1. Sposób wytwarzania tekturowego wieka do przykrywania otworu

RZECZPOSPOLITA
POLSKA
(12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)180168
(13) B1
(21) Numer zgłoszenia:
306938
(51) IntCl7:
D21H 19/84
Urząd Patentowy
Rzeczypospolitej Polskiej
(22) Data zgłoszenia:
24.01.1995
(54)
Sposób wytwarzania tekturowego wieka do przykrywania otworu pojemnika z żywnością
(30)
Pierwszeństwo:
24.01.1994,US,08/185054
21.09.1994,US,08/309682
(43)
Zgłoszenie ogłoszono:
07.08.1995 BUP 16/95
(45)
O udzieleniu patentu ogłoszono:
29.12.2000 WUP 12/00
(73)
Uprawniony z patentu:
WESTVACO CORPORATION,
Nowy Jork, US
(72)
Twórca wynalazku:
Barry G. Calvert, Covington, US
(74)
Pełnomocnik:
Sierpińska Urszula, PATPOL Spółka z o.o.
PL 180168
B1
1.
Sposób wytwarzania tekturowego wieka do przykrywania otworu pojemnika z żyw(57 ) nością, polegający na tym, że jedną stronę tekturowego wieka pokrywa się kalandrowaną
pow łoką minerałów cząsteczkowych, której powierzchnia zewnętrzna nadaje się do drukowania znaków graficznych, zaś drugą stronę tekturowego wieka pokrywa się ciągłą powłoką z
emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego na bazie wody, której powierzchnia nadaje się do
bezpośredniego kontaktu z żywnością, znamienny tym, że jako emulsję/roztwór kopolimeru
akrylowego stosuje się emulsję, która jest stabilna masowo poniżej 204°C, która łączy się
przez spajanie przy temperaturze przynajmniej 121°C, i która ma ekstrakty rozpuszczalne w
chloroformie nie przekraczające 0,0775 mg/cm 2 powierzchni kontaktującej się z żywnością
po wystawieniu na oddziaływanie rozpuszczalnika symulującego żywność (n-heptan) przy
6 6 °C przez dwie godziny, i w której nie więcej niż 5% wszystkich jednostek polimerowych
jest wybrane z grupy, na którą składa się kwas akrylowy, akrylamid, dimetakrylan glikolu
1,3-butylenowego, dimetakrylan glikolu 1,4-butylenowego, dimetakrylan glikolu dietylenowego, dimetakrylan glikolu dipropylenowego, diwinylobenzen, dimetakrylan glikolu etylenowego,
kwas itakonowy, kwas metakrylowy, N-metyloloakrylamid, dimetakrylan N-metylo-1,4-pentanodiolu, dimetakrylan glikolu propylenowego, triwinylobenzen, kwas fumarowy, metakrylan
glicydylowy i metakrylan N-heksylowy, przez co uzyskuje się odpowiednie własności zaporowe względem oparów i właściwe uszczelnienie cieplne napełnionego porcją żywności pojemnika z otworem przykrytym takim tekturowym wiekiem.
Sposób wytwarzania tekturowego wieka
do przykrywania otworu pojemnika z żywnością
Zastrzeżenia
patentowe
1. Sposób wytwarzania tekturowego wieka do przykrywania otworu pojemnika z żywnością, polegający na tym, że jedną stronę tekturowego wieka pokrywa się kalandrow aną powłoką
minerałów cząsteczkowych, której powierzchnia zewnętrzna nadaje się do drukowania znaków
graficznych, zaś drugą stronę tekturowego wieka pokrywa się ciągłą pow łoką z emulsji/roztworu
kopolimeru akrylowego na bazie wody, której powierzchnia nadaje się do bezpośredniego kontaktu z żywnością, znamienny tym, że jako emulsję/roztwór kopolimeru akrylowego stosuje się
emulsję, która jest stabilna masowo poniżej 204°C, która łączy się przez spajanie przy temperaturze przynajmniej 121°C, i która ma ekstrakty rozpuszczalne w chloroformie nie przekraczające
0,0775 mg/cm 2 powierzchni kontaktującej się z żywnością po wystawieniu na oddziaływanie
rozpuszczalnika symulującego żywność (n-heptan) przy 6 6 °C przez dwie godziny, i w której nie
więcej niż 5% wszystkich jednostek polimerowych jest wybrane z grupy, na którą składa się kwas
akrylowy, akrylamid, dimetakrylan glikolu 1,3-butylenowego, dimetakrylan glikolu 1,4-butylenowego, dimetakrylan glikolu dietylenowego, dimetakrylan glikolu dipropylenowego, diwinylobenzen, dimetakrylan glikolu etylenowego, kwas itakonowy, kwas metakrylowy, N-metyloloakrylamid,
dimetakrylan N-metylo-1,4-pentanodiolu, dimetakrylan glikolu propylenowego, triwinylobenzen,
kwas fumarowy, metakrylan glicydylowy i metakrylan N-heksylowy, przez co uzyskuje się odpowiednie własności zaporowe względem oparów i właściwe uszczelnienie cieplne napełnionego porcją żywności pojemnika z otworem przykrytym takim tekturowym wiekiem.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosowaną emulsję/roztwór kopolimeru
akrylowego nakłada się w ilości, dającej ciężar powłoki wynoszący 1,362 do 4,086 kg na 278,7 m2.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed zastosowaniem emulsji/roztworu
kopolimeru akrylowego pokrywa się drugą stronę tekturowego wieka kalandrowaną powłoką z
minerałów cząsteczkowych, na którą następnie nakłada się 0,454 do 1,82 kg na 278,7 m 2 powłoki
z emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego.
