DE3111269C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine heißsiegelbare, biaxial gereckte, heißschrumpfbare, mehrschichtige Polypropylen-Verpackungsfolie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Folien aus orientiertem Polypropylen sind wegen ihrer guten Eigenschaften als Feuchtigkeitssperre, wegen ihrer Steifheit, hohen Festigkeit und optischen Eigenschaften brauchbare und vielfach eingesetzte Verpackungsfolien. Diese Polypropylenfolien besitzen jedoch in der Regel keine gute Heißsiegelbarkeit, eine Eigenschaft, die für zahlreiche Verpackungszwecke wichtig ist. Polypropylenfolien haben nämlich einen sehr engen Siegeltemperaturbereich.

Der Siegeltemperaturbereich für eine thermoplastische Folie beginnt bei der Temperatur, bei der unter Anwendung von Wärme und Druck die Oberflächen der Folien bereits zusammengesiegelt bzw. miteinander verbunden werden. Bei weiterer Temperaturerhöhung wird ein Punkt erreicht, bei dem der Thermoplast schmilzt und dann fließt, wodurch es schwierig wird, auf einer bestimmten Fläche eine Siegelung zu erreichen; dies ist die obere Grenze des Siegelbereichs. An dieser oberen Grenze des Siegelbereichs kann die Folie auch zum Brennen oder zum Verkohlen neigen, wobei man schwache und unansehnliche Versiegelungen erhält. Eine Folie aus Polypropylen-Homopolymeren wird auch bei Erhöhung der Temperatur nicht siegelbar, sondern sie geht ziemlich schnell in den unerwünschten fließenden Zustand über, wenn die Temperatur sich dem Schmelzpunkt nähert, wodurch es außerordentlich schwierig wird, insbesondere auf schnellaufenden Verpackungsmaschinen eine glatte, kontinuierliche und zufriedenstellende Versiegelung zu erreichen.

Um eine bessere Heißsiegelbarkeit zu erhalten, hat man in der Praxis verschiedene Arten der Folienbeschichtung angewendet. Die Beschichtungen werden in konventioneller Weise in getrennten Arbeitsverfahren aufgebracht, beispielsweise aus Emulsionen, durch Extrusionsbeschichtung usw.; solche Verfahren sind jedoch teuer und erfordern eine zusätzliche Behandlung der Folie. Um eine heißsiegelbare Beschichtung auf dem Polypropylen aufzubringen und eine Folie mit guter Siegelfestigkeit herzustellen, wurde das Coextrudieren mit Erfolg angewendet. Die bisher bekannt gewordenen coextrudierten Polypropylen-Folienlaminate besitzen jedoch nur einen sehr engen Heißsiegel-Temperaturbereich und sind in ihrer Herstellung ziemlich teuer.

Beschichtungen für Polypropylenfolien werden beispielsweise in der US-PS 32 85 766 beschrieben, wobei nach dem bekannten Verfahren ein Copolymerisat mit einem Gehalt von wenigstens 65% Ethylen auf eine Polypropylenfolie extrudiert wird. Die US-PS 36 71 383 beschreibt eine biaxial orientierte Polypropylenfolie, die auf eine monoaxial orientierte Ethylen-Propylen-Copolymerfolie mit wenigstens 75 Gew.-% Polypropylen laminiert ist. Aus der US-PS 41 32 050 ist eine Folie mit einem Schichtträger aus einer Mischung von 87,5 bis 60 Teilen Polypropylen und 12,5 bis 40 Teilen Ethylen-Propylen-Blockcopolymeren mit einer heißsiegelbaren Schicht bekannt. Ferner wird in der US-PS 41 48 972 ein Polypropylen-Folienlaminat beschrieben, das durch Laminieren einer Polypropylenschicht mit 1 bis 8 Gew.-% eines Ionomeren mit einer Ionomerschicht versehen wird. Schließlich ist aus der DE-OS 17 69 028 eine orientierte Polypropylenfolie bekannt, welche zur Haftverbesserung eine Zwischenschicht aus Polypropylen oder Propylen/Ethylen-Copolymeren aufweist. Als eigentliche Heißsiegelschicht dienen Terpolymere aus Vinylidenchlorid, Acrylnitril und Acrylsäureestern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Polypropylenfolien der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen breiteren Siegeltemperaturbereich aufweisen, die eine gute Siegelfestigkeit zeigen und für Schrumpfverpackungen geeignet sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Eine besonders zufriedenstellende Kombination der Folieneigenschaften erhält man bei einer Gesamtdicke der Folie im Bereich von 6,35 bis 63,5 µm.

Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Polypropylenfolie eingesetzte Propylen-Homopolymerisat besteht im wesentlichen aus isotaktischem Polypropylen von Folienqualität, das im Handel erhältlich ist. Ebenso ist das Propylen-Ethylen-Copolymerisat eine Copolymerisat mit Zufallsverteilung (Random-Copolymer) von Folienqualität, das ebenfalls im Handel erhältlich ist. Copolymere mit einem Ethylengehalt von 2 bis 6 Gew.-% haben sich für den vorgesehenen Zweck als besonders zufriedenstellend erwiesen.

Die Schichtdickenverhältnisse der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Folie sind so gewählt, daß sie eine optimale Kombination von Verarbeitbarkeit und Siegelbarkeit ergeben. Wenn die Dicke der Siegelschicht wesentlich über das Verhältnis 1 : 4 ansteigt, ergeben sich Verarbeitungsprobleme. Das Verhältnis der Schichtdicken der Grundschicht zur Siegelschicht soll daher größer als 4 : 1 sein, wobei ein Verhältnis von 5 : 1 ein sehr zufriedenstellendes Verhalten ergibt.

Die erfindungsgemäße Folie weist einen Heißsiegeltemperaturbereich von mindestens 20°C auf. Bei einer Heißsiegeltemperatur im Bereich von 135 bis 165°C weist die erfindungsgemäße heißsiegelbare Folie eine Siegelfestigkeit von wenigstens 118 g/cm auf. Die erfindungsgemäße Folie ist außerdem vorzugsweise bei einer Temperatur von 110 bis 195°C heißschrumpfbar.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen heißsiegelbaren mehrschichtigen Polypropylen-Verpackungsfolie wird in an sich bekannter Weise

• a) eine Grundschicht aus einem Polypropylen-Homopolymerisat verwendet,
• b) wenigstens eine Seite der Grundschicht mit einer Außenschicht aus der Mischung von Propylen-Ehtylen-Copolymerisat und Propylen-Homopolymerisat beschichtet und
• c) die erhaltene laminierte Folie biaxial gereckt bis auf eine Gesamtdicke der fertigen Folie im Bereich von 6,35 bis 63,5 µm, wobei man eine mehrschichtige heißsiegelbare und heißschrumpfbare Folie erhält, deren Siegeltemperaturbereich wenigstens 20°C beträgt.

Vorzugsweise wird das Verfahren so durchgeführt, daß man die Grundschicht auf beiden Seiten mit jeweils einer gleich dicken Außenschicht beschichtet. Dadurch verhindert man ein Rollen oder Verwerfen der Folie, was bei strukturell unsymmetrisch aufgebauten mehrschichtigen Folien auftreten kann.

In günstiger Weise erfolgt die Beschichtung durch Coextrudieren der Außenschicht und der Grundschicht.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht die Außenschicht aus 70 Gew.-% Propylen-Ethylen-Copolymerisat im Gemisch von 30 Gew.-% Propylen-Homopolymerisat, wobei das Copolymerisat bevorzugt 3 bis 4, insbesondere 3,5 bis 4,2 Gew.-% Ethylen enthält.

In manchen Fällen ist es erwünscht, die Folie zu perforieren, d. h., mit einer Reihe von Perforationen oder kleinen Löchern zu versehen. Abhängig von dem gewünschten Anwendungszweck kann die Zahl der Löcher bei 1 bis 1,5 Löcher/cm² Folie bis einige hundert Löcher/cm² Folie liegen, wobei die Löcher beliebig angeordnet sein können und einen Durchmesser von beispielsweise 50,8 bis 508 µm haben können.

