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Dokumentenidentifikation DE69814765T2 08.04.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000899379
Titel Heissversiegelter ofenfester Lebensmittelkarton und Deckel
Anmelder Westvaco Corp., New York, N.Y., US
Erfinder Calvert, Barry Gene, Covington, Virginia 24426, US;
Hornsby, Ronald, Jack, Milford, US
Vertreter Stoffregen, H., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 63450 Hanau
DE-Aktenzeichen 69814765
Vertragsstaaten BE, DE, FI, FR, GB, NL, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 03.08.1998
EP-Aktenzeichen 983061730
EP-Offenlegungsdatum 03.03.1999
EP date of grant 21.05.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.04.2004
IPC-Hauptklasse D21H 27/10
IPC-Nebenklasse D21H 19/84   B65D 65/38   B65D 77/20   B65D 5/56   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung Erfindungsgebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf Kartonverpackungen oder -schachteln geeignet zum Vertrieb, zur Marktversorgung und zur Erhitzung vorbereiteter Nahrungsmittelprodukte. Solche Konstruktionen dieser Art beinhalten im Allgemeinen eine Beschichtung, die unter 204°C (400°F) massenstabil ist, mit chloroformlöslichen Extraktstoffen, die 0,5 mg/2,54 cm2 (0,5 mg/in.2) einer Nahrungskontaktfläche nicht übersteigen, wenn sie einer Nahrungsmittel simulierenden Lösung von 65,5°C (150°F) für zwei Stunden ausgesetzt wird, die flexibel genug ist, um üblicher Rillenbildung in Querrichtung mit einer Breite von 0,05 cm (2 Punkt) und einer Rille von 0,16 cm (0,062 inch) zu widerstehen, während diese einem Risslängenverhältnis von nicht größer als 0,1 widersteht, und einen Pressschutzwiderstand zeigt, wenn sie bei Umgebungsbedingungen von 0,23 kg/2,54 cm2 (,5 lbs/sq.in) oder größer unter einer Last gestapelt ist.

Beschreibung des Stands der Technik

Um komplizierten Reinheits- and Ausführungsvorschriften zu entsprechen, sind zum Vertrieb, zur Marktversorgung und Erhitzung vorbereiteter Nahrungsmittelprodukte für Dienstleistung und Verbrauch hoch spezialisierte Verpackungssysteme entwickelt worden. Viele dieser Verpackungssysteme basieren auf einem Struktursubstrat gefaltet aus einem vorgedruckten und ausgestanzten gebleichten Sulfatkarton wie beschrieben in U.S.-Patent Nr. 4,249,978 ('978) von T. R. Baker, benannt „Method Of Forming A Heat Resistant Carton", U.S.-Patent Nr. 3,788,876 ('876) von D. R. Baker et al., benannt „Carton Blanks Printed With A Heat Sealable Composition And Method Thereof" und wie im üblicherweise aufgeführten U.S.-Patent Nr. 4,930,639 ('639) von W. R. Rigby, benannt „Ovenable Food Container With Removal Lid".

Um die Papierverpackung oder -schachtel vor Zersetzung durch Feuchtigkeit aufgrund von direktem Kontakt mit Nahrungsmittelmaterie zu schützen, sind die inneren Flächen einer solchen Schachtel beschichtet mit einer Feuchtigkeitsbarriere aus einer oder mehreren ununterbrochenen Schichten aus thermoplastischem Harz. Üblicherweise werden dieser Schichten, vor dem Drucken und Schneiden als ein heißer, dickflüssiger Extrudierguß auf die Kartonbahn aufgetragen. Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), Polypropylen (PP) und Polyethylenterephtalat (PET) sind einige der üblicheren für diesen Zweck benutzte thermoplastischen Harze.

Auf Karton basierende Nahrungsmittelbehälter können auch eine von mehreren Formen annehmen, einschließlich einer preßgeformten Schale, einer geformten Zellstoffschale, einer festen Plastikschale oder einer Falzschale. Jedoch benötigen Schalen nach der obigen Beschreibung drei separate Veredlungsverfahren der Herstellung der Pappschalenbahn folgend: 1) Extrusion der thermoplastischen Barrierebeschichtung; 2) Drucken der Verkaufsgrafiken und 3) Ausstanzen der Pappschalenabfälle. Diese Verfahren in einem einzigen Verfahren zu vereinigen würde offensichtliche wirtschaftliche Vorteile bieten. Überdies sind relativ hohe Beschichtungsgewichte für eine extrudierte Feuchtigkeitsbarriere nötig, typischerweise von 4,99 kg bis l 1,79 kg pro 278,7 m2 (11 bis 26 pounds pro 3000 ft.2) des Ries', da leichtere Beschichtungsgewichte gewöhnlich zu einer inkonsistenten Polymerschichtdicke oder zu einer Schicht mit geringer oder gar keiner Haftfähigkeit an den Karton führen. Folglich würde eine vorteilhaftere Pappschale vorliegen, wenn die thermoplastische Barriere beseitigt werden könnte, während die Anzahl der Verfahrensschritte zur Veredlung reduziert wird.

EP 760 342 offenbart eine Kartonschachtel zum Vertrieb von Nahrungsmitteln.

