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Dokumentenidentifikation DE60030557T2 06.06.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001181153
Titel VERWENDUNG EINER MEHRSCHICHTIGEN FOLIE IN EINER MASCHINE ZUM SCHNELLEN HERSTELLEN, SIEGELN UND FÜLLEN VON BEUTELN UND BETRIEBSVERFAHREN
Anmelder Glopak Inc., St. Leonard, Quebec, CA
Erfinder QUINTIN, Yves, Saint-Bruno, Quebec J3V 4M6, CA;
BASQUE, Roland, Brossard, Quebec J4Y 1K5, CA;
PITRE, Andre, Varennes, Quebec J3X 1X5, CA
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 60030557
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.05.2000
EP-Aktenzeichen 009291691
WO-Anmeldetag 12.05.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/CA00/00560
WO-Veröffentlichungsnummer 2000069628
WO-Veröffentlichungsdatum 23.11.2000
EP-Offenlegungsdatum 27.02.2002
EP date of grant 06.09.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2007
IPC-Hauptklasse B32B 27/32(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B65B 9/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung einer vielschichtigen Folie zur Verwendung in einer Maschine zum schnellen Herstellen, Füllen und Siegeln von Beuteln und ein Betriebsverfahren unter Verwendung einer vielschichtigen Folienstruktur, das verwendet werden kann, um Verbrauchsflüssigprodukte, wie z.B. fließfähige Milchprodukte, flüssige Milch, Sauercreme, Joghurt, Fruchtsäfte, Wasser, in flexiblen Kunststoffbeuteln zu verpacken.

Hintergrund der Erfindung

Traditionellerweise besteht in Nordamerika die Folie, die für die Verpackung von flüssiger Milch ohne ähnlichem in flexiblen Kunststoffbeuteln verwendet wird, aus 76 &mgr;m (3 mil) einzelschichtiger Polyethylenfolie.

Diese Standardfolie hat jedoch etliche Nachteile, die überwunden werden sollten. Zum Beispiel macht die Verpackungsoperation eine bestimmte elektrische Energie für die Wärmesiegeloperation aufgrund der Dicke der Folie nötig. Um diese Wärme zu erzeugen, wird elektrische Energie ausgegeben. Es ist wünschenswert, ein Verfahren zu entwickeln, das den Energieverbrauch vermindern könnte, damit dieser Betrieb ökonomischer wird. Ein anderes Problem, das mit der Siegeloperation verbunden ist, ist, dass einige der benötigen Maschinerien, wie z.B. das Siegelelement per se und die Kautschuk- und TeflonTM-Teile, die mit Siegelbacken assoziiert sind, eine relativ kurze Nutzlebenszeit aufweisen und häufigen Austausch notwendig machen und dadurch wiederum die Kosten der Erzeugung von Milchbeuteln anheben.

Noch ein weiteres Problem, das sich aus der Verpackung von Flüssigkeiten mit einer einzelschichtigen Polyethylenfolie ergibt, ist die Menge an Abfall und Maschinenabschaltzeit aufgrund von Folienrollenänderungen und Siegelbrüchen. Die Verpackung von Milch oder anderen Flüssigkeiten mit einzelschichtigem Polyethylen involviert auch die Verwendung eines engen Siegelfensters, was den Betrieb etwas schwierig macht. Schließlich zeigen die Siegel, die mit dieser Art von Folienbeuteln erhalten werden, häufig Schwachstellen, die zu einem Flüssigkeitslecken führen können.

Polymerfolienbeutel, hergestellt aus einer Polyethylenfolienstruktur und verwendet zur Verpackung von fließfähigen Materialien, wie z.B. Milch, sind bekannt und Beispiele für solche werden in den US-Patenten 5,288,531; 5,360,648; 5,364,486 und 5,508,051, die alle von Dow Chemical Company patentiert wurden, beschrieben.

US 5,972,443 offenbart eine vielschichtige Folie, umfassend eine Schicht aus hoch dichtem Polyethylen (HDPE) als Versteifungsschicht und eine Schicht eines Copolymers aus Ethylen/C4-10-&agr;-Olefin, auch als Metallocenharz bezeichnet. Ein wichtiger Nachteil bei HDPE ist, dass, obwohl es eine hohe Dichte aufweist, seine Steifigkeit, in Industriestandards derartig ausgeprägt ist, dass eine große Menge davon verwendet werden muss, um ein akzeptables Niveau zu erreichen.

US 5,849,127 beschreibt eine vielschichtige Folie, umfassend mindestens drei Schichten, d.h. eine erste Schicht, hergestellt aus einem Metallocenharz (oder Ethylen/&agr;-Olefin-Copolymer); eine zweite Schicht, hergestellt aus einem Polyolefin und eine dritte Schicht, hergestellt aus einem zweiten Metallocenharz, wobei sich die zweite Schicht chemisch von der ersten und dritten Schicht unterscheidet und darin auf Sandwichweise zwischengelagert ist.

