DE69916467T2

DE69916467T2 - Biorientierte polyethylenfolie mit hoher wasserdampfdurchlassrate

Info

Publication number: DE69916467T2
Application number: DE1999616467
Authority: DE
Inventors: Joachim Hans PIP; Rogers Rhonda AGENT
Original assignee: ExxonMobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2019-05-01
Also published as: AR016478A1; EP1112163A1; AU752568B2; ES2219009T3; CA2333196A1; US6540949B2; EP1112163B1; WO1999059796A1; US20010017431A1; JP2002515363A; AU3573999A; BR9910507A; DE69916467D1; CA2333196C; EP1112163A4; TW455534B

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung von Polymerfolien. Die Erfindung betrifft speziell Verfahren zur Herstellung biorientierter Polyethylenfolien mit hoher Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR).
Bei der Herstellung einer Folie aus körnigem oder pelletiertem Polymerharz wird das Polymer zuerst extrudiert, um einen Strom aus Polymerschmelze zu liefern, und dann wird das extrudierte Polymer dem Folienherstellungsverfahren unterzogen. Folienherstellung beinhaltet in der Regel eine Anzahl diskreter Verfahrensstufen einschließlich Folienbildung, Abschrecken und Aufwickeln. Für eine allgemeine Beschreibung dieser und anderer Verfahren, die zur Folienherstellung gehören, siehe K. R. Osborn und W. A. Jenkins, Plastic Films: Technology and Packaging Applications, Technomic Publishing Co., Inc., Lancaster, Pennsylvania (1992).
Ein optionaler Teil des Folienherstellungsverfahrens ist ein Verfahrensschritt, der als "Orientierung" bekannt ist. Die "Orientierung" eines Polymers bezieht sich auf seine molekulare Organisation, d. h. die Orientierung der Moleküle relativ zueinander. In ähnlicher Weise ist das Verfahren der "Orientierung" das Verfahren, nach dem die polymeren Anordnungen in der Folie ausgerichtet werden (orientiert werden). Das Orientierungsverfahren wird verwendet, um Folien erwünschte Eigenschaften zu verleihen, einschließlich des Zähermachens von Gießfolien (höhere Zugeigenschaften). In Abhängigkeit davon, ob die Folie durch Gießen als Flachfolie oder durch Blasen als Schlauchfolie hergestellt wird, erfordert das Orientierungsverfahren wesentlich unterschiedliche Verfahrensschritte. Dies hängt mit den unterschiedlichen physikalischen Charakteristika zusammen, die Folien besitzen, die nach den beiden konventionellen Folienherstellungsverfahren hergestellt sind: Gießen und Blasen. Blasfolien neigen im Allgemeinen dazu, größere Steifheit, Zähigkeit und höhere Barriereeigenschaften zu haben. Im Unterschied dazu haben Gießfolien üblicherweise die Vorteile größerer Folienklarheit und der Einheitlichkeit von Dicke und Flachheit, ermöglichen im Allgemeinen die Verwendung eines weiteren Bereichs von Polymeren und erzeugen höherwertige Folie.
Orientierung wird bewirkt, indem ein Polymer auf eine Temperatur auf oder oberhalb seiner Glasübergangstemperatur (T_g), aber unter seinem kristallinen Schmelzpunkt (T_m) erhitzt wird und anschließend die Folie rasch gereckt bzw. gestreckt wird. Nach Abkühlen konkurriert die molekulare Ausrichtung, die durch das Recken verliehen wird, vorteilhaft mit der Kristallisation, und die gezogenen Polymermoleküle verdichten sich zu einem kristallinen Netzwerk mit kristallinen Domänen (Kristalliten), die in Richtung der Zugkraft ausgerichtet sind. Als allgemeine Regel ist der Orientierungsgrad proportional zu der Reckintensität und umgekehrt proportional zu der Temperatur, bei der das Recken durchgeführt wird. Falls beispielsweise ein Basismaterial auf das Doppelte seiner ursprünglichen Länge (2 : 1) bei einer höheren Temperatur gereckt wird, neigt die Orientierung in der resultierenden Folie dazu, geringer als diejenige in einer anderen mit 2 : 1, jedoch bei niedrigerer Temperatur gereckten Folie zu sein. Höhere Orientierung korreliert im Allgemeinen zudem auch mit höherem Modul, d. h. messbar höherer Steifheit und Festigkeit. Zudem korreliert als allgemeine Regel höhere Orientierung mit höheren WVTR-Werten für Folien.
Früher waren hohe WVTR-Werte kommerziell unerwünscht, da in Schutzanwendungen Wasserdampfbarrieren bevorzugt sind. Fo lienherstellungsverfahren streben in der Regel die Begrenzung der WVTR an, und hohe WVTR-Werte werden als nachteilig angesehen.
