DE69501600T2

DE69501600T2 - Mehrschichtiger streckbarer Schrumpfilm

Info

Publication number: DE69501600T2
Application number: DE69501600T
Authority: DE
Inventors: Craig Lawrence Sandford; Stephen James Vicik
Original assignee: Viskase Corp
Current assignee: Curwood Inc
Priority date: 1994-05-10
Filing date: 1995-05-10
Publication date: 1998-09-17
Anticipated expiration: 2015-05-11
Also published as: US5460861A; DE69501600D1; CA2147303C; FI952237A; NO309559B1; NZ272011A; FI952237A0; ES2112578T3; BR9501680A; AU1792495A; AU684148B2; EP0681914B1; FI112786B; JPH0858042A; CA2147303A1; NO951818D0; JP3056971B2; EP0681914A1; ATE163155T1; NO951818L

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine verbesserte biaxial orientierte heißschrumpfbare mehrschichtige Folie, eine hermetisch verschweißte und evakuierte Schalenverpackung für Nahrungsmittel, wobei die Folie als eine gestreckte heißgeschrumpfte Umhüllung verwendet wird, und ein Verfahren zum Versiegeln und Umhüllen derartiger Verpackungen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Für viele Jahre wurden Nahrungsmittelprodukte wie frisches Geflügel in großen Chargen von den Nahrungsmittelverarbeitern zu den Supermärkten transportiert, wo die großformatigen Stücke in kleine Mengen geteilt und zum Verkauf erneut verpackt wurden. Zum Beispiel wurde frisches Geflügel zerschnitten, auf eine Karton- oder Kunststoffschale gelegt und mit einer Streckfolie bedeckt und mit Heftschweißen an der Schale fixiert.
Für eine verbesserte Wirtschaftlichkeit geht der derzeitige Trend dahin, den Arbeitsschritt des Verpackens für den Einzelverkauf im nahrungsmittelverarbeitenden Betrieb durchzuführen, und die kleinen Einzelverkaufsverpackungen von solchen Betrieben zum Einzelhandel zu transportieren. Der Trend geht ebenfalls dahin, die Nahrungsmittelverpackungen für den Einzelhandel in den zentralen nahrungsmittelverarbeitenden Betrieben aufgrund der längeren Lagerungszeit zwischen der Verpackung für den Einzelverkauf und dem Verbrauch durch den Konsumenten zu evakuieren und hermetisch zu verschweißen. Ein derartiges Verpacken erhöht die Gebrauchsfähigkeitsdauer der Nahrungsmittelverpackungen. Aufgrund der häufigeren Handhabung, von Stoß und Abnutzung, welchen dem oben beschriebenen Einzelverkaufs-Abpackungssystem im nahrungsmittelverarbeitenden Betrieb eigen sind, besteht ebenfalls die Notwendigkeit zur Verbesserung der Strapazierfähigkeit der Einzelhandels-Nahrungsmittelverpackungen.
Dieses Verpacken für den Einzelverkauf kann auf verschiedenen Wegen durchgeführt werden. Für den Nahrungsmittelverarbeiter sind eine Anzahl von Systemen zum Umhüllen und Heißverschweißen von Schalen, welche Geflügel enthalten, mit Kunststoffumhüllungsfolien verfügbar. Ein Verpackungssystem, welches einen kontinuierlichen Bandversiegeler verwendet, ist das Ossid 500, welches von der Ossid Corporation hergestellt wird. (Ossid ist eine Handelsmarke der Ossid Corporation, North Carolina, USA.) Im allgemeinen wird eine Schale, welche Geflügel enthält, mittels einer Reihe von Förderbändern und Walzen transportiert, während eine Folie von einem Spender zugeführt und mechanisch über den oberen Teil der Schale gezogen wird. Die Folienränder werden um die Schale herumgewickelt, gegen den Schalenboden gepreßt, überlappt und damit verschweißt. Die Schale wird schließlich vorwärts bewegt und die gegenüberliegenden Enden werden abgeschnitten. In dem Ossid 500 System werden beide Schnittbereiche der Folie, die Einschläge, unter die Schale gezogen und unter der Schale geformt.
Das Verschweißen bzw. Versiegeln wird mit Wärme und Druck durchgeführt. In einem Impulsverschweißungssystem reicht die Kontakttemperatur von 400 bis 800ºF (αºF=(α-32)/1,8ºC), mit einem aufgrund der schmalen Verschweißungsoberfläche hohem angewendeten Druck. In einem Heizstab-Verschweißungssystem reicht die Temperatur von 250 bis 400ºF mit einem ähnlichen wie oben erwähnten Druck. Die Heißkontaktzeit ist länger als bei dem Impulssystem. Das Ossid 500 verwendet einen kontinuierlichen Bandversiegeler, welcher aus einem Abgabeband besteht, das über eine erwärmte Platte geführt wird. Die resultierende Plattenverschweißung besitzt Eigenschaften, welche von anderen herkömmlichen Verschweißungsverfahren deutlich abweichen. Bei dem Plattenheißverschweißungssystem liegt die Temperatur bei 250 bis 400ºF, wobei ein niedriger Druck von 0,1 bis 2,0 psi (1 psi = 6,89 kPa), mit einer Wärmekontaktzeit von 2 bis 4 Sekunden verwendet wird.
Die umhüllte Schale wird zu dem Band oder der Platte geführt, welche Wärme anwendet, so daß die Folienschichten sich miteinander verbinden und nach dem Abkühlen die Versiegelung fixiert ist. Die durch Hitze verbundene Folie wird dann sofort auf eine Temperatur von unterhalb 200ºF abgekühlt.
Die Maschinenverarbeitbarkeit der Folie oder die Art und Weise, wie sie auf der Maschine einsetzbar ist, ist eine wichtige Eigenschaft der verwendeten Folie.
Die am häufigsten verwendete Folie auf dem Gebiet des Umhüllens von Nahrungsmitteln auf Schalen ist Polyvinylchlorid (PVC). Dieses thermoplastische Polymer wurde aufgrund seiner zufriedenstellenden Dehnung und seinem elastischen Gedächtnis verwendet. In einigen Fällen wurde die Verpackung jedoch während des Transports leck und dadurch für den Konsumenten nicht akzeptabel. Dies kommt daher, daß das PVC-Material in den umhüllten Schalen mit sich selbst heftverschweißt und nicht hermetisch verschweißt ist. Dieses Problem kann nicht durch ein hermetisches Verschweißen gelöst werden, aufgrund eines sehr engen Verschweißungstemperaturbereichs, zwischen dem unteren Ende des Temperaturbereichs, bei dem die Verschweißung wirksam ist, und einem "Durchbrennen" oder Schmelzen des PVC am oberen Ende des Temperaturbereichs. Dieser Bereich ist derart eingeschränkt, daß er für viele kommerziell eingesetzte Heißverschweißungssysteme nicht brauchbar ist.
Eine andere Einschränkung des PVC-Materials zur Umhüllung von Schalen ist dessen geringe Beständigkeit gegenüber physikalischer Abnutzung. Das PVC-Material neigt dazu, entlang der Kanten der umwickelten Schale aufzureißen, wenn es während der Überführung an einer anderen Schale oder an dem umhüllenden Karton reibt.
Eine Eigenschaft von PVC ist, daß es, obwohl es sich zusammenzieht, nicht allgemein "heißschrumpfbar" ist, d.h. es ist ein Material, welches nicht dazu neigt, zu seinen ursprünglichen nicht gestreckten (nicht gedehnten) Abmessungen zurückzukehren, wenn es auf seinen Erweichungspunkt erwärmt wird. Die Begriffe "Orientierung" oder "orientiert" werden zur Beschreibung der Herstellung von heißschrumpfbaren Folien verwendet, wobei das Harzmaterial auf seinen Fließ- oder Schmelzpunkt erwärmt und durch eine Düse zu entweder einer schlauchartigen Form oder zu einer Blattform extrudiert wird. Nach dem Abkühlen wird das relativ dicke Extrudat erneut auf einen Temperaturbereich erwärmt, welcher geeignet ist, um die Kristallinitäten und/oder Moleküle des Materials zu orientieren oder auszurichten. Der Orientierungstemperaturbereich für ein gegebenes Material oder Materialien liegt für einen Durchschnittsfachmann verständlicherweise in einem Bereich, welcher die intermolekulare Konfiguration des Materials durch physikalische Ausrichtung der Kristalliten und/oder Moleküle des Materials ändert, um bestimmte mechanische Eigenschaften der Folie wie zum Beispiel Schrumpfspannung zu verbessern, welche gemäß ASTM D-2838-81 gemessen wird. Wenn die Streckkraft in einer Richtung angewendet wird, ergibt sich eine uniaxiale Orientierung. Wenn die Streckkraft gleichzeitig in zwei Richtungen angewendet wird, ergibt sich eine biaxiale Orientierung.
Im Hinblick auf die Einschränkungen des PVC als ein Streckfolien-Umhüllungsmaterial für Nahrungsmittelschalen gab es frühere Anstrengungen, eine heißschrumpfbare thermoplastische Folie mit einer verbesserten Kombination aus Dehnung, elastischem Gedächtnis, Heißverschweißbarkeit und Durchstoßfestigkeit zu finden. Jedoch besitzen die meisten heißschrumpfbaren thermoplastischen Folienverpackungsmaterialien, welche für einen Kontakt mit Nahrungsmitteln geeignet sind, eine relativ geringe Elastizität oder elastisches Gedächtnis. Wenn somit ein Nahrungsmittel, welches in ein solches Material eingewickelt ist, aufgrund von Feuchtigkeitsverlust schrumpft, schrumpft die Folie nicht und es ergibt sich eine lose Verpackung, welche aus ästhetischer Sicht unakzeptabel ist.
Eine PVC-Ersatzfolie für die Verwendung als ein Umhüllungsmaterial für Nahrungsmittel auf Schalen wird in den US-Patenten 5,272,016 und 5,279,872, welche von D.J. Ralph ("Ralph") herausgegeben wurden, beschrieben. Die Ralph-Folie ist der biaxial orientierte hitzeschrumpfbare mehrschichtige Stretch-Typ, welcher mindestens eine erste Außenschicht, eine zweite Außenschicht und eine Kernschicht zwischen der ersten und zweiten Außenschicht umfaßt. Die Außenschichten umfassen jeweils eine Mischung aus zwischen ungefähr 20 und ungefähr 35 Gew.-% ("Gew.-%") an plastomerem Ethylen-α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von weniger als ungefähr 0,90 g/cm³ und zwischen ungefähr 65 und ungefähr 80 Gew.-% eines Polyethylens mit sehr geringer Dichte ("VLDPE"). Die Kernschicht umfaßt Ethylen-α-Olefin-Copolymer mit einem höheren Schmelzpunkt als der oder die Schmelzpunkt(e) von jeder der ersten und zweiten Außenschichten. Beispielsweise kann die Kernschicht Polypropylen oder ein Polyolefin sein. Ausführungsformen der letzteren schließen VLDPE, lineares Polyethylen mit niedriger Dichte ("LLDPE") und Mischungen aus zwei VLDPE's mit verschiedenen Dichten oder aus VLDPE und LLDPE ein.
