NO149727B - Forpakningslaminat - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et forpakningslaminat, som omfatter en polyolefinfilm som på én side har et første toppbe-

legg som er varmeforseglbart og på den annen side et annet toppbelegg som har dårlige klebekarakteristika.

Ved fremstilling av filmer som er anvendelige for emballasjeformål, er typisk separate lag av akrylbelagt polyolefinfilm, f.eks. biaksialt orientert polypropylenfilm, blitt kombinert med PVDC (polyvinylidenklorid)-belagt cellofan eller PVDC-belagt transparentpapir under anvendelse av konvensjonelle klebemiddel-laminerings- eller varmelaminerings-teknikker for påføring i moderne fylle- og forseglingsmaskiner av horisontal

og vertikal form.

Det akrylbelagte filmlag, som normalt benyttes som utsiden av emballasjen, gir utmerket vannslipp- og kjeft - friløsnings-karakteristika, men forholdsvis dårlige varmklebe-eller smeltestyrke-karakteristika. Det PVDC-belagte filmlag som normalt anvendes på innsiden, gir utmerket varmklebing, men dårlige kjeftfrigjørings-karakteristika og høy COF (friksjonsko-effisient) i varme. Følgelig bringer plassering av det akrylbelagte lag på utsiden akrylbelegget i direkte kontakt med forsegler-overflatene hvor dets gode varmslipp- og kjeft - frigjørings-karakteristika er mest essensielle.

PVDC-belegget anbringes normalt på innsiden, hvor det tilveiebringer gode varmklebe-karakteristika hvor de trenges mest. Varmklebing er en egenskap hos belegget som forbindes med smelte-styrken til belegget selv, og er spesifikt filmenes tendens til å forbli forseglet når de utsettes for avskrellingspåkjenning mens de fremdeles er varme. I tillegg utgjør det PVDC-

belagte lag en barriere for overføring av gasser så som oksygen

og forbedrer således det forpakkede produkts "shelf lif.e".

Med hensyn til slike multilag-filmer finnes det imidlertid typisk problemer med varmklebestyrke og derav følgende forseglingsstyrke i fylle- og forseglings-påføringer i vertikal form hvor det forpakkes et relativt tungt produkt. I standard-utstyr med høy hastighet åpner bunnforsegleren seg umiddelbart etter at fyllingen er ferdig og utsetter således bunnen av pak-ningen for den fulle vekt av produktet som er pakket, før det delvis smeltede belegg i forseglingsområdet er herdet. Dette resulterer i at varer faller ut gjennom bunnen av sekken.

Forpakningslaminatet i henhold til oppfinnelsen har utmerket forseglingsstyrke og utmerkede gassbarriere-karakteristika og er egnet som erstatning for de to-lags laminerte strukturer som typisk anvendes for de ovenfor beskrevne innpakningsformål. Der-ved elimineres de ovenfor omtalte problemer.

Det karakteristiske ved forpakningslaminatet i henhold til oppfinnelsen er at det første toppbelegg som filmdannende middel

omfatter en akrylkopolymer og at det annet toppbelegg som filmdannende middel omfatter en vinyliden-kopolymer som inneholder minst 80 vekt% v.inylidenklorid-enheter og som er forskjellig fra akryl-kopolymeren.

For fremstilling av en belagt polyolefinfilm som her beskrevet belegges den ene side av en polyolefinfilm med et varmeforseglbart preparat som i alt vesentlig består av en akryl-interpolymer som det filmdannende middel, og den annen side belegges med et varmeforseglbart preparat som i alt vesentlig består av en vinylidenklorid-multipolymer som det filmdannende middel.

Slike polyolefinfilmer som polyetylen, polypropylen og polybuten er egnet for anvendelse i forbindelse med oppfinnelsen. Ubelagte orienterte, f.eks. biaksialt orienterte, filmsubstrater, f.eks. biaksialt orientert polypropylen (BOPP) har ofte vist seg svært tilfredsstillende, idet de tilveiebringer enkeltlags-film egnet for mange forskjellige forpakningsformål.

