DE2530477C2

DE2530477C2 - Schichtstoff mit einer Schicht aus Papier oder Pappe

Info

Publication number: DE2530477C2
Application number: DE2530477A
Authority: DE
Inventors: Robert Houston Tex. Hughes; Clarence Orange Tex. Roth jun.; Kenneth Canton N.C. Thompson
Original assignee: Champion International Corp
Current assignee: Champion International Corp
Priority date: 1974-07-11
Filing date: 1975-07-08
Publication date: 1984-11-15
Also published as: GB1519597A; DE2530477A1

Description

Ein derartiger Schichtstoff ist bekannt. Beispielsweise wird mit Polyäthylen beschichtete Pappe in der Uehültcrindustrie weit verbreitet angewendet, insbesondere ιί bei der Herstellung von Milchbehältern. Der daraus gebildete Behälter ist leckdichter als Behälter, die aus mit Wachs beschichteter Pappe gebildet sind. Ein Abblättern der Beschichtung, wie es bei Wachs der Fall ist, tritt nicht auf.

Es wurden kürzlich Maschinen zum Zusammenstellen von Kartons entwickelt, welche mit höherer Geschwindigkeit arbeiten können, als zuvor. Wenn die Oberflächenreibung des Kartonmatcrials zu hoch ist, wird dadurch das Fördern von zusammengestellten Kartons 4^r> entlang einer Rampe, die beispielsweise mit einer glatten oberen Fläche, vorzugsweise aus Stahl versehen ist, behindert. Beispielsweise ist die Oberflächenreibung von Kartonmaterial, welches mit üblicherweise verwendetem Polyäthylen niederer Dichte beschichtet ist, mit so einem Reibungskoeffizienten zwischen 0,35 und 0,4 zu hoch, um mit den mit hoher Geschwindigkeit arbeitenden Maschinen zufriedenstellend arbeiten zu können, und es besteht durch die hohe Reibung die Gefahr, daß die Maschine ausfällt. Es wurden mit verschiedenen Vi Verfahren versucht, die Oberflächenreibung zu verringern, jedoch sind diese Verfahren sämtlich sehr aufwendig, zeigen geringe Wiederholbarkeit und sind auch in anderer Weise nicht zufriedenstellend. Das Koextrudicren mehrerer Kunstsioffschichten ist bekannt. wi

Aufgabe der Erfindung ist es. einen Schichtstoff der eingangs beschriebenen Art mit verbesserten Gleiteigenschaften zu schaffen, ohne daß der Aufwand für die Verbesserung der Glciteigcnsehuften /u groß wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im tvi kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die im Anspruch 2 angegebenen Merkmale stellen zweckmäßige Ausgestaltungen dar.

Der HrfindiiUK liegt die Feststellung zugrunde, daß der Obcrflächcnreibungskocifizicnt, wenn eine Schicht ;'.us einem Aihylenpolymerisal mit einer Dichte von wenigsiens etwa 0,9h g/cm¹ oder aus einem hochkristailineu Propylenpolimerisat mit vorbcstiminler Dicke über eine Schicht auf in üblicher Weise auf die Kartonoberfläche aufgebrachten Polyäthylen niederer Dichte extrudiert wird, sich im wesentlichen linear als Funktion der Menge an für die zweite Beschichtung vcrwendclein Kunststoff äiulerl. vorausgesetzt, daß die Menge an für die zweite Beschichtung verwendetem Kunststoff auf etwa I bis 12% des Gesamtgewichics der beiden Kunststoffe begrenzt ist. Beispielsweise beträgt die Dikkc der /weilen Kunststoffschicht zwischen etwa 1 bis etwa 12% dcrGesainldickcdcr beiden Beschichtungen, ledenfalls soll die Dicke der /weiten Beschichtung aus Olefinpolimcrisat 0,00254 mm nicht übersteigen, wobei diese bevorzugt etwa O,OOI27mm dick ist. Der Reibungskoeffizient zwischen der mit Olefinpolymerisat beschichteten Maierialflächc und poliertem rostfreien Stahl beträgt hierbei etwa 0, J. Der Reibungskoeffizient entspricht hier der Gleitreibungszahl μ (aus F = μΝ, F: Reibungskraft, N: Normalkruf I). Die Werte für den Reibungskoeffizienten werden nach ASTM D-1894061T (Verfahren A) bestimmt.·

