DE3650654T2

DE3650654T2 - Kunststoffzusammensetzung und diese Zusammensetzung enthaltende Filme und Mehrschichtstrukturen sowie daraus hergestellte Verpackungen

Info

Publication number: DE3650654T2
Application number: DE3650654T
Authority: DE
Inventors: Roger Peter Genske; Yong Joo Kim
Original assignee: American National Can Co
Current assignee: Rexam Beverage Can Co
Priority date: 1985-11-29
Filing date: 1986-11-28
Publication date: 1998-05-20
Anticipated expiration: 2006-11-29
Also published as: GR3001343T3; ATE159891T1; ES2018782B3; AU595557B2; US4764404A; AU6576886A; ATE57653T1; EP0230115A1; EP0230115B1; EP0380145B1; DE3675184D1; EP0380145A1; CA1277060C; JPS62151436A; DE3650654D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft polymere Massen und Filme, mehrlagige Folienstrukturen und eine aus solchen Filmen und Strukturen hergestellte Verpackung.
Die Verpackungsindustrie erstellt und benutzt zahlreiche Falienstrukturen bei der Herstellung von Verpackungen, wie hitzeversiegelten Verpackungen. Solche Verpackungen gelangen auf den verschiedensten Anwendungsgebieten zum Einsatz. Von besonderem Interesse sind Anwendungsgebiete, bei denen die fertige Verpackung relativ mißbräuchlichen physikalischen Stößen ausgesetzt, beispielsweise fallengelassen oder angestoßen wird und dgl. In Fällen, in denen die Verpackung fließfähige Komponenten enthält, kann der Stoß uber das darin enthaltene Fluidum auf sämtliche Verpackungsteile übertragen werden. Der übertragene Stoß kann bei ausreichend großer Stoßenergie zu einem Bruch oder Reißen der Verpackung an ihrem schwächsten Punkt führen, und zwar auch dann, wenn der anfängliche Stoß nicht auf den schwächsten Punkt einwirkt.
Hitzeversiegelte Verpackungen neigen zum Reißen oder Bruch an oder nahe der Hitzeversiegelung. Ein typischer Bruch erfolgt in der Versiegelungsfläche durch teilweises Voneinanderlösen der aufeinander ausgerichteten Versiegelungsschichten. Wenn der Stoß stark genug ist, kann ein katastrophaler Verpackungsbruch erfolgen, wobei dann der Verpackungsinhalt ins Freie gelangen kann.
Ein solcher Verpackungsbruch entweder durch teilweises Lösen (der Versiegelung) oder durch katastrophalen Bruch beeinträchtigt die Aufbewahrungs- und Schutzfunktionen der Verpackung und ist somit nicht akzeptabel. Somit sollten Materialzusammensetzungen entwickelt werden, die bei Verpackungsfolienstrukturen zur Verstärkung der Fähigkeit der Folienstruktur und insbesondere der Versiegelungsschicht, einen verstärkten schlagartigen Mißbrauch aushalten zu können, verwendet werden können.
Bei bestimmten Verpackungsanwendungen werden die Verpackungen als Teil des Verpackungsprozesses einer Wärmebehandlung bei erhöhten Temperaturen bis zu etwa 121ºC (250ºF) unterworfen. Solche Wärmebehandlungen sind bei bestimmten Verpackungen medizinischer Vorräte und lagerungsstabiler Nahrungsmittel üblich.
Einige Polymere, wie Polypropylen, die sich ansonsten zur Verwendung bei Hochtemperatureinsätzen hervorragend eignen, neigen nach einer solchen Wärmebehandlung zur Versprödung. Eine zunehmende Sprödigkeit führt zu einer verminderten Fähigkeit, schlag- oder stoßartigen Mißbrauch aushalten zu können. Während der Einsatz solcher Materialien aufgrund ihrer Fähigkeit, eine Wärmebehandlung ohne Bruch der Verpackung während der Wärmebehandlung aushalten zu können, zweckmäßig wäre, stellt die daraus resultierende Sprödigkeit ein unerwünschtes Merkmal dar, da es die Fähigkeit der Verpackung, Schläge oder Stöße, beispielsweise während des Versands und der Handhabung aushalten zu können, beeinträchtigt.
Die GB-A-2 055 688 und die US-A-4 196 240 beschreiben jeweils eine wärmeschrumpfbare polymere Masse und einen mehrlagigen Film mit einer Schicht der polymeren Masse.
Die GB-A-2 055 688 beschreibt einen Film aus einer Grundschicht und einer auf mindestens einer Oberfläche der Grundschicht vorgesehenen Oberflächenschicht, wobei die Grundschicht aus einer ein Propylenpolymer umfassenden Harzmasse und die Oberflächenschicht aus einer Polymermasse, umfassend mindestens zwei Komponenten aus (A) einem Copolymer aus Propylen und Ethylen im Gew.-Verhältnis 99,5/0,5 bis 90/10, (B) einem Copolymer aus Propylen und einem α-Olefin mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen im Gew.-Verhältnis 70/30 bis 95/5 und (C) einem Copolymer von Buten und einem anderen α-Olefin mit 2 bis 10 Kohlenstoffatom im Gew.-Verhältnis 70/30 bis 99/1, wobei jedes der Copolymere in einer Menge von 10 bis 90 Gew.-% auf der Basis des Gesamtgewichts der Copolymere vorhanden ist, gebildet sind.
