DE2138558A1

DE2138558A1 - Verfahren zum Herstellen eines aus drei Schichten bestehenden Schichtstoffes

Info

Publication number: DE2138558A1
Application number: DE19712138558
Authority: DE
Inventors: Ernest Phipps Duhng IrI Noel West Chester Merges jun John Charles Glen Mills Talbot Alfred Francis Wallingford Pa Black (V St A )
Original assignee: Sun Oil Co
Current assignee: Sunoco Inc
Priority date: 1970-08-06
Filing date: 1971-08-02
Publication date: 1972-02-10
Also published as: GB1357972A; JPS4825775A; CA957606A; US3716441A

Description

Verfahren zum Herstellen eines aus drei Schichten bestehenden Schichtstoffes

Priorität: 6. August 1970, Nr/ 61 718, USA

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines aus drei. Schichten bestehenden Schichtstoffes, der eine wachsimprägnierte Außenschicht aus Cellulose, eine Mittelschicht aus thermoplastischem Polymerem und eine v/eitere, aus Metall bestehende Außenschieht auf v/eist. Die Polymerschicht verleiht dem fertigen Schichtstoff Sperreigenschaften und wirkt, als Klebmittel. Der erfindungsgemäße Schichtstoff eignet sich zur Verwendung als Verpackungsmaterial.

Bekannte Verfahren zum Herstellen von Schichtstoffen erfordern verschiedene gesonderte Verarbeitungsstufen, so daß diese Vorfahren einen hohen Zeitverbrauch haben. Sin Beispiel

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BAD ORfQfNAt,

für ein solches Verfahren wird in folgender Weise durchgeführt: Sine Cellulosebahn wird in ein Bad aus geschmolzenem Wachs getaucht und so lange d&rin "belassen, "bis das Wachs die Gelluloseschicht durchtränkt hat. Dann wird die mit Wachs imprägnierte Cellulosebahn aus dem 3ad aus geschmolzenen Wachs entfernt und abgekühlt, wodurch das ^T.,^rachs verfestigt wird. Danach v/ird ein geeignetes thermoplastisches Polymeres in Tor-m einer geschmolzenen Überzugsschicht auf die mit Wachs imprägnierte Cellulos-ebahn eztrudiert. Die Polymerschicht wird abkühlen gelassen. .Das -erhaltene Produkt ist ein aus zwei Schien? ten "bestehender Schichtstoff, der eine Polymerschicht und eine mit Wachs imprägnierte Celluloseschicht aufweist. Danach wird eine Metallfolie mit der Polymer-lTberzugssehicht in Berührung gebracht, die nun erneut erhitzt werden muß, um das Polymere zu schmelzen. Durch darauffolgendes Anlegen von Druck und abschließendes Kühlen wird ein Schichtstoff aus drei Schichten erhalten. '

Durch die Erfindung wird ein vereinfachtes Verfahren zum Erzielen des gleichen aus drei Schichten bestehenden Schichtstoffes zugänglich.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in einfacher v/eise ein aus drei Schichten bestehender Schichtstoff hergestellt werden, der eine Metall-Außenschicht, eine Mittelschicht aus thermoplastischem Polymerem und eine v/achsimprägnierte Gellulose-Außenschicht aufweist, Bei dem erfindungsgemäßen

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BAD ORiGINÄL

Verfahren wird.eine Dispersion von festen Polymerteilchen in geschmolzenem Wachs, die "bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des lolymeren gehalten wird, als Überzugsschicht" auf eine Oberfläche der Metallfolie oder der porösen Cellulosebahn aufgetragen. Die andere Schicht, das heißt die Schicht, auf welche die Dispersion nicht aufgetragen wurde, wird mit der Dispersion in Kontakt gebracht und es werden Druck und Hitze angewendet.

Wahlweise kann die Dispersion such gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeitpunkten auf beide Außenschichten, auf getragen werden und die mit der Dispersion beschichteten Oberflächen können miteinander in Kontakt gebracht werden, bevor-Hitze und Druck angewendet werden.

Bei jeder Aus führungshorn) des Verfahrens wird im wesentlichen das gesamte geschmolzene V.'achs von der Oellulosebahn absorbiert und durch die Einwirkung von' 77arme werden die Polymerteilchen geschmolzen und durch den Druck werden die geschmolzenen Teilchen in eine geschmolzene Mittelschicht übergeführt. Beim Abkühlen verfestigt sich das 'geschmolzene Folymere und es bildet sich der aus drei Schichten bestehende Schichtstoff.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein thermoplastisches Polymeres verwendet, das bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Polymeren praktisch in geschmolzenem Wachs unlöslich ist _fund das Haftvermögen gegenüber Cellulosematerial wie auch gegenüber Metallen zeigt.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die

Zeichnungen veranschaulicht. " " ' ■

109887/1746 " ⁴ "

BAD

JGINAi* ■ _c«.·■ ■ ?

Figur 1 stellt schematiach eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen des aus drei Schichten bestehenden Schichtstoffes dar.

