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Dokumentenidentifikation DE69729208T2 04.05.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000939848
Titel VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON VERPACKUNGSKARTON
Anmelder Stora Enso Oyj, Helsinki, FI;
Finnish Chemicals Oy, Äetsä, FI
Erfinder ULFSTEDT, Owe, Jack, FIN-20110 Turku, FI;
KUKKO, Marjatta, Liisa, FIN-21600 Parainen, FI;
PENTTINEN, Tapani, FIN-49210 Huutjärvi, FI
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69729208
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 17.11.1997
EP-Aktenzeichen 979132008
WO-Anmeldetag 17.11.1997
PCT-Aktenzeichen PCT/FI97/00700
WO-Veröffentlichungsnummer 0098022656
WO-Veröffentlichungsdatum 28.05.1998
EP-Offenlegungsdatum 08.09.1999
EP date of grant 19.05.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2005
IPC-Hauptklasse D21H 27/10
IPC-Nebenklasse D21H 19/32   B65D 65/38   

Beschreibung[de]

Das Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Verpackungskarton, bei dem eine Kartonbasis aus Papier oder Pappe mit mindestens einer Silikon-basierenden, flüssigkeitsdichten und gasdichten Beschichtungslage zur Verfügung gestellt wird. Eine anderes Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das auf der Beschichtung einer Papier- oder einer Kartonbasis zur Herstellung flüssigkeitsdichter und gasdichter Verpackungen basiert, und Produkte, die durch Verwendung dieser Verfahren zur Verfügung gestellt werden, einschließlich Nahrungsmittelverpackungen und Tabletts.

Um für Verpackungen von Flüssigkeiten oder anderen nassen Nahrungsmitteln nützlich zu sein oder Nahrungsmitteln, die leicht verderben, muss der Karton oder das Papier mit einer flüssigkeitsdichten und gasdichten Beschichtung zur Verfügung gestellt werden. Die Beschichtung hindert den Sauerstoff in der Luft am Durchdringen der Verpackung und dem Verderben des Produkts und sie verhindert auch, dass die Verpackung nass wird und die Aromen des Produkts die Verpackung verlassen. Eine entsprechende Gasdichtigkeit kann für medizinische, kosmetische und Waschmittelverpackungen notwendig sein.

Ein wirksamer Weg, Flüssigkeitsverpackungen wie Saftbehälter flüssigkeitsdicht und gasdicht zu gestalten, ist es, den Karton des Behälters mit einer dünnen Aluminiumfolie zur Verfügung zu stellen. Aluminium als solches wurde für abziehbare Deckel von Joghurt- und Dickmilchbechern und Butter- und Margarinekartons verwendet. Jedoch hat Aluminiumfolie Nachteile: hohe Herstellungskosten, sie ist nicht biologisch zersetzbar, es gibt Schwierigkeiten bei der Wiederaufbereitung des Verpackungsmaterials und die Verpackung kann nicht in einem Mikrowellenofen erhitzt werden. Ein anderes Problem mit abnehmbaren Aluminiumdeckeln ist, dass sie leicht reißen und zerplatzen.

Eine alternativer Lösung zum Abdichten des für Verpackungen verwendeten Kartons oder des Papiers ist es, dieses mit einer oder mehreren Lagen einer polymeren Beschichtung zu versehen. Die Anzahl der Lagen und das verwendete Material hängen von den Notwendigkeiten ab, die durch das verpackte Produkt bestimmt werden. Die besten Beschichtungsmaterialien haben im wesentlichen eine Dichte erreicht, die mit der von Aluminiumfolie korrespondiert, und als Ersatzmaterialien haben sie die oben genannten Nachteile, die mit Aluminium verbunden sind, eliminiert. Jedoch war es notwendig, verschiedene polymere Materialien in diesen Substitutionslösungen derart zu verbinden, dass sie z. B. eine sauerstoffdichte, wasserdampfdichte und aromadichte Trennlage, hitzeversiegelbare Lagen auf beiden Seiten des Papiers oder des Kartons und eine oder mehrere Lagen an Bindematerial zur Verbindung der Polymere mit dem Papier oder dem Karton und zueinander umfassen. Daher wird die Struktur des Verpackungspapiers oder Kartons komplex und der Verbrauch an polymeren Materialien ist erheblich.

Beispiele von Verpackungen, die entsprechend der oben genannten Beschreibung abgedichtet wurden, umfassen Behälter, die zur Verwendung als Verpackungen von Milch, Sahne, Buttermilch, Saft oder ähnlichen flüssigen Nahrungsmitteln verwendet werden vorgesehen sind und welche vollständig aus Karton hergestellt sind, der mit Schichten einer polymeren Beschichtung versehen ist. In diesen Behältern wird der Karton typischerweise mit vier oder sogar fünf Lagen einer polymeren Beschichtung derart versehen, dass, z. B., der Karton eine sauerstoffdichte und aromadichte Trennschicht aus z. B. Polyamid, eine Schicht aus Bindematerial darauf und ganz oben eine hitzeversiegelbare Lage Polyethylen umfasst, und z. B. eine weitere hitzeversiegelbare Lage an Polyethylen wird auf der anderen Seite des Kartons zur Verfügung gestellt. Eine andere typische Verpackungsanwendung ist eine Teilverpackung von z. B. Milch, Dickmilch, Joghurt, Wasser, Saft, Desserts oder Eiscreme, bei der die Verpackung in der Form eines kleinen Bechers oder eines Behälters vorliegt und typischerweise aus Plastik oder beschichteter Pappe hergestellt wird und mit einem hitzeversiegelbaren, abziehbaren Deckel versehen ist. Das Deckelmaterial ist Papier, das mit einer sauerstoffdichten und aromadichten Trennschicht versehen ist, wie z. B. Polyamid, Ethylenvinylalkohol-Copolymer (EVOH) oder Polyethylenterephtalat (PET) mit einer Schicht an Bindematerial und mit einer hitzeversiegelbaren Schicht versehen ist, die auf der Öffnung des Behälters oder des Bechers liegt und welche z. B. aus Styrol-modifiziertem Copolymer aus Ethylen oder Methacrylsäure besteht, was das Produkt sowohl hitzeversiegelbar wie auch leicht aufzumachen macht. Kosmetische Produkte und pharmazeutische Pillen wurden in ähnlicher Weise unter Verwendung von Plastik- oder Glasbehältern verpackt, die mit einem abziehbaren Papierdeckel versehen sind, welcher mit einer polymeren Beschichtung versiegelt ist.

Die Patentveröffentlichung US-A-5 340 620 beschreibt Karton, der mit einer Silikon-basierenden polymeren Beschichtung versehen ist, in welcher das Polymer als sauerstoffdichte Barriere dient. Gemäß der Veröffentlichung wird die Beschichtung durch Polymerisieren von Organosilan unter Verwendung von UV-Bestrahlung zur Verfügung gestellt, wobei zusätzlich zu einem polymeren Grundgerüst organische Bindungen in der Beschichtung ausgebildet werden, wenn die organischen Gruppen in dem Silan miteinander reagieren. Jedoch ist der Anteil des anorganischen polymeren Gerüsts in der Beschichtung prevalent, was der Grund ist, warum diese zu fragil ist, um z. B. einem Falten zu widerstehen, welches Teil der Herstellung von Pappe- oder Kartonbehältern ist; des Weiteren gibt es keinen Hinweis aus die Wasserdampfdichtigkeit der Beschichtung. Es ist offensichtlich, dass das Beschichtungsmaterial der Ausführungsform der Veröffentlichung keinerlei Pappe oder Karton zur Verfügung stellt, die für Flüssigkeitsverpackungen geeignet ist. Zudem sind Organosilane teure Rohmaterialien für die Beschichtung.

