Многослойный термогерметизируемый упаковочный материал, изготовленная из него пищевая упаковка и способ упаковывания - RU2286295C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к многослойному термогерметизируемому (запечатываемому посредством термосварки) упаковочному материалу, предназначенному, в первую очередь, для пищевых упаковок. Упаковочный материал имеет в своей основе средний слой волокнистого материала, такого как картон, и, кроме этого, содержит один или несколько защитных слоев для увеличения срока годности упакованного продукта, а также закрывающий упаковку термогерметизирующий полимер, находящийся на поверхности материала. Кроме того, изобретение относится к способу упаковывания, основанному на применении упаковочного материала, к пищевой упаковке, закрытой посредством термогерметизации, и к применению упаковочного материала для пищевых упаковок, таких как термогерметизированные картонные коробки для молока и сока.

Уровень техники

Для увеличения срока годности скоропортящихся жидких пищевых продуктов, таких как молочные продукты и соки, производились попытки изготавливать упаковки, непроницаемые для кислорода и запаха. Традиционный технический прием при этом заключался в использовании упаковочного материала на волокнистой основе совместно с серой алюминиевой фольгой, обеспечивающей достаточную защиту от проникновения кислорода воздуха и утечки запаха в упакованном продукте. Однако использование алюминиевой фольги, применявшейся в течение долгого времени, сейчас сокращается из-за ее высокой стоимости, вредности для окружающей среды и правил, касающихся повторного использования материалов. Алюминий не обладает способностью разлагаться в зонах размещения отходов; к тому же упаковочный картон, покрытый алюминием, трудно регенерировать.

Алюминий, применявшийся в пищевых упаковках в качестве барьера для кислорода и запаха, все более вытеснялся полимерами, из которых наиболее важными являются сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), полиамид (ПА) и полиэтилентерефталат (ПЭТ). Комбинируя эти полимеры со связывающими агентами и термогерметизирующими полимерами, формировали многослойный картон, для которого, по сравнению с наилучшими показателями для алюминия, были достигнуты почти сопоставимые характеристики герметизации.

Другая тенденция, также зависящая от стоимости материалов и ужесточения правил, касающихся окружающей среды, заключалась в уменьшении количества полимера, применявшегося для покрытия упаковочного картона. Одна из известных модификаций покрытого полимером картона для упаковывания пищевых продуктов, в котором одновременно обеспечивались хорошие барьерные свойства по отношению к кислороду и запаху и малые количества материала в полимерных герметизирующих слоях и слоях связывающих агентов, была описана в патентной публикации FI-96752. Преимущества упаковочного картона, описанного в этой публикации, по существу, основаны на низкой температуре термогерметизации, составляющей приблизительно 250°С. Это позволяет предотвратить формирование отверстий в полимерном слое на стадии закрывания упаковки, выражающееся в ослаблении барьера для газов. К тому же, поскольку температура термогерметизации является минимальной, понижается риск ухудшения вкуса и запаха продукта.

Согласно публикации FI-96752 с целью улучшения адгезии барьерного (герметизирующего) слоя EVOH к картону в указанный слой можно ввести глянцеватель. Было показано также, что глянцеватель воздействует на барьер для газа и понижает проницаемость по отношению к ультрафиолетовому излучению. Далее, в патентной заявке FI-980086 описывается многослойный упаковочный картон, в котором к полимеру в слое, являющемся барьером для газа, добавляют значительное количество талька. Кроме того, в указанной заявке описана защита от УФ излучения за счет герметизирующего слоя, осуществляемая, согласно заявке, посредством красящего пигмента, содержащегося в количестве, не превышающем 5% от массы слоя, и добавляемого к слою вместе с тальком.

