DE69722844T2

DE69722844T2 - Heisssiegelbare Folie

Info

Publication number: DE69722844T2
Application number: DE69722844T
Authority: DE
Inventors: Scott W. Lambert; Kimberly Ann Mudar
Original assignee: Cryovac LLC
Current assignee: Cryovac LLC
Priority date: 1996-04-12
Filing date: 1997-04-11
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2017-04-12
Also published as: JP3081556B2; JPH1029283A; US6106935A; EP0801096A1; AU1779097A; BR9701789A; EP0801096B1; CA2202437A1; ATE243233T1; NZ314583A; DE69722844D1; MX9702625A; CA2202437C; AU735827B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine heißsiegelbare Folie, die zum Verpacken vieler unterschiedlicher Waren verwendet werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue und brauchbare Folie. Folien und insbesondere wärmeschrumpfbare Folien sind für viele Verpackungsanwendungen wohl bekannt.
Ein Beispiel ist die Folie BDF-2050, die kommerziell von W. R. Grace erhältlich ist. Diese Folie hat sich als sehr brauchbar in Verpackungsanwendungen erwiesen, in denen hohe Schrumpfung, gute optische Eigenschaften, Sauerstoffbarrierewirkung und andere erwünschte Merkmale der Verpackungsfolie benötigt werden. Folie dieses Typs ist z. B. in der US-A-5 004 647 von Shah offenbart.
Ein weiteres Beispiel ist eine Folie, LID 1050, die in Deckelanwendungen brauchbar ist. Folie dieses Typs ist z. B. in EP-A-0 692 374 offenbart.
Es wäre erwünscht, Folien, insbesondere wärmeschrumpfbare Materialien, wie BDF-2050, in Endanwendungen einzusetzen, die sehr gute Heißsiegelbarkeit erfordern. In Anwendungen, bei denen ein geschäumtes Polystroltablett mit einem Nahrungsmittelprodukt beladen und dann umwickelt wird, wird beispielsweise oft Impulssiegelung eingesetzt. Geräte wie Ilapak-, Ossid- und Rose Forgrove-Systeme werden in solchen Anwendungen verwendet. Einige dieser Systeme laufen mit hoher Geschwindigkeit und produzieren Packungen mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 ppm (Teile oder Packungen pro Minute). Diese Verwendung erfordert eine Folie mit guten Heißsiegelungseigenschaften, insbesondere Heißklebfestigkeit. Da Heißklebfestigkeit mit der Fließfähigkeit des Folienmaterials unter Wärme und Druck und insbesonde re der Fließfähigkeit der Siegelschicht der Folie verknüpft ist, ist es wichtig, dass die Folie unter Siegelbedingungen fließt und rasch miteinander verschmilzt, so dass verlässliche Heißsiegelungen konsistent mit relativ hohen Geschwindigkeiten gefertigt werden können.
Für die Deckelbildung auf Schaumtabletts ist Zähigkeit erforderlich, die durch einen niedrigen Prozentsatz von Gebrauchsversagen (Schnitten) gemessen wird. Bei Verwendungen, in denen ein mit Polyester oder Aluminium beschichtetes Tablett mit einem Nahrungsmittelprodukt beladen und dann mit einer Folie umwickelt wird, können während Verpackung und Vertrieb Schnitte in den Tabletträndern vorkommen. Impulssiegelung wird auch für diesen Typ von Umwicklung verwendet. In dieser Endanwendung wird somit eine Kombination aus guter Siegelung und Zähigkeit benötigt.
Die EP-A-0 744 285 beschreibt wärmeschrumpfbare Folien mit einem Sauerstoffbarrierekern, der aus Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer gebildet ist, mit zwei Auflenschichten, die aus einer Mischung aus einem ersten Polymer, das lineares Polyethylen mittlerer Dichte sein kann, und einem zweiten Polymer gebildet sind, das ein heterogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte unter 0,915 g/ml ist. Die Folie kann dazwischen befindliche Schichten aus modifiziertem Polyolefin aufweisen.