Silikon-basierende Beschichtungen wurden z. B. auch in den veröffentlichten Anmeldungen DE-A-40 20 316 und DE-A-40 25 215 beschrieben, welche Papier als ein mögliches Substrat der Beschichtung zitieren, welche aber im Detail nur die Beschichtung von Plastik oder Metall beschreiben und gemäß den Veröffentlichungen ist der Zweck der Beschichtung die Widerstandsfähigkeit gegen Abnutzung, so dass das filmartige Substrat weiterhin seine Flexibilität beibehält. Daher sind diese Veröffentlichungen nicht mit der Verpackungstechnologie beschäftigt, welche Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.

Eine andere Verwendung von abgedichtetem Verpackungskarton sind Nahrungsmittelunterlagen wie ofengeeignete Mikrowellen- oder konventionelle Ofentabletts, die Teil von Verbraucherverpackungen von Nahrungsmitteln sein können, wie Fertignahrungsmittel, die zum Erhitzen vorgesehen sind oder welche als getrennte Produkte verkauft werden können. Solche Unterlagen müssen gegenüber Wasser und Fett dicht sein; und zusätzlich dazu ist ausreichende Hitzewiderstandsfähigkeit für ofengeeignete Tabletts notwendig. Es wurde polyesterbeschichteter Karton in Ofentabletts verwendet; jedoch umfassen seine Nachteile die Dicke der benötigten polymeren Schicht und die Tatsache, dass es sehr schwierig für die polymere Beschichtung ist, Ofentemperaturen von mehr als 200°C zu widerstehen. Polypropylen wurde als Polymerbeschichtung in mikrowellengeeigneten Tabletts verwendet.

Der Zweck der Erfindung ist es, eine neue Lösung zu präsentieren, um eine Kartonbasis aus Pappe oder Karton zur Verfügung zu stellen, die als Verpackungsmaterial mit einer polymeren Beschichtungslage verwendet wird, die die Verpackung flüssigkeitsdicht und gasdicht macht. Der Zweck ist es insbesondere, eine einfache Struktur eines beschichteten Kartons zur Verfügung zu stellen und Kosteneinsparungen im Beschichtungsmaterial, wobei die Beschichtung gleichzeitig stark genug gemacht wird, um dem Falten zu widerstehen, das von Pappe- und Kartonbehältern ohne Brechen vorausgesetzt wird. Die Erfindung ist durch die Schritte des zur Verfügungstellens einer polymerisierenden Reaktionsmischung gekennzeichnet, die mindestens eine Silikonverbindung enthält, um ein anorganisches, kettenartiges oder quervernetztes polymeres Grundgerüst auszubilden, das alternierende Silicium- und Sauerstoffatome enthält und mindestens eine reaktive organische Verbindung, um organische Seitenketten und/oder Vernetzungen zu dem polymeren Grundgerüst auszubilden, das Ausbreiten besagter Mischung auf der Kartonbasis und das Aushärten besagter Mischung, um eine Lage der Beschichtung auszubilden.

Die Verfahren gemäß der Erfindung, wie sie in den vorliegenden Ansprüchen 1 und 12 definiert sind, können ausgehend von einer Silikonverbindung, wie einem Silan, einer organischen Verbindung, die damit reagiert, Wasser und einem möglichen Katalysator implementiert werden, wobei die hydrolisierten Gruppen der Silikonverbindung zuerst teilweise kondensiert werden, was kolloidale Partikel in der Lösung ausbildet. Mit dem Altern des Sols und/oder mit einem hinzugefügtem Katalysator dauert die Reaktion an, wobei die Partikel wachsen und zusammengeführt werden, was in einem verketteten oder vernetzten Gel resultiert, das die Oberfläche des Kartons bedeckt, wobei das Gel letztendlich getrocknet und durch Erhitzen oder Bestrahlen unter Verwendung von UV-, IR-, Laser- oder Mikrowellenbestrahlung gehärtet wird, um eine dünne, dichte Beschichtung auf dem Karton auszubilden. Abhängig von den Umständen kann die Härtungszeit von Anteilen einer Sekunde bis zu drei Minuten variieren. Die derart erhaltene Beschichtung zeigt gleichzeitig typische Eigenschaften von sowohl einer anorganischen wie auch einer organischen Substanz und die Eigenschaften der Beschichtung können besonders durch die richtige Auswahl der organischen Komponente, die Vernetzungen oder Seitenketten ausbildet, angepasst werden.

Die verwendete organische Verbindung ist eine rein organische, kohlenstoffbasierende Verbindung, die in der Lage ist, organische, kohlenstoffbasierende Seitenketten oder Vernetzungen auszubilden. Durch die reaktiven Stellen des polymeren Grundgerüsts, die durch die Silikonverbindung ausgebildet werden. Besagte organische Verbindungen unterscheiden sich somit von den Siliko-organischen Verbindungen wie Organosilanen, welche durch Hydrolyse und Kondensation der Alkoxygruppen in eine im wesentlich anorganischen Ketten oder Netzwerkstruktur polymerisieren.

In der Erfindung kann ein erheblicher Anteil der polymeren Schicht aus geeigneten reaktiven organischen Verbindungen ausgebildet werden, welche wesentlich billiger als Organosilane sind. Des Weiteren fördert eine organische Verbindung, die vorzugsweise zu der Reaktionsmischung zu einem relativ späten Stadium hinzugefügt wird, die Vervollständigung der Polymerisation. Das polymere Grundgerüst, das hergestellt wird, wenn nur Organosilan verwendet wird, kann eine sterische Hinderung für gleiche Reaktionen der reaktiven Substituenten des Silans aufweisen, während eine freie organische Verbindung, die vorhanden ist, angenommener Weise in der Lage ist, die Reaktion sogar danach unter Ausbildung von mehr Seitenketten und/oder Vernetzungen zwischen den anorganischen Silikon-Sauerstoffketten fortzuführen. Durch das Anpassen der verwendeten Menge der organischen Verbindung kann der Grad der Organizität der Beschichtung, die so hergestellt wird, und die Eigenschaften, die davon abhängen, im Stadium der Polymerisation angepasst werden.

