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Verfahren zur Herstellung dünner, selbsttragender, biegsamer Filme und danach hergestellter Polyäthylensslm
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung dünner, selbsttragender bieg- samer Filme nach dem Schlauchblasverfahren, wobei filmbildendes Polyäthylen in geschmolzenem Zustand durch eine Ringöffnung ausge- presst und der so gebildete Schlauch in noch plastischem Zustand aufgeblasen wird.
Wegen ihrer chemischen und physikalischen
Eigenschaften werden Polyäthylenfilme weitgehend als Einhüll- und Verpackmaterial ver- wendet. Dank ihrer vorzüglichen Dauerhaftig- keit bei niedrigen Temperaturen eignen sie sich ganz besonders als Schutz- und Verpackungs- material für Nahrungsmittel, wie Geflügel und Fleisch, zur Lagerung in gefrorenem Zustande oder in Kühlhäusern.
Für diese Zwecke muss die Hülle absolut dicht an den zu verpackenden Gegenstand anliegen, so dass praktisch keine Lufttaschen zwischen der Hülle und der Oberfläche des verpackten
Gegenstandes sind. Ein derartig dichtes, haut- artiges Anliegen kann dadurch erreicht werden, dass man das zu verpackende Gut in eine Hülle aus einem in der Wärme schrumpfenden Film einbringt und das Ganze sodann erwärmt. Man kann dies auch durch Einführen des Gutes in eine Hülle erreichen, die aus einem aus- dehnungsfähigen Material mit gänzlicher oder teilweiser elastischer Rückbildung besteht.
In der USA-Patentschrift Nr. 2, 461, 975 ist ein Verfahren zur Herstellung flacher, dünn- wandiger, biegsamer und zusammenlegbarer
Schläuche aus Polyäthylen nach dem Schlauch- blasverfahren beschrieben, die weiteste Verbrei- tung gefunden haben. Nach einer Ausführungs- form dieses Verfahrens wird Polyäthylen in ge- schmolzenem Zustand durch eine ringförmige Öffnung zur Bildung eines nahtlosen Schlauches kontinuierlich ausgepresst, nach Abzug des
Schlauches von der Düse nächst derselben auf ihn ein gasförmiges Kühlmittel geblasen und dann wird der Schlauch, während er sich noch in plastisch formbarem Zustand befindet, durch
Einleitung eines gasförmigen Mediums in sein
Inneres auf den gewünschten Durchmesser auf- geblasen.
Der Schlauch wird von der Düse durch ein Quetschwalzenpaar abgezogen, das ihn auch in flachen Zustand bringt, in dem seine Aufwicklung auf eine Haspel erfolgt. Die Quetschwalzen dienen auch zur Verhinderung des Entweichens des gasförmigen Mediums aus dem Schlauchinneren.
Im Handel erhältliche, nach dem genannten Verfahren hergestellte Polyäthylenfilme zeigen bei plötzlicher Einwirkung einer Temperatur von 100 C erhebliche oder kleine Schrumpfung in der Längs- oder Auspressrichtung, dagegen aber nur eine minimale oder gar keine Schrumpfung in der Querrichtung. Andere im Handel befindliche Filme zeigten ähnliche Schrumpfeigenschaften, ja manchmal dehnten sich solche Filme in der Querrichtung, wenn sie einer plötzlichen Erhitzung auf 100 C ausgesetzt wurden. Weiters zeigten die letzterwähnten Filme bei erheblicher Dehnung in der Querrichtung eine Einschnürung in der Längsrichtung, wodurch das Aussehen leidet.
Die Erfindung bezweckt die Herstellung eines Polyäthylenfilms mit neuen physikalischen Merkmalen und Eigenschaften, vor allem mit gesteuerter Schrumpfung, insbesondere erheblicher, mindestens 25 /o betragender Schrumpfung in beiden Richtungen, bei plötzlicher Erwärmung, ferner mit erheblicher elastischer Erholung nach Dehnung, ohne Einschnürungen bei Dehnung in Längsrichtung aufzuweisen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ausgezeichnet, dass die Auspress-
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und r die Radien der äusseren und der inneren Begrenzung der Auspressdüse sind, K ein Wert
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Ein nach diesem Verfahren hergestellter Film ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine molekulare Struktur aufweist, die in jeder Richtung ein Dehnen des Filmes um 100% ohne Einschnürung zulässt und eine elastische Erholung desselben von mindestens 550/0 des Längenzuwachses bewirkt.
