DE19615192A1

DE19615192A1 - Verbundsystem mit einer Aromabarriere- oder einer Riechstoffbarriereschicht

Info

Publication number: DE19615192A1
Application number: DE19615192A
Authority: DE
Inventors: Sabine Dr Amberg-Schwab; Manfred Hoffmann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1996-04-17
Filing date: 1996-04-17
Publication date: 1997-10-23
Also published as: EP0802218B1; ES2241012T3; EP0802218A2; ATE295866T1; EP0802218A3; DE59712310D1

Description

Die Erfindung betrifft Verbundsysteme, die aus einem Trägermaterial und einer Aromabarriereschicht oder einer Riechstoffbarriereschicht bestehen, sowie ein Verfahren zur Herstellung dieser Systeme. Derartige Verbundsysteme können bei spielsweise im Verpackungsbereich (z. B. Folien, Platten, Form- und Hohlkörper) aber auch für technische Anwendungen (z. B. Membranen, Schutzschichten für Sensoren) eingesetzt werden.

Polymere sind im Gegensatz zu Metallen oder Glas für Gase und für viele nieder molekulare Substanzen durchlässig. Es gibt keinen Kunststoff, der gegenüber Gas- oder Dampfmolekülen eine absolute Schranke darstellt. Dies ist auf die strukturel len Eigenschaften der Kunststoffe, wie z. B. der allgemeinen Porosität, der intermo lekularen Zwischenräume und der molekularen Beweglichkeit, zurückzuführen. Bestimmte molekulare Strukturen sind für gute Barriereeigenschaften in Polymeren verantwortlich. Sehr oft führt allerdings eine Struktur, die eine gute Gasbarriere bedingt, zu schlechten Wasserdampfbarriereeigenschaften. Dieser Effekt kann in der Polarität eines Polymers begründet sein. Sehr polare Polymere, wie z. B. Polyvi nylalkohol, sind ausgezeichnete Gas- und Aromabarrieren, aber sehr schlechte Wasserdampfbarrieren. In Folge dessen leidet ihre Eigenschaft als Gas- oder Aromabarriere bei Einwirkung von Feuchtigkeit. Nicht-polare Polymere, wie z. B. PE, haben ausgezeichnete Wasserdampf-, aber schlechte Gas- oder Aromabarrie reeigenschaften. Für viele Barrierepolymere sind deshalb hohe Materialstärken er forderlich, um die gewünschten Barriereeigenschaften zu erreichen.

Die Permeation von Verbindungen durch Polymere ist in vielen Fällen uner wünscht. So z. B. bei polymeren Bauteilen, aus denen geruchsintensive und oft auch gesundheitlich bedenkliche Weichmacher diffundieren, wie etwa PVC, oder auch bei Verpackungsmaterialien. Polymere mit einer sehr geringen Per meation von Aromastoffen, sogenannte Barrierekunststoffe, spielen insbesondere auf dem Gebiet der Lebensmittelverpackung und der Verpackung von pharma zeutischen oder chemischen Produkten eine sehr wichtige Rolle. Sie werden ein gesetzt, wenn Füllgüter während der garantierten Mindesthaltbarkeitsdauer ent weder vor externen Einflüssen oder gegen der Verlust der Inhaltsstoffe (z. B. Aro men) ausreichend geschützt werden müssen. Den komplexen Anforderungen an die Verpackungsmaterialien können neben Metall- und Glasverpackungen häu fig nur Kombinationen verschiedener Kunststoffe bzw. Kunststoffolien mit aufge dampften, dünnen anorganischen Schichten genügen. Solche Folien zeigen noch meßbare Durchlässigkeiten gegenüber den verschiedensten Gasen, gestat ten aber geringe Material- und Herstellungskosten, sowie ein geringes Gewicht der Verpackung. (Stehle, G.; Lebensmittel verpacken. Milchwirtschaftlicher Fach verlag Remagen, 1989; Boysen, M.: Barrierekunststoffe für Verpackungen im Ver gleich, Kunststoffe 77 (1987) 5, S. 522-525; Krug, T.G.: Transparent Barriers for Food Packaging, Proc. of the 33rd Annual Technical Conference, Society of Vakuum Coaters, Washington, (1990), S. 163; Langowski, H.-C., Utz, H.: Dünne anorganische Schichten für Barrierepackstoffe, ZFL 43 (1992) Nr. 9, S. 520-526; Franz, R.: Verpac kungsmaterialien und Good Manufacturing Practice, Süßwaren 4 (1989), S. 132).

Durch vakuumtechnisches Bedampfen von Folien mit dünnen anorganischen Schichten (PVD/CVD-Verfahren) können die Wasserdampf- bzw. die Sauerstoff permeabilitäten von geeigneten Folien verbessert werden. Die Vakuumbedamp fung hat allerdings die im folgenden aufgeführten Nachteile:

- bis jetzt nur anwendbar für PET, OPP oder PA;
- eine Coronavorbehandlung der Substrate ist erforderlich;
- sie ist nicht anwendbar für PP und PE und viele anderen Polymermaterialien;
- für Biopolymere werden die erwünschten Ergebnisse nicht erzielt;
- hohe Anforderung an die Oberflächenqualität der zu bedampfenden Poly mere;
- das Bedampfungsverfahren ist bis jetzt auf Flachfolien beschränkt
- hohe Empfindlichkeit der aufgetragenen Schichten;
- hohe Anlagen kosten.

(Bichler, C., Drittler, R., Langowski, H.-C., Starnecker, A., Utz, H., Biologisch abbau bare Verpackungsmaterialien - Die Lösung des Müllproblems? BioEngineering 6, (1993) 9. Hartwig, E.K., High Vacuum RollCoating, Web Processing and Converting Technology and Equipment, Sata, D., Van Nostrand R., New York, 1984. Chahrou di, D., Glassy Barriers from Electron Web Beam Coaters, Proc. of the 33rd Annual Technical Conference, Soclety of Vacuum coaters, Washington, 1990, S. 212. Schiller, S., Neumann, M., Hötzsch, G., Capabilities of Electron Beam Evaporation for the Deposition of Compounds, Proc. of the 4th Int. Conf. on Vacuum Web Coating, Reno, S. 138).

Bei Verpackungsmaterialien wird immer mehr der Kompromiß zwischen den öko nomischen Vorteilen der Kunststoffe einerseits und der realisierbaren Haltbarkeits dauer andererseits, die von der Art des Füllgutes abhängt, gesucht. Durch die Verpackungsverordnung vom 12.06.1991 und die daraus resultierende Forderung nach Verpackungsvermeidung, Verpackungsminderung, Wiederverwendbarkeit oder stofflicher Verwertbarkeit sind nun Insbesondere Verbundmaterialien in den Blickpunkt der Kritik geraten. Obwohl bei der Entwicklung von Verbundmaterialien die Verringerung des Materialeinsatzes der ursprüngliche Ansatz gewesen ist, sind diese Materialien bezüglich der Wiederverwertbarkeit oder der stofflichen Ver wertbarkeit den Glas- oder Metallverpackungen unterlegen.

