SE504634C2 - Sätt att framställa förpackningslaminat med barriäregenskaper - Google Patents

Description

504 634 10 15 20 25 30 35 skiktets ena sida är en tunn folie av aluminium. En Al- folie är i sig helt ogenomtränglig för syrgas och har även andra för den förpackade produkten värdefulla barriäregen- skaper, t ex ljusogenomsläpplighet, samtidigt som den under materialets omformning till förpackningar gör det möjligt att genom induktiv uppvärmning utföra täta och mekaniskt starka materialskarvningar. En mot laminatets insida appli- cerad Al-folie måste dessutom täckas med ett eller flera plastskikt, vanligtvis polyeten, för att förhindra kontakt mellan Al-folien och det sedermera förpackade livsmedlet.

Barriärskiktet kan ofta inte bindas direkt till stomskik- tet, utan kräver för god vidhäftning ett eller flera mel- lanliggande bindemedelsskit.

Förutom att Al-folie är ett dyrbart material har kända förpackningsmaterial med aluminium flera allvarliga nackdelar. Dessa beror i stor utsträckning och i vissa fall helt och hållet pá att den såsom barriärskikt använda Al- folien på grund av sin ringa tänjbarhet ofta brister i sär- skilt utsatta materialområden under förpackningsframställ- ningen och därigenom försämrar den färdiga förpackningens täthet. Dessa kända förpackningsmaterial har också nackde- lar pá grund av de sugande pappers- eller kartongskiktet, som snabbt förlorar sina mekaniska styrkeegenskaper och gör förpackningen sladdrig och ohanterlig när den utsättes för vätska eller fukt. dessutom göras relativt tjockt för att ge förpackningen er- Pappers- eller kartongskiktet mäste forderlig formstyvhet, vilket bidrager till att öka materi- alpákänningen och därmed risken för sprickbildning i Al- folien under förpackningsframställningen.

Vid framställning av förpackningar av det ovan be- skrivna slaget utsättes förpackningsmaterialet ofta för pà- frestningar, som blir särskilt stora vid materialets vik- formning eftersom en vikning pà grund av stomskiktets för- hällandevis stora materialtjocklek medför, att spänningar erhålles i materialet. Om materialet dessutom innefattar 10 20 25 30 35 504 634 ett barriärskikt, som i jämförelse med plastbeläggningarna har en mycket ringa tänjbarhet, kan skiktet därför lätt kan brista vid materialvikning.

Problemet förvärras när materialet skall vikas utmed Detta är ofta fallet vid utvändiga förseglingsområden, som alltid förekommer på två korsande biglinjer (s k kryss). den här typen av förpackningar (flexibelt, ark- eller ban- formigt material avsett för framställning av en för vätska tät förpackningsbehållare med god formstyvhet), oavsett om de framställes från en bana eller från förtillverkade äm- nen.

Vid formning av parallellepipediska förpackningar kommer materialtjockleken i vissa områden av förpackningen att uppgå till sex gånger laminattjockleken. De ytterst be- lägna materialskikten utsättes då för mycket kraftiga drag- påkänningar med åtföljande töjningar och därmed sammanhäng- ande ökade risker för bristningar i barriärmaterialet.

Ett barriärmaterial i form av en aluminiumfolie är praktiskt taget så ringa tänjbart, att den med garanterad säkerhet ej kan motstå de dragpåkänningar som förpacknings- materialet utsätts för under förpackningsframställningen. I ovan nämnda särskilt utsatta områden händer det därför ofta att dragpåkänningarna på Al-folien blir så stora, att Al- folien spricker eller brister med ovan nämnda täthetsför- luster och läckagerisker som följd i den färdiga förpack- ningen. Problemet, som delvis sammanhänger med tjockleken hos Al-folien och i viss mån kan bemästras genom att göra Al-folien tjockare, beror på att Al-folien tillsammans med övriga utanför Al-folien anordnade skikt, räknat i riktning från materialets vikningshåll, tvingas genomlöpa en längre sträcka än vad som motsvarar längden av Al-folien respek- tive nämnda yttre skikt i plant, ovikt tillstånd. Al-folien tillsammans med dessa yttre skikt kommer därför att utsät- tas för dragkrafter motsvarande de som krävs för att tänja materialskikten den genom vikning orsakade 504 U 20 25 30 634 ”överskottssträckan”. De utanför Al-folien belägna plast- skikten är som regel tillräckligt elastiska för att kunna tänjas den extra vikningsstäckan, medan Al-folien däremot endast har en ringa tänjbarhet och därför ofta spricker el- ler brister när dubbla eller flerdubbla materiallager vikes utmed två korsande vikningsriktningar med Al-folien anord- nad mot den sida av stomskiktet som är vänd bort fràn vik- ningshàllet.

De ovan beskrivna förpackningsmaterialen är sålunda förknippade med allvarliga nackdelar, och man har därför länge sökt finna nya material och metoder, vilka skulle kunna eliminera risken för sprickbildningar eller liknande läckageskador.

