DE60002814T2

DE60002814T2 - Rohrförmiger Behälter und einem mit inneren und äusseren Siegelwulst versehenen heissgesiegelten Deckel

Info

Publication number: DE60002814T2
Application number: DE2000602814
Authority: DE
Inventors: Michael T. Laurinburg Drummond; Floyd H. Hartsville Boatwright; Alan D. Camden Williams; Jeffrey M. Florence Schuetz
Original assignee: Sonoco Development Inc
Current assignee: Sonoco Development Inc
Priority date: 1999-10-11
Filing date: 2000-10-09
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2020-10-10
Also published as: EP1092648B1; US6264098B1; US6881286B2; CA2322727A1; US20020014523A1; EP1092648A3; DE60002814D1; CA2322727C; EP1092648A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Nahrungsmittelbehälter und Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von Nahrungsmittelbehältern und bezieht sich insbesondere auf Heißsiegel, die zum Versiegeln solcher Behälter verwendet werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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.
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 verhindert ebenso, dass Flüssigkeiten in den Behälter eintreten und das darin befindliche Nahrungsmittel eventuell kontaminieren bzw. verunreinigen. Vorzugsweise ist die Decklage auch resistent gegenüber einer Durchlässigkeit von Gasen, wie zum Beispiel Sauerstoff und Stickstoff, um Gerüche des Nahrungsmittelproduktes in dem Behälter an einem Austreten zu hindern und um zu verhindern, dass Umgebungsluft in den Behälter eintritt und das Nahrungsmittelprodukt verdirbt. Deswegen weist die Decklage Sperrei genschaften auf und die Körperlage sorgt für strukturelle bzw. tragende Eigenschaften.
Zusätzlich weisen gegenwärtige kommerzielle Behälter häufig membran-ähnliche Deckel oder Endverschlüsse auf, die an einen gebördelten oder wulstförmigen 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. Beispiele solcher Behälter sind in der US 3,973,719 und der EP 0 440 291 A1 beschrieben.
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 bzw. stressen und zu einem Zerreißen des Behälters führen können. Die Haftfestigkeit muss ausreichend sein, um der Härte des Transports zu widerstehen. Insbesondere, wenn die Behälter auf einer 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 die Abschälfestigkeit oder den Abschälwiderstand des Behälters zeigt. Die höhere Berstfestigkeit verhindert unterschiedslos sowohl ein Zerreißen während des Transports als auch ein Öffnen durch den Endverbraucher.
Bestimmte Arten von heißsiegelbaren Beschichtungen sind sowohl bei Deckeln 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. Das SURLYN® Polymer ist ein ionisch vernetztes Polymer, das beim Erhitzen eine beschränkte Fliesscharakteristik aufweist. Typischerweise sind die Schicht des Behälters und die Schicht der Membran, die sich gegenseitig kontaktieren, aus SURLYN® Polymer gefertigt, und können mit einem Wachs beschichtet sein. 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 das SURLYN® Polymer gebildet ist, kann jedoch das Öffnen des Behälters eine Abschälkraft 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 Oberseite des Behälters ein zerfetztes, unerwünschtes Erscheinungsbild.
In der US 5,979,748 (veröffentlicht am 09.11.1999) wird die Bildung von zwei Heißsiegelwülsten beschrieben. Die zwei Wülste weisen einen inneren Heißsiegelwulst und einen äußeren Heißsiegelwulst auf, wobei jeder Heißsiegelwulst aus heißsiegelbaren Polymeren der Siegelschichten der Membrane und der Decklagen gebildet ist. Die zwei Wülste werden durch Anwendung von Hitze und Druck gebildet, um die heißsiegelbaren Polymere zum Wegfließen von einem Zentralabschnitt 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 US 5,979,748 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 der Siegelfestigkeit und den Sperreigenschaften, die für den Schutz der Produkte innerhalb des Behälters notwendig sind, kombinieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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 auftreten. Die vorliegende Erfindung sorgt für einen versiegelten Behälter mit einem größeren Wulst auf der Innenseite des Heißsiegelbereiches als auf der Außenseite des Heißsiegels. Der innere Heißsiegelwulst beinhaltet ein größeres Maß an Heißsiegel-Material und hat eine größere Breite als der äußere Heißsiegelwulst. Seit herausgefunden wurde, dass der Innenwulst primär verantwortlich für das Aufrechterhalten der Berstfestigkeit ist und der Außenwulst primär verantwortlich für die Abschälfestigkeit ist, führen ein größerer Innenwulst und ein kleinerer Außenwulst zu einem guten Gleichgewicht zwischen Berstfestigkeit und der Leichtigkeit des Öffnens.
In einer Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung einen versiegelten Verbundbehälter für Produkte mit einem rohrförmigen Körperteil bereit, das zumindest eine Körperlage aus Pappe aufweist. Eine Decklage wird an der Innenfläche des rohrförmigen Körperteils angehaftet und weist eine Sperrschicht und eine Siegelschicht auf. Die Siegelschicht definiert die innerste Fläche der Decklage und weist eine heißsie gelbare Zusammensetzung auf. Zumindest ein Ende des Körperteils und der Decklage werden nach außen gerollt, um einengebördelten oder wulstförmigen Rand zu bilden, der die Siegelschicht freilegt. Ein Deckel zum Verschließen des Endes des rohrförmigen Körperteils wird ebenfalls bereitgestellt. Der Deckel hat eine Sperrschicht und eine Siegelschicht, die nahe der Siegelschicht der Decklage auf dem Rand gelegen ist. Die Siegelschicht des Deckels weist ebenfalls eine heißsiegelbare Zusammensetzung auf. Die zwei Siegelschichten werden aneinander angehaftet, um ein Heißsiegel zwischen dem Deckel und der Decklage zu bilden. Das Heißsiegel weist einen Innenwulst auf, der aus der heißsiegelbaren Zusammensetzung der Siegelschichten gebildet ist und dem Inneren des Behälters zugewandt ist, und einen Außenwulst, der ebenfalls aus den heißsiegelbaren Zusammensetzungen gebildet ist und auf der gegenüberliegenden Seite des Heißsiegels gelegen ist. Der Innenwulst ist größer als der Außenwulst, dies bedeutet, dass der Innenwulst eine größere Mengen an heißsiegelbaren Zusammensetzungen als der Außenwulst aufweist.
