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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Film, der aus überlappenden
Schichten aus thermoplastischen Polymeren unterschiedlicher Art
besteht, wobei zumindest zwei aus einem Polyamid bestehen.
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Dieser
Film ist heißschrumpfend,
zweifach ausgerichtet (biorientiert). Darüber hinaus ist er nach dem Schrumpfen
vollkommen durchsichtig, mechanisch sehr fest und hat ausgezeichnete
Gasbarriere-Eigenschaften insbesondere bezüglich Sauerstoff.
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Der
Film gemäß dieser
Erfindung ist daher zum Verpacken und Aufbewahren verderblicher
Produkte sowohl im Lebensmittel- als
auch im Nicht-Lebensmittel-Bereich geeignet.
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Über Jahre
hinweg wurden für
das Verpacken verderblicher Lebensmittelprodukte unzählige Forschungs-
und Entwicklungsprojekte sowohl hinsichtlich des Verpackungsmaterials
als auch der verwendeten Verfahren durchgeführt.
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Insbesondere
im Falle von frischem Fleisch und Fleischprodukten, Käse, Fisch
und anderen verderblichen Lebensmittelprodukten wurden die Anstrengungen
darauf gerichtet, ein Verpa ckungsmaterial herzustellen, das im Wesentlichen
die folgenden Leistungen erbringt:
- – starke
Sauerstoff-, Wasserdampf- und Aroma-Barriereeigenschaften für eine längere Lagerbeständigkeit des
verpackten Produktes;
- – gute
mechanische Eigenschaften, um den Inhalt während des Transports zu schützen und
das Verpacken unter Verwendung automatischer Maschinen zu ermöglichen;
- – optische
Durchsichtigkeit und Glanz, um das Erscheinungsbild des Produktes
unverändert
zu lassen und um attraktive Verpackungen zu erhalten;
- – einfaches
Schweißen
zum Verschließen
der Verpackungen und für
deren gute Festigkeit;
- – gute
Haftung zwischen der Verpackungsfolie und dem Inhalt aus verschiedenen
Gründen,
unter anderem wegen der Konservierung des Produktes.
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Die
Verwendung von Polymerfilmen hat viele dieser Probleme gelöst. Dies
wurde aufgrund der intrinsischen Eigenschaften einzelner Polymere
sowie durch die Möglichkeit
des Kombinierens dieser intrinsischen Eigenschaften möglich, um
eine aus einer Anzahl laminierter oder co-extrudierter Schichten
bestehende Folie derart zu erhalten, dass die endgültigen Eigenschaften
der mehrschichtigen Folie bzw. des mehrschichtigen Films die Summe
der Eigenschaften der einzelnen Schichten erzeugen.
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Es
ist daher auch notwendig, dass die verschiedenen Schichten des Films
richtig aneinander haften.
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Das
am besten bekannte Verfahren bezieht sich auf die Herstellung mehrschichtiger,
heißschrumpfender
Folien bzw. Filme, bei denen die mittige Schicht, die als Gasbarriere
wirkt, aus Vinyl-Vinylidenchlorid-Copolymeren (PVDC) bestehen kann,
während
die äußeren Schichten
im Wesentlichen aus Polyolefin bestehen.
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Diese
Art des Aufbaus ist sehr weit verbreitet und wurde viele Jahre lang
verwendet.
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Ein
Grund für
die Positionierung der Gasbarriere in der Mitte des Schichtaufbaus
bestand darin, dass diese Schicht normalerweise aus einem Polymer
mit einem hohen Elastizitätsmodul
(Young-Modul) besteht, während
die die anderen Schichten bildenden Polymere aus Polymeren mit niedrigen
Modulen bestehen. Wird diese Barriere bezüglich der anderen Schichten
nicht-symmetrisch
positioniert, so würde
sie aufgrund der ausgeübten
größeren Membranspannung
eine Faltenbildung des Schichtaufbaus bewirken, was auch als "Kräuselung" bekannt ist.
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Das
zum Erzeugen der Barriereschicht verwendete Polymer ist nicht nur
ein Polymer mit einem hohen Modul, sondern schmilzt auch bei einer
höheren
Temperatur als die die anderen Schichten bildenden Polymere, und
die Tatsache, dass diese Schicht im Innern des Schichtaufbaus positioniert
ist, erzeugt Schweißprobleme.
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Wenn
zwei Folien aufeinander gelegt werden, kommt es tatsächlich dazu,
dass die beiden Schichten, die miteinander in Berührung sind,
und die Schichten an der Außenseite
bei niedrigen Temperaturen schmelzen. Wenn dann unter Verwendung
von Stäben
oder heißen
Platten Wärme
zugeführt
wird oder wenn ein elektrisch beheizter Draht verwendet wird, wird
daher nicht nur das Abschmelzen der Schichten bewirkt, die miteinander
in Berührung
sind, sondern die äußeren Schichten,
die mit den heißen
Platten beim Schweißen
in Berührung
sind, schmelzen ebenfalls, wodurch die Unversehrtheit des Films
stark beeinträchtigt
wird und sich auf den Heizplatten ein Belag bildet.
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Um
diese Schwierigkeit zu überwinden
und dem Film erhöhte
mechanische Festigkeit insbesondere gegen Abrieb und Durchstich
zu verleihen, verwendet man ein Verfahren, bei dem ein selektives
Vernetzen der eine oder mehrere Schichten bildenden Polymere auftritt.
