SE444445B - Beleggningskomposition for emballageartiklar samt forfarande for framstellning och anvendning herav - Google Patents

Description

7901199~s nas av att den består av en vattenlösning av polyvinylalkohol och en latex av en vattenokänslig och med polyvinylalkohol in- kompatibel polymer, varvid förhållandet - räknat på torrt mate- rial - mellan polyvinylalkohol och polymer hos latexen uppgår till mellan 0,4 och 3. Ä ' De enligt uppfinningen lämpade polyvinylalkoholerna finns tillgängliga på marknaden. De kan användas som sådana eller de kan framställas genom hydrolys av en polyvinylester.Man väljer företrädesvis produkter som räknat på monomerenheterna innehål-_ ler mer än 90% och företrädesvis mer än 97% vinylalkoholenheter.

Som polyvinylestrar kan speciellt nämnas polyvinylacetater och deras sampolymerer med hög acetathalt såsom vinylacetat-eten-sam- polymerer med mindre än 10% etenenheterl Polyvinylalkoholer med mindre än 90% -CHZOH-enheter kan användas men de medför en lägre grad av ogenomsläpplighet för gas och är mera fuktkänsliga.

Det är intressant att anteckna att känsligheten för vat- tenånga hos beläggningar på basis av po1yvinylalkoholer.är spe- ciellt undertryckt genom blandning av alkoholerna med latexarna av polymerer som är okänsliga för fukt.

Polyvinylalkoholens molekylvikt är inte speciellt kri- tisk. Den väljes som en funktion av tjockleken man önskar erhål- la hos beläggningen och av fukthalten vid användningsbetingelser- na för emballagen. Användning av produkter med låg molekylvikt är ekonomiskt gynnsam för relativt tjocka beläggningar under det att användningen av produkter med hög molekylvikt medför maxi- malt skydd. Man föredrar vanligtvis polyvinylalkoholer med visko- sitet lägre än 20 cP (viskositeten hos en 4%-ig lösning i vatten) och speciellt mellan 2 och 10 cP och ett estertal av mellan 2 och 150, företrädesvis lägre än 20. g Den i kompositionen ingående polymerlatexen, som kan an- vändas i kombination med polyvinylalkohol och som är okänslig och ogenomtränglig för vattenånga och inkompatibel med polyvinyl- alkohol, är enligt uppfinningen latexar på basis av styren-buta- dien eller styren-alkylakrylat med hög halt av styren och innehål- lande företrädesvis mer än 60% styrenenheter; vidare latexar_på basis av alkylestrar eller arylestrar av omättade karbonsyror så- som akrylater och metakrylater; vidare latex på basis av omätta- de nitriler såsom akrylnitril och metakrylnitril , 790119995, samt latexar på basis av vinylhalogenider såsom vinylklorid, vinylbromid och vinylidenklorid; vidare latexar på basis av vinylacetat. Latexar av polyvinylidenklorid är speciellt intres- santa eftersom de bidrar till ogenomsläppligheten för gas, uppvisar god klibbförmåga och fördelaktigt utseende. Det är föredraget att halten av vinylidenklorid hos sampolymererna uppgår till mer än ca 80 mol-% varvid övriga monomerer kan vara 'exempelvis vinylklorid, akrylater eller metakrylater, organiska omättade syror såsom akrylsyra, itakonsyra och fumarsyra.

Termen latex är väl känd för fackmannen och betecknar en fin dispersion av polymer i en kontinuerlig fas som huvud-, sakligen utgöres av vatten. Även om'polymerpartiklarna kan i uppvisa varje lämplig storlek har de vanligtvis en storlek av mellan 0,05 och 5/u. Torrhalten hos latexen uppgår i praktiken itill mellan ca U0 och 60 vikt*%.

