SE520491C2 - Förpackningslaminat med barriäregenskaper mot gas och aromämnen - Google Patents

Description

20 25 30 35 520 491 _2_ Ett annat problan i samband med förpackning av flytande livsmedel i uppbyggnad. eller en kartongbana kartonger orsakas av kartongens ett ett exempelvis det just beskrivna slaget) som viks längs en Kartongen tillverkas av kartongämne (bestående av laminat av eller flera bigar till önskad form. Normalt får delar av ämnet överlappa för försegling, vilken kan utföras genom användning av lämpligt lim eller genom att termo- Genom att laminatet förses det Dessa spänningar kan ge upphov plastskikten smälts samman. med bigar enligt ovan uppkommer spänningar I laminerade materialet. till laminatmaterialet sà att senare hantering av kartongen läckage, eller åtminstone försvaga kan leda till läckage.

Utvecklingen av tekniken för plasmadeponering av material pà plastfilmer har lett fram till nya barriär- material för syrgas. Förpackningsindustrin för livs- medel och läkemedel har visat mycket stort intresse för bärarfilmer, vanligen termoplastisk polyester, som belagts med ett tunt skikt av kiseloxid. Dessa material har utmärkta barriäregenskaper och är toleranta mot de termomekaniska spänningar som uppträder under de olika konverteringsprocesserna som ingår vid tillverkning av laminerade förpackningsmaterial.

I US-A-4 888 199 visas ett sätt att avsätta en tunn film av kiseloxid pä en yta, med hjälp av plasma under kontrollerade betingelser. Plasmat bildas i en sluten reaktionskammare, där bärarmaterialet placeras.

Detta bärarmaterial kan utgöras av metall, glas eller vissa plaster. Luften pumpas ut ur kammaren tills en hög grad av vakuum uppnås.

Om man kisel- exempelvis inför den organiska i kammaren, tillsammans kisel- film reptàlig, föreningen hexametyldisiloxan med syre och helium, så avsätts och syre- molekyler pà bärarmaterialet. Den mycket härd, och med god vidhäftning vid ett böjligt bärarmaterial. beskrivs som tunn, optiskt klar Vi hänvisar till denna patentskrift. som bildas. 10 15 20 25 30 35 520 491 _3_ En process som baseras på en förbättrad metod för (PECVD) som vi också hänvisar till. plasmaförstärkt kemisk teras i US-A-5 224 441, den àngdeposition presen- Vid kiseloxid på 35°C, bestå av beskrivna avsätts hålls 25°c, (PET) patentbeskrivningen är där processen bäraren som vid temperaturen 10 - företrädesvis 15 - och som kan polyetentereftalat eller Enligt polykarbonatharts. tjockleken på kiseloxidfilmen vid användning för livsmedelsförpackningar omkring 100 - 400 Ångström, och bärarmaterialets tjocklek är 1,5 - 250 pm.

Under dessa processer är det emellertid ett stort problenx att se till att barriärskiktet inte spricker eller lossnar från bärarfilmen så att materialet delamineras. Sprickbildningen påverkas av oxid- materialets kohesion, medan delamineringen beror på adhesionen mellan oxidskiktet och bärarfilmen.

Fortfarande finns alltså ett behov av ett bärarmaterial som är belagt med kiseloxid och som inte spricker eller delamineras, för användning i förpackningar med förbättrade barriäregenskaper mot gaser och förbättrad hållbarhet.

Kortfattad redogörelse för uppfinningen och dess syften Utgående från bristerna hos konventionella laminerade barriärmaterial, enligt beskrivningarna ovan, ett barriäregenskaper och hållbarhet. syftar föreliggande uppfinning till att erbjuda laminerat förpackningsmaterial med förbättrade Ytterligare ett syfte med uppfinningen är att erbjuda ett laminerat förpackningsmaterial som är flexibelt och lätt kan formas till förpackningar, fyllas och förseglas, i konventionella förpacknings- maskiner, så att man erhåller förpackningar med förbättrade barriäregenskaper.

Vidare är ett syfte att erbjuda ett laminerat kan kvittblivas återvinnas utan eller med begränsad skada på miljön. förpackningsmaterial som lätt eller 10 15 20 25 30 35 520 491 _ 4 _ Ytterligare ett annat syfte med uppfinningen är att erbjuda ett laminerat förpackningsmaterial med barriäregenskaper som har förhöjd tálighet mot termo- mekaniska spänningar som kan uppkomma under olika behandlingssteg vid tillverkning av laminerat för- packningsmaterial och förpackningar.

Dessa syften. uppnås med ett förpackningslaminat som består av en bärarande plastfilm med en beläggning av kiseloxid pà vardera sidan, och som tillverkas i ett förfarande innefattande steget att åstadkomma nämnda beläggning av kiseloxid genom att en beläggning av kiseloxid avsätts på vardera sidan av bärarfilmen med (PECVD) inom ett intervall hjälp av pflasmaförstärkt kemisk àngdeposition under samtidig sträckning av filmen, mellan en övre gräns där bärarfilmen börjar utsättas vilken gräns bestäms av för plastisk deformation, elasticitetsmodulen, och en nedre gräns där förbättringen. upphör' av' kohesionen j. oxidbeläggningen och adhesionen, dvs skjuvstyrkan, i gränsytan mellan oxidbeläggning och bärarfilmen.

Enligt föredragna och gynnsamma utföringsformer av uppfinningen erbjuds ett förfarande och ett förpack- ningslaminat enligt kraven 2 - 7 respektive 8 - 12.

