DE2212447A1

DE2212447A1 - Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Kunststoffbehaelters mit abziehbaren Versiegelungen

Info

Publication number: DE2212447A1
Application number: DE19722212447
Authority: DE
Inventors: Rohde William Anthony; Mayworm Daniel Ernst
Original assignee: Tower Products Inc
Current assignee: Tower Products Inc
Priority date: 1971-05-27
Filing date: 1972-03-15
Publication date: 1972-12-07
Also published as: JPS515020B1; US3717533A; CA999707A; SE382010B; DE2212447B2; GB1326859A

Description

TOWER PRODUCTS, INO.

1919 S. Butterfield Road
Mundelein, Illinois 60060 / V.St.

Unser Zeichen: T 1151

Verfahren zur Herstellung eines flexiblen Kunststoffbehälters mit abziehbaren Versiegelungen ■

Die Erfindung betrifft eine flexible Verpackung} sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung einer semipermanenten oder abziehbaren Bindung zwischen einander gegenüberliegenden Kunststoffschichten, so daß ein Gegenstand aseptisch oder anderweitig von denselben eingeschlossen werden kann.

Auswechselbare Verpackungen erfreuen sich einer weit verbreiteten Verwendung zum Schütze von Handelswaren. Ein Typ einer solchen Verpackung besteht aus einander gegenüberliegenden Schichten aus Papier, einer Folie aus Kunststoff oder Kombinationen davon, die um ihre einander gegenüberliegenden Ränder bzw. Kanten herum miteinander verbunden sind und eine Umhüllung bilden. Ein innerhalb solcher Verpackungen·angeordneter Gegenstand kann daraus entfernt werden, indem man eine oder mehrere der Bindungen aufschneidet oder aufreißt, um das Innere der Verpackung freizulegen. Bei einem anderen Typ einer Verpackung ist

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die gebildete Bindung genügend schwach, so daß die einander gegenüberliegenden Schichten voneinander abgeschält oder voneinander abgezogen werden können, wobei der Gegenstand innerhalb der "Verpackung freigelegt wird.

Verpackungen oder Beutel (Taschen), die um ihren Umfang herum versiegelt sind, sind besonders geeignet für die Verwendung auf dem medizinischen Gebiet. Ein Instrument oder ein anderer Gegenstand kann in einen Beutel eingeführt und eingesiegelt werden und er kann dann in einem Wasserdampfautoklaven oder in einer flüchtigen Gasatmosphäre mit sporiciden oder mikrobiciden Eigenschaften, wie z.B. Äthylenoxyd oder anderen bekannten Sterilisierungsgasen, sterilisiert werden. Die Verpackung mit einem sterilen Inneren kann dann zweckmäßig bis zu ihrer Verwendung gelagert werden, worauf dann die Verpackung geöffnet werden kann, um den Inhalt freizugeben.

Um sicherzustellen, daß der Inhalt einer sterilisierten Verpackung aseptisch freigegeben wird, weisen viele solcher Verpackungen Merkmale auf, mit deren Hilfe es möglich ist, die einander gegenüberliegenden Schichten voneinander abzuziehen, indem man auf die nicht miteinander verbundenen Bänder bzw. Kanten der Verpackung eine Entlaminierungskraft ausübt. Nach diesem Verfahren kann die Verpackung geöffnet werden, ohne daß der darin enthaltene Gegenstand berührt wird. Die abziehbare Versiegelung wird normalerweise gebildet, indem man zuerst eine oder beide der einander gegeüberliegenden Schichten mit einem speziellen Klebstoffmaterial oder mit einem speziellen, auf Wärme ansprechenden Harz überzieht und dann die Schichten entlang einer gemeinsamen Linie unter Anwendung von Wärme, Druck oder nach irgendeinem anderen bekannten Verbindungsverfahren miteinander versiegelt. Die erhaltene Versiegelung ist vorzugsweise für äußere Verunreinigungen undurchlässig, jedoch ausreichend schwach, um eine Abtrennung oder ein Abziehen bei Raumtemperatur z^e^lcttxban-. ο η ο