För att kompositionen enligt föreliggande uppfinning skall medföra tillfredsställande impermeabilitetsegenskaper4 för gas och vattenangbeständighet bör viktförhållandet, räknat på torrt material, mellan polyvinylalkohol och polymer hos i latexen uppgå till mellan 0,H och 5. Inom dessa gränsvärden väljes förhållandet som en funktion av ogenomsläpplighetsgraden och vattenskyddet som man önskar erhålla liksom av substratets natur, lämplig beläggningsvikt och det slutliga föremålets ut- seende. En fördel med polymerer och sampolymerer av vinyliden- klorid hänför sig till deras transparens och briljans, vilka kännetecken är speciellt lämpade för filmer och behållare, av- sedda för emballage av livsmedel; De bidrar dessutom till att göra underlaget ogenomsläppligt för gas. För denna grupp av polymerer uppgår föredragna förhållanden, räknade pâ torrt material, till mellan 0,6 och LU och särskilt till mellan 0,9 och 1,2. Vid användning av förhållanden över l,ü kan man konstatera en hög vattenkänslighet hos beläggningen under det att med förhållanden under 0,6 transparensen påverkas och gas- genomsläppligheten blir högre.

Det är uppenbart att blandningar av två eller flera polymerlatexar kan användas inom uppfinningens ram i kombina- tion med polyvinylalkoholen, vilken likaledes kan utgöras av en blandning av olika polyvinylalkoholer, dvs. sådana med olika 79o1199~5 molekylvikt och olika antal hydroxylfunktioner. __ Å Blandningen av beståndsdelarna polyvinylalkohol och latex kan lätt åstadkommas medelst en ringa omrörning, utgående från polyvínylalkoholen i form av en vattenlösning, vanligtvis med en koncentration av mellan_5 och 20 vikt-%, som framställes på förhand, och latexen eller latexarna, vid behov i närvaro* av en mindre mängd antiskummedel eller ytaktivt medel. Kompo- sitionerna kan dessutom innefatta emulgermedel, mjukningsmedel, antioxidanter, antistatiska medel, baktericider och.fungicider, smörjmedel, fyllmedel, färgämnen, pigment och förnätningsmedel.

Kompositionerna enligt uppfinningen är speciellt lämpa- de som beläggningsmaterial, vilka kan appliceras på substrat av termoplastiska material vilka kan formas medelst en form-' gjutningsmetod, eventuellt inkl. ett monoaxiellt eller biakiellt dragningsförfarande. Det är känt att framställa ark eller filmer genom strängsprutning i smält tillstånd av ett i huvudsak amorft termoplastiskt material, dragning av filmen i längdriktningen och därefter i tvärriktningen eller tvärtom. Beläggningskompo- sitionen kan appliceras medelst varje kand metod såsom fin? fördelningsdoppning valsbeläggning eller rakling på en av ytorna eller på-de båda ytorna av filmen, före eller efter dragningen och'exempelvis mellan dragningen i längdriktningen och dragningen i tvärriktníngen, ' Det är även känt att framställa biorienterade ihåliga kroppar medelst en dragnings-blåsningsprocess i biaxiell rikt- ning, varvid en förform (pressämne) dras i en form i axiell riktning och samtidigt eller därefter bringas att expandera medelst blåsning med en gas. Beläggníngskompositionen kan appli- ceras på en eller de båda sidorna av pressämnet. Alternativt kan den appliceras på väggarna hos ett rör, kommande från en sträng~ sprutningsanordning, eller även på väggarna hos ett gasblås- ningsämne.

Termoplastiska material, som tjänar som underlag för beläggningskompositionerna, omfattar exempelvis polyolefiner såsom polyeten med hög eller låg densitet och polypropen, polystyren och sampolymerer av styren och akrylnitril, poly- vinylklorid, dess sampolymerer, polykarbonater, polyacetaler, polyamider och polyestrar såsom glykolpolytereftalater. I syfte att underlätta formgjutningen och adhesionen kan man utföra en »uppfinningen och vilka 79o1199-s preliminär ytbehandling, exempelvis med koronaurladdning, flambering eller avsättning av en förankrings-primer..

Det var fullständigt oförutsedd, framförallt då bef läggningen åstadkommes före dragning, att en kombination av polyvinylalkohol och polymerlatex såsom definierats enligt -å priorí är inkompatiola på ett för~' delaktigt sätt adherar till substratet och inte ger upphov till ' även överraskande att det genom ett lämpligt-val av latexensi lamineringsfenomen och/eller sprickbildning. Det vari natur och dess proportioner i förhållande till polyvinylalko- holen var möjligt att efter torkning och dragning erhålla laminerade artiklar som uppvisar utmärkt transparens och biljans och att beträffande ogenomsläppligheten för gas man kombinerar fördelarna hos polyvinylalkohol och latexpolymeren utan att» erhålla några olägenheter på köpet.

