SE451692B - Vermeforseglingsbar flerskiktsfilm for forpackning, sett att framstella flerskiktsfilmen samt forfarande for framstellning av en forpackning av densamma - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 451 692 2 läggning o.s.v., men sådana operationer är kostsamma och kräver ytterligare hantering av filmen. Samsträngsprutning har an- vänts med framgång för att applicera en värmeförseglingsbar be- läggning på polypropen och ge en film med god förseglingshåll- fasthet, men hittills har samsträngsprutade polypropenfilmlamí- nat uppvisat ett mycket snävt värmeförseglingsområde samt varit kostsamma att tillverka. Ett huvudsyfte med föreliggande upp- finning är därför att åstadkomma en polypropenfilm med ett brett förseglings- eller förslutningsområde.

Ett annat syfte med föreliggande uppfinning är att åstadkom- ma en polypropenfilm med acceptabel förslutningshållfasthet för krympförpackningstillämpningar.

Typiska patent som beskriver beläggningar för polypropen- film är US PS 3 285 766, vilken beskriver ett förfarande för strängsprutning av en beläggning innehållande åtminstone 65% eten på ett ark av polypropen; US PS 3 671 383 som beskriver en biaxiellt orienterad polypropenfilm laminerad vid en enaxiellt orienterad eten-propensampolymerfilm med minst 75 viktprocent polypropen; US PS 4 132 050 som beskriver en film med ett sub- strat bildat av en blandning av från 87,5 till 60 delar poly- propen och från 12,5 till 40 delar eten-propensegmentpolymer med ett värmeförseglingsbart skikt; och US PS 4 148 972 som be- skriver ett polypropenfilmlaminat framställt genom laminering av ett polypropenskikt med 1-8 viktprocent av en jonomer med ett jonomerskikt.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Det har överraskande befunnits att huvudsyftena med före- liggande uppfinning, nämligen att vidga förseglingstemperatur- området för en flerskiktsfilm av polypropen samt åstadkomma acceptabel förslutningshållfasthet för en sådan film, kan upp- nås medelst en flerskiktsfilm som omfattar a) ett basskikt innefattande propenhomopolymer, b) ett hud- eller ytterskikt förenat med ena ytan av basskiktet, varvid hudskiktet omfattar en blandning av från 50 upp till mindre än 100 viktprocent propen-etensampolymer med från 50 ned till mer än 0 viktprocent propenhomopolymer. Den föredragna blandningen utgöres av från 60 % till 80 % sampolymer med från 40 % till 20 % homopolymer.

Enligt en speciellt föredragen utföringsform har hudskiktet eller det yttre skiktet 70 viktprocent propen-etensampolymer '<3 10 15 20 25 30 35 40 3 451 692 blandad med 30 viktprocent propenhomopolymer, och sampolymeren innehåller från 2 till 6 viktprocent eten eller ännu hellre från 3 till 4 viktprocent eten. Dessutom är förhållandet mellan tjockleken för hudskiktet och tjockleken för basskiktet företrädesvis 4:1 eller högre. Enligt en annan aspekt av före- liggande uppfinning åstadkommes ett sätt att framställa en värmeförseglingsbar förpackningsfilm med vidgat förseglings- temperaturomràde för propenhomopolymerfilm, varvid man a) till- handahåller ett basskikt innefattande propenhomopolymer, och b) laminerar ett hud- eller.ytterskikt vid åtminstone ena sidan av propenhomopolymerfilmen, varvid hudskiktet innefattar en blandning av från 50 upp till mindre än 100 viktprocent propen-etensampolymer med från 2 till 6 viktprocent eten med från 50 ned till mer än 0 viktprocent propenhomopolymer, och c) biaxiellt sträcker nämnda laminerade film vid en temperatur av från 13S°C till 150°C till en slutlig total filmtjocklek inom området 6-65 um, varvid filmen har ett förseglingsområde av åtminstone 20°C, varigenom det bildas en värmeförseglings- bar och värmekrympbar propenhomopolymerfilm. Den föredragna blandningen utgöres av från 60 till 80 viktprocent propen-eten- sampolymer med 2-6 viktprocent eten. En sådan film ger en för- slutningshållfasthet överstigande 120 g/cm. Ett föredraget sätt för att framställa den laminerade filmen är att samsträng- spruta hudskiktet och basskiktet.

