СИГАРЕТНАЯ УПАКОВКА С ВНУТРЕННЕЙ ОБЕРТКОЙ ИЗ ПОЛИМЕРНОЙ ПЛЕНКИ
CIGARETTE BOX WITH INNER WRAP FROM POLYMER FILM

Изобретение относится к упаковке для сигарет, которая содержит, по меньшей мере, одну наружную упаковку и одну внутреннюю обертку для сигарет. Изобретение относится, кроме того, к внутренней обкладке.
Упаковки для сигарет обычно конструируют так, чтобы содержимое пачки, то есть группа сигарет, была окружена внутренней оберткой. Согласно уровню техники, эта внутренняя обертка состоит из станиолевой бумаги, алюминиевой фольги, ламината алюминия с бумагой или из металлизированной бумаги. Часто эта внутренняя обертка снабжена надпечаткой или тиснением. Прежние оболочки из станиоля в настоящее время обычно заменяются внутренними обертками из бумаги. На наружной стороне внутренней обертки часто наносится печать или металлизация, в известных случаях в комбинации с тиснением.
При изготовлении пачки сигарет сигареты заворачивают в эту внутреннюю обертку, так называемую внутреннюю обкладку, и обернутая группа сигарет укладывается упаковочной машиной в наружную упаковку, например коробку с откидной крышкой или бумажной этикеткой.
Внутренняя обкладка может состоять из бумаги с надпечаткой, металлизированной бумаги или других материалов в виде полосы. Эти материалы на упаковочной машине снимаются с бобины и нарезаются на подходящие длины. При необходимости наносятся специальные надрезы, чтобы образовать заданное место разделения, где при первом открывании упаковки возможен целенаправленный разрыв внутренней обкладки.
Особенно выгодны бумага и металлическая фольга из-за их способности к сгибанию и показателей испытаний на разрыв. В данной области применения материалы должны иметь хорошую способность к сгибу (образование несминаемой складки), которая гарантирует, что вложенные сигареты обернуты настолько прочно, что до покрытия наружной упаковкой они будут удерживаться как одно целое. Кроме того, важную роль играет поведение при разрыве, чтобы обеспечить контролируемое открывание обкладки. Наконец, заготовки должны обеспечивать их хорошее выравнивание, чтобы из-за скручивания полосы материала не возникало препятствий для дальнейших рабочих операций.
Этот профиль свойств хорошо обеспечивается бумагой и металлизированной бумагой. Пленкам из термопластичных полимеров присуща очень плохая способность к сгибанию и поэтому они обычно считаются не подходящими материалами для применения в этой области. Кроме того, синтетические пленки в виде маленьких заготовок склонны скручиваться, т.е. эти заготовки сворачиваются сами по себе в продольном и поперечном направлениях пленочного полотна.
Однако, так как синтетические пленки с учетом защиты окружающей среды и с точки зрения стоимости часто имеют преимущества перед бумагой, с точки зрения производителей пленки постоянной задачей является замена бумаги в самых разных областях применения.
Таким образом, в основе изобретения стоит задача разработать пленку, которая пригодна для применения в качестве внутренней обкладки в упаковке для сигарет и которая удовлетворяет требованиям, предъявляемым в данной области.
Эта задача решена путем использования однослойной или многослойной двуосно-ориентированной пленки в качестве внутренней обкладки упаковки для сигарет, причем пленка содержит от 70 до 100 мас.% полимера из, по меньшей мере, одной алифатической оксикислоты.
Изобретение пригодно для применения, в частности, в коробках с откидными крышками и в мягких упаковках. Для коробок с откидными крышками пригодны, в частности, внутренние обкладки из пленок полиоксикислот, предпочтительно PLA-пленки (полилактидные пленки). Эти коробки состоят обычно из тонкого картона. Одна часть коробки служит для приема содержимого упаковки, а именно группы сигарет, которая со всех сторон окружена согнутой внутренней оберткой из полиоксикислоты или PLA. К задней стенке части коробки шарнирно присоединена крышка, которая соединена с коробкой по линии сгиба. Другие детали выполнения коробок с откидными крышками известны и описаны, например, в документе DE 4333462, на описание которого настоящим делается ссылка.
Группа сигарет, как содержимое упаковки, со всех сторон окружена внутренней оболочкой согласно изобретению. Образованный таким образом компонент как содержимое упаковки является блоком сигарет. Согласно изобретению при получении такого блока сигарет для обертывания сигарет применяется пленка из полиоксикислоты, предпочтительно PLA-пленка.