Die Folie vom Ralph-Typ hat in ihrer nicht bestrahlten Form demonstriert, daß sie als ein PVC-Ersatzstoff für das Umhüllen von Nahrungsmittelschalen und das Versiegeln durch die Impuls- und Heizstab-Versiegelungssysteme geeignet ist. Sie besitzt jedoch deutliche Einschränkungen, wenn sie in Plattenversiegelungssystemen verwendet wird.
Wenn die Heißverschweißung zwischen den Folienschichten, welche die Endeinschläge ausbilden, nicht vollständig ist, ist die Verpackung fehlerhaft. Unvollständige Verschweißungen stellen potentielle Luft/Fluid-Lecks und ein Verlust an Nahrungsmittelqualität und/oder gewünschter Erscheinung im Einzelverkaufsmarkt dar. Wie aus dem oben geschilderten ersichtlich ist, kann die Anzahl der miteinander zu verschweißenden überlappenden Folienschichten wesentlich variieren, und beträgt im allgemeinen zwischen 6 und mindestens 20. Dies bedeutet, daß die erforderliche maximale Verschweißungstemperatur relativ hoch sein muß, da bei einer Zunahme der Anzahl der Folienschichten, die erforderliche Temperatur für eine vollständige Versiegelung bei einer gegebenen Verweilzeit zunimmt. Das "Durchbrennen" stellt jedoch eine obere Grenze der Verschweißungstemperatur dar. Durchbrennen bedeutet die Temperatur, bei der ein beliebiges Loch oder ein Durchdringen der Folie auftritt, was von dem Schmelzen und/oder Schrumpfen der Folie während des Schweißens resultiert.
Wenn die Folie vom Ralph-Typ mit einer 100% VLDPE-Kernschicht für die Verwendung auf plattenverschweißten Schalen, welche Geflügel enthalten, getestet wurde, war der Verschweißungsbereich zu eng, so daß ein vollstgndiges Verschweißen ohne ein Durchbrennen nicht erhalten werden konnte. In einem Versuch zur Überwindung dieses Problems wurde der Kernschicht LLDPE zugegeben, um den Kern zu einer VLDPE-LLDPE-Mischung zu machen. Diese Zubereitung stellte einen Plattenverschweißungsbereich zur Verfügung, welcher unter idealen Bedingungen auf einem Ossid 500-System breit genug ist, jedoch unter Produktionsbedingungen war der Verschweißungsbereich immer noch zu eng. Um den Verschweißungsbereich der Folie vom Ralph-Typ mit der VLDPE-LLDPE- Mischung als der Kernschicht zu verbreiten, wurde die Folie mit einer Dosis von 8 MR nach dem biaxialen Orientieren bestrahlt.
Obwohl die Bestrahlung der Folie vom Ralph-Typ mit der VLDPE-LLDPE-Mischung als der Kernschicht den notwendigen breiten Heißverschweißungsbereich zur Verfügung stellte, tauchte ein neues und unerwartetes Problem auf. Die Folie hatte eine geringe Maschinenverarbeitbarkeit. Die Gleiteigenschaften der Folie waren so, daß die Folie nicht glatt durch und über die Vielzahl an Bändern und Walzen, welche für den Folientransport durch die Umhüllungsmaschine notwendig sind, transportiert werden konnte. Gleichzeitig sollte angemerkt werden, daß die Folie nicht so reibungsfrei sein kann, daß sie nicht durch die Klammern gesichert werden kann, wie zum Beispiel den Kettenklammern, welche die Folienränder greifen und sie über den oberen Teil der Schale ziehen.
Während der Untersuchungen wurde eine andere Facette des Problems der Maschinenverarbeitbarkeit der bestrahlten Folie vom Ralph-Typ entdeckt, das Zurückziehen des Einschlags. Das Zurückziehen des Einschlags bezeichnet die Neigung des nach unten gefalteten Einschlags bzw. Lasche, sich durch die Bewegung über die Walzen vor dem Eintreten in die Plattenverschweißungs-Kühlungs-Einrichtung von der Schalenbodenoberfläche weggezogen zu werden. Dieses Problem scheint mit den Reibungseigenschaften der Folie zusammenzuhängen, möglicherweise dem Verhältnis der Reibung zwischen den Walzen zum Falten der Einschläge auf dem Plattenverschweißungs-Kühlungssystem und dem Folien-zu-Folien- Schlupf.
Es wird eine verbesserte heißschrumpfbare orientierte Streckfolie vom Polyolefin-Typ benötigt, welche für die Verwendung als ein plattenheißverschweißtes Umhüllungsmaterial für Nahrungsmittelschalen mit einem breiten Verschweißungsbereich und eine gute Maschinenverarbeitbarkeit geeignet ist. Diese Folie sollte ebenfalls durch eine gute Dehnung, ein gutes elastisches Gedächtnis, Durchstoßfestigkeit und Abnutzungsbeständigkeit charakterisiert sein.
Ein verbessertes Verfahren zum Umhüllen und Plattenverschweißen einer Polyolefin-Streckschrumpffolie als eine Umhüllung auf einer Schale, welche ein Nahrungsmittel enthält, wird ebenfalls benötigt.
Es wird ebenfalls eine verbesserte evakuierte hermetisch verschweißte ein Nahrungsmittel enthaltende Schale benötigt, welche mittels einer heißgeschrumpften Polyolefinfolie umhüllt ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es wurde eine verbesserte heißschrumpfbare orientierte Streckfolie vom Polyolefin-Typ erfunden, welche geeignet ist für eine Verwendung als ein Umhüllungsmaterial für eine Nahrungsmittelschale, welche auf einem automatischen System plattenheißverschweißt wird. Diese Folie wird durch eine gute Dehnung, ein gutes elastisches Gedächtnis, Durchstoßfestigkeit und Abnutzungsbeständigkeit charakterisiert. Sie besitzt ebenfalls einen weiten Verschweißungsbereich und eine gute Maschinenverarbeitbarkeit, insbesondere in dem Heißverschweißungs system vom Plattentyp.
Ein Aspekt dieser Erfindung betrifft eine vernetzte biaxial orientierte heißschrumpfbare mehrschichtige Streckfolie, welche mindestens eine Außenschicht, eine zweite Außenschicht und eine Kernschicht zwischen der ersten und zweiten Außenschicht umfaßt. Die Außenschichten umfassen jeweils eine Zweikomponenten-Polyethylenmischung aus zwischen 25 und 75 Gew.-% VLDPE der Dichte zwischen 0,900 und 0,914 g/cm³, und zwischen 25 und 75 Gew.-% an LLDPE mit einem Schmelzindex von weniger als 3,5 g/10 Minuten und einer Dichte zwischen 0,917 und 0,925 g/cm³. Das LLDPE umfaßt weniger als 35 Gew.-% des Gesamtfoliengewichts.
Die Kernschicht dieser Folie umfaßt eine Dreikomponentenmischung aus zwischen 40 und 75 Gew.-% eines ersten VLDPE's mit einer Dichte zwischen 0,905 und 0,914 g/cm³, zwischen 10 und 35 Gew.-% eines zweiten VLDPE's der Dichte zwischen 0,900 und 0,905 g/cm³ und zwischen 15 und 35 Gew.-% eines plastomeren Ethylen-α-Olefin-Copolymeren mit einer Dichte von weniger als 0,900 g/cm³. In dieser Folie besitzt die Kernschicht einen geringeren Verbundstoffschmelzpunkt als die Außenschichten.
Die Folie dieser Erfindung besitzt biaxiale Wärmeschrumpfeigenschaften und kann vernetzt werden, so daß die Folie beim Durchführen des Plattentests (unten beschrieben) auf einer Platte, welche auf eine Kontaktoberflächentemperatur im Bereich von zwischen 280ºF und 400ºF erwärmt ist, während einer Kontaktzeit von zwischen 2 und 4 Sekunden verschweißt und nicht durchbrennt. Hitzeschrumpfbar bedeutet, daß die Folie mindestens eine freie Schrumpfung von 10% bei 90ºC besitzt, welche sowohl in der Maschinen- als auch der Querrichtung gemäß ASTM-D-2732 gemessen wird.
Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine hermetisch verschweißte und evakuierte Nahrungsmittelverpackung, welche eine Schale mit einem Bodenbereich, welcher von sich nach oben erstreckenden Seiten- und Endwänden umgeben ist, ein auf der oberen Oberfläche des Bodenbereichs liegendes leicht verderbliches Nahrungsmittel und eine gestreckte heißschrumpfbare Folie umfaßt, welche Folie sich über das Nahrungsmittel, die oberen Ränder der Seitenwände und mindestens einen Teil der unteren Oberfläche des Schalenbodenbereichs erstreckt und mit sich selbst auf flachgelegte Weise mit der unteren Oberfläche heißverschweißt ist, um so mit der Schale eine hermetisch verschweißte Umhüllung für das Nahrungsmittel auszubilden. In diesem Aspekt der Erfindung ist die Verbesserung die wie in den obigen Absätzen beschriebene biaxial orientierte mehrschichtige Zusammensetzung als die gestreckte heißgeschrumpfte Folie.
Noch ein weiterer Aspekt dieser Erfindung betrifft ein Verfahren zum Plattenheißverschweißen der übereinander liegenden gefalteten Enden von mehrfach zueinander benachbarten Schichten einer gestreckten thermoplastischen Folie, welche eine ein Nahrungsmittel enthaltende Schale mit sich von einem Bodenbereich nach oben erstreckenden Seiten- und Endwänden umhüllt, wobei die Mehrfachschichten der Folie über die Endwände der Schale gefaltet sind, gegen die untere Oberfläche des Schalenbodenbereichs gedrückt werden und unter Ausbildung einer hermetisch verschweißten und evakuierten Nahrungsmittelverpackung zwischen den Schichten heiß verbunden werden. Die Verbesserung umfaßt das Verwenden des oben beschriebenen mindestens dreilagigen Folienartikels als der thermoplastischen Folie, das Zur-Verfügung-Stellen einer flachen Metallplatte mit einer Abgabeoberfläche als der Plattenoberfläche, das Erwärmen der oberen Oberfläche der Platte auf eine Temperatur zwischen 250 und 400ºC, das In-Kontakt-Bringen der gepreßten gefalteten Endabschnitte der gestreckten Folienumhüllung mit der erwärmten Metallplatte während eines Zeitraums von zwischen 2 und 4 Sekunden, so daß die aneinander angrenzenden Folienschichten der gefalteten Endabschnitte miteinander verbunden werden, ohne daß die Folie durchbrennt, und das anschließende sofortige Abkühlen der heißverbundenen Endabschnitte der Folie auf eine Temperatur von weniger als ungefähr 200ºF.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Schnittansicht des Mechanismus zum Falten der Einschläge.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht eines Verschweißungs- Kühlungs-Systems.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

