Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Folienbahn mit Schichten aus thermoplastischem Kunststoff für die Verpackung von Nahrungsmitteln sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Sie behandelt das Problem der Geruchfreiheit solcher Verpackungsfolien, die mit Nahrungsmitteln in Berührung gelangen.
Dieses Problem wurde in dem Aufsatz Extrusion Coating and Adhesive Lamination for Packaging Materials behandelt, erschienen im Oktoberheft 1972 von Plastics Design and Process-Ing. Hierin wurde darauf hingewiesen, dass der Geruch von Polyäthylen für die Verpackung von Nahrungsmitteln nicht tragbar ist und dass es schwierig sei, diesen Geruch unschädlich zu machen.
Die Erfindung geht von der Feststellung aus, dass der Geruch von extrudierten Filmbahnen dann auftritt, wenn die Schmelze auf eine Temperatur erhitzt wurde, bei der der Kunstharz oxydiert. Gleichzeitig erhält die Filmbahn dabei aber eine gute Haft- und Klebefähigkeit, die sie dafür geeignet macht, mit einer anderen Filmbahn verbunden zu werden.
Auch fördert eine hohe Erhitzung die Fliessfähigkeit des Materials, was gerade beim Extrudieren dünner Filmbahnen erwünscht ist.
In Lösung der Aufgabe, bei der Herstellung einer mehrschichtigen Folienbahn mit Schichten aus thermoplastischem Kunststoff für die Verpackung von Nahrungsmitteln den einer Filmbahn anhaftende Geruch unschädlich zu machen, wird gemäss der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, in dem ein erhitzter Schmelzfluss des Kunststoffes in zwei Einzelströme aufgeteilt wird, der eine Einzelstrom so hoch erhitzt wird, dass der Kunststoff oxydiert, um gute Fliess- und Klebeeigenschaften zu erhalten, während der andere Einzelstrom auf eine Temperatur erhitzt wird, die unter der Oxydationstemperatur des Kunststoffes liegt, wonach aus den beiden Einzelströmen zwei benachbarte Einzelfolienbahnen extruder und zusammengeführt werden, und dass die auf die höhere Temperatur erhitzte,
klebefähige Bahn an ihrer freien Oberfläche mit einer den Geruch des Kunststoffes zurückhaltenden Deckbahn belegt wird.
Die mit dem Geruch behaftete Filmbahn wird somit beiderseits mit geruchfreien Bahnen belegt, und zwar einerseits mit einer aus dem gleichen Kunststoff hergestellten, aber unter dem Oxydationspunkt erhitzten Filmbahn, und anderseits mit einer Deckbahn, die vorzugsweise aus Papier besteht.
Es ist zu empfehlen, die beiden Filmbahnen nach dem Extrudieren zusammen mit der Deckbahn unter Druck zusammenzufügen, wobei die beiden Filmbahnen miteinander verschweisst werden und die Festigkeit des Verpackungsmittels erhöht wird. Zweckmässig ist es ferner, beim Zusammenfügen der Filmbahnen zu kühlen, um das hocherhitzte Material abzuschrecken.
Der hoch zu erhitzende Einzelstrom des Schmelzflusses wird zweckmässig auf eine Temperatur von ca. 340 C, vorzugsweise zwischen 325 und 340 C, erhitzt, wogegen der andere Einzelstrom auf ca. 300"C, vorzugsweise zwischen 270 und 300 C, erhitzt wird, insbesondere dann, wenn beide Filmbahnen aus Polyäthylen hergestellt werden.
Die Erfindung besteht auch aus einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei zum Stand der Technik zu erwähnen ist, dass einige appartive Einzelheiten an sich bekannt sind. So ist in der Zeitschrift TAPPI vom 4. April 1972 auf Seite 548 eine Doppelschlitz-Düse mit einem Düsenkopf zur unterschiedlichen Erhitzung des Kunststoffes beschrie ben, wobei die Steuerung der Schmelztemperaturen behandelt werden. Das Aufteilen eines Schmelzflusses und das getrennte Extrudieren zeigen ferner die US-PSn 3 416 190, 3 797 987 und 3 664796. Einrichtungen zum Teilen von Strömen zeigen die US-PSn 3 405 425 und 2 952 873. Dosierventile für Kunststoffe sind in den US-PSn 3 307 217 und 3 761 211 beschrieben.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einer einzigen Extrudiermaschine ist gekennzeichnet durch a) einen Stromaufteiler im Schmelzfluss des erhitzten und plastifizierten Kunststoffmaterials, b) rohrförmige Anschlussstücke im Anschluss an den Stromaufteiler, c) einen Doppelschlitz-Düsenkopf mit zwei Schmelzkammern, in die die rohrförmigen Anschlussstücke einmünden und aus denen je eine Folienbahn extrudierbar ist, so dass die Bahnen nebeneinanderliegen, d) unabhängig voneinander regelbare Heizvorrichtungen hinter dem Stromaufteiler zur Erhitzung eines Einzelstromes der Schmelze über deren Oxydationstemperatur und des anderen Einzelstromes bis unter diese Temperatur, und e) Mittel zum Vereinigen der beiden Bahnen und zum Heranführen sowie Aufbringen einer Deckbahn auf die freie Oberfläche derjenigen Bahn, deren Einzelstrom auf über die Oxydationstemperatur erhitzt wurde.