Um den Siegeltemperaturbereich und die Siegelfestigkeit der erfindungsgemäßen Folie zu bestimmen, wurden zwei Folienabschnitte übereinandergelegt, wobei sich die Oberflächen der Außenschichten berührten. Zum Siegeln wurde ein über einen elektrischen Widerstand beheizter ebener Heizstab von 5 mm Breite verwendet, wobei die Folien mit einem Druck von 1 kg/cm² 5 Sekunden lang zusammen gegen eine Unterlage gepreßt wurden; die Temperatur des Siegelstabes wurde dabei aufgezeichnet. Nach Beendigung der Siegelung wurden Streifen von 2,54 cm Breite senkrecht und quer zur Siegelung geschnitten und die Enden der entsprechenden Streifen in die Backen eines Instron-Meßapparates eingelegt, wobei die Siegelung ungefähr im Mittelpunkt zwischen den Klemmbacken angeordnet war. Dann wurden die Backen auseinandergetrieben, bis die Versiegelung entweder auseinandergezogen oder zerrissen wurde. Siegelungen mit einer für Verpackungszwecke als ausreichend angesehenen Mindestsiegelfestigkeit von etwa 118 g/cm wurden mit der erfindungsgemäßen Folie bei einer Siegelstabtemperatur von 135°C erreicht. Auch bei einer Steigerung der Siegeltemperatur bis auf etwa 160°C, also für einen Siegelungstemperaturbereich von etwa 25°C (weitere Anwendungsprüfungen ergaben einen Betriebsbereich von 30°C), wurden zufriedenstellende Siegelungen erhalten. Als maximale Siegelfestigkeit wurden 551 g/cm erreicht.

Wie vorstehend ausgeführt, zeigt eine Polypropylenfolie aus einer Schicht einen außerordentlich engen Siegelungsbereich, der praktisch mit "Null" bezeichnet werden kann. Da die Siegelungsstäbe durch Kontakt mit der Folie gekühlt werden, ist es in der Praxis bei Verpackungsmaschinen erforderlich, bei Verarbeitung von Polypropylen die Temperatur der Heizstäbe etwas über dem Schmelzpunkt zu halten, damit eine versiegelte Packung erhalten werden kann. Die auf diese Weise hergestellten Versiegelungen sehen jedoch schlecht aus und haben verbrannte Zonen. Dagegen besteht bei Verwendung der erfindungsgemäßen Verpackungsfolien bei der Siegelung keine Gefahr, daß die Folie schmilzt oder verbrennt, da die Temperaturen der Siegelungsstäbe in der Nähe der oberen Grenze des Siegelungsbereiches liegen, und angesichts der Schnelligkeit, mit der die Folie die Heizungsstäbe in gewissem Umfang kühlt, behalten die Heizungsstäbe eine zum Siegeln der Folie ausreichende Wärme und werden nicht unter den Siegelungstemperaturbereich abgekühlt.

Die erfindungsgemäß heißsiegelbare, biaxial gereckte mehrschichtige Polypropylen-Verpackungsfolie ist zum Verpacken zahlreicher verschiedener Produkte geeignet, wozu verschiedene Verpackungsmaschinen mit ihrer unterschiedlichen Verpackungstechnik herangezogen werden können. Nach dem Siegeln kann das Produkt einen heißen Tunnel passieren, der eine Temperatur von etwa 110°C haben kann, dessen Temperatur üblicherweise aber in dem Bereich liegt, in dem die Folie gereckt wird. In dem Tunnel bewirkt die Hitze die Freisetzung der Dehnungsspannung und dadurch das Schrumpfen der Folie um das Produkt.

Beispiele

Es wurden verschiedene Siegelschichtzusammensetzungen auf ihren Siegeltemperaturbereich und ihre Siegelfestigkeit sowie auf ihre Mindestsiegeltemperatur für eine Siegelfestigkeit von 118 g/cm untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt. In Tabelle 1 sind nur diejenigen Zusammensetzungen aufgeführt, die mit Hilfe der Technik der geschlossenen Blase erfolgreich zu Folien verarbeitet werden konnten.

