КАРТОН ДЛЯ ЖИДКИХ ПРОДУКТОВ Российский патент 2005 года по МПК D21H21/14 D21H27/10 B65D85/72 

Настоящее изобретение относится к картону для жидких продуктов, состоящему из одного или более слоев материала, содержащего целлюлозу. В частности, изобретение относится к картону для жидких продуктов, предназначенному для изготовления асептической упаковки, которая предназначена противодействовать проникновению, особенно краевому проникновению, дезинфицирующего средства, которым обрабатывают указанный картон для жидких продуктов.

Упаковку для расфасовки жидких продуктов, таких как жидкие молочные продукты или соки, изготавливают из картона с покрытием, получившего название картон для жидких продуктов. Он имеет особую структуру, позволяющую выдерживать воздействие жидкости, которой будут наполнять упаковку из него. В частности, именно обрезные края картона нуждаются в защите от проникновения жидкости так называемого краевого проникновения. В жидких молочных продуктах наиболее агрессивным компонентом жидкости является молочная кислота. Поэтому для противодействия проникновению молочной кислоты картон подвергают гидрофобизации, которую обычно осуществляют при помощи нейтрального клея, т.е. клея, который дает оптимальную гидрофобность, когда его наносят при рН выше 7. Типичные нейтральные клеи содержат по меньшей мере один гидрофобный, способный вступать в реакцию с целлюлозой гидрофобизирующий агент, и анионактивный, катионоактивный или амфотерный полимер, обычно катионоактивный крахмал. Гидрофобный, реагирующий с целлюлозой гидрофобизирующий агент часто состоит из соединений типа алкилкетеновых димеров (АКД) или алкенилянтарного ангидрида (АЯА). Они способны реагировать с целлюлозой и непосредственно связываются с карбоксильными группами целлюлозы.

При использовании асептического картона для жидких продуктов проблема также заключается в том, что картон должен быть стерилизован/продезинфицирован перед тем, как упаковку из него наполнят жидким пищевым продуктом. Упаковку из картона для жидких продуктов обычно дезинфицируют контактированием с пероксидным соединением, таким как раствор перекиси водорода при повышенной температуре, например при 70°С. Однако в этом случае жидкость (дезинфицирующий раствор) также не должна проникать в картон, в котором наиболее уязвимыми частями являются обрезные края. К сожалению, средства, которые обычно используют для защиты от проникновения молочной кислоты, т.е. нейтральные клеи, не защищают от проникновения перекисных соединений, таких как перекись водорода. Поэтому картон для жидких продуктов традиционно гидрофобизируют от проникновения перекиси при помощи второго гидрофобизирующего агента, обычно так называемого смоляного клея. Смоляной клей обычно содержит сосновую смолу и/или смолистую камедь. Смолы содержат смоляные кислоты и небольшие количества жирных кислот. Коммерческие гидрофобизирующие агенты содержат так называемые усиленные смолы, и это означает, что для повышения задерживающей способности в них были введены дополнительные карбоксильные группы. Смоляной клей закрепляется на поверхности целлюлозы при помощи квасцов. Теоретически катионоактивный смоляной клей можно использовать без квасцов, но на практике с использованием квасцов достигают более высокий эффект.

Проблема гидрофобизации картона как нейтральным клеем, так и смоляным клеем состоит в том, что гидрофобизация дает оптимальный эффект с разными клеями при различных значениях рН. Как установлено, нейтральный клей работает лучше при значениях рН выше 7, в то время как смоляной клей лучше работает при значениях рН ниже 7, что означает необходимость принятия компромиссного решения. Однако использование неоптимального значения рН для обоих клеев приводит к тому, что их требуется добавлять (дозировать) в более высоких количествах, что приводит к дополнительным расходам и к проблемам, связанным с избыточными химикатами, циркулирующими в водной системе, и в результате к образованию нестабильной системы со вспениванием, хлопьями и т.п.