WO 94/14609 beschreibt eine vielschichtige coextrudierte Folie, umfassend zwei äußeren Schichten eines Metallocenharzes (bezeichnet als lineares niedrigdichtes Polyethylen) und eine Zwischenschicht aus einer Mischung eines linearen niedrigdichten Polyethylens und eines Polyolefins, gewählt aus der Gruppe, besteht aus Homopolymeren von Propylen, Copolymeren von Propylen und Ethylen und Mischungen daraus.

Es wäre daher sehr wünschenswert, eine vielschichtige Folie zu entwickeln, umfassend eine Versteifungsschicht mit verbesserten Eigenschaften. Wenn das Material der Versteifungsschicht eine niedrigere Dichte, kombiniert mit höherer Steifigkeit aufweisen würde, würde dies beispielsweise einen höheren Ertrag als bei HDPE für gegebene Steifheitsanforderungen ermöglichen.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Verwendung einer dünneren vielschichtigen co-extrudierten Folienstruktur bereitzustellen, die einige oder alle Nachteile des Stands der Technik überwindet und in eine Beutel-bildende, befüllende und versiegelnde Maschine inkorporiert wird, um ihr Betriebsverfahren und ihren Durchsatz zu verbessern.

Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Verwendung von fluidhaltigen Beuteln bereitzustellen, die wünschenswerte Eigenschaften im Vergleich zu den Beuteln des Stands der Technik zeigen. Diese Beutel bestehen aus einer vielschichtigen Folienstruktur gemäß der Verwendung der Erfindung, die die horizontale Siegelfestigkeit verbessert, ein niedrigeres horizontales Siegelverdünnen zeigt und die Abfälle nach dem Verbrauch minimiert. Die Beutel haben daher eine höhere Steifigkeit, was ein Ausgießen von Flüssigkeit ermöglicht und zeigen eine substantielle Verbesserung in der Tropftestleistung und dem Punktierwiderstand.

Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, die Verwendung einer vielschichtigen Folienstruktur bereitzustellen, die es ermöglicht, das verwendete Material im Vergleich zu den Folien aus dem Stand der Technik zu reduzieren, wodurch ein höherer Ertrag bereitgestellt wird.

Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Verwendung einer vielschichtigen Folienstruktur zur Verpackung von Flüssigkeiten bereitzustellen, die bei sehr viel niedrigerer Siegelanfangstemperatur versiegelt werden können und eine größere Zugfestigkeit in Maschinenrichtung aufweisen.

Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Verwendung einer vielschichtigen Folienstruktur zur Verpackung von Flüssigkeiten in Beuteln bereitzustellen, die eine Reduktion der nötigen elektrischen Energie für das Versiegeln aufgrund einer niedrigeren Wärmeinitiationstemperatur und einer niedrigeren zu versiegelnden Masse sicherstellt.

Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung einer vielschichtigen Folienstruktur zum Verpacken von verbrauchsfähigen flüssigen Produkten in Beuteln bereitzustellen, die niedrigere Siegeltemperaturen verwendet und dadurch die Nutzzeit der Backensiegeleinrichtungen verbessert, wie z.B. von Kautschuk und elektrischen Siegelköpfen und zu einer Gesamtenergiereduktion führt.

Es ist ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung, die Verwendung einer vielschichtigen Folienstruktur zur Verpackung von Flüssigkeiten bereitzustellen, wobei das Siegeln im Betrieb aufgrund eines breiteren Siegelfensters einfacher ist und einer Geschwindigkeitserhöhung als Ergebnis des schnelleren Siegelzyklus möglich gemacht wird.

Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung wird eine Verwendung einer vielschichtigen Folie bei einer Beutelbefüll-, -bildungs- und Siegelmaschine mit hoher Geschwindigkeit und ihrem Betriebsverfahren bereitgestellt und wobei Siegelköpfe verwendet werden, die bei niedrigeren Temperaturen betrieben werden können, aufgrund einer Verminderung der Foliendicke im Vergleich zu einer 76 &mgr;m (3 mil) einzelschichtigen Polyethylenfolie, was dadurch zu einer Einsparung an elektrischer Energie führt und wobei die dünne Folie es der Maschine ermöglicht, einen substantiell höheren Ertrag mit einer Folienrolle von im wesentlichen derselben Größe wie bei der 76 &mgr;m (3 mil) Folie zu erhalten.

