DE19854769A1

DE19854769A1 - Lasergestippter Kunststoffdarm

Info

Publication number: DE19854769A1
Application number: DE19854769A
Authority: DE
Inventors: Dirk Pophusen; Anton Krallmann
Original assignee: Wolff Walsrode AG
Current assignee: Dow Produktions und Vertriebs GmbH and Co oHG
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-05-31
Also published as: WO2000032050A1; AU1775900A; EP1135027A1; CA2352182A1; JP2002530233A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein- oder mehrschichtigen, biaxial gereckten, schrumpffähigen, polyamidbasierenden mittels Laserlicht gestippten Folienschlauch, insbesondere einen als künstliche Wursthülle verwendbaren Kunststoffdarm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein- oder mehrschichtigen, biaxial gereck ten, schrumpffähigen, polyamidbasierenden mittels Laserlicht gestippten Folien schlauch, insbesondere einen als künstliche Wursthülle verwendbaren Kunststoff darm.

Die Entwicklung im Bereich künstlicher Wursthüllen ist gekennzeichnet durch das Bestreben Produkte bereitzustellen, die den veränderten Anforderungen der fleisch verarbeitenden Industrie im Hinblick auf Ökonomie und Ökologie gerecht werden.

Bei der industriellen Brüh- und Kochwurstherstellung hat sich biaxial gereckter Kunststoffdarm auf der Basis von Polyvinylidenchlorid-Copolymeren (PVDC) und Polyamid (PA) in vielerlei Hinsicht seit Jahren bewährt. Während die Marktverbrei tung von polyamidbasierendem Darm weiter steigt, ist bei halogenhaltigem PVDC- Darm eine eher abnehmende Tendenz zu beobachten. Die sehr guten Barriereeigen schaften der PVDC-Hülle können die bekannten Nachteile, wie hohe Materialkosten, geringe Thermostabilität bei der thermoplastischen Verarbeitung, geringer Weiter reißwiderstand und nicht zuletzt die abnehmende Akzeptanz aufgrund ökologischer Bedenken nicht aufwiegen.

Bei polyamidbasierndem Darm zeichnet sich ein Trend zu mehrschichtigem coextru dierten Darm ab, der insbesondere im Hinblick auf die erreichbaren Barrierewerte gegen Wasserdampf, Sauerstoff und Licht Vorteile gegenüber Einschichtprodukten bietet.

Reiner einschichtiger Polyamiddarm wurde verbessert, indem man durch die Zugabe von Blendkomponenten zum Beispiel die Wasserdampfpermeation reduziert hat. In der DE 28 50 181 wird eine solche einschichtige, biaxial verstreckte Hülle bestehend aus einer Polymermischung aus aliphatischem Polyamid und einem olefinischen Copolymer beschrieben.

In der DE 43 39 337 wird eine fünfschichtige, biaxial verstreckte Schlauchfolie zur Verpackung und Umhüllung von Lebensmitteln beschrieben. Diese Hülle ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer inneren und äußeren Schicht aus dem gleichen Polyamidmaterial und einer mittleren Polyolefinschicht sowie zwei aus dem gleichen Material bestehenden Haftvermittlerschichten aufgebaut ist.

In der EP 530 538 wird eine fiinfschichtig coextrudierte biaxial gereckte Schlauch folie mit mindestens 3 PA-Schichten beschrieben, wobei zwischen den innen- und außenliegenden PA-Schichten Polymerschichten mit wasserdampf und sauerstoff sperrenden Charakter eingebunden sind.

Die bisherigen Entwicklungen wurden somit vornehmlich betrieben um eine schrumpfbare hochfeste Hülle mit sehr guten Barnerewerten bereitzustellen.

Bei einigen Brätsorten ist aber gerade eine gewisse Durchlässigkeit des Darms erfor derlich. Aus diesem Grunde werden ungereckte Därme aus Kunststoff nach der Her stellung weiter konfektioniert, indem der Darm bewußt mit kleinen Löchern versehen wird. Sind die Lochdurchmesser kleiner und die Löcher zahlreich, so bezeichnet man diese Därme nicht mehr als gelochte, sondern als gestippte, geprickelte oder perfo rierte Kunstdärme.