Enligt en annan sida av uppfinningen erbjuds en förpackning tillverkats av för- som uppfinningens packningslaminat, enligt kraven 13 - 19. Vidare erbjuds ett förparkningsämne soul framställts av uppfinningens förpackningslaminat, enligt kraven 20 och 21. avsatta med en Beläggningarna med kiseloxid, plasmaförstärkt CVD-metod, är företrädesvis kolhaltiga kiseloxidbeläggningar. Den föredragna kolhaltiga kisel- oxiden har följande allmänha formel: sioxcy, 1,5 - 2,2 och y ligger i intervallet 0,15 - 0,80; helst där x företrädesvis ligger i intervallet ligger x i. intervallet 1,7 - 2,1 och yr i intervallet_ 0,39 - 0,47.

Oxidskiktet dessa tre ämnen, till eftersom föroreningar förekommer under behöver inte vara begränsat hela tillverkningsprocessen för laminatet. Kiseloxid- 10 15 20 25 30 35 520 491 _5_ skiktet kan också innehålla väteatomer i olika mängder, beroende på vilka ämnen man utgår från. bildas urladdning bestående av en gasblandning av syre, helium Kiseloxiden vanligen genom en plasma- och organiska kisel föreningarna kan kiselföreningar som kol). De innehålla ett stort antal kolatomer (utgångsämnen innehåller och organiska kisel- Vissa av kolatomerna kan kflj. kvar i. det avsatta skiktet, som deltar i. plasmaurladdningen. medan de övriga kolatomerna avgår ur systemet tillsammans med vatten i form av koloxid (CO, C02), vatten och olika gasformiga kolväten.

Plasmaförstärkt kemisk ångdeposition (PECVD) är en känd teknik för framställning av bärarfilmer med en beläggning av kiseloxid. Föreliggande uppfinning för- bättrar denna teknik genom att bärarfilmen sträcks under depositionen och genom att syrehalten i gasbland- ningen regleras så att en oxid med rätt stökiometrisk sammansättning uppstår.

Figurerna 2 och 3 visar exempel på apparater som UPP' finningen. Dessa exempel på apparater består båda av en används vid kontinuerlig tillverkning enligt vakuumkammare som utgör processzon, en plasmagenerator, en pump som år ansluten till kammaren, organ för att mata gasblandningen med utgångsämnena till kammaren, en trumma för att föra plastfilmen genom 'vakuumkammaren och underlätta ångdeposition av oxid på bärarfilmen, samt en vals av bärar- för avrullning (frammatning) filmen på väg in i vakuumkammaren och en 'vals för sträckning och upprullning av filmen på väg ut ur vakuumkammaren.

I exemplen på utföringsformer används elektriska motorer för avrullningsvalsen och upprullningsvalsen, och genom styrning av dessa uppnås önskad sträckning av filmen enligt uppfinningen, inom följande intervallz. intervallen mellan en övre gräns utan plastisk deformation, vilken. gräns bestäms av bärarmaterialets elasticitetsmodul, och en nedre gräns där förbättringen 10 15 20 25 30 35 520 491 _ 5 _ upphör av kohesionen i oxidbeläggningen och adhesionen mellan oxidbeläggningen och bäraren.

Om apparaten saknar trumma kan bäraren under den plasmaförstärkta àngdepositionen sträckas pà annat lämpligt sätt.

Exempelvis kan en blandning av en förångad organisk kiselförening som tetrametyldisiloxan (TDMSO) eller hexametyldisiloxan (HDMSO) och en inert gas (t ex helium) och syre matas in i vakuumkammaren. Tetrametyl- disiloxan (TMDSO) är den organiska kiselförening som föredras. När plasmat bildas reagerar den förángade kiselföreningen med syret så att en kiseloxid bildas, som binder vid den svala bärarfilmen i vakuumkammaren.

Genom att styra halten syre i gasblandningen som matas in i. vakuumkammaren kan. man styra den kemiska sä att den bildade reaktionen inne i. vakuumkammaren, kiseloxiden får formeln SiO¿Q, där x ligger i inter- vallet 1,5 - 2,2 och y ligger i intervallet 0,15 - 0,80; helst ligger x i intervallet 1,7 2,1 och y i intervallet 0,39 - 0,47. Det har visats att den kolhaltiga kiseloxid sonx bildas inonx dessa intervall har optimala barriäregenskaper mot syre och aromämnen.

Resultatet av mätningar av den genomsnittliga atomkoncentrationen, vid analys av den kolhaltiga kiseloxiden som erhålls med uppfinningens tillverk- ningsmetod med ESCA, har visat atomprocentvärden pà 30,1i5,0% Si, 57,315,0% O, 12,6i5,0% C. Ur den kolhaltiga intervall en genomsnittlig stökio- stökio- metrisk synvinkel har kiseloxid som ligger inonx dessa metrisk formel pà SiO130Cm4m. kolhaltiga erhålls med hjälp av ett Den kiseloxidbeläggningen genom àngdeposition pà bärarfilmen CVD, mellan en plasmaförstärkt medan filmen sträcks inom intervall övre gräns utan plastisk deformation, elasticitetsmodul, och en nedre gräns där förbättringen upphör av kohesionen i oxidbeläggningen och adhesionen mellan oxidbeläggningen och bäraren. vilken. gräns bestäms av' bärarmaterialets- 10 15 20 25 30 35 520 491 _ 7 _ Kiseloxiden bildas direkt pà bärarens yta. Det sålunda bildade kiseloxidskiktet blir tillräckligt kompakt ur barriärsynvinkel när den sträckta filmen lossas eller inte längre utsätts för sträckningskraften. Som en följd av denna process kan kiseloxidskiktet göras mycket tunt utan att de önskade barriäregenskaperna gär förlorade.

Den föredragna bäraren utgörs av ett töjbart poly- att termoplastiskt material, exempelvis polyeten, propen eller polyetentereftalat (PET); PET är föredra.

