DE2012102A1 - Heißsiegelfähiges, feuchtigkeitsdichtes Folien- oder Plattenmaterial - Google Patents

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DR₁-ING-RICHARDGLAWe · DIPL-ING. KLAUS DELFS · DIPL.-PHyS.vDR. WALTER.MOLL

MÖNCHEN HAMBURG MÜNCHEN

8Q00 München 22 · LisbherrstraBe 20 ■ Tel. (0811) 22 65 48 2000 Hamburg 52 · WaltzstraBe 12 · Tel. (0411) 89 22 55

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MÜNCHEN

LIMIIiSD.

jiridg-water/Sngland

,:IeiidsiegeliäaigeB, feuchtigkeitsäichtes J¹Olien- oder Plattenmaterial

.iJic ü)rxinaaiiv;; betrifft ein heiß-sier;e!fähiges, feuch-Ci ^i^itsaicates '/erp^ckuu^saaterial and. insbesonüere Poiieu oüer Pilme^die mit einer üeschiciitung aus eineni . iu,.· liuencaiorid-üopolymer verseilen sind. .

..iiß ist üG-iannt, folien aas aellalosehaltigem !'-Iaterial, ..•ie z,'ß. re;-7euerierte 'iollulobe, oaer aαοIi aus Kunststoffen ;/ie i-Oi/propylen, mit einer .Beschichtung aus Vinyliden-C:j.ioriu-Uoxjoly,jer zu versehen, die aus wässriger Disper-

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BAO ORIGINAL

. 201210?

sion aufgebracht werden, um die Folien feuchtigkeitsdicht und heißsiegelfähig zu machen. Je höher - bei gegebener Wahl des Gomonoraeren oder der Goraonomere - der G-ehalt an Vinylidenchlorid in dem Copolymer ist, desto niedriger ist die V/asserdampfdurohlässigkeit der Beschichtung.

Jedoch haben Copolyraer-Beschichtungen mit einem hohen Vinylidenohloridgehalt Siegelteraperatüren (im folgenden noch näher definiert), die unerwünscht hoch sind, und ergeben unbefriedigende Siegelungen, insbesondere wenn das beschichtete Verpackungsmaterial in schnell arbeitenden Verpackungsmaschinen zu Beuteln oder anderen Verpackungen mit Siegelstellen geformt werden sollen, wobei kurze Verweilzeiten und geringe Siegeldrücke auftreten. Ferner müssen die Oopolymer-Beschichtungen Zusätze zur Erzielung bestimmter Oberflächeneffekte enthalten, die eine optimale maschinelle Verarbeitbarkeit des beschichteten Materials gewährleisten, z.B. Zusätze, die die Gleitfähigkeit verbessern, die Klebfähigkeit herabsetzen und die Fähigkeit zum Ableiten elektrostatischer Ladungen verbessern. Diese Zusätze bewirken jedoch auch eine Erhöhung der Siegeltemperatur und vergrößern die Wasserdampfdurchlässigkeit der Beschichtung.

Ss war destiaib bisher erforderlich, bei der V/a hl der Zusammensetzung für die Vinylidenchlorid-Copolymer-BescnL'jhtung einen Kompromiß zu schließen zwischen den

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gewünschten Eigenschaften, nämlich niedriger Wasserdurchlässigkeit, optimaler Siegeltemperatur und guter maschineller Verarbeitbarkeit des beschichteten Materials. ■ -"..,:

Die Siegeltemperatur einer Beschichtung ist defl-

niert als die niedrigste Eeraperatur, die durch eine Siegel-Vorrichtung zwei übereinander liegenden, an der Innenseitemit der Beschichtung versehenen Folien zugeführt wird, und die ausreicht, um bei einem zwei Sekunden lang einwirkenden Druck von 1 kg pro Quadratzentimeter die Beschichtungen ineinanderschmelzen zu lassen und eine Verbindung zwischen den Folien herzustellen, die bei Raumtemperatur eine Festigkeit von 100 Gramm pro 38 mm Breite hat.