Ein bekannter Typ einer handelsüblichen aseptischen Verpackung besteht aus einer Schicht oder einem Blatt Papier, die bzw. das mit Kunststoff überzogen und peripher mit einer Schicht aus einem transparenten Kunststoffilm versiegelt ist. Die Papierschicht, die ganz porös ist, erlaubt den schnellen Eintritt der Sterilisierungsgase in das Innere der Verpackung, während die transparente Filmschicht die visuelle Betrachtung des Inhalts der Verpackung ermöglicht. Verschiedene Nachteile, die bei der Verwendung dieses Verpackungstyps auftreten, hängen jedoch mit der Porosität des Papiers und seiner faserigen Natur zusammen. Das Papier kann Bakterien tragen und kann auch verunreini-* gende oder Bakterien tragende Flüssigkeiten nach der Sterilisation absorbieren, wodurch eine erneute Verunreinigung des Innern der Verpackung erfolgt. Auch können beim Abreißen oder Abziehen der Papierschicht lose Fasern oder Spelzen freigelegt· werden, die in die offene Verpackung und auf das darin enthaltene Produkt zurückfallen können.

Eine andere Form der Verpackung besteht aus einander gegenüberliegenden Kunststoffilmen, die vollständig aus einem Olefinpolymerisat, beispielsweise Polyäthylen oder modifiziertem Polyäthylen, bestehen. Solche Materialien sind, für die Verpackung besonders gut geeignet wegen ihrer außergewöhnlich guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften sowie wegen ihrer niedrigen Kosten. Eine wichtige Eigenschaft von Polyäthylenfilmen ist die Autoadhäsion, wodurch Säcke oder ähnliche Behälter erzeugt und durch eine automatische Verarbeitungsvorrichtung verschlossen werden können. Zur Herstellung von Bindungen zwischen einander gegenüberliegenden Schichten werden verschiedene Verfahren angewendet, von denen die meisten die Anwendung von Wärme unter Bildung eines gemeinsamen homogenen Polyäthylenwulstes zwischen den Schichten erfordern. Die auf diese Weise erzeugte Bindung ist jedoch permanent und kann

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gewöhnlich nicht bei Raumtemperatur durch eine Entlaminierungskraft aufgebrochen werden. Deshalb erforderten

Kunststoffverpackungen, die durch Vereinigung von Selbstklebebindungen gebildet wurden, bisher spezielle Modifikationen zur Erleichterung der Öffnung, wie z.B. Aufreißlinien, Perforationen oder dgl. Zur Erzielung einer aseptischen öffnung und Freilegung des darin enthaltenen Gegenstandes wäre es Jedoch zweckmäßig, in einer Polyäthylenverpackung eine Versiegelung vorzusehen, die durch Abziehen bei Raumtemperatur geöffnet werden kann.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht demgemäß darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Vollkunststoffbehälters mit aneinandergrenzenden, durch Wärme miteinander verbindbaren Schichten anzugeben, die bei Raumtemperatur voneinander abgezogen werden können. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine abziehbare Versiegelung zwiöchen Kunststoffilmen'zu schaffen, ohne daß spezielle oder getrennt aufgebrachte Klebstoffe oder Nicht-Klebstoffe oder dgl. verwendet werden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffbehälters mit abziehbaren Versiegelungen anzugeben, wobei der versiegelte Behälter für Verunreinigungen undurchlässig, jedoch sterilisierbar ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenfilmen mit einer modifizierten Oberfläche anzugeben, das insbesondere anwendbar ist auf die Herstellung von abziehbaren Versiegelungen. V/eitere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung hervor.

