NO175582B - Beholder for mikrobölgeoppvarmning av matvarer - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en beholder'., som kan anvendes for mikrobølgeoppvarmning av matvarer, bestående av et substrat som er i alt vesentlig mikrobølgegjennomtrengelig og som har en bestembar smelte- eller brenntemperatur, og av en metallholdig film på minst en del av substratet, idet filmen er tilpasset til å absorbere mikrobølgeenergi, til å bli oppvarmet og til å overføre varme til matvarer plassert inntil filmen.

Ikke-ledende materialer, slik som papir, plast og glass er ialt vesentlig mikrobølgegjennomtrengelige ettersom de hverken reflekterer eller absorberer mikrobølger. Mens beholdere for visse matvarer i disse "gjennomtrengelige" materialer er godtagbare når matvarene oppvarmes, har overflatene av matvarene som oppvarmes i en mikrobølgeovn tendens til å bli fuktige på grunn av kondensering av vanndamp på overflaten av maten. Dette er et problem for matvarer som ønskelig bør være sprø, slik som stekt kylling, pommes frites, pizza og lignende. Som en følge derav er metalliserte polyesterfilmer blitt utviklet som susceptorer (tynne filmer av et ledende materiale utformet til å absorbere mikrobølgeenergi) for å oppvarme mat hosliggende det metalliserte filmområdet ved leding og stråling. Det metalliserte området, på grunn av dets lave varmemasse, oppvarmes hurtig og overfører varmen for bruning og sprø-dannelse. Således hjelper susceptorer til med oppvarming av matvareoverflater for å hindre vanndampkondensering og bløte overflater av matvaren.

Tynne belegg av aluminium på polyesterfilmer er kjente og anvendes som slike susceptorer ved klebelaminering til papir eller papp. Imidlertid vil aluminium oksydere over tid, hvorved den mister sin ledeevne, og aluminium fortsetter også å absorbere mikrobølgeenergi. Dette skaper muligheten for overheting. Kontrollering av mengden av metall som avsettes på polyesteren er også vanskelig. Den klebende laminering kan by på problemer på grunn av utgassing fra klebemidlet under oppvarming, hvilket bevirker lukter og bismak.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å lage mikrobølge-susceptorfilmer som absorberer og reflekterer på organiske substrater, men som likevel opprettholder en temperatur som er mindre enn den for det organiske substratet under normal mikrobølgeoppvarmning.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes beholderen ved at den metallholdige filmen er titannitridfilm.

Ifølge en utførelsesform har filmen en dukresistivitet mellom ca. 40 og ca. 1000 ohm/kvadratenhet.

Videre kan det være fordelaktig at filmen hovedsakelig består av TiNx, der x er mellom ca. 0,8 og ca. 1,3.

Med fordel har filmen en tykkelse mellom ca. 75 og ca. 400Å.

Substratet er i alt vesentlig mikrobølgegjennomtrengelig, mens filmen er tilpasset til å absorbere mikrobølgeenergi og således bli oppvarmet, til å overføre varme til matvarer når disse er hosliggende filmen. Et foretrukket substrat er krystallisert polyetylentereftalat som har et smeltepunkt mellom ca. 198°C og 218°C. Med titannitridfilmer, ifølge oppfinnelsen, kan beholdere oppvarmes i vanlige mikro-bølgeovner (slik som ha en innfallende effekt av ca. 1600 watt ved 2450 MHz) for sprø oppvarming av matvarer, dog uten å bevirke brettsmelting.

Fig. 1 er et perspektivriss over en beholderutførelsesform ifølge oppfinnelsen.

Beholdere ifølge oppfinnelsen omfatter et substrat som er i alt vesentlig mikrobølgegjennomtrengelig og har en bestembar smelte- eller brenningstemperatur. Eksempelvis har substrater dannet av et krystallisert polyetylentereftalat (CPET) en smelte- eller brennetemperatur mellom ca. 198°C og 218°C, mens papp og plast/papir sammensatte substrater typisk har en varmemotstand inntil ca. 205°C. Slike substrater av plast, papir eller sammensatte substrater er egnet for bruk som substrater ifølge den foreliggende oppfinnelse, selvom CPET er særlig foretrukket på grunn av et attraktivt, bord-klart utseende. Det vil imidlertid forstås at et stort utvalg av relativt varmestabile, men organiske substrater er egnet.

Ser man på figuren, omfatter en beholder 10, som er nyttig for mikrobølgeoppvarmning av matvarer, substrat 12 (slik som er blitt beskrevet) med en titannitridfilm 14 på minst en del av substrat 12. Som vist kan substratet 12 dannes som et brett med et første matvaremottagende hulrom 16 og et andre matvaremottagende hulrom 18. Film 14 kan klebes til bunnen 20 av hulrom 16 slik at når matvarer anbringes i hulrommet 16, absorberer filmen 14 så mikrobølgeenergi, blir oppvarmet og overfører varme til matvarene.

