SE503200C2 - Sätt att framställa ett laminerat material - Google Patents

Description

15 20 25 2 ,,\ “I g, ._ förpackningen syrgastäthet och/eller täthetsegenskaper mot vissa typer av smakämnen, essentiella oljor eller dylikt som kan förekomma i produkten. Exempel pä dylika barriärpolymerer som hitintills använts är polyestrar, polyamider, polyvinylpyrolidon, etylvinylalkohol-copolymer (EVOH) etc. Ytterligare ett annat exempel pa ett barriärmaterial kan vara kiseloxid (SiOx) som också ger förpackningen täthetsegenskaper mot syrgas och ämnen av det nämnda slaget.

Enkla, flexibla förpackningslaminat för förpackningar av pastyp kan exempelvis innefatta tva med varandra förenade plastskikt och ett mellanliggande skikt av en Al- folie eller barriärpolymer av det ovan nämnda slaget.

Förpackningslaminat saväll flexibla som styva framställes vanligtvis genom ett lamineringsförfarande som gar ut pa att förtillverkade banor av plast eller plastbelagt annat material sammanföres och varaktigt förenas med varandra genom tillförsel av värme och tryck. Vid exempelvis ett konventionellt förpackningslaminat sammanföres en förtillverkad bana av plastbelagt papper med en förtillverkad filmbana av barriärpolymer och ledes tillsammans genom nypet mellan tva roterande pressvalsar, samtidigt som ett bindemedel eller sasom bindemedel fungerande förseglingsplast appliceras mellan banorna för att varaktigt förena banorna med varandra. Alternativt kan den ena och/eller den andra banan vara förbehandlad med en s k primer som appliceras pa banans respektive banornas kontaktyta och som aktiveras genom värmetillförsel under lamineringsförfarandet för att öka eller möjliggöra adhesion mellan banorna. Vid framställning av ett flexibelt förpackningslaminat innefattande endast tva plastskikt förfares pa motsvarande sätt genom att en första förtillverkad bana av plast och en andra förtillverkad bana av plast sammanföres och ledes tillsammans genom nypet mellan tva roterande pressvalsar samtidigt som ett bindemedel (adhesiv) eller sasom bindemedel fungerande förseglingsplast appliceras mellan banorna för att varaktigt förena dessa med varandra. Även i detta fall kan den ena banan och/eller den andra banan vara förbehandlad med adhesionsbefrämjande medel (primer) som aktiveras genom värmetillförsel under lamineringsförfarandet.

Samtidigt som de ovan beskrivna konventionella filmlamineringsmetoderna framställer förpackningslaminat med god integritet och god internsammanhallning mellan de ingaende materialskikten har de allvarliga nackdelar och olägenheter genom att de använder bindemedel (adhesiv, primer) som oftast är förknippade med miljömässigt ofördelaktiga organiska lösningsmedel. Även om det finns bindemedel som inte använder dylika lösningsmedel, har det hitintills varit svart att framgångsrikt införliva dessa i rationell, industriell produktion av förpackningslaminat med önskad integritet och sammanhållning, och i vissa fall har det dessutom varit ofrankomligt att använda lösningsmedelsbaserade bindemedel för att varaktigt förena filmer eller banor av svarförenliga plaster eller plaster som inte kan förenas med varandra genom ytsammansmältning under tillförsel av värme och tryck (värmeförsegling). 10 15 20 25 30 35 3 F _.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är därför att undanröja de ovan beskrivna nackdelarna och olägenheterna och ge anvisningar om ett förbättrat sätt att framställa ett laminerat material, t ex ett förpackningslaminat.

Ett annat ändamål är att framställa ett förpackningslaminat med god integritet och intern sammanhållning i rationell, industriell skala utan användning av miljömässigt ofördelaktiga bindemedel.

Dessa jämte andra ändamål uppnås enligt uppfinningen genom det i patentkravet 1 definierade sättet, och föredragna och fördelaktiga utföringsfomer av sättet enligt uppfinningen har vidare givits de i underkraven angivna kännetecknen.

