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'us mindestens zwei Kunststoffschichten bestehendes Verbundmaterial
und Verfahren zu dessen Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbundmaterial,
aa> aus wenigstens zwei Kunststoffschichten besteht, die mitteinander zu einer
Schicht stoff verbunden sind und die gemeinschaftlich während oder nach der Schichtstoffbildung
einer Streckbehandlung unterworfen werden, um die Dicke zu reduzieren.
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In der Verpackungstechnik werden vielfach rohen aus Kunststoffmaterial
als Verpackungsmaterialien vervwendet. Diese Folien aus Kunststoffmaterialien weisen
im Vergleich zu anderen Uaterialien sehr viele Vorteile auf. In allgemeinen werden
sie durch Verspritzen aus einer Schlietzdüse hergestellt, und in diesem Palle kann
die Dicke der gespritzten Kunststoff-Folie aus
techn@schen Gründen
nicht beliebig klein gemacht werden, da die relativen Schwankungen in der Dicke
in diesem Fall wegen der Ungleichmäßigkeiten in der Spritzdüs zu erheblich sind.
Da jedoch die fLir Verpackungszwecke bestimur. ten Folien sehr dvinr sein sollen,
wird die gespritzte Folie in allgemeiren gereckt, um eine dünnere Folie zu crhalten,
wodurch gleichzeitig die Oberfäche erheblich vergrößert wird. Wenn dieser Streckvorgang
durcbgeiührt wird, nachdem man die Kolekülstruktur der gespritzten Folie nach einer
gewissen Abkühlung sich hat stabilisieren lassen, so wird die gereckte Folie in
der Streckrichtung oder in den Streckrichtungen orientiert. Dio Orientierung hat
einerseits zur Folge, daß die Festigkeitseigenschaften der Folie beträchtlich verbesset
werden. So wird die Zugfestigkeit verveilfacht und gleichzeitig nimmt die Elastizität
ab. Aufgrund der Tatsacht, daß die dicke Folie gleichmäßig gestreckt wird, ist es
möglich, eine dünne Folie zu erzeugen, die sehr geringe Dickeschwankungen aufweist.
Aus Festigkeitsgründen ist dies v/inschenswert, denn bei einer Beanspruchung wird
die Folie natürlich an ihrer schwächsten, das heisst an ihrer dünnsten Stelle zerreissen.
Eine andere Eigenschaft der durch Recken orientierten Folie ist die, daß sie, wenn
sie nocheinmal auf eine bestimmte Temperatur erhitzt worden ist, schrunipft und
gleichzeitig die Festigkeitseigenschaften verliert, die ihr durch die Orientierung
verliehen worden sind. Da die orientierte Folie beim Erhitzen schrumpft, ist sie
für das Heißsiegeln ungeeignet,
weil die Schweißzone beim Erhitzen
schrumpft, während die umgebenden Teile der Folie im orientierten Zustand verbleiben.
Dies hat selbstverständlich zur Folge, daß die Schweißzone Falten wirft oder knittert
und in ästhetischer Hinsicht weniger anspricht.
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@enn eine gereckte Folie verschweisst werden soll, so darf sie demzufolge
nicht auf eine Temperatur erhtizt werden, bei welcher die Polie schrumpft, es sei
denn, das Folienmaterial in der Schweißzone wird gleichzeitig in seiner Lage während
des @rhitzens und während des anschließenden Abkählens fixiert, um das Folienmaterial
zu stabilis-eren.
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Der letztgenannte Vorgang, den man in der Praxis zwar ausführen kann,
ist jedoch so zeitreubend, dsß er in d£n meisten Fällen aus wirtschaftlichen Gründen
nicht angewendet werden kann. Darüber hinaus liefert er eine unzuverlässige Verschweissung,
da die inneren mechanischen Spannungen in der Schweißzone leicht zur Faltenbildung
Anlaß geben und die Schweißverbindung brechen lassen Es ist ferner bekannt, auf
die gerecifte Folie eine heißsiegelbare Lackschicht aufzubringen. Dieser Lack kann
bei einer niedrigen Temperatur verschweisst werden, doch liefert er ein Schweißergebnis,
das für die meisten Verpackungszwecke unbefriedigend ist.
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Ein Verfahren, eine gereckte Folie siegelbar zu machen, besteht natürlich
darin, es mit einem thermoplaßtischen Material, das einen niedrigen Sciimelzpunkt
aufweist, zu einem Schichtstoff zu verbinden damit das gereckte Katerial beim Verschweissen
nicht schrumpft. Die Scilwierigkeit liegt Jedoch
in der Herstellung
des Schichtstoffes aus dem gereckten Material und dem thermoplastischen Material
bei einer niedrigen memperatur, da eine dauerhafte Schichtstoffbildung ein Verschmelzen
der Oberflächen der Schichten der Materialien, welche die Bestandteile des Schichtstoffes
bilden, erfordert, und dies bedingt, daß das orientierte Material auf eine Temperatur
oberhalb derjenigen, bei der es schrumpft, erhitzt werden muß.
