DE2101165A1 - Verpackungmaterial - Google Patents

Description

Firma (776*0

Hermann ter Hell & Co.m.b.H.

2000 Hamburg 1

KattrepelBbrUcke 1 Hamburg, 11. Januar 1971 Verpackungsmaterial

Zur Verpackung von Lebensmitteln werden in steigenden Maße Einwegverpackungen verwendet und diesem Trend zufolge sind mehr und mehr neue Packstoffe bsw. Packstoff-Kombinationen an die Stelle der früher über viele Jahrsehnte hindurch benutzten Verpackungsmaterialien getreten. Als Beispiel Böge für die Verpackung flüssiger Lebensmittel die Qlasflasche dienen; sie ist absolut gas- und armoadleht, chemisch gegenüber Lebensmitteln völlig innert und auch ein Liohtsohuts gegenüber dem Füllgut 1st möglich. Die Olasflasohe ist deshalb für die Verpackung von Wein, Fruchtsäften oder la Falle einer dunkel gefärbten Qlas- M

flasche auch für die Verpackung von Milch, Buttermilch u.a. an sieh bestens geeignet. Die Probleme, die infolge einer weitgehenden Rationalisierung aufgetreten sind, führten Jedoch sur Einführung anderer Fackstoffkombinationen für die Verpackung der hier genannten Lebensmittel.

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So sind zum Beispiel heute neben Kunststoff-Flaschen insbesondere Kartonverpackungen im Einsatz, welche ein- oder beidseitig mit Polyäthylen besohiahtet sind und zur Verpackung insbesondere von Milch in steigenden Mengen verwendet werden. Der zugrunde liegende Rohkarton 1st malet gebleicht und hat ein Gewicht von l60 bis 250 g/m. In der Hegel wird dieser Karton bedruckt und anschllessend mit Kunststoff beschichtet. Der fast ausschliesslieh für diese Art der Verpaokungsherstellung verwendete Kunststoff 1st Nieder- oder Hochdruck-Polyäthylen mit einen Molekulargewicht um ca. 50.000* entsprechend einem Schmelzindex von 0,2 - 20 und einer Dichte von 0,91 bis 0,97. Diese« Polyäthylen wird in der Regel In Oranulatf ortn in «Inen B·- achiohtungsextruder eingefüllt und nach Durchlaufen der verschiedenen Plastifizierungsionen über eine Breitschlitzdüse zu einem Film ausgereckt, der sofort In heiBee Zustand mit der zu beschichtenden Kartonbahn vereinigt wird. Im Falle der einseitigen Beschichtung des Kartons wird häufig noch die unbeschichtete Seit· alt ein·« anderen Besohiohtungs- oder Imprägnierungsmittel g·trinkt, In der Regel mit Paraffin, und anschließend «erden tu· de« so behandelten Karton tetraeder- oder sy1InderfOrel*· oder rechteckige Packungen hergestellt, dl· „J· nach des) Verarbtltungsverfahren entweder direkt bei der endfOltlfen Fc gebung der Packung mit dem Lebensmittel befullt und heii-

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versiegelt werden, odor aber In speziellen Abfüllautomaten wird die fertige Packung direkt bafüllt und auch durch Helßvarsiegelung hermetisch versohlonsen.

Diese Packungen sind ausgesprochen preisgünstig, sehr zweekmässig und auch für eine ganze Reihe von Lebensmitteln optimal geeignet. Soll nun aber In eine derartige Packung ein sauer3toffempfindliches Lebensmittel, wie Wein, Buttermilch oder Fruchtsaft, eingefüllt werden, so kommt es sehr schnell zu einer gescten&ckliehen Beeinflussung des Füllgutes, weil der Sauerstoff aus der Luft verhältnismKssig ungehindert die Verpackung durchdringen kann, um dort auf das Lebensmittel einzuwirken«

