Упаковочный контейнер, упаковочный ламинированный материал и способ изготовления упаковочного контейнера
Упаковочный контейнер для находящегося под давлением жидкого пищевого продукта, при этом упаковочный контейнер образован из ламинированного материала, который содержит по меньшей мере один центральный слой из бумаги или картона, имеющий одну основную ориентацию волокон в его первом направлении. Причем указанный центральный слой предварительно вытянут во втором направлении, по существу перпендикулярном указанному первому направлению. Предложенное решение также относится к упаковочному ламинированному материалу, а также к способу изготовления упаковочного контейнера. Предложенное изобретение обеспечивает создание упаковочного контейнера для находящегося под давлением жидкого пищевого продукта, который является простым и потому экономичным в изготовлении, не требует использования больших количеств бумаги или картона и стабильно сохраняет свою конфигурацию при хранении содержимого. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 9 ил.
Настоящее изобретение относится к упаковочному контейнеру для находящегося под давлением жидкого пищевого продукта, например пива, газированных напитков, газированной воды или игристого вина, причем этот упаковочный контейнер образован из упаковочного ламинированного материала, содержащего по меньшей мере один сердцевинный (центральный) слой бумаги или картона, имеющий одну основную ориентацию волокон в первом направлении этого слоя. Настоящее изобретение также относится к упаковочному ламинированному материалу для упаковочного контейнера, а также к способу изготовления упаковочного контейнера.
Имеющиеся на рынке упаковочные контейнеры, предназначенные выдерживать постоянное внутреннее избыточное давление вследствие их заполнения находящимся под давлением жидким пищевым продуктом, таким как пиво, газированные напитки, газированная вода или игристое вино, в настоящее время изготавливают из стекла, пластика или металла.
Предпринимались попытки изготавливать такие контейнеры из упаковочного ламинированного материала, содержащего центральные слои из бумаги и картона, а также газобарьерные и влагонепроницаемые слои. Однако в таких случаях возникает проблема, которая может быть связана с вытягиванием или деформированием волокон в слое бумаги или картона (в центральном слое). Причина этого заключается в том, что при получении слоя бумаги или картона в бумагоделательной или картоноделательной машине сеть волокон вытягивается в направлении перемещения в бумагоделательной или картоноделательной машине ("машинное направление"), при этом не происходит соответствующего вытягивания волокон в поперечном направлении. Кроме того, волокна по существу ориентируются в продольном направлении полотна бумаги или картона при образовании полотна, когда поток исходного целлюлозного материала подают на проволоку, перемещаемую в машинном направлении.
В том случае, когда трубчатый упаковочный контейнер для находящегося под давлением жидкого пищевого продукта должен изготавливаться из ламинированного материала, содержащего центральный слой из подобной ориентированной бумаги или картона, бумагу или картон используют так, чтобы продольное направление бумаги или картона совпадало с касательной к окружной периферии упаковочного контейнера, то есть бумагу или картон располагают так, чтобы волокна были ориентированы в основном в направлении окружной периферии контейнера. Причина этого состоит в том, что бумага или картон должны иметь наибольшую прочность в этом направлении благодаря упомянутой ориентации волокон, поскольку наибольшие напряжения вследствие внутреннего избыточного давления возникают в материале именно в этом направлении. Тем не менее, напряжения вследствие внутреннего избыточного давления будут естественным образом также возникать в аксиальном направлении контейнера, что означает, что бумажный или картонный материал будет расширяться ("вытягиваться") в аксиальном направлении контейнера, так что длина контейнера увеличится после того, как он простоит на полке в течение некоторого времени. Это, в частности, происходит потому, что волокна согласно вышеизложенному сначала по существу не вытянуты в поперечном направлении бумаги или картона, то есть в аксиальном направлении контейнера. Если бы упаковочный ламинат был повернут на 90°, то данная проблема, естественно, возникла бы вместо этого в направлении по касательной к окружной периферии контейнера, при этом контейнер бы вспучивался (раздувался), и одновременно возникала бы опасность его разрушения.
