DE10062417A1

DE10062417A1 - Heißsiegelbare Mehrschichtfolien mit definierter Gasdurchlässigkeit sowie deren Verwendung als Verpackungsmaterial, insbesondere Käsereifepackung

Info

Publication number: DE10062417A1
Application number: DE2000162417
Authority: DE
Inventors: Peter Beckmann
Original assignee: Wipak Walsrode GmbH and Co KG
Current assignee: Wipak Walsrode GmbH and Co KG
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-06-20
Also published as: AU2002229652A1; NO20032660L; WO2002047904A3; NO20032660D0; PL362180A1; CA2431692A1; EP1358070A2; RU2003120515A; WO2002047904A2

Abstract

Beschrieben wird eine Mehrschichtfolie mit einer Gesamtschichtdicke im Bereich von 30 bis 90 mum, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Schichten aus PA 6/MXD 6/Nanoteilchen mit einer Schichtdicke von 2 bis 7 mum, gegebenenfalls eine oder mehrere Siegelschichten aus Polyolefinen sowie gegebenenfalls eine oder mehrere Schichten aus biaxial orientiertem PETP, PP oder Coex-PP enthält. DOLLAR A Weiterhin wird die Verwendung dieser Folie zur Herstellung von Folien mit beidseitig lesbarer Bedruckung als auch zur Herstellung einer Käsereifepackung beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mehrschichtfolien, mit denen nicht wie über wiegend üblich auf Minimierung der Durchlässigkeiten für Wasserdampf, Gase und Aromen gezielt, sondern vielmehr versucht wird, das Füllgut in ein qualitätserhalten des Gleichgewicht mit der natürlichen Umgebung zu stellen.

Zahlreiche Produkte des täglichen Lebens und insbesondere Lebensmittel werden industriell erzeugt und in verschiedenartigen Folien verpackt, die geeignet sind, die typischen erwünschten Eigenschaften des jeweiligen Füllgutes über eine möglichst lange Zeitspanne zu erhalten. Als Mindesthaltbarkeitsdatum (MHD) wird hierbei Tag/Monat/Jahr definiert, bis zu dem ein verpacktes Produkt unbedenklich verwen det oder verzehrt werden kann.

Den Stand der Technik betreffend Kunststoff-Folie beschreibt unter anderen Nentwig (Joachim Nentwig: Kunststoff-Folien, Carl Hanser Verlag 1994, München). Speziell zu Polyamiden schreibt Stoeckhert (Dr.-Ing. Klaus Stoeckhert: Polyamide, Poly amidfolien und Polyamid-Verbundfolien, Neue Verpackung 8/1984), zu Poly propylen schreiben Wagner u. Beckmann (H. Wagner und P. Beckmann: Orientierte Polypropylenfolien, Neue Verpackung 2/1979) und zu Kunststoff-Verbundfolien schreibt Hinsken (Dipl.-Ing Herrmann Hinsken: Kunststoff-Verbundfolien, Neue Verpackung 2/1990).

Herstellung und Verwendung heißsiegelbarer Verpackungsfolien dienen der Produktion, dem Erhalt, der Distribution und der hygienischen, informativen SB- Vermarktung von Lebensmitteln.

Verschiedene Produkte stellen unterschiedliche Anforderungen an die Durchlässig keit der zu verwendenden Packstoffe/Folien. Entsprechende Designvorgaben werden bei der Entwicklung von Kombinationsfolien aus handelsüblichen Einzelfolien berücksichtigt und führen füllgutspezifisch zum Erfolg.

Die Chipsverpackung beispielsweise, bedarf insbesondere einer wasserdampfdichten Verpackung zum Erhalt der Rösche/Knusprigkeit. Biaxial orientierte Polypropylen folien (BOPP) bieten hierfür optimale Voraussetzungen, da ihre mit < 1000 cm³/m².Tag besonders hohe Sauerstoffdurchlässigkeit bei Einschluss eines Lichtschutzes hier keinen Schaden durch Autooxidation und Ranzidität anrichtet. Ihr Einsatz ist daher weit verbreitet.

