PL195935B1 - Spieniane arkusze z żywicy poliestrowej oraz ich zastosowanie - Google Patents

Abstract

1. Arkusz tworzywa odpowiedni do wytwarzania pojemników na napój i zywnosc, znamienny tym, ze zawiera bezpostaciowy spieniany arkusz z zywicy poliestrowej, majacy gestosc nizsza niz 700 kg/m 3 grubosc od 0,2 do 3 mm i szybkosc krystalizacji taka, ze przy ogrzewaniu w temperaturze 120°C przez 5 minut krystalicznosc ma wartosc nizsza niz 15% i majacy faldowania zgodnie z wzorem tworzacym przez zlozenie ksztalt pojemnika. 12. Zastosowanie arkusza, okreslonego w zastrz. 1 do wytwarzania pojemnika na napój lub zywnosc. 14. Zastosowanie arkusza okreslonego w zastrz. 1 do wytwarzania pojemnika na soki owocowe lub sterylizowane mleko, znamienne tym, ze spieniany arkusz jest przyklejany do warstwy poliestro- wej majacej wlasciwosci barierowe dla tlenu odpowiadajace wartosciom szybkosci przepuszczania nizszymi niz 693 ml/m 2 /24 h/MPa (70 ml/m 2 /24 h/atm). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku są spieniane arkusze z żywicy poliestrowej, które nadają się do zgrzewania i są odpowiednie do wytwarzania pojemników na napoje i żywność, przy czym wzór kształtu pojemnika ze składanego materiału można wytłaczać w prasie.

Przedmiot wynalazku obejmuje również zastosowanie tych arkuszy do wytwarzania pojemników otrzymywanych z takich arkuszy. W szczególności dotyczy to arkusza o właściwości bariery dla gazów, odpowiedniego do wytwarzania pojemników na napoje, takie jak soki owocowe, mleko o pośredniej przechowalności, herbata i tym podobne.

Substancje wykorzystywane dotychczas do wytwarzania pojemników na napoje i żywność, takich jak pojemniki na soki owocowe, mleko lub inne, obejmują zasadniczo funkcjonalną warstwę kartonu, która nadaje pojemnikowi mechaniczne właściwości, w szczególności sztywność, oraz związaną z kartonem, w pewnych przypadkach, warstwę cienkiego arkusza aluminium, powlekanego na stronie wchodzącej w kontakt z napojem lub żywnością, warstwą polietylenu lub podobną substancją polimeryczną.

Pojemniki wytwarzane z takich wielowarstwowych substancji są trudne w recyrkulacji, wskutek różnej chemicznej natury różnych warstw.

Możliwość recyrkulacji substancji tworzącej pojemnik na żywność lub napój jest ważną cechą z punktu widzenia oszczędności z samego zawracania, oraz w aspekcie ekologicznym.

Możliwość stosowania recyrkulowanej substancji jest bardzo ważnym problemem w tej dziedzinie.

Istnieją pojemniki na napoje i ciecze wytwarzane z polimerycznych substancji, jednak nie wykazują sztywności porównywalnej ze sztywnością kartonu i z tego powodu nie są przydatne do wytwarzania sztywnych pojemników. Pojemniki otrzymane z takich materiałów mieszczą się w kategorii małych woreczków (torebek).

Jak dotąd nie zakończyło się powodzeniem wytwarzanie pojemników o koniecznej sztywności z użyciem substancji polimerycznych.

Sztywność pojemników jest funkcją grubości ścianek, a dokładniej waha się z sześcianem grubości ścianki.

Zastosowanie substancji polimerycznej, takiej jak poliolefiny, do wytwarzania pojemników mających dostateczną sztywność, wiąże się z grubością, która nie jest ekonomiczna, a ponadto substancja jest trudna w przetwarzaniu wskutek trudności w zginaniu i zgrzewaniu, napotykanych w etapie zamykania pojemnika.

Inne substancje, takie jak spieniany polistyren, nie stosuje się ze względu na kruchość w cienkiej warstwie.

