Kunststoff-Folien werden in weitem Umfang als Verpackungsmaterial
für Lebensmittel und ähnliche Produkte verwendet.
Die erforderlichen Eigenschaften dieser Verpackungsmaterialien
hängen in gewissem Ausmaß von den speziellen Anwendungszwecken
ab. Normalerweise sollen diese Verpackungsmaterialien
gute Festigkeit, Zähigkeit, Abriebsbeständigkeit
und Rißbeständigkeit beim Biegen, guten Glanz und thermische
Schweißbarkeit aufweisen. Zahlreiche Lebensmittel unterliegen
in Gegenwart von Sauerstoff dem Abbau. Deshalb
ist es wichtig, daß derartige Kunststoff-Folien auch eine
gute Sauerstoff-Dichtigkeit haben.
Zum Verpacken von Fleisch und ähnlichen Produkten werden
üblicherweise molekular orientierte Folien, gewöhnlich in
Form von Beuteln verwendet, die beim Erhitzen schrumpfen.
In diesen Fällen muß das Verpackungsmaterial besonders gute
Festigkeitseigenschaften haben, da die Kunststoff-Folie unter
den üblichen Bedingungen der Handhabung beschädigt werden
kann. Beim normalen Schrumpfen sind die Folien verhältnismäßig
hohen Zugbeanspruchungen ausgesetzt. Erschwerend
kommt hinzu, wenn sie bei erhöhten Temperaturen und in
zahlreichen Fällen unter vermindertem Druck benutzt werden.
Scharfe und bzw. oder rauhe Knochenteile, die aus dem
Fleisch herausragen, werden die Wahrscheinlichkeit einer
Beschädigung beim Schrumpfen beträchtlich erhöhen. Eine
weitere Gefahr sind Metallklemmen, die normalerweise zum
Verschluß der Beutel verwendet werden, welche die Kunststoffe
einschneiden können.
Im großen und ganzen ist die Kombination von Eigenschaften,
die erforderlich sind, um Kunststoff-Folien für Verpackungsmaterial
zu schaffen, nicht durch ein einlagiges Produkt
zu erreichen. Deshalb wurden zahlreiche Folien aus Verbundmaterialien
entwickelt oder vorgeschlagen. Beispielsweise
zeichnen sich Folien aus Polyamiden durch Festigkeit,
Zähigkeit und Beständigkeit gegen grobe Handhabung aus,
doch sind sie feuchtigkeitsempfindlich und deshalb unter
Bedingungen hoher Feuchtigkeit ungeeignet. Polyamide werden
deshalb häufig mit einem Vinylchlorid-Vinylidenchlorid-
Copolymerisat, z. B. Saran®, beschichtet, um ihnen Wasserdampf-
Dichtigkeit zu verleihen. Folien aus Saran werden
in weitem Umfang in Verbundmaterial als Trägerfolie verwendet.
Schrumpffolien, die sich besonders zum Verpacken von
Fleisch eignen, aus einer Innenfolie, die beidseitig mit
einem Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat (EVA) beschichtet
ist, sind in der US-PS 42 47 584 beschrieben. Derartige
Verbundmaterialien zeigen ausgewogene Eigenschaften.
Folien aus Saran sind jedoch verhältnismäßig
teuer, ihre Verarbeitung erfordert einen hohen Energieaufwand,
sie neigen zu einer braunstichigen Verfärbung und
es besteht der Verdacht, daß derartige Folien als Verpackungsmaterial
für Lebensmittel bedenklich sind, weil sie
restliches monomeres Vinylchlorid enthalten können.
Deshalb wird in der US-PS 42 47 584 vorgeschlagen, anstelle
der Trägerfolie aus Saran eine Innenfolie bzw. Trägerfolie
aus einem Äthylen-Vinylalkohol-Copolymerisat (nachstehend
kurz mit EVOH bezeichnet) zu verwenden, um gute Sauerstoff-Dichtigkeit
zu erreichen, jedoch die Nachteile der Folie
aus Saran zu vermeiden. Folien aus EVOH sind jedoch feuchtigkeitsempfindlich
und verhältnismäßig spröde, insbesondere
bei dünnen Foliendicken, wie sie normalerweise verwendet
werden. Außerdem ist dieses Copolymerisat auch schwierig
zu verarbeiten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verbundfolien
mit mindestens zwei Schichten zur Verfügung zu
stellen, die ein Äthylen-Vinylalkohol-Copolymerisat (EVOH)
enthalten, die sich durch hohe Zähigkeit, Festigkeit, Klarheit
und Wärmestabilität, jedoch durch niedrige Feuchtigkeitsempfindlichkeit
und Sauerstoffdurchlässigkeit auszeichnen,
und die sich verhältnismäßig stark molekular
orientieren lassen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist
es, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung solcher
Folien bzw. Verbundfolien zu entwickeln. Diese Aufgaben
werden durch die Erfindung gelöst. Die Erfindung betrifft
somit die in den Patentansprüchen 1 und 11 gekennzeichneten
Gegenstände. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte
Ausführungsformen. Aus der nachstehenden Beschreibung sind
weitere bevorzugte Ausführungsformen ersichtlich.