4. Jednoprzebiegowy sposób wytwarzania tekturowej taśmy przeznaczonej na tekturowe
wieka do przykrywania otworu pojemnika z porcją żywności, polegający na tym, że jedną stronę
tekturowej taśmy pokrywa się kalandrowaną powłoką minerałów cząsteczkowych, na której powierzchni zewnętrznej korzystnie drukuje się znaki graficzne, zaś drugą stronę tekturowej taśmy
pokrywa się ciągłą powłoką z emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego na bazie wody, której
powierzchnia nadaje się do bezpośredniego kontaktu z żywnością, znamienny tym, że jako
emulsję/roztwór kopolimeru akrylowego stosuje się emulsję, która jest stabilna masowo poniżej
204°C, która może łączyć się przez spajanie przy temperaturze przynajmniej 6 6 °C, i która ma
ekstrakty rozpuszczalne w chloroformie nie przekraczające 0,0775 mg/cm 2 powierzchni kontaktującej się z żyw nością po wystawieniu na oddziaływanie rozpuszczalnika symulującego żywność (n-heptan) przy 121°C przez dwie godziny, i w której nie więcej niż 5% wszystkich
jednostek polimerowych jest wybrane z grupy, na którą składa się kwas akrylowy, akrylamid, dimetakrylan glikolu 1,3-butylenowego, dimetakrylan glikolu 1,4-butylenowego, dimetakrylan
glikolu dietylenowego, dimetakrylan glikolu dipropylenowego, diwinylobenzen, dimetakrylan
glikolu etylenowego, kwas itakonowy, kwas metakrylowy, N-metylolakrylamid, dimetakrylan
N-metylo-1,4-pentanodiolu, dimetakrylan glikolu propylenowego, triwinylobenzen, kwas fumarowy, metakrylan glicydylowy i metakrylan N-heksylowy, przy czym wszystkie etapy przeprowadza się w jednoprzebiegowym procesie przetwarzania, przez co uzyskuje się odpowiednie
własności zaporowe względem oparów i właściwe uszczelnienie cieplne napełnionego porcją
żywności pojemnika z otworem przykrytym tekturowym wiekiem, wyciętym z takiej tekturowej
taśmy.
180 168
3
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że tekturową taśmę formuje się w tekturowy
półwyrób podczas jednoprzebiegowego procesu przetwarzania.
6 . Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że stosowaną emulsję/roztwór kopolimeru
akrylowego nakłada się w ilości dającej ciężar powłoki wynoszący 2,724 do 5,448 kg ( w stanie
suchym) na 278,7 m2.
7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że przed zastosowaniem emulsji/roztworu
kopolimeru akrylowego pokrywa się drugą stronę tekturowej taśmy kalandrowaną powłoką z
minerałów cząsteczkowych, na którą następnie nakłada się 1,82 do 4,54 kg (w stanie suchym) na
278,7 m 2 powłoki z emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego.
8 . Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że po nałożeniu emulsji/roztworu kopolimeru
akrylowego stosuje się etap suszenia tej emulsji/roztworu i warstwy wydrukowanych znaków
graficznych.
***
Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania tekturowego wieka do przykrywania
otworu pojemnika z żywnością (tacki, tekturowe pudełka).
Dla spełnienia złożonych wymagań odnośnie czystości i jakości wykonania opakowań,
opracowano wysoko wyspecjalizowane układy opakowaniowe do rozprowadzania, sprzedawania i ogrzewania żywności do obsługi i konsumpcji. Znane sposoby wytwarzania takich układów
opakowaniowych są oparte na wytwarzaniu substratu strukturalnego, wyciętego ze wstępnie
nadrukowanego i ciętego matrycowo bielonego arkusza tektury siarczanowej, jak ujawniono w
opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki numery 4 249 978; 3 788 876, i 4 930 639.
W przypadku pakowania żywności, dla ochrony papierowego opakowania lub tekturowego pudełka przed zniszczeniem pod wpływem wilgoci, w wyniku bezpośredniego kontaktu z
substancją żywnościową, wewnętrzne powierzchnie takiego kartonowego pudełka powleka się
warstwą zaporową dla wilgoci w postaci jednej lub więcej ciągłych warstw żywicy termoplastycznej. W innych zastosowaniach dotyczących żywności i nie tylko, tektura jest pokrywana warstwami zaporowymi, które stawiają opór dla tlenu, aromatu lub dla przejścia innych molekuł
gazowych. Warstwy te s ą zwykle nakładane na tekturowy arkusz przed nadrukowaniem i cięciem
w postaci gorącej, lepkiej, wytłoczonej folii lub jako lepki roztwór lub emulsja, z zastosowaniem
konwencjonalnych technologii powlekania. W tym celu zwykle są stosowane wytłaczane żywice
termoplastyczne, stanowiące polietylen o małej gęstości (LDPE), polipropylen (PP) i tereftalan polietylenowy (PET). Powszechnie stosowane są żywice akrylowe, dichlorek poliwinylu (PVDC) i
PET z zastosowaniem konwencjonalnych technologii lepkiego powlekania.
Pudełka na tekturowe opakowania żywnościowe m ogą zawierać zamykaną z góry klapkę,
która stanowi integralną kontynuację tego samego tekturowego arkusza lub „półwyrobu”, z którego jest zbudowane pudełko, przy czym taka górna klapka jest podwieszona do jednej ściany bocznej pudełka. Inny rodzaj pudełka, zwykle stosowanego do opakowań żywnościowych, posiada
wieko niezależne względem tekturowego półwyrobu, z którego wykonuje się pudełko. Wieko na
tego rodzaju pudełko może być przyłączone do tego pudełka w rozmaity sposób. Niektóre ze znanych technologii obejm ują przyłączanie do ścian bocznych pudełka łub do obwodowych kołnierzy, wystających ze ścian bocznych pudełka.
