Крышка упаковочной тары, способ изготовления такой крышки и запечатанная ею упаковочная тара
Крышка выполнена с возможностью ее прикрепления посредством термосварки к отверстию герметичной емкости и последующего ее отрывания. При этом крышка содержит слой волокнистого материала, полимерный слой, барьерный по отношению к кислороду, и полимерный термогерметизирующий слой. Причем термогерметизирующий слой содержит сополимер этилена и метилакрилата, сополимер этилена и винилацетата и полиамидный воск, а термогерметизирующий слой фиксируют непосредственно на барьерном по отношению к кислороду слое, имеющем более высокую точку плавления, без какого-либо промежуточного связующего вещества. Предложенное изобретение также относится к способу изготовления крышки, а также к герметичной емкости, снабженной вышеуказанной крышкой, и способу изготовления вышеуказанной емкости. Предложенное решение обеспечивает создание крышки, прикрепляемой термическим образом и легко открываемой, кроме того, данная крышка позволяет изготовить ее экструдированием в ходе одной операции, а также уменьшить количество полимерных слоев, расположенных поверх друг друга. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к крышке, для которой предусмотрена возможность термогерметизации (запечатывания посредством термосварки) отверстия герметичной емкости (т.е. упаковочной тары) и отрывания при открывании указанной емкости. Крышка содержит волокнистый материал, прослойку в виде полимерного слоя, барьерного по отношению к кислороду, и полимерный термогерметизирующий слой. Кроме того, изобретение относится к способу изготовления крышки, к способу изготовления герметичной емкости, закрытой крышкой, и к герметичной емкости, полученной с использованием этого способа.
Уровень техники
Термогерметизирующие отрываемые крышки применяют в различных вариантах потребительской упаковочной тары, выполненной в виде соответствующей герметичной емкости. К типичной упаковочной таре относятся потребительские и одноразовые упаковки, содержащие жидкие, влажные или жирные пищевые продукты. Номенклатура упакованных продуктов включает в себя молоко, простоквашу, йогурт и другие молочные продукты, соки, воду, десерты, питательные жиры, такие как масло и маргарин, а также пищевые продукты быстрого приготовления. Таким же образом упаковывают сухие продукты и продукты, имеющие форму порошка или частиц, например лекарства.
Упаковочные контейнер или емкость, загерметизированные термогерметизирующей крышкой, чаще всего изготавливают из пластика, такого как полипропилен или полистирол, картона, покрытого полимером, или стекла. Материалом крышки является алюминий, однако, при этом возникают проблемы, связанные с тем, что такая крышка имеет тенденцию рваться при открывании герметичной емкости и, вдобавок, не разлагается в зонах размещения отходов. В качестве альтернативного материала крышки, исключающего эти проблемы, применяли покрытые полимером бумагу или картон. Полимерные слои в крышке обеспечили достаточную механическую прочность, требуемую для продукта, герметичность по отношению к кислороду и запахам, а также хорошие возможности для термогерметизации и отрывания крышки, соответственно при закрывании и последующем открывании герметичной емкости.
Покрытые полимером крышки для герметичной емкости изготавливали, производя сначала пленку полиэтилентерефталата, ламинированную посредством термогерметизирующей лакировки, а затем прикрепляя указанную пленку к бумаге или к картону посредством склеивания. Однако применение такого двухэтапного процесса получения указанной полимерной пленки в качестве промежуточного продукта представляет определенные неудобства.