Den akrylbelagte side av filmen er vanligvis utsiden av banen, den side som er i direkte kontakt med de varme forsegler-overflater hvor det kreves gode varmslipp- og kjeftfrigjørings-karakteristika. FVDC-belegget er vanligvis på innsiden av banen og gir den høye forseglingsstyrke, gode varmklebe-karakteristika og barriere-egenskaper som kreves for slik for-pakning .

Akrylbelegget inneholder som det filmdannende middel en harpiks som i alt vesentlig består av en interpolymer som omfatter (a) fra ca. 2 til ca. 15 vektdeler av en a, /3-monoetylenisk umettet karboksylsyre utvalgt fra gruppen som består av akrylsyre, metakrylsyre og blandinger derav, og (b) fra ca. 85 til ca. 98 vektdeler nøytrale monomerestere.

Den kjemiske sammensetning av PVDC-belegget er ikke kritisk for utførelsen av oppfinnelsen. Generelt bør, for at man skal oppnå de ønskede gassbarriere-egenskaper, vinyliden-kloridinnholdet i multipolymeren være minst 80% og kan være så høyt som 92%. De resterende 8-20% kan bestå av akrylatestere, f.eks. metyl-, etyl-, butyl- og lignende estere, metakrylat-estere, spesielt av metyl, umettede nitriler, f.eks. akrylnitril og metakrylnitril, og umettede syrer, f.eks. akrylsyre, metakrylsyre, itakonsyre og lignende.

De akrylbelegningspreparater som foretrekkes for anvendelse i forbindelse med oppfinnelsen, er fullstendig beskrevet og fremstilt i overensstemmelse med U.S.-patent nr. 3.753.769. Imidlertid kan hvilket som helst egnet akrylbasert belegg brukes. Blandinger av akryl-interpolymeren i overensstemmelse med U.S.-patent nr. 3.753.769 inneholder en harpiks som i alt vesentlig består av en interpolymer av (a) fra ca. 2 til ca. 15 deler og, fortrinnsvis, fra ca. 2,5 til ca. 6 deler i vekt av en a, Ø-monoetylenisk umettet karboksylsyre utvalgt fra gruppen som består av akrylsyre, metakrylsyre og blandinger derav, og (b) fra ca. 85 til ca. 98 og, fortrinnsvis, fra ca. 94 til ca. 97,5 deler i vekt av nøytrale monomerestere, idet de nøytrale monomerestere fortrinnsvis omfatter (1) et alkylakrylat utvalgt blant metylakrylat og etylakrylat og (2) metylmetakrylat. Interpolymerblandingene er videre karakterisert ved at de fortrinnsvis omfatter fra 30 % til 55 % i vekt av metylmetakrylat når alkylakrylatet er metylakrylat, og 52,5 % til 69 % i vekt av metylmetakrylat når alkylakrylatet er etylakrylat.

Det har vist seg at de ovenfor omtalte ønskelige egenskaper ved en varmeforseglbar akrylbelegningsharpiks kan oppnås ved kontrollert syntese av multipolymerene.

De akryl-baserte polymerer som er i besittelse av de ønskede egenskaper med hensyn til Tg (glassovergangstemperatur), syreinnhold og molekylvekt, kan fremstilles ved riktig utvelgelse og interpolymerisering av følgende typer av forbindelser i nærvær av et egnet kjedeoverføringsmiddel, f.eks. merkaptaner eller halo-generte hydrokarboner: A. En høy-Tg-monomer;

B. En lav-Tg-monomer; og

C. Syreholdige monomerer.

Eksempler på monomerer med høye Tg-verdier som kan anvendes, inkluderer etylenmetakrylat, metylmetakrylat og andre.

Eksempler på monomerer med lav Tg-verdi som kan anvendes, inkluderer for eksempel lavere alkylakrylater, f.eks. metyl-, etyl- eller butylakrylater.

Eksempler på syremonomerer som kan anvendes, inkluderer for eksempel akrylsyre, metakrylsyre, maleinsyre, krotonsyre og blandinger derav.