Gemäß der Erfindung wird eine sauerstoffdichte und wasserdampfdichte und widerstandskräftige Beschichtungslage zur Verfügung gestellt, die nicht bricht, wenn sie gebogen wird, Falten widersteht und sehr dünn ausgestaltet werden kann, ohne dass kleine nicht sichtbare Nadellöcher in der Beschichtung während des Ausbildungsstadiums oder später entstehen, wenn sie erhitzt oder verbunden wird, was ein Problem in derzeitigen Beschichtungsmaterialien ausmacht und weshalb die Schichten von Beschichtungen relativ dick gemacht werden müssen. Auf der Basis erster Tests kann eine dichte Beschichtungslage auf einer glatten Kartonbasis in einer Menge von nur 1 g/m2 hergestellt werden und in der Praxis liegt eine bevorzugte Menge der Beschichtung im Bereich von ungefähr 2 bis 6 g/m2. Ein weiterer Vorteil ist, dass eine polymere abdichtende Lage direkt oben auf die Silikon- basierende Beschichtungslage ausgebreitet ohne die Notwendigkeit eines Bindemittels zwischen den Lagen werden kann. In bekannten organischen Beschichtungskombinationen beträgt nur das Gewicht einer gasdichten Trennschicht, welche aus Polyamid, PET oder EVOH hergestellt werden kann, typischerweise mindestens ungefähr 20 g/m2 und diese Materialien benötigen eine separate Lage an Bindematerial zwischen der Trennschicht und der hitzeversiegelbaren Lage. Daher kann die Erfindung verwendet werden um wesentliche Einsparungen an Material zu erreichen und eine Verringerung in dem Gewicht der Pappe im Vergleich mit der besagten bekannten Technologie. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass das Ausbreiten der Beschichtungsmischung einfach unter Verwendung der Verfahren zu erzielen ist, die üblicherweise in der Papier- und Karton- oder Pappenindustrie verwendet werden, wie Stab- oder Messerbeschichtungstechniken oder Besprühen. Das Ausbreiten der Beschichtung kann somit in der Kartonmaschine durch Verwendung des "on-line"-Prinzips als Teil des Herstellungsverfahrens des Kartons ausgeführt werden durch Verwendung der gleichen Auftragungstechnologie, die zum Ausbreiten normaler Beschichtungen verwendet wird. Die Beschichtungen können auch auf vorgeformten Tablettrohlingen oder in Verbindung mit dem Ausformen durchgeführt werden. Falls notwendig, kann die Mischung mit Füllmaterialien gestreckt werden, wobei die am meisten bevorzugte Materialien schuppen- oder schieferartige Füllmaterialien wie Talg, Glimmer oder Glasflocken umfassen. Wenn die Beschichtung ausgebildet wird, setzen sich diese Substanzen in der Richtung der Oberfläche ab und tragen zu ihren Eigenschaften der Undurchdringlichkeit bei. Die Adhesion der Beschichtung an die Füllmaterialien ist exzellent. Es ist auch möglich, die Beschichtung durch das Hinzufügen von Pigmenten oder organischen Farbmitteln zu der Mischung zu färben oder durch das Vermischen organischer und/oder anorganischer Fasern oder Partikel in die Beschichtungsformulierung, deren Bindung an die Beschichtung durch Kopplungsmittel verbessert werden kann.

Des weiteren ist es möglich, in der Formulierung ein organisches polymerisierendes Mittel mit zu umfassen, welches eine separate polymere Struktur in Bezug auf die anorganische Ketten- oder vernetzte Struktur gemäß der Erfindung ausbildet und welche sich damit vermischt. Zusätzlich zu der Kartonmaschine kann die Ausbreitung der Beschichtung in Verbindung mit einem Druckverfahren durchgeführt werden, z. B. auf einen fertigen Karton, welcher nicht notwendigerweise zuerst getrocknet werden muss. In diesem Fall kann der Karton mit jeglicher Art von Beschichtung vorbeschichtet werden, wie sie üblicherweise in der Papier- und/oder Kartonindustrie verwendet wird.

Das Ketten- oder vernetzte Grundgerüst der polymeren Beschichtung, die gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird, kann aus Silikon- und Metallatomen und Sauerstoffatomen bestehen, die damit alternieren. Vorzugsweise besteht die Struktur hauptsächlich aus Silikon und Sauerstoff und relativ kleinen Mengen an Metallatomen können mit der gleichen Struktur als Substituenten für das Silicium verbunden werden. Die Metalle können vorzugsweise z. B. Ti, Zr und Al umfassen. Die organischen Gruppen, die mit der polymeren Struktur verbunden werden, können hauptsächlich substituierte oder nicht-substituierte Alkyl- und Arylgruppen umfassen.

Die polymerisierende Reaktion, die das anorganische polymere Grundgerüst der Beschichtung, gemäß der Erfindungausbilde, kann im Wege eines Beispiels durch die folgende Formel beschrieben werden:

UMe(OR)4 + v(HX)nSi(OR)4–n + w(YX)mSi(OR)4–m

in welcher:

Me ein tetravalentes Metallatom bezeichnet,

R bezeichnet eine Alkylgruppe oder ein Wasserstoff,

X bezeichnet z. B. einen Alkyl- oder Arylkörper oder -kette,

Y bezeichnet einen reaktiven Substituenten, welcher z. B. eine Amino-, eine Hydroxyl-, eine Carbonyl-, eine Carboxyl-, eine Vinyl-, eine Epoxy- oder eine Methacryllatgruppe sein kann,

u, v und w sind ganze Zahlen, und

n und m sind ganze Zahlen von 1 bis 3.

In der organischen Polymerisation der Beschichtungszusammensetzung, welche vorzugsweise im Trocknungs- oder Ausbreitungsstadium der Beschichtung durchgeführt wird, kann eine organische Verbindung mit dem reaktiven Substituenten Y des Organosilans verbunden werden, um eine organische Seitenkette durch Verwendung einer Additionsreaktion auszubilden. Die Reaktion kann auch abhängig von den reagierenden Gruppen eine Kondensation sein. Die reagierende Gruppe an dem Ende der Kette kann weiterhin mit dem Substituenten Y des Organosilans in der Polymerisierung reagieren, wodurch eine organische Vernetzung zwischen den Silikonketten hergestellt wird. Es ist auch möglich, dass dies Substituenten Y des Organosilans direkt miteinander reagieren, um eine Vernetzung zwischen den Silikonketten auszubilden. Die Anzahl und die Länge der Vernetzungen, d. h. der Grad der Organizität der Beschichtung, kann mit Hilfe der Qualität und der Fraktion der organischen Verbindung, die in der Reaktionsmischung umfasst ist, angepasst werden. Besonders geeignete vernetzende organische Verbindungen umfassen Epoxide, welche zwei Epoxygruppen in einem Alkyl- oder Arylkörper oder -kette umfassen oder Diole.

Das Flüssigkeitsmedium, das in dem Verfahren gemäß der Erfindung notwendig ist, kann z. B. Wasser, Alkohol und/oder flüssiges Silan enthalten. Die in dem oben genannten Reaktionsbeispiel durchgeführte Hydrolisierung bindet Wasser, unter der Voraussetzung, dass Wasser vorhanden ist, während zur gleichen Zeit Alkohol in der Reaktion freigesetzt wird, der in eine flüssige Phase übergeht.

Organosilane, welche hydrolisierende und kondensierende Gruppen umfassen oder deren Hydrolisate sind als Ausgangsmaterialien für das Verfahren gemäß der Erfindung geeignet.