In der Nahrungsmittelindustrie und insbesondere in der Geflügelindustrie werden kleine Mengen an Geflügel aufgeschnitten und in Schalen verpackt, welche mit Folie umhüllt werden. Dieses Verpacken ermöglicht es, daß Nahrungsmittelmengen der Größe für den Einzelverkauf von der Nahrungsmittelfabrik vorverpackt und zu den Einzelhandelsläden ausgeliefert werden können, in einem Zustand, welcher sowohl für die Gesundheitsbehörde, den Einzelverkäufer als auch für den Endkonsumenten akzeptabel ist.
Die verschiedenen Schritte der Folienformung in einem repräsentativen Verfahren zum Abdecken einer ein Nahrungsmittel enthaltenden offenen Schale mit einer Streckschrumpffolie unter Verwendung des Heißplattenverschweißungssystems wird nachfolgend beschrieben. Jeder der nachfolgenden Schritte wird automatisch auf einem Umhüllungssystem, insbesondere dem Ossid 500, durchgeführt, wobei von einer Schale mit Nahrungsmittel oder insbesondere Geflügel ausgegangen wird.
Nahrungsmittel enthaltende offene Schalen werden in Längsrichtung mit einem Abstand voneinander auf einem Förderband vorwärts transportiert. Das Förderband wird an den gegenüberliegenden Enden durch Walzen getragen und bewegt sich kontinuierlich weiter, um Schalen zu einer Position unterhalb eines Folienrollenspendersystems, welches sich über dem Förderband befindet, zu transportieren. Wenn ein Sensor das Vorhandensein der ein Nahrungsmittel enthaltenden Schale unterhalb des Zuführrollensystems detektiert, wird dann wie für den Durchschnittsfachmann verständlich, eine Folie durch eine Reihe von Führungs- und Zugwalzen von der Vorratsrolle ausgegeben. Die ausgegebene und gedehnte Folie wird mittels einer Reihe von Klammern gepackt und in Richtung der Folienbewegung gestreckt, zum Beispiel mittels Kettenklammern, welche in Längsrichtung an zu den abgegebenen Folienrändern entgegenliegenden Seiten mit schrittweise zunehmenden Abständen von der Längsmittellinie des Systems ausgerichtet sind. Sich nach unten bewegende Klammern greifen die Folienaußenkanten und ziehen die Folie straff über die Oberkanten der Schalenseiten. Es existieren zwei Punkte in dem Kettenklammersystem, bei denen mit dem falschen Folientyp Probleme auftreten können: die Folie kann entweder zu schlüpfrig für die Klammern sein, um diese korrekt zu greifen, oder nicht schlüpfrig genug, so daß die Folie nicht leicht abgegeben wird und sich daher in dem Spendersystem staut.
Die Klammern werden durch Nocken an jedem Ende des Kettenklammerbandes aktiviert, um die gedehnte Folie an den entsprechenden entgegengesetzten Enden des Bandes zu greifen und freizugeben. Nach dem Freigeben aus den Halteklammern wird die Folie mittels Platten und Mittelwalzen unter die Schale gezogen. Die beiden Kanten der Folie werden überlappt und können mittels erhitzten Walzen in Längsrichtung miteinander verschweißt werden. Die mittels einer schlauchförmigen Folie umhüllte Schale wird mittels eines Bandförderers mit flexiblen, z.B. elastomere Kontaktoberflächen enthaltenden Seitenwänden vorwärts transportiert. Der transversale Abstand dieser Seitenwänden von der längsgerichteten Mittellinie kann in Abhängigkeit von der Schalengröße und der Foliendicke eingestellt werden.
Nachdem die längsausgerichtete mittige Verschweißung der schlauchförmigen Folie vollendet ist, werden die gegenüberliegenden Enden mittels Messer abgeschnitten. Als nächstes wird der abgeschnittene Bereich der Schlauchfolie, welcher sich in Richtung der Vorderseite der Schale erstreckt (d.h. der vordere Einschlag) mittels eines Walzenvakuumsystems unter die Schale gezogen. Auf jeder Seite der Schale sind Einschlagführungen plaziert, um die Formung des vorderen Einschlags zu unterstützen, so daß er sich nicht über die Bodenkanten der Schale hinaus erstreckt. Zu diesem Zeitpunkt wurde in dem Folienverpackungssystem die vordere Endfolie über und unter die Schalenvorderseite gegen den Schalenboden und in Richtung des hinteren Schalenendes gestreckt. Die Bereiche zum Falten des Einschlags der Maschine sind ebenfalls Bereiche, in welchen die Folie bei falschen Reibungseigenschaften das Umhüllungsverfahren blokkieren wird.
Wie in Fig. 1 aufgezeigt, durchläuft die teilweise mit der Folie 5 umhüllte ein Nahrungsmittel enthaltende Schale 1 dann das Förderband 2 zum Falten des hinteren Folieneinschlags, welches zum Beispiel eine Reihe von Kunststoffwalzen 3 mit einer Führungsmetallwalze 4 umfassen kann. Letztere ist in Längsrichtung von der nächsten Förderwalze beabstandet, um einen Spalt zur Verfügung zu stellen. Der hintere Einschlag 6 wird mit diesem Spalt mittels eines mechanisch angewendeten Vakuumsystems gezogen. Die Walzen 3, welche sich schneller als die Schale 1 bewegen, flachen den hinteren Einschlag 6 unter der Schale 1 ab, um die Nahrungsmittelverpackung auszubilden.
Wenn der hintere Einschlag nach unten gefaltet ist, kann der vordere Einschlag herausgezogen werden. Wenn die Reibungskräfte zwischen der Folie und der Metallwalze des Bereichs zum Falten des Einschlags größer sind als zwischen der Folie und ihr selbst, wird der vordere Einschlag herausgezogen. Wenn der vordere Einschlag nicht vollständig versiegelt ist, muß die gesamte Verpackung erneut bearbeitet werden.
Die streckumhüllte Nahrungsmittelverpackung wird nun zu dem Verschweißungssystem transportiert.
Wie in Fig. 2 aufgezeigt, sind die Bodenoberflächen von Schaumpolstern 12 in dem Verschweißungssystem in direktem Kontakt mit der umhüllten Nahrungsmittelverpackung 1, um einen gleichmäßigen Druck anzuwenden, damit ein wirksamer Wärmeübergang durch Feststoffleitung von der erhitzten Metallplatte 13 zu den gegen den Boden der Außenoberfläche der Schale 1 gepreßten gefalteten Enden sichergestellt ist. Wärme wird mittels eines Heizmittels, z.B. elektrischer Widerstand oder zirkulierende Flüssigkeit, angewendet. Ein repräsentativer Temperaturbereich für die obere erhitzte Plattenoberfläche bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung liegt bei 300-400ºF. Basierend auf einer Geschwindigkeit des Bandverschweißungsförderers 14 von 0,254 m/min (50 ft/Minute) und einer Heizplatte 13 mit einer Länge von 40" (1" = 25,4 mm), liegt die Schalenbodenkontaktzeit bei 2-4 Sekunden.
Nach dem Heißverschweißen der Einschlagenden miteinander, was durch die Bodenoberfläche der Nahrungsmittelverpackung unterstützt wird, wird die Nahrungsmittelverpackung zu einer Kühlplatte 15, welche gekühlt wird, weiter transportiert. Die obere Oberfläche der Platte kann auf ungefähr 55-65ºF gekühlt werden und ist während eines ausreichenden Zeitraums in Kontakt mit der Schale 1, um die erhitzte Folie auf unter 200ºF zu kühlen.
Wenn die zum Umhüllen der Nahrungsmittelschalen verwendete Folie die falschen Maschinenverarbeitungsqualitäten besitzt, werden die Schalen nicht brauchbar sein. Die Folie muß schlüpfrig genug sein, um ohne ein Blockieren durch die Umhüllungsmaschine zu gleiten, muß jedoch in der Lage sein, unter Spannung gehalten zu werden, wenn sie über das Nahrungsmittel gestreckt wird, und diese Spannung bis zum Verschweißen beizubehalten. Sie muß den Schalen die Fortführung ihrer Vorwärtsbewegung auf dem Förderband erlauben, wenn die Einschläge nach unten gefaltet wurden. Und sie muß schließlich in der Lage sein, ohne ein Durchbrennen der Folienschichten vollständig heißverschweißt zu werden.
Die mehrlagige Polyolefinfolie dieser Erfindung erfordert mindestens drei Schichten, zwei Außenschichten und eine Kernschicht zwischen den Außenschichten, besitzt biaxiale Heißschrumpfeigenschaften und ist quervernetzt. Die Dehnungsrückbildung und die Abnützungsbeständigkeit der Folie genügt den Anforderungen der Nahrungsmittelverpackungsindustrie. Sie weist eine gute Maschinenverarbeitbarkeit auf, überwindet die mit einer bestrahlten Ralph- Folie zusammenhängenden Probleme, besitzt angemessene Gleiteigenschaften, ist beständig gegenüber Durchbrennen und weist kein Rückziehen des Einschlags auf.
Die Folie dieser Erfindung ist eine vernetzte biaxial orientierte hitzeschrumpfbare mehrschichtige Streckfolie, welche mindestens eine erste Außenschicht, eine zweite Außenschicht und eine Kernschicht zwischen den ersten und zweiten Außenschichten umfaßt. Die Außenschichten umfassen jeweils eine Zweikomponenten-Polyethylenmischung aus zwischen 25 und 75 Gew.-% VLDPE der Dichte zwischen 0,900 und 0,914 g/cm³ und zwischen 25 und 75 Gew.-% an LLDPE mit einem Schmelzindex von weniger als 3,5 g/10 Minuten und einer Dichte zwischen 0,917 und 0,925 g/cm³. Das LLDPE umfaßt weniger als 35 Gew.-% des Gesamtfoliengewichts. Ein bevorzugter Bereich von Komponenten reicht von 30 bis 40 Gew.-% an VLDPE und von 60 bis 70 Gew.-% an LLDPE. Additive können bis zu 10% der Endzubereitung umfassen.
Die Kernschicht dieser Folie umfaßt eine Dreikomponentenmischung aus zwischen 40 und 75 Gew.-% eines ersten VLDPE's mit einer Dichte zwischen 0,905 und 0,914 g/cm³, zwischen 10 und 35 Gew.-% eines zweiten VLDPE's einer Dichte zwischen 0,900 und 0,905 g/cm³ und zwischen 15 und 35 Gew.-% eines plastomeren Ethylen-α-Olefin-Copolymeren mit einer Dichte von weniger als 0,900 g/cm³. Ein bevorzugter Bereich an Komponenten reicht von 60 bis 75 Gew.-% an dem ersten VLDPE, 13 bis 20 Gew.-% an dem zweiten VLDPE und 15 bis 25 Gew.-%an dem Plastomeren. Auch sollte das Verhältnis an Plastomer zum zweiten VLDPE im Bereich von 0,77 bis 1,83, vorzugsweise von 1,29 bis 1,42 liegen. Additive können bis zu 3% der Endzubereitung der Mischung umfassen.
Polyolefine sind Kohlenwasserstoffpolymere, welche aus einem einfachen Olefin wie Polyethylen oder Polypropylen und Copolymeren solcher Olefine abgeleitet sind. Ihre Grundstruktur ist durch {CH&sub2;CH&sub2;}n charakterisiert, und sie können als ein Homopolymer oder als ein Copolymer vorkommen. In der vorliegenden Erfindung verwendete Polyolefine sind, soweit nicht anderweitig angegeben, im wesentlichen frei von Halogenen, Sauerstoff oder anderen von Kohlenstoff und Wasserstoff verschiedenen Elementen, mit der Ausnahme von zufälligen Mengen, z.B. Spurenrückständen, von Katalysatoren oder verfahrensbezogenen Verunreinigungen der obigen.
Die Außenschichten sind eine Zweikomponenten-Polyethylenmischung aus VLDPE und LLDPE, während die Kernschicht eine Dreikomponentenmischung aus zwei VLDPE's und einem sogenannten Ethylen-α-Olefin-"Plastomer" ist.
Ein Polyethylentyp ist als lineares Polyethylen mit niedriger Dichte ("LLDPE") bekannt. Es sind lediglich Copolymere von Ethylen mit α-Olefinen in dieser Gruppe enthalten. LLDPE's werden derzeit vom Durchschnittsfachmann daran erkannt, daß sie Dichten von 0,917 bis 0,940 g/cm³ besitzen. Das verwendete α-Olefin ist für gewöhnlich 1-Buten, 1- Hexen oder 1-Octen. Bei deren Herstellung werden für gewöhnlich Katalysatoren vom Ziegler-Typ verwendet, obwohl Phillips-Katalysatoren ebenfalls verwendet werden, um LLDPE mit Dichten am oberen Ende des Bereichs herzustellen. LLDPE's besitzen typischerweise nicht viele lange Verzweigungen von der Hauptkette.
Eine andere Form eines linearen Polyethylens ist Polyethylen mit sehr niedriger Dichte ("VLDPE"), welches ebenfalls als Polyethylen mit ultra-geringer Dichte ("ULDPE") bezeichnet wird. Die Dichten von handelsüblichen VLDPE's werden vom Durchschnittsfachmann als im Bereich von zwischen 0,890 und 0,914 g/cm³ liegend erkannt. VLDPE's umfassen Copolymere von Ethylen mit α-Olefinen, für gewöhnlich 1-Buten, 1-Hexen oder 1-Octen und in einigen Fällen Terpolymere wie zum Beispiel von Ethylen, 1-Buten und 1- Octen. Wie hierin verwendet, umfaßt VLDPE ebenfalls Terpolymere von Ethylen und höheren α-Olefin-Comonomeren.
Ein Verfahren zur Herstellung von VLDPE ist in der Europäischen Patentveröffentlichung Nr. 120,503 beschrieben. Wie in EP 120,503 beschrieben, werden diese speziellen VLDPE's unter Verwendung des traditionellen heterogenen Ziegler-Natta-Katalysatorsystems hergestellt.
Alternativ dazu können VLDPE und LLDPE durch ein homogenes Metallocen-Einstellen(single-site)-Katalysatorsystem, welches im allgemeinen Molekülketten von gleichförmigeren Längen mit gleichmäßiger beabstandeten Comonomeren erzeugt, hergestellt werden. Dieser Typ des Systems ist in US-Patent 5,183,867, welches der Exxon Chemical Company ("Exxon") zugeordnet ist, und der europäischen Patentveröffentlichung 0416815 A2, welche der Dow Chemical Company ("Dow") zugeordnet ist, beschrieben.
Wie zum Beispiel in den US-Patenten 4,640,856 und 4,863,769 beschrieben, sind VLDPE's in biaxial orientierten Folien, welche ausgezeichnete Eigenschaften gegenüber vergleichbaren Folien unter Verwendung von LLDPE's besitzen, brauchbar. Diese ausgezeichneten Eigenschaften schließen eine höhere Schrumpfung, eine höhere Zugfestigkeit und eine größere Durchstoßfestigkeit ein.
Im Handel erhältliche Ethylen-α-Olefin-Plastomere besitzen Dichten von typischerweise weniger als 0,900 g/cm³. Beispiele von Plastomeren schließen die "Tafmeren" der Japanese Mitsui Corporation ("Mitsui") ein. Wie hierin verwendet, schließen plastomere Ethylen-α-Olefine Terpolymere von Ethylen und höheren α-Olefin-Comonomeren ein. Gemäß dem US-Patent 4,469,753 sind Tafmere Copolymere von Buten-1.
Obwohl es erscheint, daß die Plastomere vom Tafmer-Typ unter Verwendung des heterogenen Ziegler-Natta-Katalysatorsystems hergestellt werden, werden andere Ethylen-α-Olefin- Plastomere unter Verwendung von homogenen Einstellen-Metallocen-Katalysatorsystemen wie zuvor beschrieben hergestellt.
Nachfolgend wird eine allgemeine Diskussion von LLDPE- VLDPE und Plastomereigenschaften aus verschiedenen Perspektiven gegeben.