In Weiterbildung der erfindungsgemässen Vorrichtung werden die rohrförmigen Anschlussstücke hinter dem Stromaufteiler zweckmässig mit Heizvorrichtungen und Thermoelementen zur Überwachung der Schmelztemperaturen versehen. Dabei wird das rohrförmige Anschlussstück, das dem über die Oxydationstemperatur erhitzten Einzelstrom zugeordnet ist, in seinem beheizten Bereich zweckmässig schleifenförmig verlängert, um die der Erhitzung ausgesetzte Wegstrecke zu verlängern. Auch der Einsatz bekannter Mischvorrichtungen in die rohrförmigen Anschlussstücke, die das Material auf gewundenen Wegen umlenken und stets wieder neu mit den heissen Wandungen in Berührung bringen, fördert die Heranführung der Heiztemperaturen.
Zur Aufrechterhaltung der verschiedenen Schmelztempera- turen erhält zweckmässig jede Schmelzkammer des Düsenkopfes eine Heizvorrichtung.
Zum Zusammenfügen der beiden Filmbahnen und der Deckbahn dienen zwei Druckwalzen, von denen die Walze, die die unter die Oxydationstemperatur erhitzte Filmbahn berührt, gekühlt ist.
Zur Einstellung des Schmelzflusses und der aufgeteilten Einzelströme ist dem Stromaufteiler ein Dosierventil vorgeordnet; der Stromaufteiler ist zum graduell unterschiedlichen Aufteilen des Schmelzflusses eingerichtet. Weitere Einzelheiten des Stromaufteilers sind in den Unteransprüchen 16 bis 18 und anhand der Zeichnung erläutert.
In der Zeichung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Gesamtanlage,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Stromaufteiler und die rohrförmigen Anschlussstücke,
Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 2,
Fig. 4 eine Seitenansicht des Stromaufteilers mit Schnitt durch eine Stellwelle,
Fig. 5 eine teilweise Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Einzelstrom im Heizbereich schleifenförmig umgeführt wird, und
Fig. 6 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 5 etwa entsprechend Fig. 2.
Die in Fig. 1 dargestellte Gesamtanlage besteht aus einer einzigen Extrudiermaschine 11 zum Plastifizieren des thermoplastischen Kunststoffes beispielsweise durch eine Druckschnecke, einem Dosierventil 12 mit Handrad 23 zum Einstellen des einzigen Schmelzflusses, einem Stromaufteiler 13 zum Aufteilen des Schmelzflusses in zwei gleichmässige Einzelströme unter Umlenkung der Ströme und einem Doppelschlitz-Düsenkopf 15 mit zwei beheizbaren Schmelzkammern (nicht dargestellt), aus denen dicht nebeneinanderliegend zwei Filmbahnen 18 und 19 extrudiert werden. Die beiden Filmbahnen werden ausserhalb des Düsenkopfes zwischen zwei Walzen mit einer über die Walze 17 herangeführten Deckbahn 16 aus Papier zusammengefügt, wobei die andere Walze 20 eine Kühlwalze ist.
Somit wird die Filmbahn 18, deren Einzelstrom auf über die Oxydationstemperatur des Kunstharzes erhitzt wurde und deshalb zwar gut klebe- und fliessfähig, aber auch mit unerwünschtem Geruch behaftet ist, allein durch den Spaltdruck zwischen den Walzen 17 und 20 zwischen die geruchsfreien Bahnen 19 und 16 eingebettet, so dass die Bahn 18 ihren Geruch nicht mehr abgeben kann. Der Einzelstrom der Filmbahn 19 wurde nicht so hoch erhitzt, damit der Kunstharz oxydieren konnte, und ist deshalb geruch frei.