Im Zusammenhang mit Untersuchungen der Autoadhäsion von Polyäthylenfilmen wurde gefunden, daß eine abziehbare Versiegelung dadurch erhalten werden kann, daß man die Ober-

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fläche mindestens eines der Filme innerhalb eines speziellen Temperaturbereiches, der wesentlich oberhalb des Bereiches liegt, der in einem normalen Filmextrusionsverfahren angewendet wird, einer oxydierenden Atmosphäre· aussetzt. Die Oberflächenbehandlung wird vorzugsweise durchgeführt in Verbindung mit dem Extrusionsverfahren, in dem das innere Blas- oder Aufblasmedium Sauerstoff enthält. Es wurde gefunden, daß thermisch versiegelte . Behälter mit mindestens einer Schicht aus einem Polyäthylenfilm, dessen behandelte Oberfläche mit einer anderen behandelten oder nicht-behandelten Oberfläche in Kontakt steht, die gewünschten Abzieheigenschaften aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Dabei bedeuten

Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise im Schnitt, einer Extrusionsvorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann; ■

Fig. 2 eine ebene Draufsicht auf einen erfindungsgemäß hergestellten Beutel;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie 3-3 der Fig. 2;

die Figuren 4 und 5 perspektivische Ansichten eines anderen, erfindungsgemäß hergestellten Behälters mit einer abziehbaren Versiegelung.

Die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß man einen Polyäthylenfilm bei einer Temperatur, die wesentlich oberhalb der Temperatur liegt, bei der der

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Film normalerweise extrudiert wird, einer oxydierenden Atmosphäre aussetzt. In der ersten Stufe kann ein Polyäthylen mit einer hohen Dichte oder einem hohen Molekulargewicht verwendet werden, das bevorzugte Material ist jedoch eine Mischung aus einem größeren Anteil aus Polyäthylen mit einer hohen Dichte und Polyisobutylen in ausreichenden Mengen zur Förderung des Elastizitätsgrads des Films, wobei die Mengen gewöhnlich innerhalb des Bereiches von 10 bis 55 °/° liegen. Optimale Ergebnisse werden erhalten, wenn die Menge an vorhandenem Polyisobutylen etwa 28 bis 42 '% der Gesamtmischung beträgt. Handelsübliche Formen von mit Polyisobutylen modifiziertem Polyäthylen sind z.B. "Plaskon 2204" der Allied Chemical Company.

In der Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung ist eine typische Blasextrusionsvorrichtung dargestellt, die eine Heißschmelzenzuführungseinheit 10 zur Einführung der geschmolzenen Polyäthylenmischung 12 itfdie Öffnung einer ringförmigen Düse 14 aufweist, in welcher das Material nach oben durch eine ringförmige Lippe 16 in der Düse austritt. Gleichzeitig wird ein Aufblasgasmedium durch eine Leitung 18 ' in einen kanalartigen Auslaß 20 eingeführt, der zentral innerhalb des Binges der Lippe angeordnet ist. Das gasförmige Medium dient zum Aufblasen (Aufblähen) der heißen Schmelze zu einer länglichen zylindrischen Form 22. Auf diese Weise wird je nach dem Druck des Mediums und der Abzugsgeschwindigkeit des Extrudats ein Film der geforderten Dicke erhalten. Der üblicherweise empfohlene Temperaturbereich für die Extrusion von Polyäthylen oder von modifiziertem Polyäthylen, das mit Polyisobutylen gemischt ist, liegt in einer solchen Apparatur an der Düse gewöhnlich bei etwa 193 bis 216⁰C (380 bis 420⁰F). Auch das empfohlene Aufblasmedium ist bei den üblichen Verfahren ein Inertgas, z.B. Stickstoff oder Argon, um eine Oxydation der inneren Oberfläche des Polyäthylenrohrs zu verhindern.