WO 99/59882 описывает упаковочный ламинат, образованный с несколькими, например четырьмя, слоями бумаги или картона. Кроме того, опасность разрушения уменьшена за счет того, что продольные швы для этих различных слоев были расположены в различных местах на окружной периферии контейнера. Однако такой способ образования упаковочного ламината и контейнера коммерчески нежизнеспособен из-за чрезмерных затрат, неизбежных вследствие большой толщины - или, другими словами, большого количества расходуемого картона, а также из-за сложного процесса образования продольных швов в различных местах на окружной периферии контейнера.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанного комплекса проблем, а конкретнее задача состоит в том, чтобы создать такой упаковочный контейнер для находящегося под давлением жидкого пищевого продукта, который является простым - и потому экономичным - в изготовлении, не требует использования больших количеств бумаги или картона и тем не менее стабильно сохраняет свою конфигурацию при хранении содержимого в виде находящегося под давлением жидкого пищевого продукта. Кроме того, задача изобретения состоит в том, чтобы предложить упаковочный ламинированный материал для упаковочного контейнера по изобретению, а также предложить способ изготовления упаковочного контейнера по изобретению.
Эти и другие задачи достигаются посредством упаковочного контейнера, упаковочного ламинированного материала, а также способа изготовления упаковочного контейнера, как они определены в формуле изобретения.
Концепция изобретения состоит в том, чтобы заранее выбрать большую часть способности материала расширяться (вытягиваться), а именно способности его центрального слоя, состоящего из бумаги или картона, вытягиваться, когда данный слой подвергается воздействию постоянного избыточного давления. Таким образом, в готовом упаковочном контейнере ламинированный материал может выдерживать воздействие сравнительно высокой постоянной нагрузки, несмотря на сравнительно небольшое количество материала в центральном слое вследствие сдвига характеристики ползучести центрального слоя. В частности, предусматривается выполнение предварительного расширения или предварительного вытягивания в поперечном направлении бумаги или картона, то есть в направлении, по существу перпендикулярном основной ориентации волокон бумаги или картона, обычно в направлении, перпендикулярном продольному направлению. Это реализуется за счет того, что по меньшей мере центральный слой ламинированного материала для упаковочного контейнера подвергают предварительному вытягиванию в направлении (далее называемом вторым направлением), перпендикулярном направлению основной ориентации волокон (далее называемому первым направлением), в любой момент до запечатывания упаковочного контейнера.
Центральный слой может быть подвергнут предварительной вытяжке согласно изобретению еще до его ламинирования, вместе с другими слоями, в упаковочный материал. В альтернативном варианте ламинированный материал может быть подвергнут предварительной вытяжке перед формированием из него корпуса контейнера, или предварительная вытяжка также может быть выполнена для упаковочного контейнера в процессе его заполнения находящимся под давлением жидким пищевым продуктом.
После предварительной вытяжки центральный слой имеет продольный размер (Lexp) во втором направлении, при этом данный размер (Lexp) приблизительно на 1-6%, предпочтительно на 1-5%, превышает соответствующий продольный размер (Lo) центрального слоя в нерасширенном или невытянутом состоянии. Другими словами, это означает, что расстояние между двумя точками в центральном слое, которые ориентированы во втором направлении друг относительно друга, увеличивается на 1-6%, предпочтительно на 1-5%, при выполнении предварительной вытяжки.
Абсолютный верхний предел предварительной вытяжки естественно определяется пределом натяжения, при котором происходит разрушение (разрыв) центрального слоя или упаковочного материала в его втором направлении. Следовательно, другой способ выражения предпочтительной степени предварительной вытяжки состоит в соотнесении натяжения с разрушающим пределом для центрального слоя или ламинированного материала, например предварительное вытягивание выполняют с натяжением не менее 20%, но не более 95%, предпочтительно не более 90% и еще предпочтительнее не более 85% от разрушающего предела. Для слоя бумаги или картона используемого здесь типа соотношение натяжения к разрушающему пределу составляет 1,5-2,5% в продольном направлении и 5-6% в поперечном направлении.
