NO319966B1 - Anvendelse av skummet ark av polyesterharpiks for fremstilling av drikke- og matvarebeholdere, samt beholdere derav - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører anvendelse av et skummet ark av polyesterharpiks, hvilket kan varmerorseglest for fremstilling av drikke- og matvarebeholdere, samt beholdere oppnådd fra et slikt ark. Formen av beholderen gis ved folding av en utforming som er stanset ved trykking.

Det benyttede arket har gassbarriereegenskaper velegnet ved fremstillingen av beholdere for drikke, slik som fruktjuicer, melk med medium holdbarhet, te og tilsvarende.

Materialene som til nå er anvendt ved fremstillingen av drikke- og matvarebeholdere, så som beholdere for fruktjuicer, melk eller andre, inkluderer i vesentlig grad et funksjonelt lag av kartong som gir beholderen mekaniske egenskaper, især stivhet, og i noen tilfeller et sjikt av tynt aluminiumsark festet til kartongen og belagt med en polyetylenfilm eller et tilsvarende polymert materiale på den siden som kommer i kontakt med drikken eller maten.

Beholdere som er fremstilt med slike flersjiktmaterialer, er vanskelig å gjenvinne på grunn av de ulike kjemiske egenskapene til de ulike sjiktene. Gjenvinnbarheten av materialet som utgjør en drikke- eller matvarebeholder, er av største viktighet både ut fra de innsparinger som gjen-vinning tillater og ut fra et økologisk aspekt.

Muligheten for anvendelse av et gjenvinnbart materiale er et svært viktig tema innen området.

Beholdere for drikke og væske fremstilt av polymere materialer finnes, men har ikke en stivhet som er sammenlignbar med de laget av kartong, og av denne grunn er de ikke an-vendbare ved fremstillingen av stive beholdere. Beholderne oppnådd ved anvendelse av slike materialer faller innenfor kategorien små poser (punger).

Forsøket på å oppnå beholdere med den nødvendige stivheten gjennom anvendelse av polymere materialer har til nå mis-lykkes .

Stivheten til beholderne er en funksjon av tykkelsen av veggen og varierer mer spesifikt med tredje potens av vegg-tykkelsen.

Anvendelsen av polymert materiale, så som polyolefiner, ved fremstillingen av beholdere med tilstrekkelig stivhet anty-der en tykkelse som ikke er økonomisk, og som videre ikke er prosesserbar grunnet vanskeligheter med bretting og for-segling som erfares i fasen der beholderen lukkes.

Et annet materiale, så som skummet polystyren, er ikke anvendbart grunnet dets skjørhet når det formes i tynne sjikt.

Stive laminater er kjent fra patentlitteraturen (US-patent 5 000 991), hvilke anvendes ved tillaging av termoformede beholdere for næringsmidler formet fra et ark av skummet polyestermateriale og en film med samme egenskaper som arket, eller av annet polymert materiale. Fra EB-A-836937 er semirigide laminater kjent, hvilke har en tykkelse fra 0,5 til 1,5 mm, omfattende et lag av polyesterharpiksskum med en tetthet på 0,7-1 g/cm<3>, til hvilket et sjikt med gassbarriereegenskaper fremstilt av et polymert materiale forskjellig fra sjiktet i polyesterskummet er festet.

Laminatene anvendes til gjenstander for emballasje gjennom tillaging ved termodannelse.

EP-A-0 866 089 beskriver et skummet cellulært materiale oppnådd ved ekstrusjonsskumming av polyesterharpiks med smeltestyrke høyere enn 8 cN, intrinsisk viskositet større enn 0,8 dl/g og kompleks smelteviskositet høyere enn 2500 Pa* s.

US-A-5 508 075 beskriver et lagdelt materiale slik som et forpakningslaminat for en forpakningsbeholder med oksygen-gass og aromabarriere egenskaper.

Materialer omfattende et sjikt av polyesterskum som kan foldes for å danne formen til beholderen gjennom folding ifølge utformingen trykt på materialet, er ikke kjent i patentlitteraturen.

Muligheten til å folde et monosjikt- eller flersjikt-polymerskummet materiale til å brettes med en utforming for å danne en beholderform gjennom folding, og foldeegenska-pene til materialet ifølge en slik utforming, utgjør ufra-vikelige krav ved fremstillingen av drikke- og matvarebeholdere når brette- og foldeteknikken anvendes.

Et materiale er egnet for bretting dersom den trykte utformingen forblir stabil over tid, og dersom brudd som kunne hindre mulighetene til å folde materialet ved stansing av en slik utforming, ikke oppstår.