В патенте США 5456800 предложено решение указанных проблем, а именно использован клеевой состав, целью которого является предотвращение проникновения как перекиси водорода, так и молочной кислоты, и его можно преимущественно наносить при рН от нейтрального до щелочного.

Представленная клеевая композиция состоит из термореактивной смолы, реагирующего с целлюлозой гидрофобизирующего агента и не реагирующего с целлюлозой гидрофобизирующего агента. Смоляной клей и воск содержат смоляные кислоты и жирные кислоты, которые в случае слабого задерживания вызывают вспенивание и действуют как стабилизаторы пены. В патенте США 5456800 проблемы, связанные с сопротивлением внешнему давлению, и проблемы, связанные с гиброфобизацией слоев картона низкой плотности, приведенные ниже, не рассматриваются.

При обработке, предотвращающей проникновение жидкости, необходимо также учитывать плотность картона. Картон для жидких продуктов обычно имеет средний слой (центральный слой) с более низкой плотностью, чем у наружных слоев, с целью придания картону желательных механических свойств, таких как жесткость. В данном случае средний слой выполняет функцию слоя, создающего объем. Однако при низкой плотности поверхностная энергия имеет меньшее влияние, и для достижения желательного гидрофобизирующего эффекта необходимо подавать более высокие количества клея.

Более того, в определенных типах перерабатывающего оборудования картон для дезинфекции направляют в ванну из перекиси водорода, при этом картон подвергается воздействию внешнего давления, которое соответствует столбу жидкости в ванне. При внешнем давлении значимость поверхностных химических эффектов снижена, в то время как большее значение приобретает капиллярная структура. Поэтому при наличии внешнего давления намного труднее уменьшить проникновение перекиси водорода за счет поверхностного химического эффекта.

Согласно изобретению, предложен картон для жидких продуктов, в котором предусмотрено снижение или устранение комплекса вышеперечисленных проблем. Таким образом, в настоящем изобретении предложен картон для жидких продуктов согласно пункту 1.

В данном изобретении предполагается следующее равенство давлений на поверхности жидкости при обработке картона дезинфицирующим средством:

Р_Е+Р_С=Р_F,

где Р_Е = внешнее давление,

Р_С = капиллярное давление,

P_F = гидравлическое сопротивление.

Внешнее давление в системе дезинфекции постоянно, и влиять на него невозможно. В традиционных системах с традиционным проклеиванием капиллярное давление уменьшают таким образом, чтобы угол касания между проникающей жидкостью и волокном был увеличен посредством дозировки клея, что делает картон гидрофобным.

Настоящее изобретение, напротив, основано на том факте, что гидравлическое сопротивление в картоне увеличено, особенно по обрезным краям картона, благодаря тому, что один или более слоев картона содержи(а)т добавку, обладающую способностью вступать в реакцию с дезинфицирующим веществом, которым обрабатывают данный картон для жидких продуктов, или разлагать его таким образом, что на обрезных краях картона образуется газовый слой, который предотвращает проникновение жидкости.

Согласно одному аспекту изобретения, газовый слой образуется благодаря тому, что к картону добавлен катализатор или другое соединение, которое приводит к разложению пероксидного соединения с образованием газообразного кислорода, например к разложению перекиси водорода с получением газообразного кислорода и воды. Катализатор или соединение преимущественно выбирают из группы, состоящей из солей металлов, оксидов металлов или энзимов. В качестве примера соединений, производящих желаемый эффект, можно назвать марганцевую руду (М_nО₂) или каталазу. Получающийся при этом газообразный кислород образует защитный газовый слой, или барьер, который предотвращает проникновение перекисных соединений в картон, особенно по краям.

Согласно еще одному аспекту изобретения, добавку согласно изобретению добавляют в количествах от 0,5 до 10 кг/т сухой бумаги, предпочтительно 0,5-5 кг/т сухой бумаги, и еще более предпочтительно 1-5 кг/т сухой бумаги, в слой или слои картона, которые содержат добавку. При этом количества, добавляемые в отдельные слои, можно регулировать в зависимости от плотности слоя таким образом, что количество в слое или слоях, которые имеют наименьшую плотность, будет больше, и наоборот. Добавку согласно изобретению лучше всего использовать во всех слоях на основе целлюлозы в картоне для жидких продуктов.