Если упаковочный картон и его полимерные покрывающие слои имеют большую толщину, они формируют относительно хорошую защиту от пропускания как ультрафиолетовой радиации, так и видимого света. Ослабляющее воздействие на полиэтилен, которое оказывает ультрафиолетовая радиация, примененная для термогерметизации полимера, является по большому счету преимуществом, поскольку оно промотирует разложение материала в зонах размещения отходов. Однако наблюдавшаяся тенденция к уменьшению толщины упаковочного материала имела своим последствием увеличение пропускания видимого света. Это особенно справедливо для случая, когда в материале применяют обесцвеченную сульфатную пульпу, которая вследствие своих органолептических свойств наиболее пригодна для пищевых упаковок. Эффективно поглощает свет необесцвеченная пульпа, но ее применения в указанных упаковках избегают из-за возможного отрицательного воздействия на запах и вкус. В традиционных упаковочных материалах, снабженных алюминиевой фольгой, пропускания света или УФ радиации не происходит.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение частично основывается на обнаружении того факта, что многослойный упаковочный картон согласно публикации FI-96752 и соответствующий современный упаковочный картон могут пропускать видимый свет в количестве, доходящем даже до 10%, и отчасти на обнаруженной способности этого света подобно кислороду оказывать отрицательное воздействие на срок годности и качество упакованного пищевого продукта. Проведенные измерения показывают, что свет, проникающий через упаковочный материал, во время хранения сока в течение пяти недель расщепляет в нем аскорбиновую кислоту, уменьшая тем самым ее количество приблизительно до одной трети от исходной величины. В другом сходном испытании на сохраняемость, в котором исключили воздействие света, после конца испытания оставалось приблизительно 75% аскорбиновой кислоты.

В связи с указанными неожиданными результатами наблюдений задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в поиске решения, согласно которому можно предотвратить наносящее ущерб прохождение света через упаковочный материал. Таким образом, изобретение включает в себя термогерметизируемый упаковочный материал, который, кроме среднего слоя волокнистого материала, содержит, по меньшей мере, один непроницаемый для газа полимерный барьерный слой, защищающий упакованный продукт, и, в качестве поверхностного слоя материала, по меньшей мере, один полимерный термогерметизирующий слой. Изобретение характеризуется тем, что для защиты продукта от видимого света термогерметизирующий слой содержит пигмент, который поглощает свет.

Таким образом, для изобретения необходимо применение пигмента, смешиваемого с термогерметизирующим полимером и поглощающего видимый свет в интервале длин волн 400-700 нм. К наиболее эффективным пигментам относятся черные пигменты, поглощающие во всем диапазоне длин волн, такие как сажа, которая нетоксична и, таким образом, пригодна для пищевых упаковок. К тому же сажа обеспечивает достаточную защиту от ультрафиолетовой радиации, проникающей через упаковку.

Внедрение пигмента именно в термогерметизирующий слой проводят из-за того, что, во-первых, указанный слой обычно существенно толще других полимерных покрывающих слоев в многослойном картоне. Благодаря этому достигается более равномерное распределение пигмента в полимерном слое без образования дорожек, искажающих наружный вид слоя. Во-вторых, герметизирующие характеристики полимеров в слое, представляющем собой барьер для кислорода, часто зависят от чистоты полимеров, вследствие чего следует стремиться избегать добавления к ним инородных компонентов. Пигменты хорошо смешиваются с полиолефинами, обычно применявшимися в качестве термогерметизирующего полимера, и для использовавшихся концентраций они не ухудшают способность полимера к экструдированию и термогерметизации.

Особыми преимуществами обладает вариант, при котором термогерметизирующий слой, включенный в материал пищевой упаковки согласно настоящему изобретению, окрашивали в серый цвет посредством примешивания, соответственно, черного и белого пигментов. Белый пигмент отражает свет от поверхности материала и, таким образом, уменьшает пропускание света материалом. Однако более предпочтителен материал, пигментированный серым цветом. Серый поверхностный слой выглядит именно как традиционно применявшаяся в пищевых упаковках алюминиевая фольга, к которой за прошедший период времени привыкли потребители. Для признания материала на рынке это обстоятельство очень важно. Черный пигмент сам по себе производил бы невыразительную, темную, спорную с эстетической точки зрения поверхность материала, которая могла бы не иметь успеха на рынках, хотя с технической точки зрения материал выполнял бы свои функции в каждом аспекте.

На практике пропускание излучения с длинами волн, соответствующими видимому свету, можно понизить почти до нуля посредством добавления довольно маленького количества черного пигмента в термогерметизирующий полимер. Количество пигмента в указанном слое может лежать в интервале приблизительно 0,05-0,5 мас.%, предпочтительно приблизительно 0,10-0,30 мас.%, а наиболее предпочтительно - приблизительно 0,10-0,20 мас.%. Величина 0,2 мас.% является пределом, превышение которого практически не улучшает ситуацию с поглощением, но может быть использовано для достижения приемлемого уровня серости. С учетом этого параметра количество белого пигмента должно существенно превышать количество черного пигмента, составляя приблизительно 5-25%, предпочтительно приблизительно 10-20%, а наиболее предпочтительно - приблизительно 10-15%, от массы термогерметизирующего слоя. Посредством смешивания 0,15 мас.% сажи и 12 мас.% диоксида титана с полиэтиленом низкой плотности (ПЭ-НП) нашли оптимальную концентрацию для термогерметизации, имитирующую на картоне алюминиевую фольгу.

