CN107735255A - 可回收性聚乙烯薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了可回收性聚乙烯薄膜，所述可回收性聚乙烯薄膜由至少80％的聚乙烯材料和至多20％的相容的聚烯烃材料组成，其中聚乙烯薄膜具有中间层(2)和两个与中间层(2)结合的外层(3)，所述中间层(2)由线型低密度聚乙烯(LLDPE)和/或线型茂金属低密度聚乙烯(mLLDPE)组成，所述外层(3)由高密度聚乙烯(HDPE)组成并且包围中间层(2)，其中聚乙烯薄膜(1)的HDPE份额占至少50体积％，优选至少80体积％，并且两个外层(3)一起的厚度至少为与中间层(2)的厚度相同，并且其中聚乙烯薄膜(1)在至少一个方向上拉伸。

Description

可回收性聚乙烯薄膜
本发明涉及可回收性聚乙烯薄膜，所述可回收性聚乙烯薄膜具有高刚性和耐热变形性和足够高的韧性。
目前常见的塑料包装薄膜是由不同层(根据应用和功能)组成的薄膜层合体，例如聚烯烃如聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)，通常还与作为被印刷外层的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)组合。在此通常组合由不同塑料组成的层。在这种情况下也可以想到塑料层与其它材料如铝或纸的层合体。包装本身还始终具有外部可见的印刷。在这种情况下将印刷施加至薄膜层合体的适合印刷的层上，例如双轴拉伸的聚丙烯(BO-PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(BO-PET)的层上。
作为用于高品质包装的印刷方法，大多使用序列印刷法(Reihendruckverfahren)，例如凹版印刷法或柔板序列印刷法。在序列印刷法中，单个印刷工具彼此分离并且待印刷的薄膜带各自在施加下一种油墨之前经过干燥器和多个导向辊，从而延长干燥路径。然而在特定的薄膜，尤其是PE薄膜的情况下，这造成套版精度的问题或不可接受的印刷图形。因此PE薄膜和PE薄膜层合体通常在行星式构造的柔版印刷法中在所谓的中央印刷圆筒机上进行印刷。在此，待印刷薄膜带在单个印刷工具之间在中央圆筒上经过并且之后才进行干燥。也可能在施加油墨之后在中央圆筒上进行中间干燥，其中薄膜带还在干燥时在中央圆筒上经过，但是通常不能在印刷工具之间进行完全干燥，因为干燥路径太短。因此行星式构造的柔版印刷法中的干燥品质不如序列印刷法那么高。然而本身在PE薄膜(例如用于尿不湿薄膜)的情况下在此可实现的套版精度足够高。
在高价值包装层合体的情况下，由于可实现的印刷图形，包装生产商通常需要在序列印刷法(例如凹版印刷法或(UV)柔板序列印刷法)中印刷薄膜层合体。因此在所述薄膜层合体中使用PET薄膜带或PP薄膜带作为被印刷薄膜带，所述被印刷薄膜带之后与低温密封性材料(如PE薄膜)层合成薄膜层合体。
在这种情况下当然出于成本原因，用于包装工业的薄膜层合体应当尽可能的薄。这意味着单个薄膜层就其功能而言同样应当尽可能的薄。仅承载印刷图像的外层在这种情况下应当尽可能的薄。根据现有技术，为此例如使用层厚度仅为12μm的PET薄膜带。
然而这些在包装工业中使用的薄膜层合体由于包含的不同材料而难以回收，因为材料难以分离。因此目前的趋势是在包装工业中使用所谓的单层合体，即(基本上)仅由一种材料组成的薄膜层合体。在此尤其感兴趣的是聚乙烯(PE)单层合体，因为聚乙烯是包装工业中最常使用的密封介质。还使用由主要材料(例如PE)组成并且仅包含少量其它材料的薄膜层合体作为单层合体。在本发明的意义上，这种薄膜层合体也被视为是单层合体并且相对容易回收。
