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Verwandte Anmeldungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 12. Oktober 2001 eingereichten Provisional Application Serial No. 60/328,410 mit dem gleichen Titel wie oben.
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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Polyolefin-Mehrschichtfolie mit einer Polyolefin-Kernschicht, einer ersten, kaltsiegelselbsthaftmassenannehmenden Polyolefin-Deckschicht und gegebenenfalls einer zweiten, zu metallisierenden Deckschicht. Insbesondere betrifft die Erfindung eine biaxial orientierte Polypropylenfolie, die eine polymere Deckschichtzusammensetzung bereitstellt, die eine kaltsiegelannehmende Oberfläche bereitstellt. Außerdem kann die Folie eine der kaltsiegelannehmenden Deckschicht gegenüberliegende zweite, zu metallisierende Deckschicht aufweisen.
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Hintergrund der Erfindung
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Der Begriff „Kaltsiegeln” bezieht sich auf das Versiegeln einer Packung bei Umgebungstemperatur, in der Regel 15–26°C, im Gegensatz zu einem hochtemperatursiegelnden Polymer, das bei Einwirkung von Wärme und Druck siegelt. Aufgrund ihrer Fähigkeit zur Ausbildung von Versiegelungen ohne Wärme eignen sich Kaltsiegelselbsthaftmittel ideal für die Verpackung von wärmeempfindlichen Produkten wie Back- und Süßwaren. Außerdem ermöglichen Kaltsiegelselbsthaftmittel schnellere Verpackungsgeschwindigkeiten als bei der Heißsiegelmethode.
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Kaltsiegelselbsthaftmittel sind eine Klasse von Klebstoffen, die bei Ausübung von Druck hauptsächlich auf sich selbst haften. Diese Selbsthaftmittel ergeben hervorragende Vorderseite-Vorderseite-Versiegelungen und haften bei Vorderseite-Rückseite-Kontakt nur schwach oder gar nicht. In herkömmlichen Kaltsiegelselbsthaftmitteln liegen zwei wesentliche Komponenten vor: eine Selbsthaftkomponente (natürlicher oder synthetischer Kautschuk) und eine verstärkende Polymersystemkomponente, die stabilisierend wirkt, die Substrathaftung fördert und die Aggressivität des Kaltsiegelselbsthaftmittels beeinflußt. Natürlicher Kautschuk in Latexform ist ein verzweigtes und verknäueltes Polymer mit extrem hohem Molekulargewicht, das größtenteils aus cis-Polyisopren besteht. In entspanntem Zustand liegen zahlreiche molekulare Verhakungen in der Polymerkette und mit benachbarten Polymerketten vor. Beim Zusammenbringen von zwei Naturkautschukoberflächen ist zur Induktion von Interdiffusion mit Verhakungen von Oberflächenmolekülen ein Minimum an Energie erforderlich. Diese Affinität von Naturkautschukmolekülen zueinander charakterisiert die kohäsive Bindung (Selbsthaftbindung). Der Naturkautschuk wird zur Verbesserung der Haftung auf dem Substrat mit modifizierenden Komponenten versetzt.
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Die Leistungsfähigkeit des Kaltsiegelselbsthaftmittels kann aufgrund von zahlreichen Faktoren variieren. Kaltsiegelselbsthaftmittel sind nicht unbegrenzt haltbar und sollten innerhalb der vorgeschlagenen Haltbarkeitsdauer verwendet werden, da sonst die Leistungsfähigkeit des Kaltsiegelselbsthaftmittels beeinträchtigt werden könnte. Außerdem können Kaltsiegelselbsthaftmittel auch bei der Lagerung Schichten bilden und sollten vor der Verwendung gerührt werden, da sonst die Kaltsiegelleistungsfähigkeit beeinträchtigt werden könnte. Des weiteren haben Kaltsiegelselbsthaftmittel in der Regel einen pH-Wert im Bereich von 10,0 bis 10,3. Nach ausgiebigem Mischen oder zu langer Andruckzeit kann der pH-Wert jedoch abfallen. Bei Abfall des pH-Werts unter 8,5 sind die Kaltsiegelselbsthaftmittel in der Regel vielleicht nicht korrekt aufzubringen und funktionieren vielleicht nicht richtig. Durch Lagerung der beschichteten Produkte bei großer Hitze und Feuchtigkeit könnte die Leistungsfähigkeit des Kaltsiegelselbsthaftmittels beeinträchtigt werden. Schließlich wird die Leistungsfähigkeit auch durch sachgemäßes Trocknen des Produkts beeinflußt.