Плотность полиэтилена низкой плотности в термогерметизирующих слоях может составлять 912-935 кг/м³, предпочтительно 915-930 кг/м³, а вязкость его в расплаве (MFR2) равна 0,5-20 г/10 мин, предпочтительно 3-10 г/10 мин. Вместе с пигментами в термогерметизирующий слой можно ввести в качестве дезодоранта молекулярное сито, такое как алюмосиликат натрия, в количестве не более 0,5%.

Упаковочный термогерметизируемый материал упаковок обычно снабжают на обеих сторонах полимерным термогерметизирующим слоем. Затем согласно изобретению пигментируют только термогерметизирующий слой, остающийся внутри упаковок. Такой же слой на внешней поверхности упаковки оставляют бесцветным, чтобы он не закрывал печатные изображения на картоне.

В отношении упаковочного материала по изобретению по поводу барьерного слоя, герметичного по отношению к кислороду, можно, в первую очередь, дать ссылку на патентную публикацию FI-96752. В указанной публикации полимером, представляющим собой барьер для кислорода, могут быть EVOH, ПЭТ или ПА, причем последний смешивают с EVOH, в добавление к ним может применяться также и ПА сам по себе. Применимы в данной ситуации и раздельные слои EVOH и ПА, соединенные друг с другом за счет прилипания, а также герметизирующие полимеры, смешанные с минералами, такими как тальк. Во всех случаях в одном и том же упаковочном материале согласно изобретению комбинируют барьер для кислорода и запаха с защитой от видимого света.

Далее изобретение включает в себя термогерметизируемый упаковочный материал, который, кроме среднего слоя волокнистого материала, содержит, по меньшей мере, один защитный слой на полимерной основе, окрашенный в серый цвет посредством примешивания в него светопоглощающего черного пигмента, такого как сажа, и белого пигмента, такого как диоксид титана. Пигменты примешивают таким образом, чтобы черный пигмент обеспечивал защиту упакованного продукта от видимого света; при этом указанный серый защитный слой одновременно выполняет для материала функцию термогерметизирующего слоя. Пропорции смеси пигментов в защитном слое могут соответствовать указанным выше значениям. Обсуждаемый материал пригоден для упакованного продукта, который, прежде всего, необходимо защитить от света во время хранения.

Для способа по изобретению при упаковывании продукта, в ходе которого картонную коробку или пакет формируют сгибанием из упаковочного материала, содержащего средний слой картона, по меньшей мере, один полимерный барьерный слой, непроницаемый для газа, и, по меньшей мере, один полимерный термогерметизирующий слой, в котором пищевой продукт закрывают посредством термогерметизации, отличительной особенностью является смешивание термогерметизирующего слоя и светопоглощающего пигмента с целью защиты пищевого продукта от видимого света. Термогерметизирующий слой предпочтительно окрашивают в серый цвет за счет применения пигментов, как это описано выше. Примененные в изобретении пигменты в виде сажи и диоксида титана не мешают термогерметизации упаковки, так что для термогерметизации достаточна температура приблизительно 250°С. Таким образом, при осуществлении изобретения можно непосредственно использовать технологические приемы, известные из публикации FI-96752, не утрачивая любого из указанных в ней преимуществ.

Признаки, относящиеся к пищевой упаковке по изобретению и к применению упаковочного материала по изобретению, указаны в прилагаемой формуле изобретения, а именно в п.п.13-18.

Перечень фигур чертежей

Далее изобретение разъясняется более детально посредством примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых

на фиг.1-5 схематично представлены пять различных ламинированных упаковочных материалов по изобретению;