Die Siegeltemperatur sollte nicht niedriger als etwa bO G liegen, da sonst beim Aufwickeln der beschichteten Folie Schwierigkeiten bezüglich des Blockierens auftreten würden, und auch nicht höher als etwa 130° C, da sonst insbesondere bei schnell arbeitenden Verpackungsmaschinen Schwierigkeiten auftreten, ausreichend feste Siegelverbindungen herzustellen. Vorzugsweise liegt die Siegeltemperatur einer Beschichtung im Bereich zwischen 85 und 110° 0.

Die Wasserdampfüurchlässigkeit eines beschichteten " Materials ist diejenige Gewichtsmenge Wasserdampf in Grama

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die von einem Quadratmeter des Materials in 24 Stunden bei einer Temperatur von }3° O (+ O,j° C) durchgelassen wird, wenn sich auf der einen Seite des Materials eine durch ein Feuchtigkeit absorbierendes Trocknungsmittel getrocknete Atmosphäre und auf der anderen Seite eine Atmosphäre mit einer relativen Feuchtigkeit von 30 J> (+ 2 fo) befindet.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, ein beschichtetes Material zu schaffen, das eine niedrige Wasserdarapfdurchlässigkeit mit einer vorteilhaften Siegeltemperatur verbindet.

Das erfindungsgeraäße, feuchtigkeiosdichte i'olien- oder Plattenmaterial besteht aus einer flexiblen Grundscnicht, die auf beiden Seiten eine ."wischenbeschichtung und darüber eine Außenbeschichtung aufweist, wobei die Zwischenbeschichtung einen Vitiylidenchloridgehalt im Bereich von 93 bis ^fJ6 Gew. ~'/o auf v/eist und das Gesamtgewicht der Zwischenbeschichtung auf beiden Seiten der Grundnchicht im Bereich zwischen 2,ü und 10,0 Gramm pro Quadratmeter liegt und die Außenbeschichtung einen Vinylidenchlorid-Polymer mit einem Vinylidenchloridgehalt im Bereich von 60 bis 92 Gew.-^ enthält unu das Gesamtgewicht der Außenbeschichtung auf beiden Seiten der Grunüschicht im Bereich zwischen 1,0 und -j,0 Gramm pro Quadratmeter liegt.

Der Zwiscüuubeschichtung veruainiü das Material 2um

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größten I'eil seine niedrige Wasserdampf durchlässigkeit, während die Außenbeschichtung optimale Siegelfähigkeit , gewährleistet. " . , ^! . .

Da die Zwischenbeschichtung im wesentlichen aus einem Vinyliäenchlorid-Oopolyraer besteht, d.h. aus einem Vinylidenchlorid-Copolymer, der frei von Zusätzen ist, die die Wasserdampfdurchlässigkeit erhöhen würden, ist die durch das Material gewährleistete Dampfsperre die beste, die man mit dem jeweils verwendeten Vinylidenchlorid-Oopolymer überhaupt erreichen kann. ·

Wenn der Vinylidenchloridgehalt der Außenbeschichtung über 92 $ liegt, wird die Siegelteraperatur der Beschichtung zu hoch, um auf einer schnell arbeitenden Verpackungsmaschine Siegelverbindungen von ausreichender Eestigkei-fe herzustellen. Wenn andererseits der Vinylidenchloridge^ halt in dem Vinylidenohlorid-Copoljjrtnei? der Außenbeachiob- _; tung unter 80 $ absinkt, steigt ä±4 Siegeltemperatur wie- " derura in unerwünschter Weise an. Vorzugsweise liegt der Vinyliäenehloridgehalt in dem die Außenbeschichtung bildenden Vinylidenchlorid-Oopolymer im Bereich zwischen ö7 und 91 Gew.-?ä, da dann die günstigate Kombination einer niedrigen Siegeltemperatur mit guten Antiblöckiereigenschaften erreicht wird. ^v

Die Außenbeschichtung kann, falls erforderlich, Zusätze zur Erzielung bestimmter Oberflächeneffekte aufwei-

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sen zur Förderung des Antiblockiereffektea, äer Gleitfähigkeit und/oder der elektrostatischen Ableitung, d.h. Antiblodiermittel wie z.B. Polyvinylchlorid, Gleitmittel wie Garnaubawaohs und antistatische Mittel wie oberflächenaktive Zusätze zur Förderung der elektrostatischen leitfähigkeit. Biese Zusätze sollen das Abwickeln des beschichteten Folienmaterials erleichtern und für möglichst reibungsfreie Bewegung durch eine Verpaokungsmaschine und gute Ppeigabe von den Heiösiegelbaoken sorgen«