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Bei den meisten Anwendungen wird das Kaltsiegelselbsthaftmittel in einem Muster um den Außenrand der Laminatoberfläche aufgebracht. Diese Folienlaminate bestehen in der Regel aus 1) einer äußeren Druckbahnfolie, 2) einer Folie zum direkten Auftragen des Kaltsiegelselbsthaftmittels und 3) einer Klebstoffschicht zum Verbinden der beiden Folien. In der Regel sollte die Folienoberfläche, in der das Kaltsiegelselbsthaftmittel direkt aufgebracht wird, vorzugsweise eine sehr gute Haftung gegenüber dem Kaltsiegelselbsthaftmittel aufweisen. Gibt es diese Haftung des Selbsthaftmittels auf der Filmoberfläche nicht, so resultiert ein Versagen der Packung an der Stelle, an der das Selbsthaftmittel mit dem Foliensubstrat in Kontakt steht. Dieses Versagen wird zum Verlust der hermetischen Versiegelung und letztendlich zum Verderb des in der Packung enthaltenen Lebensmittelprodukts führen. Schichtgewichte der Kaltsiegelselbsthaftmittel von 9,8 bis 22 kg/m2 (2 bis 4,5 lb/Ries) erfüllen die meisten Siegelanforderungen. (Ein Ries entspricht 3000 Quadratfuß.)
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Somit ist es bevorzugt, eine Folie mit hervorragender Haftung gegenüber dem Kaltsiegelselbsthaftmittel bereitzustellen. Es ist auch bevorzugt, eine Folie bereitzustellen, die den Vorschriften der Gesundheitsbehörde der USA (Food and Drug Administration) entspricht.
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In der
US-PS 4,252,851 wird eine orientierte Mehrschichtfolie mit einer Kernschicht und einer Deckschicht, die ein Propylen-Buten-Copolymer mit einem Butengehalt von 10–15% umfaßt, beschrieben. Diese Schicht dient als Heißsiegelschicht und wird keiner nachfolgenden Oberflächenbehandlung unterworfen. Diese Schicht würde daher keine gute Kalthaftung gegenüber einem Kaltsiegelselbsthaftmittel bereitstellen.
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In der
US-PS 5,482,780 wird eine mehrschichtige biaxial orientierte Polypropylenfolie mit einem Kern aus isotaktischem Polypropylenpolymer, einer Kaltsiegeltrennschicht auf einer Seite des Kerns und einer kaltsiegelannehmenden Schicht auf der gegenüberliegenden Seite des Kerns beschrieben. Die Kaltsiegeltrennschicht besteht aus einem statistischen Ethylen-Peopylen-Copolymer mit 2–8 Gew.-% Ethylen. Diese Schicht kann zur Verbesserung des Kaltsiegelannahmevermögens flammen- oder koronabehandelt werden.
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In der
US-PS 5,900,294 wird eine biaxial orientierte mehrschichtige Polyolefinfolie beschrieben, die bei niederigen Temperaturen heißgesiegelt werden kann. Die Folie umfaßt eine Grundschicht und mindestens eine Deckschicht, die ein Propylen-Buten-Copolymer mit 20–30 Gew.-% Buten umfaßt. Diese Folie ist für die Heißsiegelung bei niedrigen Temperaturen gedacht und würde keine gute Kalthaftung gegenüber einem Kaltsiegelselbsthaftmittel bereitstellen.
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In der
US-PS 6,022,612 wird eine mehrschichtige biaxial orientierte Polypropylenfolie mit einem Kern aus isotaktischem Polypropylenpolymer und einer kaltsiegelannehmenden Schicht auf der gegenüberliegenden Seite des Kerns beschrieben. Die kaltsiegelannehmende Schicht besteht aus 30 bis 60 Gew.-% eines thermoplastischen Kautschuks und zwischen 40 und 70 Gew.-% eines Polyolefinpolymers. Bei dem thermoplastischen Kautschuk handelt es sich um ein Styrol-Isopren-Styrol- oder Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer. Bei dem Polyolefin kann es sich um praktisch jedes Polyolefin aus Polypropylen, Polyethylen oder Copolymeren handeln. Dort wird keine andere behandelte Schicht für die Metallisierung auf der gegenüberliegenden Seite des Kerns angegeben. Außerdem wird dort eine andere Kaltsiegelhaftschichtformulierung verwendet als bei der vorliegenden Erfindung.
