DE4031809A1 - Verfahren zur herstellung von verpackungsbehaeltern aus einer mindestens zwei schichten aufweisenden verbundfolie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verpackungsbehältern aus einer mindestens zwei Schichten aufweisenden Verbundfolie durch Tiefziehen eines aus der Verbundfolie ausgestanzten Schnitteils.

Aus der Praxis sind Verfahren der oben beschriebenen Art bekannt. Es werden dem Stanzprozeß Verbundfolien zugeführt, die durch Coextrudieren oder mittels Klebstoffbeschichtung hergestellte fest miteinander verbundene Folienschichten aufweisen.

Aus der DE-22 01 517 C2 sind mehrschichtige Folien bekannt, die eine innere Sperrschicht, sich daran anschließende Klebstoffschichten und Deckschichten auf jeder Seite aufweisen. Durch die Klebstoffschichten sind die einzelnen Schichten so fest miteinander verbunden, daß ein Auftrennen der Schichten nicht möglich ist. Ein Nachteil solcher aus verschiedenen Materialien bestehenden Verbundfolien besteht in ihrem praktisch nicht trennbaren Folienaufbau. Die bei der Herstellung von Verpackungsbehältern durch Tiefziehen anfallenden Stanzgitter, die bis zu 25% des Materialeinsatzes ausmachen können, müssen als Abfall verworfen werden.

Die Wiederverwertung von Kunststoffabfällen wird immer zwingender, da einerseits die Ressourcen für die Herstellung der Kunststoffe teurer und knapper werden, andererseits die Entsorgungsprobleme wachsen. Aus der DE-28 27 335 C2 ist ein Verfahren zur Rückgewinnung von Kunststoffen aus mehrschichtigen Kunststoffgegenständen bekannt. Abgesehen vom erforderlichen Energieeinsatz zum Aufheizen der Kunststoffgegenstände bis etwas unterhalb des Schmelzpunktes der am niedrigsten schmelzenden Kunststoffkomponente, dem anschließenden Zerkleinern und dem entsprechend anzuwendenden Separationsverfahren, ist vor allem der Verunreinigungsgrad des durch Trennung rückgewonnenen Materials als besonders nachteilig anzusehen. Der Einsatz dieser verunreinigten Materialien läßt keinen störungsfreien Produktionsablauf zu und führt zu Produkten von minderer Qualität.

Die EP-3 69 341 A2 schlägt ein Verfahren vor, das die Abfallrückgewinnung von wenigstens einer Basismaterialschicht aus einer Verbundfolie ermöglichen soll. Als Basismaterialien werden solche wie Polypropylen und Polyäthylen genannt, die beispielsweise mit gas- oder dampfdichten Folienschichten, wie EVOH unter Verwendung von sogenannten Haftvermittlern (EVA, SIS) durch Koextrusion zu Verbundfolien hergestellt wurden.

Solche Verbundfolien weisen bei Raumtemperaturen ihre größte Verbundhaftung zwischen den einzelnen Folienschichten auf, so daß die Verbundhaftung in der Regel höher ist als die Zerreißfestigkeit der schwächsten Folienschicht. Damit ergibt sich der Nachteil, daß der zur Zurückgewinnung anfallende Verbundfolienabfall zunachst ein Aufheizen bis auf Schmelztemperatur der Haftvermittler erfordert, um mit dem Erreichen des Haftvermittlerschmelzpunktes bei abrupter Verminderung der Haftkraft ein Abschälen der miteinander verbundenen Schichten zu ermöglichen. Ein weiterer Nachteil des in der EP-3 69 341 A2 vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, daß die durch Erhitzung erweichten Haftvermittler klebrig werden und daß sich damit die weitere Verarbeitung der rückgewonnenen Basismaterialschicht mit anhaftendem, klebrigem Haftvermittler erschwert.

