-
Diese Erfindung bezieht sich auf
Polymerfilme und insbesondere auf Mehrschichtpolymerfilme. Die Erfindung
bezieht sich insbesondere auf einen Mehrschichtpolymerfilm mit einer
Substratschicht aus einem orientierten Polyolefinfilm wie einem
orientierten Polypropylenfilm.
-
Die Verpackungsindustrie benötigt große Mengen
an heißsiegelfähigen Filmen,
die mit sich selbst bei einer Temperatur versiegelt werden können, die
die Filmintegrität
nicht beeinträchtigt.
Polyolefine sind aufgrund ihrer Festigkeit und Klarheit als Film-bildende
Materialien gefragt, zeigen aber im allgemeinen relativ schlechte
Heißsiegelmerkmale. Dies
gilt insbesondere für
einen Polypropylenfilm.
-
Versuche, die Heißsiegelmerkmale zu verbessern,
haben im allgemeinen die Auftragung einer heißsiegelfähigen Schicht auf eine Oberfläche einer Polyolefinfilmgrundlage
einbezogen. Die heißsiegelfähige. Schicht
besteht aus einem Material, das bei einer Temperatur unter der,
bei der das Polyolefin zu erweichen beginnt, geschmolzen oder teilweise
geschmolzen werden kann. Damit sie wirksam ist, muß die heißsiegelfähige Schicht
aus einem Material bestehen, daß über einen
relativ breiten Temperaturbereich versiegelt werden kann und das
sicher an der Polyolefinfilmgrundlage haftet. Ferner muß die heißsiegelfähige Schicht
eine adäquat
feste Bindung bereitstellen, wenn sie an sich selbst bindet. Dieses letztere
Merkmal wird normalerweise als die Heißsiegelfestigkeit bezeichnet.
-
Heißsiegelfähige Schichten oder Beschichtungen,
die ein Copolymer von Ethylen und eine ungesättigte Carbonsäure, Vinylacetat
oder Vinylalkohol umfassen, sind in der Verpackungsindustrie allgemein
bekannt. Eine Schicht, die als besonders günstig befunden wurde, umfaßt ein Copolymer
von Ethylen und Acrylsäure.
Diese Materialien weisen bestimmte Vorteile auf und insbesondere
können
sie bei relativ niedrigen Temperaturen gesiegelt werden, um eine
wasserbeständige
Versiegelung zu liefern, die beim Biegen keine Haarrisse bildet.
-
Jedoch sehen üblicherweise verwendete heißsiegelfähige Materialien
ursprünglich
im allgemeinen so aus, daß der
resuiltierende Film das Phänomen
der „Blockierung" zeigt, bei dem unerwünschte Haftung
zwischen zwei Schichten des Films auftritt, die unter mäßigem Druck,
wie er während
der Verarbeitung, der Verwendung oder der Lagerung des Films auftreten
kann, in Kontakt gebracht werden. Filme, die dieses Problem zeigen,
funktionieren bei Filmbearbeitungsausrüstungen nicht gut, und Versuche,
nachbarständige
Schichten von dem blockierten Film abzulösen, können die Filmoberfläche stark
zerstören.
Im Ergebnis werden heißsiegelfähige Schichten
zum Zeitpunkt der Verwendung aufgetragen, um das Problem der Blockierung
zu vermeiden.
-
Die Anfälligkeit eine Films für das Blockieren kann
durch die Einführung
eines partikulären
Zusatzes, wie Siliciumdioxid und/oder Aluminiumoxid mit einer mittleren
Teilchengröße von bis
zu etwa 20 μm in
die heißsiegelfähige Schicht
verringert werden. Die Einführung
derartiger Teilchen in die heißsiegelfähige Schicht
wird jedoch oftmals von anderen wünschenswerten Filmmerkmalen,
wie optischer Klarheit, Farbe und Druckfähigkeit, beeinträchtigt. Überdies
kann die Gegenwart von partikulären
Zusätzen
eine unzumutbare Anhäufung
von Abriebabfällen
auf und um die Filmbearbeitungsausrüstung erzeugen. Im allgemeinen
beeinträchtigen
Maßnahmen,
die übernommen wurden,
um das Blockieren zu inhibieren, nachteilig die Heißsiegelmerkmale
des Films, insbesondere den Siegelbereich und die Schwellentemperatur.
-
WO 94/25270 beschreibt einen Grundpolymerfilm,
der mit einer heißsiegelfähigen Schicht
beschichtet ist, die ein Copolymer aus 65 bis 95 Gew.-% Ethylen
und 5 bis 35 Gew.-% (Meth)acrylsäure
umfaßt,
worin 2 bis 80% der Carboxylatgruppen mit Metallionen aus den Gruppen
Ia, IIa oder IIb des Periodensystems neutralisiert wurden. Der resultierende Film
soll verbesserte Heißklebe-
und Blockiereigenschaften ohne das Opfer einer niedrigen minimalen Siegeltemperatur
aufweisen. Insbesondere in Tabelle II sind minimale Siegeltemperaturen
(um 100 g/25 mm Siegelfestigkeit erreichen) von über 89°C angegeben. Die Versiegelung,
die sich bildete, soll ebenso gegen das Eintauchen in Wasser beständig sein. Nichtsdestotrotz
verleiht die Gegenwart der Metallionen, die nicht flüchtig sind
und daher in der Schicht verbleiben, unerwünschte Feuchtigkeitsempfindlichkeit,
was zur Blockierung des Films in nassen oder feuchten Umgebungen
oder zum Verlust der Siegelfestigkeit führen kann, wenn feuchte Produkte
verpackt werden. Außerdem
kann die Heißklebeleistung der
Versiegelung, das heißt
die Festigkeit der Versiegelung, wenn sie auf eine Temperatur bei
oder über dem
Schmelzpunkt des Polymers erwärmt
wird, das die Versiegelung bildet, nicht zufriedenstellend sein.
