ТЕРМОСВАРИВАЕМЫЙ МНОГОСЛОЙНЫЙ ЛИСТОВОЙ МАТЕРИАЛ И КОНТЕЙНЕР ИЗ НЕГО Российский патент 2002 года по МПК B65D65/40 B32B27/36 

Изобретение касается пригодного для вторичной переработки многослойного материала из полиэфирной смолы, подходящего для изготовления контейнеров для напитков и пищевых продуктов, на который штампуют рисунок линий сгиба, по которым его путем фальцовки сгибают в контейнер. Материал является термосвариваемым и позволяет герметически закрывать контейнер тепловой сваркой.

Изобретение относится, в частности, к материалу, имеющему газобарьерные свойства, пригодному для изготовления контейнеров для таких напитков, как фруктовые соки, молоко со средним сроком хранения, чай и тому подобное.

Изобретение также включает контейнеры, изготовленные из многослойного материала.

Многослойный материал, применяемый до настоящего времени для изготовления контейнеров для напитков и пищевых продуктов, таких как фруктовые соки, молоко или другие, включает, в основном, несущий слой из картона, который придает контейнеру механические свойства, в частности жесткость, и приклеенный к картону в некоторых случаях слой из тонкого листа алюминия, который покрыт со стороны, контактирующей с напитком или пищевым продуктом, полиэтиленовой пленкой или подобным полимерным материалом.

Изготовленные из таких многослойных материалов контейнеры трудно перерабатывать на вторичное сырье из-за различной химической природы его различных слоев.

Перерабатываемость материала, образующего контейнер для пищевых продуктов или напитков, является очень важным требованием как с точки зрения экономии, которую позволяет получить использование вторичного сырья, так и из экологических аспектов.

Возможность получения перерабатываемого материала является очень важной проблемой в данной области.

Существуют контейнеры для напитков и жидкостей, изготавливаемые из полимерных материалов, но они не обладают жесткостью, сравнимой с характеристиками картона, и по этой причине они не пригодны для изготовления жестких контейнеров. Контейнеры, изготовленные из таких материалов, входят в категорию малых мешков (пакетов).

Попытки изготовить контейнеры с требуемой жесткостью из полимерных материалов до сих пор не привели к успеху.

Жесткость контейнеров является функцией толщины стенки и, точнее, пропорциональна толщине стенки в третьей степени.

При использовании для изготовления контейнеров достаточной жесткости таких полимерных материалов, как полиолефины, потребуется такая толщина стенки, которая является неэкономичной и, более того, нетехнологичной из-за трудностей при фальцовке и запаивании, с которыми сталкиваются на этапе запечатывания контейнера.

Другой материал, такой как вспененный полистирол, не применим из-за его хрупкости, когда он выполнен в виде тонкого листа.

Из патента США 5000991 известны жесткие ламинированные материалы, которые используют для изготовления термоформуемых контейнеров для продовольственных товаров, образованные из листа вспененного полиэфирного материала и пленки той же природы, как этот лист, или из другого полимерного материала. Из европейской заявки ЕР-А-836937 известны полужесткие ламинированные материалы, толщиной от 0,5 до 1,5 мм, включающие слой пены из полиэфирной смолы, имеющей плотность от 0,7 до 1 г/см³, к которому приклеен слой полимерного материала, имеющего газобарьерные свойства, отличающиеся от свойств материала слоя из полиэфирной пены.

Ламинированные материалы используют для изготовления упаковочных изделий путем термоформования.

Из патентной литературы неизвестны одно- и многослойные материалы, включающие слой полимерной пены, которые могли бы сгибаться в конфигурацию контейнера фальцовкой в соответствии с отпрессованным на материале рисунком.

Способность однослойного или многослойного полимерного вспененного материала прессоваться рисунком для образования фальцовкой конфигурации контейнера и сгибаемость материала по этому рисунку являются необходимыми требованиями для изготовления контейнеров для напитков и пищевых продуктов при использовании технологии сгибания и фальцовки.

Материал пригоден для сгибания, если отштампованный на нем рисунок остается стабильным с течением времени и если при штамповании такого рисунка не происходит разломов, которые бы помешали фальцовке материала.

