CH615114A5 - - Google Patents
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Description
Diese Erfindung betrifft ein Polymer-Folienlaminat, ein Verfahren zur Herstellung desselben sowie die Verwendung des genannten Folienlaminats.
Polymere Folienlaminate, die gebräuchlicherweise eine gasundurchlässige Schicht enthalten, werden mit Vorteil für Verpackungszwecke, einschliesslich heissschrumpffähigen Verpackungen benutzt. Ein solches besonders gut brauchbares Laminat, wie es in der US-PS 3 741 253 beschrieben ist, weist eine Substrat-Folienschicht aus einem Äthylen-Vinylacetat-Copolymer auf, das durch Bestrahlen des Substrats mit Elektronenstrahlen vernetzt worden ist und dadurch eine solche Festigkeit gewonnen hat, dass es bei späterem Verstrecken des Laminats zwecks Fertigung von heissschrumpffähigem Laminat nicht reisst, und besitzt eine darauf aufliegende gasundurchlässige Zwischenschicht oder «Sperr»-Schicht aus einem Vinylidenchlorid-Polymer und darauf folgend eine weitere Schicht aus einem Äthylen-Vinylacetat-Copolymer. Dieses Dreischichtlaminat wird verstreckt, damit es die für seine Verwendung als heissschrumpffähiges Verpackungsmaterial erforderliche Molekularspannung bzw. Verzerrung erreicht.
In der US-PS 3 821 182 ist eine Methode zur Bestrahlung eines Polyäthylen/Vinylidenchlorpolymer/Polyäthylen-Lami-nats mit Elektronenstrahlen beschrieben, bei der das Laminat mehrmals durch den Elektronenstrahl so hindurchgeleitet wird, dass alle Schichten annähernd gleicher Strahlungsintensität ausgesetzt sind, und danach wird das Laminat verstreckt.
Bei den üblichen Verfahren zur Herstellung von Folienlaminaten, insbesondere solchen, die eine Schicht aus einem a-Olefinpolymer und eine weitere Schicht aus einem Vinylidenchloridpolymer aufweisen, bestehen Schwierigkeiten hinsichtlich der Dimensionsstabilität der Laminate und ihre Widerstandsfähigkeit gegen Delaminieren nicht so gut ist, wie man dies an sich wünscht, insbesondere dann, wenn in einer solchen Laminatfolie verpacktes Gut auf erhöhte Temperatur erhitzt oder einer sehr starken Beanspruchung ausgesetzt werden soll.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Polymer-Folienlaminat zu schaffen, das bei hoher Beanspruchung widerstandsfähig ist und dimensionsstabil bleibt.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass hoher Widerstand gegen starke Beanspruchung und Dimensionsstabilität in einem Polymer-Folienlaminat mit einer vernetzten Poly-mersubstratfolienschicht erreicht werden können, wenn das Laminat eine Polymersubstratfolienschicht enthält, welche stärker vernetzt ist als mindestens eine weitere Polymer-Folienschicht.
Dies ist die Folge der bevorzugten Ausführungsform des entsprechenden Herstellungsverfahrens.
Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Polymer-Folienlaminats. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Polymer-Folienlaminat mit einer Substrat-Folienschicht umfassend ein Polymer, das vorgängig mittels Bestrahlung vernetzt wurde und mindestens einer zusätzlichen Polymer-Folienschicht, umfassend ein Polymer, welches mittels Bestrahlung vernetzbar ist, bestrahlt wird, so dass das genannte, mittels Bestrahlung vernetzbare Polymer vernetzt wird.
Vorzugsweise wird die im voraus bestrahlte Polymerfolie mit einer Dosis zwischen 2 und 10 MR bestrahlt. Zusätzlich kann es vor der Bestrahlung gestreckt werden.
Vorteilhafterweise umfasst das erfindungsgemässe Laminat eine oder mehrere weitere, vernetzbare Folien, die zwischen den oben genannten zwei Folienschichten liegen. Die Bestrahlung im erfindungsgemässen Verfahren wird zur Vernetzung der zweiten Polymer-Folienschicht ausgeführt. Diese zweite Polymer-Folienschicht umfasst im allgemeinen mindestens ein Polymer eines a-Monoolefins. Die genannte Bestrahlung scheint aber auch die anderen Schichten zu beeinflussen. Zudem zeigt die Bestrahlung eine positive Beeinflussung der allgemeinen Eigenschaften des Laminats.
