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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft einen mehrschichtigen, wärmeschrumpfbaren Film.
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Die
Erfindung findet insbesondere Anwendung auf solche Filme zur Verwendung
in der Verpackung von Lebensmitteln, wie zum Beispiel Fleisch, Geflügel und ähnlichem.
Es ist jedoch vorgesehen, dass der Film gemäß der vorliegenden Erfindung
Verwendung in anderen Verpackungsanwendungen, wie zum Beispiel dem Verpacken
von aushärtbaren
Spachtelmassen und Abdichtungsmitteln, finden kann.
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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Fleischteilstücke bzw.
primale Fleischstücke
(primal cut) sind im allgemeinen kleiner als eine Rinderhälfte, jedoch
größer als
das endgültige
Schnittstück,
das dem Einzelhandelskunden verkauft wird. Teilstücke werden
im Schlachthaus hergestellt und an Einzelhandelsfleischgeschäfte oder
Restaurants verschickt, wo sie zu kleineren Schnittstücken aus
Fleisch, die allgemein als subprimale Fleischschnittstücke bezeichnet
werden, zerteilt werden. Subprimale Schnittstücke können jedoch auch im Schlachthaus
hergestellt werden.
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Primale
und subprimale Schnittstücke
werden verpackt, um das Aussetzen gegenüber Luft (d. h. Sauerstoff)
zu minimieren und um das Verderben und das Verfärben des Fleisches während des
Verschickens und der Handhabung zu vermeiden. Eine übliche Art
und Weise des Verpackens von anfänglichen
und subprimalen Schnittstücken
und deren Schutz vor den nachteiligen Wirkungen der Luft ist es,
die Schnittstücke
in einem Film mit guten Sauerstoffbarriereeigenschaften schrumpfzuverpacken.
Zum Beispiel ist ein mehrschichtiger Film mit einer Barriereschicht,
die Polyvinylidenchlorid (PVDC) enthält, ein wohlbekanntes Verpackungsmaterial.
Von PVDC ist bekannt, dass es ausgezeichnete Sauerstoffbarriereeigenschaften
besitzt. Die anderen Schichten des mehrschichtigen Films dienen
dazu, die PVDC Schicht zu schützen
und um die erforderlichen Tieftemperatur- und Abriebfestigkeitseigenschaften
bereitzustellen, welche der PVDC-Schicht fehlen. Es gibt andere
Arten von biaxial orientierten, wärmeschrumpfbaren, mehrschichtigen
Filmen, die keine Sauerstoffbarriereeigenschaften benötigen, z.
B. Filme, die zum Schrumpfverpacken von Geflügel verwendet werden sollen.
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Schrumpfeigenschaften
können
in einem Film durch biaxiales Strecken des Films in der Maschinen- und
Querrichtung erzeugt werden. Die resultierenden Filme werden innerhalb
eines bestimmten Bereiches von Prozentanteilen, wie z. B. von ungefähr 20 bis
ungefähr
50 Prozent bei 90°C,
wärmeschrumpfen.
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Ein
mehrschichtiger, wärmeschrumpfbarer
Film kann auch zu Verpackungssäcken
bzw. -beuteln ausgebildet werden. Säcke werden im allgemeinen durch
querverlaufendes Versiegeln eines schlauchförmigen Stoffes aus mehrschichtigem
Film und Zerschneiden und Aufspalten des Schlauches, oder durch Übereinanderlegen
flacher Folien aus mehrschichtigem Film und Versiegeln an drei Seiten,
oder durch Falten flacher Folien am Ende und Versiegeln der beiden
Seiten hergestellt. Eine übliche
Art des Versiegelns, die bei der Herstellung von Säcken verwendet
wird, ist ein heißer
Heiß-Draht-Stempel.
Die angrenzenden thermoplastischen Schichten, die als die inneren
Schichten bezeichnet werden, werden durch Anwenden von Wärme und
Druck entlang des Bereiches, der versiegelt werden soll, aneinander
gesiegelt unter Verwendung von Kontakt mit gegenüberliegenden Drähten bzw.
Stäben,
von denen mindestens einer erwärmt
ist, um zu bewirken, dass die angrenzenden Schichten eine Schmelzbindung
eingehen. Säcke,
die aus einem schlauchförmigen
Stoff hergestellt sind, benötigen üblicherweise
eine Heiß-Draht-Versiegelung
quer zum Schlauch. Diese Versiegelung wird auch als untere Versiegelung
bezeichnet. Sobald die untere Versiegelung angewandt wurde, wird
der Schlauchstoff quer geschnitten, um die Öffnung des Sacks zu bilden.
Die Stärke
der Versiegelung kann durch Bestimmen der Zeit gemessen werden,
die eine Versiegelung benötigt,
um unter bestimmten Bedingungen zu versagen. Zum Beispiel wird die
Versiegelung in heißes
Wasser mit 95°C
eingetaucht und die Heißwasserversiegelungsstärke („HWSS") kann durch eine
Untersuchung, wie sie zum Beispiel in dem „restrained shrinkage-seal
strength test" in
Funderburk et al., U.S. Patent Nr. 3,900,635 beschrieben ist, gemessen
werden.
