DE4431046A1 - Kunststoffverpackungsbehälter mit verbesserter elektrostatischer Ableitfähigkeit - Google Patents
Kunststoffverpackungsbehälter mit verbesserter elektrostatischer AbleitfähigkeitInfo
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Description
Zum Befüllen, Lagern und Transportieren von festen, flüssigen und
pastösen Produkten, werden sowohl im industriellen Bereich als
auch im Vertrieb von Konsumgütern Behältnisse in
unterschiedlichsten Ausführungsvarianten eingesetzt, insbesondere
was ihre Werkstoffe und konstruktive Gestaltung betrifft. Für den
Umschlag von festen Füllgütern in pulver-, granulat- oder
chipsförmiger oder stückiger Form steht ein umfangreiches
Behältersortiment wie Fässer, Kanister, Eimer aus Blech oder
Kunststoff, Fibre-Trommeln, Säcke aus Papier, Kunst
stoff oder textilen Geweben, flexible Schüttgutcontainer (FIBCs)
aus Kunststoffgeweben oder Kunststoffolien, Kisten aus Holz oder
Wellpappe mit Innenbehältern (sog. Bag in Box) etc. zur
Verfügung.
Wegen der günstigen Eigenschaften der Kunststoffe werden
vorgenannte Packmittel zunehmend aus polymeren Werkstoffen
hergestellt. Einem universellen Einsatz von
Kunststoffpackmitteln, insbesondere in solchen Bereichen, wo beim
Befüllen und Entleeren des Packgutes durch dessen
elektrostatische Aufladung Explosionsgefahr nicht ausgeschlossen
werden kann, steht jedoch die schlechte elektrische Leitfähigkeit
der Kunststoffe entgegen. Maßnahmen, dies etwa durch Einarbeitung
von leitfähigen Additiven, wie z. B. Ruß, Graphit etc. in die
Polymermatrix oder durch Oberflächenbeschichtung des
Kunststoffpackmittels mit Antistatika zu verbessern, können nur
als unbefriedigend bezeichnet werden. Entweder gewährleisten die
inkorporierten Additive beziehungsweise die oberflächlich
applizierten Antistatika keine dauerhafte Leitfähigkeit des
Polymers über die gesamte Zeitdauer seines bestimmungsgemäßen
Einsatzes hinweg oder die Zuschlagstoffe verschlechtern andere
spezifische Eigenschaften des Polymerwerkstoffes. So
beeinträchtigen z. B. die für eine gute Leitfähigkeit notwendigen
Mengen an Ruß oder Graphit die mechanischen Festigkeiten, das
Siegelverhalten, die Abriebfestigkeit und das
Permeationsverhalten eines Polymerwerkstoffes, beziehungsweise
des daraus gefertigten Produktes, wie z. B. einer Folie, in
beträchtlichem Umfang.
Ausgehend von den Defiziten der kommerziell am Markt erhältlichen
Kunststoffbehälter stellte sich somit die Aufgabe, ein
Transportbehältnis vorzuschlagen, das sowohl als eigenständig
freitragendes System als auch in Kombination mit tragenden
Außenbehältern als sogenannter "In-liner" fungieren kann, und mit
nachstehenden Eigenschaften wie
- - gute, dauerhafte elektrische Ableitfähigkeit,
- - niedrige Permationswirkung gegenüber Sauerstoff und Feuchtigkeit,
- - hohe Abriebfestigkeit gegenüber dem Füllgut,
- - einfache und kostengünstige Fertigung,
- - variabel in der Formgebung
die Nachteile der bekannten Systeme überwindet.
Gelöst wird diese Aufgabe in der Form, daß der erfindungsgemäße
Verpackungsbehälter aus einer Verbundfolien-Kombination gefertigt
wird, die aus einer als Außenschicht des Behälters fungierenden
Polymerfolie mit Sperrschichteigenschaften, einer Zwischenschicht
aus elektrisch leitfähigem Material sowie einer weiteren, die
Innenschicht des Behälters bildenden Polymerfolie besteht, wobei
die polymere Behälterinnenschicht ein Perforationsmuster aufweist
mit Ausnehmungen, über die der Ladungstransfer vom
elektrostatisch aufgeladenen Füllgut zur elektrisch leitfähigen
Behälterzwischenschicht sowie zu einem mit dieser kontaktierten
Erdungssystem erfolgt.