Die beschriebene Methode ist allgemein auf Herstellungsverfahren von Laminaten anwendbar — solchen mit oder ohne Streckung des Materials — in denen die Polymersubstrate durch Vernetzung gestärkt werden müssen und wobei ein hoher
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Grad an Dimensionsstabilität und an Widerstand gegen De-lamination gesucht werden.
Die Substratpolymerschicht, d. h. die erste Schicht, besteht aus einem vernetzten Polymer, mit Vorteil einem vernetzten «-Monoolefinpolymer. Diese Vernetzung wird mit Vorteil durch Bestrahlung der Substratpolymerschicht ausgeführt. Diese Bestrahlung geschieht natürlich bevor irgendwelche zusätzlichen Polymerfolienschichten auf die Substratschicht auflaminiert werden. Wenn dann gemäss dem erfin-dungsgemässen Verfahren das gesamte Laminat bestrahlt wird, erhält die Substratschicht eine zweite Bestrahlungsdosis. Das Endprodukt ist daher ein Polymer-Laminat mit mindestens zwei vernetzten Schichten, wovon die eine auf die Substratpolymerschicht stärker vernetzt ist. als die zweite oder alle andern zusätzlichen Polymerfolienschichten. In einer speziellen Ausführungsform enthält das Polymer-Laminat eine vernetzte Substratfolienschicht und mindestens eine weitere. vernetzte Polymerfolienschicht. Beide Schichten bestehen zur Hauptsache aus Olefinpolymer. Zwischen den beiden genannten Polymerschichten liegt eine Sperrschicht vor, die im hohen Masse gasundurchlässig ist. Diese Sperrschicht besteht mit Vorteil aus einem Vinylidenchloridpolymer oder aus einem Äthylenvinyl-Alkoholcopolymer.
Der Ausdruck «Vinylidenchloridpolymer» wird im vorliegenden Zusammenhang für kristalline Polymere, sowohl Homopolymere als auch Copolymere, verwendet, die Vinyli-denchlorid enthalten. Als mischpolymerisierbare Monomere kann man Vinylchlorid (bevorzugt), Acrylnitril, Vinylacetat, Äthylacetat oder Methylmethacrylat benutzen. Man kann auch Terpolymere einsetzen, beispielsweise ein Terpolymer aus Vinylidenchlorid, Dimethylmaleat und Vinylchlorid. Im allgemeinen sind in dem Polymer Vinylidenchlorid-Grund-einheiten zu mindestens 50 Gew.% und vorzugsweise in Mengen von 60 bis 80 Gew. %. vorhanden.
Ufiter «Olefin» werden a-Monoolefine, insbesondere Propylen, Äthylen oder Buten-1 verstanden.
Der Ausdruck «Polymer» umfasst in der vorliegenden Beschreibung Homopolymere, Copolymere, Terpolymere und Block- sowie Pfropf-Copolymere.
Mit dem Ausdruck «Bestrahlung» ist der Vorgang bezeichnet, bei dem man das Polymerprodukt ionisierender Strahlung aussetzt, die molekulare Vernetzung zu bewirken vermag. Im allgemeinen nimmt man derartige Bestrahlungen mit y- oder Röntgenstrahlen, mit/?-Teilchen oder Elektronen vor. Die meist gebräuchliche Art der Bestrahlung ist das Einwirkenlassen von durch hohe Energie beschleunigten Elektronen. «Rad» gibt die absorbierte Dosis an ionisierender Strahlung an, die einer Energiemenge von 100 erg/g des bestrahlten Materials äquivalent ist. Die Angabe Megarad oder «MR» bedeutet 1 000 000 Rad.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens dient speziell der Verbesserung der Eigenschaften von Folienlaminaten durch die nachfolgenden Verfahrensstufen: Es wird eine Polymer-Substratfolienschicht aus vernetztem Polymer, vorzugsweise aus einem a-Monoolefinpolymer, eingesetzt, es wird eine Schicht aus gasundurchlässigem, vorzugsweise vernetzbarem Material auf eine Seite des Substrats aufgetragen, es wird, auf diese undurchlässige Schicht, eine vernetzbare Schicht aufgebracht, wobei ein Laminat gebildet wird, das Schichten aus einem vernetzten Substrat aus nicht bestrahltem gasundurchlässigen Material und aus nicht bestrahltem, vernetzbarem Material erhalten wird. Dieses Laminat wird verstreckt (dabei wird dessen Dicke auf eine vorbestimmte Folienstärke vermindert) und mit einer Dosismenge im Bereich von 2 bis 20, insbesondere 10 MR bestrahlt.