Genom att utsätta de båda banornas respektive plastytor, som är avsedda att sammanföras och förenas med varandra, för en ytaktiverande behandling som inte använder kemiska bindemedel är det enligt uppfinningen möjligt att med god intern sammanhållande bindningsstyrka förena banorna med varandra, oavsett om banornas kontaktytor består av inbördes svårförenliga eller oförenliga plaster som eljest skulle kräva ett mellanliggande kemiskt bindemedel eller förseglingsskikt för att varaktigt kunna förenas med varandra.

Den icke-kemiska ytaktiverande behandlingen av banorna utförs i samband med, företrädesvis omedelbart före, sammanföringen av banorna och går i princip ut på att ett högfrekvent elektriskt fält, genom vilket respektive banor ledes, aktiverari plasten eller plasterna förekommande, ytbelägna molekyler eller molekyldelar på sådant sätt att plasterna blir ömsesidigt reaktiva och varaktigt kan binda till varandra.

Ytaktiverande behandlingar av detta slag är i och för sig kända och inkluderar exempelvis s k plasma-treating, corona-treating, flame-treating m fl, och enligt uppfinningen har det visat sig att en ytaktlverande behandling enligt koronatekniken (corona-treating), eventuellt i kombination med ozon, är speciellt fördelaktig och användbar för att varaktigt förena banor av eljest oförenliga eller svårförenliga plaster.

Inom förpackningstekniken förekommer det ofta, såsom tidigare nämnts, att en bana av polyetenbelagt papper skall lamineras till en annan bana av plast av det slag som är svårförenligt med polyeten tyg användning av kemiska bindemedel (adhesiver) Enligt uppfinningen kan emellertid dylika banor lätt förenas med varandra till ett välintegrerat och säkert sammanhållet förpackningslaminat genom att utsätta banorna för den nämnda ytaktiverande behandlingen, och enligt en särskilt föredragen utföringsform av uppfinningen används härvid såsom nämnda polyetenbeläggnlng på pappersbanan en film av polyeten som extruderas vid en extruderingstemperatur (Tex) som är betydligt högre än den temperatur (Tm) vid vilken den extruderade polyetenen normalt smälter. Genom praktiska försök som gjorts i enlighet med uppfinningen har det överraskande visat sig att polyetenfilmer som extruderas vid olika temperaturer uppvisar olika mottagligheter för den ytaktiverande behandlingen och ger olika bindningsstyrkor vid bindning till andra svårförenliga plaster, och speciellt har det visat 10 15 20 25 35 :__ ,_ _.. I _! sig att bindningsstyrkan ökar om polyetenfilmen extruderas vid en temperatur över en viss s k brytpunktstemperatur som ligger betydligt över den temperatur vid vilken polyeten normalt smälter. Den exakta brytpunktstemperaturen för polyeten är i viss mån kvalitetsberoende och kan vara olika för olika kvaliteter, men kan lätt bestämmas av fackmannen pà området för varje aktuell polyetenkvalitet genom enkla försök.

Enligt en annan föredragen utföringsform av uppfinningen sammanföres och ledes banorna tillsammans genom nypet mellan två roterande pressvalsar av inbördes olika ythårdheter av vilka den ena, företrädesvis den relativt mjuka valsen, är anordnad att kunna förflyttas i förhållande till den relativt hårda valsen pà sådant sätt att ett lämpligt pressnyp (tryck) kan inställas mellan valsarna, när banorna ledes genom nypet. Praktiska försök som återigen gjorts i enlighet med uppfinningen har visat att överraskande goda lamineringsresultat kan uppnås om valsarna inställes på sådant sätt att nypet mellan valsarna ges en bredd eller utsträckning i banornas löpriktning på grund av den relativt hårda valsens intryckning i ytan av den relativt mjuka valsen, varigenom bindningshämmande inneslutningar av luft och ånga mellan banorna reduceras eller elimineras helt. En kombination av valsar som visat sig fungera särskilt bra i detta avseende innefattar en relativt mjuk vals av gummiklätt stål som är anordnad att kunna pressas mot en relativt hård vals bestående av en cylinderformig kärna av stål som utvändigt är belagd med TEFLON eller annat värmetàligt material som inte fäster till plast. En ytterligare fördel uppnås enligt uppfinningen genom att även förse den gummiklädda stålvalsen med en yttre beläggning av TEFLON eller annat lämpligt värmetàligt matrial som bidrar till att undvika fastklibbning av plast (s k sticking) på valsytorna.

