によれば、ポリマー材料の薄膜に付着された水を主体とする混合物の層は、ポリマー材料の層にまさに付着されたときに０．５〜８ｇ／ｍ^２、好ましくは１〜５ｇ／ｍ^２の水を含有する。この乾燥物質は典型的には１〜５０重量％である。付着された層が好ましくは赤外線（ＩＲ）によって乾燥された後、そのポリマー材料の薄膜に付着された層は乾燥重量で０．１ｇ／ｍ^２〜１０ｇ／ｍ^２、好ましくは〜５ｇ／ｍ^２、さらに好ましくは〜３ｇ／ｍ^２、最も好ましくは〜２ｇ／ｍ^２の単位面積当たりの重量を有する。

水を主体とする混合物の粘度および（または）濃度は包装積層材中の前記混合物の層の厚さを制御するために適当に使用でき、それらのパラメータは冷却ロールとカウンタ・ロールとの間のニップに形成される空隙寸法に影響を及ぼす。ポリマー溶液、例えばポリビニル・アルコールやエチレン・ビニル・アルコールを含む混合物では、濃度はおおまかに最大２０％でなければならない。何故なら、これより濃度が高いと粘度が高くなり過ぎるからである。例えばエチレン・アクリリック酸やエチレン・メタクリリック酸の分散物質を含む混合物では、その濃度は粘度がそれほど高くならずに大体５０％まで上げることができる。

本発明の他の概念によれば、前記ポリマー材料薄膜はポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・アクリリック酸およびエチレン・ビニル・アルコールを含んでなる群の中の少なくとも一つのポリマーを、包装積層材に適当ないずれかの量で含む。

適当であるならば、包装積層材は引き続く段階において、水を主体とする混合物の付着された層を覆う少なくとも一つの別の層を備えることができる。従ってこのことは、水を主体とする混合物の付着された層が積層材の中間層を構成し、少なくとも一つの外側層で覆われることを意味する。これは、外側に位置される外層（恐らく最外層）に対して結合することを目的とする少なくとも接着剤層の場合に、または本発明により構成される層のいずれかの側の層を引剥がせるようにする層剥離性を与える層の場合に必要である。他の形式の層、例えば水遮断性、ガス遮断性または排除効果を得るための層もまた少なくとも一つの外層で覆うことができる。

しかしながら、水を主体とする混合物の前記付着された層が包装積層材における外面の最外層を構成して、パッケージの外面または内面のいずれかに配置されることも考えられる。これは少なくとも、改良された光沢性や把持性を与えるための層（外面）である場合に必要であり、また改良された水遮断性および（または）酸素遮断性を与える層（内面）である幾つかの場合に適当である。従って、「外側」または「内側」という用語は、包装積層材から製造されるパッケージの製品側空間（内側）に向けられる層、およびパッケージの外側へ向けられる、すなわちを外側を構成する層のいずれをも意味することが理解されるであろう。

本発明の好ましい実施例によれば、包装積層材が従来の酸素遮断層（例えばアルミニウム箔や遮断性を有するポリマー層）と冷却ロールを介して付着された本発明による酸素遮断層との両方を含むならば、酸素遮断性に関して非常に不浸透性の強い包装積層材が形成される。これは、二つ以上の遮断層が積層材に使用されたときに得られる相乗効果が、個々の遮断層の合計した遮断性よりも全体としての酸素遮断性が強力になることを示すからである。この場合、本発明によって形成される層中に分散可能なエチレン・ビニル・アルコールを使用することが好ましく、これはエチレン・アクリリック酸、エチレン・メタクリリック酸および（または）ナノ粒状物質を添加することで一層水溶性となされる。

本発明の他の好ましい実施例によれば、ポリマー層のピンホールとして知られている小さな孔が、本発明によりポリマー層が例えばエチレン・アクリリック酸やエチレン・メタクリリック酸を含む水を主体とする混合物で覆われることでシールされることができる。これは、特にパッケージの内部に面して液体食品と接触する唯一のポリマー層を有する包装積層材において好ましい。

本発明は本発明による構造を模式的に示す図１を参照して以下に説明される。

図１の部材１は回転可能な冷却ロールを象徴的に示しており、このロールは冷媒（冷却液）によって通常は内部から冷却されている。冷却ロール１は金属、通常は鋼で形成された殻を有し、また刻み込みのある表面を有することが好ましく、例えばスクリーン・ローラー形式では、このことは刻み込みのある表面は完全に滑らかな表面が保持するよりも多量の水を主体とする混合物を表面層に保持できることを意味する。しかしながら本発明によれば、このロールは完全に滑らかな表面、または例えば梨地肌とされるような完全に滑らかな表面から僅かに変形した表面を有することも考えられる。

