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Hintergrund der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung betrifft mehrschichtige Filme und als Verpackung
geeignete Hüllen,
die Nylon-Harzmischungen enthalten. Insbesondere betrifft die Erfindung
Filme und hieraus hergestellte Hüllen,
die zum Verpacken von Lebensmittelprodukten, wie z.B. frischem Fleisch,
verarbeitetem Fleisch, Käse
und Würsten,
geeignet sind.
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Nylon
ist die allgemeine Bezeichnung für
eine Gruppe von Polyamidpolymeren, die durch die Gegenwart der Amidgruppe
-CONH gekennzeichnet sind. Die Verwendung von Nylonzusammensetzungen
und -produkten ist durch alltägliche
Beispiele, einschließlich
der Anwendung als Verpackung, Bürsten
und Reifen, als synthetische Filme, Fasern, Kunststoffe und Gießharze gut
bekannt.
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Thermoplastische
flexible Filme werden in einer Vielzahl von Anwendungen, einschließlich Beuteln (z.B.
für den
Handel, für
Blätter
oder Müll),
Verpackungsmaterial für
industrielle Zwecke, elektrischer und elektronischer Anwendungen
wie z.B. als Träger
für Kommunikationsmedien,
haftungsbeschichteter Produkte wie z.B. Klebestreifen und Aufkleber,
medizinische Verpackungen und Lebensmittelverpackungen genutzt.
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In
der Lebensmittelindustrie werden thermoplastische flexible Filme
verwendet, um Lebensmittel bis zum Verzehr frisch zu halten. Das
häufigere
Vorliegen von zentralisierter Lebensmittelverarbeitung im Zusammenhang
mit häufigerer
Handhabung und längeren
Lieferzeiten aufgrund längerer
Transportstrecken haben die Nachfrage nach Verpackungsfilmen mit überlegenen
Eigenschaften gesteigert.
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In
den geflügel-
und fleischverarbeitenden Bereichen der Lebensmittelindustrie werden
thermoplastische flexible Filme zum Frischhalten verwendet. Fleisch
wird häufig
frisch, gefroren oder gekocht verkauft; aufgrund dessen bieten Filme
günstigerweise
Schutz bei verschiedenen Temperaturen. Es ist bekannt, daß für Lebensmittel
wie beispielsweise Erstanschnitte und nachfolgende Anschnitte von
Rindfleisch, zerkleinertes Rindfleisch und verarbeitetes Fleisch
coextrudierte oder laminierte Filme verwendet werden, in denen solche Zusammensetzungen
wie beispielsweise Nylon, Polyester, das Vinylidenchloridcopolymer
(PVDC), das Ethylenvinylacetatcopolymer (EVA) und Ionomere verwendet
werden.
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Es
ist ebenfalls allgemein bekannt, daß bei der Auswahl der Filme
für die
Verpackung von Lebensmittelprodukten solche Kriterien wie z.B. Sperreigenschaften,
Kosten, Beständigkeit,
Durchstoßfestigkeit,
Biegerißfestigkeit,
Freigabe durch die FDA, Verarbeitbarkeit, optische Eigenschaften
wie z.B. Glanz und Trübung, Bedruckbarkeit,
Verschweißbarkeit,
Schrumpfbarkeit, Schrumpfkraft, Steifigkeit und Festigkeit berücksichtigt werden.
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Im
allgemeinen werden Nylonfilme durch Verfahren hergestellt, die das
Gießen
oder Blasen der Filme umfassen. Diese Filme können mono- oder biaxial orientiert
sein. Bestimmte Nylonarten wie beispielsweise Nylon 6, Nylon 6,6
und Nylon 12 wurden zu Filmen verarbeitet. Bekannte Vorteile von
Nylonfilmen gegenüber anderen
Filmmaterialien für
Verpackungsanwendungen umfassen gute Sperreigenschaften gegenüber Sauerstoff
und Aroma, Beständigkeit
bei niedrigen Temperaturen und thermische Stabilität. Nylonarten
sind jedoch im allgemeinen teuer und haben schlechte Sperreigenschaften
gegenüber
Feuchtigkeit. Bekanntermaßen werden
bestimmte Nylonfilme als Kernschichten in verstreckten mehrschichtigen
Filmen verwendet. Die Auswahl des Nylons muß jedoch sehr sorgfältig erfolgen
und die Verarbeitung ist sehr schwierig. Diese mehrschichtigen Filme
können
eine zusätzliche
Schicht oder mehrere zusätzliche
Schichten enthalten, wobei die Filme für diese zusätzlichen Schichten aus verschiedenen
Harzen wie beispielsweise Polyethylen niedriger Dichte (LDPE), einem
Ethylenvinylacetatcopolymeren (EVA), einem Ionomeren, PVDC oder
Copolymeren aus Ethylen und Methacrylat hergestellt sind. Bei der
Vakuumverpackung von frischem Fleisch wurden ebenfalls nylonhaltige
Filme verwendet. Für
Verpackungen geeignete übliche
und im allgemeinen bekannte Filme, sowie Informationen über die
Filmherstellung sind in der „Encyclopedia
of Polymer Science und Engineering", 2. Auflage, Band 7, Seiten 73–127, und
Band 10, Seiten 684–695
(John Wiley & Sons,
Inc., 1987) beschrieben.
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Es
wurde außerdem
offenbart, daß amorphe
Nylonarten für
thermoplastische Filme, einschließlich mehrschichtiger Filme
und biaxial orientierter Filme, geeignet sind.
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Sowohl
die US-PS-4 698 195 als auch die EP-A-240 632 offenbaren ein Verfahren
zur Herstellung eines biaxial orientierten Polyamidfilmes, wobei
ein als „im
wesentlichen amorpher nichtorientierter Polyamidfilm" bezeichneter Film
verwendet wird.
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Weiterhin
offenbart die US-PS-4 668 571 (Moriarty, jr.) einen mehrschichtigen
Werkstoff, der zur Herstellung von flexiblen, thermoplastischen
Beuteln geeignet ist, wobei eine äußere Schicht ein Polyamidharz umfassen
kann. Unter den Beispielen geeigneter Polyamidharze ist amorphes
Nylon aufgeführt.
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Zusätzlich offenbart
die EP-A-236 099 (Fant et al.) einen mehrschichtigen thermoplastischen
Film, der wahlweise Polyamidschichten umfaßt. Geeignete Polyamide sollen
ein im Handel erhältliches
Copolymer aus Nylon 6 und Nylon 12 umfassen, das unter der Markenbezeichnung
Grilon® CA-6
durch die Emser Industries vertrieben wird. CA-6 setzt sich aus
ungefähr
60 Gew.-% Nylon 6 und ungefähr
40 Gew.-% Nylon 12 zusammen. CR-9 mit 20–30 Gew.-% Nylon 6 und 70–80 Gew.-%
Nylon 12 wird als ein anderes geeignetes Nyloncopolymer offenbart.
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Es
wurde vor kurzem berichtet, daß in
Japan ein coextrudierter Film als Verpackung für verarbeitetes Fleisch verwendet
wurde, wobei amorphes Nylon verwendet wurde, das unter der Markenbezeichnung
Novamid X21 durch die Mitsubishi Chemical Industries Ltd. of Tokyo
vertrieben wird (siehe hierzu „Coextrusion
Developments Focus on Barrier Resins", Plastics Technology, Band 33, Nr.
13, Seiten 5, 77–79,
Dezember 1987, Bill Communications, Inc., New York).
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Die
EP-A-287 839, eine Zweitschrift der US-PS-4 800 129 (Deak), offenbart
warmgeformte mehrschichtige Strukturen, die eine Mischung aus amorphen
Polyamiden mit einer Tg oberhalb von 120 °C und einem oder mehreren semikristallinen
aliphatischen Polyamid(en) umfassen. Dieses Dokument entspricht
nach Artikel 54 (3) EPÜ für alle angegebenen
Vertragsstaaten außer Österreich
dem Stand der Technik, so daß unterschiedliche
Ansprüche
entsprechend Regel 87 I.R. EPÜ erforderlich
sind. Deak offenbart eine Mischung aus amorphem Polyamid und aliphatischem
Polyamid, wobei die Menge an amorphem Polyamid 60–90 %, vorzugsweise
70–85
%, der Mischung umfaßt.
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Die
EP-A-273 337 offenbart einen dreischichtigen Kunststoffilm, der
folgendes umfaßt:
a) eine Kernschicht aus zwischen ungefähr 60 und 90 Gew.-% eines hydrolysierten
Ethylenvinylacetatcopolymeren mit zwischen ungefähr 28 und 40 Gew.-% Ethylen,
vermischt mit zwischen ungefähr
10 und 40 Gew.-% eines Amidpolymeren mit einem Schmelzpunkt unterhalb
von ungefähr
215 °C (420 °F); diese
Kernschicht stellt einen Sauerstoffdurchlaßgrad durch den Film von weniger
als ungefähr
90 cm3/m2/mil Dicke/24
h/atm bereit; b) eine erste äußere Schicht,
die direkt an einer Seite der Kernschicht haftet, wobei diese erste äußere Schicht
eine Ethylenvinylacetatmischung umfaßt, die zwischen ungefähr 7 und
15 Gew.-% Vinylacetat und zwischen ungefähr 5 und 20 Gew.-% einer Ethylenvinylacetatverbindung
mit funktioneller Anhydridgruppe enthält; und c) eine zweite äußere Schicht,
die direkt an der anderen Seite der Kernschicht haftet und ein Ethylenvinylacetat
umfaßt,
das zwischen ungefähr
7 und 15 Gew.-% Vinylacetat und zwischen ungefähr 5 und 20 Gew.-% einer Ethylenvinylacetatverbindung
mit funktioneller Anhydridgruppe enthält; d) der Film wurde mit einer
Strahlendosis zwischen ungefähr
1 und 5 MR bestrahlt.