Gemäß den obigen Merkmalen stellt die vorliegende Erfindung in einem breiten Aspekt eine Verwendung einer vielschichtigen Struktur zur Verpackung verbrauchsfähiger Flüssigkeiten in flexible Beutel bereit, umfassend eine innere Siegelschicht, eine äußere Schicht und einen Kern, umfassend ein oder mehr Schichten, die wie bei einem Sandwich zwischen der Siegelschicht und der äußeren Schicht angeordnet sind, wobei die Siegelschicht 40 bis 100 Gew.-% eines Polyethylen/&agr;-Olefin-Copolymers umfasst, auch bekannt als Metallocenharz mit einer Dichte zwischen 0,902 und 0,912 und 0 bis 60 Gew.-% eines Polyolefins, vorzugsweise niedrigdichtem Polyethylen oder einer Mischung aus mindestens zwei Polyolefinen, vorzugsweise niedrigdichtem Polyethylen, linearem niedrigdichtem Polyethylen, wobei die äußere Schicht ein Polyolefin, vorzugsweise niedrigdichtes lineares Polyethylen oder eine Mischung aus mindestens zwei Polyolefinen umfasst, vorzugsweise niedrigdichtes Polyethylen, lineares niedrigdichtes Polyethylen oder sehr niedrigdichtes lineares Polyethylen, wobei der Kern mindestens eine Schicht umfasst, hergestellt aus einer Mischung aus 20 bis 90 Gew.-% eines Polypropylen-Homopolymers, Copolymers oder Terpolymers und 10 bis 80 Gew.-% von entweder einem Polyolefin, vorzugsweise niedrigdichtem Polyethylen oder einer Mischung von mindestens zwei Polyolefinen, vorzugsweise niedrigdichtem Polyethylen und linearem niedrigdichtem Polyethylen, wobei die vielschichtige Struktur eine Dicke im Bereich zwischen 50 bis 70 &mgr;m aufweist (2,0 bis 2,75 mil).

Die Verwendung eines Polypropylen-Homopolymers, Copolymers oder Terpolymers im Kern (oder der Versteifungsschicht) ist insbesondere aus etlichen Gründen vorteilhaft. Es hat einen höheren Schmelzpunkt als HDPE und ermöglicht so eine höhere viskose Festigkeit während des Siegelverfahrens, da sich Polypropylen bei höheren Temperaturen verfestigt. Es hat auch eine signifikant höhere Steifheit und niedrigere Dichte als diejenige von HDPE. Im Ergebnis ist der Ertrag, da die Dichte niedriger ist, höher.

Gemäß einem noch breiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die vielschichtige Folie in einer Maschine zum schnellen Herstellen, Füllen und Siegeln von Beuteln verwendet, die Mittel zum Ziehen einer vielschichtigen Folie von einer Folienrolle über eine Beutelformvorrichtung zur Bildung eines Kunststofffolienrohrs mit einer überlappenden vertikalen Folienkante aufweist. Eine vertikale Siegelvorrichtung wird bereitgestellt und hat einen Siegelkopf für eine Hitzefusion der überlappenden vertikalen Folienkante zur Bildung eines vertikalen Siegels. Ein Befülhrohr erstreckt sich in das Kunststofffolienrohr zur Injektion eines verbrauchsfähigen Flüssigkeitsprodukts an einer Befüllstellung des Kunststofffolienrohrs. Eine horizontale Siegelbacke mit einem elektrischen thermischen Siegelelement wird zur Bewirkung eines Horizontalsiegels über das Kunststofffolienrohr bereitgestellt und ist unterhalb der Befüllstellung beabstandet und zum gleichzeitigen Abtrennen des Rohrs zur Bildung eines oberen horizontalen Siegels für einen befüllten Beutel und eines unteren horizontalen Siegels für einen Beutel, der befüllt wird. Die vielschichtige Folie hat eine innere Siegelschicht, eine äußere Schicht und einen dazwischen gelagerten Kern. Die Eigenschaften dieser Folie werden oben beschrieben. Die horizontalen und vertikalen Siegel haben eine verbesserte Siegelfestigkeit von 30 bis 50% im Vergleich zu der 76 &mgr;m (3 mil) einzelschichtigen Polyethylenfolie und eine 10 bis 15°C Reduktion der Siegelinitiationstemperatur, eine verbesserte Zugfestigkeit in Maschinenrichtung von 25 bis 40% und eine Verbesserung der Punktierfestigkeit von 30 bis 50%, während die Siegelzykluszeit reduziert und der Durchsatz der Maschine erhöht wird.

Gemäß einem noch breiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bilden, Befüllen und Siegeln eines Beutels mit einer verbrauchsfähigen Flüssigkeit bei hoher Geschwindigkeit bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die Schritte der Bereitstellung eines vielschichtigen Folienblatts mit einer inneren Siegelschicht, einer äußeren Schicht und einem Kern, der dazwischen gelagert ist, wie oben beschrieben, in Rollenform. Das Folienblatt wird durch Zugmittel über eine Beutelbildungsvorrichtung zur Bildung eines Kunststofffolienrohrs mit einer überlappenden vertikalen Folienkante gezogen. Die überlappende vertikale Folienkante wird durch eine vertikale Siegelvorrichtung zur Bildung eines vertikalen Siegels versiegelt. Ein horizontales Siegel wird über das Kunststofffolienrohr durch eine horizontale Siegelbacke gebildet, die an einer vorherbestimmten Stellung unterhalb der vertikalen Siegelvorrichtung positioniert ist. Simultan trennt, wenn das horizontale Siegel hergestellt ist, die horizontale Siegelbacke das Rohr ab und bildet ein oberes horizontales Siegel für einen befüllten Kunststoffbeutel und ein unteres horizontales Siegel für einen Beutel, der geformt und gefüllt wird. Die horizontalen und vertikalen Siegel haben eine verbesserte Siegelfestigkeit von 30 bis 50% im Vergleich zu einer 76 &mgr;m (3 mil) einzelschichtigen Polyethylenfolie und eine 10 bis 15°C-Reduktion der Siegelinitiationstemperatur und eine verbesserte Zugfestigkeit in Maschinenrichtung von 25 bis 40%, während die Siegelzykluszeit reduziert wird. Eine verbrauchsfähige Flüssigkeit wird kontinuierlich in das Kunststofffolienrohr unterhalb der vertikalen Siegelvorrichtung und oberhalb der horizontalen Siegelbacke an einer Befüllstellung zugeführt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, worin:

