NO318495B1

NO318495B1 - Laminatstruktur for beholdere

Info

Publication number: NO318495B1
Application number: NO19981881A
Authority: NO
Inventors: Joe L Kinsey
Original assignee: Int Paper Co
Priority date: 1995-10-27
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 2005-03-29
Also published as: WO1997015436A1; DE69626030D1; DE69626030T2; MXPA98003255A; ES2187679T3; NZ320541A; JPH11500374A; ATE231791T1; NO981881L; DE69626030T3; EP0857103B2; CN1078129C; KR19990063782A; KR100321605B1; EP0857103B1; CN1200695A; EP0857103A4; ES2187679T5; HK1016539A1; CA2233578A1

Abstract

Det tilveiebringes en juicekartong-struktur med forbedret langtidsholdbarhet som har lav oksygen-permeabilitet, er lekkasjefri, har minimal-karakteristika uten å tape muligheten for skråskj æring av sammenføyningen, eller benytte hydrogenperoksyd som steriliseringsmiddel. Kartongstrukturen omfatter et polyamid polymer sjikt (14), et sjikt av etylenvinylalkohol kopolymer (24) med et etylen komonomer innhold på 27-32 mol-% og et tynt, matt sidesjikt av polyolefin polymer (28).

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en laminatstxuktur for beholdere, så som juice-kartonger. Mer spesielt angår foreliggende oppfinnelse en laminatstruktur som har lav oksygen-permeabilitet, er lekkasjefri i minst 90 dager, har en høy grad av smaksbevaring, vitamin C-beskyttelse, evne til å beholde fasong samt holdbarhets-karakteristika, uten å redusere muligheten til å skråskjære "sidesømmen" på kartong-emnet eller å benytte hydrogenperoksid for å sterilisere innsiden av kartongen. Laminatstrukturen omfatter et polyamid polymersjikt, et høybarriere etylen-vinylalkohol kopolymer-sjikt og et tynt sjikt av polyolefin på den matte siden av laminatet.

Bakgrunn

Varmeforseglbare polyolefin-polymere så som lavdensitets polyetylener er vel kjent til bruk som komponenter i eksisterende kartong-beholdere til mat eller andre produkter, og har kun minimal motstand mot gjennomtrengning av oksygen. "Pinholes", rifter, sprekker eller revner som oppstår ved konvensjonell pakking og bruk av kartonger, skaper ytterligere kilder til lekkasje. Det er vel kjent at impermeable materialer så som aluminiumsfolie, polare sprø materialer så som polyakrylonitriler, polyvinylidenklorider, polyvinylklorider etc. gir varierende grad av motstand mot gjennomtrengning av oksygen. Imidlertid mangler alle disse materialer den nødvendige styrke ved høye deformasjonshastigheter, så som motstand mot sprekkdannelse under trykk ved rivning, pakking og uforsiktig håndtering under distribusjon, som skal til for å gi en resulterende lav-permeabel konstruksjon. I tillegg har lekkasje gjennom utettede hulrom i bunn-, topp- og sidesveiser ført til dårlige egenskaper for beholderne.

De eksisterende kommersielle strukturer for kartong-beholdere for flytende- og faste produkter av mat og andre typer varer, har benyttet et lett varmeherdbart laminat sammensatt av et kartongsubstrat og oksygen-hindrende folie som begge er blitt lagt i "sandwich" mellom to tykke sjikt av polyolefin-polymere så som lavdensitets polyetylen (LDPE). Polyolefin-polymeren er et relativt billig materiale som gir en varmeforsegtbar fuktighetsbarriere. Et problem med konvensjonelle strukturer har vært at foliesjiktet som fungerer som barriere mot transmisjon av oksygen inn i og ut av beholderen, sprekker i løpet av trinnene som omfatter behandling av emnet, montering av beholderen og distribusjon av beholderne.

Bøying og bretting opptrer under dannelse av beholdere med "gavl-topp" eller flat topp eller andre typer brettede varmeforseglbare topp-lukkemekanismer og kant-forseglede eller andre konvensjonelle brettede bunner gir overdreven grad av lokal belastning på den tynne folien eller på andre barriere-sjikt for oksygen, og det typiske resultat er at det oppstår sprekker eller "pinholes".

