DE602004007185T2 - Luftpolsterfolie aus Polypropylen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
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- Blow-Moulding Or Thermoforming Of Plastics Or The Like (AREA)
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polypropylen-Luftblasenfolie und das Verfahren zur Herstellung der Blasenfolien.
- Blasenfolien sind Produkte, die allgemein für das Verpacken von zerbrechlichen Gegenständen und/oder sperrigen Objekten (wie zum Beispiel Gegenstände aus Glas, Möbel, Einrichtungshilfsmittel, verschiedene Maschinenarten) verwendet werden, um zu verhindern, dass diese durch Stoßeinwirkungen beschädigt werden, oder allgemeiner zum Schutz während des Transports von dem Herstellungsort zu dem Vertriebshändler gefolgt von den nachfolgenden Transporten zu dem Endkäufer.
- Der bestehende Stand der Technik beschreibt und verwendet Blasenfolien, die allgemein und hauptsächlich aus LDPE (Polyethylen niedriger Dichte), oder Mischungen von LDPE, oder Mischungen von LDPE und LLDPE (lineares Polyethylen niedriger Dichte) hergestellt sind, oder diese Blasenfolien werden wiederum durch die Koextrusion mehrerer LDPE-Schichten mit einem Sperrschichtmaterial wie zum Beispiel PA6 (Polyamid 6) hergestellt.
- Insbesondere wird die Blasenfolie gemäß dem Stand der Technik durch die Bildung einer ersten thermogeformten Folie mit zylindrischen oder konischen Vertiefungen, die mehr oder weniger groß, mehr oder weniger tief und mehr oder weniger nahe zu einander sind, gewonnen.
- Eine zweite flache Verschlussfolie wird auf die erste thermogeformte Folie mit den oben genannten Vertiefungen, d.h. die Blasen, geschweißt, wo durch die Blasen hermetisch werden und ein "Polsterungs"-Effekt erzeugt wird, was ermöglicht, dass die Blasenfolie ihre Funktion ausübt, nämlich, wie bereits gesagt, die Absorbierung von Stoßeinwirkungen.
- Die mechanische Festigkeit der auf diese Weise hergestellten Blasenfolie hängt offensichtlich unmittelbar von der Quantität des verwendeten Materials und folglich von dem Gewicht pro Quadratmeter der die zwei Schichten bildende Polyethylenfolie ab.
- Die mechanische Festigkeit und der Stoßdämpfungseffekt können durch das Hinzufügen einer dritten Polyethylenfolie oben auf die Blasen mittels eines Schweißverfahrens weiter verbessert werden, wodurch eine Matratze erzeugt wird. Auch in diesem Fall weist das Endprodukt eine mehr oder weniger hohe mechanische Festigkeit in Relation zu dem Gewicht pro Quadratmeter der hinzugefügten Folie auf.
- Werden Produkte mit höheren mechanischen Eigenschaften, einer längeren zeitlichen Nutzungsdauer oder einer höheren Luftdichtigkeit in der Blase gewünscht, sieht der Stand der Technik die Herstellung und Verwendung von Folien mit Mehrschichtstrukturen vor, die eine Innenschicht aus Nylon und Außenschichten aus LDPE enthalten, wobei die Außenschichten die Schweißung zwischen den Folienkomponenten bilden.
- Allgemein jedoch erreichen diese aus Polyethylen hergestellten Produkte offensichtlich einen mechanischen Festigkeitswert, der durch das Polymer selbst gekennzeichnet ist. Zum Beispiel gibt die Tabelle die Eigenschaften eines PE in Bezug auf Streckgrenze und Streckdehnung, Reißfestigkeit und äußerste Dehnung sowie die höchste absorbierte Energie an.
-
Material Dicke [μm] Streckgrenze [N/mm2] Streckdehnung [%] Reißfestigkeit [N/mm2] Äußerste Dehnung [%] Energie [J] LDPE 25 10,3 10 23,6 205 348 - Der aktuelle Stand der Technik bietet daher verschiedene Produktarten, d.h. Luftblasenfolien, an, die alle im wesentlichen aus LDPE oder Mischungen von LDPE und LLDPE hergestellt sind, die leicht verschweißt werden können und daher einfach herzustellen sind. Obwohl diese Produkte mehr oder weniger in Bezug auf Luftdichtigkeit, zeitliche Nutzungsdauer etc. zuverlässig sind, sind diese von einem mechanischen Standpunkt aus gesehen extrem brüchig, wie anhand der oben angegebenen Streckgrenz- und Reißfestigkeitswerte gesehen werden kann, und folglich sind dies Produkte, die leicht zerreißen, sofern nicht solch hohe Basisgewichte erreicht werden, dass die Biegsamkeit des Produkts beeinträchtigt ist und gleichzeitig die Kosten des Ausgangsmaterials unerschwinglich sind.