Dieses Verfahren macht die Polymere teilweise unschmelzbar und erhöht auf jeden
Fall ihre Schmelztemperatur. Auf diese Weise wird durch Vernetzen
der Schichten, die während
des Schweißvorgangs
mit den Heizplatten in Berührung
kommen, ein Schmelzen verhindert.
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Das
am meisten verwendete Verfahren zum Vernetzen der Polymere erfolgt
durch Strahlung unter Verwendung hochenergetischer Partikel, doch
gibt es auch andere Verfahren, wie z.B. chemische Vernetzung unter
Verwendung von Peroxiden oder durch Ultraviolett-Bestrahlung mit
geeigneter Hinzugabe der bei dem Vernetzungsvorgang beteiligten
Polymere.
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Diesbezüglich gibt
es eine Anzahl von Patenten.
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Fachleuten
auf diesem Gebiet ist es bekannt, dass die Vernetzung vor einer
biaxialen Streckung oder an dem schon orientierten fertigen Film
erfolgen kann.
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Gemäß dem Patent
US 5632843 bietet ein mehrschichtiger
EVA/PVDC/EVA-Film (EVA = Äthylen-Vinyl-Acetat-Copolymer),
der durch Elektronenbeschuss nach einer biaxialen Streckung vernetzt
wurde, eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften und Schweißfestigkeit.
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In
der letzten Zeit wurde Vinyl-Vinyliden-Chlorid-Copolymer zum Teil
durch ein anderes Polymer mit Barriereeigenschaften ersetzt, bei
dem es sich um Äthylen-Vinylalkohol-Copolymer
(EVOH) handelt.
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Bei
heißschrumpfenden
Filmen mit dieser Art von Aufbau wird das EVOH normalerweise für die mittige Schicht
verwendet, während
Polyolefin für
die äußeren Schichten
verwendet wird. Die Haftung zwischen den verschiedenen Schichten
kann erreicht werden, indem man spezielle Arten von modifiziertem
Polyolefin verwendet, die auch als Klebstoffe bezeichnet werden.
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Die
mechanische Festigkeit und Haftung zwischen den Schichten kann verbessert
werden, indem man den Film auch in diesem Fall einer Strahlung unter
Verwendung hochenergetischer Partikel aussetzt.
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Das
Patent
US 5,993,922 zeigt,
dass ein Vernetzen auch differenziert mit unterschiedlichen Vernetzungsgraden
für die
verschiedenen Schichten eines mehrschichtigen Films durchgeführt werden
kann, der einer Strahlung unter Verwendung ionisierter Partikel
ausgesetzt wird, wenn spezielle Produkte in Form von Additiven zur
Erleichterung der Vernetzungswirkung den Schichten zugegeben werden.
Selbstverständlich
werden diese Additive den Schichten hinzugegeben, die selektiv vernetzt
werden sollen, um zu verhindern, dass die Schweißschicht unschmelzbar wird.
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Das
Patent
US 5,492,741 offenbart
einen Film für
Verpackungszwecke mit einer Kissenschicht, die durch Schäumen eines
thermoplastischen Harzes unter Verwendung eines Schäumungsmittels
hergestellt wird. Diese Kissenschicht bzw. Kissenfo lie wird dann
vorzugsweise vernetzt, um die physikalische Festigkeit oder Elastizität zu verbessern.
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Alle
diese Vernetzungsverfahren haben das Hauptziel, die mechanischen
Eigenschaften des Films zu verbessern, wodurch die Haftung zwischen
den Schichten erhöht
und die mechanische Festigkeit der Verschweißung verbessert wird.
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Ein
Vernetzungsverfahren, das Schweißprobleme löst, ohne das Phänomen der "Kräuselung" hervorzurufen, und
das einen Film mit hoher mechanischer Festigkeit liefert, bleibt
jedoch ein ernsthaftes Problem, da es die den Film bildenden Polymere
unschmelzbar macht, wodurch deren Recyclierung unmöglich wird.
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Ein
alternatives Verfahren zum selektiven Vernetzen, das verwendet wird,
um Schweißprobleme
zu lösen
sowie die mechanische Festigkeit zu erhöhen, besteht darin, hochfeste
Polymere mit hoher Schmelztemperatur für die äußere Schicht des Films zu verwenden.
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Die
beiden Polymere, nämlich
die äußeren und
die inneren Polymere, unterscheiden sich auf diese Weise jedoch
voneinander in der Schmelztemperatur, dem Elastizitätsmodul
und dem Kristallinitätsgrad.
Aufgrund dieser Tatsache entwickeln sich in dem Aufbau des Films
unterschiedliche Spannungen, die den Film in eine Richtung ziehen
können,
was zu dem schon beschriebenen Phänomen der Faltenbildung oder "Kräuselung" führt.
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Ein
drittes Problem ist der Verlust an Transparenz (Trübung) und
glänzendem
Erscheinungsbild (Glanz) bei dem Film nach dem Schrumpfen während der
Anwendungsphase. Dieses Phänomen,
das im Großen
und Ganzen mit einem Mangel an Haftung zwischen den Schichten verbunden
ist, die unterschiedlich voneinander schrumpfen, sowie eine mögliche Beschädigung der
Oberfläche
aufgrund der zugeführten
Wärme zur
Erzeugung der Schrumpfung, führt
zu einer merklichen Verschlechterung des endgültigen Erscheinungsbilds der
Verpackung.