Jednakże znany sposób wytwarzania tego rodzaju tekturowego wieka wymaga stosowania
dwóch oddzielnych operacji przetwarzania, następujących po wytworzeniu tektury, a mianowicie 1) powlekania lub wytłaczania termoplastycznej powłoki zaporowej poza procesem, i następnie 2) drukowania sprzedażnych znaków graficznych. Połączenie tych operacji zapewniłoby
uzyskanie oczywistych korzyści ekonomicznych.
Wytłaczanie lub powlekanie poza procesem przeprowadza się w fabryce oddzielnej względem fabryki drukującej znaki graficzne. Tak więc do dwóch takich oddzielnych operacji nieodłącznie dochodzi koszt transportu i odpadów. Obydwie operacje, gdy dokonywane są oddzielnie,
wymagają przykrawania z obydwu krawędzi arkusza, powodując zwykle utratę substratu i materiału powłokowego ze współczynnikiem ubytku do 15%.
4
1 8 0 168
Ponadto, na w ytłoczoną barierę dla wilgoci są potrzebne stosunkowo duże ciężary powłoki
polimerowej (zwykle od 5 do 12 kg na 278,7 m 2 ryzy), ponieważ mniejsze ciężary powłoki zwykle powodują niespójną grubość warstwy polimerowej lub warstwę o niewielkiej lub żadnej
przyczepności do tektury.
Ponadto, wytłoczona polimerowa powłoka zaporowa dla wilgoci znacznie komplikuje
procedury zawracania do obiegu, konieczne do odzyskania masy tekturowych włókien.
Z powyższego wynika, że istnieje potrzeba opracowania sposobu wytwarzania tekturowych opakowań zaporowych, umożliwiającego uniknięcie wysokich kosztów i odpadów towarzyszących znanym sposobom wytwarzania opakowań zaporowych.
Sposób wytwarzania tekturowego wieka do przykrywania otworu pojemnika z porcją żywności, polegający na tym, że jedną stronę tekturowego wieka pokrywa się kalandrow aną powłoką
minerałów cząsteczkowych, której powierzchnia zewnętrzna nadaje się do drukowania znaków
graficznych, zaś drugą stronę tekturowego wieka pokrywa się ciągłą pow łoką z emulsji/roztworu
kopolimeru akrylowego na bazie wody, której powierzchnia nadaje się do bezpośredniego kontaktu z żywnością, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako emulsję/roztwór kopolimeru
akrylowego stosuje się emulsję, która jest stabilna masowo poniżej 204°C, która łączy się przez
spajanie przy temperaturze przynajmniej 121 °C, i która ma ekstrakty rozpuszczalne w chloroformie nie przekraczające 0,0775 mg/cm 2 powierzchni kontaktującej się z żyw nością po wystawieniu na oddziaływanie rozpuszczalnika symulującego żywność (n-heptan) przy 6 6 °C przez dwie
godziny, i w której nie więcej niż 5% wszystkich jednostek polimerowych jest wybrane z grupy,
na którą składa się kwas akrylowy, akrylamid, dimetakrylan glikolu 1,3-butylenowego, dimetakrylan glikolu 1,4-butylenowego, dimetakrylan glikolu dietylenowego, dimetakrylan glikolu dipropylenowego, diwinylobenzen, dimetakrylan glikolu etylenowego, kwas itakonowy, kwas
metakrylowy, N-metyloloakrylamid, dimetakrylan N-metylo-1,4-pentanodiolu, dimetakrylan
glikolu propylenowego, triwinylobenzen, kwas fumarowy, metakrylan glicydylowy i metakrylan N-heksylowy, przez co uzyskuje się odpowiednie własności zaporowe względem oparów i
właściwe uszczelnienie cieplne napełnionego porcją żywności pojemnika z otworem przykrytym takim tekturowym wiekiem.
Stosowaną emulsję/roztwór kopolimeru akrylowego nakłada się w ilości, dającej ciężar
powłoki wynoszący 1,362 do 4,086 kg na 278,7 m2.
Przed zastosowaniem emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego pokrywa się drugą stronę
tekturowego wieka kalandrowaną powłoką z minerałów cząsteczkowych, na której następnie
nakłada się 0,454 do 1,82 kg na 278,7 m 2 powłoki z emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego.
Jednoprzebiegowy sposób wytwarzania tekturowej taśmy przeznaczonej na tekturowe
wieka do przykrywania otworu pojemnika z porcją żywności, polegający na tym, że jedną stronę
tekturowej taśmy pokrywa się kalandrowaną powłoką minerałów cząsteczkowych, na której powierzchni zewnętrznej korzystnie drukuje się znaki graficzne, zaś drugą stronę tekturowej taśmy
pokrywa się ciąg łą pow łoką z emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego na bazie wody, której
powierzchnia nadaje się do bezpośredniego kontaktu z żywnością, według wynalazku charakteryzuje się tym, że jako emulsję/roztwór kopolimeru akrylowego stosuje się emulsję, która jest
stabilna masowo poniżej 204°C, która może łączyć się przez spajanie przy temperaturze przynajmniej 6 6 °C, i która ma ekstrakty rozpuszczalne w chloroformie nie przekraczające 0,0775
mg/cm 2 powierzchni kontaktującej się z żyw nością po wystawieniu na oddziaływanie rozpuszczalnika symulującego żywność (n-heptan) przy 121 °C przez dwie godziny, i w której nie więcej
niż 5% wszystkich jednostek polimerowych jest wybrane z grupy, na którą składa się kwas akrylowy, akrylamid, dimetakrylan glikolu 1,3-butylenowego, dimetakrylan glikolu 1,4-butylenowego, dimetakrylan glikolu dietylenowego, dimetakrylan glikolu dipropylenowego, diwinylobenzen,
dimetakrylan glikolu etylenowego, kwas itakonowy, kwas metakrylowy, N-metylolakrylamid, dimetakrylan N-metylo-1,4-pentanodiolu, dimetakrylan glikolu propylenowego, triwinylobenzen,
kwas fumarowy, metakrylan glicydylowy i metakrylan N-heksylowy, przy czym wszystkie etapy przeprowadza się w jednoprzebiegowym procesie przetwarzania, przez co uzyskuje się odpowiednie własności zaporowe względem oparów i właściwe uszczelnienie cieplne napełnionego
180 168
5
porcją żywności pojemnika z, otworem przykrytym tekturowym wiekiem, wyciętym z takiej tekturowej taśmy.
