DE4119218A1 - Polyester-dichtungsschichten bei mehrschichten-verpackungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft mehrschichtige Ver­ packungsstrukturen und insbesondere solche Strukturen, die eine Polyester-Dichtungsschicht aufweisen.

Die gegenwärtig gebräuchlichen Verpackungsstrukturen verwenden Polyolefine als Dichtungsschicht. Diese haben den Vorteil, daß sie niedrige Verschweiß-Temperaturen, d. h. von etwa 80°C bis 120°C, besitzen und billig sind. Die Nachteile dieser Materialien sind, daß sie den Geschmack beeinträchtigen und keine Sperre gegen Öle darstellen. Polyester sind dafür bekannt, daß sie Sperren gegen Öle sind und den Geschmack nicht beein­ flussen; sie sind jedoch bei den niedrigen Temperaturen, die bei Verpackungsmaschinen-Standards zum Einsatz kommen, nur schwer zu verschweißen bzw. versiegeln.

Überraschend wurde gefunden, daß bestimmte Polyester- Copolymere, die, wiewohl sie hohe Schmelzpunkte von etwa 220°C bis 260°C besitzen, bei niedrigen Temperaturen thermisch verschweißbar (heiß-versiegelbar) sind, eine gute Heißklebefestigkeit ergeben. Die Verwendung der­ artiger Polymerer als Dichtungsschicht bei mehrschich­ tigen Verpackungen ermöglicht ein Verpacken mit hoher Geschwindigkeit. Außerdem ergeben auch Polyester, die mit Olefin-Polymeren gemischt sind, eine gute Heißklebe­ festigkeit.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine mehrschichti­ ge Verpackungsstruktur bereitgestellt, bei der eine Dichtungsschicht sich im Kontakt mit einem zu vepacken­ den Produkt befindet und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Dichtungsschicht ein Polyester-Copolymer, ein Gemisch desselben mit einem Olefin-Polymer oder ein mit einem Olefin-Polymer gemischter Polyester ist, das(der) bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 180°C thermisch verschweißt ist und eine Heißklebefestigkeit von mehr als 6 N pro 15 mm Breite der Verschweißung bei einer Berührungsflächen-Temperatur im Bereich von 100°C bis 120°C besitzt.

Mehrschichtige Laminate, die zum Verpacken brauchbar sind, können mittels verschiedener Standard-Verfahren hergestellt werden. Die Laminate können mittels des Folien-Gießverfahrens, des Film-Gießverfahrens, des Folien-Blasverfahrens oder durch Extrusions-Beschichten hergestellt werden. Für biegsame Verpackungen werden typischerweise die drei letztgenannten Verfahren an­ gewandt. Derartige Laminate und Verfahren sind dem Fachmann wohlbekannt und betreffen wenigstens zwei Schichten aus unterschiedlichen Materialien, typischer­ weise drei Schichten.

Diese mehrschichtigen Laminate werden dann mit Hilfe vieler Standard-Verpackungsmaschinen in die Form von Verpackungsstrukturen gebracht; die angefertigte Struk­ tur und die eingesetzten Maschinen hängen dabei zum großen Teil von den zu verpackenden Erzeugnissen ab. In allen Fällen muß die Verpackungsstruktur verschweißt werden, um das Produkt im Inneren der Verpackung zurück­ zuhalten; ebenfalls befindet sich in allen Fällen eine der beiden Schichten, die zur Herstellung der Versiege­ lung nötig ist, im Kontakt mit dem zu verpackenden Pro­ dukt. Das Versiegeln erfolgt im allgemeinen durch Heiß­ versiegeln (Verschweißen) mittels beheizter Stäbe, die bei Einsatz eines Polyolefins eine Temperatur der Be­ rührungsfläche von etwa 80°C bis 120°C liefern. Die zweite Schicht, die zur Herstellung der Versiegelung benötigt wird, besteht typischerweise aus Papier; sie kann jedoch aus irgendeinem anderen Material bestehen, das üblicherweise bei mehrschichtigen Verpackungsstruk­ turen Verwendung findet.