Til dags dato har det ikke vært noen økonomisk gunstige kommersielt tilgjengelige kartong beholdere uten metall folie som gir oksygen-impermeabilitet i nærheten av hva som oppnås med

glass- eller metallbeholdere.

Formål

Det er et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en langtidsholdbar beholder-struktur med lengre levetid, som har lav oksygen-permeabilitet og er lekkasjefri, så som en kartongbasert pakning eller beholder som hindrer gjennomgang av gasser og i tillegg holder på smaksstoffene og hindrer inntrengning av mikrobiologiske forurensninger. Et ytterligere formål med den foreliggende oppfinnelse er å fremstille en slik beholder som er kosteffektiv (pr-beholder), fundamentalt kompatibel med eksisterende bearbeidingsverktøy, og som kan formes, fylles og forsegles ved slike økonomiske, høye hastigheter ved temperaturer, trykk og oppholdstider som er vanlig for pakkemaskiner.

Et annet formål ved foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en laminat-struktur for beholdere, så som en gavltak type kartongstruktur, for forbedret langtidsholdbar pakking av matvarer, så som juice.

Et ytterligere formål ved oppfinnelsen er å tilveiebringe en ikke-metallfoliert laminat-struktur for en beholder med lang holdbarhet som kan steriliseres ved bruk av hydrogenperoksid (H202), som gir svært lite tap av aromaoljer, som kan bli skråskåret og sidesveiset, og som har overlegen holdbarhet og formstabilitet. Strukturen vil ha lav oksygen-permeabilitet og den vil hindre inntrengning av mikrobiologiske forurensninger.

Oppfinnelsen

Disse og andre mangler ved den tidligere kjente teknikk er tatt hånd om av foreliggende oppfinnelse, som er rettet mot en forbedret langtidsholdbar laminatstruktur for beholdere som har et polyolefin-polymersjikt, så som polyetylen polymer på den matte siden, det vil si produktsiden, og som derved tillater sterilisering med hydrogenperoksid. Beholderen har et høybarriere etylen-vinylalkohol kopolymersjikt som inneholder 27-32 mol-%av komonomeren etylen i kopolymeren, sammen med et tynt bindemiddelsjikt og et tynt polyolefin-polymersjikt, så som lavdensitets polyetylen, for å minimalisere uttrekking av aromaoljer til mindre enn 10%. Tilveiebringelsen av de tynne bindemiddel- og polyolefin-polymersjikt på den matte siden av strukturen sikrer at sidekantene av strukturen kan skråskjæres med standard skråskjærings-teknikker.

Mer konkret består foreliggende oppfinnelse i en laminatstruktur som definert i patentkrav 1. Foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Disse og andre egenskaper ved foreliggende oppfinnelse vil bli nærmere beskrevet under henvisning tii tegningene, hvor Fig. 1 er et forstørret tverrsnitt av en foretrukket utførelsesform av laminatet ifølge oppfinnelsen; Fig. 2 viser et forstørret tverrsnitt av det foretrukne utførelsesform vist i figur 1, og viser en mulig måte å konstruere laminatet på; og

Fig. 3 viser et forstørret tverrsnitt av laminatet vist i figur 1 i en skråskåret tilstand.

Den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen vist i figur 1 er en forbedret langtidsholdbar laminat-struktur som har lav oksygen-permeabilitet og er lekkasjefri. Alle arealvekter er i det følgende uttrykt som kg/ 1000 m<2>. Den foretrukne struktur 5 har et kartongsubstrat 10 med en vekt på 163-650 kg, til hvilket det er påført på en side et sjikt av polyolefin-polymer 12, så som lavdensitets polyetylen, lineær lavdensitets polyetylen eller en blanding av slike, i en tykkelse som tilsvarer 8,1-32,5 kg og fortrinnsvis omtrent 19,5 kg. Sjikt 12 er "glans-sjiktet" som er i kontakt med atmosfæren. På undersiden av den indre del av substratet 10 er et polyamid polymer sjikt 14 som har en arealvekt på mellom 3,2 og 32,5 kg og fortrinnsvis ca. 8 kg. Polyamid polymeren kan være, men er ikke begrenset til, Nylon 6, Nylon 66, Nylon 10, Nylon 6-10, Nylon 12, amorf nylon og andre egnede polyamider. Undersiden, eller innersiden av polyolefin-polymersjiktet 14 er belagt med et bindemiddelsjikt 16. Bindemiddelsjiktet 16 har en arealvekt på 0,8-11,4 kg og er fortrinnsvis ca. 2,4 kg. Et polyolefin-polymersjikt 18 er påført undersiden, eller innersiden, av bindemiddelsjiktet 16, og har en arealvekt på mellom 9,7 og 48,8 kg og fortrinnsvis omtrent 29 kg.

