-
-
Siegelbare Mehrschichtfolie für Verpackungszwecke
-
Die Erfindung betrifft eine siegelbare transparente Mehrschichtfolie,
bestehend aus einer Basisschicht aus einem Propylenpolymeren und mindestens einer
siegelbaren Schicht.
-
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 16 94 694 sind heißsiegelbare
Schichtstoffe bekannt, die aus einer orientierten Polypropylenfolie bestehen, die
mindestens eine heißsiegelfähige Schicht aus einem Ethylen-Propylen-Copolymeren
aus 2 bis 6 Gew.% Ethylen und 98 bis 94 Gew.-% Propylen enthält. Diese Folien besitzen
zwar eine gute Heißsiegelbarkeit, jedoch sind sie nicht im erwünschten Maße klar
und kratzfest und zeigen zudem ungenügende Verarbeitungseigenschaften auf schnellaufenden
Verpackungsmaschinen.
-
Aus der europäischen Patentschrift 27 586 sind siegelbare Polypropylenfolien
bekannt, die eine Siegelschicht aus einem Ethylen-Homo- oder Copolymerisat besitzen,
die mit einem langkettigen aliphatischen Amin, einer unverträglichen thermoplastischen
Komponente und einem Polydialkylsiloxan ausgerüstet sind. Diese Folien stellen zwar
eine Verbesserung im Vergleich zur deutschen Offenlegungsschrift 16 94 694 dar,
besitzen aber noch eine unzureichende Laufsicherheit auf horizontalen Form-Füll-Schließ-Maschinen.
-
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 29 41 140 ist ein
Verpackungsmaterial
bekannt, welches aus einer Grundschicht aus einem Polypropylenpolymerisat und aus
einer Oberflächenschicht besteht, die aus einem Gemisch eines Propylen-Ethylen-Copolymerisats
und eines (C4-C10)-« -Olefin-Propylen-Copolymerisats besteht. Diese Oberflächenschicht
kann auch ein niedrigmolekulares thermoplastisches Harz sowie Silikonöle enthalten.
Derartige Verpackungsmaterialien weisen den Nachteil auf, daß sie kratzempfindlich
sind und noch unbefriedigende optische Eigenschaften besitzen.
-
Es wurde bereits eine Folie vorgeschlagen, die Siegelschichten aus
einem polyolefinischen Copolymeren bzw.
-
Terpolymeren besonderer Zusammensetzung besitzt und durch Modifizierung
mit einem Propylen-Homopolymeren, einem Dimethylpolysiloxan und einem synthetischen
Harz neben guten Verarbeitungseigenschaften auf schnellaufenden Verpackungsmaschinen
ein verbessertes optisches Aussehen und eine sehr gute Kratzfestigkeit aufweist.
Diese Folien erfüllen zwar die Anforderungen, die maschinentechnisch an eine Verpackungsfolie
gestellt werden, jedoch ist die Handhabung der Folie durch die extrem glatten Oberflächen
mit sehr geringen Reibungskoeffizienten mit erheblichen Problemen behaftet. So resultiert
beim Schneiden dieser Folien von der Originalrollenbreite (4 - 6 m) auf kleinere
Breiten ein erhöhter seitlicher Verlauf, d.h. die gewünschte Breite wird, bedingt
durch ein seitliches Ausweichen der Folie bei den hohen Geschwindigkeiten, nicht
exakt erzielt, sondern um ein mehr oder weniger hohes Maß überschritten. Im Zusammenhang
mit dem Schneide- und Auf-
wickelvorgang soll im folgenden der Ausdruck
'Konfektionierung verwendet werden.