Kristallinität

Die Differentialscanningkalorimetrie ("DSC") wird für gewöhnlich zur Messung des Ausmaßes an Kristallinität in einer Kunststoffprobe verwendet, während sie die Natur dieser Kristallinität aufzeigt. Wie in einem zu ASTM D-3418 ähnlichen Verfahren festgelegt ist, wird eine DSC durchgeführt, indem eine Probe des Kunststoffes einer konstanten Erwärmungsrate, d.h. 50ºC pro Minute, in einem Differentialscanningkalorimeter der Marke E.I. DuPont de Neumours Company ("DuPont") ausgesetzt wird. Wenn die Temperatur einer Probe den Schmelzpunkt eines kristallinen Bereichs erreicht, bewirkt die kontinuierliche Zuführung von Wärme, daß die kristalline Fraktion schmilzt, während die Probentemperatur konstant bleibt. Nachdem der kristalline Bereich geschmolzen ist, beginnt die Temperatur der Probe erneut zu steigen.
DSC-Messungen wurden mit zwei Arten von VLDPE's durchgeführt: den Union Carbide Corporations ("Union Carbide") 1137, einem Ethylen-Buten-Copolymer mit einer Dichte von 0,906 g/cm³, und dem Dow Attane 4001, einem Ethylen- Octen-Copolymer mit einer Dichte von 0,912 g/cm³. Die gleichartige Messung wurde mit Tafmer A-1085 durchgeführt. Jedes dieser Ethylen-α-Olefin-Copolymere hatte eine gewisse Kristallinität, jedoch war die kristalline Natur des Ethylen-α-Olefin-Plastomeren und der VLDPE-Copolymeren grundlegend verschieden.
Die gesamte kristalline Phase des plastomeren Ethylen- α-Olefins Tafmer A-1085 schmilzt zwischen ungefähr 55ºC und 85ºC, und dieser Schmelzpunktsbereich stimmt mit der kristallinen Phase überein, welche aus einem geordneten Buten- Ethylen-Copolymer aufgebaut ist. Im Gegensatz dazu besitzen die VLDPE-Copolymere, welche in dieser Erfindung brauchbar sind, mindestens eine kristalline Phase, wobei die dominante Phase diejenige ist, welche einen Schmelzpunkt bei einer höheren Temperatur besitzt, oberhalb ungefähr 90ºC.
Die Schmelzpunkte der entsprechenden VLDPE-, LLDPE- und der plastomeren Ethylen-α-Olefin-Copolymeren, welche bei der Durchführung dieser Erfindung brauchbar sind, sind in Tabelle A ersichtlich. TABELLE A Schmelzpunkte (ºC) von Ethylen-α-Olefinen
(1) Exxon-Verfahren
Tabelle A belegt den wesentlichen Unterschied in den Schmelzpunkten von VLDPE und LLDPE im Vergleich mit plastomeren Ethylen-α-Olefin-Copolymeren. Insbesondere besitzen die für die Verwendung in dieser Erfindung brauchbaren plastomeren Ethylen-α-Olefin-Copolymere Schmelzpunkte von unterhalb 90ºC, und für die Verwendung in dieser Erfindung geeignete VLDPE- und LLDPE-Materialien besitzen Schmelzpunkte von über 90ºC. Die Plastomeren besitzen vorzugsweise Schmelzpunkte von unterhalb 85ºC. Bevorzugte VLDPE-Copolymere für die praktische Durchführung dieser Erfindung besitzen einen kristallinen Schmelzpunkt von zwischen 92ºC und 125ºC.

Vicat-Erweichungspunkt

Nach ASTM 1525 durchgeführte Vicat-Erweichungspunkte werden von den Harzherstellern berichtet und sind in Tabelle B zusammengefaßt (Vicat-Erweichungspunkte). TABELLE B Vicat-Erweichungspunkte (ºC)
Basierend auf den vorhergehenden und für die Zwecke dieser Erfindung besitzen Ethylen-α-Olefin-Copolymere vom LLDPE- und VLDPE-Typ, welche in der Praxis dieser Erfindung brauchbar sind, Vicat-Erweichungspunkte von mindestens 75ºC und weiter vorzugsweise zwischen 78ºC und 100ºC. Im Gegensatz dazu besitzen Ethylen-α-Olefin-Copolymere vom Plastomer-Typ Vicat-Erweichungspunkte von unterhalb 72ºC und weiter vorzugsweise zwischen 50ºC und 72ºC.

Molekulargewichts-/Größen-Verteilung

Ethylen-α-Olefin-Copolymere können teilweise durch ihr Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) charakterisiert werden, welches bestimmt wird, indem das Gewicht einer jeden Kette einer gegebenen Anzahl an sich wiederholenden Einheiten mit der Anzahl solcher Ketten multipliziert und durch das Gesamtgewicht der Ketten dividiert wird. Ethylen- α-Olefin-Copolymere können auch teilweise durch ein Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn) charakterisiert werden, welches aus dem Gesamtgewicht der Polymermoleküle geteilt durch die Gesamtzahl der Moleküle hergeleitet wird. Wenn diese beiden bekannt sind, können sie zur Charakterisierung der Form der Molekulargewichts-Verteilungskurve für das Copolymer, d.h. der Zahl an Polymerketten in einem Molekulargewichtsintervall als der Ordinate und dem Molekulargewicht als der Abszisse, verwendet werden.
Ein hohes Mw/Mn bedeutet eine breite Verteilung der Molekulargewichte, wohingegen ein niedriges Mw/Mn eine enge Verteilung bedeutet. Mw/Mn kann durch mehrere unterschiedliche Verfahren gemessen werden, es wurde hierbei jedoch das Gelpermeationschromatographie-("GPC")-Verfahren verwendet, welches in ASTM D-3593-80 aufgezeigt ist.
Alle den Anmeldern bekannten für die Verwendung in dieser Erfindung brauchbaren spezifischen LLDPE-Copolymere besitzen eine relativ enge Molekulargewichtsverteilung und Mw/Mn-Werte von mehr als 3. Es kann jedoch möglich sein, geeignete LLDPE-Materialien herzustellen, welche relativ enge Molekulargewichtsverteilungen und Mw/Mn-Werte von unterhalb 3 besitzen. Mw/Mn-Werte für verschiedene Polyolefine sind in Tabelle C gegeben. TABELLE C Molekulargewichts-/Größen-Verteilungen
* Vom Hersteller in den "Proceedings of Future-Pak-'91", Seite 314, berichtet. Verfahren zur Messung von Mw/Mn nicht identifiziert.

