DE1644688A1

DE1644688A1 - Beschichtungsmittel fuer thermoplastische Folien

Info

Publication number: DE1644688A1
Application number: DE19661644688
Authority: DE
Inventors: Edward Barkis; Quinn Thomas M
Original assignee: Avisun Corp
Current assignee: Avisun Corp
Priority date: 1965-03-30
Filing date: 1966-03-25
Publication date: 1971-07-15
Also published as: NL6604110A; NL148093B; CH478163A; DE1644688B2; DE1644688C3; AT270205B; GB1151843A; US3297477A

Description

Anmelder;

OTUiFON (OBU) 6520 23

Avisun Corporation **««*««. i» 8946 I/St

1345, Chestnut Street, nnimLn^ACEiioss

Philadelphia, Penns.USA ; '

Beschichtungsmittel für thermoplastische Folien.

Die Erfindung bezieht sich auf ein wässriges Beschichtungsmittel in Form einer Zusammenstellung, die insbesondere geeignet ist zum Überziehen· orientierter thermoplastischer BasisfOlien und auf eine fertige Bahn, die hergestellt ist mit dieser ttberziehungs-Zusammensetzung, " -

Wenn beispielsweise unüberzogene orientierte Polypropylenfolien heiß gesiegelt werden^ dann hat- eineaußergewöhnliche Schrumpfung unbefriedigende Bindungen zur Folge, Wicht orientierte Propylenfolien erfordern außergewöhnlich hohe 'Temperaturen» wenn eine dichte Verschweißung entstehen soll, wodurch die Folie jedoch ungeeignet wird für übliche Anlagen für Filmverpackuhgen aus Celluloseregeneraten. Andere thermoplastische Folien, wie solche aus Polyäthylenterephthalaten» reagieren, in ähnlicher v/eise auf Heißsiegelun^smaßnahmen«

t32f BADORiGlNAL

Als ein Mittel zur Lösung der bei obengenannten Folienarten auftretenden. Probleme bezüglich ihrer Heißsiegelung kommt das Überziehen mit einer Zusammenstellung in Betracht, die bei geeignet niedriger Temperatur schmilzt·

en Die Entwicklung geeigneter Zusammenstellung xür diesen Zweck aber ist sehr schwierig, da einwandfreies Anhaften des Überzuges an einer solchen Unterlage, sowie andere v/Unschenswerte Eigenschaften des Überzuges nicht leicht zu erzielen sind· Davon abgesehen finden für Beschichtungen als Überzugsmassen, die als besonders geeignet ermittelt wurden, gewöhnlich organische Lösungsmittel Anwendung, die feuergefährlich sind und die ausserdem das Problem der Entwicklung atmungsschädlicher Lösungsmitteldämpfe mit sich bringen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist danach ein Beschichtungsmittel, das anwendbar ist für orientierte thermoplastische Basisfolien in einem wässrigen Medium, dem Basismaterial die Eigenschaft der Heiüsiegelbarkeit verleiht, ein festes Anhaften an diesem gewährleistet und einen Aufbau der fertigen plastischen Bahn ergibt, die dadurch klar, heißsiegelbar und schmiegsam ist und mit vorzüglichen Eigenschaften hinsichtlich der Verblockung und besten üchlupfeigenschaften ausgestattet int.

Dio Zusammenstellung zum Herstellen einer Beschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein wässriges i.;edium aur. von etwa 5 bis 50 (Jew.-5$ vorzugsweise etwa 10 bis 40 Gew.-^