Для этого пленка раскраивается на подходящую ширину и как рулонный материал на упаковочной машине снимается с бобины и нарезается на подходящие длины. Форма заготовки устанавливается в зависимости от типа используемого типа складывания. Например, раскроенный кусок пленки обкладывается вокруг группы сигарет по принципу бокового сгиба. К сплошной закрытой нижней стенке примыкают передняя и задняя стенки. Обе узкие прямые боковые стенки состоят из частично перекрывающих друг друга боковых напусков. Верхняя торцовая стенка также образуется путем складывания так, чтобы образовывались лежащие внутри угловые напуски и трапециевидные продольные напуски.
В следующей форме реализации внутренняя обертка может быть снабжена в верхней области отрывным язычком, так называемым клапаном. Для этого по всей ширине заготовки наносится линия перфорации или иная линия ослабления. При первом открывании упаковки язычок отделяется путем захвата наружного продольного напуска.
Обычно заготовка отделяется от полосы материала так, чтобы заготовка была расположена в продольном направлении пленки. Полоса материала может при необходимости быть снабжена зонами с печатью, которые расположены предпочтительно в продольном направлении полосы на расстоянии друг от друга. Разделительные разрезы для отделения заготовки проводятся поперек направления движения пленки. Точное размещение линии раздела можно провести регулированием печатных меток на основе одной печатной метки.
Альтернативно заготовку можно выполнить так, чтобы ширина пленочной полосы соответствовала длине заготовки. При такой конструкции заготовки продольное направление заготовки идет поперек полосы материала. В этом случае полоса материала по обе стороны снабжена непрерывными полосами с печатью, в частности, разной ширины.
Заготовки и приемы сгибания внутренней обкладки, детали нанесения печати на заготовки и другие подробности в уровне техники известны и описаны, например, в документах DE 201 20 977, DE 43 33 462 или DE 25 11 241, на которые настоящим делается ссылка.
Упаковки с внутренней обкладкой, образованные описанным способом, дополнительно снабжаются наружной оболочкой из пленки, в частности полипропиленовой пленки или целлофана.
Согласно изобретению внутренняя обкладка выполнена из двуосно-ориентированной пленки, которая может иметь один или несколько слоев. Основным компонентом пленки является полимер из, по меньшей мере, одной алифатической оксикислоты. Обычно пленка содержит, по меньшей мере, 70-100 мас.% полимера алифатической полиоксикислоты, предпочтительно PLA. Предпочтительными являются формы реализации, состоящие из 80-99 мас.%, предпочтительно 85-95 мас.% указанных полимеров в расчете на массу пленки.
Неожиданно оказалось, что пленка из полиоксикислоты, предпочтительно PLA, исключительно пригодна для применения как внутренняя обкладка. Было найдено, что пленка после оборачивания группы сигарет фиксирует их в достаточной степени. Пленка не создает никаких препятствий при обработке на упаковочной машине. Оказалось, что заготовки имеют удивительно малую склонность к сворачиванию, иногда даже не имеют ее, и тем самым устраняются проблемы, существующие для других термопластичных пленок. Кроме того, пленки являются особенно выгодными, так как и при изменяющихся климатических условиях позволяют хорошую стабильную обработку. Оказалось, что в отличие от бумаги колебания температуры или влажности воздуха почти не влияют на пленку и ее свойства и совсем не влияют на ее применение как внутренней обкладки, и ее всегда можно обрабатывать одинаково хорошо.
Для применения согласно изобретению подходят как однослойные, так и многослойные пленки из алифатических полиоксикислот. Многослойные пленки обычно получают из толстого базового слоя, который имеет самую большую толщину и составляет от 60 до < 100% полной толщины пленки. Этот базовый слой снабжают предпочтительно с обеих сторон, при необходимости только с одной стороны, наружным слоем/слоями. В других формах реализации на внешней поверхности многослойной пленки возможны дополнительные вспомогательные слои или покрытия, в результате чего получаются четырех- или пятислойные, покрытые или непокрытые пленки. Толщина верхнего слоя обычно лежит в интервале от 0,5 до 10 мкм, предпочтительно 0,5-6 мкм, в частности от 1 до 3 мкм. Полная толщина пленки составляет согласно изобретению от 20 до 100 мкм, предпочтительно от 25 до 80 мкм, в частности от 30 до 60 мкм. Верхними слоями являются слои, которые образуют наружные слои пленки. Промежуточные слои находятся естественно между базовым слоем и наружными слоями. Нижеследующие формы реализации слоев пленки относятся, разумеется, в равной степени к однослойный формам реализации пленки.