Det metoden med PECVD- avsevärd skikt av kiseloxid som bildas enligt uppfinningen klarar töjning utan att brista. Denna egenskap är särskilt viktig för användning i samband med ett laminat för förpackning av flytande livsmedel, eftersom det normala förpacknings- laminatet har bigar som anbringats i ytan av laminatet för att underlätta böjning och 'vikning av' materialet till en Kiseloxidskiktets att deformeras utan att brista minskar avsevärt risken för förpackning. förmåga läckage längs bigarna.

Genom att använda dubbla sådana barriàrskikt av kolhaltig förstärkt kiseloxid som anbringats genom plasma- kemisk ängdeposition, under samtidig sträckning av bärarfilmen inom de gränser som angivits ovan, kan man ytterligare minska risken att i ett för- eller att barriärskiktet till packningslaminat fä sprickor i bärarskiktet materialet viks och böjs. delaminering frän följd av Normalt beläggs båda sidorna av bärarfilmen i en separat plasmaförstärkt CVD-process, dvs satsvis plasmabeläggning.

En särskild fördel med uppfinningens förfarande är att det först pàlagda kiseloxidskiktet pá ena sidan av bärarfilmen är flexibelt och tàligt sà att det inte' spricker eller lossnar från filmen vid beläggning av den andra sidan av bärarfilmen med kiseloxid. Man erhåller därigenom en böjlig film med ett oskadat, 10 15 20 25 30 35 520 491 _ 8 _ böjligt och hàllbart skikt av kiseloxid på vardera sidan.

Beskrivning av föredragna utföringsformer och V av ritningsfigurerna Figuren l är ett diagram som visar hur frag- menteringsprocessen fortskrider som funktion av den nominella töjningen av plasma-CVD-beläggningen enligt ett utvärderingsexempel enligt uppfinningen respektive ett exempel enligt känd teknik.

Figuren 2 visar schematiskt ett exempel på en apparat för plasma-CVD-beläggning enligt uppfinningen; Figuren 3 visar schematiskt ett exempel på en annan apparat för plasma-CVD-beläggning enligt uppfinningen.

Figuren 4 visar schematiskt ett exempel på ett förpackningsämne bestående av ett laminat enligt uppfinningen.

Figuren 5 visar schematiskt ett förpacknings- laminat enligt en första utföringsform av uppfinningen.

Figuren 6 visar schematiskt ett förpacknings- laminat enligt en andra utföringsform av uppfinningen.

Figuren 7 visar schematiskt ett förpacknings- laminat enligt en tredje utföringsform av uppfinningen.

Figuren 8 visar schematiskt ett förpacknings- laminat enligt en fjärde utföringsform av uppfinningen.

Figuren 9 visar schematiskt ett förpacknings- laminat enligt en femte utföringsform av uppfinningen.

Utvärderingsexempel, figuren 1 En bärarfilnx utsattes för sträckning i enlighet med uppfinningen samtidigt som en beläggning av kiseloxid beskrivna Effekten avsattes medelst ovan plasmaförstärkta kemiska àngdeposition. av den styrda inre kompressiva spänningen i beläggningen studerades genom. att några PET-prover utsattes för olika dragspânningar som mättes under beläggningsprocessen.

Dragspänningen i den belagda filmen avlastades sedan, varvid en väldefinierad kompressionsnivà i 10 15 20 25 30 35 520 491 _ 9 _ beläggningen erhölls. Adhesionen bestämdes enligt den Kelly anpassad till belággningsfilmens geometri, erhàlla en modell beläggningen vid töjning av polymerbäraren. klassiska och spänningsöverföringsteorin av Tyson, att för för fragmenteringen i I denna teori ansätts en hàllfasthet i beläggningen av Weibull- typ, och en kritisk kraftöverföringsstyrka införs, som har samband med den genomsnittliga fragmenterings- längden hos beläggningen vid fragmenteringsmättnad, vilket visade sig vara den mest relevanta parametern för beskrivning av adhesionsnivàn.

Resultaten av ett utvärderingsexempel enligt uppfinningen respektive ett exempel enligt känd teknik, där ett oxidskikt avsattes i. en plasmaförstärkt CVD- process utan att bärarfilmen sträcktes, visas i figuren 1. Figuren l visar hur fragmenteringsprocessen fortskrider som funktion av den nominella töjningen av PECVD-oxidbeläggningen i utvärderingsexemplet enligt uppfinningen respektive i exemplet enligt känd teknik.

I filmen i utvärderingsexemplet enligt uppfinningen försköts sprickbildningspunkten fràn 4% till 5% töjning, dvs en ökning med 25%, jämfört med en film enligt känd teknik utan sträckning under beläggningsprocessen. Kohesionen i det kolhaltiga kiseloxidskiktet i exemplen ökade frän 4,0 GPa för filmen enligt känd teknik till 5,7 GPa för filmen enligt uppfinningen, dvs en ökning med över 40%.

Dessutom ökade adhesionskraften i gränsytan mellan bärarfilmen och det kolhaltiga kiseloxidskiktet i utvärderingsexemplen från 100 MPa för känd teknik till 170 MPa, filmen enligt dvs en ökning med 70%.

Figurerna 2 och 3 visar exempel pà apparater för tillverkning av uppfinningens förpackningslaminat.

Apparaterna 200 och 200a består bàda av en vakuum- kammare 202, med en plasmazon 201, ansluten till kammaren 202, samt organ för att införa gasblandning med utgàngsämnena i kammaren, en trumma för matning av bärarplastfilmen genom vakuumkammaren och underlätta avsättning av oxiden pà bärarfilmen, en en pump 204 som är, 10 15 20 25 30 35 520 491 _ 10 _ avrullningsvals 206 för matning av bärarfilmen in i vakuumkammaren och en upprullningsvals 208 för dragning av den erhållna filmen ut ur 'vakuumkammaren 202. En PECVD-metod beskrivs närmare i. US-A-5 224 441, som vi hänvisar till.