In der Extrudiermaschine 11 wird der Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen, mit einer Temperatur unterhalb der Oxydationstemperatur des Kunstharzes von ca. 300"zu einem gut und gleichmässig fliessenden Strom erhitzt. Der Schmelzfluss führt dann durch das Dosierventil 12, das einige nicht dargestellte Umlenkblenden enthält, in abgemessener Zeitmenge durch einen Auslassstutzen 21 in einen Einlassstutzen 22 am Stromaufteiler 13.
Das Dosierventil 12 braucht nicht näher beschrieben zu werden, da es als an sich bekannt ausgewiesen wurde.
Der in Fig. 2, 3 und 4 dargestellte Stromaufteiler 13 besteht aus einem zweiteiligen Ventilkörper 25, dessen Teile in üblicher Weise miteinander verbunden werden. Die gegen überliegenden Teile des Ventilkörpers 25 haben fluchtende Ausnehmungen 26, die gegeneinander gerichtet sind und eine Aufnahme für einen Mittelblock 27 bilden, der in der Aufnahme verspannt und abgedichtet wird. Der Mittelblock 27 hat T-Form mit einem Innengewinde 29, in den der Einlassstutzen 22 eingeschraubt ist, der eine innere Durchgangsbohrung 30 hat, die rechtwinkelig in eine Querbohrung 31 des Mittelblockes grösseren Durchmessers einmündet. Die Querbohrung 31 setzt sich beidenends in miteinander fluchtenden Durchgängen 32 und 33 des Ventilkörpers 25 fort.
Der Einlassstutzen 22 trägt einen Ringflansch 35, an dem ein Überwurfflansch 36 Anschlag findet, der mit mehreren Durchgangslöchern 37 für Schraubenbolzen 39 versehen ist, die mit dem Auslassstutzen 21 des Dosierventils 12 verschraubt sind. Über Muttern 40 (Fig. 4) kann der Ringflansch 35 unter Abdichtung gegen den Auslassstutzen gezogen werden.
In dem vorzugsweise zylindrisch ausgeführten Mittelblock 27 ist ein spitzwinkeliger Flussteiler 41 beweglich geführt. Wie Fig. 2 und 3 zeigen, hat dieser Flussteiler gegenüberliegend geneigte Teilflächen 42 und 43, die zu einem Scheitel 44 hin konvergieren. Über eine Stellwelle 45 kann der Scheitel 44 in die Mittellinie der Durchgangsbohrung 30 gestellt werden, um den eintretenden Schmelzfluss in zwei gleiche Einzelströme aufzuteilen, die in die Durchgänge 32 und 33 führen.
Der in der Querbohrung 31 gleitend geführte Flussteiler 41 ist an seiner geneigten Teilfläche 43 mit der Stellwelle 45 verbunden, beispielsweise verschweisst. Die Stellwelle erstreckt sich durch den Durchgang 33 und einen Teil des Ventilkörpers 25 hindurch nach aussen und wird dort in einer Lagerhülse 46 abgestützt. Diese Lagerhülse hat einen Anschlussflansch 47, über den sie mittels Schrauben 48 gegen den Ventilkörper 25 gezogen werden kann, wie auch Fig. 4 zeigt. Am anderen Ende trägt die Lagerhülse 46 einen Flansch 49, der eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Flansches 50 einer mit Innengewinde versehenen Stellmutter 51 hat. Diese Stellmutter 51 ist mit ihrem Innengewinde auf dem Gewindeteil 52 der Stellwelle 45 aufgeschraubt und hat ausserdem ein Aussengewinde, auf dem ein Handrad 53 sitzt. Das Handrad 53 ist über Madenschrauben 55 mit der Stellmutter 51 drehfest verbunden.
Die Lagerhülse 46 ist mit einer Keilnut 56 versehen, in die ein Federkeil 57 eingesetzt ist, der in die Stellwelle 45 eingreift und deren Mitdrehen beim Betätigen des Handrades 53 mit der Stellmutter 51 verhindert, so dass die Stellwelle geradlinig bewegt wird, um über den Flussteiler 41 die richtige Aufteilung des Schmelzflusses in die beiden Durchgänge 32 und 33 einzustellen. An den Flansch 49 ist ein Haltering 58 angeschraubt, der mit der Aussenfläche des Flansches 50 zusammenarbeitet und diesen Flansch zusammen mit der Stellmutter 51 an einem Mitwandern der Stellwelle 45 bei deren geradliniger Bewegung hindert.