EP-A-0 800 915 (zum hiesigen Einreichungsdatum nicht veröffentlicht) beschreibt thermoformbare Folien, die eine Kernschicht aus Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer aufweisen, die sandwichartig zwischen Nylonschichten liegt. Eine Siegel- (Auflen)-Schicht kann lineares Polyethylen niedriger Dichte mit einer Dichte von etwa 0,95 g/ml enthalten, das gegebenenfalls mit anderen Polymeren gemischt ist, wie PE mit niedriger Dichte.
Eine neue erfindungsgemäße Mehrschichtfolie enthält:

a) eine Kernschicht, die Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer enthält;
b) zwei Außenschichten, die jeweils eine Mischung von
i) einem ersten Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus linearem Polyethylen mittlerer Dichte, Polyethylen-Copolymer hoher Dichte, Polypropylen und Propylen/Ethylen und
ii) einem zweiten Polymer enthalten, das ein heterogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von weniger als 0,915 g/ml enthält, und
c) zwei Zwischenschichten, die jeweils zwischen der Kernschicht und der jeweiligen Außenschicht angeordnet sind, und die je ein Polyamid enthalten; wobei die Folie bei einer Temperatur von mindestens 82°C (180°F) heißsiegelt.

DEFINITIONEN
Der Begriff "Kernschicht" bezieht sich hier auf die innerste Schicht einer Mehrschichtfolie.
Der Begriff "Außenschicht" bezieht sich hier auf etwas, das in der Regel eine am weitesten außen liegende, üblicherweise eine Oberflächenschicht einer Mehrschichtfolie ist, obwohl daran zusätzliche Schichten und/oder Folien geklebt sein können.
Der Begriff "Zwischen" bezieht sich hier auf eine Schicht einer Mehrschichtfolie, die sich zwischen einer Außenschicht und einer Kernschicht der Folie befindet.
Die Formulierung "Ethylen/α-Olefin-Copolymer" (EAO) bezieht sich hier auf solche heterogenen Materialien wie lineares Polyethylen mittlerer Dichte (LMDPE), lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) und Polyethylen sehr niedriger und ultraniedriger Dichte (VLDPE und ULDPE) sowie homogene Polymere (HEAO), wie TAFMER(TM) Ethylen/α-Olefin-Copolymere, erhältlich von Mitsui Petrochemical Corporation, und Metallocen-katalysierte Polymere, wie EXACT(TM)-Materialien, erhältlich von Exxon. Diese Materialien schließen im Allgemeinen Copolymere von Ethylen mit einem oder mehreren Comonomeren ausgewählt aus C₄- bis C₁₀-α-Olefinen ein, wie Buten-1 (d. h. 1-Buten), Hexen-1, Octen-1, usw., wobei die Moleküle der Copolymere lange Ketten mit relativ wenigen Seitenkettenverzweigungen oder vernetzten Strukturen enthalten. Diese Molekülstruktur steht im Gegensatz zu konventionellen Polyethylenen niedriger oder mittlerer Dichte, die höher verzweigt als ihre jeweiligen Gegenstücke sind. Andere Ethylen/α-Olefin-Copolymere, wie die langkettigen verzweigten homogenen Ethylen/α-Olefin-Copolymere, die von Dow Chemical Company erhältlich und als AFFINI-TY(TM)-Harze bekannt sind, sind als weiterer Typ erfindungsgemäß brauchbares Ethylen/α-Olefin-Copolymer auch eingeschlossen.
"Polyethylen mit hoher Dichte" (HDPE) hat wie hier definiert eine Dichte von 0,94 Gramm pro Kubikzentimeter oder mehr, "lineares Polyethylen mittlerer Dichte" (LMDPE) hat wie hier verwendet eine Dichte von 0,925 Gramm pro Kubikzentimeter bis 0,939 Gramm pro Kubikzentimeter, "lineares Polyethylen niedriger Dichte" (LLDPE) hat wie hier verwendet eine Dichte im Bereich von 0,916 bis 0,924 Gramm pro Kubikzentimeter, und "Polyethylen sehr niedriger Dichte" hat eine Dichte von weniger als 0,916 Gramm pro Kubikzentimeter.
