DE3236660A1

DE3236660A1 - Waermeschrumpfbare, orientierte, dreischichtige folien

Info

Publication number: DE3236660A1
Application number: DE19823236660
Authority: DE
Inventors: Joseph Ching-Hsiang Neenah Wis. Hsu; Donald W. 54956 Neenah Wis. Vought; George H. 54952 Menasha Wis. Walbrun
Original assignee: American Can Co 06830 Greenwich Conn; American Can Co
Current assignee: Rexam Beverage Can Co
Priority date: 1981-10-05
Filing date: 1982-10-04
Publication date: 1983-04-21
Anticipated expiration: 2002-10-05
Also published as: DE3236660C2; US4501779A

Description

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Wärmeschrumpfbare Kunststoffolien werden in großem Umfang zum Verpacken von Lebensmitteln verwendet. Die Erfindung betrifft Verbesserungen derartiger wärmeschrumpfbarer Folien. Die Kunststoffolien werden im allgemeinen bei der Verpackung von Lebensmitteln als wärmeschrumpfbare Kunststoffbeutel mit einem offenen Ende verwendet, das nach dem Einfüllen des Produktes verschlossen wird. Im allgemeinen wird der Schrumpfbeuten nach dem Einfüllen des Produktes evakuiert, das offene Ende des Beutels beispielsweise durch Heißsiegeln verschlossen und schließlich das Ganze einer Wärmebehandlung unterworfen, z.B. mit heißem Wasser, um das Schrumpfen der Folie um den verpackten Gegenstand zu bewirken.

Um einen Schrumpfbeutel erfolgreich auf den Markt zu bringen, muß dieser einer Vielzahl von Anforderungen genügen, die sowohl vom Beutelhersteller als auch vom Verbraucher gefordert werden. Für den Verbraucher steht im Vordergrund die Eignung

des Schrumpfbeuteis, den Arbeitsvorgängen des Abfüllens beim d_ec unversehrt

Verpacken,/Evakuierens, Verschließens und Wärmeschrumpfens/

überzu/stehen. Auch muß der Kunststoffbeutel genügend stark sein, um die anschließende Handhabung auf dem Vertriebsweg unbeschädigt zu überstehen.

Der Hersteller der Kunststoffbeutel ist an einem Produkt interessiert, das konkurrenzfähig mit herkömmlichen Anlagen, beispielsweise wie in der US-PS 4 161 562 beschrieben, hergestellt werden kann, und dabei gleichzeitig den Anforderungen der Verbraucher genügt. Das Material, aus dem die Beutel gefertigt sind, soll leicht extrudierbar sein und sich orientieren (recken) lassen. Für eine leistungsfähige Folienproduktion soll ein ausreichender Spielraum für die Verfahrensparameter bestehen. Die Recktemperatur sollte nicht zu

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hoch liegen, so daß der Verbraucher die Schrumpfung in wirtschaftlicher Weise durchführen kann.

Die bekannten Schrumpfbeutel werden im allgemeinen aus Schichten hergestellt, die vorwiegend aus gegebenenfalls vernetzten Äthylenvinylacetat (EVA)-Copolymerisäten bestehen; in einigen Fällen enthalten diese Beutel eine Schicht aus Viny-· lidenchlorid-Copolymerisat. Die Verwendung von Strukturen, die vorwiegend aus EVA bestehen, ist jedoch nicht immer wünsehenswert.

Es ist offensichtlich, daß die Verfahrensmaßnahmen des Rekkens und späteren Schrumpfens die Folie stark beansprucht. Zwischen den Verfahrensschritten des Reckens und Schrumpfens kann die Folie durch zahlreiche Handhabungen der Umgebung, der sie ausgesetzt ist, ziemlich harten Prüfungen auf ihre physikalische Widerstandsfähigkeit ausgesetzt sein. So muß beispielsweise mit der Möglichkeit gerechnet werden, daß die Folie in einem geschlossenen Lastwagen unter starker Sonnenbestrahlung transportiert wird. Der Beginn .des Schrumpfens darf daher nicht bei zu niedrigen Temperaturen einleitbar sein.