Erfindungsgemäß erhält man durch Coextrusion eine molekular orientierte mehrlagige
Verbundfolie mit guter Festigkeit, Zähigkeit und Sauerstoff-Dichtigkeit,
enthaltend
(a) eine Schicht aus einem Gemisch eines Polyamids mit
einem Molekulargewicht von 20 000 bis 30 000 und einer
Schmelzpunktstemperatur von 210 bis 230°C und eines Äthylen-
Vinylalkohol-Copolymerisats mit einem Molekulargewicht von
15 000 bis 30 000 und einer Schmelzpunktstemperatur von 160
bis 190°C in einem Mengenverhältnis von 9 : 1 bis 1 : 9 und
(b) mindestens eine zweite Kunstharzschicht mit einer von
der ersten Schicht abweichenden Zusammensetzung,
wobei die Folie durch Recken in mindestens einer Richtung
bei einem Reckungsverhältnis von mindestens 2 : 1 molekular
orientiert und dadurch gekennzeichnet ist, daß die Schicht (a) 2 bis 25
Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyamid,
eines langkettigen Fettsäureamids, eines aromatischen
Sulfonamids, eines Polyamids oder eines Copolyamids mit
einem Molekulargewicht von 5000 bis 25 000 und einer
Schmelzpunktstemperatur unterhalb 205°C als Weichmacher
enthält.
Dieser Weichmacher drückt die Verarbeitungstemperatur
des Kunstharzgemisches der Schicht (a) auf einen
Wert, der in der Größenordnung der Verarbeitungstemperatur
des Copolymerisats liegt, und auf einen Wert unterhalb der
Temperatur, bei der nennenswerter Abbau des Copolymerisats
bei der Verarbeitung erfolgt. Das Kunstharzgemisch wird
auf die Verarbeitungstemperatur erhitzt und unter Bildung der erfindungsgemäßen
Verbundfolie mit dem Kunstharzgemisch der Schicht (6) coextrudiert. Danach wird die Temperatur der Folie
auf einen solchen Wert eingestellt, daß sie gut molekular
orientiert werden kann. Sie wird bei dieser Temperatur
gereckt, um mindestens eine uniaxiale molekulare Orientierung
zu erreichen. Schließlich wird die Folie abgekühlt.
Es wird eine verhältnismäßig dünne Verbundfolie erhalten,
welche die erwünschten Werte hinsichtlich Festigkeit,
Zähigkeit und Sauerstoff-Dichtigkeit aufweist.
In bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beträgt das Gewichtsverhältnis von
filmbildendem Polyamid
zum Äthylen-Vinylalkohol-Copolymerisat 3 : 1 bis 1 : 3.
Der Weichmacher wird vorzugsweise in
einer Menge von 5 bis 15%, bezogen auf das
Polyamid, eingesetzt. Der Weichmacher
hat normalerweise
eine derartige Zusammensetzung und wird in einer derartigen
Konzentration verwendet, daß sich das Kunstharzgemisch
bei einer Temperatur von etwa 205 bis 250°C, vorzugsweise
bei etwa 220 bis 235°C verarbeiten läßt. Im allgemeinen
wird der Weichmacher zunächst mit dem filmbildenden
Polyamid vermischt, bevor das Einmischen des Äthylen-
Vinylalkohol-Copolymerisats erfolgt.
Als Weichmacher speziell bevorzugt sind Lauramid,
o,p-Toluolsulfonamid, N-Äthyl-o,p-toluolsulfonamid und
Polyamide mit einem Molekulargewicht von 7000 bis 10 000.
Mindestens eine
zweite Kunstharzschicht mit einer von der Schicht (a) abweichenden Zusammensetzung
wird mit dem Kunstharzgemisch der Schicht (a) in der Extruderdüse
unter Bildung einer laminaren Struktur aus
Schichten der Komponenten vereinigt. Die laminare Struktur
wird sodann durch das Extrudermundstück gepreßt unter Bildung
einer Verbundfolie, die mindestens die Schichten (a) und (b)
aufweist. Für die zweite und weitere Kunstharzschichten
werden vorzugsweise folgende Polymere verwendet: Polyolefine,
insbesondere Polyäthylen, Polypropylen und dessen
Copolymerisate, Polyamide, wie Nylon, ionomere Kunststoffe,
partiell verseifte Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat-Klebstoffe,
Anhydrid-modifizierte Polyolefin-Klebstoffe sowie
Äthylen-Carbonsäureester-Copolymerisate, z. B. Äthylen-
Vinylacetat-Copolymerisate.
Die Verbundfolie wird normalerweise mechanisch in einer ersten
Richtung bei einem Reckungsverhältnis von mindestens etwa 2 : 1, vorzugsweise
mindestens etwa 4 : 1 gereckt. Diese molekulare Orientierung
wird gewöhnlich so durchgeführt, daß man die Folie zwischen
zwei Sätzen von Walzen reckt, die bei unterschiedlichen linearen
Geschwindigkeiten betrieben werden. In zahlreichen
Fällen ist es erwünscht, die Folie auch in Querrichtung
zur Laufrichtung bei einem Reckverhältnis von mindestens
etwa 2 : 1 zu recken, um auf diese Weise eine biaxiale molekulare
Orientierung zu erreichen. Die Folie kann einlagig
sein, wie sie beispielsweise durch Gießen des Kunstharzextrudats
auf eine Abkühlwalze erzeugt wird, oder es kann
eine schlauchförmige Struktur nach dem Folienblasverfahren
hergestellt werden, bei dem das Recken in der Querrichtung
durch den Gasinnendruck erreicht wird. Vorzugsweise betragen
die Reckverhältnisse in der Laufrichtung und quer dazu
mindestens etwa 3 : 1, insbesondere mindestens etwa 4 : 1 in
einer oder beiden Richtungen.