Dem entsprechend können Verbindungen, die zentrale Metallatome wie Zr, Ti, Al, B, etc., oder Verbindungen von diesen Metallen und Silikon oder Mischungen der Verbindungen verwendet werden. Z. B. können Silane des folgenden Typs verwendet werden: (YX)a(HX1)bSi(OR)4–a–b(1) in welchen:

Y = eine reaktive organische Gruppe, welche eine Epoxygruppe, eine Vinylgruppe oder eine andere polymerisierende organische Gruppe ist,

X und X1 = eine Kohlenwasserstoffgruppe, die 1 bis 10 Kohlenstoffatome enthält,

R = eine Kohlenwasserstoffgruppe, die 1 bis 7 Kohlenstoffatome enthält, eine Alkoxyalkylgruppe oder eine Acylgruppe, die 1 bis 6 Kohlenstoffatome enthält,

a = Zahl 1 bis 3,

b = Zahl 0 bis 2, unter der Voraussetzung, dass a + b ≤ 3.

Die organische Polymerisation kann im Wege eines Beispieles in der folgenden Weise beschrieben werden:

  • a) die reaktiven Gruppen des Organosilans der Beschichtungszusammensetzung (Y in der oben genannten Reaktionsgleichung) vernetzen die Beschichtung, wenn sie polymerisiert werden.

    Eine Polyethylenoxidvernetzung, die durch Epoxysilan ausgebildet wird, wird im Wege eines Beispiels dargestellt:
  • b) das hinzugefügte organische reaktive Prepolymer reagiert mit der reaktiven Gruppe des Organosilans
  • c) die hinzugefügte organische polymerisierende Substanz reagiert, wenn die Moleküle der fraglichen Substanz miteinander polymerisieren
  • d) alle Alternativen a, b und c können zusammen eintreten.

Die Anzahl und die Längen der Vernetzungen, d. h. der Grad der Organizität der Beschichtung kann durch die Qualität und die Fraktion der organischen Verbindungen, die in der Reaktionsmischung umfasst ist, angepasst werden. Die organische Verbindung kann ein Monomer sein, das zu einem variierenden Grad vorpolymerisiert wurde und/oder mit dem Silan zum Zeitpunkt des Ausbreitens der Mischung verbunden wird. Die organische Verbindung kann auch in der Form eines Prepolymers vorliegen, wenn sie zu der Reaktionsmischung hinzugefügt wird. Die Menge der organischen Verbindung kann als Monomer berechnet 5 bis 80, vorzugsweise 10 bis 70 und am meisten bevorzugt 10 bis 50 Molar-% der Gesamtmenge des polymerisierenden Ausgangsmaterials der Reaktionsmischung sein.

Die Epoxysilane gemäß der Formel (1), die eine Glycidoxygruppe enthalten, können z. B. Glycidoxymethyltrimethoxysilan, Glycidoxymethyltriethoxysilan, &bgr;-Glycidoxyethyltriethoxysilan, &bgr;-Glycidoxyethyltrimethoxysilan, &ggr;-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, &ggr;-Glycidoxypropyltriethoxysilan, &ggr;-Glycidoxypropyltri(methoxyethoxy)silan, &ggr;-Glycidoxypropyltriacetoxysilan, &dgr;-Glycidoxybutyltrimethoxysilan, &dgr;-Glycidoxybutyltriethoxysilan, Glycidoxymethyldimethoxysilan, Glycidoxymethyl(methyl)dimethoxysilan, Glycidoxymethyl(ethyl)dimethoxysilan, Glycidoxymethyl(phenyl)dimethoxysilan, Glycidoxymethyl(vinyl)dimethoxysilan, &bgr;-Glycidoxyethyl(methyl)dimethoxysilan, &bgr;-Glycidoxyethyl(ethyl)dimethoxysilan, &ggr;-Glycidoxypropyl(methyl)dimethoxysilan, &ggr;-Glycidoxypropyl(ethyl)dimethoxysilan, &dgr;-Glycidoxybutyl(methyl)dimethoxysilan und &dgr;-Glycidoxybutyl(ethyl)dimethoxysilan sein.

Silane, die zwei Glycidoxygruppen enthalten, können z. B.: Bis-(glycidoxymethyl)dimethoxysilan, Bis-(glycidoxymethyl)diethoxysilan, Bis-(glycidoxyethyl)dimethoxysilan, Bis-(glycidoxyethyl)diethoxysilan, Bis-(glycidoxypropyl)dimethoxysilan und Bis-(glycidoxypropyl)diethoxysilan umfassen.

Beispiele von Verbindungen gemäß der Formel (1), die andere reaktive Gruppen enthalten, umfassen: Vinyltriethoxysilan, Vinyl-tris(&bgr;-methoxyethoxy)silan, Vinyltriacetoxysilan, &ggr;-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, &ggr;-Aminopropyltriethoxysilan, N-&bgr;-(aminoethyl)-&ggr;-aminopropyltriethoxysilan, N-Bis(&bgr;-hydroxyethyl)-&ggr;-aminopropyltriethoxysilan, N-(&bgr;-aminoethyl)-&ggr;-Aminopropyl(methyl)dimethoxysilan, &ggr;-Chlorpropyltrimethoxysilan, &ggr;-Mercaptopropyltrimethoxysilan und 3.3.3-trifluorpropyltrimethoxysilan.

Beispiele von Silikonverbindungen, die durch die Allgemeine Formel (2) beschrieben werden sind: (HX)nSi(OR)4–n(2) umfassen Dimethyldimethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Tetraethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan und Phenylmethyldimethoxysilan.

Diese Verbindungen können als getrennte Komponenten oder als Mischungen von zwei oder mehr Verbindungen eingesetzt werden.

Andere mögliche Verbindungen umfassen z. B. kolloidales Silikon, d. h. eine kolloidale Lösung, die eine bestimmte Fraktion von sehr fein gemahlenen Silikon-Anhydridpulver enthält und welche in Wasser oder Alkohol dispergiert ist und z. B. in welcher der Partikeldurchmesser vorzugsweise 1 bis 100 nm beträgt.

Als vernetzende organische Verbindungen können Prepolymere verwendet werden und die reaktiven Gruppen der Organosilane reagieren vorzugsweise mit den Prepolymeren derart, dass ähnliche reaktive Gruppen gleich reagieren, um Vernetzungen auszubilden, die anorganische Sauerstoffsiliziumketten verbinden. Z. B. können Epoxidharz oder aromatische Diole verwendet werden, um mit den Epoxigruppen-enthaltenden Silanen zu reagieren.

Aromatische Alkohole, wie Bisphenol A, Bisphenol S und 1,5-Dihydroxynaphtalin können als Diole verwendet werden. Acrylate können verwendet werden, um mit Silanen zu reagieren, die Acrylsäuregruppen oder Acryloxygruppen enthalten. Prepolymere, welche reaktive Doppelbindungen aufweisen, werden mit Vinylsilanen oder anderen Silanen verwendet, die polymerisierbare Doppelbindungen enthalten, sowie mit Silanen, die Mercaptogruppen enthalten. Polyole werden mit Silanen verwendet, die Isocyanatgruppen enthalten. Isocyanate werden mit Silanen verwendet, die Hydroxygruppen enthalten und Epoxidharz wird mit Aminosilanen verwendet.

Mineralische Füllstoffe wie Talg und Glimmer können als Füllmaterial verwendet werden. Des Weiteren können Kopplungsmittel, Tenside und andere Additive, welche zur Herstellung von Verbundstoffen und Beschichtungen verwendet werden, zu der Mischung hinzugefügt werden.

