СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ УПАКОВКИ С УВЕЛИЧЕННЫМИ БАРЬЕРНЫМИ СВОЙСТВАМИ
METHOD FOR MANUFACTURING PACKAGE WITH INCREASED BARRIER PROPERTIES

1
1
Настоящее изобретение по существу относится к области производства упаковки (контейнер, лоток, упаковочное средство, имеющее корпус разнообразной формы, предназначенное для упаковывания различной продукции)(ГОСТ 17527-2014 (ISO 21067:2007) Упаковка. Термины и определения) из материала-основы, а именно целлюлозно-бумажного каркасного материала с внутренним ламинационным слоем для пищевых и непищевых продуктов.
Более конкретно, настоящее изобретение относится непосредственно к упаковочным изделиям, а именно к упаковочным конструкциям, представляющим собой емкость, изготовленную путем вырубки формы из целлюлозно-бумажного каркасного материала с ламинационным слоем и образованной мембраной (перепонкой), являющейся частью ламинационного слоя.
Заявленное изобретение сформировано из предварительно вырубленной плоской заготовки с сегментарно удаленным избыточным материалом-основой в местах формирования боковых стенок верхней расширяющейся части упаковки и фланца и термически сваренная таким образом, что в результате образуется герметичное сопряжение сегментов боковой стенки, сглаженный фланец, защищенный торец материала-основы внутри упаковки и на его фланце. При этом в местах сопряжения слоев материала-основы в верхней части упаковки происходит сглаживание слоев с помощью приварки мембраны (перепонки), образованной избыточным ламинационным слоем.
В настоящее время из уровня техники известны различные упаковки, изготовленные из целлюлозно-бумажного материала, под запайку и с использованием полимерных материалов в качестве внутреннего покрытия для сохранения герметичности всей упаковки.
Также известны изделия, изготавливаемые из вырубленной заготовки целлюлозно-бумажного материала и собираемые различными способами.
При изготовлении известной из уровня техники упаковки из целлюлозно-бумажного каркасного материала с ламинационным слоем под запайку возникают проблемы, связанные со значительной деформацией материала (образованием складок) в том числе в верхней части упаковки.
Решение проблем, связанных с устранением деформации материала, осуществляется путем вырубки излишнего материала-основы, однако такая упаковка и способы имеют недостатки, которые не способствуют как герметичной запайке упаковки барьерными пленками, так и герметичности всей упаковки в целом, которая используется для пищевых продуктов, содержащих жидкости, жиры и газы.
Так, из уровня техники известны различного рода изделия, изготовленные из целлюлозно-бумажного материала, в том числе с ламинационным слоем путем сборки вырубленной заготовки.
Известен российский патент № 2566318 на изобретение, представляющий собой способ сборки упаковки и картонную упаковку, которая изготавливается из единой формы путем сложения, для упаковывания в модифицированной газовой среде. Сборка осуществляется поэтапно, а именно путем сгибания коробки таким образом, что боковые стенки упираются встык, а их скрепление между собой и внутренняя герметизация обеспечивается пластиковой пленкой, которая крепится к внутренней поверхности упаковки дополнительной операцией термовакуумной формовки путем предварительного нагрева пленки и ее притягиванием к поверхности целлюлозно-бумажного материала с помощью создаваемого вакуума.
Недостатками такого способа сборки упаковки является длительность технологического процесса формирования упаковки, что с точки зрения производства является менее эффективным.
Заявленное изобретение формируется за одной действие, что существенно экономит время изготовления упаковки и увеличивает количество произведенных изделий. Создание упаковки по известному патенту осуществляется путем формирования заготовки, наложения пленки, затяжки пленки и извлечения изделия.
Для изготовления упаковки известным из патента способом может использоваться только пластиковая пленка с существенной толщиной данной пленки, тогда как в заявленном изобретении защитный слой может наноситься тонким слоем методом экструзионной ламинации. Соответственно экструзионный полив ламинационного слоя по известному способу невозможен, поскольку он противоречит способу формирования упаковки и не обеспечит заложенный принцип герметизации.