Für bestimmte Zwecke soll die Schrumpfkraft der Schrumpfbeutel niedriger als üblich sein, ohne daß der Umfang des Schrumpfens leidet. Beispielsweise verursacht beim Verpacken von Käse in Blockform starke Schrumpfkraft abgerundete Ecken des weichen Produktes. Gleichzeitig ist die Aufrechterhaltung des Schrumpfungsgrads von Wichtigkeit, damit die Folie das Produkt/umschließt.

Bei der Herstellung von Kunststoffbeuteln werden diese häufig auf Walzen mit Klebestreifen gebracht; beim Gebrauch kann dann ein Beutel jeweils durch kräftiges Abreißen von den KIe-

bestreifen entnommen werden. Die Adhäsion zwischen den Schichten im Schichtenverbund des Beutels muß daher stark ge-

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nug sein, damit die Schichten des Beutels während des Abreißens aneinander haften bleiben und der Aufbau des Schichtverbundes erhalten bleibt. Der Kunststoffbeutel soll ausgewogene Eigenschaften bezüglich der Heißversiegelung aufweisen, so daß diese unter Bedingungen erfolgen kann, die für industrielle Verfahren üblich sind, ohne daß schadhafte Versiegeungen oder Zerstörungen auftreten. Darüberhinaus müssen die Schrumpfbeutel ohne weiteres·, flach in einem Behälter, beispielsweise einem Karton, zum Versand verpackt werden können, ohne daß ein Aufbiegen oder Faltenbildung der Beutel auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, neue, wärmeschrumpfbare Folien mit einer verbesserten regulierten Schrumpfkraft zur Verfügung zu stellen, wobei gleichzeitig ein hoher Grad an Schrumpffähigkeit erhalten bleiben soll. Gleichzeitig sollen die Folien hitzebeständig sein und gute Eigenschaften hinsichtlich der Hitzeversiegelung und der strukturellen Kohäsion aufweisen. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger schlauchförmiger Folien zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Kontrolle über den Schrumpfprozess erlauben und die gute Eigenschaften für die Heißversiegelung aufweisen.

Diese Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst.

Die Erfindung betrifft somit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Gegenstand.

in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der EVA-Gehalt des Gemisches (c) bei etwa 15 bis 20 Gewichtsprozent und der Vinylacetatgehalt des EVA-Copolymerisats bei 22 bis 33 Gewichtsprozent.

Die Erfindung betrifft auch einen wärmeschrurapfbaren Kunststoff beutel' aus einer dreischichtigen Folie; dabei ist die

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] unter Hitzebehandlung versiegelbare Schicht aus einem Ionomer an der Innenseite der Oberfläche des Beutels angeordnet und wird an den sich gegenüberstehenden Teilen mit sich heiß versiegelt, wenn die Enden des Beutels verschlossen werden sollen. Die aus einem Gemisch bestehende Schicht befindet sich an der Außenseite der Oberfläche des Beutels und kommt während des Heißsiegeins mit den .beheizten Siegelbacken in Berührung.

Wie eingehende Untersuchungen ergaben, genügt eine Kunststoffolie im DreiSchichtenverbund den Anforderungen sowohl des Kunststoffbeutelherstellers als auch des Verbrauchers.

Die innere Schicht des Kunststoffbeutels stellt eine unter Hitzebehandlung versiegelbare Schicht aus einem Ionomer dar. Die mittlere Schicht besteht aus Vinylidenchlorid-Copolymerisat. Die äußere Schicht besteht aus einem Gemisch von einem Ionomer mit einem EVA-Copolymerisat, wobei der Vinylacetatgehalt des gesamten Gemisches mindestens etwa 4,5 Gewichtsprozent des Gemisches beträgt, während der EVA-Gehalt des Gemisches bei nicht mehr als etwa 20 Gewichtsprozent liegt. Aus der Bedingung, daß bei einem Mindestgehalt von 4,5 % Vinylacetat der EVA-Gehalt 20 % nicht übersteigt, ist zu folgern, daß der Vinylacetatgehalt des EVA gleich oder mehr als 22 % beträgt. Vorzugsweise liegt der Vinylacetatgehalt bei mindestens 5 % des Gemisches; somit liegt der übliche Bereich für den Vinylacetatgehalt im EVA-Copolymerisat der Erfindung bei 25 bis 33 % Vinylacetat, wobei ein Vinylacetatgehalt von 33 % der höchstmögliche Gehalt für das Coextrudieren darstellt. Sollte ein Copolymerisat mit einem höheren Vinylacetatgehalt zur Verfügung stehen, so wird auch c ein solches Copolymerisat vorteilhaft für die vorliegende Erfindung verwendet werden können. Bei dem gegenwärtig verfügbaren Copolymerisat mit einem Vinylacetat-Höchstgehalt von 33 % ist ein Minimum von 15 % EVA, bezogen auf das Gemisch, erforderlich. Der gegenwärtig erwünschte EVA-Gehalt