Bevor näher auf Einzelheiten der Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verpackungsbehälters eingegangen wird, soll
nachfolgend anhand von Zeichnungen das Prinzip der Erfindung
näher erläutert werden.
Fig. 1 zeigt an einem schematisch skizzierten erfindungsgemäßen
Behälter das physikalische Grundprinzip des Ladungstransfers.
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch eine für den
erfindungsgemäßen Verpackungsbehälter geeignete
Verbundfolienkombination.
Fig. 3 zeigt an einem Ausschnitt aus einer Behälterwand
Beispiele möglicher Perforationsmuster.
Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Verpackungsbehälter als
sogenannten "In-liner" in einem flexiblen Schüttgutbehälter
(FIBC).
Fig. 5 zeigt einen erfindungsgemäßen Behälter als
thermogeformten "In-liner" in einem Faß.
Im einzelnen ist in Fig. 1 dargestellt wie der
Verpackungsbehälter 1 durch das Füllrohr 2 mit dem Packgut 3 aus
einem nicht dargestellten Vorratssilo befüllt wird. Hierbei
erfährt das Packgut 3 infolge von Reibung und Trennvorgängen
elektrische Aufladungen. Diese elektrostatischen Ladungen sammeln
sich im Packgut 3 an und können nach Erreichen der
Durchbruchsspannung eine Gasentladung auslösen, als deren Folge
ein Ladungstransfer vom Packgut 3 zur Behälterinnenwandung 4
einsetzt. Erfindungsgemäß gelangen die Ladungen von dem
Verpackungsbehälter 1 über die in der Innenschicht 4 ausgesparten
Öffnungen 5 zu der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 6 und
werden von dieser über eine mit ihr in Verbindung stehende
Kontaktstelle 7 an Erde weitergeleitet. Die Behälteraußenschicht 8
erfüllt vorteilhaft neben der Schutzfunktion für die elektrisch
leitfähige Zwischenschicht 6 gegenüber mechanischen
Beschädigungen gleichzeitig auch Barrierewirkung gegenüber
Sauerstoff oder anderen Gasen, Feuchtigkeit, Aromastoffen und
ähnlichen.
Zur Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verpackungsbehälters
bieten sich bevorzugterweise Verbundfolienkombinationen an, da
durch Auswahl geeigneter Einzelkomponenten mit spezifischen
Eigenschaften ein Verpackungsbehälter mit gezieltem
Anforderungsprofil geschaffen werden kann. Hinsichtlich Auswahl
des Materials für die Behälterinnenschicht 4 gemäß Fig. 2 stehen
dem Hersteller durch Wegfall der bisherigen Zwangsforderung nach
elektrischer Leitfähigkeit dieses Werkstoffes, wesentlich mehr
Freiheitsgrade zur Verfügung. So können erfindungsgemäß
unpigmentierte, abriebfestere, gegenüber warmabgefülltem
Schüttgut temperaturbeständigere oder gegenüber
Füllgutanhaftungen dehäsiv ausgerüstete Folien eingesetzt werden.
In Betracht kommen hierfür z. B. Folien aus Polyester,
Polypropylen, Polyäthylen, Polyamid, Fluorpolymeren,
Ethylenvinylalkohol-Copolymeren, etc. Sollten die Folien aus den
vorgenannten Polymeren nicht heißsiegelfähig sein, so wird der
erfindungsgemäße Verpackungsbehälter durch Verklebung mittels
geeigneter Kleber, Hot-melts oder selbsttragender
Adhesivschichten in Folienform gefertigt. Bevorzugterweise werden
für die Innenschicht 4 jedoch heißsiegelfähige Folien entweder
als Monofolie oder auch coextrudierte Folie verwendet. Dadurch
ist der Fertigungsvorgang für den erfindungsgemäßen
Verpackungsbehälter wesentlich kostengünstiger zu gestalten.