Пленки с минимальной толщиной 20 мкм неожиданно оказались предпочтительными для применения согласно изобретению в качестве внутренней обкладки. Если толщина пленки составляет меньше 20 мкм, в машине может образоваться закупорка. Неожиданно было найдено, что более тонкие пленки в применении согласно изобретению действуют еще лучше. При слишком большой толщине пленка оказывает слишком большую противодействующую силу, так что завернутые сигареты могут выскочить из связки до того, как будет надета внешняя складная коробка. Поэтому нельзя превышать максимальную толщину 100 мкм.
Пленка, а также в конкретных случаях отдельные слои пленки, содержат от 70 до почти 100 мас.%, предпочтительно от 80 до 98 мас.% полимера из, по меньшей мере, одной из алифатических оксикислот, называемых далее также PHC (полигидроксикарбоновые) или полиоксикислотами. Под ними следует понимать гомополимеры или сополимеры, которые образованы из заполимеризованных звеньев алифатических оксикислот. Для настоящего изобретения PHC особенно пригодны полимолочные кислоты. Они обозначаются далее как PLA (polylactide acid). Здесь понятие PLA охватывает как гомополимеры, которые образованы из звеньев только молочной кислоты, так и сополимеры, которые содержат преимущественно звенья молочной кислоты (> 50%) в сочетании со звеньями других алифатических гидроксимолочных кислот.
В качестве мономеров для алифатических полиоксикислот (PHC) подходят, в частности, алифатические моно-, ди- или триоксикислоты, или их димерные циклические эфиры, из которых предпочтительна молочная кислота в ее D- или L-форме. Такие полимеры в уровне техники известны и доступны в продаже. Получение полимолочной кислоты также описано в уровне техники и проводится путем каталитической полимеризации с раскрытием цикла из лактида (1,4-диоксан-3,6-диметил-2,5-дион), сложного димерного циклического эфира молочной кислоты, поэтому PLA часто называют также полилактидом. Получение PLA описано в следующих публикациях: US 5208297, US 5247058 или US 5357035.
Предпочтительными являются полимолочные кислоты, которые образованы исключительно из звеньев молочной кислоты. При этом особенно предпочтительны гомополимеры PLA, которые содержат 80-100 мас.% звеньев L-молочной кислоты, соответственно 0-20 мас.% звеньев D-молочной кислоты. Для уменьшения степени кристалличности звенья D-молочной кислоты как сомономера могут также содержаться в еще более высоких концентрациях. При необходимости полимолочная кислота может дополнительно в качестве сомономера содержать, помимо молочной кислоты, звенья других алифатических полиоксикислот, например звенья гликолевой кислоты, звенья 3-гидроксипропановой кислоты, звенья 2,2-диметил-3-гидроксипропановой кислоты или более высоких гомологов оксикислот, содержащих до 5 атомов углерода.
Предпочтительны полимеры молочной кислоты (PLA) с температурой плавления от 110 до 170°C, предпочтительно от 125 до 165°C, и индексом текучести расплава (измерение по немецкому стандарту DIN 53 735 при нагрузке 2,16 н и 190°C) от 1 до 50 г/10 мин, предпочтительно от 1 до 30 г/10 мин. Среднечисленный молекулярный вес PLA составляет от, по меньшей мере, 10000 до 500000, предпочтительно от 50000 до 300000. Температура стеклования Tg составляет от 40 до 100°C, предпочтительно от 40 до 80°C.
Каждый из отдельных слоев пленки содержит от 70 до почти 100 мас.% вышеописанных полимеров, предпочтительно от 80 до 98 мас.%, а также при необходимости дополнительные добавки, такие как нейтрализаторы, стабилизаторы, смазки, антистатики и наполнители. Их следует добавлять в полимер или полимерную смесь еще до расплавления. В качестве стабилизаторов применяются, например, соединения фосфора, такие как фосфорная кислота или сложный эфир фосфорной кислоты. В принципе отдельные слои могут иметь одинаковый состав по полимеру и добавкам. Обычно состав базового слоя отличается от состава остальных слоев. В частности, в наружные слои вводятся такие добавки, как средство против слеживания полимеров или смазка, тогда как в базовый слой предпочтительно добавляются наполнители или пигменты. Однако структура и состав отдельных слоев пленки могут варьироваться в широких пределах.