Unter Atmoshärenaustausch verpackte vorgebackene Baguettes u. Brötchen be nötigen eine gasdichte Verpackung, damit die Schutzatmosphäre als Fungistatikum erhalten bleibt und um nicht durch CO2-Verlust ein produktdeformierendes Pseudovakuum entstehen zu lassen. EVOH-haltige und andere Verbundfolien mit Sauerstoffdurchlässigkeit < 2,0 cm³/m² × d haben sich hierfür bewährt.

Diese Verpackungsbeispiele präsentieren Folien für deren Herstellung ein nahezu unbegrenzt großes internationales Angebot in Vielfalt und Menge gegeben ist.

Eine Sonderstellung nimmt hingegen die industrielle Herstellung und Verpackung von Naturkäse in Stücken, Scheiben oder gerieben/geraspelt ein, wenn sortenabhängig der in Dauer und Intensität unterschiedliche Reifeprozess über den Verpackungszeitpunkt hinaus andauert (Käsereifepackung) und hermetisch verschlossene Verpackungen durch die Entwicklung von Kohlendioxid bombieren würden.

Die für diese Gruppe von Anwendungen bewährten Verbundfolien bestehen über wiegend aus biaxial orientierten Polyamid (PAB) als fallweise auch bedruckter Trägerfolie von 12 oder 15 µ und 35 bis 60 µ dicken olefinischen Siegelschichten und weisen Sauerstoffdurchlässigkeiten zwischen 30 und 50 cm³/m².Tag.bar auf. In Aus nahmefällen verwendet man für besonders stark gasende Sorten oder für Produkte mit ausgewiesen kurzer MHD, unter Inkaufnahme erhöhter Knickbruchgefahr gegenüber PAB, biaxial orientierte Polyesterfolien (PET) an Stelle des PAB und erzielt so eine O2-Du von ca. 90 cm³/m².Tag.bar.

Die Zahl der Anbieter von PAB-Folien ist eng begrenzt und das PAB-Preisniveau besonders hoch. Daneben ist PAB ein hygroskopischer Stoff mit einer, für den Veredelungsprozess zu rapportgerecht bedruckten Folien, mangelhaften Dimensions stabilität. PET ist zwar kostengünstiger aber knickbruchgefährdet und durchlässig keitsbedingt in Kombination mit olefinischen Standard-Siegelschichten nicht uni versell verwendbar.

Es stellte sich daher die Aufgabe, Verpackungsfolien mit einer definierten Gasdurch lässigkeit zur Verfügung zu stellen, die sich auch für ausgasende Verpackungsgüter wie z. B. Naturkäse eignen und keine Trägerfolie aus biaxial orientiertem Polyamid enthalten. Die gesamte Folie soll idealerweise gezielt die füllgutabhängig zweckmäßige Sauerstoffdurchlässigkeit zwischen 30 bis 50 cm³/m².Tag aufweisen.

Erfindungsgemäß gelang dies durch flächige Kombination von 12 µ-PET, 20 µ-Coex- BOPP und 15 µ Homo-BOPP-Folien als jeweils bedruckte oder unbedruckte Träger komponenten mit coextrudierten Siegelschichten aus Polyolefinen, Haftvermittlern und speziellen Polyamidblends, die bereits in geringer Schichtdicke von < 10 µ eine ähnliche Barrierewirkung zeigen, wie 15 µ dickes biaxialgerecktes PA6, in den für die Käseverpackung überwiegend gebräuchlichen Kombinationsfolien mit polyolefini schen Standardsiegelschichten.