Также можно использовать соединение, которое вступает в реакцию с дезинфицирующим средством, а не разлагает его, благодаря чему образуется газовый слой. Изобретение не ограничено только дезинфицирующими средствами в форме пероксидных соединений, таких как перекись водорода, его также можно осуществлять при использовании дезинфицирующих средств другого типа. В данном случае выбор добавки может быть адаптирован к используемому дезинфицирующему веществу, так чтобы после осуществления реакции или разложения образовался газовый слой согласно изобретению. Более того, возможно, чтобы добавку и/или дезинфицирующее вещество можно было выбирать таким образом, чтобы во время проведения реакции или разложения получать газ какого-либо другого типа, например газ, отличный от газообразного кислорода. Примерами таких газов, которые могут быть получены, являются газообразный водород, газообразный диоксид углерода и газообразный азот.

Согласно еще одному аспекту изобретения, добавку согласно изобретению комбинируют с клеевым составом, например нейтральным клеем, для противодействия проникновению молочной кислоты. В данном случае величину рН, использованную при гидрофобизации, можно преимущественно оптимизировать для нейтрального клея, подразумевая, что можно использовать значения рН выше 7.

Для противодействия краевому проникновению дезинфицирующих веществ наиболее выгодно использовать только добавку согласно изобретению. Однако, согласно еще одному аспекту изобретения, добавку согласно изобретению можно комбинировать с гидрофобизирующим агентом, например со смоляным клеем, для противодействия краевому проникновению дезинфицирующего вещества. Смоляной клей можно применять в таком случае в меньших количествах, чем обычно используемые, в слое или слоях, содержащих добавку согласно изобретению.

В производстве картона для жидких продуктов добавку согласно изобретению предпочтительно вводят в волокнистую массу до подачи в приемную камеру. Если добавка представляет собой порошок, например марганцевая руда, то добавку лучше всего подавать в виде суспензии. Если добавка находится в виде дисперсии или в виде раствора, например каталаза, то лучше всего подавать добавку в той форме, в какой она имеется.

Картон для жидких продуктов, в котором используют добавку, предпочтительно состоит по меньшей мере из одного объемного центрального слоя с наружным слоем с каждой стороны. Центральный слой обычно образован смесью химической целлюлозы и волокнистой массы ХТММ (химико-термомеханической массы). С наружной стороны картона для жидких продуктов обычно находится покровный слой из полиэтилена (ПЭ), в то время как внутри он покрыт покровным слоем ПЭ и, возможно, алюминия, который образует барьер для жидких продуктов, которые предполагают наливать в упаковку.

На чертеже показана краевая проницаемость в форме величин впитываемости (VP-wick) в контрольном эксперименте и в двух экспериментах, согласно изобретению, с различными дозами.

ПРИМЕР

В лаборатории была проведена серия экспериментов, в которых использовали волокнистую массу для центрального слоя, содержащую химическую целлюлозу и ХТММ массу в качестве волокнистой массы приемной камеры. Используемая волокнистая масса была проклеена нейтральным клеем с применением АКД (4 кг/т). Контрольный образец содержал вышеуказанную волокнистую массу с добавлением смоляного клея и квасцов. В серии экспериментов добавляли марганцевую руду (МпО₂) отдельно или в сочетании со смоляным клеем и квасцами. В серии экспериментов, в которых марганцевую руду дозировали вместе со смоляным клеем и квасцами, всегда использовали постоянную дозу смоляного клея и квасцов (3 кг/т каждого химиката). Из волокнистой массы были сформированы листы, после чего было определено краевое проникновение перекиси водорода при атмосферном давлении. Определение проникновения перекиси водорода проводили в лаборатории в перекисной ванне с 30% раствором перекиси водорода при температуре 70°С. Время выдержки составило 10 минут.

