SE447885B - For forpackningar avsett laminatmaterial med forseglingsskikt som er uppvermbart medelst ett hogfrekvent elektriskt felt - Google Patents

Description

447 ass Olägenheten med denna metod är att förpackningsmaterialet blir dyrbart, eftersom dels aluminiumfolieskiktet är dyrbart, dels lamineringsprocessen mera komplicerad än om plastmaterial lamineras direkt till papper eller något annat bärarskikt.

Dessa olägenheter undvikes emellertid genom att använda ett sätt i enlighet med den föreliggande uppfinningen, vilket sät kännetecknas av att kimröken har följande egenskaper: a) kimrökens resistivitet understiger 6 ohmcm och att resisti- viteten företrädesvis ligger inom området 0,1-1,0 ohmcm, b) är finkornig med en genomsnittlig kornstorlek mindre än 20 nm, c) att kornen tillsammans bildar relativt stora aggregat med en DBP-absorption på mellan 75 och 300 cm3/100 g, d) att kornen är porösa med en s k specifik yta (N2 surface area) på 100 till 300 m2/g, samt att laminatmaterialet förutom nämnda yttre termoplast- skikt och nämnda andra skikt även innefattar ett närarskikt eller basskikt av t ex papper, kartong eller plastmaterial, samt det nämnda andra skiktet jämte kimröken består av ett bindemedel för denna. Ett laminatmaterial i enlighet med uppfinningen samt ett sätt att försegla nämnda laminatmaterial kommer i det följande att beskrivas med hänvisning till bifogade schematiska ritning, i vilken Fig. 1 visar ett tvärsnitt genom ett förpackningslaminat, och Fig. 2 visar ett genomsnitt av en förseglingsanordning som bringas i ingrepp med tvâ mot varandra lagda förpackninge- materialskikt i avsikt att förena dessa med varandra i enlighet med sättet enligt uppfinningen.

Förutsättningen för uppfinningen är att det använda materialet, i vilket den för förseglingsoperationen erforderliga värmemängden är avsedd att genereras, är selektivt påförbart på förpackningsmaterialet medelst ett tryckförfarande för att det nämnda skiktet med stor noggrannhet skall kunna lokaliseras till de områden utmed förpackningsmaterialet där en förseglingsskarv önskas.

Försök har gjorts med en mängd olika ledande material, och det har kunnat konstateras att tillfredsställande resultat endast erhållits med kolpulver, och då speciellt med den typ av kolpulver som saluföres under benämningen kimrök eller "carbon 447 885 black". Kimrök är tekniskt sett sot som erhålles vid förbränning av olika kolväten, varvid olika framställningssätt inverkar på kimrökpartiklarnas storlek och sammansättning. I stort sett har kimrök en grafitliknande struktur med plana skikt av hexagonalt anordnade kolatomer. Försök har visat att resistiviteten kan variera mellan olika sorters kimrök, och det har kunnat konstateras att det bästa förseglingsresultatet erhålles med en sådan kimrök som har en resistivitet som understiger 6 ohmcm och som företrädesvis ligger inom området 0,1-1,0 ohmcm. Vid praktiska försök med det nämnda kolpulver innehållande laminatmaterialet har man funnit att den mest effektiva värmegenereringen i det kolpulver innehållande skiktet, och därmed även det bästa förseglingsresultatet, erhålles om resistensen hos en testremsa av laminatet ifråga ligger mellan 1000 och 15000 ohm (företrädesvis 6000 ohm) om testremsan är 3,5 cm lång och 1 cm bred samt resistensen uppmätes mellan två elektrodplattor vid testremsans ändar. Man har vidare funnit att den använda kimröken för att ha lämpliga elektriska egenskaper måste vara dels finkornig med en genomsnittlig kornstorlek som understiger 20 nm, dels att kornen tillsammans bildar relativt stora aggregat samt att de enskilda kornen är porösa till sin struktur. Det har visat sig att för laminatmaterialet lämpliga kvaliteter av kimrök har vissa egenskaper som kan definieras som kimrökmaterialets absorption av dibutylftalat eller s.k. DBP-absorption samt kimrökmaterialets s.k. specifika kvävgasyta, vilken ger ett mått på de enskilda partiklarnas storlek, varvid mindre partiklar har högre specifik yta än större partiklar.

DBP-absorptionen är ett mått på aggregatstorleken hos kimrökmaterialet, och det har visat sig att de för ändamålet användbara kimrökmaterialen har en s.k. DBP-absorption som ligger på 75-300 cm3/100 g samt en specifik kvävgasyta på 100-soo m2/g.

