DE60319694T2

DE60319694T2 - Verpackungslaminat, verfahren zu seiner herstellung und aus dem verpackungslaminat hergestellter verpackungsbehälter

Info

Publication number: DE60319694T2
Application number: DE60319694T
Authority: DE
Inventors: Nils Toft; Thorbjörn Andersson
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2003-04-29
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2023-04-30
Also published as: WO2003095200A1; TWI315259B; AR039791A1; ES2300572T3; MY140311A; JP2005524586A; ATE388815T1; CN1652934A; EP1507661A1; SE522498C2; SE0201396D0; AU2003224579A1; EP1507661B1; DE60319694D1; US8007882B2; TW200307599A; SE0201396L; US20050181154A1; CN100537225C

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verpackungslaminat umfassend eine Kernschicht aus Papier oder Karton mit durchgehenden Löchern, Öffnungen oder Schlitzen, eine auf eine Außenseite der Kernschicht aufgebrachte Schicht aus thermoplastischem Kunststoff, eine Aluminiumfolie, die auf die andere, innere Seite der Kernschicht aufgebracht ist, sich über das Laminat erstreckt und an die Kernschicht mittels einer Zwischenschicht aus thermoplastischem Kunststoff gebunden ist, wobei sich die zwei thermoplastischen Schichten über das Laminat erstrecken und innerhalb der Lochbereiche aneinander gesiegelt sind, um eine Membrane aus Aluminiumfolie und thermoplastischen Kunststoffen zu bilden, und wobei eine oder mehr Schichten aus thermoplastischen Materialien auf die andere, innere Seite der Aluminiumfolie aufgebracht sind.
Stand der Technik
Einweg- bzw. Wegwerfverpackungsbehälter für flüssige Nahrungsmittel werden oft aus einem Verpackungsmaterial der oben genannten Art hergestellt. Ein solcher weit verbreiteter Verpackungsbehälter wird unter dem Warenzeichen Tetra Brik Aseptic^® vertrieben und hauptsächlich für flüssige Nahrungsmittel wie Milch, Fruchtsaft usw. verwendet. Das Verpackungsmaterial in diesem bekannten Verpackungsbehälter umfasst typischerweise eine Kernschicht aus Papier oder Pappe und äußere, flüssig keitsdichte Schichten aus thermoplastischem Kunststoff. Um den Verpackungsbehälter lichtundurchlässig und gasdicht, insbesondere sauerstoffgasdicht, zu machen, beispielsweise zum sterilen Verpacken und zum Verpacken von Fruchtsäften, ist das Material in diesen Verpackungsbehältern normalerweise mit wenigstens einer zusätzlichen Schicht, am häufigsten einer Aluminiumfolie, ausgestattet, die zudem das Verpackungsmaterial durch induktives Thermosiegeln thermosiegelbar macht, was ein schnelles und effizientes Siegelungsverfahren zur Erlangung von mechanisch starken, flüssigkeits- und gasdichten Siegelungsverbindungsstellen oder -nähten während der Herstellung von Behältern darstellt.
Verpackungsbehälter werden im Allgemeinen mithilfe moderner Verpackungsmaschinen des Typs hergestellt, die Verpackungen aus einer Bahn oder aus vorgefertigten Rohlingen des Verpackungsmaterials formen, befüllen und siegeln. Beispielsweise werden Verpackungsbehälter aus einer Bahn dadurch hergestellt, dass die Bahn in einen Schlauch umgeformt wird, indem beide Längskanten der Bahn in einer überlappenden Verbindungsstelle miteinander verbunden werden. Der Schlauch wird mit dem vorgesehenen flüssigen Nahrungsmittelprodukt befüllt und in einzelne Verpackungen geteilt durch wiederholte Quersiegelungen des Schlauchs, die einen Abstand zueinander haben, der unterhalb des Niveaus des Inhalts des Schlauchs liegt. Die Verpackungen werden vom Schlauch durch Einschnitte in die Quersiegelungen getrennt und erhalten die gewünschte geometrische Gestalt, normalerweise parallelepiped, durch Falten entlang vorbereiteter Faltlinien im Verpackungsmaterial.
In einer der gleichzeitig anhängigen Anmeldung der Anmelderin, der EP-A-1342567 , ist ein Verpackungslaminat der unter anderem selben Schichtgestaltung beschrieben, jedoch ohne das Merkmal eines vorgestanzten Lochs in der Pappkartonkernschicht und ohne die komplexe Problemstellung von Öffnungsfähigkeit gegenüber Haftung und innerer mechanischer Stärke der gesamten Membrane (auch einschließlich Aluminiumfolie) in dem Loch zu beschreiben. Die Anmeldung wurde vor der vorliegenden Anmeldung eingereicht, aber erst nach dem Einreichungstag der vorliegenden Anmeldung veröffentlicht.
Im Stand der Technik haben derartige Verpackungslaminate üblicherweise eine innerste, innen liegende thermoplastische Heißsiegelungsschicht, am häufigsten aus einem Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), die normalerweise entsprechende Eigenschaften zum Heißsiegeln hat und als Feuchtigkeitsbarriere gegenüber den befüllten flüssigen Inhalten der Verpackung fungiert.
Mit innerster oder innen liegender Schicht ist eine Schicht gemeint, die auf die Seite des Verpackungslaminats aufgebracht wird, die dem Inneren eines Verpackungsbehälters, der aus dem Laminat gebildet wird, zugewandt ist, und die mit den abgefüllten Inhalten eines befüllten Verpackungsbehälters in Kontakt kommt.
Aus Sicht des Verbrauchers ist es wünschenswert, dass der Verpackungsbehälter leicht zu handhaben und leicht zu öffnen ist, wenn es Zeit ist, die Verpackung ihres Inhalts zu entleeren, und um dem gerecht zu werden, ist der Verpackungsbehälter oft mit einer Art Öffnungsvorrichtung ausgestattet, mit deren Hilfe er einfach zu öffnen ist, ohne dass Scheren oder andere Werkzeuge dazu benötigt werden.
Eine häufig vorkommende Öffnungsvorrichtung in solchen Verpackungsbehältern enthält ein Loch, das in die Kernschicht der Verpackungswand gestanzt wurde, wobei das Loch auf der Innenseite und Außenseite der Verpackungswand durch die entsprechenden Außenschichten der Verpackungswand bedeckt ist, die im Bereich des Öffnungsumrisses des durchgehenden Lochs aneinander gesiegelt sind, wodurch eine Membrane aus den Schichten gebildet wird, die nicht aus Pappkarton bestehen. Ein Beispiel einer Öffnungsvorrichtung aus dem Stand der Technik besitzt eine separate Aufreißlasche oder einen Öffnungsstreifen, der über dem Loch aufgebracht ist, und der aufreißbar an die Außenschicht der Verpackungswand entlang einer Siegelungsverbindung um die gesamte Öffnungskontur des Lochs gesiegelt ist und gleichzeitig dauerhaft an die Außenschicht im Bereich innerhalb der Öffnungskontur des Lochs gesiegelt ist.
In hochentwickelten Öffnungsvorrichtungen ist eine Öffnungsvorrichtung, üblicherweise aus Formkunststoff, die eine Ausgießöffnung und einen Schraubverschluss zum Wiederversiegeln aufweist, auf den Bereich von und um das Loch aufgebracht, wobei die Öffnungsvorrichtung dazu ausgelegt ist, die Membrane zu durchdringen oder die Membrane im Lochbereich durch ein Hinunterdrücken oder eine Schraubbewegung zu entfernen, oder alternativ, um die Membrane durch eine Schraub- und/oder Hochziehbewegung der Öffnungsvorrichtung zu entfernen. Bei letzterer Art von Öffnungsvorrichtung haftet das Innere eines schraubbaren Teils der Öffnungsvorrichtung an der Membrane so an, dass wenn diese nach oben von der Verpackungswand weggeschraubt wird, die Membrane zusammen mit dem schraubbaren Teil angehoben und von den Kanten des Lochs abgezogen wird und ein praktisch sauber geschnittenes Loch zum Ausgießen des befüllten Inhalts aus der Verpackung hinterlässt.
Insbesondere kann letztere Art von Öffnungsvorrichtung ähnlich einem Schraubdeckel einer Flasche funktionieren und ist oft erwünscht, da sie verhindert, dass Reste der Membrane nach unten durch das Loch in die Verpackung und das abgefüllte Produkt geschoben werden.