Tekturową taśmę formuje się w tekturowy półwyrób podczas jednoprzebiegowego procesu przetwarzania.
Stosowaną emulsję/roztwór kopolimeru akrylowego nakłada się w ilości dającej ciężar
powłoki wynoszący 2,724 do 5,448 kg (w stanie suchym) na 278,7 m2.
Przed zastosowaniem emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego pokrywa się drugą stronę
tekturowej taśmy kalandrowaną powłoką z minerałów cząsteczkowych, na którą następnie
nakłada się 1,82 do 4,54 kg (w stanie suchym) na 278,7 m 2 powłoki z emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego.
Po nałożeniu emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego stosuje się etap suszenia tej emulsji/roztworu i warstwy wydrukowanych znaków graficznych.
Sposób według wynalazku pozwala na uzyskanie tekturowego pojemnika na porcję żywności zamkniętego wiekiem, które może być uszczelnione cieplnie i podgrzewane w piecu, p rzy
jednoczesnym uniknięciu wysokich kosztów transportu i zmniejszaniu odpadów nawet o 50%.
Ponadto zmniejsza się konieczność obsługi rolek w wyniku redukcji transportu, a zatem
dodatkową korzyścią sposobu według wynalazku jest znaczne zmniejszenie nieodłącznego, wynikającego z transportu uszkodzenia rolek.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym
fig. 1 przedstawia widok tekturowego pudełka na żywność z oddzielnym wiekiem stanowiącym
zamknięcie wykonane sposobem według wynalazku, fig. 2 - widok tekturowego pudełka na żywność, mającego integralne zamknięcie w postaci wieka wykonanego sposobem według wynalazku, fig. 3 - widok wytłaczanego, tekturowego pudełka na żywność, mającego oddzielne wieko
wykonane sposobem według wynalazku, fig. 4 - widok zmodyfikowanego wieka na pojemnik z
fig. 2 wykonanego sposobem według wynalazku, fig. 5 - graficzne przedstawienie analizy termicznej procentowych zamian masy w funkcji temperatury w zależności od różnic temperatur pomiędzy piecem a próbką, a fig. 6 - schemat urządzenia do wytwarzania uszczelnionego cieplnie,
zdolnego do przygrzewania w piecu wieka pojemnika na żywność.
Tekturowa taśma jest zwykle wykonana z bielonego arkusza siarczanowego o grubości 0,5 mm,
stałego niebielonego siarczanu (SUS) lub powlekanej iłem makulatury gazetowej (CCNB). W ogólności, określenie „tektura” obejmuje papier w zakresie grubości od 0,2 do 0,7 mm. Wynalazek dotyczy
całego tego zakresu, stosowanego do opakowań i do innych zastosowań.
Przy zastosowaniu do pudełek żywnościowych, tektura jest zwykle powlekana iłem na
przynajmniej jednej powierzchni bocznej i ewentualnie po obydwu stronach. Klasa tektury charakteryzuje tekturowe pasmo lub arkusz, który został powleczony iłem po jednej stronie jako
C IS i C2S dla arkusza powleczonego po obydwu stronach. Pod względem budowy, tekturowa
powłoka stanowi fluidyzowaną mieszankę minerałów, takich jak iły powlekające, węglan wapnia i/lub dwutlenek tytanu z krochmalem lub klejem, który jest gładko nakładany na przesuwającą się powierzchnię pasma. Kolejne zagęszczenie i polerowanie poprzez kalandrowanie
powoduje wykończenie powierzchni powleczonej minerałem z wysokim stopniem gładkości i
znakomitą powierzchnią drukowania znaków graficznych.
Gdy na opakowania żywności jest stosowana tektura klasy C IS, wówczas powierzchnia
powleczona iłem jest przygotowana jako powierzchnia zewnętrzna, to jest powierzchnia, która
nie jest w kontakcie z żywnością. Według obecnego wynalazku, druga strona (strona kontaktująca się z żywnością) jest powleczona szczególną em ulsją na bazie wody, która będzie opisana
szczegółowo poniżej. Proces powlekania emulsją może obejmować środki takie jak rolka rotograwiurowa, powlekacz giętki, powlekacz żerdziowy, nóż powietrzny lub ostrze.
Typowa ilość nakładanej emulsji, dla niezależnego (nie podłączonego do tacki lub kołnierza brzegowego pojemnika) tekturowego wieka C IS, które ma być uszczelnione cieplnie do
kołnierza brzegowego kartonowego pojemnika na żywność, jest w zakresie od 1,362 do 4,086 kg
w stanie suchym na 278,7 m 2 ryzy. Wieko kartonowe do żywności w klasie C2S wymaga tylko
stosowania 0,454 do 1,82 kg w stanie suchym na 278,7 m 2 ryzy w wyniku większego „wytrzymy-
6
1 8 0 168
wania” emulsyjnej powłoki zaporowej dla wilgoci, występującej samoistnie w kalandrowanej
powierzchni papierowej powleczonej iłem.
Typowa wielkość nakładania emulsji dla niezależnej tacki i/lub tacki z przywieszonym wiekiem wytwarzanym z tektury C I S jest w zakresie 2,724 do 5,448 kg w stanie suchym na 278,7 m 2
ryzy. Wieko pudełka na żywność klasy C2S będzie wymagało stosowania tylko 1,82 do 4,54 kg na
278,7 m 2 ryzy w wyniku „wytrzymywania” powłoki zaporowej emulsji na bazie wody, występującego samoistnie w kalandrowanej, powleczonej iłem papierowej powierzchni.