В описании к международной заявке WO 92/04187 приведен другой способ изготовления термогерметизирующей и отрываемой крышки герметичной емкости. Он заключается в наложении полимерных слоев, формирующих полимерное покрытие, поверх друг друга на бумагу в ходе единого этапа совместного экструдирования. Покрытие состоит из слоя связующего вещества, слоя, барьерного по отношению к кислороду, второго слоя связующего вещества и термогерметизирующего слоя. Слои в указанном порядке помещены на нижнюю сторону бумаги, причем эта сторона, в конечном счете, будет формировать внутреннюю поверхность крышки. В качестве материалов указанного барьерного слоя в описании упоминаются полиэтилентерефталат (ПЭТ), сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), а также полиамид (ПА). Для термогерметизирующего слоя предлагается смесь, которая содержит полиэтилен, модифицированный метакриловой кислотой и этиленвинилацетатом и осуществляющий функцию склеивающего компонента, а также сополимер этилена и метакриловой кислоты, функционирующий в качестве разделяющего компонента. Далее, в описании к патенту Финляндии № 104887 представлена покрытая полимером крышка герметичной емкости, причем в этом случае проблему искривления, существующую для крышки, описанной в документе WO 92/04187, решают, смешивая в слое, барьерном по отношению к кислороду, кристаллический и аморфный полимеры. Описанная в данном документе внутренняя бумажная поверхность трехслойного покрытия содержит слой, барьерный по отношению к кислороду, слой связующего вещества и термогерметизирующий слой, расположенные в указанном порядке.
Раскрытие изобретения
Задачей, решаемой настоящим изобретением, является разработка крышки, предназначенной для герметичной емкости и сделанной из бумаги или картона, покрытых полимером. Для указанной крышки должна быть предусмотрена возможность прикрепить ее термическим образом (т. е. посредством термосварки) и оторвать, а также изготовить посредством совместного экструдирования полимерных слоев в ходе одной операции. Кроме того, предлагаемое устройство крышки позволяет уменьшить количество полимерных слоев, расположенных поверх друг друга. Изобретение характеризуется наличием термогерметизирующего слоя, содержащего смесь сополимера этилена и метилакрилата (ЭМА), сополимера этилена и винилацетата (ЭВА) и полиамидного воска, а также тем, что термогерметизирующий слой прилипает (фиксируется) без какого-либо связующего вещества непосредственно к барьерному по отношению к кислороду слою, имеющему более высокую точку плавления.
При разработке настоящего изобретения неожиданно было обнаружено, что, несмотря на большое различие между точками плавления полимеров, указанный полимерный материал в термогерметизирующем слое может прилипать, т.е. фиксироваться сам по себе, в процессе совместного экструдирования, к наиболее часто употребляемым полимерам, барьерным по отношению к кислороду, т.е. к полиэтилентерефталату, полиамиду и сополимеру этилена и винилового спирта. Следовательно, не будет возникать необходимости использовать между указанными барьерным и термогерметизирующим слоями слой какого-либо связующего вещества, известного из уровня техники.
Было доказано, что смесь ЭМА, ЭВА и полиамидного воска согласно изобретению обеспечивает хорошую термогерметизацию по отношению к материалам различных типов, таким как пластик, бумага или картон, покрытые или непокрытые полимером, а также стекло.
Особо предпочтительный вариант осуществления изобретения включает в себя надежное запечатывание (т.е. герметизацию) замораживаемой коробки, формочки или чашки, покрытых ПЭТ, посредством термогерметизирующей крышки. Следует отметить, что при применении термогерметизирующих материалов, известных из уровня техники, такое запечатывание было бы проблематичным.
Термогерметизацию можно провести при температурах, при которых барьерный по отношению к кислороду слой остается неповрежденным, т.е. не допускающим просачивания через термогерметизирующую систему, которое могло бы послужить причиной возможного ухудшения сохранности продукта. Было замечено, что герметичная емкость хорошо выдерживает замораживание: не наблюдалось отделения крышки или просачивания через зону термогерметизации.
Хотя изобретение не ограничивается использованием именно ЭМА, этот полимер в термогерметизирующей смеси однозначно выполняет функцию, обеспечивающую возможность отрывания крышки. ЭВА обеспечивает фиксацию (прилипание) термогерметизирующего слоя к слою, барьерному по отношению к кислороду, а также прилипание уплотнителя к поверхности, контактирующей с крышкой при обеспечении возможности отделить крышку от этой поверхности. Эксперименты показали, что в случае отсутствия ЭМА и ЭВА крышка теряет свои рабочие свойства, т.е., другими словами, наличие обоих этих компонентов обязательно. Полиамидный воск необходим для обеспечения технологических параметров смеси, при этом согласно испытаниям в балансе смеси он составляет 0,8%. В случае применения меньшего количества воска смесь прилипает к инструментам и мешает прокатке покрывающих материалов. Полиамидный воск обеспечивает также свой вклад в облегчение процесса отрывания крышки. В качестве более дешевого наполнителя к смеси добавляют полиолефин. Согласно изобретению в смеси полимеров полимерного термогерметизирующего (запечатывающего) слоя доли полиамидного воска, ЭВА и ЭМА находятся в интервалах, соответственно, 0,8-5%, 20-50% и 10-30%. Остаток смеси может состоять из полиолефина, такого как полиэтилен или полипропилен.