例えばゴムを含んで構成された押圧ロールであるカウンタ・ロール２は、冷却ロール１の水平な中心線のそばに位置されて、ニップに調整可能なニップ圧力を与えるようにその冷却ロール１に押圧される。製造される積層材における少なくとも一つの層、通常は既に遮断層と互いに積層されているコアー層のウェブ４がこのニップ内へ給送される。ニップ内にはウェブ４と冷却ロール１との間において、押出機３で押出し形成された溶融状態にあるポリマー材料の薄膜５も給送される。ニップでは、ウェブ４は溶融状態にあるポリマーの薄膜５と基本的に相互に向合う面の全面にわたって結合される。冷却ロール１の表面と連続的に接触されている状態でウェブ４および薄膜５の積層材が冷却ロール１を回って移動するときに薄膜５は冷却され、その結果として固化／結晶化される。

本発明によれば、乾燥物質を含有する水を主体とする混合物７の表面層で冷却ロール１を覆うための構造６は、ニップと反対側の、冷却ロール１の水平な中心線のそばに配置される。この構造６は二本のロールを含み、これらのロールが混合物７を冷却ロールの表面へ移動させるものとして本明細書に示されている。しかしながら上述したように、多くの他の構造が考えられる。当然ながらニップと薄膜５との間に給送されるウェブ４と同じ幅で冷却ロール１を水を主体とする混合物で覆わねばならない。ニップにおいては、冷却ロール上に与えられた表面層は、依然として高温で成形可能な状態にあるポリマーの薄膜５へ転写すなわち移動される。このようにして水を主体とする混合物の層がポリマー薄膜上に形成され、この層は完成された包装積層材の一部を形成することになる。本発明による転写すなわち移動は、非常に薄い水を主体とする混合物の層を形成して、乾燥後に皮膚の特性を得ることができるようにする。

この構造はまた、ニップ内でポリマー薄膜５に転写すなわち移動される水を主体とする混合物の層の厚さを制御する手段（図示せず）も含む。この厚さは、水を主体とする混合物の粘度および（または）濃度によって少なくとも或る程度にて好ましく制御される。

このようにして完成された、または他の層をさらに組込むための基礎的な積層材となる包装積層材９が冷却ロール１を離れるとき、その積層材は少なくとも一つの事前形成された層（好ましくはコアー層）を含み、この層に対して直接にポリマー層が配置され、ポリマー層の他面は水を主体とする混合物の層を有して構成されている。水を主体とする混合物の層は冷却ロールの表面とポリマー層との間に位置されている間にポリマー層によって加熱される（ポリマー層がポリエチレンの場合には、例えば約２８０〜３２５゜Ｃの温度で押出し形成される）。包装積層材９が冷却ロール１を離れると、加熱された水を主体とする混合物から水が蒸発し、少なくとも部分的に乾燥する。

それでも通常は一対のロール１，２の後に乾燥装置８、好ましくは最大８ｍ、さらに好ましくは最大５ｍの波長の赤外線（ＩＲ）乾燥装置が配置される。その後、折り目を付けて個別のブランクに切断することが適当とされるならば包装積層材はパッケージとしての成形に備えられ、または包装積層材に少なくとも一つの別の層をポリマー層と同じ側に形成するために、すなわち水を主体とする混合物の層を閉じ込めるために、包装積層材ウェブは引き続く設備１０へ搬送されることもできる。包装積層材９の他側も勿論のことながらさらに別の層（複数）を備えることができる。

工場において、表１の条件に従ってポリビニル・アルコールの表面層を既存の冷却ロールに付与する試行が行われた。厚紙積層材から多数の試料が得られた。これらの試料は２７〜１０８ｃｍ^３／ｍ^２・２４時間、２３゜Ｃで１気圧、５０％ＲＨの酸素遮断性を有していた。これらの相違は、試行設備が付着される層厚さの正確な制御を行うことができず、論理的に０．６ｇ／ｍ^２の乾燥状態であったという事実が原因している。しかしながらこれらの例の目的は、主として実際において本発明の機能に応じた技術を示すことである。

本発明は本明細書に示した実施例に限定されることはなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で変化させることができる。

本発明による構造を模式的に示す概略図である。

符号の説明

１ 冷却ロール
２ カウンタ・ロール
３ 押出機
４ ウェブ
５ ポリマー材料の薄膜
６ 水を主体とする混合物を移動させる構造
７ 水を主体とする混合物
８ 乾燥装置
９ 包装積層材
１０ 引き続く設備

Claims (20)