Das für den Ladungsabfluß in die Behälterinnenschicht 4
eingebrachte Perforationsmuster in Form von Öffnungen 5 kann in
einfacher Weise bereits vor dem Kaschieren der Folien zum
Triplexlaminat am Monofilm 4 aufgetragen werden. Hierzu bieten
sich herkömmliche Verfahren wie Flammperforation, Stanzen,
Nadelung oder Coronaperforation an. Denkbar ist auch ein
nachträglicher Perforationsschritt an der fertigen
Verbundkombination mittels Lasertechnologie.
Die in Fig. 3 gezeigten Perforationsmuster stehen nur
beispielhaft für eine Vielzahl möglicher Gestaltungsformen.
Öffnungsgröße, -anzahl und -abstand richten sich nach dem
angestrebten bzw. zulässigen Oberflächenwiderstand. Die
geometrische Gestaltung der Öffnungsform ist im wesentlichen frei
wählbar, vorzugsweise weisen die Öffnungen eine runde Form auf.
Der Abstand zwischen den einzelnen Öffnungen liegt im Bereich
zwischen 5 bis 30 mm, vorzugsweise von 5 bis 20 mm. Der mittlere
Durchmesser der Öffnungen kann zwischen 0,2 bis 10 mm liegen,
vorzugsweise zwischen 0,3 bis 5 mm. Die Öffnungen können relativ
zueinander im wesentlichen gleiche oder auch unterschiedliche
Größe haben.
Das als Behälterzwischenschicht 6 eingesetzte Material soll
erfindungsgemäß in erster Linie gute elektrische Leitfähigkeit
besitzen. In dieser Hinsicht liegen Metallschichten mit Abstand
an erster Stelle in der Rangfolge der infragekommenden
Werkstoffe. Dünne Aluminiumfolien in Stärken von 3 bis 12 µm, wie
sie z. B. zur Produktion flexibler Lebensmittelverpackungen gängig
sind, stellen erfindungsgemäß eine bevorzugte Lösung dar.
Eine weitere Variante repräsentieren Folien aus intrinsisch
leitfähigen Polymeren auf Basis von Polyacetylen, Polypyrrol,
Polyparaphenylen, Polyparaphenylensulfid, Polythiophen oder
chargtransfer Komplexen. Alternativ zu den vorgenannten Produkten
kommen auch solche Folien in Frage deren Polymermatrix durch
Einarbeitung elektrisch leitfähiger Pigmente, wie z. B. Ruß,
Graphit oder Kohlenstoffasern modifiziert worden ist.
Ebenfalls in Betracht zu ziehen sind Folien, auf denen
Leitschichten durch Beschichtung, Bedruckung,
Vakuummetallisierung oder Sputtern sowohl vollflächig als auch
partiell appliziert sind. Wesentlich ist nur, daß die leitfähigen
Bahnen oder Strukturen mit der Perforation der
Verpackungsbehälterinnenschicht korrespondieren. Nutzt man die
vorbeschriebenen Methoden zur Erzielung leitfähiger Schichten,
kann die Konstruktion des erfindungsgemäßen Verpackungsbehälters
dahingehend vereinfacht werden, daß die elektrisch leitfähige
Schicht 6 direkt auf die Seite der Behälteraußenschicht 8
appliziert wird, die beim Laminieren mit der perforierten
Behälterinnenschicht 4 in Kontakt gebracht wird. In diesem Falle
ist die elektrisch leitfähige Zwischenschicht 6 kein
selbsttragendes Substrat, sondern ein Bestandteil der
Behälteraußenschicht 8.
Die Aufgabe der elektrisch leitfähigen Zwischenschicht 6 kann
auch durch faserformige Gebilde wahrgenommen werden, die entweder
aus metallischen Werkstoffen, synthetischen, inhärent leitfähigen
Materialien, wie z. B. Kohlenstoffasern oder solchen Produkten
bestehen, die durch Oberflächenpräparation, wie z. B.