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Rinne Lösung des Problems wird in der schwedischen Patentanmeldung
Nr. 8204/62 vorgeschlagen, die ein erfahren zur Herstellung einer Kunststoffolie
beschreibt, velche durch Recken orientiert worden und im wesentlichen ohne Schrumpfung
heißsiegelbar ist, wobe die erwähnte :nst stoffolie zum Beispiel aus Polypropylen
oder irgendeinem anderen Material besteht, das einen verhältnismäßig hohen Schmelzbereich
aufweist. Dieser Kunststoff-Film wird vor seinem orientierenden Recken mit einer
oder mehreren dünnen Schichten eines heißsiegelbaren thermoplastischen Materials,
das eine Affinität zum Kunststofffilm und einen niedrigeren Schmelzbereich als der
erwähnte Film aufweist, zu einem Sciiichtstoff verbunden.
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Das Verfahren gemäß der oben angeführten Patentanmeldung wird zwar
in den meisten Fällen ein gutes Schweißergebnis liefern, aber aufgrund der Tatsache,
daß die niedrig eohmelzende Überzugsschicht beim Recken gleichfalls orientiert worden
ist, kann es Anlaß zu einer ungleichmäßigen Pestigkeit in der Bohweißnaht geben,
da die der Verschweissung ausgesetzte
Schicht während des Siegeln
bis zum Schrumpfen erhitzt wird.
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Um diese fl- acht eile auszuschalten, werden die Schichtstoffbildung
aus den beiden Kunststoffschichten und das anschließende Recken derart durchgeführt,
daß nur eine der beiden Kunststoffschichten orientiert wird.
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Die Vorbedingung dafür, daß eine Orientierung des gereckten Materials
eintritt, ist, wie bereits weiter oben erwähnt wurde, daß die Molekülstruktur des
Materials vor dem Recken in einem erneblichen Umfang stabilisiert worden ist, sonst
wird das Material nur plastisch gereckt, so daß man eine Herabsetzung der Dicke
erreicht, und daß die Molekülstruktur nur nach dem Reckvorgang stabilisiert worden
ist.
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Ein Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung besteht demzufolge
aus zwei oder mehr Schichten von Funststofffolien, die miteinander zu einem Schichtstoff
verbunden sind, vorzugsweise durch Spritzen, und die in einer oder in mehreren Richtungen
nach der Schichtstoffbildung gereckt worden sind. Darüber hinaus ist das fertig
gereckte Verbundmaterial in einer solchen Weise aufgebaut, daß mindestens eine Kunststoffschicht,
die einen Bestandteil des Verbundmaterials bildet, orientiert, das heißt, unter
solchen Bedingungen gereckt ist, daß das Material, wenn es in gerecktem Zustand
vorliegt, bestimmte erwUnachte igenschaften aufweist,
das heißt,
eine hohe Zugfestigkeit, eine geringe Elastizität und eine sellr grte flren5parenz.
Mindestens eine der äusseren Schichten in dem Verbundmaterial soll jedoch nicht
orientiert sein, soll aber als heißsiegelbare Schicht dienen, die nicht schrumpft,
: enn sie auf Schweißtemperatur erhitzt wird.
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Ein Verbundmaterial der oben beschriebenen Art kann dadurch hergestellt
werden, daß man das Verbundmaterial nach der Schichtstoffbildung reckt, nachdem
wenigstens eine der Schichten, die einen Bestandteil des Verbundmaterials bilden,
durch Äbktflilen stabilisiert worden ist, so daß das Recken eine Orientierung der
Schicht zur Folge hat, während wenigsten eine der çusseren Kunststoffschichten des
Verbundmaterials noch in einem solchen Ausmaß plastisch ist, daß der Reckvorgang
keine Orientierung bewirkt. Eine andere Arbeitsweise zur Herstellung des Verbundmaterials
gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß wemigstens zwei
der Kunststoffschichten, die Bestandteil des Verbundmaterials sind, aus Materialien
bestehen, die unterschiedliche Schmelzbereiche aufweisen, und daß das Recken durchgeführt
wird, nachdem das hochschmelzende Material stabilisiert ist, während das niedrig
schmelzende Material noch plastisch und demzufolge nicht orientierbar ist.