Enligt ytterligare en utföringsform av uppfinningen kan, i stället för ett valsnyp, användas flera efter varandra följande valsnyp genom vilka de båda sammanförda banorna turordningsvis ledes. Produktionsmässiga fördelar vinnes i detta fall om temperaturen vid respektive valspar är olika och successivt ökar till den önskade sluttemperaturen vid det sista valsparet, och ännu ytterligare fördelar uppnås enligt uppfinningen genom att den relativt hårda valsen i respektive valspar utgöres av en och samma för samtliga valspar gemensam vals med de relativt mjuka valsarna i respektive valspar periferiellt fördelade runt den gemensamma valsens periferi.

Ytterligare fördelar och fördelaktiga kännetecken vid sättet enligt uppfinningen kommer att framgå av den följande detaljerade beskrivningen av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar.

Figur 1 belyser schematiskt principen för framställning av ett laminerat material enligt en utföringform av sättet enligt uppfinningen, Figur 2 belyser schematiskt principen för framställning av ett laminerat material enligt en annan utföringsform enligt uppfinningen, och 10 15 20 25 30 35 5 ¿\.,, k, Figur 3 och 4 visar schematiskt tvärsnitt genom olika typer av laminerat material som framställts på sättet enligt uppfinningen. Även om uppfinningen i det följande kommer att beskrivas med särskild hänvisning till ett förpackningslamínat, skall dock påpekas att uppfinningen i sin vidaste omfattning naturligtvis inte är begränsad till enbart denna applikation som valts blott såsom exempel på ett bland flera andra tänkbara laminerade material som kan framställas på sättet enligt uppfinningen. Det skall även påpekas att de i den följande beskrivningen specifikt valda sammansättningarna av ett dylikt förpackningslamínat likaså blott utgör exempel bland åtskilliga andra tänkbara sammansättningsalternativ.

För att undvika eventuellt missförstånd skall dessutom tilläggas att uttrycket "bana av plast" som ofta förekommeri beskrivningen såväl som i de efterföljande patentkraven är avsett att omfatta såväl enskiktsbanor bestående av enbart plast som flerskiktsbanor innefattande åtminstone ett yttre skikt av plast som på lämpligt sätt har applicerats mot banans ena sida.

Figur 1 på ritningarna visar schematiskt principen för framställning av ett välintegrerat laminerat material eller förpackningslamínat 10 på sättet enligt en utföringsform av uppfinningen vid vilken en första bana av plast 10a och en andra bana av plast 10b sammanföres och varaktigt förenas med varandra under samtidig tillförsel av värme och tryck till bildande av det färdiga förpackningslaminatet 10. l det visade utföringsexemplet kan banan 10a, såsom framgår av det förstorade inringade området A, innefatta ett stomskikt 11 av papper eller kartong av lämplig kvalitet för förpackningsändamål och en mot stomskiktets 11 ena sida applicerad yttre beläggning 12 av termoplast, företrädesvis polyeten. Banan 10a, som avrullas i den visade pilens antydda riktning från en icke visad förrådsrulle, är en förtillverkad materialbana som i enlighet med känd teknik framställes genom en extruderingsoperation under vilken den valda termoplasten extruderas mot pappers- eller kartongskiktets 11 ena sida till bildande av den yttre termoplastbeläggningen 12.

