DE3436065A1

DE3436065A1 - Opake polypropylenfolie mit lichtdurchlaessigen bereichen, verfahren zu ihrer herstellung und ihre verwendung

Info

Publication number: DE3436065A1
Application number: DE19843436065
Authority: DE
Inventors: Günther 6204 Taunusstein Craß; Siegfried Dr. 6200 Wiesbaden Janocha
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1984-10-02
Filing date: 1984-10-02
Publication date: 1986-04-17

Description

Opake Polypropylenfolie mit lichtdurchlässigen
Bereichen, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung Die Erfindung betrifft eine biaxial gestreckte opake Polypropylenfolie, bestehend im wesentlichen aus Polypropylen und Füllstoffen, die Bereiche aufweist, in denen Licht geradlinig durchgehen kann, so daß beispielsweise das in der Folie befindliche Verpackungsgut gut sichtbar oder mit Hilfe von Lichtschranken leicht feststellbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung solcher Folien und deren Verwendung.
Polypropylenfolien mit einem opaken (perlmutterartigen) Aussehen, das aus der Folie selbst resultiert oder beispielsweise durch Aufbringen einer permutterartigen Schicht erzeugt worden ist, sind schon seit langem bekannt.
Opake Polypropylenfolien, die im wesentlichen aus Polypropylen und Füllstoffen bestehen und biaxial gestreckt sind, sind beispielsweise in der deutschen Auslegeschrift 2 814 311, in der britischen Patentschrift 1 185 353 und in der US-Patentschrift 4 377 616 beschrieben. Bei diesen Folien liegt die Opazität (Undurchsichtigkeit, mangelnde Durchlässigkeit für geradliniges Licht) in der Folie selbst (im Gegensatz zu Folien, deren Opazität aus einer entsprechenden Beschichtung resultiert) und kommt im wesentlichen daher, daß sie eine große Anzahl von Hohlräumen (Vakuolen) besitzt, die beim Strecken der Folie entstanden sind. Beim Strekken wird nämlich die Polymermatrix an den Korngrenzen der mit dem Polymeren unverträglichen organischen oder anorganischen Füllstoffe aufgerissen, was zur Entstehung der genannten Vakuolen in der Folie, das heißt zu freien (leeren oder ungefüllten) Räumen in der Folie führt (es versteht sich von selbst, daß diese Vakuolen oder Mikrohohlräume über das gesamte Folienvolumen verteilt sind).
Infolge der Brechung (Streuung) des Lichtes an diesen Hohlräumen zeigt die Folie eine opake (perlmutterartige) Oberfläche (vergleiche insbesondere US-Patentschrift 4 377 616). Der Dichtewert dieser Polypropylenfolien beträgt aufgrund ihrer schaumartigen Struktur im allgemeinen 60 bis 90 % desjenigen Dichtewertes, der sich aus der Art und dem Anteil der Einzelkomponenten der Folie errechnen würde. Aufgrund ihrer opaken oder perlmutterartigen Erscheinung haben sie ein äußerst werbewirksames Aussehen. Da sie auch gut bedruckbar sind, werden sie vielseitig eingesetzt, insbesondere als Verpackungsfolie verschiedenster Art, wobei vor allem die Schokoriegel-Verpackung zu nennen ist. Einer noch breiteren Verwendung dieser opaken Polypropylenfolien steht der Umstand entgegen, daß sie an keiner Stelle Licht geradlinig durchlassen und damit weitgehend undurchsichtig sind. So ergeben sich Schwierigkeiten beispielsweise hinsichtlich der Betrachtung des Füllgutes oder bei der Kontrolle des Füllgutes im Falle von schnellaufenden Verpackungsmaschinen, die durch Lichtschranken gesteuert werden. Eine Lösung des in Rede stehenden Problems in der Weise, daß man eine transparente oder glasklare Polypropylenfolie mit einem opaken Druck versieht und gleichzeitig dabei oder anschließend an vorgegebener Stelle ein oder mehrere sogenannte Fenster schafft, oder daß man in einer opaken Polypropylenfolie eine oder mehrere Aussparungen vornimmt und an diesen durch Ansiegeln oder Aufkleben eines gut durchsichtigen Folienstückes Fenster anbringt, hat sich als umständlich bzw. nicht durchführbar erwiesen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin, eine biaxial gestreckte opake Polypropylenfolie, bestehend im wesentlichen aus Polypropylen und Füllstoffen, zur Verfügung zu stellen, die an einer oder mehreren Stellen Licht geradlinig durchläßt. Die neue, Füllstoff enthaltende, biaxial gestreckte und im wesentlichen aufgrund von Hohlräumen opake Polypropylenfolie soll also vorgegebene Flächenteile oder Bereiche aufweisen, an denen Licht geradlinig durchgehen kann und nicht gestreut wird, wie an den opaken Flächenteilen. Diese Aufgabe wird bei der genannten opaken Polypropylenfolie erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Folie mindestens eine Stelle aufweist, an der sie selbst transparent bis glasklar ist.