des Gemisches liegt bei 15 bis 20 %, wobei das Copolymerisat vorzugsweise 25 bis 33 % Vinylacetat enthält.

Das Minimalerfordernis von 4,5 % Vinylacetat steht in direkter Beziehung zur Adhäsion zwischen der äußeren Gemischschicht und der mittleren Schicht aus Vinylidenchlorid-Copolymerisat; dabei reichen die: 4,5 % Vinylacetat aus, um den Grad der Adhäsion auf etwa 15,75 g/cm Breite anzuheben, während das reine Ionomer als äußere Schicht eine Adhäsion von etwa 1,575 g/cm Breite verursacht.

Der Maximalgehalt an 20 % EVA wird bestimmt durch die Strukturerfordernisse. In erster Linie ist ein Maximalgehalt an Ionomer '.erwünscht, um der Folie beim Heißsiegelverfahren eine gute Hitzebeständigkeit zu verleihen, so daß eine starke Verschweißung möglich ist, ohne daß Brandlöcher in der Nähe der Heißsiegelzone entstehen. Dazu kommt, daß das EVA-Copolyrcerisat in höheren Mengen mit dem Ionomer nicht compatibel ist und eine trübe Folie ergibt. Schließlich gibt ein

^ Hauptanteil an Ionomer sowohl in der inneren als auch der äußeren Schicht der Folie die erforderliche Ausgewogenheit, so daß sie von sich aus flach liegt und sich nicht aufbiegt, wie das bei einigen Folien der Fall ist, die hohe Anteile an verschiedenen Polymerisaten in ihren gegenüberliegenden Flächen haben.

Die erfindungsgemäßen Folien können zweckmäßigerweise in einer Blasfolienanlage nach der Doppelblasenmethode hergestellt werden. In diesem Verfahren wird die Folie zunächst als dickwandiges, schlauchförmiges Band extrudiert, abgekühlt auf einen Temperaturbereich, der unterhalb der Kristallitschmelzpunkte von allen drei Schichten liegt, anschließend wieder erhitzt und schließlich in Form einer Blase unter Bildung der erfindungsgemäßen Folie gereckt

(orientiert). Dann wird die Folie abgekühlt, wobei die Blase in sich zusammenfällt, und anschließend aufgewickelt.

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Während die Folie über einen weiten Bereich von unterschiedlichen Verfahrensbedingungen hergestellt werden kann, soll die Temperatur beim Wiedererhitzen mindestens 90,56⁰C und nicht mehr als 96,11⁰C betragen. Besonders bevorzugt ist ein Temperaturbereich für das Wiedererhitzen des Bandes von 91,67 bis 95°C.