Кроме того, материал должен быть термосвариваемым для того, чтобы обеспечить герметизацию контейнера.

Неожиданно был обнаружен способный перерабатываться многослойный полимерный материал, образованный слоями полимерного материала, по существу одной и той же химической природы, имеющий достаточную жесткость для замещения картона, который может быть согнут и сложен в соответствии с отпрессованным на нем рисунком и, кроме того, термосвариваемый.

Многослойный материал по изобретению представляет собой материал, который включает в качестве основных слоев вспененный лист полиэфирной смолы плотностью ниже 700 кг/м³ и приклеенную к указанному листу термосвариваемую пленку из полиэфирной смолы, способную обеспечить герметизацию контейнера путем тепловой сварки.

Полиэфирная пленка приклеивается к вспененному листу любым способом, подходящим для обеспечения сцепления между материалами, например горячим ламинированием или склеиванием клеями на основе полиэфирной смолы.

Плотность листа составляет предпочтительно от 10 до 500 кг/м³, наиболее предпочтительно от 100 до 200 кг/м³. Толщина листа обычно составляет от 0,2 до 3 мм, наиболее предпочтительно между 0,2 и 1,5 мм.

Изготовление листа осуществляют в соответствии с традиционными методами экструзии и вытяжки.

Предпочтительным методом является описанный в патенте США 5362763 и включенный сюда путем ссылки.

Другие методы также описаны в патенте США 5362763, включенном сюда путем ссылки.

Жесткость листа является функцией его толщины: она возрастает (непропорционально) при увеличении толщины. Использование упрочняющих наполнителей, таких как окись кремния, окись алюминия, двуокись титана, карбонат кальция, увеличивает жесткость листа.

Полиэфирную пленку получают из полиэфиров с низкой температурой плавления, способных обеспечить герметизацию контейнера путем тепловой сварки. Температура плавления таких полиэфиров обычно составляет от 50 до 200^oС, наиболее предпочтительно между 80 и 120^oС. Примерами полиэфиров являются полиэтилентерефталаты, у которых более 10% терефталатных мономерных звеньев замещено изофталатными мономерными звеньями, происходящими от изофталевой кислоты или ее смесей с другими дикарбоновыми кислотами, например нафталин-дикарбоновыми.

Предпочтительно, полиэфирная пленка представляет собой полученную совместной экструзией двухслойную пленку, в которой один слой образован термосвариваемым низкоплавким сополиэфиром, а другой слой образован полиэфиром обычного типа, таким как ПЭТ или сополиэфиры с температурой плавления выше 200^oС. Использование двухслойной пленки позволяет осуществить герметизацию контейнера сваркой очень простым и эффективным способом.

Примером используемой двухслойной пленки является пленка TERPHANE фирмы Toray Plastics Europe S.A. (TERPHANE является зарегистрированной торговой маркой Toray Plastics Europe).

Двухслойная пленка, также как и однослойная пленка, обычно имеет толщину от 10 до 25 микрон.

В контейнерах полиэфирная пленка представляет тот слой, который вступает в контакт с жидкостью или пищевым продуктом и который предотвращает протечку жидкости или потерю аромата из контейнера.

Кроме того, из соображений механизации стадии упаковки, полиэфирная пленка может быть наложена на обе стороны вспененного листа.

Для того чтобы улучшить газобарьерные свойства полиэфирной пленки, ее поверхность подвергают обработке, придающей ей барьерные свойства или на нее наносят материалы с барьерными свойствами, такие как алюминий и окислы алюминия и кремния (Аl₂O₃ и SiO_x).

Типичной обработкой поверхности является лакировка пленки слоем полисиликата лития или калия. Обработка позволяет обеспечить очень низкую степень проницаемости по кислороду, которая может составлять 0,3 мл/м²/24 ч/атм или менее.

Нанесение слоя алюминия и окислов Аl и/или Si осуществляют известными методами.

Обработку поверхности и нанесение барьерных материалов выбирают и проводят таким образом, чтобы полиэфирная пленка была способна обеспечить скорость проницаемости кислорода ниже 70 мл/м²/24 ч/атм (ASTM 1434).