Der Qaedurchgang durch den polyäthylenbeschichteten Karton ist aufgrund, der beiden Packstoffkomponenten Karton und Polyethylen!'ilm erklärlich. Der unbeschiehtete Karton selbst ist porös, so dass nicht nur D&npfe, sondern auch Luft fast ungehindert hindurchtreten können. Polyethylen hat aufgrund seiner besonderen Struktur ebenfalls nur schlechte Bsrriereeigensehaften, obwohl Luft nicht direkt hindurchtreten kann. Der Durchgang der Gase beruht vielmehr auf der Erscheinung der Mol@kular~Diffusion„ Die Molekular-Diffusion eines Gaoes durch einen festen Körper unter einem bestimmten Partialdruck erfolgt durch eine

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Adsorption mit aii^chliessender Lösung des Gases im Festkörper, eine Diffusion dieser Lösung und eine ansohliessende Desorption des Oases auf der Seite ties fackstoffes, die den niedrigeren Partialdruck aufweist,

Man hat aus diesem Grund die Packungen in der Welse modifiziert,, dass der Karton nicht nur mit Polyäthylen beschichtet wird, sondern man hat Mehrschichtkombinationen, bestehend aus Polyäthylenfilm/Karton/Polyäthylenfilm/ Aluminiumfölie/Polyäthylenfilm, geschaffen Ein solcher Karton weist ausreichenden Lichtschutz_p vor allem aber eine ausgezeichnete Gasbarriere auf* Selbst verständlich iet es Voraussetzung, dass die raitverwendete Aluminiumfolie weitgehend porenfrei ist* Für die Verpackung teurer und besonders empfindlicher bzw, auch stark riechender Lebensmittel stellt diese Verpackungsart eine fast optimale Lösung dar, sie ist Jedoch verstSndlicherweise finanziell aufwendig· Eine Reihe von Lebensmitteln haben weder aufgrund der Aufbewahrungsdauer vor Genuß noch aufgrund ihrer Empfindlichkeit eine absolute Barriere gegenüber Gasen und Sauerstoff nötig und es besteht schon seit langem das Bedürfnis für eine Leberismittelverpackung, die bei niedrigen Gestehungskosten eine wesentlich verbesserte Gasbarriere gegenüber mit Polyäthylen beschichtetem Karton aufweist.

BAD

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Es wurde nunmehr gefunden, daß man ein derartigea preisgünstiges Verpackungsmaterial mit verminderter Gas- und Aromadurehläasigkeit erhalten kann, wenn man einem weitgehend amorphen Polyolefin einen Zusatz zufügt, welcher wegen seiner geringen Löslichkeit im Polyolefin in der Kälte "ausblüht" und dadurch an der Oberfläche eine grobkristalline Sperrschicht bildet.

Gegenstand der Erfindung ist demgemäß die Verwendung eines Polyolefins zusammen mit einem chemisch inerten Zusatz, welcher sich in der Wärme im Polyolefin löst, bei Normaltemperatur jedoch an der Oberfläche der Polyolefinachicht zu einer kristallinen Sperrschicht auskriatallioiert, zur Herstellung von Verpackungsmaterialien. Vorzugsweise findet die erfindungsgemäße Polyolefinmasse zur Beschichtung von Trägermaterialien, insbesondere Papier oder Karton, Verwendung.

Das Gewichtsverhältnis von Polyolefin zu dem Zusatz kann im Bereich von etwa 1:1 bis 9,^:Ο,Ί, vorzugsweise bei ungefähr 4:1 liegen. Der Gehalt an Zusätzen betragt somit etwa 4 bis 50 Gew.:?, vorzugsweise etwa B bis 2^f> Gew.*.

Als Polyolefin wird ein Hoch- oder Niederdruckpolyäthylen mit einer Dichte von etwa 0,87 bis 0,97 verwendet. Polyäthylene mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht in der Größenordnung von etwa 20 000 bis 80 000 sind besonders fte#»jpn#»t. Der ßchrnelaindex liegt dabei in der Größenordnung von 0,3 bis ?^c>. Ferner i:Jt Polypropylen brauchbar.