Videre må materialet være varmeforseglbart for således å muliggjøre lukking av beholderen.

Oet er nå uventet funnet et polymermateriale av polyesterharpiks skum, hvilket er egnet ved fremstillingen av drikke-og matvarebeholdere, og som tilfredsstiller de ovennevnte brettekravene og gir tilstrekkelig stivhet til å erstatte kartong.

Foreliggende oppfinnelse vedrører således anvendelse av et amorft, skummet ark oppnådd fra polyesterharpiks, idet arket har tetthet lavere enn 700 kg/m<3>, tykkelse fra 0,2 til 3 mm og en krystalliseringsrate slik at krystalliniteten ved oppvarming ved 120 °C i 5 minutter ikke når verdier høyere enn 15 %, for fremstilling av drikke- og matvarebeholdere ved folding.

Polyesterharpiksen som anvendes ved tillaging av det skummede arket, er et kopolyetylenterftalat hvori fra 2 til 20 mol% enheter terftalsyre er substituert av enheter avledet fra isoftal- og/eller naftalendikarboksylsyrer.

Kopolyetylenterftalatet omfatter fortrinnsvis fra 4 til

10 % enheter avledet fra isoftalsyre.

For å bedre gassbarriereegenskapene til det skummede arket kan dette belegges med en polyesterharpiksfilm eller et annet materiale med gassbarriereegenskaper. Dersom arket belegges med en polyesterfilm, oppnås barriereegenskapene til filmen ved å utsette den for overflatebehandling, hvilket gir den barriereegenskaper, eller ved påføring av materialer med barriereegenskaper, slik som aluminium og oksider av aluminium og silisium (A1203 og SiOx).

En representativ overflatebehandling er lakkering av filmen med et sjikt av litium- eller kaliumpolysilikat. Behand-lingen tillater realiseringen av svært langsomme oksygen-permeasjonsrater, hvilke kan være 0,3 ml/m<3>/24 h/atm eller mindre.

Påføringen av sjikt av aluminium og oksider av Al og/eller Si utføres i samsvar med kjente fremgangsmåter.

Overflatebehandlingen og avsetningen av barrierematerialer velges og utføres på en slik måte at polyesterfilmoksygen-permeabilitetsegenskapene vanligvis er lavere enn 70 ml/m<a>/24 h/atm (ASTM 1434) . For en film metallisert med Al eller belagt med oksider av Al og/eller Si kan oksygen-permeabilitetsraten reduseres til verdier lavere enn 0,3 ml/m<3>/24 h/atm. Verdier lavere enn 10 ml/m<a>/24 h/atm foretrekkes. PolyesterfiImer som er metallisert med aluminium, er kommersielt tilgjengelige under navnet Nu Roll fra Nurol S.p.A. (Nu Roll er et registrert varemerke fra Nurol S.p.A.) .

Dersom en film med barriereegenskaper festes på arket, vil det være den ubehandlede siden av denne filmen som kommer i kontakt med drikken eller maten inne i beholderen.

Som en funksjon av de ulike behovene, som f.eks. å trykke med blekk eller annet, er det også mulig å anvende en film i samsvar med de ovennevnte behov som eksternt sjikt med det skummede arket, til hvilket filmen er festet som det indre sjiktet.

Påfestingen av filmen med barriereegenskaper eller annen film på det skummede arket kan realiseres i samsvar med kjente fremgangsmåter ved liming eller varmeforsegling, eller ved koekstrudering.

Oppfinnelsen gjelder derved også en drikke- eller matvarebeholder, særpreget ved at den er fremstilt ved folding av et amorft, skummet ark oppnådd fra polyesterharpiks, idet arket har tetthet lavere enn 700 kg/m<3>, tykkelse fra 0,2 til 3 mm og en krystalliseringsrate slik at krystalliniteten ved oppvarming ved 120 °C i 5 minutter ikke når verdier høyere enn 15 %.

Det skummede arket har en tykkelse på mellom 0,2 og 3 mm, mest fortrinnsvis mellom 0,2 og 1,5 mm. Tettheten til arket er mindre enn 700 kg/m<3> og er fortrinnsvis mellom 10 og 500 kg/m<3>, mest fortrinnsvis mellom 100 og 200 kg/m<3>.

Det er også mulig å dekke det skummede polyesterarket med et sjikt av en varmeforseglbar polymer forskjellig fra polyesterharpiksen. Fremstillingen av det skummede arket utføres i samsvar med kjente ekstruderingsutvidelsesme-toder.

