FI20195206A1 - Päällystetyn kartongin käyttö - Google Patents

Abstract

Sellaisen päällystetyn elintarvikekartongin käyttö elintarvikepakkauksena, joka käsittää kartonkikerroksen ja ainakin sen yhdellä puolella olevan päällystyskerroksen, sekä menetelmä sen valmistamiseksi. Päällystyskerroksen ja kartongin pinnan väliin muodostetaan dispersiopäällystyksellä sideaineesta ja liuskemaisista pigmenteistä koostuva barrierikerros. Kerros muodostetaan dispersiosta, joka valmistetaan dispergoimalla liuskemaista pigmenttiä veteen ja sekoittamalla tämä ei-hydrofobiseen sideaineeseen. Kartongilla on erinomaiset barrieriominaisuudet ja sitä voidaan käyttää mm. sellaiseen pigmenttipäällystetyn kartonkiin, etenkin tuorekuitukartonkiin, jolla on hyvät mineraaliöljymigraation ja rasvantunkeutumisen esto.

Description

Esillä oleva keksintö liittyy kartonkiin, jossa on kuitukerros, jossa on kaksi vastakkaista pintaa, jolloin ainakin sen ensimmäisessä pinnassa on päällystyskerros.

Etenkin keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 käyttöä.

Barriereja käytetään paperi- ja kartonkituotteissa estämään epätoivottujen aineiden tunkeutumista materiaalin läpi. Tällaisia epätoivottuja aineita voivat esimerkiksi olla: vesi, vesihöyry, happi, rasva, aromiaineet ja mineraaliöljyn komponentit. Erityisesti viimeksi mainittujen tunkeutumisen estäminen on tullut tärkeäksi, koska on havaittu että suoraan elintarviketta, esim, muroja, vasten olevasta kierrätyskuitukartongista migratoituu terveydelle haitallisia, esimerkiksi painoväreistä peräisin olevia mineraaliöljykomponentteja elintarvikkeeseen. On myös esitetty epäily siitä, että tällainen migratoituminen voi tapahtua epäsuorasti kierrätyskuitua sisältävästä ulkopakkauksesta sisäpakkauksen tuorekuitukartongin läpi elintarvikkeeseen.

Kartongissa käytetään yleensä joko ekstrudoimalla tai dispersiona levitettävää barrieria. Barrieri levitetään joko kartongin taustapuolelle tai pinnalle. Barrierin levittäminen tehdään yleensä off-line operaationa, jossa kartonkitehtaalla valmistettu kartonki pituusleikataan sopiviksi rulliksi, pakataan, kuljetetaan jalostuslaitokselle, päällystetään jalostuslaitoksella barrierilla, pakataan ja lähetetään asiakkaalle.

Tunnettuihin ratkaisuihin liittyy ongelmia. Barrierin levittäminen off-line operaationa lisää barrierpäällystetyn kartongin valmistuskustannuksia bamerpäällystämättömään verrattuna huomattavasti ja heikentää sen kilpailukykyä.

Dispersiona levitettävään barriermateriaaliin syntyy herkästi ns. pinholeja, eli silmälle näkymättömiä reikiä barrierikerrokseen, jotka pilaavat barrierin toiminnallisuuden. Näitä pinholeja voi syntyä esimerkiksi karhean pohjakartongin tai applikointimenetelmän epästabiilisuuden kautta. Off-line -päällystys myös lisää erillisenä operaationa laatuongelmien riskiä.

20195206 prh 20 -03- 2019

Kun barrieri levitetään erillisenä kerroksena kartongin jompaankumpaan pintaan, on sillä välitön vaikutus muihin kartongin käyttöominaisuuksiin. Mikäli esimerkiksi taivekartongin taustaan levitetään barrieri, se sulkee pinnan huokosrakenteen ja estää dispersio- tai hot melt 5 liimojen tunkeutumisen. Tällöin tavanomaisessa kartonkirasian valmistuksessa joudutaan käyttämään kalliita erikoisratkaisuja, kuten perforointeja ja erikoisliimoja.

Jos barrieri levitetään esimerkiksi taivekartongin päällystettyyn pintaan, se estää painovärien tunkeutumista esimerkiksi offset -, syväpaino -, flexo - ja inkjet -painatuksessa. Erillinen barrierikerros myös lisää riskiä huonolle tooneriadheesiolle digipainatuksen elektrofotografisissa paino-menetelmissä.

Kartongin jompaankumpaan pintaan applikoitava barrieri voi myös aiheuttaa kartongin blokkaamisen kiinnirullauksessa. Tällöin kartonkikerrokset konerullassa tarttuvat toisiinsa 15 kiinni, mikä aiheuttaa vakavan laatu- ja ajettavuusongelman.

Käytettäessä hydrofobisia barrierimateriaaleja kartonginkierrätys takaisin prosessiin vaikeutuu huonon pulpperoitavuuden takia.

Esillä oleva keksinnön tarkoituksena on poistaa ainakin osa tekniikan tason ongelmista ja saada aikaan aivan uudenlainen ratkaisu barrieriominaisuuksia omaavan kartongin valmistamiseksi.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että kartongin kuitukerroksen pinnalle muodostetaan dispersiopäällystyksellä barrierikerros, joka koostuu sideaineesta ja liuskemaisista pigmenteistä. Barrierikerros järjestetään pinnan ja ainakin yhden päällystyskerroksen väliin. Tapauskohtaisesti pinnan ja vastaavasti barrierikerroksen välissä voi puolestaan olla pintaliimakerros tai päällystyskerros. Edullisesti pintaliimakerros tai vastaavasti päällystyskerros on muodostettu kartonkikerroksen pintaan ennen barrierikerroksen levittämistä pinnan päälle.