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Die
JP-A 62/131 060 offenbart einen wärmeschrumpfbaren Polyamidfilm,
wobei dieser biaxial orientierte Polyamidfilm eine Mischung umfaßt aus (A)
einem Polyamid, hergestellt durch Polymerisieren von 100–85 Gew.-%
eines polyamidbildenden Bestandteils, bestehend aus einem aliphatischen
Diamin und Isophthalsäure
und/oder Terephthalsäure
und 0–15
Gew.-% eines polyamidbildenden Bestandteils, bestehend aus einem
Lactam oder einem aliphati schen Diamin und einer aliphatischen Dicarbonsäure und
(B) einem Polyamid, hergestellt durch Polymerisieren von 70–99 Gew.-%
eines aliphatischen polyamidbildenden Bestandteils und 30–1 Gew.-%
eines polyamidbildenden Bestandteils, bestehend aus wenigstens einem
aliphatischen Diamin und wenigstens einer aromatischen Dicarbonsäure; dieser
Film weist einen Schrumpfungsgrad in heißem Wasser bei 75 °C von 25
% oder mehr auf.
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Die
EP-A-0 070 001 offenbart ein thermoplastisches Gießharz, welches
ein spezielles amorphes thermoplastisches Polyamidcopolymer, kombiniert
mit einem semikristallinen thermoplastischen Polyamid, enthält, wobei
dieses Harz einen weiten Bereich von Anwendungen haben soll in Abhängigkeit
von den bezüglichen
Mengen der Komponenten des Harzes. In bezug auf spezielle Anwendungen
nennt Seite 8, Zeilen 15 bis 21 Gegenstände mit guter Lösemittelbeständigkeit,
guter Formbeständigkeit
und gutem Erhalt physikalischer Eigenschaften unter feuchten und
nassen Bedingungen, z. B. zur Herstellung von Formkörpern (z.
B. Stoßfänger und
Stoßstangen
für Autos
und dergleichen).
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Verstreckte
Nylonfilme sind auch aufgrund ihrer Beständigkeit, Durchstoßfestigkeit
und Sauerstoffsperreigenschaften in der Verpackungsindustrie gut
bekannt. Vor allem ist bekannt, daß die biaxiale Verstreckung
die Festigkeit des Filmes allgemein verbessert. Die Sauerstoffsperreigenschaften
von verstreckten Nylonfilmen stellen im allgemeinen eine größere Widerstandsfähigkeit
gegenüber
der Sauerstoffpermeabilität bereit,
wenn die Menge an absorbierter Feuchtigkeit sinkt. Bei steigendem
Feuchtegehalt verschlechtern sich die Sauerstoffsperreigenschaften
der meisten verstreckten Nylonarten. Wenn Nylonfilme unter humiden
Bedingungen oder anderen Feuchtebedingungen verwendet oder gelagert
werden sollen, wird es wünschenswert,
den Nylonfilm z.B. durch Einbringen zwischen Schichten mit relativ
niedriger Feuchtedurchlässigkeit
zu schützen,
damit das Nylon trocken bleibt. Die Dehnung von coextrudierten,
mehrschichtigen, geblasenen Filmen mit Nylon als geschützter Kernschicht
ist jedoch aufgrund von Verfahrenseinschränkungen schwierig. Häufig ist
Nylon die äußere Schicht
bei Koextrusionsverfahren aufgrund der Notwendigkeit schnellen Kühlens, damit
das Nylon in einer mehrschichtigen Struktur entsprechend verarbeitet
werden kann. Sicherlich können Beschichtungsverfahren
angewendet werden und werden zur Zeit an gewendet, um eine vor Feuchtigkeit schützende Schicht
an das Nylon zu haften; dieses Verfahren ist jedoch nachteiligerweise
kostenintensiv.
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Bei
vielen Verpackungsanwendungen ist es außerdem wünschenswert, daß wenigstens
eine der Schichten gute Heißverschweißungseigenschaften
aufweist. Harze, die sowohl gute Heißverschweißungseigenschaften aufweisen
als auch im wesentlichen gegenüber
Feuchtigkeit undurchlässig
sind, umfassen verschiedene Polyethylene, Ethylencopolymere und
Ionomere. Verstreckte Nylonfilme werden zur Zeit an sich und in
Kombination mit diesen heißverschweißbaren und
feuchtebeständigen
Schichten verwendet.
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Ungünstigerweise
hat es sich als schwierig erwiesen, Filmschichten (andere als PVDC)
zu finden, die sowohl gegenüber
Feuchtigkeitsdämpfen
als auch gegenüber
Sauerstoff gute Sperreigenschaften aufweisen. Aus diesem Grund werden üblicherweise
mehrschichtige Filme verwendet, um die günstigsten Eigenschaften der
verschiedenen Filmschichten zu nutzen.
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Die „Encyclopedia
of Polymer Science and Engineering", 2. Auflage, Band 7, Seiten 77–79 (John
Wiley & Sons,
Inc., 1987) offenbart, daß „Nylon
häufig
der Kernbereich des Filmes ist und mit Siegelharzen wie z.B. LDPE,
EVA, Ionomeren oder Copolymeren von Ethylen und Methacrylat coextrudiert
oder beschichtet ist".
Die Nylonschicht dient als Sauerstoff- und Aromasperrschicht in
Anwendungen zur Verpackung von verarbeitetem Fleisch und Käse, bei
Kochbeuteln und Beuteln für
Backwaren.
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Bei
einem üblichen
bekannten Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Filmen mit
verstrecktem Nylon wird der Nylonfilm durch Erhitzen auf einen Erweichungszustand
unterhalb des Schmelzpunktes und Verstrecken des erweichten Materials
orientiert. Viele herkömmliche
Nylonharze kristallisieren sehr schnell und haben Schmelzpunkte,
die weit oberhalb der Schmelzpunkte der angrenzenden Polyethylenschichten
liegen. Aufgrund dieser Temperaturunterschiede und der verschiedenen
Dehnungseigenschaften von Nylon und Polyethylen wird die Nylonschicht
normalerweise einzeln und vor der Vereinigung mit den angrenzenden
Polyethylenschichten verstreckt. Die Vereinigung des verstreckten
Nylons mit den angrenzenden Schichten erfolgt an schließend durch
ein herkömmliches,
jedoch relativ kostenintensives und komplexes Beschichtungsverfahren.
Dieses erfordert ein Haftmittel wie z.B. ein Polyurethanhaftmittel,
das mit einer Streichbeschichtungsvorrichtung aufgetragen wird.
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Ein
anderes Problem bei den zur Zeit verwendeten mehrschichtigen verstreckten
Nylonstrukturen ist, daß etwas
Feuchtigkeit nach und nach entweder aus dem verpackten Lebensmittelartikel
oder der Atmosphäre eindringt
und von dem Nylon absorbiert wird, obwohl ein Material wie Polyethylen
das Nylon im allgemeinen vor Feuchtigkeit schützt. Hierdurch steigt die Sauerstoffdurchlässigkeit,
was wiederum zu einer Verkürzung
der Lagerzeit von sauerstoffempfindlichen Lebensmitteln führt.
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Aufgrund
des kürzlichen
Marktanstieges von Spefilmen besteht zur Zeit eine industrieweite
Suche nach Filmen mit verbesserten Sperreigenschaften wie z.B. geringer
Sauerstoffdurchlässigkeit
und geringer Wasserdurchlässigkeit.
Aus wirtschaftlichen Gründen
besteht ebenfalls die Nachfrage nach verstreckten mehrschichtigen
Nylonfilmen, die durch ein Coextrusionsverfahren hergestellt werden
können.
Die Herstellung von mehrschichtigen Filmen durch Coextrusion ist
im allgemeinen wirtschaftlicher als die Anwendung von Beschichtungsverfahren.
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Durch
die vorliegende Erfindung werden mehrschichtige Filme, welche eine
Nylonharzmischung enthalten, bereitgestellt, wobei viele der mit
den bekannten Filmen verbundenen Probleme verringert werden. Es ist
nicht notwendig, daß wirklich
jedes der oben angeführten
Probleme durch alle Ausführungsformen
der Erfindung überwunden
wird. Es ist ausreichend, daß die
Erfindung im Vergleich mit dem Stand der Technik vorteilbringend
eingesetzt werden kann.
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Zusammenfassung
der Erfindung:
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird ein neuartiger, thermoplastischer,
flexibler, coextrudierter, biaxialer orientierter, wärmeschrumpffähiger mehrschichtiger
Film bereitgestellt, wie er in Anspruch 1 de finiert ist. Weitere
Ausgestaltungen bzw. Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche
2 bis 9.