Enligt ännu en annan aspekt av föreliggande uppfinning åstadkommas ett förfarande för framställning av en värmeförseg- lad och -krympt förpackning av polypropenfilm, varvid man a) tillhandahåller ett basskikt av en propenhomopolymerfilm, b) lamínerar ett hud- eller ytterskikt vid åtminstone ena sidan av propenhomopolymerfílmen, varvid nämnda hudskikt om- fattar en blandning av från 50 upp till mindre än 100 viktprocent propen-etensampolymer med 2-6 viktprocent eten med från 50 ned till mer än 0 viktprocent propenhomopolymer, c) biaxiellt sträcker nämnda laminerade film till en slutlig total fílmtjock- lek inom området 6-65 um, varigenom det bildas en värmeförseg- lingsbar och värmekrympbar film, d) tillhandahåller en produkt som skall slås in, e) täcker eller slår in nämnda produkt med film samt bringar hudskiktytorna i kontakt med varandra vid punkter som skall värmeförseglas, f) applicerar värme och tryck 10 15 20 25 30 35 40 451 692 vid de punkter som skall förseglas, varigenom filmen förseglas vid nämnda punkter, varvid temperaturområdet för nämnda appli- cerade värme ligger inom omrâdet från 13S°C till 16S°C, och varvid värmeförseglingarna för den resulterande förpackningen har en minimihållfasthet av 120 g/cm, och g) utsätter förpack- ningen för värme inom området 110-19506 under en tidsperiod som är tillräcklig för att krympa filmen kring nämnda produkt.

Den föredragna blandningen utgöres av från 60 till 80 vikt- procent propen-etensampolymer med från 2 till 6 viktprocent eten. I Temperaturområdet för det i steg f) applicerade värmet är exempelvis från 135°C till 160°C. Det i steg g) applicerade värmet ligger exempelvis inom området från 11000 till 13500.

Enligt alla aspekter av föreliggande uppfinning kan filmen vara perforerad.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM Den föredragna utföringsformen av föreliggande uppfinning är en tvâ-skiktsfilm framställd genom blandning av 70 viktpro- cent propen-etensampolymer med 3,5 - 4,2 viktprocent eten och 30 viktprocent propenhomopolymer för hud-, skinn- eller ytter- skiktet. Denna blandning blandas i en Banbury-blandare och ledes sedan till inmatningsanordningen till en strängsprutma- skin, som matar den in i ett ringformigt munstycke för sträng- sprutning av ett rör med 2 skikt. Det invändiga skiktet eller basskiktet omfattar propenhomopolymer, som matas in i tillför- seltratten till en andra strängsprutmaskin, vilken likaså matar det ringformiga munstycket för åstadkommande av det invändiga skiktet.

I det ringformiga munstycket förenas de.båda rörformiga extrudaten till ett rörformigt flerskiktslaminat. Detta rörfor- miga laminat kyles snabbt och bringas därefter att "kollapsa".

Röret blåses sedan upp och upphettas till orienteríngstempera- turområdet för polypropen, vilket innebär området 135-150°C.

Upphettningen äger rum i en ugn, och när den tillplattade filmen kommer ut ur ugnen, passerar den genom nypvalsar och öppnas till en bubbla medelst den välkända tekniken med innesluten bubbla, varvid den sträckes ca 5 gånger i såväl vertial som horisontell riktning, vilket innebär att filmen reduceras till en tjocklek 10 15 20 25 30 35 40 5 i 451 692 inom området 15-20 Före sträckningen skulle det typiska röret ha en tjocklek av ca 450 /um med ett tjockleksförhållande polypropenskikt till blandat skikt av 5:1. en sådan bubbelteknik för biaxiell orientering av polypropen ges i US PS 3 260 776.

