Die Erfindung liegt im Gebiete der Verpackungsindustrie und betrifft eine Kunststoffolie mit Lichtbarriere-Eigenschaften gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die erfindungsgemässe Kunststoffolie wird als Verpackungsmaterial oder als Lichtbarriere-Schicht eines mehrschichtigen Verpackungsmaterials verwendet.
Viele Verpackungsmaterialien bestehen aus Kunststoff oder enthalten Kunststoffschichten. Sie bestehen aus einer oder mehreren Schichten extrudierten Kunststoffs oder coextrudierter Kunststoffe oder sie bestehen aus einer mehr oder weniger steifen Schicht, beispielsweise aus Karton, welche steife Schicht beispielsweise auf beiden Seiten mit Kunststoff beschichtet ist. Zusätzlich können derartige Verpackungsmaterialien für spezielle Barriere-Funktionen, wie beispielsweise Gas-, Aroma oder Lichtbarrieren, weitere Schichten aufweisen.
Kunststoffolien, die in der Verpackungsindustrie zur Anwendung kommen, haben Dicken von ca. 20 mu m bis ca. 300 mu m und bestehen üblicherweise aus thermoplastischen Kunststoffen wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder aus entsprechenden Copolymeren. Derartige Materialien sind von sich aus mehr oder weniger durchsichtig. Um daraus Verpackungen für lichtempfindli che Güter, wie beispielsweise Milchprodukte herzustellen, ist es deshalb unumgänglich, entweder eine weitere Schicht in das Material einzuführen, welche weitere Schicht Licht absorbiert oder Licht reflektiert oder in den Kunststoff ein Mittel einzubringen, welches Mittel Licht daran hindert, in die Verpackung einzudringen.
Bekannte Schichten mit Lichtbarriere-Eigenschaften sind beispielsweise Aluminiumschichten oder Schichten aus anderen Metallen, welche gleichzeitig das Verpackungsmaterial Gas- und Aroma-dicht machen. Bekannte Kunststoffschichten mit Lichtbarriere-Eigenschaften im Bereiche des sichtbaren Spektrums enthalten als Mittel zur Absorption und/oder Reflektion des Lichts ein schwarzes Pigment, beispielsweise Russ-Schwarz, in einer derartigen Menge, dass die Transparenz (Verhältnis von auf die Folie fallender Lichtintensität zu durch die Folie durchdringender Lichtintensität) unter einem vorgegebenen Wert liegt.
Mit Russ-Schwarz als Pigment ist es möglich, eine starke Lichtbarriere (Transparenz unter 1%) für Licht über das ganze sichtbare Spektrum zu erhalten für Folien mit Dicken bis hinunter zu 20 mu m, in denen die Pigmentkonzentration trotzdem genügend niedrig (einige Prozent) ist, um die physikalischen Eigenschaften der Folie verglichen mit einer Folie ohne Pigment nicht zu verändern.
Folien, die Russ-Schwarz enthalten, sind befriedigend betreffend ihren Lichtbarriere-Eigenschaften. Ihr Nachteil liegt in ihrem Aussehen, das ästhetisch schlecht zu Verpackungen für Milch, Milchprodukte oder andere Nahrungsmittel passt. Aus diesem Grunde werden die schwarzen Barriere-Folien üblicherweise beidseitig mit Filmen anderer Farbe abgedeckt. Ein weiterer Nachteil der schwarzen Folien liegt in der Herstellung. Russ-Schwarz hat auch bei sehr niedrigen Konzentrationen einen derart stark färbenden Charakter, dass es schwieriger ist, Extruder und andere Vorrichtungen davon zu reinigen, wenn damit Russ-Schwarz enthaltende Kunststoffe verarbeitet wurden, als dies der Fall ist, wenn Kunststoffe mit anderen Pigmenten verarbeitet wurden.
Aus diesem Grunde kann es notwendig werden, ganze Produktionslinien für die Fabrikation derartiger schwarzer Folien oder Filme zu reservieren, wodurch die Flexibilität der Produktion in nicht tolerierbarer Weise eingeschränkt werden kann.
Mit Pigmenten, die nicht schwarz sind, ist es kaum möglich, genügend niedrige Transparenzen über einen weiten Wellenlängenbereich zu erreichen mit genügend niedrigen Pigmentkonzentrationen, um Folien mit vorgegebenen Dicken und vorgegebenen physikalischen Eigenschaften herstellen zu können. Das heisst mit anderen Worten, eine Kunststoffolie, die ein anderes Pigment als ein schwarzes Pigment enthält und die eine genügend niedrige Transparenz aufweist, ist entweder zu dick oder hat wegen zu hoher Pigmentkonzentration unerwünschte, physikalische Eigenschaften.
Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, eine Kunststoffolie mit Lichtbarriere-Eigenschaften zu schaffen, die Dicken und physikalische Eigenschaften aufweist, wie sie in der Verpackungsindustrie erwünscht sind, und die für sichtbares Licht eine genügend niedrige Transparenz aufweist, um als Lichtbarriereschicht in Verpackungsmaterialien für beispielsweise Nahrungsmittel, die gegen sichtbares Licht empfindlich sind. Mit der erfindungsgemässen Kunststoffolie sollen die oben genannten Nachteile von Folien, die Russ-Schwarz enthalten vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemässe Kunststoffolie, wie sie in den Ansprüchen definiert ist.
Die erfindungsgemässe Kunststoffolie enthält zwei Pigmente mit komplementären Farben.
Die erfindungsgemässe Kunststoffolie enthält die Pigment-Partikel mit zwei oder mehr verschiedenen Farben, als Mischung oder getrennt in verschiedenen coextrudierten oder laminierten Schichten. Die erfindungsgemässe Kunststoffolie weist eine Transparenz auf, die genügend tief ist mit einer Partikelkonzentration, die in demselben Bereiche liegt wie die Partikelkonzentration (einige Prozent) vergleichbarer Folien, die Russ-Schwarz enthalten und die für dieselben Anwendungen hergestellt werden.
Die erfindungsgemässe Kunststoffolie wird mit Hilfe der folgenden Figuren detaillierter beschrieben. Die Figuren zeigen alle Transparenz-Diagramme (Transparenz in % gegen Wellenlänge in nm) und zwar für:
Fig. 1 ein blaues Pigment;
Fig. 2 ein gelbes Pigment;
Fig. 3 eine Kombination eines blauen und eines gelben Pigmentes;
Fig. 4 Russ-Schwarz.
Die Transparenz einer Kunststoffolie, die ein Pigment enthält, kann ausgedrückt werden durch die Lambert-Beer'sche Funktion:
T[%] = 100 &cirf& exp(- alpha &cirf& c &cirf& d)
wobei T die Transparenz in % ist, alpha ein Absorptionskoeffizient, der die optischen Eigenschaften des Pigmentes beschreibt und stark von der Wellenlänge abhängig ist, c die Pigmentkonzentration im Kunststoff und d die Schichtdicke.
Im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes (ca. 400 nm bis ca. 750 nm) zeigen Pigmente hohe Transparenz bei Wellenlängen, die ihrer sichtbaren Farbe entsprechen und niedrige Transparenz bei Wellenlängen die der Komplementärfarbe entsprechen. Da der Absorptionskoeffizient alpha zwischen Wellenlängen hoher und Wellenlängen tiefer Absorption um einen Faktor bis zu 10 oder sogar mehr variieren kann, ist es offensichtlich, dass bei der Anwendung von nur einem Pigment die Pigmentkonzentration oder die Schichtdicke um denselben Faktor erhöht werden muss, wenn eine genügend tiefe Transparenz erreicht werden soll auch bei Wellenlängen mit tiefer Absorption (hohe Transparenz).
Dies ist nicht der Fall, wenn mehr als ein Pigment mit mehr als einer Farbe verwendet wird. Dabei werden die Pigmente derart ausgewählt, dass der Absorptionskoeffizient des einen Pigmentes hoch ist für Wellenlängen, für die der Absorptionskoeffizient des anderen Pigmentes oder anderer Pigmente tief ist. Dies bedeutet, dass die Pigmente vorzugsweise komplementäre Farben aufweisen.
Fig. 1 zeigt das Transparenzdiagramm (Transparenz gegen Wellenlänge) einer Kunststoffolie mit einem beispielhaften blauen Pigment, welche Kunststoffolie für Verpackungsmaterialien verwendbar ist. Die Folie zeigt eine niedrige Absorption, also hohe Transparenz für Wellenlängen zwischen ca. 400 und 550 nm (blau). Um die Transparenz in diesem Wellenlängenbereich auf einen für eine Lichtbarriere genügend tiefen Wert von unter 1% zu bringen, müssten die Pigmentkonzentration oder die Schichtdicke um einen Faktor in der Gegend von 6 erhöht werden.
Fig. 2 zeigt das Transparenzdiagramm für eine Kunststoffolie mit einem beispielhaften gelben Pigment, wobei die Pigmentkonzentration und die Schichtdicke etwa die gleichen sind, wie sie der Fig. 1 zugrunde liegen. Das gelbe Pigment zeigt niedrige Absorption, d.h. hohe Transparenz für Wellenlängen über 550 nm (orange-rot). Um in diesem Wellenlängenbereich eine genügend niedrige Transparenz (unter 1%) für eine Lichtbarriere zu erreichen, müsste die Pigmentkonzentration oder die Schichtdicke um einen Faktor von etwa 9 erhöht werden.