Die erfindungsgemäße opake Polypropylenfolie enthält also Flächenteile, an denen die Folie selbst gut durchsichtig ausgebildet ist. Diese Flächenteile oder Stellen können hinsichtlich Größe (Ausmaß, geometrischer Form) und Anzahl pro Flächeneinheit sehr verschieden sein. So kann die Folie pro Flächeneinheit beispielsweise ein einziges sogenanntes Fenster an einer vorgegebenen Stelle aufweisen. Auch die Größe des oder der Fenster wird sich nach dem Anwendungszweck richten. Solche Fenster haben oft die Form eines Rechteckes oder Quadrates mit einer Kantenlänge von 1 bis 10 cm. Die transparenten bis glasklaren Stellen können auch abwechselnd mit opaken Stellen der gleichen Art oder von anderer geometrischer Art angeordnet sein, so daß ein dekoratives Muster vorliegt. Die erfindungsgemäße Folie kann als Monofolie oder als coextrudierte Mehrschichtfolie ausgebildet sein. Sie kann zur Erreichung bestimmter Farbeffekte pigmentiert sein. Wenn es der Anwendungszweck erfordert, wird sie eine siegelfähige Schicht besitzen. Für eine derartige Beschichtung sind polyolefinische Siegelrohstoffe wie Polyethylen, Polybuten, Co- oder Terpolymere des Propylens oder Mischungen aus diesen Polymeren besonders geeignet (vergleiche deutsche Auslegeschrift 3 814 311). Die Dicke der erfindungsgemäßen Folie beträgt im allgemeinen 10 bis 60 /um, vorzugsweise 20 bis 50 /um.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine biaxial gestreckte opake Polypropylenfolie, bestehend im wesentlichen aus Polypropylen und Füllstoffen, an den Stellen, an denen sie transparent bis glasklar sein soll, auf eine Temperatur von 80 bis 150 °C, vorzugsweise 100 bis 130 °C, erhitzt wird und die genannten Stellen der Folie bei dieser Temperatur mit einem solchen Druck beaufschlagt werden, daß sie transparent bis glasklar werden. Um die in Rede stehen- den Stellen (Bereiche und Teile) der opaken Ausgangsfolie auf die erfindungsgemäße Temperatur zu bringen, können entweder allein diese Stellen oder die ganze Folie auf 80 bis 150 °C, vorzugsweise 100 bis 130 °C, erhitzt werden. Das erfindungsgemäße Erhitzen. und Beaufschlagen mit Druck erfolgt vorzugsweise durch ein entsprechendes Pressen oder Prägen. Das Pressen wird zweckmäßigerweise mit Hilfe einer mit vorgegebenen Aussparungen versehenen Metallplatte (Metallschablone) durchgeführt. Analog zum bekannten Pressen von thermoplastischen Folien wird die zu behandelnde Folie zwischen zwei Metallplatten (Metallblechen) gelegt, von denen eine die genannte Metallschablone ist, und bei der erfindungsgemäßen Temperatur gepreßt. Der Preßdruck trifft nur jene Stellen der Folie, an denen die Metallschablone keine Aussparungen hat; diese Stellen sind transparent bis glasklar geworden. Der den Aussparungen entsprechende Teil der Folie erfährt keinen nennenswerten Druck; er ist opak geblieben. Die Dicke der Metallschablone (Tiefe der Aussparungen) beträgt etwa 1 bis 10 mm, vorzugsweise 2 bis 8 mm. Diese Dicke kann auch die zweite Platte haben. Der Preßdruck beträgt im allgemeinen 0,2 bis 2 MPa, vorzugsweise 0,5 bis 1 MPa. Bei niedrigen Folientemperaturen wird im allgemeinen ein höherer Preßdruck angewandt werden und umgekehrt. Die Preßzeit hängt bei gegebener Folientemperatur insbesondere vom Preßdruck ab.
