Laminiertes Verpackungsmaterial
Die Erfindung bezieht sich auf ein biegsames, durchsichtiges, gas- und feuchtigkeitundurchlässiges, heissverschweissbares, gegen Biegeriss- und Löcherbildung beständiges, laminiertes Verpackungsmaterial, welches gekennzeichnet ist durch eine Folie aus regenerierter Cellulose, die zwischen einer nach der Innenseite der Verpakkung zurichtenden Schicht aus Polyäthylen und einer äusseren Schicht eines wärmebeständigen Materials, dessen Schmelzpunkt höher liegt als der von Polyäthylen, eingeschlossen ist, sowie durch Mittel zur Verbindung der Schichten.
Bei der Verpackung von verschiedenen Lebensmitteln, wie z.B. von Käse und Fleisch in einem flexiblen Material, bestehen Schwierigkeiten, weil durch Verbiegen des Verpackungsmaterials während des Transports und durch Manipulation an bestimmten exponierten Stellen kleine Löcher (sog. Fadenlunker oder < (Pinholes ) entstehen. Dadurch wird die Schutzwirkung des Verpackungsmaterials aufgehoben und es treten Verluste auf oder umgekehrt dringt Feuchtigkeit und auch Sauerstoff in die Verpackung ein, was zu einer Verderbnis des durch die Verpackung zu schützenden Produkts führt.
Bei der Herstellung einer mit dem Inhalt nicht formgleichen Verpackung mit flexiblem Material wird ein Gegenstand, wie z.B. ein Stück Käse oder Fleisch, rundherum vom Verpackungsmaterial umhüllt, wobei sich das Verpackungsmaterial noch um ein wesentliches Stück über die Enden des Gegenstands hinaus erstreckt, an denen dann die Verpackung fest verschlossen wird, nachdem sie vorher mit einem inerten Gas, wie z.B.
Stickstoff oder Kohlendioxyd durchgespült wurde. Die erhaltene Verpackung hat daher Enden, welche einer Deformation, wie z.B. einer Verbiegung, Verdrehung usw. ausgesetzt sind, die insbesondere beim Transport der Verpackungen in Transportbehältern entsteht. Die dauernde Verbiegung der freien Enden der Verpackung führt früher oder später zur Entstehung von kleinen Löchern im Verpackungsmaterial, was zur Folge hat, dass Gase und Dämpfe durch die Verpackung durchdringen können und die Zersetzung des verpackten Produkts beschleunigen.
Es versteht sich, dass auch bei einer formgleichen Verpackung, wie z.B. beim Verpacken im Vakuum, die erwähnten kleinen Löcher entstehen können. Bei diesem Typ der Verpackung ist jedoch das Problem meistens nicht so ernst, da das Verpackungsmaterial auf dem verpackten Gegenstand aufliegt und von diesem gestützt wird.
Es sind bereits mit Schichten versehene und laminierte Materialien zur Verpackung verwendet worden, um eine günstige Kombination der physikalischen Eigenschaften des Verpackungsmaterials zu erzielen und damit das zu verpackende Lebensmittelprodukt gut zu schützen. Mit keinem der für diesen Zweck verwendeten Materialien ist es jedoch bisher gelungen, das Problem der Löcherbildung in nicht formgleichen Verpackungen in befriedigender Weise zu lösen. So ist z.B. bereits eine beschichtete Folie verwendet worden, deren Grundmaterial aus Polyäthylenterephthalat (allgemein bekannt als Mylar von E.I. DuPont De Nemours & Co.) bestand.
Das Grundmaterial war auf der für die Aussenseite bestimmten Seite mit einer Schicht eines Copolymers von Vinyliden-Chlond, allgemein als Saran bekannt, überzogen. Die als Innenseite zu verwendende Seite der Folie besass einen Film aus Polyäthylen, der wegen seiner Wärmeverschweissbarkeit verwendet wurde. Ein derartiges Verpackungsmaterial ist z.B. unter der Handelsbezeichnung < (MKP-5200" erhältlich und wird von der Firma Curwood, Inc., New London, Wisconsin, hergestellt. Die Erfahrung hat jedoch gezeigt, dass auch diese Art von Material noch eine gewisse Neigung zur Bildung von kleinen Löchern aufweist.
Die vorliegende Erfindung hat vor allem zum Ziel, das Problem der Entstehung der kleinen Löcher zu beseitigen und dadurch ein Material zur Verpackung von Lebensmitteln zu schaffen, welches die erforderlichen physikalischen Eigenschaften für seine einwandfreie Funktion aufweist.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein Verpakkungsmaterial, das aus verhältnismässig billigen laminierten Materialien besteht, in den allgemein verwendeten Verpackungsmaschinen, in denen die Verpackung ver schweisst wird, verwendbar ist, und das auch die erforderliche Undurchlässigkeit gegenüber Gasen und Dämpfen aufweist.