-
EP-A-229,910 offenbart einen heißsiegelfähigen Polyolefinfilm,
der entweder auf einer oder auf beiden Seiten mit einer Zusammensetzung
beschichtet ist, die 40 bis 70 Gew.-% eines Acrylpolymers, 15 bis
30 Gew.-% eines Alkyl(meth)acrylats/Styren/ungesättigte Carbonsäure-Copolymers
und 15 bis 30 Gew.-% eines Vinylester/ungesättigtes Amid-Copolymers umfaßt. Die
Versiegelungstemperatur, die in Tabelle I angegeben ist, beträgt 130°C.
-
Daher ist es das Ziel dieser Erfindung,
einen Mehrschichtfilm mit einer heißsiegelfähigen Schicht zu erreichen,
der die verschiedenen Probleme – das Blockierphänomen, Feuchtigkeitsempfindlichkeit,
unzureichende Klebeleistung der Versiegelung – des Standes der Technik umgeht
und eine niedrige Heißsiegeltemperatur
aufweist.
-
Wir haben nunmehr einen Mehrschichtfilm mit
einer heißsiegelfähigen Schicht
entwickelt, der eines oder mehrere der zuvor genannten Probleme verbessert
oder im wesentlichem ausräumt.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird ein Mehrschichtfilm bereitgestellt, umfassend:
- (a) eine Substratschicht aus einem thermoplastischen Polymerfilm
mit gegenüberliegender
erster und zweiter Oberfläche
und
- (b) eine heißsiegelfähige Schicht,
die mit der ersten Oberfläche
des Substrates verbunden ist und
- (i) ein erstes Acrylpolymer, und
- (ii) ein zweites Polymer umfaßt, das ein Copolymer ist,
das Reste, die aus einem oder mehreren olefinisch ungesättigten
Monomeren stammen, und Reste umfaßt, die aus einem oder mehren olefinisch
ungesättigten
Monomeren stammen, die eine oder mehrere funktionelle Gruppen umfassen,
dadurch gekennzeichnet, daß das
erste Polymer (i) ein amorphes Polymer mit einer Glasübergangstemperatur
im Bereich von 40 bis 120°C
und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht (Mw) im Bereich von
20.000 bis 60.000 ist, das zweite Polymer (ii) ein Copolymer mit
einem zahlenmittleren Molekulargewicht (Mn) im Bereich von 2.000
bis 100.000, stärker
bevorzugt im Bereich von 5.000 bis 15.000 und insbesondere im Bereich von
7.000 bis 12.000, von einem olefinisch ungesättigten C1-C4-Kohlenwassertsoff und einer olefinisch
ungesättigten
Carbonsäure
ist, und die heißsiegelfähige Schicht
5 bis 60 Gew.-% des ersten Acrylpolymers und 40 bis 95 Gew.-% des
zweiten Polymers umfaßt.
-
Der Mehrschichtfilm ist eine selbstragende Struktur
in dem Sinne, daß er
unabhängig
in Abwesenheit einer tragenden Grundlage existieren kann. Die heißsiegelfähige Schicht
ist mit der Substratschicht im allgemeinen coexistent.
-
Die vorliegende Erfindung liefert
ebenso ein Verpackungsmaterial, das den oben definierten Mehrschichtfilm
umfaßt.
-
Die heißsiegelfähige Schicht des Mehrschichtfilms
der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine Heißsiegeltemperatur
im Bereich von 50 bis 90°C,
stärker
bevorzugt im Bereich von 60 bis 80°C aufweisen.
-
Das erste Polymer (i) ist vorzugsweise
ein Copolymer aus zumindest einem Alkylacrylat, zumindest einem
Alkylmethacrylat (vorzugsweise C1-C8) und bis zu 20 Gew.-% von zumindest
einer ungesättigten
Carbonsäure
wie Acryl-, Methacryl-, Malein- und Crotonsäure.
-
Das erste Polymer ist ein amorphes
Material mit einer Glasübergangstemperatur
(Tg) im Bereich von 40 bis 120°C,
vorzugsweise im Bereich von 50 bis 100°C, stärker bevorzugt im Bereich von
50 bis 80°C
und insbesondere im Bereich von 50 bis 70°C.
-
Das gewichtsmittlere Molekulargewicht
(Mw) des ersten amorphen Polymers liegt im Bereich von 20.000 bis
60.000, vorzugsweise im Bereich von 35.000 bis 40.000.
-
In einer anderen Ausführungsform
ist das erste Polymer geeigneterweise ein Homopolymer oder ein Copolymer
aus zumindest einem Acrylmonomer, ausgewählt aus den C1-8-Alkyl(C1-4-alkyl)acrylaten,
den C1-4-Alkyl(meth)acrylaten und gegebenenfalls
zumindest einem Acrylmonomer, ausgewählt aus Acrylsäure und
Methacrylsäure.
Geeignete C1-4-Alkyl(meth)acrylate umfassen Methylmethacrylat,
Methylacrylat, Ethylacrylat, Propylacrylat und Butylacrylat.
-
In einer am stärksten bevorzugten Ausführungsform
ist das erste Acrylpolymer ein Copolymer aus einem C1-4-Alkylmethacrylat,
insbesondere Methylmethacrylat, einem C1-4-Alkylacrylat, insbesondere
Ethylacrylat, und einer Acryl- und/oder Methacrylsäure, insbesondere
Methacrylsäure.
In dieser bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
das Copolymer vorzugsweise 40 bis 80 Gew.-%, insbesondere 50 bis 70
Gew.-%, an Monomerresten, die aus dem C1-4-Alkylmethacrylat
stammen, 15 bis 55 Gew.-%, insbesondere 25 bis 45 Gew.-%, an Monomerresten,
die aus dem C1-4-Alkylacrylat stammen, und
2 bis 6 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 5 Gew.-%, an Monomerresten, die
aus der (Meth)acrylsäure
stammen, wobei alle Prozentangaben auf dem Gesamtgewicht des Copolymers
basieren. Die (Meth)acrylsäure-Monomerreste in dem
Acrylpolymer dieser bevorzugten Ausführungsform erleichtern die
Auflösung
des Polymers in Wasser, da die Carbonsäuregruppen mit einem Ammoniumsalz
neutralisiert werden können,
um Ammoniumcarboxylatgruppen zu bilden.