Im Gegensatz zu dem obtrt, Gesims e^mirae nun gefunden, daß

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dem Film neue Abzieheigenschaften (peel characteristics) verliehen werden können, wenn die Düsentemperatur zwischen 268 und 302⁰C (515 bis 575⁰F) gehalten wird, während zur gleichen Zeit das Inertgas als gasförmiges Aufblasmedium durch Luft (mit 19 bis 22 Volumen-% Sauerstoff) ersetzt wird. Es wurde auch gefunden, daß eine etwas niedrigere Düsentemperatur angewendet werden kann zur Erzielung guter Abzieheigenschaften, wenn die proportionale Menge an Sauerstoff erhöht wird. Wenn beispielsweise 40 % Sauerstoff enthaltendes Argon als Aufblasmedium verwendet wird, können gute Abzieheigenschaften erhalten werden, wenn die Düsentemperatur bei etwa 260 bis 266°C (500 bis 510⁰F) gehalten wird. Es wurde auch gefunden, daß die Temperatur der Atmosphäre, welche das rohe Extrudat im allgemeinen umgibt, einen direkten Einfluß auf die zur Erzielung des gewünschten Produktes erforderlichen Extrusionstemperaturen hat. Im allgemeinen kann die Düse bei einer niedrigeren Temperatur in dem oben angegebenen Bereich gehalten werden, wenn die Raumtemperatur oberhalb des Normalwertes liegt. Zum Beispiel liegt bei einer Raumtemperatur von 24,4 bis . 26,7°C (76 bis 80°F) die optimale Düsentemperatur innerhalb des Bereiches von etwa 282 bis 293°C (540 bis 560°F), während eine Düsentemperatur von normalerweise etwa 271 bis 282⁰C (520 bis 540⁰F) ausreicht, wenn die Raumtemperatur etwa 35 bis 37,8°C (95 bis 100⁰F) beträgt.

Es wurde nun gefunden, daß oberflächenoxydierte oder oberflächenabgebaute Filme, die erfindungsgemäß hergestellt worden sind, eine ausreichende Autoadhäsion aufweisen zur Bildung einer undurchlässigen Versiegelung, wenn sie in einer konventionellen Wärmeverbindungsvorrichtung bei einer Temperatur zwischen 121 und 204⁰C (250 bis 400⁰F), vorzugsweise bei 188°C (-370⁰F) für eine Zeitdauer von etwa 1 bis 2 Sekunden miteinander verbunden werden. Gleichzeitig kann die Bindung leicht aufgebrochen werden und die Schichten können bei Raumtemperatur voneinander abgezogen werden. Wenn der Film bei Temperaturen unterhalb 268⁰C (515°F) mit Luft

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extrudiert wird, liefert die anschließende Wärmeverbindung eine verschweißte Versiegelung oder eine solche, die eine übermäßige Kraft zum Abziehen bei Raumtemperatur erfordert. Bei Extrusionstemperaturen oberhalb 302⁰C

I¹) wurde gefunden, daß die Schichten keine ausreichende Autoadhäsion zur Bildung einer beständigen Bindung aufweisen.

Es sei darauf hingewiesen, daß nur die innere Oberfläche des Filmes in dem Extrusionsverfahren modifiziert wird, wobei die Masse bzw. der Körper des restlichen Filmes unangegriffen bleibt und alle seine erwünschten chemischen und physikalischen Eigenschaften beibehält. Das sauerstoffhaltige Aufblasmedium wird innerhalb des zylindrischen Extrudats eingeschlossen, wodurch die innere Oberfläche desselben mit einer verhältnismäßig langsamen Geschwindigkeit abgekühlt wird. Die äußere Oberfläche des Extrudats wird durch die umgebende Atmosphäre schneller abgekühlt und eine solche Oberfläche weist innerhalb des angegebenen Temperaturbereiches nicht die erwünschten Abzieheigenschaften auf. Im allgemeinen wird angenommen, daß der hohe Oxydationsgrad oder der hohe Abbaugrad der inneren Rohroberfläche die Bindung der nachfolgenden Warmeversiegelung an die Grenzfläche der Schichten beschränkt und die Bildung einer homogenen Masse verhindert, die für eine echte Wärmeversiegelung oder Verschweißung charakteristisch ist, obwohl die vorliegende Erfindung auf Theorien bezüglich des dabei auftretenden Mechanismus nicht beschränkt sein soll.

Es wurde auch gefunden, daß die Oberflächen von Filmen, die erfindungsgemäß behandelt worden sind, mit den nichtbehandelten Oberflächen von anderen,auf übliche Art und Weise extrudierten Filmen, die einen größeren Anteil an Polyäthylen enthalten, wie z.B. transparente Polyäthylenfilme mit einer hohen oder niedrigen Dichte, sowie mit den Randoberflächen von Polyäthylenbehältern verbunden werden

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können. Geeignete abziehbare Bindungen können auch mit verwandten Materialien, beispielsweise Polyäthylen-Ithylen/Vinyiacetat-Mischpolymerisaten gebildet werden.