20195206 prh 20 -03- 2019

Näin aikaan saatua kartonkia voidaan käyttää elintarvikepakkauksissa, etenkin sitä voidaan käyttää pigmenttipäällystetyssä kartongissa, kuten tuorekuitukartongissa, jolla on erinomaiset mineraaliöljy migraation ja rasvantunkeutumisen eston ominaisuudet.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle käytölle on tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksessa 1.

Esillä olevalla ratkaisulla saavutetaan huomattavia etuja. Niinpä keksinnön mukaan voidaan levittää barrierikerros online kartonkikoneella kartongin pintapuolelle ennen pigmenttipäällystystä tai ennen toista tai viimeistä pigmenttipäällystystä, jolloin ylimääräiset käsittely- ja kuljetuskustannukset jäävät pois.

Keksinnön mukaisella barrieriratkaisulla pystytään vähentämään orgaanisen liuotinhöyryn tunkeutumisnopeutta kartongin lävitse jopa alle 10 %:iin ilman barrieria olevaan kartonkiin verrattuna.

Barrierilla on hyvä mineraaliöljymigraation ja rasvantunkeutumisen estokyky.

Tavanomaisen pigmenttipäällystetyn tuorekuitukartongin on havaittu laboratoriotesteissä vähentävän ulkopakkauksesta sisäpakkauksen kartongin lävitse tapahtuvaa epäsuoraa mineraaliöljyn kokonaismigraatiota ainakin 20 % maksimipotentiaalista. Lisäämällä kartonkiin tämän keksinnön mukainen barrieriratkaisu voidaan vähentää epäsuoraa mineraaliöljyn migraatiota jopa 1,5 %:iin maksimipotentiaalista.

Koska tässä keksinnössä kuvatussa barrieriratkaisussa barrierikerrokset ovat kuitukerroksen ja tyypillisesti kartongin pinnalla olevien pigmenttipäällystyskerrosten välissä ja kumpikin ulkopinta on ominaisuuksiltaan samanlainen kuin tavanomaisen kartongin vastaava pinta:

- sivuliimaus dispersio- tai hotmelt -liimoilla ei vaadi tavanomaisesta poikkeavia ratkaisuja,

- painatusominaisuudet eivät poikkea tavanomaisesta ja

- kartongin blokkaantumista kiinnirullauksessa kartonkikoneella ei tapahdu barrierin vaikutuksesta.

20195206 prh 20 -03- 2019

Koska barrieri voidaan applikoida kartonkikoneella online, keksintö mahdollistaa barrierituotteen toimituksen suoraan kartonkitehtaalta asiakkaalle ilman erillisen barrierin applikointiin tarvittavaa ulkoista alihankkijaa, mikä tuo huomattavan säästön logistiikkakustannuksissa.

Vaikka yhdessä edullisessa sovelluksessa barrieri tuodaan sellaiselle kartonkipinnalle, joka on sellukuituinen, on myös mahdollista muodostaa esitetty barrieri mekaanista massaa sisältävälle pinnalle.

Kartonki on täysin pulpperoituvaa ja voidaan kierrättää takaisin kartonkitehtaan prosessiin kuten tavallinenkin kartonki. Tältä osin se eroaa selkeästi esimerkiksi perinteisistä ekstruusiokalvoja sisältävistä barrierikartonkilajeista.

Ensimmäisessä edullisessa sovelluksessa valmistetaan barrieridispersio dispergoimalla liuskemaista kaoliinipigmenttiä veteen ja sekoittamalla tämä joko keitettyyn tai kylmäliukoiseen tavanomaiseen pintaliimatärkkelyslietteeseen.

Toisessa edullisessa sovelluksessa dispersio levitetään kahtena erillisenä kerroksena suoraan kartonkikoneella pintaliimauksen jälkeen ennen pigmenttipäällystystä. Ensimmäinen kerros levitetään esimerkiksi filmiliimapuristimella, jolloin saadaan pinnanmuotoja ja karheutta myötäilevä contour -tyyppinen barrierpäällystyskerros. Toisen kerroksen levittämisellä tukitaan ensimmäisessä päällystyskerroksessa mahdollisesti olevat ns. pin-holet, jolloin samalla barrierikerroksen kokonaispaksuus kasvaa ja pinnasta tulee tasainen.

Seuraavassa kuvataan edullisia sovellutusmuotoja oheisiin valokuviin viitaten.

Kuvion IA elektronimikroskooppikuvassa on esitetty sivukuvantona barrierikerros pigmenttipäällystekerrosten alla, ja kuvion IB elektronimikroskooppikuvassa on esitetty sama kartonki kuin kuviossa IA mutta ilman barrierikerrosta.

Seuraavassa selityksessä käytetään termejä ’’levittää” ja ’’applikoida” toistensa synonyymeinä.

20195206 prh 20 -03- 2019

Kuten edellä esitetystä käy ilmi, esillä oleva kartonkituote on päällystetty elintarvikekartonki. Tällainen tuote käsittää kuitukerroksen (kartonkikerroksen) sekä ainakin sen toisella puolella olevan päällystyskerroksen.

Kartongin kuitukerroksen kuitumatriisi voi käsittää valkaistua tai valkaisematonta lehtipuusellua, valkaistua tai valkaisematonta havupuusellua, valkaistua tai valkaisematonta mekaanista massaa, valkaistua tai valkaisematonta kemimekaanista massaa tai kartonginvalmistuksen kierrätettyä hylkymassaa tai niiden seoksia. Etenkin ovat mahdollisia 10 edellä esitettyjen valkaistujen ja vastaavasti valkaisemattomien sellujen ja mekaanisten tai kemimekaanisten massojen keskinäiset seokset. Kierrätettyä hylkymassaa voidaan myös käyttää kaikissa edellä mainituissa selluissa, mekaanisissa massoissa ja kemimekaanisissa massoissa.