Polymerisasjonsreaksjonen kan fordelaktig utføres ved tilsetning av de blandede monomerer porsjonsvis under reaksjonen slik at man oppnår en mer nært homogen fordeling av monomerer i

•multipolymer-molekylene.

Den relative andel av monomerer som kan anvendes for fremstilling av forpakningslaminater i henhold til oppfinnelsen, kan variere og inkluderer mellom 2 % og 15 % og fortrinnsvis fra 2,5 % til 6 % av en a,0-umettet karboksylsyre eller blandinger derav, og fra 85 % til 98 %, og fortrinnsvis fra 94 % til 97,5 %

i vekt av de nøytrale estermonomerer, idet disse monomerer er blitt interpolymerisert under anvendelse av kjente polymerisasjonstek-nikker, f.eks. emulsjonspolymerisasjon.

Foreliggende oppfinnelse benytter således for eksempel terpolymerer som kan fremstilles ved terpolymerisering av etylenisk umettede monomerer inklusive mellom 2% og 15% i vekt, og fortrinnsvis fra 2,5 % til 6 % i vekt av en a,0-umettet karboksylsyre, fortrinnsvis akryl- eller metakrylsyre eller blandinger derav; 85% til 98%, og fortrinnsvis 94% til 97,5% i vekt av nøytrale monomerestere som omfatter (a) en alkylakrylat-ester, f.eks. metyl-, etyl- eller butylakrylat, og (b) alkyl-metakrylatestere, f.eks. metylmetakrylat eller etylmetakrylat. Monomerkomponentene anvendes i et slikt forhold at alkyl-metakrylatmonomeren er til stede i en mengde av minst 10 vekt% av den totale terpolymer-blanding og, fortrinnsvis, fra 20

til 80 % i vekt, og alkylakrylatmonomer-komponenten i mengder av minst 10 vekt% av den totale belegningsblanding, og fortrinnsvis fra 80 til 20 % i vekt.

En egnet komponent kan innarbeides i belegningspreparatet slik at man får varmslipp-egenskaper, dvs. tilfredsstillende slippegenskaper når innpakningsmaterialet eller den delvis inn-hyllede pakning passerer i kontakt med varmeforseglingsdelene i innpaknings-apparaturen, f.eks. oppvarmede presseplater osv.

Egnede varmslipp-midler som består av findelte, vann-uløselige, uorganiske faststoffer, utvelges fortrinnsvis fra den gruppe som består av kolloidal kiselsyre, kiselgur, kalsium-silikat, bentonitt og findelt leire, idet disse uorganiske faststoffer generelt har- en partikkelstørrelse mellom ca. 10 og 200 millimikron. Varmslipp defineres kvantitativt som friksjonskoeffisienten i kontakt med en glatt plate av rustfritt stål som anvendes ved varmforsegling av den belagte film.

Blokkering er tendensen hos en film til å adherere til seg selv når to eller flere overflater av filmen holdes presset sammen. Egnede antiblokkeringsmaterialer for innarbeidelse i forpakningslaminatene i henhold til oppfinnelsen inkluderer findelte vokser og voksaktige materialer som har smeltepunkter over de maksimalt innbefattede lagringstemperaturer og som ikke er løselige i interpolymeren ved slike temperaturer. Spesifikke eksempler inkluderer de naturlige vokser, f.eks. bivoks, karnaubavoks, Japan-voks, samt syntetiske vokser, f.eks. hydrogenert ricinusolje og klorerte hydrokarbonvokser; noen anti-blokkerende materialer, f.eks. karnaubavoks, har også kold-slipp-karakteristika. Kold-slipp er kvantitativt friksjonskoeffisienten ved romtemperatur, dvs. en films evne til å gli tilfredsstillende langs overflater ved romtemperatur.