Aus obigem wird offensichtlich, dass in der Technik ein Bedarf an einer Pappschachtel mit Deckel besteht, die in der Lage ist, das Nahrungsmittelprodukt adäquat zu schützen und die Verwendung der thermoplastischen Barriere vermeidet, die aber gleichzeitig in einem einzigen Verfahrensschritt zur Veredlung gebaut werden kann. Es ist ein Zweck dieser Erfindung, diese und andere Bedürfnisse in der Technik so zu erfüllen, wie es dem Durchschnittsfachmann durch folgende Offenbarung verdeutlicht wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Im Großen und Ganzen erfüllt diese Erfindung diese Bedürfnisse durch die Bereitstellung eines Kartonmaterials zur Lagerung von Nahrungsmitteln umfassend:

eine erste Seite und eine zweite Seite geeignet zum Tragen einer Beschichtung von einer getrockneten, auf Wasser basierenden, Copolymer-Emulsion geeignet zum direkten Nahrungsmittelkontakt, wobei die getrockenete, auf Wasser basierende Copolymer-Emulsion bei ca. 121°C (250°F) oder darüber an einen anderen Bereich des Kartonmaterials heißsiegelbar ist und wobei die getrocknete auf Wasser basierende Emulsion bei ca. 204°C (400°F) oder darunter massenstabil ist, und die getrocknete auf Wasser basierende Emulsion chloroformlösliche Extraktstoffe umfasst, die ca. 0,5 mg/2,54 cm2 (0,5 mg/in2) Nahrungsmittelinhaltsoberfläche nicht übersteigen, wenn sie bei ca. 65,5 °C (150°F) für ungefähr 2 Stunden einem Nahrungsmittel simulierendem Lösungsmittel ausgesetzt wird; und wobei die getrocknete auf Wasser basierende Emulsion auf die zweite Seite aufgetragen wird mit einem Beschichtungsgewicht von ca. 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6 bis 12 Trocken-Pfund (lbs.)pro 3000 sq.ft.); und wobei das Kartonmaterial herkömmlicherweise in Querrichtung gefalzt werden kann mit einer Breite von 0,05 cm (2 Punkte) und einer Rille von 0,16 cm (.062'') und einem Rißlängenverhältnis von nicht größer als in etwa 0,1 standhält, dadurch gekennzeichnet, dass die getrocknete auf Wasser basierende Emulsion des Weiteren unlösliche Teilchen mit einem spezifischen Gewicht von zwischen 0,8 und 3,5 enthält.

In bestimmten bevorzugten Ausführungsbeispielen kann die auf Wasser basierende Emulsion außerdem durch Anheften verbunden werden bei Temperaturen von 121°C (250°F) oder höher und ist massenstabil unter 204°C (400°F). Die auf Wasser basierende Emulsion kann außerdem bei Beschichtungsgewichten von zwischen 0,91 bis 5,44 Trocken-kg/278,7 m2 (2,0 bis 12 Trocken-pounds/3000 ft.2) Ries aufgetragen werden. Schließlich werden unlösliche Teilchen einer speziellen Größenanordnung der Beschichtung zugeführt, um Widerstand gegen Pressdruck zu erzielen. Die spezifische Gewichtskraft der Teilchen muss in einem bestimmten Bereich liegen, der abhängig ist von dem Beschichtungslösungsmittel. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist das Lösungsmittel Wasser. Die spezifische Gewichtskraft für die Teilchen in einer auf Wasser basierenden Mischung nach Formel liegt in dem Bereich von 0,8 bis 3,5. Die spezifische Gewichtskraf der unlöslichen Teilchen muss derart sein, dass diese ohne übermäßige Bewegung in der Beschichtung hängen bleiben. Wenn die spezifische Gewichtskraft zu gering ist, sammeln sich die Teilchen an der Oberfläche. Wenn die spezifische Gewichtskraft zu hoch ist, lagern sich die unlöslichen Teilchen außerhalb der auf Wasser basierenden Emulsion ab.

In einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel steigert die Verwendung der getrockneten auf Wasser basierenden Emulsion die Flexibilität der Schale und des Deckels derart, dass übermäßiges Reißen der Rillen im Wesentlichen reduziert wird.

In einer anderen Erscheinung der Erfindung ist eine Kartonschachtel zum Vertrieb von Nahrungsmitteln vorgesehen, die im Wesentlichen aus dem Kartonmaterial der vorliegenden Erfindung besteht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung bietet die bevorzugte Schachtel die folgenden Vorteile: leichtes Gewicht; leichter Zusammenbau; exzellente Heißsiegelbarkeit; reduziertes Reißen der Rillen, exzellente Flexibilität; gute Haltbarkeit; gute Stabilität; exzellenter Pressdruckwiderstand oder Blockwiderstand; und exzellente Wirtschaftlichkeit. In der Tat sind die Faktoren des leichten Zusammenbaus, der Heißsiegelbarkeit, des reduzierten Reißens, des Blinddruckwiderstands und der Flexiblität in vielen der bevorzugten Ausführungsbeispiele zu einem Maß optimiert, das wesentlich höher ist als der hier zuvor erreichte Stand der Technik.