In besonders bevorzugten Verbundfolien enthält
die zweite Schicht ein EVA-Copolymerisat oder ein dieses
Copolymerisat enthaltendes Gemisch, ein Polyolefin oder
ein Polyamid. Im allgemeinen ist die Trägerfolie aus dem
Polyamid und EVOH beidseitig mit dem gleichen zweiten Kunstharz
beschichtet. EVA bedeutet Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat.
Äthylen-Vinylalkohol-Copolymerisate für die Zwecke der Erfindung
enthalten im allgemeinen mindestens etwa 55 und
bis zu 80 Gewichtsprozent Vinylalkohol-Grundbausteine. Die
bevorzugten Copolymerisate enthalten etwa 60 bis 75 Gewichtsprozent
Vinylalkohol-Grundbausteine. Der Rest des
Copolymerisats besteht im wesentlichen aus Äthylen-Grundbausteinen.
Da diese Copolymerisate durch Hydrolyse von
Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisaten hergestellt werden,
enthalten diese Copolymerisate gewöhnlich auch noch Vinylacetat-
Grundbausteine. Normalerweise beträgt ihr Anteil weniger
als etwa 3 Gewichtsprozent, vorzugsweise weniger als 1,5
Gewichtsprozent. Die EVOH-Copolymerisate haben im allgemeinen
ein Molekulargewicht von etwa 20 000 bis 30 000.
Dies entspricht einem Schmelzindex von etwa 9 bis 1,5.
Der Schmelzindex für diese Kunstharze wird nach der ASTM-
Prüfnorm D-1238, Verfahren E oder L, unter Verwendung eines
Gewichts von 2160 g und bei einer Temperatur von entweder
190°C oder 210°C bestimmt. Im allgemeinen haben die Copolymerisate
eine Dichte von etwa 1,1 bis 1,2, und ihre
Schmelzpunkte liegen im allgemeinen bei etwa 160 bis 190°C.
Ihre Verarbeitungstemperaturen liegen bei etwa 205 bis 250°C,
vorzugsweise bei etwa 220 bis 235°C. Die Abbautemperatur
von EVOH-Copolymerisaten liegt im allgemeinen bei etwa 235°C.
Dieser Wert hängt jedoch von der Verweilzeit und deren Wirkung
auf den Abbau ab. Spezielle EVOH-Copolymerisate, die
sich für die Zwecke der Erfindung eignen, werden von der
Firma Kuraray und Nippon Gohsei unter der Bezeichnung EP-E
und EP-F bzw. GL-D und GL-E in den Handel gebracht. Die
Typen EP-E und EP-L enthalten etwa 45 bzw. 35 Gewichtsprozent
Äthylen-Grundbausteine, und sie haben einen Schmelzindex
(bestimmt bei 190°C) von 5,8 bzw. 1,5. Die Typen GL-D
und GL-E enthalten 29 bzw. 40 Gewichtsprozent Äthylen-Grundbausteine
und sie haben einen Schmelzindex (bestimmt bei
210°C) von 7,4 bzw. 8,0.
Für das Kunstharzgemisch
der Schicht (b) können praktisch alle hochmolekularen, verhältnismäßig hochschmelzenden,
filmbildenden Polyamide verwendet
werden. Vorzugsweise können Polykondensationsharze,
wie Nylon 66 verwendet werden, doch ist für die meisten
Zwecke die Verwendung des Additionspolymers Nylon 6 bevorzugt.
Diese Polyamide haben ein Molekulargewicht
von 20 000 bis 30 000 und eine Schmelzpunktstemperatur
von etwa 212 bis 227°C. Für zahlreiche Fälle ist
eine Schmelzpunktstemperatur von etwa 220°C optimal. Diese
Polyamide werden normalerweise bei Temperaturen von etwa
265 bis 285°C verarbeitet. Eine Verarbeitung bei den niedrigeren
Temperaturen wird dadurch ermöglicht, daß man
den Kunstharzen ein Mittel einverleibt, das als wirksamer
Weichmacher für das filmbildende Polyamid dient. Einige der
verwendbaren Weichmacher sind bisher nicht als Weichmacher
im üblichen Sinn angesehen worden, doch haben sie in den
erfindungsgemäß verwendeten Kunstharzmassen diese Wirkung.
Mit anderen Worten, die Weichmacher sind zu einer intermolekularen
Wasserstoffbrückenbindung in der Lage und sie
stören die Kristallinität in der Polyamidstruktur. Auf
diese Weise wird die Verarbeitungstemperatur signifikant
vermindert. Dies hat zur Folge, daß filmbildende Polyamide,
die normalerweise bei Temperaturen von etwa 265 bis 285°C
verarbeitet werden, nunmehr bei beträchtlich niedrigeren
Temperaturen verarbeitet werden können, und zwar in einem
Temperaturbereich, bei dem auch die EVOH-Copolymerisate
ohne signifikanten Abbau sich verarbeiten lassen. Insbesondere
sind die weichgemachten filmbildenden Polyamide
bei Temperaturen von etwa 205 bis
250°C, vorzugsweise bei etwa 220 bis 235°C, mit den EVOH-Copolymerisaten
verarbeitbar.
Ebenfalls verwendbare
Copolyamide sind Nylon 6,12, Nylon 6,36 und
Nylon 6,66.