De ovan nämnda karakteristiska värdena hos det för laminatmaterialet enligt uppfinningen användbara kimrök- materialet ger visserligen inte något direkt värde på kimrök- materialets elektriska egenskaper, men som ovan nämnts erhålles de lämpliga elektriska egenskaperna om de enskilda kimrök- partiklarna är små samt sammanförda till större aggregat. ._ _ _,,...-~....w<~..._.. 447 ass 4 För att kolpulvret eller kimröken skall kunna bli tryckbart måste det blandas med ett bindemedel, som dels sammanbinder kolpulverpartiklarna, dels gör kolpulver- bindemedelsblandningen applicerbar på ett underlag av papper eller plast. Det har visat sig att ett lämpligt bindemedel kan vara en vattenhaltig plastförening av typen akrylat, men att det även går att använda spritbaserade lösningsmedel eller andra typer av lösningsmedel, vilka dock inte får avge alltför stark lukt, eftersom förpackningsmaterialet ofta kan komma till användning i samband med livsmedel.

I Fig, l visas ett starkt uppförstorat skikt av ett förpackningslaminat innefattande ett relativt tjockt bärarskikt l av papper eller kartong. På bärarskiktet 1 är applicerat ett kimrökskikt 2, vilket pàlagts med hjälp av en tryckpress och vilket skikt innehåller ett bindemedel som sammanbinder kolpulverpartiklarna. Över kolpulverskiktet 2 och bärarskiktet l är anbringat ett tunt förseglingsskikt 3 av en termoplast, t.ex. polyeten eller polypropen.

I det sålunda anordnade laminatet är kimrökskiktet 2 anordnat selektivt utmed de områden av förpackningsmaterialet, vilka skall ingå i en förseglingsfog vid framställning av den slutgiltiga förpackningsbehållaren, vilket innebär att förpackningsmaterialet i de fall det utgöres av en bana i allmänhet förses med banan tvärgâende, på avstånd från varandra anordnade zoner av kimrökbeläggning.

Förseglingen av förpackningsmaterialet kan i princip tillgå på det sätt som visas i den schematiska Fig. 2, varvid två sammanlagda skikt 4 av förpackningsmaterial sammanpressas mellan ett företrädesvis isolerande underlag 5 och ett förseglingsdon 6, vilket utgöres av en hålrumsresonator, varvid förpaokningsmaterialet anordnas så att ett skikt 2 av kimrök- material i åtminstone det ena av de sammanlagda materialskikten 4 lokaliseras direkt under förseglingsdonet 6. Då förseglings- donet 6 matas med en högfrekvent elektrisk ström från en generator 8 medelst en koaxialkabel 7 uppstår ett högfrekvent elektriskt fält mellan förseglingsdonets 6 yttre väggar 9 och dess mittelektrod lO, vilket elektriska fält sluter sig genom kimrökskikt 2 som momentant uppvärmes samtidigt med att den alstrade värmeenergin genom konvention överledes till det intilliggande plastskiktet 3 som bringas att smälta. Då de mot 447 885 varandra vända förseglingsskikten 3 av pla_t bringas att smälta kommer de att förenas med varandra i en tät och varaktig förseglingsskarv, och förseglingsområdet hålles hoppressat medelst förseglingsorganet 6 intill dess att plastmaterialat åter stabiliserats genom att värme bortledes genom förpackningsmaterialet till förseglingsorganet 6 och mothállet 5. Förseglingsskarven bildas således utmed två smala parallella band ll, som i huvudsak är belägna mellan förseglingsdonets 6 ytterväggar 9 och dess mittelektrod 10.

Förseglingsdonet 6 utgöres som tidigare nämnts av en s.k. hålrumsresonator, som i princip utgöres av en behållare vilken begränsas av sidoväggarna 9 och ändväggen 12 och som har en centralt placerad mittelektrod 10. Mellan ytterväggarna 9 och den centrala elektroden 10 finns ett hàlrum 13, och hålrumsresonatorn som i Pig. 2 visas i genomskärning har en utsträckning i längsled motsvarande den önskade förseglingens längd. Hålrumsresonatorns dimensioner, och då främst höjden av mittelektroden 10 och bredden av hålrummen 13, bestämmer resonatorns s.k. resonansfrekvens, och för att erhålla maximal effekt av resonatorn måste denna matas med en högfrekvent elektrisk ström, vars frekvens motsvarar resonatorns resonansfrekvens. Resonatorn kan i princip matas på olika sätt, och i det här visade fallet sker matningen via en koaxialkabel 7, vars mittledare är förenad med mittelektroden 10 medan koaxialkabelns skärm är förenad med ytterväggarna 9. Då resonatorn tillföres en högfrekvent elektrisk ström kommer ett elektriskt fält att bildas mellan nedre delen av ytterväggarna 9 och mittelektroden 10, vilket elektriska fält av ett elektriskt ledande material anbringas framför resonatorn, kommer att sluta sig genom det nämnda elektriskt ledande fältet. I det fall då det elektriskt ledande fältet utgöres av kimrökbeläggningen i enlighet med uppfinningen kommer det att i denna genereras värme, sannolikt som en kombination mellan i skiktet uppkommande ohmska förluster och dielektriska förluster, medan däremot förpackningsmaterialets plast» och bärarskikt inte uppvärmes. Bredden hos kimrökskiktet bör i huvudsak överensstämma med resonatorns eller förseglings- organets 6 bredd, men bredden är inte på något sätt kritisk och i praktiken torde man välja ett något bredare kimrökskikt för att undvika passningsproblem vid lokaliseringen av 447 885 6 kimrökskiktet under förseglingsorganet 6. För att erhålla lämpliga dimensioner hos resonatorn matas denna i regel med en frekvens på mellan 100 och 500 MHz, men det är möjligt att uppnå förseglingseffekt även om matningsfrekvensen är betydligt lägre. Dock torde matningsfrekvensen av praktiska skäl få överstiga ca 100 MHz.