Vi har upptäckt att dessa samlade gynnsamma känne- tecken uppnås tack vare en speciell bifasisk struktur hos den erhållna beläggningen efter omvandling av-faserna under torkningsförloppet. Denna bifasiska struktur utgöres av en fin dispersion av polyvinylalkohol, innesluten i en matris V av vattenogenomtränglig polymer. Denna strukturkan även för? bättras i det fall då man utför en biorientering av samman-9 f sättningen substrat~beläggning. I detta fall närmar sig de fina polyvinylalkoholpartiklarna med i huvudsak sfärísk form en fjäll» eller skivform, som är speciellt ogenomsläpplig.

Valet av latex eller latexar och av polyvinylalkohol resp. ~alkoholer vad beträffar deras natur, koncentration av torrsubstans och deras relativa proportioner liksom torknings- betingelserna och de använda dragningsbetíngelserna utövar ett _avgörande inflytande på fasomvandlingsprocessen och bildandet av lämpad bifasisk struktur och följaktfligen på beläggningens egenskaper, dess utseende (transparens och briljans), dessv vidhäftning till substratet, dess repningsbeständighet, permea- bilitet för gaser och ångor liksom på deras konservering av egenskaperna under betydande variationer i omgivande fukthalt.

Vid början av torkningen och så länge som möjligt under densamma är det absolut nödvändigt att upprätthålla ett bifasiskt system, i vilket den kontinuerliga fasen utgöres av vattenhaltiga -J , f, __..__._.._,._._ 7ao1¶e9~5 6 substans (eventuellt innehållande vattenlöslíga hjälpmedel.i ringa proportioner) och polyvinylalkohol, varvid den dispersa fasen A utgöres huvudsakligen av partiklar av polymeren eller polymererna hos latexen. Denna bör i själva verket koalescenioch fasom~ vandlingen genomföras så sent som möjligt, framförallt om ooly~ meren hos latexen är lättgenomsläpplig för vatten.

'Som torkmedel kan man använda varmluftsapparater eller infrarödbestrålning med vald våglängd. Beroende av kompositioner- na kan dragníngen av beläggningen och bildningen av biorienterade polyvinylalkohollameller underlättas genom att man utför endast en partiell_torkning, exempelvis till en fukthalt av mellan 0,5 och 5 %, varvid elimineringen av resterande vatten utföres in efterhand, exempelvis hos den färdiga produkten. 0 _ En fördelaktig utföringsform av uppfinningen består i att underkasta det färdiga föremålet en termisk efterbehandf ling under några sekunder vid en temperatur av mellan 80 och 20000. Denna efterbehandling kan utföras i två steg, till en början vid en temperatur av mellan 150 och 20000 och därefter vid en för latexpolymerens krístallisation gynnsam temperatur. Även om det är möjligt att genom lämpligt val av proportioner och blandningsbeståndsdelarnas natur utföra be- läggningen med ett enda skikt för att de färdiga föremålen skall erhålla tillfredsställande ogenomtränglighet för gaser och arom- ämnen, även i närvaro av mycket fuktig atmosfär, är det givetvis möjligt ~ och kan i vissa fall vara lämpligt och fördelaktigt ~ att genomföra beläggningen successivt i flera steg med samma komposition eller medelst olika kompositioner där olikheten kan bestå antingen i olika koncentrationer eller olika natur eller olika inbördes proportioner mellan beståndsdelarna.

Följande exempel belyser uppfinningen utan att dock be- gränsa densamma. Å _HxemQel l _ Ett etylenglykolpolytereftalat med gränsviskositet 0,8 dl/g formsprutades till en förform (pressämne) med en längd av 160 mm, ytterdiameter 2ü,8 mm och väggtjocklek 5,2 mm.