Dabei besitzt das Copolyamid eine Schmelzpunktstemperatur
von unterhalb etwa 205°C. Beispiele
für Handelsprodukte dieser Art sind Ultramid® KR 4600
(BASF), Novamid® 2030 (Mitsubishi Chemical Co.) und Durethane®
(Farbenfabriken Bayer AG.). Bei allen diesen Copolyamiden
handelt es sich vermutlich um Nylon 6,66, wobei
die entsprechenden Bestandteile des Copolyamids in einer
Menge von etwa 85 bzw. 15% vorliegen. Beispiele für geeignete
Polyamid-Gemische werden von der Firma Unitika
unter der Bezeichnung "1030" und von der Firma du Pont
unter der Bezeichnung "Zytel® Supertuff® 811" in den Handel
gebracht. Es handelt sich anscheinend um Gemische von
Nylon 6 mit einem Polyolefin. Geeignete Blockcopolyamide
werden von der Firma Chemische Werke Hüls unter der Bezeichnung
"4018" und von der Firma Emser unter der Bezeichnung
"Ely®1256" in den Handel gebracht. Es handelt sich
anscheinend um Polymere aus Nylon 12 mit Polyätherblöcken.
Diese Polyamide können in praktisch jedem Mengenverhältnis
mit hochschmelzenden Polyamiden, wie Nylon 6, gemischt
werden. Im allgemeinen erhält man aus Gemischen von
EVOH-Copolymerisaten mit den Polyamid-Gemischen, den Copolymerisaten
und den niedrigschmelzenden Polyamiden,
wenn sie in Mengen von mehr als 25% des gesamten Polyamidgehalts
des Gemisches eingesetzt werden, weiche Folien, die
eine hohe Beständigkeit gegen das Einschneiden durch Metallklammern
und die Bildung von Schrumpflöchern haben.
Deshalb sind diese Kunstharzgemische besonders geeignet
zur Herstellung von Schrumpffolien bzw. Schrumpfbeuteln
zum Verpacken von Frischfleisch.
Die Menge des verwendeten Weichmachers kann in einem verhältnismäßig
breiten Bereich liegen. Es genügen bereits
2%, und es können bis zu 25%, bezogen auf das Gewicht des
Polyamids, verwendet werden. Zur Erzielung guter Ergebnisse
ist es häufig erforderlich, mehr als 2% des Weichmachers
einzusetzen. Die bevorzugte untere Grenze für die Gemische
liegt bei 5 Gewichtsprozent Weichmacher, bezogen auf das
Gewicht des Polyamids. Mehr als etwa 15 Gewichtsprozent
Weichmacher haben häufig nur eine geringe weitere Verbesserung
hinsichtlich der Verarbeitbarkeit der Kunstharzgemische
zur Folge. Aus diesem Grunde ist diese Konzentration
in einigen Fällen der bevorzugte obere Wert. Die verwendete
Menge an Weichmacher hängt in jedem Fall von einer
Anzahl von Faktoren ab, einschließlich der Zusammensetzung
des filmbildenden Polyamids, der Art des Weichmachers
und der Verarbeitungstemperatur.
Die erfindungsgemäß bevorzugten Weichmacher fallen in
drei Hauptkategorien, nämlich die langkettigen Fettsäureamide
mit 16 bis 18 Kohlenstoffatomen in der Kette, die
aromatischen Sulfonamide sowie die Polyamide und Copolyamide
mit Schmelzpunktstemperaturen von unterhalb etwa
205°C. Innerhalb dieser Kategorien sind die besonders bevorzugten
Weichmacher Lauramid, o,p-Toluolsulfonamid,
N-Äthyl-o,p-toluolsulfonamid (die beiden Sulfonamide sind
Gemische der ortho- und para-Isomeren) und Polyamide, wie
Nylon 6,36, Nylon 11 und Nylon 12, mit Molekulargewichten
von etwa 7000 bis 10 000. Weitere geeignete Weichmacher
sind Nylon 11 und Nylon 12 mit einem Molekulargewicht von
etwa 25 000 und einer Schmelzpunktstemperatur von etwa 188
bzw. 175°C, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol, Cumylphenylbenzoat
sowie ein von der Firma Paul and Stein Brothers,
New York, N. Y., V. St. A., unter der Bezeichnung "Stysolak
AW" verkauftes Produkt, das als Polyäthylenoxid bezeichnet
wird. Aufgrund der vorstehenden Ausführungen lassen sich
noch weitere Weichmacher auswählen. Die beiden aromatischen
Sulfonamid-Verbindungen werden von der Firma Monsanto Chemical
Company unter der Bezeichnung "Santicizer 9 bzw. 8"
verkauft.
Zur Herstellung der Kunstharzgemische
ist es im allgemeinen erwünscht, den Weichmacher
mit dem filmbildenden Polyamid zu mischen. Je nach dem,
ob der Weichmacher ein Feststoff oder eine Flüssigkeit ist,
kann dies in einem Mischextruder durchgeführt werden. Im
allgemeinen ist es besonders zweckmäßig, aus dem weichgemachten
Polyamid ein Granulat herzustellen, das sodann mit
Granulat aus dem EVOH-Copolymerisat z. B. in einem Bandmischer
vermischt wird, bevor das Gemisch zur Folienherstellung
in den Extruder eingespeist wird.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundfolien kann in an sich bekannter Weise
erfolgen, z. B. durch Gießen oder nach dem Folienblasverfahren.