Figur 2 ist die Darstellung eines Schnittes durch den fertigen Schichtstoff. ■

In Figur 1 wird eine' Methode zum Herstellen des aus drei Schichten bestehenden Schichtstoffes gemäß der Erfindung erläutert. Teilchen aus thermoplastischem Polymeren! und

P festes V/a.chs werden in einen geeigneten Behälter 1 gegeben. Durch eine geeignete Heizvorrichtung 2 wird die'Temperatur des .Polymeren und des Wachses in.dem Behälter auf einen Viert oberhalb des Schmelzpunkts des Wachses, jedoch unterhalb der, Schmelzpunkts des Polymeren erhöht. Die Temperatur der Dispersion wird während der gesamten Stufe des Auftragens innerhalb d'ieses· Bereiches gehalten. ITach dem Schmelzen des v/achses wird mit Hilfe eines üblichen Mischers 3 ausreichend gemischt, um das feinverteilte Polymere in gleichförmiger

^ Verteilung in dem gesamten geschmolzenen Wachs zu halten.

Die Dispersion 4 in dem Behälter wird nach dieser Darstellung unter der Einwirkung der Schwerkraft in den Raum zwischen den beiden Außenschichten, der Celluloseschictit 5 und der Metallschicht 6, überführt. Wenn die Dispersion in Berührung mit der. Cellulosebahn kommt, so beginnt die Absorption des ge"-schmolzenen Wachses durch die Celluloseschicht. Die Dispersion 4, die Metallschicht 6 und die Celluloseschicht 5 werden, zwischen heißen Walzen 7 und 8 durchgeführt. Diese heißen

1Ό9887/.17.46
BAD ORIGINAL

Walzen 7 und 8 bewirken die rasche Absorption des verbliebenen Wachses durch den Cellüloseanteil und das Schmelzen der Polymerteilchen, wobei die geschmolzenen Teilchen durch den Druck praktisch in einer endlosen Schicht ausgebreitet: werden. Die V/alzen 7 und 8 können bei der gleichen oder bei verschiedenen Temperaturen gehalten werden. Danach wird der Schichtstoff durch kalte Walzen 9 und 10 abgekühlt, wobei das geschmolzene Polymere verfestigt wird.

Figur 2 ist. eine Schnittansicht des fertigen Schichtstoff es. 11, der nach der beschriebenen Methode hergestellt wurde. Die Außenschicht 11 c stellt das Cellulosematerial 5 dar, das nun mit Wachs aus der Wachs-Polymer-Dispersion 4 imprägniert ist. Die ■Mittelschicht 11 b ist im wesentlichen eine endlose Polymerschicht, aus einem Polymeren, das aus der Wachs-Polymer-Dispersion 4 stammt. Da im wesentlichen das gesamte Wachs"' durch die Celluloseschicht 11c absorbiert ist und das Polymere in dem geschmolzenen Wachs unlöslich ist, besteht die Polymerschicht im wesentlichen nur aus Polymerem. Die Polymerschicht ist nicht unterbrochen in dem Sinn, daß sie die gesamten Sperreigenschaften des fertigen Schichtstoffes bewirkt, wenn auch feine Poren (pinholes) vorliegen können. Diese feinen Poren sind außerordentlich kleine Löcher und treten selbst dann auf, wenn beispielsweise eine endlose thermoplastische Polymerfolie extrudiert wird. Die Außenschicht 11 a stellt die Metallschicht 6 dar, die fest mit der Polymerschicht 11 b verbunden ^;ist, deren Polymeres aus der Wachs-Polymer-Dispersion 4 stammtv- -■'. .

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Die genannte Metallschicht kann eine Folie sein, die aus Metallen, wie Aluminium, Stahl, Silber, Gold, Zinn, Blei oder einer Legierung, v/ie einer Zinn-Blei-Legierung, hergestellt ist. Die Dicke der Folie kann innerhalb weiter Grenzen schwanken; gewöhnlich wird die Dicke der Folie durch die gewünschten Eigenschaften des Schichtstoffes bestimmt.

Bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß die Celluloseschicht befähigt sein, v/aehs.in .einer brauchbaren Rate zu absorbieren. Eine Gelluloseschicht, die mit einer Substanz beschichtet oder imprägniert ist, welche die Eindringrate des V/achses wesentlich verlangsamt, wäre daher unbefriedigend. Typische Wachs-Absorptionszeiten für • beschichtete und unbeschichtete Cellulosematerialien sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.

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	Material	, Tabelle 1	losematerialien	F	·"	Dauer der V/achsab-	.1)
Dauer, der Wachsabsorption		verschiedener Cellu	Oberflächen-	tt	sorption, Kinut en
Kraft-tfüllpappe (liner board)	Dicke, mm	beGchichtung	ti	1
Wellpappe ■ '	(rail) '	ITe in	^{1 Ja}	1 '
Becherpappe (Cup board)	2.16 (8.5)	tt	Ja u.,bedruckt	3.5
Preßspanplatte	2.54 (10)	' It		0.5.
Ölbüchsenpappe	• 3.56 (14) .	• It	.Ja	' 0.5
Karton für Tiefkühl-Verpackung	8.38 (33)	t»	Ja
Reguläre Dichte	6.60 (26)		— .	.3	^>
Mittlere Dichte ■		—	0.5
Papierplatte ■■ " . '	2.54 (10)		1.5
Papierplatte . ·	4.57 (18)		■ 3 bis 4
Ölbüchsenpappe	¹ 5.08 (20)		6 bis 10
Ölbüchsenpappe	5.08 (20) ^v		50 bis 70
Karton für Tiefkühl-Verpackung	6.60.(26)
Reguläre Dichte	7.11 (23)		35
Mittlere Dichte		20 bis 22.5
Butterbrotpapier	2.54 (10) ..	' 12	- a
Pergaminpapier	4.57 (18)	>1OO.	OO
	0.63 (2.5)
	0.34 Ci.33)		cn
			OO

(1) Zeit,, die zur Absorption eines Wachstropfens von 0.1 ml in einem Testbogen "bei 71 C erforderlich ist.