Aus der DE 43 05 856 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung von im Vakuum auf Ver packungsfolien aufgedampften SIO_x-Barriereschichten (Permeationssperrschich ten) bekannt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Verdampfung mit einem Aufdampfgut durchgeführt wird, das Silicium und eine Sauerstoffverbindung von Silicium und Bor oder eine Borverbindung enthält, wobei der Anteil an Bor minde stens 1 Mol-% des gesamten Siliciumgehaltes beträgt. Diese Barriereschichten zei gen zwar eine verminderte Schrumpfung und damit eine verminderte Rißbildung, auch lassen sich mit diesem Verfahren die Barriereeigenschaften von Polymeren erheblich verbessern, doch können die Permeationsraten mit konventioneller Meßtechnik immer noch erfaßt werden und bleiben damit für viele Anwendun gen immer noch zu hoch. Darüber hinaus weisen Polymere aus nachwachsenden Rohstoffen auch nach der Beschichtung im Vergleich zu beschichteten Stan dardpolymeren, wie beispielsweise Polyethylen oder Polypropylen, um ein Vielfa ches höhere Permeationsraten auf. Da die aufgedampften Schichten sehr emp findlich gegenüber mechanischer Beanspruchung sind, ist es zumeist erforderlich, die beschichteten Substrate beispielsweise mit einer Folie zu kaschieren. Außer dem bedingen vakuumtechnische Bedampfungsverfahren hohe Kosten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, Trägermaterialien mit einer Aro mabarriereschicht bzw. einer Riechstoffbarriereschicht bereit zu stellen. Aus Grün den der Einfachheit wird künftig nur noch von Aromastoffen oder Aromen ge sprochen, gemeint sind aber stets Aromastoffe und Riechstoffe.

Diese Aromabarriereschicht soll auf den unterschiedlichsten Trägermaterialien (Papier, Pappe, organische Polymere etc.) sehr gut haften, und die mit der Aro mabarriereschicht versehenen Trägermaterialien sollen z. B. auch im Verpac kungsbereich einsetzbar sein. Die Aromabarriereschichten sollen auch unter Feuchteeinfluß sehr gute Barriere- und Haftungseigenschaften aufweisen, und es sollen nicht nur einfache Formen des Trägermaterials, wie z. B. Folieb, mit einer Aromabarriereschicht versehen werden, sondern auch kompliziert geformte Teile. Ferner sollen die mit einer Aromabarriereschicht versehenen Trägermaterialien über eine mechanisch robuste Oberfläche verfügen. Außerdem ist es wün schenswert, wenn die Barriereschichten nicht nur gegenüber Aromastoffen wirk sam sind sondern auch gegenüber Wasserdampf und Sauerstoff.

Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereit zu stellen, mit dem die unterschiedlichsten Trägermaterialien mit einer Aromabarriereschicht versehen werden können. Dieses Verfahren soll einfach, kostengünstig und univer sell durchführbar sein, und es sollen nur geringe Initialkosten für Anlagen notwen dig werden. Die Aromabarriereschicht soll nach üblichen Methoden (Sprüh-, Schleuder-, Walz- oder Rakelverfahren) aufgetragen werden können. Das erfin dungsgemäße Verfahren soll unproblematisch in rohstofflicher und werkstofflicher Verarbeitung und energetischer Nutzung sein.

Gelöst wird diese Aufgabe durch Verbundsysteme, die über eine Aromaba- rriere schicht aus einem organisch modifizierten Kieselsäurepolykondensat oder einem organisch modifizierten Kieselsäureheteropolykondensat verfügen, das gegebe nenfalls weitere Zusatzstoffe enthält.

In bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verbundsysteme ist das organisch modofizierte Kieselsäure(hetero)polykondensat erhalten worden durch hydrolytische Kondensation einer oder mehrerer hydrolytisch kondensierba rer Verbindungen des Siliciums und gegebenenfalls anderer Elemente aus der Gruppe B, Al, P, Sn, Pb, der Übergangsmetalle der Lanthaniden und der Actini den, und/oder von den oben genannten Verbindungen abgeleiteten Vorkon densaten, gegebenenfalls in Anwesenheit eines Katalysators und/oder eines Lö sungsmittels durch Einwirken von Wasser oder Feuchtigkeit, wobei 10 bis 100 Mol-%, auf der Basis monomerer Verbindungen, der hydrolytisch kondensierbaren Verbindungen Silane der allgemeinen Formel I sind,

Si X_a R_4-a (I)

in der die Reste und Indices gleich oder verschieden sind und folgende Bedeu tung haben:
R = gegebenenfalls substituiertes Alkyl, Alkenyl, Aryl, Alkylaryl oder Arylalkyl mit 1 bis 50 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese Reste durch Sauerstoff- oder Schwe fel-Atome, durch Urethan-, Ester-, Carbonyl-, Amid- oder Amino-Gruppen un terbrochen sein können;
X = Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Alkoxy, Acyloxy, Alkylcarbonyl, Alkoxycarbo nyl oder NR′₂, mit R′ = Wasserstoff, Alkyl oder Aryl;
a = 1, 2 oder 3.

Die Silane der Formel I sind über die Reste X hydrolysierbar und über die Reste R polymerisierbar und/oder polyaddierbar und/oder polykondensierbar. Über die hydrolysierbaren Gruppen wird ein a norganisches Netzwerk mit Si-O-Si-Einheiten aufgebaut und über die Reste R ein organisches Netzwerk.

Die Alkyl-Reste sind z. B. geradkettige, verzweigte oder cyclische Reste mit 1 bis 50, insbesondere mit 1 bis 20 Kohlenstoff-Atomen und vorzugsweise niedere Alkyl-Re ste mit 1 bis 6, besonders bevorzugt mit 1 bis 4 Kohlenstoff-Atomen. Spezielle Bei spiele sind Methyl, Ethyl, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl, i-Butyl, s-Butyl, t-Butyl, n-Pentyl, n-Hexyl, Cyclohexyl, 2-Ethylhexyl, Dodecyl und Octadecyl.

Die Alkenyl-Reste sind z. B. geradkettige, verzweigte oder cyclische Reste mit 2 bis 50, bevorzugt mit 2 bis 20 Kohlenstoff-Atomen und vorzugsweise niedere Alkenyl- Reste mit 2 bis 6 Kohlenstoff-Atomen, wie z. B. Vinyl, Allyl und 2-Butenyl.