-
Ein weiterer Nachteil der vorstehend beschriebenen Folie ist in ihrer
hohen Teleskopierneigung auf der Rolle bei der Handhabung entweder schon auf der
Schneidemaschine oder aber beim Einlegen in die Verpackungsmaschine zu sehen. Unter
dem Begriff des Teleskopierens ist eine seitliche Verschiebung der Folie auf der
Rolle zu verstehen, bei der jeweils aufeinanderliegende Oberflächen nach einer Seite
abgleiten, wodurch bewirkt wird, daß die Ränder der Folie nicht mehr exakt übereinanderliegen,
sondern jeweils um eine geringe Strecke in eine Richtung versetzt sind, und die
qesamte Rolle dadurch auf einer Seite ein mehr oder weniger großes Stück über den
Wickelkern hinausragt. Das Teleskopieren tritt normalerweise beim Anstoßen der Rollen
oder bei geringen Schrägneigungen auf.
-
Bedingt durch diese Schwierigkeiten muß die Maschinengeschwindigkeit
beim Konfektionieren auf ca. die Hälfte des Normalwertes gesenkt werden, die weitere
Handhabung der Rollen ist mit äußerster Vorsicht durchzuführen.
-
Die vorliegende Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine
siegelbare transparente polyolefinische Mehrschichtfolie zu schaffen mit guten Verarbeitungseigenschaften
auf schnellaufenden Verpackungsmaschinen, die gleichzeitig eine gute Konfektionierbarkeit
sowie keine Teleskopierneigung zeigt und dennoch die Anforderungen in Bezug auf
die optischen Eigenschaften und die Kratzfe-
stigkeit erfüllt.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine siegelbare, biaxial
gestreckte Mehrschichtfolie der eingangs genannten Art mit Siegelschichten aus:
a) 67,5 bis 89,6 Gew.-%, bezogen auf die siegelbare Schicht, einer Olefinharzzusammensetzung,
bestehend aus einem Co- oder Terpolymeren aus Ethylen, Propylen, Butylen oder weiteren
OC-Olefinen mit 5 bis 10 C-Atomen oder Mischungen daraus, b) 5 bis 15 Gew.-%, bezogen
auf die siegelbare Schicht eines niedrigmolekularen, mit der Olefinharzzusammensetzung
verträglichen Harzes, c) 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die siegelbare Schicht, eines
Propylenhomopolymeren, d) 0,3 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf die siegelbare Schicht,
eines Polydiorganosiloxans bzw. Siloxanderivats und e) 0,1 bis 1,0 % eines anorganischen
Pigments aus der Gruppe der Silikate mit blattförmiger Struktur.
-
Die Basisschicht der siegelbaren polyolefinischen Mehrschichtfolie
besteht aus einem Propylenpolymeren, das zum überwiegenden Teil aus Propylen besteht
und einen Schmelzpunkt von 1400C oder höher, vorzugsweise einen
Schmelzpunkt
von 1500C oder höher, besitzt.
-
Isotaktisches Polypropylen mit einem n-heptanlöslichen Anteil von
15 Gew.-% und weniger, Copolymere von Ethylen und Propylen mit einem Ethylengehalt
von 10 Gew.-% oder weniger, Copolymere von Polypropylen mit (C4-C8)-Ct-Olefinen
mit einem (C4-Cg)- -Olefingehalt von 10 Gew.-% oder weniger stellen spezielle Beispiele
für das Polypropylenpolymere der Basisschicht dar.
-
Das Propylenpolymere der Basisschicht hat zweckmäßig einen Schmelzflußindex
von 0,5 g/10 min bis 8 g/10 min bei 2300C und 2,16 kp Belastung (DIN 53735), insbesondere
von 1,5 g/10 min bis 4 g/10 min.
-
Die Basisschicht aus dem Propylenpolymeren kann zusätzlich übliche
Zusatzmittel, wie z.B. Antistatika, Gleitmittel und Stabilisatoren, enthalten.
-
Die in der Siegelschicht der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie enthaltene
Olefinharzzusammensetzung besteht aus Co- oder Terpolymeren aus Ethylen, Propylen,
Butylen oder weiteren % -Olefinen mit bis zu 10 C-Atomen oder auch aus Mischungen
daraus. Die Zusammensetzung ist so wie sie üblicherweise für Siegelschichten verwendet
wird.
