DE1629656A1

DE1629656A1 - Verfahren zur Herstellung eines Laminates aus thermoplastischen Folien

Info

Publication number: DE1629656A1
Application number: DE19661629656
Authority: DE
Inventors: Maurits Boonstoppel
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Current assignee: Shell Internationale Research Maatschappij BV
Priority date: 1965-10-11
Filing date: 1966-10-10
Publication date: 1971-02-04
Also published as: GB1116739A; NL6605050A; BE688021A; AT294414B; SE312670B; NL6605051A; NL6513127A

Description

DH. UiG. F. WTIBSTHOFF DIPI,. ING. G. PULS DR.E.v.PEOHlfLA.NN

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 9 SCHWEIGERSTHASSE S

TELEFOK 830β 31 TKLEOHAMMADREBSE ί PBOIEOTPiIEHT MÜNCHEN 1A-32 354

Beschreibung zu der Patentanmeldung

SHEII INTEENATIOFALE RESEARCH MAATSCHAPPIJ N.V. 30, Carel Tan Bylandtlaan, Den Haag, Niederlande

betreffend

Verfahren zur Herstellung eines Laminates aus thermoplastischen Folien«

Thermoplastische Laminate eignen sich als flüssigkeits- oder luftdichtes Verpackungsmaterial, da die Schichtung die Gefahr der Durchlässigkeit durch etwa in der Einzelfolie vorhandene Mikroporen ausschließt.

Die Herstellung solcher Schiohtfolien aus einer stranggepreßten und anschließend flachgewalzten schlauchförmigen Folie weist gegenüber der Herstellung aus Einzelfolien Vorteile auf, da der Einschluß von Verunreinigungen und die Bildung von Falten vermieden werden kann.

009886/1797

BAD ORIGINAL

Es ist bereits bekannt, Schichtfolien herzustellen, indem man eine schlauchförmige thermoplastische Folie, die sich noch in einem heiß-plastifizierbaren Zustand befindet, nach dem Extrudieren durch flachpressende Walzen laufen läßt, die zugleich die aufgeblasene schlauchförmige Folie verschweißen. Bei diesem Verfahren befindet sich die gesamte Folie zwischen der Extruderöffnung und den Walzen in einem plastischen und dementsprechend unstabilen Zustand, so daß die Blase nur schlecht gehandhabt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist. ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Schichtfolien, bei dem die oben erwähnten Nachteile entfallen.

Es wurde nun ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Schichtfolien gefunden, wobei eine schlauch-* förmige thermoplastische Folie durch Extrudieren und Aufblasen hergestellt wird, die dann erfindungsgemäß in nicht plastifizierbarem Zustand flachgewalzt wird und anschließend zum Aufweichen der Oberflächen erhitzt wird, worauf, die Innenseiten der aufeinanderliegenden Hälften der flachgedrückten Schlauchfolie unter Anwendung von Druck verschmolzen werden.

Schlauch

Das Aufheizen der flachgepreßten folie wird bevorzugt vorgenommen, während diese sich in horizontaler Richtung

009886/1797 _ __

BAD ORIGIMAL

bewegt, wobei man die Heizelemente nur an der oberen Seite der Folie anbringt, um diese so zu erhitzen, daß beide einander gegenüberliegenden Innenflächen aufgeweicht werden, aber der untere Teil der flachen Folie nicht plastisch wird, so daß es möglich ist, die Folie einem gewissen Zug auszusetzen, um sie geradezuziehen, wobei der untere Teil der Folie den plastifizieren und daher instabileren oberen Teil der Folie trägt.