Bevorzugte Aryl-Reste sind Phenyl, Biphenyl und Naphthyl. Die Alkoxy-, Acyloxy-, Alkylamino-, Dialkylamino-, Alkylcarbonyl-, Alkoxycarbonyl-, Arylalkyl-, Alkylaryl-, Alkylen- und Alkylenarylen-Reste leiten sich vorzugsweise von den oben genann ten Alkyl- und Aryl-Resten ab. Spezielle Beispiele sind Methoxy, Ethoxy, n- und i- Propoxy, n-, i-, s- und t-Bufoxy, Monomethylamino, Monoethylamino, Dimethyla mino, Diethylamino, N-Ethylanilino, Acetyloxy, Propionyloxy, Methylcarbonyl, Ethylca rbonyl, Methoxycarbonyl, Ethoxycarbonyl, Benzyl, 2-Phenylethyl und Tolyl.

Die genannten Reste können gegebenenfalls einen oder mehrere Substituenten tragen, z. B. Halogen, Alkyl, Hydroxyalkyl, Alkoxy, Aryl, Aryloxy, Alkylcarbonyl, Alk oxyca rbonyl, Furfuryl, Tetrahydrofurfuryl, Amino, Monoalkylamino, Dialkylamino, Trialkylammonium, Amido, Hydroxy, Formyl, Carboxy, Mercapto, Cyano, lsocyanato, Nitro, Epoxy, SO₃H oder PO₄H₂.

Unter den Halogenen sind Fluor, Chlor und Brom und insbesondere Chlor bevor zugt.

Für a 2 bzw. 4-a 2 können die Reste X und R Jeweils die selbe oder eine unter schiedliche Bedeutung haben.

Bevorzugt ist es, wenn mindestens eines der eingesetzten Silane mindestens einen Rest R aufweist, der einen geradkettigen oder verzweigten organischen Rest mit mindestens einer C=C-Doppelbindung und/oder mit mindestens einer Epoxid gruppe darstellt. Die C=C-Doppelbindungen können z. B. in Vinyl-, Allyl-, Acryl-, und/oder Methacrylgruppen vorhanden sein. In diesem Fall weist mindestens ei ner der Reste R 2 bis 50, vorzugsweise 6 bis 30 Kohlenstoffatome auf, und ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind konkrete Beispiele für derartige Reste:

Spezielle Beispiele für Silane der allgemeinen Formel I mit Epoxidgruppen im Rest R sind:
Glycidoxymethyltrimethoxysilan, Glycidoxymethyltriethoxysilan, 2-Glycidoxyethyl trimethoxysilan, 2-Glycidoxyethyltriethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltriethoxysilan, 3-Glycidoxypropyltri(methoxyethoxy)silan, 3-Gly cidoxypropyltriacetoxysilan, 4-Glycidoxybutyltrimethoxysilan, 4-Glycidoxybutyltri ethoxysilan, Glycidoxymethyl(methyl)dimethoxysilan, Glycidoxymethyl(ethyl) di methoxysilan, Glycidoxymethyl(phenyl)dimethoxysilan, Glycidoxymethyl(vinyl) di methoxysilan, Glycidoxymethyl(dimethyl)methoxysilan, 2-Glycidoxyethyl(methyl) dimethoxysilan, 2-Glycidoxyethyl(ethyl)dimethoxysilan, 2-Glycidoxyethyl(dime thyl)methoxysilan, 3-Glycidoxypropyl(methyl)dimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyl (ethyl)dimethoxysilan, 3-Glycidoxypropyl(dimethyl)methoxysilan, 4-Glycidoxybu tyl(methyl)dimethoxysilan, 4-Glycidoxybutyl(ethyl)dimethoxysilan, 4-Glycidoxybu tyl(dimethyl)methoxysilan, Bis-(glycidoxymethyl)dimethoxysilan, Bis-(glycidoxyme thyl)diethoxysilon, Bis-(glycidoxyethyl)dimethoxysilan Bis)(glyciboxyethyl)dieth oxysilan, Bis(glycidoxypropyl)dimethoxysilan, Bis-(glycldoxypropyl) diethoxysilan, Tris-(glycidoxymethyl)methoxysilan, Tris-(glycidoxymethyl)ethoxysilan, Tris-(glycido xyethyl)methoxysilan, Tris-(glycidoxyethyl)ethoxysilan, Tris-(glycidoxypropyl)meth oxysilan, Tris-(glycidoxypropyl)ethoxysilan, 3.4-Epoxycyclohexylmethyltrimethoxy silan, 3.4-Epoxycyclohexylmethyltriethoxysilan, 3.4-Epoxycyclohexylethyltrimeth oxysilan, 3.4-Epoxycyclohexylpropyltrimethoxysilan und 3.4-Epoxycyclohexylbutyl trimethoxysilan.

In weiteren Ausführungsformen werden zur Herstellung der erfindungsgemäßen Aromabarriereschicht Silane der allgemeinen Formel VI eingesetzt,

{X_a R_b Si [(R′A)_c]_(4-a-b)}_xB (VI)

in der die Reste und Indices gleich oder verschieden sind und
A gleich O, S, PR′′, POR′′, NHC(O)O oder NHC(O)NR′′ bedeutet,
B ein geradkettiger oder verzweigter organischer Rest ist, der sich von einer Ver bindung B′ mit mindestens einer (für c = 1 und A = NHC(O)O oder NHC(O)NR′′) bzw. mindestens zwei C=C-Doppelbindungen und 5 bis 50 Kohlenstoffatomen ableitet,
R gleich Alkyl, Alkenyl, Aryl, Alkylaryl oder Arylalkyl,
R′ gleich Alkylen, Arylen oder Alkylenarylen,
R′′ gleich Wasserstoff, Alkyl oder Aryl,
X gleich Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Alkoxy, Acyloxy, Alkylcarbonyl, Alkoxy carbonyl oder NR′′₂ ist, mit
a gleich 1, 2 oder 3,
b gleich 0, 1 oder 2,
c gleich 0 oder 1, und
x gleich einer ganzen Zahl, deren Maximalwert der Anzahl von Doppelbindun gen in der Verbindung B′ minus 1 entspricht, bzw. gleich der Anzahl von Dop pelbindungen in der Verbindung B′ ist, wenn c = 1 und A für NHC(O)O oder NHC(O)NR′′ steht,
wobei die obigen Alkyl- bzw. Alkenyl-Reste gegebenenfalls substituierte gerad kettige, verzweigte oder cyclische Reste mit 1 bzw. 2 bis 20 Kohlenstoffatomen sind, Aryl für gegebenenfalls substituiertes Phenyl, Naphthyl oder Biphenyl steht und sich die obigen Alkoxy-, Acyloxy-, Alkylcarbonyl-, Alkoxycarbonyl-, Alkylaryl-, Arylalkyl-, Arylen-, Alkylen- und Alkylenaryl-Reste von den oben definierten Alkyl- und Aryl-Resten ableiten.