1 ein schematisches Diagramm ist, das Grundbestandteile der verbesserten Maschine für eine Bildung, ein Siegeln und Befüllen mit hoher Geschwindigkeit von Beuteln illustriert, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

2a eine vergrößerte fragmentierte und teilgeschnittene Teilschnittansicht ist, die die horizontalen Siegelbacken einer Maschine aus dem Stand der Technik darstellt und die Defekte des Siegelverdünnens, die auftreten, wenn eine konventionelle 76 &mgr;m (3 mil) einzelschichtige Polyethylenfolie verwendet wird;

2b eine vergrößerte Teilansicht eines horizontalen Siegels des in 2a illustrierten Beutels ist, der das Siegelverdünnen besser illustriert;

3 eine Teilansicht ist, die die in der vorliegenden Erfindung verwendete vielschichtige Folie darstellt, die drei Schichten umfasst; und

4 eine vergrößerte fragmentierte Teilansicht ist, die ein oberes horizontales Siegel darstellt, das auf einem Beutel gebildet wird und wobei ein dreischichtiger Film gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird und wobei ein Folienverdünnen eliminiert wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In der vorliegenden Anmeldung bezieht sich die Bezeichnung "Polyolefin" auf jedes polymerisierte Olefin, das linear, verzweigt, cyclisch, aromatisch, aliphatisch, substituiert oder unsubstituiert sein kann.

Weiterhin bezieht sich der Ausdruck "Ethylen/&agr;-Olefin" auf heterogene Materialien als lineares niedrigdichtes Polyethylen (LLDPE) und sehr niedrig und ultra-niedrigdichtes Polyethylen (VLDPE und ULDPE); und homogene Polymere, wie z.B. Metallocen-katalysierte Polymere. Diese Materialien sind dem üblichen Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt und beinhalten Copolymere von Ethylen mit ein oder mehr Comonomeren, gewählt aus C4-10-&agr;-Olefinen, wie 1-Buten, 1-Hexen, 1-Octen, worin die Moleküle der Copolymere lange Ketten umfassen, mit relativ wenigen Nebenkettenverzweigungen oder vernetzten Strukturen. Diese Molekularstruktur steht im Gegensatz zu konventionellen niedrig- oder mitteldichten Ethylenen, die stärker verzweigt sind als ihre jeweiligen Gegenstücke. Beispiele für geeignete kommerzielle Polyethylen/&agr;-Olefin-Copolymere beinhalten ExactTM und ExceedTM (Exxon), TafmerTM (Mitsui Petrochemical) und AffinityTM (Dow Chemicals).

Nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere 1 werden allgemein bei 10 die grundlegenden Bestandteile einer Maschine zum schnellen Herstellen, Füllen und Siegeln von Beuteln dargestellt, konstruiert für eine Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung. Diese grundlegenden Bestandteile sind nur schematisch dargestellt und sind auf dem Gebiet wohlbekannt. Die Verbesserung der Maschine liegt im wesentlichen in den vertikalen Siegelvorrichtungsbetriebseigenschaften und den horizontalen Siegelbackeneigenschaften, wie später beschrieben. Die Siegelvorrichtungen werden so gesteuert, dass sie mit einer neuen vielschichtigen Folie zusammenwirken, wodurch der Durchsatz der Maschine erhöht wird und befüllte Beutel mit verbesserter Festigkeit bereitgestellt werden und wobei die Siegel gegenüber denjenigen des Stands der Technik deutlich verbessert sind, was zu einer Maschine führt, die mehr befüllte Beutel ausgeben kann, eine signifikante Abfallreduktion erreicht und weniger Abschaltzeit im Vergleich zu Maschinen aus dem Stand der Technik, bei denen eine 76 &mgr;m (3 mil) einzelschichtige Polyethylenfolie verwendet wird. Wie hier dargestellt, umfasst die Maschine zum schnellen Herstellen, Füllen und Siegeln von Beuteln eine Folienrolle 11, versehen mit einer vielschichtigen Folie 12, die durch Führwalzen, sowie durch Tensorwalzen 13 zu einem oberen Ende einer Beutelformvorrichtung 14 geführt wird, wo die Kunststofffolie zur Bildung eines Kunststofffolienrohrs 15 mit einer überlappenden vertikalen Folienkante 16 geführt und gefaltet wird. Ein Befüllrohr 17 erstreckt sich in die Beutelbildungsvorrichtung 14 und das Rohr 15 und hat ein Flüssigkeitsausgabeende 17', positioniert an einer Befüllstellung 18.

