DE2321066A1 - Flexibles laminatfoermiges material fuer verpackungszwecke - Google Patents
Flexibles laminatfoermiges material fuer verpackungszweckeInfo
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- C08J2429/04—Polyvinyl alcohol; Partially hydrolysed homopolymers or copolymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids
Description
Flexibles laminatförmiges Material
für Verpackungszwecke
für Verpackungszwecke
Die Erfindung betrifft neue laminatförmige Materialien,
welche für Verpackungszwecke geeignet sind.
welche für Verpackungszwecke geeignet sind.
Viele allgemein als Verpackungsmaterialien verwendbare Folien weisen eine Sauerstoffdurchlässigkeit auf, welche
zu hoch ist, wenn die Materialien zur Verpackung von
Produkten Verwendung finden sollen, welche durch Sauerstoff angegriffen werden, insbesondere Nahrungsmittel.
Es sind bereits verschiedene Polymere eingesetzt worden, um in Laminaten eine Sauerstoffsperrschicht zu erhalten, doch weisen alle diese Produkte einen oder mehrere Nachteile auf.
Produkten Verwendung finden sollen, welche durch Sauerstoff angegriffen werden, insbesondere Nahrungsmittel.
Es sind bereits verschiedene Polymere eingesetzt worden, um in Laminaten eine Sauerstoffsperrschicht zu erhalten, doch weisen alle diese Produkte einen oder mehrere Nachteile auf.
Die vorliegende Erfindung betrifft neuartige laminatförmige Materialien, bei welchen von der Tatsache Gebrauch
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gemacht wird, dass eine Polyvinylalkoholschicht eine ausgezeichnete
SauerstoffSperrschicht darstellt, vorausgesetzt, dass der Polyvinylalkohol in praktisch wasserfreier
Form vorliegt. Eine solche Schicht kann eine Sauerstoff-
durchlässigkeit von weniger als 5 mml/m * 24 Stunden * Atm
besitzen. Da Polyvinylalkohol rasch Feuchtigkeit aus der Umgebung aufnimmt, ist es erforderlich, dass die Sperrschicht
auf beiden Seiten durch eine Schicht geschützt ist, welche eine niedrige Wasserdampfdurchlässigkeit
besitzt.
Der Ausdruck "Polyvinylalkohol" und dessen Abkürzung PVA
bezeichnen im vorliegenden Zusammenhang ein Polymeres, in dem mindestens 80, vorzugsweise etwa 98 % der sich
wiederholenden Einheiten der Formel -CH2CH(OH)- entsprechen
und welches eine Viskosität von 2,O bis 60,0 cP (gemessen bei 20°C in 4 Gew.%iger wässriger Lösung)
aufweist. Je höher der Hydrolysegrad, das heisst je höher der Anteil an Einheiten der erwähnten Formel ist, um so
niedriger liegt die Sauerstoffdurchlässigkeit. Gegebenenfalls vorhandene weitere Einheiten in den Polymeren si'nd
vorzugsweise Vinylazetat- oder Olefineinheiten, insbesondere Äthyleneinheiten.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäss entsprechend einer ersten Ausführungsform ein Laminat zur Verwendung als
■ - 3 309845/0961
flexibles Verpackungsmaterial mit einer Sperrschicht aus
im wesentlichen wasserfreiem Polyvinylalkohol gemäss obiger Definition und einer Schutzschicht mit niedriger
Wasserdampfdurchlässigkeit auf beiden Seiten der PVA-Schicht, wobei die Sperrschicht mit.der angrenzenden
Schicht auf einer oder beiden Seiten durch einen reagierten Polyurethanprimer verbunden ist. Das Laminat kann
ferner eine oder mehrere weitere Schichten aufweisen, und zwar entweder ausserhalb einer der Schutzschichten
oder zwischen einer der Schutzschichten und der Sperrschicht .
Geeignete Poymere für die Schutzschichten sind unter anderem:
1. Copolymere von Vinyliden-chlorid mit einem oder mehreren anderen Comonomeren, welche mehr als
90 Gew.% Vinyliden-chlorid enthalten, zum Beispiel Copolymere aus Vinyliden-chlorid mit Acrylnitril,
Alkylacrylaten und -methacrylaten, in denen der Alkylrest
1 bis 8 Kohlenstoffatome enthält, Acrylsäure, Methacrylsäure und Itaconsäure. Derartige Copolymere
sind handelsübliche Produkte, welche beispielsweise in Latexform unter den Bezeichnungen "Diofan" (BASF),
"Ixan" (Solvay) und "Daran" (Grace) erhältlich sind.