Die Silane der allgemeinen Formel VI sind über die Reste B polymerisierbar, d. h. härtbar, und über die Reste X hydrolysierbar, wobei bei der hydrolytischen Kon densation über die Reste X das anorganische Netzwerk mit Si-O-Si-Einheiten auf gebaut wird und über die Polymerisation der Reste B das organische Netzwerk. Für die Reste X und R gilt das für die allgemeine Formel I gesagte.

In bevorzugten Ausführungsformen der Silane der allgemeinen Formel VI sind die Reste A, R, R′ und X sowie die Indices a, b und c wie folgt definiert:
X = (C₁-C₄)-Alkoxy, bevorzugt Methoxy und Ethoxy, oder Halogen, bevor zugt Chlor;
R = (C₁-C₄)-Alkyl, bevorzugt Methyl und Ethyl;
R′ = (C₁-C₄)-Alkylen, bevorzugt Methylen und Propylen;
A = O, S, NHC(Q)O oder NHC(O)NR′′;
a = 1, 2 oder 3;
c = 0 oder 1;
4-a-b = 0 für c = 0 und 1 für c = 1.

Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn die Einheit mit dem Index x ausgewählt ist aus Triethoxysilyl, Methyldiethoxysilyl, Methyldichlorsilyl, 3-Methyldimethoxysilyl propylthio, 3-Triethoxysilyl-propylthio, Ethoxydimethylsilylmethylthio, M ethyldietho xysilylmethylthio, Trimethoxysilyl oder 3-Triethoxysilyl-propylurethan.

Der Rest B in der allgemeinen Formel VI leitet sich ab von einer substituierten oder unsubstituierten Verbindung B′ mit mindestens einer bzw. mit mindestens zwei C=C-Doppelbindungen, z. B. mit Vinyl-, Allyl-, Acryl- und/oder Methacrylgruppen, und mit 5 bis 50, vorzugsweise mit 6 bis 30 Kohlenstoff-Atomen. Vorzugsweise leitet sich B ab von einer substituierten oder unsubstituierten Verbindung B′ mit zwei oder mehreren Acrylat- und/oder Methacrylatgruppen. Falls die Verbindung B′ substituiert ist, können die Substituenten unter den oben genannten Substituenten gewählt sein.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Silane der allgemeinen Formel VI leitet sich B von Acrylsäureestern von Trimethylolpropan, Pentaerythrit, Dipen taerythrit, C₂-C₄-Alkandiolen, z. B. von Glycerin (z. B. Glycerindimethacrylat), Po lyethylenglycolen, Polypropylenglycolen oder von gegebenenfalls substituiertem und/oder alkoxyliertem Bisphenol A ab.

Konkrete Beispiele für Silane der allgemeinen Formel VI sowie deren Herstellung sind der EP 0451709 A2 oder der DE 40 11 044 C2 zu entnehmen.

Zur Erhöhung des anorganischen Anteils der Aromabarriereschicht können zu de ren Herstellung Silane der allgemeinen Formel II eingesetzt werden,

SiX₄ (II)

in der die Reste X gleich oder verschieden und wie im Falle der allgemeinen For mel I definiert sind. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind konkrete Beispiele für derartige Silane Si(OCH₃)₄, Si(OC₂H₅)₄, Si(OCH₃)(OC₂H₅)₃, Si(OCH₃)₂(OC₂H₅)₂ und Si(OCH₃)₃(OC₂H₅).

Ebenso ist es möglich, von Silanen der allgemeinen Formel II abgeleitete Vorkon densate einzusetzen. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind Beispiele für derartige Vorkondensate

Zur Erhöhung des organischen Anteils der Aromabarriereschicht können zu deren Herstellung Silane der allgemeinen Formel III eingesetzt werden,

SiR₄ (III)

in der die Reste R gleich oder verschieden und wie im Falle der allgemeinen For mel I definiert sind. Weisen Silane der allgemeinen Formel III polymerisierbare, polyaddierbare oder polykondensierbare Gruppen auf, so üben sie die Funktion eines Netzwerkbildners aus, fehlen derartige Reste, so sind diese Silane als Netz werkwandler eingesetzt. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit sind konkrete Bei spiele für derartige Silane Si(CH₃)₄, Si(C₂H₅)₄, Si(CH₃)(C₂H₅)₃, Si(CH₃)₂(C₂H₅)₂, Si(CH₃)₃(C₂H₅) oder Tetravinylsilan.

Ebenso können zur Erhöhung des organischen Anteils organisch modifizierte Di-, Tri-, Tetra- oder Oligosiloxane eingesetzt werden. Ohne Einschränkung der Allge meinheit sind Beispiele für derartige Siloxane 1.1.3.3-Tetravinyldimethyldisiloxan oder 1.3.5.7-Tetravinyltetramethylcyclotetrasiloxan.

Diese Silane bzw. Siloxane sind käuflich erwerbbar oder nach Methoden herstell bar, wie sie z. B. in W. Noll, Chemie und Technologie der Silicone, Verlag Chemie, Welnheim/Bergstraße, 1986, beschrieben sind.

Neben den Silanen der allgemeinen Formel I, II oder III können noch weitere hy drolytisch kondensierbare Verbindungen des Siliciums oder anderer Elemente aus der Gruppe Al, Ti, Zr, B, P, Sn, Pb, der Übergangsmetalle, der Lanthaniden und der Actiniden entweder als solche oder bereits in vorkondensierter Form zur Herstel lung der erfindungsgemäßen Aromabarriereschichten herangezogen werden.

Zur Erhöhung der Härte und der Abriebbeständigkeit der erfindungsgemäßen Aromabarriereschichten werden z. B. hydrolysierbare Aluminium- und/oder Titan- und/oder Zirkonium-Verbindungen eingesetzt. Geeignete Aluminiumverbindun gen weisen die allgemeine Formel IV auf,

AlR¹₃ (IV)

in der die Reste R¹ gleich oder verschieden sind und Halogen, Hydroxy, Alkoxy oder Acyloxy bedeuten. Besonders bevorzugte Aluminiumverbindungen sind Aluminiumaikoxide und -halogenide. In diesem Zusammenhang können als kon krete Beispiele Al(OCH₃)₃, Al(OC₂H₅)₃, Al(O-n-C₃H₇)₃, Al(O-i-C₃H₇)₃, Al(OC₄H₉)₃, Al(O-i-C₄H₉)₃, Al(O-s-C₄H₉)₃, AlCl₃ und AlCl(OH)₂ genannt werden. Bei Raumtem peratur flüssige Verbindungen, wie z. B. Aluminium-sek-butylat und Aluminium-iso propyiat, werden besonders bevorzugt.