Wie aus der angegebenen Formel ersichtlich,
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muss die Austrittsöffnung mindestens 0, 178 mm betragen, und zur Herstellung des Polyäthylenfilmes mit erheblicher Schrumpfung in beiden Richtungen bei plötzlicher Erwärmung darf K nicht grösser als 0, 046 mm sein. Ist K grösser als 0, 046 mm, dann weist der Film unausgeglichene Schrumpfungseigenschaften auf. Er wird nämlich in der Auspressrichtung erheblich schrumpfen, dagegen in der Querrichtung nicht nur nicht-schrumpfen, sondern selbst eine beträchtliche Dehnung erfahren, sobald er plötzlich erhitzt wird. Bei der bevorzugten Ausführungsform liegt K nicht höher als 0, 030 mm bzw. innerhalb des Bereiches von 0, 0125 bis 0, 025 mm.
Das Aufblasverhältnis von 3, 5 bis 8 gemäss der Formel ist ebenfalls wichtig. Ein Verhältnis ausserhalb dieses Bereiches ergibt einen Film, der keine merkliche Schrumpfung in beiden Richtungen aufweist. Im allgemeinen sind bei einem Aufblasverhältnis unter 3, 5 die Schrumpfeigenschaften unausgeglichen und bei einem Verhältnis über 8 schrumpft der Film kaum in einer der beiden Richtungen.
Jedes einen Film bildende Polyäthylen, das in geschmolzenem Zustande zu einem selbsttragenden, dünnen Film ausgepresst werden kann, ist verwendbar. Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 8, 5 oder weniger, wurden mit Erfolg verwendet. Filmbildende Polyäthylene mit einem'Schmelzindex zwischen 0, 5 und 2, 5 werden bevorzugt. Die Bestimmung des Schmelzindex erfolgt nach der Methode gemäss ASTM-D-1238-52T. Dieser Wert ist definiert als die Ausflussmenge in g des geschmolzenen Kunststoffes pro 10 Min. durch eine Öffnung von 2, 1 mm Durchmesser und einer Länge von 8, 0 mm bei 1900 C unter einem Druck von 3, 04 kg/cm2.
Zur Herstellung von Polyäthylenfilmen, die sowohl in der Auspress- als auch in der Querrichtung erheblich schrumpfen, sobald sie plötzlich Temperaturen von 99 bis 1000 C ausgesetzt werden, soll die Masse eine Dichte vorzugsweise unter 0, 9230, etwa zwischen 0, 9130 bis 0, 9230 aufweisen. Es wurde einerseits festgestellt, dass ein erfindungsgemässer, aus Poly- äthylen mit einer Dichte unter 0, 9165 hergestellter Film in beiden Richtungen in grösserem Ausmasse schrumpft, wenn er plötzlich Temperaturen über 100 C, etwa von 105 und 1080 C ausgesetzt wird, als bei Erhitzung auf bloss 1000 C.
Es wurde anderseits auch festgestellt, dass ein erfindungsgemäss aus Polyäthylen einer Dichte von 0, 9165 bis 0, 9230 hergestellter, bei plötzlicher Erhitzung auf 99-100 C keine Schrumpfung zeigender Film in beiden Richtungen dann erheblich schrumpft, wenn er einer Temperatur über 1000 C, beispielsweise einer Temperatur von 1050 C und 1080 C unterworfen wird. Im allgemeinen gilt, dass die Schrumpfung um so grösser wird, je höher die Erhitzungstemperatur ist.
Die Temperatur der Düse muss unter jener liegen, bei welcher sich Polyäthylen zersetzt ; sie kann innerhalb weiter Grenzen schwanken. Temperaturen zwischen 1320 C und 2600 C können verwendet werden. Gute Resultate wurden mit Temperaturen zwischen 132 C und 200 C erzielt.
Solange nur die Hitze zwecks Hervorrufung des Schrumpfens plötzlich zur Anwendung kommt, sind die hiefür verwendeten Verfahren oder Einrichtungen ohne Bedeutung. Beispielsweise kann das Erhitzen durch plötzliches Untertauchen des Filmes unter ein flüssiges, auf die gewünschte Temperatur erhitztes und auf ihr erhaltenes Medium erreicht werden. Anderenfalls kann diese Erhitzung auch durch Verwendung von heisser Luft oder Dampf erzielt werden.
Jedes flüssige Medium, welches den Film nicht schädigt und auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden kann, ist verwendbar. Wenn der Inhalt der Packung ein Nahrungsmittel ist, soll auch das flüssige Medium zweckmässigerweise nicht giftig sein. Kochendes Wasser, Propylenglykol, Glycerin, Glycerinwasser von 100 C, sind Beispiele für flüssige Medien zum Schrumpfen des Films bei 990 C-100 C. Für die Schrumpfung des Films bei über 100 C werden flüssige Medien bevorzugt, deren Siedepunkte auf gleicher Höhe oder über der gewünschten Schrumpftemperatur liegen. Die nachfolgenden, als Beispiele angeführten und auf den nachstehenden angegebenen Temperaturen über 100 C gehaltenen, flüssigen Medien sind zum Schrumpfen von erfindungsgemässen Polyäthylenfilmen verwendet worden.