Der Erfindungsgegenstand ist daher eine Mehrschichtfolie mit einer Gesamtschicht dicke im Bereich von 30 bis 90 µm, die eine oder mehrere Schichten aus biaxial orientierten Polyäthylenterephthalat (PETP) oder Polypropylen (PP) und eine oder mehrere in der darauf kaschierten, coextrudierten polyolefinischen Siegelschicht (Coex-PP), flächig und dickengleich integrierte Lage oder Lagen einer Mischung aus teilkristallinem Polyamid und Nanoteilchen enthaltenden aliphatischem Polyamid, mit einer Einzelschichtdicke von 2 bis 7 µm, besteht. Die Gesamtschichtdicke der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie beträgt vorzugsweise 40 bis 70 µm, die der einen oder mehreren Schichten aus der Nanoteilchen enthaltenden Polyamid mischung, vorzugsweise 2 bis 4 µm.

Die erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien weisen eine definierte Sauerstoffdurch lässigkeit im Bereich zwischen 20 und 60, vorzugsweise zwischen 30 und 50 cm³/m².D.bar auf.

Die Mehrschichtfolien können eine oder mehrere Schichten in weiß oder anders farbig eingefärbt enthalten.

Die Nanoteilchen sind üblicherweise Plättchen aus Aluminiumsilikat, die dem PA 6 während der Polymerisation zugegeben worden sind. Ihre Größe liegt dabei unter 800 nm, bevorzugt im Bereich zwischen 50 bis 400 nm. Im PA 6 werden die Nanoteilchen üblicherweise in einer Menge von 1 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Gesamtmenge der Komponenten der PA 6/MXD 6/Nanoteilchen-Schicht.

Die Polyolefine in der Siegelschicht sind bevorzugt PE, PP, EP-Copolymere oder Terpolymere.

Die erfindungsgemäßen Folien können natürlich auch in drei- und mehrschichtigen Verbundfolien als Zwischenlage eingesetzt werden, wobei sie hierbei keine Siegel aufgabe haben.

Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolien zur Herstellung von Folien, insbesondere von Verpackungsfolien, mit beidseitig lesbarer Bedruckung.

Weiterhin umfasst die Erfindung auch die Verwendung der beschriebenen erfin dungsgemäßen Mehrschichtfolien als Verpackungsfolie, insbesondere von ausgasen den Nahrungsmitteln wie Naturkäse oder Hefe. Bevorzugt wird die erfindungs gemäße Verpackungfolie als Käsereifepackung verwendet.

Die erfindungsgemäßen neuartigen Barrierefunktion enthaltenden Coex-Siegel schichten lassen sich unerwartet problemarm und im Hinblick auf Barrierewünsche zielgerichtet herstellen. Sie sind neu, da abweichend von standardmäßigen Denk ansätzen nicht maximierend oder minimierend mit den kommerziell zur Verfügung stehenden Handelsprodukten umgegangen wird, sondern systematisch auf ein moderates Barriere-Ziel gerichtet.

Durch die erfindungsgemäße Kombination von PET- und insbesondere BOPP- Trägerfolien mit Barrierefunktionen enthaltende Coex-Siegelschichten gelingt es überraschend, neue, für die Käseindustrie taugliche Verpackungsfolien industriell herzustellen, die gegenüber dem Stande der Technik folgende wirtschaftliche, ver fahrens- und anwendungstechnische Vorteile bieten:

- geringere Herstellkosten
- geringerer Preis (DM/m²)
- wahlweise Verringerung des Flächengewichtes, Erhöhung der Flächen-Aus beute
- keine hygroskopische Komponente im Druckprozess
- größere Sicherheit für Rapport- und Passerhaltung bei Druck und Kaschie rung
- zwischen Polyolefinen eingebettetes, vor Wasseraufnahme geschütztes Poly amid im Kaschierprozess
- verbesserte Gleitfähigkeit und Verarbeitbarkeit auf vertikal und horizontal arbeitenden Verpackungsautomaten
- mit BOPP verringerte Wasserdampf-Durchlässigkeit (Gewichtsverlust d. Packung)
- mit BOPP verringertes Geruchsniveau durch alkoholverdünnbare Druck farben.