Sie Zwisohenbeschiohtung und die Außenbeschichtung werden auf die flexible GEUßdschioht vor«ugaweise aus wässrigen Dispersionen eufgebracht, wobei nach jeden Besohiohtungsvorgang eine Irooknungs- und Brhitzungsetufe folgt, um das Verschmelzen der Copolyraerteilchen zu bewirken. Stattdessen, Insbesondere wenn zwischen dee Vinylidenohloridgehalt de« die Zwischenschicht bildenden Copolymers unjä des dlt Außenschicht bildenden Copolymers ein erheblicher Unterschied (d.h. etwa fünf Gewichteteile) besteht, kanoj die Zwischenschicht auf die Grundeohloht als wässrige Dispersion aufgebracht und nach dem folgenden Trocknen und Erhitzen die Außenbeschichtung über die Zwisohenbesohlohtung aufgebracht werden aus der lösung in einem geeigneten flüchtigen organischen Lösungsmittel, z.B. einer geeigneten Mischung von Methyläthy!keton und Toluol, in welchem die Zwischenbeschiohtung praktisch un-

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löslieh ist. Die Außenbeschichtung wird durch Erwärmen getrocknet.

Es 1st im allgemeinen nicht durchführbar, die Zwischenbeschichtung auf die Grundschicht aus der Lösung in einem flüchtigen organischen Lösungsmittel aufzubrin- -gen, da Vinylidenehlorid-Polymere mit hohem Vinylidenchloriägehalt in organischen Lösungsmitteln entweder unlöslich oder nur sehr schwer auflösbar sind«

Wenn die Summe der Gesamtgewichte der-trockenen Zwischenbesehichtung auf beiden Seiten des SOlienmaterials (d.h. das Trockengewicht der Beschichtung) unter etwa 2,0 Gramm pro Quadratmeter liegt, wird die Wasserdampfsperre nachteilig beeinflußt. Liegt das Gewicht über etwa 10 Gramm pro Quadratmeter, so neigt die Beschichtung zu einer Verschlechterung der Transparenz und Sprödigkeit. -

. . Wenn die Summe des Gesamtgewichtes der trockenen Außenbeschichtung auf beiden Seiten unter etwa 1,0 Gramm pro Quadratmeter liegt, erhält man keine Siegelverbindung •von zuverlässiger Festigkeit mehr, und wenn das Gesamtgewicht über etwa 5,0 Gramm pro Quadratmeter liegt, so bringt weitere Gewichtszunahme keine Vorteile mehr.

,, Das Tinylidenchlorid-Oopolymer in jeder -Beschichtung besteht aus einem Copolymer von Vinylidenchlorid mit einem

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oder mehreren copolyraerisierbaren, Äthylen-ungesättigten Monomeren, wie z.B. Methylacrylat, Methylraethycrylat, Äthylacrylat, Vinylchlorid, Acrylnitril mit oder ohne einem kleinen Anteil, d.h. 1/2 bis 3 Gew.-'/o, von Itakonsäure oder einer anderen Äthylen-ungesättigten Säure, wie z.B. Acrylsäure oder Methacrylsäure.

Die flexible G-rundschicht kann vorteilhafterweise eine zellulosehaltige Folie, z.B. eine Folie aus regenerierter Zellulose, oder eine Kunststoffolie, wie z.B. eine polyolefinische Folie wie z.B. Polypropylen sein. Wenn die flexible Grundschicht ein zellulo.sehaltiger Film ist, ist es vorteilhaft, die Folie mit einem üblichen Veuankerungsmittel wie z.B. einem Helamin/Formaldehydharz oder einem Harnstoff/Formaluehydharz vorzubehandeln. Wenn die flexible (rrundschicht eine Kunststoffolie ist, so ist es vorteilhaft, sie einer geeigneten Oberflächenbehandlung zu unterwerfen, beispielsweise mittels eines elektrischen Feldes, einer Flamme oder eines oxydierenden Mittels zur Erzielung einer guten Verankerung der Zwischenbeschichtung an dem Kunststoffmaterial. Zusätzlich kann eine übliche Ve ranke rim, ;π-beschichtung, z.B. ein Polyisocyanat vor dem Aufbringen der Zwischenbeschichtung aufgebracht v/erden.