Enligt uppfinningen har det härvid visat sig vara särskilt fördelaktigt, såsom tidigare nämnts, att extrudera termoplasten vid en extruderingstemperatur Te som ligger betydligt över den temperatur Tm vid vilken termoplasten normalt smälter. För polyeten är denna extruderingstemperatur Te ca 280°C.

Den andra banan 10b utgöres i detta exempel, såsom framgår av det förstorade inringade området B av en förtillverkad banformig plastfilm. Exempel på användbara plaster ( som kan vara belagda med tryckfärg) för denna plastfilm kan vara PET, OPET, LDPE, HDPE, OHDPE, OLDPE, PP, OPP, EVOH med flera. Vidare kan den andra banan 10b inbegripa flera laminerade skikt av vilka den nämnda plastfilmen är anordnad såsom yttre skikt i dessa icke visade alternativ. Den andra banan 10b kan även innefatta skikt av andra material än plast, såsom aluminium (Al-folie), kiseloxid ' (SiOx-film) etc. Valet av den andra banans 10b sammansättning bestäms av 10 15 20 25 f' \| förpackningslaminatets 10 användnlngsändamàl, dvs i sista hand av den fràn förpackningslaminatet 10 framställda förpackningens avsedda användning. Om förpackningslaminatet 10 är avsett för förpackningar för syrgaskänsliga produkter, såsom juice, vin, matolja etc, består den andra banan 10b lämpligen av ett material med goda syrgastäthetsegenskaper, t ex EVOH som även ger förpackningen goda barriäregenskaper mot i produkten förekommande smakämnen, essentiella oljor etc.

Ett förpackningslaminat 10 innefattande ett plastskikt av EVOH har utmärkta s k "non- scalping"-egenskaper som gör förpackningslaminatet speciellt användbart för förpackningar för långtidsförvaring av citrusjuicer. l figur 1 ledes den första banan 10a via en brytrulle 13 till en station vid 14 för ytaktivering av den första banans 10a yttre termoplastbeläggning 12. Vid stationen 14, som innefattar en roterande elektrodtrumma 15 och en trummans 15 periferi åtminstone delvis omgivande jordad skärm 16 som mellan sig och trumman 15 begränsar en passage 17 genom vilken banan 10a ledes i kontakt med trummans 15 periferi. Mellan elektrodtrumman 15 och skärmen 16 skapas i passagen 17 ett t högfrekvent elektriskt fält genom vilket banan 10a ledes för adhesionsbefrämjande ytaktivering av den yttre termoplastbeläggningen 12.

Från stationen 14 ledes den ytaktiverade banan 10a via en ytterligare brytrulle 18 till nypet vid 19 mellan två roterande pressvalsar 20 och 21 för sammanföring med en fràn en förrådsrulle 22 samtidigt avrullad andra bana 10b. Den andra banan 10b ledes också genom en station vid 23 för ytaktivering av plasten i den andra banan pà samma sätt som den första banan 10a. Stationen 23 innefattar i likhet med stationen 14 en elektrodtrumma 24 och en trummans 24 periferi åtminstone delvis omgivande skärm 25 som mellan sig och trumman 24 begränsar en passage 26 genom vilken den andra banan 10b ledes. Även i detta fall finns ett högfrekvent elektriskt fält i passagen 26 medelst vilket plasten iden andra banan 10b i adhesionsbefrämjande syfte ytaktiveras.

Från stationen 23 ledes den ytaktiverade andra banan 10b via en brytrulle 27 till nypet-19_ mellan valsarna 20 och 21 för sammanföring med den första banan 10a med sin ytaktiverade plast vänd mot den första banans 10a ytaktiverade termoplastbeläggning 12. De båda sammanförda banorna 10a och 10b ledes genom nypet mellan pressvalsarna 20 och 21 som medelst tryck och värmetillförsel pressar samman de båda banorna till bildande av det välintegrerade förpackningslaminatet 10 som avrullas frän valsen 21 periferi via en intill valsen 21 anordnad avtagarrulle 28.