Die Substratfolie 1 kann durch eine chemische Vorbehandlung oder durch ionisierende Bestrahlung mit einer bevorzugten Strahlungsdosis von wenigstens 2,5 MR vorvernetzt werden. Die erforderliche Dosis wird im allgemeinen in dem Bereich von 2 bis 20 MR liegen. Solch ein Substrat ist vorteilhafterweise schlauchförmig ausgebildet, es kann jedoch auch flach gestaltet sein. Bevorzugte Substrat-Materialien sind Polyäthylen oder ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer mit gewünschtenfalls 2 bis 20 Gew. % Vinylacetat-Grundeinheiten. Die Substratdicke liegt vorteilhaft im Bereich von 12,5 bis 125 Mikron.
Bei einer möglichen Ausführungsform der Erfindung besteht das Laminat aus zwei Schichten, und die Schicht 2 ist ein vernetzbares gasundurchlässiges Material, vorzugsweise ein Vinylidenchlorid-Polymer oder ein Äthylen-Vinylalkohol-Polymer (EVAL); bevorzugte Polymere sind ein Copolymer aus Vinylidenchlorid mit Vinylchlorid und ein EVAL-Copoly-mer. Eine solche Schicht wird vorteilhafterweise zu 1,2 bis 50/<m Dicke vorgesehen.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht oder enthält die Schicht (2) vernetzbare a-Monoolefin-polymere, bei denen es sich um Polyäthylen oder ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymer, wie es für die Substratschicht (1) verwendet wird, handelt. In diesem Fall ist die Schicht vorteilhaft 1,2 bis 100 Mikron dick. Es kann sich bei dem Polymer, aus dem die Schicht (2) besteht, um ein Gemisch handeln, beispielsweise um ein Äthylen-Propylen-Copolymer und Poly-buten-1, oder um isotaktische und ataktische Polypropylene und Polybuten-l, wie dies nachstehend noch beschrieben wird. Für viele Zwecke ist auch noch eine gasundurchlässige Absperrung erforderlich, und diese kann in Form von einer oder mehreren Zwischenschichten zwischen der Substrat-Folienschicht (1) und der Folienschicht (2) vorgesehen sein.
Man kann die Schichten durch Extrusionsbeschichtung auf das Substrat auflaminieren. Nachdem die Laminat-Schichtung gefertigt ist, kann auf die gewünschte Folienstärke orientierend verstreckt werden. Bestrahlt wird dann typischerweise mit einer Dosis im Bereich von 2 bis 20 MR.