Kin Vorteil der Erfindung besteht darin, daß Gleitmittel, wie Olcamid oder Krucamid nicht in die Kunstsloff-•uishildtingcn einbe/.ogen zu werden brauchen, um den Rcihungskocffizentcn zu verringern. Wenngleich die Einbeziehung eines (Heilmittels den Reibungskoeffizienten verringert, führt sein Zusetzen in eine bekannte Beschichtung aus Polyäthylen niederer Dichte zu anderen Schwierigkeiten, die darin bestehen, daß eine Verlikalstapelimg des Papicrmalerials — entsprechend der heute üblichen Praxis — aufgrund des seitlichen Abglcitcns tier Papierbögen aufeinander während ihres Forderris verhindert ist.

Wenngleich die F.rfindung im Zusammenhang mit einem Pappbogen für Milchkarions beschrieben ist, kann sie ersichtlich zur I lersiellung von Pappbögen für andere Arten von Kartonbehältcr verwendet werden, wie solchen, die zur Verpackung von gefrorenen Nahrungsmitteln ti. dgl. verwendet werden. Die hier beschriebene Veibundbcschichlung kann zum Überschichten von jcdem Substrat verwendet werden, das in bekannter Weise mit Äthylenpolymerisat mit einer Dichte von weniger als 0.93 g/cm¹ beschichtet ist. wenn es erwünscht ist, den Reibungskoeffizienten zwischen der Oberfläche aus Polyäthylen niederer Dichte und der Oberfläche eines /weiten Reibungspartners zu verkleinern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform zeigt und ein Kartonmaterial darstellt, das an einer Oberfläche entsprechend beschichtet ist.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, ist das gezeigte Substrat 10 aus Papier oder Pappe an seiner oberen Fläche in der dargestellten Weise mit einer Hauptschicht 11 aus Polyäthylen beschichtet, welches eine Dichte von weniger als 0,93 g/cm^J und einen Sehmelzpunkt von weniger als etwa 108"C hat. Die Schicht 11 ist an ihrer Außenfläche mit einer sehr dünnen Schicht 12 aus einem Olefinpolymerisat überlagert, welches ein Äthylenpolymerisat enthält, das eine Dichte von wenigstens 0,9b g/cin' hat, oder ein hochkristallines Propolymerisat enthält, welches eine maximale Löslichkeit von etwa ^r>% in kochendem Heptan hat. Im besonderen Beispiel, für welches zufriedenstellende Ergebnisse gefunden wurden, sind die Schichten 11 aus Polyäthylen nie-

derer Dichte und 12 aus Olefinpolymerisat gleichzeitig entsprechend nach bekannten Verfahrensweisen extrudierL Beispielsweise werden eine Beschichtung aus Äthylenpolymerisat mit einer Dichte von etwa 0,923 g/ cm³ und einem Schmelzindex von etwa 3,5, und ein Äthylenpolymerisat mit einer Dichte von etwa 0,96 g/ cm¹ und einem Schmelzindex von etwa 30 gleichzeitig auf das Substrat durch ein Extrusions-Beschichtungsverfahren aufgebracht, in weichem die beiden Kunststoffe in flacher und glatter Form zu einer und durch eine Extrusionsdüse gefördert werden, so daß das Polyäthylen niederer Dichte das Papier oder die Pappe berührt und das Äthylenpolymerisat mit der Dichte von wenigstens etwa 0,96 g/cm^J die obere Fläche des beschichteten Gegenstands bildet.