När filmen har expanderats till nämnda bubbla och bubblan har avkylts, bringas den att kollapsa, varpå den skäres upp samt lindas upp. flm.

En beskrivning av I vissa fall är det önskvärt att perforera filmen så att ett mönster av perforeringar eller små hål göres i filmen; Be- roende på den önskade användningen kan antalet hål vara från 8 šill 10 per 6,5 cmz film upp till flera hundra hål per 6,5 cm , och hålen kan ha en diameter någonstans mellan 50 och 500 /um. I en typisk apparat för perforering av filmen användes ett kylt galler, över vilket filmen bringas att passera under det att den utsättes för en flmåle av varm gas, som smälter fil- men i de icke kylda områdena. En sådan apparat och ett sådant förfarande beskrivs i US PS 3 038 198.

För bestämning av förseglingsområdet och förseglingshåll- fastheten för den föredragna filmen placerades två filmark ovan- på varandra med hudskíktytorna i kontakt med varandra. En elek- trisk resistansuppvärmd platt förseglingsstav, som var S mm bred,användes för att pressa arken tillsammans mot en bäraryta med ett tryck av 1 kg/cmz i 0,5 sekunder, och temperaturen hos förseglingsstaven registrerades. När förslutningen hade full- bordats, utskars en 2,5 cm remsa vinkelrätt mot och tvärs över förslutningen åtstadkommen medelst staven, och ändarna av resp. remsor placerades i gripklorna till en Instron-testmaskin med förslutningen belägen ungefär mitt emellan gripklorna. Kraft applicerades genom att klorna eller käftarna drevs isär till dess att förslutningen antingen skalades upp eller bröts itu.

Förslutningar med en minimihållfasthet av approximativt 120 g/cm, dvs det minimum som anses tillräckligt för förpackningsändamål, erhölls medelst den föredragna utföríngsformen vid så lång tem- peratur för förseglíngsstaven som l35°C, och tillfredsställande förslutningar erhölls fortsättningsvis när temperaturen ökades upp till ca l60°C, vilket innebar ett förslutnings- eller för- seglingsområde av ca 25°C. (Nedan visar fältförsök att det an- vändningsbara området är 30°C). En maximal förseglingshållfast- 451 692 6 10 15 20 25 30 35 40 het av ca 560 g/cm erhölls.

Såsom har omtalats ovan har en enskiktsfilm av polypropen i huvudsak "O" bredd vad beträffar förslutningsområde. På grund av att förseglingsstavarna kyls vid kontakt med filmen är det vid förpackningsmaskiner nödvändigt att för polypropen ställa in förseglingsstavens temperatur något över smältpunkten, så att en försluten förpackning kan erhållas, men förslutningar er- hållna på detta sätt har dåligt utseende och brända zoner. Med en sådan film som filmen enligt föreliggande uppfinning löper w man vid inställning av förseglingsstavar och temperaturer nära den övre änden av förseglingsområdet inte risken att filmen smälter eller brinner plus att förseglingsstavarna vid höga hastigheter, där filmen tenderar att kyla av nämnda stavar, fort- farande bibehå1ler_til1räckligt värme för att försegla filmen så att den inte kyls under förseglingsområdet.

Ett stort antal produkter kan förpackas i filmen enligt föreliggande uppfinning, och de olika maskinerna använder sig av olika teknik. I vissa fall placeras produkten på ett ark av film och därefter lägges ett andra ark över produkten och en fullständig förslutning runt hela omkretsen göres därefter; och i vissa fall innebär förslutningsoperationen också att överskot- tet av film skärs av så att förpackningen trimmas. Efter för- seglingen bringas produkten att passera genom en värmetunnel, vilken kan ha så låg temperatur som ll0°C men vanligen inställes inom det område, där filmen sträcktes. I nämnda tunnel ger vär- met upphov till en avlastning av sträckspänningarna samt en krympning av filmen runt produkten. Vid andra förpackningspro- cesser kan produkten placeras mellan vecken på en centrumvikt film och en försegling görs på de kvarvarande tre oförseglade sidorna. Många välkända metoder för överdragning av en produkt med krympfilm är uppenbara för en fackman på området.