Die beiden Beschichtungen können "in Linie aufeinanderfolgend" aufgetragen werden, d.h. die beiden Besohlch-

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•bungs- und Trocknungsvorgänge werden, In direkter folge ohne zwischenzeitliches Umspulen vorgenommen. Man kann so vorgehen, daß man zuerst die Zwisohenbesahiohtungeh auf beiden Seiten der Grundschicht aufträgt und an-_ schließend die Außenbeschichtung aufbringt, oder daß man zuerst auf einer Seite der Grundschicht eine ZwI-schenbeschichtung und eine Außenbeschichtung aufträgt und anschließend die Zwischenheschichtung und Außenbeschichtung der anderen Seite der Grundaehioht vornimmt." Wenn es erforderlich ist, das lOllenmaterialzwischen dem Aufbringen und Trocknen der Zwlschenbesohtohtung und dem Aufbringen der Außenbeschiohtung zu trocknen, so ist es bevorzugt, für die Zwischenbeschiohtung ein Vinylidenchlorid-Gopolyraer mit einem Vlnylidenchloridgehalt von mindestens 95 °J> zu verwenden, um ein Blockieren der einzelnen Wicklungen der Rolle zu verhindern, welches zu Schwierigkeiten führen würde, wenn das Material anschließend für das Auftragen der Außenbeschiohtung wieder abgewickelt wird.

Die Erfindung umfaßt auch ein Verfahren zur Herstellung eines heißsiegelfähigen, feuchtigkeitsdichten Folienmaterials, welches aus folgenden Schritten besteht: Beschichten eines flexiblen Basismaterials auf beiden Seiten mit einer wässrigen Dispersion eines Vinylidenchlorid-Oopolymeren, die beim Trocknen eine Zwischenbeschichtung ergibt, welche im wesentlichen aus einem Vinylidenchlorid-

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Copolymer mit einem Vinylidenchioridgehalt im Bereich
zwischen 93 und 96 Gew.-# besteht. Abstreifen dieser Be-Bohichtungen derart_t daß sioh beim Trockneα ein öeeamtgewicht der Beschichtung auf beiden Seiten der Grundsohioht im Bereich zwischen 2,0 und 10,0 Gramm pro Quadratmeter ergibt, Trocknen der Beschichtungen, Überziehen jeder Zwischenbeeohlohtung mit einer Beschiohtungsmaase aus Yloylldenchlorid-Gopolymer, die nach dee Trocknen eine Außenbeschichtung ergibt, welche aus einem Vinylidenohlorid-Oopolymer mit einem Vinylidenchloridgehalt im Bereich zwischen 80 und 92 Gew.-ji besteht, Abstreifen dieser Außenbeschichtung derart, daß sioh nach dem Trocknen ein Gesamtgewicht der Außenbeschichtung auf beiden Seiten der Grundschicht im Bereich zwischen 1,0 und 5,0 Gramm pro Quadratmeter ergibt, und Trocknen der Außenbeschichtung.

Die Erfindung wird näher erläutert anhand der folgenden Beispiele.

Beispiel 1

Eine 0,025 mm starke Polie aus regenerierter Zellulose, die mit einem Melamin/iOrmaldehydharz zur Verankerung der Beschichtungen vorbehandelt war, wurde auf
beiden Seiten mit einer Zwischenbeschichtung versehen

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aus einer wässrigen Dispersion eines Vinylidenchlorid-Copolymers mit 25 $ feststoffgehalt, der gebildet wurde durch. Oopolymerisierung von 95 Gewichtsteilen Vinylidenchlorid, fünf Gewiehteteilen Methyliffethacrylat und einem Gewichtsteil Itakonsäure entsprechend dem in der britisehen Patentschrift Ho. 804 "285 "beschriebenen Verfahren*