Eine Aufbereitungsvorrichtung zur Rückführung von thermoplastischen Kunststoffabfällen ist aus der DE-29 03 956 C2 bekannt, bei der beispielsweise bei der Herstellung von Tiefziehfolien die anfallenden Randstreifen direkt mittels Mahlung zu Granulat verarbeitet werden, so daß das Granulat entweder zu Silos oder - im Kreislauf - dem Folien-Extruder zugeführt werden kann. Als Nachteil ist hier die ausschließliche Verwendbarkeit von Monofolien oder solchen aus einem Basismaterial hergestellten Verbundfolien anzusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von tiefgezogenen Verpackungsbehältern aus Verbundfolien unter Einsparung von Rohstoffen zur Verfügung zu stellen. Insbesondere will die Erfindung bei Überwindung der bisherigen Nachteile eine Möglichkeit schaffen, den beim Ausstanzen anfallenden Abfall in einem wesentlich höheren Umfang als bisher für die Folien-Produktion wieder zur Verfügung zu stellen. Dabei soll ein Verfahrensablauf ermöglicht werden, der ein mechanisches Separieren des Abfalls in für das Extrudieren wiederverwertbaren Komponente erlaubt.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Herstellung eines Verpackungsbehälters aus einer mindestens zwei Schichten aufweisenden Verbundfolie durch Tiefziehen eines aus der Verbundfolie ausgebildeten Schnitteils dadurch, daß die Ausbildung des Schnitteils aus dem lediglich durch Verblocken miteinander verbundenen Schichten der Verbundfolie erfolgt und die Herstellung des Verpackungsbehälters vorgenommen wird, indem die Schichten der das Schnitteil bildenden Verbundfolie durch Zuführen von zusätzlicher Wärmeenergie unmittelbar vor und während des Tiefziehens miteinander verfestigt werden.

Durch die Maßnahme, die Verfestigung der einzelnen Verbundfolienschichten lediglich an den Folienschichten des Schnitteils vorzunehmen, während die Folienschichten der Verbundfolie, aus denen das Schnitteil gebildet wurde, also das sogenannte Stanzgitter, nicht verfestigt wird, besteht die Möglichkeit, die lediglich durch Verblocken miteinander verbundenen Folienschichten des Stanzgitters wieder voneinander abzuschälen. Die so getrennten Abfälle aus wieder extrudierbaren Komponenten können der Wiederverwertung zur Folienherstellung zugeführt werden.

Unter dem in Patentansprüchen und Beschreibung verwendeten Begriff: "Verblocken" wird eine Verbindung zwischen den Folienschichten verstanden, die eine mechanische Lösbarkeit dieser Schichten voneinander ermöglicht. Die Verblockung erfolgt bekannterweise unter Anwendung von Wärme und Druck mittels eines Quetschwalzenpaares, sog. thermal-bonding.

Versuche haben gezeigt, daß die durch Verblocken erzielten Haftkräfte und damit die Abschälkräfte am günstigsten im Bereich von 10 bis 100 cN/10 cm, besonders bevorzugt von 10 bis 50 cN/10 cm liegen. Die Mindesthaftkraft von 10 cN/cm erfordert beim thermal-bonding so viel Wärme und Druck, daß keine Lufteinschlüsse zwischen den Folienschichten auftreten können. Ferner ist die Haftkraft hoch genug, um vor allem während des Stanzprozesses ein vorzeitiges Auftrennen der Folienschichten zu verhindern.

Das ausgestanzte Schnitteil wird in bekannter Weise mittels Tiefziehen, beispielsweise zu einer Schale, geformt. Dabei wird nach dem Stanzen das blattförmige Schnitteil durch Einsatz von Kontakt- oder Strahlungswärme auf Tiefziehtemperatur aufgeheizt. Während des Tiefziehvorgangs, der ggf. bei weiterer Wärmezufuhr stattfindet, werden die Schichten des Schnitteils miteinander verfestigt.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht in seiner zeitlich unabhängigen Anwendung, z. B. dadurch, daß die durch Verblocken hergestellte Verbundfolienbahn in verschiedene Bahnbreiten geschnitten wird und zu einem späteren Zeitpunkt mit einem Stanzautomaten oder ggf. dazu angeordnetem Tiefziehautomaten Schnitteile ausstanzt und zu Verpackungsbehältern umformt. Der Stanzgitter anfallende Abfall wird sofort oder später beim Folienhersteller durch Auftrennen der einzelnen Schichten separiert und zur Folienherstellung wiederverwertet. In einem anderen Anwendungsfall werden die durch Stanzen erhaltenen blattförmigen Schnitteile, die platzsparend lagerbar sind, auf Vorrat hergestellt. Gleichzeitig wird die als Stanzgitter verbleibende Verbundfolie durch Auftrennen in die ursprünglich einzelnen Folienschichten der Wiederverwertung zugeführt.