Eine vertikale Siegelvorrichtung 19 weist einen Siegelkopf 20 auf, der mit einem Erhitzungselement 21 versehen ist, und ein Rückglied 22 ist vertikal ausgerichtet hinter der überlappenden vertikalen Folienkante angeordnet. Ein vertikales Siegel wird durch Fusion der überlappenden Kante 16 entlang des Kunststoffrohrs 15 oberhalb der Befüllstellung 18 gebildet. Eine horizontale Siegelbackenanordnung 23 ist beabstandet in einer bestimmten Entfernung unterhalb der Befüllstellung 18 vorgesehen, wodurch ein horizontales Siegel über das Kunststoffrohr 18 gebildet werden kann und gleichzeitig das Rohr abgetrennt wird, um einen versiegelten Beutel 24 zu bilden, befüllt mit einer verbrauchsfähigen Flüssigkeit 25. Der Beutel wird dann durch ein Ausgabebefördermittel 26 freigegeben.

Die horizontale Siegelbackenanordnung 23 besteht aus einem Siegelkopf 27, versehen mit einem elektrischen Impulssiegeldrahtelement 28, um das Kunststoffrohr abzutrennen wie auch ein oberes horizontales Siegel 29 für den Beutel 24 zu bilden, sowie ein unteres horizontales Siegel 30 für den nächsten Beutel, der hier gebildet wird, und illustriert durch Referenzzeichen 24'. Die horizontale Siegelbackenanordnung 23 weist auch ein Rückglied 31 auf, das als Kautschuk- oder TeflonTM-Polster 32 vorgesehen ist, um als Rückglied für das elektrische Impulssiegeldrahtelement 27 zu dienen. von Zeit zu Zeit ist es notwendig, das Polster zu wechseln und auch das Drahtelement, da sie sich abnutzen. Indem bei niedriger Temperatur gearbeitet wird, nämlich 10 bis 15°C weniger als in dem oben diskutierten Stand der Technik, haben diese Elemente eine längere Lebenszeit, und es gibt weniger Maschinenabstellungen. Die Backenanordnung 23 kann im Einklang hinein und hinaus wandern, um das Siegel zu bilden oder das Rückglied 31 kann stationär sein und nahe der Folie positioniert sein, wobei sich nur der Siegelkopf 26 nach innen und außen bewegt. Andere geeignete Siegelanordnungen sind denkbar unter der Voraussetzung, dass sie dieselben Ergebnisse erreichen können. Das Folienblatt 12 wird in kontinuierlicher Bewegung durch ein Paar von Zugwalzen 33 auf in dem Gebiet wohlbekannte Weise gezogen. Soweit haben wir die grundlegenden Bestandteile einer bekannten Maschine zum schnellen Herstellen, Füllen und Siegeln von Beuteln beschrieben, wie z.B. Thimonnier M3200TM oder Prepak IS-7TM.

Die vorliegende Erfindung liegt in der Verwendung einer neuartigen vielschichtigen Folienstruktur in Kombination mit der Maschine, um die Leistung der Maschine zu erhöhen. Diese Verbesserung wird durch Kontrolle der Temperatur der Siegelanordnungen 19 und 23 erreicht, wobei sie bei Temperaturen arbeiten, die niedriger liegen als bei Maschinen aus dem Stand der Technik. Die Zugwalzen 23 werden außerdem bei höheren Geschwindigkeiten betrieben, um dadurch den Durchsatz der Maschine zu erhöhen, während horizontale Siegel erzeugt werden, die denjenigen der oben erwähnten Maschinen aus dem Stand der Technik deutlich überlegen sind und zu einer Produktion mit weniger Abfall nach dem Verbrauch führen und es der Maschine ermöglichen, mit weniger Abschaltzeit betrieben zu werden, die früher durch Fehlfunktionen oder eine Notwendigkeit des Wechselns einer Kunststofffolienrolle ausgelöst wurden.