Die In Tabelle 1 angegebenen Daten zeigen, daß Krsft-Püllpappe ein erfindungsgemäß zu verwendendes bevorzugtes Cellulosenate-

Tiefkühlrial darstellt., während ein beschichtetes Material, wie Verpackung Karton mit mittlerer Dichte, der eine Wachsabsorptionsdauer von 20 bis 22.5 Minuten auf v/eist, ein weniger bevorzugtes Cellulosematerial wäre. '

Außer der Fähigkeit, das Wachs mit vernünftiger Rate zu absorbieren, 'muß die Celluloseschieht die Fähigkeit- zeigen, im wesentlichen das gesamte auf ihre Oberfläche aufgetragene tfachs zu absorbieren. Wenn genügend Wachs unabsorbiert zurückbleibt, so ist die Bindefestigkeit zwischen der Ketailschicht und der aus Wachs und Polymerem bestehenden Mittelschicht schwach, in Abhängigkeit von der Menge des nicht absorbiert zurückbleibenden Wachses. Eine schwache Bindefestigkeit bedeutet, daß die Metallschicht leicht von der wachsimprägnierten Celluloseschicht getrennt werden kann. Darüberhinaus hätte eine aus Wachs und Polymerem bestehende Mittelschicht andere Durchlässigkertseigenschaften als eine nur aus Polymerem bestehende Mittelschicht. Durch Verwendung einer Celluloseschicht, die im wesentlichen das gesamte Wachs absorbiert, wird daher eine schwache Bindung und das Fehlen, einer als Sperrschicht bzw. Barriere wirkenden Kittel-Polymerschicht vermieden.

Die zur Herstellung der verschiedenen Celluloseschichten verwendete Pulpe, die sich für die Zwecke der Erfindung eignet,

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BAD¹OAfNAL¹

kann von einem geeigneten Ausgangsmaterial stammen, wie Holz, Abfallpapier, Baumwollfasern und anderen Fasern, wie Manilahanf, Jute etc.

Das für die Zwecke der Erfindung verwendete Wachs kann ein Erdölwachs sein, das durch ein beliebiges" bekanntes Verfahren erhalten wurde. So kann irgendeines der bekannten raffinierten oder nicht-raffinierten Srdölwachse oder ein synthetisches Wachs verwendet werden. .- _t -

Erdölwachs ist mit einem weiten Bereich von physikalischen Eigenschaften im Handel erhältlich. Paraffinwachse sind mit Schmelzpunkten von etwa 52 bis 67° C (ASTM D 87), Ölgehalten von etwa 0.1 bis etwa 1.2 $ (ASTMD 721), einer Penetration bei 25° C von etwa 9 bis 40 (ASTM D 1321), einer Dichte bei 100° C von etwa 0.756 bis 0.767 (ASTM D 287) erhältlich. Mikrokristalline Wachse sind mit Schmelzpunkten von etwa 66 bis 89.4° C (ASTM D 127), Ölgehalten von etwa 0.4 bis etwa 1.5 # (ÄSTM D 721) und einer Dichte bei TOO⁰ C von etwa 0.786 bis . 0.795 (ASTM D 287) erhältlich. Diese unterschiedlichen Erdölwachse werden von verschiedenen Cellulosematerialien mit unterschiedlichen Raten absorbiert; die Erfindung kann jedoch mit einer beliebigen Erdölwachsfraktion durchgeführt werden, die durch das Material absorbiert wird. ' _s

Wenn für die Zv/ecke der Erfindung ein thermoplastisches Polymeres eingesetzt wird, das in geschmolzenem Wachs bei einer

• ■ ■ :. . · ■ - 10 - -

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Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Polymeren löslich ist, so treten die nachfolgend angegebenen Schwierigkeiten auf. Wenn das Polymere in dem geschmolzenen Wachs bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunks des Polymeren löslich ist, so wird zunächst die Viskosität der resultierenden Kombination drastisch erhöht. Diese erhaltene Kombination mit hoher Viskosität ist sehr schwierig handzuhaben und in einer Schicht aufzutragen. Bringt man sie ferner in Kontakt mit 'der Oelluloseschicht, so wird diese Kombination durch die Schicht ab-

F sorbiert und die mit Wachs und Polj^merem imprägnierte Celluloseschicht kann daher nicht die gewünschten Sperreigenschaften ■aufweisen, die einer nur mit Wachs imprägnierten Celluloseschicht innewohnen. Die verbliebene Kombination bildet nach dem Einwirken von Druck eine relativ schwache Polymer-Wachs-Verbindung zwischen der Metallschicht und der Celluloseschicht. Schließlich kann auch die Kittelschicht, die ein Gemisch aus Wachs und Polymerem darstellt, nicht die gewünschten Sperreigenschaften einer nur aus Polymerem bestehenden Schicht

χ zeigen. Um daher -die genannten Probleme zu vermeiden, muß das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete thermoplastische Polymere in dein geschmolzenen Wachs bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Polymeren praktisch unlöslich sein.

