制造用于密封液体食品的层压包装材料的条带的方法与流程

本发明涉及一种制造用于密封液体食品的层压包装材料的条带的方法。此外，本发明涉及通过该方法获得的条带。本发明还涉及一种用该条带密封的折叠层压包装材料及由其制成的包装容器。本发明还涉及一种适于执行所述方法的设备。

背景技术：

1、用于液体食品的一次性类型的包装容器通常由基于纸板或纸箱的包装层压件制成。此类包装容器通常用于包装长期常温储存售卖的奶或果汁等液体食品。这种已知包装容器中的包装材料通常是层压件，层压件包括纸、纸板或其他纤维素基材料的主体层或芯层，以及热塑性塑料的液密外层。为了使包装容器具有气密性，特别是为了无菌包装的目的而具有氧气气密性，这些包装容器中的层压件通常包括额外的阻隔层，例如铝箔。

2、包装容器通常采用现代高速包装机来生产，这种包装机由卷材或预制的包装材料坯料形成、填充和密封包装。因此，可以通过使卷材的两个纵向边缘在可热密封的最内和最外热塑性聚合物层连接在一起而形成的重叠接头(overlap joint)处彼此粘合，将层压包装材料的卷材改造成管来生产包装容器。然后将管填充所需的液体食品，然后通过在管中内容物的液位以下在彼此预定的距离处重复对管进行横向密封，将管分成单独的包装。通过沿该横向密封的切口将包装与管分离，并通过沿包装材料中准备好的折痕线折叠形成所需的几何形状。

3、用于敏感液体食品(例如奶或果汁)的包装容器也可由层压包装材料的片状坯料或预制坯料制成。从折叠平整的包装层压件管状坯料开始，首先将坯料建立成一个开口的管状容器囊(tubular container capsule)，然后通过折叠和热密封整体末端面板(endpanel)将其中一个开口端封闭来生产包装。这样封闭的容器囊通过其开口端填充所需的食品，例如果汁，然后通过进一步折叠和热密封相应的整体末端面板将开口端封闭。由层压包装材料的片状坯料或预制坯料制成的这种管状坯料也可以包括上述类型的重叠接头。由片状和管状坯料生产的包装容器的一种示例是传统的所谓的山顶形包装。还有具有由塑料制成的模制顶部和/或螺帽的这种类型的包装。

4、当通过将层压包装材料的纵向边缘在重叠接头处连接起来，从而由预制坯料或包装材料卷材形成任何所需结构时，层压包装材料的横截面在坯料或卷材的相应边缘处自由展开，并露出层压包装材料内部包含的不同层。

5、然而，在用液体食品填充包装容器后，液体食品可能会与层压包装材料内的这些层接触并对其产生负面影响，因为这些层可能不防液。例如纸质材料就是这种情况。这可因层压件的损坏而导致层压包装材料的耐久性问题，也可对食品卫生产生影响。

6、因此，已知的是，将密封材料(特别是聚合物材料)条带施加到暴露于液体食品的边缘，以防止液体食品影响层压包装材料内各层。

7、此类条带通常本身制成层压件并且可包括内表面层、外表面层和中心层。不同的层可以通过它们自己的材料粘合特性(例如通过挤压层压或通过施加在其上的附加粘合剂，例如湿层压)相互层压在一起。

8、由于密封条带需要遵循要密封的相应边缘的轮廓才能实现正确的密封功能，因此它们需要具有良好的柔韧性，因此相应的条带往往相当薄。然而，材料在施加到边缘轮廓时的变形对条带产生机械应力。如果条带不同层之间的粘合不够牢固，则所需的变形可造成条带各层分层，这意味着各层可至少在某些部分相互分离。

9、这导致密封功能方面的问题，因此需要改进密封条带。

技术实现思路

1、本发明的目的现在在于至少部分地克服现有技术上述一个或多个限制。具体而言，本发明的目的在于提供一种改进的密封条带，该密封条带能防止其各层分层且能以较低的技术成本制造。