Produkter såsom bröd, mjuka bageriprodukter inkluderande frukostbröd, pizza och liknande kan förpackas med filmen enligt föreliggande uppfinning. Även livsmedelsprodukter, för vilka det krävs att de kan andas genom filmen, såsom frukt och grön- saker, kan förpackas under användning av den perforerade filmen.

EXEMPEL I syfte att lösa det problem som sammanhänger med det prak- tiskt taget icke existerande värmeförseglingsområdet för poly- gür 1)- 10 15 20 25 30 35 40 7 451 692 propen provades ett antal blandade förseglíngsskiktkompositioner.

Nedan i tabell langes de båda skiktfilmerna med ett bas- eller substratskikt av polypropenhomopolymer, vilket har samsträngspru- tats med den specifikt angivna förslutníngsskiktkomposítíonen.

Endast sådana kompositioner som på ett framgångsrikt sätt kunde bearbetas medelst tekniken med innesluten bubbla visas i tabell l.

Omedelbart under tabellen förklaras i resp. fotnot förkort- ningarna för polymererna, och förseglingsområdet samt förseg- lingshållfastheten bestämdes såsom beskrivits ovan. Ljusdíffu- sion är naturligtvis den procent transmitterat ljus som, när det passerar genom provet, avviker från den infallande strålen mera än 2,50 i genomsnitt och som bestämmes enligt ASTM metod D1003, Det angivna måttet beträffande tjockleken gäller för det totala' filmlaminatet. 451 692 e>wmHr w mxmäwow mmflmmwu Huonwwmw wmfimowwwwmmu Zwbwšwn 2NR.mmHmmm| fiwflmßwmm.

Hwßwmu m Ev oäwwmm A nu mmwmown wwflwmrwwwmwmfi| w mwwwnwoän \c Hwbmmflmsu. raw ^m\nSU wowwnwob maa mur. _ w< 5 o Én... p S3. E. 3%. .EC - Nä Fo N mo\wo ww\ww wq.æ m www wßo w.w u æo\No fiw\ww w<.u wo ñwmnwov. wmo Noo w.w ß wo.æ w Hmm wwo Nwæ m mo\mo wfl\m<> Ho.u m Hmm wwo Nvw a oo\Ho ww\mGW| ræz ~o.o m Hmm Hßo ~.m Q mo\No wwxmcwn . fi<2 wæ.o m Hmm woo www m mo\®o\Ho ww\w| m\mGfl| r w mo\mo ww\w|m wæ.w Ho Hwo mao o~wH wo aoxao ww\fi|m wm.w No 1 Nm Hae owo o. vw uo\Qo ww\w|m wm.m Nm | mo Hmm mao N.o HN Hooæ wnm w<.m wo wwo »mo N.a Xwnmnunwnwnunununwnunununwnwnunwnunwnunununuflnunwnumwnwnunwnunwnununwm vw u wflowwuroaofiowwäma Arwaflm m< mwH§w<øwwfiofl. nwww m vw u wowwvcflmb w|m u wwowoønofiøummäuowwäøa finw ww mflmbv mcwr m<> u mnm=| 10 15 20 25 30 35 9 f 451 692 Exempel 3, 10 och ll är uttryckta i form av intervall, eftersom dessa prover utfördes på faktisk utrustning på fältet förutom att deras förslutningsområde uppmättes på laboratoriet, och på fältet observerades en ca 5°C ökning ifråga om förseg- lingstemperaturområdet, vilket sålunda höjer den övre förslut- ningstemperaturen till ca l65°C. Dessa tre prover användes som perforerade filmer för förpackning av frukostbröd och skorpor.

