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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf Nahrungsmittelbehälter
und Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Nahrungsmittelbehältern, z.
B. Verbunddosen, und bezieht sich insbesondere auf Siegelschichten,
die für
eine Verwendung zum Versiegeln solcher Behälter geeignet sind.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Nahrungsmittel- und Getränkeprodukte
und andere verderbliche Gegenstände
werden häufig
in rohrförmige
Behälter
verpackt, die an beiden Enden abgedichtet bzw. versiegelt sind.
Diese rohrförmigen Behälter weisen üblicherweise
wenigstens eine strukturelle bzw. tragende Körperlage auf und werden durch
Wickeln eines fortlaufenden Streifens eines Körperlagenmaterials um einen
Dorn mit einer gewünschten
bzw. vorgegebenen Form gebildet, um eine rohrförmige Struktur zu schaffen.
Der Körperlagenstreifen
kann spiralförmig
um den Dorn herumgewickelt werden oder an einer Anzahl an Formelementen
vorbeigeführt
werden, um in eine übereinander gewickelte
bzw. übereinander
gerollte Form um den Dorn gewickelt zu werden. Am unteren Ende des Dorns
wird das Rohr in endliche bzw. einzelne Längen geschnitten bzw. aufgeteilt
und dann mit Endverschlüssen
versehen, um den Behälter
zu formen.
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Rohrförmige Behälter dieser Art weisen üblicherweise
eine Decklage auf der Innenfläche
der Körperlage
aus Pappe auf. Die Decklage verhindert das Austreten von Flüssigkeiten,
wie z. B. Saft, aus dem Behälter
und hindert ebenso Flüssigkeiten
am Eintreten in den Behälter
und eine eventuelle Kontamination bzw. Verunreinigung des darin
befindlichen Nahrungsmittels. Vorzugsweise ist die Decklage ebenso
resistent gegenüber
einer Durchlässigkeit von
Gasen, um Gerüche
des Nahrungsmittelproduktes in dem Behälter an einem Austreten zu
hindern und um einen Eintritt von atmosphärischer Luft in den Behälter und ein
Verderben des Nahrungsmittelproduktes zu verhindern. Deswegen weist
die Decklage Sperreigenschaften auf und die Körperlage sorgt für strukturelle
bzw. tragende Eigenschaften.
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Zusätzlich weisen gegenwärtige kommerzielle
Behälter
häufig
membran-ähnliche
Deckel oder Endverschlüsse
auf, die an einen Rand der Wand des Verbundbehälters heißversiegelt sind, um ein abschälbares Siegel
zu formen. Der Rand wird gebildet, indem das Ende des Behälters nach
außen
gedreht wird, um die innere Schicht des Decklagenmaterials auf einer
nach außen
gekrümmten
Fläche
zu positionieren bzw. anzuordnen.
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Eine große Schwierigkeit beim Entwickeln
eines brauchbaren Heißsiegels
zwischen dem Behälterdeckel
und dem Rand der Behälterwand
ist das Ausbalancieren der Haftfestigkeit mit der Leichtigkeit des Öffnens für den Endverbraucher.
Während
des Transportes erfahren die versiegelten Behälter Temperatur- und Druckextreme,
die das Heißsiegel
beanspruchen und zu einem Zerreißen des Behälters führen können. Die Haftfestigkeit muss
ausreichend sein, um der Härte
des Transports zu widerstehen. Insbesondere, wenn die Behälter in
der einen Höhe verpackt
und versiegelt werden und dann einem geringeren Umgebungsluftdruck
ausgesetzt werden, wie beispielsweise während des Lufttransportes oder beim
Transport zu Verbrauchern in größeren Höhen, wird
ein relativer Zwängungsdruck
innerhalb des Behälters
erzeugt, welcher ein Zerreißen
des Siegels zwischen dem Deckel und dem Behälter verursachen könnte. Die
Fähigkeit
des Behälters,
ein Zerreißen unter
solchen Bedingungen zu vermeiden, ist als Berstfestigkeit bekannt.
Wenn die Berstfestigkeit jedoch ansteigt, gibt es grundsätzlich einen
einhergehenden Anstieg in der Schwierigkeit des Öffnens des Behälters, welche
sich durch das Haftvermögen
oder den Haftwiderstand des Behälters
zeigt. Die höhere Berstfestigkeit
verhindert unterschiedslos sowohl ein Zerreißen während des Transports als auch
ein Öffnen
durch den Endverbraucher.
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Verschiedene Arten von heißsiegelfähigen Beschichtungen
sind sowohl beim Deckel als auch bei Decklagen konventioneller Behälter verwendet worden.
Zum Beispiel ist SURLYN® Polymer ein Produkt von
Dupont, ein aus dem Stand der Technik bekanntes Material und wird
häufig
als Heißsiegelbeschichtung
verwendet. Typischerweise sind die Schicht des Behälters und
die Schicht der Membran, die sich gegenseitig kontaktieren, aus
SURLYN® Polymer
gefertigt. Diese zwei Schichten aus SURLYN® Polymer
sind entlang der Oberseite des Behälterwulstes heißversiegelt.
Die zwei SURLYN® Schichten bilden
eine äußerst starke
Haftschicht, die relativ gleichförmig
in ihrer Dicke über
der Siegelfläche bleibt.
Aufgrund der starken vernetzten Haftung, die durch die SURLYN® Polymer
gebildet ist, kann jedoch das Öffnen
des Behälters
eine Haftkraft erfordern, die für
einige Verbraucher zu hoch ist und üblicherweise im Reißen und
Freilegen der anderen Schichten der Behälterwand resultiert, wie beispielsweise
der Körperwand
aus Pappe, wie dies im U. S. Patent 4,280,653 von Elias dargestellt
ist. Dies gibt der Oberfläche
des Behälters
verlottertes, unerwünschtes
Erscheinungsbild.
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In der
US
5,979,748 (korrespondierend zur U. S. Patentanmeldung Nr.
09/065,783), welche auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen
ist, ist die Bildung zweier Heißsiegelwülste beschrieben.
Die zwei Wülste
weisen einen inneren Heißsiegelwulst
und einen äußeren Heißsiegelwulst auf,
wobei jeder Heißsiegelwulst
aus heißsiegelfähigen Polymeren
der Siegelschichten der Membrane und der Decklagen gebildet ist.
Die zwei Wülste
werden durch Anwendung von Hitze und Druck gebildet, um die heißsiegelfähigen Polymere
zum Wegfließen von
einem Zentralbereich des Heißsiegelbereiches hin
zum Inneren und Äußeren des
Behälters
zu zwingen. Die Reduzierung der Menge des Heißsiegelmaterials in dem zentralen
Heißsiegelbereich
reduziert die Haftfestigkeit in dem zentralen Heißsiegelbereich und
erlaubt ein Öffnen
des Behälters
ohne ein unansehnliches Reißen
der Decklage und Freilegen der Schicht aus Pappe der Behälterwand.
Das Bilden der Wülste
nach der ebenfalls an hängigen
Anmeldung beseitigt jedoch nicht vollständig die Schwierigkeit des
Ausbalancierens der Berstfestigkeit und der Leichtigkeit des Öffnens.
Es wäre
vorteilhaft, einen versiegelten Behälter und ein Verfahren zum
Versiegeln eines Behälters
vorzusehen, die eine verbesserte Leichtigkeit beim Öffnen und
ein attraktives Erscheinungsbild nach dem Öffnen mit einer Siegelfestigkeit
und Sperreigenschaften, die für
den Schutz der Produkte innerhalb des Containers notwendig sind,
kombinieren.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Verschiedene Aspekte der Erfindung
sind in den unabhängigen
Ansprüchen
definiert. Einige bevorzugte Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Der Verbundbehälter der vorliegenden Erfindung
gleicht erfolgreich die Notwendigkeit für ein leichtes Öffnen mit
der Berstfestigkeit aus, die notwendig ist, um ein hermetisches
Siegel trotz Druckänderungen
aufrecht zu erhalten, welche üblicherweise
während
des Transportes des Behälters auftritt.
Der Deckel oder Verschluss, der an das Ende des Verbundbehälters der
vorliegenden Erfindung gesiegelt ist, weist eine Zweischicht-Siegelzusammensetzung
auf, die für
die notwendige Kombination des leichten Öffnens und der Berstfestigkeit
sorgt. Die Siegelzusammensetzung weist eine Grundschicht und eine
nahe an dieser angeordnete zerbrechbare Schicht auf. Vorzugsweise
die Ethylen-Methyl-Acrylat-Copolymer.
Die zerbrechbare Schicht des Deckels ist an die Decklage des rohrförmigen Behälters derart
gesiegelt, dass die Haftfestigkeit zwischen der zerbrechbaren Schicht
des Deckels und der Decklage größer ist
als die Haftfestigkeit zwischen der zerbrechbaren Schicht und der Grundschicht.