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In der
US-PS 6,165,599 wird eine orientierte Verbundfolie aus einem Polypropylenkern beschrieben, die auf einer oder beiden Oberflächen des Kerns Deckschichten aus einem metallocenkatalysierten Polypropylen und einem niedermloekularen Kohlenwasserstoffharz aufweist. Diese Deckschicht dient zur Verbesserung von Eigenschaften wie dem Modul, der Trübung und der Feuchtigkeitsbarrieredurchlässigkeit der Folie. Dort wird die Verwendung des Metallocen-Polypropylenpolymers zur nachfolgenden Oberflächenbehandlung und Auftragung von Kaltsiegelselbsthaftmittel nicht gelehrt.
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In der internationalen Anmeldung
WO 00/40406 wird ein Folienaufbau mit einer ersten Außenschicht, die ein migratorisches Additiv umfaßt, einer zweiten Außenschicht, die ein Metallocen-Polyethylen umfaßt, und einer zwischen den beiden Außenschichten liegenden Kernschicht beschrieben. Die Metallocen-Polyethylen-Außenschicht ist auf eine zweite Folie auflaminiert. Diese Folie offenbart nicht die nachfolgende Behandlung oder Vermischung der Metallocen-Polyethylen-Deckschicht.
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In der
US-PS 5,492,549 wird eine biaxial orientierte Polyolefin-Verpackungsfolie mit einem Kern aus isotaktischem Polypropylen-Homopolymer, auf dem eine Kaltsiegeltrennschicht und eine kaltsiegelannehmende Schicht angeordnet sind, beschrieben. Die kaltsiegelannehmende Schicht kann aus einer Reihe verschiedener Materialien bestehen. Es werden zahlreiche alternative Materialien beschrieben, die für die kaltsiegelannehmende Schicht verwendet werden können, u. a. statistisches Ethylen-Propylen-Copolymer oder Metallocen-Plastomere. Sie erzielen eine Haftfestigkeit im Bereich von etwa 116 bis 135 N/m (300 bis 350 g/Zoll) oder weniger; nur ein paar Materialien erreichen durchschnittliche Werte von etwa 154 N/m (400 g/Zoll).
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Kurz gesagt enthalten die Mehrschichtpolyolefine des Standes der Technik entweder einen natürlichen oder thermoplastischen Kautschuk in der Schicht, auf die ein Kaltsiegelselbsthaftmittel aufgebracht wird, und stellen keine gute Haftung gegenüber Kaltsiegelselbsthaftmitteln bereit, oder sie stellen keine gute Haftung gegenüber Kaltsiegelklebstoffen/Kaltsiegelselbsthaftmitteln bereit. Daher besteht Bedarf an einer metallisierbaren mehrschichtigen Polyolefinfolie, die Kaltsiegelselbsthaftmittelformulierungen hervorragende Haftungseigenschaften verleiht.
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Kurze Darstellung der Erfindung
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Folie, die eine hervorragende Verbindungsoberfläche für Kaltsiegelselbsthaftmittelformulierungen bereitstellt. Dies ergibt eine Packung mit verbesserter hermetischer Siegelleistungsfähigkeit. In den Druckschriften des Standes der Technik wurde zur Erzielung einer guten Kaltsiegelhaftung ein thermoplastischer oder natürlicher Kautschuk verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, daß die Kaltsiegelhaftung ohne Verwendung eines thermoplastischen oder natürlichen Kautschuks verbessert werden kann.
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Wie ersichtlich werden wird, gibt es auch noch andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, und die Einzelheiten der Erfindung können in verschiedenen offensichtlichen Hinsichten abgeändert werden, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist die Beschreibung als Erläuterung und nicht als Einschränkung anzusehen.