2、为了实现这些目的，本发明的第一方面涉及一种制造用于密封液体食品的层压包装材料的条带的方法。

3、在本发明的方法中，提供了预制条带，该预制条带包括由聚合物材料制成的多个层，所述层至少包括内表面层、外表面层和中心层。

4、根据本发明，将所述内表面层和外表面层中的至少一者暴露于热处理，使得制造条带的透明度相对于预制条带的透明度增加。

5、这是基于申请人的研究结果，根据该研究结果，由于不同层的接合界面中存在粘合材料的不均匀性，预制条带具有相当低的透明度。如本领域所公知的，透明度表示穿过条带到达的光的量，因此范围可以从0(没有光穿过到达)到1(所有光穿过到达)，而透明度更像是一种理论情况。预制条带的粘合材料不均匀性例如是在预制条带的层压过程中产生的空气滞留和条带材料或粘合剂的不均匀分配造成的结果。因此，预制的条带通常看起来不透明。

6、通过热处理，对条带进行退火过程。这导致粘合材料不均匀性降低，因为可以解决空气滞留并可以使不均匀的材料分配变得平滑。应当注意，本文指的是预制条带，只要其尚未经过热处理即可。因此，一旦至少开始热处理，它被称为制造条带或简称为条带。热处理的结果是透明度增加，从而表明粘合材料均匀性增加。这使得可通过目视检查来验证是否已达到所需的技术效果。应当注意，即使透明度稍微增加，也能在一定程度上根据所述机制实现改善。这意味着，一旦能够在制造条带上测量出相对于预制造条带的透明度更高的透明度，并在通过已知测量方法检测透明度可达到的测量精度范围内，本发明的方法就成功实施了。这种测量方法在本领域中是众所周知的。这不一定需要，但当然可量化所实现的透明度的增加。然而，对于本发明的方法，只需对透明度是否可以增加进行定性评估(“是或否”的决定)即可。基于此，可以通过人眼目视检查或使用相应的测量设备进行所需的评估。

7、成功进行热处理的主要影响因素是预制条带的材料，其中不同的层可包含不同的聚合物材料且可在其间包含额外的粘合剂，此外还有加热期间的条带表面温度和热处理持续时间。

8、基于本公开内容，本领域技术人员能够对不同的预制条带、条带表面温度和热处理持续时间进行实验，以详细确定条带和热处理参数的优选组合，其中最佳地发挥上述增加透明度的效果。

9、作为此类实验的起点，可以创建140℃的条带表面温度，并将预制条带暴露在该温度下2秒。这是一组经过验证的热处理参数，用于实现本发明针对预制条带所期望的技术效果，该预制条带具有聚乙烯(pe)的内表面层和外表面层及pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或乙烯乙烯醇(evoh)的中心层，其中在相应的表面层和中心层之间施加了聚酯多元醇粘合剂形式的粘合剂。

10、从这个起点出发，可以通过实验探索其他特定的热处理参数，以在无任何其他技术问题的情况下详细确定优选的变型。其中，更高的温度和/或更长的加热持续时间原则上会增强预期的效果，而较低的温度和/或较短的热处理持续时间原则上会降低预期的效果。本领域技术人员可以充分理解，由热处理导致的条带热材料应力将可用的工艺窗口限制在较高温度/持续时间值的方向，而对透明度的期望效果的降低将可用的工艺窗口限制在较低温度/持续时间值的方向。可以针对不同的条带材料探索不同的温度/持续时间值。

11、热处理后条带的粘合材料均匀性提高的一个主要优点是，由于不同层之间的粘合得到显著改善，因此条带对抗其各层分层的抗性显著提高。

12、这可以通过分层试验(也称为剥离试验)来验证。其中，提供样品条带并将其浸入40℃的油酸(130ppm)中四周，以模拟液体食品环境。然后，沿条带的纵向方向施加拉力。这导致条带材料拉伸，并且由于条带的不同层不具有完全相同的机械特性，因此由于不同层中的机械应力水平不同，分离力作用在各层之间的接合区域上。

13、在一种示例中，已经根据现有技术预制造了如上所述的参考条带(由pe和pet/evoh制成)，这意味着没有进行任何热处理。参考条带已暴露于剥离试验。然后，根据本发明的方法对相同的参考条带进行热处理，并暴露于剥离试验。