Deshalb sorgt der Deckel der vorliegenden Erfindung für ein abziehbares
Siegel, bei dem der Bereich der zerbrechbaren Schicht, der an den
Behälter
heißversiegelt
ist, derart von der Grundschicht delaminiert, dass der heißversiegelte
Bereich der zerbrechbaren Schicht an dem Deckel des Behälters gesiegelt
verbleibt.
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Die vorliegende Erfindung stellt
einen versiegelten Verbundbehälter
zur Verfügung,
der einen rohrförmigen
Körperteil
aufweist, der zumindest eine Körperlage
aus Pappe und eine Decklage aufweist, die an die Innenfläche des
rohrförmigen
Körperteils angehaftet
ist. Zumindest ein Ende des Körperteils und
die Decklage werden nach außen
gerollt, um einen Rand zu bilden und die Decklage freizulegen. Der
versiegelte Behälter
weist weiterhin einen Deckel oder Verschluss auf, der funktionsfähig nahe
dem Rand angeordnet ist und an diesen heißversiegelt ist. Der Deckel
weist die oben beschriebene Zweischicht-Siegelzusammensetzung auf
und ist funktionsfähig
mit der Sperrschicht verbunden, die entwickelt ist, um den Durchtritt
von unerwünschten
Substanzen in den und aus dem Behälter zu verhindern. Der Ausdruck „funktionsfähig verbunden"
beabsichtigt, alle Ausführungsformen
zu umfassen, worin die zwei benannten Schichten Teil desselben Mehrschicht-Deckels
sind, jedoch nicht notwendigerweise nahe zu einander gelegen sind.
Obwohl einige bevorzugte Anordnungen des Deckels hierin beschrieben sind,
ist die relative Anordnung der Schichten des Deckels, sofern nicht
anderweitig angemerkt, unkritisch im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
Die zerbrechbare Schicht ist so angeordnet, daß sie dem Rand zugewandt ist,
um an diesem heißversiegelt
zu werden. Das Heißsiegel,
das zwischen dem Rand und dem Deckel geschaffen ist, hat eine ausreichende
Berstfestigkeit, um ein hermetisches Siegel beizubehalten, wenn
es einem Vakuum von 10 inches Hg bei Raumtemperatur für 30 Minuten
ausgesetzt ist.
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Vorzugsweise weist die Grundschicht
eine Dicke zwischen 2,54 μm
und 25,4 μm
(0,1 und 1,0 mil) auf, weiter bevorzugt eine Dicke von ungefähr 12,7 μm (0,5 mil).
Die zerbrechbare Schicht weist vorzugsweise eine Dicke zwischen
ungefähr
12,7 und 50,8 μm
(0,5 und ungefähr
2,0 mil) auf, und weiter bevorzugt eine Dicke von ungefähr 38,1 μm (1,5 mil).
Wenn die zerbrechbare Schicht aus einem Ethylen-Methyl-Acrylat-Copolymer
besteht, weist die zerbrechbare Schicht vorzugsweise zwischen ungefähr 15 und
ungefähr
25 Gewichtsprozent Methyl-Acrylat, und weiter bevorzugt ungefähr 20 bis
ungefähr
25 Gewichtsprozent Methyl-Acrylat
auf. Die Grundschicht und die zerbrechbare Schicht können als
eine coextrudierte Beschichtung auf der nächsten, nahen Schicht des Deckels
gebildet werden. Wenn die Grundschicht und die zerbrechbaren Schichten
alternativ Schlauchfolien sind, können die zwei Schichten an
die nächste
Schicht des Deckels laminiert werden, wie beispielsweise durch klebende
Lamination, Extrusionsbeschichten oder Coextrusionsbeschichten.
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Der Deckel kann weiterhin zusätzliche Schichten
aufweisen. Zum Beispiel könnte
der Deckel eine Trägerschicht
aufweisen, die funktionsfähig mit
der Sperrschicht verbunden ist. Zusätzlich könnte die Deckelstruktur eine
Kraftpapierschicht aufweisen, die ebenso funktionsfähig mit
der Sperrschicht verbunden ist. In einer Ausführungsform trägt das Kraftpapier
gedruckte Indizes auf einer Oberfläche darauf.
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Verfahren zum Herstellen des Deckels
und rohrförmigen
Behälters
werden ebenso bereitgestellt. In einem Verfahren zum Herstellen
des Deckels, wird ein Trägerschicht-Substrat
mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche bereit gestellt. Eine Sperrschicht ist
an der ersten Oberfläche
des Trägerschicht-Substrats befestigt.
Eine Papierschicht an der freigelegten Oberfläche der Sperrschicht befestigt.
Zusätzlich wird
die Zweischicht-Siegelzusammensetzung an der zweiten Oberfläche des
Trägerschicht-Substrats befestigt.
Vorzugsweise wird eine Grundierungs-Beschichtung auf die erste Oberfläche des
Trägerschicht-Substrats
aufgebracht und dann, bevor die Sperrschicht an der ersten Oberfläche des
Trägerschicht-Substrats
befestigt wird, getrocknet.
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Die Sperrschicht könnte an
dem Trägerschicht-Substrat
befestigt werden, indem die zwei Schichten zu einem Beschichtungs- Quetschwalzenpaar
befördert
werden und indem auch eine coextrudierte Polymer-Zusammensetzung
in das selbe Quetschwalzenpaar geleitet wird. Die zwei Schichten werden
zusammen laminiert, wobei die coextrudierte Polymer-Zusammensetzung
dazwischen gelegen ist.
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In ähnlicher Weise könnte die
Papierschicht an der Sperrschicht befestigt werden, indem die zwei Schichten
zu einem Laminierungs- bzw. Beschichtungs-Quetschwalzenpaar befördert werden
und indem auch eine coextrudierte Polymer-Zusammensetzung in das
selbe Quetschwalzenpaar geleitet wird. Die Sperrschicht und die
Papierschicht werden zusammen laminiert, wobei die coextrudierte
Polymer-Zusammensetzung dazwischen gelegen ist.
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Die Zweischicht-Siegelzusammensetzung könnte an
dem Trägerschicht-Substrat
durch Aufbringen einer klebenden bzw. haftenden Zusammensetzung
auf jede Oberfläche
des Trägerschicht-Substrats oder einer
Oberfläche
der Siegelzusammensetzung befestigt werden. Danach könnten die
Siegelzusammensetzung und das Trägerschicht-Substrat zusammen
laminiert werden, mit der klebenden Zusammensetzung dazwischen.
Zum Bespiel könnte die
klebende Zusammensetzung bzw. Kleberzusammensetzung einen aushärtenden
Klebstoff aufweisen, eine extrudierte Polymer-Zusammensetzung oder eine coextrudierte
Polymer-Zusammensetzung. In einer anderen Ausführungsform ist die Zweischicht-Siegelzusammensetzung
auf das Trägerschicht-Substrat
als eine coextrudierte Beschichtung aufgetragen. Eine Schicht von
Indizes könnte
auf die freigelegte Oberfläche
der Papierschicht gedruckt werden.
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In einem Verfahren zum Herstellen
eines versiegelten Behälters
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein rohrförmiges
Teil vorgesehen, das zumindest eine Körperlage aus Pappe und eine
Decklage aufweist, welche an der Innenfläche der Körperlage befestigt wird. Zumindest
ein Ende des rohrförmigen
Teils wird nach außen
gerollt, um einen Rand zu bilden und die Decklage freizulegen. Ein
Deckel ist ebenso zum Verschließen
des Endes des rohrförmigen
Teils vorgesehen. In einer Ausführungsform weist
der Deckel eine Sperrschicht und eine Zweischicht-Siegelzusammensetzung,
wie oben beschrieben, auf. Der Deckel ist gegenüber dem Rand derart positioniert,
dass die zerbrechbare Schicht die Decklage kontaktiert. Die Siegelzusammensetzung wird
unter Bedingungen erhitzt, die ausreichend sind, um zumindest einen
Bereich der zerbrechbaren Schicht fließfähig werden zu lassen. Der fließfähige Bereich
der zerbrechbaren Schicht wird dann derart an den Rand gesiegelt,
dass der Deckel hermetisch an die Decklage gesiegelt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Einige der Aufgaben und Vorteile
der vorliegenden Erfindung wurden dargelegt, andere werden im Verlaufe
der Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen,
welche nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind, deutlich
werden. Es zeigen:
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1 eine
fragmentarische Perspektivansicht eines Behälters der vorliegenden Erfindung, welche
den Öffnungsmechanismus
darstellt, wobei die Decklage nicht auf die darunter liegende Pappe durchgerissen
ist;
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2 eine
fragmentarische und vergrößerte Ansicht
des versiegelten Endes des rohrförmigen
Behälters
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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3 eine
fragmentarische und stark vergrößerte Querschnittsansicht
einer Ausführungsform des
Behälterdeckels
der vorliegenden Erfindung;
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4A eine
stark vergrößerte Querschnittsansicht
des versiegelten Endes eines Behälters
der vorliegenden Erfindung entlang der Linien 4A–4A aus 1;
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4B eine
stark vergrößerte Querschnittsansicht
des Heißsiegels
der vorliegenden Erfindung, wobei der Beginn eines Risses in der
Siegelzusammensetzung während
des Öffnens
des Behälters
dargestellt ist;
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4C eine
stark vergrößerte Querschnittsansicht
des Heißsiegels
der vorliegenden Erfindung, nachdem der Behälter geöffnet wurde;
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5A eine
vergrößerte Querschnittsansicht
der Heißsiegelvorrichtung
der vorliegenden Erfindung vor einem Kontakt mit dem Behälter der
vorliegenden Erfindung;
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5B eine
vergrößerte Querschnittsansicht
einer Ausführungsform
des Siegelkopfes der Heißsiegelvorrichtung
der vorliegenden Erfindung, welcher den Deckel des Behälters kontaktiert
und den fließfähigen Bereich
der Siegelzusammensetzung bevorzugt zum Inneren des Behälters zwingt;
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5C eine
vergrößerte Querschnittsansicht
des versiegelten Endes eines Behälters
der vorliegenden Erfindung nach dem Siegel-Schritt;
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6 eine
schematische Ansicht eines Prozesses zum Fertigen des Behälterdeckels
der vorliegenden Erfindung; und
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7 eine
Draufsicht auf eine Ausführungsform
einer Vorrichtung zum Herstellen eines rohrförmigen Behälters gemäß der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wird nun
nachfolgend weiter volltändig
beschrieben unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen
bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen
verschiedenen Formen ausgeführt
werden und sollte nicht auf die nachstehenden Ausführungsbeispiele
beschränkt ausgelegt
werden; vielmehr sind diese Ausführungsbeispiele
derart ausgebildet, dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist
und den Anwendungsbereich der Erfindung für Fachleute vollständig übermitteln
wird. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich immer auf gleiche Elemente.