1. ポリマー材料の薄膜（５）が冷却ロール（１）とカウンタ・ロール（２）との間のニップ内に下方へ向けて押出し形成され、前記ポリマー材料の薄膜はニップ内で直接または間接的に包装積層材の少なくとも一つの他の層（４）と互いに結合されるウェブ状包装積層材（９）の製造方法であって、冷却ロール（１）が、乾燥して水が除去された後に残って層を形成する物質である乾燥物質を含有する水を主体とした混合物（７）の表面層で覆われ、この混合物が薄い層としてニップ内で依然高温であるポリマー材料の薄膜（５）へ向けて転写すなわち移動されることを特徴とするウェブ状包装積層材の製造方法。
2. 前記水を主体とする混合物（７）が、水遮断性、ガス遮断性、光沢性、把持性、排除効果、接着性、またはリサイクルのための容易な層剥離性からなる群の改良された特徴を包装積層材（９）に与える混合物で構成されていることを特徴とする請求項１に記載された方法。
3. 前記水を主体とする混合物（７）がポリビニル・アルコール、エチレン・ビニル・アルコール、エチレン・アクリリック酸、エチレン・メタクリリック酸、アスコービック酸、ビタミンＥ、ＦｅまたはＦｅ^２＋化合物、カルボキシメチルセルロース、ポリビニル・アセテート、およびスターチからなる群の少なくとも一つの物質である乾燥物質を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された方法。
4. 前記水を主体とする混合物（７）がポリビニル・アルコール、エチレン・ビニル・アルコール、エチレン・アクリリック酸、エチレン・メタクリリック酸からなる群の少なくとも一つの物質の乾燥物質を含み、またナノ粒状物質、も含むことを特徴とする請求項３に記載された方法。
5. 水を主体とする混合物（７）の粘度および（または）濃度が包装積層材（９）中の前記混合物の層の厚さを制御するために使用されることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載された方法。
6. ポリマー材料の薄膜（５）に転写すなわち移動される層が転写された直後に０．５〜８ｇ／ｍ ^２ の含水量を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載された方法。
7. 転写された層は、包装積層材（９）が冷却ロール（１）を離れた後に乾燥されることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載された方法。
8. ポリマー材料の薄膜（５）に転写すなわち移動される層が、乾燥重量に基づいて０．１ｇ／ｍ^２〜１０ｇ／ｍ^２の単位面積当たりの重量を有することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載された方法。
9. ポリマー材料の前記薄膜（５）がポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・アクリリック酸およびエチレン・ビニル・アルコールからなる群の少なくとも一つのポリマーを含むことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載された方法。
10. 前記包装積層材（９）が、水を主体とする混合物（７）の前記層を転写された後の段階（１０）において該転写された層を覆う少なくとも一つの別の層を与えられることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載された方法。
11. 水を主体とする混合物（７）の前記転写された層が、包装積層材（９）の外側の最外層を構成するようになされることを特徴とする請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載された方法。
12. 冷却ロール（１）およびカウンタ・ロール（２）の間のニップ内へポリマー材料の薄膜（５）を下方へ向けて押出し形成するように配置された押出機（３）と、包装積層材の少なくとも一つの別の層（４）を前記ニップ内へ導き、薄膜（５）および前記別の層（４）を互いに結合させるための手段とを含む包装積層材（９）の製造構造であって、乾燥して水が除去された後に残って層を形成する物質である乾燥物質を含む水を主体とする混合物（７）の表面層で冷却ロール（１）を覆うための構造（６）を備えることを特徴とする製造構造。
13. 前記冷却ロール（１）が刻み込みのある表面を有することを特徴とする請求項１２に記載された構造。
14. 冷却ロール（１）を覆うための前記構造（６）が、ドリップまたはスプレー式の構造または一つ以上のドクター部材を含む構造で構成されていることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載された構造。
15. 乾燥装置（８）が前記冷却ロール（１）の後に配置されていることを特徴とする請求項１２から請求項１４までのいずれか一項に記載された構造。
16. ポリマー材料の薄膜（５）と積層材の同じ側にて包装積層材（９）に少なくとも一つの別の層を形成するための設備（１０）が、前記冷却ロール１に引き続いて配置されていることを特徴とする請求項１２から請求項１５までのいずれか一項に記載された構造。
17. ポリマー材料の薄膜（５）に転写すなわち移動される層が転写された直後に１〜５ｇ／ｍ ^２ の含水量を有することを特徴とする請求項６に記載された方法。
18. ポリマー材料の薄膜（５）に転写すなわち移動される層が、乾燥重量に基づいて０．１ｇ／ｍ ^２ 〜５ｇ／ｍ ^２ の単位面積当たりの重量を有することを特徴とする請求項８に記載された方法。
19. ポリマー材料の薄膜（５）に転写すなわち移動される層が、乾燥重量に基づいて０．１ｇ／ｍ ^２ 〜３ｇ／ｍ ^２ の単位面積当たりの重量を有することを特徴とする請求項１８に記載された方法。
20. ポリマー材料の薄膜（５）に転写すなわち移動される層が、乾燥重量に基づいて０．１ｇ／ｍ ^２ 〜２ｇ／ｍ ^２ の単位面積当たりの重量を有することを特徴とする請求項１９に記載された方法。

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