14、就根据现有技术的参考条带而言，分离力已导致各层至少部分地分离/剥离。在拉力约为250n/m时检测到了分层，其中“m”是指样品条的宽度。宽度是垂直于条带的纵向方向测量的，其中纵向方向由剥离试验中的拉力方向定义。如果预制条带是在流动制造过程中制造的，则纵向方向通常与制造过程的机器方向重合。在上面的示例中，样品条带的宽度为7.5mm。就根据本发明的样品条带而言，在条带被完全撕开之前，无法检测到各层的分层。

15、基于本公开内容，本领域技术人员能够用不同的样品条带和上述试验方法进行进一步的实验，以便确定指示对抗分层的足够抗性所需的透明度。

16、综上所述，本发明的方法提供了一种简单的方式来制造密封条带，该条带具有根据特定产品要求定制的对抗分层的抗性。

17、预制条带通常可以通过任何层压或挤压过程来实现，其中内表面层和外表面层施加于中心层。优选地，这发生在制造(优选地通过层压制造)这些层的卷材的过程中。该卷材的尺寸可相对较大，例如2.5mx3.8m。原则上，可将卷材看作是大型预制条带，并且可在该卷材上进行根据本发明的热处理。然而，为了实现卷材表面上更均匀且平衡的热量分配并降低热处理的技术复杂性，优选减小预制条带的尺寸。

18、因此，优选将大型卷材分切成多条带。这也可以反复进行，以将带的尺寸进一步减小到预制条带的所需最终宽度，优选是7.5mm。申请人发现，7.5mm的宽度使得热处理中的热分布优良。反复进行尺寸减小有利于处理条带的柔性材料以及可使用不同工具。

19、在本发明方法的一种实施方案中，中心层的材料与内表面层的材料和/或外表面层的材料不同。这通常导致预制条带的中心层与内表面层和/或外表面层之间的界面处的粘合材料出现较高的不均匀性。因此，上述本发明方法的有益效果导致不同材料之间的粘合特别显著的改善。然而，应当强调的是，如果所有层都是相同的材料，也会出现这些有益效果。这是因为，以下事实：从技术上来说，粘合界面处的粘合材料不均匀性至少在某种程度上是不可避免的。这里，即使在相同材料的情况下粘合通常良好，但本发明的方法允许进一步减少剩余的粘合材料的不均匀性。

20、关于不同层的材料，下面提供了一些优选的示例。优选地，中心层可以由聚酯制成，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)，聚酰胺(pa)，高密度聚烯烃，例如聚丙烯(pp)，或乙烯乙烯醇共聚物(evoh)。内和/或外表面层可以由乙烯基聚烯烃制成，例如lldpe或ldpe。在特别优选的组合中，中心层由pet制成，而内和/或外表面层由ldpe和/或lldpe制成。还优选由pa制成中心层，由ldpe和/或lldpe制成内和/或外表面层。还优选由evoh制成中心层，由ldpe和/或lldpe制成内和/或外表面层。优选地，内层和外层由相同材料制成，因为这导致中心层与内和外表面层之间分别具有相同的粘合系统。因此，热处理使得同样好地改善了制造条带的中心层两侧上的粘合界面处的材料均匀性。

21、在本发明方法的一种实施方案中，在热处理之前，通过测量设备检测预制条带的透明度，并且基于预制条带的材料和检测到的透明度，从多个参考热处理参数中选择一个参数或一组热处理参数，所选择的参数导致预制条带的透明度在热处理期间有预定义的增加。

22、基于此，只需较少的技术成本即可达到所需的透明度和对抗分层的抗性。

23、存在多种已知的适用于检测透明度的测量设备和方法。例如可以使用比色计。另一简单示例是，在条带一侧上布置光源并在条带对侧上布置光电池，其中光电池检测穿过条带到达的光。

24、在本发明方法的一种实施方案中，多个参考热处理参数存储在数据库中，控制单元接收测量设备检测到的透明度，将其与数据库的内容进行比较，选择导致透明度有预定义的增加的热处理参数，并相应地控制制造过程。

25、这样，可以显著提高工艺质量并实现高效率。条带的材料可以手动提供给控制单元，例如通过在设置控制单元时选择某个程序。原则上，也可以通过相关技术中已知的材料分析单元来确定材料。