' Man framställde en beläggningskomposítion, innehållan- de x delar av en vattenlösning av 19-vikt-%-ig polyvinylalkohol (varubeteckning BHODOVIOL Ä-20 från RHONE-POULENC) och y delar av en latex av vinylidenklorid-sampolymer med 50 % torrsubstans 7» 7901199-5 (varubeteckning IXAN WA 9l~C från SOLVAY).

Förformen behandlades på utsidan med koronaeffekt och neddoppades därefter i en behållare, innehållande ovan angiven komposition. Neddoppníngsdjupet var 145 i 2 mm och neddopp-s ningstiden 5 sekunder. _ Badets temperatur hölls vid 5500. _ Förformen fick sedan avrinna och torkades_medelst infraröd bestrålning (medelvåglängd^2/u) och med Varmluft under 5 minuter, varvid beläggningens temperatur steg från 35 till 125°c. V ' Den belagda förformen (pressämnet) omformades biaxiellt orienterat till en flaska med 1,5 liter volym efter värmning till 10500 genom dragning och samtidigklâsning i en form, vars väggar hölls vid 5000. ' Man varierade förhållandet xly hos beläggningskompo- sitionen och uppmätte på flaskans cylindriskà raka del belägg- ningens tjocklek och genomsläppligheten för syre i en torr gas och vid ÄB % relativ fukthelt.

Mätningarna av genomsläppligheten för syre utfördes medelst masspektrometri under följande betingelser: Den belagda sidan av provet befann sig i kontakt med den torra eller fuktiga gasen och den andra sidan hölls under vakuum och förenades med masspektrometern, somnätte vgasvolymen som passerade genom provet.

Resultaten uttryckes som gmj .'cm X 1012 cm2 . S . cmflg gâgell 1 W x/y 68/32 72,5/27,5 76/2ü Jämförelseprov Beläggningens tjocklek ~ i míkron 3,9 5,9 3,5_ - P (0 ) vid uo°c och 0% R.F.,(rel.fukt) under ' 3 har 1,2 1,25 l 6,5 P (02) vid A000 men H5 % R.F. (rel.fukt) under 5 bar 1,3 1,2 1,2 5,8 För erhållande av samma beläggningstjooklek utgående från en latex av samma vinylidenklorid~sámpolymer var det nödnt 79o1199~s a 8 vändigt att genomföra fyra succeseiva beläggningar.

De med beläggningen försedda flaskorna möjliggjorde Å en konserveríng under 8 månader utan smakåldríng av en frukt- dryck vid en omgivande temperatur av l5~30°C och 50-75 % relativ fukt jämfört med två och en halv månad för jämförelseflaskan..

Nötníngsbeständígheten hos flaskan enligt uppfinningen var ut- märkt.

Man upprepade exempel l med den skillnaden att press- ämnet helades med två successiva skikt och man varierade för- hållandet mellan polyvinylalkohol (PVA) och latexens polymer (CV2), räknat på torrsubstans.

Polyvinylalkonol; vafubeteckning Rfioßovlot M-2o._ Latex av vinylidenklorid-sampolymerer: varubeteckning IXAN WA 55. W De erhållna resultaten beträffande genomsläppligheten för syre har sammanställts i nedanstående tabell 2.

Tabell 2 PVA/ cvz 1» P (0 ) vid P 0 ) vid»v lfla 2_a ïaocklek 40°C2och ßOáC2och ' ' - ° 0 % R.F.(rel. H5 % R.F.(rel. skikt e skikt fukt) under fukt) under . 3 bar 3 bar 3 0,8 Ä,3 l,2 1 , l,2 . i ' 2,9 'O,35 0,H6 ,8 0,8A , 2,M 2 _,6 l,6 - _ 2,8 0,32 _ 0,8 Exemgel 5 Medelet ett platt munstyeke strängsprutade man en film av etylenglykolpolytereftalat med en tjocklek av 150 mikron.

»Filmen kyldes till 9500 och utsattes för dragning medelst rullar varvid den förlängdes 3,5 gånger i längdriktningen.

