DE3602865C2

DE3602865C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung von Restmonomeren in Verpackungsfolien durch Elektronenbestrahlung

Info

Publication number: DE3602865C2
Application number: DE19863602865
Authority: DE
Inventors: Franz Gottfried Dipl Ch Reuter
Original assignee: Polymer Physik GmbH and Co KG
Current assignee: Polymer Physik GmbH and Co KG
Priority date: 1986-01-31
Filing date: 1986-01-31
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2006-02-01
Also published as: DE3602865A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beseitigung von Restmonomeren durch Elektronenbestrahlung.

Aus der Elektronenstrahlhärtung von Lacken ist bekannt, Prepolymer (Oligomer)/Monomer-Mischungen durch ionisie rende Strahlung zu polymerisieren.

Beim Härten einer Lackschicht durchläuft der Lackfilm die Viskosität flüssig-fest mit allen Zwischenwerten. Die Beweglichkeit der Restmonomere ist im Lackfilm bei der Aushärtung in ausreichendem Maße gegeben.

Zur Herstellung moderner Verpackungsfolien werden Mono mere oder Monomergemische in Gegenwart von Polymeren oder Prepolymeren oder noch ungesättigte Bindungen enthal tenden Polymeren polymerisiert. Bei diesem Polymerisa tionsprozeß werden diese Monomeren weitgehend, jedoch in der Regel nicht vollständig, polymerisiert, so daß in dem fertigen Polymerisat noch ein gewisser Gehalt an Restmonomeren vorhanden ist. Diese Restmonomere stellen in Verpackungsmaterialien eine potentielle Ge sundheitsgefährdung dar, d. h. das Folienmaterial, wel ches solche Restmonomere enthält, darf nicht für die Verpackung von Lebensmitteln verwendet werden oder darf nicht in einen direkten Dauerkontakt mit der Hautober fläche des Menschen gebracht werden. Solche Folien materialien werden daher von den Überwachungsbehörden nicht für entsprechende Anwendungen zugelassen. Der Übergang von solchen Restmonomeren durch Monomeren- Wanderung von der Folie in das Lebensmittel bzw. auf die Hautoberfläche muß aus dem vorgenannten Grund unter bleiben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stel len, womit es möglich ist, den Restmonomergehalt in Verpackungsfolien zu beseitigen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfin dung dadurch, daß man die Restmonomere enthaltenden Verpackungsfolien durch Elektronen bestrahlt. Um dieses Verfahren jedoch für die Praxis ohne großen Aufwand ein setzbar zu machen, wie dies beispielsweise beim Einsatz von hochenergetischen Elektronenbestrahlungsanlagen der Fall wäre, wurde gemäß der vorliegenden Erfindung ge funden, daß es möglich ist, die Beseitigung des Rest monomergehalts in Verpackungsfolien durch Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronenstrahlen im Bereich von 150 bis 300 kV Beschleunigungsspannung mit Hilfe eines großen Elektronenaustrittsfensters und einer großen, vor dem Elektronenaustrittsfenster angeordne ten geheizten oder gekühlten Trommel, über die die zu bestrahlende Folie geführt wird, zu erreichen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Ver fahren und eine Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 2.

Das Verfahren zur Beseitigung der Restmonomeren in Verpackungsfolien durch Elektronenbestrahlung kann somit in wirtschaftlicher Weise dann realisiert werden, wenn insbesondere folgende Punkte der Anwendungstechnik des Elektronenstrahls berücksichtigt werden:

(a) Niederenergetische Elektronenstrahlen im Bereich von 150 bis 300 kV Beschleunigungsspannung sind relativ preiswert bereitzustellen. Der Wirkungs querschnitt, d. h. die Umsetzung der Strahlleistung in Reaktionsenergie ist hoch. Die Strahlleistung wird entsprechend der Eindringtiefe der Elektronen in einer Schicht zwischen 100 µm und 400 µm bei Material der Dichte 1 g/cm³ absorbiert. Dies er möglicht hohe Bahngeschwindigkeiten und dementspre chend hohe Durchsatzleistungen, wie später im Aus führungsbeispiel noch gezeigt wird.
(b) Hohe Bahngeschwindigkeiten führen zu sehr kurzen Reaktionszeiten. Aufgrund der Reaktionsträgheit der Monomer-Monomer-Reaktionen sollte die Bestrah lungszone möglichst lang sein. Hierzu hat sich ein großflächiges Elektronenaustrittsfenster gemäß dem deutschen Patent 26 06 169 bewährt, welches die Herstellung von niederenergetischen Elektronen strahlern mit niedriger Dosisleistung ermöglicht.
(c) Die Elektronenbestrahlung von Folien kann zu einer Viskositätsänderung (Flexibilitätsänderung) der Folie durch weitere Polymerisation oder Vernetzung führen. Diese Umwandlung tritt während des Bestrah lungsvorganges ein, also direkt im Bereich des Elektronenaustrittsfensters.
Aus diesem Grunde muß in diesem Bereich die Folien bahn einwandfrei plan geführt werden. Eine Bahn führung über einen Walzenstuhl hat sich nicht be währt. Die hier durch die Bahnspannung auftretenden Längsfalten werden in der Folie "eingefroren" und führen zu nicht planem Folienmaterial, was sich bereits schon beim faltigen Aufwickeln der bestrahl ten Folie bemerkbar macht.
Abhilfe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Trommel zur Bahnführung geschaffen. Das Folien material liegt während der Bestrahlung auf der Trom mel vollkommen plan auf und wird in diesem Zustand zur Monomerbeseitigung bestrahlt. Eine eventuelle Nachvernetzung des Materials hat keine nachteilige Wirkung auf seine Planlage.
(d) Die Trommel hat einen weiteren Vorteil. Sie kann ge kühlt oder aufgeheizt werden. Je nach chemischer Zu sammensetzung der Kunststoff-Folie hängt die "Beweg lichkeit" der Restmonomere von ihrer Temperatur ab. Diese kann über die Trommel eingestellt werden. Auch kann über die Trommel eine unzulässige Erhöhung der Folientemperatur, wie sie bei hohen Bestrahlungsdosen auftritt, vermieden werden. Die Trommel ist über ihre Kühl- bzw. Heizeinrichtung temperaturstabilisiert. Die dünne Folienschicht führt die Temperatur schnell und kontrolliert über die Trommeloberfläche ab oder nimmt, umgekehrt, Temperatur aus der Trommelober fläche auf.
(e) Verpackungsfolien sind meistens dünner als die Ein dringtiefe der Elektronen. Elektronen, welche die zu bestrahlende Folie ganz durchdringen, treffen auf die metallische Trommeloberfläche auf und werden von dort reflektiert. Der Reflektionskoeffizient be trägt - je nach Atomzahl der Trommeloberfläche - zwischen 0,3 und 0,4, d. h., man kann auf der Rück seite der zu bestrahlenden Folie eine Dosiserhöhung von bis zu 40% erwarten. Dies ist eine nicht zu ver nachlässigende zusätzliche Erhöhung der Strahler ausbeute, was besonders gut erreicht werden kann, wenn die Trommeloberfläche hochpoliert ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Restmonomerbeseiti gung durch Bestrahlung mit niederenergetischen Elektro nen kann auch mit anderen strahlenchemischen Prozessen kombiniert werden.