In der vorliegenden Erfindung können dann, wenn ein Polyester-Copolymer als Dichtungsschicht in einer mehr­ schichtigen Verpackungsstruktur eingesetzt wird, Ver­ siegelungs-Temperaturen der Berührungsfläche von etwa 100°C bis etwa 180°C angewandt werden. Die erhaltenen Versiegelungen haben eine Heißsiegelfestigkeit von mehr als 15 N/15 mm Siegelbreite (wie in Fig. 1 veranschau­ licht wird) und eine Heißklebefestigkeit von mehr als 6 N/15 mm Siegelbreite bei einer Temperatur der Berüh­ rungsfläche von etwa 100°C bis 120°C (wie in den Fig. 2 und 3 veranschaulicht wird).

Das als Dichtungsschicht in der vorliegenden Erfindung brauchbare Polyester-Copolymer ist vorzugsweise eines, das überwiegend als Monomer-Komponenten Terephthalsäure und Ethylenglycol umfaßt und daß bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 180°C thermisch verschweißt werden kann.

Insbesondere enthält der Polyester, im Hinblick auf sein Verhalten beim Heißversiegeln, zusätzlich zu den oben genannten Monomer-Komponenten weitere Comonomer-Kompo­ nenten in einer Menge von 3 bis 20 Mol-%, vorzugsweise von 5 bis 15 Mol-%, so daß ein Polyester-Copolymer vor­ liegt. Zu einsetzbaren Comonomer-Komponenten zählen bei­ spielsweise aromatische Carbonsäuren wie Isophthalsäure und Phthalsäure, aliphatische oder alicyclische Carbon­ säuren wie Adipinsäure, Sebacinsäure oder Cyclohexan­ dicarbonsäure und Diole wie Propylenglycol, 1,4-Butan­ diol, 1,4-Cyclohexandimethanol, Diethylenglcol und Tri­ ethylenglycol. Von diesen Comonomer-Komponenten sind Isophthalsäure, 1,4-Cyclohexandimethanol und Diethylen­ glycol besonders bevorzugt.

Die für die Dichtungsschicht in der vorliegenden Erfin­ dung besonders geeigneten Polyester-Copolymeren können mit anderen Polymeren gemischt werden, von denen bekannt ist, daß sie als Dichtungsschichten in mehrschichtigen Verpackungen brauchbar sind. Zu derartigen anderen Poly­ meren zählen Olefin-Polymere und -Copolymere, insbeson­ dere lineares Polyethylen niedriger Dichte, und Ethylen- Säure-Copolymere und -Ionomere. Das Olefin-Polymer wird mit dem Polyester-Copolymer so vermischt, daß eine Zusammensetzung entsteht, die 5 bis 30 Gew.-% des Olefin-Polymers enthält. Außerdem kann das Olefin- Polymer mit einem Homo-Polyester bei einem gleichen Konzentrations-Wert vermischt werden, so daß eine Homo- Polyester-Gemisch-Zusammensetzung mit guten Heißklebe­ eigenschaften bereitgestellt wird.

Zum weiteren Verständnis der Erfindung werden die folgenden Beispiele angegeben, in denen die Angaben der Teile und Prozentsätze sich auf das Gewicht beziehen, sofern nichts anderes vermerkt ist, und die Temperaturen in Grad Celsius angegeben sind.

Beispiel 1

Ein Polyester-Copolymer mit 15% Isophthalsäure (Schmp. 225°C) wurde bei einer Temperatur der Schmelze von 280°C extrudiert und als Schicht auf Kraft-Papier (70 g/m²) mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 150 m/min über eine Breite von 550 mm aufgebracht. Die Länge des Luft-Zwischenraums zwischen der Düse und den Einzugswalzen betrug etwa 150 mm. Die Dicke der Be­ schichtung bis zum Auftreten von Faserbruch betrug 32 g/m.

Die auf diese Weise erhaltenen Polymer-Überzüge wurden bei verschiedenen Temperaturen der Berührungsfläche auf sich selbst thermisch verschweißt. Die Temperatur der Berührungsfläche wurden mit Papierstreifen gemessen, die bei Erreichen einer bestimmten Temperatur schwarz werden. Der Nachdruck zwischen den beheizten Stäben betrug 0,3 MPa, und die Dauer der Druckeinwirkung betrug 1 s. Die Festigkeit der Verschweißung wurde an einer Probe von 15 mm Breite mit einem ZWICK-Prüfgerät ge­ messen, das mit einer 50 N-Lastzelle bestückt war und mit einer Kreuzkopf-Geschwindigkeit von 100 mm/min arbeitete. Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt.