-
Der Kristallschmelzpunkt (Tm) des
zweiten Polymers liegt normalerweise in einem Bereich von 60 bis
100°C, vorzugsweise
im Bereich von 70 bis 90°C
und insbesondere im Bereich von 75 bis 85°C. Die Glasübergangstemperatur (Tg) des
zweiten Polymers liegt normalerweise im Bereich von 0 bis –60°C, vorzugsweise
im Bereich von 0 bis –40°C und insbesondere
im Bereich von –10
bis –30°C.
-
Das Molekulargewicht des ersten Polymers ist
im allgemeinen höher
als das des zweiten.
-
Die funktionellen Gruppen im dem
zweiten Polymer erleichtern die Auflösung des Copolymers in einem
wässerigen
Medium, da sie mit einem Ammoniumsalz neutralisiert werden können, um
Ammoniumcarboxylatgruppen zu bilden. Bevorzugte olefinisch ungesättigte Carbonsäuren sind
Acrylsäure und
Methacrylsäure,
insbesondere Acrylsäure.
In einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
das zweite Polymer vorzugsweise 60 bis 95 Gew.-%, insbesondere 70
bis 90 Gew.-% und ganz besonders 80 bis 90 Gew.-% an Monomerresten,
die aus dem olefinisch ungesättigten
C1-4-Kohlenwasserstoff stammen, und 5 bis
40 Gew.-%, insbesondere 10 bis 30 Gew.-% und ganz besonders 10 bis
20 Gew.-% an Monomerresten, die aus der olefinisch ungesättigten
Carbonsäure
stammen, wobei alle Prozentangaben auf dem Gesamtgewicht des Copolymers
basieren.
-
Um das Ziel der Erfindung zu erreichen,
wird die heißsiegelfähige Schicht
vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-% des ersten Polymers und 40 bis 90
Gew.-% des zweiten Polymers umfassen, basierend auf dem Gesamtgewicht
der Bestandteile, die die Schicht bilden.
-
Eines oder beide des ersten und zweiten
Polymers, die die heißsiegelfähige Schicht
bilden, können
vernetzt werden, und sie können
miteinander vernetzt werden. Die Vernetzung kann durch die Zugabe
einer geeigneten Menge an zumindest einer reaktiven Verbindung herbeigeführt werden,
die mit den freien Carbonsäuregruppen
reagieren kann, die entweder in dem ersten amorphen Acrylpolymer
oder in dem zweiten Polymer oder in beiden vorliegen. Beispiele
solcher reaktiver Verbindungen sind Isocyanate, Melaminformaldehyd-,
Harnstoff-Formaldehyd-
und Phenol-Formaldehyd-Kondensate, zweiwertige und dreiwertige Metallionen
und dergleichen. Die Menge an einer solchen reaktiven Verbindung wird,
wie es einem Fachmann bekannt ist, in Abhängigkeit der Menge der Carbonsäuregruppen
in dem ersten und/oder dem zweiten Polymer ausgewählt.
-
Zusätzlich zu den oben beschriebenen
wichtigen Polymeren kann die heißsiegelfähige Schicht dieser Erfindung
ebenso ein Gleitmittel, wie ein partikuläres, mikrokristallines Wachs
enthalten. Wird dies verwendet, liegt das Wachs normalerweise in
einer Menge von 0,5 bis 5,0 Gew.-%, vorzugsweise in einer Menge
von 1,5 bis 2,5 Gew.-% in der Schicht vor, basierend auf dem Gesamtgewicht
der Bestandteile, die die Schicht bilden. Die Wachsteilchen haben
normalerweise eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 0,1 bis 0,6 μm, vorzugsweise
im Bereich von 0,1 bis 0,3 μm.
Zusätzlich
zu seiner Funktion als Gleitmittel kann das mikrokristalline Wachs
ebenso als ein Antiblockiermittel agieren.
-
Wenn gewünscht, kann die Blockierbeständigkeit
der heißsiegelfähigen Schicht
durch die Einführung
eines herkömmlichen,
inerten, partikulären Zusatzes
in die Schicht erhöht
werden, insbesondere durch einen mit einer mittleren Teilchengröße im Bereich
von 0,25 bis 4,5 μm
und besonders bevorzugt von 0,75 bis 3,0 μm. Die Verringerung der Teilchengröße verbessert
den Glanz des Films. Sofern er verwendet wird, umfaßt der partikuläre Zusatz,
der vorzugsweise sphärisch
ist, im allgemeinen 0,1 bis 5 Gew.-% des Gesamtgewichts der Bestandteile,
die die Schicht bilden.
-
Ein inerter, partikulärer Zusatz
für die
Einführung
in die heißsiegelfähige Schicht
kann einen anorganischen oder einen organischen Zusatz oder ein Gemisch
aus zwei oder mehr solcher Zusätze
umfassen.
-
Geeignete partikuläre anorganische
Zusätze umfassen
anorganische Füllstoffe,
und insbesondere Metall- oder Metalloidoxide, wie Aluminiumoxid
und Siliciumdioxid. Feste oder hohle, Glas- oder Keramik-Mikroperlen
oder Mikrokugeln können
ebenso verwendet werden.
-
Ein geeigneter organischer Zusatz
umfaßt Teilchen,
vorzugsweise sphärische,
eines Acrylharzes, das ein Polymer oder ein Copolymer von Acrylsäure und/oder
Methacrylsäure
und/oder einen Niederalkyl- (bis zu 8 Kohlenstoffatome) -ester hiervon umfaßt. Solche
Harze können
beispielsweise durch die Einführung
eines Vernetzungsmittels hierin, wie ein methyliertes Melamin-Formaldehydharz,
vernetzt werden. Die Förderung
der Vernetzung kann durch die Bereitstellung geeigneter funktioneller
Gruppierungen, wie Hydroxy-, Carboxy- und Amidogruppierungen, in
der Acryl- und/oder dem Methacrylpolymer unterstützt werden.