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Somit
wird ein thermoplastischer, flexibler, coextrudierter, biaxial orientierter,
wärmeschrumpffähiger mehrschichtiger
Film bereitgestellt, der eine erste äußere Schicht, eine zweite äußere Schicht
und mindestens eine zwischen der ersten äußeren Schicht und der zweiten äußeren Schicht
angeordnete Zwischenschicht umfaßt, wobei die Zwischenschicht
eine Nylon-Mischung umfaßt,
die
- a) 10 bis 70 Gew.-% eines amorphen Nyloncopolymers
ohne meßbaren
Schmelzpunkt oder ohne Schmelzwärme
(weniger als 2,1 J/g (0,5 cal/g)), gemessen mittels Differentialscanningkalorimetrie
(DSC) gemäß ASTM 3417-83,
wobei das amorphe Nyloncopolymer ein Hexamethylenisophthalamid/Hexamethylenterephthalamid-Copolymer
umfaßt,
mit der Maßgabe,
daß das
amorphe Copolymer nicht in einer Menge von 60 bis 90 Gew.-% der
Mischung vorhanden ist; und
- b) 10 bis 90 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Mischung,
eines Copolyamids mit einem Schmelzpunkt im Bereich von 145 °C bis 215 °C, wobei
das Copolyamid ein Copolymer von Nylon 6 und Nylon 12 oder ein Copolymer
von Nylon 6 und 66 oder Mischungen dieser Copolymere umfaßt,
enthält und wobei
die erste und/oder zweite äußere Schicht
ein Ethylen/Vinylacetat-Copolymer, ein Polyethylen sehr geringer
Dichte (VLDPE) oder deren Mischungen umfaßt.
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Diese
erfindungsgemäßen Filme
sind überraschenderweise
leicht zu verarbeiten und zu verstrecken bei ihrer Herstellung.
Beispielsweise bilden die erfindungsgemäß verwendeten Mischungen Filme,
die im Vergleich mit Filmen aus einzelnen Mischungsbestandteilen
an sich relativ einfach biaxial zu orientieren sind. Vor allem gibt
es viele kristalline Nylonarten, die bekanntermaßen bei der Bildung von schrumpffähigen Filmen
extrem schwierig biaxial zu dehnen sind. Es hat sich vor kurzem
gezeigt, daß aus
Mischungen dieser orientierungsresistenten Nylonarten mit einem
amorphen Nylon-6I/6T-Copolymeren ein Film hergestellt werden kann, der
einfach monoaxial oder biaxial verstreckbar sein kann. Beispielsweise
ist die biaxiale Orientierung einer Film schicht aus reinem Nylon
6/12 sehr schwierig und Versuche, diesen Film biaxial zu orientieren,
sind häufig nicht
erfolgreich. Eine Mischung aus Nylon 6/12 und einem amorphen Nylon
kann jedoch leicht monoaxial oder biaxial erfindungsgemäß orientiert
werden. Überraschenderweise
kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung der coextrudierte mehrschichtige
Film mit einer nylonhaltigen Zwischenschicht erfolgreich biaxial
orientiert werden. Hierbei umfaßt
die Nylonschicht eine Mischung aus einem Nyloncopolyamid mit einem
Schmelzpunkt von wenigsten 145 °C
und einem wie oben definierten amorphen Nylon. Diese Filme haben
ausgezeichnete optische Eigenschaften und ausgezeichnete Sperreigenschaften
gegenüber
Sauerstoff.
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Erfindungsgemäß ist der
gesamte mehrschichtige Film biaxial gedehnt, ohne daß es notwendig
ist, die nylonhaltige Schicht getrennt von den nicht-nylonhaltigen
Schichten biaxial zu dehnen und anschließend mit den getrennt gedehnten
Schichten zu laminieren.
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Unerwarteterweise
wird durch den Zusatz eines amorphen Polyamids wie z.B. Nylon 6I/6T
mit einem Glasumwandlungspunkt von ungefähr 127 °C zu einem Copolyamid wie z.B.
Nylon 6/12 eine Mischung gebildet, die leicht zu einem schrumpffähigen Film
verarbeitet werden kann. Dieser Film zeigt hohen Glanz, geringe Trübung und
gute Schrumpfwerte bei Temperaturen weit unterhalb von 127 °C. Der erfindungsgemäße Zusatz von
amorphem Nylon zu nichtamorphen Copolyamiden ergibt nach der Extrusion
erhebliche Verbesserungen bei einer oder mehreren Eigenschaften
wie z.B. der Trübung,
dem Glanz, der Sauerstoffdurchlässigkeit,
der Zugfestigkeit, der dynamischen Durchstoßfestigkeit oder der prozentualen
Schrumpfung.
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Ebenso
hat sich unerwarteterweise gezeigt, daß der Zusatz eines Homopolymeren
wie z.B. Nylon 11 mit einem relativ hohen Sauerstoffdurchlässigkeitswert
zu den oben aufgeführten
erfindungsgemäßen Mischungen
die Sauerstoffdurchlässigkeit
des sich ergebenden Filmes tatsächlich
verringert. Vorteilhafterweise können
die erfindungsgemäß verwendeten
Mischungen verwendet werden, monoaxial oder biaxial orientierte einschichtige
oder mehrschichtige Filme durch eine Vielzahl von Verstreckungsverfahren
herzustellen.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung:
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Polyamide
umfassen Nylonharze, die gut bekannte Polymere mit zahlreichen Verwendungsmöglichkeiten,
einschließlich
der Verwendung als Verpackungsfilme, -beutel und -hüllen, darstellen.
Siehe hierzu beispielsweise „Modern
Plastics Encyclopedia",
88, Band 64, Nr. 10A, Seiten 34–37
und 554–555
(McGraw-Hill, Inc., 1987). Vor allem sind die erfindungsgemäßen verstreckten
mehrschichtigen Filme als Lebensmittelverpackung geeignet.
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In
der Erfindung wird ein amorphes Nyloncopolymer als Bestandteil einer
Harzmischung verwendet, aus der neuartige mehrschichtige Filme hergestellt
werden. Die hier verwendete Bezeichnung „amorph" bezieht sich auf das Nichtvorliegen
einer regelmäßigen dreidimensionalen
Anordnung von Molekülen
oder Untereinheiten aus Molekülen,
die sich über
Abstände
erstreckt, die relativ zu atomaren Dimensionen groß sind. Lokal
kann die Struktur jedoch geordnet sein. Siehe hierzu „Amorphous
Polymers", Encyclopedia
of Polymer Science and Engineering, 2. Auflage, Seiten 789–842 (J.
Wiley & Sons,
Inc., 1985). Vor allem bezieht sich die in der vorliegenden Erfindung
verwendete Bezeichnung „amorphes
Nyloncopolymer" auf
ein Material, das Fachleuten für
Differential-Scanningkalorimetrie (DSC) als ein Material bekannt
ist, das keinen meßbaren Schmelzpunkt
(weniger als 2,1 J/g (0,5 cal/g)) oder bei DSC-Messungen nach ASTM
3417-83 keine Schmelzwärme
aufweist.
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Die
verwendeten amorphen Nyloncopolymere umfassen das Hexamethylenisophthalamid-Hexamethylenterephthalamid-Copolymer,
das auch als Nylon 6I/6T bezeichnet wird. Ein bevorzugter Bestandteil
der Erfindung ist ein Hexamethylenisophthalamid-Hexamethylenterephthalamid-Copolymer,
dessen Polymereinheiten zu 65 %–80
% aus Hexamethylenisophthalamid erhalten wurden. Als Bestandteil
des amorphen Nyloncopolymeren wird vor allem ein im Handel erhältliches
Nylon 6I/6T bevorzugt, das mit dem eingetragenen Warenzeichen Selar
PA 3426 von der DuPont Company of Wilmington, Delaware, USA, vertrieben
wird.
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In
dem technischen Bulletin E-73974 der DuPont Company von 12/85 wird
Selar PA 3426 zusätzlich als
amorphes Nylon (Polyamid) mit überlegener
Transparenz, guten Sperreigenschaften gegenüber Gasen wie beispielsweise
O2, gegenüber Lösemitteln und essentiellen Ölen charakterisiert
und mit den folgenden Eigenschaften entsprechend der angegebenen
Standards beschrieben: Dichte 1,19 g/cm3 (ASTM
D 1505), Glasübergangstemperatur
127 °C (ASTM
D 3418), Durchbiegetemperatur 126 °C bei 4,6 kg/cm2 (66
psi) und 123 °C
bei 18,4 kg/cm2 (264 psi) (ASTM D 648),
Biegemodul 27900 kg/cm2 (400.000 psi) bei
50 % relativer Luftfeuchtigkeit und 23 °C (ASTM D 790).
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Das
in der vorliegenden Erfindung verwendete amorphe Nyloncopolymer
kann nach bekannten Verfahren durch Kondensation von Hexamethylendiamin,
Terephthalsäure
und Isophthalsäure
hergestellt werden. Bevorzugt wird die Verwendung eines Nylon 6I/6T
Harzes, das so hergestellt wird, daß 65–80 % der Polymereinheiten
aus Hexamethylenisophthalamid erhalten werden. Günstigerweise sind solche Harze
(die außerdem
eine spezifische Dichte von 1,207 ± 0,1 und keinen Schmelzpunkt
haben und die die in Tabelle I angegebenen Löslichkeits- und Extraktionswerte
aufweisen) in den Vereinigten Staaten durch die Food and Drug Administration
für Lebensmittelkontakt
freigegeben (siehe hierzu 52 Fed. Reg. 26, 666-26, 667, 16. Juli
1987).
