DE69614957T2

DE69614957T2 - Heissversiegelte polymerfilme

Info

Publication number: DE69614957T2
Application number: DE69614957T
Authority: DE
Inventors: Thomas Alder; John Crighton
Original assignee: Trespaphan GmbH and Co KG
Current assignee: Treofan Germany GmbH and Co KG
Priority date: 1995-04-27
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: DE69614957D1; AU703167B2; US6235143B1; AU5403696A; ZA963193B; ES2163621T3

Description

Vorliegende Erfindung betrifft thermisch verschweißte Polymerfeinfolien und die Bildung derartiger Verschweißungen mit solchen Folien.
Zur Verpackung verwendete Polymerfeinfolien sollen üblicherweise gute Gleiteigenschaften, sowohl wenn sie warm sind, so dass die Folie in befriedigender Weise auf Metalloberflächen von Verpackungsmaschinen gleitet, als auch wenn sie kalt sind, aufweisen, so dass die Verpackungen selbst auf einander gleiten. Besonders schwierige Bedingungen treten bei der Bildung von sogenannten "Schleppverschweißungen" ("drag-seals") auf, wo die zu verschweißende Folie über die Fläche einer heißen Wärmeoberfläche gezogen wird, bevor das thermische Verschweißen bewirkt wird, gegenüber Situationen, bei denen erforderlich ist, dass die Folie über andere heiße Metalloberflächen gleitet, beispielsweise in Form-Füll-Versiegelungsmaschinen.
Ein erhöhtes Gleiten kann zur Verfügung gestellt werden, indem man größere Mengen von Gleit- und/oder Antiblockmitteln verwendet. Jedoch verringert oftmals eine Erhöhung der Menge derartiger Mittel die optischen Eigenschaften der Folien, wobei verhältnismäßig große Mengen derartiger Mittel oft die Trübung der Folien erhöht. Im Falle erhöhter Mengen an anorganischen Antiblockmitteln wie Siliciumdioxid oder Zeoliten, kann das Ergebnis ein Verkratzen der Folie durch den Kontakt Folie-zu-Folie sein, das durch die Abriebwirkung des Antiblockmittels verursacht wird.
Die Folge dieser Probleme ist, dass ein Kompromiss zwischen der Verpackungsgeschwindigkeit, welche ausgeführt wird, und den optischen Eigenschaften der verwendeten Folie gemacht wird.
Ein Vorschlag, sich mit diesem Problem zu befassen, war die Verwendung von organischen Antiblockmitteln. Jedoch haben bislang vorgeschlagene organische Antiblockmittel oft verhältnismäßig niedere Erweichungstemperaturen und/oder Schmelzpunkte, was zu schlechten Gleiteigenschaften in der Wärme führt, auch wenn ihre Gleiteigenschaften bei Raumtemperatur und die Trübung sonst befriedigend sind.
Ferner sind die zum Extrudieren der zur Herstellung von Polymerfolien benutzten Polymeren angewandten Temperaturen oft ausreichend hoch, so dass bislang vorgeschlagene organische Antiblockmittel sich bei den Extrusionstemperaturen abbauen, was zum Entstehen von abgebautem Material an der Düse führt. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn man Polyamid-Antiblockmittel benutzt. Auch wurde gefunden, dass bislang vorgeschlagene Polyacrylmethacrylat- Antiblockmittel ihre Größe während der Extrusion verringern, was zu einer Verringerung ihrer Wirksamkeit als Antiblockmittel führt.
Gemäß vorliegender Erfindung wird die Anwendung eines Schleppschweißens (drag sealing) auf das thermische Schweißen einer thermisch schweißbaren Polymerfolie bereitgestellt, welche feinteiliges vernetztes Polymethylmethacrylat als Antiblockmittel umfasst.
Vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zum thermischen Schweißen einer thermisch schweißbaren Mehrschichtfolie mit einer ersten Folienoberfläche, welche mit sich selbst oder anderen Oberflächen verschweißbar ist, und einer zweiten Folienoberfläche, welche Teilchen aus einem vernetzten Polymethylmethacrylat als Antiblockmittel umfasst, zur Verfügung; das Verfahren unmfasst das Gleiten dieser zweiten Folienoberfläche über erwärmte Oberflächen zum thermischen Schweißen vor dem Bewirken des thermischen Schweißens der Folie mit sich selbst oder einer anderen Oberfläche unter Anwendung dieser erwärmten Oberflächen zum thermischen Schweißen. Die Anwendung des Schleppschweißens zum Verschweißen von Folien, welche vernetztes Polymethylmethacrylat als Antiblockmittel verwenden, führte zu einer guten Verschweißung mit hoher Gleitfähigkeit auf den Backen zum thermischen Verschweißen, insbesondere im Vergleich zu analogen Folien mit vergleichbaren Mengen an Siliciumdioxid- oder Nylon-Antiblockmitteln.
Gemäß vorliegender Erfindung verwendete Mehrschichtfolien können aus zwei oder mehreren Schichten, üblicherweise aus einem oder mehreren Polyolefinen, bestehen. Der Fachmann auf diesem Gebiet ist sich bewusst, dass die genaue Folienstruktur verhältnismäßig unwichtig ist, da sich vorliegende Erfindung mit der Außenfläche der zu verschweißenden Folien und nicht mit irgendeiner Schicht oder irgendwelchen Schichten befasst, welche unter der Außenfläche vorliegen kann bzw. können. Jedoch haben besonders bevorzugte Folien eine Kernschicht mit einer ersten und zweiten Außenschicht, wobei die erste bzw. zweite Außenschicht die erste und zweite Folienoberfläche bestimmt.
Besonders bevorzugte Folien zur Verwendung gemäß vorliegender Erfindung haben eine Kernschicht, z. B. aus einem Propylenpolymeren, insbesondere einem Propylenhomopolymeren, mit zwei Außenschichten, wobei zumindest eine der Außenschichten mit sich selbst und/oder einer anderen Oberfläche thermisch verschweißbar ist und die zweite Oberfläche bestimmt, während die andere die erste Oberfläche bestimmt und das feinteilige vernetzte Polymethylmethacrylat in ihrer Oberfläche enthält. Vorzugsweise ist auch die Polymerschicht, welche die erste Oberfläche bestimmt, mit sich selbst und/oder anderen Oberflächen thermisch verschweißbar.
Die erste, erfindungsgemäß zu verschweißende Oberfläche der Folien umfasst ein feinteiliges vernetztes Polymethylmethacrylat als Antiblockmittel. Jedoch kann auch die zweite Folienoberfläche ein feinteiliges vernetztes Polymethylmethacrylat-Antiblockmittel umfassen, beispielsweise, um der zweiten Folienoberfläche gute Gleiteigenschaften in der Wärme zu verleihen.
Das vernetzte Polymethylmethacrylat-Antiblockmittel liegt vorzugsweise in Form von Mikrokugeln vor, und die mittlere Teilchengröße des vernetzten Polymethylmethacrylats beträgt vorzugsweise 2 bis 6 um.
Die bevorzugte Menge des feinteiligen vernetzten Polymethylmethacrylats beträgt 500 bis 6.000 ppm, bevorzugter 1.000 bis 5.000 ppm, bezogen auf das Gewicht der jeweiligen Schicht oder Schichten, in denen es vorliegt.
In einer oder beiden Folienoberflächen, welche das vernetzte Polymethylmethacrylat-Antiblockmittel enthalten, können auch andere Antiblockmittel vorliegen. Jedoch können übermäßige Gesamtmengen an Antiblockmitteln die optischen Eigenschaften der Folien vermindern, beispielsweise ihren Glanz und/oder ihre Trübung. Infolgedessen wird es in der Regel bevorzugt, verhältnismäßig geringe Mengen an anderen Antiblockmitteln einzuarbeiten. Allgemein wird bevorzugt, dass, wenn Siliciumdioxid das andere Antiblockmittel ist, es in einer Menge von nicht mehr als 2.000 ppm, bezogen auf das Gewicht der Schicht, in der es zusammen mit dem feinteiligen vernetzten Polymethylacrylat vorliegt, vorhanden ist. Übermäßig große Gesamtmengen an Antiblockmitteln körnen zu einer verminderten Schweißleistung, insbesondere bei Schweißanwendungen niederen Drucks, führen.
Gemäß vorliegender Erfindung verwendete Folien können nach bekannten Verfahren, wie z. B. durch Coextrusion der jeweiligen Folienschichten, wobei man das erhaltene Coextrudat biaxial reckt, hergestellt werden.
Folgende Beispiele werden lediglich zwecks Veranschaulichungen gegeben.