WO-A-99/16617 beschreibt eine mehrschichtige Folie aus Polyethylen hoher Dichte mit hoher biaxialer Orientierung. Die Folie schließt ein HDPE-Substrat, mindestens eine Außenschicht aus Propylencopolymer und mindestens eine Schicht aus Adhäsionspromotormaterial ein, die zwischen der Außenschicht und dem HDPE angeordnet ist, um dadurch die Adhäsion effizient zu vermitteln.
WO-A-98/14491 beschreibt eine Folie aus Polyethylen (HDPE) hoher Dichte mit hoher biaxialer Orientierung. Die Folie schließt HDPE mit einer Dichte von mindestens 0,940 und einem Schmelzindex von 0,5 bis 10 ein. Die Folie wird in der Maschinenrichtung (Längsrichtung) mit einem Grad von 5 : 1 bis 8 : 1 und in der Querrichtung (Lateralrichtung) in einem Grad von 6 : 1 bis 15 : 1, vorzugsweise 9 : 1 bis 13 : 1 gereckt. Die offenbarte Folie hat eine unausgewogene Orientierung mit einem höheren Grad an Querorientierung als Maschinenrichtungsorientierung. Es können Außenschichten wie Heißsiegelschichten vorhanden sein.
Es ist daher unter anderem ein Ziel der Erfindung, biorientierte Polyethylenfolien mit hohen WVTR-Werten zu produzieren, indem ein wirtschaftliches und relativ unkompliziertes Verfahren zur Herstellung von Polyethylenfolien zur Verfügung gestellt wird, das den Folien hervorragende Charakteristika verleiht, ohne dass chemische Additive erforderlich sind, wie Vernetzungsmittel, und ohne dass zusätzliche Verarbeitungsstufen erforderlich sind, wie Bestrahlung der Folie.
Es ist nun gefunden worden, dass diese und andere Ziele durch die vorliegende Erfindung erreicht werden können, die Verfahren zur Herstellung von Polyethylenfolien mit hohen Wasserdampfdurchlässigkeiten liefert.
Die Verfahren liefern Gießen und nachfolgendes biaxiales Orientieren einer Polyethylenfolie, um eine Folie mit einer gewünschten WVTR zu erhalten. Die Polyethylenfolie umfasst eine Basisschicht, die Polyethylen umfasst, und ein Kavitationsbildungsmittel, und mindestens eine Schicht eines WVTR steuernden Materials, das coextensiv an einer Seite der Basisschicht haftet. Die Polyethylenlage ist biaxial orientiert, wodurch eine biorientierte Polyethylenfolie mit der gewünschten WVTR geliefert wird und wodurch die Basisschicht eine poröse Mikrostruktur und eine WVTR hat, die wesentlich höher als die gewünschte WVTR ist.
Das Polyethylen der Basisschicht ist Polyethylen mittlerer Dichte (MDPE) oder Polyethylen hoher Dichte (HDPE). Es ist zudem bevorzugt, dass das Polyethylen in der Basisschicht in einer ausreichenden Menge bereitgestellt wird, um eine Basisschicht in der Folie mit einer Dicke von 21,6 (0,85 mil (Stärke 85)) bis 27,9 μm (1,10 mil (Stärke 110)) zu ergeben.
Das WVTR steuernde Material ist zudem ein MDPE oder HDPE. Das WVTR steuernde Material hat eine Dichte, die nicht höher als diejenige des Polyethylens in der Basisschicht ist. Es ist zudem bevorzugt, dass das WVTR steuernde Material in einer ausreichenden Menge bereitgestellt wird, um eine WVTR steuernde Schicht in der Folie mit einer Dicke von 0,76 μm (0,03 mil (Stärke 3)) bis 3,8 μm (0,15 mil (Stärke 15)) zu ergeben.
Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren liefert die Herstellung einer Folie aus einer Polyethylenfolie mit einer Dreischichtenstruktur. Insbesondere wird eine Folie mit ersten und zweiten Schichten aus WVTR steuerndem Material, das coextensiv an ersten und zweiten Seiten der Basisschicht haftet, zum Gießen und nachfolgenden biaxialen Orientieren bereitgestellt.
Ein weiteres bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren liefert die Herstellung einer Folie aus einer Polyethylenfolie mit einer Fünfschichtenstruktur. Insbesondere umfasst die zum Gießen bereitgestellte Lage eine Basisschicht, die zwischen zwei Verbindungsschichten angeordnet ist, wobei die erste Verbindungsschicht zwischen einer Seite der Basisschicht und einer ersten WVTR steuernden Schicht angeordnet ist, wodurch die erste Verbindungsschicht coextensiv an der Basisschicht und der WVTR steuernden Schicht haftet, und wobei die zweite Verbindungsschicht zwischen der anderen Seite der Basisschicht und einer zweiten WVTR steuernden Schicht angeordnet ist, wodurch die zweite Verbindungsschicht coextensiv an der Basisschicht und der WVTR steuernden Schicht haftet.