Verfahren zum gleichzeitigen Extrudieren von zwei Kunststoffmaterialien durch eine Einzeldüsenöffnung zur Ausbildung einer geschichteten Verbundstruktur sind bekannt und werden generell als Kcexirusionsvcrfahren bezeichnet. Die beiden Kunststoffmaterialien können aus zwei Extrudern in eine Einzeldüse cxtrudiert werden. Die Düse kann zwei Kammern haben, deren Auslässe unmittelbar stromauf von der Düsenöffnung zusammenlaufen. Vorzugsweise und alternativ wird eine Düse mit einer Einzelkanimer verwendet, wobei die beiden Kunst.<toffmatcrialien gleichzeitig in eine Zuführleitung stromauf von der Düsenkammer zugeführt werden. Gewöhnlich ist ein Adapter oder ein Strömungszerteiler in der Zuführleitung angeordnet, wr bei das eine Kunststoffmaterial in die Leitung stromauf von dem Adapter und das zweite Kunststoffinatcrial in die Leitung am Adapter zugeführt werden. Der Adapter teilt die Zuführleitung in zwei getrennte und geteilte Kammern. Somit treffen die beiden Kunslstoffmaterialien nicht aufeinander, bis sie hinter den Adapter geströmt sind. Der Adapter ist so konstruiert, daß die Kunststoffmaterialien, wenn sie das stromabwärtige Ende passieren, in einem festgelegten Muster strömen und sich nicht mischen, sondern eher weiterhin stromabwärts in gesonderten, sich jedoch berührenden Strömen fließen.

Es sollte besondere Sorgfalt darauf verwendet werden, daß die beiden Kunststoffmaierialicn durch die Fxtrusionsdüse und die zugeordneten Zuführleiiiingen unter solchen Bedingungen zugführi werden, daß die beiden Kunststoffmaterialicn durch die Düse in flacher, ebener Gestalt cxtrudicrt weiden. Die beiden Ktinststoffmaterialien sollten in die Vorrichtung in solchen Mengen zugeführt werden, daß das Olefinpolymerisat der zweiten Beschichtung etwa 1 bis 12% des Gesamtgewichts der beiden Kunststoffe ausmacht. Beide Kunsistoffmaterialien werden vorzugsweise der Extrusionsdüse bei solchen Temperaturen zugeführt, daß ihre Strömungscharakteristiken durch die Düse im wesentlichen gleich sind. Wenn die Extrusion der beiden Kunststoffniaterialien unter diesen Bedingungen durchgeführt wird, nähert sich die auf Papier oder Pappe abgelegte Doppelbeschichlung der idealisierten Beschichtungskonstruktion an die in der Zeichnung dargestellt ist.

Im Normalfall hat eine feste Schicht aus Polyäthylen niederer Dichte einen Obcrflächenreibungskoeffizienten /wischen 0,35 und 0,5. Andererseits hat eine feste Schicht aus Äthylenpolymerisal mil einer Dichte von wenigstens etwa 0,9b g/cm¹ oder hochkrislallinem Propylen polymerisat einen Oberflachenreibungskoeffi/ienten zwischen etwa 0,18 und 0,20. Wenn beispielsweise die Kunststoffmatcrialien so kocxtrudicri werden, dall die zweite, äuliere Beschichtung etwa 6 bis 8 Gew.-% des Gesamtgewichts der beiden Kunststoffschleifen ausgemacht, wurde gefunden, daß der sich ergebende Oberflächenreibungskoeffizient zwischen 0,28 und 030 liegt.

Verschiedene Versuche wurden mit unterschiedlichen Mengenantcilen des Olefinpolymerisats üer zweiten Beschichtung im Bereich zwischen etwa 0,5 und etwa 8 Gew.-% durchgeführt. Es wurde gefunden, daß der

ίο Oberflächenreibungskoeffizient im wesentlichen in den Bereich einer geraden Linie fällt, die im Breich von nahezu etwa 0,4 bis etwa 0,25 liegt, wobei die Linie sich dem Wert von 0.2 der obere Grenze für das feste Olefinpolymerisat der zweiten Beschichtung, annähen, wenn dessen Anteil bei etwa 12% des Gesamtgewichts der kombinierten Kunststoffbeschichtung liegt.

Es folgt die Beschreibung von praktischen Beispielen der Erfindung.

Beispiel 1

Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, um den Einfluß zu illustrieren, welchen die Relativdicken der Beschichtung aus Polyäthylen niederer Dichte und der zweiten Olefinpolymerisaibeschichtung auf den Reibungskoeffizienten zwischen dem Olefinpolymerisat der zweiten Beschichtung und einer Oberfläche aus poliertem rostfreiem Stahl hat.