Fig. 3 zeigt ein Transparenzdiagramm für eine Kunststoffolie, die eine für eine Barriereschicht akzeptable Transparenz über das gesamte sichtbare Spektrum aufweist und deshalb für die Verpackung von lichtempfindlichen Gütern anwendbar ist. Es handelt sich um eine Folie, die das blaue Pigment der Fig. 1 und das gelbe Pigment der Fig. 2 enthält, bei etwa denselben Pigmentkonzentrationen und derselben Schichtdicke. Offensichtlich kann durch die Kombination der beiden Pigmente eine gute Barriereschicht erreicht werden mit einer Erhöhung der Pigmentkonzentration um einen Faktor von nur 2 (Addition der beiden etwa gleichen Pigmentkonzentrationen) anstelle eines Faktors 6 oder sogar 9 (Fig. 1 und 2).
Als Vergleich zeigt Fig. 4 ein Transparenzdiagramm für eine etwa gleiche Kunststoffolie, die aber Russ-Schwarz enthält.
Ein weiterer Vorteil für Kunststoffolien, die andere Pigmente als Russ-Schwarz enthalten, ist ihre ästhetische Erscheinung, welche besser passt zu Verpackungsmaterialien, insbesondere zu Verpakkungsmaterialien für Nahrungsmittel. Dies bedeutet, dass es nicht mehr notwendig ist, die Lichtbarriere-Folie mit anderen Schichten abzudecken.
Offensichtlich ist die Methode zur Herstellung von Kunststoffolien mit Lichtbarriere-Eigenschaften aus an sich mehr oder weniger transparente Materialien durch Einführung von Pigmenten komplementärer Farbe nicht beschränkt auf Folien, sondern kann auch auf dickere Materialien übertragen werden, beispielsweise auf wärmegeformte Kunststoffartikel. Das Problem der genügend niedrigen Transparenz ist aber für höhere Dicken nicht derart relevant, da dank der erhöhten Schichtdicke die Partikelkonzentration meist auch für eine sehr niedrige Transparenz nicht ungebührlich erhöht werden muss.
The invention lies in the field of the packaging industry and relates to a plastic film with light barrier properties according to the preamble of claim 1. The plastic film according to the invention is used as packaging material or as a light barrier layer of a multilayer packaging material.
Many packaging materials are made of plastic or contain plastic layers. They consist of one or more layers of extruded plastic or coextruded plastics or they consist of a more or less rigid layer, for example of cardboard, which rigid layer is coated with plastic on both sides, for example. In addition, packaging materials of this type for special barrier functions, such as gas, aroma or light barriers, can have further layers.
Plastic films that are used in the packaging industry have thicknesses of approximately 20 μm to approximately 300 μm and usually consist of thermoplastic materials such as polyethylene, polypropylene, polyester or of corresponding copolymers. Such materials are inherently more or less transparent. In order to produce packaging for light-sensitive goods, such as dairy products, it is therefore imperative either to introduce another layer into the material, which layer absorbs light or to reflect light, or to incorporate an agent into the plastic that prevents light from entering to penetrate the packaging.
Known layers with light barrier properties are, for example, aluminum layers or layers of other metals, which simultaneously make the packaging material gas and aroma-tight. Known plastic layers with light barrier properties in the range of the visible spectrum contain a black pigment, for example soot black, as a means for absorbing and / or reflecting the light in such an amount that the transparency (ratio of light intensity falling on the film to the through Film penetrating light intensity) is below a predetermined value.
With carbon black as a pigment, it is possible to obtain a strong light barrier (transparency below 1%) for light across the entire visible spectrum for films with thicknesses down to 20 µm, in which the pigment concentration is nevertheless sufficiently low (a few percent) is so as not to change the physical properties of the film compared to a film without pigment.
Films containing carbon black are satisfactory in terms of their light barrier properties. Their disadvantage is their appearance, which is aesthetically poor for packaging for milk, dairy products or other foods. For this reason, the black barrier films are usually covered on both sides with films of a different color. Another disadvantage of black foils is their manufacture. Soot black has such a strong coloring character even at very low concentrations that it is more difficult to clean extruders and other devices from it when plastics containing soot are processed with it than is the case when plastics with other pigments are processed were.
For this reason, it may be necessary to reserve entire production lines for the manufacture of such black foils or films, which can limit the flexibility of production in an intolerable manner.