Der Haltering 58 kann über Schrauben 58a derart mit dem Flansch 49 verbunden werden, dass eine nach innen gerichtete Bewegung des Halteringes relativ zum Flansch 49 begrenzt wird, ohne dass der Haltering mit dem Flansch 50 verspannt wird, höchstens so viel, dass die Drehbewegung der Flansche schwergängig ist.
Die Durchgänge 32 und 33 sind ellenbogenartig gekrümmt und öffnen rechtwinkelig zum Durchgang 31 im Mittelblock 27. Sie führen die Einzelströme der Schmelze durch rechtwinkelig abgekröpfte verengte Durchgänge 59 und 60 in Zwi schenstücken 61 und 62, die nach Fig. 4 mittels Kopfschrauben mit dem Ventilkörper 25 verbunden sind. In die Zwischenstücke 61, 62 sind rohrförmige Anschlussstücke 63 und 65 eingeschraubt, die parallel zueinander abwärts verlaufen und an den unteren Enden Ringschultern 66 tragen, an denen Überwurfflansche 67.zum Festziehen der rohrförmigen An- schlussstücke 63, 65 gegen die Einlassöffnungen des Düsenkopfes 15 anschlagen.
Die rohrförmigen Anschlussstücke 63, 65 können von unabhängig voneinander beheizten Heizvorrichtungen 70 und 71 umgeben sein, die elektrische Widerstandselemente sein können und dazu dienen, in jedem Einzelstrom eine vorgegebene Temperatur einzustellen und aufrechtzuerhalten. Die Heizvorrichtungen müssen nicht unbedingt im Sinne des erfindungsgemässen Verfahrens bereits die unterschiedlichen Temperaturen in den beiden Einzelströmen erzeugen; dies kann den beiden Heizvorrichtungen 72 und 73 zu beiden Seiten der Schmelzkammern des Düsenkopfes 15 überlassen werden (Fig. 1), von denen die Heizvorrichtung 72 die hohe und die Heizvorrichtung 73 die niedrigere Erhitzungstemperatur einstellt.
Die gegenüberliegenden Enden des zweiteiligen Ventilkörpers 25 können durch Widerstandsheizer 75 geschlossen werden, die über Kopfschrauben 76 befestigt werden (Fig. 4).
In die Zwischenstücke 61, 62 können Thermoelemente 77 eingesetzt werden, um die Temperaturen in den Heizvorrichtungen 70, 71 und 75 und im Inneren des Stromaufteilers 13 zu überwachen.
Die rohrförmigen Anschlussstücke 63 und 65 enthalten eingesetzte Mischvorrichtungen 79, die die Schmelze bei ihrem Eintritt in den Düsenkopf 15 auf gewundenen Wegen durcharbeiten. Diese Mischeinsätze sind an sich bekannt und haben Quetschflächen 80, die die Schmelzströme bearbeiten, bevor sie gleichmässig in und durch den Düsenkopf 15 gelangen.
Die Mischeinsätze 79 können eingeschrumpfte oder sonstwie mit den rohrförmigen Anschlussstücken 63, 65 verbunden und über Dichtungsringe 82 an die Einlassöffnungen des Düsenkopfes 15 angeschlossen sein, die jeweils mit einer Schmelzkammer kommunizieren.
Der Doppelschlitz-Düsenkopf mit zwei Schmelzkammern kann demjenigen entsprechen, wie er in der US-Patentanmeldung 316 863 vom 20. Dez. 1972 beschrieben ist. Im Gegensatz hierzu ist jedoch anstelle der stirnseitigen Einspeisung für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eine Einspeisung von oben her zu empfehlen, da nur zwei Schmelzkammern erforderlich sind.
Der Düsenkopf 15 und die Heizvorrichtungen 72, 73, die sich zu beiden Seiten je einer nicht dargestellten Schmelzkammer erstrecken, sind so angeordnet, dass in einer der Schmelzkammern eine Temperatur zwischen 270 und 300"C aufrechterhalten wird, die unterhalb der Oxydationstemperatur des thermoplastischen Kunststoffes liegt, wogegen in der anderen Schmelzkammer eine über der Oxydationstemperatur liegende Temperatur zwischen 325 und 3400C aufrechterhalten wird. In Fig. 1 ist die Heizvorrichtung 72 diejenige, die einen Einzelstrom auf über Oxydationstemperatur erhitzt, so dass die Filmbahn 18 gute Fliess- und Klebeeigenschaften hat, um mit der Filmbahn 19 zusammengefügt zu werden.