PVDC-belegg som er egnet for anvendelse i overensstemmelse med oppfinnelsen, kan fåes i handelen eller fremstilles ved hvilken som helst av flere teknikker som er vel kjent på området. Ett slikt egnet PVDC-belegg består av en varmeforseglbar vinylidenklorid-emulsjonskopolymer fremstilt i overensstemmelse med U.S.-patent nr. 3.714.106, omfattende (A) opptil ca. 95 vekt% vinylidenklorid, fortrinnsvis 70 til 95 vekt%, (B) 0 til ca. 30 vekt% hydroksyalkylester av en a, /?-etylenisk umettet karboksylsyre, fortrinnsvis 0,5-30 vekt%, mer fortrinnsvis 0,5-18 vekt%,

(C) 0 til ca. 3 vekt% sulfoalkylester av en a, /3-etylenisk umettet karboksylsyre, fortrinnsvis 0,3-3 vekt% og mer fortrinnsvis

0,3-1,5 vekt%, (D) 0 til ca. 5 vekt% etylenisk umettet karboksylsyre, fortrinnsvis 0 til 2 vekt%, (E) opptil ca. 29,5 vekt% etylenisk umettet monomer, fortrinnsvis 0 til 29,5 vekt% som ikke inneholder noen fri syre eller andre hydroksyalkyl-grupper enn (A), (B), (C) eller (D), idet monomer (E) er til stede sammen med de andre nevnte monomerer for å forhindre for tidlig krystal-lisering av kopolymeren før påføring og for å gi fleksibilitet og varmeforseglingsegenskaper til den tørkede multipolymer, idet polymeren inneholder et minimum av 2 til 4 vekt% i det hele av de nevnte monomerer .(B) og (E) sammen.

Et annet svært egnet PVDC-belegg. består av en polymer

som omfatter (A) 50-90% vinylidenklorid, fortrinnsvis 75-87,5%,

(B) 2-45% lavere alkylakrylater, fortrinnsvis 7-20% metylakrylat, og (C) 5-15% av en umettet karboksylsyremonomer, minst 50% av

hvilken er metakrylsyre, fortrinnsvis 5-10% metakrylsyre. Syre-monomeren anvendes for å gi en grad av ammoniakk-sensitivitet til polymeren, hvilket resulterer i forbedrede filmdannende egenskaper.

Det skal understrekes at mange andre forskjellige vinylidenkloridmultipolymerlatekser som er tilgjengelige som handelsartikler, også kan anvendes.

Det er ønskelig at dispersjonene av de ovenfor omtalte polymerer settes sammen med spesifikke additiver for oppnåelse av en balanse av egenskaper som trenges for en nyttig'innpakhings-f ilm.

Som kjent på området, kan vokser anvendes i film-belegningspreparater. Vokser med smeltepunkter fra 55 til

100°C foretrekkes spesielt. Et stort utvalg av slike vokser har vist seg egnet, f.eks. candelillavoks, bivoks, karnaubavoks, Japan-voks, montanvoks osv., og syntetiske vokser, f.eks. hydrogenert ricinusolje, klorerte hydrokarbonvokser, langkjedede fettsyreamider osv. Hvis karnaubavoks anvendes i slike beleg-ningspreparater, viser det seg at fra 2 til 10 vektdeler,

basert på den samlede vekt av multipolymeren, med fordel kan anvendes i form av en vandig dispersjon med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på ca. 0,1 ^um. En spesielt foretrukket konsentrasjon av voks har vist seg å være ca. 5 deler pr. 100 deler polymer.

Forpakningslaminatene i henhold til oppfinnelsen som inneholder relativt store mengder av vinylidenklorid, dvs. av størrelsesorden fra 75 og opp t.i 1 90 vekt%, resulterer i belagte filmer som gir gode friksjonsegenskaper, dvs. filmer hvor friksjonskoeffisienten ikke er så høy at den gjør filmene inopererbare på automatisk forpakningsutstyr. Imidlertid har det vist seg ønskelig i visse tilfeller å tilsette små mengder av findelte, uløselige materialer for ytterligere å senke friksjonskoeffisienten til slike belagte filmer til de verdier som er nødvendige for høyhastighets-forpakningsoperasjoner.

Fra ca. 0,1 til ca. 1,0 del-pr. 100 deler polymer av findelt materiale, f.eks. talk, leire, polyvinylkloridharpiks, silisium-dioksyd, glimmer og lignende kan anvendes. Det er funnet at en foretrukken sammensetning er en som inneholder ca. 0,25

del pr. 100 deler polymer av talk som har en gjennomsnittlig partikkeldiameter på ca. 1 ^um.