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Die
für dieses
bekannte Verfahren beschriebenen Probleme werden durch die vorliegende
Erfindung gelöst,
welche einen Kunststofffilm gemäß Anspruch
1 vorschlägt,
der mehrschichtig und heißschrumpfend
ist und Gasbarriere-Eigenschaften aufweist und nicht vernetzt ist.
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Man
hat gefunden, dass ein Film gemäß der vorliegenden
Erfindung zu einem Produkt führt,
das folgendermaßen
gekennzeichnet ist:
- – außergewöhnliche mechanische Festigkeit,
die durch Verwendung hochfester Polymere vom Polyamidtyp erzielt
wird;
- – leichtes
Schweißen
und gute Schweißfestigkeit,
die durch in dem Schichtaufbau und insbesondere in der äußeren Schicht
vorhandene Polymere erzielt werden, die bei hohen Temperaturen schmelzen,
obwohl sie nicht vernetzt sind, wodurch ermöglicht wird, die schmelzende
Schicht vollständig
zu schmelzen, ohne die gesamte Unversehrtheit des Films zu verändern;
- – überlegene
optische Eigenschaften gegenüber
denjenigen, die man bei normalen Produkten auf dem Markt findet,
aufgrund den intrinsischen Eigenschaften der verwendeten Polymere
und der perfekten Haftung zwischen den Schichten, was durch Verwendung
spezieller Polymere erreicht wird, die eine Klebefunktion haben,
um aneinandergrenzende Schichten besser zu verbinden, wo diese aus
Poly meren bestehen, die keine ausreichende chemischphysikalische
Kompatibilität
haben;
- – vollständiges oder
fast vollständiges
Fehlen einer Kräuselung
trotz des asymmetrischen Aufbaus, was erreicht wird durch sorgfältige Auswahl
der Dicke und Positionierung der Schichten mit einem hohen Elastizitätsmodul
in dem Schichtaufbau, wie zuvor erklärt wurde;
- – gute
Schrumpfeigenschaften, die durch Verwendung von Polymeren mit einem
hohen Elastizitätsmodul erreicht
werden;
- – gute
Haftung am Inhalt der Verpackung, was durch Verwendung von Ionomeren
in der Schweißschicht erreicht
wird, die ebenfalls mit dem Verpackungsinhalt in Berührung ist;
- – gute
Sauerstoff- und Wasserdampf-Barriereeigenschaften, um die Lagerbeständigkeit
vieler verderblicher Produkte selbst über die durch die relevanten
Standards vorgegebenen normalen Grenzen hinaus zu gewährleisten,
aufgrund der gleichzeitigen Verwendung mindestens zweier Schichten,
die durch die Bildung einer effizienten Wasserdampf-Barriere die
Wirksamkeit der Sauerstoffbarriere durch die zwischen den beiden
ersten Schichten positionierte dritte Schicht erhöhen.
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All
diese Eigenschaften wurden erzielt, ohne dass der Film einer ionisierenden
Strahlungsbehandlung ausgesetzt werden musste, die eine Vernetzung
der Polymere bewirkt, wodurch ein Recyclieren des Films unmöglich wird.
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Um
starke mechanische Eigenschaften, insbesondere bezüglich Abrieb
und Durchstich zu erzielen, lehrt die Erfindung die Verwendung eines
Polymers mit hoher mechanischer Festigkeit und einem hohen Elastizitätsmodul
in der äußeren Schicht,
das bei einer hohen Temperatur schmilzt. Dies erhöht auch
die Schweißbarkeit.
Dieses Polymer wirkt auch als wirkungsvolle Gasbarriere.
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Da
das Zusammensetzen der äußeren Schicht
auf diese Weise zu einer Kräuselung
führen
würde, schlägt die Erfindung
vor, andere Schichten aus Polymeren mit einem hohen Elastizitätsmodul
(Young-Modul) an geeigneten Positionen in dem Schichtaufbau einzusetzen,
wobei die Schichten als Ausgleich des Effektes der äußeren Schicht
wirken, wodurch die Kräuselung
stark verringert wird und bei einigen Zusammensetzungen sogar auf
Null gebracht wird, wie weiter unten gezeigt wird.
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Wie
man aus der Laminationstheorie weiß, tritt der Kräuselungseffekt
an einem geschichteten oder laminierten Aufbau auf, wenn die Summe
der Momente, die durch jede einzelne Schicht bezüglich der laminierten neutralen
Ebene während
des Schrumpfens ausgeübt
werden, einen von Null verschiedenen beliebigen Wert hat. Schichten,
die aus Polymeren mit einem hohen Modul bestehen, üben im Allgemeinen
eine Membrankraft aus, die beachtlich größer ist als bei den Schichten,
die aus Polymeren mit einem niedrigen Modul bestehen. Eine derartige
Kraft tritt aufgrund der Tatsache auf, dass das Schrumpfen jeder
Einzelschicht durch die Wirkung der anderen Schichten in dem Laminat
teilweise behindert wird.