Полученная краевая проницаемость, измеренная в виде значений впитываемости VP-wick, представлена в таблице 1 и позволяет подтвердить, что при применении добавки согласно изобретению или при использовании комбинации марганцевой руды/смоляного клея были получены такие же уровни впитываемости VP-wick, как и при использовании смоляного клея. Это значит, что с марганцевой рудой можно получить такой же минимальный уровень впитываемости VP-wick, как и со смоляным клеем. Однако доза преимущественно может быть ниже, поскольку эффект достигается быстрее. Результат также представлен в виде диаграммы на фиг.1.

Таблица 1ДозировкаВпитываемость VP-wick, кг/м²Кг/тСмоляной клей и квасцы (без марганцевой руды) Контрольный опытМарганцевая руда (без смоляного клея или квасцов)Марганцевая руда с постоянной дозировкой смоляного клея и квасцов00,930,930,930,5 1,01 1,01,421,031,211,51,380,830,9321,660,710,7831,060,700,6741,150,710,6951,160,55 61,060,61 80,810,61 100,670,66 

Изобретение относится к картону для упаковки жидких продуктов. Один из слоев картона содержит добавку солей металлов, или оксидов металлов, или энзимов, разлагающих дезинфицирующее средство (в частности, пероксид водорода) или вступающих с ним в реакцию с образованием газа, действующего в качестве барьера для краевого проникновения данного дезинфицирующего средства в картон. 7 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

1. Картон для жидких продуктов, включающий один или более слоев материала, содержащего целлюлозу, отличающийся тем, что один или более из указанных слоев содержит добавку из группы, которая состоит из солей металлов, оксидов металлов и энзимов, причем добавка обладает способностью вступать в реакцию с дезинфицирующим средством, которым был обработан указанный картон для жидких продуктов, или разлагать это средство, так что образуется газ, который действует в качестве барьера и таким образом предотвращает проникновение, особенно краевое проникновение, указанного дезинфицирующего средства в слой/слои картона.2. Картон для жидких продуктов по п.1, отличающийся тем, что указанное дезинфицирующее средство является жидким дезинфицирующим средством, предпочтительно пероксидным соединением, более предпочтительно пероксидом водорода.3. Картон для жидких продуктов по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный газ является газообразным кислородом, газообразным водородом, газообразным диоксидом углерода или газообразным азотом.4. Картон для жидких продуктов по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что указанная добавка состоит из каталазы или MnO₂.5. Картон для жидких продуктов по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что указанная добавка присутствует в количестве 0,5-10 кг/т сухой бумаги, предпочтительно 0,5-5 кг/т сухой бумаги, более предпочтительно 1-5 кг/т сухой бумаги в указанном одном или более слоев, которые содержат добавку.6. Картон для жидких продуктов по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что первый из указанных слоев материала, содержащего целлюлозу, состоит из слоя с более низкой плотностью, чем остальные слои материала, содержащего целлюлозу, в картоне для жидких продуктов, причем этот первый слой имеет более высокое содержание указанной добавки, чем другие слои.7. Картон для жидких продуктов по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что указанные один или более слоев содержат также второй агент, который пригоден для противодействия проникновению, особенно краевому проникновению молочной кислоты в картон для жидких продуктов, причем указанный второй агент предпочтительно состоит из клеевой композиции, включающей, по меньшей мере, один гидрофобный, реагирующий с целлюлозой гидрофобизирующий агент и анионоактивный, катионоактивный или амфотерный полимер.8. Картон для жидких продуктов по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что указанная добавка находится в указанном одном или более слоях в комбинации с гидрофобизирующим агентом, который пригоден для противодействия проникновению, особенно краевому проникновению дезинфицирующего вещества в картон для жидких продуктов, причем этот гидрофобизирующий агент предпочтительно состоит из смоляного клея.