Ett sätt att undvika bristningar och sprickbildning i Al-folien har gått ut pà att lokalt reducera stomskiktets tjocklek genom att material avlägsnas t ex genom fräsning eller slipning i sådana riskomráden för att bringa Al- folien närmare vikningcentrat i syfte att reducera drag- pákänningarna på Al-folien. Denna kända lösning fungerar visserligen bra i praktiken och möjliggör framställning av vikformade förpackningar med goda gastäthetsegenskaper, men innebär samtidigt ett stort materialspill och därmed fördy- rade materialkostnader.

En annan känd metod att lösa sprickbildningsproblemet har gått ut pà att med hjälp av lämpligt antal bigljiner i förpackningsmaterialet styra förpacknignens vikning pá så- dant sätt, att vikningen av materialet kan göras mindre pà- frestande för Al-folien. Denna lösning har dock visat sig vara mycket svär att genomföra i praktiken.

En tredje känd metod består i att låta de dragkrafter som Al-folien utsätts för upptagas av ett innanför barrär- skiktet liggande bindemedelsskikt, varvid detta skikt komprimeras. Denna metod har dock den nackdelen, att för- packningsmaterialet blir avsevärt tjockare, och problemen 10 15 20 25 30 35 504 634 accentueras vid ovan nämnda dubbel- eller flerdubbelsområ- den.

Syftet med uppfinningen är att åstadkomma ett sätt av det inledningsvis angivna slaget, vilket sätt medger att vikformade förpackningar med goda barriäregenskaper kan framställas från ett förpackningslaminat.

I detta syfte har sättet enligt uppfinningen erhållit de kännetecken, som framgår av patentkravet 1.

Förpackningslaminatet enligt uppfinningen har förutom sedvanliga andra skikt ett barriärskikt vänt mot den till- tänkta förpackningsbehàllarens inre. Barriärskiktet kan vara utformat att tillhandahålla en barriär mot ljus, smak och/eller gas. Det kan vara tillverkat av oorganiskt mate- rial, såsom aluminium (Al-folie), aluminiumoxidbeläggning och kiseloxidbeläggning. Ett sådant barriärskikt är van- ligtvis utformat som ett tunt skikt, företrädesvis upp till 25 pm tjockt. Det oorganiska skiktet kan även vara betyd- ligt tjockare, dvs mer än 25 um tjockt.

Barriärskiktet kan alternativt bestå av ett mer eller mindre organiskt material, såsom eten/vinylalkohol, dvs etyl-vinylalkohol sampolymer (EVOH), polyvinylalkohol, me- talliserad (vanligtvis med aluminium) orienterad polypropen eller metalliserad (vanligtvis med aluminium) orienterad polyester, varvid polyestern t ex kan vara polyetylen- tereftalat.

Barriärskiktet täckes medelst sättet enligt före- liggnade uppfinning med ett intilliggande laminatskikt.

Detta består företrädesvis av en adhesionsplast, vilken exempelvis kan vara polypropen, som modifierats kemiskt med maleinsyraanhydrid eller akrylsyra. Laminatskiktets vidhäftning kan enligt känd teknik förbättras genom s k treating medelst korona- eller ozonbehandling.

En primer som laminatskikt kan vara en makromolekyl, t ex en polyuretanprimer, en epoxiharts, en akrylatprimer eller en genom UV- eller elektronbestrålning härdande 504 634 W U 20 25 30 35 primer. Laminatskiktet kan även vara en lack. Med lack av- ses en opigmenterad vätska med ett organiskt filmbildande ämne, som kan vara en naturharts, en syntethats eller en olja.

I lacken kan ingå en initiator för den kemiska kedje- reaktion som härdar desamma. Lacken kan även härdas på andra sätt, t ex genom bestrålning, företrädesvis elektron- bestålning.

Laminatskiktet är företrädesvis anordnat som en in- sidesfilm avsedd att förhindra kontakt mellan barriârskik- tet och det sedemera förpackade fyllgodset. Laminatskiktet kan naturligtvis även appliceras på den mot utsidan av för- packningen vända sidan av barriärskiktet eller på bägge si- dorna av detta.

Enligt uppfinningen appliceras laminatskiktet först mot en fri sida av barriärskiktet genom en hopfästning, vilken medför att vidhäftningen mellan de bägge skikten blir tillräckligt stark för att förpackningslaminatet skall kunna tåla de påfrestningar materialet utsättes för under förpackningsframställningen. Samtidigt skall vidhäftningen vara så ringa, att förpackningslaminatet ej utsättes för ovan nämnda spänningar och påfrestningar i materialet, som blir särskilt stora vid materialets vikformning, termoform- ning eller annan mekanisk formbearbetning.

Vidhäftningen kan utföras antingen genom klistring, värmelaminering eller extrudering. Vid klistring lägges klistret (löst i vatten eller organiskt lösningsmedel) på endera skiktet, som därefter torkas och pressas mot det andra skiktet. Laminatskiktet kan även tillföras som en klisterfilm i form av ovan nämnda makromolekyler lösta el- ler dispergerade i ett lösningsmedel, varefter lösningsmed- let respektive dispergeringsmedlet förángas. Genom val av material i laminatskiktet och lösningsmedel eller disperge- ringsmedel kan vidhäftningen avpassas så, att denna blir tillräcklig för förpackningslaminatets vidare skall kunna 15 20 25 30 7 i 504 634 utformas till en mer eller mindre färdig förpackning. Vid- häftningen genom klistring regleras företrädesvis genom att variera laminatbanans hastighet genom en torkugn.