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SAD ORIGINAL

_ 3 —

einer homogenen Mischung von (1) 50 "bis 80 fi vorzugsweise 60 - 7o£- "bezogen auf das Gewicht der Mischung - an einem Mischpolymerisat aus von 50 - 60 Gew.-^ eines Cj-C^-Alkylmethacrylat, 50 - 40 Gew. -fo eines CpC^-Alkylae'fchacrylates und 1-5 Gew.-# einer Säure Gesteht, die ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Methacrylsäure, Acrylsäure und Itaconsäure, wobei die einzelnen Monomereinheiten ein Total von 100?£ nicht überschreiten; (2) 50 - 20 $, vorzugsweise von 40 - 30 $ bezogen auf das Gewicht des Gemisches - einer Verbindung aus einer Gruppe, die besteht aus einem Addujit von Harz und einer ungesättigten Alpha-Beta-Dicarbonsäure, sowie den partiellen Estern eines solchen Adductes mit einem mehrwertigen Alkohol; und (3) 1 - 5 $, vorzugsweise 2 - 3 $» - bezogen auf das Gewicht der Gesamtzusammenstellung - eines Wachses enthalten^ riisgewählt aus einer Gruppe, welche besteht aus Paraffinwachs und mikrokristallinem Kohlenwasserstoffwachs, wobei die Komponenten der Zusammenstellung eine Gesamtmenge von 100 Gew.-^ nicht überschreiten.

Unter den vorerwähnten Cj-C.-Alkylmethacrylaten und Acrylaten sind die Methyl-, Äthyl-,Fropyl- und Buty!methacrylate und-Acrylate zu veratehen, besonders bevorzugt sind Methylacrylat und Ithylaorylat.

AIb ungesättigte Alpha-Beta-Dicarbonsäuren kommen In Frage z.B. fumarsäure, Maleinsäure, Maleinanhydrid, Citraconsäure, Oitraconenhydrid und Mesaconsäurej besonders bevorzugt ist Fumarsäure.

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Die Teilester der Adducte von Harz und einer ungesättigten Alpha-Beta-Diearbonsäure werden gebildet mit mehrwertigen Alkoholen, als welche beispielsweise genannt seien Äthylenglycol, Propylenglycol, Butylenglycol, Diäthylenglycol-, Triäthylenglycol, Tetraäthylenglycol, Glycerin, Diglyceroläther, Triglycerolather, Pentaerythrit, Sorbit und Mannit. Glyzerin oder Mischungen, die wesentliche Mengen von Glycerin enthalten, sind bevorzugt wegen ihrer leichten Erhältlichkeit und Wohlfeilheit.

Unter Harz ist üblicherweise Balsamharz oder "Dammarharz zu verstehen, es können a^er auch dazu gerechnet werden entsprechende Stoffe, wie etwa Abietinsäure, kristalline Abietinsäure, isomerisierte Harze und nolymerisierte Harze.

Mikrokristalline Kohlenwasserstoffharze im Sinne der vorliegenden Erfindung schließen beispielsweise eine mittels Säure gereinigte Iuikrokristallinwach.se aus dem Bodensatz von Rohöltanks, mit Lösungsmitteln extrahierte mikrokristalline Wachse und oxydierte mikrokristalline Wachse, die beispielsweise dadurch erhalten s^nd, daß man zuerst das Wachs in Gegenwart eines alkalischen Katalysators erhitzt und anschließend in Gegenwart von Sauerstoff erhitzt. Diese Wachse nahen hohe Schmelzpunkte in einem Bereich von etwa 65 - 9o O. Auch Paraffinwachs mit einem Schmelzounktbereich von etwa yi - zu 65⁰O sind verwendbar und können die gesamte oder eine Teilmenge des mikrokristallinen Wachses ersetzen. P'iraffinwaohs soll vorzugsweise einen Schmelzpunkt über etwa 4 5⁰O h-^en.

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BAD ORIGINAL

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Auch geringe Mengen von Emulgatoren oder Dispergierungsaiitteln können dem wässrigen Überzugsmedium gemäß der Erf'-.indung !zugegeben werden. Beispielsweise eignen sich die IPettsäurepartialester von Hexitanen und deren Polyoxyäthylenderivaten zur Stabilisierung der mikrokristallinen Wachse in der Überzugsschicht.

In Wasser dispergierbare Kreiden oder dgl. können ebenfalls in Mengen zwischen 1 - 5 #,' bezogen auf das Gewicht der Pest- | bestandteile,in dem wässrigen 13esehichtungsmedium vorhanden

Die Erfindung schliesst auch eine orientierte,nichtfasrige, thermoplastische Basisfolie, beispielsweise einer biaxialorientierten Polyprorrylenfolie ein, die mindestens auf einer Seite mit der obengenannten BeSchichtungsmischung überzogen ist.