Insbesondere ist die Breite des Innenwulstes ungefähr 90 bis ungefähr 190 Mikrometer, vorzugsweise ungefähr 130 bis ungefähr 180 Mikrometer, und die Breite des Außenwulstes ist ungefähr 60 bis ungefähr 140 Mikrometer, vorzugsweise ungefähr 80 bis ungefähr 120 Mikrometer. In Prozenten ausgedrückt, ist die Breite des Innenwulstes ungefähr 10 bis ungefähr 40% größer als die Breite des Außenwulstes, und ist vorzugsweise ungefähr 20 bis 30% größer. Das Heißsiegel weist weiterhin einen Zwischenbereich zwischen den zwei Wülsten mit einer Breite von ungefähr 0 bis ungefähr 30 Mikrometer auf.
Die Siegelschicht der Decklage ist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen geringer Dichte, Metallozen-katalysierten Polyolefinen und Mischungen davon besteht. Die Siegelschicht des Deckels ist vorzugsweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Ethylenvinylacetat, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen geringer Dichte, Ethylenmethylacrylat, Metallozen-katalysierte Polyolefine und Mischungen davon besteht.
In einer Ausführungsform weist die Siegelschicht des Deckels ungefähr 4,5 kg/270 m² (10 lbs./3000 ft²) bis ungefähr 22,5 kg/270 m² (50 lbs./3000 ft²) der heißsiegelbaren Zusammensetzung auf, vorzugsweise mindestens ungefähr 9,0 kg/270 m² (20 lbs./3000 ft²). Zusätzlich weist die Siegelschicht des Deckels eine Dicke von ungefähr 15 bis ungefähr 84 μm (0,6 bis ungefähr 3,3 mils) auf.
In der oben beschriebenen Ausführungsform umfassen sowohl die Decklage als auch der Deckel separate Siegelschichten. Die vorliegende Erfindung erfordert jedoch nicht die Verwendung von zwei separaten Siegelschichten. Zumindest entweder der Deckel oder die Decklage muss eine Siegelschicht mit einer heißsiegelbaren Zusammensetzung aufweisen, die ein Heißsiegel zwischen dem Deckel und der Decklage bildet, es ist jedoch nicht für beide, die Decklage und den Deckel, notwendig, Siegelschichten aufzuweisen.
In einer Ausführungsform legt der Deckel des Behälters eine Heißsiegelfläche fest, worin die Heißsiegelfläche einen Scheitelabschnitt, einen Innenabschnitt, der weg von dem Scheitelabschnitt und hin zum Inneren des Behälters abfällt, und einen Außenabschnitt, der weg von dem Scheitelabschnitt und hin zum Äußeren des Behälters abfällt, aufweist, wobei der Innenabschnitt in einem größeren Maß als der Außenabschnitt abfällt. Das Rand-Design veranlasst den Innenwulst, sich weiter entlang der Heißsiegelfläche hin zum Inneren des Behälters zu erstrecken, als sich der Außenwulst entlang der Heißsiegelfläche hin zum Äußeren des Behälters erstreckt.
Ein Verfahren zum Herstellen von rohrförmigen Behältern wird ebenfalls bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines rohrförmigen Teils, das wenigstens eine Körperlage aus Pappe mit einer Innenfläche und eine Decklage auf weist, die an der Innenfläche der Körperlage anhaftet, worin die Decklage eine Sperrschicht und eine Siegelschicht aufweist. Die Siegelschicht definiert die innerste Fläche der Decklage und weist eine heißsiegelbare Zusammensetzung auf. Wenigstens ein Ende des rohrförmigen Behälters wird nach außen gerollt, um einen Rand zu bilden, der die Siegelschicht der Decklage freilegt. Ein Deckel, der das Ende des rohrförmigen Behälters verschließt, wird ebenfalls bereitgestellt, worin der Deckel eine Sperrschicht und eine Siegelschicht aufweist. Die Siegelschicht des Deckels weist eine heißsiegelbare Zusammensetzung auf. Die zwei Siegelschichten werden miteinander in Kontakt gebracht und unter Bedingungen erwärmt, die ausreichend sind, um die heißsiegelbaren Zusammensetzungen der Siegelschichten fließfähig zu machen. Die Siegelschichten werden auch zusammengepresst, um vorzugsweise den Fluss der heißsiegelbaren Zusammensetzungen in die Richtung der Innenseite des Behälters zu fördern und so einen Innenwulst und einen Außenwulst der heißsiegelbaren Zusammensetzungen zu bilden, worin der Innenwulst eine größere Menge an heißsiegelbaren Zusammensetzungen als der Außenwulst aufweist. Auf diese Weise wird der Deckel hermetisch dicht an der Decklage befestigt.