BEISPIEL 1

Eine Dreischichtfolie wurde durch Coexrudieren einer Kernschicht aus einem Polypropylenhomopolymeren mit einer ersten Außenschicht aus einem Polymerblend mit einem Gehalt an einem Gemisch von Antiblockmitteln auf einer Oberfläche der Kernschicht und einer zweiten Außenschicht aus einem einzigen Copolymeren plus einem Antiblockmittel auf der anderen Oberfläche der Kernschicht hergestellt.
Das für die erste Schicht verwendete Polymerblend bestand aus einem Blend von 25 Gew.-% eines Propylen/Buten-1-Copolymeren (20 Mol.% Buten-1) und 75 Gew.-% eines Propylen/Ethylen-Copolymeren (5 Mol.% Ethylen). Die Antiblockmittel bestanden aus 5.000 ppm eines feinteiligen Polymethacrylats mit einer mittleren Teilchengröße von 4 um (EPOSTAR 1004 MA - Nagase & Co., Ltd. Japan), verwendet als Masterbatch in etwas zuvor genanntem Propylen/Ethylen- Copolymerem (AABVTT22SCH, geliefert von Schulmann Plastics NV, Belgien als 10 gew.%ige Disperspion in dem Copolymeren, wobei ein Teil des Copolymeren mit Maleinsäureanhydrid modifiziert war), 940 ppm Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 2 um vom Masterbatch und dem Rest des Propylen/Ethylen- Copolymeren, und 760 ppm Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 4 um vom Propylen-Buten-1-Copolymeren.
Die zweite Außenschicht bestand aus dem in der ersten Schicht benutzten Propylen-Ethylen-Copolymeren und enthielt 1.000 ppm Siliciumdioxid mit einer mittleren Teilchengröße von 2 um.
Die erhaltene extrudierte dreischichtige Warenbahn wurde auf einer Kühlwalze gekühlt und sodann in Extrusionsrichtung auf das 4,5Fache gereckt, indem man sie über erwärmte Walzen bei 110ºC führte, danach in Querrichtung in einem Spanntrockenofen bei 160ºC um das 10Fache gereckt. Die Folie wurde sodann thermisch verschweißt, die zweite Schicht wurde zur Erhöhung ihrer Oberflächenenergie (42 3/cm²) mit einer Coronaentladung behandelt, und die Folie wurde aufgewickelt.
Die Folie hatte eine Gesamtdicke von 18 um, wobei die aus dem Copolymerblend gebildete Außenschicht eine Dicke von 1,4 um, und die andere Außenschicht eine Dicke von 1 um aufwiesen.

BEISPIEL 2 (Vergleich)

Eine Dreischichtfolie wurde im wesentlichen wie in Beispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme hergestellt, dass das Masterbatch mit einem Gehalt an EPOSTAR 1004 MA durch 10 Gew.-% eines Masterbatch aus feinteiligem Nylon mit einer mittleren Teilchengröße von 3 um in dem gleichen Propylen-Ethylen- Copolymeren ersetzt wurde, um zu einem Polymerblend mit einem Gehalt an 5.000 ppm Nylon, bezogen auf das Gewicht des Blends, zu führen.

BEISPIEL 3 (Vergleich)

Eine Dreischichtfolie wurde im wesentlichen wie im Beispiel 1 beschrieben mit der Ausnahme hergestellt, dass das zur Zugabe von EPOSTAR 1004 MA verwendete Masterbatch durch ein äquivalentes Gewicht des Propylen/Ethylen- Copolymeren ersetzt wurde.