Diese Copolymeren sind zur Verwendung als Sauerstoffsperrschicht bekannt, doch sind für diesen Zweck
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verhältnismässig dicke Schichten erforderlich, während diese Copolymeren im Rahmen der vorliegenden Erfindung
in Form dünner Schichten Verwendung finden können, welche einen ausreichenden Schutz gegen das Vordringen von
Feuchtigkeit zu der PVA-Schicht bieten, ihrerseits selbst Jedoch keine ausreichende Sauerstoffsperrschicht darstellen.
Für diese Copolymeren wird beispielsweise eine Menge von etwa 15 g/m benötigt, um eine Sauerstoffdurch-
2 lässdgkeit von weniger als 0,5 mml/m * 24 Stunden " Atm
zu erreichen, während im Rahmen der vorliegenden Erfindung typischerweise Mengen von 1,5 bis 4,0 g/m
7^ .Verwendung finden, beispielsweise etwa 2,0 g/m , was
einer Sauerstoffdurchlässigkeit von etwa 4o bis 5o mml/
m * 24 Stunden* Atm entspricht.
2. Olefinhomopolymere und -copolymere, zum Beispiel Poly
äthylen, Polypropylen und Äthylen/Vinylazetat-Copolymere.
3. Polyester, zum Beispiel Polyäthylen-terephthalat.
4. Polyvinylchlorid
5. Polyamide, zum Beispiel Polyhexamethylenadipinsäureamid und Polycaproamid.
- 5 -309845/0961
6. Regenerierte Cellulose mit einem Lacküberzug, zum Beispiel
einem Nitrocelluloselack.
Die Schutzschichten können unverstreckt oder in einer
oder in beiden Richtungen gestreckt sein. Die Schutzschichten können selbstverständlich jeweils gleich oder
verschieden sein, abhängig von den sonst gewünschten Eigenschaften,
zum Beispiel der Festigkeit und der Heißsiegelfähigkeit. Es ist im allgemeinen wünschenswert,
dass eine der Aussenschichten des Laminats aus einem Polyolefin oder einem anderen heißsiagelfähigen Polymeren
besteht. Geeignete heißsiegelfähige Polymeren sind unter anderem Polyäthylen niedriger, mittlerer und hoher Dichte,
Polypropylen, Copolymere aus Äthylen mit Propylen und/oder Vinylazetat und/oder Acrylsäure und/oder Methacrylsäure
und/oder Äthylacrylsäufe deren Estern, die
sogenannten lonomerharze sowie Mischungen aus Polyäthylen hoher Dichte und Polyisobutylen.. Sehr brauchbare
Laminate wurden hergestellt, bei denen eine der Schutzschichten aus Polyvinylchlorid, Polycaprolactam oder
Polypropylen und die andere Schutzschicht aus einem der oben erwähnten heißsiegelfäigen Riymeren bestand.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines Laminats gemäss vorstehender Definition, bei welchem man die Sperrschicht mit einer oder beiden
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der angrenzenden Schichten mit Hilfe eines Primers auf
Polyurethanbasis verbindet, welche auf eine oder beide der aneinanderliegenden Flächen aufgebracht wird. Eine
vorgefertigte Folie aus Polyvinylalkohol kann dabei Verwendung finden. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Sperrschicht
hergestellt wird, indem man
1. auf einer geeigneten Folie als Substrat einen Oberzug
aus einer wässrigen Polyvinylalkohollösung aufbringt und
2. den überzug durch Erhitzen trocknet.
Es wurde gefunden, dass vorgebildete Polyvinylalkoholfolien sowie Polyvinylalkoholschichten, welche durch
Trocknen eines Überzuges aus einer wässrigen Polyvinylalkohollösung erhalten worden sind, keine wirksamen
Sperrschichten darstellen, weil sie noch geringe Mengen Wasser enthalten; es ist die Aufgabe des erfindungsgemäss
Verwendung findenden Polyurethanprimers, diese geringen Wassermengen wirksam zu entfernen,damit eine wirksame
Sperrschicht entsteht. Aus diesem Grund wird der PoIyurethanprimer
in einer Menge eingesetzt, welche grosser ist als die, welche für eine einfache Klebverbindung
erforderlich ist. Während für eine Klebverbindung im
allgemeinen 0,3 bis 0,4 g/m (Trockenbasis) ausreichen,
finden erfindungsgemäss vorzugsweise O,5 bis 1,0 g/m ,
2
insbesondere 0,6 bis 0,8 g/m zum Beispiel etwa 0,8 g/m
30984570961
Verwendung. Die Polyurethanprimer sind an sich bekannt,
es kann sich um Einkomponenten- oder Zweikomponentensysteme
handeln. Das unter der Warenbezeichnung "Adcote 322" erhältliche Polyurethan ist beispielsweise geeignet.