Ein weiteres Erfordernis für das thermoplastische Polymere, das die Mittelschicht des erfindungsgemäßen aus drei Schichten bestehenden Schichtstoffes bildet, liegt darin, daß es

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ßAD

Haftvermögen sowohl für die Metallschicht als auch die Cellu- _... . ' . . thermo

loseschicht"aufweist. Die aus '/plastischen Polymeren bestehende Fiittelschicht" verleiht daher dem erfindungsgemäß hergestellten Produkt nich't nur "die endgültige Sp'errv/irkung-, sondern wirkt außerdem als '"Klebmittel, welches die Metallschicht an der wachsimprägnierten Celluloseschicht .festhält. 'Im allgemeinen trägt ein Klebmittel in einem Schichtstoff', das heißt, das Material, das den Zusammenhalt von zwei Schichten "bewirkt, nicht wesentlich zu den Sperreigenschai'ten des Schichtstoffes "bei. Mit dem hier verwendeten Ausdruck "Gperreigenschaf ten"-■ v/erden Eigenschaften bezeichnet, wie Widerstandsfähigkeit des· Materials gegen den Durchtritt von wasserdampf, Gas und Fett, Zur Messung dieser Durchlässigkeitseigenschaften existieren ■St.andardtests. Bei dem erfindungsgeiRÜEcn Verfahren wirkt jedoch die gebildete Mittelschicht aus thermoplastischem .Polymeren) als Sperrschicht und als Klebmittel.

Überraschenderweise zeigen nicht alle thermoplastischen Polymeren," die· in geschmolzenem Vrachs bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Polymeren unlöslich sind, Klebver- · mögen sowohl gegenüber der Metallschicht als auch der Cellu-

(Haftvermögen) loseschicht. Die hier verwendete Bezeichnung Klebvermögen /oder Klebfähigkeit soll bedeuten, daß' die Schälfestigkeit des Schichtstoffes, bestimmt nach einem modifizierten TAPPI-T 806-SM 46-Test, größer als 0 ist, ■

Beispiele für thermoplastische Polymere, die bei einer

■ . - 12 -

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Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts dec Polymeren in dem geschmolzenen tfachs im wesentlichen unlöslich sind und Klsbvermögen oder Haftvermögen sov/ohl gegenüber Metallen als auch Cellulosematerialien auf v/eisen, sind Polyamid, Polyvinylchlorid, Celluloseacetat-butyrat, Polymethylmethacrylat, Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von mehr als 1 000 000, Polycarbonat und Polystyrol. Polyamid, Polyvinyl-' Chlorid, Cellulöseacetat-butyrat und Polymethylmethacrylat sind die für die Zv/ecke der Erfindung bevorzugt verwendeten Polymeren. .

Als Polyamid kann ein aliphatisches Polyamid verwendet werden, wie .ITyIon-3, ITylon-4, Kylon-6, Nylon-7, Nylon-8, . Hylon-9, Nylon-10, NyIon-11, Nylon-12, Nylon-6,6, Nylon-6,10, sowie Copolymere, wie Nylon-6,6-6,10. Das Polyamid kann jedoch auch ein aliphatisch-aromatisches Polyamid sein, wie Nylon-6,ΐ oder ein vollständig aromatisches Polyamid,' wie PolyCmeta-phenylendisminisophthalamid). Me Methoden zum Herstellen dieser Polyamide sowie ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften sind gut bekannt.

Ein Beispiel für ein thermoplastisches Polymeres, das in geschmolzenem vvachs unlöslich .ist, jedoch das erforderliche Haftvermögen sowohl für Metallschichten als auch Celluloseschichten nicht aufv/eist, ist isotaktisches Polypropylen mit einem .Molekulargewicht- von 600 000.

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BAD ORIGINAL

Das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete thermoplastische Poliere liegt in Form von feinverteilten Partikeln~vor, wenn es. zu dem Wachs gegeben wird. Wenn die Partikel oder Teilchen zu groß sind, wenn sie beispielsweise ein Sieb mit drei Maschen und· einer Maschenweite von 6.35 mm passieren, aber auf einem Sieb mit 20 Maschen und einer Maschenweite von 0.84 mm zurückgehalten werden, so ist die erhaltene Dispersionin der Weise· instabil, daß die Teilchen sich rasch absetzen und während des Auftragens der Dispersion in Form einer Schicht Schwierigkeiten verursachen. Die Anzahl der genannten Maschen bezieht sich auf die US-Siebreihe. Selbst wenn die Schwierigkeit es Absetzens überwunden werden kann, hat der resultierende Polymerüberzug auf der Schicht ungleichmässige Dicke und ist nicht kontinuierlich, das heißt, es liegen Bereiche vor, auf denen sich kein Polymerüberzug befindet. Diese Bereiche sind wesentlich größer als die vorher erv/ähnten Feinporen. Das er— findungsgemäße Verfahren ist zwar, durchführbar, wenn alle Polymerteilchen ein,Sieb mit 20 Maschen entsprechend einer Sieböffnung von 0.84 mm, passieren, es wird jedoch bevorzugt, daß alle Teilchen ein Sieb.mit 100 Maschen.(Sieböffnung 0.149 mm) und insbesondere ein Sieb mit 200 Maschen entsprechend einer Sieböffnung .von, 0.074.mm passieren. Die Korngrößenverteilung beeinflußt ebenfalls die Stabilität und die Viskosität der Dispersion. Bei gleichen Wachs-Polymer-Verhältnissen führt. ; eine Korngrößenverteilung innerhalb eines weiten Bereiches zu einer größeren Viskosität und daher größeren Stabilität als eine Korngrößenverteilung innerhalb eines engen Bereiches.