Eine Voraussetzung dafür, dass eine solche Öffnungsvorrichtung effizient und zweckgemäß arbeitet ist, dass eine geeignete Haftung zwischen den unterschiedlichen Schichten der Membrane besteht, so dass sie nicht enthaftet bzw. delaminiert, wenn Schraub- und/oder Hochziehkräfte oder wenn Kräfte des Schraubens und/oder des Hinunterdrückens während des Öffnungsvorgangs auf sie aufgebracht werden.
Es ist im Allgemeinen schwierig, eine solche adäquate Haftung innerhalb der Bereiche der Löcher zu erzielen und zwar aufgrund des Unterschieds in der Gesamtlaminatdicke zwischen den Bereichen der Löcher und den Bereichen außerhalb der Löcher, wenn die Aluminiumfolie und die Kunststoffschichten der Membrane miteinander laminiert werden. Wenn eine Bahn aus den laminierten Schichten durch einen Pressspalt in einer Laminierungsstation läuft, werden die Schichten zusammengedrückt, um mithilfe einer Druckwalze und einem Kühlzylinder aneinander zu haften. In den von dem Loch oder dem Schlitz definierten Bereichen ist der Druckspalt nicht dazu in der Lage, die Aluminiumfolie und die Polymerschichten ausreichend zusammenzudrücken, um die erforderliche Haftung zu erreichen.
Somit können die Schwankungen in der Dicke der Kernschicht dazu führen, dass die Aluminiumfolie, die relativ dünn ist, nicht ausreichend gut gegen die umgebenden Schichten aus ther moplastischem Kunststoff im gesamten durch das Loch definierten Bereich gedrückt wird und anhaftet, was bedeutet, dass Luft neben den Kanten der Löcher eingeschlossen sein kann. Dies bedeutet wiederum, dass es zur Bildung von Bruchstellen in der Aluminiumfolie kommen kann, was dazu führen kann, dass die Gasdichtigkeit des Verpackungsbehälters beeinträchtigt wird und damit auch Farbe, Geschmack und Nährwerte des verpackten Nahrungsmittelprodukts. Ferner kann die Unversehrtheit der Verpackung beeinträchtigt werden, was wiederum die Sterilität der Verpackung stören kann.
Die Lufteinschlüsse resultieren auch darin, dass es schwierig wird, die Membrane abzureißen oder zu penetrieren, die aus der Aluminiumfolie und den Polymerfolien in dem Loch oder Schlitz besteht, wobei die Möglichkeit, die Verpackung zu öffnen eingeschränkt ist und/oder es nicht möglich ist, einen sauberen Schnitt beim Durchdringen durchzuführen, was zur Bildung von ausgefransten Kanten führt.
Diese Probleme wurden soweit gelöst oder zumindest auf ein akzeptables Niveau gesenkt und zwar mithilfe einer Druckwalze umfassend einen Metallkern mit einer kreiszylinderförmigen Ummantelungsfläche, wobei die Ummantelungsfläche einer nach innen weisenden Schicht gegenübersteht, die aus einem elastischen Material besteht, eine erste Härte und eine erste Dicke hat, und die außen auf der nach innen weisenden Schicht angeordnet ist, wobei eine nach außen weisende Schicht aus einem elastischen Material besteht, eine zweite Härte und eine zweite Dicke hat, wobei die erste Härte größer ist als die zweite Härte und die erste Dicke größer als die zweite Dicke ist. Bevorzugt ist die erste Härte mindestens 15% größer, bevorzugter 20% und am bevorzugten 25% größer als die zwei Härte, in Shore A berechnet, wobei die nach außen weisende Schicht eine Härte von 50–80 Shore A zeigt, bevorzugt 60–75 Shore A. Bevorzugt beträgt die zweite Dicke 5–25%, bevorzugter 7–20% und am bevorzugten 8–15% der gesamten ersten Dicke und der zweiten Dicke. Bevorzugt beläuft sich die zweite Dicke auf 1–10 mm, bevorzugter 1–5 mm und am bevorzugten 1–3 mm.
Eine solche Druckwalze wurde in einer separaten anhängigen Anmeldung WO 01/02751 beschrieben, die auch der Anmelderin der vorliegenden Anmeldung gehört.
Aufgrund der nach außen weisenden Schicht von geringerer Härte wird eine gewünschte Penetration in den Lochbereichen in der Kernschicht erreicht, wenn die Kernschicht, die Aluminiumfolie und die Polymerschichten zur selben Zeit durch den Druckspalt laufen, wie die geringe Dicke der äußeren, weichen zugewandten Schicht darin resultiert, dass die Länge des Druckspalts nicht merklich verlängert wurde, was bedeutet, dass ein gewünschter Druck in dem Druckspalt aufrechterhalten werden kann, während eine hohe Linienlast beibehalten wird. Die nach innen und außen weisenden Schichten können aus denselben oder verschiedenen elastomeren Materialien, wie beispielsweise Gummi oder Polyurethanmaterialien, hergestellt sein.
Die beschriebene Druckwalze sollte wenigstens in einer der Laminierungsstationen für die innen liegende Schicht und/oder der Laminierungsstation für die Aluminiumfolie und die dazwischenliegende Haftschicht verwendet werden. Sie kann auch für die Laminierung der thermoplastischen Schicht auf der Außenseite der Kernpappschicht verwendet werden.
Zum Zwecke einer wie oben beschriebenen Öffnungsvorrichtung, insbesondere einer durch eine Schraub-Zieh-Bewegung funktionierenden, haftet eine innerste Heißsiegelschicht aus LDPE üblicherweise an der Aluminiumfolie mittels einer Haftschicht aus einem haftenden Polymer, wie beispielsweise einem pfropfmodifiziertes Polyolefin oder einem Copolymer aus Ethylen und (Metha)crylsäure oder einem Ionomer.
Während der letzten Jahre bestand ein steigendes Interesse an der Verwendung der innersten Schichten in Verpackungslaminaten, umfassend die Art von Ethylen-Alpha-Olefin-Copolymeren, die bei Vorhandensein eines Metallocen-Katalysators, d. h. Metallocen-Polyethylenen (im Folgenden als m-PE bezeichnet) polymerisiert werden, die normalerweise eine Art von linearen Polyethylenen niedriger Dichte (m-LLDPE) sind.
Metallocenpolymerisierte Polyethylene haben im Allgemeinen wünschenswerte Eigenschaften wie verbesserte Zug- und Durchstoßeigenschaften, Zähigkeit, Schlagfestigkeit, Klarheit, Antiblockiereigenschaften und Heißsiegelleistung im Vergleich zu gewöhnlichem LDPE. Bei der Herstellung von Verpackungsbehältern wäre es somit höchst wünschenswert, dazu in der Lage zu sein, m-PE in der innersten Siegelungsschicht verwenden zu können, um die Unversehrtheit bzw. Integrität der Verpackung und die Siegelfähigkeit zu verbessern.
Mit Verpackungsintegrität ist im Allgemeinen die Haltbarkeit der Verpackung gemeint, d. h. die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Auslaufen des Verpackungsbehälters. Dies wird in einem ersten Schritt durch Messen der elektrischen Leitfähigkeit durch das Verpackungslaminat der Verpackung getestet, um anzuzeigen, ob es eine Art Loch oder Riss in der(den) innen liegenden thermoplastischen Schicht(en) gibt. In einem zweiten Schritt werden Größe und Form des Lochs oder Risses weiter untersucht, indem das Verpackungslaminat in eine Lösung aus roter Tinte eingetaucht wird, wodurch die Pappkernschicht sich rot am und um das Loch oder den Riss färben wird. Das Ergebnis wird für eine Anzahl an Behältern mit undichten Stellen bei 3000 getesteten Packungen berichtet. Die Untersuchungsergebnisse bedeuten jedoch nicht automatisch, dass die befüllten Inhalte tatsächlich aus den Behältern auslaufen, da das Testverfahren strenger ist und sehr dünne Risse und Löcher zeigt, die normalerweise keine Schwierigkeiten bei der tatsächlichen, täglichen Lagerung und Verwendung bereiten würden. Im Allgemeinen wurde beobachtet, dass bei der Verwendung von m-PE in der innersten Siegelungsschicht anstelle von LDPE die Unversehrtheit der Verpackung zumindest gleich zuverlässig ist, selbst wenn dünnere Schichten von m-PE als LDPE verwendet werden.