聚乙烯单层合体的问题在于，技术相关厚度小于40μm的PE薄膜通常具有有限的所需品质，或者完全不能在序列构造的印刷装置上进行印刷，尤其是不能在凹版印刷法或柔板序列印刷法中进行印刷。因此目前不能制备这种可用于包装工业的能够在凹版印刷法中印刷的聚乙烯单层合体。
DE 10 2005 003 922 A1展示了由经拉伸HDPE印刷薄膜和LDPE载体薄膜组成的薄膜层合体，其中印刷薄膜被印刷。在此载体薄膜应当比印刷薄膜明显更厚。
本发明的目的是提供可以采用序列印刷法，尤其是通过凹版印刷法或柔板序列印刷法印刷的聚乙烯薄膜，所述聚乙烯薄膜可以用于包装工业并且容易回收。
通过聚乙烯薄膜实现所述目的，所述聚乙烯薄膜由至少80％的聚乙烯材料和至多20％的相容的聚烯烃材料组成，其中聚乙烯薄膜具有中间层和两个与中间层结合的外层，所述中间层由线型低密度聚乙烯(LLDPE)和/或线型茂金属低密度聚乙烯(mLLDPE)组成，所述外层由高密度聚乙烯(HDPE)组成并且包围中间层，其中聚乙烯薄膜的HDPE份额占至少50体积％，优选至少80体积％，并且两个外层一起的厚度至少为与中间层的厚度相同，并且其中聚乙烯薄膜在至少一个方向上拉伸。通过所述薄膜实现70℃下的优选至少10N/mm的足够的条带刚度，所述条带刚度足以使用序列印刷法如凹版印刷法或柔板序列印刷法进行高品质印刷。通过所述薄膜可以将印刷时的套版误差维持在包装工业中可容忍的界限内。通过拉伸聚乙烯薄膜额外使得薄膜的雾度值降低。此外根据本发明的聚乙烯薄膜具有足够的耐热变形性和韧性。
优选地，一个外层比另一个外层厚至多50％，从而避免聚乙烯薄膜的过度卷曲(Curling)。理想地，两个外层一样厚。
通过聚乙烯薄膜的所述构造，还可以实现小于40μm，优选小于30μm，非常特别优选小于20μm的聚乙烯薄膜厚度，使得薄膜尤其可用于包装工业。
为了实现必要的刚度，聚乙烯薄膜的拉伸比有利地大于1:2，优选大于1:3，尤其是大于1:4。
为了使聚乙烯薄膜的耐热变形性相对于纯HDPE-外层进一步改进，有利的是至少一个外层中包含耐热变形的聚烯烃材料。在此可以以共挤出层的形式在外层上施加耐热变形的聚烯烃材料，或者在外层中混入耐热变形的聚烯烃材料，其中两者同时进行也是可能的。为了不影响经拉伸PE-薄膜和由其制得的PE-薄膜层合体的可回收性，混入的聚烯烃的总份额应当不大于20重量％。
当聚乙烯薄膜具有小于10，优选小于8，特别优选小于5的雾度值时，薄膜层合体中的制得的聚乙烯薄膜也可以反面印刷(即在薄膜层合体内侧印刷)，因为薄膜足够透明。通过聚乙烯薄膜的拉伸比改进雾度值。
本发明的另一个目的是提供具有根据本发明的聚乙烯薄膜的薄膜层合体，尤其是由聚乙烯组成的单层合体。所述薄膜层合体的特征在于，将根据本发明的聚乙烯薄膜层合在载体层(尤其是由聚乙烯组成的载体层)上。
因此首次能够制备具有包装工业中所需的小的厚度的由聚乙烯组成的可回收性单层合体，其中PE-层通过序列印刷法进行印刷。
在薄膜层合体中非常特别有利的是，经拉伸和被印刷的PE-薄膜的外层被耐热变形的聚烯烃材料涂布。这涉及包装层合体的背对作为密封层的聚乙烯载体层设置的侧面(即外侧)具有印刷图形。因此，由于聚乙烯薄膜的升高的耐热变形性，可以升高加工时(尤其是包装过程中)的密封温度。这改进了薄膜层合体的可加工性。
下文参考图1和2更详细地解释本发明，图1和2示例性但非限制性地显示了本发明的有利实施方案。