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Die Grenzen im Hinblick auf den Bereich der Korngrößenverteilung können durch den .Fachmann leicht bestimmt werden.

Das erfindungsgemäß angewendete G-ewichtsverhältnis von PoIymerem zu Wachs hängt von der Dispersionsstabilität und der Dispersionsviskosität ab, die wiederum von der Korngröße des Polymeren und der Korngrößenverteilung abhängig sind. Zufriedenstellende G-ewichtsvarhältnisse sind 5 bis 45 Gewichtsteile des feinverteilten Polymeren zu 55 bis 95 Gewiehtsteilen Wachs, bevorzugt'wird ein Gewichts verhältnis von 10 bis 40 G-ewichtsteilen des feinverteilten Poljnneren zu 60- bis 90 Gewichtsteilen 'Wachs. '

Die Anfangsstufe bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Herstellung der Dispersion. Festes Wachs wird in einen geeigneten Behälter gegeben und erhitzt, bis das Wachs geschmolzen ist; die erzielte Temperatur sollte jedoch den Schmelzpunkt des verwendeten Polymeren nicht überschreiten. Nach dem Schmelzen des Wachses wird das Polymere .zugesetzt. Dabei ist gewöhnlich leichtes Rühren erforderlich, um die Dispersion zu bilden. Nach einer anderen Ausführungsform können das feste Wachs und die Po.lymerteilchen in einen Behälter ge-

unterhalb

geben werden und gemeinsam auf eine Temperatur/des Schmelzpunkts des Polymeren, erhitzt werden. Die Dispersion kann unmittelbar nach ihrer Herstellung verwendet werden oder sie kann abgekühlt werden und der erhaltene Feststoff zu einem späteren Zeitpunkt verwendet werden. Der zulässige Temperaturbereich, der zur Herstellung der Dispersion angewendet v/ird,

hängt von „d-em.-Schmelcpunkt .des. verwendeten spezifischen Wachses und dem, .Schmelzpunkt- des verwendeten- spezifischen Polymeren ab.

Die aus geschmolzenem Wachs und Polymerpartikeln bestehende Dispersion wird in einer, von verschieden en möglichen weisen auf eine Außenschicht aufgetragen.. Eine Methode wurde "bereits in Zusammenhang mit Figur 1 erläutert. .Eine andere Methode "be-' steht darin, daß die Dispersion auf die Innenfläche einer sich "bewegenden horizontalen Cellulosebahn aufgetragen wird. Das Auftragen einer gleichroässig dicken Schicht der Dispersion auf die Bp.hn kann durch Verwendung eines Rakels, durch Extrudieren (Vorhangber-ehichten) oder mit Hilfe eines Walzenbeschichters oder einer anderen geeigneten Vorrichtung durchgeführt v/erden.

Sobald die Dispersion mit dem Cellulosematerial in Berührung kommt, beginnt dieses das W.achs zu absorbieren. Der Zeitraum, in welchem diese Absorption eintritt, bevor die Ketailschicht auf die Dispersion gelegt wird, hängt von der verwendeten Vorrichtung, der Wachsabsorptionsrate der Schicht und der Menge an Wachs sb, die pro Oberflächenbereich der Cellulosesehicht aufgetragen wurde. Dieser Zeitraum kann im Bereich von Bruchteilen einer Sekunde bis zu mehreren Minuten liegen. Ein Beispiel dafür wird nachstehend angegeben. Ein extrudierter Film einer Dispersion, die einen relativ geringen prozentualen Anteil an V/a eh s enthält, kommt mit dem Celluloseraaterial in Berührung und unmittelbar danach wird die Metallschicht auf den aus der Dispersion gebildeten Film gelegt. Fast gleichzeitig

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ßAD ORIGINAL

kommt das erzielte Verbundmaterial in Berührung mit geheizten Walzen. Diese geheizten Walzen erhöhen die Temperatur der Dispersion auf einen "Wert oberhalb des Schmelzpunkts des Polymeren und wenden gleichzeitig'den gewünschten Druck auf die geschmolzenen Polymerteilchen an. Somit tritt im wesentlichen die gesamte Wachsabsoi-ption durch das Cellulosematerial ein, nachdem die Metallschicht auf die Dispersion gelegt wurde.

Eine andere Ausführungsform stellt ein Beispiel dar, bei dem P dieser Zeitraum groß gehalten wird. Die Disperion, die einen relativ hohen prozentualen Anteil an Wachs enthält, wird-auf das Cellulosematerial aufgetragen. Die Metallschicht wird jedoch nicht auf die Dispersion gelegt, bis im wesentlichen das •gesamte Wachs durch die Celluloseschicht absorbiert ist. Während dieses langen Zeitraums zwischen den Stufen muß die Temperatur der Dispersion oberhalb des Schmelzpunkts des Wachses, jedoch unterhalb des Schmelzpunkts des Polymeren gehalten werden. Eine geringe Menge an Wachs kann unabsorbiert bleiben, k so daß die Polymerteilchen während der Weiterbewegung der Celluloseschicht gleichförmig auf dem Material verteilt bleiben.