Belegningen av filmsubstratet er typisk en in-line-operasjon hvo* begge sider av banen fsomj belegges ved separate belegningsstasjoner som inngår i konstruksjonen av beleggeren. Belegger-konstruksjonen kan også tilveiebringe påførin<g> av. primer-belegg som er spesifikke for hvert topp-skikt før topp-skikt-påføringen, men innarbeidelse av priming-trinnet er ikke essensielt for foreliggende oppfinnelses idé.

For formål hvor det kreves omleggsforseglingsprodukt (typisk for vertikale, formings-, fyllings- og forsegl-ings-anvendelser), må akrylbelegget forsegle godt til PVDC-belegget, i tillegg til de andre krav som er angitt ovenfor.

Følgende spesifikke eksempler illustrerer oppfinnelsen.

Eksempel 1

Akrylbelegningspreparat

En akryl-multipolymer/ammoniakkvannløsning med følgende sammensetning ble fremstilt:

Sammensetning av polymer:

Til denne løsning tilsettes (A) 40 deler (faststoff) av en vandig dispersjon av kollbidal kiselsyre med en gjennomsnittlig partikkelstørrelse på 20 millimikron pr. 100 deler (faststoff) polymer, og (B) 5 deler (faststoff) av en vandig dispersjon av karnaubavoks pr. 100 deler polymer.

Eksempel 2

PVDC- belegninqspreparat

En vandig PVDC-multipolymerlateks med følgende sammensetning ble anvendt:

Lateksens pH-verdi ble justert til 7,0 med fortynnet ammoniakkvann, og 5 deler faststoff pr. 100 deler multipolymer-faststoff av en vandig dispersjon av karnaubavoks og 0,5 del faststoff pr. 100 deler multipolymer-faststoff av findelt talk i form av en vandig suspensjon ble tilsatt. Ytterligere vann ble tilsatt for justering av beleggets faststoff til 40%.

Eksempel 3

Et akryl-interpolymerbelegg i overensstemmelse med eksempel 1 ble påført på den ene side av en orientert poly-propylenbane, og et PVDC-polymerbelegg, i overensstemmelse med eksempel 2, ble påført på den motsatte side. Den orienterte polypropylenfilm som ble anvendt, var en komposittfilm av orientert polypropylen med en ytre, skiktet overflate av polyetylen med middels densitet. Den totale tykkelse av basis-arket på 0,02 mm med de ytre polyetylenskikt omfattende en tykkelse på tilnærmet 0,01 mm.

Den skiktede orienterte polypropylenfilm ble først

•korona-utladningsbehandlet til et fuktende spenningsnivå på 46-48 dyn/cm før belegning. Både akryl- og PVDC-belegget ble påført under anvendelse av en "kiss"-valse, fulgt av utmåling av overskytende belegg med en meyer-stav og tørking. Typiske egenskaper som ble målt på den belagte bane, var som følger:

Eksempel 4

Et akryl-interpolymerbelegg av den type som er beskrevet i eksempel 1, ble påført på den ene side av en på forhånd primet overflate av en 0,03 mm biaksialt orientert polypropylenfilm,

og et PVDC-belegg, i overensstemmelse med oppfinnelsen, ble på-ført på den motsatte side av banen, som også ble primet.

Den orienterte polypropylenfilm som ble anvendt, er en enkelt-skiktet film produsert av et non-slip-polypropylen med et høyt isotaktisk innhold og en smelte-indeks på 4,5.

Før belegningen ble filmen korona-utladningsbehandlet til et fuktende spenningsnivå på 46 dyn/cm. Overflaten som skulle belegges med akryl, ble først primet, under anvendelse av en standard gravyrbelegningsapparatur og teknikk med en polyetylenimin-løsning som besto av 0,075 vekt% polyetylenimin oppløst i en blanding av 85% vann og 15% etanol. Etter tørking av primeren, ble det tillagede akryl-toppskikt fra eksempel 1 påført.