Esimerkkinä monikerroskartongista mainittakoon tuote, joka käsittää yhdistelmänä

- ensimmäisen kuitukerroksen, jossa on ulkopinta ja sisäpinta,

- toisen kuitukerroksen, joka on järjestetty välimatkan päähän ensimmäisestä kuitukerroksesta ja jossa on ulkopinta ja sisäpinta, jolloin toisen kuitukerroksen sisäpinta on järjestetty ensimmäisen kuitukerroksen sisäpuoliselle sivulle, sekä

- kolmannen kuitukerroksen, joka on sovitettu ensimmäisen ja toisen kuitukerroksen väliin, jolloin kuitukerrokset muodostavat kartongin kuitumatriisin ja merkkiainetta sisältävä pintaliimakerros on järjestetty ensimmäisen kuitukerroksen ulkopintaan, joka muodostaa kartongin taustan.

Tällaisessa tuotteessa, joka periaatteessa vastaa tavanomaista nk. taivekartonkia, ainakin toinen ensimmäisestä ja toisesta kuitukerroksesta käsittää kemiallista selluloosamassaa.

Ensimmäinen ja toinen kuitukerros voivat käsittää valkaistua tai valkaisematonta havu- ja/tai 30 lehtipuusellua. Kolmas kuitukerros käsittää mekaanista tai kemimekaanista massaa, valkaisematonta tai valkaistua havu- tai lehtipuusellua tai kartonginvalmistuksen kierrätettyä hylkymassaa.

20195206 prh 20 -03- 2019

Kartonkikerroksen pintapaino (neliömassa) on yleensä noin 40-750 g/m , sopivimmin noin 90-500 g/m², etenkin noin 110-400 g/m².

Esimerkkinä voidaan vielä mainita, että tyypillisen taivekartongin pintapaino on noin 150-350 g/m . Taivekartonki käsittää tavallisesti 2-10 kerrosta, jolloin pintakerroksen neliöpaino on noin 40-80 g/m² ja taustan 25-50 g/m².

Koska esillä olevaa ratkaisua sovelletaan etenkin online-applikaationa, käsiteltävä kartonkikerros on edullisesti kartonkiradan muodossa ja barrierikerros tuodaan kartonkikoneen vedenpoistosta saatavalle kartonkiradalla. On toki mahdollista levittää barrierikerros myös arkkimaiselle kartongille.

Kartongin pintaa voidaan haluttaessa liimata sen pintaominaisuuksien muokkaamiseksi, esim.

pinnan sulkemiseksi ja kosteusabsorption vähentämiseksi, ennen barrierikerroksen levittämistä kartonkikerrokselle.

Pintaliimakerros sisältää tyypillisesti synteettistä, veteen liukoista polymeeriä tai luonnonpolymeeriä tai tämän johdannaista. Pintaliimat voidaan jakaa useampaan ryhmää, jolloin pääasiallinen jako tapahtuu kationisten ja anionisten pintaliimojen välillä. Näiden lisäksi käytetään pintaliimaukseen myös jossain määrin reaktiivisia liima-aineita, kuten alkyyliketeenidimeeriä (AKD), joiden pääasiallinen käyttökohde muuten on massanliimaus. Myös perfluorinoituja aineita, kuten perfluorialkyylifosfaattia ja perfluorialkyylipolymeerejä voidaan käyttää.

Kationisia pintaliimoja ovat kationiset tärkkelykset ja tärkkelysjohdannaiset sekä vastaavat hiilihydraattipohjaiset luonnonpolymeerit. Synteettisistä polymeereistä mainittakoon .esim, styreeni/akrylaatti-kopolymeerit (SA), polyvinyylialkoholit, polyuretaanit ja alkyloidut uretaanit.

Anionisia pintaliimoja ovat anioniset tärkkelykset ja tärkkelysjohdannaiset sekä vastaavat hiilihydraattipohjaiset luonnonpolymeerit mm. karboksimetyyliselluloosa ja tämän suolat,

20195206 prh 20 -03- 2019 alkyyliselluloosat, kuten metyyli- ja etyyliselluloosa. Synteettisistä polymeereistä voidaan mainita mm. styreeni/maleiinihappokopolymeeri (SMA), di-isobutyleeni/maleiinihappoanhydridi, styreeniakrylaattikopolymeerit, akrylonitriili/akrylaattikopolymeerit sekä polyuretaanit ja vastaavat lateksituotteet, jotka sisältävät samoja kemiallisia funktionaalisuuksia.

Monet edellä mainituista toimitetaan viskoottisina liuoksina, jotka on muodostettu vastaavien polykarboksyylihappojen natrium- tai ammoniumsuoloista.

Pintaliima-aineen pitoisuus liuoksessa on yleensä noin 0,01-25 paino-%, tyypillisesti noin 115 p-%. Pintaliiman määrä (pintapaino, eli neliöpaino) on yleensä noin 0,1-10 g/m , etenkin

2 noin 0,2-5 g/m , esimerkiksi noin 0,3-3 g/m .

Kartonkikerroksen päälle joko suoraan tai pintaliiman levittämisen jälkeen, muodostetaan barrierikerros. Tämä sisältää sideainetta ja liuskemaista mineraalipigmenttiä. Sopivimmin barrierikerros on muodostettu dispersiopäällystyksellä.

Edullisesti pigmentti yhdessä sideaineen muodostaa verkostorakenteen, joka kykenee hidastamaan epätoivottujen aineiden molekyylien tunkeutumista barrierikerroksen läpi.

Yhdessä edullisessa sovelluksessa barrierikerros sisältää ei-hydrofobista sideainetta. Esimerkkeinä sopivista sideaineista mainittakoon tärkkelys, kuten keitetty tai kylmäliukoinen pintaliima-tärkkelysliete, polyvinyylialkoholi, etyleenivinyylialkoholi sekä näiden seokset. On todettu, että ei-hydrofobinen sideaine on erityisen edullinen, koska sen ansiosta barrierikerroksen päälle voidaan levittää päällystyspasta siten, että barrierikerroksen pintaan tarttuu ja jää päällystyskerros.