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Insbesondere
weiß man,
dass die durch eine Einzelschicht ausgeübte Kraft von dem Elastizitätsmodul (Young-Modul)
des die Schicht bildenden Polymers, ihrer Dicke und dem Ausmaß der Behinderung
ihres Schrumpfens abhängt.
Somit ist (gemäß der Elastizitätstheorie)
die ausgeübte
Kraft gleich dem Produkt des Elastizitätsmoduls und der Dicke des
Laminats und des behinderten Schrumpfens, ausgedrückt als
Prozentsatz.
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Das
auf das Laminat ausgeübte
Moment hängt
jedoch vom Abstand jeder Schicht von der neutralen Ebene des Laminats
ab, da das Moment gleich dem Produkt der Membrankraft und der Entfernung
der Schicht von der neutralen Ebene ist.
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Folglich
bewirkt eine Schicht, die aus einem Polymer mit hohem Modul besteht
und ungefähr
in der neutralen Ebene positioniert ist, kein Ungleichgewicht in
dem Laminat, während
für den
Fall, dass die Schicht mit hohem Modul an der Oberfläche des
Laminats selbst positioniert ist, das Ungleichgewicht, das diese Schicht
bewirkt, seinen maximalen Wert hat.
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Wo
man jedoch, wie bei der vorliegenden Erfindung, eine Schicht mit
hohem Modul genau an die Oberfläche
des Laminats legen möchte,
um die mechanische Festigkeit und Schweißbarkeit zu verbessern, kann das
Laminat wieder ins Gleichgewicht gebracht werden, indem man zumindest
eine andere Schicht mit hohem Modul einfügt, die an der entgegengesetzten
Seite der neutralen Ebene positioniert wird.
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In
der Praxis muss diese Schicht so gebildet sein, dass das Produkt
der von ihr ausgeübten
Membrankraft multipliziert mit ihrem Abstand von der neutralen Ebene,
das heißt
das Moment bezüglich
der neutralen Ebene, gleich groß und
entgegengesetzt ist zu demjenigen Moment, ebenfalls bezüglich der
neutralen Ebene, das durch die Schicht ausgeübt wird, deren Wirkung auf
Null herabgesetzt werden soll.
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Wie
jedoch dem Fachmann auf diesem Gebiet wohlbekannt ist, ist es nicht
leicht, die Wirkungen der einzelnen Schichten auf das Gesamtverhalten
des Laminats zu berechnen, da nicht alle der für die Berechnung benötigten Parameter
mit ausrei chender Genauigkeit bekannt sind. So wird z.B. die Dicke
einer einzelnen Schicht bis auf einige wenige Prozentpunkte näherungsweise
bestimmt. Auch der Grad des Schrumpfens während der Stabilisierung des
Schlauchgebildes leidet unter einer Ungewissheit, da er von der
Prozesstemperatur während
des biaxialen Streckens abhängt,
wobei die Temperaturen ebenfalls nur bis auf einige Prozentpunkte
bekannt sind.
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In
der Praxis werden Nominalwerte für
die verschiedenen Parameter so realistisch wie möglich angesetzt, und die Parameter
werden verwendet, um das Laminat zu entwerfen, wobei die oben erklärten Konzepte verwendet
werden. Somit wird ein großes
Maß an
Experimentiertätigkeit
unternommen, um eine Formulierung durch schrittweise Näherungen
zu erhalten, die den Kräuselungseffekt
minimiert.
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Unter
Verwendung der oben dargelegten Konzepte haben Untersuchungen dazu
geführt,
einige bevorzugte typische Konfigurationen zu definieren.
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Gemäß einer
ersten bevorzugten typischen Konfiguration besitzt der erfindungsgemäße Schichtaufbau
sieben Schichten A-B-C-D-E-F-G,
die von der das Produkt berührenden
Schicht beginnen und folgendermaßen aufgebaut sind:
- – Schicht
A, Dicke 20%, Schweißschicht – die Innenseite
der Verpackung, kann aus Zink- oder Natrium-Ionomeren oder Polyäthylen mit
niedriger Dichte oder linearem Polyäthylen niedriger Dichte (LDPE/LLDPE) oder
einem Äthylen-
oder Okten-Plastomer bestehen;
- – Schicht
B, Dicke 10%, erste Klebeschicht – bestehend aus einem klebenden
Polymer, gewählt
aus der EVA-Familie oder Äthylen-Copolymeren,
modifiziert mit Maleinsäure- Anhydrid oder Terionomeren,
oder einem EVA-Äthylensäure-Methacryl-Copolymer;
- – Schicht
C, Dicke 15%, erste Sperrschicht bzw. Barriereschicht (hauptsächlich für Wasserdampf),
bestehend aus einem Polyamid-Polymer, gewählt aus PA 6 oder PA 6/66 oder
ihrem Gemisch;
- – Schicht
D, Dicke 15%, zweite Sperrschicht bzw. Barriereschicht (hauptsächlich für Sauerstoff),
bestehend aus einem Polyamid-Polymer für PA 6/66 allein oder gemischt
mit PA6 oder mit aliphatischem PA enthaltend Meta-Xylylen-Gruppen,
oder mit einem amorphen PA;
- – Schicht
E, Dicke 15%, dritte Sperrschicht bzw. Barriereschicht (hauptsächlich für Wasserdampf),
bestehend aus einem Polyamid-Polymer, gewählt aus PA 6 oder PA 6/66 oder
ihrem Gemisch, und sie kann gleich sein wie Schicht C oder davon
verschieden sein;
- – Schicht
F, Dicke 10%, zweite Klebeschicht, bestehend aus einem klebenden
Polymer, gewählt
aus der EVA-Familie oder Äthylen-Polymeren,
modifiziert mit Maleinsäure-Anhydrid oder Terionomeren,
oder einem EVA-Äthylensäure-Methacryl – Copolymer
- – Schicht
G, Dicke 15%, Außenschicht
und vierte Sperrschicht (hauptsachlich für Wasserdampf), bestehend aus
einem Polyamid-Polymer, gewählt
aus PA 6 oder PA 6/66 oder ihrem Gemisch.