Vorzugsweise umfasst der Schritt des Zusammenpressens das Zusammenpressen der Siegelschichten mit einer geneigten Fläche, um den Fluss in Richtung der Innenseite des Behälters vorzugsweise zu fördern. Der Schritt des Erwärmens bzw. Erhitzens weist vorzugsweise das Erhitzen der Siegelschichten auf ungefähr 175°C bis ungefähr 275°C auf. Der Schritt des Zusammenpressens weist vorzugsweise das Zusammenpressen der Siegelschichten für ungefähr 0,5 bis ungefähr 1,75 Sekunden bei einem Siegeldruck von ungefähr 210 bis ungefähr 420 kPascal (30 bis ungefähr 60 psi) auf.
Wie oben beschrieben, wird nur eine Siegelschicht benötigt. Wenn nur eine Siegelschicht verwendet wird, werden der Rand und der Deckel in Kontakt gebracht und die Siegelschicht wird erhitzt, um die heißsiegelbare Zusammensetzung der Siegel schicht fließfähig zu machen. Der Rand und der Deckel werden zusammengepresst, um den Fluss in Richtung der Innenseite des Behälters, wie oben beschrieben, bevorzugt zu fördern.
Eine Vorrichtung zum Versiegeln eines Deckels mit einem Behälter wird ebenfalls bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst einen Siegelkopf mit einer Zentralachse und einer Siegelfläche, worin zumindest ein Abschnitt der Siegelfläche hin zu der Zentralachse des Siegelkopfes geneigt ist. Der Siegelkopf hat eine Eingriffssiegelstellung und eine Nicht-Eingriffsstellung. Ein funktionsfähig mit dem Siegelkopf verbundener Aktuator bewegt den Siegelkopf zwischen den zwei Stellungen. Vorzugsweise ist die Siegelfläche in einem Winkel von ungefähr 2° bis ungefähr 20°, und weiter bevorzugt in einem Winkel von ungefähr 7° bis ungefähr 12°, geneigt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Einige der Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung wurden dargelegt, andere werden deutlich werden im Verlaufe der Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, welche nicht notwendigerweise maßstabsgerecht sind. Es zeigen:
1 eine fragmentarische Perspektivansicht eines Behälters der vorliegenden Erfindung, wobei der Öffnungsmechanismus dargestellt ist, durch den die Decklage nicht auf die darunter liegende Pappe durchgerissen wird;
2 eine fragmentarische und vergrößerte Ansicht des versiegelten Endes des rohrförmigen Behälters einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei der Innen- und der Außenwulst der heißsiegelbaren Zusammensetzung dargestellt ist;
3A eine stark vergrößerte Querschnittsansicht der vorliegenden Erfindung entlang der Linien 3A-3A aus 1;
3B eine stark vergrößerte Querschnittsansicht des Heißsiegels der vorliegenden Erfindung, wobei der Beginn eines Risses in den Siegelschichten während des Öffnens des Behälters dargestellt ist;
3C eine stark vergrößerte Querschnittsansicht des Heißsiegels der vorliegenden Erfindung, nachdem der Behälter geöffnet wurde;
4 eine fragmentarische und vergrößerte Ansicht des versiegelten Endes des rohrförmigen Behälters eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei eine bevorzugte Form des Rands des Behälters dargestellt ist;
5A eine vergrößerte Querschnittsansicht der Heißsiegelvorrichtung der vorliegenden Erfindung vor einem Kontakt mit dem Behälter der vorliegenden Erfindung;
5B eine vergrößerte Querschnittsansicht einer Ausführungsform des Siegelkopfes der Heißsiegelvorrichtung der vorliegenden Erfindung, welcher den Deckel des Behälters kontaktiert und die heißsiegelfähigen Zusammensetzungen bevorzugt zum Inneren des Behälters zwingt;
5C eine vergrößerte Querschnittsansicht des versiegelten Endes eines Behälters der vorliegenden Erfindung nach dem Siegel-Vorgang;
6 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen eines rohrförmigen Behälters gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wird nun nachfolgend eingehender unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt sind. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollte nicht als auf die nachstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ausgelegt werden; vielmehr werden diese Ausführungsbeispiele angegeben, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und den Anwendungsbereich der Erfindung für Fachleute vollständig übermittelt, wie sie in den Ansprüchen definiert ist. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich immer auf gleiche Elemente.
Ein rohrförmiger Behälter 10 gemäß der vorliegenden Erfindung 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.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel ist besonders vorteilhaft für das Verpacken von Kartoffelchips und weist einen flexiblen Verschluss oder Deckel 11 auf, auf den sich auch als membran-ähnlicher Verschluss oder Deckel bezogen wird, und eine wiederverwendbare Endkappe oder einen wiederverwendbaren Verschluss 12 aus Kunststoff bzw. Plastik über dem Siegel.
Verschiedene andere Endverschlüsse können jedoch verwendet werden, abhängig von der Art des Nahrungsmittelproduktes, das zu verpacken ist, wie beispielsweise Teig.
Wie in 2 detaillierter dargestellt ist, weist der rohrförmige Behälter 10 eine Wand mit einer Körperlage 13, die vorzugsweise aus Pappe gebildet ist, und mit einer Decklage 14 auf, die vorzugsweise aus einem Polymer-Material gebildet ist und an der Innenfläche der Körperlage 13 anhaftet. Das obere Ende des rohrförmigen Behälters 10 ist nach außen gerollt, um einen wulstförmigen 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.
Der Deckel 11 ist aus mehreren Lagen konstruiert. Optional ist die Schicht, die auf die ganz außen liegende Fläche des Deckels 11, weg vom Inneren des rohrförmigen Behälters 10, aufgebracht ist, eine Schicht 18 aus Papier oder Pappe, wie zum Beispiel eine Kraftpapierschicht. 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 Polyethylenterephthalat, modifiziertem Polyethylenterephthalat, Polyethylennapthalat, metallisiertem Polyester, metallisiertem Polypropylen und Mischungen davon besteht. Die Sperrschicht 20 könnte auch aus Metalloxid und Silikat-beschichtetem Polyester, Metalloxid und Silikat-beschichtetem Polypropylen, Ethylenvinylalkohol und Mischungen davon gefertigt sein. Alternativ weist die Sperrschicht 20 eine Schicht aus einer Aluminiumfolie auf.