Die obigen und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung, die mit Voranschreiten der Beschreibung offensichtlicher werden, sind am verständlichsten bei Berücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in verschiedenen Ansichten darstellen und in welchen:

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine bildliche Ansicht einer Kartonnahrungsmittelschachtel mit einem integrierten Deckelverschluss, gemäß der vorliegenden Erfindung;

2 ist eine bildliche Ansicht einer weiteren Kartonnahrungsmittelschachtel mit einem integrierten Deckelverschluss, gemäß der vorliegenden Erfindung;

3 ist eine bildliche Ansicht einer pressgeformten Kartonnahrungsmittelschachtel, gemäß der vorliegenden Erfindung;

4 ist eine bildliche Ansicht einer gefalteten Kartonnahrungsmittelschachtel und -deckel, gemäß der vorliegenden Erfindung;

5 ist eine schematische Darstellung eines Apparates zur Herstellung einer heißversiegelten im Ofen erwärmbaren Nahrungsmittelpappschale, gemäß der vorliegenden Erfindung; und

6 ist eine graphische Darstellung einer Wärmeanalyse von Änderungen in der Masse in Prozent zu der Temperatur in °C (in °F) zu den Temperaturänderungen zwischen dem Ofen und der Probe in °C (in °F).

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Ein Kartonmaterial der vorliegenden Erfindung besteht typischerweise aus einem festen gebleichten Sulfatbogen (SBS) mit einer Dicke von 0,046 cm (0,018 inch). Definitiv beschreibt der Ausdruck Karton ein Papier im Dickenbereich von 0,18 bis 0,71 cm (,007 bis ,028 inches). Die Erfindung ist im vollen Umfang eines solchen Bereichs relevant, wenn auf Verpackungen und darüber hinaus angewandt.

Wenn es als Nahrungsmittelkartonrohmaterial eingesetzt wird ist Karton gewöhnlich auf zumindest einer Seitenfläche und häufig auf beiden Seiten mit Koalin beschichtet. Der Kartonhandel charakterisiert eine Kartonbahn oder einen Kartonbogen, die/der auf einer Seite koalinbeschichtet ist wie C1S und C2S für einen auf beiden Seiten beschichteten Bogen. Zusammensetzungsgemäß ist diese Kartonbeschichtung eine fluidisierte Mischung aus Mineralien wie z. B. Beschichtungskoalin, Kalziumkarbonat und/oder Titandioxyd mit Stärke oder einem Klebemittel, das glatt auf die sich bewegende Bahnoberfläche aufgetragen wird. Sukzessives Verdichten und Polieren durch Satinieren bearbeitet die mineralbeschichtete Oberfläche in hohem Maß bzgl. Glätte und einer überragenden Grafikdruckoberfläche.

Wenn C1S-Karton für Nahrungsmittelverpackungen benutzt wird, ist die koalinbeschichtete Fläche aufbereitet wie die Außenfläche, d. h., die Fläche, die mit dem Nahrungsmittel keinen Kontakt hat. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die andere Seite (die Seite in Kontakt mit dem Nahrungsmittel) mit einer bestimmten auf Wasser basierenden Emulsion beschichtet, die noch näher beschrieben wird. Der Emulsionbeschichtungsprozess kann eine Tiefdruckrolle, Flexobeschichter, einen Stangenbeschichter, ein Luftmesser oder eine Sortierklinge (screen Made) beinhalten.

Nach der vorliegenden Erfindung liegt das typische Emulsionsauftragungsmaß für eine selbständige (nicht mit einem Deckel verbundene) C1S-Pappschale, die mit einem Nahrungsmittelkartondeckel heißversiegelt werden soll, im Bereich von 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6 bis 12 Trocken-Pfund pro 3000 ft.2) Ries. Eine C2S-Nahrungsmittelkartonschale würde wegen der größeren „Ergiebigkeit" der Emulsionfeuchtigkeitsbarrierenbeschichtung, die einer satinierten koalinbeschichteten Papieroberfläche zukommt, nur 0,91 bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2 bis 8 Trocken-Pfund pro 3000 ft.2) Ries benötigen.

Bezug nehmend zunächst auf 1 ist dort ein Pappnahrungsmittelkarton 2 dargestellt. Karton 2 beinhaltet teilweise Behälter 4 mit integriertem Verschlussdeckel 14. Die Komponenten des Kartons 2 beinhalten auch Bodenplatte 6, Seitenwände 8, Eckversteifungen 12, Klappen 16 und Beschichtung 18. Der Karton 2 in 1 ist aus einem Pappebogen oder einer Pappebahn (5) von großer Länger geschnitten. Im Fall einer C1S-Pappebahn ist die auf Wasser basierende Emulsionsbeschichtung 18 von einem Rollenmaterialhandhabungssystem fortlaufend oder gemustert mittels der zuvor erwähnten herkömmlichen Beschichtungstechniken auf die unpigmentierte Seite der Bahn mit einer Ablagerungsrate von vorzugsweise 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6 bis 12 Trocken-Pfund pro 3000 ft.2) Ries aufgetragen. Wenn C2S-Pappe benutzt wird, wird die Beschichtung 18 auf eine der pigmentbeschichteten Flächen bei vorzugsweise 2,72 bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2 bis 8 Trocken-Pfund) pro Ries aufgetragen. Bezüglich 1 würde die mit Emulsion beschichtete Seite der Schale die Seite gegenüber der inneren Deckelfläche sein. Die pigmentbeschichtete Fläche der Bahn wird außerdem von einem Rollenhandhabungssystem mit Verkaufs- und Informationsgrafiken bei Position 80 (5) bedruckt.