Die Hydrolysate der Silikonverbindungen gemäß den Formeln (1) und (2) können durch das Hydrolysieren der korrespondierenden Verbindungen in einer Lösungsmittelmischung hergestellt werden, wie einer Mischung aus Wasser und Alkohol, in der Gegenwart einer Säure, wobei das Verfahren im Allgemeinen bekannt ist. Wenn die Silikonverbindungen gemäß der allgemeinen Formel (1) und (2) in der Form von Hydrolisaten verwendet werden, wird im allgemeinen ein besseres Ergebnis durch das Vermischen und Hydrolisieren der Silane zusammen erhalten.

Ein Härtungskatalysator sorgt dafür, dass die Beschichtung bei einer relativ geringen Temperatur aushärtet und hat eine vorteilhafte Wirkung auf die Eigenschaften der Beschichtung.

Z. B. können die folgenden Substanzen als Härtungskatalysatoren von Silanen, die Epoxidgruppen enthalten, verwendet werden: Broensted-Säuren, wie Salzsäure, Salpetersäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, Sulfonsäure etc.; Lewis-Säuren, wie ZnCl3, FeCl3, AlCl3, TiCl3 und die Metallsalze dieser Organokomplexsäuren wie Natriumacetat und Zinkoxylat; organische Ester der Borsäure wie Methylborat und Ethylborat; Alkali wie Natriumhydroxid und ätzende Pottasche; Titanate wie Tetrabutoxytitanat und Tetraisopropoxytitanat; Metallacetylacetonate wie Titanylacetylacetonat; und Amine wie n-Butylamin, Di-n-butylamin, Guanidin und Imidazol.

Möglicherweise können auch latente Katalysatoren wie Salze von anorganischen Säuren und Carbonsäuren wie Ammoniumperchlorat, Ammoniumchlorid und Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat, Natriumacetat und aliphatische Fluorsulfonate verwendet werden.

Die Auswahl des am besten geeigneten Härtungskatalysators hängt von den gewünschten Eigenschaften und der Verwendung der Beschichtungszusammensetzung ab.

Des Weiteren kann die Beschichtung Lösungsmittel wie Alkohole, Ketone Ester, Ether, Cellusolve-Mittel, Carboxylate und deren Mischungen enthalten. Niedrigere Alkohole von Methanol bis Butanol werden besonders empfohlen. Methylcellosolve, Ethylcellosolve und Butylcellosolve, kürzere Carbonsäuren und Aromaten wie Toluol und Xylol und Ester wie Ethylacetat und Butylacetat werden üblicherweise auch verwendet. Jedoch wird die Verwendung von Lösungsmitteln vorzugsweise minimiert, z. B. durch Verwendung von Silanen als Lösungsmittel, weil die Verdunstung des Lösungsmitteldampfes in Verbindung mit der Beschichtung der Pappe weitere Umstände erfordert.

Um eine glatte Beschichtung zu erhalten, kann eine kleine Menge eines flussregulierenden Mittels (wie ein Block-Copolymer aus Alkylendioxid und Dimethylsiloxan) falls notwendig hinzugefügt werden.

Antioxidantien und Substanzen, die gegen UV-Licht schützen, können auch zu der Beschichtung hinzugefügt werden.

Nichtionische Tenside können zu der Beschichtungslösung hinzugefügt werden, um ihre Vernetzungseigenschaften und hydrophilen Eigenschaften anzupassen.

Die Silikon-basierende Beschichtungslage, die gemäß der oben genannten Beschreibung zur Verfügung gestellt wird, hat ein glasartiges äußeres Erscheinungsbild und ist auch dicht und flexibel, bricht nicht oder bildet Löcher aus, ist hitzewiderstandsfähig und chemisch widerstandsfähig. Die Beschichtung ist sauerstoffdicht, fettdicht, aromadicht und wasserdampfdicht und gegenüber Feuchtigkeit nicht empfindlich. In der Wiederaufarbeitung von Material, die durch Aufschluss durchgeführt wird, beschädigen die kleinen Mengen an Beschichtungsmaterial, die vorhanden sind, nicht den derart erhaltenen aufgearbeiteten Papierbrei.

Das Aushärten der Beschichtungslage und das Entfernen der verbleibenden Flüssigkeitsphase werden vorzugsweise durch Erhitzen der Beschichtung auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 100 bis 200°C durchgeführt. Das Erhitzen entfernt die Porosität aus der Beschichtung, was ihr die notwendige Flüssigkeitsdichte und Gasdichte gibt.

Wie zuvor erwähnt, kann eine verbindungausbildende polymere Beschichtung auf die gemäß der Erfindung zur Verfügung gestellte Beschichtungslage oben ohne einen laminierenden Klebstoff zwischen den Lagen aufgebracht werden. Z. B., wenn Behälterartige Verpackungen aus Pappe oder Karton hergestellt werden, dann dient das hitzeversiegelnde Polymer als Klebstoff, der die Verbindungsstellen des Behälters versiegelt. Um die Dichtigkeit der Verbindungen sicher zu stellen, werden vorzugsweise beide Seiten des Kartons mit dem hitzeversiegelnden Polymer beschichtet.

Da die dünne, glasartige Beschichtungslage, die gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt wird, transparent ist, werden die Bilder und der Text, der auf den Karton vor dem Beschichtungsverfahren aufgedruckt wurden, sichtbar sein. Dieses ist ein Vorteil in Nahrungsmitteltabletts, bei denen glänzende Beschichtungen die äußere Oberfläche des Produkts ausmachen.

Der gemäß der Erfindung hergestellte beschichtete Verpackungskarton kann als sauerstoffdichtes und aromadichtes Material von Behältern oder kleinen Bechern verwendet werden, die für Verpackungen von Flüssignahrungsmitteln vorgesehen sind. Die Lage der Beschichtung widersteht ohne Brechen dem Falten des beschichteten Kartons, um die Kanten des Behälters zur Verfügung zu stellen, welche die Form eines rechtwinkligen Prismas oder eines Tetrahedrons aufweisen.

Eine andere besondere Anwendung des Verpackungskartons, der gemäß der Erfindung beschichtet ist, ist fettdichtes, hitzeresistentes Material von Nahrungsmittelplatten wie Mikrowellen- oder konventionelle Ofentabletts. Auch in diesem Fall wird das Papier einem Knicken und Falten ausgesetzt und die Beschichtung muss der Behandlung ohne Brechen widerstehen. Des Weiteren ist ein besonderer Vorteil der Beschichtung von ofengeeigneten Tabletts, die gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verfügung gestellt werden, die gute Hitzewiderstandsfähigkeit der Beschichtung. Die Pappe kann in ein Tablett durch Pressen bei einer hohen Temperatur geformt werden und die Tabletts widerstehen leicht den normalen Temperaturen von Küchenöfen und Mikrowellenöfen und sogar Temperaturen oberhalb von 300°C, bei denen die Pappe zu verkohlen beginnt. Zur gleichen Zeit schützen die Beschichtungslagen den Karton vor der aufweichenden Wirkung von Dampf, der aus dem Nahrungsmittel kommt, wenn es erhitzt wird, so dass das Tablett seine Form beibehält. Wenn es gebacken wird, klebt das Nahrungsmittel nicht auf der Beschichtung der vorliegenden Erfindung. Das gemäß der Erfindung zur Verfügung gestellte Tablett kann Teil einer Verbraucherverpackung von vorbereiteten Nahrungsmitteln sein, z. B., wobei das Nahrungsmittel zum Erhitzen in dem Tablett nach dem Öffnen der Verpackung vorgesehen ist, oder die Tabletts als solche an den Verbraucher verkauft werden.