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Ein Beispiel für ein Verbundmaterial gemäß der vorliegenden Erfindung
und fUr das Verfahren zu seiner Herstellung mird im folgenden gegeben, wobei davon
ausgegangen wird, daß das Verbundmaterial aus zwei Schichten besteht, das heizt,
aus
einer Polypropylenschicht, die verhältnismäßig hochschmelzend
ist, und aus einer Polyäthylenschicht, die verhältnismäßig niedrigschmelzend ist.
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Vor dem Recken des Verbundmaterials wird die Polypropylenschicht mit
einer Polyäthylenschicht zu einem Schichtstoff verbunden, und zwar vorzugsweise
durch Schichtstoffbildung vermittels Stralgpressen. Die Verbindung zwischen den
Keterialschichten, die durch das Schmeizen des Meterials in der Kontaktzone herbeigeführt
wird, ist äusserst dauerhaft, und die Gefahr einer hufspaltung ist daher ausgeschaltet.
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Der Temperaturbereich, innerhalb dessen es möglich ist, ein orientierendes
Recken des Materials durchzuführen, ist nach unten durch die Tatsache begrenzt,
daß es technisch unmöglich ist, ein L:aterial zu recken, das zu stark abgekiihlt
worden ist, da die Kräfte, die ftir das Recken aufzuwenden sind, so groß sind, daß
die Festigkeit des Materials aufs Spiel gesetzt wird. Nach oben hin iet der Temperaturbereich,
in welchem die Orientierung möglich ist, durch die Tatsache begrenzt, daß die Molekülstruktur
des Materials in einem solchen Ausmaß stabilisiert werden muß, daß die erwünschten
Eigenschaften im gesamten erreicht werden, wenn das Material gereclS wird.
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Nicht unerwertet hat sich herausgestellt, daß der Temperaturbereich,
der fUr die Orientierung im Hinblick auf die unterschiedlichen plaetischen Materialien
geeignet ist, in der Regel. in gewisser Beziehung zu den Schmelzbereichen der Materialien
steht und selbstverständlich niedriger liegt als die niedrlg- -sten
Temperaturgrenzen
des Schmelzbereiches.
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Wenn, wie im vorliegenden halle, die Schichtstoffbildung zwischen
einem hochschmelzenden und eineni niedrigschmelzenden Material (Polypropylen und
Polyäthy] en in dem vorliegenden Beispiel) herbeigeführt norden ist, so kann zulässigerweise
erwartet werden, daß das hochschmelzende Material beim Abkühlen des Schicwltstoffes
zuerst die Grenze erreicht, bei der es möglich ist, eine orientierende Reckbehandlung
durchzuführen, Wenn diese Temperaturgrene erreicht ist, während jedoch das niedrigschmelzende
Polyäthylen-Material noch völlig plastisch und nicht orientierbar ist, wird der
Schichtstoff auf die gewünschte Dicke gereckt, wodurch die Polypropylenschicht orientiert
wird und unter anderem ein hohes Maß von Zugfestigkeit erhält während die Polyäthylenschicht>
die als zu siegelnde Schicht dienen soll, nur bis zu einem solchen Grad gereckt
worden ist, daß eine Herabsetzung der Dicke erfolgt, ohne daß jedoch das Material
irgendeine Orientierung erfahren hat.
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Das so erzeugte Verbundmaterial verbindet die gute Dichtigkeit, die
Dichte und die Festigkeitseigenschaften des orientierten Polypropylenmaterials mit
den guten Versiegelungseigenschaften des Polyäthylenmaterials.
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Da die Polyäthylenschicht niedrigsohmelzend ist, kann der Vorgang
des Hießsiegelns mit Hilfe dieser Sohlcht stattfinden,
ohne daß
die Polypropylenschicht-ilber jene Grenze hinaus erhitzt wird, bei welcher das orientierte
Material sohrumpft.
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Die Polyäthyleneohichtent die beim Heißsiegeln auf ihre Erweichungstemperatur
erhitzt werden, zeigen keine Neigung, beim Erhitzen zu echrumpfen, da sie keinerlei
Orientierung erfahren haben.
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Die konkreten Materiabeispiele, die hier beschrieben sind, das heißt,
die Verwendung von Polypropylen und Polyäthylen, sind ausgewählt worden, um die
Erfindung zu erläutern, weil sie im gegenwärtigen Zeitpunkt und in vielen Fällen
für Verpackungszwecke tatsächlich gebraucht werden. Nattirlich ist die vorliegende
Erfindung nicht auf diese Kombination von Materialien beschränkt, sondern sie kann
auf s#mtliche existierenden Materialien sinngemäß Anwendung finden.