Die Heizvorrichtungen 72 und 73 werden von einzelnen nicht dargestellten Thermoelementen temperaturmässig überwacht, um an beiden Filmbahnen 18 und 19 gute Klebeeigenschaften einzustellen, jedoch darf nur die Filmbahn 18 mit Geruch behaftet sein, der von der Filmbahn selbst niemals wegzubringen ist. Daher wird die Filmbahn 18 zwischen zwei geruchfreie Bahnen 19 und 16 eingeschlossen. Auch wird durch die beiderseitige Abdeckung der Filmbahn 18 erreicht, dass Beschädigungen und Stiftlöcher am fertigen Verpackungs- material abgedeckt sind.
Als thermoplastischer Kunststoff wird üblicherweise Poly äthylen verwendet, jedoch kann auch Polypropylen oder anderes Material, wie z. B. modifiziertes Polyäthylen, Ionomere oder andere Polymere, eingesetzt werden.
Die Deckbahn 16 ist zweckmässig trockenes Papier, das sich nicht verwirft, jedoch kann sie auch aus einer extrudierten Filmbahn bestehen, die auf die Temperatur der Filmbahn 19 erhitzt wurde. Die Deckbahn kann von einem besonderen Düsenkopf geliefert werden, so dass eine mehrschichtige Verpackungsfolie erzeugt wird, die nur aus Kunstoff besteht.
In der Ausführungsform nach Fig. 5 und 6 wird die gleiche Extrudiermaschine mit dem Dosierventil und dem Doppelschlitz-Düsenkopf benutzt wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4. Es sind daher für diese Teile in Fig. 5 und 6 die gleichen Bezugsziffern eingesetzt worden wie für gleiche Teile in Fig. 1 bis 4.
In Fig. 5 und 6 ist für den hoch zu erhitzenden Einzelstrom eine ausladende Heiz-Wärmetauschvorrichtung 85 vorgesehen, die einen mehr schleifenförmigen Weg für den Hochtemperatur-Einzelstrom bildet, als es beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 bis 4 der Fall ist, um eine grössere und zeitlich längere Berührung zwischen dem Material und den Heizflächen einzustellen und um so eine grössere Wärmemenge zum Erweichen des Materials in dieses einzuführen. Der Wärmeaustauscher 85 hat Blockform und ersetzt quasi das rohrförmige Anschlussstück 63 im Anschluss an den Ventilkörper 25 nach Fig. 1 bis 4. Er erstreckt sich seitlich zum Stromaufteiler 13 und hat einen senkrechten Durchgang 87, der mit dem Durchgang 32 im Stromaufteiler 13 kommuniziert und im rechten Winkel in einen schleifenförmigen Durchgang 88 übergeht.
Dieser sich seitlich erstreckende Durchgang 88 geht über in einen parallenen Durchgang, der über eine rechtwinklige Abkrümmung 89 in ein kurzes rohrförmiges Anschlussstück 90 einmündet, das in den Körper 86 eingeschraubt ist. Über einen Überwurfflansch 91 wird das Anschlussstück 90 ähnlich wie das Anschlussstück 63 nach Fig. 2 mit dem Düsenkopf 15 verbunden.
Englang einer jeden Seite des Wärmeaustauschers 85 erstrecken sich Widerstand-Heizvorrichtungen 92, die über Schrauben 93 mit Federringen 95 festgelegt sind. Über Stromanschlüsse 96 wird die elektrische Energie zugeführt. Weitere Stromanschlüsse 97 sind für die stirnseitigen Heizvorrichtungen vorgesehen. In die ger#d1:nigen Durchgänge 88 erstrecken sich je ein Thermoelement 99 und 100 zur Temperaturüberwachung, die zugleich aneinandergereihte Mischeinsätze 101 abstützen. Jeder Mischeinsatz hat eine spitz zulaufende vordere Partie und ein flügelartiges Schwanzende, die ineinandergreifen. Sie sind ferner mit seitlichen Furchen versehen, durch die das Material hindurchgezwängt wird, wodurch eine intensive Durchknetung des Materials und damit ein verbesserter Wärmeübergang erfolgt.
The invention relates to a method for producing a multilayer film web with layers of thermoplastic material for the packaging of foodstuffs, and to a device for carrying out the method.
It deals with the problem of the absence of odors in such packaging films which come into contact with food.
This problem was dealt with in the article Extrusion Coating and Adhesive Lamination for Packaging Materials, published in October 1972 by Plastics Design and Process-Ing. It was pointed out here that the odor of polyethylene is unsustainable for food packaging and that it is difficult to neutralize this odor.