Geeignete hydrolysierbare Titan- und Zirkoniumverbindungen, die erfindungsge mäß eingesetzt werden können, sind solche der allgemeinen Formel V, in der M Titan oder Zirkonium bedeutet, die Reste X und R gleich oder verschie den und wie im Falle der allgemeinen Formel I definiert sind, und y eine ganze Zahl von 1 bis 4 darstellt. Konkrete Beispiele für einsetzbare Zr- und Ti-Verbindun gen sind TiCI₄, Ti(OC₂H₅)₄, Ti(OC₃H₇)₄, Ti(O-i-C₃H₇)₄, Ti(OC₄H₉)₄, Ti(2-ethylhexoxy)₄, ZrCl₄, Zr(OC₂H₅)₄, Zr(OC₃H₇)₄, Zr(O-i-C₃H₇)₄, Zr(OC₄H₉)₄, Zr(2-ethylhexoxy)₄ und ZrOCl₂.

Weitere hydrolysierbare Verbindungen, die zur Herstellung der erfindungsgemä ßen Aromabarriereschichten eingesetzt werden können, sind z. B. Bortrihalogenide und Borsäureester, wie z. B. BCl₃, B(OCH₃)₃ und B(OC₂H₅)₃, Zinntetrahalogenide und Zinntetraalkoxide, wie z. B. SnCl₄ und Sn(OCH₃)₄, und Vanadylverbindungen, wie z. B. VOCl₃ und VO(OCH₃)₃.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz von von Siliciumverbindungen verschie denen hydrolysierbaren Verbindungen ist es möglich, Heteroatome in das anor ganische Netzwerk einzubauen, um damit die Eigenschaften der erfindungsge mäßen Aromabarriereschichten den Anforderungen des jeweiligen Anwendungs falles anzupassen.

Zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Aro mabarriereschichten können dem organisch modifizierten Kieselsäure(hetero)po lykondensat Füllstoffe zugesetzt sein. Bevorzugt ist es, wenn es sich hierbei um po renfreie SiO₂- und/oder Al₂O₃-Partikel handelt. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Oberfläche dieser Partikel derart funktionalisiert ist, daß diese über kovalente Bindungen in das organische Netzwerk der Aromabarriereschicht eingebaut wer den können. Dadurch werden Grenzflächen zwischen dem Füllstoff und der Kie selsäure(hetero)polykondensaüMatrix vermieden. Ohne Einschränkung der All gemeinheit tragen diese Partikel an der Oberfläche z. B. Amino- oder (Meth)Acry lat-Gruppen. Die Funktionalisierung von SiO₂-Partikeln erfolgt beispielsweise über die Kondensation von Silanen der allgemeinen Formel I mit SiOH-Gruppen der SiO₂-Partikeloberfläche. Neben SiO₂- und Al₂O₃-Partikel können als Füllstoffe noch Glimmer, Glasflakes oder Glasplättchen eingesetzt werden, deren Oberfläche ebenfalls funktionalisiert sein kann. Die bevorzugte Teilchengröße der Füllstoffe liegt zwischen 40 Å und 10 µm, kleinere oder größere Teilchengrößen sind eben falls möglich. Desweiteren ist es bevorzugt, wenn bis zu 10 Gew.-% der erfin dungsgemäßen Aromabarriereschicht aus Füllstoffen besteht. Ein höherer Anteil an Füllstoffen ist aber ebenfalls möglich. Generell kann gesagt werden, daß die Transparenz der erfindungsgemäßen Aromabarriereschicht mit steigendem Füll stoffgehalt abnimmt.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß durch die Zugabe von funktionali sierten Füllstoffen nicht nur die mechanischen Eigenschaften der erfindungsge mäßen Aromabarriereschicht verbessert werden, sondern auch die Barriereeigen schaften selbst.

In weiteren Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Aromabarriereschichten ist dem Kieselsäure(hetero)polykondensat Methacrylsäure zugesetzt. Sie dient zum einen als Komplexierungsmittel für gegebenenfalls eingesetzte hydrolysierba re Metallverbindungen und damit zur Erhöhung der Topfzeit. Weitere geeignete Komplexierungsmittel sind z. B. Acetylaceton, mehrfach funktionelle Amine oder mehrfach funktionelle Alkohole.

Die Verwendung von Methacrylsäure bietet noch weitere Vorteile, indem sie z. B. zusätzlich die Funktion eines organischen Netzwerkbildners ausübt. Der Komplex bildner ist also in das organische Netzwerk einpolymerisierbar, ohne dadurch die Abriebbeständigkeit der erfindungsgemäßen Aromabarriereschichten zu reduzie ren. Anstelle von Methacrylsäure können auch andere polymerisierbare Kom plexbildner eingesetzt werden.

Ferner übt die Methacrylsäure auch die Funktion eines Reaktivmonomers aus. Damit ist die Einstellung der Viskosität, d. h. der Lackrheologie möglich. Dies bietet zudem den Vorteil, daß nach dem Beschichtungsvorgang das Lösungsmittel nicht entfernt werden muß, es wird einpolymerisiert.

Die Herstellung der erfindungsgemäßen Aromabarriereschicht erfolgt durch Auf bringen der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung auf das Trä germaterial nach üblichen Methoden, z. B. durch ein Sprüh-, Schleuder-, Walz- oder Rakelverfahren. Anschließend wird die Beschichtung gegebenenfalls ge trocknet und thermisch und/oder unter Einwirkung von elektromagnetischer Strahlung, z. B. UV-Strahlung oder Mikrowellen, gehärtet. Elektronenstrahlhärtung ist ebenfalls möglich.

Die Beschichtungszusammensetzung wird durch hydrolytische Kondensation einer oder mehrerer hydrolytisch kondensierbarer Verbindungen des Siliciums und ge gebenenfalls anderer Elemente aus der Gruppe B, Al, P, Sn, Pb, der Übergangs metalle, der Lanthaniden und der Actiniden, und/oder von den oben genannten Verbindungen abgeleiteten Vorkondensaten, gegebenenfalls in Anwesenheit ei nes Katalysators und/oder eines Lösungsmittels durch Einwirken von Wasser oder Feuchtigkeit erhalten. Dazu werden die Silane der allgemeinen Formel I entweder alleine oder zusammen mit anderen hydrolytisch kondensierbaren und gegebe nenfalls polymerisierbaren und/oder polyaddierbaren und/oder polykondensier baren Komponenten durch hydrolytische Kondensation zu Kieselsäure(hetero)po lykondensaten verarbeitet. Diese gegebenenfalls eingesetzten Komponenten können z. B. Silane der allgemeinen Formel II und/oder III sein, oder die bereits ge nannten Metallverbindungen der allgemeinen Formel IV und/oder V. Dabei wird durch die hydrolytische Kondensation das anorganische Netzwerk aufgebaut, das durch Zusatz weiterer hydrolytisch kondensierbarer Verbindungen zusätzlich modifiziert werden kann. In dieses Kieselsäure(hetero)polykondensat werden dann die weiteren Komponenten, wie z. B. Füllstoffe etc. durch Zumischen einge baut.