Ein weiteres Verfahren der vorliegenden Erfindung liefert das Herstellen einer Folie aus einer Folie mit einer Struktur, wobei mindestens eine Verbindungsschicht zwischen der Basisschicht und einer WVTR steuernden Schicht angeordnet ist und die Verbindungsschicht coextensiv an der Basisschicht und der WVTR steuernden Schicht haftet. Die WVTR steuernde Schicht umfasst ein WVTR steuerndes Material aus HDPE oder MDPE. Ein alternatives Verfahren schließt jedoch die Bereitstellung einer WVTR steuernden Schicht ein, die ein WVTR steuerndes Material aus Ethylen/Propylen-Copolymer oder Ethylen/Propylen/Butylen-Terpolymer umfasst, wobei die Verbindungsschicht Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) oder MDPE umfasst.
Die vorliegende Erfindung liefert Verfahren zur Herstellung von Polyethylenfolien mit hohen WVTR-Werten, hoher Opazität, hoher Steifheit und Feuchtigkeitsbeständigkeit. Die Folien haben auch hervorragende bleibende Faltencharakteristika, wodurch sie gut geeignet zum Verpacken von Nahrungsmitteln in Beutel-in-Schachtel-Verfahrensschritten sind, die mit vertikalen Form-, Füll- und Siegel-(VFFA)-Maschinen durchgeführt werden. Diese Eigenschaften machen diese Folien zu einer hervorragenden Alternative zu Papier oder Cellophan in Anwendungen, wo hohe WVTR und Unempfindlichkeit der Folie gegen Feuchtigkeit erforderlich sind.
Die bevorzugten Ausführungsformen bestimmter Aspekte der Erfindung sind in den angefügten Zeichnungen gezeigt, wobei
1 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme ist, die eine Querschnittansicht einer konventionalen kavitierten biorientierten Polypropylenfolie zeigt.
2 eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme ist, die eine Querschnittansicht einer erfindungsgemäß hergestellten Folie zeigt.
Die vorliegende Erfindung liefert Verfahren zur Herstellung biorientierter Polyethylenfolien mit hoher WVTR. Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren sollte eine Polyethylenfolie bereitgestellt werden, die eine Kern- oder Basisschicht und mindestens eine Schicht aus WVTR steuerndem Material umfasst. Die Polyethylenfolie wird zuerst gegossen und danach biaxial orientiert, was zu einer Folie mit einer gewünschten WVTR führt. Die resultierende Folie hat eine Basisschicht mit einer porösen Mikrostruktur und einer wesentlich höheren WVTR als der erwünschten WVTR.
Die Basisschicht umfasst Polyethylen und Kavitationsbildungsmittel. Das Polyethylen ist vorzugsweise HDPE oder MDPE. Die in der Basisschicht vor dem Gießen der Polyethylenfolie bereitgestellte Polyethylenmenge sollte eine ausreichende Menge sein, um in der Folie eine Basisschicht mit einer Dicke von 12,7 μm bis 50,8 μm (0,5 mil bis 2,0 mil), vorzugsweise 21,6 μm bis 27,9 μm (0,85 mil bis 1,1 mil (1 Mil = 0,001 Zoll = Stärke 100)) zu ergeben. Es sei darauf hingewiesen, dass jeglicher hierin angegebener Dickenwert die aus der Kavitation resultierende zusätzliche Dicke nicht berücksichtigt.
Der Begriff HDPE soll hier ein ethylenhaltiges Polymer mit einer Dichte von 0,940 oder höher bedeuten. (Dichte (d) wird in g/cm³ angegeben.) Obwohl HDPE mit einer Dichte über 0,940 verwendbar ist, ist HDPE mit einer Dichte von 0,940 bevorzugt, weil die WVTR abnimmt, wenn die Dichte von HDPE zunimmt, d. h. die Zugfestigkeit von HDPE nimmt zu, wenn die Dichte von HDPE abnimmt. Ein besonders geeignetes HDPE zur Verwendung mit den erfindungsgemäßen Verfahren ist das Harz, das von Equistar als M6211 angeboten wird. Ein weiteres besonders geeignetes HDPE ist das Harz, das von Exxon als HDZ128 angeboten wird. Andere geeignete HDPE-Harze schließen beispielsweise BDM 94-25, erhältlich von Fina Oil and Chemical Co., Dallas, TX, USA, und 19C und 19F ein, die von Nova Corporation, Sarnia, Ontario, Kanada erhältlich sind.
Der Begriff "Polyethylen mittlerer Dichte" (MDPE) soll hier ein ethylenhaltiges Polymer mit einer Dichte von 0,926 bis 0,940 bedeuten. MDPE ist leicht erhältlich, z. B. Dowlex^TM 2038 oder Dowlex^TM 2027A von The Dow Chemical Company.