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Nähere Beschreibung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine metallisierbare mehrschichtige Polyolefinfolie, die hervorragende Haftungseigenschaften gegenüber Kaltsiegelselbsthaftmittelformulierungen bereitstellt. Im einzelnen handelt es sich bei einer Ausführungsform bei der Folie um eine Polyolefin-Mehrschichtfolie mit einer Polyolefin-Kernschicht und einer an die Kernschicht angrenzenden ersten Polyolefin-Deckschicht, die eine Mischung aus einem statistischen Ethylen-Propylen-Copolymer in einer Menge von 50–90 Gew.-% der Deckschicht und einem metallocenkatalysierten Plastomer in einer Menge von 10–50 Gew.-% der Deckschicht umfaßt (oder vorzugsweise im wesentlichen daraus besteht), wobei die erste Polyolefin-Deckschicht keinen thermoplastischen oder natürlichen Kautschuk enthält und eine Kaltsiegelhaftung eines auf die erste Polyolefin-Deckschicht aufgebrachten Selbsthaftklebstoffs von 174 N/m (450 g/Zoll) oder mehr gemäß 90-Grad-T-Peel-Test bildet, wobei der Selbsthaftklebstoff mit einem Schichtgewicht von 14,7 kg/m2 (3,0 lb/Ries) aufgebracht und eine Woche bei Umgebungstemperatur gealtert worden ist.
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Die Folie wird vorzugsweise nach einem Verfahren mit biaxialer Orientierung hergestellt. Im ersten Schritt dieses Verfahrens werden die Kernschicht und die beiden Deckschichten aus einer Düse coextrudiert. Das Flächengebilde aus schmelzflüssigem Polymer wird dann entweder auf eine Trommel in einem Wasserbad oder auf eine Reihe von Trommeln mit Innenkühlung gegossen. Hierbei arbeitet man in der Regel bei Temperaturen im Bereich von 21,1–54,4°C (70–130°F). In diesem Gießbereich wird das coextrudierte Flächengebilde abgekühlt und kristallisiert. Dann wird die nicht orientierte Folie vorerhitzt und in Längsrichtung verstreckt. Diese Vorerhitzung erfolgt in der Regel im Temperaturbereich zwischen 104 und 138°C (220–280°F). Das Verstrecken erfolgt im Temperaturbereich zwischen 127 und 149°C (260–300°F). Der Verstreckungsbetrag kann im Bereich des 3- bis 6fachen der ursprünglichen Länge liegen. Als nächstes wird die monoaxial orientierte Folie mit Hilfe eines Spannrahmenofens in Querrichtung verstreckt. Dieses Verstrecken erfolgt im Temperaturbereich von 157–177°C (315–350°F), was jedoch von der Folienherstellungsgeschwindigkeit und dem Konvektionswärmetransport zur Folie abhängt. Die Folie wird in der Regel in Querrichtung auf das 8- bis 10fache verstreckt. Dann wird die biaxial orientierte Folie in den letzten Zonen des Spannrahmenofens entspannt, um den Schrumpf zu verringern. Schließlich wickelt man die Rolle zu einer Rolle auf und führt Folgeoperationen durch, bevor die Folie zum Kunden befördert wird.
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Die Dicke des Filmaufbaus wird durch die Bedürfnisse des jeweiligen Kunden und die Maschinenfähigkeit des Folienherstellers diktiert. Im allgemeinen kann die erfindungsgemäße Folienaufbaugesamtdicke im Bereich zwischen 7,5 μm (30 gauge) und 30 μm (120 gauge) liegen. Ganz besonders bevorzugt ist der Bereich von 10 μm (40 gauge) bis 20 μm (80 gauge) Foliengesamtdicke.
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Die Kernschicht der Folie besteht aus einem vorzugsweise isotaktischen Polypropylen-Homopolymerharz. Das vorzugsweise isotaktische Polypropylenharz kann durch eine Schmelzflußrate im Bereich von 1–9 g/10 min definiert werden. Besonders bevorzugt ist eine Schmelzflußrate im Bereich von 1–5 g/10 min. Ganz besonders bevorzugt ist eine Schmelzflußrate im Bereich von 1–3 g/10 min.
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Die Verwendung eines isotaktischen Polypropylen-Homopolymerharzes für die Kernschicht ist aus den folgenden Gründen bevorzugt: 1) hohe Kristallisationsrate, 2) größere Zugfestigkeit als lineares Polyethylen, 3) höhere Schmleztemperatur als Polyethylen im allgemeinen und 4) niedriger Preis. Aus diesen Gründen ist Polypropylen eine geeignete Kernschicht für Lebensmittelverpackungsfolien im allgemeinen.
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Die Kaltsiegelklebstoffdeckschicht ist eine Mischung aus einer metallocenkatalysierten Ethylen-Octen-Copolymermischung mit einem statistischen Ethylen-Propylen-Copolymer.