Die erfindungsgemäß verwendeten Kunstharzgemische
werden mit Kunstharzen
anderer Zusammensetzung gemeinsam extrudiert, um Folienmaterial für bestimmte
Anwendungszwecke zu erhalten, beispielsweise um bestimmte
Eigenschaften zu verstärken oder Eigenschaften zu erreichen,
die Folien aus dem Kunstharzgemisch nicht zeigen.
Beispielsweise ist es zur Herstellung von Verpackungsmaterial,
das bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen
thermisch schweißbar ist, erwünscht, eine Schicht aus EVA
oder einem ionomeren Kunstharz, z. B. dem von der Firma
du Pont in den Handel gebrachten Kunstharz Surlyn, auf mindestens
einer Seite der Folie vorzusehen. In diesem Zusammenhang
muß betont werden, daß aufgrund der Anwesenheit
von Polyamid im Kunstharzgemisch es möglich ist, eine ausreichende
Haftung zwischen der Trägerfolie und der EVA-
oder Surlyn-Schicht ohne zusätzliche Verwendung eines
Klebstoffes zu erreichen. Dies läßt sich im allgemeinen
bei Folien aus EVOH-Copolymerisaten nicht erreichen. In
denjenigen Fällen, in denen eine Klebstoffschicht verwendet
wird, bieten die erfindungsgemäß verwendeten Kunstharzgemische
beträchtliche Vorteile, da die Haftung beträchtlich
verstärkt ist.
Aus den US-PSen 42 33 367, 42 39 826 und 42 54 169 ist eine
Anzahl von extrudierbaren Klebstoffen bekannt, die für die
vorstehend erwähnten Zwecke geeignet sind. Typisch sind
die von der Firma Chemplex Company unter der Bezeichnung
PLEXAR verkauften Produkte, die in den US-PSen 40 87 587
und 40 87 588 beschrieben sind, sowie die von der Firma
U. S. Industrial Chemicals Company unter der Bezeichnung
S-2037 und S-2038 verkauften Produkte, die in der US-PS
42 39 826 beschrieben sind. In allen Fällen können diese
Klebstoffe entweder als Anhydrid-modifizierte Polyolefine
oder partiell verseifte Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate
bezeichnet werden. Andere geeignete Klebstoffe werden von
der Firma Norchem Company unter der Bezeichnung 2910 und
von der Firma du Pont unter der Bezeichnung CXA 3101 in den
Handel gebracht. In beiden Fällen handelt es sich um Carbonsäureester-
Copolymerisate.
Andere Kunstharze können ebenfalls benachbart zu der Trägerschicht
aus dem Gemisch aus dem Polyamid und dem EVOH-Copolymerisat
verwendet werden. Es werden Verbundfolien mit
erwünschten Eigenschaften für spezielle Anwendungszwecke
erhalten. Diese Verbundfolien können eine Zwischenschicht
aus einem Klebstoff aufweisen. Eine besonders geeignete Verbundfolie
besteht aus einer Innenschicht aus einem Gemisch
eines Copolyamids, wie Ultramid, in einem Anteil von etwa
20 bis 30% und einem EVOH-Copolymerisat in einem Anteil von
etwa 80 bis 70%, sowie Außenschichten von Nylon 6. Die
Außenschichten liefern jeweils etwa 40% der Dicke der Verbundfolie,
während die Innenschicht bzw. Trägerschicht 20%
zur Dicke der Verbundfolie beiträgt. In einer derartigen
Verbundfolie ist keine Klebstoffschicht erforderlich.
Die Verbundfolie hat vorzugsweise eine anfängliche Gesamtdicke
von etwa 0,15 bis 0,51 mm. Nach biaxialem Recken
beträgt die Dicke etwa 0,01 bis 0,32 mm. Das Reckverhältnis
beträgt in jeder Richtung etwa 4 : 1. Für diesen Zweck
können übliche Reckvorrichtungen für Polyamidfolien verwendet
werden. Diese Verbundfolien sind besonders geeignet
zum Verpacken von Käse. Sie ersetzen die mit Saran beschichteten
Polyamidfolien, wie sie zur Zeit für diesen Zweck
eingesetzt werden. Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen
Verbundfolien ist darin zu erblicken, daß sie unmittelbar
als dreischichtige Struktur coextrudiert werden
können. Hierdurch entfällt das aufwendige nachträgliche
Beschichten bzw. Kaschieren von Saran auf die Polyamid-Trägerfolien.
Erfindungsgemäß sind noch andere Kunstharzkombinationen
für Verbundfolien möglich, beispielsweise eine Verbundfolie
mit einer Trägerfolie aus dem erfindungsgemäßen Kunstharzgemisch
Und mit Polyolefin-Schichten. Typische verwendbare
Polyolefine sind Polyäthylen hoher Dichte, Polyäthylen niedriger
Dichte, lineare Äthylen-Polymerisate und Copolymerisate
niederiger Dichte, Polypropylen und Äthylen-Propylen-
Copolymerisate. Bei derartigen Verbundfolien werden häufig
Klebstoffschichten aus einem Klebstoff der vorstehend beschriebenen
Art verwendet. Im übrigen ist ersichtlich, daß
die Zahl der Schichten, aus denen die Verbundfolien bestehen,
nur durch praktische Gesichtspunkte beschränkt ist.