Yhdessä sovelluksessa barrierikerros sisältää kuivapainostaan 5-70 % mineraalipigmenttiä ja 95-30 % sideainetta, etenkin se sisältää kuivapainostaan noin 15-60 % mineraalipigmenttiä ja 30 85-40 % sideainetta, mahdollisesti yhdessä dispersion lisäaineiden kanssa.

20195206 prh 20 -03- 2019

Esimerkkeinä barrierikerroksen liuskemaisesta mineraalipigmentistä mainittakoon kaoliini, talkki sekä näiden seokset.

Yhdessä sovelluksessa barrierikerros muodostetaan dispersiosta, joka valmistetaan dispergoimalla liuskemaista pigmenttiä veteen ja sekoittamalla tämä ei-hydrofobiseen sideaineeseen.

Erityisen edullisen sovelluksen mukaan barrierikerros muodostetaan dispersiosta, joka valmistetaan dispergoimalla liuskemaista pigmenttiä veteen etenkin yli 50 % kiintoaine10 pitoisuuden omaavan pigmenttidispersion muodostamiseksi. Näin saatu dispersio yhdistetään sopivimmin sideaineen kanssa sekoittamalla, jolloin pigmentin osuus barrierikerroksen muodostamiseen käytetyn dispersion kuiva-aineesta on noin 5-70 %, etenkin noin 15-60 %.

Yhdessä sopivassa sovellutusmuodossa dispersio levitetään kartonkikoneella, eli online

-applikaationa, mahdollisen pintaliimauksen jälkeen ennen pigmenttipäällystystä.

Dispersio voidaan levittää kerta-applikaationa, mutta se voidaan myös levittää useampana päällekkäisenä kerroksena. Edullisessa sovelluksessa dispersio levitetään ainakin kahtena erillisenä kerroksena.

Yhdessä sovellutusmuodossa, ensimmäinen dispersiokerros levitetään filmiliimapuristimella, jolloin saadaan pinnanmuotoja ja karheutta myötäilevä, contour-tyyppinen barrierikerros.

Ensimmäisen kerroksen päälle levitetään toinen kerros. Sen applikointiin voidaan esimerkiksi käyttää terää tai sauvaa ja applikointi voidaan siksi suorittaa esim, teräpäällystysyksiköllä tai sauvapäällystysyksiköllä.

Toisen dispersiokerroksen tai toisien dispersiokerrosten levittämisen jälkeen barrierikerrokset jätetään yhdessä vaihtoehdossa kaavaamatta.

Edullisessa sovelluksessa toisen dispersiokerroksen tai toisten dispersiokerrosten levittämisen jälkeen kerrokset kaavataan pyörivällä tai staattisella, sileällä tai uritetulla sauvalla,

20195206 prh 20 -03- 2019 liinaharjalla, tai metallisella tai keraamisella terällä. Näin voidaan myös menetellä, mikäli dispersiopäällyste tuodaan kerta-applikaatiolla kartongin pinnalle.

Edullisesti dispersiokerros levitetään pigmenttilietteestä, jolla on suhteellisen korkea kuiva5 ainepitoisuus. Yhdessä sovelluksessa pigmenttilietteen kuiva-ainepitoisuus on 10-40 %, etenkin 12-39,5 %, lietteen painosta laskettuna.

Barrierikerroksen tyypillinen pintapaino on noin 1-50 g/m , etenkin noin 5-40 g/m , sopivimmin noin 10-30 g/m kartongin puolta eli sivua kohti.

Barrierikerros kasvattaa tuotteen painoa vain vähäisessä määrin, tyypillisesti noin 5-30 % :11a verrattuna tuotteeseen, jossa barrierikerrosta ei ole.

Barrierikerroksen muodostamiseen soveltuvassa dispersiossa voidaan käyttää tavanomaisia lisäaineita ja apuaineita, kuten dispergointiaineita (esimerkiksi polyakryylihapon natriumsuola), aineita, jotka vaikuttavat seoksen viskositeettiin (esimerkiksi CMC, hydroksietyyliselluloosa, polyakrylaatit, alginaatit, bentsoaatti), niin kutsuttuja liukuaineita, kovettimia, joita käytetään veden hylkimisen parantamiseksi, optisia apuaineita, vaahdonestoaineita, pH:ta sääteleviä aineita ja säi-löntäaineita, päällystyskoostumuksessa.

Esimerkkeihin liukuaineista kuuluvat sulfonaattiöljyt, esterit, amiinit, kalsium- tai ammoniumstearaatit; aineista, jotka parantavat veden hylkimistä, glyoksaali; optisista apuaineista diaminostilbeenisulfonihappojohdannaiset; vaahdonestoaineista fosfaattiesterit, silikonit, alkoholit, eetterit, kasviöljyt; pH:ta säätelevistä aineista natriumhydroksidi, ammoniakki; ja lopuksi säilöntäaineista formaldehydi, fenoli, kvaternaariset ammoniumsuolat.

Barrierikerroksen applikoinnin jälkeen päällystettävä kartonkirata tai -arkki viedään pintapäällystimeen.

Edellä esitetyn perusteella voidaan vielä mainita seuraavat sovellukset:

Yhdessä edullisessa sovelluksessa käytetään sideaineena kationista tärkkelystä. Tämän kationisuusaste voi olla välillä DS 0,005-0,05.

20195206 prh 20 -03- 2019

Tärkkelyksen osuus barrieriseoksessa voi olla 40-85 paino-%.

Pintaliimatärkkelyksenä voidaan käyttää esim, maissi-, peruna-, tapioca- tai hernetärkkelystä.