"Wärmeschrumpfbar" ist hier definiert als eine Eigenschaft eines Materials, das, wenn es auf eine geeignete Temperatur oberhalb Raumtemperatur (beispielsweise 96°C) erhitzt wird, eine freie Schrumpfung von 5% oder größer in mindestens einer linearen Richtung aufweist. Erfindungsgemäße Folien haben in mindestens einer linearen Richtung bei 96°C eine freie Schrumpfung von vorzugsweise mindestens 10%.
"Polymer" schließt hier Copolymere, Terpolymere, usw. ein. "Copolymer" schließt hier Bispolymere, Terpolymere, usw. ein.
Alle hier verwendeten Prozentsätze von Zusammensetzungen sind hier auf "Gewichtsbasis" berechnet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 bis 6 sind schematische Querschnittansichten erfindungsgemäßer Folien.
7 ist eine Schemazeichnung eines umwickelten Tabletts.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Das erste Polymer kann einen kristallinen Schmelzpunkt von mindestens 127°C (260°F) und eine Dichte von mindestens 0,925 g/cm³ aufweisen.
Das erste Polymer ist vorzugsweise Ethylenpolymer mit einer Dichte von mindestens 0,925 g/cm³, Polypropylen und/oder Propylen/Ethylen-Copolymer. Mischungen dieser Materialien können verwendet werden. Das Ethylenpolymer ist vorzugsweise ein Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einem C₄- bis C₁₀-Comonomer, insbesondere lineares Polyethylen mittlerer Dichte. Ethylenpolymere mit einer Dichte von mindestens 0,926 g/cm³, wie 0,927, 0,928, 0,929 und 0,930 g/cm³, sind eingeschlossen. Bevorzugt sind Materialien mit einer Dichte von mindestens 0,931 g/cm³, wie 0,935 g/cm³.
Das zweite Polymer ist vorzugsweise ein Ethylen/α-Olefin mit einem C₄- bis C₁₀-Comonomer, wie Polyethylen sehr niedriger Dichte. Single-Site-katalysiertes Polymer, wie Metallocen-katalysiertes Polymer, kann verwendet werden. Bevorzugte Dichten für das zweite Polymer sind weniger als 0,914, 0,913, 0,912 und 0,911 g/cm³. Dichten unter 0,910, wie weniger als 0,905, 0,904, 0,903, 0,902, 0,901 und 0,900 g/cm³, sind eingeschlossen, wie weniger als 0,890 und 0,880 g/cm³.
Ein optionales drittes Polymer, das mit den ersten und zweiten Polymeren verwendet werden kann, enthält Ethylen/ungesättigter Ester, vorzugsweise Ethylen/Vinylester-Copolymer, wie Ethylen/Vinylacetat-Copolymer oder Ethylen/Alkylacrylat-Copolymer, wie Ethylen/Butylacrylat-Copolymer, oder ein Ethylenpolymer mit einer Dichte von 0,916 bis 0,924 g/cm³, wie lineares Polyethylen niedriger Dichte.
In 1, die eine Querschnittansicht einer zweischichtigen Referenzfolie 10 ist, ist zu sehen, dass diese eine Kernschicht 14 und eine Außenschicht 12 aufweist. Kernschicht 14 enthält ein Sauerstoffbarrierepolymermaterial, wie Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer, Vinylidenchlorid-Copolymer, Polyester und Polyamid.
Außenschicht 12 enthält beliebige der oben für die Monoschichtfolie beschriebenen Materialien.
2 beschreibt eine dreischichtige Referenzfolie 10, wobei Schichten 14 und 12 in der Zusammensetzung denjenigen von 1 entsprechen. Außenschicht 16, die auf der Schicht 12 gegenüberliegenden Seite von Kernschicht 14 angeordnet ist, kann jedes der Materialien enthalten, die für Schicht 12 offenbart sind.