Полимерное покрытие крышки по изобретению в предпочтительном варианте может представлять собой просто двухслойное покрытие, содержащее слой, барьерный по отношению к кислороду, и термогерметизирующий слой. Однако при необходимости первый из этих слоев может состоять из нескольких слоев, образованных различными барьерными полимерами. Например, это могут быть прилипающие друг к другу слои EVOH и ПА.
В том случае, когда в качестве материала слоя, барьерного по отношению к кислороду, используют ПЭТ или ПА, собственная масса такого слоя может лежать в интервале 10-70 г/м2, причем наиболее предпочтителен интервал 20-40 г/м2. Если упаковочным материалом является EVOH, масса слоя может лежать в интервале 5-25 г/м2; здесь наиболее предпочтителен интервал 10-20 г/м2. В свою очередь, термогерметизирующий слой может иметь массу в интервале 5-30 г/м2, наиболее предпочтительно 10-20 г/м2.
Согласно изобретению слой волокнистого материала может состоять из бумаги с массой 30-120 г/м2, предпочтительно 40-80 г/м2, или картона с массой 130-600 г/м2, предпочтительно 220-300 г/м2. Крышка на бумажной основе подходит для запечатывания относительно маленьких чашки или бокала, в то время как крышка на основе картона в особенности пригодна в качестве внутренней крышки герметичной емкости, имеющей форму коробки.
Предлагаемый согласно изобретению способ изготовления вышеописанной крышки, выполненной с возможностью прикрепления посредством термосварки и отрывания, характеризуется тем, что волокнистый материал покрывают посредством совместного экструдирования в ходе одной операции двумя полимерными слоями, прилипающими к волокнам и друг к другу. При этом один из указанных слоев формирует слой, барьерный по отношению к кислороду, а другой образует термогерметизирующий слой, обеспечивающий возможность отрывания крышки. Этот слой содержит смесь ЭМА, ЭВА и полиамидного воска. Полимерные слои можно экструдировать в виде бесконечных пленок на ленту из волокнистого материала, а затем отдельные крышки формируют, разрезая или штампуя указанную ленту.
Способ согласно изобретению, предназначенный для изготовления герметичной емкости, по существу включает в себя прикрепление крышки посредством термосварки вокруг отверстия емкости. При этом крышка содержит слой волокнистого материала, полимерный слой, барьерный по отношению к кислороду, и термогерметизирующий слой, прилипающий непосредственно к указанному барьерному слою без использования промежуточного связующего вещества. Термогерметизирующий слой содержит ЭМА, ЭВА, а также полиамидный воск. Этот слой обеспечивает возможность отрывания крышки при открывании герметичной емкости. Температуру термосварки можно варьировать в интервале 150-190°С. При таких температурах термосварка не вызывает образования отверстий в барьерном по отношению к кислороду слое, изготовленном из ПЭТ, EVOH или ПА и имеющем соответственно точки плавления выше 160°С.