Unter Siegelfähigkeiten sind die Fähigkeiten zu verstehen, innerhalb eines Temperaturintervalls oder eines Stromversorgungsintervalls angemessen heißsiegeln zu können. In einem parallelepipeden Verpackungsbehälter vom Typ Tetra Brik Aseptic^® gibt es beispielsweise drei Heißsiegelungsstellen, d. h. die Quersiegelung des Schlauchs, die in Längsrichtung überlappende Siegelung entlang dem Schlauch und die Siegelung des Längsstreifens über und entlang der Längssiegelung auf der Innenseite des Schlauchs. Die Quersiegelung schließt die doppelte Dicke des Verpackungsmaterials ein und erfordert die höchste Siegelungskraft. Es hat sich im Allgemeinen gezeigt, dass das „Fenster" oder Intervall für die Temperaturen oder die Stromversorgung, innerhalb dessen eine adäquate Siegelung durchgeführt wird, für ein m-PE größer ist als für normale LDPE Heiß siegelungsinnenschichten. Beispielsweise wird in einer Tetra Brik Aseptic^® – Abfüllmaschine (wie die TBA/8), die die Verpackungen durch Induktionssiegeln versiegelt, die Stromzufuhr zur Induktionsheizeinheit durch Skalierungseinheiten gemessen. Das Testergebnis wird als der Bereich an Skalierungseinheiten angegeben, innerhalb dessen eine adäquate Siegelung durchgeführt wird. Somit ist für ein m-PE Innenmaterial, das mit einem äquivalenten LDPE Innenmaterial vergleichbar ist, der Bereich der berichteten Skalierungseinheiten für die Quersiegelung viel breiter. Dies bedeutet, dass es weniger kritisch sein wird, die Temperatureinstellwerte des Siegelungsteils der Abfüllmaschinen genau zu justieren, die oft vom Personal in Molkereien und Verpackungsbetrieben bedient werden, und dass der Siegelvorgang zuverlässiger und weniger empfindlich gegenüber Temperaturschwankungen der Siegelungswerkzeuge sein wird.
Indem die innerste Schicht aus thermoplastischem Kunststoff in dem oben beschriebenen Verpackungslaminat aus herkömmlichen LDPE gegen eine mehrheitlich m-PE umfassende Schicht ausgetauscht wird, können Heißsiegelungseigenschaften sowie die Unversehrtheit der Verpackung verbessert werden, oder alternativ bei geringeren Mengen an heißsiegelbarem Polymer aufrechterhalten werden.
Wird jedoch m-PE in der innersten Schicht eines konventionellen Verpackungslaminats anstelle von normalem LDPE verwendet, tritt eine deutliche Verschlechterung bei der Öffnungsfähigkeit der Öffnungsvorrichtung auf. Plötzlich bricht die Membrane zwischen der Aluminiumfolie und der innersten Schicht aus thermoplastischem Kunststoff, d. h. zwischen der Aluminiumfolie und der ein haftendes Polymer aufweisenden Schicht und zwar aufgrund der Schraub- und/oder Abziehbewegung der Membrane beim Öffnen der Öffnungsvorrichtung, so dass ein Teil der Membrane, das Loch bedeckend, übrig bleibt und das Ausgießen des Inhalts der Verpackung behindert. Dies Problem scheint durch nicht ausreichende Haftung zwischen der Aluminiumfolie und der benachbarten Schicht aus haftendem Polymer auf der Innenseite der Aluminiumfolie verursacht zu werden.
Diese Aufgabenstellung wurde in einer gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung der Anmelderin der vorliegenden Erfindung durch ein Verpackungslaminat gelöst, umfassend eine Kernschicht aus Papier oder Karton, die durchgehende Löcher, Öffnungen oder Schlitze aufweist, eine auf eine Außenseite der Kernschicht aufgebrachte Schicht aus thermoplastischem Kunststoff, eine auf der anderen, inneren Seite der Kernschicht aufgebrachte Aluminiumfolie, die sich über das Laminat erstreckt und an die Kernschicht mittels einer Zwischenschicht aus thermoplastischem Kunststoff gebunden ist, wobei sich die zwei Schichten aus thermoplastischem Kunststoff sowohl über das Laminat erstrecken als auch innerhalb der Lochbereiche miteinander versiegelt sind, um eine Membrane aus Aluminiumfolie und thermoplastischen Kunststoffen zu bilden, und wobei eine Schicht aus einem oder mehr thermoplastischen Materialien auf die andere, innere Seite der Aluminiumfolie aufgebracht ist, wobei die Schicht aus einem oder mehr thermoplastischen Materialien aus drei Teilschichten besteht, und zwar aus einer ersten haftenden, auf die Aluminiumfolie aufgebrachten Teilschicht, einer zweiten, dazwischenliegenden Teilschicht aus Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), und einer dritten, innersten Teilschicht mehrheitlich umfassend ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer, das bei Vorhandensein eines Metallocen-Katalysators, einem so genannten Metallocen-Polyethylen (m-PE) polymerisiert wird.
Durch ein solches Verpackungslaminat mit einer Innenstruktur umfassend drei Teilschichten, die jeweils haftendes Polymer, LDPE und m-PE in dieser Reihenfolge umfassen, kommt es zu einer Steigerung der die Siegelfähigkeit und Verpackungsintegrität betreffenden Eigenschaften sowie der erforderlichen Öffnungsfähigkeiten, um einen Verpackungsbehälter zu realisieren, der eine Öffnungsvorrichtung hat, die beim Öffnen die Membrane aus laminierten Schichten aus Aluminiumfolie und thermoplastischen Kunststoffen von dem Bereich eines Lochs in der Kernschicht, das vor der Laminierung gemacht wird, entfernt.
Ein solches Verpackungslaminat ist besonders für das sterile Verpacken von Milch oder anderen Lebensmitteln geeignet.
Eine Verbesserung der Siegelungsfähigkeit und Verpackungsintegrität wurde von der Verwendung eines m-PE anstatt eines LDPE als innerste Schicht einer Verpackung im Allgemeinen erwartet, da diese Auswirkungen der m-PE-Qualitäten einem Fachmann bekannt sind. Unter Verbesserung ist auch zu verstehen, wenn die Menge an heißsiegelbarem Polymer bei gleichbleibender Siegelungsfähigkeit und Verpackungsintegrität gesenkt werden kann.
Durch die Verwendung von m-PE als innere Schicht verschlechterte sich jedoch die oben definierte Öffnungsfähigkeit deutlich im Vergleich zur Verwendung von LDPE, und es wird davon ausgegangen, dass die Festigkeit des m-PE beim Öffnen zu groß wurde, so dass sich der schwächste Punkt beim Öffnen an der Schnittstelle zwischen der Aluminiumfolie und der Schicht aus haftendem Polymer befindet, weshalb es zur Delaminierung bzw. Ablösung zwischen diesen Schichten anstelle der vollständigen Entfernung der gesamten Membrane kommen würde.
In einem Vergleichsbeispiel, bei dem die thermoplastische Struktur innerhalb der Aluminiumfolie aus einer ersten Schicht aus einem haftenden Polymer und einer zweiten, innersten entweder aus LDPE oder aus m-PE bestehenden Schicht besteht, hinterließ die m-PE-Variante eindeutig mehr Reste bzw. Rückstände der Membrane innerhalb des Lochbereichs, während die LDPE-Variante zu einem sauber geschnittenen geöffneten Loch führte.
Schrittweise entwickelten die Erfinder also eine Theorie, wonach es wichtig ist sicherzustellen, dass sich der schwächste Punkt der Membrane beim Öffnen nicht an einer Schnittstelle zwischen den Schichten der Membrane befindet. Die Kraft, die benötigt wird, um die Membrane vom Verpackungslaminat um die Kanten des Lochs loszureißen, sollte nicht größer als die Adhäsionskraft bzw. das Haftvermögen zwischen den Schichten sein, insbesondere zwischen der haftenden Schicht und der Aluminiumfolie, da sich dies oft als schwächster Punkt bei der Entwicklungsarbeit in Zusammenhang mit der Erfindung herausgestellt hat. Um den schwächsten Punkt von der Schnittstelle zwischen den Schichten wegzubewegen, werden hauptsächlich zwei Erwägungen als wichtig erachtet.
Erstens sollte die Adhäsionskraft zwischen der Aluminiumfolie und der Schicht aus haftendem Polymer oberhalb eines bestimmten Niveaus liegen, weshalb beispielsweise auch deutlich wurde, dass es notwendig ist, eine Schicht aus einem haftenden Polymer zum Kontakt mit der Aluminiumfolie zu verwenden, wobei dieses Maßnahme jedoch an sich nicht ausreichend ist. Die Wahl des haftenden Polymers kann natürlich eine Rolle spielen, zusätzlich zu anderen Arten, die Haftung zu erhöhen.