3 illustriert eine Referenzfolie 10, die eine Kernschicht 24, die in der Zusammensetzung Kernschicht 14 aus 2 entspricht; zwei Schichten 22 und 26, die in der Zusammensetzung Schichten 12 beziehungsweise 16 entsprechen, und eine vierte Schicht 20 enthält. Schicht 20 kann für eine zusätzliche Schicht stehen, z. B. eine gebrauchsfeste oder heißsiegelbare Schicht, die aus einem beliebigen Polymer hergestellt ist, wie einem Polyolefin, Polyamid oder Polyester; oder kann eine auf Schicht 22 laminierte diskrete Folie wiedergeben.
4 zeigt eine Folie 10, die eine Kernschicht 34 enthält. Zwei Zwischenschichten 32 und 36 enthalten vorzugsweise ein Polyolefin, anhydridmodifiziertes Polyolefin oder Polyamid. Diese Schichten können polymere Klebstoffe einschließen, wie anhydridgepfropfte Polymere, z. B. anhydridgepfropftes LLDPE; Ethylen/α-Olefine, wie LLDPE, oder sogar konventionelle Klebstoffe, wie Polyurethan. Schichten 32 und 36 können auch Ethylen/ungesättigter Ester-Copolymer einschließen, wie Ethylen/Vinylester-Copolymer, z. B. Ethylen/Vinylacetat-Copolymer oder Ethylen/Alkylacrylat-Copolymer, z. B. Ethylen/Ethylacrylat-Copolymer, Ethylen/Methylacrylat-Copolymer oder Ethylen/Butylacrylat-Copolymer; oder Ethylen/Säure-Copolymer, wie Ethylen/Acrylsäure-Copolymer oder Ethylen/Methacrylsäure-Copolymer. Zwei Außenschichten 30 und 38 sind vorzugsweise Oberflächenschichten.
5 zeigt eine sechsschichtige Ausführungsform 10, in der Schichten 40, 42, 44, 46 und 48 in der Zusammensetzung den Schichten 30, 32, 34, 36 beziehungsweise 38 entsprechen. Schicht 50 entspricht in der Zusammensetzung Schicht 20.
6 zeigt eine siebenschichtige Ausführungsform, in der Schichten 60, 62, 64, 66 und 68 in der Zusammensetzung Schichten 30, 32, 34, 36 beziehungsweise 38 entsprechen. Zwischenschichten 70 und 72 enthalten ein Polymer, insbesondere ein Polyamid, einschließlich Copolyamiden und Mischungen von Polyamiden.
7 zeigt eine Packung 80, bei der ein geschäumtes Tablett 82 ein Nahrungsmittelprodukt (nicht gezeigt) enthält. Das Tablett ist mit Folie 84 umwickelt, und Folie wird an Impulssiegelungen 86a und 86b und in der Regel einer Bodensiegelung (nicht gezeigt) gesiegelt.
Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die nachfolgend gegebenen Beispiele näher erläutert. Diese Folien können durch eine konventionelle Gießcoextrusion, Extrusionsbeschichtung, Extrusionslaminierung, konventionelle Laminierung oder ein an deres geeignetes Verfahren hergestellt werden. Gewünschtenfalls können diese Folien durch elektronische oder chemische Mittel partiell oder vollständig vernetzt werden. Falls es für eine gegebene Endanwendung gewünscht ist, können diese Folien durch ein gefangenes Blasen-, Spannrahmen- oder ein anderes geeignetes Verfahren orientiert werden. Sie können nachfolgend gegebenenfalls wärmeschrumpfbar und gegebenenfalls getempert sein. Die Endfoliendicke kann in Abhängigkeit von Verfahren, Endanwendung, usw. variieren. Typische Dicken liegen im Bereich von 2,5 bis 500 μm (0,1 bis 20 mil), vorzugsweise 5 bis 250 μm (0,2 bis 10 mil), wie 7,5 bis 150 μm (0,3 bis 6 mil), 10 bis 100 μm (0,4 bis 4 mil), 12,5 bis 75 μm (0,5 bis 3 mil), wie 12, 5 bis 50 μm (0,5 bis 2 mil) oder 12, 5 bis 37,5 μm (0,5 bis 1,5 mil).