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Sobald
Fleisch oder Geflügel
in den Sack eingebracht wurden, wird die Verpackung evakuiert und
die Öffnung
des Sacks muss versiegelt werden. Einst war das Standartverfahren
zum Versiegeln eines Sackes, eine Klammer um die Öffnung des
Sacks herum zu befestigen. Heutzutage werden Impulshitzeversiegelungsmethoden
verwendet, um die Öffnung
eines Sacks zu verschließen.
Im allgemeinen wird die Öffnung
eines Sacks durch Anwenden von Wärme
und Druck unter Verwendung gegenüberliegender
Drähte über Impulse verschlossen.
Mindestens einer der Drähte
besitzt einen verdeckten Draht oder ein Band, durch welches elektrischer
Strom über
einen sehr kurzen Zeitraum (daher der Name „Impuls") hindurchfließt, um zu bewirken, dass die
angrenzenden Filmschichten schmelzverbunden werden. Nach dem Wärmeimpuls
werden die Drähte abgekühlt, während die
inneren Oberflächen
des Sacks nach wie vor aneinander gehalten werden, um eine entsprechende
Versiegelungsstärke
zu erzielen.
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Ein
Problem beim Impulswärmeversiegeln
ist, dass der Film im Versiegelungsbereich oft während des Versiegelns extrudiert
wird. Diese Dehnung des Produktes führt zu einer Verdünnung des
Films und in einer Extremsituation zum Zerreißen des verdünnten Films.
Letzteres ist als Durchbrennen (burn-through) bekannt. Eine Lösung für dieses „Durchbrenn"-Problem ist es, den Film vor der Herstellung
des Sacks zu bestrahlen.
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Das
Bestrahlen eines mehrschichtigen Films bewirkt, dass die unterschiedlichen,
bestrahlten Schichten in dem Film quervernetzt werden. Unter kontrollierten
Bedingungen stellt das Quervernetzen durch Bestrahlen nicht nur
einen höheren
Temperaturimpulswärmeversiegelungsbereich
bereit, sondern verbessert auch den Einstichwiderstand des Films.
Unter kontrollierten Bedingungen können mehrschichtige Polymerfilme
bestrahlt werden, um ein quervernetztes Produkt mit einer höheren Einstichwiderstandseigenschaft
und anderen Verbesserungen herzustellen. Das Aussetzen gegenüber Strahlung
erzeugt jedoch auch eine Verminderung der Wärmeversiegelbarkeit in anderen
Schichten bei herkömmlichen
Temperaturen, Drücken
und Zeiten unter Verwendung üblicher
Wärmeversiegelungsausrüstung, wodurch
schlechte Boden- und Seitenversiegelungen in Säcken, die aus diesem Film hergestellt
sind, resultieren.
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Die
Ausrüstung,
um den Film zu bestrahlen, ist höchst
teuer und kostspielig im Unterhalt, erhöht die Produktionskosten und
benötigt üblicherweise
einen zusätzlichen
Schritt bei der Herstellung.
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Leider
sind nicht alle quervernetzten thermoplastischen Filme leicht zu
schmelzen, wodurch es für
Lebensmittelverpacker schwierig wird, starke Versiegelungen zu erzielen,
insbesondere durch Impulsversiegeln der Sacköffnung nach Befüllen mit
Fleisch oder Geflügel.
Alle Sackversiegelungen (einschließlich sowohl des versiegelten
Bodens, der beispielsweise durch den Sackhersteller mit einem heißen Draht
hergestellt wurde, als auch der impulsversiegelten Öffnung des
Sacks durch den Lebensmittelverarbeiter) müssen ihre Unversehrtheit beibehalten,
wenn die Lebensmittel enthaltende Verpackung in heißes Wasser
eingetaucht wird, um den Film gegen das verpackte Lebensmittel zu
schrumpfen.
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Filme
des Standes der Technik, die üblicherweise
verwendet wurden, besitzen eine Zusammensetzung der inneren und äußeren Schichten
mit dem gleichen Schmelzpunkt und im Wesentlichen den gleichen Polymeren.
Es wurde festgestellt, dass, wenn die inneren und äußeren Schichten
nicht aus ähnlichen
Zusammensetzungen hergestellt sind, die zweite Blase während des
Biorientierungsschrittes nicht stabil sein könnte und der Film dazu neigen
würde,
sich nach innen oder nach außen
aufzuwerfen, da das Schrumpfen der inneren und äußeren Schichten nicht ausgeglichen
ist. Mit anderen Worten, wenn ein hochschrumpfendes Harz in der
inneren Schicht mit einer niedrigschrumpfenden äußeren Schicht verbunden wird,
oder umgekehrt, wird sich der resultierende Film aufwerfen oder
aufrollen und kann nicht zu Säcken
verarbeitet werden.
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Im
allgemeinen besitzen Harze mit höherem
Schmelzpunkt nicht die gleiche Schrumpfung wie Harze mit geringerem
Schmelzpunkt, daher ist es die Praxis, die gleichen Harze in den
inneren und äußeren Schichten
zu verwenden und die Versiegelbarkeit des Films durch Quervernetzen
zu verbessern.