Polyolefin-polymersjiktet 18 er belagt med nok et polyolefin-polymersjikt 20 på sin underside eller innside, som har en arealvekt på mellom 1,6 og 11,4 kg og fortrinnsvis omtrent 6,5 kg. Et andre bindemiddelsjikt 22 er påført undersiden av polyolefin-polymersjiktet 20 og har en arealvekt på 0,8 - 8,1 kg og fortrinnsvis omtrent 2,4 kg. Et høybarriere etylen-vinylalkohol kopolymersjikt 24 med en arealvekt på 0,8- 8,1 kg og fortrinnsvis omtrent 3,3 kg er påført undersiden (innsiden) av bindemiddelsjiktet 22. Undersiden eller innsiden av etylen-vinylalkohol kopolymersjiktet 24 er påført et tredje bindemiddelsjikt 26 med en arealvekt på mellom 0,8 og 8,1 kg og fortrinnsvis omtrent 2,4 kg. Til sist er et sjikt av polyolefin-polymer 28 påført undersiden av bindemiddelsjiktet 26, hvilket polymersjikt utgjør den matte siden, det vil si produktsiden, av laminatet. Sjiktet 28 har en arealvekt på mellom 1,6 og 11,4 kg og fortrinnsvis omtrent 6,5 kg.

Det ytre blanke og det indre matte sjiktet av laminatet er begge polyolefin-polymersjikt, sjikt 12 henholdsvis sjikt 28. Ved å benytte polyolefin-polymer til både den matte og den blanke siden, forhindres kontakt mellom det steriliserende hydrogenperoksid og etylen-vinylalkohol kopolymersjiktet, og siden polyolefin-polymeren ikke reagerer skadelig med hydrogenperoksid innebærer det at laminatet 5 tilfredsstiller FDA-kravene. Siden hydrogenperoksid er det foretrukne steriliseringsmiddelet, er konstruksjonen ifølge oppfinnelsen å foretrekke fremfor de konvensjonelle strukturer. Hydrogenperoksid er det mest effektive middel for sterilisering for å hindre

mikrobiologisk forurensning, og tilfredsstiller FDA-krav.

Bruk av det høybarriere etylen-vinylalkohol kopolymersjikt 24 i kombinasjon med bindemiddelsjiktet 26 og polyolefin-polymersjiktet 28 minimaliserer tapet av aromaoljer. Prøver med laminatstrukturen indikerer at aromatapet fra strukturen 5 var mindre enn 10% over en periode på minst 90 dager, hvilket er ansett som langtidslagring, og aromatapet for perioden var ned mot 6% for appelsinjuice. Konvensjonelle etylen-vinylalkohol kopolymersjikt har 44 mol-% etylen komonomer i polymeren. Høybarriere etylen-vinylalkohol kopolymersjiktet 24 ifølge foreliggende oppfinnelse har et etylen komonomerinnhold på 27-32 mol-%, og ca. 29 mol-% er foretrukket.

Konvensjonelle beholdere benytter etylen-vinylalkohol kopolymersjikt med 44 mol-% etylen komonomerinnhold, som gir 5-6 ukers holdbarhet. Por at slike beholdere skal få tilsvarende lav oksygen-permeabilitet som ved foreliggende oppfinnelse, må tykkelsen på etylen-vinylalkohol kopolymersjiktet økes med minst en faktor to eller tre. Tilsvarende vil kostnadene for slike beholdere øke, og for de fleste formål vil det gjøre beholderne økonomisk uinteressante.