Die US-A-4 196 240 beschreibt einen als Verpackungsmaterial brauchbaren mehrlagigen Film, umfassend eine erste Schicht mit einem Gemisch aus einem Copolymer von Propylen und Ethylen mit bis zu etwa 6 Gew.-% Ethylen, einem Copolymer von Buten-1 und Ethylen mit 1% bis etwa 10 Gew.-% Ethylen und einem thermoplastischen Elastomer, ausgewählt aus Ethylen/- Propylen-Copolymeren und Ethylen/Propylen/Dien-Terpolymeren sowie eine zweite Schicht aus einem Copolymer von Ethylen und Buten-1.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung neuer Materialmassegemische, einlagiger Filme und mehrlagiger Filme sowie von Folienstrukturen mit den neuen Massen zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungen und insbesondere wärmeversiegelten Verpackungen.
Es ist ferner erwünscht, wärmeversiegelte Verpackungen bereitzustellen, die größere Mengen an mißbräuchlichen physikalischen Schlägen oder Stößen auszuhalten vermögen, und zwar insbesondere dann, wenn die verschlossene und versiegelte Verpackung erhöhten Temperaturen bis zu etwa 121ºC (250ºF) ausgesetzt wurde.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit eine mehrlagige Folienstruktur, umfassend:
(a) eine erste Schicht einer Zusammensetzung mit (i) einer ein Polypropylenpolymer umfassenden ersten Komponente, (ii) einer polymeren Masse mit elastomeren Eigenschaften, umfassend ein Copolymer aus Propylen und etwa 60 bis etwa 80 Mol-% Ethylen oder ein Copolymer aus Buten-1 und etwa 85 bis etwa 95 Mol-% Ethylen, als zweiter Komponente und (iii) einer dritten Komponente, die aus einem elastomeren Polymer, ausgewählt aus Polybutylen, Polyisobutylen, einem Ethylen/Propylen/Dienmonomer-Terpolymer, einem Styrol/Butadien/- Styrol-Copolymer, einem Styrol/Ethylen/Butylen/Styrol-Copolymer, einem Styrol/Isopren/Styrol-Copolymer, Polybutylen-1 und einem Isobutylen/Isopren-Copolymer, besteht, und
(b) eine an der ersten Schicht haftende zweite Schicht, deren Zusammensetzung aus der Gruppe Polymere, Papier und eine Metallfolie ausgewählt ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Zusammensetzungsmasse, bei der es sich um eine polymere Mischung handelt, umfassend
(i) eine erste, ein Polypropylenpolymer umfassende Komponente;
(ii) eine zweite Komponente, umfassend ein Copolymer aus Propylen und etwa 60 bis etwa 80 Mol-% Ethylen oder ein Copolymer aus Buten-1 und etwa 85 bis etwa 95 Mol-% Ethylen, und
(iii) eine dritte Komponente, die aus einem elastomeren Polymer, ausgewählt aus Polybutylen, Polyisobutylen, einem Ethylen/Propylen/Dienmonomer-Terpolymer, einem Styrol/Butadien/Styrol-Blockcopolymer, einem Styrol/Ethylen/Butylen/Styrol-Blockcopolymer, einem Styrol/Isopren/Styrol- Blockcopolymer, Polybuten-1 und einem Isobutylen/Isopren-Copolymer besteht.
Bei der oben genannten Zusammensetzungsmasse handelt es sich um eine polymere Mischung aus
(a) 40-70, beispielsweise 60-70 Gew.-% einer ein Polypropylenpolymer umfassenden ersten Komponente;
(b) einer zweiten Komponente in Form eines Copolymers auf Ethylenbasis aus Ethylen und einer zweiten entweder Propylen oder Buten-1 umfassenden Einheit, und
(c) einer sich von der zweiten Komponente unterscheidenden dritten Komponente, die für elastomere Eigenschaften sorgt.
In der zuvor definierten Folienstruktur und Mischung bzw. Masse handelt es sich bei der zweiten Komponente um ein Copolymer auf Ethylenbasis (im folgenden manchmal als "EBC" abgekürzt).
Im folgenden wird die genannte Materialiengruppe der dritten Komponente manchmal als "dritte Komponente" bezeichnet.
Vorzugsweise ist die zweite Komponente in einer Menge von etwa 5 bis etwa 35 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung der Mischung, von der sie einen Teil bildet, vorhanden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Copolymer auf Ethylenbasis im wesentlichen aus einem Copolymer von etwa 85 bis etwa 95 Mol-% Ethylen und etwa 15 bis etwa 5 Mol-% Buten-1. Gemäß einer anderen Ausführungsform handelt es sich hierbei um ein Copolymer aus 81 bis 94 Mol-% Ethylen und 19 bis 6 Mol-% Buten-1.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform besteht das Copolymer auf Ethylenbasis im wesentlichen aus einem Copolymer von etwa 60 bis etwa 80 Mol-% Ethylen und etwa 40 bis etwa 20 Mol-% Propylen.
Die erste Komponente ist vorzugsweise in einer Menge von etwa 40 bis etwa 70 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung der Mischung vorhanden. Die dritte Komponente ist vorzugsweise in einer Menge von etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% vorhanden.