Höhere Drücke erfordern kürzere Preßzeiten und umgekehrt. Die Preßzeit liegt im allgemeinen bei 0,5 bis 20 Sekunden, vorzugsweise 1 bis 10 Sekunden. Das Pressen kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden. Mit dem beschriebenen Pressen können erfindungsgemäße Folien nach Wunsch hergestellt werden. Sie können ein oder mehrere sogenannte Fenster oder irgendein angestrebtes dekoratives Muster besitzen.
Beim Prägen wird die zu behandelnde opake Polypropylenfolie unter Druck (Prägedruck) durch den Spalt eines Prägewalzenpaares geführt, dessen Prägewalze auf 80 bis 150 °C, vorzugsweise 100 bis 130 °C, erhitzt ist und eine Prägeprofilierung (Prägemuster) besitzt, deren erhabene Stellen (Flächenteile) den gewünschten transparenten bis glasklaren Stellen (Flächenteilen) in der fertigen Folie entsprechen. Beim Durchgang durch das Prägewalzenpaar nimmt die zu behandelnde Folie, die gegebenenfalls auf die erfindungsgemäß anzuwendende Temperatur, das ist auf 80 bis 150 °C, vorzugsweise 100 bis 130 °C, vorerhitzt ist, die Temperatur der Prägewalze an und gleichzeitig wird durch den Prägedruck der erhabene Teil des Prägemusters in die Folie gedrückt, so daß diese Stellen der Folie transparent bis glasklar werden, während die anderen Stellen der Folie opak bleiben (von den nicht erhabenen Stellen des Prägemusters geht ein vergleichsweise wesentlich niedrigerer Druck auf die Folie aus). Der oben beim Pressen erwähnte Zusammenhang zwischen Druck, Zeit und Temperatur der zu behandelnden Folie besteht auch beim Prägen. Der Prägedruck (Liniendruck im Prägespalt) liegt im allgemeinen bei 2 bis 50 N/cm Folienbreite, vorzugsweise bei 5 bis 30 N/cm.
Die Erhabenheiten (die Vorsprünge) haben eine Tiefe von etwa 0,1 bis 2 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1 mm. Die Ge- schwindigkeit, mit der die Folie durch den Prägespalt geführt wird, beträgt im allgemeinen 10 bis 100 m/min, vorzugsweise 20 bis 80 m/min. Die Foliengeschwindigkeit wird man in Relation zum Prägedruck einstellen. Bei höheren Drücken kann im allgemeinen eine höhere Geschwindigkeit genommen werden als bei relativ niedrigen Prägedrücken. In der Regel wird die Folie ohne Umschlingung der Prägewalze und der Gegenwalze durch den Prägespalt geführt. Das Prägewalzenpaar besteht, wie beim Prägen von thermoplastischen Folien allgemein üblich, aus der Prägewalze mit der vorgegebenen Prägeprofilierung und einer Gegenwalze (Presseur), die in der Regel eine auf etwa 10 bis 50 0C gekühlte Gummiwalze ist. Nach dem Durchgang der opaken Ausgangs folie durch den Prägespalt wird die geprägte Folie abgekühlt, vorzugsweise durch Führen über eine oder mehrere Kühlwalzen (Walzen mit Raumtemperatur), und anschließend aufgewickelt.
Die erfindungsgemäßen Folien, die auch all die vorteilhaften Eigenschaften der Ausgangs folien besitzen (vergleiche insbesondere deutsche Auslegeschrift 2 814 311), werden vorzugsweise für Verpackungszwecke und Dekorationszwecke verwendet. Bezüglich Verpackung ist vor allem die Einschlagverpackung und die Beutelverpackung auf Form-Füll-Schließ- (FFS-)-Automaten zu erwähnen.
Wie bereits erwähnt wird beim erfindungsgemäßen Verfahren von einer Füllstoff enthaltenden und biaxial gestreckten und im wesentlichen aufgrund von Hohlräumen opaken Polypropylenfolie ausgegangen. Solche Folien sind in den eingangs genannten Druckschriften ausführlich beschrieben, und jene der deutschen Auslegeschrift 2 814 311 sind besonders bevorzugt. Im folgenden sei die Ausgangsfolie für das erfindungsgemäße Verfahren kurz dargestellt.