En foretrukket fremgangsmåte er det beskrevet i US-

patent 5 362 763.

Andre fremgangsmåter er de presentert i US-patent

5 362 763.

Stivheten til det skummede arket er en funksjon av tykkelsen av arket: den øker (ikke proporsjonalt) med tykkelsen. Anvendelsen av uorganisk fyllmateriale (anvendbart opp til ca. 20 vekt%) tillater en økning i arkets stivhet. Eksempler på fyllstoffer er silika, alumina, titandioksid, kalsi-umkarbonat og tilsvarende.

Produksjonen av beholderne realiseres i samsvar med kjente fremgangsmåter ved å folde fra en design trykt i riller på arket, som er satt for å utvikle formen av beholderen.

Beholderne kan ha ulik form og volum i samsvar med deres endelige anvendelse. Kubiske, rektangulære eller pyramide-former kan anvendes. Volumet av beholderne for drikke og fruktjuicer er vanligvis mellom 0,2 og 2 liter.

Polyestere som anvendes ved tillaging av de skummede

arkene, kan oppnås ved polykondensering av en aromatisk bikarboksylsyre, fortrinnsvis tereftalsyre, med en diol av 2-12 karbonatomer, så som etylenglykol, 1,4-butandiol og 1,4-dimetylolsykloheksan, og velges fortrinnsvis fra polyety-lenterftalatkopolymerer hvori opptil 20 mol% av enhetene avledet fra terftalsyre er substituert av enheter avledet fra isoftalsyre og/eller en naftalendikarboksylsyre.

For å gi det skummede arket bionedbrytbarhet og/eller kom-posterbarhet blandes polyesterharpiksen som anvendes ved fremstillingen av arket med 10-35 vekt% av en bionedbryt-bar, alifatisk polyesterharpiks, og blandingen utsettes for en polyaddisjonsreaksjon i fast tilstand ved nærværet av et dianhydrid av en tetrakarboksylsyre, fortrinnsvis aromatisk.

Pyromellittanhydrid er det foretrukne dianhydrid og nyttes i en mengde fra 0,05 til 2 vekt% av den totale mengden har-piks.

Polyaddisjonsreaksjonen i fast tilstand utføres ved en tem-peratur fra ca. 150 til 220 °C, i en tidsperiode og med en dianhydridkonsentrasjon tilstrekkelig til å oppnå verdier av harpiksintrinsisk viskositet høyere enn 0,7 dl/g (viskositet målt ved 25 °C i en blanding med 60/40 vektandel av fenol og tetrakloretan) og verdier av smeltestyrke tilstrekkelig høye til å tillate skumming av harpiksen.

Den intrinsiske viskositeten ligger vanligvis mellom 0,8 og 1,2 dl/g.

Velegnede smeltestyrkeverdier er høyere enn 8 centinewton, og fortrinnsvis høyere enn 20 centinewton.

Målingen av smeltestyrke utføres ved anvendelse av et Geottfert kapillærreometer i samsvar med fremgangsmåten beskrevet i US-patent 5 442 381.

Den alifatiske polyesterharpiks oppnås ved polykondensering av en hydroksysyre med 2-22 karbonatomer eller dens lakton eller 1aktid, eller ved polykondensering av en alifatisk bikarboksylsyre med 2-22 karbonatomer med en alifatisk eller aromatisk diol med 2-22 karbonatomer. Polykaprolakton er den foretrukne polyester. De ovennevnte polyesterne har den egenskap at de er bionedbrytbare.

De følgende eksempler tilveiebringes for å illustrere oppfinnelsen, men uten å begrense den.

Eksempel 1

Et ark av skummet COPET (kopolyetylenterftalat inneholdende 4 vekt% isoftalsyre) med en tykkelse på 0,7 mm og en tetthet på 180 kg/cm<3> og med en krystalliseringsrate slik at kryatalliniteten ved oppvarming ved 120 °C i 5 minutter ikke når verdier høyere enn 15 %, som kommer fra en snelle, brettes med en utforming til å gi en beholder etter folding som har en parallellepiped form.

Det brettede arket anvendes ved tillaging av beholdere for melk med middels holdbarhet og for fruktjuicer.

Beholderne lukkes ved varmeforsegling. Lukkingen forsegles hermetisk og kan lett åpnes ved riving eller ved skjæring, eller andre metoder.

Eksempel 2

Et FET-skummet ark med karakteristikkene beskrevet i eksempel 1 festes gjennom anvendelse av et lim, som sammen med beholderen kan gjenvinnes, til en Nu Roll metallisert film fra Nurol S.p.A. med en tykkelse på 15 mikron.