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Für die Bildung
von in den erfindungsgemäßen Filmen
eingesetzten Mischungen geeignete Copolyamide sind Copolyamide mit
einem Schmelzpunkt von wenigstens 145 °C. Ein geeignetes Verfahren
zur Bestimmung des Schmelz punktes ist die Anwendung der oben beschriebenen
Differentialscanningkalorimetrie zur Bestimmung der Schmelzwärme. Die
verwendeten Copolyamide schmelzen bei Temperaturen im Bereich von
ungefähr
145 °C bis
ungefähr
215 °C.
Es hat sich gezeigt, daß Copolyamide
mit Schmelzpunkten in diesem Bereich geeignete Mischungen mit den
oben angegebenen amorphen Nyloncopolymeren bilden, wobei diese Mischungen
leicht zu Filmen, einschließlich
verstreckter Filme, zu verarbeiten sind. Bei Anwendungen, bei denen
Filme als Verpackung verwendet werden, erweichen und deformieren
Copolyamide mit Schmelzpunkten unterhalb von 145 °C bei den üblichen
Verfahrenstemperaturen wie z.B. 82–93 °C (180–200 °F) bei der Schrumpfverpackung
und 71–82 °C (160–180 °F) beim Kochen
von Würsten.
Copolyamide, die besonders als Bestandteile der erfindungsgemäßen Filme
geeignet sind, sind Copolyamide, die ein Copolymer aus Nylon 6 und
wenigstens einem anderen Polyamid umfassen, wobei das Copolyamid
einen Schmelzpunkt von wenigstens ungefähr 145 °C aufweist. Vorzugsweise haben
diese besonders geeigneten Copolyamide einen Schmelzpunkt von weniger
als ungefähr
215 °C.
In Betracht kommen zudem Mischungen aus Copolyamiden.
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Die
verwendeten Copolyamide sind Nylon 6/12 und Nylon 6/66 sowie deren
Mischungen. Copolyamide aus Nylon 6/12 und Nylon 6/66 sind im Handel
erhältlich.
Ein Nylon-6/12-Copolyamid, das in einem Bereich von ungefähr 195–200 °C schmilzt
(ASTM D 2117) ist beispielsweise unter dem Warenzeichen Grilon CR
9 von der Emser Industries of Sumter, South Carolina, eine Abteilung
der EMS-American Grilon Inc. (EMS), im Handel erhältlich.
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In
der vorliegenden Erfindung können
geeigneterweise Mischungen aus Copolyamiden verwendet werden. Beispielsweise
können
zwei oder mehr Copolyamide, jeweils mit einem Schmelzpunkt von mindestens
145 °C,
verwendet werden oder es kann ein Copolyamid mit einem Schmelzpunkt
von mindestens 145 °C
mit einem oder mehreren anderen Copolyamiden, die Schmelzpunkte
unterhalb von 145 °C
aufweisen oder selbst amorph sind, vermischt werden. Ein zum Mischen
geeignetes Copolyamid mit einem Schmelzpunkt von weniger als 145 °C ist ein
anderes Nylon-6/12-Copolyamid, das bei ungefähr 134 °C (DSC max) schmilzt. Dieses
Copolyamid ist unter dem Warenzeichen Grilon W 6220 von der EMS
im Handel erhältlich.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden
Mischungen dieser beiden Nylon-6/12-Copolyamide verwendet. Ein bei
ungefähr
195 °C schmelzendes
Nylon-6/66-Copolyamid ist unter dem Warenzeichen Nylon 1539 von
der Allied-Signal im Handel erhältlich.
Mischungen aus einem Nylon-6/12-Copolyamid
oder mehreren Nylon-6/12-Copolyamiden mit einem Nylon-6/66-Copolyamid oder mehreren
Nylon-6/66-Copolyamiden können
geeigneterweise für
die Erfindung verwendet werden. Zur Optimierung der Eigenschaften
können
auch Mischungen verschiedener Nylon-6/12-Zusammensetzungen verwendet
werden. Geeigneterweise kann die am meisten bevorzugte Nylon-6/12-Copolyamidmschung
aus ungefähr
80 Gew.-% Grilon CR 9 und 20 Gew.-% Grilon W 6220 gebildet werden.
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Zusätzlich zu
einem amorphen Nyloncopolymer als erstem Bestandteil und einem Copolyamid
mit einem Schmelzpunkt von mindestens 145 °C als zweitem Bestandteil kann
für die
erfindungsgemäßen Filme
zusätzlich
ein Polyamidhomopolymer als dritter Bestandteil verwendet werden.
Es hat sich gezeigt, daß ein
Nylonhomopolymer zugesetzt werden kann, um die Gasdurchlässigkeit
herabzusetzen und hierdurch die Gassperreigenschaften der Mischung
zu verbessern. Geeignete Homopolymere umfassen im Handel erhältliche Nylonarten
wie beispielsweise Nylon 6, Nylon 11 und Nylon 12.
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In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung wird ein orientierter mehrschichtiger
Film, wie zuvor definiert, bereitgestellt, wobei der Film eine Nylonharzmischung
umfaßt,
wobei die Nylonharzmischung wiederum, als einen ersten Bestandteil
der Mischung, ein amorphes Nyloncopolymer, wie zuvor beschrieben, und,
als einen zweiten Bestandteil der Mischung, ein wie zuvor beschriebenes
Copolyamid umfaßt.
Der erste Bestandteil ist vorzugsweise Nylon 6I/6T, ein amorphes
Hexamethylenisophthalamid-Hexamethylenterephthalamid-Copolymer.
Geeigneterweise wird ein Nylon 6I/6T mit ungefähr 65 bis ungefähr 80 %
Polymereinheiten aus Hexamethylensophthalamid verwendet, wobei die
im Handel unter dem Warenzeichen Selar PA 3426 erhältliche
Zusammensetzung der DuPont Company of Wilmington, Delaware, besonders
bevorzugt wird. Der zweite Bestandteil ist vorzugsweise ein reines
Nylon 6/12 oder eine Mischung verschiedener Nylon 6/12-Arten. Geeigneterweise
wird eine Mischung aus (i) einem Nylon 6/12 mit einem Schmelzpunkt
zwischen ungefähr
145 °C und
215 °C und
(ii) einem Nylon 6/12 mit einem Schmelzpunkt von weniger als ungefähr 145 °C verwendet. Besonders
bevorzugt wird eine Mischung aus ungefähr 80 Gew.-% eines als Grilon
CR 9 bekannten Nylon 6/12 und ungefähr 20 Gew.-% eines als Grilon
W 6220 bekannten Nylon 6/12, wobei beide Nylon-6/12-Copolyamide von
der Emser Industries of Sumter, South Carolina, vertrieben werden.
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Wahlweise
kann günstigerweise
ein dritter Bestandteil verwendet werden. Wie oben beschrieben, kann
ein Homopolymer wie beispielsweise Nylon 6, Nylon 11 oder Nylon
12 der Mischung als dritter Bestandteil zugesetzt werden. Überraschenderweise
erhöht
der Zusatz eines bevorzugten Homopolymeren wie Nylon 11 die Sperreigenschaften
der aus der Mischung hergestellten Filme bezüglich des Durchtritts von gasförmigem Sauerstoff.
Ein vierter oder weitere Bestandteile wie beispielsweise andere
Nyloncopolymere (z.B. Nylon 6/66) oder andere amorphe Nylonarten
können
ebenfalls der Mischung zugesetzt werden.
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Wenn
nicht anders angegeben, beziehen sich alle hier angegebenen Gewichtsprozente
auf das Gesamtgewicht der Harzmischung.
-
Der
erste Bestandteil (amorphes Nyloncopolymer) liegt in einer Menge
von ungefähr
10 bis ungefähr 70
Gew.-% vor, jedoch mit der Maßgabe,
daß das
amorphe Nyloncopolymer nicht in einer Menge von 60 bis 90 Gew.-%
der Mischung vorhanden ist. Werden weniger als 10 Gew.-% verwendet,
reduziert sich der günstige Einfluß des amorphen
Nyloncopolymerbestandteils auf die verbesserten Eigenschaften. Vor
allem steigt die Trübung
des Filmes bei geringeren Mengen merklich. Ebenso hat die Verwendung
größerer Mengen
von mehr als 70 Gew.-% einen nachteiligen Einfluß auf die Verarbeitung. Bei
hohen Anteilen an amorphem Nyloncopolymer wird die Blasenbildung
zunehmend schwieriger. Der zweite Bestandteil (Copolyamid) liegt
in der Mischung in einer Menge von 10–90 Gew.-% vor, bezogen auf
das Gesamtgewicht der Mischung. Bei Mengen unterhalb von 10 % und
oberhalb von 90 % wird die Verstreckung eines aus der Mischung hergestellten
Filmes zunehmend schwieriger, vor allem bei gleichzeitiger Verstreckung
in Richtung beider Achsen während
eines Doppelblasenverfahrens. Die Verwendung von Mengen ober halb
von 90 % verringert ebenfalls die günstigen optischen Eigenschaften
der Mischung, beispielsweise steigt die Trübung merklich. Wahlweise kann
ein vorteilhafter dritter Bestandteil (Homopolymer) in einer Menge
von 10–30
Gew.-% in der Mischung vorliegen. Bei Mengen unterhalb von 10 %
sinkt der günstige
Einfluß auf
die physikalischen Eigenschaften wie beispielsweise die Sperreigenschaften
gegenüber
Sauerstoff. Ungünstigerweise
wird durch Mengen oberhalb von 30 % die Steifigkeit auf ein zur
Filmverarbeitung unerwünschtes
Maß angehoben.