Vernetzen durch Bestrahlung kann durch jedes beliebige konventionelle Mittel erfolgen. Bei dem Bestrahlungsverfahren wird die Folie einer Behandlung mit energiereicher Strahlung unterzogen, wie Korona-Entladung, Plasma-, Flammen-, Ultraviolett-, Röntgen-, γ-Strahlen-, β-Strahlen- und Hochenergieelektronenbehandlung, die Vernetzung zwischen Molekülen des bestrahlten Materials induziert. Die Bestrahlung polymerer Folien ist in der US-A-4 064 296 von Bornstein et al. offenbart, auf die hier vollständig Bezug genommen wird. Bornstein et al. offenbaren die Verwendung ionisierender Strahlung zum Vernetzen des in der Folie vorhandenen Polymers. Strahlungsdosen werden hier in der Strahlungseinheit "RAD", wobei eine Million Rad, auch als Megarad bekannt, als "MR" bezeichnet werden, oder in der Strahlungseinheit kiloGray (kGy) angegeben, wobei 10 kiloGray 1 MR wiedergeben, wie Fachleuten bekannt ist. Eine geeignete Strahlungsdosis von Hochenergieelektronen liegt im Bereich von bis zu etwa 10 bis 200 kGy, insbesondere etwa 20 bis 180 kGy und bevorzugter 30 bis 160 kGy, wie 45 bis 75 kGy. Vorzugsweise wird die Bestrahlung mit einem Elektronenbeschleuniger durchgeführt, und das Dosisniveau wird durch Stan darddosimetrieverfahren ermittelt. Andere Beschleuniger, wie ein Van der Graff- oder Resonanztransformator, können verwendet werden. Die Strahlung ist nicht auf Elektronen aus einem Beschleuniger begrenzt, da jede ionisierende Strahlung verwendet werden kann. Die ionisierende Strahlung vernetzt die Polymere in der Folie. Die besonders bevorzugte Strahlungsmenge hängt von der Folie und ihrer Endanwendung ab.
Tabelle 1 identifiziert die in den Beispielen verwendeten Materialien. Die restlichen Tabellen beschreiben die Struktur und Eigenschaften von aus diesen Materialien hergestellten Folien. Die Eigenschaften der Folien sind ferner in den Fußnoten zu Tabelle 1 erklärt.
Tabelle 1
Zwei erfindungsgemäße Folien, Beispiele 1 und 2, und zwei entsprechende Kontrollfolien (C1 und C2) wurden hergestellt, die jeweils die folgende Struktur hatten:
A/B/C/D/C/B/A
C.1 hatte die Struktur:
Beispiel 1 hatte die Struktur:
C.1 und Beispiel 1 hatten die Schichtdickenverhältnisse:
3/1/1/1/1/1/3.
Diese Folien wurden mit 3,8 × 3,8 in Maschinen- beziehungsweise Querrichtung orientiert. Beide Folien wurden bestrahlt. In die Außenseitenschichten jeder Folie wurden eine geringe Menge Antiblocking- und Antibeschlagadditive eingeschlossen.
Die Leistungsdaten, die Beispiel 1 und Kontrolle 1 vergleichen, sind in Tabelle 2 wiedergegeben.
Tabelle 2
C.2 hatte die Struktur:
C.2 hatte die Schichtdickenverhältnisse:
3/1/1/1/1/1/3.
Beispiel 2 hatte die Struktur:
Beispiel 2 hatten die Schichtdickenverhältnisse:
2/2/1/1/1/2/2.