Des Weiteren umfasst die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer flüssigkeitsdichten und gasdichten Verpackung, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine polymerisierende Reaktionsmischung auf Papier oder einer Kartonbasis aus Papier oder Pappe ausgebreitet wird, wobei besagte Mischung mindestens eine Silikonverbindung umfasst, die ein anorganisches kettenartiges oder vernetztes polymeres Grundgerüst ausbildet, das alternierend Silizium- und Sauerstoffatome enthält, und mindestens eine reaktive organische Verbindung, die organische Seitenketten und/oder Vernetzungen mit dem polymeren Grundgerüst ausbildet, wobei die Reaktionsmischung gehärtet wird, um eine Beschichtungslage auszubilden und wobei die Verpackung teilweise oder vollständig aus dem so erhaltenen Polymer-beschichteten Papier oder Pappe ausgeformt wird.

Es ist in diesem Kontext zu erwähnen, dass die Kartonbasis der vorliegenden Erfindung sich auf ein relativ steifes faserbasierendes Verpackungsmaterial bezieht, das ausreichend selbstunterstützend ist, um für behälterartige Verpackungen oder Nahrungsmittelplatten geeignet zu sein, z. B. welche, die ausschließlich aus besagtem Material hergestellt werden. Das Gewicht eines solchen Kartons beträgt mindestens 170 g/m2 und liegt im Allgemeinen im Bereich von 225 g/m2 oder höher. Ein Karton im Gewichtsbereich von 170–250 g/m2 wird üblicherweise als Pappe bezeichnet und ein Karton mit einem Gewicht von 250 g/m2 oder mehr wird als Karton bezeichnet. Das Papier in der Erfindung bezieht sich auf ein dünneres und leichteres faserbasierendes Material, welches ein geeignetes Verpackungsmaterial für z. B. hitzeversiegelte, abziehbare Deckel von Portionsverpackungen oder Kartons ist.

Das was oben in Verbindung mit dem Herstellungsverfahren von Verpackungskartons gemäß der Erfindung präsentiert wird, ist hauptsächlich als solches auf das Herstellungsverfahren der Verpackung gemäß der Erfindung anwendbar. Dieses bezieht sich z. B. auf die Ausbildung der Silikon-basierenden Beschichtungslage, seine chemische Struktur und Zusammensetzung und ein mögliches Ausbreiten einer verbindenden polymeren Beschichtung oben auf die glasartige Silikonbeschichtung.

Produkte gemäß der Erfindung, die gemäß den oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden und in den vorliegenden Beispielen 13 bis 15 definiert sind, umfassen besonders versiegelte Pappe- und Kartonverpackungen von Flüssigkeitsnahrungsmitteln wie Milch, Sahne, saure Sahne oder Saftbehälter und kleine Becher, versiegelte Papiernahrungsmittelverpackungen, wie Suppenmixpulvertaschen, Kaffee- und Gewürzverpackungen, Pappe- Mikrowellen- oder konventionelle Ofennahrungsmitteltabletts, die Teil von vorbereiteten Nahrungsmittelverpackungen sein können, Pappe- oder Kartonwaschmittelverpackungen und die hitzeversiegelten Papierdeckel von Glas-, Plastik- oder Pappnahrungsmittel-, Medizin- und kosmetischen Verpackungen, insbesondere die Deckel von Joghurt, Milch, Saft, Wasser, Eiscreme und Dessertbechern und solche von Buttermilchbehältern oder Butter, Margarine oder fertig zubereiteten Nahrungsmittelboxen.

Die beigefügte Zeichnung illustriert die Produkte gemäß der Erfindung.

1 zeigt einen kleinen Joghurtbecher gemäß der Erfindung, der mit einem hitzeversiegelbaren Deckelpapier versehen ist,

2 ist ein Ausschnitt aus der Öffnung des Bechers und der Kante des Deckelpapiers als Teilvergrößerung von 1,

3 zeigt ein ofengeeignetes Tablett gemäß der Erfindung aus Pappe,

4 ist ein Ausschnitt der Kante des Tabletts als Teilvergrößerung von 3,

5 zeigt einen Milchbehälter aus Pappe gemäß der Erfindung und

6 ist ein Ausschnitt des Behälters als Teilvergrößerung von 5.

Die Verbraucherverpackung des Joghurts gemäß der Erfindung, die in 1 und 2 gezeigt wird, besteht vorzugsweise aus einem kleinen Plastikbecher 1 mit einem sauerstoffdichten und aromadichten Deckelpapier 3, das an seiner Öffnung hitzeversiegelt ist. Deckelpapier 3 umfasst Papierlage 4, die Silikon-basierende sauerstoffdichte und aromadichte polymere Lage 5, die unter Verwendung eines Sol-Gel-Verfahrens hergestellt wurde und z. B. die hitzeversiegelte Lage 6 aus Styrol-modifiziertem Copolymer aus Ethylen und Methacrylsäure. Die Hitzesiegellage 6 sichert das Deckelpapier 3 dicht an den Flansch 2, der die Öffnung des Bechers umrahmt. Zur gleichen Zeit ermöglicht die hitzeversiegelbare Schicht 6 es dem Deckelpapier 3 abgezogen zu werden, wenn der Becher geöffnet wird. Das Gewicht der Papierlage 4 des Deckelpapiers kann z. B. 40–80 g/m2 sein, das Gewicht der sauerstoffdichten und aromadichten Lage der Beschichtung 5 beträgt vorzugsweise ungefähr 2–5 g/m2 und das Gewicht der hitzeversiegelbaren Lage 6 kann z. B. ungefähr 20 g/m2 sein.

Das ofengeeignete Tablett 7 gemäß den 3 und 4, das für eine Verpackung von Fertignahrung verwendet werden kann, umfasst z. B. die Papplage 8 und glasartige Silikon-basierende Polymerschichten 9, die durch ein Sol-Gel-Verfahren auf den inneren und äußeren Oberflächen des Tabletts ausgebildet wurden. Das Gewicht der Papplage beträgt ungefähr 225 g/m2 und das Gewicht der beiden glasartigen polymeren Lagen 9 beträgt vorzugsweise ungefähr 2–5 g/m2. Die polymeren Schichten 9 machen das Tablett wasserdicht und fettdicht und sie widerstehen konventionellen Küchenofentemperaturen von 200–250°C, ohne dass sie beschädigt werden. Die polymere Lage der inneren Oberfläche des Tabletts verhindert spezifisch das Ankleben des Nahrungsmittels und die polymere Schicht auf der äußeren Oberfläche des Tabletts schützt hauptsächlich das Tablett gegen Fett auf dem Backblech und gegen Spritzer, die aus dem Nahrungsmittel kommen, wenn es erhitzt wird. In einigen Fällen kann die polymere Schicht auf der äußeren Oberfläche des Tabletts weggelassen werden. Das gezeigte Tablett 7 kann als solches auch in Mikrowellenöfen verwendet werden.