Olefinpolymer-Materialien sind wegen ihrer günstigen Kosten, weil sie recht einfach erhältlich sind und wegen ihrer nach dem Vernetzen stark verbesserten Eigenschaften als Material für das Substrat und die äusseren Schichten für die erfindungsgemässen Zwecke bevorzugt. EVAL und Vinyliden-chloridpolymere vernetzen, wenn man sie der Einwirkung von Bestrahlung unterwirft, auch. Bei Polyolefinen, beispielsweise Polyäthylen und polymeren Materialien mit hohen Anteilen an Äthylen, findet Vernetzung schon bei einer Bestrahlungsdosis von 2 MR statt und messtechnisch erfassbare Mengen an unlöslichem Gel sind vorhanden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird Äthylen-Vinylacetat-Copolymerharz mit zwischen 2 und 4 Gew. % an von Vinylacetat abgeleiteten Grundeinheiten in eine übliche Schneckenpresse eingefüllt, und es wird eine Schlauchlänge mit einem Durchmesser von 51 bis 57 mm extrudiert. Die Dicke der Schlauchwandung beträgt vorteilhaft 460 Mikron. Das Schlauchstück wird anschliessend gekühlt, abgeflacht und mit einer Dosis von 6 bis 7 MR bestrahlt. Für andere Olefinpolymere sind jedoch andere Strahlungsdosierungen, gewöhnlich im Bereich von 2 bis 20 MR besser geeignet. Nach dem Bestrahlen wird das abgeflachte Schlauchstück wieder in seine runde Form gebracht und durch eine übliche Beschichtungsform hindurchgeführt, der aus einer Strangpresse Vinyliden-Polymerharz eingespeist wird. Das dafür bevorzugt verwendete Polymer ist ein Copolymer aus etwa 70 Gew. % an von Vinylidenchlorid abgeleiteten Einheiten und etwa 30 Gew. % an von Vinylchlorid abgeleiteten Einheiten. Bis zu etwa 5 Gew. % an Äthylen-Vinylacetat-Copolymer kann dem Vinylidenchlorid-Polymer zugemischt werden. Eine Schicht daraus ist vorteilhaft etwa 75 Mikron dick.
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Nachdem das bestrahlte Substrat mit dem Vinylidenchlorid-Polymer beschichtet worden ist, lässt man das aufgeblähte Schlauchstück durch eine zweite Strangpress-Beschichtungs-form durchlaufen, die von einer Strangpresse gespeist wird, deren Extrudat aus einem Gemisch aus Polybuten-1 mit 0,1 bis 10 Gew.% an von Äthylen abgeleiteten Grundeinheiten enthaltendem Äthylen-Propylen-Copolymer besteht. Das Äthylen-Propylen-Copolymer sollte den Hauptanteil des Gemisches und das Polybuten-1 den geringeren Anteil, berechnet auf Gewichtsbasis, ausmachen. Vorteilhaft stellt das Äthy-len-Propylen-Copolymer zwischen 70 und 80 Gew.% des Gemisches dar. Dieses Überzugsmaterial wird vorzugsweise in einer Dicke von etwa 150 Mikron aufgebracht. Alternativ kann man als Material Polypropylen oder ein Gemisch aus isotaktischem und ataktischem Polypropylen mit Polybuten-1 verwenden.
Nachdem auf das schlauchförmige bestrahlte Substrat die Vinylidenchlorid-Polymer- und Olefinpolymer-Uberzüge aufgebracht worden sind, wird nach der bekannten Saugtechnik verstreckt. Dabei wird das Schlauchstück bei erhöhtem Druck nahe dem in Stromrichtung unteren Ende der Quetschwalzen aufgeblasen oder erneut aufgeblasen und dann im Temperaturbereich von 82 bis 99° C erhitzt. Dabei wird das Schlauchstück verstreckt und expandiert. Vorteilhaft wird das Schlauchstück von einem stranggepressten Durchmesser von etwa 5 cm auf einen Enddurchmesser von 15 bis 18 cm verstreckt. Danach lässt man das Schlauchstück abkühlen und flach werden und unterwirft es der Einwirkung einer Elektronenstrahlung einer Dosis von etwa 10 MR. Bei anderen Ole-finpolymer-Materialien reicht, wie gefunden wurde, schon eine so geringe Dosis wie 2 MR zum ausreichenden Vernetzen aus, da dies die Bestrahlungsstärke ist, bei der die Bildung von merklich unlösbarem Gel beginnt.