В случае пленки, металлизированной Аl или покрытой окислами Аl и/или Si, ее степень проницаемости по кислороду может понизиться до значений ниже чем 0,3 мл/м²/24 ч/атм. Предпочтительными являются значения ниже 10 мл/м²/24 ч/атм.

Масса слоя алюминия или другого материала, нанесенного на пленку, в любом случае настолько мала в процентном отношении к массе пленки, что при повторной переработке металлизированную пленку можно рассматривать как изготовленную из одного только полиэфира.

Толщина пленки, имеющей барьерные свойства, обычно составляет от 12 до 36 микрон.

Как уже указывалось, полиэфирная пленка находится на той стороне контейнеров, которая вступает в контакт с напитком или пищевым продуктом: в случае, когда пленка обработана для улучшения барьерных свойств, с напитком или пищевым продуктом контактирует ее необработанная сторона.

Также возможно, в зависимости от различных требований, таких как, например, нанесение типографских красок или иных, поместить обработанную пленку в качестве внешнего слоя, имея вспененный лист, на который наклеена пленка, в качестве внутреннего слоя.

Также и в этом случае именно необработанная пленка будет контактировать с напитком или пищевым продуктом.

Образцы полиэфирной пленки, металлизированной алюминием, поступают в продажу под названием "Nu Roll" от фирмы Nuroll S.p.A. ("Nu Roll" является зарегистрированной торговой маркой фирмы Nuroll S.p.A.).

Изготовление контейнеров осуществляется из многослойного материала посредством сгибания по отштампованному на нем рисунку с получением конфигурации контейнера.

Контейнеры могут иметь различную конфигурацию и объем в соответствии с их конечным предназначением. Могут применяться кубические, прямоугольные или пирамидальные формы. Обычно объем контейнеров для напитков и фруктовых соков составляет от 0,2 до 2 литров.

Используемый для получения многослойного материала полиэфир является ароматическим полиэфиром, получаемым поликонденсацией ароматической дикарбоновой кислоты с диолом с 2-12 атомами углерода.

Полиэфир, используемый во вспененном листе, предпочтительно выбирают из полиэтилентерефталатов и их сополимеров, в которых до 20% (в молях) единиц, происходящих от терефталевой кислоты, замещены единицами, происходящими от изофталевой кислоты и/или нафталиндикарбоновой кислоты.

Для изготовления вспененного листа, а также приклеенной к вспененному листу пленки, могут быть использованы вторично используемые полиэфиры.

Пример 1.

Следующие примеры приведены в качестве иллюстрации, но не для ограничения изобретения.

Вспененный лист ПЭТ толщиной 0,7 мм и плотностью 180 кг/см², поступающий с бобины, приклеивают полиэфирным клеем к сополиэтилентерефталатной пленке, содержащей единицы изофталевой кислоты и имеющей температуру плавления 120^oС.

Пленка толщиной 15 микрон металлизирована с одной стороны слоем алюминия толщиной около и приклеена металлизированной стороной к вспененному листу. Полученный таким образом двухслойный материал сгибают, чтобы получить конфигурацию контейнера, емкостью от 0,5 до 1,5 литров, используемого для молока со средним сроком хранения и фруктовых соков.

Контейнер герметично запаивается тепловой сваркой. Герметизация легко открывается отрывом.

Пртмер 2.

Вспененный лист ПЭТ с характеристиками, приведенными в примере 1, приклеивают с помощью полиэфирного клея к двухслойной пленке TERPHANE толщиной 15 микрон.

Полученный таким образом многослойный материал используют для изготовления контейнеров для свежего молока и подобных напитков путем сгиба и фальцовки. Контейнеры герметично запаиваются тепловой сваркой и герметизация легко открывается отрывом.

Перерабатываемый многослойный материал из полиэфирной смолы пригоден для изготовления контейнеров для напитков или пищевых продуктов. Он состоит из слоя вспененной полиэфирной смолы плотностью ниже 700 кг/м³ и толщиной от 0,2 до 3 мм, и пленки из полиэфирной смолы, приклеенной к вспененному листу. На многослойном материале отпрессован рисунок, по которому фальцовкой возможно получить конфигурацию контейнера. Изобретение позволяет изготавливать герметичные контейнеры различной конфигурации. 2 с. и 18 з.п.ф-лы.