Die in der Tabelle 1 für die Polymeren benutzten Abkürzungen sind in Fußnoten direkt unter der Tabelle erklärt. Der Siegelungsbereich und die Siegelfestigkeit wurden wie oben angegeben bestimmt. Die in der letzten Spalte der Tabelle unter der Rubrik "Trübung" aufgeführten Werte geben den Prozentsatz an durchgelassenem Licht an, der beim Passieren der Probe von dem einfallenden Strahl im Mittel um mehr als 2,5° abweicht; die Bestimmungen wurden nach ASTM-D1003 durchgeführt. Unter "Dicke" ist die Dicke des gesamten Folienlaminats gemeint.

Tabelle 1

Für die Beispiele 3, 10 und 11 sind verschiedene Siegelungsbereiche angegeben, da die in diesen Beispielen untersuchten Proben sowohl auf einer Betriebsanlage gefahren wurden als auch ihre Siegelungsbereiche im Laboratoriumsmaßstab bestimmt wurden, wobei sich ergab, daß in der Praxis ein um 5°C größerer Siegeltemperaturbereich beobachtet wurde, und zwar verschob sich die obere Grenze der Siegeltemperatur auf etwa 165°C.

Aus Tabelle 1 ist offensichtlich, daß die Beispiele 10 und 11 mit den erfindungsgemäßen Polypropylen-Verpackungsfolien die erwünschten breiten Siegelungsbereiche aufweisen; diese Folien lassen sich gut verarbeiten und die auftretenden Trübungen sind nicht ins Gewicht fallend. Oberhalb etwa 80% Propylen-Ethylen-Copolymeranteil in der Mischung treten jedoch Verarbeitungsprobleme bei dem Blasenverfahren auf, da die Siegelungsschicht dazu neigt, bei der zum Recken und Orientieren der Polypropylengrundschicht erforderlichen hohen Temperatur zu fließen und sich zu verformen. Mit anderen Worten: Das Propylen-Ethylen-Copolymere beginnt bei der Orientierungstemperatur des Propylen-Homopolymeren zu schmelzen, wobei die an der Außenseite des Schlauches befindliche Siegelungsschicht dazu neigt, an den Quetschwalzen zu kleben, nachdem die Folie erwärmt, aber bevor sie zu einer Blase aufgeblasen wurde. Der erfindungsgemäße Bereich für das Propylen-Ethylen-Copolymere in der Siegelungsschichtmischung liegt daher bei 60 bis 80 Gew.-%, und für diese Siegelungsschichtmischungen ergibt sich ein Siegelungstemperaturbereich, dessen Breite zwischen 20 und 30°C variiert. Die Zusammensetzung der Folie des Beispiels 11 verhält sich hinsichtlich des Siegelungstemperaturbereichs, der Siegelfestigkeit, Verarbeitbarkeit auf bekannten Anlagen zur Folienherstellung und hinsichtlich der Bearbeitbarkeit von allen Folien am besten. Auf den handelsüblichen Verpackungsmaschinen können mindestens 50 bis 80 Packungen pro Minute hergestellt werden.

Claims (2)

1. Heißsiegelbare, biaxial gereckte, heißschrumpfbare, mehrschichtige, gegebenenfalls perforierte Polypropylen-Verpackungsfolie mit einer Grundschicht aus einem Propylen-Homopolymerisat und einer Außenschicht mit Gehalt an einem Ethylen-Copolymerisat, die auf mindestens einer der Oberflächen der Grundschicht angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht aus einer Mischung von 60 bis 80 Gew.-% Propylen/Ethylen-Copolymerisat mit 40 bis 20 Gew.-% Propylen-Homopolymerisat besteht, wobei das Copolymerisat 2 bis 6 Gew.-% Ethylen enthält und wobei das Verhältnis der Dicke der Grundschicht zu der der Außenschicht wenigstens 4 : 1 beträgt.

2. Verpackungsfolie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdicke der fertigen Folie im Bereich von 6,35 bis 63,5 µm liegt.