Bei einer Familie bevorzugter Zusammensetzungen oder Massen sind folglich die erste Komponente in einer Menge von etwa bis etwa 70 Gew.-%, die zweite Komponente in einer Menge von etwa 5 bis etwa 35 Gew.-% und die dritte Komponente in einer Menge von etwa 10 bis etwa 40 Gew.-% vorhanden. Bei dieser Familie an Gesamtzusammensetzungen wird die dritte Komponente am zweckmäßigsten aus Styrol/Butadien/Styrol-, Styrol/Ethylen/Butylen/Styrol- und Styrol/Isopren/Styrol-Copolymeren sowie Polyisobutylen ausgewählt.
Die genannte Masse oder Zusammensetzung bildet die Basis einlagiger Filme, mehrlagiger Filme und mehrlagiger Folienstrukturen gemäß der Erfindung.
Bei einer erfindungsgemäßen mehrlagigen Folienstruktur besteht eine erste Schicht aus einer Metallfolie mit zwei einander entgegengesetzten Oberflächen auf ihren entgegengesetzten Seiten. An einer der Folienoberflächen ist eine zweite Schicht aus einem mißbrauchbeständigen Polymer befestigt. Eine dritte Schicht haftet auf der anderen der Folienoberflächen an der Folien- oder Lagenstruktur. Die Zusammensetzung der dritten Schicht besteht aus einem neuen erfindungsgemäßen Massegemisch der zuvor angegebenen Zusammensetzung.
Bei einer anderen mehrlagigen Folienstruktur gemäß der Erfindung besteht eine erste Schicht aus einem Polyamid mit zwei einander entgegengesetzten Oberflächen auf ihren entgegengesetzten Seiten. Eine zweite Schicht aus einem Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer mit zwei einander entgegengesetzten Oberflächen ist mit einer Oberfläche der zweiten Schicht auf einer Oberfläche der ersten Schicht angeordnet. Eine dritte Schicht aus einem Polyamid ist auf der anderen, der ersten Schicht entgegengesetzten Oberfläche der zweiten Schicht angeordnet. Eine vierte Schicht haftet an der Folien- oder Lagenstruktur auf der anderen Seite der ersten Schicht. Die vierte Schicht besteht aus einem neuen erfindungsgemäßen Massegemisch.
Bei einer weiteren mehrlagigen Folienstruktur gemäß der Erfindung besteht eine erste Schicht aus einem Sperrmaterial mit zwei einander entgegengesetzten Oberflächen auf ihren entgegengesetzten Seiten. Die erste Schicht besteht aus einem Vinylidenchlorid-Copolymer. Eine zweite Schicht aus einem mißbrauchbeständigen Polymer haftet an einer Oberfläche der ersten Schicht. Eine dritte Schicht ist in der Folienstruktur auf der anderen Seite der ersten Schicht befestigt. Die dritte Schicht besteht aus einem neuen erfindungsgemäßen Massegemisch.
Aus den Filmen und Folienstrukturen gemäß der Erfindung können Verpackungen der verschiedensten Typen, z.B. Beutel oder Säckchen, die wärmeversiegelt sein können, dies aber nicht müssen, hergestellt werden. Die Erfindung umfaßt diese Verpackungen in zum Füllen fertiger Form und nach dem Füllen und Verschließen.
Im folgenden werden erfindungsgemäße Ausführungsformen lediglich als Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detaillierter beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines erfindungsgemäßen zweilagigen Films;
Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teil einer erfindungsgemäßen dreilagigen Folien- oder Lagenstruktur, die eine schichtartige Metallfolie als Sperrschicht enthält;
Fig. 3 einen Querschnitt eines Teils eines erfindungsgemäßen vierlagigen Films;
Fig. 4 einen Querschnitt eines Teils eines anderen erfindungsgemäßen dreilagigen Films, der als eine innere Schicht ein polymeres Sperrmaterial eingebaut enthält, und
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung eines typischen erfindungsgemäß hergestellten Beutels.
Die Erfindung umfaßt eine Mehrzahl von Formen und Ausführungsformen. In ihrer allgemeinsten Form betrifft die Erfindung eine durch gründliches Vermischen verschiedener Mischungsbestandteile gebildete Masse. Die Erfindung läßt sich auch durch die verschiedensten Gegenstände, die durch Ausformen oder Extrudieren des Massegemischs hergestellt werden können, repräsentieren. Eine bevorzugte Form eines derart hergestellten Gegenstandes ist ein einlagiger Verpackungsfilm, der sich durch übliches Strangpressen herstellen läßt. Solche Filme sind in typischer Weise dünn und flexibel und liegen in der Dickegrößenordnung von etwa 0,025 bis 0,20 mm (1 mil bis etwa 8 mil). Zu anderen Zwecken können auch dickere Abschnitte und Formen hergestellt werden.
Andere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind solche, bei denen das Massegemisch zur Bildung einer Schicht einer mehrlagigen Folienstruktur verwendet wird. Beispiele für diese Filme ergeben sich aus den Fig. 1 bis 4. Andere Folienstrukturen sind (ebenfalls) möglich und in Betracht zu ziehen. Erfindungsgemäße Folienstrukturen besitzen zwei, drei, vier oder mehr als vier, beispielsweise fünf aneinanderhaftende getrennte Schichten und gegebenenfalls weitere dazwischenliegende Klebstoffschichten.