Die Erfindung soll im Folgenden mit Hilfe von Beispielen und den beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt ein Verfahrensfließbild gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine andere 'Durchführung, bei der der Folienschlauch von zwei Extrudern hergestellt wird, wobei jeder eine Hälfte des Schläuche auspreßt;

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch die Strangpreßform der Fig. 2;

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch die schlauchförmige Folie, wie sie die Strangpreßform der Fig. 2 verläßt;

Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die nach dem in Fig. gezeigten Verfahren hergestellte Schichtfolie;

Fig. 6 zeigt ein Beispiel für die Anwendung der Schichtfolie nach Fig. 5;

Fig. 7 zeigt ein Verfahrensschema, bei dem die Folie als doppelter Schlauch hergestellt wird;

Fig. 8 zeigt einen Schnitt durch die Strangpreßform, wie

009886/1797 ^-

BAD

sie in Fig. 7 enthalten ist j

Fig. 9 und 10 zeigen Schnitte durch den gemäß Fig. 7 hergestellten Doppelschlauch im aufgeblasenen bzw. flachgepreßten Zustand.

In Fig. 1 ist ein Extruder 10 dargestellt, aus dem ein dünnwandiger thermoplastischer Schlauch 11 extrudiert und mit Hilfe einer innerhalb der Strangpreßform 21 befindlichen Luftzuführung aufgeblasen wird, wodurch der thermoplastische Schlauch auf einen größeren Durchmesser und geringere Wandstärke gedehnt wird. Der Folienschlauch wird am oberen Ende mit Hilfe des Walzenpaares 13 geschlossen und gleichzeitig flachgepreßt. Die Folie 11 gelangt zu den Walzen 13 entlang eines Paares von Führungsplatten 12. Die frisch extrudierte thermoplastische Folie, die sich in einem plastischen Zustand befindet, wird direkt nach Verlassen der Strangpreßform gekühlt, beispielsweise indem man nahe am Kopf der Strangpreßform Luft gegen die Folienaußenseite bläst. Durch die Kühlung in Nähe des Strangpreßmundstückes ist gewährleistet, daß sich die schlauchförmige Folie anschließend nicht mehr in plastischem Zustand befindsb. Während des Transportes des Schlauches in Aufwärtsrichtung tritt weiteres Kühlen durch die umgebende luft ein, so daß dieser die Walzen 13 ausreichend gekühlt erreicht, um das gesamte anhängende Gewicht der hohlen Folie 11 ohne Deformation zu tragen. Da die innen liegende Oberfläche des Schlauches, die beim Durchtritt durch die Walzen 13 aufeinandergepreßt wird, sich nicht in plastischem Zustand befindet, wird diese auch nicht zusammengeklebt.

009886/1797 ⁸^ ORi_G!Nal

Die Folie läuft nun über die Umlenkwalzen 14 und 15 und dann in horizontaler Richtung duroh ein Paar zylindrischer Rollen 16, anschließend durch eine Dehneinrichtung 17, die mit Elementen versehen ist, die q.uer zur Folie "beweglich sind und dabei die Folie quer zur Laufrichtung dehnen. Anschließend wird der Film durch eine Heizeinrichtung 18, beispielsweise eine Anzahl von Infrarotheizelementen, so erhitzt, daß die aufeinande-rliegenden Innenflächen des flachgepreßten Folienschlauches in einem solchen Ausmaß plastisch werden, daß sie durch Zusammenpressen verschweißt werden können. Doch soll dieses Erhitzen nicht zu stark sein, um den Folienteil unterhalb der Kontaktflächen nicht zu schwächen, so daß die Folie glattgezogen werden kann, wobei die obere weichere F'olienschicht gestützt wird. Die Folie wird dann durch das zylindrische Walzenpaar 19 geleitet, das angetrieben ist. Auch die Walzen 16 können gegebenenfalls angetrieben sein oder drehbar sein über eine Leerlaufkupplung.

Unterhalb der Heizeinrichtung 18 wird die Folie sowohl in Längs- als auch in Querrichtung durch die Walzen 16, 19 und die Dehneinrichtung 17 straff gezogen, so daß sich die obere und die untere Schicht faltenlos berühren. Die Walzen 19 befinden sich unmittelbar hinter der Heizeinrichtung 18. Venn, der Folienschlauch die Walzen 19 durchläuft, werden die beiden Folienschichten gleichmäßig zusammengepreßt und die plastischen Kontaktflächen werden verschweißt, so daß eine Zweiechichtenfolie entsteht. Gegebenenfalle