Die Basisfolie nach der Erfindung kann auch ein monoaxial oder g biaxial orientierter thermoplastischer Kunststoffilm von Poly-, äthylen, Polyäthylenteraphtalat oder Polycarbonat sein· Zweckmäßig ist die Oberfläche der Basisfolie zur Verbesserung der Haftung zwischen Beschichtung und tragender Folie vorbehandelt .

Zu Behandlungen für eine Verankerung in der Polienoberflache gehört z.B. auch die Anbringung von dünnen Überzügen an sich bekannter Verankerungsharze, ferner Behandlungen mit Säuren oder Oxydationabehandlungen und auch solche mittels elektrischer Entladungen. 109829/1 328 __/6

BAD ORIGINAL

Das Acrylinterpolymerisat nach dieser Erfindung stellt man vorzugsweise mittels eines Arbeitsverfahrens der Emulsions-Polymerisation her und verwendet deren wässriges Produkt als Komponente der wässrigen Beschichtungsmischung. Im allgemeinen führt man die Polymerisation in üblicher Weise in einem wässrigen System durch, das die Monomeren, zu Mischpolymerisaten zu verarbeitenden Monomere, einen Initiator und Aktivator, z.B. Ammoniumpersulfat und Natrioinlauryl sulfat, enthält. Zur Vervollkommnung der Polymerisationsreaktion kann man die Dispersion durch Zugabe einer geringen Menge eines organischen Salzes stabilisieren. \7ünseht man eine dünnere Mischunslösung, so kann zusätzlich Vasser zugegeben.

Das Adduct aus Harz und einer ungesättigten Alpha-Beta-Dicarbonsäure wird leicht gebildet durch Zus etzen der Säure zu dem geschmolzenen Harz bezw. einem äquivalenten Stoff, und Aufrechterhalten des Schmelzzustandes zwecks Bildung des Adductes. Im allgemeinen verwendet man, bezogen auf das H:.rzgewicht, 10 - 50 "/¹O₁ vorzugsweise etwa 25$, Säure.

Das abgebildete Auduct ist ein hartes modifiziertes Harz mit hohem Schmelzpunkt, das in Kombination mit dem erfindungsgemäß verwendeten Acrylharz einen sehr wünschenswerten Überzug ergibt· für die klr.re orientierte Basisfolie.

Des: ferneren lässt sich das Horaadduct leicht in wässrigen alkaliochen Lösungen dispergieren, wodurch es uieh dann gut mit der W£issrii;en Lösung; des Acrylinterpolyi.iyrf-n ν erträgt. Die 'L'eLlveresterung des iiarz-Säureadducte» kanu in üblicher WeLtJf¹ durchgeführt werden.

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Beispielsweise geht man so vor, dass man einen Polyalkohol oder eine Mischung solcher mit dem Adduct auf etwa 25O⁰C in inerter Atmosphäre erhitzt. Im allgemeinen wendet man eine Menge an Polyalkohol an, die ein teilverestertes Produkt mit einer Säurezahl niöht unter etwa 40 ergibt· Diese teilweise veresterten Addukte sind auch in wässrigen alkalischen Lösungen dispergierbar zur Herstellung klarer Lösungen.

Harz-Säureaddukt wie auch der daraus erhaltene veresterte Teil λ werden in einem wässrigen Medium folgendermaßen dispergiert:

Eine ^enge an Wasser wird auf etwa 100⁰O erhitzt, dann gibt man zu dem Wasser so viel Ammoniumhydroxyd, dass der pH-Wert von ca. 9 erreicht wird, nachdem das ausgewählte Addukt oder der verwendete Ester zugesetzt ist» Unter -^!ü^]aren der Losung wird so viel an fein gepulvertem Addukt oder teilverestertem Material davon langsam und unter Rühren fortlaufend zugegeben, bis eine klare Lösung entsteht'. Diese Lösung lässt man abkühlen und setzt, sobald sie sich trübt, noch so viel Ammoniumhydroxyd zu, | bis die Lösung klar wird. Die Menge an Addukt oder teilverestertem Material, die der heißen wässrigen Lösung zugesetzt wird, kann zwischen 10-50 Gew.-^ schwanken.