In Fig. 1 bestehen eine Schicht 12 aus einer Schicht aus einem erfindungsgemäßen Massegemisch und eine Schicht 14 aus einem mißbrauchbeständigen Polymer, z.B. Polypropylen. Ein erfindungsgemäßer einlagiger Film besitzt eine entsprechende Zusammensetzung wie die Schicht 12.
Die in Fig. 1 dargestellte Struktur veranschaulicht eine einfachere Form erfindungsgemäßer Verpackungen. Sie ist wegen ihrer Einfachheit von Vorteil und gelangt auf Anwendungsgebieten zum Einsatz, auf welchen ein hochgradiger Schutz gegen das Eindringen von Gasen von höchster Bedeutung ist.
Wenn der Schutz gegen das Eindringen von Gasen noch wichtiger ist, bedient man sich einer Schicht aus einem Sperrmaterial. Bei der in Fig. 2 dargestellten dreilagigen Struktur besteht eine zusätzliche Schicht 16 aus einer schichtartigen Metailfolie. Diese stellt eine hervorragende Barriere gegen das Eindringen von Gasen dar. Die Schicht 14 ist die Schicht aus einem mißbrauchbeständigen Polymer. Die Schicht 12 ist die Massegemischschicht wie in Fig. 1.
Die Struktur der Fig. 2 ist ein Beispiel für eine zur Herstellung von im Rahmen eines Retortenverfahrens verarbeitbaren Beuteln geeignete Folienstruktur. Derartige Strukturen können auch auf Anwendungsgebieten zum Einsatz gelangen, auf denen die Verpackung nicht im Rahmen eines Retortenverfahrens verarbeitet wird. In solchen Fällen brauchen die für jede Schicht ausgewählten speziellen Werkstoffe nicht auf ihre Fähigkeit, den Bedingungen beim Retortenverfahren standzuhalten, geprüft zu werden. Typische beim Retortenverfahren auftretende Probleme sind ein übermäßiges Weichwerden während der Behandlung bzw. Verarbeitung und eine Versprödung als Ergebnis der Behandlung. Die schichtartige Folie 16 einer solchen, im Rahmen eines Retortenverfahrens verarbeitbaren Verpackung besitzt üblicherweise eine Stärke von 28 Gauge bis 100 Gauge, wobei aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten die dünneren Stärken bevorzugt werden. Die mißbrauchbeständige Schicht 14 kann aus einem der üblicherweise bekannten mißbrauchbeständigen Polymere bestehen. Hierzu gehören beispielsweise Nylon, orientiertes Nylon, orientiertes Polypropylen und orientierter Polyester. Zur Verwendung bei der Retortenverpackung besitzt die Schicht 14 in typischer Weise eine Stärke von etwa 50 Gauge innerhalb eines Bereichs von etwa 25 Gauge bis etwa 100 Gauge. Üblicherweise werden die schichtartige Folie 16 und die mißbrauchbeständige Schicht 14 mittels Klebstoffen, z.B. härtenden Klebstoffen vom Polyesterurethantyp, aneinander befestigt. Diese Klebstoffe sind auch zur Verwendung im vorliegenden Falle geeignet.
Die Gemischschicht 12 kann aus irgendeinem erfindungsgemäßen Massegemisch bestehen. Die Struktur gemäß Fig. 2 ist derart ausgestaltet, daß die Schicht 12 als Wärmeversiegelungsschicht verwendet werden kann. Zum Erreichen einer starken bzw. festen Wärmeversiegelung ist eine Mindestdicke von etwa 0,025 mm (1 mil) erforderlich. Diese stellt die bevorzugte Mindestdicke dar. Dickere Wärmeversiegelungsschichten bis zu etwa 0,10 mm (4 mil) sorgen vorteilhaft für eine noch bessere Eignung in einem Wärmeversiegelungsmaterial. Hierbei handelt es sich um eine allgemein bevorzugte Maximaldicke. Während die Schicht 12 auch weit dicker, beispielsweise etwa 0,20 mm (8 mil) oder dicker sein kann, lassen sich aus der Verwendung von weiterem Material üblicherweise keine weiteren Werkstoffvorteile ziehen. Somit werden die größeren Dickewerte im allgemeinen nicht bevorzugt.
Die Schicht 12 kann an der Schicht 16 mit Hilfe eines üblichen härtenden Klebestoffs vom Polyesterurethantyp befestigt werden. Andererseits kann man eine Haftung auf andere Weise, z.B. durch Extrusionskaschieren, Coextrusionskaschieren oder Extrusionsbeschichten mit nachgeschaltetem Erwärmen und unter Druck in einem heißen Walzenspalt, erreichen. In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Oberfläche der schichtartigen Folie 16 vor dem Vereinigen der Schichten 12 und 16 zu grundieren.
In Fig. 3 besteht die Schicht 12 wie in den Fig. 1 und 2 aus einem erfindungsgemäßen Massegemisch. Eine Schicht 18 besteht aus einem Polyamid. Eine Schicht 20 besteht aus einem Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer. Eine Schicht 22 besteht aus einem Polyamid.
Die Struktur gemäß Fig. 3 repräsentiert gruppenbezogen eine Familie von Folienstrukturen, die für eine wirksame Sperre gegen einen Sauerstoffdurchtritt durch die Folienstruktur sorgt und gleichzeitig dem Verpackungsmaterial Durchsichtigkeit zum Betrachten des Verpackungsinhalts verleiht. Diese Verpackungen sind vielseitig verwendbar. Die Wahl spezieller Polymere und Kombinationen von Polymeren hängt von dem jeweus in Betracht gezogenen Gebrauchszweck ab. Ein typischer Gebrauchszweck ist - wie bei der Struktur gemäß Fig. 2 - derjenige eines Retortenverpackens.