The invention is based on the finding that the odor of extruded film webs occurs when the melt has been heated to a temperature at which the synthetic resin oxidizes. At the same time, however, the film web is given good adhesion and gluing properties, which makes it suitable for being connected to another film web.
A high level of heating also promotes the flowability of the material, which is particularly desirable when extruding thin film webs.
In order to solve the problem of making the odor adhering to a film web harmless in the production of a multilayer film web with layers of thermoplastic for the packaging of foodstuffs, a method is proposed according to the invention in which a heated melt flow of the plastic is divided into two individual streams , one single stream is heated so high that the plastic oxidizes in order to obtain good flow and adhesive properties, while the other individual stream is heated to a temperature below the oxidation temperature of the plastic, after which two adjacent individual film webs are extruded from the two individual streams and are brought together, and that the heated to the higher temperature,
adhesive sheet is covered on its free surface with a cover sheet that retains the odor of the plastic.
The odor-affected film web is thus covered on both sides with odorless webs, on the one hand with a film web made of the same plastic but heated below the oxidation point, and on the other hand with a cover web, which is preferably made of paper.
It is recommended, after extrusion, to join the two film webs together with the cover web under pressure, the two film webs being welded together and the strength of the packaging material being increased. It is also useful to cool when joining the film webs in order to quench the highly heated material.
The individual stream of the melt flow to be heated to a high temperature is expediently heated to a temperature of approx. 340 ° C., preferably between 325 and 340 ° C., whereas the other individual stream is heated to approx. 300 ° C., preferably between 270 and 300 ° C., in particular then when both sheets of film are made of polyethylene.
The invention also consists of a device for carrying out the method, it being mentioned in relation to the prior art that some appartive details are known per se. For example, in the journal TAPPI of April 4, 1972 on page 548, a double-slot nozzle with a nozzle head for different heating of the plastic is described ben, the control of the melting temperatures being dealt with. Melt flow splitting and separate extrusion are also shown in U.S. Patents 3,416,190, 3,797,987 and 3,664,796. Flow splitting devices are shown in U.S. Patents 3,405,425 and 2,952,873. Metering valves for plastics are disclosed in U.S. Patents -PSn 3 307 217 and 3 761 211.
The device for carrying out the process with a single extrusion machine is characterized by a) a flow divider in the melt flow of the heated and plasticized plastic material, b) tubular connecting pieces following the flow divider, c) a double-slot nozzle head with two melting chambers into which the tubular connecting pieces open out and from each of which a film web can be extruded so that the webs lie next to each other, d) independently controllable heating devices behind the flow divider for heating a single stream of the melt above its oxidation temperature and the other individual stream to below this temperature, and e) means for combining the both webs and for bringing up and applying a cover web to the free surface of that web, the individual stream of which was heated to above the oxidation temperature.
In a further development of the device according to the invention, the tubular connecting pieces behind the flow divider are expediently provided with heating devices and thermocouples for monitoring the melting temperatures. In this case, the tubular connection piece, which is assigned to the individual stream heated above the oxidation temperature, is expediently lengthened in its heated area in the form of a loop in order to lengthen the distance exposed to the heating. The use of known mixing devices in the tubular connection pieces, which deflect the material on winding paths and constantly bring it into contact with the hot walls, promotes the approach of the heating temperatures.
In order to maintain the different melting temperatures, each melting chamber of the nozzle head expediently has a heating device.
To join the two film webs and the cover web, two pressure rollers are used, of which the roller that contacts the film web, which is heated below the oxidation temperature, is cooled.
A metering valve is arranged upstream of the flow divider to adjust the melt flow and the divided individual flows; the flow divider is set up for gradually differently dividing the melt flow. Further details of the flow divider are explained in the dependent claims 16 to 18 and with reference to the drawing.
In the drawing, embodiments of the invention are shown, namely show:
1 shows a schematic representation of the overall system,
2 shows a longitudinal section through the flow divider and the tubular connection pieces,
3 shows a cross section along the line III-III in FIG. 2,
4 shows a side view of the flow divider with a section through an adjusting shaft,
5 shows a partial side view of another embodiment of the invention, in which a single stream is bypassed in the heating area, and
FIG. 6 shows a longitudinal section through the embodiment according to FIG. 5 roughly corresponding to FIG. 2.
The overall system shown in Fig. 1 consists of a single extrusion machine 11 for plasticizing the thermoplastic material, for example by a pressure screw, a metering valve 12 with handwheel 23 for setting the single melt flow, a flow divider 13 for dividing the melt flow into two uniform individual flows while deflecting the flows and a double-slit nozzle head 15 with two heatable melting chambers (not shown) from which two film webs 18 and 19 are extruded close to one another. The two film webs are joined together outside the nozzle head between two rollers with a cover sheet 16 made of paper that is brought up over roller 17, the other roller 20 being a cooling roller.
