CH641406A5 - Heisssiegelbares laminat und verfahren zu dessen herstellung. - Google Patents

Heisssiegelbares laminat und verfahren zu dessen herstellung. Download PDF

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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein heisssiegelbares Laminat mit guten Zugfestigkeitseigenschaften, das sich insbesondere für Verpackungszwecke eignet, sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laminats.
In der Verpackungstechnik sind die Verwendung von molekülorientierten Polyesterfolien oder aus molekülorientiertem Polyestermaterial bestehende Verpackungen bekannt. Dies gilt insbesondere für jene Fälle, in welchen das Verpackungsmaterial, ohne dass eine Formveränderung stattfindet, einer starken Zugbeanspruchung ausgesetzt wird. Pollyestermaterial wurde beispielsweise für Kunststoff-FIa-schen mit unter Druck stehendem Inhalt, wie z.B. erfrischenden Getränken, verwendet, wobei die Flaschen aus einem Polyestermaterial in solcher Weise geblasen werden, dass das Aufblasen bei einer Temperatur durchgeführt wird, welche so gewählt wird, dass die Wandungen in der gebildeten Kunststoff-Flasche molekülorientiert sind.
Diese Molekülorientierung führt dazu, dass die Zugfestigkeitseigenschaften des Kunststoffmaterials wesentlich verbessert werden und dies ungeachtet des Umstandes, dass die Verpackungswandung in der Flasche durch den Blasvor-gang dünner wird. Die für erfrischende Getränke verwendeten Kunststoff-Flaschen sind im allgemeinen mit einer Ver-schraubungskappe oder mit anderen Verschlussvorrichtun-gen ausgerüstet, welche mit dem Kunststoffmaterial nicht direkt durch Oberflächenverschmelzen gesiegelt sind.
Beim Recken von Polyestermaterial tritt neben einem Dünnerwerden des Materials eine Umwandlung der Molekülstruktur ein, indem das Material weitgehend kristallin wird. Ein in solcher Weise durch Recken molekülorientiertes Polyestermaterial lässt sich nur sehr schwierig heiss siegeln. Dabei wurde festgestellt, dass die Heiss-Siegelungs-eigenschaften schlechter werden, je mehr das Material gereckt wird, d.h. je mehr die kristalline Struktur in dem Material überwiegt.
Aus den obigen Gründen haben dünne Folien aus zur Molekülorientierung gerecktem Polyestermaterial in der Verpackungstechnik kaum Eingang gefunden, da sich ein solches Material nicht heisssiegeln lässt. Im Hinblick auf die ausgezeichnete Zugfestigkeit des Materials wäre es aber wünschenswert, für manche Zwecke zur Molekülorientierung 5 gerecktes Polyestermaterial zu verwenden, vorausgesetzt,
dass es sich heisssiegeln liesse. Es wurden unter Verwendung von Leim oder sogenanntem Schmelzkleber, welche sich bei verhältnismässig niedriger Temperatur siegeln lassen, Versuche unternommen, um die Heisssiegelung des Materials zu io umgehen. Es wurden auch Versuche vorgenommen, indem man zur Molekülorientierung gerecktes Polyestermaterial entweder vor oder nach dem zur Molekülorientierung vorgenommenen Recken mit einem Kunststoffmaterial mit verhältnismässig niedrigem Schmelzpunkt, z.B. Polyäthylen, 15 beschichtete, doch wurde festgestellt, dass erhebliche Schwierigkeiten bei der Erzielung einer guten Adhäsion zwischen der Polyäthylenschicht und der Polyesterschicht bestehen, so dass auch diese Methode kaum Anwendung gefunden hat. In den letzten Jahren sind nun gewisse modifizierte Poly-20 estermaterialien, die sogenannten mit Cyclohexan modifizierten Polyester oder PETG, in den Handel gekommen. Solche Polyestermaterialien lassen sich ohne Änderung ihrer Molekülstruktur oder ohne dass sie im wesentlichen Ausmasse kristallin werden, unter