Zugeigenschaften

Im allgemeinen besitzen in der Praxis dieser Erfindung brauchbare VLDPE- und LLDPE-Materialien höhere Zugmoduli als vergleichbare Ethylen-α-Olefin-Plastomere. Das heißt, wenn zwei Arten an Copolymeren aus demselben Comonomer und unter Verwendung desselben Katalysatorsystems hergestellt werden, würden die VLDPE oder LLDPE eine höhere Kristallinität und Dichte und somit ein höheres Zugmodul besitzen.
Mitsui, ein Hersteller von sowohl Plastomeren als auch VLDPE, berichtet die nachfolgenden Werte für das Young'sche Modul, welches das Verhältnis von Beanspruchung zu Dehnung unterhalb der Proportionalitätsgrenze eines Materials ist, wie in Tabelle D zusammengefaßt. TABELLE D Young'sches Modul
* "Tafmer", publiziert von Mitsui Petrochemical Ind, Ltd., Seite 12
** "Proceedings of Future-Pak '91", Seite 314
Ein weiterer Unterschied in den Zugfestigkeitseigenschaften von Ethylen-α-Olefin-Plastomeren, LLDPE- und VLDPE-Materialien ist, daß Plastomere keine definierte Streckgrenze besitzen, wohingegen VLDPE- und LLDPE-Materialien diesen im allgemeinen besitzen. Wie in ASTM D-638 definiert, ist die Streckgrenze der erste Punkt auf der Spannungs-Dehnungs-Kurve, bei dem eine Zunahme der Dehnung stattfindet, ohne daß die Spannung zunimmt.
In der Veröffentlichung "Future-Pak '91" von Mitsui werden auf Seite 314 die folgenden Informationen für die Streckgrenzen berichtet: Tafmer A-4090 kein Wert berichtet; VLDPE, Dichte 0,896 g/cm³, ist gleich 42 kg/cm²; und VLDPE, Dichte 0,907 g/cm³, ist gleich 84 kg/cm². Dies zeigt an, daß Plastomere keine Streckgrenze besitzen, sondern stattdessen brechen, wenn eine ausreichende Spannung angewendet wird. Im Gegensatz dazu besitzen VLDPE-Materialien eine definierte Streckgrenze.
Die Ergebnisse von Mitsui wurden qualitativ in einer Reihe von Untersuchungen bestätigt, in welchen Proben verschiedener Harze gemäß dem Verfahren für dünne Kunststoffblätter, welches in ASTM 882-90 beschrieben ist, hergestellt wurden. Die Abmessungen dieser getesteten Harzproben waren 1" Breite, 4" Länge und 7-9 mm Dicke. Diese Proben wurden entsprechend des Verfahrens A hinsichtlich der Streckgrenze und der Zugfestigkeit getestet, wobei eine konstante Geschwindigkeit des Auseinandergehens der Klammern, welche die Enden der Proben zu Beginn in einem Abstand von 2" hielten, von 20"/min verwendet wurde.
Es wurden fünf Proben eines jeden Materials getestet und die Ergebnisse gemittelt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle E zusammengefaßt (Streckfestigkeit). TABELLE E Streckfestigkeit
Dow und Exxon berichten die folgenden Reißfestigkeiten für ihre Ethylen-α-Olefine, wie in Tabelle F aufgezeigt: TABELLE F Affinität und exakte Zerreißfestigkeiten
Geeignete LLDPE-Materialien für die praktische Durchführung dieser Erfindung schließen solche ein, welche von Dow unter dem Namen Dowlex (Handelsmarke von Dow Chemical Company, USA) und von Exxon unter dem Namen Escorne (registrierte Handelsmarke von Exxon Chemical Company, USA) hergestellt und vertrieben werden. Geeignete VLDPE-Materialien für die praktische Durchführung dieser Erfindung schließen bestimmte Ethylen-α-Olefin-Polymere ein, welche jeweils von Dow unter dem Namen Attane und Affinity (Handelsmarken von Dow Chemical Company, USA), von Exxon unter dem Namen Exact (Handelsmarke von Exxon Chemical Company, USA) und von Union Carbide hergestellt und vertrieben werden.
Repräsentative VLDPE-Harze schließen die Ethylen-Octen- Copolymere Dow 4001, 4003, PL 1840, PL 1845 und PL 1880 VLDPE's, die Ethylen-Buten-Copolymere Union Carbide 1137, Exxon 3027 und 3025 und die Ethylen-Buten-Hexen-Terpolymere Union Carbide 1192 und Exxon 3033 ein. Repräsentative LLDPE's schließen das Ethylen-Octen-Copolymer Dow 2045 und das Ethylen-Hexen-Copolymer Exxon 3001 und 3201 ein.
Geeignete plastomere Ethylen-α-Olefin-Copolymere umfassen bestimmte von denen, welche jeweils von Exxon unter dem Namen Exact , von Mitsui Petrochemical Industries Ltd. unter dem Namen Tafmer und von Dow unter dem Namen Affinity hergestellt und vertrieben werden. Zum Beispiel schließen geeignete Harze Mitsui A-4085, A-4090, A-1085 und A-0585 und Exxon 4011 ein.
Unter Zusammenfassung des Vorherigen stellt LLDPE die notwendigen Maschinenverarbeitungseigenschaften in den Außenschichten zur Verfügung. Wenn weniger als 25 Gew.-% an LLDPE vorhanden sind, besitzt die bestrahlte Folie nicht den geeigneten Schlupf, um im Verlauf der Schritte des Umwickelns mit der Folie, des Faltens und des Heißverschweißens verarbeitet zu werden, wenn sie als eine Umhüllung für eine offene ein Nahrungsmittel enthaltende Schale verwendet wird. Wenn andererseits das LLDPE 75 Gew.-% überschreitet, verliert die Folie ihre notwendige Menge der biaxialen Schrumpfung und der gewünschten Eigenschaften der geringen bleibenden Verformung. Die LLDPE-Dichte sollte 0,925 g/cm³ nicht überschreiten, da das Material zu kristallin werden würde und während des Schritts des Biorientierens keine stabile Blase aufrechterhalten werden könnte. Der LLDPE- Schmelzindex sollte unterhalb von 3,5 g/10 min liegen. Höhere Werte führen zu einer Mischung, welche zu fluid ist, um eine stabile Blase zu bilden und aufrechtzuerhalten. Das VLDPE in der Außenschicht wird ebenfalls für eine gute Maschinenverarbeitbarkeit, d.h. Schlupfeigenschaften, benötigt. Plastomer-Materialien stellen diese Eigenschaften nicht zur Verfügung. Es werden auch mindestens 25 Gew.-% an VLDPE in der Außenschicht benötigt, um eine adequate Schrumpfung zur Verfügung zu stellen. 100% LLDPE (Ethylen- α-Olefin mit einer Dichte von mindestens 0,917 g/cm³) stellt keine adequate Schrumpfung zur Verfügung.
In der Kernschicht sollte das erste VLDPE mindestens 40 Gew.-% der Schicht umfassen, da geringere Konzentrationen eine Blaseninstabilität während der Biorientierung und eine geringe Schrumpfungskraft bei der fertigen Verpackung bewirken. Andererseits sollte der Gehalt des ersten VLDPE in der Kernschicht nicht 75 Gew.-% überschreiten, da die Folie für ein vollständiges Heißverschweißen zu steif werden würde. Das heißt, die Folie wäre nicht ausreichend flexibel für eine Faltung der Enden und ein Zusammendrücken für einen guten Zwischenschichtkontakt in den Endeinschlägen für das Heißverschweißen. Die Dichte des ersten VLDPE in der Kernschicht sollte mindestens 0,905 g/cm³ betragen, um eine Beständigkeit gegenüber Durchbrennen zu verbessern und eine gute Blasenstabilität aufrechtzuerhalten.
Hinsichtlich des zweiten (und weniger dichten) VLDPE in der Kernschicht sollte dieses mindestens 10 Gew.-% der Schicht umfassen, wobei das Plastomer mindestens 15 Gew.-% umfaßt, um die Eigenschaften der Dehnungserholung und des breiten Heißverschweißungsbereichs zu erhalten. Wenn das Verhältnis von Plastomer zu zweitem VLDPE außerhalb von 0,77 bis 1,83 liegt, wäre die Dehnungserholung nicht optimiert. Die Dichte des zweiten VLDPE's sollte mindestens 0,900 g/cm³ betragen, um optimale Dehnungserholungs- und Heißverschweißungseigenschaften zur Verfügung zu stellen.
In diesem Zusammenhang sollte erwähnt werden, daß das zweite und weniger dichte VLDPE den Abstand zwischen dem Plastomerbestandteil und dem ersten und höher dichten VLDPE überbrückt. Die Einbringung dieses zweiten VLDPE-Bestandteils verbessert die Dehnungserholung und es scheint, daß es als ein Weichmacher für die anderen Bestandteile wirkt, indem die Gesamtkristallinität der Mischung verringert wird und ihr Amorphgehalt zunimmt. Eine Dichte von mehr 0,905 g/cm³ für diesen zweiten VLDPE-Bestandteil verringert unerwünschterweise die Dehnungserholung der Folie.
Die biaxial orientierte hitzeschrumpfbare Folie dieser Erfindung kann nach bekannten Verfahren hergestellt werden, wie durch ein Coextrudieren von mindestens der Kernschicht und der ersten und zweiten Außenschichten auf jeder Seite der Kernschicht, um einen Primärschlauch zu bilden, wie zum Beispiel im kanadischen Patent 982,923 beschrieben. Alternativ dazu kann der Verbundstoffprimärschlauch durch ein Beschichtungslaminieren gebildet werden, wobei eine erste schlauchförmige Außenschicht extrudiert wird und anschließend die Kern- und die zweite schlauchförmige Außenschicht nacheinander auf die Außenoberflächen der schlauchförmigen ersten Schicht und der Kernschicht beschichtet werden. Als eine weitere Alternative können die erste Außenschicht und die Kernaußenschicht zusammen coextrudiert und anschließend die zweite Außenschicht auf die Außenoberfläche der Kernschicht aufbeschichtet werden. Verfahren zur Beschichtungslaminierung sind im US-Patent 3,741,253 beschrieben. Als noch eine weitere Alternative kann die mindestens dreilagige Folie als ein Blatt durch das gut bekannte Schlitzgieß-Verfahren gebildet werden.
Wenn die mindestens dreilagige Folie als ein Primärschlauch hergestellt worden ist oder aus einem Primärblatt zu einem Schlauch umgewandelt wurde, kann sie durch das gut bekannte zweistufige "Doppelblasen" ("double bubble") oder Einfang-Verfahren biaxial orientiert werden. Ein derartiges Verfahren ist im US-Patent 3,456,044 beschrieben. Dieses beinhaltet das erneute Erwärmen des Primärschlauches und das gleichzeitige Strecken des Schlauches in der Maschinenrichtung ("MD") durch in Längsrichtung zueinander im Abstand befindlichen Quetschwalzen, welche mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betrieben werden, und das Strecken des Schlauches in der Querrichtung ("TD") durch Einblasen von Luft in das Innere des Schlauches. Geeignete Streckverhältnisse reichen von 2 bis 6, wobei MD/TD-Verhältnisse von 3 bis 5 bevorzugt sind.
Bei der praktischen Durchführung dieser Erfindung ist es essentiell, daß eine oder mehrere Schichten der Folie vernetzt werden. Dies kann zum Beispiel erreicht werden durch Bestrahlung unter Verwendung von hochenergetischen Elektronen, ultravioletter Strahlung, Röntgenstrahlung, β-Teildhen und dergleichen. Die Bestrahlungsquelle kann ein beliebiger Elektronenstrahlgenerator sein, welcher in einem Bereich von 150 Kilovolt bis 6 Megavolt arbeitet, wobei die Leistungsabgabe in der Lage ist, die gewünschte Dosis zu liefern. Die Spannung kann auf geeignete Niveaus eingestellt werden. Wenn sie als einzige Vernetzungsmethode verwendet wird, wird die Bestrahlung vorzugsweise bei einer Dosis zwischen 5 MR und 10 MR und weiter bevorzugt zwischen 7,5 MR und 8,5 MR durchgeführt.
Um die für eine Vernetzung notwendige Strahlungsmenge zu verringern, können nach dem Stand der Technik gut bekannte Vernetzungsverstärker verwendet werden. Sie werden der Mischung zugesetzt, bevor sie zu einer Folie geformt wird, und umfassen u.a. Ethylenglycoldimethacrylat, Triallylcyanurat, Divinylbenzol und Trimethylolpropantriacrylat. Zusätzliche geeignete Materialien werden dem Durchschnittsfachmann als offensichtlich erscheinen.
Eine Vernetzung kann ebenfalls chemisch durch die Verwendung von Peroxiden bewerkstelligt werden, was dem Durchschnittsfachmann gut bekannt ist.
Verfahrensbedingt kann eine Bestrahlung auf die gesamte Folie oder auf eine einzelne Substratschicht wie der ersten Außenschicht und vor der biaxialen Orientierung, wenn die mehrlagige Primärfolie durch Beschichtungslaminieren hergestellt wird, angewendet werden. Diese Art der Strahlungsvernetzung ist zum Beispiel im US-Patent 3,741,253 beschrieben.
Alternativ dazu kann es bevorzugt sein, die gesamte mehrschichtige Folie nach der biaxialen Orientierung zu bestrahlen, wenn die Folie gleichzeitig koextrudiert wird, wie zum Beispiel im US-Patent 4,714,638 beschrieben.
Eine allgemeine Diskussion der Vernetzung kann auf den Seiten 331-414 des Bandes 4 der Enzyklopedia of Polymer Science and Technology, Plastics, Resins, Rubbers, Films, herausgegeben von John Wiley & Sons, Inc., gefunden werden.
Soweit nicht anderweitig angegeben, sind die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Harze im allgemeinen in der Form von Pellets im Handel erhältlich und können durch gut bekannte Verfahren unter Verwendung von im Handel erhältlicher Ausrüstung, einschließlich Tumbler, Mischvorrichtungen oder Mischer, schmelzgemischt oder mechanisch gemischt werden. Falls gewünscht, können auch gut bekannte Additive wie Verarbeitungshilfsstoffe, Slipmittel, Antiblockmittel und Pigmente und deren Mischungen durch Vermischen vor der Extrusion in die Folie eingebracht werden.
Die Harze und die anderen Additive werden in einen Extruder (im allgemeinen ein Extruder pro Schicht) gegeben, in welchem die Harze durch Erwärmen schmelzplastifiziert und dann zu einer Extrusions- oder Coextrusionsdüse zur Ausformung zu einem Schlauch geleitet werden. Extruder- und Düsentemperaturen werden im allgemeinen von dem speziellen Harz oder der harzhaltigen Mischungen, welche verarbeitet werden, abhängen, und geeignete Temperaturbereiche für im Handel erhältliche Harze sind im allgemeinen nach dem Stand der Technik bekannt oder werden in technischen Veröffentlichungen zur Verfügung gestellt, welche von den Herstellern der Harze bereitgestellt werden. Verarbeitungstemperaturen können in Abhängigkeit von anderen gewählten Verfahrensparametern variieren. Bei der Extrusion der VLDPE- und LLDPE- Mischung für die ersten und zweiten Schichten, ebenso wie der ersten und zweiten VLDPE- und Plastomermischung in der Kernschicht, können die Gehäuse- und Düsentemperaturen zum Beispiel im Bereich zwischen 325ºF und 450ºF liegen. In Abhängigkeit von solchen Faktoren, wie anderen Harzen, welche verwendet werden können, dem verwendeten Herstellungsverfahren und der besonderen Ausrüstung und anderer verwendeter Verfahrensparameter, werden jedoch Abweichungen erwartet. Die tatsächlichen Verfahrensparameter, einschließlich der Verfahrenstemperaturen, werden von einem Durchschnittsfachmann ohne übermäßiges Experimentieren eingestellt.