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Die
Dicke jeder Schicht kann um 5% schwanken mit Ausnahme der beiden äußeren Schichten,
deren Dicke um 10% schwanken kann. Diese Schwankung sollte nicht
als Toleranz betrachtet werden, sondern als Wahl, die je nach den
Eigenschaften, die man erzielen will, möglich ist. Wenn man z.B. die
Barrierewirkung erhöhen
will, wird die Dicke der diese Funktion besitzenden Schichten erhöht, während zum
besseren Ausgleichen des lami nierten Films zur Verringerung des
Kräuselungs-Phänomens die
Dicken der Schichten, die aus Materialien mit einem niedrigen Elastizitätsmodul
(Young-Modul) bestehen, so kalibriert werden, dass die Materialien
mit einem hohen Elastizitätsmodul
in geeigneter Weise voneinander beabstandet sind.
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Wie
man sehen kann, besteht die Schicht aus Film, der an der Außenseite
der Verpackung bleibt, aus Polymer mit hohem Modul mit einer hohen
Schmelztemperatur, um hohe mechanische Festigkeit und leichtes Schweißen zu gewährleisten,
während
die innere Schicht, die mit dem Produkt in Berührung ist, aus einem Ionomer
besteht, das abgesehen von einer niedrigen Schmelztemperatur, die
sie leicht schweißbar
macht, auch Eigenschaften hat, die ihr ermöglichen, am Inhalt der Packung
zu haften.
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Die äußere Schicht
wirkt auch als wirkungsvolle Wasserdampf-Barriere, wodurch der Schicht D, das heißt der Sauerstoff-Barriereschicht,
ermöglicht
wird, eine maximale Effizienz als Sauerstoffbarriere zu erhalten,
wobei die Schicht D gegenüber
Feuchtigkeit geschützt
ist, die aus dem Nahrungsmittel durch die Schicht C stammt, welche
dieselbe Zusammensetzung oder eine ähnliche Zusammensetzung wie
die für
die Schicht F verwendete Zusammensetzung hat.
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In
dieser beschriebenen ersten bevorzugten Konfiguration gibt es zusätzlich zu
der äußeren Schicht, die
verwendet wird, um hohe mechanische Festigkeit zu verleihen und
um als Wasserdampf-Barriere zu wirken, weitere drei Barriereschichten
(C, D, E). Insbesondere ist es eine Sauerstoff-Barriereschicht,
die zwischen zwei Wasserdampf-Barriereschichten eingeschlossen ist.
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Die
Schicht B (Klebstoff) ist zwischen der Schicht A (Schweißen) und
der Schicht C (Barriere) positioniert, da diese Schichten, die aus
Polymeren mit unterschiedlicher Eigenart bestehen, nicht gut haften
würden und
deshalb zu einer verringerten Transparenz und verringertem Glanz
in der Schrumpfphase führen
würden.
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Aufgrund
der chemischen Kompatibilität
wird zwischen die Barriereschichten C, D und E kein Klebstoff eingeführt.
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Hingegen
wird die Schicht F (die auch ein Klebstoff ist) zwischen zwei Barriereschichten
positioniert, doch besteht ihre Funktion nicht darin, die Haftung
zu erhöhen,
da die beiden Schichten dieselbe chemische Eigenart haben und deshalb
vollkommen kompatibel sind, sondern sie wird verwendet, um sie zu
beabstanden, weshalb die beiden Schichten mit hohem Modul in geeigneter
Weise um die neutrale Ebene herum positioniert werden, um den Kräuselungs-Effekt
zu minimieren.