Av- och upprullningsvalsarna 206 resp 208 kan vara elmotordrivna. Motorerna gör det möjligt att reglera töjningen (dragspänningen) i bärarfilmen. Vid tillämpning av uppfinningen töjs bärarfilmen inom ett intervall mellan en övre gräns innan plastisk deformation inleds, vilken gräns bestäms av bärarmaterialets elasticitetsmodul, och en nedre gräns där förbättringen upphör av kohesionen i oxidbeläggningen och adhesionen mellon oxidbeläggningen och bäraren. Om ingen trumma används töjer man istället bäraren under beläggningen pä annat sätt. sålunda till en inert bärargas Man kan exempel föra in en (t ex helium) en föràngad organisk kiselförening såsom TMDSO HMDSO i bildas reagerar den föràngade kiselföreningen. med syret, sä gasblandning av syre, och vakuumkammaren. När eller plasmat att en kiseloxid uppkommer. Denna avsätts pà och binder kemiskt till den 202. svala bärarfilmen i vakuumkammaren Flytande livsmedel som mjölk och juice förpackas vanligen i kartongförpackningar som bildas av laminerat förpackningsmaterial enligt beskrivningen ovan.

Förpackningarna kan vara spetstakskartonger eller blockformade. En spetstakskartong formas från ett förskuret ämne som matas till en fyllningsmaskin.

Maskinen viker ämnet till en förpackningskapsel, fylls med flytande livsmedel och slutligen försluts och förseglas som sedan förseglas pà längden och. i bottnen, upptill.

En block- direkt av en eller löpande bana av förpackningsmaterial. formas till ett fylls med det flytande till Banan med förpackningslaminat rör, förseglas längs efter röret, livsmedlet och förseglas tvärs över röret làdformad kartong kan bildas. 10 15 20 25 30 35 520 491 _ 11 _ kuddformade förpackningar med hjälp av värmeförsegling. röret. kuddformade sà att den formas block- làdformad Både spetstakskartonger och brik-kartonger har förpacknings- Dessa förpackningar klipps sedan loss från Därefter viks hörnflikarna på de förpackningarna emot förpackningens sidor, till en parallellepipedisk eller förpackning (brik-kartong). för materialet försetts med bigar som underlättar vikning längs förutbestämda linjer. Dessa tillverkningsmetoder för förpackningar är väl kända inom förpacknings- branschen.

Figuren 4 visar ett förpackningsämne 2 som bildas av en sammanhängande bana av laminat. Figuren 4 visar att bigar 3 har stämplats in eller på annat sätt präglats in i ytan som skall bli insidan av kartongen. ett ett barriärskikt, Åmnen 2 av förpackningslaminat har normalt kärnskikt av papper eller kartong, ett invändigt skikt som kommer i kontakt med produkten, (LDPE), ett utvändigt termoplastskikt, också vanligen av LDPE. exempelvis av làgdensitetspolyeten samt Bigarna bildar spår i det invändiga LDPE-skiktet, barriärskikten och kartongkärnan. När ämnena har vikts till kartonger och förslutits, förseglas tätningsdelen 8 enligt figuren 4 med hjälp av värme mellan ca l2l°C och omkring 260°C för att det inre och det yttre LDPE- Ämnena skärs loss från bildar för varje skiktet 8 skall fogas samman. skärenheten 9 och fristående ett varandra i förpackningsämnen 2, förpackning som skall formas.

De kiseloxidbeläggningar som man erhåller med den plasmaförstärkta CVD-metoden enligt uppfinningen har högre deformerbarhet än erhålls finningens kiseloxidbelàggningar som UPP' kan vikas med konventionell plasmaförstärkt CVD. laminerade förpackningsmaterial och värmeförseglas i en konventionell maskin utan att sprickor och/eller hàl uppkommer i barriärskiktet.

Det är' önskvärt att } eftersom beläggningsprocessen i så fall kan gå fortare. förpacknings-. lO 15 20 25 30 35 520 491 _ 12 - skall den plasmaförstärkta kemiska àngdeposi- För att kunna barriärskiktet tillverkat i man utnyttja tionsprocessen till laminat för livsmedelsförpackningar bör man vidare ha några ytterligare skikt, exempelvis limskikt och 'värmeförsegelbara skikt av termoplastisk polymer. laminatet att krulla sig, Ett tjockt skikt på båraren tenderar att få vilket gör det svårare att skikt fortsatt laminering och tillverkning än om skikten hålls tunna. lägga på dessa ytterligare under Figuren 5 visar en föredragen utföringsfornl av ett förpackningslaminat enligt uppfinningen.

Förpackningslaminatet 10 består av' tvà förtillverkade laminat lOa och 10b, som har bundits samman med hjälp av ett mellanliggande limskikt 11. Det första laminatmaterialet lOa har ett styvt men vikbart kärnskikt 12 av' papper eller' kartong, och tvá yttre skikt 13 och 14 av en värmeförsegelbar termoplast, exempelvis LDPE.

Kärnskiktet kan alternativt bestå av något annat lämpligt böjligt material, ett t ex av PET, såsom papper, cellplast, tjockare polymerskikt, polyamid, polyeten eller polypropen.

Det 10b består av ett bärarskikt 15 med ett tunt kolhaltigt kiseloxidskikt 16 avsatta med PECVD. Skikten 16 och 17 fungerar som barriärer mot syre och aromämnen, andra laminatmaterialet och 17 på vardera sidan, och består av kolhaltig kiseloxid.

De kolhaltiga kiseloxidskikten 16 och 17 avsatts pà bärarskiktet 15 med PECVD har en tjocklek mellan 50 och 500 Å, omkring 200 Å eller 193 Å.