-
Der thermoplastische Polymerfilm,
der die Substratschicht bildet, ist vorzugsweise ein Polyolefinpolymerfilm
und stärker
bevorzugt ein molekular orientierter Polyolefinpolymerfilm. Unter
einem Polyolefinpolymerfim verstehen wir einen Film, der im wesentlichen
aus zumindest einem Polyolefinpolymer besteht, zum Beispiel zu 90
bis 100 Gew.-% des Gesamtgewichtes des Films.
-
Der Polyolefinpolymerfim umfaßt vorzugsweise
und besteht im wesentlichen aus einer Propylenpolymerschicht, die
ein Polypropylenhomopolymer oder ein Propylen-Olefin-Copolymer umfaßt. Vorzugsweise
umfaßt
der Polyolefinfilm eine Schicht, die im wesentlichen, zum Beispiel
zu 90 bis 100 Gew.-%, aus einem Polypropylenhomopolmyer oder einem
Propylen-Olefin-Blockcopolymer besteht, das bis zu 15 Gew.-%, basierend
auf dem Gesamtgewicht des Copolymers, an Monomerresten enthält, die
zumindest aus einem anderen copolymerisierbaren Olefin stammen,
wie Ethylen. Das zahlenmittlere Molekulargewicht (Mn) des Propylenpolymers,
das die Schicht bildet, liegt normalerweise in einem Bereich von
20.000 bis 200.000, vorzugsweise in einem Bereich von 30.000 bis
100.000 und insbesondere in einem Bereich von 40.000 bis 80.000.
In einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
die Propylenpolymerschicht ein isotaktisches Polypropylenhomopolymer
und stärker
bevorzugt 90 bis 99 Gew.-% eines isotaktischen Polypropylenhomopolymers
und 1 bis 10 Gew.-% eines Polydicyclopentadienharzes oder ein anderes
Harz, das fähig
ist, einige oder alle der gewünschten
Eigenschaften des Films, wie die Klarheit, den Glanz und die Sperrleistung,
zu erhöhen.
-
Von besonderem Interesse als Substratschicht
sind polymere Filme, die selbst eine Verbund-Mehrschichtstruktur umfassen. Eine bevorzugte
Substratschicht ist beispielsweise ein Mehrschichtpolymerfilm, der
eine zentrale oder Kernschicht umfaßt, die ein Propylenpolymer
umfaßt,
das vorzugsweise ein wie oben beschriebenes Polypropylenhomopolymer
oder ein Propylen-Olefin-Copolymer ist, und eine erste und eine
zweite äußere Schicht,
die auf gegenüberliegenden
Oberflächen
der Kernschicht gebildet werden und ein Olefinpolymer umfassen,
das besser an die anschließend
aufgetragenen Schichten haftet, als das Polymer der Kernschicht.
-
Geeignete äußere Schichten umfassen und bestehen
vorzugsweise im wesentlichen aus einem im wesentlichen olefinischen
Polymer, wie einem Ethylen-Propylen-Blockcopolymer, einem statistischen
Ethylen-mono-Alphaolefin-Copolymer, das 1 bis 15 Gew.-% des Copolymers
an Monoalphaolefinmonomerresten enthält, die 3 bis 10 Kohlenstoffatome
enthalten, oder einem Gemisch aus derartigen Polymeren. Ein bevorzugtes
Material für
die äußere Schicht
ist ein lineares Ethylenpolymer niederer Dichte, zum Beispiel ein
lineares Polymer von Ethylen und gegebenenfalls ein höheres Olefin,
das 90 bis 100 Gew.-% an Ethylenmonomerresten am Gesamtgewicht des
Polymers ausmacht und eine Dichte im Bereich von 0,91 bis 0,94 g/cm3 aufweist.
-
Eine besonders bevorzugte Kernschicht
für den
oben beschriebenen Mehrschichtsubstratfilm ist eine, die ein isotaktisches
Polypropylenhomopolymer und stärker
bevorzugt 90 bis 99 Gew.-% eines isotaktischen Polypropylenhomopolymers
und 1 bis 10 Gew.-% eines Polydicyclopentadienharzes umfaßt, basierend
auf dem Gesamtgewicht der Kernschicht.
-
Ist die Substratschicht ein Dreischichtenfilm, wie
oben beschrieben, wird die Kernschicht vorzugsweise 70 bis 98% der
Gesamtdicke des Film bilden, wobei die zwei äußeren Schichten den Rest bilden und
normalerweise im wesentlichen gleiche Dicken aufweisen.
-
Andere geeignete Polymerfilme für die Substratschicht
können
aus Nicht-Kohlenwasserstoffpolymeren
bestehen, zum Beispiel aus Polyestern, wie Polyethylentherephthalat
(PET) und Polyamiden (Nylonverbindungen). Ein Polyolefinpolymerfilm
für die Substratschicht
kann unter Verwendung irgendeiner Technik, die in der Technik zur
Herstellung von Filmen bekannt ist, hergestellt werden, wird jedoch
am üblichsten
unter Verwendung eines Extrusionsverfahrens hergestellt.
-
Die Bildung eines Mehrschichtfilms
für die Substratschicht
kann durch jede der Laminierungs- oder Beschichtungstechniken, die
in der Filmtechnik verwendet wird, herbeigeführt werden. Vorzugsweise werden
die äußeren Schichten
jedoch auf die Grund- oder die Kernschicht durch eine Coextrusionstechnik aufgetragen,
bei der die polymeren Komponenten der Kern- und der äußeren Schichten
in engem Kontakt coextrudiert werden, wobei jede noch geschmolzen
wird. Die Coextrusion wird vorzugsweise aus einer ringförmigen Mehrkanaldüse bewirkt,
so daß die geschmolzenen
polymeren Komponenten, die die jeweiligen einzelnen Schichten des
zusammengesetzten Substrates bilden, an ihren Grenzflächen in
der Düse
miteinander verschmelzen, wodurch eine Einzelverbundstruktur gebildet
wird, die dann aus einer üblichen
Düsenöffnung in
Form eines röhrenförmigen Extrudats
extrudiert wird.