Герметичная емкость по изобретению характеризуется тем, что она содержит контейнер, находящийся в контейнере упакованный продукт и крышку, прикрепленную посредством термосварки к отверстию контейнера. Крышка сформирована из слоя волокнистого материала, смежного с ним полимерного слоя, барьерного по отношению к кислороду, и термогерметизирующего слоя, образующего внутреннюю поверхность крышки и прилипающего (фиксирующегося) непосредственно к указанному барьерному слою без использования какого-либо промежуточного связующего вещества. Термогерметизирующий слой содержит смесь ЭМА, ЭВА, а также полиамидного воска, позволяющего оторвать крышку при открывании герметичной емкости. В пищевых герметичных емкостях по изобретению, таких как емкости для напитков, молочных продуктов, питательных жиров или пищевых продуктов быстрого приготовления, контейнер обычно представляет собой коробку или бокал, изготовленные из пластика или картона, покрытого полимером внутри и/или снаружи. В герметичных емкостях, имеющих форму коробки, а также в герметичных емкостях, которые содержат упаковочный контейнер, изготовленный из стекла, термогерметизирующая крышка в типичном случае является отрываемой внутренней крышкой внутри внешнего футляра, зафиксированного посредством привинчивания или защелкивания.
Краткое описание чертежей
Далее изобретение будет разъяснено более подробно со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 иллюстрирует чашку с крышкой согласно изобретению,
фиг.2 иллюстрирует в разрезе в увеличенном масштабе фрагмент отверстия представленной на предыдущей фигуре чашки с демонстрацией термосвариваемого шва между отверстием и крышкой,
фиг.3 и 4 иллюстрируют слоистые структуры крышки для двух различающихся комбинаций материалов,
фиг.5 иллюстрирует совместное экструдирование и прилипание полимерных слоев к ленте волокнистого материала в процессе изготовления крышки.
Осуществление изобретения
На фиг.1 в качестве примера представлена продуктовая герметичная емкость по изобретению, которая сформирована в виде чашки 2, снабженной крышкой 1. Содержимое 3 такой тары в типичном случае представляет собой воду, сок, молоко или молочный продукт, например йогурт. Показанная на фиг.2 крышка плотно прикреплена посредством термосварки к обрамляющему фланцу 4 чашки 2. Крышка содержит язычок 5, за который можно потянуть, чтобы удалить ее и открыть герметичную емкость.
На фиг.3 и 4 в качестве примера показана трехслойная структура 6-8 представленной на фиг.2 крышки. Крышка 1 содержит бумажный слой 6 с массой, составляющей, например, 40-80 г/м2. Он формирует наружную поверхность крышки. Как показано на фиг.3, внутреннее полимерное покрытие крышки состоит из слоя 7 ПЭТ с массой, выбранной, например, в интервале 20-40 г/м2, и термогерметизирующего слоя 8, который формирует внутреннюю поверхность крышки 1 на герметизирующей емкости (т.е. на упаковочной таре) и имеет массу, выбранную, например, в интервале 10-20 г/м2. В данном варианте термогерметизирующий слой 8 может содержать, например, по меньшей мере, полиамидный воск, приблизительно 20% ЭМА, приблизительно 40% ЭВА, а остаток представляет собой полиолефин. Для указанного слоя 8 подходящим материалом является Mormelt 84, поставляемый фирмой Rohm & Haas и имеющий плотность 0,955 г/м2, точку плавления 74° С и индекс расплава 45-55 г/10 мин.
Комбинации слоев крышки 1 на фиг.3 и 4 отличаются друг от друга только тем, что во втором случае в качестве материала слоя 7, барьерного по отношению ккислороду, вместо ПЭТ использован EVOH, имеющий массу слоя, например, 10-20 г/м2.
Кроме чашек и бокалов из пластика или покрытого картона, представленные на фиг.3 и 4 материалы крышки пригодны также для герметичных емкостей, имеющих форму коробки и изготовленных из пластика или картона, в особенности в качестве внутренней отрываемой крышки герметичной емкости или в качестве таких же удаляемых внутренних крышек для герметичной емкости в виде стеклянного контейнера. Во внутренних крышках коробок вместо бумаги 6 предпочтительно использовать картон, масса слоя которого находится, например, в интервале 220-300 г/м2
Как показано на фиг.5, материал крышки изготавливают посредством непрерывного процесса, в ходе которого полимерный слой 7, барьерный по отношению к кислороду, и полимерный термогерметизирующий слой 8 совместно экструдируют на бесконечную движущуюся бумажную или картонную ленту 6. Эту ленту подвергают предварительной обработке коронным разрядом 9. Полимерные слои 7 и 8 соединяются в экструдере 10 и в виде однородной пленки 12 подаются от оконечности 11 сопла к зазору между валками 13, 14, вращающимися вместе с бумажной или картонной лентой 6. При этом одновременно с перемещением лент валки сдавливают слои друг с другом. Таким образом, данный процесс формирует материал крышки в виде бесконечной ленты 15, из которой посредством вырезания или штамповки получают крышки индивидуальных упаковочных тар.