In der Basisschicht wird wie gesagt ein Kavitationsbildungsmittel bereitgestellt. Solche Mittel werden der Kern- oder Basisschicht in der Regel vor der Extrusion zugesetzt und sind in der Lage, während des Folienherstellungsprozesses Leerräume (Hohlräume) in der Struktur der Folie zu erzeugen. Es wird angenommen, dass kleine Inhomogenitäten, die durch das Kavitationsbildungsmittel in die Kernschicht eingebracht werden, zu Schwächungspunkten in der Polyethylenfolie führen. Die biaxiale Orientierungsstufe induziert dann Risse in der Kernschicht, was zu Kavitation in der verarbeiteten Folie führt. Die Risse in der Kernschicht variieren in der Größe und werden nicht nur horizontal, d. h. innerhalb oder parallel zu der Folienebene, sondern auch in der vertikalen Dimension oder senkrecht zu der Ebene der Folie gebildet.
Es kann jedes geeignete Kavitationsbildungsmittel verwendet werden. Ein besonders bevorzugtes Kavitationsbildungsmittel, das zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden kann, ist Calciumcarbonat (CaCO₃). Es können auch andere Kavitationsbildungsmittel verwendet werden. Organische Kavitationsbildungsmittel sind auch bekannt, sind aufgrund ihres begrenzten Arbeitstemperaturbereichs jedoch im Allgemeinen weniger bevorzugt. Solche organischen Kavitationsbildungsmittel können brauchbar sein, falls sie extrem feinteilig sind und entweder bei den Arbeitstemperaturen schmelzbeständig sind oder in der Polyethylenfolie eine geeignete Inhomogenität erzeugen. Kavitationsbildungsmittel können unter Verwendung von im Stand der Technik bekannten Verfahren eingeschlossen werden. In den erfindungsgemäßen Verfahren, bei denen ein Kavitationsbildungsmittel verwendet wird, können CaCO₃, Polystyrol oder andere Kavitationsbildungsmittel in die Basisschicht eingeschlossen werden.
Der Prozentsatz des Kavitationsbildungsmittels, der in die Basisschicht eingeschlossen wird, kann von der gewünschten WVTR abhängen. Wenn eine höhere WVTR erwünscht ist, kann insbesondere mehr Kavitationsbildungsmittel in die Basisschicht eingeschlossen werden. Die Basisschicht kann im Allgemeinen 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% eines Kavitationsbildungsmittels einschließen. Es ist jedoch bevorzugt, dass die Basisschicht 3 Gew.-% bis 10 Gew.-% eines Kavitationsbildungsmittels umfasst.
Die WVTR steuernde Schicht schließt ein WVTR steuerndes Material ein. Unter Berücksichtigung der in der Regel kleinen Abmessungen der WVTR steuernden Schicht hat das WVTR steuernde Material eine WVTR, die unter der Netto-WVTR der Folie liegt, und wesentlich unter der WVTR der kavitierten Polyethylenbasisschicht liegt. WVTR steuernde Materialien schließen MDPE oder HDPE ein. Das WVTR steuernde Material kann eine Dichte haben, die so groß wie diejenige des Polyethylens in der Basisschicht ist, darf jedoch keine Dichte haben, die größer als diejenige des Polyethylens in der Basisschicht ist. Die Menge an WVTR steuerndem Material, die vor dem Gießen der Polyethylenfolie in die WVTR steuernde Schicht eingeschlossen wird, sollte eine ausreichende Menge sein, um eine WVTR steuernde Schicht in der Folie mit einer Dicke von 0,25 μm bis 6,25 μm (0,01 mil bis 0,25 mil), vorzugsweise 0,76 μm bis 3,8 μm (0,03 mil bis 0,15 mil) zu liefern.
Eine Folie wird nach den erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung einer konventionellen Gießvorrichtung hergestellt. Gießextrusion wird beispielsweise im Allgemeinen unter Verwendung eines Standard-Mehrrollenstapelsystems oder einer Gießwalze mit Luftkappe (Hochgeschwindigkeitsluft, die auf die Außenseite der Lage aufgebracht wird) bewirkt. Es sind auch andere Gießvorrichtungen brauchbar, wie ein Gießwalzen- und Wasserbad-System, obwohl dieser Systemtyp die Folienklarheit beeinträchtigen kann, was im Allgemeinen eine rauere und opakere Folie ergibt.