Thus, the film web 18, the individual stream of which has been heated to above the oxidation temperature of the synthetic resin and is therefore good adhesive and flowable, but also has an undesirable odor, is only due to the nip pressure between the rollers 17 and 20 between the odor-free webs 19 and 16 embedded, so that the web 18 can no longer give off its odor. The individual stream of the film web 19 was not heated so high that the synthetic resin could oxidize and is therefore odorless.
In the extrusion machine 11 the plastic, for example polyethylene, is heated to a temperature below the oxidation temperature of the synthetic resin of approx. 300 "to form a well and evenly flowing stream. The melt flow then leads through the metering valve 12, which contains some deflection diaphragms (not shown) in measured amount of time through an outlet connector 21 into an inlet connector 22 on the flow divider 13.
The metering valve 12 does not need to be described in more detail since it has been shown to be known per se.
The flow divider 13 shown in FIGS. 2, 3 and 4 consists of a two-part valve body 25, the parts of which are connected to one another in the usual way. The opposite parts of the valve body 25 have aligned recesses 26 which are directed towards one another and form a receptacle for a central block 27 which is clamped and sealed in the receptacle. The central block 27 has a T-shape with an internal thread 29 into which the inlet connector 22 is screwed, which has an internal through-hole 30 which opens at right angles into a transverse bore 31 of the central block of larger diameter. The transverse bore 31 continues at both ends in passages 32 and 33 of the valve body 25 that are aligned with one another.
The inlet connector 22 carries an annular flange 35 on which a coupling flange 36 has a stop which is provided with several through holes 37 for screw bolts 39 which are screwed to the outlet connector 21 of the metering valve 12. The annular flange 35 can be pulled against the outlet nozzle with a seal by means of nuts 40 (FIG. 4).
In the preferably cylindrical central block 27, an acute-angled flow divider 41 is movably guided. As shown in FIGS. 2 and 3, this flow divider has oppositely inclined partial surfaces 42 and 43 which converge towards an apex 44. The vertex 44 can be placed in the center line of the through hole 30 via an adjusting shaft 45 in order to split the incoming melt flow into two equal individual flows which lead into the passages 32 and 33.
The flow divider 41, which is slidably guided in the transverse bore 31, is connected, for example welded, to the actuating shaft 45 on its inclined partial surface 43. The control shaft extends through the passage 33 and part of the valve body 25 to the outside and is supported there in a bearing sleeve 46. This bearing sleeve has a connecting flange 47, via which it can be pulled against the valve body 25 by means of screws 48, as FIG. 4 also shows. At the other end, the bearing sleeve 46 carries a flange 49 which has a recess for receiving a flange 50 of an adjusting nut 51 provided with an internal thread. This adjusting nut 51 is screwed with its internal thread onto the threaded part 52 of the adjusting shaft 45 and also has an external thread on which a hand wheel 53 is seated. The handwheel 53 is connected to the adjusting nut 51 in a rotationally fixed manner via grub screws 55.
The bearing sleeve 46 is provided with a keyway 56 into which a spring wedge 57 is inserted, which engages in the adjusting shaft 45 and prevents it from rotating when the handwheel 53 is operated with the adjusting nut 51, so that the adjusting shaft is moved in a straight line to over the flow divider 41 to set the correct distribution of the melt flow in the two passages 32 and 33. A retaining ring 58 is screwed onto the flange 49 and cooperates with the outer surface of the flange 50 and, together with the adjusting nut 51, prevents this flange from moving along with the adjusting shaft 45 when it moves in a straight line.
The retaining ring 58 can be connected to the flange 49 via screws 58a in such a way that an inward movement of the retaining ring relative to the flange 49 is limited without the retaining ring being braced with the flange 50, at most so much that the rotational movement of the flanges is stiff.
The passages 32 and 33 are curved like an elbow and open at right angles to the passage 31 in the central block 27. They lead the individual streams of the melt through narrowed passages 59 and 60 at right angles in intermediate pieces 61 and 62, which are connected to the valve body 25 according to FIG are connected. Tubular connection pieces 63 and 65 are screwed into the intermediate pieces 61, 62 and run parallel to each other downwards and have ring shoulders 66 at the lower ends, on which union flanges 67 for tightening the tubular connection pieces 63, 65 strike against the inlet openings of the nozzle head 15 .