Es lassen sich Verbundfolien mit sieben oder mehr Schichten
herstellen.
Die molekulare Orientierung der Folien der Erfindung kann
nach üblichen Methoden erfolgen, die in beträchtlichem Ausmaß
von der Struktur der Folie und der Art der Bestandteile
abhängt. Bei Verwendung eines Polyamids verhältnismäßig
hoher Viskosität oder bei Verwendung einer Verbundfolie
beispielsweise erfolgt das Extrudieren der Folie und die
Orientierung normalerweise nach der sogenannten Doppelblasenmethode
(double bubble). Bei dieser
Methode kann die Folie nach abwärts durch eine Ringdüse
in Form eines Schlauchs geführt und in einen mit Wasser gefüllten
Kühltank geführt werden. Im allgemeinen wird die
äußere Oberfläche ebenfalls durch Wasser gekühlt. Das abgeflachte
Band wird aus dem Kühlbad entnommen, normalerweise
in einem zweiten Wasserbad erneut auf die Orientierungstemperatur
erhitzt, in der Längsrichtung zwischen zwei
Walzengruppen gereckt, deren letzte mit erhöhter Geschwindigkeit
läuft, und gleichzeitig in der Querrichtung als
Blase gereckt, die zwischen den Walzenspalten der Walzengruppe
gereckt, die zwischen den Walzenspalten der Walzengruppe
eingefangen ist. In üblicher Weise wird die Folie
gewöhnlich in der Orientierungszone durch Luft gekühlt.
Einer der wesentlichen Vorteile bei Verwendung der Gemische
aus dem filmbildenden Polyamid und dem Äthylen-Vinylalkohol-
Copolymerisat stellt sich im Zusammenhang mit dem Orientierungsverfahren
ein. Folien aus EVOH-Copolymerisaten sind
nach dem Extrusionsblasverfahren sehr schwierig herzustellen
und zu orientieren, weil das EVOH-Copolymerisat sehr
empfindlich auf die Verarbeitungsbedingungen reagiert. Die
Instabilität der Blase hat die Dicke der herzustellenden
Folien stark eingeschränkt. In der Tat hat man davon abgesehen,
dieses Verfahren zur Herstellung von Folien aus
EVOH-Copolymerisaten überhaupt anzuwenden. Der schwierigste
Faktor war die Steuerung der Temperatur, die beim Wiedererhitzen
erforderlich ist, um eine ausreichende Beständigkeit
gegen ein Aufreißen oder Platzen der Blase unter
dem erforderlichen Innenluftdruck zur befriedigenden Orientierung
der Folie zu erreichen. Andererseits ist es bei den
erfindungsgemäß verwendeten Gemischen aus dem Polyamid und
EVOH-Copolymerisaten möglich, den Bereich der Parameter,
unter denen das Extrudieren und die Orientierung durchgeführt
werden kann, beträchtlich zu erweiteren. Erst dadurch
ist es möglich, orientierte Folien, die EVOH-Copolymerisate
enthalten, in wirtschaftlicher Weise nach dem vorstehend
beschriebenen Verfahren herzustellen.
Normalerweise erhöhen die benachbarten Schichten die Zähigkeit und Festigkeit
und stützen auf diese Weise die Blase ab, so
daß sie dem Innendruck besser widersteht.
Eine uniaxiale Orientierung läßt sich nach den in den
US-PSen 31 94 863 und 35 04 075 sowie der US-reissue PS
27 404 beschriebenen Verfahren erreichen. Die Wahl des jeweils
verwendeten Orientierungsverfahrens hängt von der
Zusammensetzung und der Art der herzustellenden Folie ab.
Das Reckverhältnis beträgt mindestens 2 : 1, und vorzugsweise
liegt es höher, um beste Ergebnisse durch die Orientierung
zu erzielen. Es ist ersichtlich, daß der Orientierungsgrad
umso höher ist, je stärker die Reckung erfolgt. Umso stärker
werden auch die Effekte der Orientierung sein. Bei höheren
Reckverhältnissen werden dünnere Folien erhalten, was
wirtschaftlicher ist.
Ein überraschendes Ergebnis im erfindungsgemäßen Verfahren
ist das Ausmaß, mit dem die Gemische aus dem Polyamid und
dem Äthylen-Vinylalkohol-Copolymerisat gereckt und molekular
orientiert werden können. Es ist bekannt, daß Polyamide
allein normalerweise ein maximales Reckverhältnis von etwa
4 : 1 aushalten. Folien der Erfindung dagegen können noch wesentlich
höhere Reckverhältnisse ohne Schaden überstehen.
Im Hinblick auf die Schwierigkeit der Verarbeitung und
Orientierung von EVOH-Copolymerisaten war es nicht zu erwarten,
daß Gemische, die erhebliche Mengen dieses Copolymerisats
enthalten, sich mindestens ebenso gut wie Polyamide
recken lassen.