Pierwsze rozwiązanie wynalazku dotyczy konstrukcji pudełka 2 podobnego do pokazanego na fig. 1, które zawiera pojemnik 4 i wieko 20. Elementy pojemnika obejm ują panel dolny 6 ,
boczne ściany 8 , kołnierz 10 i narożniki 12. Wieko 20 jest oddzielne względem pojemnika.
Płaskie zamknięcie lub wieko 20 na fig. 1 jest wycinane z tekturowego arkusza lub taśmy
52 (fig 6 ) o dużej długości Z układu obsługującego materiał na szpuli, w przypadku tektury klasy
C IS, emulsja 24 kopolimeru akrylowego na bazie wody jest w sposób ciągły lub według wzoru
nakładana za pomocą konwencjonalnej technologii powlekania, wspomnianej wyżej, na pozbawioną iłu stronę arkusza w ilości korzystnie 1,362 do 4,086 kg w stanie suchym na ryzę. Gdy stosowana jest tektura klasy C2S, wówczas powłoka 24 jest nakładana na jed n ą z powierzchni
powleczonych iłem z wydajnością korzystnie 0,454 do 1,82 kg w stanie suchym na ryzę. W odniesieniu do fig. 1, powleczona emulsją strona 24 wieka stanowi stronę przeciwległą względem
wewnętrznej powierzchni pojemnika. Tak samo z układu obsługującego szpulę, powleczona
iłem powierzchnia (pokazana jako 24 na pojemniku 4 i 28 na wieku 20) arkusza jest nadrukowywana sprzedażnymi i informacyjnymi znakami graficznymi przy stanowisku 62 (fig. 6 ).
Tacka 4 na fig. 1 jest wycinana z tekturowej taśmy (fig. 6 ) o dużej długości. Z układu
obsługującego materiał na szpuli, w przypadku tektury klasy C I S, emulsja/roztwór kopolimeru
akrylowego na bazie wody jest nakładana w sposób ciągły lub według wzoru za pomocą wspomnianych wcześniej technologii powlekania na pozbawioną iłu stronę taśmy z szybkością osadzania korzystnie 2,724 do 5,448 kg w stanie suchym na ryzę. Gdy stosowana jest tektura klasy
C2S, wówczas powłoka jest nakładana na jedną z powleczonych iłem powierzchni, korzystnie z
wydajnością 1,82 do 4,54 kg w stanie suchym na ryzę.
Jak pokazano na fig. 1, strona powleczona em ulsją będzie stanowiła wewnętrzną powierzchnię pojemnika.
Zgodnie z normalnym przebiegiem, nadrukowane wieko i półwyroby tacek, jak pokazano na
fig. 1, są w sposób ciągły wycinane z arkusza lub taśmy i są doprowadzane do jednostki przetwórczej żywności w postaci stosów niezależnych wyrobów. Tekturowy pojemnik 4 jest wypełniany
produktem żywnościowym przed nałożeniem wieka 20 i uszczelnieniem. Wieka 20 są zwykle uszczelniane cieplnie do kołnierzy 10 tacek przez stosowanie ogrzanych płyt, gorącego powietrza
lub układu uszczelniającego z wykorzystaniem energii mikrofal. Układy tego rodzaju są wytwarzane przez Kliklok Corp., Atlanta, GA, Raque Food Systems z Louisville, KY., oraz Sprinter Systems z Halmstad, Szwecja.
Oczywistymi rozwiązaniami alternatywnymi względem rozwiązania pudełka z fig. 1 są
tace formowane przez prasowanie, tace z formowanej pulpy, stałe tace z tworzyw sztucznych lub
wyginane tace z wciskaną lub wytłaczaną zaporą.
Drugie rozwiązanie stanowi pudełko 40 jak pokazano na fig. 2, które zawiera pojemnik 44
z integralnym elementem zamykającym 60. Elementy składowe pudełka 40 stanow ią dolny panel 46, ściany boczne 48, kołnierz 50, narożniki 52 i integralny element zamykający 60.
Tacka/wieko nas fig. 2 jest wycięta z tekturowego arkusza lub taśmy (fig. 6 ) o dużej długości. Z układu obsługującego materiał szpulowy, w tym przypadku tekturę C IS, emulsja/roztwór
kopolimeru akrylowego na bazie wody jest nakładana w sposób ciągły lub według wzoru za pom ocą konwencjonalnej technologii powlekania, wspomnianej wcześniej, na nie pokrytą iłem
stronę pasma z szybkością osadzania korzystnie 2,724 do 5,448 kg w stanie suchym na ryzę. Gdy
stosowana jest tektura C2S, wówczas powłoka jest nakładana na jedną z powierzchni pokrytych
iłem, korzystnie w ilości 1,82 do 4,54 kg w stanie suchym na ryzę. Jak pokazano na fig. 2, strona
pokryta emulsją powinna stanowić wewnętrzną powierzchnię pojemnika.
180 168
7
Oczywistym rozwiązaniem alternatywnym względem pokazanego na fig. 2 pudełka jest
taca z narożnikami nie przyłączonymi do ścian bocznych lub taca zaprojektowana bez kołnierzy,
w której wieko może być przymocowane do ścian bocznych tacy lub do spodu.
W trzecim rozwiązaniu, przedstawionym na fig. 3 i 4, otwór pojemnika 4 jest uszczelniony
niezależnym wiekiem 30. Typowy wzór tacki stosowany przy tego rodzaju wieku może być wytwarzany z wytłaczanej tektury, powleczonej po jednej lub obydwu stronach polimerem, jednakże można zastosować alternatywne wzory tacek wspomniane uprzednio. Elementy składowe
pojemnika 4 stanowią panel dolny, ściany boczne i kołnierze podobne do pokazanych na fig. 1.