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Gemäß einer
zweiten bevorzugten typischen Konfiguration besitzt der geschichtete
Aufbau gemäß der Erfindung
sechs Schichten A-B-C-D-E-F, die von der Schicht in Berührung mit
dem Produkt beginnen und folgendermaßen aufgebaut sind:
- – Schicht
A, Dicke 23%, Schweißschicht – die Innenseite
der Verpackung, sie kann aus Zink oder Natrium enthaltenden Ionomeren
oder Polyäthylen
niedriger Dichte oder linearem Polyäthylen niedriger Dichte (LDPE/LLDPE)
oder einem Äthylen-
oder Okten-Plastomer bestehen;
- – Schicht
B, Dicke 8%, erste Klebeschicht – bestehend aus einem klebenden
Polymer, gewählt
aus der EVA-Familie oder Äthylen-Copolymeren,
modifiziert mit Maleinsäure-Anhydrid oder Terionomeren,
oder einem EVA-Äthylensäure-Methacryl-Copolymer;
- – Schicht
C, Dicke 18%, erste Sperrschicht bzw. Barriereschicht (hauptsächlich für Wasserdampf) – bestehend
aus einem Polyamid-Polymer, gewählt
aus PA 6 oder PA 6/66 oder ihrem Gemisch;
- – Schicht
D, Dicke 8%, zweite Sperrschicht bzw. Barriereschicht (hauptsächlich für Sauerstoff) – bestehend aus
einem Polyamid-Polymer vom Typ PA 6/66 allein oder gemischt mit
PA 6 oder mit aliphatischem PA enthaltend Meta-Xylylen-Gruppen oder
mit einem amorphen PA;
- – Schicht
E, Dicke 18%, zweite Klebeschicht – bestehend aus einem klebenden
Polymer, gewählt
aus der EVA-Familie oder Äthylen-Copolymeren,
modifiziert mit Maleinsäure-Anhydrid oder Terionomeren,
oder einem EVA-Äthylensäure-Methacryl-Copolymer;
- – Schicht
F, Dicke 25%, Außenschicht
und dritte Sperrschicht bzw. Barriereschicht (hauptsächlich für Wasserdampf) – bestehend
aus einem Polyamid-Polymer, gewählt
aus PA 6 oder PA 6/66 oder ihrem Gemisch.
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Die
Dicke jeder Schicht kann um 5% schwanken mit Ausnahme der beiden äußeren Schichten,
deren Dicke um 10% schwanken kann. Die oben angegebenen Hinweise
bezüglich
der Schwankung der Dicke beziehen sich auch auf die zweite bevorzugte
Konfiguration.
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In
der beschriebenen zweiten bevorzugten Konfiguration gibt es immer
die Außenschicht,
deren Funktion darin besteht, mechanische Festigkeit zu erzeugen
und als Wasserbarriere zu wirken, während es ebenfalls nur zwei
weitere Sperrschichten (C, D) gibt mit einer kombinierten Dicke,
die im Wesentlichen gleich groß ist
wie diejenige der drei Sperrschichten C, D, E in der beschriebenen
ersten bevorzugten Konfiguration.
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Aufgrund
der chemischen Kompatibilität
zwischen den beiden Sperrschichten C, D ist keine Klebeschicht zwischen
ihnen enthalten, während
eine Klebeschicht (B) zwischen der Schweißschicht (A) und der ersten
Barriereschicht (C) angeordnet ist.
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Eine
zweite Klebeschicht (F) ist zwischen der dritten Barriereschicht
(E) und der äußeren Schicht
(G) positioniert und zwar nicht aus Gründen der Kompatibilität, da sie
dieselbe chemische Eigenart haben, sondern um sie in passender Weise
voneinander zu beabstanden, um den Kräuselungseffekt zu minimieren.
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Gemäß der dritten
bevorzugten typischen Konfiguration besitzt der geschichtete Aufbau
gemäß der Erfindung
fünf Schichten
A-B-C-D-E, die von
der mit dem Produkt in Berührung
stehenden Schicht beginnen und folgendermaßen aufgebaut sind:
- – Schicht
A, Dicke 23%, Schweißschicht – die Innenseite
der Verpackung, sie kann aus Zink- oder Natrium-Ionomeren oder Polyäthylen mit niedriger Dichte
oder linearem Polyäthylen
mit niedriger Dichte (LDPE/LLDPE) oder einem Äthylen oder Okten-Platomer
bestehen;
- – Schicht
B, Dicke 8%, erste Klebeschicht – bestehend aus einem klebenden
Polymer, gewählt
aus der EVA-Familie oder Äthylen-Copolymeren,
modifiziert mit Maleinsäure-Anhydrid oder Terionomeren,
oder einem EVA-Äthylensäure-Methacryl-Copolymer;
- – Schicht
C, Dicke 26%, erste Sperrschicht bzw. Barriereschicht (hauptsächlich für Sauerstoff) – bestehend aus
einem Polyamid-Polymer von Typ PA 6/66 allein oder gemischt mit
PA 6 mit aliphatischem PA mit Meta-Xylylen-Gruppen oder mit einem amorphen PA;
- – Schicht
D, Dicke 18%, zweite Klebeschicht – bestehend aus einem klebenden
Polymer, gewählt
aus der EVA-Familie oder Äthylen-Copolymeren,
modifiziert mit Maleinsäure-Anhydrid oder Terionomeren,
oder einem EVA-Äthylensäure-Methacryl-Copolymer;
- – Schicht
E, Dicke 25%, Außenschicht
und zweite Sperrschicht bzw. Barriereschicht (hauptsächlich für Wasserdampf) – bestehend
aus einem Polyamid-Polymer, gewählt
aus PA 6 oder PA 6/66 oder ihrem Gemisch.
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Die
Dicke jeder Schicht kann um 5% schwanken mit Ausnahme der beiden äußeren Schichten,
deren Dicke um 10% schwanken kann. Die Angaben bezüglich der
Schwankungen der Dicke gelten auch für diese dritte bevorzugte Konfiguration.
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Diese
dritte Konfiguration leitet sich von der ersten ab, wobei die aneinandergrenzenden
Sperrschichten bzw. Barriereschichten C, D, E durch eine einzige
Schicht (C) ersetzt werden, deren Dicke gleich der Summe der Dicken
dieser drei Sperrschichten ist.