Bedingungen recken, bei denen 25 gewöhnliches Polyestermaterial molekülorientiert würde. Die Modifikation eines Polyestermaterials lässt sich in verschiedenem Ausmasse durchführen, womit zum Ausdruck gebracht werden soll, dass die Neigung zur Kristallisation in gewissen Grenzen gesteuert werden kann. Der Umstand, 30 dass das Material nicht molekülorientiert und kristallin wird, lässt darauf schliessen, dass das mit Cyclohexan modifizierte Polyestermaterial während des Streckvorganges lediglich bis zu einem gewissen Ausmasse dünner wird, ohne aber die wesentlich besseren Zugfestigkeitseigenschaften zu erhalten, 35 welche ein zur Molekülorientierung vorgenommenes Recken einem gewöhnlichen Polyestermaterial verleiht. Andererseits werden indessen die heisssiegelbaren Eigenschaften des gereckten modifizierten Polyestermaterials aufrechterhalten, was für die Herstellung von Verpackungsbehältern aus Bah-40 nen oder Folien aus Verpackungsmaterial von ausschlaggebender Bedeutung ist, da ein solches Material heisssiegelbar sein muss, um den geschlossenen Raum, in welchem der Inhalt aufbewahrt werden soll, zu schaffen.
Weder das übliche, durch Molekülorientierung äusserst 45 stark gemachte Polyestermaterial noch das modifizierte, siegelbare Polyestermaterial eignet sich für sich allein als Verpackungsmaterial, weil das eine Material stark, aber nicht siegelbar und das andere Material siegelbar, aber nicht stark ist. Sie lassen sich aber mit Vorteil gemeinsam in Verpak-50 kungslaminaten anwenden, weil die beiden aus Polyestermaterial bestehenden Materialien sich leicht durch Oberflächenverschmelzen entweder durch Extrudieren des einen Materials in Form einer Schicht auf dem anderen Material, durch getrenntes Extrudieren der beiden Materialien oder 55 durch direktes Vereinigen oder durch sogenanntes Coextru-dieren, in welchem letzteren Falle beide Materialien gleichzeitig extrudiert werden, und in Form einer einzigen Schicht mittels einer Extrudiermatrize vereinigen.
Die Nachteile in der Anwendung eines weiter oben er-60 wähnten, zur Orientierung gereckten Polyestermaterials können somit erfindungsgemäss behoben werden.
Das erfindungsgemässe Laminat enthält mindestens eine Schicht eines zur Molekülorientierung monoaxial oder biaxial gereckten Polyestermaterials mit vorwiegend kristalli-65 ner Molekülstruktur und mindestens eine Schicht eines mittels Cyclohexan modifizierten Polyestermaterials, sogenanntem PETG-Material, mit vorwiegend amorpher Molekülstruktur, wobei die besagte Schicht aus Polyestermaterial mit
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vorwiegend amorpher Molekülstruktur eine Dicke von nicht mehr als 10% der Gesamtdicke des Laminats hat.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich femer auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Laminats, wobei dieses Verfahren darin besteht, dass man zwei oder mehrere Schichten aus Polyestermaterial durch Laminieren oder Coextrudieren miteinander vereinigt, wobei das eine Polyestermaterial ein mit Cyclohexan modifiziertes Material solcher Beschaffenheit ist, dass es bei einer Temperatur von weniger als 100°C ohne vollständigen Verlust seiner amorphen Molekülstruktur einer Reckbehandlung unterworfen werden kann, d.h. ein Polyestermaterial des PETG-Tyyus, während die zweite Schicht aus einem Polyestermaterial besteht, dessen Molekülstruktur beim Recken des Materials bei einer Temperatur von weniger als 100°C kristallin wird, und dass man hierauf die so vereinigten Schichten bei einer Temperatur von weniger als 100°C gemeinsam einem Reckvorgang unterwirft.