Bunnen 20 kan være i alt vesentlig flat, slik som vist, eller kan utformes i forskjellige konfigurasjoner (slik som korrugeringer) for å lette væskeseparering fra matvarene når de koker, for dekorative formål eller lignende. Dersom det er ønskelig kan filmen 14 i tillegg belegges på vegg 22 av matvaremottagende hulrom 16 (som vist i fig. 1).

Filmen 14 vil være ganske tynn, fortrinnsvis av størrelses-orden fra ca. 75 til ca. 400Å, fortrinnsvis fra ca. 100 til ca. 200Å. Slik det vil bli nærmere beskrevet i det etter-følgende, kan filmer velges med betydelig forskjellige filmtykkelser, dog med lignende absorberende eller reflek-terende egenskaper.

Titannitridfilmen blir fortrinnsvis avsatt på det valgte substratet ved hjelp av en magnetron-forstøvningsprosess, hvor et titanmål sprøytes i en atmosfære som innbefatter minst noe nitrogengass. Sprøyteforstøvning eller såkalt "sputtering" er en velkjent teknikk for dannelse av et materialskikt på et substrat. Reaktiv sprøyteforstøvning skjer hvor en bestanddel sprøyteforstøves i nærværet av en gass av en annen. Når materialet som skal sprøyteforstøves er en elektrisk leder, anvendes et dc potensiale. Når materialet som skal sprøyteforstøves er en isolator, foretrekkes det å anvende et rf potensiale for å eliminere oppbygningen av overflateladninger på isolatoren og det resulterende tap i akselererende potensiale. Sprøyteforstøvningstakten kan i stor grad økes ved å begrense plasmaet til en region hosliggende målet. Slik begrensning forsterker plasmaet og øker både sannsynligheten for gassatom-elektronkollisj oner og sannsynligheten for at ionene som således dannes vil treffe katoden. Ved bruken av et magnetisk felt, kan plasmaet begrenses til en region som er kun litt adskilt fra katoden. En slik anordning er den plane magnetronforstøvningskatoden.

Støkiometrien for titannitridfilmer, ifølge oppfinnelsen, kan variere. Således kan filmene representeres som TiNx, hvor x er mellom ca. 0,8 og ca. 1,3. Der eksempelvis titanmålet sprøyteforstøves i nærværet av en gass som er fullstendig nitrogen, vil x være større enn 1, vanligvis i størrelses-orden ca. 1,1 til ca. 1,3. Der titanmålet sprøyteforstøves i en gassblanding redusert i mengden av nitrogen (eksempelvis til å innbefatte en inert gass og nitrogen), vil så x være normalt mindre enn 1. Med eksempelvis en gassblanding som er 70 vekt-% argon og 30 vekt-# nitrogen, vil x være da ca. 0,8.

Filmer, ifølge oppfinnelsen, har fortrinnsvis en dukmotstand

. mellom ca. 40 til ca. 1000 ohm pr. kvadratenhet, dog mest foretrukket fra ca. 200 til 900 ohm pr. kvadratenhet, og særlig foretrukket (for et CPET-substrat) mellom ca. 500 og 800 ohm pr. kvadratenhet. Tabell I illustrerer data tatt av titannitridfilmer på CPET substrater med varierende filmtykkelser. De anvendte mål var samtlige av titan.

De endelige temperaturdata i Tabell I ble tatt etter seks minutters eksponering av de oppfinneriske beholdere i en 1600W mikrobølgeovn satt høyt på 2450 MHz. Mikrobølge-absorber ingen ble målt på 2450 MHz og 0,1 mW innfallen effekt. Som det vil sees viser dataene i Tabell I at lignende resistiviteter, absorbert effekt og slutt-temperatur kan oppnås med varierende filmtykkelse og forskjellige gassbland-inger under avsetningsprosessen til å variere støkiometrien.

Forholdet mellom dukresistivitet, absorbert effekt, overført effekt, og reflektert effekt er illustrert ved dataene i tabell II, som ble tatt fra titannitridf ilmer på en flat glassplate.

For den samme filmstøkiometri indikerer lavere dukresistivitet tykkere filmer, mens høyere dukresistiviteter indikerer tynnere filmer. Som det vil sees fra dataene i Tabell II, kan man ha sammenlignbar absorbering med forskjellige filmtykkelser (slik det vil sees ved hjelp av 340 og 570 ohm/kvadratenhet verdien). Selvom dataene i Tabell II er for filmer belagt på flate glassplater, kan analoge resultater og forhold oppnås med substrater ifølge oppfinnelsen.

Titannitridfilmer, ifølge oppfinnelsen er varige og gir hurtig, jevn oppvarming. Tabell III illustrerer data som viser filmoppvarming som en funksjon av tid fra mikrobølge-oppvarmning. Varmen som frembringes ble målt under anvendelse av infrarød termografi.

Dataene i Tabell III viser at filmene kan nå ca. 150-160°C i løpet av 20 sekunder og i alt vesentlig jevnt opprettholde den temperaturen. Substratene i Tabell III var CPET brett. For sammenligning ble CPET brett belagt med rustfritt stål. Slike brett belagt med rustfritt stål nådde kun ca. 85°C etter 2 minutters oppvarming.