Es war nicht zu erwarten, dass sich vergleichsweise früh schmelzende BOPP-Folien (165°C) gegen die in der Käseindustrie etablierte später schmelzende PAB- (214°C) und gar PET-Folien (240°C), hinsichtlich der oft mangelhaften Temperatur-Konstanz der Siegelwerkzeuge von Verpackungsmaschinen, würden durchsetzen lassen.

Insbesondere überraschend war die technische Beherrschbarkeit der nur 3 bis 5 µ dicken funktionellen Barriereschicht und die marktauglich anmutende Konstanz ihrer Wirkung.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kombinationsfolien erfolgt nach bekannten Techniken durch Klebstoffkaschierung, Sandwichbeschichtung oder Extrusions kaschierung der bedruckten oder unbedruckten Trägerfolie (BOPP oder PET statt PAB) unter Verwendung von nach dem Coextrusionsprozess, wie in der DE-A 196 27 905 hergestellten Spezial-Siegelschichtfolien mit integrierter limitierter Barrierefunktion, d. h. mit der von DE-A 196 27 905 abweichenden Zielvorgabe, Barrierewirkung nicht zu maximieren sondern an Füllguterfordernisse gezielt anzupassen, indem die mit schichtstrukturierten Nano-Teilchen versehene PA- Coexschicht auf Dicken bis hinunter auf 3 µ zu minimieren, oder mit Normal-PA6 zu verschneiden ist, falls der anwendungstechnisch erforderlichen kleinen Schichtdicke fertigungstechnische Probleme entgegenstehen.

Beispiele

Die dem Verwendungszweck entsprechenden relevanten Eigenschaften der erfin dungsgemäßen Folien werden durch Prüfung der Sauerstoffdurchlässigkeit, Trübung und Siegelfestigkeit (HDS) über einen folienverträglichen Temperaturbereich (Siegelkurve) bestimmt. Füllgutspezifische Eignung und Tauglichkeit zur Ver marktung und Verarbeitung auf Verpackungsautomaten ist damit einschätzbar.

Die Bestimmung der Sauerstoffdurchlässigkeit erfolgt gemäß Entwurf DIN 53380 Teil 3 nach dem Trägergas-Verfahren. Sie ist definiert als die Menge Sauerstoff, die in 24 Stunden durch einen Quadratmeter Folie bei einem Differenzdruck von einem bar unter vorgegebenem Klima diffundiert. Gemessen wird sie mit dem Gerät Ox- Tran 100 der Fa. Mocon Instrument. Falls nicht anders spezifiziert, wird die Sauer stoffdurchlässigkeit in cm³/m².d.bar bei 23°C und 75% relativer Feuchte ange geben.

Als Trübung wird die Lichtmenge in % angegeben, die die Folie nach Durchleuch tung mit einem Zentralstrahl als gestreutes Licht, bezogen auf die gesamte durch tretende Lichtmenge, wieder verlässt. Die Messung erfolgt nach ASTM-Prüfnorm D 1003-61, Procedure A.

Als Siegelfestigkeit wird die Kraft in N, bezogen auf die Prüfstreifenbreite von 15 mm, bestimmt, die zur spaltenden Trennung einer unter definierten Bedingungen (Druck, Temperatur, Zeit) hergestellten Siegelnaht erforderlich ist.
Siegelbedingungen: Druck 5 N/cm², Zeit 0,5 sec, Temperatur 105 bis 170°C, fünf Kelvin Weise abgestuft.
Messgeräte: Siegelgerät der Fa. Brugger
Prüfstreifenschneider: mit Schnittbreite 15 mm. Zugfestigkeitsprüfmaschine mit Messbereich 10 N und Abzugsgeschwindigkeit 100 mm/min.
Qualitative Bewertung: Zielsetzung der Versuche waren

- Sauerstoffdurchlässigkeit 30 bis 50 cm³/m².d.bar
- Trübung < 10%
- Siegelfestigkeit < 20 N/15 mm

Alle genannten Stoffe sind kommerziell erhältliche Handelsprodukte.