Var och en av dessa filmer hade god maskinbearbetbarhet, dvs. de var tillräckligt styva för att fungera väl i förpackningsutrust- ning av stadardtyp.

Filmen enligt exempel ll fungerade likaså väl i praktiken för förpackning av gífflar och pizza med icke perforerad film.

Av tabell 1 framgår tydligt att exempel 10, ll och 12 ger önskvärda breda förseglingsområden, och var och en av dessa fil- mer har god maskinbearbetbarhet, och ljusdifussionen är liksâ tillfredsställande. Vid ett värde överstigande ca 80% propen- etensampolymer i blandningen blev emellertid bearbetbarhetspro- blemen vid processen med innesluten bubbla uttalade, eftersom förseglingsskiktet tenderar att flyta och utsättas för distor- sion vid den höga temperatur som erfordras för att sträcka och orientera polypropenbasskiktet. Med andra ord börjar propen- eten-sampolymeren att smälta vid orienteringstemperaturen för propenhomopolymeren, och förseglingsskiktet, som finns på utsi- dan av röret, tenderar att fastnavid nypvalsarna efter upphett- ningen men före bubbelblåsningen. Det föredragna området för propen-etensampolymeren i förseglingsskiktsblandningen är därför från 60 till 80 viktprocent, och detta ger ett intervall vad be- träffar förseglingstemperaturen som varierar från 20°C till 30°C.

Kompositionen enligt exempel ll är den bästa om man ser på kom- binationen av förseglingstemperaturområde, förseglingshållfast- het, bearbetbarhet vid för närvarande tillgänglig filmframställ- ningsutrustning samt maskinbearbetbarhet. I kommersiella förpack- ningsmaskiner kan S0 till 80 förpackningar per minut erhållas och allt tyder på att dessa hastigheter kan ökas utan problem.

Genom samsträngsprutning av basskiktet och ytskiktet som ett blatt ark genom ett spaltmunstycke, snabb kylning av arket samt användning av en spännram för att sträcka det platta arket, när detta upphettas till orienteringstemperaturen, kan kontinu- erlig framställning åstadkommas av en film vari ytterskiktbland- 10 15 20 25 30 35 451 692 10 ningen utgör mera än 80%, men spill i form av s.k. skägg samt andra faktorer gör spännrammetoden mindre attraktiv. I alla händelser torde observeras att värmeförseglingsområdet börjar vidgas markant med en hudskiktblandning av minst 50% sampolymer och fortsätter upp till 100% sampolymer.

Den enligt föreliggande uppfinning använda propenhomopoly- meren är till övervägande del isotaktisk polypropen av filmkva- litet och.tillgänglig från ett antal välkända hartstillverkare.

På samma sätt är propen-etensampolymeren en slumpsampolymer av filmkvalitet vilken också är tillgänglig från välkända hartstill- verkare, och viktprocentandelen eten ligger inom området 2-6%, vilket fungerar helt tillfredsställande. Med högre procentan- del eten i sampolymeren kan man förvänta sig att procentandelen av sampolymeren i blandningen kan ökas.

Skikttjockleksförhâllandena för flerskiktsfilmen enligt föreliggande uppfinning är de som ger optimal kombination av maskinbearbetbarhet, förslutningsbarhet och bearbetbarhet. Om förslutningsskikttjockleken ökas mycket över förhållandet 4:1, uppträder bearbetningsproblem, såsom har förklarats ovan, vid orienteringstemperaturen för polypropen. Sålunda bör förhållan- det basskikt till förslutningsskikt vara högre än 4:1, och så- som har omtalats ovan ger förhållandet 5:1 helt tillfredsställan- de egenskaper. Dessutom ger en total filmtjocklek inom området 6-65 /um den mest tillfredsställande kombinationen av filmegen- skaper.