Die eine Seite des mit Kunststoff beschichteten Pa-

jo piers wurde mittels eines Labor-Extrusionsbeschichters beschichtet, der durch einen 1143 mm-Extruder gespeist war, so daß eine Beschichtung aus einer Schicht aus Polyäthylen niederer Dichte (Dichte 0,924 g/cm³, Schmelzpunkt 108°C und Schmclzindex 3,5) von etwa

j5 0,0127 min Dicke abgelegt wurde. Der 114,3 mm-Extrudcr führt das Polyäthylen niederer Dichte durch einen _ I lauptkanal einer Zuführleitung stromauf von der Düse zu. Eine 38,1 mm-Düse wurde verwendet, um ein Äthylenpolymcrisat, welches eine Dichte von 0,963 g/cm³, eineu Schmelzpunkt von 127"C und einen Schmelzindex von 30 hat, durch einen zweiten Kanal in die Zuführleitung zuzuführen. Die Zuführraten der beiden Kunststoffmatcrialien wurden so eingestellt, daß das durch den zweiten Kanal zugeführien Äthylenpolymerisat entsprechend 1,5,2,4,6,8 und 10% der beiden extrudiertcn Kunsistoffmaterialien ausmachte.

Die Werte für den Reibungskoeffizienten wurden zwischen der Oberfläche, welche das Äthylenpolymerisal mit einer Dichte von 0,963 g/cm^J enthält und einer polierten Platte aus rostfreiem Stahl gemessen. Die Werte für den Reibungskoeffizienten wurden nach ASTM D-189406IT (Verfahren A) bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.

Tabelle 1

Dicke der Äthyleiiiiolynierisatschicht
mil einer Dichte von 0,%3 g/cm'
in Prozent der (iesamtdickc bei der
Äihylenpolyiucrisii (schichten

Reibungskoeffizient

(!(Vergleich)
1,5
2,0
4,0
6,0
8,0
10.0

0,45 0,40 0,36 0,34 0,30 0.26 0.23

Nach einer ersten Überlegung erscheint die Änderung der Werte für den Reibungskoeffizienten mit der Dicke der zweiten Beschichtung aus Äthylcnpolymeri- ten. sat mit einer Dichte von 0,963 g/cm' überraschend. Ks müßte angenommen werden, daß die gemessenen Wer- ■; te für den Reibungskoeffizienten nur durch die sich berührenden Flächen beeinflußt werden und daher (innerhalb des Versuchs-Fehlerbereichs) unabhängig von der Dicke der zweiten Beschichtung sind.

Ohne durch irgendeine Theorie hinsichtlich der in Durchführbarkeit der Erfindung gebunden zu sein, wird angenommen, daß die Darstellung in der Zeichnung eine idealisierte Konstruktion darstellt, welche in Wirklichkeit nicht stets erreicht wird. Es ist sehr wahrscheinlich, daß die Dicke der zweiten Beschichtung aus Olefin- \^r, polymerisat über die gesamte Fläche der beschichteten Oberflächen hin nicht vollständig gleichförmig ist, sondern beispielsweise diskontinuierlich sein kann. Dies kann insbesondere zutreffend sein, wenn die zweite Beschichtung aus Olefinpolymerisat extrem dünn ist, da 2« dann Flächen vorhanden sein können, wo das Polyäthylen niederer Dichte durch die obere Fläche des beschichteten Papiers »durchblutet«, so daß es in diesem Fall die Oberfläche berührt, für welche der Versuch durchgeführt wurde. Mit zunehmender Dicke der zweiten Beschichtung aus Olefinpolymcriat nimmt die Wahrscheinlichkeit eines solchen »Durchblutens« ab und falls dennoch solche »durchgebluteten« Flächenteile vorhanden sind, machen sie ersichtlich einen geringeren Anteil an der gesamten freiliegenden Fläche des beschichteten Papiers aus.