-
Der Substratfilm der Erfindung wird
vorzugsweise durch Strecken bei einer Temperatur über der Glasübergangstemperatur
des/der Polymers(e) orientiert. Beispielsweise wird die Orientierung
eines Substratsfilms mit einer Propylenpolymerschicht (ob nun an
sich oder als Teil einer Mehrschichtstruktur) üblicherweise bei einer Temperatur
im Bereich von etwa 145 bis 155°C
herbeigeführt.
-
Die Orientierung kann einachsig,
durch Strecken des Films in eine Richtung, oder biaxial, durch Strecken
des Films in jede von zwei gegensätzlichen senkrechten Richtungen
in Filmebene, herbeigeführt werden.
Wird der Film biaxial orientiert, so kann diese Orientierung ausgeglichen
oder unausgeglichen sein, zum Beispiel mit dem höheren Orientierungsgrad eines
unausgeglichenen Films in eine bevorzugte Richtung – üblicherweise
die Querrichtung. Normalerweise wird der Substratfilm (der ein Einzel- oder
Mehrschichtfilm sein kann) in Form einer Röhre (co)extrudiert. Diese Röhre wird
dann abgeschreckt, wieder erwärmt,
dann durch inneren Gasdruck gedehnt, um die Querorientierung zu
induzieren und schließlich
mit einem größeren Verhältnis, als
das, bei dem sie extrudiert wurde, gezogen, um sie in Längs richtungen
zu strecken und zu orientieren. Alternativ kann ein flacher Film
durch gleichzeitiges oder aufeinanderfolgendes Strecken in jede
von zwei gegensätzlichen
senkrechten Richtungen mittels eines Spannrahmens oder durch eine
Kombination von Ziehwalzen und einem Spannrahmen orientiert werden.
-
Der Grad, zu dem das Filmsubstrat
gestreckt wird, hängt
in gewissem Maße
von der letztendlichen Verwendung ab, für die der Film vorgesehen ist,
für einen
Polypropylen-basierenden Verpackungsfilm werden jedoch im allgemeinen
zufriedenstellende Zugfestigkeit und andere Eigenschaften entwickelt, wenn
der Film auf zwischen das drei- und zehn-, vorzugsweise das sieben-,
fache seiner ursprünglichen Ausmaße in jede
der Quer- und Längsrichtungen
gestreckt wird.
-
Nach dem Strecken wird das polymere
Filmsubstrat bei einer Temperatur über der Glasübergangstemperatur
des Polymers und unter seinem Schmelzpunkt normalerweise „thermofixiert", während es
vom Schrumpfen abgehalten wird oder sogar in konstanten Ausmaßen gehalten
wird. Die optimale Thermofixiertemepratur kann leicht durch einfache Experimente
eingestellt werden, und für
einen Substratfilm mit einer Propylenpolymerschicht (ob nun an sich
oder als Teil einer Mehrschichtstruktur) wird das Thermofixieren
normalerweise bei Temperaturen im Bereich von 100°C bis 180°C herbeigeführt. Das Thermofixieren
kann durch herkömmliche
Techniken, zum Beispiel mittels eines Spannrahmensystems, oder durch
ein System aus einer oder mehreren erwärmten Walzen, wie beispielsweise
in GB-A-1124888 offenbart, herbeigeführt werden. Alternativ oder
zusätzlich
kann der Film einer eingeschränkten
Wärmebehandlung
unterzogen werden, wie nach der in EP-A-23778 beschriebenen Art
und Weise.
-
Die Auftragung der heißsiegelfähigen Schicht
auf den Substratfilm, der gegebenenfalls orientiert und wie hierin
vorstehend beschrieben thermofixiert ist, kann durch herkömmliche
Beschichtungstechniken aus einer Lösung oder Dispersion aus der
Polymerzusammensetzung in einem geeigneten Lösungsmittel oder einem Dispergiermittel
herbeigeführt
werden. Eine wässerige
Beschichtungszusammensetzung, die durch das Auflösen oder Dispergieren der polymeren
Bestandteile der heißsiegelfähigen Schicht
in einem wässerigen
Medium hergestellt wurde, ist eine bevorzugte Beschichtungszusammensetzung,
aus der die heißsiegelfähige Schicht
aufzutragen ist. Wenn das zweite Polymer der heißsiegelfähigen Schicht ein Co polymer
ist, das Monomerreste, die aus einem Olefin stammen, und eine olefinisch
ungesättigte
Carbonsäure,
wie sie bevorzugt ist, umfaßt,
wird das Auflösen
des Copolymers in einem wässerigen
Medium normalerweise durch die Umsetzung mit einem Ammoniumsalz
erreicht, um zumindest einige der Carbonsäuregruppen zu neutralisieren
und Ammoniumcarboxylatfunktionallität in dem Polymer bereitzustellen.
Wird das Copolymer getrocknet, wird Ammoniak abgegeben und die Ammoniumcarboxylatgruppen
werden in freie Carboxylgruppen umgewandelt.
-
Die Auftragung der Beschichtungszusammensetzung
auf die gegebenenfalls behandelte Oberfläche des Substratfilms kann
unter Verwendung irgendeiner bekannten Beschichtungstechnik erreicht
werden, zum Beispiel durch Gravurbeschichtung, Walzenbeschichten,
Tauchen, Sprühen
usw. Die überschüssige wässerige
Lösung
kann beispielsweise durch Quetschwalzen oder durch Schabemesser
entfernt werden. Die Beschichtungszusammensetzung wird für gewöhnlich in
einer solchen Menge aufgetragen, daß sich nach dem Trocknen eine
weiche, gleichmäßig verteilte
heißsiegelfähige Schicht mit
einer Dicke im Bereich von 20 bis 100 μm, vorzugsweise im Bereich von
40 bis 80 μm,
absetzt.
-
Ist die Beschichtung einmal auf den
Substratfilm aufgetragen, wird sie anschließend vorzugsweise unter Anwendung
von heißer
Luft oder Strahlungswärme
oder durch irgendein anderes geeignetes Erwärmungsmittel getrocknet, um
die endgültige heißsiegelfähige Schicht
bereitzustellen.