Es ist bekannt, eine mehrlagige Filmstruktur mit einer Schicht aus einem Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer zwischen zwei Polyamidschichten gemeinsam zu extrudieren. Eine derartige Struktur entspricht der Substruktur der Schichten 18, und 22. Es hat sich ferner als akzeptabel erwiesen, eine Schicht 12 als Teil der Coextrusion einzubauen. Somit kann die Struktur gemäß Fig. 3 in vorteilhafter und wirtschaftlicher Weise in einer einzigen Verfahrensstufe hergestellt werden, indem sämtliche vier Schichten gleichzeitig und gemeinsam extrudiert und im Rahmen des Coextrusionsverfahrens zur Bildung einer mehrlagigen Schichtstruktur kombiniert werden.
Für eine verstärkte Haftung zwischen den Schichten 12 und 18 ist es manchmal zweckmäßig, zwischen die Schichten 12 und 18 einen Klebstoff, z.B. ein klebendes Polymer, einzufügen. Solche Materialien sind üblicherweise bekannt und können auf der Basis der speziellen Zusammensetzungen der Schichten 12 und 18 und des zu verwendenden Verfahrens ausgewählt werden. In typischer Weise handelt es sich bei diesen klebenden Polymeren um solche auf der Basis von Polypropylen und dessen Carboxylmodifikationen, z.B. durch Maleinsäure oder Maleinsäureanhydrid.
Die Struktur kann selbstverständlich auch nach anderen Verfahren hergestellt werden. In der Regel sind diese allerdings kostspieliger und somit weniger bevorzugt. Ein Beispiel hierfür ist eine Klebstoffkaschierung, wobei die Schichten beispielsweise mit Hilfe eines härtenden Klebstoffs auf Polyesterurethanbasis vereinigt werden.
Der bei der Beschreibung der Zusammensetzungen der Schichten 18 und 22 benutzte Ausdruck "Polyamid" soll Copolymere und Mischungen von Polyamid als Hauptkomponente umfassen. In gleicher Weise sind üblicherweise zusammen mit Polyamid verwendete Zusätze auch im vorliegenden Falle akzeptabel und können daher in die Zusammensetzungen der Schichten 18 und 22 eingebracht werden. Während üblicherweise die Zusammensetzungen der Schichten 18 und 22 gleich sind, können sie zum leichteren Coextrudieren des Folienmaterials auch unterschiedlich sein. Das Verfahren kann dann entsprechend angepaßt werden.
Der zur Beschreibung der Zusammensetzung der Schicht 20 benutzte Ausdruck "Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer" soll das Copolymer allein und Mischungen von Ethylen/Vinylalkohol mit anderen Polymeren umfassen. In gleicher Weise sind üblicherweise mit einem Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer verwendete Zusätze auch im vorliegenden Falle tolerierbar und können somit in der Zusammensetzung der Schicht 20 enthalten sein.
Der Ausdruck "Elastomer" umfaßt Polymere, Copolymere, Kautschuke und dgl., die bei Raumtemperatur unter niedriger Spannung erheblich gereckt werden können und bei einer plötzlichen Entspannung die Tendenz zu einer Rückkehr im allgemeinen und in etwa zur ursprünglichen Form zeigen.
Die Gemischschicht 12 kann aus irgendeinem der erfindungsgemäßen Massegemische bestehen. Die Struktur gemäß Fig. 3 ist wie in den Fig. 1 und 2 derart ausgestaltet, daß die Schicht 12 als Wärmeversiegelungsschicht dienen kann. Die Mindestdicke zum Erreichen einer starken bzw. festen Wärmeversiegelung beträgt bei dieser Struktur in gleicher Weise etwa 0,025 mm (1 mil) und stellt die bevorzugte Mindestdicke dar. Dickere Wärmeversiegelungsschichten bis zu etwa 0,10 mm (4 mil) können in vorteilhafter Weise dem Wärmeversiegelungsmaterial einen wirksameren Gebrauchswert verleihen. Letzterer Dickewert stellt im allgemeinen die bevorzugte Maximaldicke dar. Die Schicht 12 kann - wie für die entsprechende Schicht 12 in Fig. 2 beschrieben - auch dicker sein.
Die Schicht 12 kann ferner beispielsweise bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsformen, wenn keine Hitzeversiegelung durchgeführt wird oder die Festigkeit der Versiegelung nicht kritisch ist, auch eine geringere Dicke als 1 mil (0,025 mm) aufweisen.
Gemäß Fig. 4 ist eine Schicht 14 entsprechend Fig. 2 eine mißbrauchbeständige Schicht. Eine Schicht 12 besteht wie in den Fig. 1 bis 3 aus einem erfindungsgemäßen Massegemisch. Eine Schicht 24 stellt eine Sauerstoffsperrschicht dar und besteht beispielsweise aus einem Vinylidenchlorid-Copolymer. Bevorzugte Copolymere sind Vinylidenchlorid/Vinylchloridund Vinylidenchlorid/Methylacrylat-Copolymere. In der Struktur gemäß Fig. 4 besitzt die Schicht 24 üblicherweise eine Dicke von 0,008 bis 0,051 mm (0,3 bis 2,0 mil). Diese hängt vornehmlich von der für einen gegebenen Endgebrauch gewünschten Sauerstoffdurchlässigkeitsrate ab. Obwohl eine Befestigung auch auf andere Weise erreicht werden kann, werden üblicherweise geeignete Klebstoffe, z.B. die härtenden Klebstoffe auf Polyesterurethanbasis, ökonomisch zwischen die betreffenden Schichten 12, 24 und 14 eingebracht, um eine gute Haftung zwischen diesen Schichten zu gewährleisten.