Metallisierung, leitfähig gemacht worden sind. Insofern kann die
Zwischenschicht 6 z. B. aus Textil-, Glas-, Kohlenstoff- oder
Aramidfasern bzw. Flächengebilden aus den vorgenannten Fasern in
Gestalt von Gelegen, Geweben, Gewirken, Gestricken oder Vliesen
bestehen.
Was die Außenschicht 8 des erfindungsgemäßen Behälters anbelangt,
so soll sie vorteilhaft einerseits hohe mechanische Festigkeit
gegenüber Beschädigungen beim Transport und Handling und
andererseits gute Barrierewirkung gegenüber Sauerstoff und/oder
anderen Gasen, Feuchtigkeit, Aromaverlust etc. aufweisen.
Erfindungsgemäß besonders geeignet sind hierfür Monofilme oder
coextrudierte Mehrschichtfolien aus Polyester, Polyamid,
Ionomeren, Ethylenvinylalkohol-Coplymeren etc. Die Aufzählung
vorstehender Produkte schließt selbstverständlich andere
geeignete Materialien nicht aus.
Hergestellt werden kann der erfindungsgemäße Behälter durch
Verklebung mittels geeigneter Adhäsive, durch thermisches
Verschweißen oder Ultraschallverschweißung, wobei bereits hier
durch Vorlegen entsprechend geformter Einzelteile die endgültige
Gestalt des Behälters festgelegt ist. Bei Verwendung geeigneter
Folienkombinationen ist auch die Herstellung eines Vorformlings
mit nachgeschalteter Endformung unter Anwendung von
Thermoformverfahren möglich. Diese Methode wird insbesondere dann
zur Anwendung gelangen, wenn der erfindungsgemäße
Verpackungsbehälter als sogenannter "In-liner" mit einem in der
Form vorgegebenen Außenbehälter korrespondieren muß.
Die Anwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäßen
Verpackungsbehälters als "In-liner" werden durch die Fig. 4
und 5 näher erläutert. Fig. 4 zeigt den erfindungsgemäßen
Behälter 1 in seiner Funktion als kubisch geschweißter "In-liner"
in einem flexiblen Schüttgutbehälter 2, der herkömmlicherweise
aus unbeschichteten oder beschichteten textilen Geweben aus
Polyester- oder Polypropylenfasern besteht. Sorgt man in der
betrieblichen Praxis für einen guten innigen Kontakt zwischen dem
Einfüllstutzen des erfindungsgemäßen Verpackungsbehälters mit dem
in der Regel aus Metall bestehenden Befüllstutzen des
Vorratssilos, so kann unter Umständen auf gesonderte
Erdungskontakte 7 verzichtet werden.
Fig. 5 zeigt den erfindungsgemäßen Verpackungsbehälter 1 als
"In-liner" in einem blasgeformten Kunststoffaß. Die mit dem
Außenbehälter 2 korrespondierende Form des "In-liners" 1 wird
durch Thermoformen erreicht.
Für Anwendungsgebiete, in denen für weniger kritische Produkte
der Verpackungsbehälter keine oder nur eine geringe
Barrierewirkung haben muß, kann für die Behälterfertigung auch
nur eine zweischichtige Verbundfolienkombination eingesetzt
werden. In diesem Falle besteht dann die Verbundfolienkombination
aus einer polymeren Innenschicht mit Perforation sowie einer
elektrisch leitfähigen, an Erdpotential anliegenden Außenschicht
aus den vorstehend beschriebenen leitfähigen Werkstoffen.
Claims (17)
1. Verpackungsbehälter zur Aufnahme von Füllgut enthaltend eine
mehrschichtige Verbundfolienkombination, die aus einer als
Außenschicht des Behälters fungierenden Polymerfolie mit
Sperrschichteigenschaften, einer Zwischenschicht aus einem
elektrisch leitfähigen Material sowie einer weiteren, die
Innenschicht des Verpackungsbehälters bildenden Polymerfolie
aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere, die
Innenschicht des Verpackungsbehälters bildende Polymerfolie ein
Perforationsmuster trägt und daß die elektrisch leitfähige
Zwischenschicht über elektrische Kontaktstellen mit einem
Erdungssystem in Verbindung steht.