Bei der Anordnung der auszustanzenden Schnitteile muß berücksichtigt werden, daß die Breite der nach dem Stanzen verbleibenden Stege des Stanzgitters so ausgeführt sind, daß beim Trennen der einzelnen Folienschichten die Reißfestigkeit der schwächsten Folie größer ist als die durch Verblocken der Folienschichten erzielte Verbundhaftung unter Berücksichtigung der zu addierenden Bahnspannung.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist besonders vorteilhaft, daß das mechanische Trennen der durch Verblocken miteinander verbundenen Folienschichten des Stanzgitters bei Raumtemperatur stattfindet, denn die zum Tiefziehen verwendbaren ungereckten Folien, aus Polypropylen, EVOH, Polyäthylen, Polyester, PVC, Polyamid u. a., weisen bei Raumtemperatur eine hohe Zugfestigkeit auf. Die Zugfestigkeit solcher Folien würde bei ansteigender Temperatur oberhalb von 30°C rapide abnehmen.

Bei Stanzgitter mit rechteckigen, in Laufrichtung parallel angeordneten Ausschnitten erfolgt ein zur Bahnrichtung diagonales Abschälen der einzelnen Folienschichten. Dadurch wird ein sprunghaftes Ansteigen der Abschälkraft vermieden, wie es bei einem zur Bahnrichtung parallelen Abschälen mit quer zur Bahnrichtung verlaufenden Stegen auftreten würde.

Einsetzbar sind Folien, deren Oberflächen so ausgebildet sind, daß sie untereinander ein gutes Blockverhalten aufweisen, ggf. unter Verwendung eines Haftvermittels. Die vorzugsweise aus einer Trägerfolie, einer Barrierefolie und einer Schweißfolie bestehenden Verbundfolien haben zusammen im verblockten Zustand eine Foliendicke im Bereich von 350 bis 1500 µm, wobei die einzelnen Schichten der Verbundfolie durch das Verblocken eine Haft- bzw. Abschälkraft im Bereich von 10 bis 50 cN/ 10 cm aufweisen.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sieht das erfindungsgemäße Verfahren die Zuführung von drei Folienbahnen vor, eine von 250 bis 1300 µm starke Trägerschicht aus Polypropylen (PP), eine von 50 bis 100 µm starke Barriereschicht, bestehend aus Haftvermittler, Copolymeren von Äthylen/Vinylalkohol/Copolymer ( EVOH), Haftvermittler und eine dritte von 50 bis 100 µm starke Schweißschicht aus Polyäthylen, die gemeinsam durch thermal-bonding in bekannter Weise miteinander verblockt werden.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ermöglicht es, bei der Herstellung von Verpackungsbehältern den anfallenden Abfall in extrudierbaren, unverschmutzten Folienmaterialien mechanisch aufzuspalten und unter günstigen Produktionsbedingungen nahezu 100% einer Wiederverwertung zuzuführen. Das so durch Aufspaltung erhaltene Folienmaterial kann sofort oder später zerhackt bzw. regranuliert und dann wieder einem Extruder zugeführt werden. Die ggf. an dem Folienmaterial anhaftenden Haftvermittler sind im Gegensatz zu ausgehärteten Klebstoffresten extrudierbar. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, daß die am Folienmaterial anhaftenden Haftvermittler während des Verblockens nicht aufschmelzen und daß die Haftvermittler auf den separierten Folienschichten keine klebrigen Schichten bilden, wie es beim Verfahren nach der EP-3 69 341 A2 notwendigerweise geschieht.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden Schnitteile in hoher Taktfrequenz aus der Verbundfolie gestanzt, um aus ihnen später auf einem Tiefziehautomaten durch Umformen bei gleichzeitigem Verfestigen der Folienschichten Schalen für Lebensmittelverpackungen herzustellen, wie z. B. Menueschalen zur Aufnahme von kompletten Mahlzeiten oder auch Schalen für "non food" Artikel.