Es wird angenommen, daß die
oben angegebenen Bereiche für
die Mengen und die speziellen Bestandteile und Zusammensetzungen
verbesserte Verarbeitungs- und/oder Harzeigenschaften bereitstellen
und daß aus
solchen Harzen hergestellte Filme, wie weiter unten beschrieben,
unerwartete und überraschende
Eigenschaften und Ergebnisse aufweisen.
-
Die
vorliegende Erfindung umfaßt
biaxial orientierte mehrschichtige Filme. Diese thermoplastischen flexiblen
Filme können
durch gut bekannte herkömmliche
Verfahren hergestellt werden.
-
Bei
den erfindungsgemäßen mehrschichtigen
Filmen können
die erste äußere Schicht
und die zweite äußere Schicht
und weitere optionale Zwischenschichten aus geeigneten Harzen oder
Harzmischungen hergestellt sein. Geeignete Harze für die erste
und/oder zweite äußere Schicht
umfassen Polyethylen sehr niedriger Dichte (VLDPE), Ethylenvinylacetatcopolymere
(EVA) und deren verschiedene Mischungen.
-
Somit
sind die verwendeten Bestandteile für die äußeren Schichten VLDPE, EVA
und deren Mischungen. VLDPE ist ein Copolymer aus Ethylen und wenigstens
einem Comonomeren wie beispielsweise den C4-C12-α-Olefinen
und hat eine Dichte zwischen ungefähr 0,86 und 0,91 g/cm3 und einen Schmelzpunkt von ungefähr 120 °C. EVA ist
ein Copolymer aus Ethylen und Vinylacetat. Bevorzugte EVA-Harze
umfassen zwischen 1 und 20 Gew.-% Vinylacetat, wobei 3–12 Gew.-%
am meisten bevorzugt werden. Günstigerweise
kann EVA mit VLDPE vermischt werden.
-
Außerdem können Haftmittel
in die Schichten eingemischt werden, oder es können Haftschichten coextrudiert
werden. Geeignete Haftharze umfassen EVA auf Anhydridbasis und LLDPE-Harze.
Ein bevorzugtes Haftharz ist ein Polymer auf Ethylenbasis, das Vinylacetat
und ein funktionelles Anhydrid enthält, wie z.B. das unter dem
Warenzeichen Bynel CXA E-162 von der Du-Pont Company vertriebene Polymer.
-
Die
für die
mehrschichtigen Filme der vorliegenden Erfindung verwendeten Harze
sind im allgemeinen im Handel als Pellets erhältlich und können, wie
in der Technik allgemein anerkannt, durch gut bekannte Verfahren
unter Verwendung von im Handel erhältlichen Mischvorrichtungen
vermischt werden.
-
Wenn
gewünscht,
können
zudem gut bekannte Zusätze
wie beispielsweise Verfahrenshilfsstoffe, Gleitmittel, Antihaftmittel,
Pigmente und deren Mischungen in den Film durch Zumischen vor der
Extrusion eingebracht werden, im allgemeinen in geringen Mengen
bis zu ungefähr
10 Gew.-%.
-
Die
Harze und jegliche Zusätze
werden in einen Extruder (im allgemeinen ein Extruder pro Schicht) eingebracht,
worin die Harze durch Erwärmen
schmelzplastifiziert und dann zu einer Extrusions-(oder Coextrusions-)düse zur Bildung
eines Schlauches übertragen
werden. Extruder- und Düsentemperaturen
hängen im
allgemeinen von dem jeweiligen zu verarbeitenden Harz oder den harzhaltigen
Mischungen ab. Geeignete Temperaturbereiche für im Handel erhältliche
Harze sind in der Technik im allgemeinen bekannt oder werden in
technischen Bulletins der Harzhersteller bereitgestellt. Die Verfahrenstemperaturen
können
in Abhängigkeit von
anderen gewählten
Verfahrensparametern variieren. Bei der Coextrusion können die
Rohr- und Düsentemperaturen
beispielsweise zwischen 175 °C
und 250 °C
betragen. In Abhängigkeit
von dem verwendeten Herstellungsverfahren und der speziellen Anlage
und anderen angewendeten Verfahrensparametern können die Abweichungen und tatsächlichen
Verfahrensparameter einschließlich
der Verfahrenstemperaturen jedoch durch einen Fachmann ohne übermäßiges Experimentieren
festgesetzt werden.
-
Bei
einem bevorzugten Doppelblasencoextrusionsverfahren, das in der
US-PS-3 456 044
beschrieben ist, wird der aus der Düse austretende Primärschlauch durch
eine Luftfüllung
aufgebläht,
gekühlt,
zusammenfallen gelassen und dann vorzugsweise durch eine erneute
Luftfüllung
verstreckt, wobei eine zweite Blase unter erneutem Aufheizen auf
den Verstrecktemperaturbereich (Ziehtemperaturbereich) des Filmes
gebildet wird. Die Verstreckung in Arbeitsrichtung (A.R.) erfolgt
durch Zug, beispielsweise durch Verwendung eines Walzenpaares, dessen
Walzen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotieren. Die Verstreckung
in Querrichtung (Q.R.) erfolgt durch radiale Blasenexpansion. Der
verstreckte Film wird durch Kühlen
gefestigt. Geeignete Dehnverhältnisse
in Arbeitsrichtung und Querrichtung betragen 1,5 : 1 bis 3,5 : 1,
wobei ein Verhältnis
von 2,5 : 1 bevorzugt wird.
-
Durch
die Verstreckung der mehrschichtigen Filme, aufgrund derer bestimmte
physikalische Eigenschaften der Filme verbessert werden kann, können Filme
erzeugt werden, die wärmeschrumpffähig sind.
Der Film kann schrittweise gedehnt (zuerst A.R.-, gefolgt von Q.R.-Ausdehnung)
oder gleichzeitig in Arbeitsrichtung und Querrichtung gedehnt werden.
-
Die
Versuchsergebnisse der folgenden Beispiele basieren auf Untersuchungen,
die, sofern nicht anders angegeben, entsprechend den folgenden Testverfahren
durchgeführt
wurden.
Trübung: | ASTM
D-1003-52 |
Glanz: | ASTM
D-2457, Winkel 45° |
Zugfestigkeit: | ASTM
D-882, Verfahren A |
prozentuale
Dehnung: | ASTM
D-882, Verfahren A |
1 %
Sekantenmodul: | ASTM
D-882, Verfahren A |
O2-Durchlässigkeit: | ASTM
D-3985-81 |
Zerreißfestigkeit
nach Elmendorf: | ASTM
D-1922 |
Dicke: | ASTM
D-2103 |
-
Schrumpfwerte:
-
Der
Schrumpfwert ist als der Wert definiert, der durch Messen der ungehinderten
Schrumpfung bei 90 °C über einen
Zeitraum von 5 Sekunden erhalten wird. Aus einer gegebenen Probe
des zu untersuchenden Filmes werden vier Teststücke geschnitten. Die Teststücke werden
auf 10 cm in Arbeitsrichtung und 10 cm in Querrichtung geschnitten.
Jedes Teststück
wird für
5 Sekunden in ein Wasserbad mit einer Temperatur von 90 °C vollständig eingetaucht.
Es wird der Abstand zwischen den Kanten der geschrumpften Probe
gemessen. Der Unterschied zwischen dem gemessenen Abstand bei der
geschrumpften Probe und den ursprünglichen 10 cm wird zum Erhalt
der prozentualen Schrumpfung des Teststückes mit 10 multipliziert.
Die Schrumpfung der vier Teststücke
wird für
den A.R.-Schrumpfwert der gegebenen Filmprobe gemittelt, ebenso
wie die Schrumpfung der vier Teststücke für den Q.R.-Schrumpfwert.
-
Dynamische Durchstoßfestigkeit:
-
Die
Werte für
die dynamische Durchstoßfestigkeit
sind als die Werte definiert, die durch den folgenden Versuch erhalten
werden. Das Testverfahren zur Bestimmung der Festigkeit gegenüber dynamischem
Durchstoß wird
verwendet, um Filme hinsichtlich ihrer Widerstandsfähigkeit
gegenüber
dem Durchstoß von
Knochen zu vergleichen. Es wird die Energie gemessen, die erforderlich
ist, um eine Versuchsprobe mit einer scharfen pyramidalen Metallspitze,
die ein scharfes Knochenende simulieren soll, zu durchstoßen. Es
wird ein dynamisches Kugelberstprüfgerät, Modell Nr. 13-8, erhältlich von
Testing Machines, Inc., Amityville, Long Island, New York, verwendet.
Auf dem Probenarm der Versuchsvorrichtung wird für dieses Testverfahren eine
modifizierte Spitze angebracht. Diese modifizierte Spitze wird aus
einer konischen Spitze mit einem Durchmesser von 0,95 cm (3/8 inch)
gefertigt, wobei der Winkel dieses geraden Kreiskegels zwischen
der Kegelachse und einem Element der konischen Oberfläche am Scheitelpunkt
ungefähr
65° beträgt. Drei
abstandsgleiche und aneinandergrenzende planare Oberflächen werden
zu einem glatten Abschluß der
Kegeloberfläche
gearbeitet, so daß eine
pyramidal geformte Spitze gebildet wird. Es werden 6 quadratische
Versuchsstücke
mit ungefähr
10,2 cm (4 inches) Kantenlänge
vorbereitet. Eine Probe wird in dem Probenhalter plaziert und das
Pendel gelöst.