Далее настоящее изобретение описано более подробно со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 - вид в сечении первого варианта выполнения упаковочного ламинированного материала по изобретению;
фиг.2 - вид в сечении второго варианта выполнения упаковочного ламинированного материала по изобретению;
фиг.3 - вид сбоку первого варианта выполнения упаковочного контейнера по изобретению;
фиг.4 - вид сбоку второго варианта выполнения упаковочного контейнера по изобретению;
фиг.5 - ссылочная кривая расширения против времени для не подвергнутого предварительной вытяжке центрального слоя картона, на который воздействовали нагрузкой в его поперечном направлении;
фиг.6 - ссылочная кривая расширения против времени для предварительно вытянутого на 1% центрального слоя картона, на который воздействовали нагрузкой в его поперечном направлении;
фиг.7 - ссылочная кривая расширения против времени для предварительно вытянутого на 2% центрального слоя картона, на который воздействовали нагрузкой в его поперечном направлении;
фиг.8 - ссылочная кривая расширения против времени для предварительно вытянутого на 3% центрального слоя картона, на который воздействовали нагрузкой в его поперечном направлении; и
фиг.9 - ссылочная кривая расширения против времени для предварительно вытянутого на 4% центрального слоя картона, на который воздействовали нагрузкой в его поперечном направлении.
На фиг.1 показан первый вариант выполнения упаковочного ламинированного материала 10 по изобретению. Этот материал имеет два центральных слоя 11а и 11b из бумаги или картона. Общее содержание бумажного слоя в ламинированном материале обычно составляет 200-400 г/м2, предпочтительно 200-340 г/м2 и еще предпочтительнее 200-300 г/м2, при этом бумага подходящим образом распределена приблизительно одинаково по двум центральным слоям 11а и 11b. Кроме того, центральные слои 11а и 11b подходящим образом непрерывно соединены друг с другом по существу по всей площади их обращенных друг к другу поверхностей посредством адгезивного слоя 12, который, например, может состоять из крахмала или полиэтилена. На стороне ламинированного материала, предназначенной для образования наружной стороны упаковочного контейнера, изготовленного из этого ламинированного материала, расположен тонкий слой 13 термопластичного материала, предпочтительно полипропилена. На противоположной стороне центральных слоев 11а, 11b предусмотрены слои, включающие в себя, с одной стороны, адгезивный слой 14, например, из адгезивного термопластика, предпочтительно полиэтилена или полипропилена, и, с другой стороны, барьерный слой 15, а также термопластиковое покрытие 16, которое расположено снаружи от барьерного слоя и предпочтительно состоит из полипропилена, при этом центральный слой непрерывно покрыт указанными слоями по всей площади его поверхности. Термин "барьерный слой 15" в данном случае используется для обозначения слоя, который преимущественно создает барьер для газообразного кислорода. Один предпочтительный барьерный слой состоит из слоя металлической фольги, предпочтительно из слоя алюминиевой фольги.
На фиг.2 показан второй вариант выполнения упаковочного ламинированного материала 10а по изобретению, который во всех отношениях соответствует варианту по фиг.1, но который вместо самых наружных слоев из полипропилена имеет двойные наружные слои (17а, 18а) и (17b, 18b), соответственно из полиэтилена и полиэтилентерефталата, при этом соответственно слои 18а, b из полиэтилентерефталата образуют два самых наружных слоя в упаковочном материале. Расположенный с внутренней стороны ламината слой 17b полиэтилена предпочтительно состоит из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП).
Помимо вариантов, показанных на фиг.1 и фиг.2, упаковочный материал, естественно, может быть сформирован множеством других способов, например, из газобарьерных и влагонепроницаемых слоев других типов. Кроме того, ламинированный материал также может быть образован так, что он будет иметь только один центральный слой из бумаги или картона, или, возможно, три или более слоев, однако последний вариант является менее предпочтительным с точки зрения экономичности. В том случае, когда имеется более одного центрального слоя, т.е. по меньшей мере два центральных слоя или более, то предпочтительно все центральные слои бумаги или картона соответствующим образом подвергают предварительной вытяжке согласно изобретению.