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Trotz
dieser Verallgemeinerung gibt es Filme, wie z. B. Krehalon ML 40
bzw. Vector 6, die durch Krehalon aus den Niederlanden bzw. Gunze
aus Japan hergestellt wurden, welche eine äußere Schicht mit einem höheren Schmelzpunkt
als die wärmeversiegelnde
Innenschicht einschließen.
Krehalon ML 40 hat eine äußere Polyesterschicht,
eine innere Polyethylenschicht und eine Kernschicht aus Polyamid
und Ethylenvinylalkohol. Vector 6 besitzt eine äußere Polyamidschicht und eine
innere Polyethylenschicht. Polyester und Polyamide sind jedoch sehr
teuer und können
das Schrumpfen des Films beschränken.
Dies wird in den Fällen
von Krehalon ML 40 und Vector 6 deutlich, welche ein Filmschrumpfen
von 29/33% bzw. 26/28% in der Maschinenrichtung/Querrichtung (MD/TD)
besitzen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung besteht allgemein in einem mehrschichtigen, wärmeschrumpfbaren
Film, der eine äußere Schicht
und eine wärmeversiegelbare
innere Schicht einschließt,
wobei die äußere Schicht
einen Schmelzpunkt von mindestens 20°C über dem der inneren Schicht
besitzt. Geeigneterweise haben die Schichten im Wesentlichen eine
ausgeglichene Schrumpfung und der Film schrumpft um mindestens 35%
in mindestens eine der Maschinen- und Querrichtung durch Messen
der ungehinderten Schrumpfung des gestreckten Films bei 90°C über fünf Sekunden
oder einer äquivalenten
Schrumpfung hiervon.
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Noch
geeigneter schrumpft der Film um mindestens 40% in mindestens einer
der Maschinen- und Querrichtungen,
gemessen durch ungehinderte Schrumpfung des gestreckten Films bei
90°C über fünf Sekunden
oder einer entsprechenden Schrumpfung hiervon.
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Durch „im Wesentlichen
ausgeglichene Schrumpfung" wird
verstanden, dass die inneren und äußeren Schichten schrumpfkompatibel
sind, so dass die Verbundstruktur des Films sich nicht entweder
nach innen oder nach außen
aufwirft. Es ist selbstverständlich,
dass die Schrumpfung von jeweils der abgetrennten inneren und äußeren Schicht,
die von der Kompositstruktur des Films entfernt wurde, nicht berücksichtigt
wird, wenn bestimmt wird, wann der Film eine im Wesentlichen ausgeglichene
Schrumpfung besitzt.
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Der
Begriff „Polymer", wie er hierin verwendet
wird, betrifft das Produkt einer Polymerisationsreaktion und schließt Homopolymere,
Copolymere, Terpolymere, etc. ein.
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Die äußere Schicht
ist eine thermoplastische Polymermischung. In der Vergangenheit
wurde die Zusammensetzung der äußeren Schicht
durch die Auswahl der wärmeversiegelbaren
inneren Schicht bestimmt, um ein Aufwerfen während der Biorientierung zu
verhindern, führte
jedoch zu den Problemen des Durchbrennens und dem Bedarf an Bestrahlung.
Es wurde festgestellt, dass durch die Verwendung einer Mischung
von thermoplastischen Polymeren die Temperaturwiderstandsfähigkeit
der äußeren Schicht
im Vergleich zur inneren Schicht erhöht werden kann, um das Durchbrennen
zu verhindern, während
eine kompatible Schrumpfung beibehalten werden kann.
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Es
ist selbstverständlich,
dass der Schmelzpunkt der Mischung durch Mitteln der Schmelzpunkte
der thermoplastischen Polymere in der Mischung berechnet wird, wobei
der Prozentanteil eines jeden Polymers in der Mischung berücksichtigt
wird. Der Prozentanteil eines jeden Polymers in der Mischung wird
mit seinem Schmelzpunkt multipliziert und die Summe dieser Werte
ergibt den Schmelzpunkt der Mischung. Wenn z. B. Polymer A einen
Schmelzpunkt von 100°C
und Polymer B einen Schmelzpunkt von 200°C besitzt, hat eine 50%-ige
Mischung der beiden einen Schmelzpunkt von 150°C. Wenn eine Mischung 40% Polymer
A und 60% Polymer B besitzt, dann besitzt die Mischung einen Schmelzpunkt
von 160°C.
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Die äußere Schicht
ist eine Mischung aus Polypropylen (PP) und Polybutylen (PB) und
entweder einem Polyethylen (PE) oder Ethylenvinylacetatcopolymer
(EVA) oder einer Kombination davon. Das Polyethylen ist ein Ethylenalphaolefinplastomercopolymer
(Plastomer). Die äußere Schicht
kann auch andere thermoplastische Materialien, wie z. B. Ethylen-Propylencopolymer,
Ionomer oder ein Alphaolefin, welches Mitglieder der Polyethylenfamilie,
wie z. B. lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), Polyethylen
mit sehr geringer bzw. ultrageringer Dichte (VLDPE und ULDPE) oder
Mischungen dieser Materialien, einschließt.