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Als geeignete, bei niedrigen Temperaturen in Polyolefinen weitgehend unlösliche chemisch inerte Zusatzstoffe kommen in erster Linie C^g bis C^₀ Carbonsäuren (z.B. Stearinsäure und Montansäure) und deren Salae und Ester sowie insbesondere Paraffinkohlenwasserstoffe in Präge. Auch Gemische dieser Zusätze sind geeignet. Die durchschnittliche Kettenlänge der Paraffinkohlenwasserstoffe richtet sich vor allem nach praktischen Gesichtspunkten; vor allem muß sie so hoch sein, daß die Paraffinkohlenwasserstoffe bei der Anwendung findenden Verarbeitungstemperatur aus der PoIyolefinmasse noch nicht verdampfen. Da in modernen Beschichtungsex truder η Filmtemperaturen von ca. 200°C erreicht werden, muß in einem solchen Fall die durchschnittliche Kohlenstoffatomzahl der Verwendung findenden Paraffinkohlenwasserstoffe mindestens 23 betragen; insbesondere kann sie zwischen 23 und 80 und besonders bevorzugt bei etwa 30 bis 36 liegen. Die besonders bevorzugten Paraffinkohlenwasserstoffe können durch die folgenden Kenndaten charakterisiert werden:

Erstarrungspunkt 5O/75°C

Penetration bei 25°C 12 - 25

Viskosität bei 98,9°C H,0 - 8,5 cSt.

Refraktion bei 98,9°C 1,1200 - l,*39O

n-Paraffin-Gehalt größer als 10 %

Spezifisches Gewicht 0,6 - 0,8

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Ein Zusatz von geeigneten Copolymeren zu Polyolefinen führt zu erleichterten Herstellungsbedingungen bei der Extrusionsbeschichtung, da insbesondere die Elastizität des fließenden Films verbessert wird. Man kann die Arbeitsgeschwindigkeit dann während des Beschichtungsvorganges erheblich heraufsetzen. Copolymere, insbesondere auf Basis Äthylen/ Vinylacetat, Äthylen/Vinylalkohol oder Isobutylen/Acrylat in Mengen von etwa 7 bis ¹JO %, bezogen auf das Polyolefin, verschlechtern allerdings die Gasdichte des Polyäthylens merklich. Auch in diesen Systemen wirkt aber der erfindungsgemäße Zusatz in Richtung einer Verringerung der Gasdurchlässigkeit, d.h. die Einbußen, die durch den Copolymerzusatz auftreten, können durch Zusatz von Paraffinen oder langkettigen Carbonsäuren nicht nur ausgeglichen werden, sondern man kann mit diesen Dreikomponentensystemen weitgehend gasdichte Deschichtungsfilme erreichen. Besonders geeignet ist ein Äthylen/Vinylacetat-Mischpolymerisat mit einem Schmelzindex von etwa 0,1 bis 100 und einem Vinylacetatgehalt von etwa 5 bis 40 J.

Eine weitere vorteilhafte Eigenschaft der inhomogenen Filme gemäß Erfindung besteht darin, daß für die Heißversiegelung niedrigere Temperaturen ausreichen. Bekanntlich werden bei steigenden Arbeitsgeschwindigkeiten die Zeiten, die für eine Heißversiegelung notwendig sind, immer kürzer. Es müssen also die Temperaturen der Siegelwerkzeuge erhöht werden, um die minimal erforderliche Energie in das zu verschweißende

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System hineinzubringen. Dieser Temperaturerhöhung der Siegelwerkzeuge sind jedoch sehr schnell Grenzen gesetzt, da bei einem überschreiten bestimmter Vierte ein Cracken des Polyolefins und/oder eine thermische Zersetzung des Kartons auftritt. Die dabei entstehenden Produkte können gegen die hygienischen und gesetzlichen Anforderungen verstoßen.