Toisessa edullisessa sovelluksessa, joka voidaan yhdistää edelliseen, dispersiossa käytetään paksuntajaa. Paksuntajana voidaan käyttää synteettisiä paksuntajia, jonka määrä voi olla jopa 10 paino-% kuiva- aineesta. Synteettinen paksuntaja voi olla esim. PVA:ta tai polyakrylaattia. Paksuntajana voi myös olla esim, karboksimetyyliselluloosa tai mikrofibrilloitu selluloosa tai niiden seos.

Kolmannessa edullisessa sovelluksessa, joka on yhdistettävissä edellä mainittuihin sovelluksiin dispersiossa käytetään kovetinta, jonka määrä on jopa 1 paino-% kuiva-aineesta. Kovettimena voidaan käyttää esimerkiksi ammoniumzirkoniumkarbonaattia tai kaliumzirkoniumkarbonaattia tai vastaavia aineita.

Kaikkien edellä mainittujen sovellusten tapauksessa barrieriseoksen kuiva-aine voi olla alueella 5-50 %. Brookfield viskositeetti voi tyypillisesti olla alueella 30-2000 mPas, esimerkiksi 30-800 mPas.

Barrierikerroksen päälle applikoidaan tämän jälkeen päällystyskerros. Tyypillisesti se sisältää sideainetta ja valoa taittavaa pigmenttiä tai pigmenttien seoksen. Barrierikerros voidaan kuivattaa ennen päällystyskerroksen applikointi, mutta päällystyskerros voidaan myös tuoda kostean barrierikerroksen päälle.

Erityisen edullisesti päällystyskerros sisältää pigmenttiä, joka taittaa valoa paremmin kuin barrierikerroksen liuskemainen mineraalipigmentti. Päällystyskerroksen muodostamiseen voidaan käyttää yhtä hienojakoista mineraalipigmenttiä tai useiden hienojakoisten pigmenttien seosta, kuten seuraavassa:

Päällystyspigmenttiä I 10-90 osaa painosta (esimerkiksi hienojakoista karbonaattia)

Päällystyspigmenttiä II 10-90 osaa painosta

20195206 prh 20 -03- 2019 (esimerkiksi hienoa kaoliinia)

Pigmenttiä yhteensä 100 osaa painosta

Sideainetta 1-20 osaa painosta

Lisäaineita j a apuaineita 0,1 -10 osaa painosta

Vettä loput

Vettä lisätään tämänkaltaiseen päällystyspastaan siten, että kuiva-ainepitoisuus on tyypillisesti 50-75 %.

Esimerkkeinä sopivista pigmentteistä mainittakoon: saostettu kalsiumkarbonaatti, jauhettu kalsiumkarbonaatti, kalsiumsulfaatti, kalsiumoksalaatti, alumiinisilikaatti, kaoliini (vedetön alumiinisilikaatti), alumiinihydroksidi, magnesium-silikaatti, talkki (kidevedellinen magnesiumsilikaatti), titaanioksidi ja bariumsulfaatti sekä niiden seokset voidaan mainita esimerkkeinä pigmenteistä. Voidaan käyttää myös synteettisiä pigmenttejä. Edellä mainituista pigmenteistä pääpigmentit ovat kaoliini, kalsiumkarbonaatti, saostettu kalsiumkarbonaatti ja kipsi, jotka yleensä muodostavat yli 50 % kuivista kiintoainesta päällystysseoksessa. Hehkutettu kaoliini, natriumdioksidi, kiiltovalkoinen, alumiinihydroksidi, natriumaluminaatti ja muovipigmentit ovat lisäpigmenttejä, niiden määrät ovat yleensä alle 25 % kuivista kiintoaineista seoksessa. Erityisistä pigmenteistä pitäisi mainita erikoislaatuiset kaoliinit ja kalsiumkarbonaatit, sekä bariumsulfaatti ja sinkkioksidi.

Etenkin päällystyskerroksen pigmentti on kalsiumkarbonaattia, saostettua kalsiumkarbonaattia, titaanidioksidia, kalsiumsulfaattia, alumiinisilikaattia, alumiinihydroksidia magnesiumsilikaattia tai bariumsulfaatia tai näiden seos.

Valoa taittavan pigmentin sisältävässä päällystyskerroksessa on mahdollista käyttää mitä tahansa tunnettua sideainetta, jota yleensä käytetään paperin valmistuksessa sideaineina peiteväreissä. Yksittäisten sideaineiden lisäksi on mahdollista käyttää sideaineiden seoksia.

Esimerkkeihin tyypillisistä sideaineista kuuluvat synteettiset lateksit, jotka on valmistettu etyleenisesti tyydyttymättömien yhdisteiden polymeereistä, esimerkiksi butadieenistyreenityypin kopolymeerit, joilla on mahdollisesti myös komonomeeriä, joka

20195206 prh 20 -03- 2019 sisältää karboksyyliryhmän, kuten akryylihappo, itakonihappo tai maleiinihappo, ja polyvinyyliasetaatti, jolla on komonomeerejä, jotka sisältävät karboksyyliryhmiä. Yhdessä edellä mainittujen aineiden kanssa on myös mahdollista käyttää esimerkiksi vesiliukoisia polymeerejä, tärkkelystä, CMC:tä, hydroksietyyli-selluloosaa ja polyvinyylialkoholia sideaineina.

Päällystyskoostumuksessa on mahdollista käyttää tavanomaisia lisäaineita ja apuaineita (samoja kuin yllä barrieridispersion kohdalla). Esimerkkeinä mainittakoon dispergointiaineet, aineet, jotka vaikuttavat seoksen viskositeettiin, liukuaineet, kovettimet, optiset apuaineet, vaahdonestoaineet, pH:ta säätelevät aineet ja säilöntäaineet.

Yhdessä sovelluksessa kartonkikerros on vain toispuoleisesti päällystettyjä siinä on barrierikerros vain tämän kerroksen ja kartonkikerroksen välissä.