Normalerweise werden flache bedruckte Zuschnitte, die später wie die in 1 dargestellte Verpackung geformt werden, ausgeschnitten und eingekerbt zum Falten aus einem Bogen oder einer Bahn und dem Nahrungsmittelverarbeitungsbetrieb als Stapel unabhängiger Artikel geliefert. Der Zuschnitt wird mittels mechanisch einrastender Eckversteifungsstreifen geformt. Der Pappbehälter 2 wird sodann mit einem Nahrungsmittelprodukt gefüllt, bevor der Deckel geschlossen und versiegelt wird. Deckel 14 werden typischerweise über Klappen 16 versiegelt, die mit den Seitenwänden 8 heißversiegelt sind. Solche Systeme werden hergestellt von Kliklok Corp. aus Atlanta, GA, Raque Food Systems aus Louisville, KY und Sprinter Systems aus Halmstad, Schweden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist Karton 20 wie in 2 dargestellt, der weitgehend einen Behälter oder eine Schale 22 mit einem integrierten Verschlussdeckel 32 umfasst. Die Komponenten des Kartons 20 beinhalten auch Bodenplatte 24, Seitenwände 26, Flansch 28, Eckversteifungen 30 und Beschichtung 18. Der Karton 2 aus 2 ist aus einem Pappebogen oder einer Pappebahn (5) von großer Länge geschnitten. Im Fall einer C1S-Pappebahn ist die auf Wasser basierende Emulsionsbeschichtung 18 von einem Rollenmaterialhandhabungssystem fortlaufend oder gemustert mittels der zuvor erwähnten herkömmlichen Beschichtungstechniken auf die unpigmentierte Seite der Bahn mit einer Ablagerungsrate von vorzugsweise 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6 bis 12 Trocken-Pfund pro 3000 ft.2) Ries aufgetragen. Wenn C2S-Pappe benutzt wird, wird die Beschichtung 18 auf eine der pigmentbeschichteten Flächen bei vorzugsweise 2,72 bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2 bis 8 Trocken-Pfund) pro Ries aufgetragen. Bezüglich 2 würde die emulsionbestrichene Seite der Schale die Seite gegenüber der inneren Deckelfläche sein. Die pigmentbeschichtete Fläche der Bahn wird außerdem von einem Rollenhandhabungssystem mit Verkaufs- und Informationsgrafiken bei Positionen) 80 (5) bedruckt.

Flache Zuschnitte, die später wie die in 2 dargestellte Verpackung geformt werden, werden hergestellt und in Paletten gestapelt an den Nahrungsmittelverarbeitungsbetrieb geliefert wie zuvor beschrieben. Der Zuschnitt wird mittels Heißversiegelung der Eckversteifungen geformt. Der Pappbehälter 22 wird sodann mit dem Nahrungsmittelprodukt gefüllt, bevor der Deckel geschlossen und versiegelt wird. Deckel 32 werden typischerweise mittels Heißversieglung der Frontklappen 16 und Seitenflanschen versiegelt. Hersteller solcher Versieglungssysteme sind die selben wie die zuvor aufgelisteten.

Hinsichtlich 3 beinhaltet Schale 40 teilweise Schalenfächer 44, Flansch 46 und Beschichtung 18. Die Schale 40 in 3 ist aus einem Pappebogen oder einer Pappebahn (5) von großer Länge ausgeschnitten. Im Fall einer C1S-Pappebahn wird die auf Wasser basierende Emulsionsbeschichtung 18 von einem Rollenmaterialhandhabungssystem fortlaufend oder gemustert mittels der zuvor erwähnten herkömmlichen Beschichtungstechniken auf die unpigmentierte Seite der Bahn mit einer Ablagerungsrate von vorzugsweise 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6 bis 12 Trocken-Pfund pro 3000 ft.2) Ries aufgetragen. Wenn C2S-Pappe benutzt wird, wird die Beschichtung auf eine der pigmentbeschichteten Flächen bei vorzugsweise 2,72 bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2 bis 8 Trocken-Pfund) pro Ries aufgetragen. Bezüglich 3 würde die emulsionbestrichene Seite die Fläche auf Beschichtung 18 sein.

Flache Zuschnitte, die später wie die in 3 dargestellte Verpackung geformt werden, werden ausgeschnitten und eingekerbt zum Falten aus einem Bogen oder einer Bahn. Die flachen Zuschnitte werden dann in den Karton preßgeformt. Geformte Schalen werden zum Befüllen mit Nahrungsmitteln und Verschließen in Stapeln an den Kunden geliefert. Der Verschluss kann aus gestrichenem Kartonmaterial ähnlich der Schale hergestellt sein, oder aus Folie. In jedem Fall würde ein herkömmliches Heißsiegelverfahren angewandt, um den Verschluss an die Schalenflanschen zu befestigen. Hersteller solcher Versiegelungssysteme sind die selben wie zuvor aufgeführt.

In 4 sind Pappkartonschale 50 und Deckel 60 dargestellt. Schale 50 beinhaltet teilweise Bodenplatte 52, Seitenwände 54, Flansch 56, Versteifungen 58 und Beschichtung 18. Schale 50 und Deckel 60 sind aus einem Pappebogen oder einer Pappebahn (5) von großer Länger geschnitten. Im Fall einer C1S-Pappebahn wird die auf Wasser basierende Emulsionsbeschichtung 18 von einem Rollenmaterialhandhabungssystem fortlaufend oder gemustert mittels der zuvor erwähnten herkömmlichen Beschichtungstechniken auf die unpigmentierte Seite der Bahn mit einer Ablagerungsrate von vorzugsweise 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6 bis 12 Trocken-Pfund pro 3000 ft.2) Ries aufgetragen. Wenn C2S-Pappe benutzt wird, wird die Beschichtung auf eine der pigmentbeschichteten Flächen bei vorzugsweise 2,72 bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2 bis 8 Trocken-Pfund) pro Ries aufgetragen. Bezüglich 4 würde die emulsionbestrichene Seite die Fläche auf Beschichtung 18 sein.