009886/179 7 - -—-

BAD -ORIGINAL

kann die obere Walze des Walzenpaares 19 innen gekühlt •werden, um ein Anhängen des heißen Folienmaterials zu vermeiden. Die Walze 19 kann aber auch zum selben Zweck mit einer Siliconschicht versehen werden. Mach Durchlaufen der Walzen 19 kühlt die Folie in der umgebenden Luft ab, oder man kühlt sie unter Verwendung von Kühlmitteln rascher ab, anschließend wird die Folie auf die Vorratsrolle aufgewickelt. Gegebenenfalls kann die Schichtfolie mit Hilfe von Messern, die auf beiden Seiten an die Walzen 19 anschließend angeordnet sind, auf konstante Breite geschnitten werden.

Beispiel

Ein G-emisch von Polyäthylen (Dichte 0,918 g/cm^, Schmelzindex 2) und 3 Gew.-$ litandioxyd wurde in einen Schneckenextruder eingesetzt. Die Förderschnecke hatte einen Durchmesser von D = 60 mm, eine Länge von 20 D und eine Kompressionszone mit einem Kompressionsverhältnis 1:4· Die Strangpreßform hatte eine ringförmige Öffnung mit einem Durchmesser von 160 mm und einer Weite von 0,7 mm. Die Schneckengeschwindigkeit betrug 40 Upm, die extrudierte Menge lag bei 18 kg/h. Es wurde bei einer Temperatur von 180⁰C ausgepreßt. Der stranggepreßte Schlauch wurde mit einer Dicke von 45/um auf einen Umfang (im ausgebreiteten Zustand) von 400 mm aufgeblasen. Die schlauchförmige Folie wurde mit einer Geschwindigkeit von 8 m/min hergestellt. Der Schlauch wurde gekühlt, dann flachgewalzt und durchlief an-

009886/1797 8^0 Oriq,_Na,

schließend in horizontaler Richtung eine Heizanordnung. Diese "bestand aus einer Haube, in der vier Eeihen von Infrarotheizern hintereinander in Richtung des Folientransportes aufgereiht waren. Jede Querreihe "bestand aus drei einzelnen Heizern von je 400 Watt. Die Querreihen waren in Richtung des Folientransportes versetzt angeordnet, um ein gleichmäßiges Aufheizen über die ganze Breite zu erzielen. Der Abstand zwischen den Heizelementen und der Folie betrug etwa 5 cm. Die Heizkraft der Heizelemente konnte durch Regelung auf die anderen Verfahrensbedingungen abgestimmt werden. Nach dem Aufheizen durchlief die Folie Preßwalzen und wurde zu einem Laminat verschweißt.

Die Erfindung kann auch angewandt werden zur Herstellung von Laminaten mit Schichten unterschiedlichen thermoplastischen Materials. Solche Laminate werden verwendet, wenn verschiedene Anforderungen gestellt werden, die sich nicht durch einen Materialtyp allein erreichen lassen. Bin Beispiel hierfür sind die bei der Verpackung von Nahrungsmitteln verwendeten Schichtfolien. Hier darf die innere, mit den Nahrungsmitteln in Berührung kommende Schicht deren Geruch, Geschmack oder andere Qualitäten nicht beeinflussen, während die äußere Schicht anderen Anforderungen, wie attraktivem Aussehen und guter Bedruckbarkeit genügen muß.

Zwei Schichten eines Laminates können auch aus demselben thermoplastischen Material bestehen, wobei sich dann

009886/1797 "* *

BAD ORIGINAL.

die Schichten in anderer Weise unterscheiden, beispielsweise in Dicke oder Dichte oder einfach in ihrem Aussehen, etwa in der Farbe. So kann ein Laminat aus Polyäthylen niedriger Dichte mit einer schwarzen inneren Schicht und einer weißen Aussenschicht nach dem,erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und als Verpackungsmaterial für Milch verwendet werden. Bei diesem Verpackungsmaterial schirmt die schwarze Schicht den für die Qualität der Milch schädlichen Einfluß des Lichtes ab, und die weiße Schicht ga- ψ rantiert ein attraktives Aussehen.

zur

Ein Verfahree- Herstellung eines

schwarz/weiß-Laminates aus einer einzelnen ScMaichfolie soll nun anhand der Figuren 2 bis 6 beschrieben werden.