■Das Wachs gibt man der wässrigen BeschichtungGmischung in Form einer Emjrfulsion zu. Eine solche Emulsion kannman folgendermaßen zubereiteni

Man schmilzt z.B. ein, mikrokristallines Wachs und hält es auf

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etwa 10O⁰O; dann gibt man einen Emulgator, wie z.B. 6,8 Gew.-#, "bezogen auf Wachs, an Sorbitmonostearat und 8,5 &ew,-$ Polvoxyaethylensorbitmonostearat zu.

Wenn Wache und Emulgatoren vollkommen homogenisiert sind, gibt man unter Rühren langsam solange kochendes Wasser zu, bis sich eine dicke Wasser-inWachs-Emulsion gebildet hat. Das Zugeben von Wasser setzt man dann noch so lange fort, bis eine Umkehr der Emulsion in eine Wachs-in-Wasser-Emulsion eintritt. Sobald dies stattfindet, kann noch V/asser schnell zugeführt werden. Ist die Waüserzugabe vollständig, wird die Emulsion sofort in einem Eisbad unter gelindem Hühren abgekühlt· Durch dieses schnelle Abkühlen erhält man eine besonders günstige Teilchengröße der Wachspartikelchen. M&wa nämlich auch Teilchen von geringerer oder größerer Ausbildung sich gleich auswirken bei gewissen Arten von Beschichtungsverfahren, so liegt doch die beste durchschnittliche Größe der Wachspartikel zwischen o,1 und o,2 Mikron. Zu bevorzugen ist dieser Bereich deshalb, weil kleinere Wachspartikel als vorstehend dazu neigen, zu stark löslich in der wässrigen Beschichtungslösung zu v/erden und dann nicht in die Überzugsschicht so einzudringen, dass die den Überzug zusammenhaltenden Kräfte ausreichen, um eine Verminderung der Heißsiegelwerte und einen Verlust an Schlupffähigkeit zu vermeiden. Zu große Partikelchen führen andererseits zu Trübungen der Folien und der Erfordernis höhere Anfangstemperaturen beim Heißsiegeln anzuwenden.

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In der Hegel stellt man die wässrige Beschichtungsmischung folgendermaßen her j

Man gibt eine abgewogene Menge einer wässrigen Lösung von Harz-Säureiddukt bezw· teilverestertem Material zu einer abgewogenen Menge von Aeryl-mischpolymer-Latex unter Rühren zu, setzt ferner Wasser 2u, bis die Feststoff konzentration zwischen 5 bis 50 <fo beträgt, je nach der vorgesehenen Beschichtungsweise und dem beabsichtigten and erforderlichen Gewicht der Beschichtung; dann bringt man genügend Wachsemulsion ein, um einen Anteil von 1-5 Gew.-# - ^ bezogen auf die anderen Peststoffe - zu erhalten.

Das nachstehende Arbeitsbeispiel soll die Art der wässrigen Beschichtungszusammensetzuug und das Ergebnis einer damit erhältlichen beschichteten !Folie näher verdeutlichen,

Beispiel

Dureh Zusammengeben von wässrigen Ansätzen, wie oben angegeben, wurde eine wässrige Beschichtungsmischung hergestellt, die ent- " halten sollte 20 Gew.~$ einer homogenen Zusammenstellung aus 65 !eilen Acryl-interpolvmer-Harz, 35 Teilen einesHarz-Fumarsäureadduktes und 2,5 Teilen eines mikrokristallinen Kohlenwasserstoffwachses.

Eine wässrige Dispersion von Acryl-interpolymer wurde hergestellt

Gew,-durch Emulsions-Polymerieation einer Monomer-Mischung von 54 $>

aus Methyl-Methacrylat, 4-3 Gew,<-$ A'thylacrylat und 3 Gew.-^ von Methacrylsäure.