Eine erfindungsgemäß hergestellte Polyethylenfolie wird biaxial orientiert. Biaxiale Orientierung wird verwendet, um die Festigkeitsqualitäten einer Folie in Längs- oder "Maschinenrichtung" (MD) der Folie und in der Lateral- oder "Querrichtung" (TD) der Folie einheitlich zu verteilen. Biaxial orientierte Folien neigen dazu, steifer und belastbarer zu sein, und zeigen auch eine viel bessere Beständigkeit gegen Biege- und Faltkräfte, was zu besserer Einsetzbarkeit in Verpackungsanwendungen führt.
Biaxiale Orientierung kann gleichzeitig in beiden Richtungen durchgeführt werden, es ist jedoch teuer, eine Vorrichtung einzusetzen, die hierzu imstande ist. Die meisten biaxialen Orientierungsverfahren verwendeten eine Vorrichtung, die die Folie sequentiell zuerst in einer Richtung und nachfolgend in der anderen reckt. Eine typische Vorrichtung reckt eine Folie zuerst in MD und danach in TD. Der mögliche Reckgrad einer Folie hängt von Faktoren ab, die beispielsweise das Polymer einschließen, aus dem eine Folie gefertigt ist.
Die erfindungsgemäße Folie wird aus Polyethylen hergestellt und kann in einem relativ hohen Grad gereckt werden. Eine Folie kann insbesondere in der MD in einem Ausmaß von 5 : 1 bis 8 : 1 und in TD in einem Ausmaß von 6 : 1 bis 15 : 1 gereckt werden. Dennoch kann als allgemeine Regel gesagt werden, dass die WVTR in der resultierenden Folie um so höher ist, je höher der Reckgrad in sowohl der MD als auch der TD ist. Ein weiterer Faktor der biaxialen Orientierungsstufe, der die WVTR in der resultierenden Folie beeinflussen kann, ist die Recktemperatur. Wie nachfolgend in Beispiel 3 gezeigt wird, kann die WVTR einer resultierenden Folie erhöht werden, indem eine Folie bei einer niedrigeren Recktemperatur biaxial orientiert wird.
Mehrere Ausführungsformen der Polyethylenfolien können nach den erfindungsgemäßen Verfahren produziert werden. Eine beispielhafte Ausführungsform einer nach den hier gegebenen Verfahren hergestellte Folie hat eine Basisschicht aus HDPE und CaCO₃. Die Basisschicht ist zwischen zwei WVTR steuernden Schichten angeordnet, die jeweils MDPE umfassen. Ausreichende Mengen HDPE, CaCO₃ und WVTR steuerndes Material werden vor dem Gießen der Polyethylenfolie bereitgestellt, um eine Basisschicht der Folie mit einer Dicke von 21,6 μm bis 27,9 μm (0,85 mil bis 1,10 mil) und WVTR-steuernde Schichten mit je weils einer Dicke von 0,76 μm bis 3,8 μm (0,03 mil bis 0,15 mil) zu ergeben.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform schließt eine Basisschicht ein, die MDPE und CaCO₃ umfasst. Die Basisschicht wird hier auch zwischen zwei WVTR steuernden Schichten angeordnet, und vor dem Gießen der Polyethylenlage wird eine ausreichende Menge MDPE und CaCO₃ bereitgestellt, um eine Basisschicht der Folie mit einer Dicke von 21,6 μm bis 27,9 μm (0,85 mil bis 1,10 mil) zu ergeben. Eine ausreichende Menge WVTR steuerndes Material wird auch bereitgestellt, um WVTR steuernde Schichten mit einer Dicke von 0,76 μm bis 3,8 μm (0,03 mil bis 0,15 mil) zu ergeben. Die WVTR steuernden Schichten können gewünschtenfalls aus den gleichen oder unterschiedlichen Materialien sein. Diese Folie kann in einigen Anwendungen bevorzugt sein, da sie weniger steif ist und weniger knittert als Folien mit einer Basisschicht, die HDPE einschließt. Diese Folie hat zudem unidirektionale Reißeigenschaften in Maschinenrichtung.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform ist eine fünfschichtige Struktur, die eine Basisschicht aus HDPE und CaCO₃ umfasst. Die Basisschicht wird zwischen zwei Verbindungsschichten angeordnet, jede Verbindungsschicht haftet coextensiv an einer Seite der Basisschicht. Eine der Verbindungsschichten haftet zudem coextensiv an einer ersten Außenschicht eines WVTR steuernden Materials, und die andere Verbindungsschicht haftet coextensiv an einer zweiten Außenschicht eines WVTR steuernden Materials.