Hvor beholdere, ifølge oppfinnelsen, definerer ett matvaremottagende hulrom med en film, ifølge oppfinnelsen, og det andre hulrommet er i alt vesentlig mikrobølgegjennom-trengelig, bør i så fall det mikrobølgegjennomtrengelige hulrom maskeres under avsetning av film. Dobbelthulroms-beholdere ble forberedt hvor ett hulrom ble belagt med titannitrid og det andre hulrom ble maskert ved å neste en samsvarende CPET komponent i det ikke-belagte hulrom. Avsetningene var jevne under anvendelse av denne fremgangs-måte for maskering og var gjentagbare. Beholdere, ifølge oppfinnelsen, ble så testet ved å anbringe på en plate av 3 mm glass i en mikrobølgeovn og behandle i 45 sekunder på høy effekt. Beholderne ble målt på siden ved siden av det ikke-belagte hulrom så nær bunnen som mulig. Dataene i tabell IV illustrerer temperaturene etter 45 sekunder, filmtykkelsene og dukmotstandene. Beholderne hadde en viss indikasjon på smelting på den øvre kant, eller leppen av hulrommet. Denne svake kantsmelting kan elimineres ved å maskere den øvre leppen av beholderne under avsetning.

Eksempel I

Eksempel I beskriver spesifikt forberedelsen av beholdere ifølge foretrukket utførelsesform. Vakuumsystemet som anvendes til å avsette titannitrid på CPET brett var et Åirco Coating Technology G-series system (G-6), enkeltsidig med to avsetningssoner hver inneholdende to plane magnetron katoder.

Enkeltside-systemet hadde en mekanisk pumpet innføring og utgangslås som kan evakueres til 50 mikrons trykk. Dette følges av avsetningssoner som kan evakueres via diffu-sjonspumper til 1 x 10"^ torr. For avsetningsformål kan avsetningssonene fylles til 1 x IO-<3> torr-området med inerte eller reaktive gasser. Avsetning skjer ved å transportere substratet frem og tilbake under katoden inntil den ønskede filmtykkelse oppnås. Beleggeren anvender Airco Coating Technology HRC-3000 katoder som er istand til jevnt å belegge en maksimal substratdimensjon lik 101,6 cm x 152,4 cm.

En beleggsone ble anvendt med to titanmål. Titan ble forstøvet i 100$ nitrogen under anvendelse av et gasstrøm-ningskontrollsystem til å regulere N2 strømmen ved 888 standard kubikkeentimeter (Sccm) for et forstøvningstrykk lik 1,5 x IO-<3> torr. De to Ti katodene ble drevet på en konstant effekt av hver 20 kW. Transportørlinjehastigheten var 508 cm pr. minutt. Belegget ble avsatt i to passeringer under katoden. Hver avsetningsoperasjon ble foretatt med 5 brett på en glassbærer med dimensjon 60,96 cm x 91,48 cm. Et brett ble plassert i hvert hjørne og ett i midten. To av disse brett ble anvendt som testprøver med et mikroskopglass anbragt i brettet. Glasset ble - anvendt til å måle filmtykkelse og dukmotstand. Brettene hadde to matvaremottagende hulrom. Ett av hul-rommene var beregnet for matvarer som det ikke var ønskelig å koke sprø (slik som forskjellige grønnsaker). Det andre matvaremottagende hulrom var korrugert og var belagt med titannitridfilmen på den korrugerte bunnen og langs den omgivende vegg. Det ene hulrommet som var beregnet for grønnsaker ble maskert ved å neste et annet CPET grønnsakhul-rom brett inn i det ene hulrommet.

Slik det vil sees fra dataene i Tabell "V, oppviste beholdere belagt innenfor hver operasjon utmerket dukmotstandsjevnhet, og sammenligning mellom operasjoner viser god reproduserbar-het .

Claims (4)

1. Beholder, som kan anvendes for mikrobølgeoppvarmning av matvarer, bestående av et substrat (12) som er i alt vesentlig mikrobølgegjennomtrengelig og som har en bestembar smelte- eller brenntemperatur, og av en metallholdig film (14) på minst en del av substratet, idet filmen er tilpasset til å absorbere mikrobølgeenergi, til å bli oppvarmet og til å overføre varme til matvarer plassert inntil filmen, karakterisert ved at den metallholdige filmen er en titannitridfilm.

2. Beholder som angitt i krav 1, karakterisert ved at filmen har en dukresistivitet mellom ca. 40 og ca. 1000 ohm/kvadratenhet.

3. Beholder som angitt i krav 1, karakterisert ved at filmen hovedsakelig består av TiNx, der x er mellom ca. 0,8 og ca. 1,3.

4. Beholder som angitt i krav 1, karakterisert ved at filmen har en tykkelse mellom ca. 75 og ca. 400Å.