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Die
inneren Schicht stellt eine gute Wärmeversiegelung über einen
breiten Bereich bereit. Es ist bevorzugt, dass die innere Schicht
an sich selbst wärmeversiegelbar
ist.
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Unter „wärmeversiegelbar" bzw. „wärmeverschweißbar" wird verstanden,
dass die Schicht in der Lage ist, durch herkömmliche, indirekte Heizmittel
schmelzverbunden zu werden, die ausreichend Wärme auf mindestens einer Filmkontaktoberfläche zum
Durchführen
der durchgängigen
Filmkontaktoberfläche
und für
die Bildung einer Bindungsgrenzfläche dazwischen ohne Verlust
der Filmunversehrtheit erzeugen. Die Bindungsgrenzfläche kann
auch ausreichend wärmestabil
sein, um Gas- oder Flüssigkeitslecks
zu verhindern, wenn sie oberhalb oder unterhalb der Umgebungstemperaturen
während
der Verarbeitung des Lebensmittels innerhalb des Schlauchs, wenn
er an beiden Enden versiegelt ist, d. h. in einer Sackform ist,
ausgesetzt wird. Schließlich kann
die Bindungsgrenzfläche
zwischen durchgängigen
inneren Schichten ausreichende physikalische Stärke besitzen, um der Spannung
zu widerstehen, die aus dem Strecken oder Schrumpfen aufgrund des
Lebensmittelkörpers,
der innerhalb des Schlauchs eingeschlossen wird, herrührt.
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Die
innere Schicht ist aus einer wärmeversiegelbaren,
thermoplastischen Polymermischung hergestellt. Wärmeversiegelbare, thermoplastische
Polymere werden vom Fachmann dadurch erkannt, dass sie geeignet
sind, bei einer Vielzahl von Zeit-, Druck- und Temperaturbedingungen
mit sich selbst wärmeversiegelt zu
werden. Zum Beispiel kann bei einem gegebenen Druck entweder eine
relativ hohe Temperatur kurz oder eine geringere Temperatur über einen
längeren
Zeitraum angewandt werden, um gleichermaßen geeignete Versiegelungen
zu erhalten. Es muss wertgeschätzt
werden, dass der Fachmann in der Lage ist, die Versiegelungsparameter,
wie z. B. die Temperatur, den Druck und die Zeit der Anwendung,
zu wählen,
die von solchen Faktoren, wie z. B. der Art der verwendeten Wärmeversiegelungsausrüstung, abhängen.
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Die
innere Schicht ist eine Mischung aus VDLPE, EVA und einem Plastomer,
welches einen kombinierten Schmelzpunkt von 94–96°C besitzt. Das EVA kann mindestens
33% der Mischung und bis zu 60%, das VLDPE kann mindestens 20% der
Mischung und bis zu 30%, und das Plastomer kann mindestens 15% der Mischung
und bis zu 30% ausmachen. Das EVA kann zwischen ungefähr 3% und
ungefähr
18% Vinylacetat enthalten.
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Die
inneren und äußeren Schichten
können
miteinander verbunden sein. Alternativ kann der Film Klebe-, Verbund-
oder weitere Polymerschichten dazwischen einschließen. Klebe-
und Verbundschichtzusammensetzungen schließen diejenigen ein, die im
Stand der Technik wohlbekannt sind. Geeigneterweise trennt eine
Sauerstoffbarriereschicht die inneren und äußere Schichten.
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In
einer Ausführungsform
sind die inneren und äußeren thermoplastischen
Schichten auf gegenüberliegende
Seiten einer Barrierekernschicht gebunden. Ein funktionelles Erfordernis
der Barriereschicht kann sein, dass zusammen mit den anderen Schichten
die Sauerstofftransmissionsrate durch den gesamten mehrschichtigen
Film unterhalb ungefähr
20 cm3/1 m2/24h/atm
beträgt.
Dies dient dazu, das Verderben bestimmter Lebensmittelprodukte zu
vermeiden, z. B. von Fleisch, das in der mehrschichtigen Filmverpackung
eingeschlossen ist, aufgrund von Sauerstoffdurchgang aus der Umgebung
durch die Filmwand. Dieses Erfordernis kann durch zahlreiche, wohlbekannte
Barriereschichtmaterialien erfüllt
werden. Zum Beispiel können
dies bestimmte der Polyamide (Nylon), hydrolysiertes Ethylenvinylacetatcopolymer
(EVOH) und bevorzugt ein Vinylidencopolymer einschließen. Vinylidenchlorid-Vinylchlorid
(PVDC) ist ein allgemein verwendetes Copolymer, Vinylidenchlorid-Methylacrylatcopolymer
(MA-VDC) kann jedoch auch verwendet werden.