Flache Zuschnitte, die später wie die in 4 dargestellte Verpackung geformt werden, werden hergestellt und dem Nahrungsmittelverarbeitungsbetrieb geliefert wie zuvor beschrieben. Der Zuschnitt wird mittels Heißversiegelung der Eckversteifungen geformt. Die Pappschale 50 wird sodann mit dem Nahrungsmittelprodukt gefüllt, bevor der Deckel geschlossen und versiegelt wird. Der Verschluss kann aus beschichtetem Kartonmaterial ähnlich der Schale hergestellt sein, oder aus Folie. In jedem Fall würde ein herkömmliches Heißsiegelverfahren angewandt, um den Verschluss an die Schalenflanschen zu befestigen. Hersteller solcher Versiegelungssysteme sind die selben wie zuvor aufgeführt.

Wie bereits im Einzelnen diskutiert zeigt 5 eine in sich geschlossene, einlagige Vorrichtung 70 zur Herstellung von Zuschnitten für Pappverpackungsschalen und -deckel, in welcher das Aufbringen der Barriere und/oder Heißsiegelbeschichtung 18 verbunden ist mit dem Drucken der Verkaufsgrafiken, wodurch der Bedarf an einer separaten Off-Line-Beschichtungsbehandlung entfällt. Diese Darstellung zeigt die Herstellung von Pappezuschnitten für Schalen 2, 20, 40 und 50 und Deckel 60. Insbesondere beinhaltet die Vorrichtung 70 teilweise Papierrolle 72, Papierrollenbahn 74, Streichvorrichtung 76, herkömmlichen Streichtrockner 78, Druckposition(en) 80, Aushärteposition 82, Beschichtungsposition 84, herkömmlichen Beschichtungstrockner 86, herkömmlichen Abschneider 84 und Pappezuschnitte für Schalen 2, 20, 40 und 50 und Deckel 60.

Während des Betriebs der Vorrichtung 70 wird die Papierrolle 72 derart abgerollt, dass die Bahn 74 entsteht. Bahn 74 wird entlang Vorrichtung 70 mittels herkömmlicher Techniken zu Beschichtungsposition 76 geschoben. An der Beschichtungsposition 76 wird die Bahn 74 mit der auf Wasser basierenden Emulsion entsprechend der vorliegenden Erfindung auf der unpigmentierten Seite gestrichen, wenn ein C1S-Kartonmaterial benutzt wird oder auf der pigmentierten Fläche, wenn ein C2S-Material benutzt wird.

Im Anschluss an die Verwendung der auf Wasser basierenden Emulsion auf Bahn 74 wird Bahn 74 zu dem herkömmlichen Streichtrockner 78 geschoben, wo die Emulsion nach herkömmlichen Trockentechniken getrocknet wird. Im Anschluss an jede Trockeneinheit wird die Bahn 74 durch Kontakt mit herkömmlichen Trommelkühlern (nicht abgebildet) gekühlt. Bahn 74 wird zu Grafikdruckpositionen 80 geschoben, wo Grafiken wie Verkaufsgrafiken oder ähnliches auf Bahn 74 auf der Seite gegenüber der auf Wasser basierenden Emulsion platziert werden. Farben werden dann ausgehärtet durch Aushärtestation 82. Strahlungsaushärtbare Farben werden wegen ihrer grafischen Wirkung, Lebensdauer und Endverbraucherfüllung bevorzugt.

5 ist nur eine vorgeschlagene Reihenfolge im Zusammenhang mit der Anwendung der Beschichtung und dem Druck der Grafiken. Jedoch werden beide Verfahren in jedem Fall in dem selben Grundarbeitsvorgang bei einem einmaligen „Vorbeifahren" durchgeführt.

Im Anschluss an das Drucken der Grafiken und Auftragen der Beschichtung 18 auf die Rückseite der Bahn 74 wird die Bahn 74 zu Schneidemechanismus 88 geschoben, der die Bahn in die gewünschten Zuschnitte der Schalen 2, 20, 40 und 50 und Deckel 60 falzt und schneidet.

Rotationsschneidesysteme haben sich als die bevorzugte Methode entwickelt, jedoch könnten andere herkömmliche Schneidetechniken eingesetzt werden. Zusätzlich könnte man beschließen, die Bahn in Form einer Rolle aufzuwickeln oder in Bögen zu schneiden, um sie später zuzuschneiden.