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Die erste Kaltsiegelklebstoff-Deckschichtzusammensetzung besteht aus einer Mischung von zwei Komponenten. Bei der ersten Komponente handlet es sich um ein statistisches Ethylen-Propylen-Copolymer in einer Menge von 50–90 Gew.-% der Deckschicht. Bei der zweiten Komponente handelt es sich um ein Metallocen-Polyethylen in einer Menge von 10–50 Gew.-% der Deckschicht. Die Mischung weist eine gute Verträglichkeit der beiden Polymerkomponenten in der Mischung und eine hervorragende Haftung gegenüber der Polypropylen-Kernschicht auf.
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Das statistische Ethylen-Propylen-Copolymer enthält etwa 2–12 Gew.-% Ethylen, bezogen auf das Gewicht des Copolymers. Besonders bevorzugt ist ein Ethylengehalt von 2–9%. Ganz besonders bevorzugt ist ein Ethylengehalt von 2–7 Gew.-%. Die Schmelzflußrate liegt im Bereich von 1–10 g/10 min.
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Das Metallocen-Polyethylen kann aus der Gruppe bestehend aus Ethylen-Homopolymeren und Copolymeren von Ethylen und mindestens einem C4-C20-alpha-Olefin, die unter Verwendung eines Single-Site-Metallocenkatalysators polymerisiert worden sind, stammen.
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Das Metallocen-Polyethylen ist durch eine Dichte im Bereich von 0,865 g/cm3 bis 0,945 g/cm3 gekennzeichet. Dieses Harz kann weiter durch seine Schmelztemperatur im Bereich von 48,9–123°C klassifiziert werden. Im einzlenen handelt es sich bei dem Metallocen-Polyethylen vorzugsweise um ein Polyethylen sehr niedriger Dichte mit einem Dichtebereich von 0,89 g/cm3 bis 0,945 g/cm3 und einem Schmelzpeakbereich von 85°C bis 123°C. Ein bevorzugtes Polyethylen sehr niedriger Dichte wird von DOW Plastics unter dem Warenzeichen AFFINITYTM vertrieben; besonders bevorzugt ist das Metallocen-Plastomer AFFINITYTM PL1840. Alternativ dazu kann es sich bei dem Metallocen-Polyethylen um ein Polyethylen ultraniedriger Dichte mit einer Dichte von 0,865 bis 0,889 g/cm3 und einem Schmelzpunktbereich von 48,9°C bis 85°C handeln. Bei den Plastomeren handelt es sich um Homopolymere von Ethylen oder Copolymere von Ethylen mit alpha-Olefinen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie 1-Buten, 1-Hexen und 1-Octen. Derartige Plastomere sind im Handel von DOW Plastics unter dem Warenzeichen ENGAGETM und von ExxonMobil Chemicals unter dem Warenzeichen EXACTTM erhältlich.
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Die Kaltsiegelhaftschicht kann auch funktionelle Additive enthalten, wie Füllstoffe, Pigmente, Antiblockmittel, Slipmittel und Stabilisatoren. Es ist jedoch bevorzugt, diese Oberfläche so additivfrei wie möglich zu halten, um jegliche Verringerung der Haftung gegenüber Kalstsiegelselbsthaftmassen zu verringern. In der Regel verwendet man in dieser Schicht Antiblockmittel zur Gewährleistung von hervorragender Verarbeitbarkeit und Rollenbildung. Da Antiblockmittel nicht-migratorisch sind, wird dies die Haftung der Kaltsiegelhaftschicht gegenüber dem Kaltsiegelselbsthaftmittel nur minimal beeinflussen. Beispiele für Antiblockmittel, die in dieser Schicht verwendet werden können, sind amorphes Siliciumoxid, Teilchen aus vernetztem synthetischem Silikon, Teilchen aus vernetztem Polymethylmethacrylat, Antiblockmittel aus Silicatbasis und andere handelsübliche Antiblockmittel.