Zur weiteren Erläuterung wird die Erfindung anhand des Beispiels und der Zeichnung beschrieben. Die in der Zeichnung aufgeführten Verfahrensschritte A, B, C und D können in der Praxis zu unterschiedlichen Zeiten und ggf. an verschiedenen Orten ausgeführt werden. Die Fig. 1 zeigt eine vereinfachte, schematische Darstellung des Verfahrens.

Im Verfahrensschritt A werden von den Abwickelstationen (11) die einzelnen Folienbahnen ( 1; 2 und 3) mittels einer nicht näher dargestellten Bahnführung der Verblockungseinrichtung zugeführt. Die Verblockung erfolgt in bekannter Weise durch thermal-bonding, welches unter Anwendung von Wärme und Druck mittels des Ouetschwalzenpaares (4) die Folienbahnen (1; 2 und 3) zu der Verbundfolie (5) verblockt. Unmittelbar vor dem Ouetschwalzenpaar (4) sind Wärmequellen (12; 13) angeordnet, die berührungslos ein direktes Anwärmen der zu verblockenden Oberflächen bewirken.

Die Verbundfolie (5) weist eine äußere Folienbahn (3) auf, die als steife Trägerschicht mit einer Dicke von 900 µm aus Polypropylen hergestellt ist. Die mittlere Folienbahn (2) mit einer Dicke von ca. 80 µm bildet eine Barriereschicht, bestehend aus: Haftvermittler/EVOH/Haftvermittler. Die Folienbahn (1), mit einer Dicke von ca. 100 µm, dient als Schweißschicht, die aus Polyäthylen hergestellt ist.

Im Verfahrensschritt B wird mit der angedeuteten Stanzstation (8) das Schnitteil (9) ausgestanzt.

Unter C wird in bekannter Weise auf einem nicht dargestellten Tiefziehautomaten das Schnitteil (9) auf Tiefziehtemperatur erhitzt, zur Schale (10) umgeformt, wobei die Schichten der Verbundfolie während des Aufheizens und Tiefziehens miteinander verfestigt werden.

Die nach dem Ausstanzen als Stanzgitter (6) verbleibende Verbundfolie (5) ist nach wie vor nur durch Verblocken verbunden und wird bei D mit entsprechend angeordneten Leitmitteln (7) wieder in einzelne Folienschichten mechanisch aufgespalten.

Die so erhaltenen, in einzelnen Gitterbahnen (1′; 2′ und 3′) mechanisch aufgespaltenen Abfälle entsprechen in der Materialzusammensetzung den eingangs zugeführten Folienbahnen (1; 2 und 3) und können jeweils einer entsprechenden Wiederverwertung zugeführt werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Verpackungsbehältern aus einer mindestens zwei Schichten aufweisenden Verbundfolie durch Tiefziehen eines aus der Verbundfolie ausgestanzten Schnitteils, dadurch gekennzeichnet, daß man

• a) die einzelnen Folienschichten durch Verblocken miteinander verbindet,
• b) das durch Ausstanzen erhaltene Schnitteil mittels Tiefziehens zum Verpackungsbehälter umformt,
• c) durch Zuführen von zusätzlicher Wärmeenergie unmittelbar vor und während des Tiefziehens die einzelnen Schichten des Schnitteils miteinander verfestigt.

2. Verfahren zur Herstellung von Verpackungsbehältern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach dem Ausstanzen als Stanzgitter verbleibende Verbundfolie durch Auftrennen in die ursprünglich einzelnen Folienschichten der Wiederverwertung zugeführt wird.

3. Verfahren zur Herstellung von Verpackungsbehältern nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundfolie aus einer Trägerfolie, einer Barrierefolie und einer Schweißfolie besteht, die zusammen im verblockten Zustand eine Foliendicke im Bereich von 350 bis 1500 µm haben, wobei die einzelnen Schichten der Verbundfolie durch das Verblocken eine Haft- bzw. Abschälkraft im Bereich von 10 bis 50 cN/10 cm aufweisen.

4. Verfahren zur Herstellung von Verpackungsbehältern nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine von 250 bis 1300 µm starke Trägerfolie aus Polypropylen (PP), eine von 50 bis 100 µm starke Barrierefolie, bestehend aus Haftvermittler/EVOH/Haftvermittler und eine von 50 bis 100 µm starke Schweißschichtfolie aus Polyäthylen gemeinsam durch thermal-bonding miteinander verblockt werden.