Das resultierende Schlauchstück kann man in verschiedenen Abständen gegeneinander heiss versiegeln und dann zur Fertigung von Beuteln zerschneiden. Man kann das Material auch in Teilabschnitte zertrennen und als Behältnis an einem Ende mit einer Metallklammer verschliessen. Diese Beutel und Behältnisse können mit Nahrungsmittelprodukten gefüllt werden, und wenn man dann das offene Ende versiegelt oder verschliesst, kann man die Nahrungsmittel in Wasser kochen oder in Wasser auf Temperaturen von beispielsweise 82 bis 96° C erhitzen. Man kann die gefüllten Behältnisse zur Verbesserung des Wärmeübergangs während des Erhitzens oder Kochens sogar stark bewegen. Aus erfindungsgemäss hergestellten Laminatfolien bestehende gefüllte Beutel und Behältnisse haben einen hervorragenden Widerstand gegen Delaminieren und sind unter solcher starker Beanspruchung hervorragend dimensionsstabil.
Beispiel 1
Mit einem Substrat aus 2,5 Gew.% Vinylacetat-Grund-einheiten aufweisendem Äthylen-Vinylacetat-Copolymer und einer Überzugsschicht aus mit etwa 5 Gew. % Äthylen-Vinylacetat-Copolymer vermischtem Vinylidenchloridpolymer wurde ein wie zuvor beschriebenes schlauchförmiges Laminat mit der bevorzugten angegebenen Schichtstärke hergestellt. Die äussere Beschichtung bestand aus etwa 70 Gew. % Äthy-len-Propylen-Copolymer und etwa 30 Gew.% Polybuten-1. Das Substrat wurde mit einer Bestrahlungsdosis von 6,3 MR bestrahlt, und 150 m lange Teilstücke des laminierten Behältnisses mit einem Durchmesser von 15 bis 18 cm wurden mit Bestrahlungsdosen von je 2,5 bzw. 5 bzw. 7,5 bzw. 10 MR bestrahlt. Ausserdem wurde ein 150-m-Abschnitt des laminierten Behältnisses ohne irgendeine zusätzliche Bestrahlung gefertigt. Alle Proben wurden dann 30 Minuten lang in 82° C heisses Wasser eingelegt. Es wurden die folgenden Ergebnisse beobachtet:
Ohne Bestrahlung:
Über das Behältnismaterial verteilt Luftblasen zwischen den Schichten; es war Delamination zu erkennen. Bestrahlt mit 2,5 MR:
Luftblasen entlang der Faltlinien und ungleichmässig über das Behältnismaterial verteilt.
Bestrahlt mit 5 MR:
Blasen entlang der Faltlinie und verstreut über das Material Blasen, aber keine Blasen mit einem grösseren Durchmesser als 6 bis 13 mm.
Bestrahlt mit 7,5 MR:
Blasen mit 6 mm Durchmesser waren entlang der Faltlinie zu sehen, und ungleichmässig verteilt waren kleine verstreute Blasen mit einem Durchmesser von weniger als 1,6 mm vorhanden.
Bestrahlt mit 10 MR:
Es waren mit dem blossen Auge keinerlei Blasen an irgendeiner Stelle des Behältnismaterials zu erkennen.
Die Luftblasen sind die Ansatzpunkte für das Delaminieren, und diese Luftblasen Hessen sich mit der Bestrahlungsdosis von 10 MR wirksam eliminieren. Es trat auch bei den mit mehr als 2,5 MR bestrahlten Proben noch keine Delami-nierung tatsächlich ein, und die Blasengrösse wurde mit zunehmender Bestrahlungsdosis kleiner.
Beispiel 2
Es wurden Behältnisse wie in Beispiel 1 beschrieben gefertigt, und dann wurden in Abständen von je 56 cm Klammern angebracht, und die Proben-Schlauchabschnitte für jede Bestrahlungsdosis wurden mit Innendrücken von 0,14 bzw. 0,28 bzw. 0,42 kg/cm2 Überdruck aufgeweitet. Folgende Ergebnisse wurden erzielt:
Aufblas-Druck Umfang der Schlauchstücke (cm)
(kg/cm2
ohne
Laminat bestrahlt mit
Überdruck)
Bestrahlung
2,5 MR
5 MR
7,5 MR
0,14
31,1
31,1
31,1
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31,7
32,1
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35,2
33,7
* Vollständige Zerstörung, das Behältnis platzte so schnell auseinander, dass kein Messwert abgelesen werden konnte.