Zusammensetzung der Flüssigkeit Temp. 0 C Gesättigte, wässerige Koch- salzlösung 105 Gesättigte, wässerige Koch- salzlösung 108 (Siedepunkt) 9sono Maissirup, 5% Wasser 106 (Siedepunkt) 80% Propylenglykol, 20% Wasser 105 80 /o Glyzerin, 20 /o Wasser 105 60 /o Propylenglykol, 40% Wasser 102 60 /o Glyzerin, 40% Wasser 105 Gesättigte, wässerige
Natriumacetatlösung 105 Tetraäthylenglykol 105
Einzelheiten und Durchführungsweisen der Erfindung sind den folgenden Beispielen zu entnehmen, die aber nicht einschränkend gelten.
Nach dem Schlauchblasverfahren unter den in nachfolgender Tabelle ersichtlichen Verhältnissen hergestellte Polyäthylenfilme zeigten die angegebenen Schrumpfmerkmale.
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In dieser Tabelle bedeuten : a... Sehmelzindex b...Dichte (g/cm3)*) c... Blasverhältnis d... Düsenöffnung (mm) e... K (mm) f... Temp. 0 C g... Walzengeschwindigkeit Im/min) / :... Dicke (mm) i Schrumpfung bei 99-100 C AR j ... " " " .
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<tb> a <SEP> b <SEP> c <SEP> d <SEP> e/ <SEP> A <SEP> ! <SEP> y <SEP> A <SEP> m <SEP> n
<tb> 2, <SEP> 29 <SEP> 0, <SEP> 9150 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 600 <SEP> 0, <SEP> 0375 <SEP> 163 <SEP> 6, <SEP> 00 <SEP> 0, <SEP> 050 <SEP> 41 <SEP> 18 <SEP> 50 <SEP> 30 <SEP> 54 <SEP> 31
<tb> 2, <SEP> 29 <SEP> 0, <SEP> 9150 <SEP> 6, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 600 <SEP> 0, <SEP> 0167 <SEP> 163 <SEP> 3, <SEP> 75 <SEP> 0, <SEP> 050 <SEP> 35 <SEP> 28'44 <SEP> 33 <SEP> 46 <SEP> 34
<tb> 2, <SEP> 29 <SEP> 0, <SEP> 9150 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 600 <SEP> 0, <SEP> 0375 <SEP> 200 <SEP> 6, <SEP> 00 <SEP> 0, <SEP> 050 <SEP> 35 <SEP> 25 <SEP> 46 <SEP> 32 <SEP> 45 <SEP> 31
<tb> 1, <SEP> 74 <SEP> 0, <SEP> 9184 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 625 <SEP> 0, <SEP> 0207 <SEP> 132 <SEP> 6, <SEP> 15 <SEP> 0, <SEP> 047 <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> 25 <SEP> 22 <SEP> 50 <SEP> 53
<tb> 2,
<SEP> 06 <SEP> 0, <SEP> 9220 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 625 <SEP> 0, <SEP> 0207 <SEP> 135 <SEP> 4, <SEP> 05 <SEP> 0, <SEP> 050 <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 11 <SEP> 8 <SEP> 58 <SEP> 50
<tb> 3, <SEP> 49 <SEP> 0, <SEP> 9173 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 625 <SEP> 0, <SEP> 0207 <SEP> 175 <SEP> 4, <SEP> 20 <SEP> 0, <SEP> 050 <SEP> 50 <SEP> 10 <SEP> - <SEP> - <SEP> 50 <SEP> 60 <SEP>
<tb> 0, <SEP> 98 <SEP> 0, <SEP> 9184 <SEP> 5, <SEP> 5 <SEP> 0, <SEP> 625 <SEP> 0, <SEP> 0207 <SEP> 132 <SEP> 5, <SEP> 55 <SEP> 0, <SEP> 045 <SEP> 0 <SEP> 3--50 <SEP> 50
<tb> 2,29 <SEP> 0,9150 <SEP> 7,0 <SEP> 0,650 <SEP> 0,0207 <SEP> 200 <SEP> 4,80 <SEP> 0,055 <SEP> 28 <SEP> 29--48 <SEP> 43
<tb> 2, <SEP> 29 <SEP> 0, <SEP> 9150 <SEP> 8, <SEP> 0 <SEP> 0, <SEP> 350 <SEP> 0, <SEP> 0055 <SEP> 200 <SEP> 3, <SEP> 60 <SEP> 0,
<SEP> 055 <SEP> 21 <SEP> 27--37 <SEP> 39
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Die Schrumpfung wurde nach folgender Me- thode festgestellt :
Ein Filmstück wird in einer Grösse von 112, 5 mm auf 12 mm geschnitten, wobei die grössere Abmessung parallel zur Auspressrichtung ist. Ein Gewicht von 0, 5 bis 1, 0 g wird an einem Ende des Stückes angeklemmt und letz- teres in einer Entfernung von 100 mm vom freien Rand mit einer Marke versehen. Das
Musterstück wird dann am freien Ende kurz- zeitig so festgehalten, dass das belastete untere
Ende etwa 150 mm über der Oberfläche eines bewegten Flüssigkeitsbades liegt, das auf der in
Frage kommenden Temperatur gehalten ist.