2. Verpackungsbehälter gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die die Innenschicht des Verpackungsbehälters bildende
Polymerfolie eine heißsiegelfähiger Monofolie oder eine
coextrudierte Folie ist.
3. Verpackungsbehälter gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die die Innen- und Außenschicht des Behälters
bildenden Polymerfolien aus Polyester, Polypropylen, Polyäthylen,
Polyamid Fluorpolymeren, Ethylenvinylalkohol-Copolymeren,
Polyvinylchlorid, Polyvinylacetat, Polycarbonat oder
Polyacrylnitril aufgebaut sind.
4. Verpackungsbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das in die Behälterinnenschicht
eingebrachte Perforationsmuster Öffnungen aufweist, die mittels
Flammperforation, Stanzen, Nadelung, Coronaperforation oder Laser
eingebracht werden.
5. Verpackungsbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige
Zwischenschicht Metalle wie Aluminium, Kupfer, Nickel oder Eisen
enthält.
6. Verpackungsbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige
Zwischenschicht intrinsisch leitfähige Polymeren wie
Polyacetylen, Polypyrrol, Polyparaphenylen,
Polyparaphenylensulfid, Polythiophen oder chargtransfer Komplexe
enthält.
7. Verpackungsbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige
Zwischenschicht aus Polymeren aufgebaut ist, in deren
Matrix elektrisch leitfähige Pigmente wie Ruß, Graphit, Koks oder
Kohlenstoffasern inkorporiert sind.
8. Verpackungsbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige
Zwischenschicht als auf ein Trägersubstrat durch Bedruckung,
Beschichtung, Vakuummetallisierung oder Sputtern aufgebrachte
Leiterschicht ausgebildet ist, wobei als Trägersubstrat
vorzugsweise die polymere Außenschicht des Verpackungsbehälters
eingesetzt wird.
9. Verpackungsbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige
Zwischenschicht aus leitfähigen Fasergebilden in Form von
Gelegen, Geweben, Gewirken, Gestricken oder Vliesen gebildet ist.
10. Verpackungsbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige
Zwischenschicht als diskontinuierliche Zwischenschicht
ausgebildet ist.
11. Verpackungsbehälter gemäß einem der Ansprüchen 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die die Außenschicht des Behälters
bildende Polymerfolie eine mechanisch hochfeste Folie mit
niedriger Permeationswirkung gegenüber Gasen, insbesondere
Sauerstoff, Feuchtigkeit und Aromastoffen ist.
12. Verpackungsbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die die Innenschicht bildende
und/oder die Außenschicht aus uniaxial oder biaxial verstreckten
Polymerfolien besteht.
13. Verpackungsbehälter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß auch die die Außenschicht des
Verpackungsbehälters bildende Polymerfolie perforiert ist.
14. Verfahren zum Herstellen eines Verpackungsbehälters nach
einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem eine mehrschichtige
Verbundfolienkombination hergestellt und zu einem
Verpackungsbehälter verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nähte des geformten Verpackungsbehälters durch Verklebung
mittels geeigneter Adhäsive gebildet werden.
15. Verfahren zum Herstellen eines Verpackungsbehälters nach
einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem eine heißsiegelfähige
mehrschichtige Verbundfolienkombination hergestellt und zu einem
Verpackungsbehälter verformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
die Nähte des Verpackungsbehälters durch thermisches Verschweißen
oder Ultraschallverschweißung gebildet werden.
16. Verwendung eines Verpackungsbehälters gemäß einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 13 als freitragendes Behältnis.
17. Verwendung eines Verpackungsbehälters gemäß einem oder
mehreren der Ansprüche 1 bis 13 als In-liner oder
Einstellbehälter in tragenden Außenbehältnissen wie
Wellpappeschachteln, Holzkisten, Gitterboxpaletten oder Fässer.
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