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Ein rohrförmiger Behälter 10 ist in 1 dargestellt. Obwohl mit
einem kreisförmigen
Querschnitt dargestellt, kann das Rohr eine beliebige Querschnittsform
aufweisen, welche durch das Wickeln des Rohres um einen entsprechend
geformten Dorn gebildet werden kann. Ein Beispiel ist ein grundsätzlich rechteckförmiges Rohr
mit abgerundeten Ecken.
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Das in 1 dargestellte
Ausführungsbeispiel
ist besonders vorteilhaft für
das Verpacken von Snacks, wie zum Beispiel Kartoffelchips, und weist einen
flexiblen Deckel oder – verschluss
11 auf, auf den sich auch als membran-ähnlicher Deckel bezogen wird,
und eine wiederverwendbare Endkappe oder Verschluss 12 aus
Plastik über
dem Siegel. Verschiedene andere Endverschlüsse können jedoch, abhängig von
der Art des Nahrungsmittelproduktes, das zu verpacken ist, verwendet
werden, wie beispielsweise Teig.
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Wie in 2 detaillierter
dargestellt ist, weist der rohrförmige
Behälter 10 eine
Wand mit einer Körperlage 13,
die vorzugsweise aus Pappe besteht, und mit einer Decklage 14 auf,
die vorzugsweise aus einem Polymer-Material gebildet ist und an
der Innenfläche
der Körperlage 13 anhaftet.
Wie oben angemerkt, sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise
maßstabsgerecht
und einige der verschiedenen Schichten der vorliegenden Erfindung
sind stark vergrößert gezeigt,
um eine bessere Klarheit in den Zeichnungen zu erleichtern. Falls
gewünscht,
könnte eine
Etikettenlage 16 an die Außenfläche der Körperlage 13 angehaftet
werden. Das äußere Ende
des rohrförmigen
Behälters 10 ist
nach außen
gerollt, um einen Rand 15 zu bilden. Der Deckel 11 ist
hermetisch versiegelt mit der Oberseite des Randes
15,
wie nachfolgend diskutiert. Der Endverschluss 12 wird dann über den
Rand 15 geschnappt und kann wiederverwendet werden, nachdem
der Deckel 11 entfernt worden ist. Ein Verschluss (nicht
dargestellt), z. B. ein Metallverschluss, kann an dem gegenüberliegenden
Ende des Behälters 10 befestigt
werden.
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Der Deckel 11 ist aus mehreren
Lagen konstruiert. Eine bevorzugte Ausführungsform des Deckels 11 der
vorliegenden Erfindung ist in 3 gezeigt.
Wie gezeigt, weist der Deckel 11 eine Schicht 18 aus
Papier oder Pappe auf, wie z. B. eine einseitig glatte, gebleichte
Kraftpapierschicht. Die freigelegte Außenfläche der Schicht 18 aus
Pappe könnte
optional gedruckte Indizes 17 tragen.
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Eine Sperrschicht 20 wird
ebenso bereitgestellt, die als eine Sperre gegenüber dem Durchtritt von Flüssigkeiten
und/oder Gasen, wie beispielsweise Sauerstoff, dient. Wenn eine
Sperre sowohl für Flüssigkeiten
als auch für
Gase erforderlich ist, wird das Sperr-Material vorzugsweise aus
der Gruppe ausgewählt,
die aus einer Metallfolie besteht, wie beispielsweise einer Aluminiumfolie,
Polyethylenterephthalat, modifiziertes Polyethylenterephthalat,
Polyethylennapthalat, Polyamid, metallisiertes Polyester, metallisiertes
Polypropylen, metallisiertes Polyamid und Gemische davon. Geeignete
Materialien für
die Sperrschicht 20 weisen auf eine Folie, Polyamid, metallisiertes
Polyamid, Polyvinylidenchlorid, Polyethlyenterephthalat, modifiziertes
Polyethylenterephthalat, metallisiertes Polyethylenterephthalat,
metallisiertes modifiziertes Polyethylenterephthalat, Polyethylennapthalat,
metallisierters Polyethylennapthalat, metallisiertes Polyproplyen,
Metalloxyd und silikatbeschichtetes Polyester, Metalloxyd und Silikatbeschichtetes
Polypropylen, Ethylenvinylalkohol und Mischungen davon. Die Sperrschicht 20 wird
vorzugsweise an der Schicht 18 aus Pappe unter Verwendung
einer Kleberzusammensetzung 19 angehaftet. Die Kleberzusammensetzung 19 kann
irgendeine geeignete Kleberzusammensetzung, die im Stand der Technik
bekannt ist, darstellen. Vorzugsweise ist die Kleberzusammensetzung 19 eine coextrudierte
Polymerzusammensetzung, die eine Polyethlyen (LDPE) Schicht 23 geringer
Dichte aufweist und nahe der Papierschicht 18 gelegen ist,
und die eine Ethylenmetacrylsäure
(EMAA) Schicht 24 aufweist, die nahe der Sperrschicht 20 gelegen
ist. Alternativ kann die Kleberzusammensetzung 19 ein Polyurethan
aufweisen.
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Wie in 3 gezeigt
ist, weist eine bevorzugte Ausführungsform
des Deckels 11 auch eine Trägerschicht 33 auf.
Die Trägerschicht 33 sorgt
für Steifheit
und Zerreißfestigkeit.
Vorzugsweise weist die Trägerschicht 33 Polyethylenterephthalat,
Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Folie oder metallisierte Varianten
davon auf. Die Trägerschicht 33 ist an
der Sperrschicht 20 unter Verwendung einer Kleberzusammensetzung 21 befestigt.
Die Kleberzusammensetzung 21 kann aus irgendeiner Kleberzusammensetzung,
die aus dem Stand der Technik bekannt ist, gefertigt werden. Vorzugsweise
weist die Kleberzusammensetzung 21 eine coextrudierte Polymer-Zusammensetzung
auf, die eine EMAA-Schicht 27 und eine LDPE-Schicht 25 umfasst,
worin die EMAA-Schicht 27 nahe der Sperrschicht 20 gelegen ist
und die LDPE-Schicht 25 der Trägerschicht 33 zugewandt
ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist
eine Grundierungsschicht 31 zwischen der Kleberzusammensetzung 21 und
der Trägerschicht 33 angeordnet.
Die Grundierungsschicht 31 weist vorzugsweise ein Material
auf, das aus der Gruppe gewählt ist,
welche Polyurethan und Polyethylen-Imin (PEI) umfasst.
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Vorteilhafterweise weist der Deckel 11 weiterhin
eine Siegelschicht 22 auf. In einer Ausführungsform,
wie dies in 3 gezeigt
ist, wird die Siegelschicht 22 an die Trägerschicht 33 mittels
einer Kleberzusammensetzung 35 gehaftet. Die Kleberzusammensetzung 35 kann
aus irgendeiner geeigneten Kleberzusammensetzung gefertigt sein,
die aus dem Stand der Technik bekannt ist. Vorzugsweise ist die Kleberzusammensetzung 35 aus
der Gruppe ausgewählt,
die einen aushärtenden
Klebstoff umfasst, wie z. B. Polyurethan, extrudierte Polymerzusammensetzungen
oder coextrudierte Polymerzusammensetzungen, wie z. B.
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die oben beschriebenen coextrudierten
Zusammensetzungen zur Verwendung als Kleberzusammensetzungen 19 und 21.