Es ist darauf hinzuweisen, daß im Anschluß an die molekulare
Orientierung die Folien der Erfindung gegebenenfalls
in der Wärme fixiert werden können. Dies kann in gleicher
Weise wie bei der Herstellung orientierter Folien aus Polyamiden
erfolgen. Dies hat zur Folge, daß die erhaltenen
Folien gegebenenfalls in der Wärme schrumpfen. Es ist auch
bekannt, daß die Orientierung bei einer Temperatur unterhalb
des Schmelzpunktes der Folie und oberhalb ihrer Glasübergangstemperatur
durchgeführt werden muß. Da die Folien
der Erfindung ein Gemisch aus einem Polyamid und einem
EVOH-Copolymerisat enthalten, läßt sich der Temperaturbereich,
in welchem die Orientierung besonders günstig
durchgeführt werden kann, nur schwierig genau bestimmen
oder vorhersagen. Dieser Parameter wird deshalb normalerweise
durch Vorversuche bestimmt. Beispielsweise liegen
typische Orientierungstemperaturen im Bereich von etwa 75
bis 150°C.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß das Mengenverhältnis
von EVOH-Copolymerisat zu Polyamid in den Gemischen
einen beträchtlichen Einfluß auf die Art der erhaltenen
Folien ausübt. Bei höherem Anteil des EVOH-Copolymerisats
ist die Sauerstoff-Dichtigkeit erhöht. Zugfestigkeit, Reißfestigkeit
und Schlagfestigkeit sowie die Klebeeigenschaften
nehmen im allgemeinen, jedoch überraschenderweise
nicht immer, mit zunehmendem Gehalt an Polyamid zu, und
dementsprechend vermindern sich die Kosten des Kunstharzgemisches.
Hinsichtlich der Sauerstoff-Dichtigkeit wird
nur eine geringe Verbesserung erreicht, bis die Konzentration
des EVOH-Copolymerisats im Gemisch etwa 20% erreicht.
Dieser Wert stellt deshalb den bevorzugten unteren Grenzwert
der verwendeten Menge an Copolymerisat dar. Zur Herstellung
einiger Folien können jedoch auch nur 10 Gewichtsprozent
EVOH-Copolymerisat verwendet werden. Andererseits
werden die Struktureigenschaften des Äthylen-Vinylalkohol-
Copolymerisats nicht wesentlich verbessert, wenn nicht
mindestens etwa 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht,
eines filmbildenden Polyamids eingemischt
werden. Dieser Wert ist dementsprechend der praktische
untere Grenzwert der Menge an Polyamid. In diesem Zusammenhang
muß jedoch betont werden, daß der Zusatz des Polyamids
in praktisch jeder Konzentration eine günstige Wirkung
auf die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zur Herstellung
der Folien und ihre molekulare Orientierbarkeit hat.
Ein weiteres überraschendes Merkmal der Folien der Erfindung
ist darin zu erblicken, daß bis zu etwa 30 Gewichtsprozent
des Polyamids dem Gemisch einverleibt werden können,
ohne die Sauerstoff-Dichtigkeit des EVOH-Copolymerisats
signifikant zu vermindern. Dabei spielt die Art des
verwendeten Polyamids oder des Weichmachers im allgemeinen
keine Rolle. Schließlich wird durch die Einverleibung des
Polyamids eine signifikante Verminderung der Feuchtigkeitsempfindlichkeit
der Folien im Vergleich zu Folien aus
einem EVOH-Copolymerisat erreicht. Dies ist unerwartet im
Hinblick auf die bekannte Feuchtigkeitsempfindlichkeit der
Polyamide. Der Effekt ist besonders merklich bei EVOH-Copolymerisaten
mit verhältnismäßig hohem Anteil an Vinylalkohol-
Grundbausteinen.
Die Beispiele erläutern die Erfindung.
Beispiel 1
Nylon 6 mit einem Molekulargewicht von etwa 25 000 und
einer Schmelzpunktstemperatur von etwa 220°C wird bei etwa
220 bis 230°C mit entweder 5 Gew.-% des Isomerengemisches von o- und p-Toluolsulfonamid
(SANTICIZER® 9)
oder mit einem
50 : 50 oder 76 : 24 Gemisch von Nylon 6 und Nylon 12 mit
einem Molekulargewicht von etwa 25 000 und einer Schmelztemperatur
von etwa 230°C weichgemacht.
Daraus werden Polyamid-Vorgemische hergestellt
und mit dem EVOH-Copolymerisat vermischt. Als EVOH-Copolymerisat
wird die Type Kuraray EP-E verwendet.
Es werden drei
Gemische A, B und C durch Vermischen des EVOH-Copolymerisats
mit dem extern weichgemachten Polyamid im Mengenverhältnis
50 : 50, 70 : 30 und 90 : 10 hergestellt. Ein viertes
und fünftes Gemisch D und E wird durch Vermischen des
EVOH-Copolymerisats mit dem Polyamid-Polyamid-Weichmacher-
Vorgemisch im Mengenverhältnis 60 : 40 (unter Verwendung des
50 : 50-Polyamidgemisches) und eines Mengenverhältnisses von
25 : 25 (unter Verwendung des 76 : 24-Polyamidgemisches) hergestellt.
Jedes dieser Gemische wird gemeinsam mit einem EVA-Gemisch
unter Bildung einer dreischichtigen Verbundfolie gemeinsam
extrudiert. Das Gemisch aus Polyamid und EVOH-Copolymerisat
stellt die Innenschicht zwischen den beiden Schichten
aus dem EVA-Gemisch dar. Das EVA-Gemisch ist ein 40 : 60-
Gemisch aus UE 80 159 (12% VA-Einheiten) und NA 80 479
(4,5% VA-Einheiten). Beide Typen werden von der Firma
U. S. Industrial Chemicals Co. verkauft. Das Extrusionsblasverfahren
und die biaxiale Orientierung werden nach der
Doppelblasenmethode durchgeführt. Die Innenschicht wird bei
einer Temperatur von etwa 226 bis 238°C zu einem Band mit
einer Dicke von etwa 0,51 mm extrudiert. Dieses Band wird
in Wasser auf etwa 38°C abgekühlt und danach in einem Wasserbad
wieder auf etwa 99°C erhitzt. Bei dieser Temperatur
wird das Band gereckt und geblasen bei Reckverhältnissen
von etwa 3 : 1 und 3,5 : 1. Die Dicke der Einzelschichten der
Verbundfolie wird bestimmt, und die Folien werden auf
Festigkeit und Sauerstoff-Dichtigkeit geprüft.