Die vorliegende Erfindung wird durch die beiliegende Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Fig. 1 zeigt einen Schnitt in starker Vergrösserung durch ein Laminat und zwar, bevor das Material einem zur Molekülorientierung dienenden Recken unterworfen war,
Fig. 2 zeigt einen Schnitt des gleichen Laminats nach dem zur Molekülorientierung dienenden Reckvorgang und
Fig. 3, 4 und 5 zeigen schematisch Anordnungen für die Herstellung eines Laminats gemäss vorliegender Erfindung.
Fig. 1 zeigt, wie bereits gesagt, in stark vergrössertem Ausmasse einen Schnitt durch ein Laminat 3, bevor es zur Molekülorientierung gereckt worden war. Das Laminat 3 besteht einerseits aus einer Schicht 1 aus gewöhnlichem Polyestermaterial und andererseits aus einer Schicht 2 aus einem mit Cyclohexan modifizierten Polyestermaterial des PETG-Typus, wobei die Eigenschaften des letzteren Materials von jenen üblicher Polyestermaterialien insofern verschieden sind, als das letztere Material sich bei einer Temperatur von weniger als 100°C recken lässt, ohne dass die Molekülstruktur vollständig kristallin wird.
Die im Laminat 3 vorhandenen Polyesterschichten 1 und 2 besitzen vor dem Recken eine amorphe Molekülstruktur und sind durch Oberflächenfusion zwischen den Materialien in der Kontaktzone 16 miteinander fest verankert. Nach dem Recken des in der Fig. 1 gezeigten Laminats besitzt die eine Schicht eine Orientierung und eine bestimmte kristalline Struktur, während die andere Schicht zur Hauptsache die amorphe Struktur beibehalten hat. Das Recken kann entweder durch Recken in einer einzigen Richtung, nämlich monoaxiales Recken, oder in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen, sogenanntes biaxiales Recken, erfolgen, wobei das Ausmass des Reckens das 3- bis 20Fache, gemessen in Richtung des Reckens, betragen kann.
Wie bereits erwähnt, muss das zur Molekülorientierung zur Anwendung gelangende Recken innerhalb eines gewissen Temperaturbereiches erfolgen, da eine Molekülorientierung und eine dadurch bewirkte Verbesserung der Zugfestigkeitseigenschaften nicht erreicht werden können, wenn das Material zu warm und plastisch ist, und ein Recken ohne Brechen des Materials unmöglich ist, wenn das Material allzu kalt ist. Bei der erfindungsgemässen Herstellung des Laminats 3 wird das zur Molekülorientierung dienende Recken durchgeführt, während das Laminat 3 und die darin vorhandenen Schichten 1 und 2 eine Temperatur unter 100°C haben, so dass einerseits eine Molekülorientierung der Schicht 1 erreicht wird, während andererseits die Temperatur über jenem Grenzwert liegt, bei welchem die Schicht 2 in grösserem Ausmasse molekülorientiert wird.
In Fig. 2 wird ein Laminat 3' nach erfolgtem Recken gezeigt. Es geht eindeutig daraus hervor, dass das Laminat
3' und die darin, enthaltenden Schichten 1' und 2' dünner geworden sind, während sie entlang der Verbindungszone 16 miteinander noch fest verankert sind. Die Laminatschicht 1' erhielt durch das Strecken eine starke Molekülorientierung und demzufolge eine kristalline Molekülstruktur und besitzt überdies eine wesentlich verbesserte Zugfestigkeit, während die Schicht 2' an sich lediglich gereckt und ohne Molekülorientierung und ohne strukturelle Veränderung dünner geworden ist, womit zum Ausdruck gebracht wird, dass die Schicht noch eine im wesentlichen amorphe Molekülstruktur aufweist und daher durch Anwendung von Hitze siegelbar ist.