-
Die Haftung der heißsiegelfähigen Schicht an
dem Filmsubstrat kann je nach Bedarf verbessert werden, in dem auf
dem Substrat eine Schicht aus einem geeigneten Grundiermittel bereitgestellt
wird, bevor sich die heißsiegelfähige Schicht
hierauf absetzt. Geeignete Grundiermittel sind im Stand der Technik
allgemein bekannt und umfassen zum Beispiel Acrylgrundiermittel,
Titanate, Polyurethane und Poly(ethylenimine). Ein besonders bevorzugtes Grundiermittel
ist eine wässerige
Polyurethanlösung, die
etwa 4 bis 5 Gew.-% Polyurethan enthält.
-
Wenn gewünscht, kann die Oberfläche eines Substratfilmes
zur erfindungsgemäßen Verwendung einer
chemischen oder physikalischen Oberflächenmodifizierungsbehandlung
unterzogen werden, um die Haftung zu verbessern. Eine bevorzugte
Behandlung ist, die Filmoberflä che
einer elektrischen Hochspannung in Verbindung mit Coronaentladung
zu unterziehen, da dies einfach und effektiv ist. Nach der Behandlung
der Substratfilmoberfläche
kann sie mit der Beschichtungszusammensetzung, die die Komponenten
der heißsiegelfähigen Schicht
enthält,
oder mit einem geeigneten Grundiermittel beschichtet werden.
-
Wenn gewünscht, kann die zweite Oberfläche des
Substratfilms, das heißt,
die Oberfläche,
die der, die auf die heißsiegelfähige Schicht
aufgetragen wurde, gegenüber
liegt, mit einer druckaufnahmefähigen
Polymerzusammensetzung, und insbesondere einer druckaufnahmefähigen Acrylpolymerzusammensetzung,
beschichtet werden. Derartige Zusammensetzungen sind in der Technik
bekannt. Ein bevorzugtes druckaufnahmefähiges Acrylpolymer ist eines,
das ein Copolymer aus 2 bis 15 Gew.-% Acryl- oder Methacrylsäure, 10
bis 80 Gew.-% Methyl- oder Ethylacrylat und 10 bis 80 Gew.-% Methylmethacrylat umfaßt, wobei
alle Prozentangaben auf dem Gesamtgewicht des Copolymers basieren.
-
Erfindungsgemäße Verbund-Mehrschichtfilme
können
in einem gewissen Bereich an Dicken hergestellt werden, der vorrangig
durch die letztendliche Anwendung, für die ein partikulärer Film
verwendet wird, bestimmt wird. Filme mit einer Gesamtdicke in einem
Bereich, der 2,5 bis 100 μm übersteigt, sind
von besonderem Nutzen, aber für
Verpackungsanwendungen bevorzugen wir den Einsatz eine Filmes mit
etwa 10 bis 50 μm
Gesamtdicke.
-
Eine oder mehrere der Schichten,
die den Mehrschichtfilm der Erfindung bilden, können irgendeinen der herkömmlich bei
der Herstellung thermoplastischer Filme verwendeten Zusätze enthalten. Daher
können
Zusätze
wie Farbstoffe, Pigmente, Schmiermittel, Antistatikmittel, Antioxidationsmittel, oberflächenaktive
Mittel, Verstärkungsmittel,
Gleitmittel, Glanzverbesserer, Antizersetzungsmittel und UV-Licht-Stabilisatoren
verwendet werden.
-
Die vorliegende Erfindung wird nunmehr
anhandvon Beispielen und unter Bezug auf die anhängende Zeichnung beschrieben,
worin:
-
1 ein
schematischer Querschnitt (nicht im Maßstab) eines bevorzugten Mehrschichtfilms
der Erfindung ist.
-
In 1 umfaßt der Mehrschichtfilm
eine Substratschicht (1, 2a, 2b), zwei
Grundschichten (3a, 3b), eine heißsiegelfähige Schicht
(4) und eine druckaufnahmefähige Schicht (5).
Die Substratschicht ist ein dreischichtiger, orientierter Polymerfilm
mit einer Kernschicht (1), die vorzugsweise ein isotaktisches Polypropylenhomopolymer
umfaßt,
und zwei äußeren Schichten
(2a, 2b), die vorzugsweise ein lineares Ethylenpolymer
niederer Dichte umfassen. Die erste Oberfläche der Substratschicht ist
mit einer Grundierschicht (3a) beschichtet worden, und
die heißsiegelfähige Schicht
(4) ist über
dieser Grundierschicht abgeschieden worden. Die zweite Oberfläche der
Substratschicht ist ebenso mit einer Grundierschicht (3b) ausgestattet
und die druckaufnahmefähige
Schicht (5) ist ebenso über
dieser Grundierschicht abgeschieden worden.
-
Die vorliegende Erfindung wird anhand
der folgenden Beispiele veranschaulicht, jedoch nicht durch diese
eingeschränkt.
-
Die folgenden Testverfahren wurden
verwendet, um die Mehrschichtfilme der Erfindung einzuschätzen.
-
Heißsiegelschwelle:
-
Um die Heißsiegelschwelle (HSS) einzuschätzen, wurde
die minimale Schweißbackentemperatur,
die erforderlich ist, um eine Siegelbruchfestigkeit von 200 g pro
25 mm Versiegelung zu erhalten, wie folgt bestimmt. Eine Reihe von
Tests wurde durchgeführt,
wobei in jedem zwei Proben des Mehrschichtfilms der Erfindung mit
den heißsiegelfähigen Oberflächen, die
miteinander in Kontakt waren, zusammengebracht wurden. Jedes Filmprobenpaar wurde
dann unter Verwendung eines RDM-Heißversiegelers, der bei einem
Schweißbackendruck
von 100 kN/m2, einer Schweißbackenschließzeit von
2 Sekunden und bei progressiv erhöhenden Temperaturen für jeden
Test, ausgehend von 60°C,
arbeitet, versiegelt. Die HSS wurde durch die Inaugenscheinnahme
eines Plots gemessener Versiegelungsfestigkeit gegen die Schweißbackentemperatur
für die
Reihe der Testproben bestimmt.