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- Io -

Daa Harzaddukt wurde hergestellt durch Schmelzen von loo Teilen von Balsamharz (gum rosin) und Vermischen von 25o Teilen von Fumarsäure in'die Sohmelze zur Bildung des Adduktes. Das Addukt wurde iispergiert in einer wässrigen alkalischen Lösung wie oben beschrieben»

Das mikrokristalline Wachs hat einen Schmelzpunkt von 82⁰O und war emulgiert wie oben bereits beschrieben.

A Die obige Überziehungskomposition wurde angewendet auf biaxial orientierte Polypropylenfilme mit einer Dicke, von o,ol5 o,ol8 mm und behandelt unter einer Korona-Entladung um eine Tropfzahl von höher als 1 zu erhalten.

Die Tropfzahl mag kurz beschrieben sein als die Tangente des Winkels, zu welchem eine flache Bahn gebogen werden kann, bevor kleine Tropfen von .'isser eich bewegen oder davon ablaufen.

Der Überzug wurde zuerst angebracht auf einer Seite des Trä^erfilmes unter Verwendung eines "gravure coating head" (Tiefdruokbeschiohtungskopf). Die Bahn wurde schnell mit Luft getrocknet, um eine 1,5 Gramm Überzugsschicht pro qm zu erhalten.

Die folgenden Eigenschaften ergaben sich bei dieser zusammengesetzten Bahn»

Trübung* -2

Gleiteigensohaft -o,l bis o,2 (Reibungskoeffizient-Messung)

Block** - keine

Glanz - -. 9o# (# Reflektion)

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* - 98$ Lichttransmission - 2$ des durchgeleiteten Lichtes mehr als 2,5 abgelenkt»

** Nach l6-|tündiger Lagerung unter einem Druck von o,67 pei « o,469 kg/cm lassen sich die filme leicht voneinander trennen. Die Heißsiegelfestigkeiten pro 5 om der Breite bei Anwendung eines Siegeldruckes von ο,68 kg und einer Verweilzeit von 3/4 Sekunden erreichen die folgenden Grammfestigkeiten unter ien aufgeführten Temperaturen, wenn besöhichtete Seite an beschichtete Seite angeschweißt- wurde·

143°0 138°G 132⁰O 127⁰O 121⁰O 116⁰Q 99⁰Q 93⁰O

^c 5oo+ 5oo+ 5oo+ 5oo+ 5oo 5oo 5oo g

88⁰O 82⁰Q
4oo 4oo

* - Vollständiger Bereich = 5oo G-ramm - Die Siegelungen w^ren im Überschuß bei dieser Angabe und eine Beschädigung des Filmes trat ein.

Die Festigkeiten bei Siegelung von beschichteter Seite an unbeschichtete Gegenseite-sind 5o - 60 Gramm pro 5 om Breite weniger durch den gegebenen Temperaturbereich,

Bei Verwendung einer2fachen Bedruckungseinrichtung wurden beide Seiten des Trägerfilms überzogen, um ein Total von 3 Gramm pro qm an Üherzugsgewioht zu erhalten, und man erzielte ähnliche Heißsiegelungswerte zu denen, die oben angegeben sind für Filme mit 'Schicht an Schichtseite,

Bin Heißsiegeln dieses zusammengesetzten Filmes zu sowohl mit Nitrozellulose und Vinylidenohloridmischpolimerisat überzogenem regeneriertem Zellulosefilm ergab Heißsiegelwerte, die äquivalent sind zu den oben angegebenen,. "

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Führt man diese zusammengesetzten Filme entlang mit einem Vinylidenchlorid-copolymer beschichteten regenerierten Zellulosefilm zwischen geheizten Druckrollen, so erhält man eine ausgezeichnete Heißbeschichtung (lamination). Diese Prozedur erspart die Notwendigkeit einer Beschichtung durch Anhaften und verbessert erheblich die Eigenschaften niedriger Temperatureinwirkungen auf regenerierte 2ellulosefilme im Vergleich zu einem doppellagig regenerierten Zellulosefilm als Schichtgebilde.