图1显示了根据本发明的聚乙烯薄膜，并且
图2显示了根据本发明的具有聚乙烯薄膜的薄膜层合体。
下文更详细地解释本发明，其中如下描述中参考以如下方式测得或者以如下方式定义的塑料薄膜的特定性能。在此参考ASTM(美国材料与试验协会)的已知标准(简称ASTM-标准)中定义的测量方法。
弹性模量或E-模量：
根据ASTM D882进行测量，其中使用所述标准中定义的机器方向上的2％割线模量作为E-模量(单位MPa)。为了测量E-模量，使用测量长度为100mm并且宽度为25mm的待测量薄膜带的材料样品，并且以10mm/min的试验速度测量E-模量。
在特定温度的E-模量就是在该温度测量的E-模量。为此在希望的温度进行测量。
机器方向上的E-模量是在经拉伸薄膜中测量的E-模量，其中机器方向对应薄膜的拉伸方向。然而只有在一个方向上拉伸的薄膜是这种情况，双轴拉伸的薄膜并非如此。在此，机器方向是薄膜带的输送方向。
浊度(雾度)：
雾度值是透明样本的浊度的量度。测量雾度值的方法描述于标准ASTM D 1003。
条带刚度：
条带刚度(单位N/mm)被理解为上文定义的E-模量和测量的薄膜带的厚度的乘积。
根据本发明的层厚度小于40μm的聚乙烯薄膜1应当具有70℃下的至少10N/mm的条带刚度，从而可以在序列印刷法中以足够的印刷品质进行印刷。对于包装工业而言，聚乙烯薄膜1的层厚度力求在15-40μm的范围内。由于所述条带刚度，聚乙烯薄膜1在70℃的温度具有足够的刚度，从而可以通过序列印刷法(例如凹版印刷法或柔板序列印刷法)进行印刷。在此可以在印刷中保证至少+/-0.2mm的套版精度，这足以实现良好的印刷结果。如果条带刚度更低，则印刷时可实现的套版误差明显更大，这在使用序列印刷法进行印刷时造成不足的印刷结果。由于在序列印刷法(例如凹版印刷法或柔板序列印刷法)中使用至少两个分离的印刷工具分别印刷每种印刷油墨并且在施加每种印刷油墨之后分别在70℃左右的温度下进行干燥步骤，因此特别产生套版误差。在此，聚乙烯薄膜1在每个干燥步骤中还多次转向并且通过干燥器，从而延长干燥路径。因此聚乙烯薄膜1在印刷时通过长的干燥路径进行加热。如果该温度下的条带刚度低，则聚乙烯薄膜1在印刷时拉伸，因此在重叠进行油墨施加时印刷图像可能偏移。这造成套版误差。
此外，聚乙烯薄膜1应当具有足够高的耐热变形性，因此由其制得的薄膜层合体具有良好的可密封性。在加工薄膜层合体时，例如在包装过程中，力求达到高的密封烘烤温度，从而改进薄膜层合体聚乙烯薄膜1(例如用于制备袋式包装)的密封层的可加工性或熔融。可能的密封温度越高，则聚乙烯薄膜1可以越好并且越快地加工，这可以在聚乙烯薄膜1的足够高的耐热变形性的情况下实现。耐热变形性基本上表明聚乙烯薄膜1开始熔融的温度。
根据本发明的聚乙烯薄膜1具有至少50体积％(体积百分比)的HDPE(高密度聚乙烯)含量，从而提高聚乙烯薄膜1的条带刚度和耐热变形性。因此可以实现聚乙烯薄膜1的所需性能。在此，聚乙烯薄膜1的总HDPE含量以及聚乙烯薄膜1的层内的HDPE的排列具有决定性。根据本发明，聚乙烯薄膜1以多层方式实施(图1)，具有至少一个中间层2，所述中间层2主要由LLDPE(线型低密度聚乙烯)或mLLDPE(茂金属线型低密度聚乙烯)(或其混合物)组成。中间层2包含至少80体积％的LLDPE或mLLDPE，剩余份额可以是其它聚烯烃材料，尤其是聚乙烯，例如HDPE。中间层2的每一侧被HDPE外层3包围并且提供聚乙烯薄膜1的改进的韧性。在此两个外层3一起的厚度至少为与中间层2的厚度相同。为了避免聚乙烯薄膜1的(过度)卷曲(Curling)，两个外层3之一优选比另一个外层3厚至多50％。理想地，力求达到具有两个相同厚度的外层3的对称层构造。因此该定义例如包括具有HDPE/LLDPE或mLLDPE/HDPE的1/1/1或具有HDPE/LLDPE或mLLDPE/HDPE的2/1/2的聚乙烯薄膜1的层构造。可能的不对称层构造例如为具有HDPE/LLDPE或mLLDPE/HDPE的3/1/2。