Zum Aufbau des anorganischen Netzwerkes, d. h. zur Herstellung des organisch modifizierten Kieselsäure(hetero)polykondensates, werden die hydrolytisch kon densierbaren Komponenten gegebenenfalls in Anwesenheit eines Katalysators und/oder eines Lösungsmittels durch Einwirken von Wasser oder Feuchtigkeit hy drolysiert und polykondensiert. Diese Polykondensation erfolgt vorzugsweise nach dem Sol-Gel-Verfahren, wie es z. B. in den Offenlegungsschriften DE 27 58 414, 2758415, 3011761, 3826715 und 3835968 beschrieben ist.

Die Herstellung der organisch modifizierten Kieselsäure(hetero)polykondensate kann in der auf dem Gebiet der Poly(hetero)kondensate üblichen Art und Weise erfolgen. Werden praktisch ausschließlich Siliciumverbindungen eingesetzt, kann die hydrolytische Kondensation in den meisten Fällen dadurch erfolgen, daß man den zu hydrolysierenden Siliciumverbindungen, die entweder als solche oder gelöst in einem geeigneten, Lösungsmittel vorliegen; das erforderliche Wasser bei Raumtemperatur oder unter leichter Kühlung direkt zugibt (vorzugsweise unter Rühren und gegebenenfalls in Anwesenheit eines Hydrolyse- und Kondensations katalysators) und die resultierende Mischung daraufhin einige Zeit (ein bis mehre re Stunden) rührt.

Bei Anwesenheit reaktiver Verbindungen des Al, Ti oder Zr, die auch in komplexier ter Form vorliegen können, empfiehlt sich in der Regel eine stufenweise Zugabe des Wassers. Unabhängig von der Reaktivität der anwesenden Verbindungen er folgt die Hydrolyse in der Regel bei Temperaturen zwischen -20 und 130°C, vor zugsweise zwischen 0 und 30°C bzw. dem Siedepunkt des gegebenenfalls einge setzten Lösungsmittels. Wie bereits angedeutet, hängt die beste Art und Weise der Zugabe von Wasser vor allem von der Reaktivität der eingesetzten Ausgangsver bindungen ab. So kann man z. B. die gelösten Ausgangsverbindungen langsam zu einem Überschuß an Wasser tropfen oder man gibt Wasser in einer Portion oder portionsweise den gegebenenfalls gelösten Ausgangsverbindungen zu. Es kann auch nützlich sein, das Wasser nicht als solches zuzugeben, sondern es mit Hilfe von wasserhaltigen organischen oder anorganischen Systemen in das Reaktions system einzutragen. Als besonders geeignet hat sich in vielen Fällen die Eintra gung der Wassermenge in das Reaktionsgemisch mit Hilfe von feuchtigkeitsbela denen Adsorbentien, z. B. von Molekularsieben, und von wasserhaltigen, organi schen Lösungsmitteln, z. B. von 80%-igem Ethanol, erwiesen. Die Wasserzugabe kann aber auch über eine chemische Reaktion erfolgen, bei der Wasser im Laufe der Reaktion freigesetzt wird. Beispiele hierfür sind Veresterungen.

Wenn ein Lösungsmittel verwendet wird, kommen neben den niederen aliphati schen Alkoholen (z. B. Ethanol oder i-Propanol) auch Ketone, vorzugsweise niede re Dialkylketone, wie Aceton oder Methylisobutylketon, Ether, vorzugsweise niede re Dialkylether wie Diethylether oder Dibutylether, THF, Amide, Ester, insbesondere Essigsäureethylether, Dimethylformamid, Amine, insbesondere Triethylamin, und deren Gemische in Frage.

Die Ausgangsverbindungen müssen nicht notwendigerweise bereits alle zu Beginn der Hydrolyse (Polykondensation) vorhanden sein, sondern in bestimmten Fällen kann es sich sogar als vorteilhaft erweisen, wenn nur ein Teil dieser Verbindungen zunächst mit Wasser in Kontakt gebracht wird und später die restlichen Verbin dungen zugegeben werben.

Um insbesondere bei Verwendung von von Siliciumverbindungen verschiedenen hydrolysierbaren Verbindungen Ausfällungen während der Hydrolyse und der Polykondensation so weit wie möglich zu vermeiden, kann die Wasserzugabe in mehreren Stufen, z. B. in drei Stufen, durchgeführt werden. Dabei kann in der er sten Stufe z. B. ein Zehntel bis ein Zwanzigstel der zur Hydrolyse benötigten Was sermenge zugegeben werden. Nach kurzem Rühren kann die Zugabe von einem Fünftel bis zu einem Zehntel der erforderlichen Wassermenge erfolgen und nach weiterem kurzen Rühren kann schließlich der Rest zugegeben werden.

Die Kondensationszeit richtet sich nach den jeweiligen Ausgangskomponenten und deren Mengenanteilen, dem gegebenenfalls verwendeten Katalysator, der Reaktionstemperatur, etc. In allgemeinen erfolgt die Polykondensation bei Nor maldruck, sie kann jedoch auch bei erhöhtem oder bei verringertem Druck durchgeführt werden.

Das so erhaltene Polykondensat kann entweder als solches oder nach teilweiser oder nahezu vollständiger Entfernung des verwendeten Lösungsmittels bzw. des während der Reaktion gebildeten Lösungsmittels zu den erfindungsgemäßen Aromabarriereschichten verarbeitet werden. In einigen Fällen kann es sich als vor teilhaft erweisen, in dem nach der Polykondensation erhaltenen Produkt das überschüssige Wasser und das gebildete und gegebenenfalls zusätzlich einge setzte Lösungsmittel durch ein anderes Lösungsmittel zu ersetzen, um das Polykon densat zu stabilisieren. Zu diesem Zweck kann die Reaktionsmischung z. B. im Va kuum bei leicht erhöhter Temperatur (bis maximal 80°C) so weit eingedickt wer den, daß sie noch problemlos mit einem anderen Lösungsmittel aufgenommen werden kann.

Dem Polykondensat können z. B. (funktionalisierte) Füllstoffe, Lösungsmittel, Reak tivverdünner, Photoinitiatoren und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe zuge mischt werden.

Das so erhaltene Polykondensat wird auf das Trägermaterial nach üblichen Me thoden aufgetragen und durch Polymerisation und/oder Polyaddition und/oder Polykondensation der im Rest R der Silane der allgemeinen Formeln I und/oder III enthaltenen funkfionellen Gruppen gehärtet. Dabei wird das organische Netz werk aufgebaut. Die Polymerisation z. B. kann thermisch, redoxinduziert, kovalent nucleophil und/oder photochemisch unter Einsatz von Methoden erfolgen, wie sie z. B. In den DE-A 1 31 43 820, 38 26 715 und 38 35 968 beschrieben sind.

Die Schichtdicken der erfindungsgemäßen Aromabarriereschichten kann in wei ten Bereichen variiert werden. Bevorzugt sind Schichtdicken zwischen 1 µm und 50 µm, niedrigere oder höhere Werte sind aber ebenfalls möglich.