In den vorgenannten Beispielen wird die Dispersion zuerst , auf die Gelluloseschicht aufgetragen und danach die Metallschicht auf die Dispersion gelegt. Auch die umgekehrte Verfahrensweise läßt sich anwenden, ohne daß die Eigenschaften des erzielten Schichtstoffes verändert werden. Das heißt,

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die Dispersion kann zuerst auf die Metallschicht aufgetragen werden und danach kann die Celluloseschicht auf die Dispersion gelegt werden, ohne'daß die Eigenschaften des erzielten Schichtstoffes beeinträchtigt werden. Die zuerst angegebene Methode wird jedoch "bevorzugt.

Nachdem.die Dispersion auf eine Schicht aufgestrichen würde und die andere Schicht darauf gelegt wurde, wird die Überzugsschicht erhitzt und die Außenschichten gegen den Überzug gepreßt, um zu bewirken, daß die geschmolzenen Polymerteilchen die gewünschte im wesentlichen nicht unterbrochene, als Sperrschicht und Klebsehicht wirkende mittlere Polymerschicht bilden. .Die Anwendung von -Wärme zum Erhöhen der !Eemperatur der Dispersion "kann der Druckanwendurig um eine bestimmte Zeitspanne vorangehen oder kann gleichzeitig mit der Anwendung des Druckes erfolgen. Es wird bevorzugt,, die Wärme, auf die Metallschicht einwirken zu lassen, weil diese die Wärme leichter leitet, als die Celluloseschicht. Der Wert des angewendeten Drucks hängt von der Art des Polymeren und der Fähigkeit der Schichten, insbesondere der Celluloseschicht, ab, dem angewendeten Druck ohne unerwünschte Deformation zu widerstehen, Während dieser Stufe des Erhitzeris und der Druckanwendung wird alles unabsorbiert gebliebene Wachs durch das Ceilulosematerial absorbiert. · - -■■'- ^:

Eine andere Äusführungsform des erfindungsgemäße» Verfahrens wird folgendermaßen durchgeführt. Nach dem Auftragen der

"..".'■■ -- ie;-: 109887/1746

Dispersion auf die Cellulosesehicht und nachdem eine ausreichende Zeit-verstrichen ist, so daß praktisch das gesamte Wachs absorbiert ist, werden die Polymerteilchen durch Bestrahlen auf eine Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunkts erhitzt und danach die Metallschicht auf die geschmolzenen Teilchen aufgelegt. Nachdem die Metallschicht sich an der vorgesehenen Stelle be- · findet, wird Druck angewendet. Bei dieser Ausführungsform oder \ bei jeder beliebigen der angegebenen Ausführungsformen kann die Ok Metallschicht auf eine Temperatur oberhalb Raumtemperatur gebracht werde'n," bevor sie· auf die Dispersion gelegt wird. Die Maximaltemperatur der Metallschicht, bevor diese Metallschicht auf die Dispersion aufgelegt wird, liegt jedoch etwas unterhalb der Zersetzungstemperatur des Polymeren.

Anschließend kann der Verbundkörper der Abkühlung überlassen oder durch eine geeignete Vorrichtung zum Abführen der Wärme gekühlt werden. Ein Beispiel für eine solche Vorrichtung sind gekühlte Walzen;. -

Die Erfindung.wird durch die nachstehenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiele 1 bis 10

Um zu zeigen,, daß zahlreiche thermoplastische Polymere verwen-, det werden können, wurden zehn Versuche mit zufriedenstellenden Ergebnissen durchgeführt, die in Tabelle 2 aufgeführt sind.

'109**7-/1. Ti·

Diese Versuche wurden in folgender Weise durchgeführt. 75.Teile Petrolwachs (Erdölwachs) wurden in einen geeigneten Behälter gegeben und die Temperatur des Wachses wurde auf einen Wert oberhalb seines Schmelzpunkts, jedoch unterhalb des Schmelzpunkts .des zuzugebenden Polymeren erhöht. Zu dem geschmolzenen Wachs wurden 25 Teile des Polymeren zugesetzt. Durch leichtes Rühren wurden die Polymerteilchen in gleichmäßiger Verteilung in dem Wachs gehalten. Diese Dispersion wurde in folgender Weise auf ein PeppEnaterial für Pappbecher (cup board stock) aufgetragen. Sin Viarmeschrank wurde bei 71° C (160° F) geiaalten. In diesem Wärmeschrank befand sich eine Rolle aus Cellulosematerial, das heißt Pappe für Pappbecher, und mehrere Zentimeter davon entfernt befand sich eine Rakel-Streichvorrichtung, die so eingestellt war, daß eine Dispersion in einer Dicke von 0.5 bis 1.3 mm (2 bis 5 mil) aufgetragen wurde. Die Becherpappe/bewegte sich von der fest angebrachten Rolle unter dem Rakel und aus dem Wärmeschrank heraus. Die geschmolzene Wachs-Polymer-Dispersion wurde zwischen der Walze und dem Rakel auf die Becherpappe aufgetragen. \vährerid die Becherpappe sich unter dem Rakel vorbeibewegte, wurde eine Schicht der Dispersion in vorbestimmter Dicke aufgebracht. Dabei ist zu beachten, daß die Dicke derart begrenzt werden muß, daß kein größerer Anteil der Wachskomponente abgelagert wird, als durch die Becherpappe absorbiert jW^r.den kann. Wenn in. diesen Beispielen die Becherpappe aus dem Ofen austrat, war ein großer Teil des Wachses durch die Becherpappe absorbiert, weil sie sich mit großer Langsamkeit bewegte. - 20 -

