DE3752054T2

DE3752054T2 - Versiegelbarer Kunststoffverbundfilm

Info

Publication number: DE3752054T2
Application number: DE3752054T
Authority: DE
Inventors: Riccardo Balloni; Jay Kin Keung; David August Liestman; Alan Michael Nahmias
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1987-01-02
Filing date: 1987-12-22
Publication date: 1997-08-21
Anticipated expiration: 2007-12-23
Also published as: CA1299328C; JPS63173640A; SG78247A1; DE3752054D1; TR26208A; EP0273680A3; NZ223041A; ES2100838T3; CN87105982A; BR8707158A; AU8299487A; JP2588225B2; AU613597B2; ZA879762B; GR3024090T3; EP0273680B1; US4764425A; EP0273680A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft heißsiegelfähige, mehrschichtige, orientierte Kunststoffolienstrukturen.
Die US-PS 4,419,411 beschreibt eine orientierte mehrschichtige Polypropylenfolienstruktur mit coextrudierten Schichten aus:
(a) einer Unterschicht aus Polypropylen mit verhältnismäßig hoher Stereoregularität, dessen Vorläuferharz ein Amid einer wasserunlöslichen Monocarbonsäure mit etwa 8 bis 24 Kohlenstoffatomen und Gemische dieser Amide enthält; und
(b) einer Deckschicht auf mindestens einer Oberfläche von (a), enthaltend ein Polyolefin mit verhältnismäßig niedriger Stereoregularität, die einen oberflächenmodifizierenden Anteil einer Kombination aus feinteiligem Siliciumoxid und einem Silikonöl enthält;
wobei die Oberfläche von (b) mit einem oberflächenmodifizierenden Anteil mindestens eines Teils des Amids von (a) vergütet ist.
Derartige Folienstrukturen sind für die meisten schnellen Verpackungsvorgänge vollauf zufriedenstellend; trotzdem strebt die vorliegende Erfindung nach der Bereitstellung von Folienstrukturen mit noch weiter verbesserten Eigenschaften, vor allem mit niedrigem Reibungskoeffizienten, hervorragenden Antistatik-Eigenschaften, guter optischer Klarheit und verringerter Neigung zum Zusammenkleben bei Verwendung auf schnellaufenden Verpackungsmaschinen, insbesondere an heißversiegelten Stellen.
Die EP-A-194588 bschreibt eine dreischichtige Folienstruktur mit einer Kernschicht aus Polypropylen, die beidseitig mit heißsiegelfähigen Polyolefinfolien beschichtet ist.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß eine heißsiegelfähige, mehrschichtige, orientierte Kunststoffolienstruktur aus:
(a) einer Kernschicht, enthaltend ein kristallines Polyolefin, das ein Antistatik-Additiv mit einem Glycerid, wie zum Beispiel Glycerinmonostearat, enthält, die beidseitig direkt oder indirekt beschichtet ist mit
(b) mindestens einer heißsiegelfähigen Schicht, enthaltend ein Polyolefin, bei dem es sich um ein statistisches Copolymer und/oder Terpolymer handelt, und ein Antiblockmittel, wobei nur eine der Außenschichten (b) Silikonöl enthält, das nach Kontakt zwischen deren Oberflächen bei Gebrauch teilweise auf die exponierte Oberfläche der anderen Außenschicht übertragbar ist.
Die erfindungsgemäße Kunstoffolienstruktur enthält zweckmäßig eine Kernschicht, die beidseitig direkt mit einer heißsiegelfähigen Schicht beschichtet sind. Die Beschichtung der Kernschicht zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Folienstruktur kann durch Coextrudieren der Schichten erfolgen. Danach wird die Kunststoffolienstruktur durch uniaxiale oder bevorzugt biaxale Streckung orientiert.
Bei dem bevorzugten kristallinen Polypropylen handelt es sich um hochkristallines, hochstereoreguläres Polypropylen mit einem Schmelzflußindex (melt flow index, MFI) von 1 bis 25, bevorzugt von 1,5 bis 8, insbesondere von 1,5 bis 5 bei 446ºF (230ºC), einem Kristallschmelzpunkt von 321ºF (161ºC) bis 325ºF (163ºC), einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 25.000 bis 100.000 und einer Dichte von 0,90 bis 0,91.
Das Antistatik-Additiv in der Kernschicht enthält bevorzugt außerdem noch ein tertiäres Amin. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Amin um ein tertiäres Amin wie N,N-bissubstituierte Alkyl- oder Alkenylamine; beispielsweise N,N-Bis(2-hydroxyethyl)amine. Ganz besonders bevorzugt handelt es sich bei dem tertiären Amin um ein C&sub6;- bis C&sub1;&sub8;-Alkyl- oder Alkenylamin, beispielsweise N,N- Bis(2-Hydroxyethyl)cocoamin oder N,N-Bis(2-Hydroxyethyl)- stearylamin.