Vorteilhafterweise umfasst der Deckel 11 eine Siegelschicht 22, die eine heißsiegelbare Zusammensetzung aufweist und derart angeordnet ist, dass die Siegelschicht 22 des Deckels 11 nahe der Siegelschicht 26 der Decklage 14 gelegen ist. Die Siegelschicht 22 des Deckels 11 ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Ethylenvinylacetat, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen geringer Dichte, Ethylenmethylacrylat, Metallozen-katalysierten Polyolefinen und Mischungen oder Verbindungen davon besteht. Die Siegelschicht 22 des Deckels 11 hat vorzugsweise einen Schmelzpunkt innerhalb des Bereiches von ungefähr 70°C und 130°C. Am meisten bevorzugt liegt der Schmelzpunkt der Siegelschicht 22 zwischen ungefähr 80°C und 110°C und beträgt insbesondere 83°C.
In einer Ausführungsform ist der Deckel 11 als ein Laminat aus einer Schicht 18 aus Pappe gebildet, die an der Sperrschicht 20 anhaftet, wobei eine coextrudierte Haftschicht (nicht gezeigt) verwendet wird. Die Haftschicht ist aus Materialien gefertigt, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Polyethylen geringer Dichte, Ethylenmethylacrylat (EMA), Ethylenmetacrylsäure-Copolymeren (EMAA) und Mischungen davon besteht. Die Siegelschicht 22 ist auf der gegenüberliegenden Fläche der Sperrschicht 20 beschichtet. Die Siegelschicht 22 kann durch eine Extrusions-Beschichtung gebildet sein, durch Extrusion als eine Blasfolie laminiert sein oder als eine Blasfolie mit einem wärmehärtenden Haftmittel laminiert sein. In einer Ausführungsform ist die Siegelschicht 22 als eine Zweischicht-Coextrusion aus Polyethylen hoher Dichte und Ethylenmetacrylat-Copolymer gebildet.
Die Siegelschicht 22 des Deckels 11 hat vorzugsweise eine Dicke zwischen ungefähr 0,6 und ungefähr 3,0 mils, am meisten bevorzugt eine Dicke von mindestens ungefähr 1,5 mils. Die Siegelschicht 22 weist eine heißsiegelbare Zusammensetzung mit einem Gewicht zwischen ungefähr 4,5 bis ungefähr 22,5 kg/270 m² (10 bis ungefähr 50 lbs./3000 ft²) und vorzugsweise ungefähr 9,0 bis ungefähr 18,0 kg/270 m² (20 bis ungefähr 40 lbs./3000 ft²) auf. Am meisten bevorzugt hat die Siegelschicht 22 eine heißsiegelbare Zusammensetzung mit einem Gewicht von ungefähr 11,3 kg/270 m² (25 lbs./3000 ft²) oder mehr. Die relativ dickere Siegelschicht 22 hindert natürliche Variationen im Herstellungsprozess des Behälters an einer Beeinflussung der Beschaffenheit des Heißsiegels. Zum Beispiel haben Unvollkommenheiten in dem Rand 15 und Variationen in der Behälterhöhe einen signifikanten Effekt auf den Siegelvorgang. Das zusätzliche Heißsiegelmaterial füllt sämtliche Risse und Spalte, die in dem Rand 15 ausgebildet sind, aus und ist ebenfalls in der Lage, ein kontinuierliches Siegel um Nähte in der Behälterwand auszubilden, wie beispielsweise die Nähte, die durch Anaconda-Falze oder Überlappungs-Nähte in der Decklage geschaffen sind.
Das zusätzliche Siegelmaterial trägt ebenso durch die Kompensation kleiner Unterschiede in der Behälterhöhe, die andernfalls möglicherweise zu einer Reduktion der Siegelfestigkeit führen könnte, zu einem besseren Siegel bei. Weiterhin erlaubt die erhöhte Menge an Siegelschicht(22)-Material die Bildung eines Heißsiegels trotz der Anwesenheit von Fremdstoffen, die in den Heißsiegelbereich während des Herstellungsvorganges eingebracht werden, wie z. B. Wachs. Durch die Verwendung einer dickeren Siegelschicht kann das Heißsiegel bei geringeren Siegeltemperaturen gebildet werden. Eine bevorzugte Fertigung der Siegelschicht ist in der US 6,302,231 offenbart, die gleichzeitig mit dieser angemeldet wurde und den Titel "Sealant Layer for Container Lid" trägt.
Die Decklage 14 ist ebenso typischerweise aus mehreren Schichten aufgebaut. Mit Ausnahme der ganz außenliegenden bzw. äußersten Siegelschicht 26 ist die Zusammensetzung der Decklage 14 für die vorliegende Erfindung nicht kritisch. 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, das zu verpacken ist, eingesetzt werden könnten. Zum Beispiel weisen konventionelle Decklagen eine Schicht aus einer Folie auf, die mit einem Kraftpapier verstärkt ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Decklage 14 jedoch im wesentlichen vollständig aus einem Material aus einem Polymer gebildet. Insbesondere können Decklagen, wie sie im U.S. Patent Nr. 5,829,669 von Drummond et al. oder im U.S. Patent Nr. 5,846,619 von Cahill et al. beschrieben sind, welche beide auf den Inhaber der vorliegenden Erfindung übertragen sind, verwendet werden.