- Um eine Lösung für dieses Problem zu finden, wurden Bestrebungen auf eine ständige Weiterentwicklung der Herstellungsverfahren dieser Polyethylenfolien gerichtet, eine Technik, die ständig verbessert und an die sich stets entwickelnden Eigenschaften der Ausgangsmaterialien angepasst wurde, wodurch das Erreichen hoher Herstellungsebenen ermöglicht wurde, indem Systeme, wie das in
1 gezeigte, verwendet wurden. - Diese Systeme ermöglichen, dass die Temperaturen der Folien durch das Wegnehmen oder Hinzugeben von Wärme geregelt werden, mit dem Ziel ideale Bedingungen in Bezug auf Thermoformbarkeit, Beständigkeit und Schweißen zu erreichen.
- All dies kann einfach erreicht werden, da das verwendete Ausgangsmaterial (LDPE) einen extrem weiten Kristallisationsbereich aufweist und daher mit temperaturgeregelten Stütz-, Spann- und Förderzylindern gehandhabt werden kann.
- Trotz Optimierung der Herstellungstechniken weisen die Blasenfolien vom oben beschriebenen Stand der Technik immer noch den großen Nachteil einer hohen Brüchigkeit auf.
- Es ist infolgedessen zum Beispiel unmöglich, die oben genannten Folien für das Verpacken von besonders sperrigen und schweren Objekten, wie beispielsweise Möbel, zu verwenden. Einmal verpackt, können diese Objekte in der Tat nicht länger aufgrund des Fehlens von Griffen bewegt werden, da letztere einfach reißen würden, wenn durch Fassen der Blasenfolie bewegt. Es ist daher notwendig, ein Griffsystem zum Bewegen des Gegenstands bereitzustellen, was in der Folge zu einer Erhöhung der Kosten und Verpackungszeiten führt.
- Um diesen Nachteil zu überwinden wurden Blasenfolien aus einem unterschiedlichen Material hergestellt, was ermöglichte, dass ein Produkt mit einer viel höheren mechanischen Festigkeit mit demselben Basisgewicht wie das von Polyethylen gewonnen wurde. Polypropylen (PP) wurde deshalb verwendet. PP hat jedoch einen sehr engen Kristallisationsbereich und infolgedessen ist es bei der Herstellung von Luftblasenfolien extrem schwierig, die Schweißung zwischen der thermogeformten Folie und der Verschlussfolie durchzuführen. Somit wird ein Produkt gewonnen, das keine ausreichende Luftdichtigkeit aufweist. Die Luftblase weist folglich eine extrem begrenzte zeitliche Nutzungsdauer auf und ist daher für die in Betracht gezogenen Anwendungen nicht von Interesse.
- Zum Beispiel offenbaren
JP-2001-129907 JP-2001-130638 - Die Anmelderin hat nun überraschend festgestellt, dass die besondere Polypropylen-Blasenfolie gemäß der vorliegenden Erfindung die Nachteile des bekannten Stands der Technik überwindet.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft daher eine Polypropylen-Blasenfolie, die zwei Folienkomponenten umfasst, wobei die erste Folienkomponente mit zylindrischen oder konischen Vertiefungen thermogeformt ist und die zweite Folienkomponente flach ist und an die erste verschlussgeschweißt ist, wobei jede der Folienkomponenten eine Mehrschichtstruktur ist, die durch Koextrusion hergestellt ist, mit mindestens zwei Schichten Polypropylen-Homopolymer oder -Copolymer.
- Insbesondere ist jede der Folienkomponenten eine Mehrschichtstruktur, die in Koextrusion mit drei Schichten hergestellt ist, wobei die dreischichtige koextrudierte Struktur aus einer Innenschicht aus PP-Homopolymer und zwei Außenschichten aus PP-Copolymer besteht.