Zweitens sollte die Kraft, die benötigt wird, um die Membrane von dem Verpackungslaminat um die Kanten des Lochs wegzureißen gegen die obige Adhäsionskraft aufgewogen werden, d. h. die Festigkeit der Siegelungsschicht (LDPE/m-PE) entlang der Ebene der Schicht in dem Verpackungslaminat um die Kanten des Lochs sollte unterhalb eines bestimmten Niveaus in Bezug auf die Haftfestigkeit zwischen der Aluminiumfolie und der haftenden Schicht liegen.
Ferner sollten diese beiden Betrachtungen zur Öffnungsfähigkeit ausgewogen sein, um den Anforderungen an die verbesserte Siegelungsfähigkeit und Verpackungsintegrität durch die Verwendung von m-PE in der(den) Siegelschicht(en) zu entsprechen.
Beim Überprüfen dieser Theorie hat sich damit unerwartet herausgestellt, dass eine koextrusionsbeschichtete Kombination aus einer innersten Schicht umfassend m-PE mit einer dazwischenliegenden Schicht aus LDPE und einer Schicht aus einem haftenden Polymer, die in Richtung Aluminiumfolie aufgebracht wurde, hinreichende Öffnungsfähigkeitseigenschaften wie oben beschrieben ermöglichte, wobei gleichzeitig verbesserte Siegelungsfähigkeiten und verbesserte oder beibehaltene Verpackungsintegritätseigenschaften erzielt wurden.
In einer Versuchsreihe war ein Verpackungslaminat mit einer zweilagigen Innenstruktur mit einem Verpackungslaminat mit einer dreilagigen Innenstruktur vergleichbar.
Die Verpackungslaminate hatten die Struktur einer äußeren Schicht mit 16 g/m² LDPE, einer Pappkernschicht, einer dazwischenliegenden Haftschicht mit 23 g/m² eines LDPE, einer Aluminiumfolie sowie die innere Struktur. Die zweischichtige innere Struktur besaß eine Schicht aus 6 g/m² eines haftenden Ethylen-Acrylsäure-Copolymers, das auf die Aluminiumfolie aufgetragen wurde, und eine innerste Schicht umfassend m-PE in einer Menge von 20 g/m², das an die haftende Schicht angrenzend aufgebracht wurde. Die dreilagige innere Struktur hatte eine Schicht aus 6 g/m² eines haftenden Ethylen-Acrylsäure-Copolymers, das auf die Aluminiumfolie aufgebracht war, eine dazwischenliegende Schicht aus 10 g/m² LDPE und eine innerste Schicht umfassend m-PE in einer Menge von 10 g/m², das nahe der dazwischenliegenden Schicht aufgebracht wurde. Die Ergebnisse zeigten eine bemerkenswerte Verbesserung für die dreilagige Variante im Hinblick auf Öffnungsfähigkeit einer Schraubdeckel-Öffnungsvorrichtung, die die Membrane durch eine kombinierte Abschraub- und Abziehbewegung entfernt. Von den zweilagigen inneren Verpackungslaminaten zeigten nahezu alle bei Raumtemperatur geöffneten Verpackungen Delaminierungen zwischen der Aluminiumfolie und der haftenden Schicht. Das Ergebnis war bei Kühlschranktemperatur nahezu dasselbe. Von dem dreilagigen inneren Verpackungslaminat zeigten signifikant weniger Verpackungen Delaminierungen zwischen der Aluminiumfolie und der haftenden Schicht (8 von 50 sowohl bei Umgebungs- als auch Kühlschranktemperatur). Die Ergebnisse aus diesen frühen Testserien wurden seither weiter verbessert, indem die Laminatstruktur und der Laminierungsprozess optimiert wurden.
Das Problem, das die vorliegende Erfindung jedoch lösen möchte, besteht darin, dass zum Verpacken und Lagern über einen langen Zeitraum bzw. Langzeitlagerung von aggressiveren oder säurehaltigen Nahrungsmitteln, beispielsweise Fruchtsaft, die Haftung zwischen den Schichten über die Zeit verringert wird und zwar durch das Eindringen von freien Fettsäuren durch die inneren Schichten des thermoplastischen Materials von dem befüllten Produkt in die Schnittstelle zwischen der Aluminiumfolie und der angrenzenden Schicht aus haftendem Polymer. Auch wenn die Haftung eingangs hoch ist, wenn der Verpackungsbehälter erst hergestellt und befüllt wird, wird die Haftung zwischen der Aluminiumfolie und der angrenzenden Schicht des haftenden Polymers wie auch die Öffnungsfähigkeit des Verpackungsbehälters nach einem längeren Zeitraum, wie beispielsweise einigen Monaten oder einem Jahr, deutlich abnehmen. Unter dem Ausdruck Langzeitlagerung ist eine so lange Zeitspanne zu verstehen, die ein steril verpackter, mit Fruchtsaft befüllter Behälter normalerweise bei Umgebungstemperatur gelagert werden kann, bevor der Fruchtsaft seinen Nährwert und Geschmack verloren hat. Normalerweise beträgt diese Zeitspanne wenigstens 6 Monate, bevorzugt wenigstens ein Jahr.
Offenbarung der Erfindung
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Aufgaben zu lösen oder zu verkleinern.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verpackungslaminat mit verbesserter Siegelfähigkeit anzugeben, aufweisend eine Kernschicht mit gestanzten Löchern, Öffnungen oder Schlitzen, was für eine gute Öffnungsfähigkeit des zur Langzeitlagerung von Fruchtsaft verwendeten Verpackungsbehälters sorgt, und das für eine Öffnungsvorrichtung geeignet ist, die dazu angeordnet werden soll, um die Membrane aus laminierten Schichten aus Aluminiumfolie und thermoplastischem Kunststoff vom Bereich des gestanzten Lochs in der Kernschicht beim Öffnungsvorgang zu entfernen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verpackungslaminat anzugeben, das verbesserte Siegelungseigenschaften hat, zwecks Herstellung eines sterilen, gasdichten Verpackungsbehälters, der zur Langzeitlagerung von Fruchtsaft geeignet ist und verbesserte oder gleichbleibende Verpackungsintegrität aufweist, und das für eine Öffnungsvorrichtung geeignet ist, die angeordnet ist, um die Membrane aus laminierten Schichten aus Aluminiumfolie und thermoplastischem Kunststoff vom Bereich des gestanzten Lochs in der Kernschicht beim Öffnungsvorgang zu entfernen.
Eine besondere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verpackungslaminat anzugeben, das bei Benutzung zum Verpacken von Fruchtsäften oder ähnlichem eine verbesserte Aufrechterhaltung der Haftung zwischen der Aluminiumfolie und der angrenzenden Schicht aus haftendem Polymer, das auf die Innenseite der Aluminiumfolie aufgebracht ist, zeigt.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verpackungslaminats, das eine Barriere bzw. Sperre darstellt gegenüber dem Eindringen von freien Fettsäuren von den befüllten Inhalten der Verpackung in das Verpackungslaminat und die Schnittstelle zwischen der Aluminiumfolie und der benachbarten Schicht aus haftendem Polymer.
Diese Aufgaben werden gemäß der vorliegenden Erfindung durch das im angehängten Anspruch 1 definierte Verpackungslaminat erreicht. Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen des Verpackungslaminats gemäß der vorliegenden Erfindung erhielten ferner die kennzeichnenden Merkmale aus den angehängten Unteransprüchen 2–9.
Diese Aufgaben werden somit gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verpackungslaminat erzielt, umfassend eine Kernschicht aus Papier oder Karton mit durchgehenden Löchern, Öffnungen oder Schlitzen, eine auf eine Außenseite der Kernschicht aufgebrachte Schicht aus thermoplastischem Kunststoff, eine Aluminiumfolie, aufgebracht auf die andere, innere Seite der Kernschicht, die sich durch das Laminat erstreckt und mithilfe einer dazwischenliegenden Schicht aus thermoplastischem Kunststoff an die Kernschicht gebunden ist, wobei sich die zwei thermoplastischen Schichten sowohl über das Laminat erstrecken als auch innerhalb der Lochbereiche aneinander gesiegelt sind, um eine Membrane aus Aluminiumfolie und thermoplastischem Kunststoff zu bilden, und wobei eine oder mehr Schichten aus thermoplastischen Materialien auf die andere, innere Seite der Aluminiumfolie aufgebracht sind, wobei die eine oder mehr Schichten aus thermoplastischen Materialien wenigstens eine haftende Teilschicht enthalten, die an die Aluminiumfolie angrenzend aufgebracht ist, wobei eine dazwischenliegende Teilschicht ein Material umfasst, das Sperreigenschaften gegenüber dem Eindringen von freien Fettsäuren aufweist, sowie eine innerste Teilschicht mehrheitlich umfassend ein so genanntes Metallocen-Polyethylen (m-PE), d. h. ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer, das bei Vorhandensein eines Metallocen-Katalysators polymerisiert wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die dazwischenliegende Teilschicht ein Cyclo-Olefin-Copolymer (COC), bevorzugt eine Mischung aus COC und einem Polyethylen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die dazwischenliegende Teilschicht eine Mischung aus einem Polyethylen und einem fein verteilten Füllstoff.