Der Stand der Technik zum Stippen von Kunstdarm wird im Buch "Wursthüllen Kunstdarm" von G. Effenberger (2. Aufl., Bad Wörishofen 1991, Seiten 60-62) umfassend dargestellt. Danach werden die Kunstdärme mechanisch durch Nadelwal zen gestippt, jedoch sind auch thermische und elektrische Verfahren bekannt. Bei der mechanischen Stippung wird der Kunstdarm durch ein Walzenpaar geführt. Die eine Walze besteht aus einem Nadelzylinder, der auch beheizbar ausgerüstet sein kann, während der zweite Zylinder, die Gegendruckwalze, meistens mit einer Gummi-, Baumwollvlies- oder Filzoberfläche ausgerüstet ist. Für die beschriebenen Anwen dungen ist es in der Regel ausreichend, wenn der Nadelabstand ca. 10 mm beträgt und die Nadel bzw. das Loch im Kunstdarm 0,5 bis 1 mm Durchmesser hat. Dabei muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Stippung nicht direkt bis in die Liege kante des flachgelegten Kunstdarmes erfolgt, da die durch die Stippung eintretende Festigkeitsminderung sich sonst dort bemerkbar machen würde. Dieses wird vermie den, indem man für jedes zu stippende Kaliber eine entsprechend breite Nadelwalze verwendet und einen ausreichend bemessenen Abstand zur Liegekante läßt. In der Regel wird bei der Stippung davon ausgegangen, daß pro Quadratzentimeter Kunst darmoberfläche 1 bis maximal 2 Löcher vorliegen. Es sind aber auch Kunstdärme bekannt, die eine wesentlich dichtere Lochbildung aufweisen.

Eine spezielle Ausführungsform dieses Verfahrens zur Stippung von Kunststoffdarm nach dem Stand der Technik beschreibt EP-A-0 845 336.

Nach dem hier beschriebenen Stand der Technik ist das Stippen von gerecktem Kunststoffdarm nicht möglich, da aufgrund des Weiterreißverhaltens gereckter Polyamiddärme die notwendige Fülldruckfestigkeit nicht ausreichend ist.

Es bestand daher die Aufgabe einen als Kunststoffdarm verwendbaren Folien schlauch bereitzustellen, der neben den anderen wichtigen Anforderungen, die sich aus dem Wurstherstellverfahren ergeben, auf der einen Seite eine hohe Festigkeit und ein gutes Schrumpfvermögen zeigt, auf der anderen Seite aber eine lokale Durch lässigkeit aufweist, die es ermöglicht, daß zum einen Gase, wie sie beispielsweise bei der Zwiebelmettwurstreifung entstehen, aus der Hülle austreten können, zum anderen aber auch Gase und Flüssigkeiten von außen durch die Hülle an das Füllgut gelan gen, zum Beispiel um das Füllgut zu räuchern oder einen Reifeprozeß bei Rohwurst zu gewährleisten.

Gelöst wurde diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines Folienschlauchs, insbe sondere eines Kunststoffdarms, der biaxial gereckt, ein- oder mehrschichtig, schrumpfbar und polyamidbasierend ist und der mittels Laserlicht gestippt worden ist. Unter polyamidbasierend wird dabei verstanden, daß mindestens eine Schicht des Folienschlauchs überwiegend, d. h. zu mindestens 50 Gew.-% aus Polyamid besteht, gegebenenfalls auch in Form eines Copolymers oder eines Blends.

Die Folie kann dabei direkt zu einem Folienschlauch extrudiert werden oder zunächst als Flachfolie hergestellt und zu einem späterem Zeitpunkt zu einem Schlauch ver schweißt werden.

Überraschenderweise hat es sich bei den durchgeführten Prüfungen und in den anwendungstechnischen Versuchen mit erfindungsgemäß hergestellten Mustern gezeigt, daß es durch den Laserlichtbeschuß zu keiner Reduktion der Festigkeit des Folienschlauchs kommt und daß von den Löchern ausgehende Einrisse, wie sie beim Stanzen mit Nadeln bekannt sind, nicht auftreten. Darüberhinaus lassen sich auch kleinere Lochdurchmesser als mit herkömmlicher Nadelstippung erreichbar, erzeu gen.

Der Einsatz von Lasern im Bereich der Kunstdarmherstellung und -Konfektionierung war bisher vornehmlich auf die Veränderung der Oberflächencharakteristiken wie Oberflächenpolaritäten und die Messung von Geometriegrößen beschränkt.