Beispiel 1
^⁰ Ein schlauchförmiges Band aus einer dreischichtigen Verbund-

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folie mit Seitenwänden von 406,4 μ^Dicke wird durch Coextrudieren durch eine Ringdüse mit 11,5 cm Durchmesser bei 160⁰C hergestellt. Die Breite des zusammengefallenen Bandes beträgt 14,9 cm. Die äußere Schicht des Bandes besteht aus etwa 71,12 feines Gemisches von 20 Gewichtsprozent DuPont Elvax 360 EVA mit einem Vinylacetatgehalt von 25 % und 80 Gewichtsprozent DuPont Surlyn 1601 Ionomer. Die zweite Schicht besteht aus etwa 71,12 μ<'T>ow Saran Vinylidenchlorid-Copolymerisat. Die dritte Schicht besteht aus etwa 264,16 ]im

DuPont Surlyn 1601 lonomer. Das Band wird auf 25⁰C abgekühlt, anschließend wieder auf 91,67°C erhitzt und biaxial im üblichen Blasformverfahren gereckt. Das Aufblähverhältnis beträgt 3,1 : 1. Die Blase wird in der Maschinenrichtung in einem Verhältnis von etwa 2,3 : 1 gereckt; dies erfclgt in der Weise, daß die abwärts in Bezug auf den Blasstrom befindlichen Quetschwalzen das Band in einer Geschwindigkeit ziehen, die 2,3 mal so groß ist wie die Geschwindigkeit mit der die in Bezug auf den Blasstrom aufwärts befindlichen Quetschwalzen das Band passieren lassen. Danach fällt die

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Blase zusammen und das Band wird aufgewickelt.

Es wird eine Folie von einer Dicke von 57,15 μ^erhalten; die unter Hitzebehandlung versiegelbare innere Schicht aus

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Surlyn beträgt 36,83 μ,, die Saran-Schicht 10,16 μ und die

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äußere Schicht des Gemisches aus dem lonomer und dem EVA-Copolymerisat weist eine Dicke von 10,16 μ auf.

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Beispiel -2

Gemäß dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wird eine biaxial gereckte Folie hergestellt, wobei, die Temperatur des Wiedererhitzens 95⁰C beträgt,

Beispiel 3

Gemäß dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren wird eine biaxial gereckte Folie hergestellt, jedoch wird anstelle von 80 % Surlyn 1601 in der dritten Schicht 80 % Surlyn 1652 Ionomer verwendet. -

Beispiel 4 15

Gemäß dem in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren wird eine biaxial gereckte Folie hergestellt, jedoch beträgt die Temperatur des Wiedererhitzens 95°C

Die gemäß den Beispielen hergestellten Folien werden in Vergleichsversuchen mit ähnlichen Folien im Dreischientenverbund auf der Basis von EVA-Copolymerisäten (sowohl vernetzte als auch unvernetzte Folien) in Hinblick auf ihre freie Schrumpfung und Schrumpfkraft untersucht. Die Schrumpfkraft wurde gemäß ASTM D-2838 getestet. Beim Test auf die prozentuale freie Schrumpfung werden quadratische Proben von 100 mm Länge ausgeschnitten und zur Identifizierung in der Vorrichtung in Längsrichtung und Querrichtung markiert. Jede Probe wird zwischen zwei Schutzscheiben gegeben und für 60 Sekunden in heißes Wasser von gegebener Temperatur getaucht. Anschließend werden die Proben aus dem Wasser genommen, getrocknet und in der Vorrichtung sowohl die Längsrichtung als auch die Querrichtung vermessen. Die prozentuale

freie Schrumpfung ergibt sich aus dem in mm gemessenen Umfang der Schrumpfung.

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Die Ergebnisse der prozentualen Schrumpfung und der Schrumpfkraft sind in Tabelle I und II zusammengefaßt. Die wiedergegebenen Zahlen stellen das geometrische Mittel der Messungen dar, wie sie für die Längsrichtung und für die Querrichtung festgestellt wurden.

Tabelle I

Prozentuale freie Schrumpfung

Folie	Schrumpftemperatur
EVA EVA vernetzt Beispiel 1 Beispiel 2 Beispiel 3 Beispiel 4	71,11°C 82,22°C
10 % 25 % 10 % 25 % 26 % 45 % 21 % 43 % 24 % 45 % 20 % 42 %

Tabelle II

Schrumpfkraft, g/cm

	71	Schrumpftemperatur	82	,22⁰C
Folie	83	,1 1 ⁰C	110	,63
EVA	107	,86	107	,48
EVA vernetzt	86	,87	7 4	,02
Beispiel 1	70	,22	62	,20
Beispiel 2	73	,47	67	,32
Beispiel 3	62	,23	62	,99
Beispiel 4	,99