-
Gewöhnlich kommt dafür ein Copolymeres aus Ethylen und Propylen mit
einem Ethylengehalt zwischen 3 und 10 Gew.-% zur Anwendung, es können aber genauso
auch Copolymere aus Ethylen und Butylen oder Mischungen aus Ethylen-Butylen-Copolymeren
mit Ethylen-Propylen-Butylen-Terpolymeren
verwendet werden. Der
Schmelzpunkt derartiger Harze liegt bei 1300C oder höher, der Schmelzflußindex im
Bereich zwischen 0,1 und 16 g/10 min bei 2300C und 2,16 kp Belastung (DIN 53735).
-
Bei dem erfindungsgemäß eingesetzten niedrigmolekularen, mit der Olefinharzzusammensetzung
verträglichen Harz handelt es sich um ein natürliches oder synthetisches Harz.
-
Das Harz hat einen Erweichungspunkt von 60 bis 1800C (bestimmt nach
DIN 1995-U4), bevorzugt von 80 bis 1300C.
-
Unter verträglichen Harzen sind solche Harze zu verstehen, die, wenn
sie als solche in einer Konzentration von bis zu 15 Gew.-% der Olefinharzzusammensetzung
der Siegelschicht zugemischt werden, keine Verschlechterung der Trübung der Folie
bewirken.
-
Als Beispiel für geeignete niedrigmolekulare, mit der Olefinharzzusammensetzung
verträgliche thermoplastische Harze sind zu nennen Kohlenwasserstoffharze, Ketonharze,
Polyamidharze, Kolophonium, Dammarharze, chlorierte aliphatische und aromatische
Kohlenwasserstoffharze. Diese Harze werden in Ullmann, Encyclopädie der technischen
Chemie, Band 5, 1980, Seiten 525 bis 555, beschrieben.
-
Unter "Kohlenwasserstoffharzen" sind Polymerisate, die vornehmlich
aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, zu verstehen, deren Bestandteil beispielsweise
aus Koksofengas, Kohlenteerdestillaten, bei Crackprozessen von Naphtha bzw. Gasöl
und aus Terpentinöl gewonnen werden können. Als wesentliche Vertreter der Kohlenwasserstoffharze
sind
die Petroleumharze, die Harze aus Steinkohlenteer sowie die Terpentinharze zu nennen.
Typische Beispiele der Kohlenwasserstoffharze stellen Cumaronharze, Erdölharze und
Terpenharze dar. Diese Harze werden in obengenanntem Buch auf den Seiten 539 bis
546 beschrieben.
-
Cumaronharze werden meist durch Polymerisation von entphenolten und
entbasten Fraktionen des Steinkohlenteerleichtöls, die beispielsweise Inden, Styrol,
Dicyclopentadien und Cumaron und deren Homologe als ungesättigte Inhaltsstoffe enthalten,
gewonnen. Durch Copolymerisation mit Phenol und Kombination mit anderen Kunststoffen
ist -eine vielseitige Modifikation möglich. Diese Harze werden in obengenanntem
Buch auf den Seiten 545 bis 546 beschrieben.
-
Die Rohstoffbasis der Erdölharze wird bei der Crackung von Naphtha
oder Gasöl auf Rohstoffe der chemischen Industrie, wie Ethylen, Propylen, gewonnen.
Es handelt sich beispielsweise um harzbildende Verbindungen, wie Buten, Butadien,
Penten, Piperylen, Isopren, Cyclopentadien, Dicyclopentadien, Alkylbenzole, Methyldicyclopentadien,
Methylinden, Naphthalin, Styrol, Inden, Vinyltoluol, Methylstyrol. Diese Harze werden
in obengenanntem Buch auf den Seiten 541 bis 542 beschrieben.
-
Bei Terpenharzen handelt es sich um Polymerisate von Terpenen. Als
Beispiele für geeignete Terpene sind ß-Pinen, Dipenten, Limonen, Myrcen, Bornylen,
Camphen und ähnliche Terpene zu nennen. Diese Harze sind in obengenanntem Buch auf
den Seiten 542 bis 543 beschrieben.