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Die Kaltsiegelhaftschicht sollte vorzugsweise durch Koronaentladungsbehandlung, Flammenbehandlung, Atmosphärenplasmabehandlung oder einer speziellen Koronaentladungsbehandlung in einer Mischgasumgebung von Stickstoff und Kohlendioxid oberflächenbehandelt worden sein. Besonders bevorzugt ist eine Oberflächenbehandlung, die aus einer speziellen Koronaentladungsbehandlung in einer Mischgasumgebung von Stickstoff und Kohlendioxid oder einer standardmäßigen Koronabehandlung besteht. Bei dieser Behandlung, wie in der
US-PS 4,297,187 beschrieben, verwendet man ein Stickstoff/Kohlendioxid-Verhältnis von 99,5:0,5 bis 50:50. Im einzelnen liegt das Stickstoff/Kohlendioxid-Volumenverhältnis in dem Mischgas im Bereich von 99,2:0,8 bis 80:20.
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Die Kaltsiegelhaftungsdickschicht sollte vorzugsweise einen geringen Kristallinitätsgrad aufweisen. Es wird angenommen, daß die existierende weniger kristalline oder dichte Molekularkettenpackung eine erfolgreichere Behandlung des Polymers erlaubt. In der Regel erlaubt ein hochkristallines Polymer oder dichtes Polymer keine erfolgreiche Oberflächenbehandlung. So wurde beispielsweise bei Tests gefunden, daß ein statistisches Ethylen-Propylen-Copolymer eine verbesserte Kaltsiegelhaftung nach Koronabehandlung aufweist als ein Polypropylenpolymer. Somit erlauben die in der vorliegenden Erfindung offenbarten Methoden die Erzielung von verbesserten chemischen Bindungen mit dem Kaltsiegelselbsthaftmittel. Man beachte jedoch, daß eine strenge Koronabehandlung niedermolekulare oxidierte Substanzen auf der Polymeroberfläche produziert. Diese niedermolekularen oxidierten Substanzen sind nicht fest an die Oberfläche gebinden und könnten eine Ursache für Haftungsversagen sein.
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Die zweite Polyolefin-Deckschicht ist die gleiche wie in Toray Industries, Inc.,
US-PS 6,190,760 , beschrieben. Diese zweite Polyolefin-Deckschicht ist ein Polypropylenharz mit einem endothermen Kristallschmelzhauptpeak in einem Bereich von 155 bis 163°C. Die Kristallschmelzwärme des als Oberflächenschicht verwendeten Polypropylenharzes sollte vorzugsweise 20 bis 90 J/g betragen. Gewöhnliches isotaktisches Polypropylenharz hat eine Kristallschmelzwärme von 100 J/g oder mehr. Wenn der Kristallschmelzpeak zu klein ist, wird die Folie während des Verfahrens gegenüber vielen Rollen klebrig sein, was eine Abnahme des metallischen Glanzes nach der Metallisierung zur Folge hat. Bei zu kleiner Kristallschmelzwärme ist die Wärmebeständigkeit der Folie schlecht. Des weiteren beeinflußt die niedrige Peaktemperatur auch die Wärmebeständigkeit der metallisierten Folie. Bei zu großer Kristallschmelzwärme wird das Haftvermögen gegenüber der metallischen Folie schlecht. Ein geeignetes Harz besteht hauptsächlich aus isotaktischem Polypropylenharz mit einem Mesopentadenanteil von 60 bis 88%. Ein durch Beimischen eines Polypropylen-Copolymerharzes mit einem endothermen Kristallschmelzpeak im Bereich von 140 bis 163°C zu einem isotaktischen Polypropylenharz mit einem Mesopentadenanteil von 60 bis 88% bis zu einem Gewichtsanteil von 1/3 kann ebenfalls vorzugsweise verwendet werden.
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Vorzugsweise ist die Außenoberfläche der zweiten Polyolefin-Deckschicht dick genug, um eine starke Bindung zur Kernschicht aufzuweisen. Außerdem sollten die dünnsten Bereiche der Deckschichtdickenverteilung vorzugsweise dick genug sein, um eine starke Bindung zur Kernschicht aufzuweisen und eine Oberfläche für die Metallhaftung bereitzustellen. Daher wird empfohlen, daß die Deckschicht 0,25 bis 2,5 μm (1 bis 10 gauge) dick ist. Besonders bevorzugt ist eine Dicke im Bereich von 0,5 bis 1,5 μm (2 bis 6 gauge).