Die aufgetragenen BeschiohtungsaiBpersionen wurden durch Abstreifen mit einem aiesserähnilohen scharfen luft~ strahl auf eine solche Dicke gebracht<, daß sich nach dem 'irocknen ein 'Jirockengewicht der Beschichtung von 3»85 Gramm pro Quadratmeter ergab (Summe der Gesamtgewichte der Beschichtungen auf beiden Seiten der Folie)* Das frocknen der aufgetragenen Beschichtungsdisperöionen nach der Behandlung mit dem Luftstrahimesöer wurde mittels Infrarotheizung vorgenommen, wodurch zusätzlich die Göpolymerteilchen zur Bildung einer glatten Beschichtung ineinander flössen. ' -

Ohne erneutes Aufwickeln wurde die nun auf beiden Seiten mit einer trockenen Zwischenbeschichtung versehene Zelluloaefolie anschließend auf beiden Seiten mit einer Außenbeschichtung versehen, die aus einer wässrigen Dispersion eines Vinylidenchlorid-Öopolymers mit du Io Peststoffgehalt bestand, der durch Gopolymerisierung von.Bd Gewichtsteilen Vinylidenchlorid, 8 Gewichtsteilen Methylmethacrylat, 4 Gewichtsteilen Methylacrylat ·

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und 1 G-ewichtsteil Itakonsäure entsprechend dem in der britischen Patentschrift IYo. üü4 2<i^lj beschriebenen Verfahren gebildet war. Die Dispersion enthielt außerdem 1 ,5 G-ew.-7ö Carnaubawachs in iüraulsionsform, 1,U G-ew.-;« fein verteiltes Polyvinylchlorid sar Verbesserung- der G-leiteigenschaf ten und der Antiblockiereigenschciiten der trockenen Beschichtung, und 1,;> ■;» Triäthanolaminlaurylsulfat zur Erzielung antistatischer Eigenschaften und zur Erleichterung der JFreigabe der ii'olie von den ile ißs iege Iwe flcseugen.

Oie AuJäenbeschiohtungsaisptirsionen wurden mit dea Luftstrahlraesser behandelt, so daid sich nach dem irucic nen ein trockenes J?eststoifgewichi; von 1,'J (J-ratnm pro Quadratmeter ergab (Gresamtgewicnt der Außenbescnichtun gea auf beiden Seiten der J?olie). Das !Erocknen wurde dann durchgeführt, indem die mit dem Luftstrahl behandelten Beschichtungsdispersionen einer Infrarotheizung unterworfen wurden, wodurch aulBerdem die Copolymerteilchen zur Bildung einer zusammenhängenden glatten Beschichtung ineinander flosseu.

Die beschichtete !folie hatte gute G-leit- und Antiblockiereigenschaften, war einwandfrei maschinell verarbeitbar auf einer Verarbeitungsanlage (converting ma chinery) und zeigte eine gute Loslösung von den IleÜ3- siegelwerkzeugen. Die Siegeltemperatur betrug 100° G

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uaa die Wasserdampfdurchlässigkeit (entsprechend der oben gegebenen Definition) betrug 3,3 Gramm pro Quadratmeter und 24 Stunden.

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Eine 0,025 mm starke Polie aus regenerierter Zellulose, die mit einem Melamin/Formaldehydharz für die Verankerung der Beschichtung "vorbehandelt war, wurde auf beiden Seiten mit einer Zwischenbeschichtung aus einem Vinylidenchlorid-Gopolymer versehen, wie in Beispiel 1 beschrieben.

Ohne erneutes Aufwickeln wurde die nun auf beiden Seiten mit ej.ner trockenen Zwisohenbeschichtung versehene Zellulosefolie anschließend auf beiden Seiten mit einer Außenbeschichtung überzogen, die aus einer wässrigen Dispersion eines Tinylidenehlorid-Copolymeren mit j)0 )b Feststoff gehalt bestand, der geb'ildet war durch Üopolymerisierung von 84 Gewichtsteilen. Vinylidenchlorid, ο G-ewichtsteilen iYfethylraethaorylat und 8 Gewlchtsteilen r-lethylacrylat entsprecnend dem in der britischen Patentschrift 0O4 2.OÖ beschriebenen Yerfahren. Die Dispersion ■enthielt außerdem in emulgierter Form 3 ü-ewichtste-ile Garnaabawachs, 2 Gewichtsteile fein verteiltes Polyvinylctiioriu und 2 Gewichtstoile iriäthanolaminlaurylsulfat.