Eine repräsentative Quelle der auf Wasser basierenden Emulsionsbeschichtung 18, auf welche sich die vorliegende Erfindung stützt, beinhaltet die Michelman-Schalenbeschichtung 16, Produkt der Michelman, Inc., Cincinnati, Ohio. Das Michelman-Produkt setzt sich zusammen aus einem heißaktivierten (oder siegelbaren) Kopolymer oder einer Polymerbeschichtung mit „flexiblen" Merkmalen. Wesentliche Eigenschaften dieser auf Wasser basierenden Emulsion bei Gebrauch für Beschichtungen in Kontakt mit Nahrungsmitteln sind: (a) Massenstabilität bei Temperaturen unter 204°C, d. h., unter 204°C (400°F, d. h., unter 400°F) schmilzt die Beschichtung nicht, zersetzt sich nicht oder verliert sonst wie an Masse (beispielsweise durch Lösungsmittelausgasung); (b) kann durch Anheften verbunden werden bei Temperaturen von 121°C (250° F) oder höher; (c) chloroformlösliche Extraktionslevel übersteigen nicht 0,5 mg/254 m2 (0,5 mg/inch2) der Nahrungsmittelkontaktfläche, wenn sie einem Lösungsmittel ausgesetzt werden, wie z. B. n-Heptan bei 65,5°C (150°F) für zwei Stunden; und (d) flexibel genug ist, herkömmlichem Pfalzen in Querrichtung mit einer Breite von 0,05 cm (2 Punkt) und einer Rille von 0,16 cm (,062 inch) unter Aufrechterhaltung eines Risslängenverhältnisses, definiert als Gesamtlänge der Risse pro Gesamtlänge der Pfalze, von nicht größer als 0,1 zu widerstehen; und (e) zeigt Widerstand gegen Pressdruck bei Stapelung unter einer Last bei Umgebungskonditionen von 0,23 kg/2,54 cm2 (,5 lbs/sq.in) oder größer.

Diese Eigenschaften sind wichtig, weil sie sicherstellen, dass die Beschichtung keine Risse bekommt oder das Nahrungsmittel in Kontakt mit der Beschichtung während der Lagerung kontaminiert wird und der Gebrauch des Nahrungsmittelkartons und die Zuschnitte oder Kartons durch herkömmliche Zuführsysteme getrennt werden können.

Repräsentative Massenstabilität der Beschichtung 18 ist in 6 beschrieben. Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC)-Diagram ist eine Messung des Temperaturunterschieds zwischen der Strichprobe in einem Ofen aufgezeichnet in Abhängigkeit der Temperatur wie sie von der Umgebung auf 204°C (400°F) angestiegen ist. Ein endothermisches oder exothermisches Ereignis entlang des Diagrams würde einen physikalischen Zustandswechsel darstellen (Schmelzen). Die ganze Linie stellt eine Beschichtung mit den erforderlichen thermischen Eigenschaften für im Ofen erwärmbare Anwendungen dar. Die gepunktete Linie ist typisch für eine Beschichtung die für diese Anwendungen nicht berücksichtigt werden könnte, weil sie bei ca. 163°C (325°F) schmilzt.

Das Thermogravimetrieanalyse (TGA)-Diagram, das auch in 6 dargestellt wird, ist eine Messung des Gewichts der Strichprobe in Abhängigkeit der Temperatur. Jeder signifikante Gewichtsverlust, wie durch das gepunktete TGA-Diagram dargestellt, weist auf Produktausgasung hin. Das ganze TGA-Diagram stellt eine akzeptable Beschichtung für den beschriebenen Gebrauch dar. Das gepunktete TGA-Diagram ist repräsentativ für eine inakzeptable Beschichtung wegen signifikantem Gewichtsverlust bei einer Temperatur von weniger als 400°F.

Wie zuvor erwähnt, ist eine weitere wesentliche Eigenschaft des beschriebenen Beschichtungsmaterials. das in den meisten Fällen mit dem Nahrungsmittel direkten oder indirekten Kontakt hat, dass die Materialien während der Lagerung oder Rückbildung nicht auf das Nahrungsmittelprodukt übertragen werden. Generell in Verpackungen der beschriebenen Art verpackte Nahrungsmittelsubstanzen können sehr fett-, öl- oder zuckerhaltig sein. Diese Substanzen können eine Beschichtung unter gegeben Umständen ohne Weiteres auflösen, so dass dies wiederum von dem Nahrungsmittelprodukt absorbiert werden kann.

Um sicherzustellen, dass eine Übertragung von Substanzen von der Verpackung auf das Nahrungsmittelprodukt nicht erfolgt, kann ein Extraktionstest auf der Nahrungsmittelkontaktfläche gemacht werden. Beschichteter Karton kann getestet werden durch den Einsatz der in „Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists," 13. Auflage (1980) Abschnitte 21.010–21.015, unter „Exposing Flexible Barrier Materials for Extraction" beschriebenen Extraktionszelle. Ein geeignetes Nahrungsmittel simulierendes Lösungsmittel für Verwendung bei Schalen wie beschrieben wäre N-Heptane. Das N-Heptane sollte als Reagenz geeignet sein, vor Gebrauch frisch wiederholt destilliert, wobei nur Material benutzt wird, das bei 98°C (208°F) kocht.

Die Extraktionsmethodenlehre besteht aus, erstens, Zuschneiden der zu extrahierenden Deckelprobe auf eine Größe, die kompatibel ist mit der gewählten Klemmvorrichtung. Als nächstes wird die zu extrahierende Probe derart in der Vorrichtung platziert, dass das Lösungsmittel nur die Nahrungsmittelkontaktfläche berührt. Das Lösungsmittel wird sodann dem Lösungsmittelbehälter zugeführt und bei 65,5°C (150°F) für zwei Stunden in einen Ofen platziert.