De bägge skikten i laminatet kan även vidhäftas genom extrudering, dvs endera skiktet extruderas då det ännu är smält, eventuellt coextrudering, dvs de två skikten extru- deras samtidigt. Förfarandet är välkänt för fackmannen. Även här regleras vidhäftningen genom laminatbanans hastig- het.

Efter det att ovan nämnda spänningar och påfrest- ningar i förpackningslaminatet eliminerats genom ytterli- gare bearbetning av detsamma, fullföljes den partiella hop- fästningen av ovan beskrivna vidhäftning. Detta kan åstad- kommas genom värmebehandling med såväl våt som torr värme.

Då vidhäftningen utförts medelst klistring föredrages torr värme, och då vidhäftningen utförts medelst extrudering fö- redrages våt värme, företrädesvis autoklavering.

Risken för sprickbildning i förpackningslaminatet, främst i dess barriärskikt, ökar ju kraftigare adhesionen till laminatskiktet är. Det är således en fördel att forma och vika en förpackning med önskade täthetsegenskaper för den aktuella produkten under det att adhesionen till det sprickbenägna laminatet är svag. Vid ett efterföljande fullföljande av hopfästningen genom en kraftig vidhäftning kan förpackningen låsas i sin slutgiltiga form.

Den partiella hopfästningen genom vidhäftning i ett första steg och dess fullföljande genom värmebehandling i ett efterföljande steg är naturligtvis beroenda av såväl materialet i barriärskiktet som det i laminatskiktet. Vid extrudering med hjälp av känd teknik avpassas förfarandet så, att laminatskiktet ej uppnår en bestämd temperatur, vilken är beroende av den i och för skiktet extruderade komponenten. Detta kan åstadkommas genom att ändra extrude- ringshastigheten och/eller extruderingstemperaturen. Lami- 504 634 10 15 20 25 natskiktet appliceras således som en varm, smält massa som snabbt binder samman vid avkylning av skikten.

Då exempelvis en adhesionsplast i form av modifierad polypropen som laminatskikt extruderas på ett barriärskikt av aluminiumfolie avpassas extruderingen så, att plasten smälter, varvid enbart vidhäftning erhålles. Hopfästningen fullföljes därefter genom att temperaturen höjes under en varierande tidsrymd. Samtidigt kan ett tryck anbringas på förpackninsmaterialet, men detta är inte alltid nödvändigt.

Härvid användes företrädesvis en autoklav, men en ugn kan även vara tillämpbar.

Vid ett hopfästningsförfarande enligt ovan erhålles vid extrudering en adhesion mellan barriär- och lami- natskiktet som bör ligga inom adhesionsintervallet 100 till 500 N/m vid mätning i en Instron dragprovningsutrustning.

Efter fullföljd hopfästning bör adhesionsintervallet ligga inom 800 till 2000 N/m. Härvid användes remsor av laminatet om 20 mm bredd, som konditionerats vid 20 °C, och mätning- arna utfördes vid en hastighet av 100 mm/min och med en vinkel av 180° (med stöd).

Ett utmärkt och för förpackningändamål användbart re- sultat erhålles om draghållfastheten före autoklavering är mindre än 5oo N/m och efter autoklavering är större än 800 N/m.

Claims (11)

10 U 20 25 30 35 9 504 634 PATENTKRAV

1. Sätt att i ett förpackningsmaterial hopfästa ett barriärskikt med ett intilliggande laminatskikt, k ä n n e t e c k n a t av att hopfästningen utföres par- tiellt genom adhesionsbildning i ett första steg och full- följes genom värmebehandling i ett efterföljande steg.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att adhesionsbildningen àstadkommes genom extrudering.

3. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att adhesionsbildningen àstadkommes genom klistring.

4. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att adhesionsbildningen àstadkommes genom värmelaminering.

5. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att barriärskiktet utgöres av ett material som utväljes från den grupp som består av aluminium, kiseloxidbelägg- ning, aluminiumoxidbeläggning, eten/vinylalkohol, poly- vinylalkohol, metalliserad orienterad polyester samt metal- liserad orienterad polypropen.

6. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att barriärskiktet är upp till 25 pm tjockt.

7. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att laminatskiktet àstadkommes på endera sidan av barriär- skiktet.

8. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att laminatskiktet àstadkommes pà bägge sidorna av barriär- skiktet.

9. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att laminatskiktet utväljes från den grupp som består av en adhesionsplast, en värmeförseglingsbar plast, en primer el- ler en lack.

10. att värmebehandlingen àstadkommes genom våt värme. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av

11. ll. Sätt enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att värmebehandlingen àstadkommes genom autoklavering.