На фиг.3 показан первый вариант выполнения упаковочного контейнера 20 по изобретению. Он имеет корпус 22, который состоит из цилиндрического трубчатого тела, имеющего круглое поперечное сечение и выполненного с прочным продольным соединением (швом) 27, предпочтительно образованным путем термосварки термопластиковых слоев ламината. Крышка 23 и дно 24 присоединены к корпусу 22 контейнера посредством прочных соединений 25, предпочтительно образованных путем термосварки. Крышку и дно, показанные на этом чертеже, следует рассматривать в принципе только в качестве иллюстраций, и фактическая форма и конструкция крышки и/или днища могут быть реализованы различным образом и в различных вариантах, включая многочисленные варианты конструкций открывных приспособлений. Кроме того, продольное направление MD для центрального слоя в упаковочном контейнере/упаковочном материале на чертеже указано стрелкой. Это продольное направление соответствует основной ориентации волокон и в данном случае названо первым направлением. Соответственно поперечное направление CD центрального слоя также отмечено стрелкой, и это поперечное направление по существу совпадает с образующей корпуса контейнера и названо вторым направлением. Наружные размеры упаковочного контейнера 20, как правило, соответствуют, например, контейнеру для пива, то есть обычным размерам металлической банки для пива, которая, как правило, имеет емкость 330 и 500 мл.
На фиг.4 показан второй вариант выполнения упаковочного контейнера 21 по изобретению, который во всех отношениях соответствует упаковочному контейнеру 20, за исключением того, что корпус 26 контейнера имеет конусообразно сужающуюся конфигурацию с круглым поперечным сечением.
При изготовлении упаковочного контейнера или упаковочного ламината по изобретению предварительное вытягивание центрального слоя/центральных слоев выполняют в первом варианте посредством того, что перемещаемое полотно указанного центрального слоя (слоя бумаги или картона), имеющее одну основную ориентацию волокон в направлении его перемещения или в продольном направлении, подвергают предварительной вытяжке во втором направлении, которое представляет собой поперечное направление полотна. Конкретнее, это может быть реализовано, например, посредством того, что оба продольных края полотна неподвижно удерживают зажимными элементами, при этом вытягивающую нагрузку прикладывают к полотну в его поперечном направлении с помощью тянущего устройства, присоединенного к зажимным элементам. Возможно, также осуществляют небольшую предварительную вытяжку в продольном направлении. Также можно, вместо вытягивающей нагрузки или в комбинации с ней, приложить сжимающую нагрузку к одной стороне полотна, когда оба продольных края полотна неподвижно удерживаются зажимными элементами. Такое приложение сжимающей нагрузки может быть осуществлено посредством давления газа, которое подводится к одной стороне полотна.
В соответствии со вторым вариантом предварительную вытяжку осуществляют посредством приложения нагрузки к готовому упаковочному ламинату или к двум или более его слоям, которые включают в себя, по меньшей мере, один центральный слой. Это может быть осуществлено на перемещаемом полотне ламинированного материала с помощью способа, который полностью аналогичен описанному выше, или периодическим образом, на одном большем или меньшем куске упаковочного ламината за одну операцию.
В соответствии с третьим вариантом предварительную вытяжку осуществляют посредством того, что преобразованный корпус контейнера подвергают воздействию давления изнутри с помощью среды под давлением, перед заполнением или в процессе заполнения корпуса контейнера пищевым продуктом. В этом случае предпочтительно, но необязательно, чтобы указанная среда под давлением состояла из подходящего находящегося под давлением жидкого пищевого продукта. В альтернативном варианте среда под давлением может состоять из другой жидкости или газа, например воздуха. Указанное воздействие предпочтительно осуществляют под давлением 1-12 бар и даже более предпочтительно - под давлением 3-8 бар в течение периода времени, необходимого для того, чтобы произошло указанное предварительное вытягивание. В том случае, если среда под давлением состоит из жидкого пищевого продукта, давление в корпусе контейнера затем снижают перед запечатыванием корпуса контейнера. В другом случае давление полностью сбрасывают, после чего контейнер заполняют жидким пищевым продуктом и запечатывают.