Пример 1
Слой ПЭТ с массой 20 г/м2 приложили к оберточной бумаге, имеющей массу слоя 90 г/м2, а на этот слой наложили термогерметизирующий слой (Mormelt 804), масса которого составляла 15 г/м2. Из полученной таким образом бумаги, покрытой полимером, вырезали кусок, чтобы сформировать крышку пищевой упаковки, имеющей форму коробки и изготовленной из полистирола. Прикрепили крышку к отверстию коробки посредством термогерметизации в течение 2 с при температуре сварки 175° С. Между полистиролом и термогерметизирующим слоем Mormelt была получена плотная герметизация. Чтобы открыть коробку, крышку, не нарушая ее целостности, удаляли с указанного отверстия.
Применяя упаковочные коробки, изготовленные из полиэтилена и полипропилена, повторили испытание, получив тот же результат.
Пример 2
Вырезали кусок из полученной в примере 1 оберточной бумаги, покрытой полимером, и посредством термосварки сформировали из него крышку для отверстия стеклянного контейнера. Длительность и температура сварки составляли соответственно 2 с и 175° С. Во время сварки слой Mormelt крышки плотно прикрепился к стеклянной поверхности отверстия контейнера. Чтобы открыть контейнер, крышку, не нарушая ее целостности, удаляли с указанного отверстия.
Пример 3
Упаковочный картон с массой слоя 255 г/м2 покрыли слоем ПЭТ, масса которого составляла 40 г/м2. Из покрытого картона, используя надрезы, изготовили коробку, предназначенную для питательных жиров, у которой слой ПЭТ составлял внутреннюю поверхность. На аналогичный упаковочный картон также нанесли покрытие посредством совместного экструдирования слоя ПЭТ и верхнего термогерметизирующего слоя (Mormelt 804). Массы указанных слоев составляли соответственно 20 г/м2 и 15 г/м2. Вырезали кусок из картона с двухслойным покрытием и посредством термосварки сформировали из него крышку отверстия коробки для питательных жиров. Длительность и температура сварки составляли соответственно 2 с и 175° С. Во время сварки термогерметизирующий слой Mormelt плотно прикрепился к покрытию ПЭТ на обрамляющем фланце коробки. Чтобы ее открыть, крышку, не нарушая ее целостности, удаляли с указанного отверстия.
Применяя коробку, изготовленную из непокрытого упаковочного картона, повторили испытание, получив тот же результат.
Для специалистов в данной области должно быть очевидно, что приложения изобретения не ограничиваются приведенными выше примерами и могут модифицироваться в границах прилагаемой формулы изобретения.
1. Крышка (1), выполненная с возможностью прикрепления посредством термосварки к отверстию герметичной емкости (2) и отрывания при открывании герметичной емкости, содержащая слой (6) волокнистого материала, полимерный слой (7), барьерный по отношению к кислороду, и полимерный термогерметизирующий слой (8), отличающаяся тем, что термогерметизирующий слой (8) содержит сополимер этилена и метилакрилата (ЭМА), сополимер этилена и винилацетата (ЭВА) и полиамидный воск, а термогерметизирующий слой фиксируют непосредственно на барьерном по отношению к кислороду слое (7), имеющем более высокую точку плавления, без какого-либо промежуточного связующего вещества.
2. Крышка по п.1, отличающаяся тем, что полимерное покрытие на волокнистом материале (6) состоит только из указанных барьерного по отношению к кислороду и термогерметизирующего слоев (7, 8).
3. Крышка по п.1, отличающаяся тем, что полимер в барьерном по отношению к кислороду слое (7) представляет собой полиэтилентерефталат (ПЭТ), сополимер этилена и винилового спирта (EVOH) и/или полиамид (ПА).