Die vorstehenden Ergebnisse lassen die Verbesserung bezüglich der Dimensionsstabilität erkennen, die man beim er-findungsgemässen Verfahren mit ansteigenden Bestrahlungsdosen erreichen kann. Bei den relativ niedrigen Bestrahlungsdosen dehnen sich die Behältnisse sehr stark und zerreissen.
Man kann mit dem erfindungsgemässen Verfahren Laminate herstellen, die einen ähnlichen Aufbau haben wie die beschriebene bevorzugte Ausführungsform. Es wurde gefunden, dass jedoch dann grosse Schwierigkeiten auftreten, eine eingeschlossene Luftblase bei kontinuierlicher Herstellung einzukapseln und unverändert zu halten, wenn das Substrat nicht bestrahlt worden ist. Die Luftblasen platzen dann zu leicht auf. Es wurde weiterhin gefunden, dass dann, wenn man das Laminat einer Endbestrahlung unterzieht, bevor man es verstreckt hat, der Schlauch eine zu starke Widerstandsfähigkeit gegen Dehnung erhält, so dass er sich nicht mehr mit Erfolg verstrecken lässt.
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Claims (10)
1. Polymer-Laminat, enthaltend eine vernetzte Polymer-substratfolienschicht, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine weitere vernetzte Polymerfolienschicht aufweist und dass die Substratfolienschicht stärker vernetzt ist als die genannte weitere Polymerfolienschicht.
2. Polymer-Laminat gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei weitere vernetzte Polymerfolienschichten aufweist und dass die Substratfolienschicht stärker vernetzt ist als die genannten weiteren vernetzten Polymerfolienschichten.
2
PATENTANSPRÜCHE
3. Polymer-Laminat gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratfolienschicht und mindestens eine andere, vernetzte Polymerfolienschicht aus vernetzten! a-monoolefinischem Polymer bestehen und dass das Laminat zwischen der Substrat- und der a-Monoolefin-Polymerfolien-schicht eine hochgasundurchlässige Sperrschicht aus Vinyli-denchloridpolymer oder Äthylenvinylalkoholcopolymer enthält.
4. Polymer-Laminat gemäss Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratfolienschicht aus einem vernetzten Äthylenvinylacetatcopolymer oder aus einem vernetzten Polyäthylen besteht.
5. Polymer-Laminat gemäss Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die andere Polymerfolienschicht bzw. die anderen Polymerfolienschichten, mit vernetztem a-MonooIe-finpolymeren aus einem vernetzten Gemisch von Polybu-ten-1 mit Äthylenpropylen-Copolymeren besteht.
6. Verfahren zur Herstellung eines Polymer-Laminats gemäss Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polymer-Laminat aus einer Substratfolienschicht, enthaltend ein Polymer, das vorgängig mittels Bestrahlung vernetzt wurde und mindestens einer Polymerfolienschicht, enthaltend ein Polymer, welches mittels Bestrahlung vernetzbar ist, bestrahlt wird, so dass das genannte, mittels Bestrahlung vernetzbare Polymer vernetzt wird.
7. Verfahren gemäss Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratfolienschicht aus einem Äthylenpolymer besteht, welches im voraus mittels Bestrahlung vernetzt wurde.
8. Verfahren gemäss Patentansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Laminat vor der Bestrahlung gestreckt wird.
9. Verfahren gemäss Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man einer Dosis von wenigstens 2,5 MR von aussen ein verstrecktes Schlauchlaminat aus einer Substratpolymerfolie aus einem a-Monoolefinpolymer, die bereits durch Bestrahlung mit 2 bis 20 MR vernetzt wurde, einer Zwischenschicht aus einem wenigstens 50 Gew. % von Vinylidenchlorid abgeleiteten Grundeinheiten aufweisenden Vinylidenchloridpolymer und einer dritten Folienschicht aus wenigstens einem a-Monoole-
finpolymer.
bestrahlt.
10. Verwendung des Laminats gemäss Patentanspruch 1. als Verpackungsmaterial für Esswaren, die in der verschlossenen Laminatpackung in heissem Wasser erhitzt werden sollen.
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