-
Hervorzuheben ist, daß die Kohlenwasserstoffe durch Reaktion der Rohstoffe
vor der Polymerisation, durch Einführung spezieller Monomerer oder durch Reaktion
des polymerisierten Produktes modifiziert werden können. Besonders hervorzuheben
ist hierbei die Hydrierung oder Teilhydrierung ungesättigter Bestandteile der Harze.
Möglichkeiten der Modifizierung von Kohlenwasserstoffharzen sind in obengenanntem
Buch auf den Seiten 543 bis 544 beschrieben.
-
Bei Kolophonium handelt es sich um natürliche Harze, die durch Abdestillieren
von Terpentinöl aus einem durch Lebendharzung von verschiedenen Kiefernarten gewonnenen
Terpentinbalsam (Balsamharze), durch Lösungsmittelextraktion alter Wurzelstöcke
gewonnener Harze (Wurzelharze) und durch fraktionierte Destillation von Tallöl gewonnener
Harze (Tallharze) erhalten werden. Außerdem sollen darunter Kolophoniumester sowie
modifiziertes Kolophonium (z.B. hydriertes, dehydriertes, fraktioniertes, isomerisiertes
und disproportioniertes Kolophonium) und ähnliche Substanzen verstanden werden.
Kolophonium wird in obengenanntem Buch auf den Seiten .529 bis 536 beschrieben.
-
Kondensatharze entstehen durch Säure-katalysierte Kondensation von
Erdölfraktionen mit Aldehyden. Typische Vertreter sind Xylol-Formaldehyd-Harze und
Waphthalin-Formaldehyd-Harze. Kondensationsharze werden in obengenanntem Buch auf
Seite 542 beschrieben.
-
Dammarharze werden durch Lebendharzung von Bäumen der Familie Dipterocarpaicae
gewonnen. Diese Harze sind im obengenannten Buch auf Seite 527 beschrieben.
-
Die Untergrenze von 5 Gew.-%, bezogen auf die siegelbare Schicht,
des niedermolekularen, mit der Olefinharzzusammensetzung verträglichen Harzes sollte
nicht unterschritten werden, da erst bei höheren Anteilen die Auswirkung des Harzzusatzes
auf die optischen Eigenschaften und die Kratzempfindlichkeit in Erscheinung tritt.
-
Mehr als 15 Gew.-%, bezogen auf die siegelbare Schicht, an niedermolekularem,
mit der Olefinharzzusammensetzung verträglichem Harz haben sich aus verfahrenstechnischen
Gründen als unzweckmäßig erwiesen.
-
Das als Komponente c) der Siegelschicht eingesetzte Polypropylenhomopolymer
sollte eine Schmelztemperatur, die oberhalb der Schmelztemperatur der Komponente
a) liegt, besitzen. Bei Zusätzen von weniger als 5 Gew.-% an Polypropylenhomopolymeren
ergeben sich nur geringfügige Verbesserungen der optischen Eigenschaften sowie der
Kratzfestigkeit und noch nicht ausreichende Verbesserungen der Masch inengäng igke
it an schnellaufenden Verpackungsmaschinen. Zusätze von mehr als 15 Gew.-% würden
zwar die optischen Eigenschaften, die Kratzfestigkeit und die Maschinengängigkeit
weiter verbessern, jedoch tritt dann eine merkliche Verschlechterung der Siegeleigenschaften
ein.
-
Erfindungsgemäß können Polydiorganosiloxane oder deren Mischungen
eingesetzt werden, die bei 250C eine Viskosität von mindestens 100 mm2/sec aufweisen.
Als Beispiele für geeignete Polydiorganosiloxane sind Polydialkylsiloxane, Polyalkylphenylsiloxane,
olefinmodifizierte Siloxanöle, polyethermodifizierte Siliconöle, olefin/polyethermodifizierte
Silikonöle, epoxymodifizierte Silikonöle und alkoholmodifizierte Silikonöle, Polydialkylsiloxane
mit vorzugsweise C1 bis C4 in der Alkylgruppe, insbesondere Polydimethylsiloxane,
hervorzuheben.