Die Folie aus dem Gemisch A hat ein Schichtprofil (von innen
nach außen; EVA/Kern/EVA) von 0,0495/0,0051/0,0185 mm
und eine Sauerstoffdurchläsigkeit von etwa 319 cm³/m²/24 h/23°C
und 100% relativer Feuchtigkeit. Zur Bestimmung
wird ein MoCon-Sauerstoffanalysegerät mit feuchten Kissen
benachbart zur Probe benutzt. Dies entspricht einer Durchlässigkeitsgeschwindigkeit
von etwa 64 cm³/0,025 mm Dicke
des Kerns (Innenschicht). Ähnliche Bestimmungen an Folien
aus den Gemischen B, C, D und E (mit den Schichtenprofilen
0,0445/0,0061/0,017, 0,04214/0,0056/0,0135, 0,049/0,0041/0,017
und 0,034/0,0041/0,0135 mm) zeigen Sauerstoffdurchlässigkeitswerte
für die Verbundfolie und für den Kern
(Innenschicht) von 179/43, 106/23,3, 254/40,6 bzw.
154/24,6 cm³. Demgegenüber zeigen ähnliche Folien mit
Innenschichten aus dem EVOH-Copolymerisat bzw. dem Polyamid
pro 0,025 mm Innenschicht Durchlässigkeitswerte von
19,5 bzw. 145,5 cm³ unter den gleichen Bedingungen
und ausgedrückt in den gleichen Einheiten. Darüber
hinaus sind die Sauerstoffdurchlässigkeitswerte ähnlich
verbessert bei 0% relativer Feuchtigkeit (23°C). Die Folie
aus dem Gemisch E beispielsweise zeigt eine Sauerstoffdurchlässigkeit
pro 0,025 mm Innenschicht von 4,6 cm³
im Vergleich zu Sauerstoffdurchlässigkeitswerten von 1,9
bzw. 54,5 cm³ für die Folie aus dem EVOH-Copolymerisat
bzw. dem Polyamid.
Obwohl die Werte von den Mengenanteilen an EVOH-Copolymerisat
und Polyamid in der Innenschicht abhängen, sind
die Zugfestigkeit und die Zugenergieabsorption der Folien
der Erfindung im allgemeinen signifikant höher (sowohl in
der Längsrichtung als auch in der Querrichtung) als bei den
Folien, die nur das EVOH-Copolymerisat in der Innenschicht
enthalten. Die Zugfestigkeit in der Längsrichtung (Laufrichtung)
ist im allgemeinen besser bei Folien mit dem Polymergemisch
als Innenschicht als bei Folien mit einem
Polyamid als Innenschicht. Im allgemeinen sind sie mindestens
gleich in der Querrichtung. Bezogen auf 0,025 mm sind
die Gesamtenergie-Schlagzähigkeiten der Folien der Erfindung
(gemessen bei 23°C im Fallbolzentest) besser als bei
den Folien, deren Innenschicht aus einer einzigen
Komponente besteht. Die Schlagzähigkeiten sind erheblich
besser im Vergleich zu den Werten bei Folien aus nichtmodifizierten
EVOH-Copolymerisaten. Schließlich sind die
Trübungswerte und Glanzwerte sämtlicher Folien etwa gleich.
Beispiel 2
Gemäß Beispiel 1 werden drei weitere Folien aus den im folgenden definierten Gemischen
F, G und H hergestellt. Für die Innenschicht wird
ein 90 : 10 Gemisch aus EVOH-Copolymerisat und Polyamid
(GL-D und ULTRAMID) als Gemisch F, ein 50 : 50 Gemisch von EVOH-Copolymerisat der Type Kuraray EP-E und Polyamid der Type UNITIKA
1030 als Gemisch G sowie ein 50 : 50 Gemisch aus EVOH-Copolymerisat der Type Kuraray EP-E und Polyamid der Type Hüls 4018 als Gemisch H hergestellt.
Die Folien aus den Proben F, G und H haben Schichtprofile
(EVA/Kern/EVA) von 0,053/0,0038/0,017, 0,036/0,0056/0,015 bzw. 0,045/0,0046/0,015 mm. Bezogen auf eine Innenschichtdicke
von
0,025 mm zeigen sie eine Sauerstoffdurchlässigkeit bei
23°C und 100% relativer Feuchtigkeit von 91,3, 74,6 bzw.
39,4 cm³/m²/24 h. Besonders bemerkenswert ist der Sauerstoffdurchlässigkeitswert
der Folie aus der Probe F gegenüber
einem Sauerstoffdurchlässigkeitswert bezogen auf
0,025 mm für eine vergleichbare Folie, die jedoch nur das
GL-D-Kunstharz in der Innenschicht enthält, der oberhalb
etwa 150 cm³ unter den gleichen Bedingungen liegt.