Es ist selbstverständlich wichtig, dass die Sperrschicht davor geschützt wird, erneut Feuchtigkeit zu absorbieren,
nachdem sie durch den Polyurethanprimer im wesentlichen wasserfrei gemacht worden ist.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen
Verfahrens geht man so vor, dass man
1. aus einer wässrigen Pölyvinylalkohollösung eine Schicht auf einem Substrat erzeugt, das zuvor auf der mit PVA
zu behandelnden Fläche bereits mit einem Primer auf Polyurethanbasis behandelt worden ist
2. den PVA-Oberzug durch Erhitzen trocknet und
3. die PVA-Fläche mit einer weiteren Schicht laminiert.
Im Schritt 3 können eine oder beide der Berührungsflächen
eine Beschichtung aus einem Polyurethanprimer aufweisen.
Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemässe Verfahren so durchgeführt, dass man
1. aus einer wässrigen Pölyvinylalkohollösung eine Schicht
auf einem Substrat bildet, welches auf der mit PVA zu
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■" 8 ""
behandelnden Fläche bereits einen Überzug aus einem
Vinylidenchloridpolymeren gemäss obiger Definition enthält,
2. flen PVA-Überzug durch Erhitzen trocknet und
3. die PVA-Fläche mit einer weiteren Schicht laminiert
wobei eine oder beide der Berührungsflächen eine Beschichtung aus einem Polyurethanprimer aufweisen.
Bei den zuvor beschriebenen bevorzugten Verfahren kann
die weitere Schicht mit der PVA-Fläche durch Verkleben oder Beschichten mittels Extrudieren verbunden werden.
Schritt 3 muss nicht unmittelbar im Anschluss an den Schritt 2 ausgeführt werden., (wenn-gleich dies normalerweise
der Fall sein wird), doch muss bei einer Unterbrechung des Verfahrens das getrocknete beschichtete
Substrat davor bewahrt werden, dass es in der Zwischenzeit erneut Feuchtigkeit absorbiert. Es ist selbstverständlich
wesentlich, dass das Substrat bzw. die weitere Schicht entweder eine niedrige Wasserdampfdurchlässigkeit
aufweisen oder anschliessend mit einer weiteren Schicht
laminiert werden, welche die erforderliche Schutzschicht darstellt.
Herkömmliche Arbeitsweisen können bei der Durchführung der übrigen zur Herstellung der neuartigen Laminate gemäss
Erfindung erforderlichen Schritte Anwendung finden.
30 9846/0961
Es wurden Versuche unter Verwendung wässriger PVA-Lösungen
mit. einer Viscosität von 2,0 bis lo,o cP bei 20 C durchgeführt, wobei gefunden wurde, dass die besten Ergebnisse
mit einer Lösung erzielt werden, deren Viscosität etwa 4 bis 6 vorzugsweise etwa 5 cP beträgt. PVA-Lösurigen in Wasser
benetzen die Substrate, auf welche sie aufgebracht werden, nur schlecht; um diese Schwierigkeit zu beseitigen wird
vorzugsweise der wässrigen PVA-Lösung a) ein niedrig siedender aliphatischer Alkohol, zum Beispiel Äthyl- oder
Isoprophylalkohol in einer Menge von etwa 25 Gew.% bezogen auf das Wasser und/oder b) ein oberflächenaktives Mittel
zum Beispiel ein Alkyl- oder Alkylarylsulfonat in einer Menge von 0,1 Gew.% zugesetzt. Die Verwendung eines
Alkohols hat den zusätzlichen Vorteil, dass das Lösungsmittel beim anschliessenden Trocknen schneller verdampft.