Die Verarbeitung der erfindungsgemäßen Polyolefinmassen kann auf verschiedene Weise erfolgen; insbesondere sind die beiden folgenden Arbeitsweisen möglich:

1. Es kann ein inhomogenes System, beispielsweise ein Granulat aus Polyolefin und dem feinverteilten Zusatzstoff heiß extrudiert werden, wobei sich der Zusatzstoff in . der Hitze in dem Polyolefin löst, bei niederen Temperaturen, z.B. bei Raumtemperatur, jedoch nicht mehr löslich ist und deshalb auskristallisiert.

2. Das Polyolefin und der Zusatzstoff können im Schmelzfluß einander vereinigt und anschließend entweder direkt aus der Schmelze weiterverarbeitet oder in einer Granuliervorrichtung in ein Granulat überführt werden. Im letzteren Fall kommt es bei der Abkühlung des Granulats infolge Unterschreitene der Löslichkeitstemperatür zu einem Ausblühen des Zusatzstoffes an der Oberfläche, doch tritt bei der erneuten Erhitzung während des Extrudierens wieder eine Auflösung ein.

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Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die nachfolgenden 3eispiele dienen«

Beispiel 1

a) Vergleichsvarsuoh. Auf einem Beschlchtungsextruder Typ EOAN-EiI-VJE-PA wurde Polyäthylen mit folgenden Kennzahlen

Schmelzindex 1,2 - 1,7

Dichte 0,917 - 0,910

auf einen Rohkarton mit 250 g/m Gewicht unter üblichen Maschinenbsdin3ungen aufgetragen. Das Auftragssewicht des Polyäthylens auf dem Rohkarton

betrug 40 g/m · Ausschnitte aus diesem Material wurden im GasdurchlSssigkeitsprÜfgerät der Firma Otto Brugger, München, auf ihre Sauerstoffdurchläsalgkeit geprUft; es ergab aich ein Durchgang von 1.700 enr/m / 24 3W,

b) Das gleich» Polyäthylen wie im vorhergehenden Versuch a) wurde nun im SchBslj&fluß unter Zuhilfenahme eines Kneters mit 10$ Par&ff^kohlenwasserstoffen (Erstarrungspunkt 62/64°C) varmischt und anschliessond au einem Granulat verarbeitet« Dieses Granulat wurde, wie zuvor beschrieben, zur Beschichtung verwendet. BaI einem Auftragsgewleht von 40 g/m ergab sich ein Sauerstoff -

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durchgeng von. 800 cnr/m"/ 24 Std_et also eine Verbesse rung um mehr als

c) Bel Zugabe von 20$ Paraffinkohlanwagsorstoffen wurde unter sonst gleichen Bedingungen ein Viert von 650 cmVm / 24 Std„ gemessen.

Bei Zusatz von 3Oß Paraffinkohlenwasserstoffen lag der Wert bei 555 om⁵/ra2/ 24 Std.

Aus diesem Beispiel ist ersichtlich, dass das auf Karton aufgetragene inhomogene Material gemäß Erfindung bessere Gasdichten erbringt als das Polyäthylen allein; die Gasdichten werden um so besser, je mehr Zusatzmittel zugegeben wird, wobei die Abnahme den zugefügten Mengen jedoch nicht proportional 1st. Da die Sxtrudierbarkeit bei zu hohem Schmelz-Index schlecht wird, können Zusammensetzungen mit Gehalten von weniger als 70$ Polyäthylen nur noch schwer mittels Extruder auf den TrHgar aufgebracht werden.

Beispiel 2

a) Der Extruder wurde mit einem Gemisch aus 90ji Polyäthylengranulat und 10# pulverfb'rmigen Paraffinkohlenwasser stoffen beschickt, wobei dl· Komponenten In einer Mischtrommel vor dem Einfüllen in den Hopper vereinigt wurden.

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Der rir.i'fccn vf&i- nao'ö bee.sdeiisr 'B&82\i'.~ül\t\\:;K mit eine;?