Es ist z. B. möglich, die Folien zu beschichten, um ihre Anwendungsmöglichkeiten zu erweitern, z. B. hinsichtlich Abriebfestigkeit, Glanzgrad, Oberflächenrauhigkeit, Oberflächenglätte, Gasdurchlässigkeit sowie hinsichtlich Anlöseverhalten durch das darin zu verpackende Füllgut.

Die Härtung eines Lackes auf der Folie durch Bestrahlung kann mit der Restmonomerenbeseitigung durch dieselbe Be strahlung kombiniert werden.

Dasselbe ist auch möglich bei der Herstellung von Lami naten, wobei der Laminierkleber strahlenvernetzt wird. Dieses Kaschierverfahren gewinnt zur Zeit immer mehr an Bedeutung, da es lösungsmittelfrei arbeitet und die Reaktion direkt mit der Bestrahlung abläuft.

Werden Folien als Trägermaterial für druckempfindliche Klebstoffe eingesetzt, kann die Strahlenvulkanisation des Klebstoffes mit der Restmonomerenbeseitigung im Trägermaterial durch Elektronenbestrahlung gekoppelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfähren gewährleistet in sehr vorteilhafter Weise eine gut steuerbare und schonende Verfahrensweise, da eine weitaus kalte Vulkanisation des Klebstoffes stattfindet. Die gute Steuerbarkeit des erfindungsgemäßen strahlenchemischen Verfahrens beruht auf einer schnellen und einfachen Variations möglichkeit der Bestrahlungsdosis des beschleunigten niederenergetischen Elektronenstrahls.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend weiterhin anhand der Fig. 1 und des Beispiels erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Längs schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Elektronenbestrahlung von bahnförmigen Ver packungsfolien zwecks Beseitigung des Rest monomergehaltes im Folienmaterial.

In Fig. 1 haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung:

Bezugszeichenliste

1 Elektronenstrahler
2 Elektronenstrahlquelle
3 Hochspannungszuführung
4 Strahlverteilungssystem
5 Abschirmung aus Bleiblech
6 Elektronenaustrittsfenster, Inertisierungs einrichtung, Trennstelle für Wartungs arbeiten mit Verriegelung
7 Trommel mit Bahneinzugsvorrichtung
8 Folieneinlauf
9 Folienauslauf
10 Folie.

Beispiel

Eine Polystyrolfolie, welche 100 g/m² (ca. 100 µm) dick ist, wird in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit 200 kV Elektronen in einer Breite von 1,30 m von Rolle zu Rolle mit einer Dosis von 50 kGy bestrahlt.

Der Restmonomerengehalt an Styrol betrug vor der Bestrah lung 500 ppm. Nach der Bestrahlung konnte praktisch kein Styrol mehr in der Folie nachgewiesen werden. Die Unter suchungen wurden mit einem Gaschromatographen durchge führt.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Verbundfolien für Verpackungs zwecke mittels Klebekaschierung, dadurch gekennzeichnet, daß man als Klebstoff einen mit niederenergetischen Elektronenstrahlen härtbaren Klebstoff einsetzt und man die Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronenstrahlen im Bereich von 150 bis 300 kV Beschleunigungsspannung unter Verwendung eines Elektronenstrahlers (1) mit einem groß flächigen Elektronenfenster (6) unter gleichzeitiger Be seitigung der noch in den zusammenzuklebenden Folien ent haltenen Restmonomeren durchführt, wobei man die zu ver bindenden Folien während der Bestrahlung über eine geheizte oder gekühlte Trommel (7) führt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, bestehend aus einem Elektronenstrahler (1) zur Erzeugung niederenergetischer Elektronenstrahlen im Bereich von 150 bis 300 kV Beschleunigungsspannung mit einem großflächigen Elektronenaustrittsfenster (6) und einer vor dem Elektronen austrittsfenster (6) angeordneten geheizten oder gekühlten Trommel (7), auf der das zu bestrahlende Folienmaterial (10) an dem Elektronenaustrittsfenster (6) vorbeigeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Trommel (7) hochpoliert ist.