Kontrolle 2 und Beispiel 2 wurden mit 3,4 × 3,4 in Maschinen- beziehungsweise Querrichtung orientiert. Beide Folien waren bestrahlt. Eine geringe Menge Antiblocking- und Antibeschlagadditive wurden in die Außenseitenschichten jeder Folie eingeschlossen. Leistungsdaten, die Beispiel 2 und Kontrolle 2 vergleichen, sind in Tabelle 3 wiedergegeben.
Tabelle 3
Die Daten für das Gebrauchsversagen in Tabelle 3 werden in Tabelle 4 weiter beschrieben.
Tabelle 4
Die erfindungsgemäße Folie kann jede geeignete Anzahl von Schichten aufweisen, z. B. kann sie 5, 6, 7, 8, 9 oder mehr Schichten haben. Folien können symmetrisch oder asymmetrisch aufgebaut sein.
Erfindungsgemäße Folien können unterschiedliche Materialien für die Außenschichten oder für die Zwischenschichten verwenden, so dass sich z. B. zwei "A"-, "B"- oder "C"-Schichten voneinander in Zusammensetzung, Vernetzungsgrad, Dicke oder anderen Parametern unterscheiden können.
Es sind Verbesserungen in mehreren Folienparametern ersichtlich, die erfindungsgemäß erhalten werden können.
In Tabelle 1 führte C.1 zu 78% Leckagen bei 70 ppm, während Beispiel 1 bei derselben Verpackungsgeschwindigkeit nur 15% Leckagen aufwies.
Im Vergleich mit C.2 zeigte Beispiel 2 weniger Leckagen (0% im Vergleich zu 7%), verbesserte Gebrauchsfestigkeit (4 Schnitte im Vergleich zu 11% Schnitten) und höhere Heißklebspitzenkraft (5,8 im Vergleich zu 4,3 N).

Claims

Mehrschichtfolie, die a) eine Kernschicht, die Ethylen/Vinylalkohol-Copolymer enthält, b) zwei Außenschichten, die jeweils eine Mischung von i) einem ersten Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus linearem Polyethylen mittlerer Dichte, Polyethylen-Copolymer hoher Dichte, Polypropylen und Propylen/Ethylen und ii) einem zweiten Polymer enthält, das ein heterogenes Ethylen/α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte von weniger als 0,915 g/ml enthält, und c) zwei Zwischenschichten enthält, die jeweils zwischen der Kernschicht und der jeweiligen Außenschicht angeordnet sind, und die je ein Polyamid enthalten, wobei die Folie bei einer Temperatur von mindestens 82°C (180°F) heißsiegelt.
Folie nach Anspruch 1, die vernetzt ist.
Folie nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, die eine Dicke von 10 bis 50 μm (0,4 bis 2,0 mil) aufweist.
Folie nach Anspruch 1, die bei einer 25 mm (1 Zoll) breiten Probe eine Heißklebekraft von mindestens 2 N besitzt.
Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das zweite Polymer Polyethylen sehr geringer Dichte ist.
Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mindestens eine Außenschicht ein drittes Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ethylenpolymer mit einer Dichte von 0,916 bis 0,924 g/ml und Ethylen/ungesättigter Ester-Copolymer enthält.
Folie nach Anspruch 6, bei der das dritte Polymer ein Ethylenpolymer ist, das ein lineares Polyethylen geringer Dichte ist.
Folie nach Anspruch 6, bei der das dritte Polymer ein Ethylen/ungesättigter Ester-Copolymer ist, wobei der Ester Vinylacetat oder Alkylacrylat ist.
Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die orientiert wurde.
Folie nach Anspruch 9, die wärmeschrumpfbar ist.
Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die ferner eine Klebeschicht enthält, die zwischen jeder Zwischenschicht und der jeweiligen Außenschicht angeordnet ist.
Verfahren zum Verpacken, bei dem eine Folie gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bei einer Temperatur von mindestens 82°C heißversiegelt wird, um eine Paket zu verschließen und den Inhalt darin zu versiegeln.
Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Folie über die Wände eines Tabletts versiegelt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, bei dem Folie auf den heißversiegelten Paketen erhitzt wird, um sie zu schrumpfen.