Die Figuren 2 bis 5 der beiliegenden Zeichnung zeigen zwei Typen von Behältern, die eine oder mehrere nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Schichten.aufweisen. Der Beutel gemäß den Figuren 2 und 3 weist ein Paar von einander gegenüberliegenden Schichten 30 und 32 auf, wobei die aneinandergrenzenden Oberflächen der Schichten erfindungsgemäß behandelt worden sind. Die freien Ränder der Schichten sind entlang der Linien 34- und 36 wärmeversiegelt und der Beutel kann zur Einführung eines Gegenstandes oder eines Materials und anschließenden Versiegelung ein offenes Ende 38 aufweisen. Um einen sterilen Zugang zu der Verpackung zu erzielen, kann benachbart zu dem anderen Ende des Beutels eine V-förmige Versiegelung 40 vorgesehen sein, die mit den Versiegelungen 34- und 36 verschmilzt.

Bei der Herstellung des oben beschriebenen Beutels kann eine der Schichten hauptsächlich aus einem Polyäthylen einer niedrigen Dichte oder einem Polyäthylen einer hohen Dichte mit nicht-behandelten Oberflächen bestehen, die einzige Bedingung ist, daß eine daran angrenzende Oberfläche· des Beutels erfindungsgemäß behandelt worden ist.

Aus der Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung ist zu ersehen, daß jede Versiegelungslinie vorzugsweise drei getrennte, jedoch geschlossene, im Abstand voneinander angeordnete Versiegelungslinien aufweist, um eine absolute Sperre für Verunreinigungen zu gewährleisten, ohne die Abzieheigenschaften übermäßig zu beeinträchtigen.

Die Figuren 4- und 5 der beiliegenden Zeichnung erläutern einen anderen Behälter, in dem die behandelte Oberfläche eines Films 50 mit einem sich nach außen erstreckenden

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Flansch 52, der die offene Abdeckung eines Behälters umgibt, wärmeverbunden ist. Nachdem der Behälter ^A-gefüllt ist, wird der Film 50 über die offene Abdeckung gelegt und, wie in Fig. 4 dargestellt, mit dem Flansch warmeversiegelt. Der Film 50 hat vorzugsweise einen überstehenden Teil, um das Abziehen des Filmes von dem Behälter, wie in Fig. 5 dargestellt, zu erleichtern.

Vorstehend wurde zwar die Erfindung an Hand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert, es ist jedoch für den Fachmann klar, daß die Erfindung in vielerlei Hinsicht variiert und modifiziert werden kann, ohne daß dadurch der Rahmen der vorliegenden Erfindung verlassen wird.

Patentansprüche:

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung einer kalt abziehbaren \3£ersiegelung zwischen Kunststoffgegenständen in Verbindung mit der Blasextrusion von Kunststoff zur Form eines rohrförmigen Filmes, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Kunststoff verwendet, der einen größeren Anteil an Polyäthylen mit einer hohen Dichte enthält, und diesen bei einer Temperatur von etwa 268 bis etwa 302°G (515 his 575°ΐΟ unter Aufrechterhaltung einer Sauerstoff enthalten-, den Atmosphäre in dem Rohr extrudiert und nach dem Abkühlen die innere Oberfläche des Rohres mit der Oberfläche eines anderen Gegenstandes, der aus einem größeren Anteil an Polyäthylen besteht, thermisch versiegelt. .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr zu etwa 28 bis etwa 4-2 % aus Polyisobutylen und zum Rest aus Polyäthylen mit einer hohen Dichte besteht und daß die Extrusionstemperatur innerhalb des Bereiches von 282 bis 293°C (54-0 bis 560⁰I) gehalten wird, während in dem Rohr eine Luftatmosphäre aufrechterhalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Oberfläche des anderen Gegenstandes aus Polyäthylen mit einer niedrigen Dichte besteht.

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