Die Energie des Durchstoßes
wird aufgezeichnet. Der Test wird wiederholt, bis die Werte von
6 Proben ermittelt sind. Die Ergebnisse werden in cm-kg/μm (cm-kg/mil)
Filmdicke berechnet und gemittelt.
-
Die
folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele dienen zur Veranschaulichung
der vorliegenden Erfindung.
-
Falls
nicht anders angegeben, wurden die Filmzusammensetzungen aller folgenden
Beispiele im allgemeinen unter Verwendung der in der US-PS-3 456
044 (Pahlke) beschriebenen Apparatur und nach dem dort beschriebenen
Verfahren hergestellt. Diese Patentschrift beschreibt ein Doppelblasenverfahren
zur Koextrusion. Die Filmzusammensetzungen werden zusätzlich in Übereinstimmung
mit der oben angegebenen detaillierten Beschreibung hergestellt.
Falls nicht anders angegeben sind alle Prozentangaben gewichtsbezogen.
-
BEISPIELE 1–2 und VERGLEICHSBEISPIELE
3–4 (alle
nicht erfindungsgemäß)
-
Die
Filmzusammensetzungen für
die Beispiele 1–4
wurden unter gleichartigen Bedingungen hergestellt. Für jedes
der in Tabelle 2 aufgeführten
Beispiele wurden die Bestandteile in den angegebenen Gewichtsverhältnissen
gemischt, anschließend
in der Wärme
erweicht und zu einem Schlauch extrudiert. Die Extrusion ist weiter
oben allgemein und in dem in den Beispielen 7–13 aufgeführten Verfahren zur Herstellung
eines einschichtigen Filmes beschrieben. Die Ziehpunkttemperatur
und die Geschwindigkeit der Blasenkühlung wurden so gewählt, daß eine maximale
Blasenstabilität
erhalten wurde. Die Eigenschaften jedes Films sind in Tabelle 2
angegeben.
-
Die
Filme wurden zu einem nahtlosen Schlauch extrudiert. Die Schläuche wurden
auf Kartonrollen gewickelt und die Enden jedes Schlauches mit einem
Klebestreifen befestigt. Die Beispiele 1 und 2 sind identische Filme,
außer
daß bei
dem Film von Beispiel 2 der aufgewickelte Schlauch anschließend in
einem Umluftwärmeofen
bei 37,8 °C
(100 °F)
getempert wurde, um den Schlauch in seinen Dimensionen zu stabilisieren. Während des
Temperns verringerte sich die flache Breite des Schlauches von ungefähr 15,9
cm (6,25 inches) auf ungefähr
12,7 cm (5 inches) durch Schrumpfung.
-
Die
Eigenschaften eines getemperten und eines ungetemperten Filmes sind
in Beispiel 1 bzw. 2 angegeben. Aus der Mischung des amorphen Nyloncopolymeren
und des Copolyamids der Beispiele 1 und 2 wurde ein schrumpffähiger Film
gebildet, der bei unerwartet guten optischen Eigenschaften, einschließlich sehr
hohem Glanz und geringer Trübung
im Vergleich zu den Vergleichsbeispielen 3 und 4, die kein amorphes Nyloncopolmer
enthielten, leicht zu verstrecken war. Der ungetemperte Film aus
Beispiel 1 zeigte im Vergleich zu den ungetemperten Vergleichsbeispielen
3 und 4 eine sehr hohe Schrumpfung. Wie aus Beispiel 2 ersichtlich,
verringert Tempern die Schrumpfung.
-
Ebenso
zeigten die Beispiele 1 und 2 eine höhere Zugfestigkeit im Vergleich
zu den Vergleichsbeispielen 3 und 4.
-
Ein
Vergleich von Trübung,
Glanz und Zugfestigkeit des ungetemperten Filmes aus Beispiel 1
mit den entsprechenden Eigenschaften des getemperten Filmes aus
Beispiel 2 läßt darauf
schließen,
daß das
Tempern einige Eigenschaften relativ zu einem ungetemperten Film
verändern
oder verbessern kann. Desweiteren zeigten beide Filme (getempert
und ungetempert) der Beispiele 1 und 2 gegenüber den ungetemperten Vergleichsfilmen
der Beispiele 3 und 4 verbesserte Zugfestigkeit, überlegenen
Glanz und beträchtlich
weniger Trübung.
In jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel wurde die gleiche Menge
an Bestandteil A verwendet. Bestandteil B wurde verändert, indem
das amorphe Polyamid durch zwei verschiedene kristalline 6/12 Polyamide
ersetzt wurde.
-
Ein
getemperter Schlauch entsprechend Beispiel 2 wurde als Wursthülle verwendet.
Dieser Schlauch wurde von Hand mit einer Emulsion aus Rind- und
Schweinefleisch gefüllt
und gekocht. Die sich ergebende Wursthülle zeigte gute Leistungsfähigkeit
bei einer einheitlichen Haftung der Hülle an dem darin befindlichen Fleisch.
-
-
BEISPIEL 5 und VERGLEICHSBEISPIEL
6 (alle nicht erfindungsgemäß)
-
In
Beispiel 5 wurde ein amorphes Nyloncopolymer (Nylon 6I/6T, Selar
PA 3426) der Harzmischung des Vergleichsbeispiels 6 zugesetzt. Die
Mischung von Beispiel 5 und die Vergleichsmischung (Beispiel 6)
wurden jeweils unter gleichartigen Bedingungen zu einschichtigen
Filmen verarbeitet (siehe hierzu: Beschreibung für die Beispiele 7–12, unten)
und in gleicher Art und Weise auf Zugfestigkeit, Zerreißfestigkeit,
dynamische Durchstoßfestigkeit
und Schrumpfung untersucht. Die in Tabelle 3 angegebenen Versuchsergebnisse
zeigen deutlich, daß der
Zusatz eines amorphen Nyloncopolymers wie beispielsweise Nylon 6I/6T
zu der im wesentlichen kristallinen Mischung vor der Verarbeitung
einen Film mit stark erhöhter
Zerreißfestigkeit
und Durchstoßfestigkeit
ergibt. Die Zugfestigkeit war ebenfalls verbessert und die Schrumpfwerte
wesentlich höher.
-
Der
Film aus Beispiel 5 wurde als schlauchförmige nahtlose Hülle verwendet,
indem der Schlauch zunächst
bei 37,8 °C
(100 °F)
entsprechend Beispiel 2 getempert wurde, wobei sich eine Verringerung
der flachen Breite von ungefähr
15,9 cm (6,25 inches) auf ungefähr
13,6 cm (5,37 inches) ergab. Anschließend wurde die getemperte schlauchförmige Hülle von
Hand mit einer Fleischemulsion gefüllt und in Dampf bei 76,7 °C (170 °F) gekocht,
bis die innere Temperatur 65,6 °C
(150 °F)
betrug. Bei der resultierenden gefüllten und gekochten Wurst haftete
die Hülle
gleichmäßig an der
gesamten Wurstoberfläche
und das Aussehen und das Gewicht nach dem Kochen entsprach einer
gleichermaßen
hergestellten Wurst mit einer handelsüblichen Nylonhülle.
-
-
BEISPIELE 7–13 (alle
nicht erfindungsgemäß)
-
Wie
durch die Zusammensetzungen und Eigenschaften der in den Beispielen
7–13 beschriebenen
Filmen gezeigt, können
biaxial orientierte Filme aus Mischungen mit drei und vier Bestandteilen
hergestellt werden. Es können
Mischungen aus einem amorphen Nyloncopolymer wie z.B. Nylon 6I/6T
und einem kristallinen Copolyamid mit einem Schmelzpunkt oberhalb
von 145 °C
wie z.B. das im Handel erhältliche
Nylon 6/12 (Grilon® CR9) zusammen mit einem
oder mehreren anderen Nylon 6/12 Copolymeren, Nylon 6/66 Copolymeren oder
Nylonhomopolymeren wie beispielsweise Nylon 6, Nylon 11 und Nylon
12 hergestellt werden.
-
Jeder
einschichtige Film wurde mittels eines bekannten Doppelblasenextrusionsverfahrens
(siehe hierzu z.B. US-PS-3 456 044) extrudiert und biaxial gedehnt
(orientiert). Zur Bildung des primären Filmschlauches wurden die
Harze auf herkömmliche
Weise miteinander vermischt und in einem herkömmlichen Einschneckenextruder
mit einer standardmäßigen, im
Handel erhältlichen
Polyethylenschnecke und einer üblichen
Düse entsprechend
dem für
die Beispiele 12–21
beschriebenen Verfahren in der plastifiziert. Die Temperatur des
Extruderrohres betrug 176,7 °C
bis ungefähr
232,2 °C
(350 °F–450 °F) und die
Düsentemperatur
wurde auf ungefähr
224 °C (435 °F) eingestellt.