Die gleichen Proben mit einer Breite von 15 mm wurden auf dem Heißklebe-Prüfgerät von PACKFORSK, Typ 52B SN012, geprüft. Die Verschweißung erfolgte bei verschie­ denen Temperaturen der Berührungsfläche mit einer Nach­ druckzeit von 0,5 s und einem Druck von 0,3 MPa. 0,2 s nach Beendigung der Druckeinwirkung auf die Versiege­ lungsstäbe wurde das eine Ende der Probe mit 150 mm/min gezogen, und die Kraft wurde registriert. Die Maximal­ werte der Aufzeichnung der Kraft über der Zeit sind für verschiedene Temperaturen der Berührungsfläche in Fig. 2 aufgetragen.

Beispiel 1 zeigt, daß eine Heiß-Siegelfestigkeit von mehr als etwa 15 N über einen Temperatur-Bereich von etwa 100°C bis 180°C und eine Heißklebefestigkeit von mehr als etwa 6 N bei einer Temperatur der Berührungs­ fläche oberhalb von 100°C erhalten wird.

Beispiel 2

Ein Polyester-Polymer (Schmp. 255°C) wurde mit 15% eines Zink-Ionomer-Harzes gemischt. Das Ionomer wurde aus einem Ethylen-Polymer mit 15% Methacrylsäure, zu 60% mit Zink neutralisiert, hergestellt (Schmelzindex 0,7 dg/min). Die Masse wurde bei einer Temperatur der Schmelze von 200°C auf einer konventionellen Blas­ folien-Strecke extrudiert. Die Dicke der Folie betrug 45 µm.

Die auf diese Weise erhaltene Folie wurde auf dem in Beispiel 1 beschriebenen Heißklebe-Prüfgerät geprüft. Die Folie wurde zuvor auf eine Seite einer herkömmli­ chen, biaxial orientierten Polyethylenterephthalat(PET)- Folie von 50 µm Dicke mit einem Haftkleber auf ihrer einen Seite aufgeklebt. Die Versiegelung wurde bei ver­ schiedenen Temperaturen der Berührungsfläche mit einer Nachdruckzeit von 0,5 s und unter einem Druck von 0,3 MPa vorgenommen. 0,2 s nach Beendigung der Druck­ einwirkung auf die Versiegelungsstäbe wurde das eine Ende der Probe mit 150 mm/min gezogen, und die Kraft wurde registriert. Die Maximalwerte der Aufzeichnung der Kraft über der Zeit sind für verschiedene Temperaturen der Berührungsfläche in Fig. 3 aufgetragen.

Beide Beispiele zeigen, daß die Heißklebefestigkeiten hervorragend sind und denjenigen von Ionomeren ähneln, die für diese Eigenschaft wohlbekannt sind.

Claims (4)

1. Mehrschichtige Verpackungsstruktur, bei der eine Dich­ tungsschicht sich im Kontakt mit einem zu vepackenden Produkt befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Dich­ tungsschicht ein Polyester-Copolymer, ein Gemisch des­ selben mit einem Olefin-Polymer oder ein mit einem Olefin-Polymer gemischter Polyester ist, das(der) bei einer Temperatur im Bereich von 100°C bis 180°C thermisch verschweißt ist und eine Heißklebefestigkeit von mehr als 6 N pro 15 mm Breite der Verschweißung bei einer Berührungsflächen-Temperatur im Bereich von 100°C bis 120°C besitzt.

2. Verpackungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtungsschicht ein Polyester- Copolymer ist, das ein Copolymer aus Terephthalsäure, Ethylenglycol und einer oder mehrerer der Komponenten Isophthalsäure, 1,4-Cyclohexandimethanol und Diethylen­ glycol ist.

3. Verpackungsstruktur nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsschicht ein Gemisch aus einem Polyester-Copolymer und einem Olefin- Polymer ist, das aus linearem Polyethylen niedriger Dichte und einem Ethylen-Säure-Copolymer oder -Ionomer ausgewählt ist.

4. Verpackungsstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtungsschicht ein Gemisch aus einem Polyester und einem Olefin-Polymer ist, das aus linearem Polyethylen niedriger Dichte und einem Ethylen-Säure-Copolymer oder -Ionomer ausgewählt ist.