Das Laminat gemäss Fig. 2 kann somit in Form einer Folie oder eines Blattes oder in Form einer Bahn für die Herstellung von verschlossenen Verpackungsbehältern verwendet werden, bei welchen das Verpackungsmaterial eine starke Festigkeit haben muss. Somit eignet sich ein solches Laminat für Flüssigkeiten, Pulver oder Granulate enthaltende Verpackungsmaterialien, welche während des Lagerns Gas abgeben und auf diese Weise in der Verpackung einen inneren Druck erzeugen.
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen in schematischer Weise verschiedene Anordnungen für die Herstellung eines in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Laminats. Dabei geht man davon aus, dass eine der Laminatschichten 1 oder 2, z.B. die Schicht 1, vorfabriziert worden ist und in Form einer auf einer Vorratswalze 4 aufgerollten Bahn vorliegt. Die Bahn 1 aus Polyestermaterial wird von der Vorratswalze 4 abgewickelt und mit Hilfe eines Extruders 5 mit einer aus einem mit Cyclohexan modifizerten Polyestermaterai der oben erwähnten Art bestehenden Schicht 2 beschichtet, aus welchem das geschmolzene Polyestermaterial mit Hilfe von zusammen arbeitenden Druck- und Kühlwalzen 6 so extrudiert wird,
dass zwischen den Schichten 1 und 2 eine Oberflächenfusion stattfindet. Das so gebildete Material kann erforderlichenfalls einseitig oder auf beiden Seiten mit Hilfe eines Heizorgans 17, z.B. einem Strahlungsheizgerät, erhitzt werden, worauf dieses Material zwei Streckwalzen 7, welche mit verschiedenen Drehzahlen drehen, so geführt werden, dass das Material 3' zwischen den beiden Walzenpaaren einem Reckvorgang unterworfen wird, wodurch die gewünschte Molekülorientierung der Schicht 1 bewirkt wird. Nach diesem Reckvorgang wird das Laminat 3 'auf einer Vorratswalze 8 aufgespult.
Eine zweite Methode für die Herstellung eines in Fig. 2 gezeigten Laminats wird in Fig. 4 dargestellt, gemäss welcher die beiden Polyesterschichten 1 und 2 mit Hilfe von Extrudern 5 auf einen endlosen Riemen 10 in Filmform extrudiert werden, welcher zwischen den Walzen 9 läuft. Der Riemen 10, welcher ein oberflächenbehandelter Stahlriemen sein kann, hat die Neigung, nur schwach an der Schicht 1 des Laminats 3 zu haften, so dass die Materialschicht 1 sich leicht vom Riemen 10 ablösen lässt. Die beiden aufeinander-liegenden, extrudierten Polyesterschichten 1 und 2 werden mittels miteinander arbeitenden Druck- und Kühlwalzen 6 zusammengepresst, worauf das Laminat 3 vom Riemen 10 abgelöst und zwischen den beiden Zugwalzen 7 geleitet wird, welch letztere in der oben beschriebenen Weise mit verschiedenen Drehzahlen so laufen, dass das zwischen den Walzenpaaren hindurchgleitende Material einer axialen Reckoperation unterworfen wird. Das so gereckte Material 3' wird auf einer Vorratswalze 8 aufgespult.