Es stellte sich heraus, daß die entstehende Folienstruktur bei Vorhandensein sowohl eines Glycerids als auch eines Amins, insbesondere eines tertiären Amins, keinen Staub annimmt.
Bei den die heißsiegelfähigen Schichten ausmachenden Polyolefinen mit vergleichsweise niedriger Stereoregularität handelt es sich um statistische Copolymere, die beispielsweise Ethylen und Propylen einpolymerisiert enthalten, und/oder um Terpolymere, die beispielsweise Ethylen, Propylen und Buten-1 einpolymerisiert enthalten. Die Copolymere enthalten bevorzugt 2 bis 9 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 7 Gew.-% und besonders bevorzugt 3 bis 5 Gew.-% einpolymerisiertes Ethylen. Ganz besonders bevorzugte Copolymere sind Copolymere aus Ethylen, Propylen und Buten-1 mit 2 bis 9 Gew.-%, bevorzugt 3 bis 7 Gew.-% und insbesondere 4 bis 5 Gew.-% Buten-1. Geeignete Polymere haben im allgemeinen einen MFI von 2 bis 15, bevorzugt von 3 bis 8 bei 446ºF (230ºC), einen Kristallschmelzpunkt von 245ºF (118ºC) bis 302ºF (150ºC), einem zahlenmittleren Molekulargewicht von 25.000 bis 100.000 und einer Dichte von 0,89 bis 0,90. Die Terpolymere weisen hervorragende Heißsiegeleigenscha ten auf. Sie besitzen jedoch nicht die dem Polypropylen mit vergleichsweise hoher Stereoregularität eigenen hervorragenden physikalischen Eigenschaften. Das die Kernschicht ausmachende Polypropylen mit hoher Stereoregularität besitzt also als hervorragende Eigenschaften gute Feuchtigkeitsbarrierequalität, Steifigkeit, hohe Festigkeit und optische Eigenschaften, wohingegen die dünnen, coextrudierten Oberflächenschichten aus den Terpolymeren mit vergleichsweise niedriger Stereoregularität hervorragende Heißsiegeleigenschaften besitzen. Um aus diesen Charakteristika Nutzen zu ziehen, müssen die Deckschichten so modifiziert werden, daß sie gute Gleiteigenschaften aufweisen und nach der Behandlung bei Heißsiegeltemperaturen nicht an benachbarten Folienbereichen klebenbleiben. Gleichzeitig sind Zusätze solcher Additivmengen, die zu Uneinheitlichkeit und Trübungen führen, zweckmäßigerweise zu vermeiden.
Die Deckschichten sind bevorzugt jeweils weniger als 0,8 Mikron dick. So lange die Kontinuität der Folienstruktur gewahrt bleibt, ist die Minimaldicke der Deckschicht nicht wichtig.
Bei dem für die Einarbeitung in die heißsiegelfähigen Schichten bevorzugten Antiblockmittel kann es sich um jedes teilchenförmige anorganische Material handeln, das bevorzugt eine mittlere Teilchengröße von 0,5 bis 5 Mikron aufweist. Als sehr zufriedenstellend erwiesen sich ein im Handel erhitliches Siliciumoxid mit einer mittleren Teilchengröße von 0,75 Mikron und ein anderes mit einer mittleren Teilchengröße von 4,5 Mikron. Außerdem kommen Metallsilicate, Gläser, Tone und andere zerkleinerte anorganische Materialien in Betracht. Das Antiblockmittel macht vorzugsweise jeweils 0,05 bis 0,5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,3 Gew.-%, der heißsiegelfähigen Schichten aus.
Die weitgehend silikonölfreie Außenschicht (b) wird bevorzugt einer Koronaentladung oder einer chemischen oder Flazmmbehandlung unterzogen.
Eine wichtige Komponente der erfindungsgemäßen Kunststoffolienstruktur ist das Silikonöl. Es wird in eine der heißsiegelfähigen Schichten in einer solchen Menge eingearbeitet, daß auf der Schicht, in die es eingearbeitet wird, und auch auf der exponierten Oberfläche der anderen heißsiegelfähigen Schicht nach Kontakt zwischen deren Oberflächen bei Gebrauch ein niedriger Reibungskoeffizient erhalten bleibt. Das Silikonöl kann 0,5 bis 5,0 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 3 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt 1,1 bis 1,5 Gew.-% der heißsiegelfähigen Schicht ausmachen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kunststoffolienstruktur kann mit handelsüblichen Systemen zur Coextrusion von Harzen erfolgen. Demnach kann man ein Polypropylen-Homopolymer mit vergleichsweise hoher Stereoregularität bevorzugt mit einem statistischen Ethylen-Propylen-Copolymer mit vergleichsweise niedriger Stereoregularität, das gegebenenfalls übliche Komponenten wie Wachs und auch das Antiblockmittel enthält, coextrudieren. Man kann die Polymere aufschmelzen und aus einem herkömmlichen Extruder durch eine Breitschlitzdüse coextrudieren, wobei die Schmelzeströme vor der Extrusion durch die Düse in einem Adapter vereinigt werden. Nach dem Austritt aus der Düsenöffnung wird die Kunststoffolienstruktur abgekühlt und anschließend erneut erhitzt und verstreckt, in der Regel auf das 4- bis 6fache in Maschinenrichtung und danach in der Regel auf das 4- bis 10fache in Querrichtung. Dann kann man die Kanten der Folie zuschneiden und die Folie anschließend auf einen Rollenkern aufwickeln.