Insbesondere wird die Maschine zum schnellen Bilden, Siegeln und Befüllen von Beuteln wie oben beschrieben verwendet, um Milchbeutel herzustellen, und solche Maschinen verwenden konventioneller Weise eine 76 &mgr;m (3 mil) einzelschichtige Polyethylenfolie, die bis jetzt das beste für diese Verwendung zur Verfügung stehende Folienprodukt war. Die 2a und 2b illustrieren eines der ernsthafteren Probleme, die diese Maschinen bei der Produktion solcher Beutel aufwiesen, nämlich die Bildung eines Siegelverdünnens. Wie in 2a dargestellt, ist der Beutel 24 gerade gebildet worden, wobei das horizontale Siegel 29 abgetrennt und der befüllte Beutel 24 unter dem Einfluss seines eigenen Gewichts ausgegeben wurde. Wenn das Siegel gebildet wird, übt das Gewicht der Flüssigkeit 25 in dem Beutel 24 eine Belastung auf das horizontale Siegel aus, und dies führt zu einem Siegelverdünnen in der Region 35. Das Siegelverdünnen wird durch das Strecken des Polyethylens im Bereich des Siegels aufgelöst, was dazu führt, dass die Folie in diesem Bereich ausdünnt. 2b illustriert den Siegelverdünnungsbereich 35 besser, und wie hier dargestellt, erzeugt dies eine Schwäche in dem Beutel 24 in diesem dünner gestreckten Bereich des Siegels. Wenn der Beutel aus dem Ausgabefördermittel 26 fallen gelassen wird, wird er einem Aufschlag ausgesetzt, der die Folie in dem dünnen Siegelbereich 35 brechen könnte. Da diese Beutel weiterhin von den Verbrauchern oder während des Verpackens weiter verarbeitet werden, üben die Drücke, die gegen die Flüssigkeit 25 innerhalb des Beutels angewandt werden, eine Kraft auf den dünnen Folienbereich 35 aus, was wiederum zu einem Lecken führen könnte. Schwache Siegel, die durch Siegelverdünnung ausgelöst werden, existieren seit langem, und es wurde bis jetzt noch keine adäquate Lösung gefunden, um diese Maschinen wie auch die Folie zu verbessern, um die oben erwähnten Probleme im wesentlichen zu überwinden. Wir haben nun entdeckt, dass durch Erzeugung einer Folie, die im wesentlichen ein Siegelverdünnen eliminieren kann, und die Maschinenleistung verbessern kann, ein überlegener Beutel bei höherem Maschinendurchsatz und niedrigeren Kosten erzeugt werden kann, indem im wesentlichen die obigen Produktionsprobleme eliminiert werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die in der vorliegenden Erfindung verwendete vielschichtige Folie eine dreischichtige Folie, wie schematisch in 3 illustriert ist. Die dreischichtige Folie hat eine innere Siegelschicht 36, eine Außenschicht 37 und eine Kernschicht 38, die dazwischen gelagert ist. Der Kern kann aus ein oder mehr Schichten von Polymeren bestehen. Ein Siegelverdünnen wird substantiell durch die Kombination der Metallocen-Siegelschicht und eines Kerns eliminiert, der ein Polypropylen mit höherem Schmelzpunkt und hoher Aufschlagresistenz beinhaltet. Beispiele für ein geeignetes Polypropylen für die Zwecke der vorliegenden Erfindung umfassen Pro-FaxTM, von Montell hergestellt und vertrieben.

Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen repräsentiert die Siegelschicht 36 10 bis 30 Gew.-% Struktur, der Kern 38 ungefähr 30 bis 70 Gew.-% der Struktur und die äußere Schicht 37 ungefähr 10 bis 30 Gew.-% der Struktur.

Vorzugsweise ist die Siegelschicht 36 ein Metallocenharz mit einer Dichte im Bereich von 0,905 bis 0,912, und die Dicke "X" der vielschichtigen Struktur beträgt vorzugsweise 65 &mgr;m.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform hat die vielschichtige Struktur eine Innenschicht 36 mit einer Siegelinitiationstemperatur zwischen 80 und 95°C.

Die Siegelschicht umfasst vorzugsweise 70 bis 95 Gew.-% Metallocen-Polyethylen, genauer gesagt 75 bis 85 Gew.-%.

Das bevorzugt in dem Kern zu verwendende Copolymer 38 besteht aus einem Polypropylen-Copolymer mit hoher Aufschlagresistenz mit einem Schmelzpunktdifferenzial zu der Metallocen-Siegelschicht von mindestens 40°C. Dieser besondere Aspekt der vorliegenden Erfindung repräsentiert eine besonders bevorzugte Ausführungsform.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer vielschichtigen Struktur durch Bereitstellung einer Siegelzusammensetzung, umfassend 40 bis 100 Gew.-% eines Ethylen/&agr;-Olefin-Copolymers oder Metallocen-Harzes mit einer Dichte zwischen 0,902 und 0,912 und 0 bis 60 Gew.-% eines Polyolefins oder einer Mischung von mindestens zwei Polyolefinen, einer Außenschichtzusammensetzung, umfassend ein Polyolefin oder eine Mischung von mindestens zwei Polyolefinen und einer Kernzusammensetzung, umfassend eine Mischung von 20 bis 90 Gew.-% eines Polypropylenhomopolymers, Copolymers oder Terpolymers und 10 bis 80 Gew.-% eines Polyolefins oder einer Mischung aus mindestens zwei Polyolefinen, simultanes Co-Extrudieren in einer Blas- oder Guss-Co-Extrusionslinie der Siegelschichtzusammensetzung, der Außenschichtzusammensetzung und der Kernzusammensetzung und Zufuhr der co-extrudierten Zusammensetzungen zu einer Düse unter Bedingungen, um eine Dicke zwischen ungefähr 50 und 70 &mgr;m bereitzustellen.