на фиг.6-7 показано пропускание света в виде функции от длины волны света, измеренное для некоторых упаковочных материалов по изобретению и некоторых упаковочных материалов, представляющих известный уровень техники.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг.1-5 представлены примеры многослойных термогерметизируемых упаковочных материалов, предназначенных исключительно для упаковывания пищевого продукта. Упаковочный материал 1 во всех вариантах содержит термогерметизируемый поверхностный слой 2 полиэтилена низкой плотности (ПЭ-НП), формирующий наружную поверхность конечной закрытой упаковки. За ним следует средний слой 3 волокнистого материала, которым может быть, например, картон из обесцвеченной сульфатной пульпы. На фиг.1-3 следующим является полимерный, непроницаемый для кислорода и запаха барьерный слой 4, материал которого представляет собой сополимер этилена и винилового спирта (EVOH), полиэтилентерефталат (ПЭТ) или смесь указанного сополимера с полиамидом (ПА). Упаковочные материалы, показанные на фиг.4 и 5, содержат два барьерных слоя 4, 5, соединенных друг с другом за счет прилипания. Материалами этих слоев являются EVOH и ПА. В варианте по фиг.4 ПА помещен на картоне, а EVOH соединен с ПА за счет прилипания. За барьерным слоем 4 или такими же слоями 4, 5 следует слой 6 связывающего агента, которым является, например, полиэтилен низкой плотности, модифицированный малеиновым ангидридом. Предназначение этого слоя заключается в прикреплении барьерного слоя к термогерметизирующему слою 7 полиэтилена низкой плотности (ПЭ-НП), формирующему внутреннюю поверхность упаковки.

В показанных упаковочных материалах 1 в термогерметизирующий слой 7, формирующий внутреннюю поверхность упаковки согласно изобретению, внедрен один или несколько пигментов. Это сделано для того, чтобы предотвратить проникновение видимого света в закрытую упаковку, в которой свет мог бы повредить упакованный продукт. Предпочтительно, чтобы пигментом, примененным согласно изобретению, была сажа, которая уже в низких концентрациях обеспечивает почти абсолютную защиту от света. Согласно изобретению в этот же слой 7 можно добавить также белый пигмент, такой как диоксид титана. Указанный пигмент оказывает некоторое воздействие с точки зрения защиты от света, но, прежде всего, обеспечивает формирование термогерметизирующего слоя, который в эстетическом плане обладает приятным внешним видом, напоминающим алюминиевую фольгу.

В показанных упаковочных материалах 1 масса среднего слоя 3 картона составляет, по меньшей мере, 170 г/м², предпочтительно 200-400 г/м². Наложенные друг на друга полимерные слои 4-7 можно нанести на картон 3 за одну стадию посредством совместной экструзии. Количество материала барьерных слоев 4, 5 и слоя 6 связывающего агента, составляет 1-10 г/м² на слой, предпочтительно 2-5 г/м². Количество материала обоих термогерметизирующих слоев 2, 7 составляет 5-60 г/м², предпочтительно 20-50 г/м², а наиболее предпочтительно 30-40 г/м². Доля сажи в термогерметизирующем слое 7, формирующем внутреннюю поверхность упаковки, составляет 0,05-0,5 мас.%, предпочтительно приблизительно 0,15 мас.%, а доля диоксида титана равна 5-25 мас.%, предпочтительно приблизительно 12 мас.%, соответственно.

Упаковочный материал по изобретению, изготовленный в виде бесконечного полотна, можно разрезать штамповкой на заготовки, которые, в свою очередь, можно изогнуть и подвергнуть термогерметизации, чтобы сформировать закрытые пищевые упаковки. Температура термогерметизации составляет приблизительно не более 250°С. Упакованными продуктами могут быть, в первую очередь, жидкие пищевые продукты, например соки и молочные продукты, такие как сливки, сметана, йогурт и мороженое. Возможны также упаковки типа коробок для сухих пищевых продуктов, такие как упаковки для муки, порошков, хлопьев, круп, а также пищевых продуктов для животных. Кроме того, для пищевых продуктов быстрого приготовления можно изготовить закрытые тарелки, в которых и тарелка, и ее крышка сделаны из светонепроницаемого упаковочного материала по изобретению.

На фиг.6 и 7 показаны кривые пропускания света для некоторых многослойных упаковочных материалов по изобретению и упаковочных материалов, соответствующих современному уровню техники. Кривые получены для видимого света в интервале длин волн 400-700 нм. Кривую 8 на фиг.6 получили для картона из обесцвеченной пульпы с массой 240 г/м² и с покрытием 20 г/м² из чистого непигментированного полиэтилена (ПЭ-НП), кривую 9 получили для таким же образом покрытого картона из обесцвеченной пульпы с массой 300 г/м², кривую 10 получили для подобным образом покрытого картона из необесцвеченной пульпы с массой 239 г/м². Кривую 11, иллюстрирующую изобретение, получили для картона из обесцвеченной пульпы с массой 240 г/м², покрытого 20 г/м² полиэтилена (ПЭ-НП), окрашенного в серый цвет посредством примешивания в него 0,12% сажи и 7,5% диоксида титана.