Foreliggende oppfinnelse benytter et ekstrusjonsbelagt høybarriere etylen-vinylalkohol kopolymersjikt med et etylen komonomerinnhold på 27-32 mol-%. Høybarriere etylen-vinylalkohol kopolymersjiktet 24 inkorporert i laminatet 5, gir en beholder med en ønsket langtids-holdbarhet på minst 90 dager. I tillegg er sjiktet 24 omtrent halvparten så tykt som konvensjonelle etylen-vinylalkohol kopolymersjikt som har 44 mol-% etylen komonomer. Laminatet ifølge foreliggende oppfinnelse har således lengre holdbarhet, minst 90 dager, og er mindre kostbart enn konvensjonelle laminater. For at konvensjonelle etyien-vinylalkohol kopolymersjikt skal få sammenlignbar oksygen-permeabilitet må det gjøres to til tre ganger tykkere. En slik konstruksjon er ikke økonomisk forsvarlig.

Ved dannelsen av de foretrukne beholdere fra laminatet 5, må sidesammenføyningene skråskjæres. Skråskjæring gir en metode for å sammenføye sidekantene av beholderen slik at kartongkantene på strukturen ikke blir eksponert for dens væskeinnhold slik at man unngår at det trenger inn i laminatet. Laminatet blir slik anordnet at det overlapper seg selv på forskjellige steder. Laminatet brettes som vist på figur 3, slik at kartongkantene ikke kommer i kontakt med innholdet i beholderen. Innsiden 50 av laminatet 5 har omtrent en halvpart av sin tykkelse fjernet nær enden av laminatet slik at det kan brettes om seg selv. Dette sikrer at bare polyolefin-polymeren kommer i kontakt med innholdet, og kommer i kontakt med yttersiden 60. For å skråskjære laminatet riktig, må man være oppmerksom på at polare polymere, i motsetning til ikke-polare polymere, ikke vil forsegles mot seg selv når den varmes direkte med flamme-påvirkning. Polyolefin-polymere, så som lavdensitets polyetylen, lineær lavdensitets polyetylen eller en blanding av slike, er ikke-polare og fungerer bra for skråskjæring-formål.

Av denne grunn benyttes bindemiddelsjiktet 26 og polyolefin-polymersjiktet 28 på den matte siden. Sjiktene 26 og 28 er relativt tynne. Por eksempel har polyolefin-polymersjiktet vanligvis en arealvekt på 16-19 kg. Ved å benytte sjiktene 26 og 28 kan sidesammenføyningene på laminatet 5 skråskjæres ettersom polyolefin-polymeren kan forsegles til seg selv ved direkte flamme-bevirket oppvarming.

Polyamid polymersjiktet 14 benyttes i hovedsak for å gi mekanisk styrke og termisk motstand for derved å gi bedre holdbarhet og formstabilitet til laminatet 5. Polyolefin-polymersjiktet 18 fungerer som et tettende sjikt slik at sjiktet 18 til en viss grad "smelter" under oppvarming og fyller hulrom som dannes når laminatet brettes for å danne en beholder. Bindemiddelsjiktene 16 og 22 kan eventuelt utelates uten å forlate prinsippet for foreliggende oppfinnelse.

Med referanse til figur 2, er polyolefin-polymersjiktet 12 påført substratet 10. Polyamid polymersjiktet 14, bindemiddelsjiktet 16 og polyolefin-polymersjiktet 18 produseres så i en koekstrusjon 30, og påføres den andre overflate av substratet 10. Polyolefin-polymersjiktet 20, bindemiddelsjiktet 22, høybarriere etylen-vinylalkohol kopolymersjiktet 24, bindemiddelsjiktet 26 og polyolefin-polymersjiktet 28 produseres så som en koekstrusjon 40 og påføres på koekstrusjonen 30 for dannelse av laminatet 5. Ovenfor er anvist én måte å fremstille laminatet på, men andre metoder kan også benyttes. Oe tilgrensende polyolefin-polymersjikt 18 og 20 kan også lages som ett sjikt. Det kritiske sjikt for oppnåelsen av de ønskede egenskaper ved oppfinnelsen er diskutert ovenfor. De øvrige bindemiddel- og polyolefin-polymersjikt er tilveiebragt for å hjelpe til ved håndtering og produksjon av koekstrusjonene og for å gi en passende mengde materiale til laminatet S. Slike sjikt kan erstattes eller fjernes etter behov så lenge laminatet bibeholder tilstrekkelig materiale til å opprettholde de ønske egenskaper.