Im Vergleich zu der traditionellen 76 &mgr;m (3 mil) einzelschichtigen Polyethylenfolie sind die Vorteile der Folie gemäß der Erfindung, wenn sie in einer vertikalen Herstellungs-, Befüll- und Siegelmaschine verwendet wird, wie dargestellt in 1, für eine Flüssigkeitsbeutelanwendung die folgenden:

Folie:

  • – 20% Verbesserung im Ertrag (0,014 m2/kg = 1 sq. inch pro Pfund)
  • – 10 bis 15°C niedrigere Siegelinitiationstemperatur
  • – 25 bis 40% höhere Zugfestigkeit in Maschinenrichtung (6,89 Kpa = 1 psi)
  • – 30 bis 50% Verbesserung der Punktierfestigkeit (17,9 kg/m = 1 Pfund/mil)

Beutel:

  • – 30 bis 50%ige Verbesserung der horizontalen Siegelfestigkeit (Pfund/inch)
  • – Reduktion der horizontalen Siegelverdünnung von mehr als 20% auf weniger als 3% (die typische Siegelverdünnung ist mehr als 20% für einzelschichtige Folien in dieser Anwendung)
  • – 20%ige Abfallreduktionen nach dem Verbrauch
  • – Verbesserung von 30 bis 50% in der Steifigkeit (%-Modul in 6,89 kPa = 1 psi), was ein Gießen von Flüssigkeit bei niedrigerem Gauge ermöglicht
  • – eine zwei- bis dreifache Verbesserung der Tropftestleistung

Beutelbefüllung und Siegelanwendung:

  • – 20 bis 40%ige Reduktion von Energie, die für das Siegeln benötigt wird aufgrund einer niedrigereren Wärmeinitiationstemperatur und der niedrigeren Masse (33% weniger), die gesiegelt werden muss
  • – eine Verbesserung der nützlichen Lebenszeit von verbrauchbaren Stücken proportional zur Energiereduktion (Kautschuk, TeflonTM, Siegelelement)
  • – 20% Reduktion von Abfällen und Ausfallzeiten, die durch Folienrollenwechsel ausgelöst werden
  • – einfacherer Betrieb aufgrund eines breiteren Siegelfensters
  • – erhöhte Geschwindigkeit, die durch einen schnelleren Siegelzyklus möglich gemacht wird

4 illustriert die Verbesserung des Siegels des Beutels 24'', die durch die vielschichtige Folie gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht wird. Wie man sehen kann, wird ein Siegelverdünnen unterhalb des oberen horizontalen Siegels 29' eliminiert und führt zu einem Beutel, der frei von Siegeldefekten ist und der die oben aufgeführten Vorteile des Beutels zeigt, wie auch der Maschine. Obwohl die in der vorliegenden Erfindung verwendete vielschichtige Folie mit besonderer Bezugnahme auf eine Maschine zu einem schnellen Herstellen, Befüllen und Siegeln beschrieben wurde, wie z.B. einer VFFS-Maschine, wie z.B. Thimonnier M3200TM oder Prepak.IS-7TM ist es denkbar, dass diese Folie auch andere Verwendungen hat.

Die Erfindung wird nun durch die folgende Tabelle illustriert, die den Umfang der Erfindung, die durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, nicht begrenzen soll.

Die obigen sind typische Werte, die von den repräsentativen Proben erhalten wurden, DG 2 und DG 10 sind experimentelle vielschichtige Glopak-Folien. Comp 1 und Comp 2 sind kompetitive einzelschichtige Folien, die in der kanadischen Milchindustrie verwendet werden.


Anspruch[de]
Verwendung einer vielschichtigen Folie in einer Maschine zum schnellen Herstellen, Füllen und Siegeln von Beuteln, umfassend Mittel, um die vielschichtige Folie von einer Folienrolle über eine Beutelformvorrichtung zu ziehen, um ein Kunststofffolienrohr mit einer überlappenden vertikalen Folienkante zu bilden, einen Vertikalversiegler mit einem Siegelkopf für eine Wärmefusion der überlappenden vertikalen Folienkante zur Bildung eines vertikalen Siegels,

ein Befüllrohr, das sich in das Kunststofffolienrohr erstreckt, um ein verbrauchbares Flüssigprodukt an einer Befüllstellung des Kunststofffolienrohrs zu injizieren, eine horizontale Siegelbacke mit einem elektrischen thermischen Siegelelement zur Bewirkung einer Horizontalversiegelung über das Kunststofffolienrohr und beabstandet unter der Befüllstellung und für ein simultanes Abtrennen des Rohrs zur Bildung einer oberen horizontalen Versiegelung für einen befüllten Beutel und einer unteren horizontalen Versiegelung für einen Beutel, der befüllt wird;

wobei die vielschichtige Folie eine innere Siegelschicht, eine äußere Schicht und einen Kern, der als Sandwich dazwischen gelagert ist, umfasst;

wobei die innere Siegelschicht 40 bis 100 Gew.-% eines Ethylen/Alpha-Olefincopolymers mit einer Dichte von 0,902 bis 0,912 g/cm3 und 0 bis 60 Gew.-% eines Polyolefins oder einer Mischung von mindestens zwei Polyolefinen umfasst,

wobei die äußere Schicht ein Polyolefin oder eine Mischung von mindestens zwei Polyolefinen umfasst,

wobei der Kern eine Mischung von 20 bis 90 Gew.-% eines Polypropylens, Copolymers oder Terpolymers und 10 bis 80 Gew.-% von entweder einem Polyolefin oder einer Mischung von mindestens zwei Polyolefinen umfasst,

wobei die vielschichtige Folienstruktur eine Dicke in einem Bereich von 50 bis 70 &mgr;m (2,0–2,75 mil) aufweist;