Кроме того, в процессе формирования упаковки по известному из патента способу, который собирается путем стыковки между собой смежных стенок конструкции с дальнейшим прижатием нагретой пластиковой пленки существует риск того, что в местах стыковок может образоваться щели между сегментами стенок и на фланце, в которые в процессе вакуумного формования будет попадать разогретая пленка, и произойдет нарушение внутренней поверхности, будут образовываться канавки, которые не будут позволять осуществить плотное соприкосновение барьерной пленки в дальнейшем при последующей запайке контейнера. Соответственно такие щели не обеспечивают полную герметизацию, в связи с тем, что через такие щели может происходить газообмен с внешней средой контейнера.
Из уровня техники также известна упаковка по российскому патенту №2712420 на изобретение, которая представляет собой контейнер с устанавливаемым сверху пластиковым фланцем. Недостатком такой упаковки является то, что упаковка не полностью состоит из картона. В данном случае используется пластиковый фланец, который должен быть дополнительно изготовлен методом литья, что представляет собой дополнительный этап и соответственно приводит к удорожанию, как самого способа производства изделия, так и увеличивает срок производства.
Известен ряд контейнеров, которые могут быть использованы под запайку под модифицированную газовую среду. Однако все имеющиеся такого рода контейнеры выполняются из пластика, поскольку для осуществления герметичной запайки пластиковые контейнеры, как правило, имеют неразрывную внутреннюю поверхность, устойчивую к влаге и жирам, а также имеют гладкий фланец, на который осуществляется припайка пленки. Пластиковые контейнеры изготавливаются путем вакуумной формовки, поскольку пластик способен принимать необходимую форму, в том числе с сохранением гладкой структуры фланца. Известные пластиковые формы под запайку соответственно не являются экологичным вариантом, не способным к биологическому разложению, а также не способны удовлетворить потребителя нуждающегося в более экологичной упаковке.
Недостатками известных картонных контейнеров является сложность в изготовлении и ненадежность в плане герметичности конструкции.
Имеющиеся на рынке варианты конструкций, изготовленных из целлюлозно-бумажного материала, имеют существенные недостатки, а именно: не позволяют сохранить герметичность картонной упаковки под запайку в связи с наличием складок в верхней части конструкции или открытых торцов целлюлозно-бумажного материала и невозможности качественной припайки пленки и создания герметичности внутреннего объема.
Все имеющиеся из уровня техники конструкции из-за тех или иных недостатков, а также без возможности оптимального использования конструкции, не позволяют удовлетворить потребности как производителя, использующего целлюлозно-бумажную упаковку под запайку для изготавливаемой продукции, так и конечного покупателя.
Большинство упаковочных конструкций, которые изготовлены из ламинированного целлюлозно-бумажного материала, имеющие открытый торец материала-основы во внутренней части контейнера, не имеют защиты открытого торца материала-основы в виде элемента, представляющего собой мембрану (перепонку). Включение данного элемента в месте, где у упаковки для устранения недостатка в виде деформации упаковки удаляется часть материала-основы, необходимо для обеспечения непроницаемости газов, жидкостей, жира из упаковки в течение длительного времени, а также не проникновения различного рода бактерий внутрь упаковки.
Некоторые конструкции, доступные из уровня техники, имеют различного размера и вида клапаны, целью которых является соединение боковых стенок конструкций между собой. Такие элементы, как правило, являются частью предварительно вырубленной заготовки и соответственно состоят только из целлюлозно-бумажного материала, из которого делается сама упаковка, а в некоторых случаях и из целлюлозно-бумажного материала с ламинационным слоем.
Тем не менее такие клапаны складываются либо внутрь упаковки, либо на внешнюю часть упаковки, либо формируются путем термомеханической деформации, смятия и взаимного наложения слоев друг на друга.
Однако загибы клапанов на внешнюю или внутреннюю сторону упаковки не создают герметичность всей упаковки.