With pigments that are not black, it is hardly possible to achieve sufficiently low transparencies over a wide wavelength range with sufficiently low pigment concentrations in order to be able to produce films with specified thicknesses and specified physical properties. In other words, a plastic film that contains a pigment other than a black pigment and that has a sufficiently low transparency is either too thick or has undesirable physical properties due to the pigment concentration being too high.
It is now the object of the invention to provide a plastic film with light barrier properties which has the thicknesses and physical properties which are desired in the packaging industry and which has a sufficiently low transparency for visible light to be used as a light barrier layer in packaging materials for, for example Food that is sensitive to visible light. The plastic film according to the invention is intended to avoid the above-mentioned disadvantages of films which contain carbon black.
This object is achieved by the plastic film according to the invention as defined in the claims.
The plastic film according to the invention contains two pigments with complementary colors.
The plastic film according to the invention contains the pigment particles with two or more different colors, as a mixture or separately in different coextruded or laminated layers. The plastic film according to the invention has a transparency which is sufficiently deep with a particle concentration which is in the same range as the particle concentration (a few percent) of comparable films which contain carbon black and which are produced for the same applications.
The plastic film according to the invention is described in more detail with the aid of the following figures. The figures show all transparency diagrams (transparency in% versus wavelength in nm) for:
1 shows a blue pigment;
2 shows a yellow pigment;
3 shows a combination of a blue and a yellow pigment;
Fig. 4 Russ black.
The transparency of a plastic film that contains a pigment can be expressed by the Lambert-Beer function:
T [%] = 100 & cirf & exp (- alpha & cirf & c & cirf & d)
where T is the transparency in%, alpha is an absorption coefficient that describes the optical properties of the pigment and is strongly dependent on the wavelength, c the pigment concentration in the plastic and d the layer thickness.
In the wavelength range of visible light (approx. 400 nm to approx. 750 nm), pigments show high transparency at wavelengths that correspond to their visible color and low transparency at wavelengths that correspond to the complementary color. Since the absorption coefficient alpha can vary by a factor of up to 10 or even more between high and low absorption wavelengths, it is obvious that if only one pigment is used, the pigment concentration or the layer thickness must be increased by the same factor if one is sufficient deep transparency should also be achieved at wavelengths with low absorption (high transparency).
This is not the case if more than one pigment with more than one color is used. The pigments are selected such that the absorption coefficient of one pigment is high for wavelengths for which the absorption coefficient of the other pigment or other pigments is low. This means that the pigments preferably have complementary colors.
1 shows the transparency diagram (transparency versus wavelength) of a plastic film with an exemplary blue pigment, which plastic film can be used for packaging materials. The film shows low absorption, i.e. high transparency for wavelengths between approx. 400 and 550 nm (blue). In order to bring the transparency in this wavelength range to a sufficiently low value of less than 1% for a light barrier, the pigment concentration or the layer thickness would have to be increased by a factor in the region of 6.
FIG. 2 shows the transparency diagram for a plastic film with an exemplary yellow pigment, the pigment concentration and the layer thickness being approximately the same as those on which FIG. 1 is based. The yellow pigment shows low absorption, i.e. high transparency for wavelengths above 550 nm (orange-red). In order to achieve a sufficiently low transparency (below 1%) for a light barrier in this wavelength range, the pigment concentration or the layer thickness would have to be increased by a factor of about 9.
3 shows a transparency diagram for a plastic film which has a transparency over the entire visible spectrum which is acceptable for a barrier layer and which can therefore be used for the packaging of photosensitive goods. It is a film which contains the blue pigment of FIG. 1 and the yellow pigment of FIG. 2 at approximately the same pigment concentrations and the same layer thickness. Obviously, a good barrier layer can be achieved by combining the two pigments with an increase in the pigment concentration by a factor of only 2 (addition of the two approximately equal pigment concentrations) instead of a factor 6 or even 9 (FIGS. 1 and 2).
As a comparison, FIG. 4 shows a transparency diagram for an approximately identical plastic film which, however, contains carbon black.
Another advantage for plastic films that contain pigments other than carbon black is their aesthetic appearance, which is better suited to packaging materials, in particular packaging materials for foodstuffs. This means that it is no longer necessary to cover the light barrier film with other layers.
Obviously, the method for producing plastic films with light barrier properties from more or less transparent materials by introducing pigments of complementary colors is not limited to films, but can also be applied to thicker materials, for example to thermoformed plastic articles. However, the problem of sufficiently low transparency is not so relevant for higher thicknesses, since thanks to the increased layer thickness the particle concentration usually does not have to be unduly increased even for very low transparency.