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Aluminiumfolie wurde auf die "beschichtete Oberfläche der Becherpappe gelegt. Gegen diese Folie wurde eine Platte mit Spiegelpolitur (ferrotype) gelegt, die zum ärleichtern der Handhabung mit einer zweiten Platte hinterlegt war. Die resultierende Anordnung wurde zwischen die Druckplatten einer Presse gelegt. Die Platte, die in unmittelbaren Kontakt mit der Rückseite der polierten Platte" kommen sollte, wurde auf eine Temperatur erhitzt, die*zum Schmelzen des speziellen Polymeren ausreichte. Die Platten wurden während einiger Se- w künden leicht geschlossen, um die polierte Platte und die Polymerteilchen zu erhitzen. Dann wurde der Druck auf etwa

2 ■

35 kg/cm (500 p.s.i.) erhöht und während kurzer Zeit aufrechterhalten (etwa 10 Sekunden). Der Druck wurde entspannt und die Anordnung aus der Presse entnommen und auf etwa Raumtemperatur abgekühlt. Das erzielte Produkt war ein aus 3 Schichten bestehender .-Schichtstoff, der eine Außenschicht aus Aluminiumfolie, eine im wesentlichen nicht unterbrochene Mittelschicht aus Polymerem mit einer Dicke von etwa 0.025 mm b (0.001 inch) und eine Schicht aus v/achsimprägnierter Secherpappe als Außenschicht.enthielt. Die Aluminiumfolie haftete fest an dem Polymerem, wie durch die in Tabelle 2 gezeigten Werte der Schälfestigkeit angezeigt wird.

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Tabelle 2

'Zum Herstellen von Schichtstoffen verwendete Polymere und Schichten, angewendete Temperaturen: Aluminiumfolie ^⁰'; Polymer-V/achs-imprägnierte Becherpappe ^ '

	Beisp.	Polymeres	•	Nylon-11 . ■	Schmelzpunkt des	(376)	(425) ^:	Yerbindungs-	6	⁰C (⁰P)	Schälfestigkeit	. 6 cm	Breite	ro
			Nylon-6,6	Polymeren ⁰C (⁰P)	(500)	(300)	Temp	4		g auf 7	Breit	e)
		Nylon-6,10 "		(410)			4	(410) '	(lbs/3"	(3.45)		CO W Tt
	1	Nylon-12	191 ·	175-180 (347-356)	(265)	210	4	(520)	1565	(1-38)
	2	Nylon-6 ■ ' ■	260	218 ·.	(390)	271	(430)	626	(1.06)		OO
	3	Polyvinylchlorid	210.	149	(285) .	221	(430)	481	(0.30)
O tß	4	Celluloseacetat			(250)	221·	(430)	136	(0.18)
κ· CO > ta*	5	-butyrat ^ '	129	221	(325)	81	(0.50)
	6	Polymethylmethacrylat	199	,163		227
	.7	Polyäthylen ^^a^	•140.6		(330)"		(0.30)
S ^		Polystyrol ^⁰'	121	165.	(400)	■ 136 .	(0.20)
& en	8	204.	(310) ' .	91	(0.1)
	9	154.	(310)	45	(0.1)
	10	154.	45

(a) Molekulargewicht 3 000 000 - "

.(b) Mittlere Schlagfestigkeit '

(c) Dicke 0.25mm

(d) Eigenschaften der 'Becherpappe: 3.56 mm, 300 g/m² (14 mil, 62 ibs/IOOO sq.ft.)

(e) Enthält 13 Gew.% Acetylgruppen und 37 G-ew.^ Butylgruppen .

(f) Modifizierter Test. TAPPI-T 806-SM 46, Trockentest-an 76' "mm breiten Proben, Zugrate 51 mm/mitt' Abziehen der Folie bei 180° (82° 0)

Durch Verwendung entweder der glänzenden glatten Seite oder der matten, rauhen Seite der Aluminiumfolie als K'ontaktf lache mit der Dispersion wurden gleichwertige Ergebnisse erzielt.

Zu Vergleichszwecken -wurde in entsprechender V/eise ein aus drei Schichten bestehender Schichtstoff aus Aluminiumfolie, Wachs und wachsimprägniertem Pappbechermaterial hergestellt, Die Schälfestigkeit dieses aus drei Schichten bestellenden Materials betrug 0. Für Vergleichszwecke wurde außerdem in.ent— ™ sprechender Weise ein aus drei Schichten bestehender Schichtstoff aus Aluminiumfolie, Nylon-11 und porösem Pappbechermaterial hergestellt. Dieser Schichtstoff hatte eine so hohe Schälfestigkeit, daß eine Zerreißbindung erzielt wurdß_t das heißt bevor die Folie an der Polymerschicht von dem Bechermaterial abgezogen werden konnte, zerriß das Bechermaterial selbst. Dieser Schichtstoff hatte jedoch keine der gewünschten Sperreigenschaften.