Wie aus Tabelle I hervorgeht, ist die prozentuale freie Schrumpfung der erfindungsgemäßen Verbundfolien bei den untersuchten Schrumpftemperaturen wesentlich höher als die der Vergleichsproben. Auch zeigt die Schrurapfkraft der erfindungsgemäßen Folien bei 82,22°C niedrigere Werte als die der Vergleichs-EVA-Folie. Die unvernetzte EVA-Vergleichsfolie zeigt bei 71,11⁰C eine geringere Schrumpfkraft,ähnlich der des Beispiels 1, jedoch geht aus Tabelle I hervor, daß die freie Schrumpfkraft der Vergleichsfolie wesentlich niedriger ist als die des Beispiel 1. Somit belegen die Vergleichsversuche die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Verbundfolien durch eine wesentliche Erhöhung des Schrumpfumfanges unter gleichzeitiger Herabsetzung der Schrumpfkraft. ,

Der Hersteller der Kunststoffbeutel ist besonders daran interessiert, daß der Kunststoffbeutel allen Beanspruchungen gewachsen ist, denen er von der Herstellung bis zum Verbrauch unterliegt. Während die Adhäsion des Vinyliden- chlorid-Copolymerisats mit der unter Hitzebehandlung versiegelbaren Schicht nicht besonders kritisch ist, spielt die Adhäsion des Vinylidenchlorid-Copolymerisats mit der äußeren Schicht eine wichtige Rolle,da sichergestellt werden soll, daß die äußere Schicht nicht vom Kunststoffbeutel weggerissen wird; wenn der Beutel von dem montierten Band abgenommen wird. Aus diesem Grunde ist eine Schicht aus reinem Ionomer als äußere Schicht nicht zufriedenstellend. Andererseits ist ein hoher Anteil des Ionomers wünschenswert, um dem Kunststoff während des Heißsiegeins gute Hitzebeständigkeit zu verleihen, dies gilt insbesondere für die endgültige Versiegelung nachdem das Produkt in den Beutel gegeben worden ist. Es ist daher von großer Wichtigkeit, daß die äußere Schicht einen hohen Anteil an Ionomer aufweist, während diese Schicht gleichzeitig gegenüber dem Vinylidenchlorid-Copolymerisat eine ausreichende Adhäsion aufweisen muß. Weiter verleihen größere Anteile an Ionomer

sowohl in der inneren als auch der äußeren Schicht der Folie ausgewogene Eigenschaften für das Flachlegen beim Verpacken.

Die erfindungsgemäß hergestellten Folien können üblichen Schrumpftemperaturen in der Größe von 93,33⁰C unterworfen werden; wie die vorstehend aufgeführten Daten zeigen, finden. die Folien jedoch auch bei Temperaturen von 71,11⁰C Verwendung. Daraus folgt, daß die erfindungsgemäßen Folien üblichen Verfahrensbedingungen unterworfen werden können, wie sie bei einer Vielzahl von Anlagen üblich sind, einschließlich sowohl den alten Verfahrensprozessen bei etwa 93,33°C und den moderneren Verfahren, die bei etwa 71,11 bis 76,67°C arbeiten.

Die erfindungsgemäß hergestellten Folien können in üblichen Anlagen derart zu Beuteln verarbeitet werden, daß ein Ende eines Abschnitts eines schlauchförmigen Bandes versiegelt wird. In die Kunststoffbeutel wird dann beispielsweise Käse eingefüllt und das offene Ende in üblichen Anlagen bei üblichen Geschwindigkeiten hitzeversiegelt; anschließend werden die Kunststoffbeutel auf undichte Stellen überprüft. Eine Überprüfung der versiegelten Packungen ergab keine undichten Stellen, d.h. die Versiegelung erfolgte vollständig, die Tauglichkeit des Materials zum Heißsiegeln wurde damit bes tätigt.