Beim Polypropylen handelt es sich um Homo- oder Copolymerisate des Propylens. In den Copolymerisaten beträgt der Comonomeranteil im allgemeinen bis zu 10 Gew.-%, bezogen auf das Polymerisat. Geeignete Comonomere sind Ethylen und Buten.
Bei den mit Polypropylen unverträglichen Füllstoffen handelt es sich vorzugsweise um anorganische Füllstoffe wie Calciumcarbonate, Titandioxide und Siliciumdioxide, worunter Calciumcarbonate (Kalkstein oder Kreide) besonders bevorzugt sind. Die Füllstoffe sind in der Folie in einer Menge von etwa 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-% , bezogen auf das Gewicht des Polypropylens, vorhanden. Die Teilchengröße der pulverförmigen Füllstoffe beträgt etwa 0,2 bis 20 /um, vorzugsweise 2 bis 8 um. Neben den genannten Füllstoffen kann die Folie auch zweckmäßige Additive wie Antioxidantien, Antistatikmittel, Farbstoffe und Stabilisatoren in einer jeweils wirksamen Menge enthalten.
Die Herstellung der opaken Polypropylenfolien, von denen beim erfindungsgemäßen Verfahren ausgegangen wird, erfolgt bekanntlich in der Weise, daß man eine Formmasse (Mischung), bestehend im wesentlichen aus Polypropylen und Füllstoffen, zu einer Folie extrudiert, die extrudierte Folie zur Verfestigung abkühlt, diese Folie auf Strecktemperatur erhitzt und bei dieser Temperatur biaxial streckt und anschließend thermofixiert. Das Extrudieren der Formmasse erfolgt bei den für Propylenpolymerisaten üblichen Temperaturen mit Hilfe einer Flachdüse. Die extrudierte Folie wird zwecks Verfestigung abgekühlt, beispielsweise mit einer Kühltrommel bei 10 bis 50 °C. Zur Streckung wird die Folie auf Strecktemperatur, das ist 110 bis 170 °C, vorzugsweise 120 bis 150 °C, erhitzt. Die biaxiale Streckung kann simultan oder aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Bei der aufeinanderfolgenden biaxialen Streckung kann zuerst längs und dann quer oder zuerst quer und dann längs gestreckt werden. Die Streckwerte werden so eingestellt, daß eine opake Folie resultiert. Die Streckverhältnisse in den beiden Richtungen betragen im allgemeinen 4 : 1 bis 12 : 1, vorzugsweise 5 : 1 bis 10 : 1. Die biaxiale Streckung kann in einem dafür üblichen Kluppenrahmen mit mehreren Zufuhr- und Abzugswalzen oder in der Weise durchgeführt werden, daß die Längs streckung mit Hilfe von verschieden schnellaufenden Walzenpaaren und die Querstreckung mit Hilfe des genannten Kluppenrahmens vorgenommen wird, wobei in der Regel zuerst längs und anschließend quer gestreckt wird. Zum Thermofixieren (Hitzebehandlung) wird die biaxial gestreckte Folie etwa 1 bis 60 Sekunden lang, vorzugsweise 5 bis 20 Sekunden, auf einer Temperatur von 150 bis 170 °C, vorzugsweise 155 bis 165 0C gehalten. Die nach dem Thermofixieren abgekühlte Folie wird zweckmäßigerweise einer Wik- keleinrichtung zugeführt und dort aufgewickelt. Die biaxial gestreckte, opake Ausgangs folie kann als Monofolie oder als kaschierte oder coextrudierte Mehrschichtfolie ausgebildet sein. Ihre Dicke wird durch die erfindungsgemäße Behandlung, wenn überhaupt, nicht wesentlich geändert.
Die Erfindung wird nun an Beispielen näher erläutert.
Beispiel 1 Es lag eine Polypropylenfolie vor, die aus einem Propylenhomopolymerisat und 10 Gew.-% (bezogen auf Polypropylen) Kreide mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 5 /um bestand und die in Längs- (5 : 1) und in Querrichtung (10 : 1) gestreckt worden war. Die Folie war über die ganze Oberfläche stark opak und 25 /um dick.