Elementy składowe wieka 30 stanow ią panel górny 32, panele dolne 34 i boczne klapki 36. Pokazany na fig. 4 półwyrób płaskiego wieka może być wytwarzany jak opisano uprzednio dla fig. 1 ,
jednakże powłoka w razie potrzeby może mieć naniesiony wzór poza powierzchniami klapek.
Wieko 30 może być dostarczane do jednostki przetwórczej żywności jako część stosu niezależnych wyrobów.
Po wykonaniu, sprasowany tekturowy pojemnik 4 zostaje napełniony produktem żywnościowym przed nałożeniem wieka 30 i uszczelnieniem. Gdy tylko wieko 30 zostanie uszczelnione cieplnie do kołnierzy pojemnika, klapki 36 zostają zagięte i uszczelnione do dna tacki, jak
przedstawiono na fig. 3.
Jednym z reprezentowanych producentów powłoki emulsyjnej na bazie wody, dostosowanej do obecnego wynalazku, jest firma Michelman, Inc., 9080 Shell Road, Cincinnati, Ohio, oznaczony MW 10. Odpowiedni jest też produkt oznaczony CARBOSET XPD-1103 firmy B.F.
Goldrich Company, 9911 Brecksville Road, Bercksville, Ohio.
Produkt MW 10 zawiera żywice kopolimeru akrylowego i wosk polietylenowy o dużej gęstości. Produkt CARBOSET XPD-1103 stanowi emulsję anionową kopolimeru estru akrylowego w wodzie. CARBOSET XPD-1103 jest również charakteryzowany jako emulsja kopolimeru
styreno-akrylowego o pobudzanych cieplnie mechanizmach utwardzających, stymulowanych
temperaturą utwardzania 121-149°C.
Zasadnicze właściwości obydwu tych emulsji na bazie wody, zastosowanych do powłok
kontaktujących się z żywnością, stanowią: (a) stabilność masy przy temperaturach poniżej
204°C, to jest poniżej 204°C powłoka nie powinna ulegać topieniu, niszczeniu lub w inny sposób
utracie masy (przykładowo przez odgazowanie rozpuszczalnikowe) i (b) poziomy ekstraktów
rozpuszczalnych w chloroformie nie powinny przekraczać 0,0775 mg/cm 2 powierzchni kontaktującej się z żywnością po wystawieniu na oddziaływanie rozpuszczalnika, przykładowo n-heptanu, przy 6 6 °C przez dwie godziny. Własności te są istotne z tego względu, że zapewniają, iż
żywność pozostaje niezanieczyszczona powłoką podczas kontaktu z powłoką w trakcie magazynowania i użytkowania pojemnika z żywnością.
Reprezentatywna stabilność masowa produktu MW-10 jest przedstawiona na fig. 5. Wykres różnicowej analizy kolorymetryczności (DSC) stanowi miarę różnicy temperatury pomiędzy próbką powłoki w piecu w stosunku do temperatury, wzrastającej od temperatury otoczenia
do 204°C. Jakikolwiek endotermiczny lub egzotermiczny przebieg wzdłuż wykresu będzie reprezentował przemianę fizyczną (to jest topienie). Linia stała reprezentuje powłokę o koniecznych własnościach termicznych dla zastosowań w piecu. Przerywana linia jest typowa dla
powłoki, która nie może być rozważana jako przydatna dla tego rodzaju zastosowań, ponieważ
ulega stopieniu przy około 163°C.
Wykres termicznej analizy wagowej (TGA), również pokazany na fig. 5, stanowi miarę
ciężaru próbki powłoki w funkcji temperatury. Jakakolwiek znacząca utrata ciężaru, wskazana
przerywaną linią na wykresie TGA, wskazuje odgazowanie produktu. Ciągła linia wykresu TGA
jest reprezentatywna dla powłoki przydatnej do opisanego zastosowania. Przerywana linia wykresu TGA jest reprezentatywna dla powłoki nieprzydatnej wskutek istotnej utraty ciężaru przy
temperaturach niższych niż 204°C.
Jak wspomniano powyżej, następną istotną własnością opisanego materiału powleczonego, który w większości przypadków bezpośrednio lub przypadkowo kontaktuje się z żywnością,
jest nieprzenoszenie stosowanych materiałów do produktu żywnościowego podczas magazyno-
8
1 8 0 168
wania lub przetwarzania. Produkty żywnościowe zwykle pakowane w opisane pudełka mogą zawierać duży poziom tłuszczów, olejów i cukrów. Substancje te mogą łatwo rozpuszczać powłokę w
określonych warunkach, i ta rozpuszczona powłoka będzie absorbowana przez produkt żywnościowy.
Dla uniknięcia przenoszenia substancji z opakowania do produktu żywnościowego można
zastosować test ekstrakcji na powierzchni kontaktującej się z żywnością. Powleczona tektura
może być testowana poprzez zastosowanie ogniwa ekstrakcyjnego opisanego w „Urzędowych
sposobach analizy Towarzystwa Urzędowej Chemii Analitycznej”, wydanie 13(1980) rozdziały
21.010-21.015, pod hasłem „Poddawanie ekstrakcji elastycznych materiałów zaporowych”. Odpowiedni symulujący żywność rozpuszczalnik do zastosowań dla wieka pojemnika może stanowić
n-heptan. N-heptan powinien stanowić klasę reagentów, i powinien być świeżo przedestylowany
przed użyciem z zastosowaniem materiału wrzącego w temperaturze 98°C.