Etter å ha beskrevet flere utførelsesformer av beholderen ifølge oppfinnelsen, må det forventes at det vil bli foreslått andre modifikasjoner, variasjoner og endringer av fagfolk på bakgrunn av angivelsene i beskrivelsen. Det skal derfor forstås at alle slike variasjoner, modifikasjoner og endringer antas å falle inn under oppfinnelsen som definert i de vedlagte patentkrav.

Claims

1. Laminatstruktur for beholdere omfattende: - et substrat med indre og ytre overflater; - et ytre sjikt av et varmeforseglbart polymermateriale belagt på nevnte ytre overflate på nevnte substrat; - et polyamid polymersjikt påført på nevnte indre overflate av nevnte substrat for å gi mekanisk styrke og termisk motstandsevne og forbedre holdbarheten av nevnte laminat, karakterisert ved at laminatstrukturen og så omfatter - et sjikt av høy-barriere etylen-vinylalkohol kopolymer påført innvendig på nevnte polyamid polymersjikt, for å hindre uttrekking av aromaoljer fra innholdet av nevnte beholder; idet nevnte sjikt av høy-barriere etylen-vinylalkohol kopolymer har en arealvekt på 0,8-8,1 kg/1000 m2; og - et tynt bindemiddelsjikt belagt på en indre overflate av nevnte høy-barriere etylen-vinylalkohol kopolymersjikt og et tynt sjikt av et varmeforseglbart polymermateriale påført på en indre overflate av nevnte tynne bindemiddelsjikt for å danne en indre flate i nevnte beholder og for å muliggjøre skråskjæring av sidesammenføyningene på nevnte beholder og sterilisering av nevnte laminat med hydrogen peroksid, - idet nevnte høy-barriere etylen-vinylalkohol kopolymersjikt har 27-32 mol-% etylen komonomer og idet laminatet ikke omfatter noen metallfolie.

2. Laminatstruktur for beholdere som angitt i patentkrav I, karakterisert ved at nevnte substrat er kartong.

3. Laminatstruktur for beholdere som angitt i patentkrav I, karakterisert ved at nevnte ytre sjikt av varmeforseglbart polymer materiale og nevnte tynne sjikt av varmeforseglbart polymer materiale er valgt blant lavdensitets polyetylen, lineær lavdensitets polyetylen eller en blanding av slike.

4. Laminatstruktur for beholdere som angitt i patentkrav 1, karakterisert ved at den videre omfatter et bindemiddelsjikt påført den indre overflate av nevnte polyamid polymersjikt.

5. Laminatstruktur for beholdere som angitt i patentkrav 4, karakterisert ved at den videre omfatter minst ett sjikt av polyolefin-polymer på en indre overflate av nevnte bindemiddelsjikt.

6. Laminatstruktur for beholdere som angitt i patentkrav 5, karakterisert ved at den videre omfatter et andre bindemiddelsjikt påført på en indre overflate av nevnte minst ett polyolefin-polymersjikt, og hvor nevnte høy-barriere etylen-vinylalkohol kopolymersjikt er påført på en indre overflate av nevnte andre bindemiddelsjikt.

7. Laminatstruktur for beholdere som angitt i patentkrav I, karakterisert ved at den videre omfatter et bindemiddelsjikt påført på en indre overflate av nevnte polyamid polymersjikt.

8. Laminatstruktur for beholdere som angitt i patentkrav 1, karakterisert ved at den videre omfatter minst ett polyolefin-polymersjikt på en indre overflate av nevnte bindemiddelsjikt, og et andre bindemiddelsjikt påført på en indre overflate av nevnte minst ett polyolefin-polymersjikt og hvor nevnte sjikt av høy-barriere etylen-vinylalkohol kopolymer er påført på en indre overflate av nevnte andre bindemiddelsjikt.

9. Laminatstruktur for beholdere som angitt i patentkrav 1, karakterisert ved at nevnte minst ett polyolefin-polymersjikt utgjør et første ytre- og et andre indre sjikt.

10. Laminatstruktur for beholdere som angitt i patentkrav I, karakterisert ved at sjiktet av høy-barriere etylen-vinylalkohol kopolymer har 29 mol-% etylen komonomer.

11. Laminatstruktur for beholdere som angitt i patentkrav 1, karakterisert ved at nevnte polyamid polymer er valgt fra gruppen som består av: NYLON 6, NYLON 66, NYLON 6-12, NYLON 10, NYLON 12 og amorfe nylon.