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Die Siegelschicht 22 ist
eine Zweischicht-Siegelzusammensetzung, die eine Grundschicht 37 und
eine zerbrechbare Schicht 39 nahe der Grundschicht aufweist.
Die zerbrechbare Schicht 39 ist als eine äußerste Schicht
des Deckels 11 angeordnet, um den Rand 15 des
Behälters 10 für eine Heißversiegelung
daran zu kontaktieren. Die Grundschicht 37 weist vorzugsweise
ein Polymer-Material auf, das fähig
ist, an der zerbrechbaren Schicht 39 des Deckels zu haften.
Vorteilhafterweise ist die Grundschicht 37 aus der Gruppe
ausgewählt,
die hochdichtes Polyethylen, Polypropylen und Polystyrol umfasst.
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Die zerbrechbare Schicht 39 weist
vorzugsweise ein heißfließfähiges Material
aus einem Polymer auf, das fähig
ist ein Schmelzsiegel an dem Rand 15 des Behälters 10 zu
erzeugen. Die zerbrechbare Schicht 39 sollte fähig sein,
an der Decklage 14 des rohrförmigen Behälters 10 zu versiegeln, so
dass die Haftfestigkeit zwischen der zerbrechbaren Schicht und der
Decklage größer ist
als die Haftfestigkeit zwischen der zerbrechbaren Schicht und der
Grundschicht 37. Deshalb sorgt der Deckel 11 der
vorliegenden Erfindung, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird,
für ein
schälbares
Siegel, worin der Bereich zerbrechbaren Schicht 39, der an
den Rand 15 heißversiegelt
ist, in einer Weise von der Grundschicht 37 laminiert bzw.
aufblättert,
dass der heißversiegelte
Bereich der zerbrechbaren Schicht an dem Rand des Behälters 10 versiegelt bleibt.
Vorzugsweise ist die zerbrechbare Schicht 39 aus der Gruppe
gewählt,
die Ethylen-Methyl-Acrylat-Copolymer (EMA), ionomere Polymere, wie
z. B. SURLYN® Polymer,
Ethylen-Vinylacetat, Ethylen-Metacrylsäure (EMAA) und Ethylen-Acrylsäure (EAA)
umfasst.
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Die Grundschicht 37 hat
vorzugsweise eine Dicke zwischen ungefähr 2,54 und ungefähr 25,4 μm (0,1 und
ungefähr
1,0 mil). In einer Ausführungsform hat
die Grundschicht 37 eine Dicke von ungefähr 12,7 μm (ungefähr 0,5 mil).
Die zerbrechbare Schicht
39 hat eine Dicke zwischen ungefähr 12,7
und 50,8 μm
(ungefähr
0,5 und 2,0 mil). In einer Ausführungsform
hat die zerbrechbare Schicht 39 eine Dicke von ungefähr 38,1 μm (1,5 mil).
Wenn die zerbrechbare Schicht 39 ein Ethylen-Methylacrylatcopolymer
aufweist, weist das Copolymer vorzugsweise ungefähr 15 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent
Methylacrylat, weiter bevorzugt ungefähr 20 bis ungefähr 25 Gewichtsprozent
Methylacrylat auf.
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Die Siegelschicht 22 kann
in der Form einer Beschichtung, wie z. B, einer coextrudierten Beschichtung
oder einer Folie, wie z. B. einer Schlauchfolie, verwendet werden.
Zum Beispiel können
die zwei Schichten der Siegelschicht 22 als eine coextrudierte
Beschichtung auf der am nächsten
angeordneten Schicht des Deckels 11, wie z. B. der Trägerschicht 33,
gebildet werden. Alternativ können
die zwei Schichten der Siegelschicht 22 Schlauchfolien aufweisen,
die unter Verwendung einer Kleberzusammensetzung an der nächstgelegenen
Schicht des Deckels 11 laminiert werden, wie z. B. der
oben beschriebenen Kleberzusammensetzung 35. Vorzugsweise
weist die Siegelschicht 22 eine Schicht 37 aus
hochdichtem Polyethylen (HDPE) und eine EMA-Schicht 39 auf. Wenn die EMA-Schicht
eine Schlauchfolie ist, liegt der Schmelzindex der EMA-Schicht 39 zwischen
ungefähr
1,0 und ungefähr 4,0.
Wenn die EMA-Schicht 39 eine extrudierte Beschichtungsschicht
ist, ist der bevorzugte Bereich des Schmelzindex ungefähr 5,0 bis
ungefähr
12,0.
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Ein kommerziell verfügbares Material,
das zur Verwendung als Grundschicht 37 geeignet ist, ist das
9608 Harz, das von Chevron verkauft wird. Ein kommerziell verfügbares Material,
das für
die Verwendung als zerbrechbare Schicht 39 geeignet ist,
ist das 2255 oder 2205 Harz, das von Chevron verkauft wird.
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Die Siegelschicht 22 des
Deckels 11 hat eine Gesamtdicke zwischen ungefähr 0,6 und
ungefähr 3,0
mils, am meisten bevorzugt hat es eine Dicke zwischen ungefähr 38,1 μm (1,5 mils)
bis ungefähr
76,2 μm
(3,0 mils). Die Siegelschicht 22 hat ein Gewicht zwischen
ungefähr
4,5 kg/279 m2 (16,3 g/m2)
bis ungefähr 22,7
kg/279 m2 (81,4 g/m2)(10 bis ungefähr 50 lbs./3000
ft2) und bevorzugt ungefähr 16,3 bis ungefähr 81,4
g/m2 (20 bis ungefähr
40 lbs/3000 ft2). Sehr bevorzugt hat die
Siegelschicht 22 ein Gewicht von ungefähr 32,6 bis ungefähr 40,7
g/m2 (25 lbs/3000 ft2) bis ungefähr 65,1
g/m2 (40 lbs/3000 ft2). Die Siegelschicht 22 ist
relativ dick, um zu verhindern, dass sich natürliche Variationen in dem Prozess
der Behälterfertigung
auf die Beständigkeit
des Heißsiegels auswirken.
Zum Beispiel haben Mängel
in dem Rand 15 und Variationen in der Behälterhöhe einen
signifikanten Effekt auf den Prozess des Versiegelns. Die Siegelschicht 22 der
vorliegenden Erfindung stellt ausreichend Heißsiegelmaterial zur Verfügung, um irgendwelche
Risse und Ritze, die in dem Rand 15 erzeugt sind, auszufüllen und
es ist auch fähig,
ein kontinuierliches Siegel um bzw. entlang Nähten in der Behälterwand
zu erzeugen, wie beispielsweise Nähte, die durch Anaconda-Falze
oder überlappende Nähte in der
Decklage erzeugt sind. Das zusätzliche Siegelmaterial
trägt auch
zu einer besseren Versiegelung durch Kompensation geringer Unterschiede in
der Behälterhöhe bei,
die ansonsten zu einer Reduktion der Siegelstärke führen könnten. Weiterhin ist die Siegelschicht 22 stark
genug, um die Erzeugung eines Heißsiegels trotz der Anwesenheit
von Schmutzstoffen, die in den Heißsiegelbereich während des
Herstellungsprozesses eingebracht werden, wie z. B. Wachs, zu erlauben.
Durch die Verwendung einer dickeren Siegelschicht kann das Heißsiegel
auch bei geringeren Siegeltemperaturen gebildet werden.
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Die Decklage 14 besteht
ebenso typischerweise aus mehreren Lagen. Die Zusammensetzung der
Decklage 14 ist nicht kritisch für die vorliegende Erfindung.
Vorzugsweise bildet eine der Schichten eine Sperre gegenüber Feuchtigkeit
und/oder Gasen, abhängig
von der Anwendung. Es ist klar, dass verschiedene Sperrmaterialien
und Decklagen in Abhängigkeit
von dem Gut dass zu verpacken ist, eingesetzt werden könnten. Z.
B. weisen konventionelle Decklagen eine Schicht einer Folie auf,
die mit einem Kraftpapier verstärkt
ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Decklage 14 jedoch im wesentlichen vollstän dig aus
einem Material aus einem Polymer gebildet. Insbesondere können Decklagen,
wie sie im U. S. Patent 5,829,669 von Drummond et al. oder U. S.