Den ytaktiverande behandlingen vid stationerna 14 och 23 kan med fördel vara en koronabehandling (corona-treating), även om andra likartade ytbehandlingar är möjliga, såsom plasma-treating, flame-treating etc som alla är konventionella och välkända för fackmannen på området.

Såsom tidigare nämnts har de bàda valsarna 20 och 21 företrädesvis inbördes olika ythårdheter, varvid företrädesvis den visade mindre valsen 20 är den relativt 10 15 20 25 30 35 7 L. I mjukare valsen. Valsen 20 är vidare anordnad att kunna förskjutas relativt valsen 21 för inställning av ett lämpligt pressnyp, medan den större valsen 21, som är den relativt hårdare valsen, är stationär.

Såsom tidigare nämnts kan den relativt hårdare valsen 21 bestå av stål, medan den relativt mjukare valsen 20 kan innefatta en cylinderformig valskärna av stål som utvändigt har en gummibeklädnad av lägre ythårdhet än stálvalsen 20. Företrädesvis har den relativt hårdare valsen 21 en yttre beläggning av TEFLON som bidrar till att eliminera s k "sticking".

Figur 2 visar schematiskt framställningen av ett laminerat material eller förpackningslaminat på sättet enligt en annan utföringsform av uppfinningen. Sättet enligt figur 2 är snarlikt det ovan beskrivna sättet enligt figur 1, och för tydlighets vinnande har därför samma hänvisningsbeteckningar för likartade eller motsvarande detaljer använts, dock med tillägg av ett "prim-tecken".

Från det ovan beskrivna sättet enligt figur 1 skiljer sig sättet som visas i figur 3 främst beträffande det sätt på vilket den första banan 10'a och den andra 10'b sammanföres med varandra vid det visade valsarrangemanget 20', 21' som i figur 2 innefattar tre separata valspar 20', 21' respektive valsnyp 19' genom vilka de sammanförda banorna turordningsvis Iedes till bildande av det välintegrerade förpackningslaminatet 10'. Följaktligen innefattar valsarrangemanget 20', 21' ett första valspar 20', 21 ', ett andra valspar 20', 21' och ett tredje valspar 20', 21 ', varvid valsen 21' i respektive valspar företrädesvis utgöres av en och samma för samtliga valspar gemensam vals, med valsarna 20'i respektive valspar periferiellt fördelade runt den gemensamma valsens 21' periferi, sàsom visas. Även vid detta utföringssätt är den visade mindre valsen 20' i respektive valspar 20', 21' anordnad att kunna förflyttas relativt den visade större valsen 21 ' för inställning av lämpligt pressnyp (tryck).

Företrädesvis har valsarna 20' och 21' inbördes olika ythàrdheter, varvid den mindre valsen 20' är den relativt mjukare valsen, medan den större valsen 21' är den relativt hårdare valsen.

Företrädesvis hålles nypen 19' vid inbördes olika temperaturer T1, T2 och T3 med ökande temperatur i banornas Iöpriktning, dvs T1 valsar 20' består företrädesvis av rostfritt stál, medan den gemensamma större valsen 21' i likhet med valsen 21 i figur 1 kan innefatta en cylinerformig valskärna av rostfritt stål som utvändigt har en gummibeklädnad. För att undvika s k "sticking" kan valsen 21' dessutom ha en yttre beläggning av TEFLON.

På sättet enligt uppfinningen kan framställas olika typer av förpackningslaminat såsom visas i figur 3 och 4.

Figur 3 visar exempel på ett förpackningslaminat 30 för en dimensionsstabil förpackning, vilket innefattar ett stomskikt 31 av papper eller kartong av lämplig förpackningskvalitet, ett extruderat termoplastskikt 32 och ett yttre skikt 33 av ett 10 15 l "~..\.) :.'_\\' fï' barriärmaterial av tidigare nämnt slag som applicerats mot och varaktigt förenats med termoplastbeläggningen 32 pà sättet enligt uppfinningen.