Beispiel 1 - Herstellung der Folien

Die dreilagigen Folien werden durch das wie oben beschriebene Einfangverfahren oder "Doppelblasen"-("double bubble")-Verfahren hergestellt. Im speziellen werden alle drei Schichten gleichzeitig koextrudiert, gekühlt und dann für eine biaxiale Orientierung erneut erwärmt.
Zur Ausbildung der ersten und zweiten Außenschichten auf gegenüberliegenden Seiten der Kernschicht wurden verschiedene Prozentgehalte eines ersten VLDPE (Attane XU 61520.01), eines zweiten VLDPE (Exact 3027), eines Plastomeren (Tafmer A 4085) und eines LLDPE (Escorene LL 3201) gemischt. Dieses waren entweder Zweikomponenten- oder Dreikomponentenmischungen. Gleichermaßen wurden verschiedene Prozentgehalte eines ersten VLDPE (Union Carbide Typ 1192), eines zweiten VLDPE (Exact 3027), eines LLDPE (Escorene LL 3201) und eines Plastomeren (Tafmer A 4085) gemischt, um so die Kernschicht von verschiedenen dreilagigen Folien auszubilden. Diese Mischungen bestanden entweder aus zwei oder drei Komponenten. Alle Zubereitungen sind in Tabelle I aufgezeigt.
Im Hinblick auf Additivpackungen war die bevorzugt verwendete Außenschichtpackung 3 Gew.-% eines Antischleier- und Antihaftadditivs, Atmer 8112, hergestellt von Imperial Chemical Industries Ltd. und umfassend 20% eines Antischleiermittels in LLDPE mit einem Schmelzindex von 40, 3 Gew.-% einer ersten Slipkomponente, Ampacet 10069, hergestellt von Ampacet Corporation und umfassend Glycerolmonostearat-Konzentrat in Polyethylen, 1 Gew.-% einer zweiten Slipkomponente, Ampacet 10090, ein Erucamid-Konzentrat in Polyethylen, und 1 Gew.-% eines Fluorelastomer-Verarbeitungshilfsstoffs.
Die bevorzugte Additivpackung für die Kernschicht umfaßte 2 Gew.-% eines Fluorelastomer-Verarbeitungshilfsstoffkonzentrats.
In jedem Fall wurden die trockenen Harzaußenschichtkomponenten durch Tumblermischen vermischt und dann einem Einfachextruder und einer Düse mit einem Durchmesser von 60 mm zur Coextrusion auf jeder der Seiten des Kernextruders zugeführt. Gleichermaßen wurden die trockenen Harzkernschichtkomponenten durch Tumblermischen vermischt und dann einem Einschneckenextruder und dann einer Düse mit einem Durchmesser von 60 mm zur Coextrusion zugeführt, wobei die Außenschichten durch Extrusionsdurchlässe an jeder der Seiten des Kernextruders fließen.
Die Harze wurden schmelzplastifiziert und zu einem Primärschlauch mit einem Durchmesser von ungefähr 3,2" mit einer Wanddicke von ungefähr 0,010-0,015" extrudiert. Die Extrudergehäuse- und Düsentemperaturen betrugen 350ºF. Der Primärschlauch wurde auf ungefähr 60ºF gekühlt und dann zur biaxialen Orientierung erneut auf ungefähr 185-195ºF erwärmt. Das Streckverhältnis in Maschinenrichtung (MD) betrug ungefähr 4,5 bis 1, und das Streckverhältnis in der Querrichtung (TD) betrug ungefähr 4 bis 1. Die Zugpunkttemperatur, die Blasenabkühlgeschwindigkeiten und die Streckverhältnisse wurden auf eine maximale Blasenstabilität eingestellt.
Die Proben wurden mit einem Elektronenstrahl von 175 keV bis zu einer Dosis von 8 MR bestrahlt.
In allen Probenausführungsformen der erfindungsgemäßen Folie, wie sie in den folgenden Beispielen dargelegt werden, mit der Ausnahme der W.R. Grace and Company-Folien nach dem Stand der Technik, betrugen die Gesamtdicken der Folienproben ungefähr 15,2-21,6 um (0,6-0,85 mil), umfassend eine erste Außenschicht von ungefähr 15 bis ungefähr 25% der Gesamtdicke, eine Kernschicht von ungefähr 50% bis ungefähr 70% und eine zweite Außenschicht von ungefähr 15 bis ungefähr 25%. Für die Folie nach dem Stand der Technik vom Ralph-Typ in den Probenausführungsformen war die Gesamtdicke ungefähr dieselbe wie oben und in denselben Verhältnissen.
Mit Ausnahme der Kontrollprobe, SSD-310, wurden alle nachfolgenden Proben wie oben beschrieben hergestellt.
Probe SSD-310 ist die Kontrollfolie, welche von Cryovac, einer Abteilung von W.R. Grace and Company, hergestellt wurde. Es wird angenommen, daß sie eine drei- oder fünflagige coextrudierte Mehrschichtfolie ist. Diese ist die Standardfolie, welche derzeit bei Verpackungsverfahren von Geflügel verwendet wird.
Die Folie der Probe #16 ist eine nicht bestrahlte Ralph-Zubereitung.
Die Folie der Probe #47/16 ist eine nicht bestrahlte Zubereitung vom Ralph-Typ mit LLDPE im Kern.
Die Probe #47/16A ist dieselbe Zubereitung wie #47/16, jedoch bestrahlt.
Die Probe #27A ist dieselbe wie #47/16A und besitzt zugegebene Stabilisatoren, um den Abbau der Slipadditive zu verhindern.
Die Probe #27K ist eine Folie aus einer Zubereitung, welche ähnlich der #47/16A ist, mit einem verringerten Verhältnis von Plastomer/zweitem VLDPE.
Probe #28D ist eine bestrahlte Folie aus einer zu dieser Erfindung ähnlichen Zubereitung und ist bestrahlt.
Probe #29B ist eine bestrahlte Probe aus einer Zubereitung dieser Erfindung.
Probe #29D ist eine bestrahlte Folie aus einer Zubereitung dieser Erfindung.

Beispiel 2 - der Schalengleitversuch

Der Schalengleitversuch wurde mit Ausnahme von #16 mit allen Proben durchgeführt. Dieser Test wurde durchgeführt, um die Art der Kräfte zu simulieren, welche auf der Ossid 500 um die vordere Einschlagwalze herum erzeugt werden.
Eine rechteckige Styrofoam-Geflügelschale #3P, welche ein Gewicht von 1 pound enthielt, wurde um ihre Längsachse mit einem Folienblatt über den oberen Teil der Schale umwickelt, wobei die Ränder am Boden der Schale überlappten Zu diesem Zeitpunkt war die Schale in einem Folienschlauch mit einer offenen Seite an jedem Ende eingeschlossen. Als nächstes wurde der Teil der Folie, welcher sich über die Schale hinaus erstreckte und die beiden Enden des Schlauches bildete, etwas abgeflacht, es wurden Einschläge geformt und es wurde ein Einschlag unter die Schale gefaltet.
Eine Klammer mit einem Gewicht von 500 g wurde an dem nicht gefalteten Einschlag befestigt. Die Schale wurde dann auf einer flachen Oberfläche plaziert, wobei der Rand des Bodens an einen Edelstahlstab angrenzte, welcher einen Durchmesser von 3/8" besaß, mit einer Oberflächenbeschaffenheit der Rauhigkeit 8 bis 16. Der beschwerte Einschlag wurde über den Stab gelegt, welcher in einer 3/16" x 3/16"- Kerbe am Ende der abgeflachten Oberfläche eingespannt war. Die Schale wurde dann von hinten mittels eines Federmeßinstruments nach vorne geschoben, und es wurde die zum Nach-Vorne-Schieben der Schale notwendige Spitzenkraft aufgezeichnet.
Schalengleitwerte von größer als 4,0 lb führen zu einem Hängenbleiben der Schale an der ersten Umschlagswalze. Eine Probe mit einem Wert von weniger als 3,2 lb bleibt nicht hängen, und Proben mit Werten zwischen 3,2 und 4,0 lb ergeben unterschiedliche Resultate. Die Ergebnisse sind in Tabelle I aufgezeigt.
Die Testergebnisse zeigen, daß bei den Proben #28D, #29B und #29D der vorliegenden Erfindung und bei der Ralph- Folie #47/16 und #27A die Steuerung in einem akzeptablen Bereich liegt. Die bestrahlten Folien vom Ralph-Typ #47/16A und #27K ergaben unterschiedliche bis nicht akzeptable Resultate. Tabelle I Laboversuche gegenüber Versuche mit Ossid 500
* 0,12% an zugegebenem gehindertem Phenolstabilisator
1. Sehr hohe Störung/Bildung
2. Einige bleieben an der Walze zum Zurückstreifen des ersten Einschlags hängen
3. Aufgrund von Hängenbleiben nicht bewertet
4. Einige unvollständige Verschweißungen
5. Enger Verschweißungsbereich
6. Additive umfaßten 4,5 - 7,0 Gew.-% der Schicht
7. Sporadisches Durchbrennen - kein reproduzierbarer Verschweißungsbereich
8. Additive umfaßten 3,0 - 4,0 Gew.-% der Schicht

Beispiel 3 - der Folien/Folien-Schlupftest

Der Folien/Folien-Schlupftest wurde mit allen Proben durchgeführt, mit der Ausnahme von #16, #47/16A und #27K. Dieser Test zeigt auf, daß bei hohen Werten die Dichtigkeit der Packung nach dem wie im Beispiel 2 oben beschriebenen Einhüllen der Packung in Längsrichtung erhalten bleibt, unabhängig davon, ob die Längsnaht heißverschweißt ist oder nicht. Die Folie zeigt auf, daß sie klebrig genug ist, um an sich selbst zu haften, während der Rest des Verpackens vollendet wird.
In diesem Test wurde die Folie auf eine gesinterte Metalloberfläche eines Metallwagens gelegt, welcher Räder besaß, die entlang von Führungsschienen plaziert waren. Der Metallwagen ist 12" lang x 4,25" breit und ist mit einer Vorrichtung verbunden, welche es ermöglicht, daß über das Innere des Wagens ein Vakuum angelegt werden kann. Es wurde ein Vakuum angelegt und die Folie in einen flachen Zustand gebracht. Mit der Vorderseite des Wagens war ein Antriebszugmotor verbunden. Dieser Motor kann den Wagen entlang der Führungen mit ungefähr 10,2 mm/s (2' pro Minute) ziehen.
Es wurde ein anderes Blatt derselben Folie um einen Messingstange mit 3" Länge x 1,5" Breite x 0,375" Höhe gewickelt. Dieses Folienblatt wurde mittels eines doppelseitigen Klebebands an der Stange befestigt und am Boden der Stange faltenfrei gehalten. Ein Federmeßinstrument mit der Fähigkeit, eine Zugspannung bis zu 5 pounds zu messen, wurde an der Messingstange angebracht.
Der Antriebszugmotor wurde dann eingeschaltet, welcher den Wagen entlang der Führungsschienen zog. Für jede der Testproben wurde die Spitzenkraft aufgezeichnet und in den Berechnungen des wie in Tabelle I aufgezeigten Schlupfverhältnisses verwendet.

Beispiel 4 - der Folien/Metallstangen-Schlupftest

Der Folien/Metallstangen-Schlupftest wurde mit jeder der oben beschriebenen Proben durchgeführt, mit Ausnahme von #16, #47/16A und #27K. Der Zweck dieses Tests war es, den Nenner des Schlupfverhältnisses zu erzeugen. Es wurde ebenfalls herausgefunden, daß Folien mit hohen Ergebnissen eine Tendenz aufzeigen, sich an Metallwalzen zu binden oder auf diesen zu blockieren.
Die in diesem Test verwendeten Materialien waren eine Schalengleitfixiervorrichtung mit einer L-förmigen Ablage, welche in ein Ende geschnitten war, und mit einer in dieser Ablage plazierten Metallstange; ein 2" x 14" Folienstreifen von jeder der oben beschriebenen Proben; ein Federmeßinstrument mit einem Vollausschlag von 1000 g; zwei Halteklammern und ein 50 g Gewicht. Jeder Test wurde wie folgt durchgeführt:
An jedem Ende des Folienstreifens wurde eine Klammer befestigt. Das Federmeßinstrument wurde auf Null gestellt und an einem Arm von einer der Klammern befestigt, und das 50 Gramm Gewicht wurde an einem Arm der Klammer an der gegenüberliegenden Seite des Folienstreifens befestigt. Die Federmeßinstrument-Klammer und ein kleiner Teil des Folienstreifens wurden auf der Oberfläche der Schalengleitfixiervorrichtung plaziert, während der Rest der Folie über den Metallstab am Ende der Schalengleitfixiervorrichtung gehängt wurde. Die Federmeßvorrichtung wurde dann langsam über die Schalengleitfixiervorrichtung vom Metallstab weggezogen, wobei die Folie über den Metallstab gezogen wurde. Der Wert der in Bewegung befindlichen Federmeßvorrichtung wurde aufgezeichnet. Es wurde jede Probe dreimal getestet, wobei der mittlere Zahlenwert aufgezeichnet wurde.
Das Schlupfverhältnis wurde wie folgt berechnet:
Schlupfverhältnis = Schlupf Folie/Folie (1b)/ Schlupf Folie zu Metallstange (g) x 1000
(1 lb = 0,454 kg)
Dieses Verhältnis ist ein Indikator für die Tendenz der Folie, ein Einschlagrückzugsproblem zu haben. Die Ergebnisse sind in Tabelle I aufgezeigt. Ein bevorzugter Schlupf Folie zu Metallstab beträgt 120 g. Ein bevorzugtes Schlupfverhältnis zur Verhinderung des Einschlagrückzugs ist größer als 10.