Toisessa sovelluksessa kartonkikerroksen molemmilla puolilla on päällystyskerrokset ja edullisesti molempien päällystyskerrosten ja niitä vastaavien kartongin pintojen väliin on sovitettu sideainetta ja liuskemaista mineraalipigmenttiä sisältävät barrierikerrokset.

Päällystyskerroksen pintapaino (neliömassa) voi vaihdella laajoissa rajoissa, mm.

päällystyskerrosten lukumäärän mukaan, ja on tyypillisesti noin 0,5-50 g/m /sivu, tavallisesti noin 5-40 g/m /sivu, esimerkiksi noin 5-30 g/m /sivu. Päällysteen määrä voi olla eri pinta- ja taustakerroksissa. Esimerkiksi kartongin ulkopinnan muodostavassa pinnassa päällysteen määrä on usein noin 10-35 g/m , ja tausta- eli sisäpinnassa noin 5-20 g/m .

Kuten edellä esitetystä käy ilmi, keksinnön mukaisella barrierilla on laboratorio-, pilot- ja tuotantomittakaavaisissa kokeissa havaittu olevan hyvä mineraaliöljy migraation ja rasvantunkeutumisen estokyky.

Sideaineena toimiva tärkkelys hidastaa ja estää verkostorakenteellaan epätoivottujen aineiden 30 molekyylien tukeutumista kaasu- tai nestefaasissa barrierikerroksen läpi. Liuskemainen pigmentti luo barrierikerrokseen mutkikkaan sideaineella täyttyneen rakenteen, jolloin epätoivottujen molekyylien kulkema polku pitenee moninkertaiseksi pelkkään

20195206 prh 20 -03- 2019 sideainekerrokseen verrattuna. Pigmentti toimii myös täyteaineena laskien barrierien valmistuskustannuksia.

Barrierikerrosten sijoittuessa pigmenttipäällysteen alle kartongin pintojen sijasta säilytetään kartongin ulkonäkö-, liimaus-, painatus- ja muut jalostusominaisuudet mahdollisimman muuttumattomina standardituotteeseen verrattuna.

Todettakoon vielä, että kartongissa voi olla useampia päällystyskerroksia. Yhdessä sovelluksessa barrierikerros sijoitetaan kuitukerroksen - joka mahdollisesti on pintaliimattu 10 ja päällystekerroksen väliin. On kuitenkin mahdollista myös sijoittaa barrierikerros useampikerroksisen päällysteen kerrosten väliin.

Päällystyskerrokset ovat ensisijaisesti sellaisia, jotka sisältävä valoa taittavaa pigmenttiä ja jotka aikaansaavat tuotteelle tarvittavat optiset ominaisuudet, esim, vaaleuden ja opasiteetin 15 osalta. ISO-vaaleus on esimerkiksi yli 85, etenkin yli 87, sopivimmin yli 90, ja opasiteetti parempi kuin 85, etenkin parempi kuin 87 %.

Seuraavat ei-rajoittavat esimerkit kuvaavat edullisia sovelluksia.

Esimerkeissä käytettävät kartongit ovat taivekartonkeja, jolloin monikerroksisen kartongin keskikerros on muodostettu mekaanisesta massasta ja sen pintakerrokset kemiallisesta massasta eli sellusta.

Esimerkki 1. Kartongin A barrierpäällystys laboratoriossa

Lietettiin liuskemaista kaoliinia laboratoriosekoittimessa mittaamalla aluksi haluttu määrä vettä sekoitusastiaan ja lisäämällä joukkoon dispergointiaine sekoituksen alaisena. Tämän jälkeen sekaan lisättiin vähitellen kuiva kaoliinijauhe ja jatkettiin sekoitusta, kunnes liete muuttui tasaiseksi. Sekoitusta jatkettiin vielä tunti. Kaoliinilietteen kuiva-ainepitoisuus oli 30 67 %.

Sideaineena toimiva, keitetty pintaliimatärkkelys valmistettiin tuotantomittakaavaisessa laitteistossa liettämällä ensin tärkkelys veteen liettimessä ja sitten keittämällä se jatkuvatoimisessa keittimessä sekä laimentamalla haluttuun kuiva-ainepitoisuuteen (14,5 %).

Kaoliiniliete ja keitetty tärkkelys sekoitettiin siten, että niiden massaosuuksien seossuhde oli mainitussa järjestyksessä 20/80 ja seoksen kuiva-ainepitoisuus 17 %.

Valmistetulla seoksella päällystettiin labratoriossa kartonkia A. Päällystys tehtiin kartongin kahteen kertaan uritetulla sauvalla numero 2 (ERICHSEN GmbH & Co. KG K 101 Bar No. 2 10 = 12 pm (red)) nopeudella 4 m/min. Päällyste kuivattiin kummankin levityksen jälkeen infrapunakuivaimella 1 minuutin ajan.

Barrierpäällystetystä kartongista mitattiin orgaanisen liuotinhöyryn läpäisynopeus. Mittaus tehtiin punnitsemalla vakiomäärä n-heptaania astiaan, jonka päälle tiiviisti asetettiin 15 tutkittavaa kartonkia oleva levy, jonka pinta-ala tunnettiin. Heptaanin haihtumista kartongin läpi seurattiin punnitsemalla, jolloin saatiin seuraavat n-heptaanin tunkeutumisnopeudet:

Taulukko

Pohjakartonki	1,25 g/dm2/vrk
Kaoliinin ja pintaliimatärkkelyksen 20/80seoksella päällystetty kartonki	0,13 g/dm2/vrk

20195206 prh 20 -03- 2019

Esimerkki 1 osoittaa keksinnön mukaisen barrierikerroksen toimivuuden estämään orgaanisten liuotinhöyryjen tunkeutumista.