Die Folie wurde, wie beim Pressen von thermoplastischen Folien allgemein üblich, zwischen zwei Preßbleche gelegt. Die beiden Preßbleche hatten eine Dicke von jeweils 2 mm und ein Preßbtech war als Lochplatte ausgebildet. Es wurde bei 120 0C gepreßt. Der Preßdruck betrug 0,5 MPa. Dieser Druck wurde 5 Sekunden lang gehalten. Die gepreßte Folie wies ein dekoratives Muster auf (Lochplattenmuster), das aus stark opaken Kreisen (entsprechend den Löchern der Lochplatte, wo die Folie keinen nennenswerten Druck erfuhr) und transparenten Zwischenräumen (entsprechend den Lochabstandsflächen der Lochplatte, wo die Folie den vollen Preßdruck erfuhr) bestand.
Beispiel 2 Aus der im Beispiel 1 angegebenen Polypropylenausgangsfolie wurde durch Prägen mit einem Prägewalzenpaar aus einer Prägewalze und einer Gummiwalze als Presseur eine erfindungsgemäße Folie hergestellt. Die Prägewalze war mit pyramidenstumpfartigen V#orsprüngen versehen. Die Tiefe (Erhabenheit) der Vorsprünge betrug 1 mm. Die Prägewalze war auf 130 0C erhitzt, die Gummiwalze auf 30 0C gekühlt. Die Ausgangsfolie wurde mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min bei einem Prägedruck von 15 N/cm durch den Prägespalt geführt, wobei sie auf 130 0C erhitzt und bei dieser Temperatur geprägt wurde.
Zur Abkühlung wurde die Folie über zwei Kühlwalzen (Walzen mit Raumtemperatur) geleitet.
Die geprägte Folie wies glasklare quadratische Fenster auf (entsprechend den Pyramidenstümpfen der Prägewalze, die mit dem Prägedruck auf die Folie drückten), während die übrige Folienfläche ihre ursprüngliche starke Opazität hatte, da hierauf kein nennenswerter Prägedruck ausgeübt wurde.
In der einzigen Figur ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Folie 1 im Schnitt und vergrößert dargestellt. Mit 2 sind die Vakuolen, die in den opaken Bereichen liegen, und mit 3 sind transparente Bereiche bezeichnet.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Biaxial gestreckte opake Polypropylenfolie (1), bestehend im wesentlichen aus Polypropylen und Füllstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie mindestens eine Stelle (3) aufweist, an der sie selbst transparent bis glasklar ist.
2. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten bis glasklaren Stellen in der Folie zur schnellen Erkennung eines hinter der Folie befindlichen Gegenstandes in Form von Fenstern ausgebildet sind.
3. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die transparenten bis glasklaren Stellen und die opaken Stellen der Folie in Form eines dekorativen Musters ausgebildet sind.
4. Verfahren zur Herstellung einer Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine biaxial gestreckte opake Polypropylenfolie, bestehend im wesentlichen aus Polypropylen und Füllstoffen, an den Stellen, an denen sie transparent bis glasklar sein soll, auf eine Temperatur von 80 bis 150 °C erhitzt wird und die genannten Stellen der Folie bei dieser Temperatur mit einem solchen Druck beaufschlagt werden, daß sie transparent bis glasklar werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen und Beaufschlagen mit Druck in der Weise durchgeführt wird, daß die Folie mit Hilfe einer mit vorgegebenen Aussparungen versehenen Metallplatte bei einer Temperatur von 80 bis 150 0C gepreßt wird, wodurch die den Aussparungen der Metallplatte entsprechenden Folienflächen opak bleiben, da sie keinen nennenswerten Preßdruck erhalten, während die anderen Folienflächen transparent bis glasklar werden, da auf ihnen der Preßdruck ausgeübt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie bei einer Temperatur von 100 bis 130 0C gepreßt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen und Beaufschlagen mit Druck in der Weise durchgeführt wird, daß die Folie bei einer Temperatur von 80 bis 150 0C geprägt wird, indem man sie unter Druck durch den Spalt eines Prägewalzenpaares führt, dessen Prägewalze auf die Präge temperatur der Folie erhitzt ist und eine vorgegebene Prägeprofilierung besitzt, wodurch jene Stellen der Folie, die durch die erhabenen Stellen der Prägeprofilierung geprägt werden, transparent bis glasklar werden, während die anderen Stellen der Folie opak bleiben.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie bei einer Temperatur von 100 bis 130 0C geprägt wird.
9. Verwendung der Folie nach Anspruch 1 für Verpakkungszwecke.
10. Verwendung der Folie nach Anspruch 1 für Dekorationszwecke.