SOITI med en föredragen tjocklek på Denna tjocklek ger för- packningslaminatet 10 den önskade förmågan att fungera som barriär mot syre, pà ungefär samma nivå som aluminiumfolie.

Bärarskiktet 15 exempelvis polyetentereftalat består av en (PET), biaxiellt orienterad polyester, eller polypropen.

Utsidan på de yttre kolhaltiga kiseloxidskiktet amorf polyester, 17 har belagts med ett utvändigt skikt av 'värmeför- böjlig plast,- 10 15 20 25 30 35 520 491 _13..

Skiktet 19 kan värmeförseglas vid omkring 121 - 260°C mot det yttre segelbar termoplast 19, exempelvis LDPE. termoplastskiktet 13 pà laminatet 20a, och har fästs vid bärarskiktet 15 med ett mellanliggande skikt 18 av lim eller häftpolymer 28. p Figuren 6 visar en andra utföringsform av för- packningslaminatet enligt uppfinningen för tillverkning av en förpackning med överlägsna barriäregenskaper mot syre och aromämnen efter och vikning försegling.

Förpackningslaminatet 20 innefattar en första laminatenhet 20a och en andra laminatenhet 20b, vilka är ihopfästade med ett mellanliggande limskikt 21. Den första laminatenhet 20a har ett styvt men vikbart skikt 22 av papper eller kartong, och yttre skikt 23, 24 av LDPE.

Den andra laminatenheten 20b har ett bärarskikt 25. Bärarskiktet 25 är ett böjligt termoplastiskt material, sonx kan värmeförseglas vid 121 - 260°C mot LDPE-skiktet 23, sà att man får en förpackning för flytande livsmedel. Bärarskiktet kan t ex bestå av LDPE. Förpackningslaminatet 20 tillverkas genom att man binder samman den första laminatenheten 20a med den andra laminatenheten 20b via ett limskikt 21 mellan materialbanorna, som gör att dessa vidhàftar vid varandra permanent och ett färdigt förpackningslaminat 20 erhålls.

Pà den sidan av bärarskiktet som vetter mot laminatenheten 20a har bärarskiktet ett barriärskikt 26 mot syre och aromämnen, bestående av kolhaltig kisel- oxid.

Pà den andra sidan av bärarskiktet 25 har som ett skikt för kontakt med produkten inne i. förpackningen avsatts ett andra barriärskikt 27 mot syre och arom~ ämnen, bestående av kolhaltig kiseloxid. Det kolhaltiga kiseloxidskiktet har den allmänna formeln SiO¿Q, där x_ ligger i intervallet intervallet 0,39 - 0,47.

I det uppfinningsenliga laminatmaterialet 20 har de kolhaltiga 1,7 - 2,1 och y i kiseloxidskikten som fungerar som 10 15 20 25 30 35 520 491 _ 14 _ barriärer mot syre och aromämnen avsatts med PECVD, och de har vardera en tjocklek på 50 - 500 Å, io - zoo Å, helst 193 Å. för att ge de önskade barriäregenskaperna mot syre och företrädesvis Denna tjocklek är tillräcklig aromämnen för den förpackning som erhållits av förpackningslaminatet.

Förpackningslaminatet 20 kan tillverkas genom att den förtillverkade banan med laminatenheten 20a och den 20b samman med hjälp av ett limskikt mellan banorna, förtillverkade banan med laminatenheten fogas så att det färdiga förpackningslaminatet 20 erhålls.

Eftersom det kolhaltiga kiseloxidskiktet 27 är exponerat på av laminatet, sedan laminatet till en kommer' det kolhaltiga kiseloxidskiktet 27 att vara i insidan vikts och värmeförseglats förpackning, så direktkontakt med förpackningens innehåll.

Om laminatet används för livsmedelsförpackningar är det kolhaltiga kiseloxidskiktet 27 ett godtagbart material för ändamålet, eftersom det inte skulle påverka livsmedelsinnehàllet negativt. Eftersom det kolhaltiga kiseloxidskiktet 27 är mycket tunt kan man få en stark värmeförseglingsförbindelse mellan det yttre skiktet 23 och det inre skiktet 25 när laminatet viks och formas till en konventionell förpackning vid en förseglingstemperatur på 121 - 260°C. Ett annat sätt att åstadkomma förbindelse med förpackningslaminatet 20 är att använda ultraljudsuppvärmning, som gör att LDPE- skiktet 25 mjuknar utan att värme behöver transporteras genom det kolhaltiga kiseloxidskiktet 27.

Ett exempel på ett föredraget förpackningslaminat enligt uppfinningens utföringsform visas i figuren 6, varvid det yttre skiktet 23 av LDPE har en tjocklek på skiktet 25 av LDPE har en medan de kolhaltiga kiseloxid- ca 15 um och det inre tjocklek på ca 15 pm, skikten 26 och 27 är mellan 50 och 500 Å tjocka.

Ett laminat med dessa skikttjocklekar får goda till genonm värmeförsegling utan att hål eller bristningar barriäregenskaper och kan formas förpackningar 10 15 20 25 30 35 520 491 _15- uppkommer som kan göra att förpackningarna börjar läcka.

Figuren '7 visar en ytterligare utföringsform av ett förpackningslaminat enligt uppfinningen som ger en förpackning med överlägsna egenskaper som barriär mot syre och aromämnen efter vikning och försegling.

Förpackningslaminatet 30 består av en första laminatenhet 30a och en andra laminatenhet 30b, vilka fogas samman permanent via ett mellanliggande limskikt 31. Den första laminatenhet 30a har ett styvt men vikbart kärnskikt 32 av 'värmeförsegelbar plast, t ex expanderad polyeten, expanderad polypropen, expanderad polyester eller mineralfylld polypropen, samt ett yttre skikt 33 av en värmeförsegelbar termoplast som kan värmeförseglas samman med kärnskiktet 32.