Auffci'ößsnjenG© von ^jr0 g/s¹. Vorleben i-.ii.fl -ifcr Sauerstoff

?.isaii£T betrug- Γ·5θ <ϊ·ά~/χλ~/ £4 B^A» te} 8C^ ?oly^/cliylsnerf2.ulal; mr5 2ίΧί p^iverforniige Kohlen -

orrret-axi niiter¹ clensel?oan. Bedingungen, eivion

c) 70^ PoiySithjl3:igr&iv.lat und 5C^ pul*.rai.*fö?c;5.ge Kohlenwas-

sersiiorfe er-ge-bcn ^iter· d«5n;:'3ifc«K Bedingungen einen ^f

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Srxua^e^orfdupci^^as^ vovx 570 cnf/tsT/ 24 Sfcd. (Diese MisofcxiKS Uii¹ iillei'dinga ischon sohviierig zu

H::.er' ε^Όή 'ΛΙο vöri-^?;l-;-:'sJase Uhnllol:· t?;i0 in Beispiel 1, b) bris d}_f d.h„ r-iifc ί,νϊκ -meiidsr M-3iig« rut Sohlenwasserstoffen w:lrc1 c=ev ruaue^sfco.^.^durchsiang gv5rirfjer, doch sind die Grenzen au Ue^Ucksiofcti.gx^i,, die du:*«h Ana ties dee. Schneisindex i',i B"5»ug ^Af die X.fe^äiöS'ba^kei't sessbit sind,

Die Heiß'AJrsiegoluiigstßDpisraturea für erfindungsgemilSö Besohichi'-urigen imrcler/. in eln^m Halßsieg«lg«rät der Firma Cito Bx^ugger, München, ermittelv, wobei die Kartonstärke /K , das Br;sohi.chfc\u'i{i.i.T'.iwioht 4o g/m , der öiegal-

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di'uck 2fjO g/orn ua« öi© sle-golzeit 0-,^S see. betrugen.

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Zusammensetzung in

Polyäthylen Zusatz ⁰C für optimale Verschweißung

100 0 120

90 10 100

80 20 . . 90

70 30 85

60 40 80

Bei steigender Menge an Paraffinkohlenwasserstoffen fällt also in erwünschter Weise die nötige Heißsiegeltemperatur, die erforderlich ist, um feste Nähte zu erzielen. In gleichem Maße wird die Gasdichte herauf gesetzt.

ugssni

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   L) Verwendung eines Polyolefins zusammen mit einem chemisch inerten Zusatz, welcher in der Wärme im Polyolefin löslich ist, bei Normaltemperatur jedoch an der Oberfläche der Polyolefinschient zu einer kristallinen Sperrschicht auskristalliaiert, zur Herstellung von Verpackungsmaterialien. "
2. 2. Verwendung des Gemisches gemäß Anspruch 1 zur Beschichtung von Trägermaterialien, vorzugsweise Papier oder Karton.
3. 3» Verwendung nach den Ansprüchen 1 und 2_S dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis von Polyolefin zu Zusatz im Bereich von 1:1 bis 9*6:0,4, vorzugsweise bei etwa 4:1 liegt. ^
4. 4. Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin Hoch- oder Niederdruckpolyäthylen mit einem Schmelzindex im Bereich von etwa 0,3 bis 25, einer Dichte von etwa 0,87 bis 0,97 g/cm* und einem Molekulargewicht im Bereich von 20 000 bis 80 000 ist,

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5. 5. Verwendung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz zu dem Polyolefin im wesentlichen aus Paraffinkohlenwasserstoffen oder aus C^g bis C,Q Carbonsäuren einschließlich deren Derivaten oder einem Gemisch dieser Zusatzstoffe besteht.
6. 6. Verwendung gemäß Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Paraffinkohlenwasserstoffe einen Erstarrungspunkt im Bereich von 50 bis 75°C und eine durchschnittliche Kohlenstoffatomzahl je Molekül von mindestens 23 aufweisen.

   7* Verwendung eines Polyolefingeinisches gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner elastizität»erhöhende Zusätze, insbesondere Copolymere wie Xthylen/Vinylacetat, Äthylen/Vinylalkohoi oder Isobutyl/Acrylat, enthält.

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