Das Verstreckungsverhältnis
in Arbeitsrichtung (A.R.) betrug ungefähr 2–2,5 und in Querrichtung (Q.R.)
ungefähr
2–3. Um Änderungen
an den Vorrichtungen während
der Versuchsdurchläufe
zu minimieren, einen physikalischen Träger bereitzustellen und die
Haftung an den Vorrichtungen zu minimieren, wurde jeder einschichtige
Film zur Bildung eines Primärschlauches
durch Coextrusion der nylonhaltigen Schicht mit einer Polyethylenschicht
wie z.B. einer Schicht aus linearem Polyethylen niedriger Dichte
gebildet. Die äußere Schicht
aus Polyethylen wurde dann nach Kühlen des Primärschlauches, jedoch
vor der biaxialen Orientierung, abgezogen, so daß sich ein einschichtiger Film
ergab. Es wird angenommen, daß einschichtige
Filme auf übliche
Art und Weise durch Fachpersonal gebildet werden können, ohne daß die Notwendigkeit
zur Coextrusion einer zweiten Schicht besteht.
-
Als
Beispiele 7–13
sind in Tabelle 4 einschichtige Filme mit verschiedenen Bestandteilen
in der Nylonmischung aufgeführt.
Bei allen Beispielen wurden aus den Mischungen biaxial orientierte
Filme mit guten Schrumpfeigenschaften in sowohl Arbeitsrichtung
als auch Querrichtung hergestellt. Die Schrumpfung der Filme aus
den Beispielen 9 und 11 war vergleichbar mit der Schrumpfung von
Filmen der anderen in Tabelle 4 angeführten Beispiele; hier wurde
die Schrumpfung jedoch an frischen Filmen direkt nach der Verstreckung gemessen,
wohingegen die Messungen in den Beispielen 7, 8, 10, 12 und 13 einige
Tage nach der Verstreckung durchgeführt wurden.
-
Der
wahlweise Zusatz von Nylonhomopolymeren kann die Sperreigenschaften
gegenüber
Gasen durch Verringerung der Permeabilität verbessern. Bei den Beispielen
11 und 13 waren die Nylon 6 und Nylon 12 Polymere im Handel erhältliche
Nylonhomopolymere, die unter den Markennamen Emser F40 (Nylon 6) bzw.
Emser L25 (Nylon 12) von der Emser Industries of Sumter, South Carolina,
vertrieben werden. In Beispiel 12 war das Nylon 11 Polymer ein Nylonhomopolymer,
das unter der Markenbezeichnung Rilsan Besno Nylon 11 von der Rilsan
Corporation of Glen Rock, New Jersey im Handel erhältlich ist.
Wie in Beispiel 12 gezeigt, ergab der Zusatz von Nylon 11 mit einer
relativ hohen O2-Permeabilität (28 ml × 25,4 μm/24 h/645
cm2/1,01 bar bzw. 28 ml mil/24 hrs/100 in2/1 at m) überraschenderweise einen Film
mit geringerer Sauerstoffpermeabilität (im Vergleich zu den Beispielen
7 und 8, die kein Homopolymer wie Nylon 11 enthielten).
-
-
BEISPIELE 14 bis 24
-
Es
wurde eine Versuchsreihe von erfindungsgemäßen mehrschichtigen Filmen
nach dem oben beschriebenen Doppelblasencoextrusionsverfahren mit
einer Nylonmischung als Zwischenschicht hergestellt. Die physikalischen
Eigenschaften dieser mehrschichtigen Filme und zweier Vergleichsbeispiele
wurden untersucht und die Ergebnisse als Beispiele 14–24 in Tabelle
5 aufgelistet. Die Vergleichsbeispiele 14 und 15 sind nicht erfindungsgemäß, wohingegen
die übrigen
Beispiele erfindungsgemäß sind.
-
Jeder
mehrschichtige Film wurde durch bekannte Coextrusions- und Verstreckungsverfahren
(siehe hierzu z.B. US-PS-3 456 044) coextrudiert und biaxial orientiert.
Die Dickenverhältnisse
der dreischichtigen Filme der Beispiele 16–24 betrugen 12 : 7 : 6 entsprechend
erste äußere Schicht
: Zwischenschicht : zweite äußere Schicht.
Das Schichtverhältnis
in Beispiel 14 betrug 2 : 1 : 2. Bei der Bildung des geblasenen
Filmschlauches war die erste äußere Schicht
die äußerste Schicht
des Schlauches und die zweite äußere Schicht
die innerste Schicht des Schlauches. Es wurden drei Einschneckenextruder
mit Dosierschnecken aus Polyethylen verwendet, wobei an den Extrudern
eine herkömmliche
Coextrusionsdüse
angebracht war. Der Düsendurchmesser
betrug 3,2 cm (1,25 inches). Die Temperatur des Extruderrohres betrug
ungefähr
176,7 °C
bis ungefähr 232,2 °C (350 °F–450 °F) und die
Düsentemperatur
war auf ungefähr
224 °C (435 °F) eingestellt.
Das Orientierungsverhältnis
in Arbeitsrichtung betrug ungefähr
3 : 1 bis 5 : 1 und in Querrichtung 3 : 1 bis 5 : 1. Die Harze der
Beispiele 14–24
wurden, wie oben beschrieben, nach bekannten Verfahren coextrudiert
und biaxial orientiert und die resultierenden verstreckten Filme
untersucht.
-
Als
Beispiele 16 und 19–23
dienen dreischichtige Filme, bei denen jede äußere Schicht ein Copolymer aus
Ethylen und Vinylacetat (EVA) umfaßt. Jede äußere Schicht wurde mit 10 Gew.-%
(bezogen auf das Gewicht der äußeren Schicht)
eines Haftharzes (Bynel 162-E) vermischt. Dieses Haftmittel wurde
ebenfalls in gleichen Mengen mit dem Polyethylen sehr niedriger
Dichte (VLDPE) vermischt, aus dem die beiden äußeren Schichten der Beispiele
18 und 24 sowie die zweite äußere Schicht
des Beispiels 17 bestanden. Die erste äußere Schicht in Beispiel 17
umfaßte
in gleicher Weise wie die anderen EVA-Schichten in dieser Beispielgruppe ein
mit einem Haftmittel vermischtes EVA.
-
Beide äußeren Schichten
des Vergleichsbeispiels 14 umfaßten
ein lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), wohingegen beide äußeren Schichten
des Vergleichsbeispiels 15 VLDPE umfaßten. Bei Vergleichsbeispiel
15 trat Schichtentrennung auf und beide äußeren Schichten wurden nach
der Verstreckung entfernt. Aus diesem Grund sind die Versuchsergebnisse
für Beispiel
15 nur für
die Zwischenschicht aus dem Nylon 6/12 Copolymeren angegeben.
-
Die
Beispiele 14–24
wurden hinsichtlich Zugfestigkeit, Dehnungsgrenze, Sekantenmodul
bei 1 %, Schrumpffähigkeit
bei 90 °C,
dynamische Durchstoßfestigkeit,
Trübung,
Glanz und Gasdurchlässigkeit
bezüglich
Sauerstoff untersucht. Die Ergebnisse dieser Versuche sind tabellarisch
in Tabelle 5 zusammen mit der durchschnittlichen Dicke der Versuchsprobe
und den Zusammensetzungen der Filme angegeben.
-
Beispiel
14 (nicht erfindungsgemäß) enthielt
eine Zwischenschicht aus 100 % amorphem Nylon. Es enthielt kein
Copolyamid mit einem Schmelzpunkt von mehr als 145 °C, wie durch
die vorliegende Erfindung gefordert. Der Film aus Beispiel 14 war
im Vergleich mit den Filmen der vorliegenden Erfindung schwierig
zu verarbeiten und zu verstrecken. Außerdem hatte der biaxial orientierte
Film aus Vergleichsbeispiel 14 einen sehr niedrigen Schrumpfungswert
(weniger als 5 %). Zudem weist der Film aus Beispiel 14 vergleichsweise geringen
Glanz und hohe Trübung
auf. Der Film aus Beispiel 14 zeigte jedoch ausgezeichnete Sauerstoffsperreigenschaften
und Zugfestigkeit. Dieser Film ist Gegenstand der US-A 091 172 entsprechend
Art. 54 (3) EPC Dokument EP-A 305 959, der EPO vorgelegt am 30.
August 1988.
-
Das
Vergleichsbeispiel 15 (nicht erfindungsgemäß) enthielt eine Zwischenschicht
aus 100 Gew.-% eines Copolyamids mit einem Schmelzpunkt oberhalb
von 145 °C.
Die Versuchsergebnisse sind nur für die Zwischenschicht angegeben,
weisen jedoch nicht auf die in Tabelle 5 angegebenen und später diskutierten überraschend
guten physikalischen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung hin
bzw. lassen nicht darauf schließen.
-
Die
erfindungsgemäßen Beispiele
16–24
zeigen, daß biaxial
orientierte mehrschichtige Filme mit einer Zwischenschicht aus einer
Nylonmischung mit Schrumpfwerten für diese mehrschichtigen Filme
von 5 % oder mehr erfindungsgemäß hergestellt
werden können.
Günstigerweise
können
mehrschichtige Filme mit Schrumpfwerten von 20 % oder mehr in einer
oder mehreren Richtungen hergestellt werden, wobei Schrumpfwerte
von mehr als 40 % für
verschiedene Filmzusammensetzungen erreichbar sind.
-
Alle
erfindungsgemäßen Beispiele,
deren beide äußeren Schichten
EVA umfassen, weisen ausgezeichnete optische Eigenschaften mit sehr
hohem Glanz und sehr geringer Trübung
auf. Wird, wie in den Beispielen 19–23 gezeigt, der Anteil an
amorphem Nylon in der Mischung erhöht, steigen entsprechend die
Werte für
das 1 % Sekantenmodul und die prozentuale Dehnungsgrenze und die
Durchlässigkeit
für Sauerstoff
durch den Film sinken entsprechend.