В соответствии с вариантом настоящего изобретения приложение нагрузки независимо от варианта осуществления может быть осуществлено при повышенной температуре, превышающей комнатную температуру, и/или при повышенной влажности бумаги или картона для увеличения получаемого от нагрузки эффекта.
ПРИМЕРЫ
На фиг.5 показана ссылочная кривая расширения против времени для не подвергнутой предварительной вытяжке крафт-бумаги, состоящей из двух слоев, каждый из которых имеет плотность 145 г/м2. Крафт-бумагу подвергали воздействию нагрузки 27,1 кНм/кг в поперечном направлении при относительной влажности 80%. Через приблизительно 10 минут бумага вытянулась в поперечном направлении в среднем приблизительно на 4,5%. (Различные кривые показывают результаты нескольких экспериментов при тех же условиях.)
На фиг.6-9 показаны ссылочные кривые для соответствующих экспериментов, выполненных для крафт-бумаги того же типа, которая была предварительно вытянута соответственно на 1, 2, 3 и 4% перед проведением экспериментов. Из этих кривых можно видеть, что последующее вытягивание материала при приложении нагрузки уменьшается в зависимости от степени предварительной вытяжки. После предварительной вытяжки на 4% бумага вытягивалась в поперечном направлении после приложения нагрузки 27,1 кНм/кг в течение приблизительно 10 минут при относительной влажности 80% в среднем приблизительно на 3,2%.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами и может быть изменено без выхода из объема прилагаемой формулы изобретения.
1. Упаковочный контейнер (20, 21) для находящегося под давлением жидкого пищевого продукта, при этом упаковочный контейнер образован из ламинированного материала (10, 10а), который содержит по меньшей мере один центральный слой (11а, 11b) из бумаги или картона, имеющий одну основную ориентацию волокон в его первом направлении, отличающийся тем, что указанный центральный слой предварительно вытянут во втором направлении, по существу перпендикулярном указанному первому направлению.
2. Упаковочный контейнер по п.1, отличающийся тем, что он содержит трубчатый корпус (22, 26), имеющий цилиндрическую или конусообразно сужающуюся конфигурацию с круглым поперечным сечением, при этом указанное второе направление по существу совпадает с образующей (CD) корпуса контейнера.
3. Упаковочный контейнер по п.1 или 2, отличающийся тем, что предварительно вытянутый центральный слой (11а, 11b) имеет продольный размер (Lexp) во втором направлении, при этом продольный размер (Lexp) приблизительно на 1-6%, предпочтительно на 1-5% больше соответствующего продольного размера (Lo) центрального слоя в предварительно невытянутом состоянии.
4. Упаковочный контейнер по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что указанный упаковочный ламинированный материал включает два или более центральных слоев из бумаги или картона (11а, 11b), при этом предпочтительно по меньшей мере два из них или еще предпочтительнее все центральные слои бумаги или картона предварительно вытянуты во втором направлении, по существу перпендикулярном указанному первому направлению в каждом соответствующем центральном слое.
5. Упаковочный контейнер по любому предшествующему пункту, отличающийся тем, что указанный упаковочный ламинированный материал (10, 10а) также содержит газобарьерный слой (15).
6. Упаковочный ламинированный материал (10, 10а) для упаковочного контейнера (20, 21) по любому предшествующему пункту, при этом указанный материал содержит по меньшей мере один центральный слой (11а, 11b) из бумаги или картона, имеющий одну основную ориентацию волокон в его первом направлении, отличающийся тем, что указанный центральный слой предварительно вытянут во втором направлении, по существу перпендикулярном указанному первому направлению.
7. Упаковочный ламинированный материал по п.6, отличающийся тем, что предварительно вытянутый центральный слой (11а, 11b) имеет продольный размер (Lexp) во втором направлении, при этом указанный продольный размер (Lexp) приблизительно на 1-6%, предпочтительно на 1-5%, больше соответствующего продольного размера (Lo) центрального слоя в предварительно невытянутом состоянии.