Die aufgebrachte PVA-Menge kann etwa 0,5 bis 10,O g/m ,
2
gewöhnlich etwa 0,5 bis 4,0 g/m (Trockenbasis) und vor-
gewöhnlich etwa 0,5 bis 4,0 g/m (Trockenbasis) und vor-
2
zugsweise mindestens 2,O g/m betragen,um sicherzustellen, dass es keine Bereiche gibt, in denen die Menge weniger
zugsweise mindestens 2,O g/m betragen,um sicherzustellen, dass es keine Bereiche gibt, in denen die Menge weniger
als 0,5 g/m beträgt,und ein Produkt zu erhalten, dessen
2 · ' Sauerstoffdurchlässigkeit bei weniger als 5 mml/m * 24
Stunden * Atm liegt. Die PVA-Lösung kann auf das Substrat mit Hilfe irgendeiner geeigneten Vorrichtung aufgebracht
werden, zum Beispiel mit Hilfe von Gravierwalzen, Mayerstangen oder einem Luftmesser, wobei gegebenenfalls
mehrere aufeinanderfolgende Beschichtungen durchgeführt
- Io -
309845/0961
werden können. Das Trocknen dies PVA-Uberzugs erfolgt in
herkömmlicher Weise, zum Beispiel mit Heisslufttrocknern oder Infrarottrocknern unter jeweiliger Berücksichtigung
der thermischen Eigenschaften des Substrats. Beispielsweise hat sich gezeigt, dass bei Verwendung von sehr
temperaturempfindlichen Substraten, wie starren PVC-Folien und gestreckten Polyprophylenfolien die maximale
Lufttemperatur bei 60 bis 70°C liegt, während für weniger temperaturempfindliche Substrate wie Polyamidfolien
Temperaturen im Bereich von 85 bis 90 C erfolgreich angewendet werden können.
Untersuchungen haben gezeigt, dass die Laminate gemäss Erfindung ihre hervorragenden Eigenschaften selbst nach
längerer Lagerung unter 100 % relativer Feuchtigkeit beibehalten und dass sie bei Verwendung geeigneter Schutzschichten heissverformbar, pasteurisierbar sowie sterilisierbar
sind.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung sollen die nachfolgenden
Beispiele dienen, in denen sich alle Prozentangaben auf das Gewicht beziehen.
Ein Substrat in Form einer starren 25 ,um dicken PVC-
- 11 -
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Folie wurde durch Extrudieren eines Suspensionspolyvinylchlorids
(K = 60), das mit 1,5 % Dioctylzimv=bis-(isooktylthioglycolat)
stabilisiert war, erhalten. Die Folie wurde einer Koronabehandlung unterworfen und anschliessend
wie folgt beschichtet:
1. Beschichtung mit dem Primer
Eine Io %ige Lösung von Adcote 322 (Morton Williams)
in fithylazetät wurde direkt von einer Gravurwalze auf
das Substrat übertragen, wobei das Uberzugsgewicht
O,8 g/m (Trockenbasis) betrug.
2. Beschichtung mit PVA
Eine 12 %ige wässrige Polyvinylalkohollösung mit einem
Hydrolysegrad von 99 % und einer Viscosität von 5 cP (gemessen in 4 %iger wässriger Lösung bei 20°C) wurde
auf das mit Primer versehene PVC-Substrat aufgebracht. Die Lösung enthielt 0,1 % eines Alkylary!sulfonate als
il- oberflächenaktives Mittel. Das beschichtete Substrat
wurde mit einer Vorlaufgeschwindigkeit von 25 m/Min.
und einer Temperatur von 65 C durch einen Ofen ge-
schickt. Das Schichtgewicht betrug 2,1 g/m (Trockenbasis) .
3. Beschichtung mit Primer
Das getrocknete,mit PVA beschichtete Substrat wurde,
wie unter 1. angegeben, erneut mit Primer behandelt, wobei die gleiche Vorrichtung und der gleiche Primer
Verwendung fanden. Das Beschichtungsgewicht lag wie-
2
derum bei 0,8 g/m (Trockenbasis).
derum bei 0,8 g/m (Trockenbasis).
- 12 309845/0961
4. Beschichtung·mit Polyäthylen
Anschliessend an die zweite Beschichtung mit Primer wurde eine Schicht aus Polyäthylen niedriger Dichte
3
(d = 0,928 g/cm ) auf das Substrat durch Extrudieren aufgebracht. Die Temperatur der Polyäthylenschmelze betrug 295 C und das Beschichtungsgewicht 45 g/m .
(d = 0,928 g/cm ) auf das Substrat durch Extrudieren aufgebracht. Die Temperatur der Polyäthylenschmelze betrug 295 C und das Beschichtungsgewicht 45 g/m .
Das erhaltene Laminat wies die folgende Zusammensetzung auf:
Polyvinylchlorid | 35,0 g/m2 |
Primer | 0,8 " |
PVA-Schicht | 2,1 ■ |
Primer | 0,8 " |
Polyäthylen | 45,0 " |
Gesamtgewicht | 83,7 g/m2 |
Das erhaltene Laminat konnte weder unter Umweltbedingungen noch nach dreitägiger Lagerung bei 90 % relativer Feuchtigkeit
delaminiert werden. Die Sauerstoffdurchlässigkeit be-
trug weniger als 5 mml/m * 24 Stunden* Atm bei Verwendung
von trockenem sowie von feuchtem (LOO % relative Feuchtigkeit) Sauerstoff.