Weitere Einzelheiten der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine räumliche Ansicht einer mit dem Inhalt nicht formgleichen Verpackung, die ein Lebensmittelprodul;t wie z.B. ein Stück Käse enthält, und die Stellen zeigt, an welchen die Gefahr der Löcherbildung bei den bisherigen Verpackungsmaterialien besteht;
Fig. 2 einen Schnitt in vergrössertem Massstab einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen laminierten Materials.
Das erfindungsgemässe Verpackungsmaterial kann zur Verpackung von Produkten von Hand verwendet werden.
Üblicherweise wird jedoch das Verpackungsmaterial in einer automatischen Maschine verwendet, welche das Verpacken und Verschliessen durch Schweissen vornimmt. Die Bildung von gasdichten Schweissverbindungen wird durch die Verwendung eines thermoplastischen Materials auf der nach innen zu richtenden Oberfläche des Verpackungsmaterials ermöglicht, wobei das Verpakken in der Weise erfolgt. dass die als Innenseiten der Verpackung vorgesehenen Oberflächen des Materials aufeinander zu liegen kommen. Bei gewissen Produkten.
wie z.B. bei Käse oder Fleisch hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Luft aus dem leeren Innenraum innerhalb der Packung durch Spülung mit einem inerten Gas oder durch Evakuierung vor dem Verschliessen der Packung zu entfernen. Die Füllung mit dem inerten Gas bzw. die Erzeugung von Vakuum in der Verpackung und der wesentliche Ausschluss von Luftsauerstoff sind von Vorteil für eine gute Aufbewahrungsmöglichkeit des Produkts.
Bei vielen Produkten sind die Dimensionen der Verpackung derart, dass es erforderlich ist, einen Überschuss an Verpackungsmaterial vorzusehen. damit die Enden der Verpackung flach aufeinander gebracht werden können, ohne dass dabei Falten entstehen, welche Kanäle bilden könnten, die durch die Schweissnaht führen. Durch Verwendung von flachem Verpackungsmaterial zur Verpackung eines rechteckigen Produkts wird die Entstehung von Falten begünstigt, welche in einem scharfen Punkt in den Ecken der Verpackung zusammenführen. Da der überhängende Teil der Verpakkung während der Manipulation und des Transports leicht verbogen wird, entsteht an diesen Stellen eine erhöhte Beanspruchung wie auch an anderen Stellen, wo durch Verbiegung einander kreuzende Falten entstehen.
Die Festigkeit und Biegsamkeit der bisher verwendeten Verpackungsmaterialien war nicht ausreichend, um diesen wiederholten konzentrierten Beanspruchungen gewachsen zu sein. Das hat zur Entstehung von Biegerissen und Löchern in den Enden der Verpackung geführt, die in Fig. 1 mit 9 bezeichnet sind, was einen Verlust der Schutzwirkung und ein Versagen der Verpackung zur Folge hatte.
Erfindungsgemäss wurde eine neue Kombination von Folien verwendet, welche in Form eines Laminates die erwünschten Eigenschaften hat und zusätzlich eine genügende Widerstandsfähigkeit gegen die Entstehung von Biegerissen und Löchern aufweist, die ein gutes Verpakkungsmaterial erfordert. Das erfindungsgemässe laminierte Verpackungsmaterial besteht vorzugsweise im wesentlichen aus den folgenden Schichten in der angegebenen Reihenfolge:
1. Die nach innen zu richtende Schicht des Laminats (d.h. die Schicht, welche dem zu verpackenden Produkt am nächsten liegt) ist ein durch Wärme schweissbares Material, welches für das zu verpackende Produkt geeignet ist, wie z.B. Polyäthylen, das in der Fig. 2 mit 10 bezeichnet ist.
2. Das Grundmaterial des Laminats ist eine Folie aus regenerierter Cellulose, z.B. Cellophan , das in der Fig. 2 die Bezeichnung 11 trägt.
3. Die dritte Schicht, die mit 12 bezeichnet ist, besteht aus Polyäthylen.
4. Die vierte und äusserste Schicht, die mit 13 bezeichnet ist, ist eine bei hohen Temperaturen wärmebeständige Schicht, deren Schmelzpunkt über dem des benachbarten Polyäthylens liegt.