Zur Herstellung der Folienstruktur gemäß Fig. 4 werden üblicherweise die Schichten 12, 24 und 14 getrennt voneinander hergestellt und dann nach für die Kombination von Polymerfilmen üblicher bekannter Weise zu der mehrlagigen Folienstruktur vereinigt. Bei einem typischen Verfahren werden die Schichten nach üblichen Klebstoffkaschierverfahren vereinigt.
Wie sich aus der Mehrzahl der zuvor beschriebenen mehrlagigen Strukturen ergibt, bietet das Massegemisch aus Polypropylen und den zweiten und dritten Komponenten wichtige Vorteile in den verschiedensten mehrlagigen Strukturen. In der Tat kann eine Schicht aus dem Massegemisch zweckmäßigerweise in Kombination mit irgendeiner sonstigen Schicht, die daran zum Haften gebracht werden kann, verwendet werden. Somit läßt sich die mehrlagige Ausführungsform der Erfindung gruppenbezogen als mehrlagiges Folienmaterial definieren, bei welchem mindestens eine Schicht aus einem Gemisch aus Polypropylen und den zweiten und dritten Komponenten besteht. Die Zusammensetzung der sonstigen Schicht bzw. Schichten braucht nicht zwangsläufig Beschränkungen unterworfen zu sein, ausgenommen jedoch im Hinblick auf die Gewährleistung einer für den beabsichtigten Verwendungszweck akzeptablen Zwischenschichthaftung. Somit können auch nichtpolymere Werkstoffe, wie Papier und Metallfolien und dgl., sowie polymere Werkstoffe verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen mehrlagigen Folienstrukturen werden durch Hitzeversiegeln in vorteilhafter Weise zu Verpackungen verarbeitet (vgl. Fig. 5).
In typischer Weise werden (dabei) Teile des Folienmaterials flächig aufeinander ausgerichtet, wobei die Schicht 12 auf einem Teil der Schicht 12 des anderen Folienteils gegenüberliegt. Zwischen den Folienteilen erfolgt darin um einen gemeinsamen Umfang eine Hitzeversiegelung 28, wobei dann ein Behälter 30 entsteht, der im allgemeinen eine umschlossene Fläche festlegt. Üblicherweise wird - wie dargestellt - eine Seite der hierbei gebildeten Verpackung offen gelassen, um das Produkt einfüllen zu können. Schließlich wird die gefüllte Verpackung geschlossen und längs der offenen Seite hitzeversiegelt.
Andererseits kann die Folie auch durch Ausbilden einer Längsversiegelung längs überlappender Kanten zu einem Schlauch ausgeformt werden. Über die Schlauchbreite erfolgt eine Querversiegelung (vgl. beispielsweise die US-A- 4 521 437, auf die hierin Bezug genommen wird). Dieses Verfahren eignet sich besonders gut zur Verwendung in Füll- und Versiegelungsvorrichtungen vertikaler Form.
Um dem Hauptproblem einer Versprödung des Polypropylens in flexiblen Verpackungen, das hierin angesprochen wurde, zu begegnen, wirkt eine Anzahl von Faktoren zusammen. Um das erfindungsgemäß angestrebte Ziel erreichen zu können, müssen in das Massegemisch - wie beschrieben - die zweite Komponente und die dritte Komponente eingearbeitet werden. Der gemeinsame Beitrag der zweiten und dritten Komponenten ergibt sich aus merklich weniger Strukturbrüchen in den Filmen, den Folienstrukturen und den daraus gefertigten Verpackungen.
Bei dem die zweite Komponente bildenden Copolymer auf Ethylenbasis handelt es sich im wesentlichen um ein Copolymer aus zwei in der Hauptkette des Polymers vorhandenen Einheiten. Im Falle eines Copolymers aus Ethylen und Propylen beträgt das Molverhältnis vorzugsweise etwa 20 bis etwa 40% Propylen und etwa 80 bis etwa 60% Ethylen. Ein derartiges Material wird von Mitsui Petrochemical Industries, Ltd., als TAFMER P vertrieben. Im Falle eines Copolymers aus Ethylen und Buten-1 liegt das Molverhältnis zweckmäßigerweise im Bereich von etwa 85 bis etwa 95% Ethylen und etwa 15% bis etwa 5% Buten-1. Ein solches Material wird von Mitsui Petrochemical Industries, Ltd., als TAFMER A vertrieben.
Als dritte Komponente wird ein elastomeres Polymer verwendet. Dieses kann aus irgendeinem der bekannten und leicht verfügbaren elastomeren Polymere einschließlich deren Mischungen bestehen. Beispiele für leicht verfügbare elastomere Polymere sind Polybutylen, Polyisobutylen, Ethylen/Propylen/Dienmonomer-Terpolymere, Styrol/Butadien/Styrol-Copolymere, Styrol/Ethylen/Butylen/Styrol-Copolymere, Styrol/Isopren/Styrol-Copolymere, Polybuten-1 und Isobutylen/Isopren- Copolymere.
Das als erste Komponente der Mischung verwendete Polypropylen verleiht der Folienstruktur sowohl Festigkeit als auch die Fähigkeit, eine hohe Temperatur ohne übermäßiges Weichwerden aushalten zu können. Das Einarbeiten der zweiten und dritten Komponente in das Massegemisch verleiht diesem Elastizität.