-
Blockierung
-
Die heißsiegelfähige Oberfläche einer 115 cm2-Probe
des Films der Erfindung wurde mit einer 115 cm2-Probe
eines Polypropylenfilms, der mit einer herkömmlichen druckaufnahmefähigen Acrylpolymerschicht
beschichtet ist, in Kontakt gebracht und die beiden Filme wurden
dann für
2 Stunden unter einer Last von 4 kg bei 60°C zwischen Weichstahlplatten
gehalten. Nach dem Abkühlen
auf Umgebungstemperatur wird ein 25 mm breiter Streifen aus den blockierten
benachbarten Filmproben geschnitten und die Kraft, die erforderlich
ist, um die Proben zu trennen, wurde mittels eines Blockiergleichgewichtes gemessen
und in Einheiten von g/25 mm ausgedrückt.
-
Heißklebeleistung
-
Es wurde eine Reihe von Tests durchgeführt, in
denen zwei Proben des Mehrschichtfilms der Erfindung mit den heißsiegelfähigen Oberflächen, die
miteinander in Kontakt sind, zusammengebracht wurden. Die Enden
dieser Filmproben wurde dann unter Verwendung eines Heißversiegelers,
der bei einem Schweißbackendruck
von 100 kN/m2, einer Schweißbackenverschlußzeit von
2 Sekunden und bei progressiv erhöhenden Temperaturen für jeden
Test (ausgehend von 60°C)
arbeitet, miteinander versiegelt, um eine 25 mm × 25 mm Versiegelung zu erzeugen.
Sobald die Versiegelungsschweißbacken
entfernt waren, wurde die Versiegelung einem 90 g Federdruck unterzogen
und die Menge, bei der sich die Versiegelung öffnete wurde als ein Ergebnis
dieser Last bei jeder Schweißbackentemperatur
erhalten. Der Temperaturbereich, über den sich die Versiegelung
mit weniger als 30% öffnete
wurde dann bestimmt.
-
Beispiel 1
-
Es wurde ein dreischichtiger, molekular
orientierter und thermofixierter Substratfilm, der die Kernschicht,
die etwa 95 Gew.-% eines isotaktischen Polypropylenhomopolymers
und etwa 5 Gew.-% eines Polydicyclopentadienharzes enthält, und
zwei äußere Schichten
aus einem linearen Polyethylen niederer Dichte umfaßt, hergestellt.
-
Aus einer ringförmigen Dreikanaldüse wurden
die oben beschriebenen Polypropylen- und Polyethylenpolymerzusammensetzungen
coextrudiert, um eine Röhre
zu bilden, die einen zentralen Ring aus der Polypropylenpolymerzusammensetzung
und einen inneren und äußeren Ring
aus dem linearen Polyethylen niederer Dichte umfaßt.
-
Die Röhre wurde abgekühlt, auf
Strecktemperatur erhitzt, durch inneren Gasdruck gedehnt und mit
einer größeren Rate
als die, bei der sie hierin eingespeist wurde, aus der Dehnungszone
abgezogen, so daß die
Röhre auf
das siebenfache ihrer ursprünglichen
Ausmaße
sowohl in Extrusionsrichtung als auch in Querrichtung hierzu gestreckt
wurde.
-
Der gestreckte röhrenförmige Film wurde dann geöffnet, um
einen flachen Film zu bilden, der bei einer Temperatur von 120°C unter Verwendung von
Wärmewalzen
thermofixiert wurde. Der thermofixierte Film wurde dann durch Koronaentladung
unter Verwendung einer einzelnen Aluminiumstabelektrode, die sich über die
gesamte Breite des Films erstreckt, behandelt, die mit einem Sherman
GT60, 6 kW, Festkörper-Koronabehandler,
der bei 2 A arbeitet, verbunden ist.
-
Die Dicke der Schicht aus dem linearen
Polyethylen niederer Dichte auf jeder Oberfläche des resultierenden Substratfilms
betrug etwa 0,45 μm
und die Gesamtdicke des Films betrug etwa 24,5 μm. Jede Oberfläche des
Substratfilms wurde dann mit einer Schicht aus einer Polyurethangrundierung
auf ungefähr
eine Dicke von 0,15 μm
beschichtet. Diese Schicht wurde aus einer wässerigen Beschichtungszusammensetzung,
die etwa 7,5 Gew.-% Polyurethan enthält, unter Verwendung einer
Umkehrgravur mit 100 Linien/25 mm bei einer Liniengeschwindigkeit
von 10 m/Minute und einer Gravurzylindergeschwindigkeit von 5 m/Minute
aufgetragen. Nach der Beschichtung wurden die Grundschichten in
einem Luftofen getrocknet, was ein Trockenbeschichtungsgewicht von
etwa 1 g/m2 ergab.
-
Auf eine Oberfläche des grundierten Substratfilms
wurde eine heißsiegelfähige Schicht
von etwa 1 μm
Dicke aufgetragen. Diese Schicht umfaßte die folgenden Komponenten
in den folgenden Mengen:
- (i) 24 Gew.-% eines
amorphen Acrylpolymers mit einer Tg von 61°C und einem gewichtsmittleren Molekulargewicht
(Mw) im Bereich von 35.000 bis 40.000 (Neocryl BT36, erhältlich von
Zeneca Resins BV).
- (ii) 72 Gew.-% eines Ethylen-Acrylsäure-Copoylmers mit einer Tg
von –22°C, einer
Tm von 78°C, umfassend
85 Gew.-% an Ethylenmonomerresten und 15 Gew.-% an Acrylsäuremonomerresten (MortonTM 37F1, erhältlich von Morton International
BV).
- (iii) 3,2 Gew.-% Clariant KPS mikrokristallines Wachs und 0,6
Gew.-% Clariant 2106 Emulgator, erhältlich von Clariant Specialties
Ltd.
- (iv) 0,2 Gew.-% Siliciumdioxid-Antiblockiermittel mit einer
mittleren Teilchengröße von 3 μm.