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Die äußere thermoplastische
Schicht kann auf der gegenüberliegenden
Seite der Kernschicht von der inneren Schicht liegen und in der
bevorzugten Dreischichtausführungsform
ist diese äußere Schicht
sowohl direkt an die Kernschicht gebunden als auch in direktem Kontakt
mit der Umgebung. Da sie von dem Benutzer/Verbraucher gesehen wird,
kann sie die optischen Eigenschaften des Films verbessern. Sie kann
auch dem Kontakt mit scharfen Objekten widerstehen und wird deshalb
als Abnutzungsschicht bezeichnet und stellt eine Abriebfestigkeit
bereit.
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Die
thermoplastische äußere Schicht
kann eine Dicke von ungefähr
0,5 mil bis 1,0 mil besitzen. Dünnere
Schichten können
beim Erfüllen
der Abriebfestigkeitsfunktion weniger wirkungsvoll sein, während dickere Schichten
die Filmstreckbarkeit vermindern können. Der mehrschichtige Film
kann biaxial orientiert sein, um die Wärmeschrumpfbarkeit zu unterstützen.
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Die
Dicke der wärmeversiegelbaren,
inneren, thermoplastischen ersten Schicht kann zwischen ungefähr 0,4 mil
und ungefähr
2,0 mil betragen. Dünnere
Schichten könnten
die beschriebenen Funktionen nicht erfüllen, während dickere Schichten die
Verarbeitbarkeit des Filmes nicht gewünscht verbessern könnten und die
Gesamtleistung des Films verringern könnten.
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Die
Barriereschichtdicke kann zwischen ungefähr 0,1 mil bis ungefähr 0,5 mil
betragen. Innere Barriereschichten könnten die gewünschten
Funktionen nicht erfüllen,
und dickere Schichten verbessern die Leistung nicht wünschenswert.
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Der
Dreischichtfilm kann eine Gesamtdicke von ungefähr 1,6 mil bis ungefähr 3,0 mil
besitzen, bevorzugt von ungefähr
1,8 mil bis ungefähr
3,0 mil. Eine geringere Dicke könnte
die Wirksamkeit von mindestens einer der drei Schichten verringern,
während
eine höhere
Dicke die Flexibilität
des Films vermindern könnte und
seine Leistung nicht wünschenswert
verbessert.
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Im
Allgemeinen können
verschiedene herkömmliche
Zusatzstoffe, wie z. B. Gleitmittel und Pigmente, in den Film gemäß herkömmlicher
Praxis eingebracht werden. Während
diese Ausführungsform
der Erfindung insbesondere mit Bezug auf drei Schichten beschrieben
ist, sollte es selbstverständlich
sein, dass eine oder mehrere zusätzliche
Schichten direkt auf die äußere Seite
der äußeren Schicht
oder zwischen der Barriereschicht und der inneren Schicht oder anstelle
der Barriereschicht, jedoch nicht auf der Innenseite der Innenschicht
gebunden sein können.
Diese zusätzliche
Schicht kann z. B. aus EVA, LLDPE, VLDPE, Polypropylen, EVOH, Polyurethan,
Acrylnitrilnylon, Ionomer oder deren Mischungen bestehen. Zum Beispiel
kann eine vierte Schicht zwischen die äußere Schicht und die Barriereschicht
eingebracht sein.
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Während die
Vorteile, die von der Zusammensetzung der äußeren Schicht verliehen werden,
das Bedürfnis
der Bestrahlung des mehrschichtigen Films vermeiden könnten, ist
es selbstverständlich,
dass der mehrschichtige, wärmeschrumpfbare
Film gemäß der Erfindung
bestrahlt werden kann, um die Einstich- und Temperaturwiderstandsfähigkeit
weiter zu verbessern.
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Der
wärmeschrumpfbare,
mehrschichtige Film gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in Form eines schlauchförmigen Artikels oder flacher
Folien vorliegen. Der mehrschichtige Film kann zu Säcken ausgebildet werden,
die für
die Verpackung von Fleisch geeignet sind. Der mehrschichtige Film
kann insbesondere für
diejenige Säcke
geeignet sein, die durch Heiß-Draht- oder Impulsversiegelung
hergestellt wurden, und nach dem Einbringen von Fleisch dahinein
kann Impulswärmeversiegeln
verwendet werden, um die Öffnung
zu versiegeln.
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Ein
Ende des Sacks kann durch Wärmeversiegeln
durch Anhaften zwischen durchgängigen
inneren Schichtoberflächen
in Querrichtung zu den gegenüber
angebrachten Seitenwänden
des Sacks versiegelt werden. Das Öffnungsende des Sacks kann
durch Schmelzverbinden zwischen durchgängigen inneren Schichtoberflächen nach
dem Befüllen
des Sacks mit Lebensmitteln impulswärmeversiegelt werden.
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Ein
Sack aus dem mehrschichtigen Film kann so hergestellt werden, dass
die innere Schicht den inneren Teil des Sacks formt, während die äußere Seite
den äußeren Teil
des Sacks bildet. Demgemäß kann die innere
Schicht des schlauchförmigen,
mehrschichtigen Films die wärmeversiegelbare
Schicht sein, die leicht durch Heiß-Draht-Versiegelung versiegelt
werden kann. Darüber
hinaus kann aufgrund des letztgenannten die Öffnung des Sacks leichter durch
Impulswärmeversiegeln
versiegelt werden.