Das Ethylen-Alpha-Olefin-Copolymer der innersten Teilschicht wurde bei Vorhandensein eines Single-Site-Katalysators, der eine Metallocen-Übergangsverbindung enthält, polymerisiert. Das Ethylen-Alpha-Olefin-Copolymer (m-PE) ist üblicherweise ein Polyethylen linearer, niedriger Dichte, d. h. ein m-LLDPE. Das für die Erfindung nützliche m-PE hat eine Dichte von 0,865 bis 0,935, bevorzugt von 0,890 bis 0,925, noch bevorzugter von 0,900 bis 0,915 g/cm³ und einen Schmelz(fluss)index (MI) von 1 bis 20, bevorzugt von 10 bis 20 g/10 min bei 190°C, 2,16 kg (ASTM 1278). Das copolymerisierte Alpha-Olefin hat 4-8 Kohlenstoffatome und ist ausgewählt aus der Gruppe aus 1-Buten, 1-Methyl-1-Penten, 1-Hexen, 1-Hegten oder 1-Octen und ist üblicherweise in einer Menge von 15 Gew.-% oder weniger copolymerisiert.
Bevorzugt wenn das Material Barriereeigenschaften gegenüber dem Eindringen von freien Fettsäuren durch das Verpackungslaminat, das ein COC-Polymer ist, bietet, ist das in der innersten Teilschicht verwendete m-PE ein m-LLDPE und zwar aus Gründen der Verträglichkeit zwischen der dazwischenliegenden Teilschicht und der innersten Teilschicht.
Bevorzugt und insbesondere im Falle eines m-PE, das ein lineares Polyethylen ist, ist es von Vorteil, das m-PE mit einem LDPE zu mischen, um die erforderlichen Verarbeitungseigenschaften zu erzielen, wie beispielsweise Schmelzelastizitäts-, Kaltverfestigungs- und Strukturviskositätseigenschaften. Bevorzugt umfasst die innerste Schicht eine Mischung aus einem m-PE mit von 20 bis zu weniger als 50 Gew.-% LDPE, am bevorzugten mit von 30 bis 40 Gew.-% LDPE. Im Allgemeinen sollte eine Mischung aus m-PE und LDPE innerhalb dieser Rahmen liegen, weil eine Mischung umfassend mehr als 80 Gew.-% an m-PE dazu tendiert, schwieriger im Schmelzextrusionsprozess zu handhaben zu sein, während eine Mischung umfassend weniger als 50 Gew.-% an m-PE dazu neigt, die vorteilhaften Eigenschaften zu verlieren, die mit der Verwendung von m-PE verbunden sind. Eine optimal arbeitende Mischung zum Zwecke des Verpackungslaminats der Erfindung hat eine Menge von 30 bis 40 Gew.-% an LDPE.
Bevorzugt umfasst die haftende Teilschicht, die ein haftendes Polymer enthält, gemäß der Erfindung ein maleinsäureanhydridpfropfmodifiziertes Polyolefin, bevorzugter ein maleinsäureanhydrid-pfropfmodifiziertes lineares Polyethylen niedriger Dichte (MAH-g-LLDPE). Beispiele solcher pfropfmodifizierter Polyolefine werden unter den Namen Bynel oder Admer vertrieben. Auch andere modifizierte Polyolefine sind als haftende Polymere für die Erfindung brauchbar, wie beispielsweise Copolymere aus Ethylen und (Meth)acrylsäure (EAA oder EMAA). Beispiele solcher Polymere werden unter den Namen Primacor, Escor und ähnlichen vertrieben, sind aber weniger bevorzugt. Die MAH-g-Sorte der modifizierten, linearen Polyethylene scheint die besten Haftergebnisse in dem entsprechenden Verpackungslaminat für den Zweck der Erfindung zu liefern. Eine mögliche Alternative wären Ionomerklebstoffe, wie die unter dem Namen Surlyn vertriebenen.
Bevorzugt umfasst die äußere thermoplastische Schicht und die dazwischenliegende thermoplastische Bindeschicht hauptsächlich ein Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), obgleich es möglich sein kann, eine Mischung aus einem anderen oder modifizierten Polyolefin mit ähnlichen Eigenschaften in diesen Schichten zu verwenden, um ein Verpackungslaminat gemäß der Erfindung vorzubereiten. Bevorzugt sind die in diesen Schichten verwendeten Polyethylene nicht linear und schließen somit LLDPE und m-LLDPE aus.
Die gemäß der Erfindung verwendeten LDPEs haben eine Dichte von über 0,910 g/m³, bevorzugt von 0,912–925 und bevorzugter von 0,915–0,920, einen Schmelzflussindex (MI) von etwa 1–25 g/10 min (ASTM 1278).
Das in der dazwischenliegenden Teilschicht enthaltene Polyethylen kann von derselben oder einer anderen Sorte sein als das Polyethylen, das in der Außenschicht auf der anderen Seite der Kernschicht und in der dazwischenliegenden Haftschicht zwischen der Kernschicht und der Aluminiumfolie verwendet wird.
In einigen Fällen kann es bevorzugt werden, dass das Polyethylen, das in der dazwischenliegenden Teilschicht enthalten ist, eine lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) oder ein lineares Metallocen-Polyethylen (m-LLDPE) ist.
Das in der vorliegenden Erfindung involvierte Cyclo-Olefin-Copolymer (COC) kann gemäß der Erfindung jedes Copolymer eines Cyclo-Olefin-Monomers und eines α-Olefin-Monomers sein, wie beispielsweise Zufallspolymere, Pfropfpolymere, ringöffnende Copolymere und zahlreiche solcher substituierten Copolymere. Bevorzugt ist das COC ein Copolymer eines Cyclo-Olefin-Monomers und Ethylen. Auch Cyclo-Olefin-Ethylen-Copolymere, die ferner eine geringe Menge eines weiteren α-Olefin-Monomers enthalten, können gemäß der Erfindung sinnvoll sein. Das Cyclo-Olefin-Monomer kann ein polyzyklisches oder monozyklisches Monomer sein. Bevorzugt ist das COC ein Copolymer eines polyzyklischen Monomers und Ethylen. Bevorzugter ist das COC, das in dem Verpackungslaminat gemäß der Erfindung enthalten ist, ein Copolymer aus einem norbornenartigen Monomer und Ethylenmonomer. Solche Norbornen-Ethylen-Copolymere können beispielsweise Zufallscopolymere oder Copolymere aus gepfropften Ethyleneinheiten auf einem Stamm einer Norbornen-Polymer-Kette sein. Am bevorzugten ist das norbornenartige Monomer Norbornen, Tetracyclododecen, Vinylnorbornen oder Norbornadien.
Bevorzugt ist das Cyclo-Olefin-Monomer in dem COC-Polymer in einer Menge von 3 Mol-% bis zu 80 Mol-% enthalten.
Verschiedene, für die Erfindung sinnvolle Cyclo-Olefin-Copolymere sind in der EP-A-09 688 16 auf Seite 2, Zeile 56 bis Seite 6, Zeile 54 beschrieben.
Die dazwischenliegende Teilschicht gemäß der Erfindung kann aus einem einzigen Cyclo-Olefin-Copolymer bestehen oder eine Mischung aus COC mit einem Polyethylen enthalten. Bevorzugt enthält die dazwischenliegende Teilschicht eine Mischung aus LDPE oder LLDPE und wenigstens 40 Gew.-% COC, wobei das COC die kontinuierliche Phase der Mischung darstellt. Abhängig von der Art des verwendeten COC können jedoch auch andere Mischungsverhältnis verwendet werden.
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist das gegenüber freien Fettsäuren Sperr- bzw. Barriereeigenschaften liefernde Material ein Füllstoff, der in einer Polyethylenmatrix fein verteilt ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausfüh rungsform ist einer solcher Füllstoff in einer Polymermatrix aus COC oder einer Mischung aus COC mit einem Polyethylen wie oben beschrieben verteilt.