Z literatury patentowej (opis patentowy Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5000991) znane są sztywne laminaty, które stosuje się do sporządzania termoformowanych pojemników na jedzenie, wytwarzane z arkusza spienianej substancji poliestrowej i warstwy o tej samej naturze jak arkusz, lub innej substancji polimerycznej. Znane z opisu EB-A-836937 są półsztywne laminaty mające grubość 0,5 do 1,5 mm, obejmujące warstwę pianki z żywicy poliestrowej mającą gęstość 0,7 do 1 g/cm³, do której przywiera warstwa o właściwości bariery dla gazów, wytworzona z substancji polimerycznej różnej od warstwy piany poliestrowej.

Laminaty stosuje się do wytwarzania przez formowanie termiczne wyrobów na opakowania.

Substancje tworzące warstwę w piance poliestrowej nadające się do fałdowania z wytworzeniem, przez złożenie zgodnie ze wzorem wytłaczanym w substancji, kształtu pojemnika, nie są znane w literaturze patentowej.

Zdolność jednowarstwowej lub wielowarstwowej polimerycznej spienianej substancji do fałdowania zgodnie ze wzorem tworzącym przez złożenie kształt pojemnika, oraz zdolność do składania substancji zgodnie z takim wzorem, tworzą konieczne wymagania dla wytwarzania pojemników na napój i żywność przy stosowaniu techniki fałdowania i składania.

Substancja jest odpowiednia do fałdowania, jeśli wzór wytłoczony w niej pozostaje trwały w czasie i jeśli w czasie wytłaczania takiego wzoru nie zachodzi pękanie, które może wpływać ujemnie na możliwość składania substancji.

Ponadto substancja musi nadawać się do zgrzewania, aby umożliwić zamykanie pojemnika.

Niespodziewanie odkryto substancją polimeryczną z pianki z żywicy poliestrowej, która jest odpowiednia do wytwarzania pojemników na napój i żywność, spełnia powyższe wymagania na fałdowanie i wykazuje sztywność dostateczną dla zastępowania kartonu.

PL 195 935B1

Spienianą substancję według niniejszego wynalazku stanowi, lub jest wytwarzana, z zasadniczo bezpostaciowego (wykazującego mniej niż 5% krystaliczności) spienianego arkusza otrzymywanego z żywicy poliestrowej, o szybkości krystalizacji takiej, że przy ogrzewaniu w temperaturze 120°C przez 5 minut krystaliczność nie osiągnie wartości wyższych niż 15% i korzystnie nie osiągnie wartości wyższych niż 10%.

Żywicą poliestrową korzystnie zastosowaną do wytwarzania spienianego arkusza jest kopoli(tereftalan etylenu), w którym od 2 do 20% molowych jednostek kwasu tereftalowego podstawiono jednostkami pochodzącymi z kwasu izoftalowego i/lub naftalenodikarboksylowego.

Korzystnie, kopoli(tereftalan etylenu) obejmuje od 4 do 10% jednostek pochodzących z kwasu izoftalowego.

Dla polepszenia właściwości bariery dla gazu spienianego arkusza, może on być powlekany warstwą żywicy poliestrowej lub inną substancją o właściwości bariery dla gazów.

W przypadku, gdy arkusz jest pokrywany warstwą poliestru, właściwości barierowe tej ostatniej powstają przez poddanie warstwy powierzchniowej obróbce nadającej jej właściwości barierowe lub przez nałożenie substancji z właściwościami barierowymi takiej jak glin i tlenki glinu i krzemu (Al2O3 i SiO).

Reprezentatywną obróbką powierzchniową jest lakierowanie warstwy warstwą polikrzemianu litu lub potasu. Obróbka powoduje występowanie bardzo niskich szybkości przepuszczania tlenu, wynoszących (0,3 ml/m²/24 h/atm) 2,97 ml/m²/24 h/MPa lub mniej.

Nakładanie warstw glinu i tlenków Al i/lub Si prowadzi się zgodnie ze znanymi sposobami.

Obróbką powierzchniową i odkładanie substancji barierowych dobiera się i prowadzi w taki sposób, aby nadać warstwie poliestru przepuszczalność dla tlenu ogólnie niższą niż (70 ml/m²/24 h/atm-ASTM 1434) 693 ml/m²/24 h/MPa.