Die erfindungsgemäße Folie ist von großem Nutzen, insbesondere als Verpackungsmaterial für Käse, einem weichen Produkt, bei dem eine niedrige Schrumpfkraft der Folie kombiniert mit einem hohen Anteil an prozentualer Schrumpfung von Wichtigkeit ist. Die Eigenschaften der Folie sind nicht ohne weiteres erklärlich; möglicherweise beruht die niedrige Schrumpfkraft auf den erfindungsgemäßen Mischungsverhältnissen, der niedrigen Temperatur beim Wiedererhitzen des schlauchförmigen Bandes und dem erfindungsgemäßen Verfahren.

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1 Erfindungsgemäß werden neue wärmeschrumpfbar Folien mit verbesserten, regulierter Schrumpfkraft bei gleichzeitig relativ hohem Umfang an freier Schrumpfung sogar bei niedrigen Schrumpftemperaturen erhalten. Weiter besitzt die er-

5 findungsgemäße Folie gute Heißsiegel-Eigenschaften und gute strukturelle Kohäsion.

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Claims

VOSSlUS · VOSSi US.· TA UCWNER -MUNEMANN RAUH PATENTANWÄLTE SIEBERTSTRASSE A ■ 8OOO MÜNCHEN 86 · PHONE: (O8S) 4.7 4.0 75 CABLE: BENZOLPATENT MDNCHEN ■ TELEX 6-2Θ4Β3 VOPAT D 5 u.Z.: S 082 (DV/kä) 4. Oktober 1982 Case: 13,907 AMERICAN CAN COMPANY Greenwich, Conn. 06836-3610, V.St.A 10 " Wärmeschrumpfbare, orientierte, dreischichtige Folien " 15 Patentansprüche

1. Warmeschruropfbare, orientierte, dreischichtige Folien, gekennzeichnet durch

(a) eine erste, hitzeversiegelbare Schicht aus einem 20 Ionomer,

(b) eine zweite Schicht aus einem Vinylidenchlorid-Copolymerisat und

(c) eine dritte Schicht aus einem Gemisch von einem Ionomer und einem EVA-Copolymerisat, wobei der EVA-

25 Gehalt des Gemisches nicht mehr als 20 Gewichtspro

zent und der Vinylacetatgehalt des Gemisches mindestens 4,5 Gewichtsprozent betragen,

2. Verbundfolie nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen

30 EVA-Gehalt des Gemisches von etwa 15 bis 20 Gewichtsprozent und einem Vinylacetatgehalt des EVA-Copolyraerisats von 22 ; bis 33 Gewichtsprozent.

3. Verfahren zur Herstellung einer wärmeschrumpfbaren, drei-35 schichtigen Folie nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man

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(a) ein schlauchförmiges Band im DreiSchichtenverbund mit einer ersten inneren Schicht aus einem Ionomer_y einer zweiten Schicht aus einem Vinylidenchlorid-Copolymerisat und einer dritten Schicht aus einem Gemisch aus einem lonomer und einem EVA-Copolymerisat coextrudiert, wobei der EVA-Gehalt des Gemisches nicht mehr als 20 Gewichtsprozent und der Vinylacetatgehalt des Gemisches mindestens 4,5 Gewichtsprozent beträgt,

(b) das Band bis unterhalb des Kristallschmelzpunkt-Temperaturbereichs aller drei Schichten abkühlt,

(c) das Band wieder auf eine Temperatur von etwa 91,67 bis 95⁰C erhitzt und

(d) das Band so verstreckt (orientiert), daß es beim Einblasen einer Blase in das erhitzte Band eine Folie mit geeigneter Zugkraft bildet, wobei eine gereckte Folie mit ausgewogenen Schrumpfeigenschaften erhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

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die Verbundfolie etwa 57,15 μ/dick ist, wobei die Dicke der ersten Schicht etwa 36,83 μι· und die der zweiten und dritten Schicht je etwa 10,16 μ i>eträgt.

5. Wärmeschrumpfbare Verbundfolie, herstellbar nach Anspruch 3 oder 4.

6. Verwendung der wärmeschrumpfbaren dreischichtigen Verbundfolie nach Anspruch 1,2 und 5 als Schrumpfschlauch bzw. -beutel zum Verpacken von Lebensmitteln.

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