Als Trägermaterial für die erfindungsgemäße Aromabarriereschicht ,bieten sich nahezu alle Polymere an, wie z. B. Polyamid, Polyethylen, Polypropylen oder Poly ester. Bevorzugt kommen biologisch abbaubare Polymere und vor allem native Polymere, wie z. B. Zellglas, Eiweiß oder stärkehaltige Polymere, mit inhärent ge ringer Barrierewirkung als Trägermaterialien in Frage. Auch Papier, Pappe, be schichtetes Papier oder beschichtete Pappe sind als Trägermaterialien geeignet. Mit der erfindungsgemäßen Beschichtung lassen sich bei dünnen Trägermateriali en (z. B. Folien) mit Dicken von mindestens 4 µm besonders ausgeprägte Verbes serungen hinsichtlich der Aromadurchlässigkeit erzielen.

Erfindungsgemäß beschichtete Kunststoffe, insbesondere native Polymere, eröff nen eine große Anzahl neuer Anwendungsgebiete, welche Kunststoffen bislang verschlossen blieben, wie z. B. Konserven und Verpackungen für Lebensmittel, für pharmazeutische oder chemische Produkte. In vielen Bereichen kann Metall oder Glas durch erfindungsgemäß beschichtete Kunststoffe substituiert werden, was ei ne drastische Gewichtsersparnis bedeutet. Desweiteren lassen sich durch derart beschichtete Kunststoffe, im Gegensatz zu Metallen, transparente Aromabarrie rematerialien fertigen.

Desweiteren ist es möglich, mittels der erfindungsgemäßen Aromaba- rriereschicht Bauteile und Formkörper aus organischen Polymeren mit einem Migrationsschutz für Geruchsstoffe zu versehen, so daß z. B. geruchsintensive und/oder gesundheit lich bedenkliche Weichmacher, wie etwa PVC, dem Bauteil bzw. dem Formkör per nicht mehr oder nur sehr eingeschränkt entweichen können.

Durch Art und Anteil des organischen und des anorganischen Netzwerkes, sowie über Netzwerkwandler, lassen sich die Barriereeigenschaften der organisch modi fizierten Kieselsäure(hetero)polykondensate gezielt einstellen. Auf diese Weise können sowohl Benetzungsverhalten und Schichthaftung, sowie auch die Sperrei genschaften der erfindungsgemäßen Aromabarriereschichten optimiert werden. Z.B. durch die Zugabe von funktionalisierten SiO₂- und/oder Al₂O₃-Partikeln, die kovalent an das organische Netzwerk angebunden sind, wird die Dichte des an organischen Netzwerkes erhöht.

Im folgenden wurden mittels eines gaschromatographischen Testverfahrens die Permeationsraten der folgenden sieben Aromastoffe, die sich in ihrer Polarität, Molekülgestalt und Molekülgröße voneinander unterscheiden, gleichzeitig erfaßt. Zudem erlaubt das sehr exakte Meßverfahren, mit äußerst geringen Aromastoff konzentrationen zu arbeiten, wodurch bei der Messung Bedingungen simuliert wurden, die denen der Praxis sehr nahe kommen. Die Permeationsmessung wurde bei 23°C und Dampfdrücken der Aromastoffe von 1.0 · 10^-6 - 4.7 · 10^-6 bar durchgeführt. Eine genaue Beschreibung des Meßverfahrens ist in R. Franz, Packag. Technol. Sci. 1993, 6, 91-102, offenbart.

Getestete Aromastoffe

Die erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterialien werden, wie bereits beschrie ben, über einen Sol-Gel-Prozeß hergestellt. Während dieses Prozesses erfolgt über die gesteuerte Hydrolyse und Kondensation von Alkoxysilanen, Organoalkoxysila nen, Acrylatalkoxysilanen bzw. Metallalkoholaten ein teilweiser Aufbau des anor ganischen Netzwerkes durch Bildung von anorganisch-organischen Oligomeren. Während der thermisch bzw. UV-induzierten Polymerisation wird das organische Netzwerk durch Polymerisation der organofunktionellen Gruppen gebildet.

Ausführungsbeispiel 1

Der Beschichtungslack leitet sich von folgenden Komponenten ab:
40.0 mol-% Tetramethoxysilan
32.5 mol-% 3-Glycidoxypropyltrimethoxysilan
5.0 mol-% 3-Aminopropyltrimethoxysilan
12.5 mol-% Al(OBu^S)₃
10.0 mol-% Zr(OPr)₄
Amino-funktionalisierte SiO2-Partikel.

Nach der Beschichtung wird dieser Lack thermisch gehärtet.

Der Lack gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist einen hohen anorganischen Anteil auf, was zu einem dichten anorganischen Netzwerk in der Beschichtung führt.

Ausführungsbeispiel 2

Der Beschichtungslack leitet sich von folgenden Komponenten ab:
70.0 mol-% 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan
15.0 mol-% Zr(OPr)₄
15.0 mol-% Methacrylsäure
Methacrylat-funktionalisierte SiO2-Partikel.

Nach der Beschichtung wird der Lack durch UV-Bestrahlung gehärtet. Eine thermi sche Härtung ist ebenfalls möglich.

Zur Bestimmung der Aromabarriereeigenschaften werden diese Beschichtungssy steme auf BOPP-Folien (biaxial orientiertes Polypropylen) und auf Zellglasfolien (Materialstärken jeweils 30 µm) appliziert.

In Bild 1 sind die Permeationsraten der oben genannten Aromastoffe durch eine unbeschichtete und durch eine mit einer erfindungsgemäßen Beschichtungszu sammensetzung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 beschichtete BOPP-Folie dar gestellt. Diphenyloxid weist bei der unbeschichteten Folie die höchste Permeati onsrate auf, gefolgt von D-Limonen, Citronellol, Menthol, Linalylacetat, Isoamylacetat und cis-3-Hexenol. Durch die Beschichtung der BOPP-Folie mit der erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzung wird die Permeationsrate der Aromastoffe drastisch reduziert. Durch die erfindungsgemäße Beschichtung werden die Permeationsraten nicht nur extrem erniedrigt, auch die relativen Durchlässigkeiten der Aromastoffe untereinander verändern sich im Vergleich zu unbeschichtetem BOPP. Die Permeationsraten nehmen in der Reihenfolge Diphe nyloxid, cis-3-Hexenol und Isoamylacetat ab. Für die vier anderen Aromastoffe zeigt die erfindungsgemäße Beschichtung keine meßbaren Durchlässigkeiten.

Bild 2 und 3 zeigt die Permeationen der Aromastoffe durch unbeschichtetes und durch erfindungsgemäß beschichtetes BOPP, aufgetragen gegen die Zeit. Wäh rend bei der unbeschichteten BOPP-Folie schon nach kurzer Zeit eine Permeation der Aromastoffe nachweisbar ist, kann die Permeation von Aromastoffen bei der erfindungsgemäß beschichteten Folie erst nach einer bestimmten längeren Meß zeit, der sogenannten Durchbruchszeit, detektiert werden.