2
2
Было обнаружено, что особенно хорошо подходят для применения прозрачные и белые формы реализации без вакуолей. О полипропиленовых пленках известно, что непрозрачные ПП-пленки с вакуолями в базовом слое имеют лучшую способность к сгибанию, чем прозрачные ПП-пленки. Неожиданно оказалось, что PLA-пленки без вакуолей также обнаруживают в этом применении очень хорошую способность к сгибанию по сравнению с формами реализации, содержащими вакуоли. Под прозрачными пленками в контексте настоящего изобретения понимаются такие пленки, светопроницаемость которых, согласно стандарту ASTM-D 1003-77, составляет более 75%, предпочтительно более 95%. Белые PLA-пленки окрашиваются в белый цвет в результате добавления белого пигмента, но также не содержат вакуолей. Эти формы реализации содержат обычно TiO в количестве 1-12 мас.%, по меньшей мере, в одном, при необходимости, в нескольких слоях. В принципе, TiO в этом количестве может добавляться в базовый слой, один или оба наружных слоя или также в один или оба промежуточных слоев.
2
В принципе возможно также применение непрозрачных или бело-матовых форм реализации пленки. Эти пленки содержат в базовом слое наполнители, вызывающие образование вакуолей, например циклоолефиновый сополимер (непрозрачные пленки), и при необходимости дополнительно содержат пигменты (бело-матовые пленки). В этом случае в качестве пигмента также предпочтителен TiO, и он используется в количестве до 10 мас.%, предпочтительно от 1 до 8 мас.% в расчете на базовый слой.
При необходимости можно для оптимизации других свойств наносить на пленку покрытие. Типичными покрытиями являются слой, улучшающий адгезию, слой, улучшающий скольжение, или антиадгезионные покрытия. При необходимости эти дополнительные слои можно наносить как в процессе изготовления с помощью водных или неводных дисперсий перед поперечным вытягиванием, так и отдельно.
В другой форме реализации пленки перед применением в качестве внутренней обкладки металлизируют. При применении в качестве внутренней обкладки металлизированная сторона образует видимую сторону. В следующей форме реализации пленка может быть металлизирована с обеих сторон. Эта форма реализации имеет то дополнительное преимущество, что предотвращается прямой контакт между сигаретами и пленкой, так что какое-либо отрицательное влияние пленки на аромат сигарет становится невозможным или в существенной степени подавляется.
В следующей форме реализации металлизированная или неметаллизированная пленка может дополнительно снабжаться тиснением, которое, во-первых, имеет декоративный характер, а во-вторых, дополнительно способствует лучшему разравниванию. Неожиданно оказалось, что пленки после металлизации и тиснения можно обрабатывать также хорошо, как применявшиеся до сих пор внутренние обкладки из бумаги. Кроме того, металлизированные пленки с тиснением очень близки по внешнему виду к металлизированной бумаге.
PHC-пленку получают способом соэкструзии, который сам по себе известен. В рамках этого способа расплавы, соответствующие слоям пленки, экструдируют через плоскую головку, полученную таким путем многослойную пленку для упрочнения расплющивают на одном или нескольких валках, после чего пленку двуосно вытягивают (ориентируют), двуосно-вытянутую пленку подвергают термофиксации, и предусмотренный для обработки поверхностный слой при необходимости обрабатывают коронным разрядом или пламенем.
Двуосное вытягивание проводится, как правило, поэтапно. При этом вытягивание проводится предпочтительно сначала в продольном направлении (т.е. в направлении машины, =MD-направление), а затем в поперечном направлении (т.е. перпендикулярно направлению машины, = TD-направление). Это приводит в ориентации молекулярных цепей. Вытягивание в продольном направлении проводится предпочтительно с помощью двух валиков, движущихся с разной скоростью в соответствии с требующейся кратностью вытяжки. Для поперечного вытягивания обычно применяют соответствующую шпанраму. Дальнейшее описание получения пленки проводится на примере экструзии плоской пленки с дальнейшим поэтапным вытягиванием.