Pig. 2 zeigt zwei Extruder 22 und 23, die sich über die Zuleitungen 33 und 34 in eine normale Strangpreßform entleeren. Die Form 24 ist mit einem ringförmigen Extrusions-. schlitz 36 versehen und so konstruiert, daß das Material aus dem Extruder 22 bzw. dem Extruder 23 jeweils eine Hälfte des ringförmigen Mundstückes 36 ausmacht, so daß die gebildete Folie auf der einen Seite 26a aus Material besteht, das vom Extruder 23 stammt, und auf der anderen Seite 26b aus Material des Extruders 22. Anstonsten wird die Bchlauchförmige Folie 26 in üblicher Weise durch Folienblasen hergestellt. So enthält die Strangpreßform 24 eine Luftzuleitung 35, um die rohrförmige Folie 26 aufzublasen und einen Kühlring 32, aus dem kühle Luft gegen die Außenseite der extrudierten Fo-

009886/1797

lie 26 geblasen wird. In einiger Entfernung von der Strangpreßform 24 läuft die Folie 26 über die Walzen 25, wobei der Schlauch flachgepreßt wird. Die Walzen sind so angeordnet, daß die flachen gepreßten Hälften der Folie 26 den beiden Hälften 26a und 26b vor dem Durchgang durch die Walzen 25 entsprechen. Die flachgepreßte Folie 26 läuft über eine Umlenkwalze 27 und anschließend durch die Walzen 28 und 29, zwischen denen sie durch die Infrarotheizelemente 31 aufgeheizt wird. Hierbei werden die Kontaktflächen der beiden Folienhälften 26a und 26b plastisch und die Folie 26 durchläuft in diesem plastischen Zustand die Walzen 29, wobei die Verschweissung zu einer Zweischichtfolie eintrittj diese wird schließlich auf die Walze 30 aufgerollt.

Das so erhaltene Laminat zeigt Fig. 5· Die obere Schicht des Laminats entspricht der ursprünglichen Folienhälfte 26b, die untere Schicht der Folienhälfte 26a. Dieses Laminat kann als Verpackungsmaterial dienen, beispielsweise faltet man das Laminat zunächst in Längsrichtung und läßt die Enden überlappen (Fig. 6), schweißt dann diese Kanten zusammen, so daß sich eine Längsnaht bildet, anschließend stellt man eine Quernaht her, so daß eine einseitig geöffnete tütenartige Form entsteht, die beispielsweise mit Milch ge füllt werden kann, und die schließlich auf der gegenüberliegenden Seite zugeschweißt wird.

In der schlauchförmigen Folie 26 wird die Grenze zwischen den beiden Folienhälften 26a und 26b im allgemeinen nicht

009886/179 7 bad

ganz gerade verlaufen. Auch kann die Weite des Laminates möglicherweise etwas variieren. Diese Unregelmäßigkeiten können durch Abschneiden der Laminatränder eliminiert werden.

Eine Schichtfolie kann bekanntlich auch aus einem doppelten Schlauch hergestellt werden, der durch koaxiales Strangpressen einer äußeren und einer inneren Folie gebildet werden kann. Dieser Doppelschlauch wird aufgeblasen und dann in Längsrichtung geschnitten. Auf diese Weise wird ein laminat erhalten, das aus zwei Schichten besteht, entsprechend der ursprünglichen inneren und äußeren Schlauchfolie. Die Dicke der Schichten ist also gleich der der ursprünglichen Folien.