8. Упаковочный ламинированный материал по любому из п.6 или 7, отличающийся тем, что он содержит два или более центральных слоев (11а, 11b) из бумаги или картона, при этом предпочтительно по меньшей мере два из них или еще предпочтительнее все эти центральные слои бумаги или картона предварительно вытянуты во втором направлении, по существу перпендикулярном указанному первому направлению в каждом соответствующем центральном слое.
9. Упаковочный ламинированный материал по любому из пп.6-8, отличающийся тем, что он также содержит газобарьерный слой (15).
10. Способ изготовления упаковочного контейнера (20, 21) для находящегося под давлением жидкого пищевого продукта, предусматривающий изготовление упаковочного ламинированного материала (10, 10а), содержащего по меньшей мере один центральный слой (11а, 11b) бумаги или картона, имеющий одну основную ориентацию волокон в первом его направлении, изготовление имеющей форму листа заготовки из указанного материала и ее преобразование в корпус (22, 26) контейнера, который затем заполняют находящимся под давлением пищевым продуктом и закрывают, отличающийся тем, что указанный центральный слой (11а, 11b) предварительно вытягивают во втором направлении, по существу перпендикулярном указанному первому направлению, в момент времени до изготовления упаковочного ламинированного материала (10, 10а), или во время изготовления указанного материала (10, 10а), или до преобразования указанной имеющей форму листа заготовки в корпус (22, 26) контейнера, или перед заполнением или в процессе заполнения корпуса контейнера пищевым продуктом.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что перемещаемое полотно указанного центрального слоя (11а, 11b) или перемещаемое полотно указанного упаковочного ламинированного материала (10, 10а), имеющего одну основную ориентацию волокон в направлении его перемещения или в машинном направлении (MD), предварительно вытягивают во втором направлении, совпадающем с поперечным направлением (CD) полотна, предпочтительно за счет того, что оба продольных края полотна неподвижно удерживают при одновременном воздействии на полотно вытягивающей нагрузкой в поперечном направлении так, что продольный размер полотна в указанном поперечном направлении увеличивается на 1-6%, предпочтительно на 1-5%, относительно соответствующего продольного размера перед указанным приложением вытягивающей нагрузки.
12. Способ по п.10, отличающийся тем, что на указанный корпус (22, 26) контейнера воздействуют сжимающей нагрузкой изнутри посредством среды под давлением перед заполнением или в процессе заполнения корпуса контейнера пищевым продуктом так, что продольный размер корпуса контейнера увеличивается на 1-6%, предпочтительно на 1-5%, относительно соответствующего продольного размера перед указанным приложением сжимающей нагрузки, при этом указанный продольный размер сориентирован в указанном втором направлении, которое предпочтительно совпадает с образующей (CD) корпуса контейнера.
13. Способ по п.12, отличающийся тем, что указанная среда под давлением состоит из газообразной среды под давлением, предпочтительно подаваемой под давлением 1-12 бар и еще предпочтительнее 3-8 бар.
14. Способ по п.12, отличающийся тем, что указанная среда под давлением состоит из указанного находящегося под давлением жидкого пищевого продукта, который при заполнении предпочтительно подают под давлением 1-12 бар и еще предпочтительнее 3-8 бар в течение периода времени, необходимого для того, чтобы произошло указанное предварительное вытягивание, после чего давление снижают перед закрыванием корпуса (22, 26) при получении упаковочного контейнера (20, 21).
15. Способ по любому из пп.10-14, отличающийся тем, что указанное предварительное вытягивание выполняют с натяжением, составляющим по меньшей мере 20%, но не более 95%, предпочтительно не более 90% и еще предпочтительнее не более 85% разрушающего предела для указанного центрального слоя (11а, 11b) или указанного упаковочного ламинированного материала (10, 10а).
16. Способ по любому из пп.10-15, отличающийся тем, что указанное предварительное вытягивание выполняют при повышенной температуре и/или повышенной влажности центрального слоя или центральных слоев.