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. Alternative Sperrmaterialien schließen Nylon, EVOH (Ethylenvinylalkohol-Polymer und Copolymer), Polyvinylidenchlorid, Polyethylen, Polypropylen, metallisiertes Polypropylen, Metalloxid und Silikatbeschichtetes Polyester, Metalloxid und Silikatbeschichtetes Polypropylen und ähnliches ein, wie es dem Fachkundigen offensichtlich ist.
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 aber erheblich dünner als eine Folienschicht und nicht notwendig für Festigkeits- oder Sperreigenschaften in bestimmten Anwendungen.
Eine Haftschicht 30 ist vorzugsweise 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-katalysierte Polyolefine, Ethylen-Metacrylsäure, Ethylenmethylacrylat, Ethylenbutylacrylat, Ethylacrylsäure, Ehtylenvinylacetat und Verbindungen, Gemische und Copolymere davon umfasst. Die Haftschicht 30 könnte auch eine wärmehärtende Haftschicht sein.
Eine Siegelschicht 26 definiert 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 6 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.
Die Siegelschicht 26 der Decklage 14 ist vorzugsweise aus einem Material, das aus der Gruppe gewählt ist, das hochdichtes Polyethylen, Polyethylen geringer Dichte, Metallozen-katalysierte Polyolefine und Mischungen oder Verbindungen davon umfasst. In Ausführungsformen der Siegelschicht 26, welche ein Polyolefin-Polymer umfassen, ist das Polyolefin vorzugsweise Polyethylen hoher Dichte oder eine Polyethylenverbindung hoher Dichte, die bis zu 30% 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.
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 3A detaillierter gezeigt ist, wird ein versiegelter Verbundbehälter 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 den heißsiegelbaren Zusammensetzungen der Siegelschicht 26 der Decklage 14 und der Siegelschicht 22 des Deckels 11 gebildet. Die heißsiegelbaren 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. An bestimmten Stellen kann die heißsiegelbare Zusammensetzung vollständig zwischen den Sperrschichten 20 und 28 entfernt werden, so dass die Sperrschichten in angrenzenden Kontakt geraten. Die inneren und äußeren Wülste 36, 38 halten jedoch 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 Mikrometer. 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.
Tatsächlich 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 meisten 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. Die Berstfestigkeit kann unter Verwendung einer Unterdruck- bzw. Höhenkammer getestet werden. Typischerweise wird der versiegelte Behälter 10 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 30 kPascal (10 in. of Hg) für 30 Minuten bei Raumtemperatur auszusetzen. Die Behälter 10 der vorliegenden Erfindung sind fähig, ein hermetisch dichtes Siegel während eines 30 Minuten dauernden Vakuums von 30 kPascal (10 in. of Hg) bei Raumtemperatur aufrechtzuerhalten.
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 90 bis ungefähr 180 kg/m (5 bis ungefähr 10 lbs./linear inch). In einer Ausführungsform weist das Heißsiegel eine Abschälfestigkeit von ungefähr 125 bis ungefähr 180 kg/m (7 bis ungefähr 10 lbs./linear Inch) auf. Deshalb kombiniert das Heißsiegel der vorliegenden Erfindung die Scher- und Zugfestigkeit, die notwendig ist, um unerwünschte Brüche des rohrförmigen Behälters 10 zu verhindern, mit einer relativ geringen Abschälfestigkeit für das leichte Öffnen durch den Verbraucher.
Die 3A–3C stellen den Öffnungsmechanismus für den Behälter 10 der vorliegenden Erfindung dar. Wie in den 3B und 3C gezeigt, verursacht die Scherkraft, die beim Öffnen des Behälters 10 erzeugt wird, einen Riss, der sich durch die Siegelschicht 26 der Decklage 14 und/oder die Siegelschicht 22 des Deckels 11 verbreitet bzw. ausbreitet. Die Siegelschicht 26 der Decklage 14 und die Siegelschicht 22 des Deckels 11 sorgen für eine Haftfestigkeit zwischen der Sperrschicht 20 des Deckels 11 und der Sperrschicht 28 der Decklage 14, die geringer als die Haftfestigkeit zwischen der Sperrschicht 28 der Decklage 14 und der Körperlage 13 aus Pappe (oder irgendwelchen anderen Zwischenschichten wie z. B. der metallisierten Beschichtung 32 der Decklage 14). Als Ergebnis tritt ein Abscheren, das während des Öffnens des rohrförmigen Behälters 10 stattfindet, nur zwischen und nicht durch die Sperrschichten der Decklage 14 und des Deckels 11 auf. Wenn der rohrförmige Behälter 10 der vorliegenden Erfindung geöffnet wird, treten keine unsichtbaren Risse durch die Sperrschicht 28 der Deckschicht 14 auf.
Es wurde herausgefunden, dass der innere Wulst 36 des doppelten Wulstsiegels für die überwiegende Festigkeit gegenüber auf den Behälter einwirkenden Zugkräften 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 Abschälen des abschälbaren Heißsiegels, das zwischen dem Deckel 11 und der Decklage 14 gebildet ist. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass das Heißsiegel vorteilhafterweise mit einem größeren inneren Wulst 36 und einem kleineren äußeren Wulst 38 gebildet 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.