Das erhaltene Laminat Hess sich in Beutel oder heissverformte
Behälter verarbeiten, welche für die Verpackung von sauerstoffempfindlichen Nahrungsmitteln, zum Beispiel
rohem Fleisch und ähnlichem, geeignet waren.
- 13 309845/0961
Alternativ zu dem zuvor beschriebenen Verfahren kann anstelle der obigen PVA-Lösung auch eine solche verwendet
werden, welche unter Einsatz eines 80/20 Gemisches aus Wasser und Isopropylalkohol hergestellt ist und kein oberflächenaktives
Mittel enthält. Die Vorlaufgeschwindigkeit lässt sich dann auf 40 m/Min, steigern, wobei ein Schicht-
2
gewicht von 2,0 g/m (Trockenbasis) erzielt wird.
gewicht von 2,0 g/m (Trockenbasis) erzielt wird.
Das gleiche Verfahren lässt sich für Substrate aus biaxial gestrecktem Polypropylen (50 gg) und Nylon 6 (100 gg) anwenden
.
Das Beispiel wurde wiederholt, wobei jedoch zwischen den
Schritten 1 und 2 auf die mit Primer versehene PVC-Oberflache
eine wässrige Vinylidenchloridcopolymerdispersion gemäss obiger Definition (Diofan 190 D der BASF) aufgebracht
wurde, worauf bei 65°C getrocknet wurde, so dass das Ge-
2 wicht der trockenen Schicht 2,0 g/m betrug.
In der beiliagenden Figur ist das gemäss Beispiel 1 hergestellte Laminat schematisch im Querschnitt dargestellt. Γ
Es besteht aus einem 'Substrat 1 aus Polyvinylchlorid auf \
das zunächst eine Schicht Primer 2 aus reaktivem Polyurithan aufgebracht ist. Es folgt die eigentliche Sauer- t
i stbffsperrschicht 3 aus Polyvinylalkohol sowie eine
309845/0961 " 14 -
weitere Primerbeschichtung 4 von gleicher Zusammensetzung wie die Primerschicht 2. Nach aussen; wird die Sauerstoffsperrschicht
aus Polyvinylalkohol durch eine Schutzschicht. 5 aus Polyäthylen gegen den Zutritt von Feuchtigkeit geschützt
.
- 15 -
30 9845/0961
Claims (5)
1.^Flexibles laminatförmiges Material für Verpackungszwecke mit einer Sauerstoffsperrschicht und mindestens
einer anderen Schicht auf der einen oder anderen Seite der Sperrschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die
Sauerstoffsperrschicht aus einem im wesentlichen wasserfreien
Polyvinylalkohol besteht, der mit der angrenzenden Schicht auf einer oder beiden Seiten durch einen
reaktiven Polyurethanprimer verbunden ist und dass das
Laminat auf beiden Seiten der Sperrschicht jeweils eine Schutzschicht mit niedriger Wasserdampfdurchlässigkeit
aufweist.
2. Laminat gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das Beschichtungsgewicht des Primers aus reaktivem PoIy-
urethan 0,5 bis 1,0 g/m und das Beschichtungsgewicht
des Polyvinylalkohole 2,0 bis 4,0 g/m betragen.
3. Laminat gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Beschichtungsgewicht des reaktivem Polyurethanprimers
0,6 bis 0,8 g/m und das Beschichtungsgewicht des PoIy-
vinylalkohole 2,0 bis 4,0 g/m betragen.
4. Laminat gemäss den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrschicht mit der Schutzschicht
- 16 309845/0961
auf beiden Seiten derselben durch ein reaktives Polyurethanklebmittel
verbunden ist und dass eine der Schutzschichten aus einem heißsiegelfähigem Polymeren
besteht.
5. Verfahren zur Herstellung eines Laminats gemäss den
Ansprüchen 1 bis 4, bei welchem man auf einem Substrat eine Sperrschicht durch Erzeugen einer Beschichtung
aus einer wässrigen Polyvinylalkohollosung erzeugt, die Beschichtung anschliessend trocknet und
-die getrocknete Beschichtung mit einer weiteren Schicht laminiert, dadurch gekennzeichnet, dass man
die Oberfläche des Substrats mit einem Primer auf Polyurethanbasis behandelt, bevor man die Polyvinylalkoholbeschichtung
aufbringt und/oder dass man einen Primer auf Polyurethanbasis auf die getrocknete PoIyvinylalkoholschicht
oder die weitere Schicht oder beide Schichten vor ihrer Laminierung aufbringt.
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