zur Erzeugung von verbrauchfähigen flüssigkeitshaltigen Beuteln, wobei die horizontale Versiegelung im Wesentlichen frei von sich verdünnenden Bereichen ist.
Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei das Polyolefin ein niedrigdichtes Polyethylen und die Mischung aus mindestens zwei Polyolefinen niedrigdichtes Polyethylen, lineares niedrigdichtes Polyethylen oder sehr niedrigdichtes Polyethylen umfasst. Verwendung gemäß Anspruch 2, wobei die Mischung von mindestens zwei Polyolefinen in der äußeren Schicht im Wesentlichen aus niedrigdichtem Polyethylen und sehr niedrigdichtem Polyethylen besteht und das Propylen in dem Kern ein Polypropylencopolymer ist. Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die horizontale Siegelbacke einen elektrischen Impulssiegelkopf aufweist, der bei niedrigerer Temperatur arbeitet, auf Grund der dünneren vielschichtigen Folie, was zu einer elektrischen Energiereduktion von 20 bis 40% auf Grund der niedrigeren Masse und der niedrigeren Siegelinitiationstemperatur führt und einem korrespondierenden Anstieg des Durchsatzes im Vergleich mit einer 76 &mgr;m (2 mil) einzelschichtigen Polyethylenfolie. Verwendung gemäß Anspruch 4, wobei die vertikalen und horizontalen Versiegelungen eine Siegelintegrität aufweisen, was zu einer 2- bis 3-fachen Verbesserung in der Tropftestleistung im Vergleich mit der 76 &mgr;m (3 mil) Einzelschichtpolyethylenfolie führt. Verwendung gemäß Anspruch 1, wobei die Maschine eine Milchbeutelbildungsmaschine ist mit einem Durchsatz von einem 1,3 Liter-Milchbeutel pro Sekunde oder mehr pro Befüllstellung. Verfahren zur Bildung, zum Befüllen und Siegeln eines Beutels mit einer verbrauchbaren Flüssigkeit bei hoher Geschwindigkeit, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

i) Bereitstellung einer vielschichtigen Folie in Rollenform, wobei die Folie eine innere Siegelschicht, eine äußere Schicht und ein Kern aufweist, der als Sandwich dazwischen gelagert ist; wobei die innere Siegelschicht 40 bis 100 Gew.-% eines Ethylen/Alpha-Olefin-Copolymers mit einer Dichte von 0,902 bis 0,912 g/cm3 und 0 bis 60 Gew.-% eines Polyolefins oder einer Mischung von mindestens zwei Polyolefinen umfasst, wobei die äußere Schicht ein Polyolefin oder eine Mischung von mindestens zwei Polyolefinen umfasst, wobei der Kern eine Mischung aus 20 bis 90 Gew.-% eines Polypropylens, Copolymers oder Terpolymers und 10 bis 80 Gew.-% von entweder einem Polyolefin oder einer Mischung von mindestens zwei Polyolefinen umfasst, wobei die vielschichtige Folienstruktur eine Dicke in einem Bereich von 50 bis 70 &mgr;m (2,0–2,75 mil) aufweist;

ii) Ziehen der Folie durch ein Zugmittel über eine Beutelbildungsvorrichtung zur Bildung eines Kunststofffolienrohrs mit einer überlappenden vertikalen Folienkante,

iii) Versiegeln der überlappenden vertikalen Kante mit einer vertikalen Siegelvorrichtung zur Bildung einer vertikalen Versiegelung,

iv) Bewirken einer horizontalen Versiegelung über das Kunststofffilmrohr mit einer horizontalen Siegelbacke und an einer bestimmten Stellung unterhalb der vertikalen Versiegelung und gleichzeitiges Abtrennen des Rohrs, um eine obere horizontale Versiegelung für einen befüllten Beutel zu bilden und eine untere horizontale Versiegelung für einen Beutel, der befüllt wird, wobei die horizontale Versiegelung im Wesentlichen frei von sich verdünnenden Bereichen ist und

v) kontinuierliches Zuführen einer verbrauchbaren Flüssigkeit in das Kunststofffolienrohr unterhalb der vertikalen Versiegelung und oberhalb der transversalen Siegelbacke.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die verbrauchbare Flüssigkeit Milch ist, wobei Schritt iv) mit einer Beutelbildungsrate von mehr als einem Beutel pro Sekunde für einen 1,3 Literbeutel pro Befüllkopf bewirkt wird. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die oberen und unteren horizontalen Versiegelungen eine Siegelintegrität aufweisen, die zu einer 2- bis 3-fachen Verbesserung in der Tropftestleistung im Vergleich mit einer 76 &mgr;m (3 mil) einzelschichtigen Polyethylenfolie führt. Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die horizontale Siegelbacke einen elektrischen Impulssiegelkopf aufweist, der bei einer niedrigeren Temperatur arbeitet auf Grund der dünneren vielschichtigen Folie, was zu einer elektrischen Energiereduktion von 10% und einem Anstieg der Beutelbildungsrate von 10% führt, verglichen mit einer 76 &mgr;m (3 mil) einzelschichtigen Polyethylenfolie.






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