In weiteren Versuchen wurde eine BOPP-Folie mit einem Beschichtungslack gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 beschichtet und auf Aromastoffpermeation hin untersucht. Bild 4 zeigt diese Ergebnisse. Mit dieser Beschichtungsvariante kann die Permeation nochmals drastisch reduziert werden. Nachweisbar sind nur noch Durchlässigkeiten von cis-3-Hexenol und Diphenyloxid.

In einem weiteren Versuch wird die Permeation der Aromastoffe durch eine Zell glas-Folie (Dicke 30 µm) untersucht. Bild 5 zeigt die Ergebnisse der Permeation durch die unbehandelte Folie, die sich grundlegend von derjenigen durch die unbehandelte BOPP-Folie unterscheidet.

Durch Beschichtung der Zellglas-Folie mit einem Lack gemäß dem Ausführungs beispiel 1 kann nach einer Meßzeit von ca. 6700 Stunden ausschließlich cis-3-He xenol mit einer sehr geringen Durchlässigkeit detektiert werden. Für alle anderen Aromastoffe wurde keine Permeation festgestellt.

Die erfindungsgemäßen Beschichtungen zeigen auf den verschiedensten Substra ten sehr gute Haftungs- und sehr gute Aromabarriereeigenschaften. Sie weisen sehr gute Beständigkeiten im Feuchteklima auf, so daß die erfindungsgemäßen Barriereschichten auch unter Feuchteeinfluß ihre Funktion behalten. Darüber hin aus sind in dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterial mehrere Barriere funktionen, z. B. Sauerstoff- mit Aromabarriereeigenschaften, kombinierbar. Damit steht mit dem erfindungsgemäßen Beschichtungsmaterial mehrfach-funktionales Barrierematerial zur Verfügung, welches durch die herkömmlichen Lack-Applika tionstechniken applizierbar ist. Zusätzlich verleiht das erfindungsgemäße Beschich tungsmaterial dem Substrat bzw. der Substratoberfläche noch weitere günstige Eigenschaften, wie z. B. mechanische Stabilität und Abriebbeständigkeit.

Claims

1. Verbundsystem, bestehend aus einer Aroma- oder einer Riechstoffbarriere schicht und einem Trägermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Aroma- oder Riechstoffbarriereschicht ein organisch modifiziertes Kieselsäurepolykonden sat oder ein organisch modifiziertes Kieselsäureheteropolykondensat darstellt und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe enthält.

2. Verbundsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das orga nisch modifizierte Kieselsäure(hetero)polykondensat erhalten worden ist durch hydrolytische Kondensation einer oder mehrerer hydrolytisch kondensierbarer Verbindungen des Siliciums und gegebenenfalls anderer Elemente aus der Gruppe B, Al, P, Sn, Pb, der Übergangsmetalle, der Lanthaniden und der Actini den, und/oder von den oben genannten Verbindungen abgeleiteten Vorkon densaten, gegebenenfalls in Anwesenheit eines Katalysators und/oder eines Lö sungsmittels durch Einwirken von Wasser oder Feuchtigkeit, wobei 10 bis 100 Mol-%, auf der Basis monomerer Verbindungen, der hydrolytisch kondensierbaren Verbindungen Silane der allgemeinen Formel I sind, Si X_a R_4-a (1)in der die Reste und Indices gleich oder verschieden sind und folgende Bedeu tung haben:
R = gegebenenfalls substituiertes Alkyl, Alkenyl, Aryl, Alkylaryl oder Arylalkyl mit 1 bis 50 Kohlenstoff-Atomen, wobei diese Reste durch Sauerstoff- oder Schwe fel-Atome, durch Urethan-, Ester-, Carbonyl-, Amid- oder Amino-Gruppen un terbrochen sein können;
X = Wasserstoff, Halogen, Hydroxy, Alkoxy, Acyloxy, Alkylcarbonyl, Alkoxycarbo nyl oder NR′₂, mit R′ = Wasserstoff, Alkyl oder Aryl;
a = 1, 2 oder 3.

3. Verbundsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die im organisch modifizierten Kieselsäure(hetero)polykondensat gegebenenfalls noch vorhandenen hydrolysierten Silicium-Verbindungen von Silanen der allgemeinen Formel II ableiten, SiX₄ (II)in der die Reste X gleich oder verschieden und wie in Anspruch 1 definiert sind.

4. Verbundsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die im organisch modifizierten Kieselsäure(hetero)polykondensat gegebenenfalls noch vorhandenen hydrolysierten Silicium-Verbindungen von Silanen der allge meinen Formel III ableiten, SiR₄ (III)in der die Reste R gleich oder verschieden und wie in Anspruch 1 definiert sind.

5. Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die im organisch modifizierten Kieselsäure(hetero)poly kondensat gegebenenfalls noch vorhandenen hydrolysierten Aluminium-Verbin dungen von Aluminium-Verbindungen der allgemeinen Formel IV ableiten, AlR¹₃ (IV)in der die Reste R¹ gleich oder verschieden sind und Halogen, Hydroxy, Alkoxy oder Acyloxy darstellen.

6. Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die im organisch modifizierten Kieselsäure(hetero)poly kondensat gegebenenfalls noch vorhandenen hydrolysierten Titan- und/oder Zirkonium-Verbindungen von Verbindungen der allgemeinen Formel V ableiten, MX_yR_4-y (V)in der M Titan oder Zirkonium bedeutet, die Reste X und R gleich oder verschie den und wie im Falle der allgemeinen Formel I definiert sind, und y eine ganze Zahl von 1 bis 4 darstellt.

7. Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die im organisch modifizierten Kieselsäure(hetero)poly kondensat gegebenenfalls noch vorhandenen Zusatzstoffe von Methacrylsäure und/oder von einem anderen polymerisierbaren Komplexbildner durch Polymeri sation und/oder durch Copolymerisation mit einer copolymerisierbaren Kompo nente ableiten.

8. Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das organisch modifizierte Kieselsäure(hetero)polykonden sat funktionalisierte SiO₂- und/oder funktionalisierte Al₂O₃-Partikel enthält.

9. Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das organisch modifizierte Kieselsäure(hetero)polykonden sat eine Schichtdicke zwischen 1 µm und 50 µm aufweist.

10. Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial Papier und/oder Pappe und/oder be schichtetes Papier und/oder beschichtete Pappe enthält.

11. Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, da durch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial Polyamid und/oder Polyethyien und/oder Polypropyien und/oder Polyester enthält.

12. Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, da durch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial eines oder mehrere biologisch abbaubare Polymere und/oder eines oder mehrere native Polymer enthält.

13. Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial eine Folie mit einer Dicke von mindestens 4 µm darstellt.

14. Verbundsystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, da durch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial Verpackungsmaterial darstellt.