Am Ende der Aussetzungszeit wird die Testzelle aus dem Ofen genommen und das Lösungsmittel in einen sauberen Pyrex® Glaskolben oder Becherglas gegossen, mit der Gewissheit, die Testzelle mit einer kleinen Menge sauberen Lösungsmittels zu spülen. Das Nahrungsmittel simulierende Lösungsmittel wird in dem Becher auf ungefähr 100 mm eingedampft und auf eine saubere, austarierte Verdunstungsauffangschale übertragen. Der Kolben wird dreimal mit kleinen Mengen des Heptane-Lösungsmittels gewaschen und das Lösungsmittel wird auf einer heißen Platte auf einige Millimeter eingedampft. Die letzten paar Millimeter sollten in einem auf eine Temperatur von ca. 105° C (221°F) gehaltenen Ofen eingedampft werden. Die Verdunstungsauffangschale wird für 30 Minuten in einem Exsikkator gekühlt.

Eine Chloroformextraktion wird sodann ausgeführt, indem 50 ml des als Reagens geeigneten Chloroforms zu dem Rückstand zugefügt werden. Die Mischung wird erwärmt, gefiltert durch ein Whatman Nr. 41 Filterpapier in einem Pyrex® Kolben und das Filtrat wird gesammelt in einer sauberen, austarierten Verdunstungsauffangschale. Die Chloroformextraktion wird sodann wiederholt indem das Filterpapier mit einer zweiten Portion Chloroform gewaschen wird. Dieses Filtrat wird dem originalen Filtrat zugefügt und die Gesamtmenge wird auf einige Millimeter auf einer Niedertemperaturwärmeplatte eingedampft. Die letzten paar Millimeter sollten in einem auf eine Temperatur von ca. 105°C (221°F) gehaltenen Ofen eingedampft werden. Die Verdunstungsauffangschale wird in einem Exsikkator gekühlt und so genau wie möglich auf 0,1 Milligramm abgewogen, um den Chloroformlösungsmittelextraktionsrückstand zu erhalten.

Die unten erwähnte Tabelle 1 zeigt typische Werte, die durch die Anwendung dieses Verfahrens für eine auf Wasser basierende Kopolymerbeschichtung erhalten wurden, die die erforderlichen Eigenschaften für die hier beschriebene Verwendung hat.

Tabelle 1

Um sicher zu sein, dass keine nennenswerte Übertragung der Beschichtung auf das Nahrungsmittelprodukt erfolgt, sollten die Chloroformlösungsmittelextraktionen 0,5 mg/2,54 cm2 (0,5 mg/in.2) nicht übersteigen.

Andere Eigenschaften der auf Wasser basierenden Emulsion der vorliegenden Erfindung sind Flexibilität, d. h. sie weist Reißfestigkeit auf Repräsentative Flexibilitätsleistung wird in Tabelle 2 auf der folgenden Seite beschrieben.

TABELLE 2

MATERIAL- UND KERBBILDUNGSDATEN
Mineralölauswertung
Iodauswertung

Um die Informationen aus Tabelle 2 zu erhalten, wurde ein herkömmlicher Rißunversertheitstest durchgeführt an einer herkömmlichen auf Acrykopolimer basierenden Beschichtung A verglichen mit der gemäß der vorliegenden Erfindung wasserlöslichen Vinylacetatkopolimerbeschichtung B. C2S-Pappe wurde mit jeder der beiden Beschichtungen mit einer Vielzahl von Beschichtungsgewichtsleveln beschichtet. Proben wurden durch Ausschmieden von Gewindestangen vorbereitet. Proben wurden herkömmlicherweise eingekerbt, wobei die Länge der Kerbe in Querrichtung verläuft. Kerbparameter sind in obiger Tabelle 2 aufgeführt.

Kerbproben wurden in zwei herkömmlichen Wegen ausgewertet. Die erste herkömmliche Methode bestand daraus, einen 1 inch bis zwei inch großen Abschnitt der Kerbe mit Maisöl bei einer Temperatur von 21,1°C (bei 70°F), das einen herkömmlichen roten Farbstoff beinhaltete, zu beflecken. Das Öl wurde in die Kerbe für 30 Sekunden aufgetragen und dann abgewischt. Ein Abschnitt von einem inch wurde sodann unter dem Mikroskop untersucht (20fache Vergrößerung) und der prozentuale Bereich, welcher durch das Öl verschmutzt war, wurde auf herkömmliche Weise festgestellt. Zweck dieser Untersuchung war es, die Menge an Nahrungsmittelsaft vorherzusagen, die durch Kochen eindringt, weil sich das Eindringen von Nahrungsmittelsaft in die Pappe nachteilig auf die Packungsunversehrtheit auswirkt und zu hässlicher Verschmutzung des Kartons führt.

Die zweite herkömmliche Auswertung wurde durchgeführt, indem die gekerbten Bereiche mit Iod verschmutzt wurden. Diese Technik machte jegliche Risse in der aufgetragenen Beschichtung extrem sichtbar. Die Rissbildung an jeder Kerbe wurde ausgewertet bzgl. durchschnittlicher Rissgröße und betroffenem Bereich (der Länge nach) über einen 2,54 cm (1 inch) Kerbbereich.