-
Ein
Vergleich der erfindungsgemäßen Beispiele
16–24
zeigt, daß die
Schrumpffähigkeit
des Filmes eingestellt werden kann, indem entweder der Anteil an
amorphem Nylon in der Mischung variiert oder die Zusammensetzung
von einer oder mehreren der beigefügten Schicht(en) geändert wird.
Alle erfindungsgemäßen Filme
zeigen gute Zugfestigkeit und für
Nylonfilme relativ gute Sauerstoffsperreigenschaften.
-
Die
in Tabelle 5 angegebenen Ergebnisse zeigen, daß biaxial orientierte coextrudierte
mehrschichtige Filme mit einer Nylonmischung, wie erfindungsgemäß definiert,
als Zwischenschicht erfolgreich mit nützlichen Eigenschaften hergestellt
werden können
und daß die
Eigenschaften dieser Filme eingestellt werden können, indem entweder die Zusammensetzung
der Nylonmischung verändert
oder indem die Art der Schichten, an denen das Nylon haftet, variiert
wird.
-
-
Fußnoten zu Tabelle 5:
-
- n.b. = nicht bestimmt
- + Die äußeren Schichten
der Beispiele 16–24
enthielten 10 Gew.-% Bynel 162-E (Warenzeichen der E.I. DuPont de
Nemours & Co.,
Wilmington, DE), ein im Handel erhältliches Polymerhaftharz auf
Ethylenbasis mit Vinylacetat und funktioneller Anhydridgruppe.
- ++ amorphes Nyloncopolymer – Nylon
6I/6T (Vertrieb unter dem Warenzeichen Selar PA 3426 durch DuPont)
- +++ Nylon 6/12 Copolyamid mit einem Smp > 145 °C
(Vertrieb unter dem Warenzeichen Grilon® CR
9 durch die Emser Industries, Sumter, SC)
- ++++ Nylon 6/12 Copolyamid mit einem Smp < 145 °C (Vertrieb unter dem Warenzeichen
Grilon® W
6220 durch die Emser Industries, Sumter, SC)
- * Die Versuchsergebnisse sind nur für die Nylon-Zwischenschicht
angegeben. Die äußeren Schichten
aus VLDPE wurden vor den Versuchen entfernt.
-
Obwohl
erfindungsgemäße dreischichtige
Filmausführungsformen
oben beschrieben wurden, dienen diese Beispiele rein veranschaulichenden
Zwecken, und es werden auch vier- oder mehrschichtige Filme erwogen.
Diese mehrschichtigen Filme können
durch Coextrusion hergestellt werden. Insbesondere wird es ein Fachmann
angesichts der vorliegenden Offenbarung zu schätzen wissen, daß so viele
weitere Zwischenschichten wie gewünscht bereitgestellt werden
können,
damit zusätzliche
Vorteile oder optimalste Eigenschaften erreicht werden oder den
Leistungsanforderungen entsprochen wird. Diese weiteren Zwischenschichten müssen kein
Nylon enthalten. Beispielsweise können Haftschichten bereitgestellt
werden oder andere Schichten hinzugefügt werden, die verbesserte
Durchstoßfestigkeit,
Festigkeit, Schrumpfkraft oder zusätzliche Sperreigenschaften
bereitstellen. Gleichermaßen
können
die äußeren Schichten
aus einer Vielzahl von Harzen oder Mischungen gebildet werden, um
z.B. die Heißverschweißbarkeit,
Bedruckbarkeit oder Durchstoßfestigkeit
zu erhöhen
oder zusätzliche
Sperreigenschaften bereitzustellen.
-
Vorteilhafterweise
weist ein thermoplastischer Film oder eine thermoplastische Filmschicht
mit einer erfindungsgemäß eingesetzten
Mischung aus einem amorphen Nyloncopolymer und einem Copolyamid
bei Anwendungen zur Lebensmittelverpackung von z.B. Fleisch oder
Geflügel
vorzugsweise eine Dicke von ungefähr 7,6 bis ungefähr 38 μm (0,3–1,5 mils)
auf. Dünnere
und dickere Filme, wenn auch weiterhin erfindungsgemäß, werden
schwächer
bzw. teurer. Im allgemeinen haben bei diesen Anwendungen zur Lebensmittelverpackung
mehrschichtige Filme mit ausreichenden erwünschten Eigenschaften einschließlich der
Festigkeit eine Dicke im Bereich von 38–89 μm (1,5–3,5 mils).
-
In
einer bevorzugten mehrschichtigen Ausführungsform zur Lebensmittelverpackung
wird bei der mehrschichtigen Filmstruktur eine Zwischenschicht mit
einem amorphen Nyloncopolymer und einer Copolyamidmischung verwendet,
wobei diese Zwischenschicht als Sauerstoffsperrschicht dient und
ungefähr
20 bis ungefähr
30 % der Gesamtdicke des mehrschichtigen Filmes ausmacht. Die Dicke
der äußeren Schicht,
die an dem Lebensmittelprodukt zu liegen kommen soll, umfaßt im allgemeinen
ungefähr
45–55
% der Gesamtdicke und die Dicke der gegenüberliegenden äußeren Schicht
20–35
%. Im allgemeinen muß bei
Verpackungsanwendungen für
Geflügel
und Fleisch die dem verpackten Produkt am nächsten liegende äußere Schicht
eine ausreichende Dicke aufweisen, um den Zusammenhalt bei der Heißverschweißung sicherzustellen;
die Zwischenschicht als Sperrschicht muß ausreichend dick sein, um
die entsprechenden Gassperreigenschaften im gewünschten Bereich bereitzustellen;
die den verpackten Produkten gegenüberliegende äußere Schicht
muß eine
ausreichende Dicke aufweisen, um der Handhabung und anderen äußeren Kräften zu
widerstehen. Es ist jedoch vorgesehen, daß das Bedienpersonal die Schichten-
und Filmdicken entsprechend der Anforderungen an die jeweilige Verpackung
leicht verändern
kann. Im allgemeinen haben Filme (einschließlich mehrschichtige Filme)
wünschenswerter
Weise einen Sauerstoffpermeabilitätswert von weniger als ungefähr 4,5 ml/645
cm2 (4,5 cc/100 in2)
innerhalb von 24 Stunden bei 1,01 bar (1 atmosphere), gemessen nach
ASTM 0-3985-81, um ein Verderben des Fleisches durch Sauerstoff
zu verhindern, wenn diese Filme dazu verwendet werden, Fleisch während des
Kochvorganges oder nach der Verarbeitung zu umschließen.
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Es
wird weiterhin angenommen, daß Eigenschaften
wie beispielsweise die Durchstoßfestigkeit
bei erhöhter
Temperatur bei den erfindungsgemäßen mehrschichtigen
Filmen durch Bestrahlung und/oder Vernetzung mit herkömmlichen
Methoden verbessert werden können.
Vorzugsweise wird der gesamte Film nach der Verstreckung bestrahlt.
Eine geeignete Strahlendosis beträgt bis zu 10 Mrad, wobei eine
Bestrahlung mit 1–5 Mrad
bevorzugt wird. Es können
bekannte Bestrahlungsverfahren verwendet werden. Verschiedene Verfahren sind
in der US-PS-4 044 187 beschrieben.
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Der
erfindungsgemäße mehrschichtige
Film wird vorzugsweise durch ein Doppelblascoextrusionsverfahren
hergestellt. Die in den Beispielen verwendeten Extruderschnecken
und -düsen
waren standardmäßige Polyethylenschnecken
und -düsen
mit einem Durchmesser von 3,18 cm (1 1/4'').
Diese Schnecken und Düsen waren
zur Herstellung der erfindungsgemäßen Filme geeignet. Es sind
jedoch spezielle Schnecken zur Verwendung mit Polyamid-(Nylon)-harzen
im Handel erhältlich
und können
bessere Leistungen als andere im Handel erhältliche Düsen zeigen.
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Der
erfindungsgemäße mehrschichtige
Film kann als flachgelegter, nahtloser, schlauchförmiger Film aufgewickelt
werden, um später
zur Beutelherstellung verwendet zu werden. Beutel mit verschweißten Kanten werden üblicherweise
hergestellt, indem der flachgelegte Schlauch über die gesamte Breite querverschweißt wird,
gefolgt von einem Abtrennen des Schlauches, so daß die Schweißnaht in
Querrichtung den Beutelboden bildet. Alternativ hierzu können Beutel
mit verschweißten
Seiten gebildet werden, bei denen die Schweißnähte in Querrichtung die Seiten
des Beutels bilden und eine Kante des Schlauches den Beutelboden
bildet.
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Es
können
verschiedene herkömmliche
Zusätze
wie beispielsweise Verfahrenshilfsstoffe, Gleitmittel, Antihaftmittel,
Weichmacher und Pigmente wie in der Technik bekannt in die erfindungsgemäßen mehrschichtigen
Filme eingebracht werden.
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Die
oben angeführten
Beispiele dienen lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung und
deren Vorteile und sollten nicht als einschränkend angesehen werden, da
weitere Modifikationen der offenbarten Erfindung den Fachleuten
offensichtlich sein werden. Jede dieser Modifikationen liegt im
Anwendungsbereich der durch die folgenden Ansprüche definierten Erfindung.