Testverfahren für die Gleitfähigkeit in der Wärme

Die zur Ermittlung der dynamischen Gleitfähigkeitseigenschaften von Folienproben bei verschiedenen Temperaturen, wodurch eine Angabe ihrer Leistung bei der Bildung von Schleppverschweißungen erhalten wird, benutzte Vorrichtung umfasste annähernd 50 cm langes und 20 cm langes breites, flaches horizontales Metallbett und ein Folientransportsystem, das aus einem durch ein Motor angetriebenen Paar von Gummiwalzen bestand, so dass die zu testende Folie über das Metallbett gezogen werden konnte.
Ein elektrisch erwärmbarer Metallschlitten mit einer Länge von 8,9 cm und einer Breite von 6,35 cm sowie einem Gewicht von 936 g wurde über einen Kraftaufnehmer so mit dem flachen Bett verbunden, dass er sich beim Gebrauch, wobei der Schlitten auf der zu testenden Folie angeordnet war, annähernd den halben Weg über die Breite des flachen Betts befand, während die Länge des Schlittens im wesentlichen parallel zur längeren Abmessung des Bettes verlief. Die Befestigung des Kraftaufnehmers an dem flachen Bett war auch derart, dass der Transport der Folie über das Flachbett durch das Folientransportsystem bewirkte, dass die Folie den Schlitten mit sich schleppte, wodurch eine Leistungsabgabe geliefert wird, die auf die zur Bewegung der Folie bezüglich des Schlittens erforderliche Reibungskraft schließen lässt.
Die Leistungsabgabe des Kraftaufnehmers war mit einem Schreiber verbunden, um eine zeitlich verschiedene Aufzeichnung zu liefern, die auf die Reibungskraft zwischen dem Schlitten und der Folie schließen lässt, wenn der Film durch das Folientransportsystem durch die Vorrichtung gezogen wurde. Die Temperatur des Schlittens wurde durch einen Heißleiter überwacht, der mit einer Sichtanzeige verbunden war.
Eine 18 cm breite und etwa 5 m lange Probe der zu testenden Folie wurde in die Vorrichtung über das flache Bett und zwischen die Walzen des Filmtransportsystems gebracht. Beim Testen der Folien der Beispiele 1 bis 3 wurden die Folienproben mit der aus dem Polymerblend gebildeten Schicht nach oben gelegt, und der Schlitten, der mit dem flachen Bett über den Kraftaufnehmer verbunden war, wurde auf die Folienprobe gelegt.
Die Geschwindigkeit des Motors des Filmtransportsystems wurde so eingestellt, dass die 5 m lange Folienprobe über das flache Bett in annähernd 3 Minuten gezogen wurde, und die elektrische Heizvorrichtung in dem Schütten wurde so eingeschaltet, dass die Temperatur des Schlittens von Raumtemperatur auf 140ºC in einer etwas geringeren Zeit anstieg, als es zum Schleppen der Probe unter dem Schlitten erforderlich war. Auch wurde der Schreiber eingeschaltet.
Das durch den Schreiber aufgezeichnete Diagramm wurde sodann markiert, um zu zeigen, wann der Schlitten bestimmte Temperaturen erreicht hatte.
Die Gleitfähigkeit zwischen dem erwärmten Schlitten und der sich bewegenden Folie wurde sodann bei verschiedenen Temperaturen aus der Leistungsabgabe des Kraftaufnehmers, wie auf dem Diagramm gezeigt, berechnet. Die in diesem Test mit den Beispielen 1 bis 3 erhaltenen Ergebnisse sind in der beiliegenden Zeichnung gezeigt, welche grafisch Veränderungen der Gleitfähigkeit (der reziproke Reibungskoeffizient) als Funktion von Veränderungen der Temperatur des Schlittens darstellt. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass die Folie des Beispiels 1, welche ein feinteiliges vernetztes Polymethylmethacrylat und Siliciumdioxid als Antiblockmittel umfasste, gegenüber der Metalloberfläche des Schlittens eine besonders hohe Gleitfähigkeit zeigt, im Vergleich zu den Vergleichsfolien der Beispiele 2 und 3, welche als Antiblockmittel Nylon plus Siliciumdioxid bzw. Siliciumdioxid allein enthielten. Diese Verbesserung war insbesondere bei den Temperaturen ausgeprägt, welche zum thermischen Schweißen von thermisch schweißbaren Polymerfilmen angewandt werden, beispielsweise bei Temperaturen oberhalb 80ºC, insbesondere bei Temperaturen oberhalb 100ºC.

Claims

1. Verfahren zum thermischen Schweißen einer thermisch schweißbaren Mehrschichtfolie mit einer ersten Folienoberfläche, die mit sich selbst oder anderen Oberflächen thermisch schweißbar ist, und einer zweiten Folienoberfläche, welche Teilchen eines vernetzten Polymethylmethacrylats als Antiblockmittel umfasst, wobei das Verfahren das Gleiten der zweiten Folienoberfläche über eine erwärmte, thermisch verschweißende Oberfläche umfasst, bevor das thermische Verschweißen der Folie mit sich selbst oder einer anderen Oberfläche unter Anwendung dieser erwärmten, thermisch verschweißenden Oberfläche bewirkt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem die erste Folienoberfläche auch Teilchen eines vernetzten Polymethylmethacrylats als Antiblockmittel umfasst.

3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mehrschichtfolie eine polymere Kernschicht mit einer ersten Außenschicht hierauf, welche die erste Folienoberfläche bestimmt, und einer zweiten Außenschicht hierauf, welche die zweite Folienoberfläche bestimmt, umfasst.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das vernetzte Polymethylmethacrylat in einer Menge von 500 bis 6.000 ppm, bezogen auf das Gewicht der Schicht oder Schichten, in denen es vorliegt, vorhanden ist.

5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das vernetzte Polymethylmethacrylat eine mittlere Teilchengröße von 2 bis 6 um aufweist.

6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Oberfläche Teilchen eines weiteren Antiblockmittels umfasst, wobei das vernetzte Polymethylmethacrylat in der ersten Folienoberfläche in einer Menge vorliegt, die ausreicht, um das Schleppen der Folie auf den erwärmten, thermisch verschweißenden Oberflächen zu verringern.

7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erwärmten thermisch schweißenden Oberflächen auf einer Temperatur von mindestens 80ºC sind.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem die Temperatur mindestens 100ºC beträgt.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem die Temperatur mindestens 120ºC beträgt.

10. Anwendung des Schleppschweißens zum thermischen Verschweißen einer thermisch schweißbaren Polymerfolie, welche feinteiliges vernetztes Polymethylmethacrylat als Antiblockmittel enthält.