Eine andere Herstellungsmethode für ein erfindungsge-mässes Laminat wird in Fig. 5 gezeigt. Gemäss Fig. 5 lassen sich mit Hilfe eines Extruders 11 zwei oder mehrere Materialien gleichzeitig durch sogenannte Coextrusion extru-dieren. Die im Laminat vorhandenen Polyestermateriailen
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werden durch die Abgabebehälter 12 in den Extruder 11 eingeführt, worauf die beiden Materialien unabhängig voneinander im Extruder geschmolzen werden, um in der Auslassdüse 13 des Extruders, welche im vorliegenden Falle ringförmig ausgebildet ist, vereinigt zu werden. Durch die Auslassdüse 13 wird auf diese Weise ein nahtloser Schlauch extrudiert, welcher aus den beiden Polyestermaterialschichten
1 und 2 besteht, die durch innige Oberflächenverschmelzung in der Kontaktzone 16 vereinigt worden sind. Der Schlauch 14 wird sowohl einem axialen als auch einem radialen Rekken unterworfen und zwar, indem er einerseits auf eine nicht gezeigte Kühltrommel gespult und andererseits aufgeblasen und in axialer Richtung gereckt wird, wodurch die Laminatschicht 1 molekülorientiert wird, während die Laminatschicht
2 keinerlei Molekülorientierung erfährt, da das Ziehen bei einer dermassen hohen Temperatur erfolgt, dass die Molekülstruktur der Laminatschicht nicht geändert wird. Hierauf kann der Schlauch 14 mit einem Messer 15 aufgeschnitten und zu einer flachen Bahn ausgebreitet und auf einer Vorrats walze 8 aufgespult werden. Erfolgt der Reckvorgang nicht vollständig, solange das Material in Schlauchform vorliegt, so kann die flache Bahn in der oben beschriebenen Weise zwischen gleichzeitig angetriebenen Zugwalzen 7 hindurchgeführt werden, wobei das erstere Walzenpaar eine höhere Drehzahl aufweist als das spätere Walzenpaar, so dass das Material zwischen den Walzenpaaren eine bestimmte Reckung erfährt. Die Temperatur des Materials muss eine be-s stimmte sein, d.h. die Temperatur des Laminats 3 sollte derart sein, dass sie innerhalb der Temperaturbereiche für die Orientierungsreckung der Laminatschicht 1 liegt, aber auch höher ist als der Temperaturgrenzwert für das Orientierungsrecken der Laminatschicht 2. Das zur Orientierung gereckte io Laminat 3' wird hierauf in der oben beschriebenen Weise auf eine Vorratswalze 8 aufgespult und ist dann als Verpak-kungsmaterial gebrauchsfertig.
Das erfindungsgemässe Laminat und das erfindungsge-mässe Verfahren bieten eine Lösung für das Problem, wel-15 ches seit langem besteht, indem man dank der vorliegenden Erfindung ein sehr preiswertes Verpackungsmaterial schafft, welches gleichzeitig eine grosse mechanische Zugfestigkeit und Heisssiegelbarkeit besitzt. Das beschriebene Laminat kann selbstverständlich mit anderen Arten von Material-2o schichten, wie z.B. einem Absperrmaterial, welches eine bessere Gasundurchlässigkeit mit sich bringt, wie z.B. einer Polyvinylidenchlorid- oder Aluminiumfolie, kombiniert werden.
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1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

641406 2 PATENTANSPRÜCHE
1. Heisssiegelbares Laminat mit guten Zugfestigkeitseigenschaften, insbesondere für Verpackungszwecke, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens eine Schicht eines zur Molekülorientierung monoaxial oder biaxial gereckten Polyestermaterials mit vorwiegend kristalliner Molekülstruktur und mindestens eine Schicht eines mit Cyclohexan modifizierten Polyestermaterials, sogenanntem PETG-Material, mit vorwiegend amorpher Molekülstruktur aufweist, wobei die aus Polyestermaterial mit amorpher Molekularstruktur bestehende Schicht eine Dicke von nicht mehr als 10% der Gesamtdicke des Laminats hat.
2. Verfahren zur Herstellung eines Laminats gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schichten aus Polyestermaterial durch Laminieren oder Co-extrusion miteinander vereinigt werden, wobei das eine Polyestermaterial ein mit Cyclohexan modifiziertes Material eines solchen Typus ist, welches bei einer Temperatur von weniger als 100°C ohne vollständigen Verlust seiner amorphen Molekülstruktur einer Reckbehandlung unterworfen werden kann, d.h. ein Polyestermaterial des PETG-Typus, während die zweite Schicht aus einem Polyestermaterial zusammengesetzt ist, dessen Molekülstruktur beim Recken des Materials bei einer Temperatur von weniger als 100°C kristallin wird, worauf man die so verbundenen Schichten bei einer Temperatur von weniger als 100°C gemeinsam einem Reckvorgang unterwirft.
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