In der in Versuchen 1 bis 10 beschriebenen Verfahrensweise wurde außerdem ein nicht brauchbarer Schichtstoff aus Aluminiumfolie, isotaktischem Polypropylen mit einem Molekulargewicht von etwa 600 000 und v/achsimprägniertem Pappbechermaterial hergestellt. Der erzielte Schichtstoff war deshalb unbrauchbar, weil seine Schälfestigkeit 0 betrug. ·

Beispiel .11

Unter Verwendung von Stahlfolie anstelle von Aluminiumfolie wurde in der in Beispiel 1 bis 10 beschriebenen Verfahrensweise

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BAD ORIGfNAL

ein Schichtstoff aus Stahlfolie, Nylon-11 und wachsimprägnierter Becherpappe hergestellt. Dieser Schichtstoff hatte eine Reißbindung (eine "bis zum Zerreißen des Materials hohe Bindef estiglceit).

Das in den Beispielen Ί "bis 11 verwendete Petrolwachs hatte folgende Daten:

Schmelzpunkt, ASTM D 87 Ölgehalt, ASTM D 721 "

Färbung, Saybolt, ASTM D 156 Penetration bei 25° C, ASTM D 1321 Viskosität, SUS bei 99° C, ASKi D 446 Dichte bei 100° C, ASx¹I-I D 287

Durch Verwendung von anderen Metallen als Ausgangsmaterialien," insbesondere Zinn, Blei, Silber, Gold und Blei-Zinn-Legierung gemeinsam mit den in Tabelle 2 angegebenen Polymeren sowie anderen Polyamiden wird ein aus drei Schichten bestehender Schichtstoff erhalten, in"welchem, die Metallschicht fest an der Polymerschicht haftet.

52	.2⁰C
O.	4
+	29 ■"
18
38	.8
0.	760

BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

1.1 Verfahren zum Herstellen eines aus drei ,Schichten bestehenden Schichtstoffes, der eine wachsimprägnierte
Cellulose-Außenschieht, eine Mittelschicht aus thermo-

plastischem Polymerem und eine Metall-Außenschicht aufweist, dadurcli gekennzeichnet, daß man ein heterogenes Verbundmsterial aus geschmolzenem
Wachs und einem feinverteilten Polymeren, das Haftvermögen

P gegenüber Metallen und Cellulosematerialien zeigt, einen Schm'elzpunlct oberhalb des Schmelzpunkts des Wachses' hat und bei einer Temperatur' unterhalb seines Schmelzpunkts unlöslich in geschmolzenem Wachs ist, herstellt, eine Überzugsschicht dieses heterogenen Verbundmaterials auf die Innenfläche mindestens einer der. Außensehichten bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des Wachses, aber unterhalb des Schmelzpunkts des Polymeren in einer Menge aufträgt, daß praktisch das gesamte Wachs in der Cellulose-

* schicht absorbiert werden kann, die andere Außenschicht auf die erhaltene Überzugssehicht legt, die .Überzugsschicht auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des PoIymeren erhitzt und durch Anpressen der Außensehichten gegen die Überzugsschicht eine im wesentlichen nicht unterbrochene Schicht aus geschmolzenem Polymerem zwischen den Außensehichten. bildet und die Absorption des geschmolzenen
Wachses in der porösen Celluloseschicht bewirkt und das geschmolzene Polymere bis zur Verfestigung abkühlt.

. -²⁵-

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man ein heterogenes. Verbundmaterial verwendet, das 5 "bis 45 Gewichtsteile des feinverteilten Polymeren und 55 "bis 95 Gewichtsteile des Wachses enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u rc h g e k e η η ζ e-.i c h η e t , daß man das feinverteilte Polymere, in einer geringeren Korngröße verwendet, als einem US-Sieb mit 100 Maschen (Sieböffnung 149 Mikron) entspricht.

4. Verfahren nach Anspruch 1 his 3, dadurch ge-' kennzeichnet, daß man als Polymeres ein Polyamid, Polyvinylchlorid, Celluloseacetat-butyrat, PoIymethylmethacrylat, Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von mehr als 1 000 000, Polycarbonat oder Polystyrol verwendet .

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e —

• kennzeichnet, daß man eine Metallschicht verwendet, die aus Aluminium, Stahl, Zinn, Blei, Silber, Gold oder Zinn-Blei-Legierung besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Polymeres ein Polyamid, Polyvinylchlorid, Celluloseacetat-butyrat oder Polymethylmethacrylat verwendet. "

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7. Verfahren nach Anspruch 1 Ms 6, dadurch g^;-'e kennzeichnet, daß man als Wachs Petrolwachs verwendet.

8. Verfahren nach Anspruch 1 "bis 7» dadurch gekennzeichnet , daß man ein heterogenes Ver- ■ Grundmaterial verwendet, das aus Petrolwachs und einem feinverteilten Polyamid, Polyvinylchlorid, Gelluloseacetat-"butyrat oder Polymethylmethacrylat besteht,·

9. Verfahren nach Anspruch 1 "bis 8, d a d u· r c h gekennzeichnet , daß man ein heterogenes Verbundmaterial verwendet, .das 60 bis 90 G-ewichtsteile des Wachses und 10 bis 40 Gewichteteile Nylon-11, Nylon-6,6, oder Nylon-6,10 in einer geringeren Korngröße als einem U5~Sieb mit 100 Maschen (Sieböffnung H9 Mikron) entspricht, aufweist und eine aus Aluminium und Stahl bestehende Metallschicht einsetzt.

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