Vorzugsweise ist die Schicht 11 aus Cellophan . auf mindestens einer Seite, am besten an beiden Seiten mit daran , einem Copolymeren des Vinylidenchlonds, beschichtet, wie durch die Bezugszeichen 14 und 15 angedeutet ist. Die äussere Schicht 13 besteht vorzugsweise aus einem orientierten Polypropylen. insbesondere aus einem wärmebehandelten biaxial orientierten Film von Polypropylen. Diese Schicht kann jedoch auch aus < (My- lar oder einem anderen geeigneten Material bestehen.
welches einen höheren Schmelzpunkt als die benachbarte Schicht von Polyäthylen und auch die für ein Verpakkungsmaterial erforderlichen übrigen Eigenschaften aufweist. Vorzugsweise hat das Polyäthylen eine Dichte von ungefähr 0,914 bis ungefähr 0,925 und einen Schmelzindex von ungefähr 4 bis ungefähr 12.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemässe laminierte Folie durch Extrusion hergestellt, obwohl auch ein Laminieren durch Kleben angewendet werden kann.
Die Gründe der unerwarteten besonderen Eignung der erfindungsgemässen Kombination von Materialien und des bevorzugt angewendeten Laminierens durch Extrusion in bezug auf die Widerstandsfähigkeit gegen die Bildung von Biegenssen und Löchern sind nicht vollständig bekannt. Es wird angenommen, dass diese günstigen Eigenschaften durch die Verteilung der Spannungen und das Zusammenwirken der einzelnen Schichten des Laminats verursacht werden, wodurch das Verpackungsmaterial mit den bisher unerreichten Eigenschaften erzielt wird.
Beim erfindungsgemässen Laminat, welches aus verhältnismässig billigen Materialien hergestellt werden kann, liefert das Cellophan eine nicht-thermoplastische Grundschicht, welche in einem breiten Bereich von Schweisstemperaturen gute Resultate ohne Gefahr eines Durchbrennens der Folie liefert und bedeutende Festigkeit sowie Widerstand gegen Dehnung aufweist, was für den erfindungsgemässen Zweck erwünscht ist. Bei Verwendung des Materials Saran ergibt sich eine gut dichtende Schicht gegen das Durchdringen von Gasen und Dämpfen. Der nach innen zu richtende Überzug 10 aus Polyäthylen trägt ebenfalls zur Dichtung gegen Feuchtigkeit bei und dient zusätzlich als dichtendes Mittel beim Verschliessen der Packungen durch Schweissen.
Der nach aussen zu richtende Überzug 12 eines Polyäthylens trägt ebenfalls zur Dichtung gegen Feuchtigkeit bei, dient jedoch hauptsächlich, zusammen mit der Schicht 10 aus Polyäthylen zur Umhüllung der Schicht 11 aus Cellophan , wobei durch die biegsame Beschaffenheit des Polyäthylens die dazwischen befindliche spröde Schicht von Cellophan gestützt wird. Die Schicht 13 dient schliesslich dazu, eine Verwendung der Folie in den üblichen Schweissmaschinen zu ermöglichen, da sie einen Schmelzpunkt hat, der höher liegt als der des benachbarten Polyäthylens.
Der wärmebehandelte, stabilisierte, biaxial orientierte Film aus Polypropylen, welcher vorzugsweise für die Schicht 13 verwendet wird, hat den Vorteil, dass er zäh, biegsam sowie widerstandsfähig gegen Dehnung und Abnützung an der Oberfläche ist, und dabei gleichzeitig ein Festkleben der Folie an den Schweissbacken der Verpackungsmaschine verhindert.
Trotzdem das erfindungsgemässe Verpackungsmaterial besondere Vorteile im Zusammenhang mit nicht mit dem Inhalt formgleichen Verpackungen bietet, kann dieses Material auch für Vakuum-Verpackung und formgleiche Verpackungen verwendet werden.
Die relative Dicke der einzelnen Schichten des erfindungsgemässen Laminats kann nach dem Ermessen des Fachmanns in bestimmten Grenzen verändert werden. Im allgemeinen liegt jedoch die Gesamtdicke der Cello- phanoschicht 11 zusammen mit benachbarten Schichten aus daran bei ca. 0,02 mm. Der nach innen zu richtende Überzug 10 aus Polyäthylen kann ca. 0,04 mm stark sein, der nach aussen zu richtende Überzug 12 aus Polyäthylen ca. 0,013 mm und der überzug 13 aus Polypropylen ebenfalls ca. 0,013 mm.