Принцип термомеханической сборки без удаления избыточной части материала также не обеспечивает герметичность конструкции, поскольку такая упаковка имеет избыточное количество картона в расширяющейся части упаковки и на фланце, что приводит к образованию складок и морщин при деформации материала, что соответственно не может обеспечивать плотное прилегание барьерной пленки к фланцу при дальнейшей запайке контейнеров.
В заявленном изобретении для исключения образования морщин предусмотрено удаления части избыточного материала в месте потенциального образования складок и морщин при деформации материала. Заявленная упаковка формируется путем наложения сегментов боковых стенок друг на друга, при этом образованная свободно лежащая мембрана (перепонка) размещается таким образом, что способствует герметичности и безопасности в месте отсутствия части материала-основы.
Также из уровня техники известен ряд изделий, изготавливающихся из целлюлозно-бумажного материала, которые запаиваются плоской крышкой, состоящей из целлюлозно-бумажного материала, имеющего небольшое прозрачное ламинационное окно. Недостатками таких упаковок является отсутствие возможности полностью просмотреть содержимое контейнера, излишнее использование картонного материала, сложности в откупоривании крышки.
Настоящее изобретение направлено на устранение вышеуказанных недостатков и решает несколько задач:
- позволяет создать упаковку из целлюлозно-бумажного материала с возможностью производить запайку пленкой, и соответственно обладающую полной герметизацией за счет отсутствия деформации материала-основы на фланце в верхней части конструкции, его сглаженной поверхности и наличия мембран (перепонок) в местах сопряжения сегментов боковых стенок и фланца материала-основы;
- сохраняет долгое время пищевой продукт в герметичном состоянии и продлевает срок хранения пищевого продукта;
- создает привлекательный внешней вид из-за отсутствия складок и деформации в верхней части контейнера, а также максимального обзора внутреннего содержания контейнера.
Учитывая, что рассматриваемый целлюлозно-бумажный материал почти не имеет свойств какой-либо значительной пластической деформации, в процессе формирования контейнера под воздействием температуры, емкость упаковки образуется путем сложения, смятия и взаимного наложения слоев друг на друга заранее вырубленной плоской заготовки. Данный процесс выполняется на термоформовочном оборудовании с помощью пуансона и матрицы с предварительным нагревом. Причем, учитывая геометрию получаемых контейнеров и физико-механические свойства материала-основы, при формировании контейнеров на термоформовочном оборудовании верхняя часть емкости подвержена образованию многочисленных складок из-за избыточности материала-основы, приходящейся на верхнюю часть упаковки. Как результат, данная особенность формирования емкостей рассматриваемым способом не позволяет осуществлять герметичную запайку упаковки барьерными пленками, например, под модифицированную газовую среду из-за наличия указанных многочисленных складок и невозможности плотного контакта пленок равномерно по периметру фланца упаковки при запайке.
Для целей устранения складок в верхней части упаковки и на фланце, предназначенном для припайки барьерных пленок, имеются способы, которыми проектируются плоские заготовки, убираются излишки материала-основы с помощью штанцевальной вырубки. При проектировании упаковки убираются излишки материала (сегменты боковых стенок и фланца емкости) преимущественно в угловых частях упаковки в местах сопряжения граней упаковки, а также в прочих местах емкости, где могут собираться излишки материала, образовывая складки. Таким образом, вырезанные излишки боковой стенки упаковки удаляются, а оставшиеся сегменты боковой стенки накладываются друг на друга при сопряжении в процессе формования. Однако данный метод позволяет лишь устранить образование складок в верхней части упаковки и обеспечить более плотное прилегание барьерных пленок при дальнейшей запайке упаковки.
Негативным эффектом данного метода является только устранение складок в верхней части емкости при вырубке сегментов боковых стенок и фланца упаковки, тогда как торцевая часть материала-основы на внутренней части конструкции в местах сопряжения вырубленного материала остается открытой.