Bevorzugt ist der in dem Verpackungslaminat gemäß der Erfindung enthaltene Füllstoff ein Füllstoff im Nanobereich oder Tonmineral, das die Fähigkeit besitzt, eine Barriere gegenüber eindringenden Substanzen innerhalb einer Polymermatrix zu bilden. Typische derartige Füllstoffe sind anorganische laminare Verbindungen mit einem Aspektverhältnis von 50–5000, bevorzugt 50–2000, einer Dicke zwischen 0,9 und 100 nm und einer Breite von 1 μm bis 5 μm. Jedoch auch andere Füllstoffe mit der Fähigkeit, ähnlich fein in einer thermoplastischen Polymermatrix verteilt zu werden, sind mögliche Alternativen für die Erfindung, wie zum Beispiel Glimmer, Talk, Calciumsulfat oder Calciumcarbonat. Typische Beispiele für geeignete Tonminerale enthalten Kaolinit, Antigorit, Smectit, Verminculit, Glimmer, Laponit, Dickit, Nakrit, Halloysit, Chrysolit, Pyrophyllit, Montmorillonit, Hectorit, Tetrasilicid-Glimmer, Natriumtateniolit, Commonglimmer, Margarit, Phlogopit, Xanthophyllit, Benonit, Saponit, Beidellit, Nontronit u. ä..
Die Füllpartikel werden in einer Matrix aus LDPE in einer Menge von bevorzugt 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugter von 0,1 bis 10 Gew.-% verteilt.
Unter dem Begriff „fein verteilt" ist zu verstehen, dass die Füllstoffpartikel eine geeignete Größe haben und innerhalb der Polymermatrix auf eine solche Weise verteilt werden, dass die Polymer-Füllstoff-Zusammensetzung bei den hohen Bandgeschwindigkeiten extrudiert werden kann, die herkömmlicherweise bei der Herstellung der beschriebenen Verpackungsmaterialien ver wendet werden, ohne die Gefahr, dass es zu Problemen bei der Extrusionsverarbeitung kommt.
Die verwendeten Materialien COC und/oder Füllstoff liefern somit Barriereeigenschaften gegenüber dem Eindringen von freien Fettsäuren durch die thermoplastischen inneren Teilschichten. Des Weiteren fügen die Materialien einen bestimmten Grad an Sprödigkeit der dazwischenliegenden Teilschicht hinzu, was die Öffnungsfähigkeit wie zuvor beschrieben in eine positive Richtung beeinflusst.
Die für das Verpackungslaminat der Erfindung beabsichtigten Pappqualitäten zeigen im Allgemeinen eine Steifigkeit von 200 mN bis 400 mN.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des Verpackungslaminats, wie in dem unabhängigen Anspruch 10 spezifiziert, angegeben, wobei die innere Schicht aus thermoplastischem Kunststoff als Teilschichten extrusionsbeschichtet ist, durch Aufbringen wenigstens einer haftenden Teilschicht auf die Aluminiumfolie, wobei eine dazwischenliegende Teilschicht ein Material umfasst, das Sperreigenschaften gegenüber dem Eindringen von freien Fettsäuren aufweist, sowie eine innerste Teilschicht, welche mehrheitlich ein m-PE umfasst. Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens haben die kennzeichnenden Merkmale, wie sie in den beigefügten Unteransprüchen 11–15 angegeben sind.
Am bevorzugten werden die oben beschriebenen Teilschichten der inneren Struktur auf die andere, innere Seite der Aluminiumfolie durch Coextrusionsbeschichtung der Schichten in einem Ver fahrensschritt aufgebracht. Es wäre wahrscheinlich auch möglich, die haftenden und dazwischenliegenden Teilschichten miteinander zu extrudieren, während die dünne, innerste Teilschicht auf die dazwischenliegende Teilschicht in einem separaten Schritt extrusionsbeschichtet wird. Es gibt jedoch einige wichtige Vorteile beim gleichzeitigen Coextrusionsbeschichten von allen drei Schichten. Neben den offensichtlichen Vorteilen eines einfachen Verfahrens, d. h. ein Extrusionsbeschichtungsverfahrensschritt anstelle von zweien, und erhöhter Stabilität des extrudierten Schmelzfilms durch entsprechende, sich gegenseitig stützende Teilschichten, liegt auch ein wichtiger Vorteil darin, dass die Temperatur der extrudierten Schmelze höher bleibt, bis der Schmelzfilm die Substrataluminiumfolie erreicht, was wiederum die Haftung zwischen der haftenden Teilschicht und der Folie zu verbessern scheint. Man geht davon aus, dass die Hitze von dem Schmelzfilm der dazwischenliegenden Teilschicht an die haftende Teilschicht weitergegeben wird, oder die Hitze der haftenden Teilschicht während des Transports durch den Luftspalt aufgrund er höheren Schmelztemperatur der dazwischenliegenden Teilschicht besser konserviert wird. Es war vorbekannt, dass eine Polyethylenschicht, die auf eine Aluminiumfolie extrusionsbeschichtet wird, eine bessere Haftung gegenüber der Folie erreichen würde, je höher die Extrusionstemperatur ist. Es war jedoch nicht bekannt oder wurde gar erwartet, dass dieser Effekt auch über eine Schicht aus haftendem Polymer auftreten würde, die selbst nicht bei einer zu hohen Temperatur extrudiert werden kann, weil das Risiko besteht, dass es stattdessen zu einer Degradation bzw. einem Abbau und einem Verlust an Haftungseigenschaften kommen würde. Indem man alle Teilschichten miteinander coextrudiert, wird dieser Effekt der Wärmeerhaltung in der haftenden Teilschicht so hoch wie möglich sein und ist dieses Verfahren das bevorzugte.
Bevorzugt wird die dazwischenliegende Teilschicht bei einer höheren Temperatur als die haftende Teilschicht und die innerste Teilschicht extrudiert. Indem man dies tut, wird die Hitze von der dazwischenliegenden Teilschicht zur ersten haftenden Teilschicht übertragen und der obige Effekt wird weiter verstärkt. Durch Aufbringen einer dickeren, dazwischenliegenden Teilschicht wird eine Hitze, die eine noch höhere Temperatur hat, an die erste haftende Teilschicht übertragen. Bevorzugt sollte die innerste Teilschicht bei einer Temperatur extrudiert werden, die so niedrig wie möglich ist, um zu vermeiden, dass mögliche Spuren von Substanzen aus der Polymerdegradation, bedingt durch den Einfluss der hohen Temperatur auf die Polymerschmelze, frei werden und in die befüllten Inhalte der Verpackung eindringen, d. h. um Probleme mit dem so genannten „Beigeschmack" des befüllten Nahrungsmittelprodukt zu vermeiden.
Am bevorzugten ist die haftende Teilschicht, die ein haftendes Polymer enthält, und auch die innerste Teilschicht, die mehrheitlich ein m-PE enthält, bei der niedrigeren Temperatur von 260–280°C extrudiert, was die Temperatur der Schmelze in dem Extruder ist. Diese Temperatur baut die jeweilige Polymerschmelze nicht ab und hat sich als eine optimale Temperatur herausgestellt, um noch eine gute Haftung an den umgebenden Schichten zu erzielen. Die dazwischenliegende Teilschicht umfassend ein gegenüber dem Eindringen von freien Fettsäuren barrierebildendes Material wird mit der haftenden Teilschicht coextrudiert, wobei die innerste Schicht eine höhere Temperatur von 285–300°C, bevorzugt 300°C hat. Bei diesen Tempera turwerten kann eine verbesserte Haftung zwischen der Aluminiumfolie und der haftenden Schicht sowie eine verbesserte Öffnungsfähigkeit beobachtet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Aluminiumfolie einer Oberflächenaktivierungsbehandlung unterzogen und zwar mittels Flammhandlung, bevor sie mit den inneren Teilschichten beschichtet wird. Eine solche Behandlung mit Gasflammen gegen die Aluminiumfolienoberfläche hat sich insofern bewährt, als dass die Haftung zwischen der Aluminiumfolie und der haftenden Teilschicht noch weiter zunimmt, und sie somit zur verbesserten Öffnungsfähigkeit der Membrane des Öffnungslochs beiträgt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verpackungsbehälter zur Langzeitlagerung von Fruchtsaft bereitgestellt, der aus dem Verpackungslaminat der Erfindung hergestellt wird und einen optimierten Ausgleich zwischen Öffnungsfähigkeit und Verpackungsintegrität und Siegelungsqualität aufweist, wie in den Ansprüchen 16–18 spezifiziert.