W przypadku warstwy metalizowanej Al lub powlekanej tlenkami Al i/lub Si, szybkość przepuszczania tlenu można zmniejszyć do wartości niższej niż (0,3 ml/m²/24 h/atm) 2,97 ml/m²/24 h/MPa. Wartości niższe niż (10 ml/m²/24 h/atm) 99 ml/m²/24 h/MPa są korzystne. Warstwy poliestru metalizowane glinem są dostępne w handlu pod nazwą Nu Roll z Nurol S.p.A. (Nu Roll jest zastrzeżonym znakiem towarowym Nurol S.p.A.).

W przypadku, gdy warstwa z właściwościami barierowymi jest związana z arkuszem, nie potraktowana strona warstwy jest tą, która styka się z napojem lub żywnością wewnątrz pojemnika.

Jest także możliwe w zależności od różnych wymagań, takich jak np. nadrukowywanie farbami lub inne, zastosowanie warstwy spełniającej powyższe wymagania jako zewnętrznej warstwy, mającej spieniany arkusz z przylegającą warstwą jako wewnętrzną warstwą.

Wiązania warstwy z właściwościami barierowymi lub innej warstwy do spienianego arkusza można dokonywać zgodnie ze znanymi sposobami przez sklejanie lub termiczne laminowanie, lub przez współwytłaczanie.

Spieniany arkusz według wynalazku ma grubość pomiędzy 0,2 i 3 mm, najkorzystniej pomiędzy 0,2 i 1,5 mm. Gęstość arkusza jest niższa niż 700 kg/m³ i wynosi korzystnie pomiędzy 10 i 500 kg/m³, najkorzystniej pomiędzy 100 i 200 kg/m³.

Jest także możliwe pokrycie spienianego arkusza poliestrowego warstwą nadającego się do zgrzewania polimeru różnego od żywicy poliestrowej.

Wytwarzanie spienianego arkusza prowadzi się zgodnie ze znanymi sposobami wytłaczanie-rozprężanie.

Korzystnym sposobem jest sposób ujawniony w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5362763, dołączanym niniejszym jako odnośnik.

Innymi sposobami są sposoby ujawnione w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5362763, także dołączanym niniejszym jako odnośnik.

Sztywność spienionego arkusza jest funkcją jego grubości: wzrasta (nie proporcjonalnie) z grubością. Zastosowanie nieorganicznych wypełniaczy (przydatne do około 20% wagowych) pozwala na zwiększenie sztywności arkusza. Przykładami wypełniaczy są krzemionka, tlenek glinu, dwutlenek tytanu, węglan wapnia i tym podobne.

Wytwarzanie pojemników prowadzi się według znanych sposobów metodą składania wzoru wytłoczonego w arkuszu przez fałdowanie, nakierowane na wytworzenie kształtu pojemnika.

Pojemniki mogą mieć różny kształt i objętość w zależności od ich końcowego zastosowania. Można stosować kształty sześcienne, prostokątne lub stożkowe. Ogólnie objętość pojemników na napoje i soki owocowe wynosi pomiędzy 0,2 i 2 l.

PL 195 935B1

Poliester użyty do wytwarzania spienianych arkuszy otrzymuje się przez polikondensację aromatycznego kwasu dikarboksylowego, korzystnie tereftalowego, z diolem mającym 2-12 atomów węgla, takim jak glikol etylenowy, 1,4-butanodiol i 1,4-dimetylolocykloheksan, a korzystnie wybiera się go spośród kopolimerów poli(tereftalanu etylenu), w których do 20% molowych jednostek pochodzących z kwasu tereftalowego podstawia się jednostkami pochodzącymi z kwasu izoftalowego i/lub kwasu naftalenodikarboksylowego.

Dla nadania zdolności do rozkładu biologicznego i/lub kompostowania spienianemu arkuszowi, żywicę poliestrową użytą do wytwarzania arkusza miesza się z 10-35% wagowych biodegradującej alifatycznej żywicy poliestrowej, i mieszaninę poddaje się reakcji poliaddycji w stanie stałym w obecności dibezwodnika kwasu tetrakarboksylowego, korzystnie aromatycznego.