Som tidigare nämnts har man kunnat konstatera att ett aktiverbart skikt innehållande kimrök bör ha en resistivitet motsvarande resistiviteten hos en likandan kolpulverbeläggning som är 3,5 om lång och 1 cm bred och som har en medelst _ likström uppmätt resistens på ca 6000 ohm. Detta innebär att man kan bli tvingad att trycka flera kimrökskikt ovanpå varandra för att uppnå lämplig resistivitet hos det aktiverbara skiktet, och antalet påtryckta skikt kan variera med kimrökkvalitet och bindemedelssammansättning.

Den fysikaliska förklaringen till uppvärmningen av det aktiverbara kimrökskiktet är inte helt klarlagd, och sannolikt genereras värmen i kimrökskiktet som rent resistiva förluster.

Undersökningar har visat att det inte är nödvändigt att strömmen leds via de aggregat eller kedjor av kimrökpartiklar som finns i skiktet, utan att ledningen kan ske genom den s.k. tunneleffekten som leder till en inre fältmission, varvid elektronerna kan passera normalt oöverstigliga barriärer, varför en ström kan flyta genom skiktet.

Det har visat sig att det med sättet i enlighet med uppfinningen går att åstadkomma hållbara förseglingsskarvar på mycket kort tid (mindre än 150 ms för uppvärmning av plast- iskiktet från rumstemperatur till 130-l50°C), och metoden är dessutom energibesparande, eftersom värmen genereras just där den erfordras och avledningsförlusterna är ringa. Den största fördelen är givetvis att man med sättet enligt uppfinningen kan tillämpa ett snabbt och säkert förseglingsförfarande på ett billigt förpackningsmaterial som inte innehåller något metall- folieskikt.

I det ovan beskrivna utföringsexemplet har förutsätts att kimrökskiktet anbringas selektivt utmed de ytor där försegling skall utföras, men det är även möjligt att belägga hela laminatets yta med kimrökskikt i de fall då man önskar upphetia hela laminatet, t.ex. i samband med värmealstring, laminerings- operationer eller krympformningsoperationer.

Claims (4)

447 885 PNEÉÉÄRPLY

1. l. För förpackningar avsett laminatmaterial innefattande ett yttre förseglingsskikt av termoplastmaterial samt att andra skikt anordnat intill nämnda termoplestskikt, vilket andra skikt är anordnat att kunna uppvärmas medelst ett högfrekvent elektriskt fält, samt genom konvektion överföra den i nämnda andra skikt genererade värmen till nämnda plastskikt, varvid nämnda andra skikt innehåller kimrök, k ä n n e t e c k n a t d ä r a V att kimröken har följande egenskaper; a) kimrökens resistivitet understiger 6 ohmcm och att resistiviteten företrädesvis ligger inom omrâdet O,l~l,O ohmcn, b) är finkornig med en genomsnittlig kornstorlek mindre än 20 nm, c) att kornen tillsammans bildar relativt store aggregat med en DBP-absorption på mellan 75 och 300 cm3/100 g, d) att kornen är porösa med en s k specifik yta (N2 surface area) på 100 till 300 m2/g, samt att laminatmaterialet förutom nämnda yttre termoplastskikt och nämnda andra skikt även innefattar ett bärarskikt eller basskikt av t ex papper, kartong eller plastmaterial, samt det nämnda andra skiktet jämte kimröken består av ett bindemedel för denna.

2. Laminatmaterial i enlighet med patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att det nämnda andra skiktet är selektivt anordnat utmed vissa partier av laminatet.

3. Laminatmaterial i enlighet med patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att nämnda partier, då laminatet bildar en förpackningsmaterialbana, sträcker sig tvärs över banan utmed bandformade zoner, vars inbördes avstånd motsvarar längden hos banan som åtgår för att framställa en förpackningsbehållare.

4. Laminatmaterial i enlighet med patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v att det nämnda andra skiktet är påfört medelst tryckning i tryckpress, samt att ett flertal medelst högfrekvens aktiverbara andra skikt är tryckta ovanpå varandra för att erhålla önskad tjocklek hos nämnda andra skikt.