4. Крышка по п.3, отличающаяся тем, что содержащий ПЭТ или ПА слой, барьерный по отношению к кислороду, имеет массу в интервале от 10 до 70 г/м2, предпочтительно от 20 до 40 г/м2.
5. Крышка по п.3, отличающаяся тем, что содержащий EVOH слой, барьерный по отношению к кислороду, имеет массу в интервале от 5 до 25 г/м2, предпочтительно от 10 до 20 г/м2.
6. Крышка по п.1, отличающаяся тем, что термогерметизирующий слой (8) имеет массу в интервале от 5 до 30 г/м2, предпочтительно от 10 до 20 г/м2.
7. Крышка по любому из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что слой (6) волокнистого материала изготовлен из бумаги, имеющей массу в интервале от 30 до 120 г/м2, предпочтительно от 40 до 80 г/м2.
8. Крышка по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что слой (6) волокнистого материала изготовлен из картона, имеющего массу в интервале от 130 до 600 г/м2, предпочтительно от 220 до 300 г/м2.
9. Способ изготовления крышки (1), заявленной в любом из предыдущих пунктов, выполненной с возможностью прикрепления посредством термосварки, отличающийся тем, что волокнистый материал (6) покрывают посредством совместного экструдирования в ходе одной операции двумя полимерными слоями (7, 8), прилипающими к волокнам и друг к другу, при этом один из указанных слоев формирует барьерный по отношению к кислороду слой (7), а другой формирует термогерметизирующий слой (8), обеспечивающий возможность отрывания крышки и содержащий смесь сополимера этилена и метилакрилата (ЭМА), сополимера этилена и винилацетата (ЭВА) и полиамидного воска.
10. Способ по п.9, отличающийся тем, что полимерные слои (7, 8) экструдируют в виде бесконечных пленок на перемещающуюся ленту (6) волокнистого материала, а крышки (1) выделяют из получаемой в результате ленты (15) посредством вырезания или штамповки.
11. Способ изготовления герметичной емкости, отличающийся тем, что крышку (1) прикрепляют посредством термосварки вокруг отверстия упаковочной тары (2), при этом крышка содержит слой (6) волокнистого материала, полимерный слой (7), барьерный по отношению к кислороду, и термогерметизирующий слой (8), прилипающий непосредственно к барьерному по отношению к кислороду слою без промежуточного связующего вещества, а термогерметизирующий слой содержит смесь сополимера этилена и метилакрилата (ЭМА), сополимера этилена и винилацетата (ЭВА) и полиамидного воска и выполнен с возможностью отрывания крышки при открывании герметичной емкости.
12. Способ по п.11, отличающийся тем, что температура термосварки лежит в интервале от 150 до 190°С.
13. Герметичная емкость, изготовленная с использованием способа по п.11 или 12, отличающаяся тем, что герметичная емкость содержит контейнер (2), упакованный продукт (3), находящийся в контейнере (2), и крышку (1), прикрепленную посредством термосварки вокруг отверстия контейнера, при этом крышка состоит из слоя волокнистого материала, расположенного под ним полимерного барьерного по отношению к кислороду слоя (7) и термогерметизирующего слоя (8), формирующего внутреннюю поверхность крышки и зафиксированного непосредственно на барьерном по отношению к кислороду слое без какого-либо промежуточного связующего вещества, а термогерметизирующий слой содержит сополимер этилена и метилакрилата (ЭМА), сополимер этилена и винилацетата (ЭВА) и полиамидный воск и обеспечивает возможность отрывания крышки при открывании герметичной емкости.
14. Емкость по п. 13, отличающаяся тем, что контейнер представляет собой коробку, чашку или бокал, выполненные из картона и покрытые полимером внутри и/или снаружи.
15. Емкость по п. 13, отличающаяся тем, что контейнер представляет собой коробку, чашку или бокал, выполненные из пластика.
16. Емкость по п. 13, отличающаяся тем, что контейнер изготовлен из стекла.
17. Емкость по любому из пп.13-16, отличающаяся тем, что представляет собой герметичную емкость с помещенным в нее пищевым продуктом.