Patent 5,846,619 von Cahill et al., welche beide auf den Inhaber
der vorliegenden Erfindung übertragen
sind, verwendet werden.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform weist die Decklage 14 eine
Siegelschicht 26, eine Feuchtigkeitssperrschicht 28 und
eine Haftschicht 30 auf. Die Sperrschicht 28 ist
resistent gegenüber
dem Durchtritt von Flüssigkeiten
und Gasen, wie z. B. Sauerstoff. Wenn eine hohe Barriere sowohl
für Flüssigkeiten
als auch für
Gase erforderlich ist, stellen metallisiertes Polyester oder metallisiertes
Polypropylen bevorzugte Sperrmaterialien dar. Einige Nahrungsmittelprodukte,
wie z. B. Säfte, erfordern
keine Gas-Barriere und andere Sperrmaterialien können verwendet werden (obwohl
die Sperre bzw. Barriere grundsätzlich
auch gegenüber
dem Durchtritt von Gasen resistent sein kann). Es ist klar, dass
verschiedene Sperrmaterialien eingesetzt werden könnten, abhängig von
dem Gut, das zu verpacken ist. Zum Beispiel weisen geeignete Sperrmaterialien
Folien, Polyamide, metallisierte Polyamide, Polyvinylidenchlorid,
Polyethylennapthalat, modifiziertes Polyethylenterephthalat, metallisiertes
Polyethylenterephthalat, metallisiertes modifiziertes Ethylenterephthalat,
Polyethylennaphthalat, metallisiertes Polyethylennaphthalat, metallisiertes
Polypropylen, Metalloxyd und silikatbeschichtetes Polyester, Metalloxyd
und silikatbeschichtetes Polypropylen, Ethylvinylalkohol, Mischungen
davon und ähnliches, wie
es dem Fachkundigen offensichtlich ist.
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Eine Oberfläche der Sperrschicht 28 könnte eine
dünne metallisierte
Beschichtung 32 aufweisen, um für ein metallisches Erscheinungsbild
zu sorgen und um auch die Sperreigenschaften zu verbessern. Die
metallisierte Beschichtung 32, welche aus Aluminium gebildet
sein könnte,
ist erheblich dünner
als eine Folienschicht und ist aber nicht notwendig für Festigkeits-
oder Sperreigenschaften in verschiedenen Anwendungen.
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Eine Haftschicht 30 ist
unterhalb der metallisierten Beschichtung 32 angeordnet
und definiert die radial äußerste Oberfläche der
Decklage 14. Die Haftschicht 30 könnte mehrere
zusammen coextrudierte Schichten aufweisen. Die Haftschicht 30 kann von
der Gruppe ausgewählt
werden, die Metallozen, Ethylen-Metacrylsäure, Ethylenmethylacrylat,
Ethylbuthylacrylat, Ethylacrylsäure,
Ehtylenvinylacetat und Verbindungen, Gemische und Copolymere davon
umfasst.
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In einer Ausführungsform definiert eine Siegelschicht 26 die
radial innerste Oberfläche
der Decklage 14. Die Siegelschicht 26 sorgt für eine Oberfläche, gegen
welche die Haftschicht 30 gehaftet ist, wenn ein erster
Grenzrandabschnitt 41 der Decklage 14 in eine überlappende
Beziehung mit einem zweiten Grenzrandabschnitt 42 gebracht
ist, wie es in 7 gezeigt
ist. Die Siegelschicht 26 bildet auch das Heißsiegel
zwischen dem Deckel 11 und der Decklage 14 in
Verbindung mit der Siegelschicht 22 des Deckels.
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Die Siegelschicht 26 der
Decklage 14 ist vorzugsweise aus einem heißsiegelfähigen Material, das
aus der Gruppe gewählt
ist, das hochdichtes Polyethylen, Polyethylen geringer Dichte, Metallozen-Katalysierte
Polyolefine, wie z. B. Metallozenkatalysiertes Polyethylen, und
Mischungen oder Verbindungen davon umfasst. In Ausführungsformen
der Siegelschicht 26, welche ein Polyolefin-Polymer umfassen,
ist das Polyolefin vorzugsweise hochdichtes Polyethylen oder eine
hochdichte Polyethylenverbindung, die bis zu 30°C Polyethylen geringer Dichte enthält. Die
Siegelschicht 26 der Decklage 14 hat vorzugsweise
einen Schmelzpunkt in dem Bereich von ungefähr 110°C und ungefähr 140°C. Am meisten bevorzugt hat
die Siegelschicht 26 einen Schmelzpunkt zwischen ungefähr 120°C und 130°C. In einigen
Ausführungsformen
wird die Siegelschicht 26 der Decklage 14 nicht
benötigt.
Statt dessen wird das Heißsiegel
zwischen dem Deckel 11 und der Decklage 14 vollständig durch
die Siegelschicht 22 des Deckels 11 gebildet.
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2 stellt
das versiegelte Ende des rohrförmigen
Behälters
einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar, worin die zwei Siegelschichten 22, 26 miteinander
heißversiegelt
sind. Wie in 4A detaillierter gezeigt
ist, wird ein versiegelter Verbundbehälter 10 für Produkte
bereit gestellt, der ein Heißsiegel
zwischen der Decklage 14 und dem Deckel 11 in
der Form eines inneren Heißsiegelwulstes 36 und
eines äußeren Heißsiegelwulstes 38 aufweist.
Der innere Heißsiegelwulst 36 und der äußere Heißsiegelwulst 38 sind
aus der zerbrechbaren Schicht 37 der Siegelschicht 22 des
Deckels 11 und der Siegelschicht 26 der Decklage 14 (sofern
vorhanden) gebildet. Die heißsiegelfähigen Zusammensetzungen
der beiden Siegelschichten 22, 26 werden während des
Heißsiegelvorganges von
dem Zwischenbereich nach außen
verdrängt
und werden abgekühlt,
um die Wülste 36, 38 zu
bilden. Der innere Heißsiegelwulst 36 ist
dem Inneren des rohrförmigen
Behälters 10 zugewandt
und der äußere Heißsiegelwulst 38 ist
auf der gegenüberliegenden Seite
des Heißsiegelbereiches
von dem inneren Heißsiegelwulst 36 angeordnet.
Beim Abkühlen
weist das Heißsiegel
einen dünnen
Zwischenbereich 40 zwischen dem Heißsiegelwulst 36 und
dem äußeren Heißsiegelwulst 38 auf.
Die inneren und äußeren Wülste 36, 38 halten
doppelte Barrieren gegenüber dem
Durchtritt von Flüssigkeiten
und Gasen aufrecht, so dass man ein hermetisches Siegel erhält. Der
Zwischenbereich 40 hat vorzugsweise eine geringere Haftfestigkeit
als der innere Heißsiegelwulst 36 und der äußere Heißsiegelwulst 38.
Die Breite bzw. Ausdehnung des Zwischenbereiches 40 ist
ungefähr
0 bis ungefähr
30 Micron. Der Begriff „Wulst"
wie er hierin verwendet wird, beabsichtigt eine Unterscheidung von
früheren
Behältern,
die ein relativ flaches Heißsiegel
aufweisen, wo bzw. bei denen ein sehr geringes Fließen der
Heißsiegelzusammensetzung, wenn überhaupt,
auftritt. Weiterhin ist diese Ausführungsform nicht begrenzt,
lediglich Decklagen mit einer geraden Überlappungsnaht zu verwenden,
sondern die Heißsiegelwülste 36, 38 könnten auch
mit einer Anaconda-Falznaht verwendet werden. Eine bevorzugte Konstruktion
dieser Art ist in der US 5,979,748 offenbart, welche mit der US
Patentanmeldung Nr. 09/065,783 mit dem Titel „Tubular Container With a
Heat Seal Having an Inner and Outer Bead and Method of Manufacturing
said Container" korrespondiert bzw. übereinstimmt, welche dem Rechtsnachfolger
der vorliegenden Erfindung zugesprochen ist.
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In Wirklichkeit sorgen der innere
Heißsiegelwulst 36 und
der äußere Heißsiegelwulst 38 für ein doppeltes
Siegel, das eine hohe Zugfestigkeit oder Berstfestigkeit aufweist.
Die Berstfestigkeit der Wulstsiegel gibt dem Behälter 10 ein starkes
Siegel gegen Kräfte,
die auf den Behälter
in einer Richtung senkrecht zu dem Heißsiegel einwirken (d.h., normal bzw.
senkrecht zu der Ebene, die durch das Ende des rohrförmigen Behälters 10 definiert
ist). Da die meiste Kräfte,
die auf einen Behälter
während
der Lagerung und des Transports einwirken, senkrecht zu dem Heißsiegelbereich
auftreten werden, ist die hohe Berstfestigkeit des inneren Heißsiegelwulstes 36 und
des äußeren Heißsiegelwulstes 38 der
vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft für die Verwendung von bzw. im
Zusammenhang mit Nahrungsmittelbehältern.
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Die Berstfestigkeit kann unter Verwendung einer
Höhenkammer
getestet werden. Typischerweise wird der versiegelte Behälter in
der Höhenkammer platziert
bzw. angeordnet und dann für
eine vorbestimmte Zeitperiode einem externen Unterdruck ausgesetzt,
um festzustellen, ob das Heißsiegel
fähig ist, den
Unterschieden zwischen dem inneren Behälterdruck und dem externen
Luftdruck zu widerstehen. Geeignete Testbedingungen umfassen den
Behälter einem
Vakuum von 0,34 bar (10 in. of Hg) für 30 Minuten bei Raumtemperatur
auszusetzen. Die Behälter 10 der
vorliegenden Erfindung sind fähig,
ein hermetisches Siegel während
eines 30 Minuten dauernden Vakuums von 0,3 bar (10 in. of Hg) bei
Raumtemperatur bereitzustellen.