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Die zweite Polyolefin-Deckschicht kann durch Koronaentladungsbehandlung, Flammenbehandlung, Atmosphärenplasmabehandlung oder einer speziellen Koronaentladungsbehandlung in einer Mischgasumgebung von Stickstoff und Kohlendioxid oberflächenbehandelt worden sein. Ganz besonders bevorzugt ist eine Oberflächenbehandlung, die aus einer speziellen Koronaentladungsbehandlung in einer Mischgasumgebung von Stickstoff und Kohlendioxid oder einer standardmäßigen Koronabehandlung besteht. Diese zweite Polyolefin-Deckschicht kann dann direkt metallisiert, bedruckt, beschichtet, mit Klebstoff laminiert oder extrusionslaminiert werden. Ganz besonders bevorzugt ist die Metallisierung der zweiten Polyolefin-Deckschicht.
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Die Folie wird in der Regel in einer Vakuumkammer unter Verwendung von Aluminium bei einer optischen Dichte zwischen 1,5 und 3,5 metallisiert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Aluminiummetallisierung beschränkt, da auch andere Metalle verwendet werden können. Die Aluminiumverdampfungsschicht dient zur Bereitstellung einer UV-Licht-Barriere sowie einer Sauerstoff- und Feuchtigkeitsbarriere. Die Haftfestigkeit des Aluminiums auf der Metallisierungsdeckschicht verleiht der Folie im allgemeinen Barriere und Ästhetik. Das ist darauf zurückzuführen, daß die Kaltsiegelhaftungsdeckschicht eine sehr effektive Oberflächenbehandlung aufweist. Diese Oberflächenbehandlung im Verein mit der Kaltsiegelselbsthaftmittelformulierung wird zum „Pick-off” der Aluminiumschicht führen und effektiv die Barriere und Ästhetik der Folie verringern. Der Begriff „Pick-off” bedeutet die Übertragung von etwas Aluminium auf die Kaltseigelhaftschicht der Folie beim Abwickeln der metallisierten Rolle. Zur Verhinderung dieses „Pick-off” ist ein hoher Aluminiumhaftungsgrad bevorzugt.
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In der folgenden Beschreibung bezieht sich Beispiel 1 auf die beanspruchte Erfindung, und die Beispiele 2 bis 4 dienen zur Erläuterung.
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Beispiel 1:
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Eine 23 μm (92 gauge) dicke biaxial orientierte Polypropylenfolie (BOPP-Folie) wurde auf einer 3 Meter breiten BOPP-Fertigungslinie hergestellt. Die kaltsiegelannehmende Deckschicht wurde in 1-μm-Einheiten (4-gauge-Einheiten) gemessen. Die Kernschicht belief sich auf 22-μm-Einheiten (88-gauge-Einheiten). Die kaltsiegelannehmende Deckschicht bestand aus 80 Gew.-% eines statistischen Ethylen-Propylen-Copolymers (Aristech 200706G) mit 5 Gew.-% Ethylen; zusätzlich wurden der Deckschichtformulierung 20 Gew.-% eines Ethylen-Octen-Plastomers (AFFINITYTM PL1840) zugegeben. Die Schmelzflußrate des statistischen Ethylen-Propylen-Copolymers betrug 8 g/10 min, gemessen gemäß ASTM D1238. Die Dichte des Plastomers betrug 0,909 g/cm3. Die Peakschmelztemperatur des Plastomers betrug 105,5°C, wie durch DSC gemessen. Die Schmelzflußrate des Ethylen-Octen-Plastomers betrug 1,0 g/10 min, gemessen gemäß ASTM D 1238. Die Kernschicht bestand aus isotaktischem Polypropylen-Homopolymer. Die Schmelzflußrate des den Kern bildenden isotaktischen Polypropylen-Homopolymers betrug 1,6 g/10 min.
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Das Flächengebilde wurde auf 135°C erhitzt, in Maschinenrichtung auf das 5fache verstreckt, abgekühlt, in einen Spannrahmenofen eingetragen, auf 164°C erhitzt, in Querrichtung auf das 9fache verstreckt und abgekühlt. Ferner wurde zur Behandlung der kaltsiegelannehmenden Deckschicht Koronaentladungsbehandlung angewandt.
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Vergleichsbeispiel 1:
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Folien wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt und evaluiert, wobei jedoch die kaltsiegelannehmende Schicht aus einem isotaktischen Metallocen-Polypropylen (AtoFina EOD-00-07) bestand. Die Schmelzflußrate des metallocenkatalysierten Polypropylens betrug 8 g/10 min, gemessen gemäß ASTM D1238. Die Peakschmelztemperatur betrug 150–152°C, wie gemäß ASTM D 792 gemessen.