- Die dreischichtige koextrudierte Struktur kann eine ABA-Struktur aufweisen, die aus einer Innenschicht aus PP-Homopolymer (B) und zwei Außenschichten aus PP-Copolymer (A) besteht, oder sie kann eine ABC-Struktur aufweisen, die aus einer Innenschicht aus PP-Homopolymer (B) und zwei Außenschichten aus PP-Copolymer (A) und (C) besteht.
- Die zwei Schichten aus Polypropylen-Copolymer, die die dreischichtige koextrudierte Struktur bilden, können somit aus demselben Material oder aus verschiedenen Materialien bestehen.
- Insbesondere weist das Polypropylen-Homopolymer eine Dichte von etwa 0,90 ÷ 0,91 kg/dm3 auf und besteht aus Propylen-Monomeren.
- Das Polypropylen-Copolymer weist eine Dichte von etwa 0,90 ÷ 0,91 kg/dm3 auf.
- Das Polypropylen-Copolymer ist ein statistisches oder Blockcopolymer, das aus sich wiederholenden Einheiten von Propylen- und Ethylen- und/oder Polybuten-Monomeren besteht.
- Es kann in der Tat sowohl ein statistisches als auch ein Blockcopolymer sein, das jedoch aufgrund der zwischen den Struktureinheiten (Propylen) und zwischen den anderen Monomeren (Ethylen und/oder Polybuten) vorliegenden Verbindungskräfte hohe mechanische Grundeigenschaften beibehält.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Polypropylen-Luftblasenfolie, das die folgenden Phasen umfasst:
- a) Gießen einer ersten Polypropylen-Folienkomponente oder einer Thermoformungsfolie direkt auf den Formzylinder unter Vakuum;
- b) Thermoformen der Thermoformungsfolie mit zylindrischen oder konischen Vertiefungen;
- c) Schweißen einer zweiten darunter liegenden Polypropylen-Verschlussfolienkomponente auf die erste.
- Der wesentliche Vorteil des Produkts gemäß der vorliegenden Erfindung besteht in der Tat darin, dass es eine viel höhere Luftdichtigkeit aufweist als die bestehenden Polyethylen-Blasenfolien und infolgedessen optimale Eigenschaften in Bezug auf sowohl die zeitliche Nutzungsdauer als auch mechanische Eigenschaften, wie zum Beispiel mechanische Festigkeit, aufweist, was ermöglicht, dass es zum Beispiel für das Verpacken von sperrigen und schweren Objekten mit besonders vorteilhaften Ergebnissen im Vergleich zu Polyethylen-Blasenfolien verwendet wird.
- Die Polypropylen-Blasenfolie gemäß der vorliegenden Erfindung weist in der Tat viel höhere Streckgrenz- und Reißfestigkeitswerte als eine PE-Folie auf.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung von Polypropylen-Blasenfolie als Schutzelement oder Verpackungselement.
- Die Eigenschaften und Vorteile eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden erklärenden, aber nicht beschränkenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte schematische Zeichnung (
2 ) verständlicher, die eine geschnittene Seitenansicht eines Details einer Vorrichtung zur Herstellung einer Polypropylen-Blasenfolie gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. - Ein einfacher Vergleich zwischen der Anordnung von
1 , die den Stand der Technik darstellt, und der in2 verkörperten Anordnung, die den Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt, zeigt die bestehenden Hauptunterschiede. Die normale Technik, die nicht ermöglicht, dass ein technisch zuverlässiges Produkt einzig aus PP-Material gewonnen wird, obwohl es auf einer mechanischen/produktiven Skala komplizierter ist, wurde in der Tat völlig geändert. - Auf
2 Bezug nehmend, bezeichnet diese mit3 den Thermoformzylinder, mit4 den Endkühlzylinder, mit5 den Schweißzylinder, mit6 den Kontaktkühlzylinder, mit7 die Thermoformfolie, mit8 die darunter liegende Verschlussfolie und mit9 die Winkelabweichung des Schweißpunktes, die durch den Regellauf der Schweißgruppe selbst entsteht. - Das Verfahren zur Herstellung einer Polypropylen-Blasenfolie gemäß der vorliegenden Erfindung sieht ferner vor, dass die Veränderung in der Schweißposition der darunter liegenden Verschlussfolie in Relation zu der Betriebsrate und dem Basisgewicht des Produkts ist.