Den andra laminatenheten 30b består av ett bärarskikt 34 av plast, som pà vardera sidan har ett skikt 35 och 36 vilka fungerar som barriär mot syre och aromämnen och består av en kiseloxid med den allmänna formeln SiOxCy, där x ligger i intervallet 1,7 - 2,1 och 0,47. Kiseloxidskikten 35 och 36 täcks av ett yttre termoplastskikt 38 som kan värmeför- det och som är ett En alternativ metod för att y i intervallet 0,39 seglas samman med termoplasten i yttre termoplastskiktet 33 i laminatenheten 30a, fästat vid kiseloxidskiktet 36 limskikt 37. laminatet 30 är det med hjälp av mellanliggande tillverkning av strängspruta laminatenheten bärar- filmlaminatet 34, 35, 31, varefter' skikten 137 och 38 samsprutas mot detta 30a pà kiseloxidbelagda 36 via ett mellanliggande skikt laminat på utsidan av det yttre kiseloxidskiktet 36.

I laminatet enligt denna utföringsform framställs de kolhaltiga kiseloxidskikten 35 och 36 genom PECVD, samtidigt som bärarfilmen 34 sträcks enligt uppfinningen, vilket har visat sig vara fullt_ tillräckligt för att ge en förpackning av förpackningslaminatet 30 mycket goda barriäregenskaper mot syre och aromämnen. 10 15 20 25 30 35 520 491 _ 16 _ Figuren 8 visar ytterligare en utföringsform av ett förpackningslaminat enligt uppfinningen. för till- verkning av en förpackning av pàstyp, utan kärnskikt av papper eller papp, med utmärkta barriäregenskaper mot syre och aromämnen. Förpackningslaminatet 40 bestàr av en första förtillverkad laminatenhet eller en elastisk plastfilm 40a och en andra förtillverkad laminatenhet 40b, ett mellanliggande limskikt 41. vilka fogats samman permanent via Den första laminatenheten eller plastfilmen 40a bestàr företrädesvis av ett enda skikt av en elastisk värmeförsegelbar termoplast, t ex polyester, polyeten eller polypropen, som kan värmeförseglas vid 121 - 260°C i en konventionell värmeförseglingsapparat. 40b består av ett son1 pà båda sidorna har bärarskikt 43 Den andra laminatenheten bärarskikt 42, och 44, aromämnen och bestàr av kiseloxid med den allmänna 2,1 och som fungerar som barriärer mot syre och formeln SiO¿5, där x ligger i intervallet 1,7 0,47.

I utföringsformens laminat 40 har de kolhaltiga kiseloxidskikten 43 och 44, som fungerar som barriärer tillverkats med hjälp av PECVD och tjocklek pà 50 - 500 Å, 100 t ex omkring 200 Å, helst 193 Å. tjocklek är tillräcklig för att ge de önskade barriär- y i intervallet 0,39 - mot syre och aromämnen, fàtt en - zoo Å, företrädesvis Denna egenskaperna mot syre och aromämnen till en förpackning som tillverkats av förpackningslaminatet 40. ett laminat S0 enligt uppfinningen för tillverkning av en Figuren 9 visar schematiskt förpacknings- förpackning av pàstyp, utan kärnskikt av papper eller kartong. Förpackningslaminatet 50 består* av en. första förtillverkad laminatenhet eller elastisk plastfilm 50a och en andra förtillverkad laminatenhet 50b, vilka är permanent sammanfogade via ett mellanliggande limskikt_ 51.

Den första laminatenheten eller plastfilmen 50a består av ett enda elastiskt värmeförsegelbart termo- plastskikt, t ex av polyester, polyeten eller poly- 10 15 20 25 30 35 520 491 _l7_ propen, som kan värmeförseglas vid 121 ~ 260°C i en konventionell värmeförseglingsapparat.

Den andra laminatenheten 50b bestàr av ett bärarskikt 52, smn pà båda sidorna har bärarskikt 53 och 54, som fungerar som barriärer mot syre och aromämnen och består av kiseloxid med den allmänna formeln SiO¿Q, där x ligger i intervallet 1,7 - 2,1 och y i intervallet 0,39 0,47.

Bärarskiktet 52 består av en termoplast son: är elastisk och kan 'värmeförseglas vid 121 - 260°C till laminatenheten. I ett kolhaltigt kiseloxidskikt 53 som fungerar som barriär mot syre och termoplastskiktet i den första utföringsformens laminat 50 sitter aromämnen och som avsatts med PECVD till en tjocklek pà 50 - 500 Å, företrädesvis 100 - 200 Å, t ex omkring 200, helst 193 Å. Denna tjocklek är tillräcklig för att ge de önskade barriäregenskaperna mot syre och aromämnen till en förpackning som tillverkats av förpackningslaminatet 50.

Förpackningslaminatet 50 framställs genom att den första laminatenhetens 50a termoplastskikt fästs vid den andra laminatenheten 50b med hjälp av ett mellanliggande limskikt 51. Laminatet 50 kan formas till förpackningar enligt beskrivningen ovan, med bigar pà insidan av skiktet 50a och praktiskt taget ända in till barriärskiktet 53. Dessa bigar underlättar vikning Eftersom av laminatet förutbestämda skikt i längs linjer. samtliga laminatet 50 är elastiska kan laminatet användas för att àstadkomma en förpackning med mjuka väggar.

Eftersom det kolhaltiga kiseloxidskiktet 54 är av laminatet, sedan laminatet till en kommer' det kolhaltiga kiseloxidskiktet 54 att vara i exponerat pà insidan vikts och värmeförseglats förpackning, så direktkontakt med förpackningens innehåll.