Beispiel 5 - der Dehnungserholungs-Test

Ein Dehnungserholungs-Test wurde mit den oben beschriebenen Proben SSD-310, #16, #47/16A und #29D durchgeführt. Der Zweck dieses Tests war es, die Zeitdauer zu bestimmen, die jede Folie benötigt, um nachdem sie zum Umhüllen verwendet wurde und gestreckt und geschrumpft wurde, nach einem Einbeulen wieder zu ihrer Form zurückzukehren. Dies ist eine wichtige Eigenschaft einer kommerziell verwendbaren Folie im Nahrungsmitteleinzelhandelsmarkt.
Aus jeder Folie wurden zwei Blätter mit 12" in der Maschinenrichtung und 7,75" in der Querrichtung geschnitten. Jedes Blatt wurde dazu verwendet, eine flache rechteckige Kunststoffplatte mit einer Dicke von 3/16" einzuwickeln, welche zu den 3P-Schalen ähnliche Abmessungen besitzt, ein Rohr mit einer Länge von ungefähr 2" und einem Durchmesser von ungefähr 1,5" besitzt, welches im Zentrum der Platte befestigt ist und sich ungefähr 1" über die obere Oberfläche der Platte hinaus erstreckt, wobei der Durchmesser des Rohres parallel mit der Plattenoberfläche ist, wobei das Blatt zuerst auf die obere Seite der Platte gelegt wird und das Blatt über seine Länge nach unten gefaltet wird, und wobei ein Band zum Befestigen der Ränder des Blattes am Boden der Platte verwendet wird. Als nächstes wurden die Ecken des Blattes zum Boden der Platte gefaltet, und schließlich wurden die Einschläge an jedem Ende der Platte nach innen gefaltet. Die Einschläge wurden ebenfalls mittels eines Klebebandes am Boden befestigt. Der maximale Abstand zwischen den Bandstücken betrug 0,5".
Die Blätter wurden in einem Heißluftschrumpftunnel des Modells Belco ST 2108 bei einer Temperatur von 180ºF und einer auf eine Einstellung von 3,5 gestellte Bandgeschwindigkeit um diese Testplatten herum geschrumpft. Man ließ die Proben ungefähr 15 Minuten und 70 Stunden nach dem Schrumpfen abkühlen. Die Schalen wurden dann in eine Dehnungserholungs-Testvorrichtung gegeben.
Die Dehnungserholungs-Testvorrichtung enthält einen federbelasteten Kolben mit einem daran befestigten Schloßschraubenkopf mit einem Durchmesser von 11/16". Der Kolbenanschlag wird so eingestellt, daß der Schloßschraubenkopf anhält, wenn der Kolben vollständig gesenkt ist, wobei sich die obere Seite des Schraubenkopfs 0,5" unterhalb der ursprünglichen Folienoberfläche befindet, welche das auf der Schale zentrierte Rohr bedeckt.
Der Kolben wurde auf der Dehnungserholungs-Testvorrichtung bis zum Aufsetzen nach unten gedrückt, wobei sich der Schraubenkopfin das die Nahrungsmittelschale umhüllende Blatt eindrückt, und dann wurde der Kolben freigegeben. Die Zeit, die das Blatt benötigte, um nach dem Freigeben des Kolbens zu einer flachen faltenfreien Oberfläche zurückzukehren, wurde gemessen. Die Zeit wurde in Sekunden bis zu 60 Sekunden gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle I aufgezeigt. Das über 15 Minuten gealterte Kontrollmaterial bildete sich während 5 Sekunden zurück, und die Ralph-Folien #16 und #47/16A bildeten sich in ungefähr 1 Sekunde zurück. Die während 15 Minuten gealterte #29D, eine Zubereitung der vorliegenden Erfindung, welche ein Verarbeitungshilfsmittel enthält, bildete sich in 1 bis 3 Sekunden zurück. Die während 70 Minuten gealterte Kontrollfolie benötigte 12 Sekunden zur Rückbildung, während die #29D sich in 3 Sekunden zurückbildete. Diese Ergebnisse demonstrieren, daß die Folie der vorliegenden Erfindung sich sowohl im 15-Minuten- als auch im 70-Stunden-Test vorteilhafter verhielt.

Beispiel 6 - Heizstab- und Plattenschweißversuche

Es wurde eine Reihe von Experimenten durchgeführt, bei welchen nicht bestrahlte Folien vom Ralph-Typ, Proben #16 und #47/16, bestrahlte Folien vom Ralph-Typ der Proben #47/16A und eine Folienprobe #29D der vorliegenden Erfindung, bestrahlt und nicht bestrahlt, untersucht wurden, um deren akzeptable Heißverschweißungsbereiche in sowohl einem Heizstab- als auch Plattensystem zu bestimmen.

a) Plattenverschweißungs-Test.

Eine jede der Folienprobe wurde wie folgt untersucht:
Es wurde eine rechteckige 3P-Polystyrolschaum-Schale mit ungefähr 8,5" Länge x 6,5" Breite x 1,25" Tiefe mit einem wie in Beispiel 2 beschriebenen geschnittenen Blatt einer Probefolie mit ungefähr 18" x 15,5" umwickelt, mit der Ausnahme, daß beide Einschlagenden unter die Schale gefaltet wurden. Ein 5 mm x 10" x 10" Blatt einer Mylar -Polyethylenterephthalat-Folie (Handelsmarke von E.I. DuPont de Nemours & Company, USA) wurde auf dem Boden plaziert und erstreckte sich über die Seiten der Schale nach oben. Es wurde mittels eines Stücks Klebeband an den beiden gegenüberliegenden Enden der Mylar -Folie an seiner Stelle befestigt.
Die Platte wurde auf die gewünschte Temperatur vorerwärmt. Der Boden der umwickelten Schale wurde in Kontakt mit der Platte gebracht, während ein Druckgewicht von 6 lb auf den oberen Teil der Schale einwirkte. Die Schale wurde während 2 bis 8 Sekunden auf der Platte belassen. Nach dem Ende dieses Zeitraums wurde die Schale von der Platte entfernt, auf eine Laborschwenkvorrichtung gegeben und während 10 bis 20 Sekunden zum Abkühlen der Naht schnell rotiert. Als nächstes ließ man kaltes Spülwasser auf die Mylar -Folie laufen. Die Mylar -Folie wurde dann entfernt und die Verschweißung untersucht. Die Ergebnisse einer jeden getesteten Probe sind in den Tabellen I und J gegeben.

b) Heizstabverschweißungs-Test.

Der Heizstabverschweißungs-Test bestimmt die akzeptablen Temperaturbereiche zum Heißverschweißen von Kunststoffolien unter Verwendung einer Heizstab-Heißverschweißungsvorrichtung. Es wurden hierbei dieselben Proben getestet wie in dem Plattenverschweißungs-Test. Die Tests wurden wie folgt durchgeführt:
Es wurde ein Sencorp Systems Laborverschweißungsgerät Modell 24-AS, hergestellt von Sencorp Systems, Inc., Hyannis, Massachusetts, USA, verwendet. Die Heizstab-Heißverschweißungsvorrichtung ist mit einem oberen 1/4" breiten Verschweißungsstab ausgestattet, welchen man auf unterschiedlich geregelte Temperaturen heizen kann. In diesen Tests wurden aus den Probenfolien zwei 1" breite x 4" lange (TD-Richtung) Proben geschnitten. Die Verschweißungsvorrichtung war mit einer Steuerung für die Temperatur, der Zeit und des Verschweißstabdrucks ausgestattet. Die Steuerungen wurden auf eine Verweilzeit von 1,0 Sekunden, welches die Zeit ist, mit der die obere geheizte Backe gegen das untere 3/8" dicke x 1" breite Silikonpolster gedrückt wird, und auf einen Backendruck von 50 psi eingestellt.
Es wurden zwei Folienproben zusammengehalten und zwischen die obere Backe und die untere Verschweißungsplatte des Versiegelungsgeräts gegeben. Die obere Backe und das untere Polster besitzen eine glasfaserverstärkte Trennbeschichtung, um zu verhindern, daß die Folie an die Verschweißungsoberflächen klebt. Durch Probieren wurde die minimale Temperatur zum Verschweißen der beiden Folienabschnitte miteinander bestimmt, indem die Backe bei vorgeschriebenem Druck und Zeit mit verschiedenen Temperatureinstellungen gegen das Polster gedrückt wurde.
Es wurde dann die Maximaltemperatur für eine vergleichbare Folienprobe bestimmt, indem die benachbarten Folienabschnitte zwischen die abgedeckte Versiegelungsbacke und das Polster gegeben wurde, und die obere Versiegelungsbacke nach unten auf das untere Polster geschlossen wurde. Nach einem Probieren von höheren Temperaturen wurde die Folienprobe begutachtet, und es wurde die Temperatur bestimmt, welche keinen Bruch in der Versiegelung, kein Durchbrennen oder keine merkliche Verzerrung der Versiegelung verursachte. Die maximale Temperatur ist die zuletzt notierte Temperatur, welche vor der Beobachtung eines Bruchs in der Versiegelung erhalten wurde.
Die Ergebnisse sind unten in Tabelle J aufgezeigt. Tabelle J Heizstab- und Plattenverschweißunasbereiche (1)
(1) Alle Temperaturen in ºF
(2) 5 MR
(3) Sporadisches Durchbrennen
Wie aus Tabelle J ersichtlich ist, sind die wirksamen Heißverschweißungsbereiche für die Folienproben vom Ralph- Typ #16, #47/16 und #47/16A für Verschweißungssysteme vom Heizstab-Typ ziemlich breit, d.h. mindestens 50ºF. Sie sind jedoch in einem System von Platten-Typ wesentlich enger, d.h. nicht mehr als 35ºF.
Tabelle J zeigt ebenfalls, daß für eine nicht bestrahlte Folie mit Zubereitungen für die Außenschichten und den Kern gemäß dieser Erfindung, Probe #29D, nicht bestrahlt, die wirksamen Heißverschweißungsbereiche für sowohl das Heizstab- als auch das Plattensystem sehr eng und unpraktisch waren, d.h. 10ºF für Plattenheißverschweißungssysteme.
Vor diesem Hintergrund und aus früheren Erfahrungen bei Folien könnte ein Durchschnittsfachmann erwarten, daß eine Bestrahlung dieser erfinderischen Folien einen gewissen vorteilhaften Effekt haben könnte hinsichtlich der Verbreiterung des extrem engen Heißverschweißungsbereichs der Folien mit den vorliegenden Zubereitungen für die Außenschichten und die Kernschicht, und daß die Verschweißungsbereiche der Folien der Zubereitungen vom Ralph-Typ nach einer Bestrahlung viel breiter sein würden. Nach dem Bestrahlen der mehrschichtigen Folienprobe der vorliegenden Zubereitung #29D mit 8 MR waren die Heizstab- und Plattenheißverschweißungsbereiche überraschenderweise zu einem viel breiteren Ausmaß als erwartet verbreitert.
Der Heizstabverschweißungsbereich für die bestrahlte Probe #29D wurde von 260-270ºF auf 310-500+ºF verbreitert oder entsprach einer Zunahme um 1800+% hinsichtlich des Verschweißungsbereichs, verglichen mit den Zunahmen von 360% und 200+%, wie sie bei den Folien vom Ralph-Typ zu sehen sind. Gleichermaßen wurde ein Plattenverschweißungsbereich für die bestrahlte Probe #29D von 250-260ºF auf 280-400+ºF verbreitert, eine Zunahme des Verschweißungsbereichs von 1100+%. Obwohl bei der Folie vom Ralph-Typ #16 eine Zunahme berichtet wird, ist ebenfalls ersichtlich, daß ein sporadisches Durchbrennen stattfand, was die Folie für kommerzielle Anwendungen unbrauchbar macht, wohingegen die andere Folie vom Ralph-Typ #47/16 eine 240+%-Zunahme im Plattenverschweißungsbereich aufzeigt. In beiden Fällen wies die Folie der vorliegenden Erfindung eine weit größere Zunahme hinsichtlich des Verschweißungsbereichs auf, als dies andere Folien taten.