-
Die heißsiegelfähige Schicht wurde aus einer
wässerigen
Beschichtungszusmmenensetzung, die insgesamt 16 Gew.-% Feststoffe
umfaßt,
unter Verwendung einer Umkehrgravur mit 100 Linien/25 mm bei einer
Liniengeschwindigkeit von 10 m/Minute und einer Gravurzylindergeschwindigkeit
von 5 m/Minute aufgetragen. Die Herstellung der Beschichtungszusammensetzung
bezog die Auflösung/Dispergierung
der Polymere in Wasser mit Hilfe eines Ammoniumsalzes ein, das zumindest
einige der Carbonsäuregruppen
neutralisierte und Ammoniumcarboxylatfunktionallität in den
Polymeren bereitstellte.
-
Das mikrokristalline Wachs und der
Emulgator wurden zusammen geschmolzen und die resultierende gemischte
Schmelze wurde zu kochendem Wasser gegeben. Nach dem Abkühlen des
Gemisches bildete sich eine Wachsemulsion mit einer mittleren Wachsteilchengröße von etwa
0,3 μm und
diese wurde dann zu der wässerigen
Polymerzusammensetzung zugegeben. Eine wässerige Siliciumdioxiddispersion
(FP44; erhältlich
von Formulated Polymer Products Limited) wurde schließlich zu
der wässerigen
Polymer/Wachszusammensetzung zugegeben, was die Beschichtungszusammensetzung
ergab.
-
Nach dem Beschichten wurde die heißsiegelfähige Schicht
in einem Luftofen getrocknet, was ein Trockenbeschichtungsgewicht
von 1 g/m2 ergab. Das Trocknen führte ebenso
zu der Freisetzung von Ammoniak, was die Ammoniumcarboxylatgruppen
in freie Carboxylgruppen zurückverwandelte.
-
Die Heißsiegelschwelle, die Blockierleistung und
die Heißklebeleistung
des resultierenden Films wurden unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken
bestimmt und die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
Heißsiegelschwelle
= 76°C
Blockierleistung
= 75 g/25 mm
Heißklebeleistung
= weniger als 30% Öffnung
bei 60 bis 100°C
-
Beispiel 2
-
Es wurde ein dreischichtiger, molekular
orientierter und thermofixierter Substratfilm, wie in Beispiel 1
beschrieben, hergestellt.
-
Jede Oberfläche des Substratfilms wurde dann
mit einer Schicht aus einer Polyurethangrundierung auf ungefähr eine
Dicke von 0,15 μm
unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens beschichtet.
-
Auf eine Oberfläche des grundierten Substratfilms
wurde eine heißsiegelfähige Schicht
von etwa 1 μm
Dicke aufgetragen. Diese Schicht umfaßte die folgenden Komponenten
in den folgenden Mengen:
- (i) 48 Gew.-% des
amorphen Acrylpoylmers (Neocryl BT36), das in Beispiel 1 verwendet
wurde.
- (ii) 48 Gew.-% des Ethylen-Acrylsäure-Copoylmers (MortonTM 37F1), das in Beispiel 1 verwendet wurde.
- (iii) 3,2 Gew.-% Clariant KPS mikrokristallines Wachs und 0,6
Gew.-% Clariant 2106 Emulgator, erhältlich von Clariant Specialties
Ltd.
- (iv) 0,2 Gew.-% Siliciumdioxid-Antiblockiermittel mit einer
mittleren Teilchengröße von 3 μm.
-
Die heißsiegelfähige Schicht wurde aus einer
wässerigen
Beschichtungszusammensetzung, die insgesamt 16 Gew.-% Feststoffe
umfaßt
und wie in Beispiel 1 hergestellt wurde, aufgetragen. Es wurde exakt
die gleiche Beschichtungstechnik wie in Beispiel 1 beschrieben,
verwendet, um die Schicht aufzutragen.
-
Die Heißsiegelschwelle, die Blockierleistung und
die Heißklebeleistung
des resultierenden Films wurden unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken
bestimmt und die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
Heißsiegelschwelle
= 89°C
Blockierleistung
= 59 g/25 μm
Heißklebeleistung
= weniger als 30% Öffnung
bei 75 bis 95°C
-
Beispiel 3 (Vergleich)
-
Es wurde ein dreischichtiger, molekular
orientierter und thermofixierter Sunstratfilm, wie in Beispiel 1
beschrieben, hergestellt. Jede Oberfläche des Substratfilms wurde
dann mit einer Schicht aus einer Polyurethangrundierung auf ungefähr eine
Dicke von 0,15 μm,
unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Verfahrens, beschichtet.
-
Auf eine Oberfläche des grundierten Substratfilms
wurde eine heißsiegelfähige Schicht
von etwa 1 μm
Dicke aufgetragen. Diese Schicht umfaßte die folgenden Komponenten
in den folgenden Mengen:
- (i) 72 Gew.-% des
amorphen Acrylpoylmers (Neocryl BT36) aus Beispiel 1.
- (ii) 24 Gew.-% des Ethylen-Acrylsäure-Copoylmers (MortonTM 37F1), das in Beispiel 1 verwendet wurde.
- (iii) 3,2 Gew.-% Clariant KPS mikrokristallines Wachs und 0,6
Gew.-% Clariant 2106 Emulgator, erhältlich von Clariant Specialties
Ltd.
- (iv) 0,2 Gew.-% Siliciumdioxid-Antiblockiermittel mit einer
mittleren Teilchengröße von 3 μm.
-
Diese heißsiegelfähige Schicht wurde aus einer
wässerigen
Beschichtungszusammensetzung, die insgesamt 16 Gew.-% Feststoffe
umfaßt
und wie in Beispiel 1 hergestellt wurde, aufgetragen. Es wurde exakt
die gleiche Beschichtungstechnik wie in Beispiel 1 beschrieben,
verwendet, um die Schicht aufzutragen.
-
Die Heißsiegelschwelle, die Blockierleistung und
die Heißklebeleistung
des resultierenden Films wurden unter Verwendung der oben beschriebenen Techniken
bestimmt und die folgenden Ergebnisse wurden erhalten:
Heißsiegelschwelle
= 102°C
Blockierleistung
= 166 g/25 mm
Heißklebeleistung
= keine Öffnung