Besondere bevorzugte Ausführungen der Erfindung und Verfahren zur Herstellung des Laminats seien anhand der folgenden Beispiele erläutert:
Beispiel I
Ein Film aus 1,27.10 mm starkem, wärmebehandeltem, biaxial orientiertem Polypropylen der Marke < (Moplefane OTT (Montecatini, Italien), wurde durch Extrusion auf ein Cellophan 250 RS 1-E (mit Überzug aus daran ), der American Viscose Corp., mit 2,3 kg pro 280 m Polyäthylen vom U.S.I. Reinheitsgrad 203-2 mit einer nominalen Dichte von 0,916 und einem Schmelzindex von 8,0 laminiert. Dieses Laminat wurde dann auf der noch freien Seite des Cellophans mit einer Schicht von 11,8 kg pro 280 m2 Polyäthylen vom U.S.I.
Reinheitsgrad 203-2 versehen. Das Cellophan wurde vor der Verbindung mit dem Polyäthylen auf beiden Seiten mit einer Lösung von Polyäthylenimin überzogen.
Beispiel 2
Ein Film von 1,27.102 mm dickem, wärmebehandeltem, biaxial orientiertem Polypropylen der Marke Moplefane OTT der Montecatini, Italien, wurde durch Extrusion auf das Cellophan 250 RS 1-E > y (mit Überzug von Saran ) der American Viscose Corp., mit 3,2 kg pro 280 m2 Polyäthylen des Fabrikats Monsanto, Reinheitsgrad MPE-70 , mit einer nominalen Dichte von 0,919 und einem Schmelzindex von 5,0 laminiert. Dieses Laminat wurde dann durch Extrusion auf der noch freien Seite des Cellophans mit einer Schicht von 11 kg pro 280mm Polyäthylen der Qualität Monsanto, Reinheitsgrad MPE-70, versehen. Das Cellophan wurde vor der Verbindung mit dem Polyäthylen auf beiden Seiten mit einer Lösung von Polyäthylenimin überzogen.
Beispiel 3
Ein Film von 1,27.102 mm dickem, wärmebehandeltem, biaxial orientiertem Polypropylen der Marke Moplefane OTT der Montecatini, Italien, wurde durch Extrusion auf Cellophan 250 XCP 6-05 , der DuPont, mit 2,3 kg pro 280 m2 Polyäthylen vom U.S.I. Reinheitsgrad 203-2 mit einer nominalen Dichte 0,916 und einem Schmelzindex von 8,0 laminiert. Dieses Laminat wurde darauf durch Extrusion auf der noch freien Seite des Cellophans mit einem Überzug von 11,8 kg pro 280 m2 Polyäthylen vom U.S.I. Reinheitsgrad 203-2 versehen. Das Cellophan wurde vor der Verbindung mit dem Polyäthylen auf beiden Seiten mit einer Lösung von Polyäthylenimin überzogen.
Das laminierte Verpackungsmaterial nach den Beispielen 1 und 2 wurde zur Verpackung von Stücken von natürlichem Käse verwendet, und zwar auf einer Verpakkungsmaschine der Firma Hayssen, Moddel RT . Die Luft wurde aus den Packungen unter Verwendung des Gasspülverfahrens durch Kohlendioxyd ausgespült. Eine Anzahl von verschlossenen Packungen von jedem Typ des Verpackungsmaterials wurde in einem Behälter aus Wellpappe untergebracht.
Zu Vergleichszwecken wurden zur gleichen Zeit auf der gleichen Maschine ähnliche Packungen hergestellt, und zwar unter Verwendung eines auf dem Markte befindlichen Verpackungsmaterials, welches aus mit Sa ran überzogenem Mylar der Dicke 1,27.102 mm besteht und auf einer Seite einen Überzug von 0,05 mm Polyäthylen aufweist.
Verpackungen aus dem Verpackungsmaterial nach den Beispielen und dem zur Kontrolle dienenden Material wurden in dem Behälter Biegebeanspruchungen ausgesetzt, welche die Beanspruchungen bei der Manipulation und beim Transport simulierten. Der Behälter, der mit einzelnen Verpackungen gefüllt war, wurde auf einem runden, synchronen Schütteltisch mit einer Amplitude von 25 mm und einer Frequenz von 210 Zyklen pro Minute geschüttelt. Das Vorhandensein von Löchern bei jeder einzelnen Verpackung wurde durch Erzeugung eines geringen Luftdrucks mittels einer in die Packung eingeführten, hohlen Nadel bestimmt, wobei die Verpakkung unter Wasser gehalten und auf das Austreten von Luftblasen beobachtet wurde.