Bezwodnik piromelitowy jest korzystnym dibezwodnikiem i wykorzystuje się go w ilości od 0,05% do 2% wagowych łącznej ilości żywicy.

Reakcję poliaddycji w stanie stałym prowadzi się w temperaturze od około 150 do 220°C, przez czas i przy stężeniu dibezwodnika dostatecznym do wytworzenia wartości lepkości istotnej żywicy wyższej niż 0,7 dl/g (lepkość mierzona w temperaturze 25°C, w mieszaninie 60/40 wagowo fenolu i tetrachloroetanu) i wartości wytrzymałości roztopu dostatecznie wysokiej, aby umożliwić spienianie żywicy.

Lepkość istotna jest ogólnie zawarta pomiędzy 0,8 i 1,2 dl/g.

Odpowiednie wartości wytrzymałości roztopu są wyższe niż 8 centynewtonów, a korzystnie wyższe niż 20 centynewtonów.

Pomiar wytrzymałości roztopu prowadzi się stosując kapilarny reometr Geottferta zgodnie ze sposobem ujawnionym w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 5442381, dołączanym niniejszym jako odnośnik.

Żywicę alifatycznego poliestru otrzymuje się przez polikondensację hydroksykwasu z 2-22 atomami węgla lub jego laktonu lub laktydu, lub przez polikondensację alifatycznego kwasu dikarboksylowego z 2-22 atomami węgla z alifatycznym lub aromatycznym diolem z 2-22 atomami węgla. Korzystnym poliestrem jest polikaprolakton. Powyższe poliestry mają cechę biodegradowalności.

Następujące przykłady mają ilustrować wynalazek, lecz nie ograniczać go.

P r z y k ł a d 1

Arkusz spienianego COPET (kopoli(tereftalan etylenu)) zawierający 4% wagowych kwasu izoftalowego), o grubości 0,7 mm i gęstości 180 kg/m³, i z szybkością krystalizacji taką, że przy ogrzewaniu w temperaturze 120°C krystaliczność nie osiąga wartości wyższych niż 15%, odwijany ze szpuli jest fałdowany ze wzorem dającym po złożeniu pojemnik mający kształt prostopadłościanu.

Sfałdowany arkusz stosuje się do wytwarzania pojemników do średniej przechowalności mleka i soków owocowych.

Pojemnik zamyka się przez zgrzewanie. Zamknięcie zatapia się hermetycznie i otwiera się łatwo przez rozdarcie lub rozcięcie i inne sposoby.

Przykład 2

Spieniany arkusz PET z cechami podanymi w przykładzie 1, przykleja się z użyciem kleju zgodnego z recyrkulacją pojemnika, do metalizowanej warstwy Nu Rollz Nurol S.p.A. o grubości 15 mm.

Arkusz wykorzystuje się do wytwarzania pojemników do cieczy.

Przykład 3

Spieniany arkusz otrzymany z kopoli(tereftalanu etylenu) zawierającego 4% jednostki kwasu izoftalowego, zmieszanego z 10% wagowych polikaprolaktonu UC PCL 787 z Union Carbide, a następnie poddanego poliaddycji w stanie stałym w temperaturze 180°C do lepkości istotnej 0,85 dl/g, mający grubość 0,7 mm, gęstość 180 kg/m³ i szybkość krystalizacji taką, że przy ogrzewaniu w temperaturze 120°C krystaliczność nie osiąga wartości wyższych niż 15%, prasuje się zgodnie ze wzorem mającym wytworzyć sfałdowanie pojemnika do kształtu prostopadłościanu.

Sfałdowany arkusz stosuje siędo wytwarzania pojemników do średniej przechowalności mleka i soków owocowych.

Pojemniki zamyka się przez zgrzewanie. Zamknięcie jest hermetyczne i otwiera się łatwo przez rozdarcie lub rozcięcie i inne sposoby. Pojemniki poddane kompostowaniu w normalnych warunkach pracy stosowanych w procesach kompostowania nadają się do kompostowania.