Deretter ble et primer-belegg bestående av et enkeltkomponent-uretanklebemiddel (fra kommersiell kilde) oppløst ved et 8% nivå (i vekt) i metyletylketon, påført via gravyr-teknikken på den motsatte side av banen. Etter tørking av primeren ble det tillagede PVDC-toppskikt fra eksempel 2 påført på den uretan-primede overflate. Både akrylbelegget og PVDC-belegget ble påført under anvendelse av en "kiss"-valse, fulgt av meyer-stav-utmåling av overskudd av belegg. Typiske egenskaper som ble målt på den belagte bane, var som følger:

Undersøkelse av de data som er presentert i eksemple-ne, illustrerer de essensielle trekk ved oppfinnelsen. En enkeltlags-film produsert som her beskrevet og med innlysende kommersielle og økonomiske fordeler i forhold til flerlagssyste-mer, er egnet for erstatning av flerlags-film som nå typisk anvendes for de beskrevne forpakningsformål. Følgelig er polyolefinfilm-substrater som inneholder et akrylbelegg på den ene side og et PVDC-belegg på den annen side, som her beskrevet, spesielt godt egnet for en rekke forpakningsformål, f.eks. forpak-ningsmateriale for lette snacks eller tunge matvarer, f.eks. frukt.

Claims (9)

1. Forpakningslaminat, omfattende en polyolefinfilm, som på én side har et første toppbelegg som er varmeforseglbart og på den annen side et annet toppbelegg som har dårlige klebekarakteristika, karakterisert ved at det første toppbelegg som filmdannende middel omfatter en akrylkopolymer og at det annet toppbelegg som filmdannende middel omfatter en vinyliden-kopolymer som inneholder minst 80 vekt% vinylidenklorid-enheter og som er forskjellig fra akryl-kopolymeren.

2. Forpakningslaminat som angitt i krav 1, karakterisert ved at akryl-kopolymeren i alt vesentlig består av en a,3-monoetylenisk umettet karboksylsyre utvalgt blant akrylsyre, metakrylsyre og blandinger derav og nøytrale monomerestere utvalgt blant metylakrylat, etylakrylat og metylmetakrylat; og at vinylidenklorid-kopolymeren består i alt vesentlig av vinylidenklorid, en a,p-etylenisk umettet karboksylsyre utvalgt blant akrylsyre, metakrylsyre og blandinger derav, og en etylenisk umettet monomer utvalgt blant metylakrylat, etylakrylat og blandinger derav.

3. Forpakningslaminat som angitt i krav 2, karakterisert ved at det akryl-baserte belegg inneholder fra 2 til 15 vektdeler, basert på det akryl-baserte belegg av a,3-monoetylenisk umettet karboksylsyre og fra 85 til 98 vektdeler, basert på det akryl-baserte belegg, av nøytrale monomerestere •

4. Forpakningslaminat som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 3, karakterisert ved at akrylbelegget inneholder et varm-slipp-middel som består av et findelt, vann-uløselig, uorganisk faststoff og et kold-slipp-anti-blokkerende materiale som omfatter findelt voks.

5. Forpakningslaminat som angitt i krav 4, karakterisert ved at det uorganiske faststoff er kolloidal kiselsyre.

6. Forpakningslaminat som angitt i hvilket som helst av kravene 1 til 5, karakterisert ved at poly-olef inet er polypropylen.

7. Forpakningslaminat som angitt i krav 6, karakterisert ved at polypropylenet er biaksialt orientert.

8. Forpakningslaminat som angitt i krav 1 til 7, karakterisert ved at den polyvinylidenklorid-baserte belegningsside omfatter 80-90 vekt% vinylidenklorid, 5 til 10 vekt% metakrylsyre og 5-10 vekt% metylakrylat.

9. Forpakningslaminat som angitt i krav 1 til 8, karakterisert ved at det akryl-baserte belegg omfatter fra 50 til 60 % metylmetakrylat, fra 40 til 50 % metylakrylat og fra 2,5 til 6 % metakrylsyre.