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Damit
diese Erfindung leichter verstanden werden kann und praktisch umgesetzt
werden kann, wird nun auf die folgenden Beispiele verwiesen, die
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung darstellen.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
wurde ein wärmeschrumpfbarer,
mehrschichtiger Film hergestellt mit:
- a) einer äußeren Schicht
einer Mischung aus PB, PP und Plastomer, deren Schmelzpunkt zwischen
ungefähr
129°C bis
136°C beträgt;
- b) einer Barrierekernschicht
- c) einer inneren Schicht aus VLDPE, EVA und Plastomer, deren
Schmelzpunkt ungefähr
95°C beträgt.
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Ein
alternativer, wärmeschrumpfbarer,
mehrschichtiger Film wurde auch hergestellt, wobei die äußere Schicht
durch eine äußere Schicht
aus einer Mischung aus PB, PP, Plastomer und EVA, deren Schmelzpunkt ungefähr 118°C beträgt, ersetzt
wurde. Ein weiterer wärmeschrumpfbarer,
mehrschichtiger Film wurde hergestellt, der eine äußere Schicht,
die eine Mischung aus PB, PP und EVA, deren Schmelzpunkt ungefähr 135°C beträgt, umfasst,
und eine Kernschicht, welche keine Barriereeigenschaften besitzt,
einschließt.
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In
jedem Fall schloss die innere Schicht eine Mischung aus VLDPE, EVA
und Plastomer, deren vereinigter Schmelzpunkt ungefähr 95°C beträgt, ein.
Das EVA macht mindestens 33% der Mischung bis zu 60% aus. Das VLDPE
macht von 20% der Mischung bis zu 33% aus. Das Plastomer macht mindestens
15% der Mischung bis zu 30% aus. Das EVA kann zwischen ungefähr 3% und
ungefähr
18% Vinylacetat enthalten.
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Im
allgemeinen wurden verschiedene, herkömmliche Zusatzstoff, wie z.
B. Gleitmittel und Pigmente, in die Filme gemäß herkömmlicher Praxis eingebracht.
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Der
mehrschichtige Film dieser Erfindung kann durch bekannte Verfahren,
wie z. B. das Coextrudieren der mehreren Schichten zu einem primären Schlauch,
gefolgt von biaxialem Strecken des Schlauchs durch bekannte Verfahren,
um einen wärmeschrumpfbaren
Film auszubilden, hergestellt werden. Die „Doppel-Blasen" (double-bubble)-Methode,
die in Pahlke, U.S. Patent Nr. 3,456,044 offenbart ist, kann verwendet
werden, um den Film dieser Erfindung herzustellen. Alternativ kann
der Film ein schlitzguss-coextrudierter, mehrschichtiger Film sein,
der anschließend
biaxial gestreckt ist.
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Die
Dicke der wärmeversiegelbaren,
inneren Schicht kann zwischen ungefähr 0,4 mil und ungefähr 2,0 mil
liegen. Die Dicke der Barriereschicht beträgt zwischen ungefähr 0,1 mil
und ungefähr
0,5 mil. Die Dicke der thermoplastischen, äußeren Schicht ist zwischen
ungefähr
0,5 mil bis 1,0 mil. Im allgemeinen besitzt der Dreischichtfilm
eine Gesamtdicke von ungefähr
1,6 mil und ungefähr
3,0 mil, geeigneter von ungefähr
1,8 mil bis ungefähr
3,0 mil.
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Der
Sack aus dem schlauchförmigen,
mehrschichtigen, wärmeschrumpfbaren
Film wird so hergestellt, dass die innere Schicht den innen liegenden
Teil des Sacks bildet, während
die äußere Schicht
den außen
liegenden Teil des Sacks bildet. Demgemäß ist die innere Schicht des
schlauchförmigen,
mehrschichtigen Films die wärmeversiegelbare
Schicht, die leicht durch Heiß-Draht-Versiegeln
versiegelt werden kann. Darüber
hinaus kann aufgrund des letztgenannten die Öffnung des Sacks leichter durch
Impulswärmeversiegeln
versiegelt werden, wenn gewünscht.
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Der
mehrschichtige, wärmeschrumpfbare
Film kann dann verwendet werden, um wärmeschrumpfbare Säcke, die
als Verpackungsmaterial für
anfängliche
und subprimale Fleischschnittstücke
und verarbeitetes Fleisch geeignet sind, herzustellen. Die Säcke können aus
dem mehrschichtigen, wärmeschrumpfbaren
Film dieser Erfindung durch irgendein geeignetes Verfahren hergestellt
werden, jedoch bevorzugt durch Heiß-Draht-Wärmeversiegeln.