Arket nyttes ved produksjonen av beholdere for væsker.

Eksempel 3

Et skummet ark oppnådd fra kopolyetylenterftalat inneholdende 4 % enheter isoftalsyre som er blandet med 10 vekt% polykarprolakton UC PCL 787 fra Union Carbide, og deretter utsatt for polyaddisjon i fast tilstand ved 180 °C (til indre viskositet på 0,85 dl/g) med en tykkelse på 0,7 mm, en tetthet på 180 kg/cm<3> og en krystalliseringsrate slik at krystalliniteten ved oppvarming ved 120 °C ikke når verdier høyere enn 15 %, trykkes i samsvar med en utforming som gjennom bretting er ment å gi en beholder av parallellepiped form.

Det brettede arket anvendes ved tillaging av beholdere for melk med middels holdbarhet og for fruktjuicer.

Beholderen lukkes ved varmeforsegling. Lukkingen holdes hermetisk og kan lett åpnes ved riving, ved skjæring eller andre metoder. Beholderne som utsettes for kompostering under normale driftsbetingelser anvendt i komposteringspro-sesser, blir komposterbare.

Eksempel 4

Et skummet PET-ark med karakteristikkene fra eksempel 3 festes med liming med et lim, som sammen med beholderen kan gjenvinnes, til en Hu Roll metallisert film med tykkelse 15 mikron fra Nurol S.p.A.

Arket nyttes ved produksjonen av beholdere for væsker.

Claims (13)

1. Anvendelse av et amorft, skummet ark oppnådd fra polyesterharpiks, idet arket har tetthet lavere enn 700 kg/m<3>, tykkelse fra 0,2 til 3 mm og en krystalliseringsrate slik at kryst al liniteten ved oppvarming ved 120 °C i 5 minutter ikke når verdier høyere enn 15 %, for fremstilling av drikke- og matvarebeholdere ved folding.

2. Anvendelse ifølge krav 1, idet arket oppnås fra et kopolyetylenterftalat inneholdende fra 2 til 20 mol% enheter avledet fra isoftalsyre og/eller naftalendikarboksylsyrer.

3. Anvendelse ifølge kravene 1 og 2, idet krystalli-seringsraten av arket er slik at krystalliniteten ved oppvarming ved 120 °C i 5 minutter er lavere enn 10 %.

4. Anvendelse ifølge ethvert av kravene 1-3, idet arket festes til en film som har gassbarriereegenskaper valgt fra polyesterfilmer med en oksygenpermeabilitetsrate lavere enn 70 ml/m<3>/24 h/atm (måling i henhold til AS TM 1434) .

5. Anvendelse ifølge krav 4, idet polyesterflimen metalliseres med aluminium eller belegges med et sjikt av aluminium eller silisiumoksid, eller med kalium- eller litiumpolysilikater.

6. Anvendelse ifølge ethvert av kravene 4 og 5, idet polyesterfiImen gjøres festbar til det skummede arket ved anvendelse av lim eller varmelaminering.

7. Anvendelse ifølge ethvert av kravene 1-6, idet arket har en tetthet som ligger mellom 10 og 500 kg/m<3>, fortrinnsvis mellom 100 og 200 kg/m<3>.

8. Anvendelse ifølge ethvert av kravene 1-7, idet arket har en tykkelse fra 0,2 til 1,5 mm.

9. Anvendelse ifølge ethvert av kravene 1-8, idet arket inkluderer et uorganisk fyllstoff.

10. Anvendelse ifølge ethvert av kravene 1-9, idet arket oppnås fra en aromatisk polyesterharpiks blandet med 10-30 vekt% av en alifatisk polyesterharpiks.

11. Drikke- eller matvarebeholder, karakterisert ved at den er fremstilt ved folding av et amorft, skummet ark oppnådd fra polyesterharpiks, idet arket har tetthet lavere enn 700 kg/m<3>, tykkelse fra 0,2 til 3 mm og en krystalliseringsrate slik at krystalliniteten ved oppvarming ved 120 °C i 5 minutter ikke når verdier høyere enn 15 %.

12. Beholder ifølge krav 11, karakterisert ved at den har en lukking som er utført ved varmeforsegling.

13. Beholder ifølge krav 11, for fruktjuicer eller sterilisert melk, karakterisert ved at det skummede arket er festet til en polyesterfilm med oksygenbarriereegen-skaper tilsvarende permeasjonsrateverdier lavere enn 70 ml/m<2>/24 h/atm, fortrinnsvis lavere enn 10 ml/m<3>/24 t/atm.