Als erste Komponente der Mischung kann jedes Polypropylen verwendet werden. Bevorzugt werden Polypropylene in Form von Copolymeren mit etwa 2 bis etwa 8 Mol-% Ethylen. Im Vergleich zu einem Homopolymer zeigt das Copolymer gegenüber dem Polypropylen eine minimal erhöhte Elastizität. Der Ausdruck "Polypropylen" bezeichnet hierin, sofern nicht anders angegeben - Homopolymere und Copolymere. Ungeachtet dessen, ob es sich bei dem Polypropylen um ein Homo- oder Copolymer handelt, wird dessen Elastizität - wie gezeigt - (ob nach einem Retortenverfahren behandelt oder nicht) durch das Einarbeiten der zweiten und dritten Komponenten deutlich verstärkt. Ohne das Einarbeiten der zweiten und dritten Komponenten ist das Polypropylen zumindest etwas steif, und zwar sowohl als Homopolymer als auch als Copolymer.
So ist beispielsweise eine Mischung von 60 Gew.-% Polypropylen mit 40% Polyisobutylen demselben Polypropylen in ungemischtem Zustand überlegen, wenn daraus gefertigte Verpackungen im Freifalltest getestet werden. Diese Verpackungen reißen jedoch bei einem Fall von 2,74 m (9 foot), wobei es zu einem Bruch der Verpackungswand nahe einer Hitzeversiegelung kommt. Zum Vergleich wurden unter Verwendung eines einlagigen Films aus 60 Gew.-% desselben Polypropylen-Copolymers, 20% TAFMER A und 20% Polyisobutylen Packungen hergestellt. Diese Packungen passierten - anders als Packungen aus einer der Zwei-Komponentenmischungen - die 2,74-m(9 foot) - Fallversuche.
Obwohl Polypropylen-Homopolymere für viele Zwecke vollständig akzeptabel sind, werden Polypropylen-Copolymere bevorzugt, da sich in ihnen optimale Eigenschaften bezüglich einer verbesserten Widerstandsfähigkeit gegen mißbräuchliche Stöße mit der Fähigkeit, erhöhte Behandlungstemperaturen aushalten zu können, vereinigen. Im allgemeinen zeigt sich dann bei Mischungen aus dem Polypropylen-Copolymer mit den zweiten und dritten Komponenten eine optimale Leistung.
Während das Polypropylen in einer Menge von etwa 10 bis etwa 95 Gew.-% vorhanden sein kann, reicht sein Anteil zweckmäßigerweise von etwa 40 bis etwa 70%, vorzugsweise von 60 bis 70%. Ein geringerer Anteil von etwa 40% wird im allgemeinen bevorzugt, um zumindest einen minimalen Grad an Hochtemperaturtoleranz der Masse und merkliche Feuchtdampfsperreigenschaften, für die das Polypropylen sorgt, zu erhalten. Im allgemeinen ist ein höherer Anteil von 70% wünschenswert.
Obwohl jede Menge an der zweiten Komponente mit einem gewissen Erfolg in das Massegemisch eingearbeitet werden kann, treten im allgemeinen die ersten Verbesserungen bei einem Anteil von etwa 2 Gew.-% auf. Es können zwar bis zu etwa 70 Gew.-% an der zweiten Komponente verwendet werden, den besten Eigenschaftsausgleich erreicht man jedoch, wenn die zweite Komponente in einer Menge von etwa 5 bis etwa 35% vorhanden ist.
In gleicher Weise ist das Einarbeiten einer eigentlich beliebigen Menge an der dritten Komponente in das Massegemisch irgendwie von Vorteil. Im allgemeinen stellen sich jedoch die ersten Verbesserungen bei einem Anteil von etwa 2 Gew.-% ein. Es können zwar bis zu etwa 60 Gew.-% an der dritten Komponente verwendet werden, den zweckmäßigsten Eigenschaftsausgleich erreicht man jedoch, wenn die dritte Komponente in einer Menge von etwa 10 bis etwa 40% vorhanden ist.
Die Wechselbeziehung zwischen den drei Komponenten ist dahingehend (noch) ein Geheimnis, daß durch die Verwendung der zweiten und dritten Komponenten der angegebenen Definition Mischungen mit im Vergleich zum Stand der Technik höherwertigen Eigenschaften bereitgestellt werden können. Aus welchen (noch ungeklärten) Gründen auch immer, ist die am meisten bevorzugte Familie erfindungsgemäßer Massen diejenige, bei der die verschiedenen Komponenten innerhalb der bevorzugten Bereiche der Masse, nämlich etwa 40 bis etwa 70% Polypropylen, etwa 5 bis etwa 35% der zweiten Komponente und etwa 10 bis etwa 40% der dritten Komponente, vorhanden sind.
Es hat sich somit gezeigt, daß durch die Erfindung neue Materialmassegemische bereitgestellt werden. Die Erfindung sorgt ferner für einlagige Filme und mehrlagige Filme und Folienstrukturen zur Verwendung bei der Herstellung von Verpackungen. In der Tat werden erfindungsgemäß vorzugsweise wärmeversiegelte Verpackungen geschaffen, die einer erhebliche Menge an mißbräuchlichen physikalischen Stößen oder Schlägen zu widerstehen vermögen. Diese Fähigkeit kommt besonders dann zur Geltung, nachdem die geschlossenen und versiegelten Verpackungen erhöhten Temperaturen bis zu etwa 121ºC (250ºF) ausgesetzt wurden.