Zum Beispiel können
Säcke durch
Heiß-Draht-Versiegeln
eines Endes einer Länge
des schlauchförmigen
Films oder mit irgendeiner Zahl von der Länge nach beabstandeten Stellen
quer zur Schlauchbreite hergestellt werden, wenn der Film dieser
Erfindung in einem schlauchförmigen
Stoff hergestellt wird, und dann Schneiden des Schlauchs oder Trennen
einer Kante, um die Sacköffnung
auszubilden. Wenn der Film dieser Erfindung in Form von flachen
Folien hergestellt ist, können
Säcke durch Heiß-Draht-Versiegeln von drei
Enden der zwei übereinander
gelegten Folien des Films hergestellt werden. Wenn die Heiß-Draht-Versiegelungsarbeiten
durchgeführt
werden, sind die Oberflächen,
die miteinander wärmeversiegelt
werden, um Nähte
auszubilden, die ersten äußeren Schichten
mit geringerem Schmelzpunkt des mehrschichtigen Films der Erfindung.
Daher wird z. B. die innere Oberfläche des Schlauchs, d. h. die
Oberfläche,
die mit sich selbst wärmeversiegelt
wird, die innere Schicht des schlauchförmigen, mehrschichtigen Films sein,
wenn ein Sack durch Wärmeversiegeln
einer Kante der Länge
des schlauchförmigen
Films ausgebildet wird.
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BEISPIEL 1
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In
dieser Serie von Versuchen wurden Säcke derselben Größe (400
mm Länge × 200 mm
Breite) aus dreischichtigen Filmen hergestellt, die eine wärmeversiegelbare,
thermoplastische, innere Schicht, eine Kernschicht, die auf einer
Seite an die versiegelbare, innere Schicht angebunden ist, und eine
zweite thermoplastische, äußere Schicht,
die auf der gegenüberliegenden
Seite der Sauerstoffbarriereschicht angebunden ist, umfassen. Die
Kernschicht war in den meisten Versuchen eine vinylidenchloridcopolymerartige
Sauerstoffbarriere. Der Dreischichtfilm war von der biaxial orientierten,
wärmeschrumpfbaren
Art, hergestellt durch das Doppel- oder eingeschlossene Blasenverfahren,
wie es allgemein in der oben erwähnten
US Patentschrift Nr. 3,456,044 von Palkhe beschrieben ist. Insbesondere
werden alle drei Schichten gleichzeitig koextrudiert.
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Bestimmte
physikalische Eigenschaften der Säcke wurden durch irgendeine
der unten beschriebenen Versuchsverfahren gemessen.
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Die
Schrumpfwerte wurden durch Messen der ungehinderten Schrumpfung
des gestreckten Films bei 90°C über fünf Sekunden
gemessen. Vier Testproben wurden aus einer gegebenen Probe eines
orientierten Films, der getestet werden soll, ausgeschnitten. Die
Proben wurden auf 10 cm in Maschinenrichtung mal 10 cm in der Querrichtung
ausgeschnitten. Jede Probe wurde vollständig über 5 Sekunden in einem 90°C heißen Wasserbad
eingetaucht. Die Entfernung zwischen den Enden der geschrumpften
Probe wurde gemessen. Der Unterschied in der gemessenen Entfernung
der geschrumpften Probe und den ursprünglichen 10 cm wurde mit zehn
multipliziert, um die Prozentschrumpfung der Probe zu erhalten.
Die Schrumpfung der vier Proben wurde für die MD-Schrumpfwerte der
gegebenen Filmprobe gemittelt, und die Schrumpfung der vier Proben wurde
für die
T-Schrumpfwerte gemittelt.
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Der
Impulsversiegelungsbereichstest wurde durchgeführt, um annehmbare Voltbereiche
für die
Impulsversiegelung der Plastikfilme zu bestimmen und zu vergleichen.
Es wurde ein Vakuumimpulsversiegler verwendet, der von der Fleischindustrie
verwendet wird, um zu evakuieren, und Produkte, die in die Säcke eingebracht
wurden. Der Vakuumversiegler wurde von Boss Vacuum Packaging Machines
hergestellt. Dieser Vakuumversiegler ist mit einem Impulsversiegelungsband,
das mit einem Teflonstoff bedeckt ist, ausgestattet. Eine konstante
Spannung wird an die Versiegelungsbänder angelegt und ist nicht
anpassbar. (Dies ist typisch für
Vakuumversiegler, die kommerziell in der Industrie verwendet werden.)
Die Zeitspanne, über
die die Spannung an die Versiegelungsbänder angelegt wird, ist anpassbar,
um die Versiegelungszeit zu steuern, um eine leckbeständige, starke
Versiegelung zu erhalten. Die Zeitspanne ist von 0 bis 4,0 Sekunden
oder von 0 bis 10 auf der Anzeige der Maschine anpassbar.
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Die
Filmproben wurden in den Vakuumversiegler eingebracht und die Versiegelungszeit
wurde angepaßt,
um den minimalen Zeitraum zu bestimmen, der benötigt wird, um eine starke Versiegelung
zu erhalten, und der maximale Zeitraum, in dem eine gute Versiegelung
erhalten werden kann, ohne durchzubrennen.
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Die
Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle A zusammengefasst.
Tabelle B definiert die Formulierungen der inneren und äußeren Schichten.