Herstellungsbeispiel

Auf einem Achtschicht-Blasextruders wurde statt des zur Herstellung von Sperrschicht-PE verwendeten Äthylenvinylalkohol eine Mischung aus PA MXD 6 und Nanoteilchen enthaltendes PA 6, gemäß Beispiel 5., als 4 µ dicke Mittelschicht, eingebettet zwischen Haftvermittler- und Polyäthylen-Schichten coextrudiert. Die Massetemperatur betrug 270°C, das Aufweitungsverhältnis 1 : 1,6.

Die so gewonnene, zu zwei Bahnen aufgetrennte und unter einseitiger elektrischer Vorbehandlung aufgewickelte Blasfolie wurde auf vorhandenen handelsülblichen Kaschieranlagen mit lösemittelfreien Polyurethanklebern mit verschidenen Trägerfolien, gemäß Beispielen 6. Bis 8. kaschiert und die Sauerstoffdurchlässigkeit der erhaltenen Mehrschichtfolien bestimmt.

1. Vergleichsbeispiel

PAB/PE Folie für die Natur-Käse-Industrie

Geeignet für Naturkäseverpackung in jeder Darreichungsform.

2. Vergleichsbeispiel

BOPP/PE Folie für div. Verpackungen

Zu gasdurchlässig für Naturkäseverpackung (Schimmelgefahr)

3. Vergleichsbeispiel

PET/PE Folie für div. Verpackungen

Vereinzelt im Einsatz für Naturkäse mit starker Gasentwicklung und/oder kurzer MHD

4. Vergleichsbeispiel

Verbundfolien mit Sperrschicht-PE

Zu gasdicht für Naturkäseverpackung (Bombagen)

5. Beispiel

Erfindungsgemäße 50 µ-Coex-Siegelschicht mit moderater Barriere funktion

Die Sauerstoffdurchlässigkeit dieser Siegelschichtfolie wurde mit 34 bis 44 cm³/m².d.bar gemessen und in den Beispielen 6. bis 8. Als Verbundkomponente verwendet.

6. Beispiel

Erfindungsgemäße PET-Verbundfolie mit definierter Gasdurchlässigkeit

Geeignet für Naturkäseverpackung in jeder Darreichungsform

7. Beispiel

Erfindungsgemäße BOPP-Verbundfolie mit definierter Gasdurchlässig keit

Geeignet für Naturkäseverpackung in jeder Darreichungsform

8. Beispiel

Erfindungsgemäße Coex-BOPP-Verbundfolie mit definierter Gasdurch lässigkeit

Geeignet für Naturkäseverpackung in jeder Darreichungsform

Claims

1. Mehrschichtfolie mit einer Gesamtschichtdicke im Bereich von 30 bis 90 µm, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Schichten aus PA 6/MXD 6/Nanoteilchen mit einer Schichtdicke von 2 bis 7 µm, gegebenenfalls eine oder mehrere Siegelschichten aus Polyolefinen sowie gegebenenfalls eine oder mehrere Schichten aus biaxial orientiertem PETP, PP oder Coex-PP enthält.

2. Mehrschichtfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Sauer stoffdurchlässigkeiten zwischen 20 und 60 cm³/m².d.bar aufweist.

3. Mehrschichtfolie nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine oder mehrere Schichten weiß oder andersfarbig eingefärbt enthält.

4. Mehrschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoteilchen aus natürlichen oder synthetischen Schichtsilikaten bestehen.

5. Mehrschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nanoteilchen eine Größe < 800 nm aufweisen.

6. Mehrschichtfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Polyolefine der Siegelschicht PE, PP, EP-Copolymere oder Terpoly mere sind.

7. Verwendung von Mehrschichtfolien gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung von Folien mit beidseitig lesbarer Bedruckung.

8. Verwendung von Mehrschichtfolien gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 als Verpackungsfolie.

9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpackungsfolie für ausgasende Güter verwendet wird.

10. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ver packungsfolie eine Käsereifepackung ist.