Die Herstellung solcher erfindungsgemäßen Kunstdärme kann erfolgen, indem ein nach üblichen Verfahren hergestellter ein- oder mehrschichtiger, biaxial gereckter, schrumpffähiger, polyamidbasierender Folienschlauch mittels Laserlicht bestrahlt wird. Vorzugsweise wird ein im Schlauchreckverfahren (Double-Bubble-Verfahren) hergestellter biaxial orientierter Folienschlauch mit Laserlicht bestrahlt.

Das konventionelle Schlauchreckverfahren kann untergliedert werden in die Verfah rensschritte:

1. Extrusion, Kalibrierung und Kühlung des zu reckenden Primärschlauches
2. Wiedererwärmung des Primärschlauches auf geeignete Recktemperatur
3. Biaxiales Verstrecken durch Anlegen einer Druckdifferenz zwischen Schlauchinnenvolumen und der Schlauchumgebung sowie durch die die Längsverstreckung unterstützende Längsabzugskraft
4. Thermofixierung der biaxial gereckten Schlauchfolie
5. Aufwicklung und nachfolgende Offiine-Konfektionierungsschritte (Raffen etc.)

Unter der biaxialen Verstreckung versteht der Fachmann die Quer- und Längsver streckung des thermoplastischen Extrudates bei Temperaturen zwischen Glasüber gangstemperatur und Schmelzetemperatur der polymeren Werkstoffe. Die biaxiale Reckung erfolgt üblicherweise mittels einer mit einem Gas- oder Fluiddruckpolster gefüllten Blase, die zwischen zwei mit unterschiedlich hohen Umfangsgeschwindig keiten laufenden Walzenpaaren gas- bzw. fluiddicht eingeschlossen ist. Während das Verhältnis der unterschiedlichen Walzenumfangsgeschwindigkeiten dem Längsreck grad entspricht, errechnet sich der Querreckgrad aus dem Verhältnis der Schlauch durchmesserr im gereckten Zustand zum ungereckten Primärschlauch. Das Reckver hältnis (RV) spiegelt den Quotienten aus Querreckgrad und Längsreckgrad wieder, der Flächenreckgrad (FR) resultiert aus dem Produkt des Längsreckgrades mit dem Querreckgrad.

Der erfindungsgemäße biaxial verstreckte Folienschlauch wird in einem für Brüh- und Kochwurstanwendungen typischen Durchmesserbereich (Kaliberbereich) zwi schen 30 und 150 mm hergestellt. Die Dicke der coextrudierten Folie bewegt sich in bevorzugten Ausführungsformen zwischen 35 und 70 Mikrometern.

Während der Verstreckung richten sich die Moleküle des im Festkörperzustand befindlichen Folienschlauches derart aus, daß der Elastizitätmodul und die Festig keiten sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung in erheblichem Maße gesteigert werden. Durch die Verstreckung und anschließende Temperaturbehandlung (Ther mofixierung) wird zugleich der Schrumpf der Folie eingestellt.

Ausreichende Festigkeit ist dann gegeben, wenn sich die Verpackungshülle beim Füllvorgang und während der Pasteurisation oder Sterilisation vornehmlich elastisch verformt. Die Verpackungshülle muß dabei ihre zylindrische Form beibehalten und darf sich nicht ausbeulen oder krümmen.

Die Behandlung des so hergestellten Folienschlauchs mit Laserlicht kann sofort im Anschluß an die Thermofixierung inline oder als separater, sich anschließender Kon fektionierungsschritt erfolgen.

Als geeignet für die Bearbeitung von Polyamid-Darm haben sich insbesondere CO₂- Laser erwiesen, da diese in einem Wellenlängenbereich arbeiten, bei dem Polyamid eine geeignete Transmission aufweist. Zur Bearbeitung von Kunststoffen haben sich für Schneideaufgaben auch Nd:YAG-Laser und Excimer-Laser bewährt. Diese können grundsätzlich zur Herstellung der erfindungsgemäßen Folienschläuche eben falls eingesetzt werden, sind aber aufgrund der Transmissionseigenschaften des Polyamids weniger geeignet. Der unfokussierte Laserstrahl der Laserlichtquelle wird in der Regel mittels einer Fokussierlinse gebündelt. Nach Justierung des vorzugs weise flachgelegten Folienschlauchs in der Fokusebene, dem Brennpunkt des Lasers, kann die Perforation je nach eingestellter Intensität und Abzugs- und Vor schubgeschwindigkeit des Folienschlauchs zur Erzielung der gewünschten Loch durchmesser durchgeführt werden. Eine mehrfache Perforierung läßt sich bei nur einer Laserlichtquelle z. B. durch Bewegen der Lichtquelle quer zur Abzugsrichtung des Folienschlauchs oder durch den Einsatz einer Lochplatte erreichen. Die Perfora tion kann separat auf der Ober- und Unterseite des Darms erfolgen, indem entweder mehrere Laserlichtquellen verwendet werden oder das Laserlicht über entsprechende Strahlungsteiler und Spiegel gelenkt wird. Der erreichbare Bohrungsdurchmesser liegt in Abhängigkeit der eingestellten Verfahrensparameter im allgemeinen zwi schen 10 und 1000 µm, insbesondere zwischen 100 und 300 µm. Je nach der gewählten Anordnung der Laser und der Anzahl der gleichzeitig vorzunehmenden Perforationen ist die Intensität der Laser auszuwählen. Üblicherweise liegt die instal lierte Leistung im Bereich zwischen 2 bis 2000 W, insbesondere zwischen 20 bis 200 W.

Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele sollen die Erfindung verdeutlichen.

Prüfungen

Ermittlung des Druckdehnungsverhaltens mit Messung des Platzdruckes und Platz kalibers.

Hierbei wird ein einseitig verschlossener Darm innenseitig z. B. über eine Wasser säule mit Druck belastet und der sich bei steigendem Druck einstellende Durchmes ser (Kaliber) meßtechnisch erfaßt. Der maximale Druck und das dabei sich einstel lende Kaliber bis zum Wegreißen/Platzen der Hülle wird als Platzdruck und Platzka liber festgehalten.

Anwendungstechnische Füllversuche mit Beurteilung der Füllmaschinengängigkeit, Messung der Füll- und Fertigkaliber und Beurteilung des Aussehens der hergestellten Musterwürste. Die Beurteilung wird mittels Vergabe von Schulnoten vorgenommen.

Messung des Lochbildes (mittlere Lochdurchmesser, Lochabstand) mittels mikros kopischer Vermessung.

Beispiele

Die unterschiedlichen in erfindungsgemäßen Folienschläuchen und in den Ver gleichsbeispielen eingesetzten Polymere werden wie folgt abgekürzt:

PA: Polyamid 6 z. B.: Durethan B40 F (Bayer AG)
PO-HV: Propylen-basiernder Copolymer-Haftvermittler z. B.: Bynel E 379 (DuPont)
XX: Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer z. B.: EVAL LC F 101 BZ (Kuraray)
APA: teilaromatisches Copolyamid z. B.: Selar PA 3426 (DuPont)
MB: Masterbatch auf Basis Polyamid 6 z. B.: Farbmasterbatch PA gold

Beispiel 1 (B1)

Das Handelsprodukt Walsroder® K plus SK, ein fünfschichtiger, gereckter, polya midbasierender Kunststoffdarm mit Nennkaliber 60 mm (Hersteller Wolff Walsrode AG, Walsrode) wird flachgelegt schrittweise an der quer zur Vorschubrichtung des Folienschlauchs beweglichen Laserquelle vorbeigeführt und mittels eines Synrad- CO₂-Lasers perforiert. Der Lochabstand in und parallel zur Vorschubrichtung beträgt 10 mm und der Einzellochdurchmesser beträgt im Mittel 150 µm. Der CO₂-Laser arbeitet bei einer Wellenlänge von λ = 10,6 µm und einer mittleren Leistung von P = 50 W.

Vergleichsbeispiel 1.1 (VB1.1)

Der in Beispiel 1 verwendete Darm wird nicht gestippt.

Vergleichsbeispiel 1.2 (VB1.2)

Der in Beispiel 1 verwendete Darm wird mechanisch mittels Nadeln gestippt, so daß der Lochabstand in und parallel zur Vorschubrichtung 10 mm und der Einzelloch durchmesser im Mittel 500 µm beträgt.

Beispiel 2 (B2)

Das Handelsprodukt Walsroder® K flex rot, ein fünfschichtiger, gereckter, poly amidbasierender Kunststoffdarm mit Nennkaliber 45 (Hersteller Wolff Walsrode AG, Walsrode) wird flachgelegt schrittweise an der quer zur Vorschubrichtung des Folienschlauchs beweglichen Laserquelle vorbeigeführt und mittels eines Synrad- CO₂-Lasers perforiert. Der Lochabstand in und parallel zur Vorschubrichtung beträgt 10 mm und der Einzellochdurchmesser beträgt im Mittel 150 µm. Der CO₂-Laser arbeitet bei einer Wellenlänge von λ = 10,6 µm und einer mittleren Leistung von P = 50 W.