Tabelle C definiert die einzelnen Harze, die verwendet wurden. Der
Schmelzpunkt der unterschiedlichen Mischungen wird durch Mitteln
der Schmelzpunkte der thermoplastischen Polymere in der Mischung
berechnet, wobei der prozentuale Anteil eines jeden Polymers in
der Mischung berücksichtigt
wird. Der Prozentanteil eines jeden Polymers in der Mischung wird
mit seinem Schmelzpunkt multipliziert und die Summe dieser Werte
ergibt den Schmelzpunkt der Mischung.
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Versuch
1 besteht aus einem wärmeschrumpfbaren,
nicht quervernetzten Film, der einen typischen Aufbau besitzt, wie
er in der Industrie verwendet wird. Die Schmelztemperatur der inneren
und äußeren Schicht
ist dieselbe. Während
die Versiegelungsstärke
dieses Films die Erfordernisse für
die Produkte erfüllt, ist
der Versiegelungsbereich sehr eng, wie in Tabelle A gezeigt. Üblicherweise
wird diese Art von Film durch Strahlung quervernetzt, um eine maximale
Einstellung von ungefähr
8 zu erhalten.
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Versuche
2 & 3 verwenden
die gleiche innere Versiegelungsschicht wie in Versuch 1, jedoch
wurde die äußere Schichtformulierung
verändert,
um Harze mit höherem
Schmelzpunkt zu verwenden. Ohne Quervernetzen wurde der Versiegelungsbereich
signifikant erhöht. Überraschenderweise
zeigte keiner der Filme ein Kräuseln.
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Versuche
4 und 5 sind die gleichen wie die Versuche 2 und 3, jedoch wurde
der Aufbau der äußeren Schicht
mit unterschiedlichen Harzen hergestellt. Während der Versiegelungsbereich
signifikant erhöht
wurde, war das Kräuseln
des Films nicht annehmbar und der Film konnte nicht zu Säcken verarbeitet
werden. Die Zusammensetzung der äußeren Schicht
besaß keine
zur inneren Schicht kompatible Schrumpfung.
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Versuche
6, 7, 8 und 9 zeigen die Verwendung unterschiedlicher Harze und
Formulierungen in den äußeren Schichten
gemäß der Erfindung.
Der Versiegelungsbereich wurde erhöht und die Filme besitzen hohe Schrumpfeigenschaften.
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In
Versuch 10 wurde die Barriereschicht durch ein nicht-barriereartiges
Material ersetzt. Die äußere Schicht
ist gemäß der Erfindung.
Die Filme besaßen
einen guten Wärmeversiegelungsbereich
und Schrumpfung.
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BEISPIEL 2
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Zusätzlich zu
den oben beschriebenen Laborversuchen wurden Untersuchungen auf
einem VC999-Vakuumversiegler durchgeführt. Es wurden Säcke, die
aus der Formulierung hergestellt wurden, wie sie in Versuch 1 definiert
ist, mit Säcken,
die aus den Formulierungen in Versuch 3 hergestellt wurden, verglichen.
Ungefähr
500 Säcke
aus jeder Formulierung wurden gepackt mit einem verarbeiteten Fleischprodukt,
in den VC999 eingebracht und evakuiert und versiegelt. Die Säcke, die
das Produkt enthielten, wurden in 87°C heißes Wasser eingetaucht, um
die Säcke
eng um das Produkt herum zu schrumpfen.
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Ungefähr 15% der
Säcke aus
der Formulierung nach Versuch 1 versagten in dem VC999-Siegel entweder
nach der Evakuierung, dem Versiegelungszyklus oder nach der Schrumpfung
in dem heißen
Wasser. Nur 1,2% Ausfall trat bei Säcken, die aus der Formulierung
gemäß Versuch
3 hergestellt wurden, auf.
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Diese
Ausfallrate wird als normal für
die Art von Produkt angesehen, welches verpackt wurde, und ist gleich
zu Säcken,
die aus Filmen hergestellt sind, die quervernetzt wurden.
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In
der Verwendung stellt die vorliegende Erfindung einen mehrschichtigen
Film mit einer hohen Heißwasserversiegelungsstärke, einem
hohen Durchbrennwiderstand, einem breiten Impulsversiegelungsbereich und
erhöhtem
Einstichwiderstand ohne den zusätzlichen
Schritt des Quervernetzens des Films durch Strahlung bereit. Die
mehrschichtige Filmstruktur kann leichter und effizienter zu Verpackungssäcken formuliert
werden. Sie stellt auch einem Fleisch- und Geflügelverpackungssack bereit,
der sowohl verbesserte Boden- als auch Seitenversiegelungen besitzt,
die beispielsweise durch Heiß-Draht-Versiegelung
ausgebildet sind, und nachdem Lebensmittel darin eingepackt ist
eine verbesserte Öffnungsversiegelung,
wie sie durch Impulswärmeversiegeln
ausgebildet ist.
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Es
wird offensichtlich realisiert werden, dass während das vorangegangene im
Wege von darstellenden Beispielen dieser Erfindung illustriert wurde,
alle solchen und anderen Veränderungen
und Abwandlungen hierzu, wie sie einem Fachmann offensichtlich sind,
innerhalb des breiten Bereichs und den Grenzen dieser Erfindung,
wie sie hierin fortgesetzt sind, fällt.