多层聚乙烯薄膜1中的HDPE份额在此为至少50体积％，从而实现所需的条带刚度和耐热变形性。在一个或两个HDPE外层3中还可以混入少量的其它聚烯烃材料，例如5-10％的LLDPE C8，从而进一步改进韧性。
多层聚乙烯薄膜1可以例如通过共挤出单个层而制得。在此中间层2自身也可以又具有多层构造。同样地，外层3可以具有多层构造。
为了在力求达到的小于40μm的聚乙烯薄膜1的小厚度下容易实现所需的条带刚度，聚乙烯薄膜1必须额外在至少一个方向上拉伸。聚乙烯薄膜1的拉伸具有额外的有利效果：由此降低了聚乙烯薄膜的雾度值。经拉伸聚乙烯薄膜1的拉伸比在此优选大于1:2，尤其是大于1:3，非常特别有利地大于1:4。
两个外层3中的至少一者使用序列印刷法(例如凹版印刷法或柔板序列印刷法)进行印刷(图1中的印刷层4)。
如下对比实施例中证实了根据本发明的聚乙烯薄膜1对于包装工业的可印刷性：
在经拉伸的薄膜2、3和4的情况下，E-模量基于机器方向。
通过上表可知，当聚乙烯薄膜1具有50％以上的HDPE份额和足够的拉伸时(薄膜3)，由于获得的条带刚度，即使在小于40μm的厚度下也具有足够的刚度，因此在序列印刷法(例如凹版印刷法或柔板序列印刷法)中可以以需要的套版精度进行印刷。如果不拉伸，即使是薄膜3和4也不具有用于序列印刷法的足够刚度。由于至少50体积％的HDPE份额，薄膜3和4还具有良好的耐热变形性。
如DE 10 2005 003922A1中所描述的纯HDPE的薄膜作为印刷载体虽然具有用于印刷的足够刚度和耐热变形性，但是对于作为包装层合体的应用来说韧性不足，并且在拉伸方向上倾向于撕裂。通过根据本发明的薄膜构造，能够协调所有这些相冲突的性能。
当用相容的、耐热变形的聚烯烃材料(例如聚丙烯(PP)或环烯烃共聚物(COC))补充外层3时，聚乙烯薄膜1的耐热变形性可以进一步改进。在此，可以在聚乙烯薄膜1的至少一侧上将耐热变形材料以薄层的形式共挤出至外层3上。但是也可以想到将耐热变形材料混入至少一个HDPE的外层3。也可以想到两者同时进行，即共挤出层和混入。如果聚乙烯薄膜1中除了聚乙烯还使用其它耐热变形的聚烯烃(不同类型)，则聚乙烯薄膜1的聚乙烯份额应当占至少80体积％，从而不影响聚乙烯薄膜1的可回收性。剩余20体积％由相容的聚烯烃材料形成。
根据本发明的特别用于包装工业的具有上述聚乙烯薄膜1的薄膜层合体10(如图2所示)例如如下制得：
首先制备根据本发明的聚乙烯薄膜1，所述聚乙烯薄膜1具有小于40μm，优选小于30μm，尤其优选小于20μm的厚度并且具有在70℃的至少10N/mm的条带刚度。该聚乙烯薄膜1通过凹版印刷法或者在其它序列印刷法(例如柔板序列印刷法)中至少进行单面印刷。由于所实现的刚度可以以足够的精度进行印刷。
然后将这样印刷的聚乙烯薄膜1层合至载体薄膜11(优选未拉伸载体聚乙烯薄膜)上从而制备薄膜层合体10。如果载体薄膜11由聚乙烯组成，则将产生单材料层合体。在此，当被印刷的聚乙烯薄膜1的雾度足够低时，被印刷侧可以通过被印刷的聚乙烯薄膜1的印刷层4而位于内部，即面对载体薄膜11。当被印刷的聚乙烯薄膜1的雾度值小于10，优选小于8，特别优选小于5时，可以使用该手段。