Die Verbindungsschichten dieser Fünfschichtstruktur umfassen MDPE oder HDPE. Verfahrensbedingungen können jedoch die Verwendung einer Verbindungsschicht verlangen, die HDPE und CaCO₃ umfasst, falls weitere Kavitation erwünscht ist. Zudem können die beiden Verbindungsschichten gewünschtenfalls aus demselben oder anderen Materialien sein. Die Außenschichten dieser Fünfschichtenstruktur umfassen MDPE als WVTR steuerndes Material. Das Ergebnis des Gießens und biaxialen Orientierens einer Folie mit dieser Fünfschichtenstruktur ist eine steife und opake Folie mit einem Glanz von 25% und papierartigen Charakteristika.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform ist eine Fünfschichtenstruktur, die eine Basisschicht aus HDPE und CaCO₃ umfasst. Die Basisschicht ist zwischen zwei Verbindungsschichten angeordnet, jede Verbindungsschicht haftet coextensiv an einer Seite der Basisschicht. Zudem haftet eine der Verbindungsschichten coextensiv an einer ersten Außenschicht eines WVTR steuernden Materials, und die andere Verbindungsschicht haftet coextensiv an einer zweiten Außenschicht eines WVTR steuernden Materials.
Die Verbindungsschichten dieser Struktur umfassen Polyethylen niedriger Dichte oder MDPE, um gute Adhäsion an der Außenschicht zu gewährleisten. Die Verbindungsschichten können gewünschtenfalls aus den gleichen oder unterschiedlichen Materialien sein. Das WVTR steuernde Material der ersten und zweiten Außenschichten kann ein Ethylen/Propylen-Copolymer oder ein Ethylen/Propylen/Butylen-Terpolymer sein. Die WVTR steuernden Schichten können gewünschtenfalls aus den selben oder unterschiedlichen Materialien sein. Das Ergebnis des Gießens und biaxialen Orientierens einer Folie mit dieser Fünfschichtenstruktur ist eine Folie mit einem hohen Glanz von 60%, wobei das WVTR steuernde Material Ethylen/Propylen-Copolymer oder Ethylen/Propylen/Butylen-Terpolymer ist. Zudem ist die resultierende Fünfschichtenfolie papierartig, opak und steif, wodurch sie attraktiv zur Verwendung in Innenauskleidungen für Zigarettenpackungen ist, wo sie Papier oder metallisiertes Papier oder Papier/Aluminiumfolie-Laminat ersetzt.
Obwohl diese und andere Ausführungsformen gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, muss darauf hingewiesen werden, dass mehrere andere Folienstrukturen mit mehreren Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Dicken mit einer gewünschten WVTR erfindungsgemäß hergestellt werden können.
Die erfindungsgemäßen Folien können beschichtet werden, um die Benetzbarkeit der Folie, die Adhäsion zwischen Schichten und die Tintenaufnahmefähigkeit zu verbessern. Es können konventionelle Behandlungen zum Beschichten dieser Folien verwendet werden.
Die nach den erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Folien sind in zahlreichen Anwendungen brauchbar, wie Nahrungsmittelverpacken und insbesondere Nahrungsmittelverpacken, wenn hohe WVTR erwünscht ist, wie beim Verpacken von Käseprodukten. Diese Folien sind zudem vorteilhaft zur Verwendung in Innenauskleidungen von Zigarettenpackungen, als Umhüllung für Butter, Schokolade, Süßigkeiten, usw. und als Dreheinschlagverpackung.
Eine Reihe von Versuchen wurde durchgeführt, um Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu illustrieren. In jedem Fall waren mehrere der Herstellungsbedingungen allen gemeinsam. Beispielsweise wurde eine Polyethylenfolie in Abhängigkeit von der Dicke der Folie bei einer Temperatur zwischen 71,1°C bis 82,2°C (160 bis 180°F) gegossen, d. h. die Gießtemperatur war für dickere Folien höher. Die Orientierung wurde des Weiteren in jedem Fall unter Verwendung konventioneller Orientierungsgeräte durchgeführt. Jede Folie wurde zudem in der Maschinenrichtung bei einer Temperatur von 118,3 bis 121,1°C (245 bis 250°F) und in der Querrichtung bei 127,8°C (262°F) gereckt.
BEISPIEL 1
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 führt die Kavitation einer erfindungsgemäßen Folie zu einem überraschenden Anstieg der WVTR der Folie. 1 ist eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme, die einen Querschnitt durch konventionelle kavitierte biorientierte Polypropylen-(OPP)-Folie zeigt. Die Kernschicht der Folie enthält 5% CaCO₃ als Kavitationsbildungsmittel. Es ist offensichtlich, dass die in diese OPP-Folie eingeführte Kavitation sich ausschließlich in der Ebene befindet, die durch die Folie definiert ist. Es ist praktisch keine Öffnung in der Dimension senkrecht zu der Folienebene (vertikal) sichtbar. Die physikalische Struktur der Kavitation spiegelt sieh in der minimalen Auswirkung auf die WVTR der Folie wieder. Die Kavitation der OPP-Folien erhöht den WVTR in der Regel um nicht mehr als 10%.