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Trotz der hohen Berstfestigkeit ist
die Abschälfestigkeit
des Heißsiegels,
das gemäß der vorliegenden
Erfindung ausgebildet ist, relativ gering, woraus ein Behälter resultiert,
der eine relative Leichtigkeit beim Öffnen zeigt. Dies steht im
Gegensatz zu konventionellen Behältern,
wo zwei SURLYN® Polymere
ionisch miteinander in einem relativ flachen Heißsiegel vernetzt sind, mit
dem Resultat einer Haftung, die ausreichend ist, die Decklage 14 zu
zerreißen,
wenn der Deckel 11 entfernt wird (eher als das Durchreißen des
SURLYN® Polymers).
Der bevorzugte Bereich für
die Abschälfestigkeit
ist ungefähr 89
bis ungefähr
179 kg/m (5 bis ungefähr
10 lbs./linear Inch) und insbesondere ungefähr 125 bis ungefähr 179 kg/m
(7 bis ungefähr
10 lbs./linear inch). Deshalb kombiniert das Heißsiegel der vorliegenden Erfindung
die Zug- und Scherfestigkeit, die notwendig ist, um unerwünschte Brüche des
rohrförmigen
Behälters 10 zu
verhindern, mit einem relativ geringen Haftvermögen für das leichte Öffnen durch
den Verbraucher.
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Die 4A–4C stellen den Öffnungsmechanismus für den Behälter der
vorliegenden Erfindung dar. Wie in den 4B und 4C gezeigt, verursacht die Scherkraft,
die beim Öffnen
des Behälters 10 erzeugt
wird, einen Riss, der sich durch die zerbrechbare Schicht 39 der
Siegelschicht 22 des Deckels 11 und die nahe Oberfläche der
Grundschicht 37 verbreitet bzw. ausbreitet. Wie in 4C gezeigt ist, setzt sich der Riss fort,
um sich entlang der Oberfläche
der Grundschicht 37 nahe der zerbrechbaren Schicht 39 zu
verbreiten. Deshalb verbleibt der Bereich der zerbrechbaren Schicht 39,
der an den Rand 15 des Behälters 10 heißversiegelt
ist, an den Rand bis zur Entfernung des Deckels 11 angehaftet.
Wenn der rohrförmige
Behälter 10 der
vorliegenden Erfindung geöffnet
wird, treten unsichtbare Risse durch die Sperrschicht 28 der
Deckschicht 14 nicht auf.
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Es wurde herausgefunden, dass der
innere Wulst 36 des doppelten Wulstsiegels für die überwiegende
Festigkeit gegenüber
auf den Behälter
einwirkende Zugkräfte
sorgt, wie beispielsweise die Berstkräfte, die durch Änderungen
im Innendruck während des
Transportes erzeugt werden. Der äußere Wulst 38 sorgt
jedoch für
den hauptsächlichen
Widerstand beim Öffnen,
durch Schälen
des schälbaren
Heißsiegels,
das zwischen dem Deckel 11 und der Decklage 14 gebildet
ist. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass das Heißsiegel
vorteilhafterweise gebildet mit einem größeren inneren Wulst 36 und
einem kleineren äußeren Wulst 38 wird.
Der resultierende Behälter
zeigt sowohl eine verbesserte Leichtigkeit beim Öffnen wegen des kleineren äußeren Wulstes 38 als auch
eine verbesserte Berstfestigkeit wegen des größeren inneren Wulstes 36,
um den Härten
des Transports zu widerstehen.
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Das Heißsiegel der vorliegenden Erfindung hat
einen inneren Wulst
36 mit einer größeren Breite bzw. Ausdehnung
als der äußere Wulst
38.
Die Wulstbreite ist definiert als die Distanz zwischen der Grundschicht
37 des
Deckels
11 und der Sperrschicht
28 der Decklage
14,
gemessen am längsten Punkt über dem
Wulst in einer vertikalen Ebene. Eine bevorzugte Konstruktion ist
in der
US 6,264,098 offenbart,
die im Recht auf die U. S. Patentanmeldung Nr. 09/416,184 mit dem
Titel „Tubular
Container With a Heat Seal Having Non-Symmetrical Inner and Outer
Beads" erteilt wurde. Diese Anmeldung ist dem Rechtsnachfolger der
vorliegenden Erfindung zugesprochen.
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Wie in
2 gezeigt
ist, ist der Rand
15 des Behälters
10 nach außen gerollt,
um die Heißsiegelschicht
26 der
Decklage
14 freizulegen. Der Rand
15 schafft eine
Heißsiegeloberfläche, die
die zerbrechbare Schicht
57 des Deckels
11 kontaktiert.
Die Heißsiegeloberfläche weist
einen Scheitelbereich
84, einen Innenbereich
86,
der von dem Scheitelbereich hin zum Inneren des Behälters
10 abfällt, und
einen Außenbereich
88,
der von dem Scheitelbereich hin zum äußeren des Behälters abfällt, auf.
Vorzugsweise fällt
der Innenbereich
86 von dem Scheitelbereich
84 in
einem größeren Maß ab, als
der Außenbereich
88.
Dieses Design des Rands
15 unterstützt den inneren Wulst
36,
die Heißsiegeloberfläche in Richtung des
Inneren des Behälters
10 weiter
nach unten auszudehnen, und entmutigt bzw. hält den äußeren Wulst
38 ab,
die Heißsiegeloberfläche in Richtung des äußeren des
Behälters
auszudehnen. In dieser Weise beeinflusst die Form des Randes
15 die
Flussrichtung der heißsiegelfähigen Zusammensetzungen und
die relativen Formen des inneren Wulstes
36 und des äußeren Wulstes
38.
Durch die Unterstützung des
Flusses der heißsiegelfähigen Zusammensetzungen
weiter die heißsiegelfähige Oberfläche in Richtung
des inneren des Behälters
hinunter, wird eine bessere Berstfestigkeit aufgrund des Verankerungseffekts
des inneren Wulstes
36 erzielt. Zusätzlich wird das Haftvermögen auf
einem bemerkenswerten Niveau aufrecht erhalten, weil der Anstieg oder
Abfall der Heißsiegeloberfläche in Richtung
des äußeren der
Büchse
bzw. Dose ein geringes Maß aufweist
und den Fluss der heißfließfähigen Zusammensetzungen
in dieser Richtung nicht unterstützt. Wie
gewünscht,
hält die
oben beschriebene Form des Randes
15 den äußeren Wulst
38 bei
einer relativ geringen Größe aufrecht
verglichen zu dem inneren Wulst
36. Es wird davon ausgegangen,
dass die Form des inneren Wulstes
36 eine Scherkomponente eines
Widerstands erzeugt, welche die Kräfte, die durch den inneren
Behälterdruck
verursacht sind, effektiver ausgleicht als der stärkere Zugwiderstand von
Anordnungen aus dem Stand der Technik. Die gewünschte Form des Randes
15 kann
während
der beginnenden Formung des Behälterrands
oder durch einen zweiten bzw. nachfolgenden Formprozess gebildet
werden. Alternativ kann die gewünschte
Form des Randes
15 in Verbindung mit dem Heißsiegel-Vorgang
gebildet werden. Zusätzlich
kann der Rand
15 so geformt werden, dass er einen im wesentlichen
ebenen Bereich aufweist, wie dies in der
US 6,234,386 offenbart ist, welche
im Recht auf die U. S. Patentanmeldung Nr. 09/416,169 erteilt wurde, die
gleichzeitig mit dieser eingereicht wurde und den Titel „Container
With Heat Seal Having a Substantially Planar Portion" trägt. Diese
Anmeldung ist auf den Inhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen.
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Ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Versiegeln eines Behälters
für Produkte
wird ebenfalls bereit gestellt. Das Versiegelungs-Verfahren und
die Versiegelungs-Vorrichtung sind in den 5A–5C dargestellt. Das Heißsiegel kann unter Verwendung irgendeiner
geeigneten Vorrichtung, die aus dem Stand der Technik bekannt ist,
erzeugt werden. Bei Verwendung einiger Versiegelungssysteme, die
aus dem Stand der Technik bekannt sind, wird Wachs auf den Rand 15 aufgebracht,
um den Deckel 11 vor der Bildung des Heißsiegels
am Platz zu halten. Wie oben angemerkt, erlaubt das Heißsiegel 22 des
Deckels 11 die Bildung eines Heißsiegels, das eine ausreichende
Haftfestigkeit trotz der Anwesenheit des Wachses in dem Heißsiegelbereich
aufweist. Die vorliegende Erfindung ist auch kompatibel mit Versiegelungssystemen,
die ein Vakuum-System verwenden, um anfangs den Deckel 11 vor
dem Heißsiegel-Vorgang
am Platz zu halten.