Esimerkki 2. Kartongin B barrierpäällystys laboratoriossa

Valmistettiin kaoliini-pintaliimatärkkelysseos samoin kuin esimerkissä 1 siten että niiden massaosuuksien seossuhde oli mainitussa järjestyksessä 50/50 ja kuiva-ainepitoisuus 18%. Seokseen lisättiin synteettistä paksuntajaa siten että Brookfield -viskositeetti oli 200 mPAs. Kartonki B päällystettiin tällä seoksella kahteen kertaan laboratoriopäällystimellä samoin kuin

20195206 prh 20 -03- 2019 esimerkissä 1. Orgaanisen liuotinhöyryn läpäisynopeus, joka mitattiin samoin kuin esimerkissä 1, oli 0,10 g/dm2/vrk..

Esimerkki 2 osoittaa, että paksuntajaa lisäämällä voidaan edelleen parantaa barrier5 ominaisuuksia.

Esimerkki 3. Kartongin C barrierpäällystys pilotpäällystyskoneella

Normaali pigmenttipäällystetty kartonki päällystettiin kaksi kertaa taustaltaan esimerkin 1 mukaisella kaoliini-tärkkelys -seoksella siten että niiden massaosuuksien seossuhde oli mainitussa järjestyksessä 50/50 ja kuiva-ainepitoisuus 18%. Barrieriseokseen lisättiin paksuntajaa ja kovetinta kunnes saavutettiin hvyä ajettavuus päällystysasemalla ja yhtenäinen barrierikerros, jotka havaittiin visuaalisesti. Barrierikerrosten neliöpaino oli kummallakin 6 g/m2.

Epäsuora migraatio mineraaliöljyä sisältävästä ulkopakkausmateriaalista oli ilman barrieripäällystystä 20 % maksimipotentiaalista ja barrieripäällystyksen kanssa vain 1,5 % maksimipotentiaalista. Epäsuora migraatio määritettiin seuraavan standardin mukaisella menetelmällä: EN 14338 Paper and board intended to come into contact with foodstuffs 20 Conditions for determination of migration from paper and board using modified polyphenylene oxide (MPPO) as a simulant.

Esimerkki 3 osoittaa, että kun kartongissa on lisäksi tavanomainen pigmenttipäällystyskerros paranevat barrierominaisuudet edelleen.

Esimerkki 4. Kevyen online barrierikartongin valmistus pilotpäällystyskoneella

Päällystämätön pohjakartonki pintaliimattiin taustaltaan ja päällystettiin filmiliimapuristimella pintapuoleltaan esimerkin 1 mukaisen kaoliinin ja keitetyn tärkkelyksen seoksella, jonka 30 massaosuuksien seossuhde oli 50/50. Tämän jälkeen pintapuoli päällystettiin teräpäällystimellä toiseen kertaan kaoliinin ja kylmäliukoisen tärkkelyksen seoksella, jonka massaosuuksien seossuhde oli 50/50. Lopuksi pintapuolelle applikoitiin pigmenttipäällyste

20195206 prh 20 -03- 2019 samoin kuin vertailukartonkiin, joka oli muutoin valmistettu samalla tavoin mutta kahden barrierikerroksen tilalla oli vain pintaliimaus myös pintapuolella pigmenttipäällysteen alla.

Orgaanisen höyryn läpäisynopeudet olivat seuraavat:

Päällystämätön kartonki 0,93 g/dm /vrk

Vertailukartonki 0,41 g/dm /vrk

Kevyt online barrierikartonki 0,16 g/dm /vrk

Epäsuora migraatio mineraaliöljyä sisältävästä ulkopakkausmateriaalista oli 4,8 % maksimipotentiaalista.

Esimerkki 4 osoittaa, että barrierikerros on mahdollista valmistaa pigmenttipäällysteen alle.

Seuraavassa on esitetty valmistusmenetelmän sovelluksia:

1. Menetelmä päällystetyn kartongin valmistamiseksi, jonka menetelmän mukaan kartongille applikoidaan valoa taittavaa pigmenttiä sisältävä päällystysseos päällystyskerroksen muodostamiseksi, jolloin päällystyskerroksen ja kartongin pinnan väliin muodostetaan dispersiopäällystyksellä sideaineesta ja liuskemaisista pigmenteistä koostuva barrierikerros.

2. Sovelluksen 1 mukainen menetelmä, jossa barrierikerros muodostetaan dispersiosta, joka valmistetaan dispergoimalla liuskemaista pigmenttiä veteen ja sekoittamalla tämä eihydrofobiseen sideaineeseen.

3. Sovelluksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, jossa barrieri-kerros muodostetaan dispersiosta, joka valmistetaan dispergoimalla liuskemaista pigmenttiä veteen etenkin yli 50 % kiintoainepitoisuuden omaavan pigmenttidispersion muodostamiseksi ja tämä dispersio yhdistetään sideaineen kanssa sekoittamalla, jolloin pigmentin osuus barrierikerroksen muodostamiseen käytetyn dispersion kuiva-aineesta on noin 5-70 %, etenkin noin 15-60 %.

20195206 prh 20 -03- 2019

4. Jonkin sovelluksen 1-3 mukainen menetelmä, jossa dispersio levitetään kartonkikoneella mahdollisen pintaliimauksen jälkeen ennen pigmenttipäällystystä.

5. Jonkin sovelluksen 1-4 mukainen menetelmä, jossa dispersio levitetään ainakin kahtena erillisenä kerroksena.

6. Sovelluksen 5 mukainen menetelmä, jossa ensimmäinen dispersiokerros levitetään filmiliimapuristimella, jolloin saadaan pinnanmuotoja ja karheutta myötäilevä barrierikerros.

7. Sovelluksen 5 tai 6 mukainen menetelmä, jossa toinen dispersiokerros levitetään teräpäällystysyksiköllä tai sauvapäällystysyksiköllä.