Allerdings begleiten dieses Verfahren verschiedene

Schwierigkeiten, so ist es beispielsweise schwierig, durch

schlauch
koaxiales Extrudieren zwei «Ohrförmige Folien herzustellen, die beide eine konstante Dicke über ihren gesamten Umfang aufweisen. Diese Schwierigkeiten treten dann selbst auf, wenn die beiden ringförmigen Auspreßschlitze konstante Weite besitzen und exakt konzentrisch liegen. Die einzelnen Schichten des Laminates zeigen also eine beträchtliche Variation der Dicke. Da eine bestimmte Mindestdicke der Schicht notwendig ist, wird das Laminat also an vielen Stellen dicker als notwendig sein. Eine entsprechende Materialvergeudung wird vermieden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren. Ein Verfahrensfließbild zur Herstellung eines Laminates aus einer

009886/1797

zusammengesetzten sehlauchförmigen Folie nach der Erfindung wird nun anhand der Figuren 7 his 10 "beschrieben.

Fig. 7 zeigt zwei Schneckenextruder 37 und 38, die einander gegenüber liegen und gemeinsam in die Strangpreßform 39-münden. Wie Fig. 8 im Querschnitt zeigt, ent- ----halt die Strangpreßform 39 zwei konzentrische ringförmige Strangpreßöffnungen 52 und 53· Die äußere Öffnung 52 steht über die Zuleitung 48 mit dem Extruder 37 in Verbindung, der inneren Öffnung 53 wird das Material aus dem Schneckenextruder 38 über die Zuleitung 49 zugeführt» Die Strangpreßform 39 enthält auch einen Kühlring 51, um kühle Luft gegen die Außenseite der ausgepreßten Folie 42 zu blasen und eine Luftzuleitung 50 zum Aufblasen der rohrförmigen Folie 42. Die Schlauchfolie 42.setzt sich aus einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht 41 zusammen, die aus der inneren Öffnung 53 bzw. der äußeren Öffnung 52 der Strangpreßform 39 gemeinsam ausgepreßt werden. Direkt nach Verlassen der. Strangpreßform 39 bilden die beiden ringförmigen Folien 40 und 4t eine Einheit» da sie in frisch extrudiertem Zustand noch verschweißbar sind. Die Folie 42 wird mit Luft aus der Leitung 50 aufgeblasen und mit Luft aus dem Kühlring gekühlt, und anschließend zwischen den Walzen 43 flachgepreßt, dann über die Umlenkwalzen 44 und 45 geführt und zwischen den Walzen 45 und 46 in waagerechter Position mittels der Heizelemente 48 aufgeheizt, die oberhalb der Folie angeordnet sind, um die Kontaktoberflächen der flachgepreßten Folie

009886/179 7 . BAD ORIGINAL

auf eine Temperatur zu erhitzen, bei der diese sich in heißplastifizierbarem Zustand befinden, so daß sie beim Durchlaufen durch die Walzen 46, die die flachen Folienhälften fest zusammenpressen, zusammengeschweißt werden. Auch hier können gegebenenfalls die Ränder des Laminates abgeschnitten werden.

Wie schon oben ausgeführt, ist im allgemeinen die Dicke der Folienschichten 40 und 41 selbst dann nicht über den gesamten Folienumfang konstant, wenn die ringförmigen Austrittsöffnungen 52 und 53 in. der Strangpreßform 39 exakt konzentrisch liegen und die Schlitze über den gesamten Umfang eine konstante Weite zeigen. In Fig. 9» die einen Querschnitt des Folienschlauches 42 in aufgeblasenem Zustand zeigt, ist diese Sachlage in übertriebener Weise dargestellt. Die innere Schlicht 40 ist im allgemeinen am dicksten auf der Seite des Schneckenextruders 38 und am dünnsten auf der entgegengesetzten Seite. Bei der äußeren Folienschicht 41 verhält es sich entsprechend. Demgemäß fällt der dickste Teil der einen Folienschicht jeweils mit dem dünnsten Teil der anderen Folienschcicht zusammen, so daß die Gesamtdicke der aus den Folien 40 und 41 zusammengesetzten Folie über deren gesamten Umfang praktisch konstant bleibt. Angesichts der unterschiedlichen Dicke der einzelnen Folienschichten 40 und 41 ist es nachteilig, durch Aufschneiden der Folie in Längsrichtung und Ausbreiten eine Zweischichtenfolie herzustellen. Denn in einem solchen Zweischichtlaminat müßte