Die so geformte Struktur wird bevorzugt durch Halten auf einer Temperatur von etwa 80º (27ºC) bis 125ºF (52ºC) über einen Zeitraum von etwa 6 Stunden bis 1 Woche getempert oder thermofixiert. Die erhaltene Kunststoffolienstruktur besitzt einen Reibungskoeffizienten von 0,10 bis 0,40, bevorzugt von 0,20 bis 0,30, beispielsweise 0,25, und blockt nach dem Halten bei Temperaturen von bis zu 60ºC (140ºF) beim festen Aufwickeln nicht.
Die Reibungskoeffizienten können nach dem "moving slide-stationary film"-Verfahren (bewegtes Gleitstück, stationäre Folie) gemäß US-PS 3,399,156 bestimmt werden.
Ein handelsübliches Polypropylen-Homopolymer und verschiedene Copolymere und ihre ungefähren Mindestschmelzpunkte sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt: TABELLE
Die hergestellten Kunststoffolienstrukturen können geprüft werden, indem man eine Filmstrukturrolle in eine vertikale oder horizontale Verpackungsmaschine einlegt. Diese Maschinen sind mit Hochpräzisionssteuerung ausgerüstet. Beim Durchgang durch die Maschine wird jede Packung in drei Heißsiegelbereichen behandelt, was zum Aneinanderkleben und Mitschleppen der Packungen führen kann. Die Heißsiegelung dauert nur Sekundenbruchteile. Die Folie muß einen Reibungskoeffizienten von etwa 0,2- 0,3, üblicherweise von etwa 0,25, bei Raumtemperatur behalten, damit unannehmbares Mitschleppen vermieden wird, was ansonsten zu Packungsstaus und Maschinenstillstandszeiten führen würde. Erfolgreich ist der Arbeitsgang dann, wenn das Aneinanderkleben und Mitschleppen der Packungen praktisch nicht auftritt, zur Beförderung der Packungen durch das System nur eine mäßige bis niedrige Kraft notwendig ist und der Siegelbereich auf allen Siegelflächen mindestens 40ºF (4,4ºC), bevorzugt 70º bis 90ºF (21ºC bis 32ºC), beträgt.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele erläutert.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Ein Polypropylen-Homopolymer mit einem MFI von etwa 4 und einem mit DSC bestimmten Schmelzpunkt von etwa 160ºC (71ºC) und hoher Stereoregularität wurde aufgeschmolzen und mit zwei Deckschichten, die jeweils eine obere Schicht aus Ethylen-Propylen-Buten-1-Terpolymer mit etwa 0,3 Gew.-% Siliciumoxid als Antiblockmittel und eine untere Schicht aus dem Terpolymer, aber mit 1,2% eines flüssigen Silikons und 0,2% Siliciumoxid als Antiblockmittel enthielten, coextrudiert. Das Coextrudat wurde dann auf 800 bis 110ºF (27ºC bis 43ºC) abgekühlt, erneut auf 240º bis 280ºF (116ºC bis 138ºC) erhitzt und in Maschinenrichtung auf das 4- bis 10fache gestreckt. Die entstehende uniaxial orientierte Folie wurde anschließend bei einem geeigneten Temperaturprofil in einem Kluppenrahmen in Querrichtung orientiert.
Die erhaltene Folie war insgesamt 21 Mikron dick, wobei die Deckschichten jeweils 0,6 Mikron dick waren. Die Folien wurden anschließend koronabehandelt und zu einer Rolle aufgewickelt.
Eine derartige Folie lief sowohl in vertikalen als auch in horizontalen Verpackungssystemen akzeptabel. Sie verhielt sich auch in einer Scandia-Zigarettenverpackungsmaschine annehmbar, jedoch wiesen die erhaltenen Packungen schlechte Antistatikeigenschaften auf.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Vergleichsbeispiel 1 wurde wiederholt, jedoch mit dem Unterschied, daß das Polypropylen-Homopolymer etwa 1000 ppm N,N-Bis(2-hydroxyethyl)cocoamin, 1000 ppm N,N- Bis(2-hydroxyethyl)stearylamin und 500 ppm Glycerinmonostearat enthielt und beide Deckschichten hinsichtlich ihrer Zusammensetzung gleich waren, wobei beide das flüssige Silikon enthielten.
Prüfungen zeigten, daß die Heißsiegelfähigkeit der oberen Schicht weitgehend verlorengegangen war und daß die Folie für vertikale, horizontale oder Scandia- Verpackungsanwendungen unannehmbar war.