-
Weniger als 0,3 Gew.-%, bezogen auf die siegelbare Schicht, an Polydiorganosiloxan
sollten als Komponente d) nicht enthalten sein, da dies bei der beschriebenen Rohstoffkombination
noch zu erhöhten Aussortierungen an den schnellaufenden Verpackungsmaschinen führt,
während größere Mengen als 1,5 Gew.-%, bezogen auf die siegelbare Schicht, an Polydiorganosiloxan
zu verfahrenstechnischen Schwierigkeiten bei der Folienherstellung und zu Fehleinschlägen
in den Verpackungsmaschinen infolge zu geringer Reibung führen.
-
Eine Ausrüstung der siegelbaren Schicht mit üblichen Additiven, wie
z.B. Gleitmittel, Antistatika und Stabilisatoren, ist möglich.
-
Als geeignete anorganische Pigmente haben sich Aluminiumsilikate mit
blattförmiger Struktur erwiesen. Diese richten sich bei der biaxialen Orientierung
der Folie vorwiegend waagerecht zur Folienebene aus und wirken somit nicht abrasiv.
-
Besonders günstig sind solche mit einem mittleren Durchmesser von
0,1 - 1,0 /um.
-
Pigmente mit kugelähnlicher bzw. nadelförmiger Struktur, wie z.B.
SiO2- bzw. CaCO3-Typen, haben sich als ungeeignet erwiesen. Diese führen zu stark
erhöhter Kratzempfindlichkeit, Verschlechterung der optischen Eigenschaften und
bei größerem Durchmesser ebenfalls zur Verschlechterung des Verarbeitungsverhaltens
an schnellaufenden Verpackungsmaschinen.
-
Die Dicke der Siegelschicht(en) sollte weniger als 3 /um, insbesondere
weniger als 1 /um betragen, da sich bei größeren Schichtdicken das Verarbeitungsverhalten
auf schnellaufenden Verpackungsmaschinen wieder verschlechtert. Bevorzugt besitzt
die biaxial gereckte Mehrschichtfolie eine Dicke von 10 - 50 /um, besonders bevorzugt
von 15 - 35 /um.
-
Sofern nicht ausdrücklich angegeben, wurden die einzelnen Daten nach
folgenden Methoden ermittelt: Schmelzflußindex - DIN 53735 bei 2300C und 2,16 kp
Belastung Erweichungspunkt - DIN 1995-U4 Schmelzpunkt - DSC-Messung, Maximum der
Schmelzkurve, Aufheizgeschwindigkeit 20°C/min.
-
Trübung: Die Trübung der Folie wird in Anlehnung an ASTM-D 1003-52
gemessen,
wobei an Stelle einer 40-Lochblende eine 10-Spaltblende eingesetzt wird und die
Trübung in Prozent für vier übereinanderliegende Folienlagen angegeben wird.
-
Die vier Lagen wurden gewählt, da man hierdurch im optimalen Meßbereich
liegt.
-
Glanz: Der Glanz wird mit einem Reflektometer, Typ RGN 10.01.02 nach
Dr. Schwarzau, Berlin, mit einer planen, polierten schwarzen Glasplatte als Standard
gemessen.
-
Kratzfestigkeit bzw. Kratzempfindlichkeit: Die Kratzfestigkeit wird
in Anlehnung an DIN 53754 bestimmt.
-
Für die Bestimmung der Kratzfestigkeit wird das Abriebmeßgerät Taber
Model 503 Abraser der Fa. Teledyne Taber benutzt, wobei Reibräder der Marke Calibrade
(2) H18, die mit 250 g belastet werden, eingesetzt werden. Unter Kratzfestigkeit
bzw. Kratzempfindlichkeit versteht man die Trübungszunahme der verkratzten Folie
im Vergleich zur Originalfolie nach 50 Umdrehungen des Probentellers.