Das Muster wird dann frei fallen gelassen.
Etwa 150 mm unter der Badoberfläche ist ein
Sieb angebracht, das das Muster wieder her- ausnehmen lässt, das 5 sec untergetaucht ver- bleiben soll. Der Prozentsatz der Schrumpfung in der Auspressrichtung wird dann durch Ab- messung der Strecke zwischen Marke und freiem Ende des Musterstückes bestimmt.
Die Probe wird mit einem gleichen, jedoch in der Querrichtung geschnittenen Muster wie- derholt, um die Querschrumpfung festzustellen.
Eine Dehnung wird als negative Schrumpfung bezeichnet.
Der erfindungsgemässe Film hat eine Dehn- barkeit von mindestens 100% in jeder Rich- tung und eine elastische Erholung von minde- stens 55% des Längszuwachses, manchmal auch 75% oder mehr. Während der Dehnung zeigt der Film keine Einschnürung und deren Fehlen ergibt eine gleichmässige Dehnung.
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Schrumpfungm... Schrumpfung bei 108 C AR n...,, QR
Die Dichten sind bei 25 C nach einem 48stündigen Altern im Ofen bei 60 C gemessen und hinsichtlich Luftauftrieb korrigiert worden.
AR = Auspressrichtung,
QR = Querrichtung, - = keine Messung.
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Bei jener Ausführung, bei welcher der Film infolge seiner Elastizität eine dichte Hülle bil- den soll, wird der Umfang des Sackes kleiner gewählt als jener des darin zu verpackenden
Gutes. Der Umfang des Sackes wird durch
Dehnung vergrössert, so dass das Gut eingeführt werden kann. Gewünschtenfalls kann diese
Dehnung durch Einwirkung von Unterdruck auf die Aussenwandung des Sackes bewerk- stelligt werden. Nach erfolgtem Einbringen des
Gutes wird der Unterdruck aufgehoben und der Sack wird sich der Gutsoberfläche anschmiegen.
Es kann der Umfang des Sackes aber auch durch Einwirkung einer Dehnkraft auf die Sackinnenseite vergrössert werden. Nach Einbringen des Gutes wird diese Kraft aufgehoben. Gewünschtenfalls kann das offene Ende des Sackes auf einen Fülltrichter aufgezogen werden, durch welchen hin'durch das Gut eingeführt wird. Bei dieser Ausführung wird der Trichter das zugehörige Sackende aufweiten, damit das Gut bequem eingefüllt werden kann.
Durch fortgesetzte Bewegung des Gutes im Sack wird dieser gestreckt und zum innigen Anpassen an dieses gebracht.
Enthält die nach einer der vorbeschriebenen Methoden erhaltene Packung ein Gut, etwa ein Nahrungsmittel, das zur Konservierung einer Kühlung bedarf, dann wird der Pack unter Kühlung gehalten. Ist das Gut Fleisch, Geflügel od. dgl., das in gefrorenem Zustand aufzubewahren ist, so wird der Pach einem raschen Gefrierverfahren unterzogen, wodurch das Gut friert, worauf der Pack entsprechend gelagert wird.
Die Erfindung ist besonders für die Herstellung kontinuierlicher Filme in Gestalt dünnwandiger, flacher Schläuche geeignet. Wenn auch gemäss dem angeführten Beispiel Schläuche mit einer Wanddicke von 0, 040 bis 0, 055mm hergestellt wurden, können auch Schläuche mit
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wonnen werden.
Ist ein Film in Gestalt eine Blattes gewünscht, das die vorerwähnten Eigenschaften zeigt, dann wird der Schlauch in der Längsrichtung aufgeschlitzt. Falls gewünscht, kann ein geschlitzter Film in einen Schlauch oder einen Sack mit Naht umgewandelt werden, der als eine schrumpf- und ausdehnungsfähige Hülle für Verpackungszwecke verwendet werden kann.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Herstellung dünner, selbsttragender biegsamer Filme nach dem Schlauchblasverfahren, wobei filmbildendes Polyäthylen in geschmolzenem Zustand durch eine Ring- öffnung ausgepresst und der so gebildete Schlauch in noch plastischem Zustand aufgeblasen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Auspress-
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