Om laminatet används för livsmedelsförpackningar är det kolhaltiga kiseloxidskiktet 54 ett godtagbart det inte skulle negativt. Eftersom det material för ändamålet, eftersom pàverka livsmedelsinnehàllet 10 15 20 25 30 35 520 491 _18.. kolhaltiga kiseloxidskiktet 54 är mycket tunt kan man det yttre skiktet 50a och det inre skiktet 52 när laminatet få en stark värmeförseglingsförbindelse mellan viks och formas till en konventionell förpackning vid en förseglingstemperatur pà 121 - 260°C. Ett annat sätt att åstadkomma förbindelse med förpackningslaminatet 50 att termoplastskiktet 52 mjuknar utan att värme behöver är att använda ultraljudsuppvärmning, som gör transporteras genom det kolhaltiga kiseloxidskiktet 54.

Ett exempel pà ett föredraget förpackningslaminat enligt uppfinningens utföringsform visas i figuren 9, där det yttre skiktet 50a av LDPE har en tjocklek pä skiktet 52 av LDPE har en ca 15 pm, kolhaltiga ca 15 pm och det inre tjocklek på medan de kiseloxidskikten 53 och 54 är mellan 50 och 500 Å tjocka.

Ett laminat med dessa skikttjocklekar får goda barriäregenskaper och kan formas till förpackningar genonx värmeförsegling utan att häl eller bristningar uppkommer som kan göra att förpackningarna börjar läcka.

Enligt uppfinningen àstadkommes sålunda ett förpackningslaminat av det slag som beskrivits i inledningen, med utmärkta barriäregenskaper mot syre och aromämnen, utan de 'vidhängande problenx och nack- delar som är ofrànkomliga i den kända tekniken, t ex enligt EP-A~O 378 990.

Särskilt àstadkommes ett förpackningslaminat med som framställs en kolhaltig kiseloxid med hjälp av plasmaförstärkt kemisk àngdeposition, och som vid så làg skikttjocklek som 193 Å gör det möjligt att genom vikningsteknik tillverka en förpackning med utmärkta barriäregenskaper mot syre och aromämnen.

Genom att använda dubbla sådana barriärskikt med kolhaltig kiseloxid som avsatts med PECVD i. ett för-_ packningslaminat blir risken för sprickbildning i barriärskikten till följd av att materialet böjs och viks reducerat till försumbar nivå, eller helt eliminerat. 10 15 20 25 30 35 520 491 _19- Ovan har uppfinningen beskrivits under hänvisning till vissa specifika laminatstrukturer, men den är naturligtvis inte begränsad till dessa. Utan att lämna uppfinningens räckvidd enligt bifogade patentkrav är att välja andra material än de för bàde bärarskiktet och Det är till exempel möjligt inom uppfinningens ram att till bärar- det möjligt, vilket är uppenbart för fackmannen, kärnskiktet än dem som specificeras här. skiktet använda ett skikt av smörpapper, där sä är önskvärt. ett gasbarriärskikt som är verksamt redan vid en tjocklek pà 50 Å, tjockleken 200 Å.

Fördelen med denna tunna beläggning ligger främst i de Laminatmaterialet enligt uppfinningen har och vid den föredragna utmärkta mekaniska egenskaper som följer av att de inre spänningarna är làga. Detta medför att dessa tunna beläggningar är mer motstàndskraftiga mot sprickbildning, vilket är särskilt viktigt när det gäller förpackningar som bildas genom bigning och vikning enligt beskrivningen ovan.

Hörnen och de vikta kanterna i sådana förpack- ningar är särskilt känsliga områden, och om man använder material med större beläggningstjocklekar får man sprickor i dessa delar av förpackningen, med åtföljande förlust av barriäregenskaper. Uppfinningens tunna beläggningar enligt patentet är däremot tillräckligt böjliga och töjbara för att materialet skall kunna användas i förpackningar utan risk för sprickbildning eller bristningar ens i de mest utsatta områdena. De lägre värdena pà inre spänning som erhålls i de tunna beläggningarna avspeglas också i egenskapen att materialen inte krullar sig. Tjocka beläggningar pà plastfilmer kan ge problem vid senare bearbetning för tillverkning av laminat.

Slutligen bör konstateras att förpackningslaminat, enligt uppfinningen, förutom utmärkta barriäregenskaper även har fördelen att de är Kiseloxidskiktet i mot syre och aromämnen, "icke-flagande". förpacknings- laminatet kan därmed användas i direkt kontakt med för- 520 491 _20- packningsinneháll som är särskilt lagringskänsligt, såsom fruktjuice, utan flagning eller försämring av dess aromatiska innehåll, essentiella oljor, som förekommer i riklig mängd i denna typ av produkt.

Claims (21)

10 15 20 25 520 491 -2|. Patentkrav

1. Förfarande för tillverkning av ett förpackningslaminat (10) med en tunn beläggning av kiseloxid (16, 17) pà vardera sidan av en bärande plastfilm (15), innefattande steget att åstadkomma nämnda beläggning av kiseloxid genom att en beläggning (16, 17) av kiseloxid avsätts pá vardera sidan av bärarfilmen (15) med hjälp av plasmaförstärkt kemisk ängdeposition (PECVD) under samtidig sträckning av filmen, inom ett intervall mellan en övre gräns där bärarfilmen börjar utsättas för plastisk deformation, vilken gräns bestäms av elasticitetsmodulen, och en nedre gräns där förbättringen upphör av kohesionen i oxidbeläggningen och adhesionen mellan oxidbeläggningen och bärarfilmen.

2. Förfarande enligt kravet 1, där nämnda beläggning av kiseloxid innefattar kolhaltig kiseloxid.

3. Förfarande enligt kravet 1 eller 2, där nämnda bärarfilm (15) innefattar polyetentereftalat.

4. Förfarande enligt krav 2 eller 3, där nämnda kolhaltiga kiseloxid (16, 17) har följande allmänna stökiometriska formel: SiOxCy, där x ligger i intervallet 1,5 - 2,2 och y ligger i intervallet 0,15 - 0,80.