Из сопоставления кривых 8 и 9, представленных на фиг.6, можно заметить более высокое пропускание света в первом случае, которое является следствием уменьшения толщины картона, изготовленного из обесцвеченной массы. Далее, кривая 10 указывает на то, что если картон изготавливают из необесцвеченной пульпы, проблемы пропускания света фактически не существует. По существу такая же светопроницаемость для кривой 11 была получена за счет полимерного покрывающего слоя по изобретению, окрашенного в серый цвет с помощью белого и черного пигментов.

На фиг.7 (в слегка уменьшенном масштабе по сравнению с фиг.6) представлены кривые пропускания света, полученные так же, как и в случае фиг.6, и иллюстрирующие воздействие количества диоксида титана и сажи на поглощение света. Кривая 9, иллюстрирующая современный уровень техники, и кривая 11, иллюстрирующая настоящее изобретение, подобны кривым, представленным на фиг.6. Кривую 12 получили для картона из обесцвеченной пульпы с массой 300 г/м², который покрыли полиэтиленом (ПЭ-НП) с массой 20 г/м², содержащим 7,5% диоксида титана. Кривую 13 получили для картона на такой же основе, который покрыли полиэтиленом с массой 17 г/м², обесцвеченным до белого уровня, и смешанным с ним указанным полиэтиленом с массой 3 г/м², окрашенным в серый цвет. Из сопоставления кривых на фиг.7 можно заметить, что диоксид титана оказывает относительно небольшое воздействие на понижение пропускания света, в то время как сажа даже при таких низких концентрациях, как 0,018%, понижает светопроницаемость материала до величины, составляющей менее одной трети значения, которое имело бы место без добавления пигмента.

Далее изобретение было протестировано по последующему изменению концентрации аскорбиновой кислоты в упакованном яблочном соке во время пятинедельного испытания на сохраняемость при температурах хранения 9°С и 23°С. Упаковки представляли собой картонные коробки, закрытые посредством термогерметизации. В указанных упаковках применяли картон по изобретению, масса которого составляла 240 г/м². Картон был покрыт сополимером этилена и винилового спирта с массой 5 г/м², полимерным связывающим агентом с массой 6 г/м² и сверху полиэтиленом (ПЭ-НП) с массой 45 г/м², смешанным с 0,12% сажи и 7,5% диоксида титана, посредством которых данный слой окрасили в серый цвет. Контрольным материалом для сравнения был упаковочный картон, покрытый подобным образом полимером, но без добавления пигментов к самому верхнему термогерметизирующему слою.

Концентрацию аскорбиновой кислоты измеряли для соков в момент упаковки и после хранения в течение двух и пяти недель. Результаты показаны в следующей таблице.

Результаты демонстрируют значительное улучшение сохраняемости аскорбиновой кислоты в упакованном соке, достигнутое посредством изобретения.

Специалистам в данной области должно быть понятно, что различные формы и варианты осуществления изобретения не ограничиваются приведенными выше примерами, но могут изменяться в границах формулы изобретения. В качестве среднего слоя упаковочного материала, вместо картона, можно также применять бумагу, которая пригодна для вариантов упаковки сухих веществ. Кроме того, полимерный термогерметизирующий слой можно нанести только на одной стороне упаковочного материала. С другой стороны материала, особенно на внешней стороне упаковок сухих веществ, можно применить термогерметизируемый лак.

Реферат

Изобретение относится к многослойному термогерметизируемому упаковочному материалу, предназначенному преимущественно для пищевых упаковок. Упаковочный материал содержит основной слой волокнистого материала, по меньшей мере один непроницаемый для газа полимерный барьерный слой, защищающий упакованный продукт, и по меньшей мере один полимерный термогерметизирующий слой в качестве поверхностного слоя материала. Термогерметизирующий слой включает поглощающий свет черный пигмент, защищающий продукт от видимого света, и белый пигмент. Белый и черный пигменты смешаны с термогерметизирующим полимером, образующим термогерметизирующий слой, для придания серого цвета указанному слою. Описаны также пищевая упаковка, сформированная из указанного упаковочного материала, и способ упаковывания пищевого продукта. Изобретение позволяет создать упаковочный материал с улучшенным светонепроницаемым барьерным слоем, имитирующим внешний вид алюминиевой фольги. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил., 1 табл.

Формула