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 Sperrschicht 20 des Deckels 11 und der Sperrschicht 28 der Decklage 14, gemessen am längsten Punkt über dem Wulst in einer vertikalen Ebene, wie es durch das Bezugs zeichen A der 3A gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass die Messung der Breite allgemein definiert ist als die Distanz zwischen der der Siegelschicht 22 des Deckels 11 im Aufbau des Deckels nächstgelegenen Schicht und der der Siegelschicht 26 der Decklage 14 im Aufbau der Decklage nächstgelegenen Schicht. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die nächstgelegenen Schichten Sperrschichten. In anderen Ausführungsformen können die nächstgelegenen Schichten jedoch Schichten eines anderen Typs sein. Insbesondere ist die Breite des Innenwulstes 36 ungefähr 90 bis ungefähr 190 Mikrometer, vorzugsweise ungefähr 130 bis ungefähr 180 Mikrometer und am meisten bevorzugt ungefähr 140 bis ungefähr 160 Mikrometer. Die Breite des Außenwulstes 38 ist ungefähr 60 bis ungefähr 140 Mikrometer, vorzugsweise ungefähr 80 bis ungefähr 120 Mikrometer und am meisten bevorzugt ungefähr 95 bis ungefähr 120 Mikrometer. Es versteht sich, dass die Breite der Wülste von einer Anzahl von Faktoren abhängt, einschließlich der heißsiegelbaren Materialien, die verwendet werden, um die Siegelschichten 22, 26 zu bilden, der Bedingungen beim Heißsiegeln und ähnlichem.
Bezüglich der relativen Breiten des Innenwulstes 36 und des Außenwulstes 38 ist die Breite des Innenwulstes ungefähr 10 bis ungefähr 40% größer als die Breite des Außenwulstes, vorzugsweise ungefähr 20 bis 30% größer, und am meisten bevorzugt ungefähr 22 bis ungefähr 26% größer.
Eine bevorzugte Gestalt des Randes 15 des Behälters 10 ist in 4 dargestellt. Wie gezeigt, 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 Siegelschicht 22 des Deckels 11 kontaktiert. Die Heißsiegeloberfläche weist einen Scheitelabschnitt, einen Innenabschnitt, der von dem Scheitelabschnitt hin zum Inneren des Behälters 10 abfällt, und einen Außenabschnitt, der von dem Scheitelabschnitt hin zum Äußeren des Behälters abfällt, auf. Vorzugsweise fällt der Innenabschnitt von dem Scheitelabschnitt in einem größeren Maß ab als der Außenab schnitt. Dieses Design des Rands 15 unterstützt den inneren Wulst 36, die Heißsiegeloberfläche in Richtung des Inneren des Behälters 10 weiter nach unten auszudehnen, und hält den äußeren Wulst 38 ab, die Heißsiegeloberfläche nach unten in Richtung des Äußeren des Behälters auszudehnen. In dieser Weise beeinflusst die Form des Randes 15 die Flussrichtung der heißsiegelbaren Zusammensetzungen und die relativen Formen des inneren Wulstes 36 und des äußeren Wulstes 38. Durch die Unterstützung des Flusses der heißsiegelbaren Zusammensetzungen weiter die heißsiegelbare Oberfläche in Richtung des inneren des Behälters hinunter, wird eine bessere Berstfestigkeit aufgrund des Verankerungseffekts des inneren Wulstes 36 erzielt. 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. Zusätzlich wird die Abschälfestigkeit 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, verglichen mit dem inneren Wulst 36. Die gewünschte Form des Randes 15 kann während der anfänglichen 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. Der Rand kann auch einen im wesentlichen ebenen Bereich aufweisen, wie dies in der 4 gezeigt und in der US 6,234,386 offenbart ist.
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. In einigen Versiegelungssystemen, 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 die relativ dicke Siegelschicht 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.
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 die Decklage 14 eine Sperrschicht 28 und eine Siegelschicht 26, wobei die Siegelschicht die innerste Oberfläche der Decklage definiert und eine heißsiegelbare 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, um das Heißsiegel zu bilden. 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 heißsiegelbaren Zusammensetzungen fließfähig zu machen, und werden zusammengepresst, um vorzugsweise einen stärkeren Fluss der heißsiegelbaren Zusammensetzungen in Richtung des Inneren des Behälters zu unterstützen, um einen inneren Wulst 36 und einen äußeren Wulst 38 zu bilden, wobei der innere Wulst eine größere Menge an heißsiegelbaren Zusammensetzungen als der äußere Wulst beinhaltet bzw. aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Schritt des Zusammendrückens durchgeführt durch das Zusammendrücken der Sie gelschichten 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, beschichtetem Kupfer oder einem anderen wärmeleitfähigen Material. Der Heißsiegelkopf 44 wird mit einer Wärmequelle 46 erhitzt. Die Wärmequelle kann irgend eine geeignete bekannte Wärmequelle sein. Der Heißsiegelkopf 44 braucht 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 eine 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.
Der Winkel der geneigten Oberfläche des Heißsiegelkopfes 44 wirkt sich auf die Menge an Material aus, die fließt, um die Wülste zu bilden, als auch auf die relative Größe der Wülste. 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 geschmolzenes Polymer von den Siegelschichten hin zum Inneren des Behälters bewegt, um den inneren Wulst zu bilden. Wenn diese Bewegung auftritt, "füllt" das geschmolzene Polymer vorteilhafterweise alle Unregelmäßigkeiten in den Oberflächen der Decklage und des Deckels aus, um so die Unversehrtheit des Siegels zu verbessern.