Kurze Beschreibung der beigefügten Zeichnungen
Weitere Vorteile und günstige kennzeichnende Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen deutlich, darin zeigen:
1 einen Querschnitt eines laminierten Verpackungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung,
2 schematisch ein Verfahren zur Herstellung des laminierten Verpackungsmaterials, das in Zusammenhang mit 1 beschrieben ist,
3 schematisch eine Öffnungsvorrichtung, für die das Verpackungslaminat der Erfindung besonders gut geeignet ist, und
4 eine perspektivische Seitenansicht eines formstabilen und haltbaren Verpackungsbehälter, ausgestattet mit einer Öffnungsvorrichtung wie in 3 exemplarisch dargestellt, wobei der Verpackungsbehälter aus einem laminierten Verpackungsmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezugnehmend auf 1 enthält das Verpackungslaminat der Erfindung 10 eine Kernschicht 11, die aus einer formstabilen, aber faltbaren Pappe oder einem Karton besteht. Die Kernschicht ist mit durchgehenden Löchern, Öffnungen oder Schlitzen ausgestattet, um Öffnungsvorrichtungen auf den aus dem Verpackungslaminat hergestellten Verpackungen anzubringen. Auf einer Seite, die die Außenseite einer aus dem Laminat hergestellten Verpackung ist, d. h. die nach außen, weg von dem befüllten Nahrungsmittelprodukt zeigende Seite der Kernschicht 11, wird eine Schicht aus heißsiegelbarem thermoplastischem Kunststoff 12 aufgebracht, der auch eine Flüssigkeits- und Feuchtigkeitssperre für diese Seite der Kernschicht liefert. Die äußere thermoplastische Schicht ist bevorzugt in einer Menge von 10–17, bevorzugt 12 g/m² aufgebracht, und ist insbesondere ein Polyethylen, wie beispielsweise ein Polyethylen niedriger Dichte (LDPE).
Auf der anderen, inneren Seite der Kernschicht, die zum Inneren einer aus dem Laminat hergestellten Verpackung weist, wird eine Gassperrschicht aus einer Aluminiumfolie 13 mithilfe einer dazwischenliegenden Haftschicht aus thermoplastischem Kunststoff 14 aufgebracht, insbesondere ein Polyethylen, wie beispielsweise LDPE. Die dazwischenliegende Haftschicht ist in einer Menge von 23 bis 27, bevorzugt 25 g/m² aufgebracht.
Auf der Innenseite der Aluminiumfolie, d. h. der Seite, die nicht an die Kernschicht gebunden ist, wird eine thermoplastische Struktur 15 von Teilschichten aufgebracht. Eine erste haftende Teilschicht 15-1, umfassend ein haftendes Polymer, ist angeordnet, um die Aluminiumfolie zu berühren und um für ausreichend Haftung zwischen der Aluminiumfolie und einer zweiten dazwischenliegenden Teilschicht 15-2 zu sorgen, umfassend ein Material, das Sperreigenschaften gegenüber dem Eindringen von freien Fettsäuren liefert, und eine dritte innerste Teilschicht 15-3, umfassend mehrheitlich ein Ethylen-Alpha-Olefin, das bei Vorhandensein eines Single-Site-, Metallocen, Katalysators (m-PE) polymerisiert wird, nahe der dazwischenliegenden Teilschicht aufgebracht wird.
Alle Schichten 12, 13, 14 und 15-1, 2, 3 erstrecken sich durch das Laminat und bedecken somit auch die Bereiche der Löcher auf beiden Seiten der Kernschicht.
Das haftende Polymer ist bevorzugt ein maleinsäureanhydridpfropfmodifiziertes lineares Polyethylen niedriger Dichte (MAH-g-LLDPE). Die innerste Teilschicht besteht bevorzugt aus einer Mischung aus 60–70 Gew.-% m-LLDPE und 30–40 Gew.-% LDPE.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung (nicht gezeigt) kann eine zweilagige Schicht 15-1 aus verschiedenen haftenden Polymeren zur optimierten Haftung sowohl an der Aluminiumfolie als auch der dazwischenliegenden Teilschicht verwendet werden.
Bezugnehmend auf 2, wird in einem Verfahren 20 zur Herstellung des Verpackungslaminats der Erfindung eine Bahn aus einer Pappkernschicht 21 durch eine Stanzstation 22 nach vorne geführt, wo die Pappe mit Löchern zum späteren Aufbringen von Öffnungsvorrichtungen auf den Verpackungen versehen wird. Die gelochte Bahn 21' wird weiter zu einer Laminierungsstation 25 geführt, in der eine Bahn aus Aluminiumfolie 23 von einem Extruder 24 auf eine Seite der Pappe durch Extrudieren aufgebracht wird, wobei eine dazwischenliegende Haftschicht ein Material umfasst, das Barriereeigenschaften gegenüber dem Eindringen von freien Fettsäuren zwischen der Pappbahn und der Bahn aus Aluminiumfolie liefert. Die Kernschicht und die Aluminiumfolie werden in einer Andruckwalze zusammengepresst, wodurch sie zu einem Laminat aus Pappe und Aluminiumfolie 26 werden. Das Laminat 26 wird nach vorne zur nächsten Laminierungsstation 28 befördert, wo die innerste Struktur der thermoplastischen Teilschichten 15 mittels Coextrusionsbeschichten auf die Aluminiumseite des Laminats 26 aufgebracht wird.
Die Teilschichten 15-1, 15-2 und 15-3 werden von einem entsprechenden Extruder in eine Coextrusionsanordnung befördert, bevorzugt einen Zuführblock 27, um durch einen Stempel in einen mehrschichtigen Schmelzfilm geformt zu werden, der auf das Substrat gestrichen werden soll, d. h. die Aluminiumseite des Laminats 26, gepresst und gekühlt in einem Walzenspalt 28, wodurch das mit dem heißsiegelbaren thermoplastischen Kunststoff beschichtete Laminat auf der Innenseite gebildet wird. Die gelochte Pappkernbahn 21' kann mit einer Außenschicht aus thermoplastischem Kunststoff auf ihrer anderen, äußeren Seite durch Extrusionsbeschichtung (nicht gezeigt) beschichtet werden und zwar vor dem Schritt des Laminierens an die Aluminiumfolie bei 25 oder nach dem Schritt des Extrusionsbeschichtens 28 der innersten Seitenteilschichten oder zwischen diesen Verfahrensschritten.
Eine doppelt wirkende Druckwalze kann an allen Laminierungsstationen 25, 28 und bei der Laminierung der äußeren Schicht auf die Außenseite der Kernschicht verwendet werden, in Kombination mit einem ziemlich hohen Walzenspaltdruck, um eine optimale Haftung zwischen den Laminatschichten der Membranen innerhalb der Bereiche der Löcher zu erzielen, wobei Lufteinschlüsse zwischen den Schichten nahe den Kanten um die Löcher vermieden werden.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Oberfläche der Aluminiumfolie durch eine Flammbehandlung 29 aktiviert, bevor sie mit den Innenschichten aus thermoplastischem Kunststoff 15 bei 27 beschichtet wird.
In einem vergleichenden Beispiel wurde ein Verpackungslaminat mit einer innersten dreilagigen Struktur, aufweisend 7 g/m² haftendes Polymer, 18 g/m² des dazwischenliegenden LDPE und 10 g/m² der innersten, mehrheitlich m-PE umfassenden Teilschicht, durch Extrusionsbeschichten mit und ohne vorhergegangener Flammbehandlung der Aluminiumfolie im Inneren produziert. Bei vorhergegangener Flammbehandlung war die Haftstärke zwischen der Aluminiumfolie und der ersten haftenden Teilschicht größer als ohne Flammbehandlung. In Verpackungen, die aus dem Laminat hergestellt und mit den Öffnungsvorrichtungen des Abschraub/Hochziehtyps ausgestattet wurden, gab es nur sehr wenige Anmerkungen hinsichtlich Öffnungsfähigkeit, die zudem bloß ästhetischer Art waren. Ohne vorausgegangene Flammbehandlung wurden etwas mehr Rückstände der Membrane in dem Loch beobachtet. Somit kam man zu der Schlussfolgerung, dass eine Flammbehandlung der Aluminiumfolie zu bevorzugen ist, wenn die Erfindung ausgeführt wird.