Metodologia ekstrakcji polega na wycinaniu próbki wieka przeznaczonego do ekstrakcji
na rozmiar dopasowany do wybranego urządzenia zaciskającego. Następnie próbka poddawana
ekstrakcji jest umieszczana w tym urządzeniu tak, że rozpuszczalnik kontaktuje się jedynie z powierzchnią kontaktującą się z żywnością. Następnie rozpuszczalnik jest podawany do uchwytu
próbki i umieszczany w piecu na dwie godziny przy 6 6 °C.
Przy końcu okresu wystawienia, ogniwo testujące jest wyjmowane z pieca, a rozpuszczalnik jest zalewany do czystej zlewki Pyrex, a ogniwo testujące jest przepłukane niewielką ilością
czystego rozpuszczalnika. Rozpuszczalnik symulujący żywność zostaje odparowany do około
1 0 0 milimetrów w pojemniku i przeniesiony do czystego, wyparowanego naczynia odparowywującego. Zlewka jest trzykrotnie wypłukana niewielkimi ilościami rozpuszczalnika heptanowego i rozpuszczalnik zostaje odparowany do kilku milimetrów na gorącej płycie. Ostatnie kilka
milimetrów powinno być odparowane w piecu utrzymywanym w temperaturze około 105°C.
Naczynie odparowywujące zostaje ochłodzone w eksykatorze przez 30 minut.
Następnie jest przygotowywany ekstrakt chloroformowy przez dodanie 50 milimetrów
chloroformu klasy reagenta do pozostałości resztkowej. Otrzymana mieszanina jest następnie
ogrzewana, później filtrowana przez papier filtracyjny Whatman nr 41 w lejku Pyrex, zaś filtrat
jest zebrany w czystym, wyparowanym naczyniu odparowującym. Ekstrakt chloroformu jest następnie zawracany przez przemywanie papieru filtracyjnego drugą porcją chloroformu. Ten filtrat jest dodawany do początkowego filtratu i całość zostaje znów odparowana do kilku
milimetrów na niskotemperaturowej gorącej płycie. Ostatnie kilka milimetrów powinno być odparowane w piecu utrzymywanym w temperaturze około 105°C. Naczynie odparowywujące jest
chłodzone w eksykatorze przez 30 minut i ważone z dokładnością do przynajmniej 0,1 miligrama
dla utrzymania pozostałości ekstraktów rozpuszczalnych w chloroformie.
Tabela 1 poniżej wskazuje typowe wartości uzyskane podczas tego rodzaju procedury dla
powłoki kopolimeru na bazie wody, mającej konieczne własności do opisanego powyżej zastosowania.
Tabela 1
Rozpuszczalnik
Czas/temperatura
Pozostałość
(mg/cm2)
n-heptan
2 godziny/66°C
0,051
0,069
0,042
0,043
0,034
0,037
Dla pewności, że nie ma istotnego przenoszenia powłoki do produktu żywnościowego,
rozpuszczalne w chloroformie ekstrakty nie powinny przekraczać 0,0775 mg/cm2.
180 168
9
Następną własnością wspólną dla opisanych powłok z kopolimeru akrylowego na bazie
wody jest fakt, że nie więcej niż 5 % wszystkich jednostek polimerowych pochodzi z grupy, na którą
składa się kwas akrylowy, akrylamid, dimetakrylan glikolu 1,3-butylenowego, dimetakrylan glikolu 1 ,4 -butylenowego, dimetakrylan glikolu dietylenowego, dimetakrylan glikolu dipropylenowego, diwinylobenzen, dimetakrylan glikolu etylenowego, kwas itakonowy, kwas metakrylowy,
N-metyloloakrylamid, dimetakrylan N-metylo-1,4-pentanodiolu, dimetakrylan glikolu propylenowego, triwinylobenzen, kwas fumarowy, metakrylan glicydylowy lub metakrylan N-heksylowy.
Składniki te są konieczne do wytworzenia powłoki, jednakże ilości większe niż 5% jednego lub kombinacji powyższych składników m ogą powodować zagrożenie dla bezpieczeństwa żywności.
Inne własności emulsji/roztworu kopolimeru akrylowego na bazie wody, stosowanej w
sposobie według wynalazku polegają na tym, że jest ona uszczelniana cieplnie względem tektury
powleczonej iłem i względem innych polimerów, takich jak poliester i polipropylen.
Reprezentatywna szczelność cieplna uzyskiwana za pom ocą produktu M W -10 jest opisana
w tabeli 2 poniżej. Próbki stosowane do testu według tabeli 2 obejmują powłokę nakładanąciśnieniowo drukowaną na siarczanowej tekturze, powleczonej po obydwu stronach iłem. Współpracujące próbki PET, w które jest wtopiona akrylowa emulsja na bazie wody, zawierały 9,53 kg na
278,7 m 2 ryzy gorącej wytłaczanej powłoki PET. Współpracujące warunki eksperymentalne obejmowały ciśnienie zaciskania 412 kPa przy temperaturze 177°C. Czas przetrzymywania pod zaciskiem ulegał zmianie od 0,25 sekundy do 2,0 sekundy. Oznaczenie „MW 10” dotyczy emulsji
akrylowej Michelman MW 10, nakładanej na powleczoną iłem tekturową próbkę testową w
szczękach o rozstawie 0,5 mm, z szybkością 1,362 kg na 278,7 m 2 ryzy.
Tabela 2
Czas
przetrzymywania
(sek.)
0,25
0,40
0,50
PET/PET
—
—
PET/MW 10
0%
10%
100%
MW10/MW10
0%
85%
PET/Ił
0%
MW10/Ił
0%
0,75
1,00
0%
—
1,50
1,25
10%
50%
1,75
100%
2,00
100%
100%
100%
—
—
—
—
—
100%
100%
—
—
—
—
—
—
0%
0%
0%
100%
100%
—
0%
0%
100%
100%
100%
—
—
—
—
Na podstawie tabeli 2 jasno wynika, że powłoka tego rodzaju ma właściwą szczelność
cieplną, ponieważ czas przetrzymywania może być znacząco zredukowany przez powleczenie
wieka akrylem na bazie wody według obecnego wynalazku (0,50 sek.) w przeciwieństwie do
wieka PET (1,50 sek.). Ta redukcja czasu przetrzymywania może w sposób istotny zwiększyć
prędkość linii wytwórczej, skuteczność uszczelnienia i zredukować koszty energii.