-
Beispiele Mit Hilfe des Koex-trusionsverfahrens wurden jeweils aus
einer Breitschlitzdüse von 280 mm Breite und 1,8 mm Spalthöhe bei einer Extrusionstemperatur
von 2600C und einer Fördermenge von 70 kg/h als Summe 1 mm dicke Mehrschichtfolien
extrudiert, deren Basis aus Polypropylen
mit einem Schmelzflußindex
von 2 g/10 min und den verschiedenen beiden Außenschichten bestanden. Diese Folien
wurden nach Durchlaufen einer 20 mm langen Luftstrecke auf einer 300C warmen Kühlwalze
des Durchmessers 600 mm abgeschreckt, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 4,5
m/min lief. Danach wurden die Folien von der Kühlwalze auf ein Walzentrio von ebenfalls
300C und einer Umfangsgeschwindigkeit von ebenfalls 4,5 m/min übergeben und dann
nach Erwärmung auf 1300C von einem weiteren Walzentrio um den Faktor 5 längsgestreckt.
Anschließend wurden sie bei 1750C Lufttemperatur um das 10fach in Querrichtung verstreckt.
-
Die so gebildeten Mehrschichtfolien hatten eine Basisschicht aus Polypropylen
der Dicke ca. 19 /um und auf jeder Seite eine Siegelschicht der Dicke 0,5 bis 0,8
/um.
-
In der Tabelle sind die Eigenschaften der verschiedenen hergestellten
Mehrschichtenfolien zusammengestellt.
-
Vergleichsbeispiel 1 Die Siegelschichten bestanden aus a) 79,3 Gew.-%,
bezogen auf die Siegelschicht, eines statistischen Copolymeren aus Ethylen und Propylen
mit einem Ethylengehalt von 4,5 Gew.-%, bezogen auf die Menge des Copolymeren, b)
10 Gew.-%, bezogen auf die Siegelschicht, eines Propylen-Polymers mit einem Schmelzpunkt
von 1620C (Hostalen ) PPN 1060 F 1),
c) 0,7 Gew.-%, bezogen auf
die Siegelschicht, an Palydimethylsiloxan einer kinematischen Viskosität von 30
000 mm2/s bei 250C.
-
d) 10 Gew.-a, bezogen auf die Siegelschicht, von Arkon P 125, einem
hydrierten Kohlenwasserstoffharz mit einem Erweichungspunkt von 1250C.
-
Vergleichsbeispiel 2 Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch wurden zusätzlich
0,5 Gew.-%, bezogen auf die Siegelschicht, eines kugelförmigen SiO2-Pigments mit
einem mittleren Teilchendurchmesser von 1,0 /um zugesetzt.
-
Beispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 wurde wiederholt, jedoch wurden anstelle
des kugelförmigen SiO2 0,5 Gew.-%, bezogen auf die Siegelschicht, eines blattförmigen
Aluminiumsilikats mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 0,5 - 0,6 /um zugesetzt.
-
Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Folie entsprechend Beispiel
1 geht aus der Tabelle deutlich hervor.
-
Die Vergleichsbeispiele 1 und 2 zeigen zwar bei einzelnen Punkten
jeweils gute Eigenschaften, erreichen jedoch nicht alle Anforderungen, wie gute
Optik, gute Kratzfestigkeit, gute Maschinengängigkeit an Verpackungsmaschinen sowie
gutes Konfektionierungsverhalten ohne Teleskopierneigung gleichzeitig.
-
Als Folie, die allen Anforderungen entspricht, erweist sich aber die
erfindungsgemäße siegelbare polyolefinische Mehrschichtfolie aus Beispiel 1.
-
Tabelle: Folieneigenschaften Beispiel Glanz (%) Trübung (%) KE (%)
Maschinengängigkeit Maschinengängigkeit S1+S2 4lagig S1+S2 an der Verpackungs- beim
Konfektionieren 2 2 maschine und Handling Beispiel 1 169 21 25 + + + + Vergleichs-
170 19 24 + + - -beispiel 1 Vergleichs- 155 29 45 +- ++ beispiel 2 S = Seite ++
= sehr gut KE = Kratzempfindlichkeit + = gut +- = ausreichend - = mangelhaft --
= ungenügend