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Die
chemische Zusammensetzung der Sperrschicht bzw. Barriereschicht
ist vom selben Typ wie Schicht D in der ersten Konfiguration, da
dies eine Schicht ist, die als Sauerstoffbarriere besonders wirkungsvoll
ist.
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Ein
Laminat dieses Typs ist daher besonders geeignet zum Verpacken trockener
Produkte, die an nicht so feuchten Orten aufbewahrt werden sollen,
da keine Sperrschicht bzw. Barriereschicht vorliegt, die besonders
wirkungsvoll als Wasserdampf-Barriere auf der Produktseite der Verpackung
vorhanden ist, da sich dies nur zur Außenseite hin befindet.
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Der
Film gemäß der Erfindung
wird durch ein sogenanntes Doppel- oder Dreifach-Blasenverfahren (double
bubble process bzw. triple bubble process) gewonnen.
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Bei
dem Doppel-Blasenverfahren erfolgen ein Extrudieren eines Primärschlauches,
der die fünf,
sechs oder sieben Schichten aufweist, dessen Abkühlen mit Wasser, wenn er aus
dem Extrusionskopf austritt (erste Blase) und dann sein Wiedererwärmen in
speziellen Öfen
mit Elementen, die ein Heizen unter Verwendung von Infrarotstrahlung
bewirken. Wenn der Schlauch die voreingestellte Temperatur erreicht,
wird er unter Verwendung von Druckluft aufgeblasen und gleichzeitig
in zwei Richtungen gestreckt, und zwar longitudinal (MD), das heißt in der
Richtung, in der sich die Maschine bewegt, wo er durch zwei Zugwalzen
gestreckt wird, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
drehen, sowie transversal (TD) aufgrund der Ausdehnung des ursprünglichen
Schlauchs aufgrund der Wirkung der in ihn hineingeblasenen Druckluft
(zweite Blase).
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In
einigen Fällen
(Dreifach-Blasenverfahren) wird der Schlauch, sobald er durch die
Zugwalzen flach gemacht wurde, zu einem weiteren Infrarot-Strahlungsofen
geleitet, wo er durch Aufblasen mit Luft bei niedrigem Druck sich
aufgrund der Wärme
zusammenziehen kann und möglicherweise
einen Teil der Schrumpfung (dritte Blase) verliert.
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Dieser
Vorgang führt
in Verbindung mit der dritten Blase zu einem teilweisen Lösen der
inneren Spannungen, die in den verschiedenen Schichten des Films
angesammelt wurden, wobei diese Spannungen in den verschiedenen
Schichten des Films ungleichmäßig verteilt
sein können
und eine spätere
Rekristallisation erzeugen können.
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Das
Verhältnis
zwischen dem Strecken und Aufblasen in der ersten Blase liegt im
Wesentlichen zwischen 1:3 und 1:5 in der Maschinenrichtung (MD)
bzw. zwischen 1:3 und 1:4,5 in der transversalen Richtung (TD).
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Dies
bedeutet, dass man ausgehend von einer primären Dicke des Schlauchs zwischen
300 und 1.300 μm
je nach dem Prozentsatz der angelegten Streckung biorientierte Filme
mit Dicken zwischen 20 und 60 μm erhält.
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Wenn
der so gewonnene Film auf eine Temperatur in der Nähe der zur
Orientierung verwendeten Temperatur erwärmt wird, neigt er dazu, zu
seinen ursprünglichen
Abmessungen zurückzukehren,
das heißt
zu einem Phänomen
des Zurückziehens
führt (Retraktion).
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Versuche,
die an Verpackungen durchgeführt
wurden, die unter Verwendung einer geschichteten Folie gemäß der Erfindung
gebildet wurden, zeigten, dass die Folie an allen Arten von Inhalt
perfekt haftet und zwar unabhängig
davon, ob es sich dabei um Fleischprodukte handelt, wie z.B. Speck,
der eine sehr fettige Oberfläche
hat, oder um sehr unregelmäßige Oberflächen handelt,
die hart und holperig sind, wie z.B. gewürzter Parmesankäse mit einer
Rinde.
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Im
Falle des Specks haftet die Folie nach dem Schrumpfen gut an dem
Produkt und ohne jegliche Mikrokavitäten, die Luft enthalten und
die einen Oxidationsvorgang an dem Produkt, insbesondere dort, wo
es einen hohen tierischen Fettgehalt hat, starten könnten.
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Im
Falle des gewürzten
Parmesans mit einer Rinde sind sowohl die prozentuale Schrumpfung
und die durch die Folie während des
Verpackens ausgeübte
Schrumpfkraft derart, dass sie ermöglichen, die Folie vorsichtig
und genau um das Produkt zu wickeln unabhängig von der Unregelmäßigkeit
der betreffenden Form, ohne jegliche Kavitäten zu hinterlassen und somit
eine sehr enge hautartige Berührung
mit dem Inhalt zu ermöglichen.