In dem Fall schließlich, wenn das haftende Polymer der haftenden Teilschicht 15-1 ein MAH-g-LLDPE ist, ist es zu bevorzugen, dass die haftende Schicht mit einer Ozonbehandlung oberflächenbehandelt ist, bevor sie die Aluminiumfolie berührt und zwar an der Innenstruktur-Laminierungsstation 28.
In 3 in einem Beispiel für eine beabsichtigte Öffnungsanordnung 30, ist die laminierte Membrane 31, umfassend Schichten aus thermoplastischem Kunststoff und Aluminiumfolie, an einen Schraubdeckel 32, der Teil einer am Verpackungsbehälter aufgebrachten Öffnungsvorrichtung ist, an einer Schnittstelle 33 gesiegelt. Beim Öffnen, wobei der Schraubdeckel 32 mithilfe einer Gewindeanordnung mit den umgebenden Teilen der Öffnungsvorrichtung 34 nach oben abgeschraubt wird, wird die Membrane entlang den Kanten um das Loch 35 gerissen und gleichzeitig zusammen mit dem Deckel nach oben gezogen.
In 4 ist eine typische aseptische Verpackung des Typs Tetra Brik Aseptic^® mit einer Öffnungsvorrichtung gemäß 3 vorgesehen. Das Loch mit der Membrane ist am oberen Teil des Verpackungsbehälters vorgesehen, und dort ist eine Öffnungsvorrichtung aus geformtem Kunststoff auf der Membrane über dem Loch befestigt, wobei die Öffnungsvorrichtung aus einem Rahmen und einem Schraubdeckel besteht, der in diesen geschraubt ist. Die Öffnungsvorrichtung kann ferner mit einem so genannten Sicherheitsnachweis ausgestattet sein, dessen Position angibt, ob der Verpackungsbehälter geöffnet wurde oder nicht.
Es sollte die Schlussfolgerung gezogen werden, dass die vorliegende Erfindung, die oben unter besonderer Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben wurde, nicht auf diese beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und ausschließlich beispielhaft gezeigt ist, und dass für einen Fachmann offensichtliche Modifikationen und Änderungen möglich sind, ohne dabei vom erfinderischen Konzept, wie in den angehängten Ansprüchen offenbart, abzuweichen.

Claims

Verpackungslaminat (10) umfassend eine Kernschicht aus Papier oder Karton (11), wobei die Kernschicht durchgehende Löcher, Öffnungen oder Schlitze aufweist, eine auf eine Außenseite der Kernschicht aufgebrachte Schicht aus thermoplastischem Kunststoff (12), eine Aluminiumfolie (13), die auf die andere, innere Seite der Kernschicht aufgebracht ist, sich über das Laminat erstreckt und an die Kernschicht mittels einer Zwischenschicht aus thermoplastischem Kunststoff (14) gebunden ist, wobei sich die zwei thermoplastischen Schichten (12, 14) über das Laminat erstrecken und innerhalb der Lochbereiche miteinander versiegelt sind, um eine Membrane aus Aluminiumfolie (13) und thermoplastischen Kunststoffen (12, 14) zu bilden, und wobei eine oder mehr Schichten aus thermoplastischen Materialien auf die andere, innere Seite der Aluminiumfolie aufgebracht sind, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehr Schichten aus thermoplastischen Materialien wenigstens eine haftende Teilschicht (15-1) enthalten, die an die Aluminiumfolie angrenzend aufgebracht ist, wobei eine dazwischenliegende Teilschicht (15-2) ein Material umfasst, dass Sperreigenschaften gegenüber dem Eindringen von freien Fettsäuren aufweist, sowie eine innerste Teil schicht (15-3) mehrheitlich umfassend ein so genanntes Metallocen-Polyethylen (m-PE), d. h. ein Ethylen-α-Olefin-Copolymer, das bei Vorhandensein eines Metallocen-Katalysators polymerisiert wird, wobei die dazwischenliegende Teilschicht mit einem höheren Grad an Sprödigkeit zum Laminat beiträgt als die innerste, m-PE umfassende Teilschicht.
Verpackungslaminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dazwischenliegende Teilschicht (15-2) ein Cyclo-Olefin-Copolymer (COC) als barrierebildendes Material umfasst.
Verpackungslaminat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dazwischenliegende Teilschicht (15-2) eine Mischung aus COC und Polyethylen umfasst, wobei das COC die kontinuierliche Phase der Mischung darstellt.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dazwischenliegende Teilschicht (15-2) eine Mischung aus einer Polyethylenmatrix und einem fein verteilten Füllstoff umfasst.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dazwischenliegende Teilschicht (15-2) eine Mischung aus einem COC und einem fein verteilten Füllstoff umfasst.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innerste Teilschicht (15-3) eine Mischung aus einem m-PE mit von 20 bis unter 50 Gew.-% LDPE ist.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innerste Teilschicht (15-3) eine Mischung aus einem m-PE mit von etwa 30 bis etwa 40 Gew.-% LDPE ist.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die haftende Teilschicht (15-1) ein maleinsäureanhydrid-pfropfmodifiziertes lineares Polyethylen niedriger Dichte (MAH-g-LLDPE) umfasst.
Verpackungslaminat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der thermoplastische Kunststoff, der in der Außenschicht (12) und der dazwischenliegenden Haft- bzw. Bindeschicht (14) verwendet wird, ein LDPE derselben oder unterschiedlicher Qualität ist.
Verfahren zur Herstellung eines laminierten Verpackungsmaterials (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte des Versehens einer Bahn (21') einer Kernschicht mit Löchern, Öffnungen oder Schlitzen (35), des Beschichtens (24) einer Außenseite der Kernschicht mit einer Schicht aus thermoplastischem Kunststoff (12), wodurch auch die Löcher bedeckt werden, und des Laminierens (25) der anderen, inneren Seite der Kernschicht an eine Aluminiumfolie (23) durch Aufbringen einer Zwischenschicht aus thermoplastischem Kunststoff (24), auf eine solche Weise, dass die beiden Schichten aus thermoplastischem Kunststoff innerhalb der Lochbereiche aneinander gesiegelt werden, wodurch eine Membrane (31) aus Aluminiumfolie und thermoplastischem Kunststoff innerhalb der Bereiche der Löcher (35) gebildet werden, sowie des Extrusionsbeschichtens (27, 28) der anderen, inneren Seite der Aluminiumfolie mit einer oder mehr Schichten aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, dass die inneren Schichten aus thermoplastischem Kunststoff als Teilschichten extrusionsbeschichtet (27) sind, durch Aufbringen wenigstens einer haftenden Teilschicht (15-1) an die Aluminiumfolie angrenzend, wobei eine dazwischenliegende Teilschicht (15-2) ein Material umfasst, das Sperreigenschaften gegenüber dem Eindringen von freien Fettsäuren aufweist, sowie eine innerste Teilschicht (15-3) mehrheitlich umfassend ein m-FE, wobei die dazwischenliegende Teilschicht mit einem höheren Grad an Sprödigkeit zum Laminat beiträgt als die innerste, m-FE umfassende Teilschicht.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die dazwischenliegende Teilschicht (15-2) ein Cyclo-Olefin-Copolymer (COC) als barrierebildendes Material umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–11, dadurch gekennzeichnet, dass die dazwischenliegende Teilschicht (15-2) eine Mischung aus COC und Polyethylen umfasst, wobei das COC die kontinuierliche Phase der Mischung darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass die dazwischenliegende Teilschicht (15-2) eine Mischung aus einer Polyethylenmatrix und fein verteiltem Füllstoff umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–13, dadurch gekennzeichnet, dass die dazwischenliegenden Teilschichten (15-1, 2, 3) auf die andere, innere Seite der Aluminiumfolie (23) mittels Coextrusionsbeschichtung (27, 28) aller Schichten in einem Verfahrensschritt aufgebracht werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumfolie (23) einer Oberflächenaktivierungsbehandlung (29) mittels Flammbehandlung unterzogen wird, bevor sie mit den inneren Teilschichten (15-1, 2, 3) beschichtet wird.
Verpackungsbehälter (40) hergestellt aus dem in einem der Ansprüche 1–9 spezifizierten Laminat (10).
Verpackungsbehälter (40) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einer Öffnungsanordnung (30; 32, 32) ausgestattet ist, die auf den Bereich der und um die Membrane und das Loch (35) aufgebracht ist.
Verpackungsbehälter (40) nach einem der Ansprüche 16–17, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungsanordnung (30) einen Schraubdeckel (32) umfasst, der die Verpackung durch Entfernen der Membrane (31) von dem Bereich des Lochs (35) durch eine kombinierte Schraub- und Hochziehbewegung öffnet.