Die Heißsiegelbedingungen, wie z. B. Temperatur, Druck und Zeit, hängen von einer Anzahl von Faktoren ab, einschließlich der verwendeten heißsiegelbaren Zusammensetzungen und der Dicke der Heißsiegelschichten. In einer Ausführungsform werden die Heißsiegelschichten auf zwischen ungefähr 175°C bis ungefähr 275°C erhitzt, vorzugsweise ungefähr 205°C bis ungefähr 230°C, und am meisten bevorzugt 210°C bis ungefähr 225°C. In einer Ausführungsform beträgt die Heißsiegeltemperatur ungefähr 218°C. Der Heißsiegeldruck beträgt ungefähr 210 bis ungefähr 420 kPascal (30 bis ungefähr 60 psi), vorzugsweise ungefähr 276 bis ungefähr 345 kPascal (40 bis ungefähr 50 psi). In einer Ausführungsform beträgt der Heißsiegeldruck ungefähr 310 kPascal (45 psi). Die Heißsiegelzeit, dies bedeutet, die Zeitperiode, während der ein Heißsiegeldruck ausgeübt wird, beträgt ungefähr 0,5 bis ungefähr 1,75 Sekunden, vorzugsweise ungefähr 0,9 bis ungefähr 1,5 Sekunden und am meisten bevorzugt ungefähr 1,15 bis ungefähr 1,35 Sekunden. In einer Ausführungsform beträgt die Heißsiegelzeit ungefähr 1,25 Sekunden.
Obwohl die Ausführungsformen der Behälter, die oben diskutiert wurden, zwei Siegelschichten 22 und 26 umfassen, erfordert die vorliegende Erfindung nicht die Verwendung von zwei Siegelschichten. Mindestens die Decklage oder der Deckel muss eine Siegelschicht umfassen, um die notwendigen Heißsiegelwülste 36 und 38, wie oben beschrieben, vorzusehen. Zwei Siegelschichten sind jedoch nicht notwendig, um die vorliegende Erfindung auszuführen. Falls eine einzige Heißsiegelschicht verwendet wird, kann die Heißsiegelschicht aus Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen geringer Dichte, Ethylenvinylacetat, Ethylenmethylacrylat, Metallozen-katalysierte Polyolefine und Mischungen davon gefertigt werden.
Die Behälter 10 der vorliegenden Erfindung können durch das in 6 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 mit auf Lösungsmitteln basierenden Haftmitteln bzw. Klebern verbunden sind, 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 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 kurzen Zeitperiode verdampfen, mit dem Ergebnis, dass das Haftmittel nicht ausreichend klebrig gemacht werden wird. Andererseits wird zuviel Wärme das Haftmittel austrocknen und dazu führen, dass das Haftmittel an Klebrigkeit verliert. Ein bevorzugter Typ einer Wärmequelle ist ein Infrarot-Heizgerät, obwohl verschiedene andere Wärmequellen, z. B. Umluft-Heizung bzw. Gebläse-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, wel cher das Rand-Haftmittel 24 auf die abgeschrägte Oberfläche des geschabten zweiten Rands 54 der Körperlage 13 aufbringt. Das Rand-Haftmittel 24 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 24 hilft, eine stärkere Körperlagenhaftung vorzusehen, insbesondere für einlagige Körperlagen-Behälter.
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.
Die Decklage 14 wird dann unter ein 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.
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 den 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 72 ausgesetzt.
Wenn die Körperlage 13 weiter gewickelt wird und der erste Rand 52 der Körperlage 13 nach einer kompletten Umdrehung unter den 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 24 haftet die Ränder zusammen, um ein spiralförmig gewickeltes Rohr zu bilden, welches entlang dem Dorn 70 vorrückt.
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 durch eine Polymer-Haftschicht 30 des ersten Grenzrandes bzw. Grenzrandabschnittes 41, der mit den zweiten Grenzrand 42 bzw. Grenzrandabschnitt 42 verbunden wird, gebildet. Ein Streifen eines heißschmelzenden Haftmittels könnte jedoch alternativ verwendet werden, um die Lagen-Überlappung zu sichern und versiegeln.
Das Rohr wird dann den Dorn 70 mittels eines konventionellen Wickelriemens 74 hinunter befördert, 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.
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.
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.
Viele Modifikationen und andere Ausführungsformen der Erfindung, welche den Nutzen der in den vorangegangenen Beschreibungen und den zugehörigen Zeichnungen dargelegten Lehren aufweisen, werden einem Fachmann in den Sinn kommen, an den sich die Erfindung richtet. Daher versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten, spezifischen Ausführungsformen begrenzt ist, und Modifikationen und andere Ausführungsformen innerhalb des Rahmens der beigefügten Ansprüche enthalten sein sollen. Zum Beispiel brauchen die rohrförmigen Behälter der vorliegenden Erfindung nicht notwendigerweise schraubenförmig bzw. spiralförmig gewickelt sein, sondern können stattdessen longitudinal gewickelt sein, um ein "übereinander gewickeltes" Rohr mit einer sich axial erstreckenden Naht zu schaffen. Obwohl die rohrförmigen Behälter gemäß der vorliegenden Erfindung in erster Linie in Verbindung mit Nahrungsmittelprodukten beschrieben wurden, versteht es sich ferner, dass die Behälter in Verbindung mit anderen Produkten verwendet werden könnten, wo die Decklage vorteilhaft ist, wie z. B. Tinte oder Dichtungsmasse. Obwohl spezifische Bezeichnungen gebraucht wurden, sind diese lediglich in einem allgemeinen und beschreibenden Sinn verwendet worden und nicht zum Zwecke einer Einschränkung.

Claims

Versiegelter Verbundbehälter für Produkte, mit: einem rohrförmigen Körperteil mit wenigstens einer Körperlage (13) aus Pappe und einer Innenfläche; einer Decklage (14), die an der Innenfläche des rohrförmigen Körperteils anhaftet und eine Sperrschicht (28) aufweist, wobei wenigstens ein Ende des Körperteils und der Decklage zum Bilden eines Randes (15) nach außen gerollt ist und die Decklage freilegt; und einem Deckel (11), der funktionsfähig nahe dem Rand positioniert und mit diesem heißversiegelt ist und eine Sperrschicht (20) aufweist; wobei wenigstens der Deckel oder die Decklage ferner eine Siegelschicht mit einer heißsiegelbaren Zusammensetzung aufweist und die Siegelschicht ein Heißsiegel zwischen dem Deckel und der Decklage bildet, das einen Innenwulst (36), der aus der heißsiegelbaren Zusammensetzung gebildet ist und der Innenseite des Behälters zugewandt ist, und einen Außenwulst (38) aufweist, der aus der heißsiegelbaren Zusammensetzung auf der dem Innenwulst gegenüberliegenden Seite des Heißsiegels gebildet ist, wobei der Innenwulst eine größere Menge der heißsiegelbaren Zusammensetzungen im Querschnitt aufweist als der Außenwulst.