Wie aus den Angaben in Tabelle 2 ersichtlich, weist die Beschichtung B einen deutlich höheren Kerbrisswiderstand auf, da weniger Nahrungsmittelsaft eindringt und die Risse und die die davon betroffenen Bereiche kleiner sind. Eine letzte wichtige Eigenschaft der auf Wasser basierenden Emulsion der vorliegenden Erfindung ist der Widerstand gegen Pressdruck, wenn Zuschnitte oder Schalen unter einer Last von 0,23 kg/2,54 cm2 (,5 lbs/sq.in) oder größer gestapelt sind. Wie bereits erwähnt, werden Zuschnitte oder Schalen, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, in Stapeln an den Endverbraucher geliefert. Typischerweise werden Zuschnitte verpackt (ca. 1000/Verpackung) oder palettiert. Die Paletten werden sodann gestapelt, wobei Belastungen in Höhe von genau 0,23 kg/2,54 cm2 (,5 lbs/sq.in.) auf den Bodenschichten der Zuschnitte erzeugt werden. Schalen können „ineinander gestellt werden" und in ähnlicher Weise geliefert und verschifft werden. Wenn die Zuschnitte oder Schalen von dem Endverbraucher ausgepackt werden, werden sie typischerweise in ein mechanisches Gerät geladen, das die Artikel trennt und sie zu einem Förder- oder Verschlussmittel schiebt. Wenn die Zuschnitte oder Schalen Anziehungskraft auf einander ausüben, muss die Beschichtung 16 die nötigen Eigenschaften aufweisen, die eine leichte Trennung ermöglichen. Wie bereits erwähnt, kann dies erreicht werden durch das Zufügen von Partikeln zu der Beschichtung 16, die eine bestimmte Schwerkraft zwischen ,8 und 3,5 und eine Größe im Bereich von 5 bis 60 &mgr;m. Bevorzugter Weise sind die Partikel aus Glas, Glasperlen und/oder Nylonperlen.

Nach obiger Offenbarung werden dem Durchschnittsfachmann viele Merkrmale, Veränderungen oder Verbesserungen ersichtlich. Diese Merkmale, Veränderungen oder Verbesserungen werden daher als Teil dieser Erfindung angesehen, deren Umfang durch die folgenden Ansprüche bestimmt werden soll.


Anspruch[de]
  1. Ein Kartonmaterial zur Lagerung von Nahrungsmitteln umfassend:

    eine erste Seite und eine zweite Seite geeignet zum Tragen einer Beschichtung von einer getrockneten, auf Wasser basierenden, Copolymer-Emulsion geeignet zum direkten Nahrungsmittelkontakt, wobei die getrockenete, auf Wasser basierende Copolymer-Emulsion bei ca. l21°C (250°F) oder darüber an einen anderen Bereich des Kartonmaterials heißsiegelbar ist und wobei die getrocknete auf Wasser basierende Emulsion bei ca. 204°C (400°F) oder darunter massenstabil ist, und die getrocknete auf Wasser basierende Emulsion chloroformlösliche Extraktstoffe umfasst, die ca. 0,5 mg/2,54 cm2 (0,5 mg/in2) Nahrungsmittelinhaltsoberfläche nicht übersteigen, wenn sie bei ca. 65,5°C (l50°F) für ungefähr 2 Stunden einem Nahrungsmittel simulierendem Lösungsmittel ausgesetzt wird; und wobei die getrocknete auf Wasser basierende Emulsion auf die zweite Seite aufgetragen wird mit einem Beschichtungsgewicht von ca. 2,72 bis 5,44 Trocken-kg pro 278,7 m2 (6 bis 12 Trocken-Pfund (lbs.)pro 3000 sq.ft.); und wobei das Kartonmaterial herkömmlicherweise in Querrichtung gefalzt werden kann mit einer Breite von 0,05 cm (2 Punkte) und einer Rille von 0,16 cm (.062'') und ein Rißlängenverhältnis von nicht größer als in etwa 0,1 hält,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die getrocknete auf Wasser basierende Emulsion des Weiteren unlösliche Teilchen mit einem spezifischen Gewicht von zwischen 0,8 und 3,5 enthält.
  2. Das Kartonmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Seite derart mit einer kalandrierten Beschichtung aus partikulären Mineralien beschichtet ist, dass die kalandrierte Beschichtung im Wesentlichen positioniert ist zwischen dem Kartonmaterial und der Beschichtung aus getrockneter, auf Wasser basierender Copolymer-Emulsion.
  3. Das Kartonmaterial nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die getrocknete auf Wasser basierende Copolymer-Emulsion im Wesentlichen aufgetragen ist über der zweiten kalandrierten Beschichtung mit einem Beschichtungsgewicht von ca. 2,72 bis 3,63 Trocken-kg pro 278,7 m2 (2 bis 8 Trocken-Pfund (lbs.) pro 3000 sq.ft.).
  4. Das Kartonmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die getrocknete auf Wasser basierende Copolymer-Emulsion im Wesentlichen eine kontinuierliche Beschichtung ist.
  5. Das Kartonmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unlöslichen Teilchen einen Größenbereich von ca. 5 bis 60 &mgr;m aufweisen.
  6. Das Kartonmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unlöslichen Teilchen Glas umfassen.
  7. Das Kartonmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unlöslichen Teilchen Glasperlen umfassen.
  8. Das Kartonmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die unlöslichen Teilchen Nylonperlen umfassen.
  9. Das Kartonmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die getrocknete auf Wasser basierende Copolymer-Emulsion eine Dampfsperre ist.
  10. Das Kartonmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seite eine kalandrierte Beschichtung aus partikulären Mineralien trägt, die geeignet ist zum Drucken von Grafiken.
  11. Das Kartonmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kartonmaterial bei einer Stapelung von 0,23 kg/2,54 cm2 (0,5 lbs/inch2) oder größer einen Blockwiderstand aufweist.
  12. Ein Karton zum Vertrieb von Lebensmitteln, im Wesentlichen bestehend aus dem Kartonmaterial nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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