5. Förfarande enligt något av kraven 2 - 4, där nämnda kolhaltiga kiseloxidskikt (16, 17) bildas av en blandning av en förängad organisk kiselförening och syre i vakuum, varvid den organiska kiselföreningen är tetra eller hexametyldisiloxan.

6. Förfarande enligt något av kraven 2 - 5, där kohesionsstyrkan i det kolhaltiga kiseloxidskiktet (16, 17) är minst 5,7 GPa.

7. Förfarande enligt nàgot av kraven 2 - 6, där det kolhaltiga kiseloxid- skiktet (16, 17) har en skjuvstyrka i gränsskiktet mot bärarfilmen (15) på minst 170 MPa. 5 10 15 20 25 30 520 491 _, 22-

8. Förpackningslaminat innefattande en bärarfilm (15) av plast med ett tunt kiseloxidskikt (16, 17) pà vardera sidan, tillverkat med ett förfarande enligt nàgdot av kraven 1 - 7.

9. Förpackningslaminat med en tunn kiseloxidbeläggning (16, 17) pä vardera sidan av en bärarfilm (15) av plast, där kiseloxidbeläggnlngen pà vardera sidan av bärarfilmen är en kolhaltig kiseloxidbeläggning som avsätts med hjälp av plasmaförstärkt kemisk àngdeposition (PECVD) under samtidig sträckning av filmen, inom ett intervall mellan en övre gräns där bärarfilmen börjar utsättas för plastisk deformation, vilken gräns bestäms av elasticitetsmodulen, och en nedre gräns där förbättringen upphör av kohesionen i oxidbeläggningen och adhesionen mellan oxidbeläggningen och bärarfilmen där nämnda kolhaltiga kiseloxid har den allmänna formeln SiOxCy, där x ligger i intervallet 1,5 - 2,2 och y ligger i intervallet 0,15 - 0,80; och där de kolhaltiga kiseloxidskikten (16, 17) har en kohesionsstyrka pà minst 5,7 GPa.

10. Förpackningslaminat enligt kravet 8 eller 9, där de kolhaltiga kiseloxidskikten (16, 17) har en skjuvstyrka i gränsytan mot bärarfilmen pà minst 170 MPa.

11. Förpackningslaminat enligt nàgot av kraven 8 - 10, där bärarfilmen (15) innefattar polyetentereftalat.

12. Förpackningslaminat enligt något av kraven 8 - 10, där laminatet innefattar ett skikt (12) av papper eller kartong.

13. Förpackning innefattande ett flexibelt laminat (10) enligt nägot av kraven 8 - 12.

14. Förpackning innefattande ett flexibelt laminat (10) som formats till en förpackning, där nämnda laminat har en beläggning av kolhaltig kiseloxid pà vardera sidan av en bärarfilm, och där nämnda kolhaltiga kiseloxid- beläggningar (16, 17) erhållits genom avsättning med hjälp av plasma- förstärkt kemisk àngdeposition (PECVD) under samtidig sträckning av bärarfilmen (15), inom ett intervall från en övre gräns där bärarfilmen (15) börjar utsättas för plastisk deformation, vilken gräns bestäms av elasticitets- 10 15 20 25 30 520 491 _ ¿3, _ modulen, och en nedre gräns där förbättringen upphör av kohesionen i oxidbeläggningen (16, 17) och adhesionen mellan oxidbeläggningen (16, 17) och bärarfilmen (15).

15. Förpackning enligt kravet 13 eller 14, där bärarfilmen (15) innefattar polyetentereftalat.

16. Förpackning enligt något av kraven 13 - 15, där den kolhaltiga kiseloxiden har den allmänna formeln SiOXCY, där x ligger i intervallet 1,5 - 2,2 och y ligger i intervallet 0,15 - 0,80.

17. Förpackning enligt något av kraven 13 - 16, där det kolhaltiga kiseloxidskiktet (16, 17) bildas av en blandning av en föràngad organisk kiselförening och syre i vakuum, varvid den organiska kiselföreningen är tetrametyldisiloxan.

18. Förpackning enligt något av kraven 13 - 17, där de kolhaltiga kiseloxid- skikten (16, 17) har en kohesionsstyrka pà minst 5,7 GPa.

19. Förpackning enligt något av kraven 13 - 18, där de kolhaltiga kiseloxid- skikten (16, 17) har en skjuvstyrka i gränsytan mot bärarfilmen pà minst 170 MPa.

20. Förpackningsämne (2) med bigar (3), innefattande ett förpacknings- laminat (10) med en tunn beläggning (16, 17) av kiseloxid på vardera sidan av en bärarplastfilm (15), varvid kiseloxidbeläggningarna (16, 17) på bärarfilmen (15) är kolhaltiga kiseloxidbeläggningar (16, 17) som erhålls genom avsättning med hjälp av plasmaförstärkt kemisk ångdeposition (PECVD) under samtidig sträckning av filmen, inom ett intervall mellan en övre gräns där bärarfilmen börjar utsättas för plastisk deformation, vilken gräns bestäms av elasticitetsmodulen, och en nedre gräns där förbättringen upphör av kohesionen i oxidbeläggningen och adhesionen mellan oxidbeläggningen och bärarfilmen varvid den kolhaltiga kiseloxiden har den allmänna formeln SiOxCy, där x ligger i intervallet 1,5 - 2,2 och y ligger i intervallet 0,15 - 0,80 och dess skjuvstyrka i gränsytan mot bärarfilmen (15) är minst 170 MPa.

21. Förpackningsämne (2) enligt kravet 20, där kohesionsstyrkan i det kolhaltiga kiseloxidskiktet (16, 17) är minst 5,7 GPa.