Im Unterschied dazu ist 2 eine Elektronenmikroskopaufnahme eines Querschnitts der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Folie. Diese Folie hat eine Kernschicht aus HDPE, das 5% CaCO₃ als Kavitationsbildungsmittel enthält. Aus 2 geht eindeutig hervor, dass die in die Kernschicht eingeführte Kavitation nicht nur die Öffnung in Folienebene einschließt, die mit der in Polypropylen beobachteten Kavitation übereinstimmt, sondern auch einen signifikanten und überraschenden Grad an Öffnung in der vertikalen Dimension enthält. Es wurde auch beobachtet, dass diese unerwartete vertikale Öffnung in der Folienstruktur mit außergewöhnlichem Anstieg der WVTR der Kernschicht korreliert. Es ist gefunden worden, dass dieses Merkmal der erfindungsgemäßen Folien die Auswahl eines weiteren Bereichs von WVTR-Werten für die Folie nach dem Verfahren der Bereitstellung von einer oder mehreren WVTR steuernden Schichten ermöglicht, um die Netto-WVTR der resultierenden Folie zu begrenzen.
BEISPIEL 2
Tabelle 1 zeigt eine nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Folienstruktur. Die Folie hat eine unerwartet hohe WVTR von mehr als 3,0 g/645,2 cm²·Tag (3,0 g/100 Zoll²·Tag).
Tabelle 1
Es sei darauf hingewiesen, dass die obere Seite dieser Folienstruktur die Gießerseite ist und die untere Seite der Folienstruktur die Luftmesserseite ist. Die Dicke jeder Schicht berücksichtigt auch nicht jegliche zusätzliche Dicke, die aus der Kavitation resultiert.
Der Prozentsatz des Kavitationsbildungsmittels in der Kernschicht und der Verbindungsschicht auf der Luftmesserseite der Folie beträgt 5% bis 10% der Schicht. Zur Erhöhung der WVTR wird einer oder beiden Schichten, die Kavitationsbildungsmittel enthalten, mehr Kavitationsbildungsmittel zugegeben. Es kann zusätzlich Kavitationsbildungsmittel zu der Verbindungsschicht auf der Gießerseite der Folie hinzugefügt werden, um die WVTR zu erhöhen. Dieses spezielle Beispiel schließt MDPE in der Verbindungsschicht auf der Gießerseite ein, um die WVTR zu verringern. Dieses spezielle Beispiel schließt MDPE in der Verbindungsschicht auf der Gießerseite ein, um die WVTR zu verringern.
Die WVTR einer Folie kann durch Variieren der physikalischen Bedingungen in Bezug auf das Folienherstellungsverfahren erhöht oder verringert werden. Das Verringern der Dicke der nicht-kavitierten Schichten erhöht beispielsweise die WVTR. In ähnlicher Weise erhöht die Verringerung der Harzdichte der nicht-kavitierten Schichten die WVTR einer Folie. Die WVTR kann auch unter Verwendung von niedrigeren Recktemperaturen erhöht werden, wie in dem folgenden Beispiel 3 gezeigt wird, oder unter Verwendung höherer Reckverhältnisse in der Maschinen- oder Querrichtung.
In Bezug auf die resultierende Folie dieses Beispiels ist die WVTR viel höher als erwartet. Andere physikalische Eigenschaften der Folie schließen einen Glanz von 25% und ein Lichtdurchlassverhältnis von 20% ein. Die optische Stärke ist 50,8 μm (2,00 mil), und die Polystärke ist 29,2 μm (1,15 mil).
BEISPIEL 3
Die in Tabelle II beschriebenen Folienstrukturen zeigen, dass die WVTR ansteigt, wenn das Recken bei niedrigeren Temperaturen durchgeführt werden und wenn Strukturen stärker kavitiert werden.
Tabelle II
Die Dicke der HDPE- und MDPE-Schichten wird oben in Mikrometer (mil) angegeben. Die WVTR wird zusätzlich oben in g/645,2 cm²·Tag (g/100 Zoll²·Tag) ausgedrückt.
Proben 1 und 3 wurden unter ähnlichen Bedingungen hergestellt, um eine konstante WVTR zum Vergleich mit WVTR-Werten zu erzeugen, die aus unterschiedlichen physikalischen Bedingungen resultierten. Das Vergleichen der WVTR der Proben 1 und 3 mit derjenigen von Probe 2 zeigt deutlich, dass eine niedrigere Recktemperatur zu einem Anstieg der WVTR von Probe 2 führte.
Probe 4 wurde unter ähnlichen Bedingungen wie Probe 1 und 3 durchgeführt, außer dass Schicht 4 von Probe 4 kavitiert war. Der resultierende Anstieg der WVTR bei Probe 4, verglichen mit jenen der Probe 1 und 3, zeigt, dass die WVTR zunimmt, wenn die Folie stärker kavitiert ist.