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Bei der Verwendung beider Vorrichtungen umfasst
das Heißsiegel-Verfahren
der vorliegenden Erfindung das Bereitstellen eines rohrförmigen Teils mit
einer Schicht 13 aus Pappe und einer Decklage 14,
die an der Innenfläche
der Schicht aus Pappe angehaftet ist. Wie oben beschrieben, umfasst
eine Ausführungsform
der Decklage 14 eine Sperrschicht 28 und eine
Siegelschicht 26, wobei die Siegelschicht die innerste
Oberfläche
der Decklage definiert und eine heißsiegelfähige Zusammensetzung aufweist. Sobald
ein Ende des rohrförmigen
Teils nach außen gerollt
wird, um einen Rand 15 zu bilden, wird ein Deckel 11 mit
der Decklage 14 kontaktiert. Der Deckel 11 umfasst
eine Sperrschicht 20 und eine Siegelschicht 22.
Die Siegelschicht 22 des Deckels 11 wird mit der
Siegelschicht 26 der Decklage 14 kontaktiert. Die
zwei Siegelschichten 22, 26 werden dann unter Bedingungen
erwärmt,
die ausreichend sind, die heißsiegelfähigen Zusammensetzungen,
wie z. B. die zerbrechbare Schicht 39, fließfähig zu machen und
werden zusammengepresst, um vorzugsweise einen stärkeren Fluss
der heißsiegelfähigen Zusammensetzungen
in Richtung des Inneren des Containers zu unterstützen, um
zwei Wülste
aus Material zu bilden, einen inneren Wulst 36 und einen äußeren Wulst 38,
worin der innere Wulst ein größeres Maß an heißsiegelfähiger Zusammensetzungen
als der äußere Wulst
beinhaltet bzw. aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Schritt des Zusammendrückens
begleitet durch das Zusammendrücken
der Siegelschichten 22, 26 unter Verwendung einer
geneigten Oberfläche,
wie z. B. einem geneigten Heißsiegelkopf 44.
Der Heißsiegelkopf 44 ist
bevorzugt aus Metall gefertigt, wie z. B. Aluminium, beschichteten
Kupfer oder einem anderen wärmeleitfähigen Material.
In der gezeigten Ausführungsform
wird der Heißsiegelkopf 44 mit
einer Wärmequelle 46 erhitzt.
Die Wärmequelle
kann irgend eine geeignete bekannte Wärmequelle sein. Der Heißsiegelkopf 44 braucht
jedoch nicht erhitzt zu werden. Die Heißsiegelschichten 22, 26 könnten unabhängig von
einander unter Verwendung einer separaten Wärmequelle erhitzt werden. Der
Heißsiegelkopf 44 hat
eine Eingriffssiegelstellung in Kontakt mit dem Deckel 11 und
einen Nicht-Eingriffsstellung. Der Heißsiegelkopf 44 wird
zwischen den zwei Positionen durch einen Aktuator 48 bewegt.
Der Aktuator 48 kann ein beliebiger, aus dem Stand der
Technik bekannter Aktuator sein, einschließlich einem mechanischen, pneumatischen
oder ähnlichem.
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Der Winkel der geneigten Oberfläche des Heißsiegelkopfes 44 wirkt
sich auf das Maß an
Material aus, das fließt,
um die Wülste
als auch die relative Größe der Wülste zu
bilden. Der Winkel der geneigten Oberfläche des Heißsiegelkopfes 44 ist
ungefähr 2
bis ungefähr
20 Grad, vorzugsweise ungefähr
7 bis ungefähr
12 Grad. In einer Ausführungsform
ist der Winkel der geneigten Oberfläche ungefähr 10 Grad. In einer anderen
Ausführungsform
ist der Winkel ungefähr
3 Grad. Die geneigte Oberfläche
des Kopfes 44 verursacht, dass sich ein geschmolzenes Polymer von
den Siegelschichten hin zum Inneren des Behälters zu bewegt, um den inneren
Wulst zu bilden. Wenn diese Bewegung auftritt, füllt das geschmolzene Polymer
vorteilhafterweise irgendwelche Unregelmäßigkeiten in den Oberflächen der
Decklage und des Deckels aus, um so die Unversehrtheit des Siegel
zu verbessern.
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Die Heißsiegelbedingungen, wie z.
B. Temperatur, Druck und Zeit hängen
von einer Anzahl an Faktoren ab, einschließlich der verwendeten heißsiegelfähigen Zusammensetzungen
und der Dicke der Heißsiegelschichten.
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Der Deckel 11 der vorliegenden
Erfindung kann durch das Verfahren, das in 6 dargestellt ist, gefertigt werden.
Wie gezeigt, kann eine fortlaufende Rolle 83 der Trägerschicht 33 zu
einer Grundierungs-Beschichtungsstation 85 gefördert werden, worin
die Grundierungsschicht auf eine freigelegte Oberfläche der
Trägerschicht 33 aufgebracht
wird. Danach wird die beschichtete Oberfläche der Trägerschicht 33 durch
eine Trocknungs-Station 87 befördert, um die Grundierungsschicht 31 zu
trocknen. Die beschichtete Trägerschicht 33 wird
dann in ein Laminierungs-Quetschwalzenpaar, die zwei Walzen, 91 und
92 aufweist, befördert.
Eine fortlaufende Rolle 94 einer Sperrschicht 20 wird
auch in das Laminierungs-Quetschwalzenpaar befördert, die durch die Walzen 91 und 92 definiert
ist. Ein Extruder 90, der nahe des Laminierungs-Quetschwalzenpaars
angeordnet ist, richtet eine Kleberzusammensetzung 21 in das
Laminierungs-Quetschwalzenpaar, so dass die Sperrschicht 20 und
die Trägerschicht 33 mit
einer Kleberzusammensetzung 21 dazwischen zusammen laminiert
werden.
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Das resultierende Laminat wird dann
zu einem zweiten Laminierungs-Quetschwalzenpaar befördert, welche
durch die Walzen 97 und 98 definiert ist. Eine
fortlaufende Rolle einer Papierschicht 18 wird auch in
das Laminierungs-Quetschwalzenpaar, welche durch die Walzen 97 und 98 definiert
ist, befördert.
Ein zweiter Extruder 96 richtet eine Kleberzusammensetzung 19 derart
in das Laminierungs-Quetschwalzenpaar, dass die Papierschicht 18 an
die freigelegte Oberfläche
der Sperrschicht 20 laminiert, wobei dazwischen die Kleberzusammensetzung 19 angeordnet
ist. Das resultierende Laminat wird durch eine Sammelrolle 102 gesammelt
bzw. erfasst.
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Das Laminat, das auf die Sammelrolle 102 gewickelt
wird, wird dann durch eine Druckstation 104 geführt, worin
gedruckte Indizes auf die freigelegte Oberfläche der Papierschicht 18 be druckt
werden. Die Druckstation 104 kann irgendeine konventionelle
Drucktechnik, die aus dem Stand der Technik bekannt ist, verwenden,
einschließlich
der Rotations-Tiefdruck, dem Gummidruck oder ähnlichem. Das Laminat wird
dann durch ein drittes Laminierungs-Quetschwalzenpaar befördert, welche
durch die Walzen 109 und 110 definiert ist. Die
Siegelzusammensetzung 22 der vorliegenden Erfindung wird auch
durch das Laminierungs-Quetschwalzenpaar von
einer Versorgungsrolle 108 geführt. Eine Kleberzusammensetzung 35 wird
auf die freigelegte Oberfläche
der Trägerschicht 33 an
einer Beschichtungsstation 106 aufgebracht. Alternativ
kann die Kleberzusammensetzung 35 auf die freigelegte Oberfläche der
Siegelschicht 22 aufgebracht werden. Falls ferner die Kleberzusammensetzung 35 eine
extrudierte oder coextrudierte Polymerzusammensetzung ist, kann
die Kleberzusammensetzung in das oben beschriebene, dritte Laminierungs-Quetschwalzenpaar geleitet
werden. Das Laminat wird an der Siegelschicht 22 mittels
dem Laminierungs-Quetschwalzenpaar
mit der Kleberzusammensetzung 35 dazwischen angehaftet.
Die Siegelschicht 22 ist derart positioniert, dass die
Grundschicht 37 der Trägerschicht 33 zugewandt
ist und an dieser angehaftet wird. Das resultierende Material des
Deckels 11 wird zu der Sammelrolle 112 befördert. Falls
vorzugsweise eine aushärtende
Kleberzusammensetzung verwendet wird, wird der Kleberzusammensetzung 35 erlaubt, für eine Zeitperiode,
wie z. B. 24 Stunden, auszuhärten,
bevor das Deckel- bzw. Verschluss-Material einer weiteren Behandlung
ausgesetzt wird. In einer anderen Ausführungsform kann die Siegelschicht 22 als
eine coextrudierte Beschichtung auf der Oberfläche der nächstgelegenen Schicht, wie
z. B. der Trägerschicht 33,
gebildet werden.
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Die Behälter
10 der vorliegenden
Erfindung können
durch das in
7 dargestellte
Verfahren gefertigt werden. Wie gezeigt, wird ein fortlaufender Streifen
an Körperlagenmaterial
13 aus
Pappe der Vorrichtung zugeführt
und zuerst durch ein Paar gegenüberliegender
Randschaber
50 geführt.