Figur 4 visar exempel pà ett förpackningslaminat 40 för en flexibel förpackning av pästyp, vilket innefattar ett första skikt 41 av plast och ett andra skikt 42 av plast som varaktigt förenats med det första plastskiktet 41 pä sättet enligt uppfinningen.

Materialet i respektive plastskikt 41 och 42 kan vara en polymer av det tidigare nämnda slaget. I ett alternativt utföringsexempel kan förpackningslaminatet 40 även innefatta ett eller flera ytterligare (ej visade) skikt av plast eller av annat material, t ex aluminium (Al- folie) eller kiseloxid (SiOX) mellan de bada visade yttre plastskikten 41 och 42.

Det skall avslutningsvis påpekas ytterligare en gäng att uppfinningen som beskrivits ovan med hänvisning till de bifogade ritningarna inte är begränsad till dessa blott säsom exempel beskrivna och visade utföringsexemplen, och att för fackmannen närliggande modifikationer och ändringar är möjliga inom ramen för de efterföljande patentkraven, utan att fràngà uppfinningstanken.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 PÅTE NTKFIAV

1. Sätt att framställa ett laminerat material, t ex förpackningslaminat, vid vilket sätt en första förtillverkad bana (10a;10'a) av plast och en andra förtillverkad bana (10b;10'b) av plast i adhesionsbefrämjande syfte utsättes för en ytaktiveringsbehandling och därefter sammanföres och varaktigt förenas med varandra genom samtidig tillförsel av värme och tryck, utan användande av adhesiv, mellan de båda förtillverkade banorna, kännetecknat av, att den första (10a;10'a) och/eller den andra banan (10b;10'b) består av eller har en termoplastbeläggning ((12;12'), vilken är framställd genom extrudering vid en temperatur (Te) som är betydligt högre än den extruderade termoplastens normala smälttemperatur (Tm), dvs Te>>Tm.

2. Sätt enligt krav 1, kännetecknat av, att banorna (10a;10b;10'a;10'b) ytaktiveras genom koronabehandling (corona-treating) och/eller ozon. '

3. Sätt enligt något av föregående krav, kännetecknat av, att banorna (10a;10b;10'a;10'b) sammanföres med varandra och ledes tillsammans genom nypet mellan roterande valsar (20;21;20';21') i ett eller flera par av dylika valsar av inbördes olika ythårdheter, varvid den relativt mjukare valsen (20;20') i respektive valspar pressas mot den relativt hårdare valsen (21 ;21') och varvid respektive valsnyp hålles vid inbördes olika temperaturer (T1, T2, T3) som ökar i banornas löpriktning, dvs T1

4. Sätt enligt krav 3, kännetecknat av, att den relativt hårdare valsen (21;21') i respektive valspar (20 ;21 ;20';21 ') utgöres av en och samma för samtliga valspar gemensam vals, varvid de relativt mjukare valsarna (20;20')i respektive valspar är periferiellt fördelade runt den gemensamma valsens (21') periferi.

5. Sätt enligt krav 3 eller 4, kännetecknat av, att den relativt hårdare valsen (21;21') i respektive valspar tillföres värme för överföring till de förbipasserande banorna (10a;10b;10'a;10'b).

6. Sätt enligt något av kraven 3-5, kännetecknat av, att den relativt hårdare valsen (21;21')i respektive valspar inbegriper en gummiklädd, cylinderformig valskärna av stål, medan den relativt mjukare valsen (20;20') består av stål.

7. Sätt enligt krav 6, kännetecknat av, att den relativt hårdare valsen (21;21') och/eller den relativt hårdare valsen (21;21') i respektive valspar har en yttre beläggning av TEFLON eller annat värmetäligt material som inte fäster mot plasten i den andra banan (10'b).

8. Sätt enligt något av föregående krav, kännetecknat av, att den första banan (10a;10'a) har en yttre beläggning (12;12')av polyeten, och att den andra banan (10b;10'b) inbegriper eller består av en film av plast som valts bland PET, OPET, LDPE, HDPE, OHDPE, OLDPE, PP, OPP, EVOH med flera.