Claims

1. Mehrlagige Folienstruktur, umfassend

(a) eine erste Schicht (12) einer Zusammensetzung mit (i) einer ein Polypropylen-Polymer umfassenden ersten Komponente, (ii) einer polymeren Masse mit elastomeren Eigenschaften, umfassend ein Copolymer aus Propylen und etwa 60 bis etwa 80 Mol-% Ethylen oder ein Copolymer aus Buten-1 und etwa 85 bis etwa 95 Mol-% Ethylen als zweiter Komponente und (iii) einer dritten Komponente, die aus einem elastomeren Polymer, ausgewählt aus Polybutylen, Polyisobutylen, einem Ethylenpropylendienmonomerterpolymer, einem Styrolbutadienstyrolcopolymer, einem Styrol- Ethylen/Butylen-Styrolcopolymer, einem Styrolisoprenstyrolcopolymer, Polybutylen-1 und einem Isobutylenisoprencopolymer besteht und

(b) eine an der ersten Schicht haftende zweite Schicht (14), deren Zusammensetzung aus der Gruppe Polymere, Papier und eine Metallfolie ausgewählt ist.

2. Verpackung, hergestellt aus einer Folienstruktur nach Anspruch 1.

3. Verpackung nach Anspruch 2, die hitzeversiegelt ist und eine Wärmebehandlung von bis zu etwa 121ºC (250º F) auszuhalten vermag.

4. Verpackung nach Anspruch 2 oder 3, die verschwel- oder verbrennbar (in einer Retorte behandelbar) ist.

5. Verpackung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei die erste Schicht eine Wärmeversiegelungsschicht der Packung bildet.

6. Verpackung nach Anspruch 5, wobei die erste Schicht 1 bis 4 mil (0,025 mm bis 0,10 mm) dick ist.

7. Masse in Form einer polymeren Mischung, umfassend

(i) eine erste, ein Polypropylen-Polymer umfassende Komponente;

(ii) eine zweite Komponente, umfassend ein Copolymer aus Propylen und etwa 60 bis etwa 80 Mol-% Ethylen oder ein Copolymer aus Buten-1 und etwa 85 bis etwa 95 Mol-% Ethylen und

(iii) eine dritte Komponente, die aus einem elastomeren Polymer, ausgewählt aus Polybutylen, Polyisobutylen, einem Ethylenpropylendienmonomerterpolymer, einem Styrolbutadienstyrolblockcopolymer, einem Styrol-Ethylen/Butylen-Styrolblockcopolymer, einem Styrolisoprenstyrolblockcopolymer, Polybuten-1 und einem Isobutylenisoprencopolymer besteht.

8. Folienstruktur, Verpackung oder Masse Dach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht bzw. die polymere Mischung 40 bis 70 Gew.-% der ersten Komponente enthält.

9. Folienstruktur, Verpackung oder Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Schicht bzw. die polymere Mischung 60 bis 70 Gew.-% der ersten Komponente enthält.

10. Folienstruktur, Verpackung oder Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Komponente in einer Menge von 5 bis 35 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung der ersten Schicht bzw. der Mischung vorhanden ist.

11. Folienstruktur, Verpackung oder Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dritte Komponente in einer Menge von 10 bis 40 Gew.-% der Gesamtzusammensetzung der ersten Schicht bzw. der Mischung vorhanden ist.

12. Folienstruktur, Verpackung oder Masse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Komponente aus (1) einem Copolymer aus 85 bis 95 Mol-% Ethylen und bis 5 Mol-% Buten-1 oder (2) einem Copolymer aus 60 bis 80 Mol-% Ethylen und 40 bis 20 Mol-% Propylen besteht.