Bad

009886/.1797

der dünnste Anteil einer jeden Schicht der erforderlichen Minimumdicke für diese Schicht entsprechen, und die restlichen Anteile wurden unnötig dick werden, womit eine/ Materialvergeudung parallel ginge. Dieser Nachteil wird überwunden, wenn man das Laminat als zusammengeschweißte flachgepreßte Folie 42 herstellt, wobei diese Folie 42 so zusammengepreßt wird, daß jeweils der dünnste Teil der schlauehförmigen Folien 40 bzw. 41 auf den jeweils dicksten Teil derselben Schicht zu liegen kommt;(vergl· Fig. 10)* Dementsprechend liegt die Achse der Fig. 7 gezeigten Walzen 43

Längssenkrecht zu der/Achse der beiden Extruder 37 und 38. Da die schlauchförmigen Folien 40 und 41 im Laminat zwei Schichten bilden, wird die Durchschnittsdioke dieser Fölienschichten 40 und 41 so gewählt, daß sie der Hälfte der erforderlichen Gesamtdicke der daraus gebildeten Zweischichtfolie entspricht

Beispielsweise kann ein für die Verpackung von Milch geeignetes Laminat nadi dem erfindungsgemäßen Verfahren aus koaxial stranggepreßten schlauchförmigen Folien aus Polyäthylen niedriger Dichte hergestellt werden, wobei die äußere Schicht des Folienschlauche.s eine durchschnittliche Dicke von 3Ö Am und die innere Schicht eine durchschnittliche Dicke von 15 /um zeigt» Die äußere Schicht ist weiß, die innere Schicht wird mit Hilfe von Pigmenten, die dem Polyäthylen vor dem Strangpressen zugemisoht werden, schwarz gefärbt, Uta das Laminat Üohtundurchläseig zu machen. Das schließlich gebildete Laminat besitzt dann eine G-esamtdieke von 9Ö /um und ist aus einer inneren schwarzen Schicht mit einer gleichmäßigen Gesamtdioke von 30 /um und einer

009886/1797 bad

-H-

weißen
äußeren/Schicht mit einer Gesamtdicke von 60 /u umgeben.

Dieses Verfahren besitzt im übrigen den Vorteil, daß die schwarze Schicht oder eine andere innere Schicht auch am Rande des Laminates unsichtbar bleibt.

Patentansprüche

009886/1797

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Laminaten durch Strangpressen und Aufblasen einer schlauchförmigen thermoplastischen Folie, dadurch gekennzeichnet , daß die aufgeblasene Folie in nicht-plastischem Zustand flachgepreßt wird und anschließend so erhitzt wird, daß die aufeinanderliegenden Innenflächen plastisch werden, worauf man die aufeinanderliegenden Teile des flachgepreßten Schlauches unter Anwendung von Druck zusammenschweißt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flachgepreßte Folienschlauch in der Aufheizzone in waagerechter Richtung bewegt wird und nur von einer oberhalb der Folie angeordneten Aufheizeinrichtung erhitzt wird.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Folie vor und nach dem Aufheizen angetriebene ¥alzen durchläuft.

4· Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e kenn ze ichne t, daß eine schlauchförmige Folie mittels zweier Extruder hergestellt wird, wobei jeder eine Hälfte des Foilensehlauches durch eine gemeinsame Strangpreßform auspreßt, und wobei diese beiden Hälften

009886/1737 BAD ORIGINAL

so flachgepreßt werden, daß sie übereinander zu liegen kommen.

5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Hälften des Folienschlauches aus Polyäthylen von unterschiedlicher Farbe hergestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1-3» dadurch g e k e η η zeichnet , daß ein zweischichtiger Folienschlauch durch koaxiales Strangpressen eines inneren und eines äußeren Folienschlauches hergestellt wird.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der von zwei einander gegenüberliegenden Extrudern hergestellte doppelte Folienschlauch in der

zu

Richtung zusammengepreßt wird, die senkrecht/der gemeinsamen Längsachse der Extruder liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Folienschichten aus Polyäthylen von unterschiedlicher Farbe bestehen.

XIII69 V

009886/1797