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Vergleichsbeispiel 2 wurde wiederholt, jedoch wurden das Siliciumoxid und auch das Silikon aus der oberen Schicht weggelassen.
Bei Prüfungen in vertikalen, horizontalen und Scandia-Verpackungssytemen traten innerhalb von weniger als einer Minute Staus auf, was auf den schlechten Reibungskoeffizienten der Folie zurückzuführen war.

BEISPIEL 4

Vergleichsbeispiel 2 wurde wiederholt, jedoch wurde das Silikon aus der oberen Schicht weggelassen.
Prüfungen in vertikalen Verpackungssystemen liefen bei 22 Packungen pro Minute gut. (Auf neueren, schneller laufenden Systemen sind bis zu 70 Packungen pro Minute möglich.) Auf einem horizontalen Verpackungssystem lief die Folie bei 170 Packungen pro Minute gut. In einer Scandia-Zigarettenverpackungsmaschine lief die Folie bei 172 Packungen pro Minute gut.
Die Folienmuster wiesen auf den oberen und unteren Trägern einen Reibungskoeffizienten von 0,25 bis 0,30 sowie eine gute statische Halbwertszeit auf und nahmen keinen Staub an. Die Verpackung erfolgte praktisch ohne daß die Packungen aneinander klebenblieben.

VERGLEICHSBEISPIEL 5

Beispiel 4 wurde wiederholt, jedoch enthielt das Polypropylen-Homopolymer keine weiteren Bestandteile außer 1000 ppm N,N-Bis(2-hydroxyethyl)cocoamin.
Prüfungen zeigten, daß die Folie in vertikalen, horizontalen und Scandia-Verpackungssystemen bei vernachlässigbarer Staubannahme annehmbar liefen.

Claims

1. Heißsiegelfähige, mehrschichtige, orientierte Kunststoffolienstruktur aus:

(a) einer Kernschicht, enthaltend ein kristallines Polyolefin, das ein Antistatik-Additiv enthält, die beidseitig direkt oder indirekt beschichtet ist mit

(b) mindestens einer heißsiegelfähigen Schicht, enthaltend ein Polyolefin, bei dem es sich um ein statistisches Copolymer und/oder Terpolymer handelt, und ein Antiblockmittel, wobei nur eine der Außenschichten (b) Silikonöl enthält, das nach Kontakt zwischen deren Oberflächen bei Gebrauch teilweise auf die exponierte Oberfläche der anderen Außenschicht übertragbar ist, und dadurch gekennzeichnet, daß das Antistatik-Additiv der Kernschicht (a) ein Glycerid enthält.

2. Kunststoffolienstruktur nach Anspruch 1 mit einer Kernschicht, die beidseitig jeweils direkt mit einer heißsiegelfähigen Schicht beschichtet ist.

3. Kunststoffolienstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Beschichten durch Coextrudieren der Schichten erfolgt.

4. Kunststoffolienstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Glycerid um Glycerinmonostearat handelt.

5. Kunststoffolienstruktur nach einem der vorher gehenden Ansprüche, wobei das Antistatik-Additiv in der Kernschicht außerdem noch ein tertiäres Amin enthält.

6. Kunststoffolienstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das statistische Copolymer Ethylen und Propylen einpolymerisiert enthält und in verschiedenen heißsiegelfähigen Schichten gleich oder verschieden sein kann.

7. Kunststoffolienstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Terpolymer Ethylen, Propylen und Buten-1 einpolymerisiert enthält und in verschiedenen heißsiegelfähigen Schichten gleich oder verschieden sein kann.

8. Kunststoffolienstruktur nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Copolymer 2 bis 7 Gew.-% Ethylen einpolymerisiert enthält.

9. Kunststoffolienstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antiblockmittel teilchenförmiges anorganisches Material mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 bis 5,0 Mikron enthält.

10. Kunststoffolienstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antiblockmittel jeweils 0,05 bis 0,5 Gew.-% der heißsiegelfähigen Schichten ausmacht.

11. Kunststoffolienstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der Außenschichten (b) 0,5 bis 3,0% Silikonöl enthält.

12. Kunststoffolienstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die silikonölfreie Außenschicht (b) einer Koronaentladung oder einer chemischen oder Flammbehandlung unterzogen wird.