26、在本发明方法的一种实施方案中，在热处理期间通过测量设备检测条带的透明度，并且如果达到预定的条带透明度，则通过控制单元停止热处理。

27、这使得能够在较高的工艺稳定性水平下定量地定制指定程度的条带透明度。

28、还可以结合在热处理期间和之前检测预制条带的透明度，从而进一步提高工艺质量。

29、在本发明方法的一种实施方案中，参考热处理参数至少包括参考条带表面温度值和参考热处理持续时间值。

30、这意味着，用于执行本发明方法的任何设备都根据实现这些热处理参数进行调整和配置。

31、因此，需要相应地调整或配置的其他示例性热处理参数可以包括用于热处理的热源的加热功率、热源与条带的相对速度以及热源与条带之间的距离。但应注意，这些是影响达到条带表面的温度及达到持续时间的次要参数。

32、在本发明方法的一种实施方案中，通过测量设备在内外表面层和/或外表面层上检测条带表面温度值，并由控制单元控制以与热处理过程中选定为热处理参数的参考条带表面温度值相匹配。

33、这可以通过例如热像仪实现，并进一步提高工艺质量。

34、优选地，所述内表面层和所述外表面层两者均暴露于热处理。

35、在本发明方法的一种实施方案中，条带表面温度值选自100℃至200℃的区间，优选140℃至150℃，并且热处理持续时间值被选择为使得热处理后的透明度达到至少0.5。优选地，热处理后的透明度为至少0.6，进一步优选为至少0.7，进一步优选为至少0.8，甚至进一步优选为至少0.9。

36、甚至更优选地，条带表面温度值选自110℃至180℃的区间，进一步优选120℃至160℃，最优选130℃至150℃。应当注意，关于本发明的方法，还公开了100℃至200℃区间所涵盖的任何温度值或可通过使用可用的技术设备实现的介于0.5和1之间的任何透明度。这同样适用于100℃至200℃的区间或0.5至1的透明度区间内可定义的任何子区间。

37、在本发明方法的一种实施方案中，条带在热处理期间相对于用于热处理的热源和测量设备移动。

38、这样，就可以实现流动制造过程，从而允许高效制造条带。

39、在这种情况下，过程参数优选包括这种相对移动的速度值。优选地，速度值可以取代热处理的持续时间值，因为持续时间值由决定来自热源的热量影响条带表面多久的速度值所暗示。

40、优选地，用于实现并测量条带表面温度的一个或多个测量设备和/或热源相对于条带移动。

41、最优选的是，条带移动，而热源和热测量设备是静态设备。

42、优选地，移动的速度值的范围在区间[0.01m/s；0.04m/s]内。应当注意，关于本发明的方法还公开了通过可用技术设备实现的该间隔所涵盖的任何速度值。这同样适用于0.01m/s至0.04m/s区间内可定义的任何子间隔。

43、在本发明方法的一种实施方案中，在流动制造过程中，以选自0.01m/s至0.04m/s的区间的速度移动条带。

44、在本发明方法的一种实施方案中，预制条带的内表面层和外表面层由pe制成，而中心层由pet或evoh制成。

45、本发明的第二方面涉及一种用于密封液体食品的层压包装材料的条带，所述条带以根据本公开内容的发明方法制造。

46、本发明的第三方面涉及一种用于液体食品的层压包装材料，由该层压包装材料可制成用于包装液体食品的包装容器，所述层压包装材料被折叠以形成至少两个相互接合的重叠部分，并且其中所述重叠部分的边缘露出层压包装材料的横截面，并且暴露于填充到包装容器中的液体食品的至少一个横截面由根据本公开内容的发明条带密封。

47、本发明的第四方面涉及一种用于包装液体食品的包装容器，该包装容器包括根据本公开内容的发明层压包装材料，其中所述层压包装材料的条带布置在包装容器的内部。

48、本发明的第五方面涉及一种设备，其适于并配置为执行根据本公开内容的发明方法。基于此，本文中针对本发明的方法所公开的所有设备相关特征也作为本发明的设备的对应实施方案的特征而公开，反之亦然。

49、本发明的其他目的、特征、方面和优点将从以下详细描述以及附图中显现。