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Vergleichsbeispiel 2:
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Folien wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt und evaluiert, wobei jedoch die kaltsiegelannehmende Deckschicht aus 100 Gew.-% eines statistischen Propylen-Buten-Copolymers (Union Carbide CEFOR® SRD4-188) mit 5 Gew.-% Buten-Comonomer bestand. Die Schmelzflußrate des Propylen-Buten-Copolymers betrug 5 g/10 min, gemessen gemäß ASTM D1238. Die Peakschmelztemperatur des Copolymers betrug 145°C, wie gemäß ASTM D 792 gemessen.
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Vergleichsbeispiel 3:
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Folien wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt und evaluiert, wobei jedoch die kaltsiegelannehmende Deckschicht aus 100 Gew.-% eines statistischen Propylen-Buten-Copolymers (Union Carbide CEFOR® DS4D05) mit 14 Gew.-% Buten-Comonomer bestand.
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Die Schmelzflußrate des Propylen-Buten-Copolymers betrug 6,5 g/10 min, gemessen gemäß ASTM D1238. Die Peakschmelztemperatur des Copolymers betrug 131°C, wie gemäß ASTM D 792 gemessen.
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Vergleichsbeispiel 4:
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Folien wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt und evaluiert, wobei es sich jedoch bei der kaltsiegelannehmenden Deckschicht um ein isotaktisches Polypropylen-Homopolymer handelte. Die Schmelzflußrate dieses isotaktischen Polypropylen-Deckschichtharzes betrug 8 g/10 min.
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Die obigen Folien wurden zunächst mit Klebstoff auf 15 μm (60 gauge) dicke BOPP-Kaltsiegeltrennfolie auflaminiert. Dabei wurden als Klebstoffe die Zweikomponenten-Polyurethane Upaco 2593 und Upaco 2594 verwendet. Auf die laminierte Bahn wurde mit einem Faustel-Direkttiefdruckbeschichter Kaltsiegelselbsthaftmittel AtoFindley C1099 einheitlich mit einem Schichtgewicht von 14,2–14,7 kg/m
2 (2,9–3,0 lb/Ries) aufgetragen. Die Kaltsiegelhaftverbindungen wurden an Kaltsiegelselbsthaftklebemittel, das bis zu einem Schichtgewicht von 14,7 kg/m
2 (3,0 lb/Ries) auf Folienproben aufgetragen und getrocknet worden war, gemessen. Die Proben wurden dann in 1 Zoll breite Streifen geschnitten und am gleichen Tag auf einem Heißsiegelgerät Modell 12A von Sentinel unter Verwendung von teflonbeschichteten Flachsiegelbacken bei Raumtemperatur, 552 kPa (80 psi), 0,5 Sekunden Verweilzeit) gesiegelt. Dann wurden die Proben unter Umgebungsbedingungen gealtert und 1 Woche nach dem Selbstklebemittelauftragsdatum und erneut 5 Wochen danach getestet, um die Effekte der Kaltsiegelselbstklebverbindung auf das Folienlaminat zu testen. Die gesiegelten Proben werden dann auf einem Instron-Zugprüfgerät gemäß 90-Grad-T-Peel-Test unter Verwendung eines 90-Grad-T-Peel-Winkels unter Ziehen auf Siegelfestigkeit getestet. Die Bindungsfestigkeit wird in g/Zoll (1 g/Zoll entspricht 1 g/2,54 mm oder 0,386 N/m) aufgezeichnet. Tabelle 1. Kaltsiegelhaftungsergebnisse
Folie | Woche 1 (Kaltsiegelfestigkeit in g/Zoll) | Woche 5 (Kaltsiegelfestigkeit in g/Zoll) |
Beispiel 1 | 600 | 600 |
Vergleichsbeispiel 1 | 600 | 550 |
Vergleichsbeispiel 2 | 550 | 550 |
Vergleichsbeispiel 3 | 600 | 575 |
Vergleichsbeispiel 4 | 400 | 400 |
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Die obige Beschreibung soll dem Fachmann ermöglichen, die Erfindung herzustellen und anzuwenden, und wird in Zusammenhang mit einer bestimmten Anwendung und deren Anforderungen bereitgestellt. Für den Fachmann sind verschiedene Abänderungen der bevorzugten Ausführungsformen leicht ersichtlich, und die hier definierten allgemeinen Prinzipien können auf andere Ausführungsformen und Anwendungen angewandt werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.