The tubular connecting pieces 63, 65 can be surrounded by independently heated heating devices 70 and 71, which can be electrical resistance elements and serve to set and maintain a predetermined temperature in each individual flow. The heating devices do not necessarily have to generate the different temperatures in the two individual streams in the sense of the method according to the invention; this can be left to the two heating devices 72 and 73 on both sides of the melting chambers of the nozzle head 15 (FIG. 1), of which the heating device 72 sets the high and the heating device 73 the lower heating temperature.
The opposite ends of the two-part valve body 25 can be closed by resistance heaters 75 which are fastened via head screws 76 (FIG. 4).
Thermocouples 77 can be inserted into the intermediate pieces 61, 62 in order to monitor the temperatures in the heating devices 70, 71 and 75 and in the interior of the current divider 13.
The tubular connecting pieces 63 and 65 contain inserted mixing devices 79, which work the melt through on winding paths as it enters the nozzle head 15. These mixing inserts are known per se and have squeezing surfaces 80 which process the melt streams before they pass evenly into and through the nozzle head 15.
The mixing inserts 79 can be shrunk-on or otherwise connected to the tubular connection pieces 63, 65 and connected via sealing rings 82 to the inlet openings of the nozzle head 15, which each communicate with a melting chamber.
The double-slot die head with two melting chambers can be as described in U.S. Patent Application 316,863 of Dec. 20, 1972. In contrast to this, however, for the purposes of the present invention, a feed from above is recommended instead of the front feed, since only two melting chambers are required.
The nozzle head 15 and the heating devices 72, 73, which each extend on both sides of a melting chamber, not shown, are arranged so that a temperature between 270 and 300 "C is maintained in one of the melting chambers, which is below the oxidation temperature of the thermoplastic material , whereas in the other melting chamber a temperature above the oxidation temperature is maintained between 325 and 3400 ° C. In Fig. 1, the heating device 72 is the one which heats a single stream to above the oxidation temperature so that the film web 18 has good flow and adhesive properties to be assembled with the film web 19.
The heating devices 72 and 73 are temperature-monitored by individual thermocouples, not shown, in order to set good adhesive properties on both film webs 18 and 19, but only the film web 18 may have an odor that can never be removed from the film web itself. Therefore, the film web 18 is enclosed between two odorless webs 19 and 16. The two-sided covering of the film web 18 also ensures that damage and pin holes on the finished packaging material are covered.
As a thermoplastic poly ethylene is usually used, but polypropylene or other material, such as. B. modified polyethylene, ionomers or other polymers can be used.
The cover sheet 16 is expediently dry paper that does not warp, but it can also consist of an extruded film web that has been heated to the temperature of the film web 19. The cover sheet can be supplied from a special nozzle head, so that a multilayer packaging film is produced that consists only of plastic.
In the embodiment according to FIGS. 5 and 6, the same extrusion machine with the metering valve and the double-slot nozzle head is used as in the embodiment according to FIGS. 1 to 4. The same reference numbers have therefore been used for these parts in FIGS. 5 and 6 as for identical parts in Figs. 1 to 4.
In Fig. 5 and 6 a sweeping heating-heat exchange device 85 is provided for the high-temperature individual stream, which forms a more loop-shaped path for the high-temperature individual stream than is the case in the embodiment according to FIGS. 1 to 4, by a larger one and to adjust the contact between the material and the heating surfaces for a longer period of time and thus introduce a greater amount of heat into the material to soften it. The heat exchanger 85 has a block shape and virtually replaces the tubular connection piece 63 following the valve body 25 according to FIGS. 1 to 4. It extends laterally to the flow divider 13 and has a vertical passage 87 which communicates with the passage 32 in the flow divider 13 and in the Transitions into a loop-shaped passage 88 at right angles.
This laterally extending passage 88 merges into a parallel passage which, via a right-angled bend 89, opens into a short tubular connecting piece 90 which is screwed into the body 86. The connection piece 90 is connected to the nozzle head 15 via a coupling flange 91 in a manner similar to the connection piece 63 according to FIG.
Resistance heaters 92 extend along each side of the heat exchanger 85 and are secured by means of screws 93 with spring washers 95. The electrical energy is supplied via power connections 96. Further power connections 97 are provided for the frontal heating devices. A thermocouple 99 and 100 each extend into the small passages 88 for temperature monitoring, which at the same time support mixing inserts 101 which are lined up. Each mixing insert has a tapered front section and a wing-like tail end that interlock. They are also provided with lateral furrows through which the material is forced through, whereby an intensive kneading of the material and thus an improved heat transfer takes place.