Учитывая, что целлюлозно-бумажный материал не может рассматриваться, как материал, способный без дополнительных покрытий продолжительное время препятствовать проникновению жидкостей, жиров и газов, данное открытие торцевой части материала-основы могло бы негативным образом сказываться на герметичности упаковки в случае отсутствия дополнительной герметизации сопряжения сегментов стенок и фланца упаковки, а также при отсутствии изоляции и защиты торца от контакта с внутренним содержимым емкости и модифицированной газовой средой.
Заявленное изобретение решает перечисленные проблемы в связи с тем, что основные недостатки, имеющиеся в описанных применяемых методах устранения недостатков не присущи настоящему изобретению.
Решение технической проблемы осуществляется путем формирования упаковки с увеличенным барьерным свойством для обеспечения полной герметизации конструкции для модифицированной газовой среды за счет защиты торца на внутренней части конструкции и сглаживания сопряжения материала-основы на фланце конструкции в местах соединения боковых стенок путем нахлеста друг на друга, а также внедрения (припайки) мембраны (перепонки) в месте, где удаляется лишняя часть материала-основы для устранения недостатка деформации материала для плотной и равномерной запайки.
Таким образом, к общепринятой методике по устранению недостатка образования морщин в верхней части упаковки, которые образовываются при формировании объемной упаковки, добавляется созданная заявителем технология по герметизации торца и сглаживанию толщины материала двух сопрягаемых слоев материала-основы.
Задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в создании упаковки, лишенной недостатков известных решений из уровня техники.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, достигается путем увеличения барьерных свойств упаковки, изготавливаемой под запайку в модифицированную газовую среду, выполненной из формообразующего материала, за счет изоляции торца материала-основы от непосредственного контакта с ним содержимого упаковки, и герметизации внутренней части емкости.
Также технический результат, на достижение которого направлено настоящее изобретение, заключается в надежности упаковки, увеличении сроков хранения продукта в упаковке и повышение качества всей упаковки в целом.
Дополнительной особенностью является то, что при производстве упаковки используется целлюлозно-бумажная основа, а также защитный материал для внутреннего покрытия.
Технический результат достигается путем поэтапного создания упаковки:
1) проектирование развертки, содержащей перепонку, являющейся частью защитного ламинационного материала;
2) высечка (вырубка) отверстий на каркасном материале, с удалением образованного облоя;
3) крепление сплошного пленочного материала в качестве внутреннего покрытия на целлюлозно-бумажный материал;
4) высечка (вырубка) контура изделия;
5) сборка упаковки на термоформовочном оборудовании.
При проектировании развертки будущей упаковки определяются области образования избыточного материала при формировании упаковки из плоского листа, являющегося каркасным материалом. Также определяются необходимые припуски для наложения и скрепления материала между собой, а также определяется форма и размеры окна для создания свободно лежащего внутреннего покрытия ламинации, часть которой в дальнейшем будет являться мембраной (перепонкой), позволяющей герметизировать сопряжения материала и открытые торцевые участки при последующей сборке упаковки. Далее на плоском листе проектируются места удаления избыточного материала, которые вырезаются из него методом штанцевальной высечки с удалением образованного облоя.
Далее производится крепление защитного ламинационного слоя на поверхность плоского материала вместе с окнами.
При этом крепление ламинационного слоя может производиться двумя методами:
- методом экструзионной ламинации;
- приклейки (кэширования) пленочного материала.
Далее производится повторная высечка готовых заготовок со свободно образованным слоем ламинации (перепонкой), прикрепленным к материалу, в местах сопряжения стенок и фланца. Причем высечка производится как по материалу-основе, покрытому ламинационным слоем, так и по образованным окнам, содержащим только свободно лежащий ламинационный слой, не прикрепленный к материалу-основе. Высечка по образованным окнам производится на расстоянии от материала-основы для создания свободно лежащего участка ламинации (мембраны). Таким образом, создается единый защитный ламинационный слой, переходящий в свободно лежащий участок (мембрану), не имеющим под собой материала и образованным тем же ламинационным слоем, что и основное защитное покрытие.