8. Jonkin sovelluksen 5-7 mukainen menetelmä, jossa toisen dispersiokerroksen levittämisen jälkeen barrierikerrokset jätetään kaavaamatta tai ne edullisesti kaavataan pyörivällä tai staattisella, sileällä tai uritetulla sauvalla, liinaharjalla, tai metallisella tai keraamisella terällä.

9. Jonkin sovelluksen 1-8 mukainen menetelmä, jossa dispersiokerros levitetään pigmenttilietteestä, jonka kuiva-ainepitoisuus on 10-40 %, etenkin 12-39,5 %, lietteen painosta laskettuna.

10. Jonkin sovelluksen 1-9 mukainen menetelmä, jossa muodostetaan barrierikerros, jonka

2 2 pintapaino on noin 1-50 g/m , etenkin noin 5-40 g/m , sopivimmin noin 10-30 g/m kartongin puolta kohti.

11. Jonkin sovelluksen 1-10 mukainen menetelmä, jossa dispersion muodostamiseen käytetään ei-hydrofobista sideainetta, polyvinyylialkoholia, etyleenivinyylialkoholia tai näiden seosta.

12. Jonkin sovelluksen 1-11 mukainen menetelmä, jossa kartonki pintaliimataan ennen kuin 30 se dispersiopäällystetään barrierikerroksen muodostavalla dispersiolla.

13. Jonkin sovelluksen 1-12 mukainen menetelmä, jossa kartonki päällystetään, mahdollisen pintaliimauksen jälkeen, ennen kuin se dispersiopäällystetään barrierikerroksen muodostavalla dispersiolla.

14. Jonkin sovelluksen 1-13 mukainen menetelmä, jossa kartongin pintaan muodostetaan päällystyskerros, joka sisältää pigmenttiä, joka taittaa valoa paremmin kuin barrierikerroksen liuskemainen mineraalipigmentti, etenkin päällystyskerroksen pigmentti on kalsiumkarbonaattia, saostettua kalsiumkarbonaattia, titaanidioksidia, kalsiumsulfaattia, alumiinisilikaattia, alumiinihydroksidia magnesiumsilikaattia tai bariumsulfaatia tai näiden seoksen.

15. Jonkin sovelluksen 1-14 mukainen menetelmä, jossa kartonkikerroksen molemmille puolille tuodaan päällystyskerrokset ja edullisesti molempien päällystyskerrosten ja niitä vastaavien kartongin pintojen väliin sovitetaan sideainetta ja liukemaista mineraalipigmenttiä 15 sisältävät barrierikerrokset.

Claims (12)

1. Sellaisen päällystetyn elintarvikekartongin käyttö elintarvikepakkauksena, joka käsittää kartonkikerroksen ja ainakin sen yhdellä puolella olevan päällystyskerroksen, jolloin

5 päällystyskerroksen ja kartongin välissä on barrierikerros, joka sisältää sideainetta ja liuskemaista mineraalipigmenttiä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että barrierikerros on muodostettu dispersiopäällystyksellä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen käyttö, tunnettu siitä, että barrierikerros sisältää ei-hydrofobista sideainetta.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen käyttö, tunnettu siitä, että pigmentti

15 yhdessä sideaineen muodostaa verkostorakenteen, joka kykenee hidastamaan epätoivottujen aineiden molekyylien tunkeutumista barrierikerroksen läpi.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen käyttö, tunnettu siitä, että barrierikerros sisältää kuivapainostaan 5-70 % mineraalipigmenttiä ja 95-30 % sideainetta,

20 etenkin se sisältää kuivapainostaan noin 15-60 % mineraalipigmenttiä ja 85-40 % sideainetta, mahdollisesti yhdessä dispersion lisäaineiden kanssa.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen käyttö, tunnettu siitä, että barrierikerroksen sideaine on tärkkelystä, kuten keitettyä tai kylmäliukoista pintaliima-

25 tärkkelyslietettä, polyvinyylialkoholia, etyleenivinyylialkoholia tai näiden seosta.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen käyttö, tunnettu siitä, että barrierikerroksen liuskemainen mineraalipigmentti on kaoliinia, talkkia tai näiden seosta.

30

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen käyttö, tunnettu siitä, että

2 2 barrierikerroksen paino on noin 1-50 g/m , etenkin noin 5-40 g/m , sopivimmin noin 10-30 g/m kartongin puolta kohti.

9. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen käyttö, tunnettu siitä, että päällystyskerros sisältää sideainetta ja valoa taittavaa pigmenttiä tai pigmenttien seoksen.

5

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen käyttö, tunnettu siitä, että päällystyskerros sisältää pigmenttiä, joka taittaa valoa paremmin kuin barrierikerroksen liuskemainen mineraalipigmentti, etenkin päällystyskerroksen pigmentti on kalsiumkarbonaattia, saostettua kalsiumkarbonaattia, titaanidioksidia, kalsiumsulfaattia, alumiinisilikaattia, alumiinihydroksidia magnesiumsilikaattia tai bariumsulfaatia tai näiden 10 seoksen.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen käyttö, tunnettu siitä, että kartonkikerroksen molemmilla puolilla on päällystyskerrokset ja edullisesti molempien päällystyskerrosten ja niitä vastaavien kartongin pintojen väliin on sovitettu sideainetta ja

15 liukemaista mineraalipigmenttiä sisältävät barrierikerrokset.

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen käyttö, tunnettu siitä, että kartongin pinnan ja barrierikerroksen välissä on pintaliimakerros.

20 13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen käyttö, tunnettu siitä, että kartonkia käytetään sellaisessa pigmenttipäällystetyssä kartongissa, etenkin tuorekuitukartongissa, jolla on mineraaliöljymigraation ja rasvantunkeutumisen eston ominaisuudet.