Die zweiseitig überzogene Komposition eines Filmes ließ man in verschiedenen Verpackungsmaschinen hindurchlaufen und fand, daß ohne irgendwelche Änderungen an der Maschine gut gearbeitet werden konnte. Der Film hat auch ein ausgezeichnetes Verlassen von den Heißsiegelbacken und bildet eine sehr geringe statische Ladung.

Läßt man Wachs aus der Überzugskomposition weg, dann sind die "Blockung"- und Gleiteigenschaften geringwertig, weie auch das Ablösen von den Heißsiegelbacken und die maschinelle Verarbeitbarkeit.

Die Kombination des Acrylinterpolymers mit dem Harzsäureaddukt ergibt einen klaren, fest anhaftenden Überzug an einer orientierten Bahnunterlage und erzeugt eine Zusammensetzung des Gebildes der Bahn , die heißsiegelbar ist bei konventionellen Heißsiegel tempe^aturen.

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Claims

*■* IJ — PATENTANSPRÜCHE

1. Beschichtungsmittel für thermoplastische Folien dadurch gekennzeichnet» dass es aus . einem wässrigen Medium besteht mit einem Gehalt an etwa 5-40 Gew. -fo einer homogenen Zusammensetzung aus a) 50 - 80 Gew.-56 eines Mischpolymerisates aus 50 bis 60 Gew.~$> eines O^Ca-Alkylmethacrylates» 50 - 40 Gew.-$ eines Cj-C.-Alkyl^crylates und 1 bis 50 Gew. -fo einer der Säuren: Methacryl-, Acryl-, Itaeonsäure, mit der Maßgabe, dass die einzelnen Monomereinheiten eine Gesaratmenge von 100 $> nicht überschreiten, ferner aus b) 50-20 &ew.-$ einer Zusammensetzung einer Mischung eines Adduk^:E^elus einem Harz und einer ungesättigten Alpha-Beta-Mcarbonsäure und den teilverestertem Produkt dieses Adduktes mit einem Poly-Alkoho1, _t sowie c) 1 - 5 Gew.-^ eines mikrokristallinen Kohlenwasserstoffwachses oder Paraffines, wobei alle Komponenten der Mischung eine Gesamtmenge von 100 Gew. -$> nicht überschreiten.

2» Beschichtungsmittel nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , dass die Menge der Mischungskomponenten an Mischpolymerisat 60 - 70 Gew.-^ beträgt«

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3» Beschichtungsmittel nach Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das C*-G, Alkyl -me tacrylat ein Methyl-metacrylat ist. ·

4· Beschichtungsmittel nach Ansprüchen 1 -^dadurch gekennzeichnet , dass das Cj-C Jllkyl-aerylat A'thylacrylat ist.

5. Beschichtungsmittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-4 dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsmenge der Zusammensetzung zu b) 40-30 fo beträgt. ^s

6. Beschichtungsmittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5 dadurch ge ken nzeichnet» dass als ungesättigte Dicarbonsäure Fumarsäure verwendet wird.

7. Beschichtungsmittel nach Anspr. 1 dadurch gekenn zeichnet, dass die Anteilsmenge von mikrokristallinem Kohlenwasserstoffwachs oder Paraffin 2-3 Gew.-f* beträgt.

8. Beschichtungsmittel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7,d adurch gekennzeichnet, dass die Teilchengröße des in dem wässrigen Medium dispergierten Wachses oder Paraffins ein Mittel zwischen o,1 - o,2 Mikron beträgt.

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9. .Beschichtungsmittel nach einem der Ansprüche 1-8 als ^ü-berzug auf einer orientierten thermoplastischen Trägerfolie, die mit demselben eine Einheit "bildet.

10. Beschichtungsmittel nach Ansprüchen 1 - 9* dadurch gekennzeichnet , dass die Trägerfolie eine biaxial orientierte Polypropylenfolie ist.

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