På den ena av filmens ytor anbragte man medelst en luft- våg en beläggning, som erhölls utgående från en komposition be- stående av en vattenlösning av 12 % polyvínylalkohol (RHODOVIOL M~20) och från en latex med 50 % torrhalt av en vinylidenklorid~ ~sampolymer (IXAN W 91 C). Förhållandet, räknat på torrvikten, 7901199-5"e mellan polyvinylalkohol och polymer hos latexen var 1,1. Man torkade beläggníngen genom att den belagda filmen fick_passera under infrarödalampor, varvid beläggningens temperatur påogressivt ökades till lHOOC, Man erhöll en beläggningsvikt av 10 g/m2.

Man kylda till 95OC och drog filmen 3,5 gånger i tvärfiktningen i en BRUCKNER«ma$kin, Man genomförde sedan en termisk behandling under en .tia av 2 sekunder vid 95°cyzzf~cer kyirling till 40%- medelst en kalluftström upprullades filmen.

Den erhållna filmen var termosvetsbar och uppvisade utmärkta optiska egenskaper. Dess totala tjocklek var lü mikron med en beläggningstjocklek av ca 2,5 mikron.

Genomsläppligheten för syre vid H5 % relativ fukt” halt var tre gånger lägre än fö? en film som erhölls under samma betingelser men vilken uppvisade en beläggning med samma tjock-, lek av vinylidenklorída vilken dessutom med nödvändighet hade anbragts genom två sucoessiva beläggningar.

Claims (2)

1. 7991¶99-fl5 10 Patentkrav l. Beläggníngskomposítíon för emballageartíklar, k ä n n,e - t e c R n a d av att den består av en vattenlösníng av poly- vínylalkohol och av en gentemot vatten okänslig och med poly- vínylalkohol ínkompatíbel polymer i latexform vilken väljs, bland latex på basis av styren-butadien. styren~akrylat. alkyl¿ eller arylestrar av omättade karbonsyror, omättade nítrílet, vinylhalogeníder och vínylacetat i ett víktförhâl- lande. räknat på torr substans. mellan polyvinylalkohol och polymer hos latexen av från 0.4 till 3. varvid den bildade slutbelägqnínqen uppvisar en bífasisk struktur. bestående av en kontinuerlig fas av latexpolymeren och en dískontínuerlíg fas av polyvinylalkoholfl

2. Komposition enligt krav l. k ä n n e t e c k n a d av att polyvinylalkonalen har en viskositet av mindre än 20 cP (upp: mått i 4%-lg lösning i vatten) och ett estertal av me1lan'2l och 150.

3. Kømposítíon enligt krav 2.Vk ä-n n e t e c k nva d av att _po1yvínylalkoholens viskositet uppgår till mellan 2 och 10 cP. ä. Komposítíon enligt krav 2. k a n n e t e c k n a d av att polyvínylalkoholens estertal är lägre än 20.

5. Komposítion enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a~d av att den gentemot vatten okänsliga polymerlatexen är en latex av vinylídenkloríd-sampolymer.

6. Komposítíon enligt något av kraven 1-5. k ä n n e t e c k - n a d av att den omfattar en blandning av polymerlatexar. som är okänsliga för vatten.

7. Kompoßltion enligt något av kraven 1~6. K ä n n e t e c k - n a d av att víntföthållandet. räknat på torrsubstans. mellan polyvinylalkonol och vinylidenk1oríd~sampo1ymer är mellan 0,6 oeh 1.4. ._ .___....__._._._ ,, . . ____....................__. . 79o1199f5 II 'G. Sätt att framställa en beiäggníngskomposítíon enligt något av kraven 1-7. k ä n n e t e c k n-a t av att en polyvíny1~ alkohol i form av en vattenlösníng med en koncentration av 5~2O víktv blandas med en elleï flera latexar av polvmerer vilka är okänslíga för vatten oçh vilkas torrsnbstanshalt upp- Wgår till mellan 40 och 60 víktfi.

9. Användning av kompusitíonen enligt något av kraven 1-8 för framställning av en beläggning på substrat av termoplastiskt material. vilka subntrat kan formas till emballageprodukter. varvid nämnda beläggning uppvisar en bífasisk strnktur. bildad av en kontinuerlig fas av latexpolymeren och en dískontínuer- lig fas av polyvínylalkohol.