При использовании описанной технологии в результате создается заготовка изделия, которая содержит мембрану (перепонку), которая с внутренним покрытием изделия представляет собой единый слой, что при дальнейшем термическом формовании упаковки и сопряжении его стенок и фланца обеспечивает изоляцию торца материала со стороны внутренней поверхности упаковки и увеличивает барьерные свойства данной упаковки.
Данный метод подразумевает высечку (вырубку) отверстий в материале, поэтому не дает значительных ограничений по ориентации разверток на материале и позволяет использовать материал с наибольшей эффективностью.
Ограничения: при формировании окна с одной стороной отверстие в основе должно проектироваться с припуском, учитывающим погрешность высекательного оборудования.
При использовании данной технологии при изготовлении упаковки под запайку производится изолирование торца основы целлюлозно-бумажного материала заворотом не прикрепленного к основе ламинационного слоя с последующей сваркой при формовке заготовки в термоформовочном станке.
Полученные преимущества:
- защищенный торец материала основы внутри упаковки и на его фланце;
- гладкий фланец (отсутствие морщин);
- сглаживание толщины материала (наложение) в местах сопряжения с помощью приварки мембраны (перепонки), образованной избыточным ламинационным слоем.
Кроме отсутствия морщин на фланце дополнительным преимуществом изобретения является сглаживание небольшой ступеньки на фланце и внутри контейнера, которая равна толщине материала и возникает вследствие нахлеста материала друг на друга при его сопряжении.
Сглаживание происходит вследствие частичного расплавления перепонки, образованной свободно лежащим ламинационным слоем. Таким образом, происходит сглаживание толщины материала на внутренней поверхности упаковки в месте нахлеста материала, заполнением частично расплавленным ламинационным слоем.
Данное преимущество особенно важно при запайке упаковки для создания герметичного прилегания барьерной пленки для запайки к фланцу упаковки. Также данное преимущество особенно важно при использовании материала со значительной толщиной, в результате чего может образовываться значительная ступенька на фланце, препятствующая плотному прилеганию барьерных пленок для запайки конструкций и, как следствию, сложностям к созданию герметичности и препятствованию обмена внутренней и внешней газовой средой упаковки.
Изобретение поясняется чертежами.
На Фиг. 1 изображена угловая часть упаковки с внешней стороны в собранном состоянии, на которой показан метод герметизации путем нахлеста сопрягающихся частей упаковки и мембраны.
На Фиг. 2 изображен общий вид развертки заготовки с мембраной (перепонкой). Изображение показано с внутренней стороны упаковки, на которую наносится ламинационный слой и которая имеет дополнительный элемент в виде свободнолежащей мембраны (перепонки).
На Фиг. 3 изображен материал-основы с отверстиями, которые образуются путем высечки (вырубки).
На Фиг. 4 изображено расположение контура заготовок на материале.
Вариант формы упаковки (Фиг. 2) выполняется из листовой заготовки, состоящей из целлюлозно-бумажного каркасного материала с ламинационным слоем с одной стороны, соприкасающегося с пищевыми продуктами, с возможностью формирования ее при сборке в объемную емкость по линиям сгиба 2.
На Фиг. 1 изображена часть упаковки в собранном виде, где для соблюдения герметичности всей упаковки мембрана (перепонка) 1, V-образный элемент 3 размещаются между боковыми сегментами упаковки 4 в результате сгиба линий 2. Герметичная запайка под модифицированную газовую среду осуществляется на образованный по краю упаковки фланец 5, на которой производится сглаживание небольшой ступеньки 6 в местах соединения боковых стенок и фланца друг на друга.
На Фиг. 3 показаны отверстия на материале, которые в дальнейшем формируют мембрану (перепонку) 1.
Следует отметить, что настоящее изобретение, которое описывается выше с отсылкой конкретно к приложенным чертежам, не ограничено этими вариантами осуществления, описанными и показанными исключительно для примера, в связи с чем, возможны изменения и модификации, являющиеся очевидными для специалиста в данной области техники, не выходящие за рамки изобретение, как оно раскрывается в приложенной формуле.