Przykład 4

Spieniany arkusz PET z cechami podanymi w przykładzie 3, przykleja się z użyciem kleju zgodnego z recyrkulacją pojemnika, do metalizowanej warstwy Nu Rollz Nurol S.p.A. o grubości 15 mm.

Arkusz wykorzystuje się do wytwarzania pojemników do cieczy.

Claims (16)

1. Arkusz tworzywa odpowiedni do wytwarzania pojemników na napój i żywność, znamienny tym, że zawiera bezpostaciowy spieniany arkusz z żywicy poliestrowej, mający gęstość niższą niż 700 kg/m³ grubość od 0,2 do 3 mm i szybkość krystalizacji taką, że przy ogrzewaniu w temperaturze 120°C przez 5 minut krystaliczność ma wartość niższą niż 15% i mający fałdowania zgodnie z wzorem tworzącym przez złożenie kształt pojemnika.

2. Arkusz według zastrz. 1, znamienny tym, że arkusz otrzymuje się z kopoli(tereftalanu etylenu) zawierającego od 2 do 20% molowych jednostek pochodzących z kwasu izoftalowego i/lub kwasów naftalenodikarboksylowych.

3. Arkusz według zastrz. 1, znamienny tym, że szybkość krystalizacji arkusza jest taka, że przy ogrzewaniu w temperaturze 120°C przez 5 minut krystalizacja jest niższa niż 10%.

4. Arkusz według zastrz. 1, znamienny tym, że arkusz jest przyklejony do warstwy o właściwościach bariery dla gazów wybranej z warstw poliestru o przepuszczalności tlenu niższej niż 693 ml/m²/24 h/MPa (70 ml/m²/24 h/atm - pomiar według ASTM 1434).

5. Arkusz według zastrz. 4, znamienna tym, że warstwa poliestru jest metalizowana glinem lub powlekana warstwą tlenku glinu lub krzemu, albo polikrzemianami potasu lub litu.

6. Arkusz według zastrz. 4, znamienny tym, że warstwa poliestru jest przyklejana do spienianego arkusza przez użycie klejów lub przez laminowanie termiczne.

7. Arkusz według zastrz. 1, znamienny tym, że spieniany arkusz ma gęstość pomiędzy 10 i 500 kg/m³.

8. Arkusz według zastrz. 7, znamienny tym, że spieniany arkusz ma gęstość pomiędzy 100 i 200 kg/m³.

9. Arkusz według zastrz. 1, znamienny tym, że ma grubość od 0,2 do 1,5 mm.

10. Arkusz według zastrz. 1, znamienny tym, że arkusz zawiera nieorganiczny wypełniacz.

11. Arkusz według zastrz. 1, znamienny tym, że spieniany arkusz otrzymuje się z aromatycznej żywicy poliestrowej zmieszanej z 10-30% wagowych alifatycznej żywicy poliestrowej.

12. Zastosowanie arkusza, określonego w zastrz. 1 do wytwarzania pojemnika na napój lub żywność.

13. Zastosowanie według zastrz. 12, znamienne tym, że pojemnik ma zamknięcie wykonane przez zgrzewanie.

14. Zastosowanie arkusza określonego w zastrz. 1 do wytwarzania pojemnika na soki owocowe lub sterylizowane mleko, znamienne tym, że spieniany arkusz jest przyklejany do warstwy poliestrowej mającej właściwości barierowe dla tlenu odpowiadające wartościom szybkości przepuszczania niższymi niż 693 ml/m²/24 h/MPa (70 ml/m²/24 h/atm).

15. Zastosowanie według zastrz. 14, znamienne tym, że warstwa poliestrowa przyklejona do arkusza wykazuje szybkość przepuszczania tlenu niższą niż 99 ml/m²/24 h/MPa(10 ml/m²/24 h/atm).

16. Zastosowanie według zastrz. 12, znamienne tym, że bezpostaciowy spieniany arkusz otrzymuje się z aromatycznej żywicy poliestrowej zmieszanej z 10-30% wagowych alifatycznej żywicy poliestrowej.