Fachowiec z tej dziedziny oceni użytkową wartość obecnego wynalazku, ogrzewając żywność w pudełku przetrzymującym porcję żywności wewnątrz tradycyjnego pieca konwekcyjnego. Alternatywnie żywność może być również ogrzewana w piecu mikrofalowym.
Sposób według wynalazku zapewnia unikalne, funkcjonalne i ekonomiczne korzyści wynikające z zastosowania szczególnej powłoki, która zapewnia odpowiednie własności zaporowe
względem oparów i właściwe uszczelnienie cieplne napełnionego porcją żywności pojemnika z
otworem przykrytym tekturowym wiekiem, wykonanym sposobem według wynalazku.
Ponadto, jakkolwiek opisano powyżej emulsję na bazie wody, to jednak można zastosować
również odpowiedni roztwór na bazie rozpuszczalnika, jeżeli tylko ten roztwór na bazie rozpuszczalnika wykazuje zasadniczo te same własności, wymagane dla emulsji na bazie w ody
Na figurze 6 przedstawiono całościowe, jednoprzebiegowe urządzenie do prowadzenia
sposobu według wynalazku do wytwarzania tekturowych taśm przeznaczonych na wieka wyrobów opakowaniowych, w którym nakładanie powłoki zaporowej i/lub uszczelniającej cieplnie
10
1 8 0 168
jest połączone z drukowaniem sprzedażnych znaków graficznych, co eliminuje potrzebę oddzielnego powlekania powłoką poza procesem. Przedstawiono tu produkcję tekturowych wiek 20 i
30. W szczególności, urządzenie 50 zawiera rolkę papieru 52, pasmo 54, urządzenie powlekające
56, konwencjonalną suszarkę powłokową 60, stanowisko drukowania 62, stanowisko utwardzania 64, stanowisko powlekania 66, konwencjonalną suszarkę powłokową 68, konwencjonalne
przecinaki 70 i wieka 20 i 30. Należy uwzględnić, że za pom ocą urządzenia 50 m ogą również być
wykonywane pojemniki 4 i 44.
Podczas pracy urządzenia 50, papierowa rolka 52 zostaje odwijana tak, że odchodzi od niej
pasmo 54. Pasmo 54 jest przepuszczane wzdłuż urządzenia 50 za pomocą konwencjonalnych
środków do stanowiska powlekania 56.
Przy stanowisku powlekania 56, pasmo 54 zostaje pokryte emulsją/roztworem kopolimeru
akrylowego na bazie wody na niepowleczonej iłem powierzchni w przypadku stosowania tektury
klasy C IS lub na powleczonej iłem powierzchni w przypadku stosowania tektury klasy C2S.
Po nałożeniu tej emulsji na pasmo 54, pasmo to zostaje przenoszone do konwencjonalnej
suszarki powłokowej 60, gdzie emulsja zostaje osuszona według konwencjonalnych technologii
suszenia. Po każdej jednostce suszącej, pasmo zostaje ochłodzone poprzez kontakt z konwencjonalnymi chłodziarkami bębnowymi (nie pokazanymi).
Pasmo 54 zostaje przeniesione do stanowiska drukowania znaków graficznych 62, gdzie
na pasmo 54 po stronie przeciwnej względem emulsji na bazie wody zostają umieszczone znaki
graficzne, takie jak znaki sprzedażne lub podobne. Następnie farba zostaje utwardzona na stanowisku utwardzania 64. Zaleca się stosowanie farb utwardzalnych przez promieniowanie z powodu ich wyglądu graficznego, trwałości i jakości.
Przy stanowisku powlekania 66 można nałożyć dodatkową powłokę tego samego rodzaju
lub inną powłokę funkcjonalną dla optymalizacji produktu. Przykładem może być powłoka optymalizująca współczynnik tarcia dla ułatwienia układania w stos i dostarczania wykończonego
półwyrobu. Stanowisko powlekania 66 może być pominięte jeżeli nie ma potrzeby stosowania
dodatkowej powłoki.
Na figurze 6 pokazano jedynie sugerowaną korzystną kolejność operacji nakładania
powłoki i drukowania znaków graficznych. Jednakże we wszystkich przypadkach obydwa procesy są dokonywane w tej samej głównej operacji podczas pojedynczego przebiegu.
Po nadrukowaniu znaków graficznych i nałożeniu powłoki na tylną stronę pasma, zostaje
ono przeniesione do zespołu przecinającego 70, który przecina pasmo na pożądane tace i/lub
wieka. Zaleca się stosowanie obrotowych układów tnących, jednakże można też zastosować inne
konwencjonalne technologie przecinania. Ponadto, można wybrać nawijanie pasma do postaci
rolki lub arkusza dla dokonania przecinania w późniejszym terminie.
Jakkolwiek powyższy sposób dotyczy głównie wytwarzania wieka na opakowania żywnościowe, to jednak należy uwzględnić, że wynalazek obecny może być również przystosowany do
wytwarzania innych tekturowych opakowań, w których potrzebne są własności zaporowe i/lub
uszczelnienia cieplnego, zwykle otrzymywane poprzez wytłaczanie lub inne konwencjonalne technologie powlekania, przeprowadzane oddzielnie względem drukowania.
FIG. 6
180 168
180 168
FIG. 3
FIG .4
FIG. 5
180 168
FIG. 1
FIG. 2
Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.
Cena 4,00 zł.