Milchbehälter 10, der in den 5 und 6 illustriert wird, und welcher hauptsächlich als ein rechteckiges Prisma geformt ist, ist hauptsächlich aus beschichtetem flüssigkeitsdichten und gasdichten Verpackungskarton hergestellt. Der Verpackungskarton umfasst eine polymere hitzeversiegelte Lage 11 auf der äußeren Oberfläche des Behälters 10, Papplage 12, eine Silikon-basierende sauerstoffdichte und aromadichte polymere Lage 13, die durch ein Sol-Gel-Verfahren hergestellt wurde, und innen auf die Pappschicht aufgetragen wurde, und eine hitzeversiegelnde Lage 14, welche die innere Oberfläche des Behälters ausmacht. Die hitzeversiegelnden Lagen 11, 14 aus z. B. Polyethylen an den Verbindungsstellen des Behälters 10 sichern die überlappenden Pappkartonschichten dicht gegeneinander. Das Gewicht von der Pappe 12 des Behälters beträgt ungefähr 225 g/m2, das Gewicht der sauerstoffdichten und aromadichten polymeren Schicht 13 beträgt vorzugsweise 2–5 g/m2 und das Gewicht der beiden hitzeversiegelnden Lagen 11, 14 beträgt z. B. ungefähr 20 g/m2.

Der Verpackungskarton gemäß 6, der die Wand des Behälters ausmacht, kann mit einer extra polymeren Lage (nicht gezeigt) zwischen der Kartonlage 12 und der Sol-Gel-Lage 13 zur Verfügung gestellt werden, die möglicherweise auch Pigmente und Füllmaterialien enthalten. Beispiele von bevorzugten Polymeren umfassen Polyolefine und Styrolacrylate. Die besagte polymere Lage kann verwendet werden, um die Materialdichte der Sol-Gel-Lage 13 zu verringern, da die polymere Oberfläche glatter und dichter als die Kartonlage ist.

Die Erfindung und die polymeren Beschichtungsmaterialien, die sie einsetzt, werden durch die folgenden Anwendungsbeispiele beschrieben.

Beispiel 1 Trennschichtbeschichtung

182 g von 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan wird durch Vermischen in 473 g Gamma-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan bei Raumtemperatur aufgelöst. 24 g 0,1 N Salzsäure wird langsam zu dieser Mischung hinzugegeben, während sie zur gleichen Zeit gerührt wird. Das Rühren wird für ungefähr 2 Stunden weitergeführt, während ungefähr 20 g kolloidales Silikon hinzugefügt wird. Falls notwendig, wird 1 g eines Fluss-regulierenden Mittels hinzugefügt. Die derart hergestellte Lösung ist für mindestens 1 Monat verwendbar. 16 g Methylimidazol (eine Lewis-Säure) wird durch Vermischen für ungefähr eine halbe Stunde bevor die Lösung verwendet wird hinzugefügt. Diese Lösung ist für ungefähr 24 Stunden verwendbar.

Die Beschichtung wurde durch Verwendung des Stabbeschichtungsverfahrens auf den folgenden Kartonmaterialien durchgeführt:

  • 1 Pigmentbeschichteter SBS-Karton

    Basisgewicht 235 g/m2

    Dicke 314 &mgr;m
  • 2. Styrolbutadiendispersions-beschichteter Karton
  • 3. Kartonbecher mit glatter Oberfläche

    Basisgewicht 230 g/m2

    Dicke ≈ 300 &mgr;m

Die Beschichtung wurde in einem Ofen bei 160°C für 2 Minuten gehärtet.

Testergebnisse

Die Beschichtungslösung gemäß Beispiel 1 wurde in den Tests verwendet, die mit Kartons der Klasse 1, 2 und 3 durchgeführt wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Beschichtungslösung mit dieser Viskosität am besten zu glatten und weniger porösen Kartonqualitäten passt (Proben 1 und 2).

Wenn durch Sichtung untersucht, ist die Beschichtung klar, transparent und sie hat eine gute filmausbildende Fähigkeit. Auf der Basis einer elektronenmikroskopischen Studie ist die Beschichtung in den Proben 1 und 2 einheitlich und durchgängig. Die Beschichtung in Probe 3 wird teilweise durch Poren absorbiert, was Löcher bewirkt.

Die physikalischen Eigenschaften der Beschichtung werden in Tabelle 1 gezeigt.

Tabelle 1

Die Testergebnisse von Beispiel 1
Beispiel 2

Die Lösung wird wie in Beispiel 1 vorhydrolisiert.

Anstatt kolloidalem Silikon werden kleine Mengen von insgesamt 180 g fein gemahlenem Talg durch kontinuierlichem Rühren hinzugefügt, wobei 98% der Korngröße des Talg weniger als 10 &mgr;m (Finntalg C10) beträgt.

Nachdem Methylimidazol zu der Mischung hinzugefügt worden war, wurde ihre Viskosität durch das Hinzufügen von ungefähr 7 g kolloidalem Silikon angepasst, um sich für Stabbeschichtung zu eignen.

Die Beschichtungslösung wurde verwendet, um Kartons der Qualitäten 1 und 3 gemäß Beispiel 1 zu beschichten. Die Beschichtung wurde gehärtet und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 getrocknet.

Testergebnisse

Bei der visuellen Untersuchung wird festgestellt, dass die Beschichtung leicht matt ist und eine gute filmbildende Fähigkeit aufweist.

Die physikalischen Eigenschaften der Beschichtung werden in Tabelle 2 gezeigt.

Tabelle 2

Die Testergebnisse von Beispiel 2
Beispiel 3

35,6 g Phenyltrimethoxysilan, 276,6 g Glycidyloxypropyltrimethoxysilan und 19,8 g Aminopropyltriethoxysilan wurden in einem Gefäß in einem Eisbad vermischt. 6 g Wasser wurde langsam tropfenweise zu dieser Mischung hinzugefügt und das Rühren in dem Eisbad wurde für 15 Minuten weitergeführt, worauf 12 g Wasser in kleinen Mengen hinzugefügt wurden und die Mischung wurde weiter im Eisbad für 5 Minuten gerührt. Danach wurden 97,2 g Wasser durch tropfenweises schnelleres Hinzutropfen und Rühren hinzugefügt und das Rühren wurde für 2 Stunden bei Raumtemperatur weitergeführt. Dann wurden 43,6 g Epoxyharz (Dow Corning D. E. R. 330) zu diesem Hydrolysat hinzugefügt. Die Beschichtung wurde auf Kartons 1 bis 3 gemäß Beispiel 1 unter Verwendung des Stabbeschichtungsverfahrens durchgeführt. Die Beschichtung wurde in einem Ofen bei 160°C für 3 Minuten gehärtet.

Tabelle 3

Die Testergebnisse von Beispiel 3
Beispiel 4

Die Lösung wurde wie in Beispiel 3 vorhydrolisiert. 147 g Mika (Kemira Mica 40) wurden zu dem Hydrolysat hinzugefügt. Die Beschichtungslösung wurde verwendet, um die Pappe der Qualitäten 1, 2 und 3 gemäß Beispiel 1 zu beschichten. Die Beschichtung wurde gehärtet und wie in Beispiel 3 getrocknet.

Testergebnisse

Die visuelle Untersuchung ergab, dass die Beschichtung leicht matt ist und eine gute filmbildende Fähigkeit aufweist. Die physikalischen Eigenschaften der Beschichtung werden in Tabelle 4 gezeigt.