Die Randschaber entfernen einen Teil des rechteckigen Rands der
Körperlage
13,
um erste 52 und zweite 54 Ränder
zu erzeugen, welche eine abgeschrägte Gestalt aufweisen. Die
Körperlage
13 wird
dann durch einen Haftmittel- bzw. Kleber-Applikator
56 geführt, welcher
ein Haftmittel
21 auf die obere Oberfläche der Körperlage
13 aufbringt.
Das Haftmittel
21 ist vorteilhafterweise ein wässriges
Haftmittel bzw. ein wässriger
Kleber, welcher die vielfältigen
Probleme, die in Verbindung mit auf Lösungsmitteln basierenden Haftmitteln
bzw. Klebern, überwindet.
Es wird keine spezielle Ausrüstung
benötigt,
um Lösungsmittel
aufzufangen, die sich von dem Haftmittel verflüchtigen, um Umwelt-Auflagen zu erfüllen. Bevorzugte Haftmittel
sind wässrige
Materialien aus Ethylenvinylacetat (>18%) mit einer geringen Glasübergangs-Temperatur.
Ein bevorzugtes Haftmittel ist Nr. 72-4172, das von der National
Starch and Chemical Company verfügbar
ist. Ein weiteres Haftmittel, welches verwendet werden kann, ist
Nr. 33-4060, welches ebenfalls von National Starch and Chemical Company
verfügbar
ist. Das Haftmittel
21 als auch andere Kleberschichten,
die zur Fertigung des Behälters
10 verwendet
werden, können
in der Form eines Schaumes aufgebracht werden, wie dies in der
US 6,135,346 beschrieben
ist, die im Recht auf die U. S. Patentanmeldung Nr. 09/197,275 erteilt
wurde und den Titel „Composite
Container Having Foamed Adhesive" trägt, welche auf den Anmelder
der vorliegenden Erfindung übertragen
ist.
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Die Körperlage 13 und das
feuchte Haftmittel 21, das auf diese aufgebracht ist, werden
dann unterhalb einer Wärmequelle 58 geführt, welche
zumindest einen Teil des Wasserinhalts des wässrigen Haftmittels 21 verdampft,
um das Haftmittel ausreichend klebrig zu machen. Es ist wichtig,
dass dem Haftmittel das korrekte Maß an Hitze zugeführt wird. Nicht
ausreichende Wärme
wird nicht genug Wasser in einer ausreichend kurzer Zeitperiode
verdampfen, mit dem Ergebnis, dass das Haftmittel nicht ausreichend
klebrig gemacht werden wird. Andererseits wird zuviel Wärme das
Haftmittel austrocknen und verursachen, dass das Haftmittel an Klebrigkeit
verliert. Ein bevorzugter Typ einer Wärmequelle ist ein Infrarot-Heizgerät, obwohl
ver schiedene andere Wärmequellen,
z. B. Umluft-Heizung oder ähnliches verwendet
werden können.
Nach dem Erwärmen
des Haftmittels 21 auf der Körperlage 13, werden
die Körperlage 13 und
die Decklage 14 einem formenden Dorn von gegenüberliegenden
Richtungen zugeführt. Die
Körperlage 13 wird
dann unter einen Rand-Haftmittel-Applikator 60 geführt, welcher
das Rand-Haftmittel 59 auf
die abgeschrägte
Oberfläche
des geschabten zweiten Rands 54 der Körperlage 13 aufbringt.
Das Rand-Haftmittel 59 ist
bevorzugt ein heißschmelzendes
Haftmittel bzw. ein heißschmelzender Kleber
des Typs, welcher dem Stand der Technik entspricht, obwohl es auch
ein auf Wasser basierendes Haftmittel, welches ein oder mehrere
Polymere aufweist, sein könnte.
Polyvinylacetat und Ethylenvinylacetat sind die bevorzugten flüssigen Haftmittel.
Das Rand-Haftmittel 59 hilft eine stärkere Körperlagenhaftung vorzusehen,
insbesondere für
Behälter
mit nur einer Körperlage.
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Die Oberfläche der Decklage 14,
die die Körperlage 13 kontaktiert
bzw. berührt,
wird einer Corona-Behandlungsstation 62 ausgesetzt. Die
gegenüberliegende
Oberfläche
der Decklage 14 wird von einer Walze 64 mit einem
Schmiermittel beschichtet, welche es der Decklage erlaubt, sanft
während
der Wickeloperation zu gleiten.
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Die Decklage 14 wird dann
unter einem Infrarot-Heizgerät 66 geführt, welche
den zweiten Grenzrandabschnitt 42 der Decklage erwärmt. Nach
dem Infrarot-Heizgerät 66 wird
der zweite Grenzrandabschnitt 42 der Decklage 14 dann
unter mindestens ein Umluft-Heizgerät 68 geführt.
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Die Körperlage 13 und die
Decklage 14 werden dann um einen formenden Dorn 70 von
gegenüberliegenden
Seiten des Dornes gewickelt. Jede Lage wird zuerst unter dem Dorn 70 und
dann zurück über die
Oberseite in einer schraubenförmigen
Weise gewickelt, wobei die Decklage 14 gegen die Oberfläche des
Dornes gewickelt wird. Der erste Grenzrandabschnitt 41 der
Decklage
14 wird auf dem Dorn 70 freigelegt und
wird Wärme
von einem zweiten Umluft-Heizgerät
bzw. Heizgebläse 72 ausgesetzt.
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Wenn die Körperlage 13 weiter
gewickelt wird und der erste Rand 52 der Körperlage 13 nach einer
kompletten Umdrehung unter dem Dorn 70 zurück befördert ist,
wird er in Kontakt mit dem zweiten Rand 54 des nachfolgenden
Bereiches der Körperlage 13 gebracht,
welcher zuerst mit dem Dorn in Kontakt kommt. Die geschabten Ränder 52, 54 werden aneinander
gestoßen
und das Rand-Haftmittel 59 haftet die Ränder zusammen, um ein spiralförmig gewickeltes
Rohr zu bilden, welches entlang dem Dorn 70 vorrückt.
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Im Hinblick auf die Decklage 14 wird
der erste Grenzrandabschnitt 41 in eine überlappende
Beziehung mit dem zweiten Grenzrandabschnitt 42 gebracht,
um eine versiegelte gerade Überlappungsnaht
zu erzeugen. Das Siegel wird gebildet durch eine Polymer-Klebeschicht 30 des
ersten Grenzrandes bzw. Grenzrandabschnittes 41, der an
den zweiten Grenzrand 42 bzw. Grenzrandabschnitt 42 gehaftet
wird. Ein Streifen eines heißschmelzenden
Haftmittels könnte
jedoch alternativ verwendet werden, um die Lagen-Überlappung
zu sichern und versiegeln.
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Das Rohr wird dann den Dorn 70 hinunter befördert mittels
eines konventionellen Wickelriemens 74, welcher sich um
ein Paar gegenüberliegender
Riemenscheiben 76 erstreckt. Der Wickelriemen 74 rotiert
und befördert
das Rohr nicht nur vor, sondern übt
auch Druck auf die überlappenden
Ränder der
Körperlage 13 und
der Decklage 14 aus, um eine sichere Haftung zwischen den
entsprechenden Lagenrändern
sicherzustellen.
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Eine äußere Etikettenlage 16 wird
dann vorzugsweise über
einen Haftmittel-Applikator 78 geführt und um die Körperlage 13 gewickelt.
Die Etikettenlage 16 könnte
vor dem Wickelriemen 74 aufgebracht werden. An einer Schneide-Station 80 wird das
fortlaufende Rohr in diskrete Längen
geschnitten und von dem Dorn 70 entfernt.
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Die Enden des Behälters 10 werden dann nach
außen
gerollt, um den Rand 15 zu bilden und der Deckel 11 wird
nachfolgend daran, wie oben beschrieben, heißversiegelt. Ein Endverschluss,
wie z. B. ein Metallverschluss, wird auf das andere Ende des Behälters 10 aufgebracht.
Typischerweise werden der Deckel 11 und der Endverschluss 12 auf
ein Ende des Behälters 10 aufgebracht,
bevor der Behälter
gefüllt
wird. Nach dem Befüllen,
wird ein Endverschluss auf das gegenüberliegende Ende aufgebracht.
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Modifikationen zu den spezifischen
Ausführungsformen
der Erfindung, wie sie hierin beschrieben wurden, können gemacht
werden. Zum Beispiel müssen
die rohrförmigen
Behälter
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht notwendigerweise spiralförmig gewickelt werden, sondern
können
stattdessen longitudinal gewickelt werden, um ein „übereinander gerolltes
bzw. – gewickeltes"
Rohr mit einer sich axial erstreckenden Naht zu erschaffen. Weiterhin
versteht es sich, obwohl die rohrförmigen Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung überwiegend
in Verbindung mit Nahrungsmittelprodukten beschrieben wurden, dass
die Behälter
in Verbindung mit anderen Produkten verwendet werden könnten, wo
die Decklage vorteilhaft ist, wie z. B. Tinte oder Dichtungsmasse.