Vergleichsbeispiel 2 (VB2)

Der in Beispiel 2 verwendete Darm wird mechanisch mittels Nadeln gestippt, so daß der Lochabstand in und parallel zur Vorschubrichtung 10 mm und der Einzelloch durchmesser im Mittel 500 µm beträgt.

Beispiel 3 (B3)

Ein dreischichtiger Kunststoffdarm wurde über das Schlauchreckverfahren herge stellt. Über eine Mehrschichtdüse wurde ein Primärschlauch extrudiert, der anschlie ßend bei 90°C Oberflächentemperatur simultan biaxial verstreckt wurde.

Der Darm hat dann eine Flachliegebreite von 97 mm und eine Gesamtdicke von 45 µm.

Der Schichtautbau ist: (innen) PA/PO-HV/PA (außen)
Dickenprofil: (innen) 10/10/25 (außen)

Der Darm wird wie in Beispiel 1 und 2 beschrieben durch eine Lasereinheit geführt und mittels eines CO₂-Lasers perforiert. Der Lochabstand in und parallel zur Vor schubrichtung beträgt 10 mm und der Einzellochdurchmesser beträgt im Mittel 150 µm. Der CO₂-Laser arbeitet bei einer Wellenlänge von λ = 10,6 µm und einer mittle ren Leistung von P = 60 W.

Beispiel 4 (B4)

Ein fünfschichtiger Kunststoffdarm wurde über das Schlauchreckverfahren herge stellt. Über eine Mehrschichtdüse wurde ein Primärschlauch extrudiert, der anschlie ßend bei 90°C Oberflächentemperatur simultan biaxial verstreckt wurde.

Der Darm hat dann eine Flachliegebreite von 97 mm und eine Gesamtdicke von 55 µm.

Der Schichtaufbau ist: (innen) PA/PA + MB + aPA/PO-HV/PA + MB + aPA/PA (außen)
Dickenprofil: (innen) 5/20/5/20/5 (außen)

Der Darm wird durch eine Lasereinheit geführt und mittels eines CO₂-Lasers perfo riert. Der Lochabstand in und parallel zur Vorschubrichtung beträgt 10 mm und der Einzellochdurchmesser beträgt im Mittel 150 µm. Der CO₂-Laser arbeitet bei einer Wellenlänge von λ = 10,6 µm und einer mittleren Leistung von P = 60 W.

Beispiel 5 (B5)

Der Darm hat dann eine Flachliegebreite von 97 mm und eine Gesamtdicke von 40 µm.

Der Schichtaufbau ist: (innen) PA/PO-HV/XX/PA + MB + aPA/PA (außen)
Dickenprofil: (innen) 5/5/5/20/5 (außen)

Die Muster aus den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden anschließend gerafft und anhand von Druckdehnungskurven auf ihre mechanische Festigkeit und im anwendungstechnischen Füllversuch mit Zwiebelmettwurst auf ihre Praxistauglich keit hin überprüft. Das Ergebnis der Prüfungen ist in nachfolgender Tabelle zusam mengestellt:

Claims

1. Ein- oder mehrschichtiger, biaxial gereckter, schrumpffähiger, polyamidba sierender, mittels Laserlicht gestippter Folienschlauch.

2. Folienschlauch gemäß Anspruch 1, wobei der Lochdurchmesser der einzelnen gestippten Löcher zwischen 10 und 1000 µm, insbesondere zwischen 100 und 300 µm liegt.

3. Folienschlauch gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das zum Stippen verwendete Laserlicht von einem CO₂-Laser erzeugt wird.

4. Folienschlauch gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Gesamtdicke von 30 bis 70 µm.

5. Verwendung eines Folienschlauchs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 als Kunststoffdarm bei der Herstellung von Würsten.

6. Verfahren zur Herstellung eines Folienschlauchs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein nach dem Schlauchreckverfahren hergestellter, biaxial orientierter, polyamidbasierender Folienschlauch in einem separaten Konfek tionierungsschritt oder vorzugsweise inline an mindestens einem focussierten CO₂-Laser vorbeigeführt und dabei mit Laserlicht einer ausreichenden Inten sität behandelt wird, um den Folienschlauch zu stippen.

7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Folienschlauch flachgelegt an min destens einem focussierten CO₂-Laser vorbeigeführt wird.