Behälter nach Anspruch 1, bei dem die Breite des Innenwulstes ungefähr 90 bis ungefähr 190 Mikrometer und die Breite des Außenwulstes ungefähr 60 bis ungefähr 140 Mikrometer beträgt.
Behälter nach Anspruch 2, bei dem die Breite des Innenwulstes ungefähr 130 bis ungefähr 180 Mikrometer und die Breite des Außenwulstes ungefähr 80 bis ungefähr 120 Mikrometer beträgt.
Behälter nach Anspruch 1, bei dem das Heißsiegel eine Haftfestigkeit zwischen der Sperrschicht des Deckels und der Sperrschicht der Decklage ausbildet, wobei diese Haftfestigkeit geringer ist als die Haftfestigkeit zwischen der Sperrschicht der Decklage und dem rohrförmigen Körperteil hinter der Sperrschicht, so daß beim Öffnen ein Abscheren nur zwischen den Sperrschichten auftritt.
Versiegelter Verbundbehälter für Produkte, mit: einem rohrförmigen Körperteil mit wenigstens einer Körperlage (13) aus Pappe und einer Innenfläche; einer Decklage (14), die an der Innenfläche des rohrförmigen Körperteils anhaftet und eine Sperrschicht (28) aufweist, wobei wenigstens ein Ende des Körperteils und der Decklage zum Bilden eines Randes (15) nach außen gerollt ist und der Rand eine Heißsiegelfläche bildet mit einem Scheitelabschnitt, einem Innenabschnitt, der von dem Scheitelabschnitt weg und zur Innenseite des Behälters hin geneigt ist, und mit einem Außenabschnitt, der vom Scheitelabschnitt weg und zur Außenseite des Behälters hin geneigt ist, wobei der Außenabschnitt um ein größeres Maß vom Scheitelabschnitt weggeneigt ist als der Außenabschnitt; und einem Deckel (11), der funktionsfähig nahe dem Rand positioniert und mit diesem heißversiegelt ist und eine Sperrschicht (20) aufweist; wobei wenigstens entweder der Deckel oder die Decklage ferner eine Siegelschicht mit einer heißsiegelbaren Zusammensetzung aufweist und die Siegelschicht ein Heißsiegel zwischen dem Deckel und der Decklage bildet, das einen Innenwulst (36), der aus der heißsiegelbaren Zusammensetzung gebildet ist und der Innenseite des Behälters zugewandt ist, und einen Außenwulst (38) aufweist, der aus der heißsiegelbaren Zusammensetzung auf der dem Innenwulst gegenüberliegenden Seite des Heißsiegels gebildet ist, wobei der Innenwulst sich weiter längs der Heißsiegelfläche zur Innenseite des Behälters hin erstreckt, als sich der Außenwulst längs der Heißsiegelfläche zur Außenseite des Behälters hin erstreckt.
Behälter nach Anspruch 5, bei dem die Breite des Innenwulstes ungefähr 10 bis ungefähr 40% größer ist als die Breite des Außenwulstes.
Behälter nach Anspruch 6, bei dem die Breite des Innenwulstes ungefähr 20 bis ungefähr 30% größer ist als die Breite des Außenwulstes.
Verfahren zur Herstellung eines versiegelten Behälters für Produkte, mit den folgenden Schritten: Bereitstellen eines rohrförmigen Teils, das wenigstens eine Körperlage (13) aus Pappe mit einer Innenfläche und eine Decklage (14) aufweist, die an der Innenfläche der Körperlage anhaftet und eine Sperrschicht (28) aufweist; Nachaußenrollen wenigstens eines Endes des rohrförmigen Teils, um einen Rand (15) zu bilden; Bereitstellen eines Deckels (11), der das Ende des rohrförmigen Teils verschließt und eine Sperrschicht (20) aufweist, wobei wenigstens der Deckel oder die Decklage ferner wenigstens eine Siegelschicht mit einer heißsiegelbaren Zusammensetzung aufweist und die Siegelschicht funktionsfähig positioniert ist, um ein Heißsiegel zwischen dem Deckel und der Decklage zu bilden; Inkontaktbringen des Randes und des Deckels; Erwärmen der Siegelschicht unter Bedingungen, die ausreichen, die heißsiegelbare Zusammensetzung der Siegelschicht fließfähig zu machen; Zusammenpressen des Randes und des Deckels, um den Fluss der heißsiegelbaren Zusammensetzung in die Richtung der Innenseite des Behälters vorzugsweise zu fördern und so einen Innenwulst (36) und einen Außenwulst (38) der heißsiegelbaren Zusammensetzung zu bilden, wobei der Innenwulst eine größere Menge der heißsiegelbaren Zusammensetzung im Querschnitt aufweist als der Außenwulst, wodurch der Deckel an der Decklage hermetisch dicht befestigt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Zusammenpressens das Zusammenpressen des Randes und des Deckels mit einer geneigten Fläche aufweist, um den Fluss der heißsiegelbaren Zusammensetzung in die Richtung der Innenseite des Behälters vorzugsweise zu fördern.