1. Термосвариваемый многослойный листовой материал, пригодный для изготовления контейнеров для напитков или пищевых продуктов, содержащий слой, образованный вспененным листом полиэфирной смолы, имеющим плотность ниже 700 кг/м³ и толщину от 0,2 до 3 мм, и приклеенной к вспененному листу термосвариваемой пленки из полиэфирной смолы, причем на указанном материале отпрессован рисунок для сгибания материала в конфигурацию контейнера. 2. Материал по п. 1, отличающийся тем, что полиэфирную пленку получают из низкоплавкого полиэфира, имеющего температуру плавления от 50 до 200^oС. 3. Материал по п. 2, отличающийся тем, что полиэфирную пленку получают из смолы, имеющей температуру плавления от 80 до 110^oС. 4. Материал по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что полиэфирную пленку получают совместной экструзией двухслойной пленки, один слой которой образован из низкоплавкого полиэфира, имеющего температуру плавления от 50 до 200^oС, а другой слой является полиэфиром, имеющим температуру плавления выше 200^oС. 5. Материал по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что полиэфирная пленка является пленкой, подвергнутой с одной стороны обработке, способной улучшить газобарьерные свойства, или покрытой слоем материала, имеющего газобарьерные свойства. 6. Материал по п. 5, отличающийся тем, что полиэфирная пленка, имеющая газобарьерные свойства, обеспечивает проницаемость по кислороду ниже 70 мл/м²/24 ч/атм (ASTM 1434). 7. Материал по п. 6, отличающийся тем, что полиэфирная пленка металлизирована алюминием или покрыта слоем окиси алюминия или кремния. 8. Материал по п. 6, отличающийся тем, что полиэфирная пленка покрыта слоем полисиликатов калия или лития. 9. Материал по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что полиэфирную пленку получают из полиэтилентерефталата, у которого более 10% терефталатных мономерных звеньев замещены изофталатными мономерными звеньями. 10. Материал по любому из пп. 1-9, отличающийся тем, что полиэфирную пленку приклеивают к вспененному листу, используя полиэфирный клей или горячее ламинирование. 11. Материал по любому из пп. 1-10, отличающийся тем, что вспененный лист имеет плотность от 10 до 500 кг/м³. 12. Материал по любому из пп. 1-11, отличающийся тем, что вспененный лист имеет плотность от 100 до 200 кг/м³. 13. Материал по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что указанная толщина составляет от 0,2 до 1,5 мм. 14. Материал по любому из пп. 1-13, отличающийся тем, что полиэфирную смолу вспененного листа выбирают из полиэтилентерефталата или полиэтилентерефталата, содержащего до 20% изофталатных мономерных звеньев. 15. Контейнер для напитков или пищевых продуктов, изготовленный из многослойного материала по любому из пп. 1-14 путем сгибания по отштампованному на нем рисунку. 16. Контейнер по п. 15, отличающийся тем, что его слой, вступающий в контакт с напитком или пищевым продуктом, изготовлен из полиэфирной пленки, приклеенной к вспененному полиэфирному листу, а его герметизация обеспечивается тепловой сваркой самой полиэфирной пленки, приклеенной к вспененному листу. 17. Контейнер по п. 16, отличающийся тем, что для хранения фруктовых соков или стерилизованного молока полиэфирная пленка обработана со стороны, приклеенной ко вспененному листу материалом, способным придать барьерные свойства, соответствующие проницаемости по кислороду ниже 70 мл/м²/24 ч/атм. 18. Контейнер по п. 17, отличающийся тем, что проницаемость по кислороду обработанной полиэфирной пленки составляет менее 10 мл/м²/24 ч/атм. 19. Контейнер по п. 18, отличающийся тем, что указанная проницаемость по кислороду составляет менее 0,3 мл/м²/24 ч/атм. 20. Контейнер по п. 18 или 19, отличающийся тем, что полиэфирная пленка покрыта слоем алюминия или окиси алюминия, или окиси кремния.