薄膜层合体10的载体聚乙烯薄膜形成密封层。当根据本发明的聚乙烯薄膜1在外层3中包含额外的耐热变形材料时(以混入或单独的共挤出层的形式)，该外层3优选背对载体聚乙烯薄膜设置，从而可以利用高耐热变形性。
当使用在至少一个方向上拉伸的聚乙烯薄膜1作为被印刷的聚乙烯薄膜1时，可以在具有HDPE份额的聚乙烯薄膜1中实现薄包装薄膜的所述雾度值以及高刚度值。然后在其它情况下相对浑浊的HDPE变得尽可能的透明。
根据本发明的被印刷的聚乙烯薄膜1当然还可以与其它层或额外层进行层合。例如可以在薄膜层合体中设置位于中间的铝层作为气味屏障。被印刷的聚乙烯薄膜1或载体薄膜11同样还可以金属化或者被屏蔽漆涂布。根据本发明的被印刷的聚乙烯薄膜1还可以根据应用层合至任何其它载体层上，其中载体层本身可以以多层方式实施。但是由于印刷，根据本发明的聚乙烯薄膜1优选是制得的薄膜层合体10的外层。
根据本发明的用于包装工业的薄膜层合体10的典型总厚度为40-120μm。在单材料层合体的情况下，力求总厚度在30-150μm的范围内。

Claims (13)

1.可回收性聚乙烯薄膜，所述可回收性聚乙烯薄膜由至少80％的聚乙烯材料和至多20％的相容的聚烯烃材料组成，其中聚乙烯薄膜(1)具有中间层(2)和两个与中间层(2)结合的外层(3)，所述中间层(2)由线型低密度聚乙烯(LLDPE)和/或线型茂金属低密度聚乙烯(mLLDPE)组成，所述外层(3)由高密度聚乙烯(HDPE)组成并且包围中间层(2)，其中聚乙烯薄膜(1)的HDPE份额占至少50体积％，优选至少80体积％，并且两个外层(3)一起的厚度至少为与中间层(2)的厚度相同，并且其中聚乙烯薄膜(1)在至少一个方向上拉伸。
2.根据权利要求1所述的可回收性聚乙烯薄膜，其特征在于，一个外层(3)比另一个外层(3)厚至多50％。
3.根据权利要求1或2所述的可回收性聚乙烯薄膜，其特征在于，聚乙烯薄膜(1)的厚度小于40μm，优选小于30μm，非常特别优选小于20μm。
4.根据权利要求1至3任一项所述的可回收性聚乙烯薄膜，其特征在于，外层(3)通过序列印刷法进行印刷。
5.根据权利要求1至4任一项所述的可回收性聚乙烯薄膜，其特征在于，聚乙烯薄膜(1)的拉伸比大于1:2，优选大于1:3，尤其是大于1:4。
6.根据权利要求1至5任一项所述的可回收性聚乙烯薄膜，其特征在于，在至少一个外层(3)中以20体积％的最大量包含耐热变形的聚烯烃材料。
7.根据权利要求6所述的可回收性聚乙烯薄膜，其特征在于，至少部分地以共挤出层的形式在外层(3)上施加耐热变形的聚烯烃材料。
8.根据权利要求6所述的可回收性聚乙烯薄膜，其特征在于，至少部分地在外层(3)中混入耐热变形的聚烯烃材料。
9.根据权利要求1至7任一项所述的可回收性聚乙烯薄膜，其特征在于，聚乙烯薄膜(1)具有小于10，优选小于8，特别优选小于5的雾度值。
10.薄膜层合体，所述薄膜层合体具有至少一个载体层(11)和与其结合的根据权利要求1至9任一项所述的可回收性聚乙烯薄膜(1)。
11.根据权利要求10所述的薄膜层合体，其特征在于，载体层(11)由聚乙烯，优选未拉伸聚乙烯制得。
12.根据权利要求10或11所述的薄膜层合体，其特征在于，将被印刷的外层(3)面对载体层(11)设置。
13.根据权利要求10至12任一项所述的薄膜层合体，其特征在于，将具有耐热变形的聚烯烃材料的外层(3)背对载体层(11)设置。
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