Beispiel 7 - Ossid 500 Umhüllungstests

Es wurde eine Reihe von Umhüllungstests durchgeführt, wobei das Ossid 500 Umhüllungs-Plattenverschweißungs- Plattenkühlungs-System verwendet wurde.
Es wurden die wie oben beschriebenen rechteckigen 3P- Styrofoam-Schalen in Standardgröße mit einem 1 pound schweren Reißsack gefüllt, um Geflügelteile zu simulieren. Die neun Folienproben waren dieselben wie in Beispiel 1 beschriebenen.
Das Ossid 500-System wurde bei einer Umhüllungsrate von ungefähr 28 Schalen pro Minute betrieben. Die Platte wurde auf eine Temperatur von ungefähr 340-350ºF eingestellt, wobei die Plattenheizkontaktzeit ungefähr 2-4 Sekunden betrug, und die Schalenförderbandgeschwindigkeit betrug ungefähr 50 ft/min. Es wurden zwischen ungefähr 25 und 50 Nahrungsmittelverpackungen mit jeder Folienprobe umhüllt.
Die mit Reis gefüllten Schalen wurden auf das Ossid 500 gegeben, welches wie oben beschrieben automatisch die Schalen mit einer Folie umhüllte. Die mit den neun Folienproben umhüllten Schalen wurden dann automatisch durch das Ossid 500 plattenheißverschweißt. Jede der Verpackungen wurde hinsichtlich der Maschinenverarbeitbarkeit oder der Eignung der verwendeten Folie für diese Maschine, der Einschlagrückzugsprobleme und der Qualität der auf der Maschine erzeugten Heißverschweißungen hin begutachtet. Die Ergebnisse sind qualitativ in Tabelle I zusammengefaßt, welche aufzeigen, daß Proben der vorliegenden Erfindung #28D und #29D sich ebensogut verhielten wie die Kontrolle, SSD- 310, wohingegen die Folien vom Ralph-Typ, sowohl bestrahlt als auch nicht bestrahlt, verschiedene Probleme mit dem Heißverschweißen, dem Rückziehen des Einschlags und dem Hängenbleiben des Einschlags an den Walzen besaßen.

Beispiel 8 - Maschinenverarbeitbarkeits-Tests

In dieser Reihe der Umhüllungstests für ein Nahrungsmittel enthaltende Schalen wurde das Ossid 500 Umhüllungs- und Heizplattenkühlungssystem verwendet, um denselben wie in Beispiel 7 verwendeten Schalentyp zu umhüllen, welcher einen Sack mit Reis von 1 pound enthielt. Es wurden drei Arten von Folien verwendet: SSD-310-Kontrolle und zwei Probenfolien der vorliegenden Erfindung, #29D wie in Beispiel 1 beschrieben und mit einer Additivmenge, welche zu der in Tabelle K beschriebenen verschieden ist. Die Betriebsbedingungen waren ungefähr dieselben wie die in Beispiel 7 verwendeten, jedoch ist die Gesamtzahl der mit jeder Folienart verpackten Schalen in Tabelle K aufgezeigt. Es wurden alle umhüllten Schalen auf verschiedene Arten von Schalenverschweißungsdefekten hin untersucht, und die Ergebnisse sind als prozentuale Mängel der Gesamtzahl der umhüllten Schalen angegeben.
Die Ergebnisse sind in Tabelle K aufgezeigt. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Folien der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der Maschinenverarbeitbarkeit und der Verschweißbarkeit äquivalent zu der Kontrollfolie SSD-310 sind.
Für die Zwecke dieses Beispiels 8 werden die verschiedenen Arten an Mängeln wie folgt beschrieben:
a) Durchbrennen: jegliches Loch oder Durchlöcherung der Folie, welche vom Schmelzen/Schrumpfen der Folie während des Verschweißens herrührt, welches zu einem Leckwerden der Verpackung führen kann.
b) Unvollständige Verschweißung: eine jede Packung, welche aufgrund einer mangelnden Bindung zwischen den Folienschichten nicht vollständig versiegelt ist und ein potentielles Leck bildet.
c) Rückziehen des Einschlags: das Auftreten des Herausziehens von mindestens einem der Endeinschläge aus dem Boden der Schale während oder nach dem Arbeitsschritt des Faltens des Einschlags und vor dem Eintreten in den Verschweißer/Kühler. Tabelle K Test auf defekte Schalenverschweißungen(1)
(1) Alle Ergebnisse in Prozent
(2) Selbe Zusammensetzung wie Probe #29D, mit der Ausnahme, daß die Kernschicht die 3,0 Gew.-% Additivpackung enthielt.
Zusammengefaßt zeigen die Testergebnisse der Beispiele 1-8 auf, daß:
a) Probe #16 einen engen Verschweißungsbereich im Plattentest ergab; b) Probe #47/16 einen breiteren Verschweißungsbereich besaß als #16, jedoch nicht breit genug für einen kommerziellen Einsatz; c) Probe #47/16A einen sehr breiten Verschweißungsbereich besaß, jedoch auf der Ossid 500 beim Falten des vorderen Einschlags steckenblieb, wobei dieses Steckenbleiben mit dem Schalengleittestwert von größer als 4,0 lb korreliert; d) Probe #27A eine Folie vom Typ #47/16 ein mäßiges Niveau des Rückziehens des vorderen Einschlags besaß, was aus einem verringerten Gleitverhältnis vorhersehbar war, was sie für die Verwendung auf der Ossid 500 ungeeignet macht, auch obwohl sie keine Probleme hinsichtlich des Steckenbleibens beim Falten des vorderen Einschlags besaß; e) Probe #27K höhere Schalengleitwerte und ein höheres Niveau des Rückziehens des Einschlags auf der Ossid 500 besaß; f) Probe #28D eine unvollständige Verschweißung auf der Ossid 500 besaß; g) Probe #29B ein niedriges Gleitverhältnis besaß und ein mäßiges Niveau des Rückziehens des vorderen Einschlags beobachtet wurde, und h) Probe #29D alle bevorzugten Labortesteigenschaften aufwies und sich auf der Ossid 500 in allen Belangen gut verhielt.
Weitere Modifikationen der Erfindung werden dem Durchschnittsfachmann offensichtlich erscheinen, wobei die Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung liegen, welcher durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Vernetzte biaxial orientierte heißschrumpfbare mehrlagige Streckfolie, welche mindestens eine erste Außenschicht, eine zweite Außenschicht und eine Kernschicht zwischen der ersten und zweiten Außenschicht umfaßt, wobei die erste und zweite Außenschicht jede eine Zweikomponenten-Polyethylenmischung aus zwischen 25 und 75 Gew.-% eines Polyethylens mit sehr geringer Dichte ("VLDPE") mit einer Dichte zwischen 0,900 und 0,914 g/cm³ und zwischen 25 und 75 Gew.-% an linearem Polyethylen mit geringer Dichte ("LLDPE") mit einem Schmelzindex von weniger als 3,5 g/10 Minuten und einer Dichte zwischen 0,917 und 0,925 g/cm³ umfassen, wobei das LLDPE weniger als 35 Gew.-% des Foliengesamtgewichts ausmacht; und wobei die Kernschicht eine Dreikomponentenmischung aus zwischen 40 und 75 Gew.-% eines ersten VLDPE's mit einer Dichte zwischen 0,905 und 0,914 g/cm³, zwischen 10 und 35 Gew.-% eines zweiten VLDPE's mit einer Dichte zwischen 0,900 und 0,905 g/cm³ und zwischen 15 und 35 Gew.-% eines plastomeren Ethylen-α-Olefin-Copolymeren mit einer Dichte von weniger als 0,900 g/cm³ umfaßt.

2. Folie gemäß Anspruch 1, welche heißschrumpfbar und vernetzt ist, so daß wenn sie dem Plattentest auf einer Platte, welche auf eine Oberflächenkontakttemperatur im Bereich zwischen 138ºC (280ºF) und 204ºC (400ºF) erwärmt ist, während einer Kontaktzeit zwischen 2 und 4 Sekunden unterzogen wird, die Folie heißverschweißt und nicht durchbrennt.

3. Folie gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, wobei in der ersten und zweiten Außenschicht das VLDPE von 30 bis 40 Gew.-% umfaßt und das LLDPE von 60 bis 70 Gew.-% umfaßt.

4. Folie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei in der Kernschicht das erste VLDPE von 60 bis 75 Gew.-% umfaßt, das zweite VLDPE 13 bis 20 Gew.-% umfaßt und das Plastomer 15 bis 25 Gew.-% umfaßt.

5. Folie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 41 wobei das Verhältnis von Plastomer zu zweitem VLDPE in der Kernschicht 0,77 bis 1,83, insbesondere 1,29 bis 1,42 beträgt.

6. Hermetisch verschweißte und evakuierte Nahrungsmittelverpackung, umfassend eine Schale mit einem Bodenbereich, welcher von sich nach oben erstreckenden Seiten- und Endwänden umgeben ist, ein auf der oberen Oberfläche des Schalenbodenbereichs liegendes leichtverderbliches Nahrungsmittel und eine gestreckte heißschrumpfbare Folie, welche sich über jeweils das Nahrungsmittel, die oberen Ränder der Seiten- und Endwände und mindestens einen Teil der unteren Oberfläche des Schalenbodenbereichs erstreckt und mit sich selbst auf eine gegenüber der unteren Oberfläche flachgelegte Weise heißverschweißt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie die vernetzte biaxial orientierte heißschrumpfbare mehrlagige Streckfolie aus einem der Ansprüche 1 bis 5 ist.

7. Verfahren zum Platten-Heißverschweißen der übereinanderliegenden gefalteten Enden von angrenzenden Mehrfachschichten einer gestreckten thermoplastischen Folie, welche eine ein Nahrungsmittel enthaltende Schale mit sich von einem Bodenbereich nach oben erstrekkenden Seiten- und Endwänden umhüllt, wobei die Mehrfachschichten der Folie über die Schalenendwände gefaltet werden, gegen die untere Oberfläche des Schalenbodenbereichs gepreßt werden und mit sich selbst Zwischenschicht-Heißverbunden werden, um eine hermetisch verschweißte und evakuierte Nahrungsmittelverpackung auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß

die vernetzte biaxial orientierte heißschrumpfbare mehrlagige Streckfolie aus einem der Ansprüche 1 bis 5 verwendet wird;

eine flache Metallplatte als die Plattenoberfläche verwendet wird;

die obere Oberfläche der Platte auf eine Temperatur zwischen 149 und 204ºC (300 und ungefihr 400ºF) erhitzt wird;

die nach Unten und Innen unter Druck gefalteten Endabschnitte der Streckfolienumhüllung während eines Zeitraums zwischen 2 und 4 Sekunden mit der erhitzten Metallplatte in Kontakt gebracht werden, um die angrenzenden Folienschichten der gefalteten Endabschnitte zu verbinden, ohne daß die Folie durchbrennt; und

anschließend die heißverbundenen Endabschnitte der Folie sofort auf eine Temperatur unterhalb von 93ºC (200ºF) abgekühlt werden.