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In
der Praxis hat sich erwiesen, dass eine derartige Haftung des Films
zusammen mit dem Inhalt selbst während
einer Zeitdauer von etwa 12 Monaten intakt blieb, das heißt während einer
Zeitdauer, die gewöhnlich viel
länger
als die normalen Lagerbeständigkeits-Garantien
sind, die von Herstellern dieser Art von Lebensmittelprodukt angeboten
werden. Die obigen Phänomene
der Haftung an dem verpackten Produkt sind abhängig sowohl von der Oberflächenspannung
in der inneren Schicht A des Films bezüglich der Eigenart der Oberfläche des
Inhalts sowie von der Kraft, mit der die Folie schrumpft.
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Das
erste dieser Phänomene
tritt auf einer Mikroskala auf und bedingt den Zustand der beiden
Oberflächen
(Folie/Produkt), um selbst bei vorhandenen negativen Faktoren, wie
z.B. tierisches Fett, das eine gute Haftung verhindern kann, eine
gute Haftung zu erzeugen.
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Das
zweite Phänomen
tritt auf einer Makroskala auf und bedingt die Kraft, mit der die
Folie schrumpft, was zur Haftung an dem Inhalt führt (Schrumpfkraft). Dies steht
in direktem Zusammenhang mit den Eigenschaften der in dem Aufbau
verwendeten Polymere.
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In
biorientierten heißschrumpfenden
Folien ist der unmittelbar mit der Schrumpfkraft verbundene Parameter
durch die Streckgrenzen- bzw. Fließgrenzen-Kraft gegeben: je
höher diese
Kraft für
das Polymer bei Umgebungstemperatur ist, desto höher ist die durch den orientierten
Film in der Anbringungsphase entwickelte Schrumpfkraft.
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Wo
ein hoher Elastizitätsmodul
vorliegt, neigt die Haftung des Films an dem Inhalt nicht dazu,
sich über die
Zeit zu verringern.
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Im
Falle des Aufbaus gemäß dieser
Erfindung haben die verwendeten Polyamide Streckgrenzen- bzw. Fließgrenzen-Kräfte von
mehr als 25 MPa und Elastizitätsmoduli
von mehr als 350 MPa.
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Dies
sind beides hohe Werte sowohl absolut als auch im Vergleich mit
denjenigen für
alternative Barrierepolymere (EVOH, PVDC), die für ähnliche biorientierte Folien
verwendet werden. Tatsächlich
sind im Falle dieser letztgenannten Polymere diese Streckgrenzen-
bzw. Fließgrenzen-Kraft
und der Elastizitätsmodul
für steifere
und zähere
Polymere im Bereich von etwa 18 bis 20 MPa für die Streckgrenzen- bzw. die
Fließgrenzen-Kraft
und 200 bis 300 MPa für
den Elastizitätsmodul.
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Selbst
verderbliche Produkte, wie z.B. frische Fleischprodukte, frischer
und gewürzter
Käse sowie Fisch,
erwiesen sich als angemessen geschützt sowohl im Hinblick auf
die Oxidation als auch die Übertragung von
Wasserdampf.
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Die
gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren hergestellte Folie besteht aus einem heißschrumpfenden,
schweißbaren,
coextrudierten Schichtaufbau mit guten optischen und mechanischen
Eigenschaften, mit Sauerstoff- und Wasserdampf-Barriereeigenschaften, einer hohen Schrumpfkraft
und einer guten Haftung an dem verpackten Produkt. Zusätzlich findet
man eine gute Haftung zwischen den verschiedenen Schichten.
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Diese
Eigenschaften, deren Liste nicht als erschöpfend zu betrachten ist, führen zu
einer sehr speziellen Folie zum Verpacken verderblicher Güter (Lebensmittel
und Nicht-Lebensmittel),
wobei die folgenden Eigenschaften bereitgestellt werden:
- – Schutz
vor der umgebenden Umwelt;
- – geringe Übertragung
von Sauerstoff und Wasserdampf;
- – hohe
mechanische Festigkeit;
- – gute
Schweißeigenschaften;
- – gutes
Erscheinungsbild der verpackten Produkte;
- – Möglichkeit
der Recyclierung.
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Es
wurden Experimente in großem
Umfang durchgeführt,
was zur Definition einiger spezieller Konfigurationen für Laminate
geführt
hat, die im Vergleich mit einem hochqualitativen Produkt auf dem
Markt sehr interessante Ergebnisse zeigten.
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Die
für diese
Experimente verwendeten Polymere findet man normalerweise auf dem
Markt. Die Handelsnamen sind in der beigefügten Tabelle 1 gegeben.
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Die
speziellen Konfigurationen dieser Laminate sind in der Tabelle 2
gezeigt (Tabelle 2a, Tabelle 2b und Tabelle 2c für die erste, die zweite bzw.
die dritte bevorzugte Konfiguration), während die Tabelle 3 einen Vergleich
mit einem kommerziellen Produkt zeigt, das als BB bezeichnet wird.
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Wie
man in Tabelle 3 sieht, weist diese Referenzfolie den Kräuselungseffekt
nicht auf, da ihr Aufbau im Wesentlichen symmetrisch ist. In der
Tat hat LLDPE (lineares Polyäthylen
niedriger Dichte) einen Elastizitätsmodul, der beachtlich kleiner
als bei den in den genannten Beispielen verwendeten Polyamiden ist,
was vergleichbar mit demjenigen eines Iono mers ist. Andererseits
hat ein derartiger Film eine Schweißfestigkeit, die geringer als
bei den Zusammensetzungen gemäß der genannten
Beispiele ist.
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