Beispiel 2

Ein Vergleichsversuch wurde in einer kommerziellen Molkerei durchgeführt, in welcher zwei Mengen aus mit Kunststoff beschichteten Pappbögen verwendet winden, um Miichkartons mit einem Inhalt von etwa 0,237 1 auf einem üblichen Gerät herzustellen. Diese Kartons wurden dann auf einer kommerziellen Milchfüllinie gc- -ίο füllt. Pappbögen, die gem. Erfindung hergestellt waren, wurden verwendet mit einer Pappe von etwa 0,38! mm Dicke, einer Dicke für das Äthylenpolymerisat der ersten Beschichtung an ihrer Außenfläche von etwa 0,01143 mm und einer Dicke für das Olefinpolymerisat v, der zweiten Beschichtung, beispielsweise Äthylenpolymerisat mit der Dichte von wenigstens etwa 0,96 g/cm¹ von etwa 0,00127 mm. Das Äthylenpolymerisat der ersten Beschichtung war das im Beispiel 1 beschriebene Kunststoffmateriai mit einer Dichte von 0,925 g/cm¹, w Das Olefinpolymerisat der zweiten Beschichtung war das im Beispiel 1 beschriebene Äthylenpolymerisat mit einer Dichte von 0,963 g/cm³. Als bekanntes Vcrgleichsmaterial wurde ein identischer Bogen verwendet, der jedoch anstelle der beiden Schichten aus Äthylenpoly- ^r>5 merisat mit jeweils 0,925 g/cm' bzw. 0,963 g/cm¹ Dichte an seiner Außenfläche nur eine Schicht aus Äthylenpolymerisat mit der niederen Dichte von etwa 0,0127 mm Dicke trug, wobei das darin enthaltene Polyäthylen in der Zusammensetzung identisch zu dem Polyäthylen wi niederer Dichte war, welches in dem Verbundkunststoff enthalten war.

Ein Versuchsablauf von ungefähr 4 Stunden Dauer wurde mit Kartons durchgeführt, die aus den Pappbögen gem. Erfindung hergestellt waren. Ms wurden keine h^r. Schwierigkeiten beim Fördern der Kartons zum Heißsiegeln festgestellt. Während des gesamten Versuchslaufs wurden sämtliche Kartons durch die Fiillinic der art gefördert, daß sie die Füllstation in der angemessenen Zeit erreichten, so daß keine Milchverluste auftra-

Kin identischer Vcrsuchslauf mit Kartons, die aus den bekannten Pappbögen hergestellt waren, ergab, daß die Kartons periodisch die Füllstation nicht derart rechtzeitig erreichten, daß sie sauber gefüllt wurden, was auf Reibungskräfte mit dem rostfreien Stahl der Füllinie zurückzuführen ist. Es trat somit ein wirtschaftlicher Verlust bei den Kartons auf, die aus den bekannten Pappbögen hergestellt waren.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schichtstoff mit einer Schicht aus Papier oder Pappe, die an wenigstens der einen Oberfläche eine ■ erste Beschichtung aus Polyäthylen niederer Dichte mit einem Obcrflächenreibungskocffi/.icntcn im Bereich von 035 bis 0,5 aufweist, g e k e η π ζ e lehnet durch eine an der Außenfläche der ersten Beschichtung vorgesehene zweite Beschichtung aus ei κι nem Olefinpolymerisat mit einem Reibungskoeffizienten im Bereich von 0,18 bis 0.20. einer Schichtdicke von nicht mehr als 0,00254 mm und mit einem Gewichtsanteil am Gesamtgewicht der beiden Kunststoffschichten von etwa ! bis 12%. so daß der r> Schichtstoff an der Beschichtungsoberfiächo einen statischen Reibungskoeffizienten im Bereich von 0,2 bis etwa 0.4 besitzt.

2. Schichtstoff nach Anspruch 1. bei dem das Alhylenpolymerisat der ersten Beschichtung eine Dichte .»ο von weniger als etwa 0.93 g/cm¹ und einen Schmelzpunkt von weniger als etwa 108" C aufweist.dadurch gekennzeichnet, daß das Olefinpolymerisat der zweiten Beschichtung entweder ein Äthylenpolynierisat mit einer Dichte von wenigstens etwa 0,9b g/ ."i cm³ oder ein hochkristallines Propylenpolymerisat ist, welches eine Löslichkeit von weniger als Wn in kochendem Heptan hat, wobei jede der Polymerisatschichten frei von jedem zugesetzten Gleitmittel ist.