- Da der Kristallisationspunkt von Polypropylen extrem eng ist, muss bei dem Polymer das Verbinden der zwei Folien und auch das Schweißen unter idealen thermischen Bedingungen stattfinden. Es ist daher notwendig, einen niedrigen Schweißpunkt für hohe Raten oder große Dicken des Produkts und einen hohen Schweißpunkt für niedrige Raten oder niedrige Dicken des Produkts zu haben.
- Es gibt ferner eine strenge Temperaturregelung des Formgebungszylinders. Dieser kann in der Tat rigoros temperaturgeregelt werden, da jede Abweichung von dem Idealwert ein allgemeines Verkleben oder ein Fehlen von Schweißung zwischen den zwei Folien verursachen kann.
- Wie zuvor genauer dargelegt, ist eine weitere wichtige Bedingung für das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung das unmittelbare "Gießen" der Thermoformungsfolie auf den Formzylinder unter Vakuum, um ein Verkleben oder Temperaturrückgänge des geschmolzenen Produkts auf den zusätzlichen Durchlaufzylindern zu verhindern.
Claims (10)
- Polypropylen-Luftblasenfolie, die zwei Folienkomponenten umfasst, wobei die erste Folienkomponente mit zylindrischen oder konischen Vertiefungen thermogeformt ist, die zweite Folienkomponente flach und an die erste verschlussgeschweißt ist, wobei jede der Folienkomponenten eine Mehrschichtstruktur ist, die durch Koextrusion hergestellt ist, wobei jede der Folienkomponenten eine Mehrschichtstruktur ist, die in dreischichtiger Koextrusion hergestellt ist, wobei die dreischichtige koextrudierte Struktur aus einer Innenschicht aus PP-Homopolymer und zwei Außenschichten aus PP-Copolymer besteht.
- Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dreischichtige koextrudierte Struktur eine ABA-Struktur aufweist, die aus einer Innenschicht aus PP-Homopolymer (B) und zwei Außenschichten aus PP-Copolymer (A) besteht.
- Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dreischichtige koextrudierte Struktur eine ABC-Struktur aufweist, die aus einer Innenschicht aus PP-Homopolymer (B) und zwei Außenschichten aus PP-Copolymer (A) und (C) besteht.
- Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypropylen-Homopolymer eine Dichte von etwa 0,90 ÷ 0,91 kg/dm3 aufweist.
- Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypropylen-Copolymer eine Dichte von etwa 0,90 ÷ 0,91 kg/dm3 aufweist.
- Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polypropylen-Copolymer ein statistisches oder Blockcopolymer ist, das aus sich wiederholenden Einheiten von Propylen- und Ethylen- und/oder Polybuten-Monomeren besteht.
- Verfahren zum Herstellen einer Polypropylen-Luftblasenfolie, wobei die Polypropylen-Luftblasenfolie zwei Folienkomponenten umfasst, wobei die erste Folienkomponente mit zylindrischen oder konischen Vertiefungen thermogeformt ist und die zweite Folienkomponente flach ist und an die erste verschlussgeschweißt ist, wobei jede der Folienkomponenten eine Mehrschichtstruktur ist, die in dreischichtiger Koextrusion hergestellt ist, wobei die dreischichtige koextrudierte Struktur aus einer Innenschicht aus PP-Homopolymer und zwei Außenschichten aus PP-Copolymer besteht, nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das die folgenden Phasen umfasst: (a) Gießen einer ersten Polypropylen-Folienkomponente oder einer Thermoformungsfolie direkt auf den Formzylinder unter Vakuum; (b) Thermoformen der Thermoformungsfolie mit zylindrischen oder konischen Vertiefungen; (c) Schweißen einer zweiten darunter liegenden Polypropylen-Verschlussfolienkomponente auf die erste.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es die Veränderung in der Schweißposition der darunter liegenden Verschlussfolie in Relation zu der Betriebsrate und dem Basisgewicht (Regelwinkel) umfasst, d.h. einen niedrigen Schweißpunkt für hohe Raten oder große Dicken des Produkts und einen hohen Schweißpunkt für niedrige Raten oder niedrige Dicken des Produkts.
- Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Formungszylinder temperaturgeregelt ist.
- Verwendung der Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als Schutzelement oder Verpackungselement.
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