Das Ergebnis in Probe 5 stützt ferner die aus dem Vergleich von Probe 4 mit Proben 1 und 3 gefolgerte These. Insbesondere waren Verbindungsschichten 2 und 4 von Probe 5 kavi tiert, und die resultierende WVTR war viel höher als die WVTR der Proben 1 und 3. Das Erhöhen der Kavitation einer Folie führt eindeutig zu höheren WVTR-Werten.
BEISPIEL 4
Tabelle III zeigt Dreischichtenfolienstrukturen, die aus Verfahrensbedingungen resultieren, die sich von jenen unterscheiden, die zum Erhalten der Ergebnisse von Tabelle II verwendet wurden. Die Ergebnisse von Tabelle III zeigen insbesondere, dass die WVTR unabhängig davon, welches Kavitationsbildungsmittel verwendet wurde, zunimmt, wenn die Kavitation zunimmt.
Tabelle III
Die Dicke der HDPE- und MDPE-Schichten wird oben in Mikrometer (mil) angegeben. Die WVTR wird zusätzlich oben in g/645,2 cm²·Tag (g/100 Zoll²·Tag) angegeben.
Probe 5 und Proben 6 und 7 können verglichen werden, um eindeutig zu beweisen, dass Kavitation die WVTR einer Folie erhöht. Probe 5, die nicht kavitiert war, hatte insbesondere eine resultierende WVTR von 0,2 g/645,2 cm²·Tag (0,2 g/100 Zoll²·Tag), während Proben 6 und 7, die jeweils eine kavitierte Kernschicht hatten, resultierende WVTR-Werte von 4,0 g/645,2 cm²·Tag (4,0 g/100 Zoll²·Tag) beziehungsweise 7,2 g/645,2 cm²·Tag (7,2 g/100 Zoll²·Tag) hatten.
Probe 8 ist mit Proben 6 und 7 vergleichbar, um zu illustrieren, dass von Calciumcarbonat (CaCO₃) verschiedene Kavita tionsbildungsmittel verwendet werden können, um ähnliche Ergebnisse zu erhalten. Epostar MA 1002 wurde insbesondere in Probe 8 als Kavitationsbildungsmittel verwendet. Die resultierende WVTR von 5,2 g/645,2 cm²·Tag (5,2 g/100 Zoll²·Tag) in Probe 8 stützt eindeutig die Vorstellung, dass von Calciumcarbonat (CaCO₃) verschiedene Kavitationsbildungsmittel in den erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können.

Claims

Biaxial orientierte Polyethylenfolie, die i. eine Basisschicht, die eine poröse Mikrostruktur hat und Polyethylen und Kavitationsbildungsmittel umfasst, ii. mindestens eine Schicht aus Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) steuerndem Material ausgewählt aus Polyethylen hoher Dichte und Polyethylen mittlerer Dichte, wobei das WVTR steuernde Material eine Dichte nicht größer als diejenige des Polyethylens in der Basisschicht hat und wobei die Basisschicht eine WVTR größer als die WVTR der biaxial orientierten Polyethylenfolie hat, und iii. mindestens eine Verbindungsschicht umfasst, die zwischen der Basisschicht und der Schicht aus WVTR steuerndem Material angeordnet ist und coextensiv jeweils an der Basisschicht und der Schicht aus WVTR steuerndem Material haftet, wobei die Verbindungsschicht ausgewählt ist aus Polyethylen niedriger Dichte und Polyethylen mittlerer Dichte.
Folie nach Anspruch 1, bei der das Polyethylen in der Basisschicht ausgewählt ist aus Polyethylen hoher Dichte und Polyethylen mittlerer Dichte.
Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verbindungsschicht ein Kavitationsbildungsmittel umfasst.
Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kavitationsbildungsmittel Calciumcarbonat umfasst.
Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Schicht aus WVTR steuerndem Material eine Dicke zwischen 0,25 μm und 6,25 μm hat.
Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Basisschicht eine Dicke zwischen 12,7 und 50,8 μm hat.
Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die WVTR steuernde Schicht eine WVTR hat, die kleiner als die Netto-WVTR der Folie ist.
Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die (i) eine Außenschicht aus dem WVTR steuernden Material auf jeder Seite der Basisschicht, und (ii) Verbindungsschichten umfasst, die zwischen der Basisschicht und jeder Außenschicht angeordnet sind und coextensiv an der Basisschicht und jeder Außenschicht haften, wobei mindestens eine der Verbindungsschichten ausgewählt ist aus Polyethylen niedriger Dichte und Polyethylen mittlerer Dichte.
Verwendung einer Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Innenauskleidungen von Zigarettenpackungen, Umhüllungen von Butter, Schokolade und/oder Süßigkeiten und Dreheinschlagverpackungen.
Verfahren zur Herstellung einer Folie, bei dem i. Folie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 gegossen wird, und ii. die Folie biaxial orientiert wird.