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Die Außenbeschichtungsdispersionen wurden mit dem Luftstrahlraesser behandelt, so daß sioh nach dem Trocknen ein trockenes Feststoffgewicht von 1,5 Gramm pro Quadratmeter ergab (Gesamtgewicht der Außenbeschichtungen auf beiden Seiten der Folie). Das Trocknen wurde durchgeführt, indem die mit dem Luftstrahlmesser behandelten Dispersionen einer Infrarotheizung unterworfen wurden, wodurch außerdem die Gopolymerteilchen zur Bildung einer zusammenhängenden glatten Beschichtung zusammenschmolzen. Die beschichtete Folie hatte gute Gleit- und Antiblockiereigenschaften und war einwandfrei maschinell auf einer rasch arbeitenden Verarbeitungsanlage verarbeitbar und zeigte eine gute Freigabe von den Siegelwerkzeugen. Die Siegeltemperatur betrug 107° 0, und die Wasserdampfdurchlässigkeit (entsprechend der obigen Definition) betrug 3,2 Gramm pro Quadratmeter und 24 Stunden.

Das beschichtete Folienmaterial· gemäß der Erfindung hatte für ein gegebenes Flächengewioht der Beschichtung eine deutlich niedrigere Wasserdampfdurchlässigkeit wie dasselbe Material, das auf jeder Seite mit einer einzigen Beschichtung versehen ist, wenn für diese Beschichtung eine Zusammensetzung gewählt wird, die - nach Zugabe der geeigneten Zusätze zur Erzielung der gewünschten Verarbeitungseigenschaften - eine im wesentlichen identische Siegeltemperatur haben würde.

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Umgelcehrt hatte bei einem gegebenen Wert der Wasserdampfdurchlässigkeit eine -beschichtete Folie gemäß der Erfindung ein geringeres Beschichtungsgewicht als ein auf beiden Seiten mit nur einer einzigen Beschichtung versehenes Material, dessen Besehichtungszusammensetzungso gewählt war, daß sich - nach Zugabe der geeigneten Zusätze zur Erzielung einwandfreier Yerarbeitungseigenschafteti - eine im wesentlichen identische Siegeltemperatur ergeben würde.

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Claims (3)

Γ a t e η t a .1 s ρ r it c la e

1. -lei-üsie'elx^hir-es, feuciitigkeitsdichtes Jfolienouer Platten-.naterial, bestehend aus einer flexiblen ^randschicht, nie auf beiden üeiten mit einer Beschichtung aus /inylidenciiloriu-Copolymer versehen ist, äauuroii ,τ e <c e η η ζ e i c h η e t, dai3 die Grundscnicht auf beiden Seiten eine Zwischeubeschichtung und darüber eine Außenbeschichtung aufweist, wobei die Zwischenbeachichtun ; einen VinyLidenchloridgehalt im Bereich von *}j bis 9'5 Tew.->j aufweist und das Gesamtgewicht der Zwischenbesciiichtuu,: auf beiden Seiten der GTundschicht im Bereich sv/isctien 2,0 und 10,0 Gramm pro Quadratmeter Liegt und die Außenbeschichtung aus einem Vinylidenchlorid-Oopolymer mit einem Vinylidenchloridgehalt im Bereicii von öü bis 92 Gew.-^ besteht und das Gesamtgewicht der Außenbeschichtung auf beiden Seiten der Grundschicht im Bereicii von 1,0 bis 5,0 Gramm pro Quadratmeter liegt,

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2. Heißsiege !fähiges, feuchtiirkeitsdiciites i'Oliea- oder Plattenmaterial nach Anspruch 1, dadurch % e kennzeichnet, daß die Außenbeschichtung; einen oder mehrere Zusätze zur Verbesserung der Antl-" blockier eigenschaften, Grleiteigenschaften und/oder cter elektrostatischen Ableitung aufweist.

3. Heißsiegelfähiges,feuchtigkeitsdichtes Folien-, oder Plattenmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die G-rundschicht aus einer aus regenerierter Zellulose besteht.

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