Расплав/ расплавы выдавливают через плоскую головку (широкую щелевую головку), и выдавленную пленку расплющивают на одном или нескольких плющильных валиках при температуре от 10 до 100°C, предпочтительно от 20 до 80°C, причем она охлаждается и упрочняется.
Полученную так пленку затем вытягивают в направлении вдоль и поперек направления экструзии. Продольное вытягивание проводится предпочтительно при температуре вытяжных валиков от 40 до 130°C, предпочтительно от 50 до 100°C, целесообразно с помощью двух валиков, движущихся с разной скоростью в соответствии с требующейся кратностью вытяжки, а поперечное вытягивание проводится предпочтительно при температуре от 50 до 130°C, предпочтительно от 60 до 120°C с помощью соответствующей шпанрамы. Кратность продольной вытяжки может варьироваться в интервале от 1,5 до 8. При получении пленки с базовым слоем, который содержит наполнители, вызывающие образование вакуолей, предпочтительна более высокая кратность вытяжки, от 3 до 6, напротив, для пленки с прозрачным базовым слоем предпочтительна кратность вытяжки в интервале от 1,5 до 3,5. Кратность поперечного вытягивания составляет от 3 до 10, предпочтительно от 4 до 7.
После вытягивания пленки осуществляют ее термофиксацию (термообработку), причем пленка выдерживается с усадкой в течение примерно 0,1-10 сек при температуре от 60 до 150°C (усадка до 25%). Затем пленку наматывают обычным образом с помощью устройства намотки.
Для определения характеристик сырья и пленки использовались следующие измеряемые величины.
Далее изобретение поясняется на примерах осуществления.
Пример 1:
2
Экструзией и последующей поэтапной ориентацией в продольном и поперечном направлениях была получена прозрачная трехслойная PLA-пленка толщиной около 30 мкм. Базовый слой состоял почти на 100 мас.% из полимолочной кислоты с температурой плавления примерно 160°C. Этот слой содержал дополнительно стабилизаторы и нейтрализаторы в обычных количествах. Оба термосвариваемых наружных слоя были образованы в основном из аморфной полимолочной кислоты, причем эта полимолочная кислота имеет отношение L/D примерно 40/60. Дополнительно каждый наружный слой содержал 0,1 мас.% частиц на основе SiO в качестве средства от слеживания. Толщина каждого наружного слоя составляла 2,5 мкм.
Условия получения на отдельных технологических этапах были следующими:
Экструзия: температура 170-200°C
Температура плющильного валика: 60°C
Продольное вытягивание: температура 68°C
Кратность продольного вытягивания: 2,0
Поперечное вытягивание: температура 88°C
Кратность поперечного вытягивания (эффективная): 5,5
Фиксация: температура 75°C
Усадка: 5%
Пример 2:
Пленку получали, как описано в Примере 1. В отличие от Примера 1, не наносили никаких наружных слоев. В остальном состав и условия получения не изменялись. Также была получена прозрачная, но однослойная пленка толщиной 25 мкм.
Пример 3:
Непрозрачную однослойную PLA-пленку толщиной 30 мкм получали экструзией и последующей поэтапной ориентацией в продольном и поперечном направлении. Этот слой примерно на 95 мас.% был образован из полимолочной кислоты с температурой плавления 135°C, индексом текучести расплава примерно 3 г/10 мин и температурой стеклования 60°C и примерно на 5 мас.% из COC (Ticona Topas 6013) с Tg 140°C. Слой дополнительно содержал стабилизаторы и нейтрализаторы в обычных количествах. Условия получения на отдельных технологических этапах были следующими:
Экструзия: температура 170-200°C
Температура плющильного валика: 60°C
Продольное вытягивание: температура 68°C
Кратность продольного вытягивания: 4,0
Поперечное вытягивание: температура 88°C
Кратность поперечного вытягивания (эффективная): 5,5
Фиксация: температура 75°C
Усадка: 5%
3
Таким образом была получена непрозрачная пленка с характерным перламутровым блеском и пониженной плотностью около 0,75 с/см.
Пленки использовались как внутренняя обкладка на промышленных машинах для упаковки сигарет и могли применяться без больших проблем. Не содержащие вакуолей пленки из Примеров 1 и 2 оказались особенно выгодными.
Для сравнения: двуосно-ориентированные полипропиленовые пленки в этих приложениях применяться не могли. Из-за сильной противодействующей силы материала нельзя было правильно обернуть отдельные сигареты.