Tabelle 4

Die Testergebnisse von Beispiel 4

Es ist den Fachleuten auf dem Gebiet klar, dass die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele eingeschränkt sind, sondern innerhalb der beigefügten Ansprüche variieren können.


Anspruch[de]
  1. Ein Verfahren zur Herstellung von Verpackungskarton, bei dem eine Kartonbasis aus Papier oder Pappe (8, 12) mit einem Gewicht von mindestens 170 g/m2 mit mindestens einer silikonbasierenden, flüssigkeitsdichten und gasdichten Beschichtungslage (9, 13) ausgestattet wird, das durch die Schritte:

    – des zur Verfügung Stellens einer polymerisierenden Reaktionsmischung, die (i) mindestens ein Organosilan enthält, das eine reaktive Epoxy-, Amino-, Hydroxyl-, Carboxyl-, Carbonyl-, Vinyl- oder Methacrylat-Gruppe enthält, und (ii) mindestens eine organische Verbindung, die mindestens eine reaktive Epoxy-, Amino-, Hydroxyl-, Carboxyl-, Carbonyl-, Vinyl- oder Methacrylat-Gruppe enthält,

    – wobei besagtes Organosilan eine anorganische kettenartige oder vernetzte polymere Grundstruktur ausbildet, die alternierende Silizium- und Sauerstoffatome enthält, und wobei besagte organische Verbindung derart ausgewählt ist, dass sie in der Lage ist, mit der reaktiven Gruppe des Organosilans zu reagieren, um organische Seitenketten und/oder Vernetzungen zur polymeren Grundstruktur auszubilden, und

    – wobei besagte organische Verbindung in einer Menge verwendet wird, um, als Monomer berechnet, 10 bis 80 Mol.-% der Gesamtmenge der polymerisierenden Verbindungen der Reaktionsmischung zu konstituieren,

    – des Ausbreitens besagter Mischung auf der Kartonbasis (8, 12), und

    – des Aushärtens besagter Mischung in einem Zeitintervall im Bereich von Teilen einer Sekunde bis 3 Minuten, um eine Beschichtungslage online in einer Kartonmaschine (9, 13) auszubilden,

    gekennzeichnet ist.
  2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine Metallverbindung in der Reaktionsmischung mitumfasst ist, die sich mit der polymeren Grundstruktur derart verbindet, dass ein Teil der Siliziumatome, die mit den Sauerstoffatomen alternieren, durch Metallatome ersetzt werden.
  3. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die organische Verbindung als Monomer berechnet 10 bis 50 Mol.-% der Gesamtmenge der polymerisierenden Verbindungen der Reaktionsmischung ausmacht.
  4. Ein Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine polymerisierende Reaktionsmischung auf eine Kartonbasis ausgebreitet wird, die eine Flüssigphase enthält, die aus Silan, einem Lösungsmittel wie Alkohol, Wasser und einer organischen Verbindung und/oder einem Prepolymer besteht, und die Mischung gelieren gelassen wird, worauf hin die Mischung aushärtet, um eine feste Beschichtungslage auszubilden.
  5. Ein Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischung, die auf dem Karton ausgebreitet wird, eine kolloidale Mischung ist, die eine flüssig Phase umfasst, die Monomere oder Prepolymere und kolloidale reaktive Partikel enthält.
  6. Ein Verfahren gemäß Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten durch Hitze bei einer eingestellten Temperatur von ungefähr 100 bis 200°C durchgeführt wird.
  7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aushärten durch Bestrahlung durchgeführt wird.
  8. Ein Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht der derart ausgebildeten Beschichtungslage (9, 13) mindestens 1 g/m2, vorzugsweise ungefähr 2 bis 6 g/m2 beträgt.
  9. Ein Verfahren gemäß einem der vorgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auch ein Füllmittel, wie ein schuppenartiger Talk oder Glimmer oder anorganische oder organische Fasern auf die Kartonbasis aufgebracht wird, um einen Teil der Beschichtungslage zu bilden.
  10. Ein Verfahren gemäß einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kartonbasis bedruckt wird und dann eine silikonbasierende, transparente, flüssigkeitsdichte und gasdichte Beschichtungslage auf der bedruckten Oberfläche ausgebildet wird.
  11. Ein Verfahren gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine verbindungsbildende polymere Beschichtung (6, 14) oben auf die zuvor ausgebildete, silikonbasierende, flüssigkeitsdichte und gasdichte Beschichtungslage (5, 13) ausgebreitet wird, wobei die polymere Beschichtung zum Schließen einer Verpackung (1, 10) verwendet wird.
  12. Ein Verfahren zur Herstellung einer flüssigkeitsdichten und gasdichten Verpackung (1, 10), das durch die Schritte:

    – des zur Verfügung Stellens einer polymerisierenden Reaktionsmischung, die (i) mindestens ein Organosilan enthält, das eine reaktive Epoxy-, Amino-, Hydroxyl-, Carboxyl-, Carbonyl-, Vinyl- oder Methacrylat-Gruppe enthält, und (ii) mindestens eine organische Verbindung, die mindestens eine reaktive Epoxy-, Amino-, Hydroxyl-, Carboxyl-, Carbonyl-, Vinyl- oder Methacrylat-Gruppe enthält,

    – wobei besagtes Organosilan eine anorganische kettenartige oder vernetzte polymere Grundstruktur ausbildet, die alternierende Silizium- und Sauerstoffatome enthält, und wobei besagte organische Verbindung derart ausgewählt ist, dass sie in der Lage ist, mit der reaktiven Gruppe des Organosilans zu reagieren, um organische Seitenketten und/oder Vernetzungen zur polymeren Grundstruktur auszubilden, und

    – wobei besagte organische Verbindung in einer Menge verwendet wird, um, als Monomer berechnet, 10 bis 80 Mol.-% der Gesamtmenge der polymerisierenden Verbindungen der Reaktionsmischung zu konstituieren,

    – des Ausbreitens besagter Mischung auf Papier (4) oder einer Kartonbasis aus Papier oder Pappe (12) online als Teil der Herstellung der Basis,

    – des Aushärtens besagter Mischung in einem Zeitintervall im Bereich von Teilen einer Sekunde bis 3 Minuten, um eine Beschichtungslage (5, 13) auszubilden,

    – des Ausbildens einer versiegelten Verpackung aus Materialien, die mindestens teilweise aus dem so erhaltenen beschichteten Papier, der Pappe oder dem Karton besteht gekennzeichnet ist.
  13. Eine Nahrungsmittelverpackung, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus einem verbundenen sauerstoffdichten und aromadichten Papierkarton- oder Pappbehälter (10), einem kleinen Papierkartonbecher oder einem Papierbeutel besteht, der gemäß Anspruch 12 hergestellt ist.
  14. Eine Nahrungsmittel-, eine medizinische oder eine kosmetische Verpackung (1), die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie gemäß Anspruch 12 durch das Verschließen ihrer Öffnung durch ein verbundenes sauerstoffdichtes Abschlusspapier (3) gebildet wird.
  15. Eine Nahrungsmittelboden in der Form eines Tabletts, wie ein Mikrowellen- oder konventionelles Ofentablett (7), dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem wasserdichten und fettdichten hitzeresistenten Verpackungskarton besteht, der gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wurde.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
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H Elektrotechnik

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