Die verwendeten Schüttelzeiten und die dabei entstandenen Löcher an den Bruchstellen, die dann festgestellt wurden, sind in der folgen den Tabelle zusammengesteift: Brüche der Verpacltungen beim Schüttelversuch Material Anzahl Schüttel- Unter Wasser fest
Packun- dauer gestellte Beschädi gen (Stdn.) dungen
Anzahl Is Fehler Beispiel 1 36 2.5 2 6 Beispiel 1 16 2.5 1 6 Beispiel 2 13 4 0 0 Mylar -Polyäthyien 13 2,5 9 70 8 2,5 8 100 8 8 2,5 8 100 ) > 10 4 10 100
Ein weiterer Versuch,
welcher zur Bestimmung der relativen Eignung von verschiedenen Verpackungsmaterialien durchgeführt wurde, bestand darin, dass der oben beschriebene Schüttelversuch wiederholt wurde, wobei die Verpackungen anschliessend in einem Kühlraum gelagert wurden, um den Zustand des Käses am Ende eines bestimmten Zeitraums von z.B. vier Wochen zu untersuchen. Dieser Versuch wurde mit dem Material nach dem Beispiel 2 durchgeführt, wobei die Resultate mit dem Verpackungsmaterial aus Mylar verglichen wurden. Es wurde festgestellt, dass das erfindungsgemässe Material, wovon 23 Verpackungen vier Stunden lang geschüttelt wurden, nur in einer Verpackung Schimmel entstehen liess, was einer Fehlerquote von 4% entspricht.
Bei den Verpackungen aus dem Material Mylar - Polyäthylen, bei denen 26 Verpackungen während der gleichen Zeit von vier Stunden geschüttelt und dann unter den gleichen Bedingungen im Kühlraum ebenso lange gelagert wurden, zeigten 20 von den 26 Packungen Schimmel, was einer Fehlerquote von 77% entspricht.
Die überraschende Überlegenheit des erfindungsgemässen Verpackungsmaterials wurde auch von anderer Seite, die andere Versuchsmethoden anwendete, bestätigt, wobei festgestellt wurde, dass das Material mit Mylar nach 15 000 Biegezyklen versagt während das erfindungsgemässe Material nach 150 000 Biegezyklen keine Zeichen einer Beschädigung zeigte.
Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass das erfindungsgemässe Laminat als Grundmaterial relativ brüchige regenerierte Cellulose verwendet, ist es bemerkenswert, dass es möglich ist, durch diese neuartige Kombination von z.B. Cellophan mit anderen Materialien ein Verpackungsmaterial zu erhalten, welches eine Überlegenheit von 10:1 oder noch mehr bezüglich der Bildung von Biegerissen und Löchern gegenüber dem festen und zähen Material Mylar zeigt.
PATENTANSPRUCH I
Biegsames. durchsichtiges, gas- und feuchtigkeitundurchlässiges, heissverschweissbares, gegen Biegerissund Löcherbildung beständiges, laminiertes Verpakkungsmaterial, gekennzeichnet durch eine Folie aus regenerierter Cellulose (11), die eingeschlossen ist zwischen einer nach der Innenseite der Verpackung zu richtenden Schicht aus Polyäthylen (10) und einer äusseren Schicht (13) eines wärmebeständigen Materials, dessen Schmelzpunkt höher liegt als der von Polyäthylen, sowie durch Mittel zur Verbindung der Schichten.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verpackungsmaterial nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die äussere Schicht (13) aus
Polypropylen besteht.
2. Verpackungsmaterial nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Verbindung der äusseren Schicht (13) mit der Folie (11) aus regenerierter Cellulose Polyäthylen (12) ist.
3. Verpackungsmaterial nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Folie (11) aus regenerier ter Cellulose mit einem Vinylidenchlorid-Copolymer (14,
15) beschichtet ist.
4. Verpackungsmaterial nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypropylen wärmebehandelt und biaxial orientiert ist.
5. Verpackungsmaterial nach Patentanspruch I oder einem der vorstehenden Unteransprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polyäthylen eine Dichte von 0,914 bis 0,925 und einen Schmelzindex von über 4 aufweist.
PATENTANSPRUCH II
Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsmaterials nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Folie aus biaxial orientiertem Polypropylen mittels einer aus einem polymeren Material gebildeten Verbindungsschicht auf die eine Oberfläche einer Folie aus regenerierter Cellulose, die mit einem Vinylidenchlorid-Copolymer beschichtet ist, laminiert und auf die andere Oberfläche der Folie aus regenerierter Cellulose, die mit einem Vinylidenchlorid-Copolymer beschichtet ist, laminiert und auf die andere Oberfläche der Folie aus regenerierter Cellulose eine Schicht aus einem warm verschweissbaren Polyäthylen, dessen Schmelzpunkt tiefer liegt als der des Polypropylens, extrudiert.