Inom uppfinningens ram ligger även treskiktsfilmer där det centrala skiktet är propenhomopolymerskiktet, som är orienterat, och förseglingsskikten finns på båda sidorna av det orienterade homopolymerskiktet för att ge detta balans. Detta är för att förhindra att filmerna rullar ihop sig, vilket kan ske vid struk- turellt sett obalanserade flerskiktsfilmer.

Q!

Claims (11)

11 451 692 PATENTKRAV

1. Värmeförseglingsbar flerskiktsfilm för förpackning, k ä n n e t e c k n a d av att den innefattar: a) ett basskikt innefattande propenhomopolymer, b) ett hud- eller ytterskikt förenat med ena ytan av bas- skiktet, varvid hudskiktet omfattar en blandning av från 50 upp till mindre än 100 viktprocent propen-eten- sampolymer med från 50 ned till mer än 0 viktprocent propenhomopolymer.

2.. Värmeförseglingsbar film enligt krav 1, k ä n n e - t e c k n a dr av att filmen är värmekrympbar, att förhållandet mellan tfiockleken för basskiktet och hudskiktet är åtminstone 4:1, .och att nämnda blandning omfattar från 60 till 80 vikt- procent propen-etensampolymer med från 40 till 20 viktprocent propenhomopolymer, varvid sampolymeren innefattar från 2 till 6 viktprocent eten. A _

3. Värmeförseglingsbar film enligt något av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att den är perforerad.

4. Värmeförseglingsbar film enligt något av de före- gående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att hudskiktet är förenat med båda ytorna av basskiktet för att strukturellt sett balansera nämnda film.

5. Sätt att framställa en värmeförseglingsbar förpacknings- film med vidgat förseglingstemperaturområde för propenhomopoly- merfilm, k ä n n e t e c k n~a t av att man: a) tillhandahåller ett basskikt innefattande propenhomo- polymer, och b) laminerar ett hud- eller ytterskíkt vid åtminstone ena sidan av propenhomopolymerfilmen, varvid hudskiktet innefattar en blandning av från 50 upp till mindre än 100 viktprocent propen-etensampolymer med från 2 till 6 viktprocent eten med från 50 ned till mer än 0 vikt- procent propenhomopolymer, och c) biaxiellt sträcker nämnda laminerade film vid en temperatur av från 135°C till 150°C till en slutlig total filmtjocklek inom området 6-65 um, varvid filmen har ett förseglingsområde av åtminstone 2000, varigenom det bildas en värmeförseglingsbar och värme- krympbar propenhomopolymerfilm. 451 692 12

6. Sätt enligt krav S, k ä n n e t e c k n a t av att lika tjocka hudskikt lamineras vid båda sidorna av basskiktet för att balansera den slutliga filmen.

7. Sätt enligt krav 5 eller 6, k ä n n e t e c k n a t av att förhållandet mellan tjockleken för basskiktet och tjock- leken för hudskiktet är åtminstone 4:1, och att hudskiktet omfattar en blandning av från 60 till 80 viktprocent propen-etensam- polymer med från 40 till 20 viktprocent propenhomopolymer.

8. Sätt enligt något av kraven 5-7, k ä n n e t e c k - n a t av att lamineringssteget utföres genom samsträngsprutníng av hudskiktet och basskiktet.

9. Sätt enligt något av kraven 5-8, t e c k n a t av att man dessutom perforerar den bíaxíellt sträckta filmen.

10. och -krympt förpackning av polypropenfilm, k ä n n e - Förfarande för framställning av en värmeförseglad k ä n n e t e c k - n a t av att man: a) tillhandahåller ett basskikt av en propenhomopolymer- film, laminerar ett hud- eller ytterskikt vid åtminstone ena sidan av propenhomopolymerfilmen, varvid nämnda hud- b) ...- -wuw-a-.v-.a _. k.. skikt omfattar en blandning av från 50 upp till mindre än 100 viktprocent propen-etensampolymer med 2-6 vikt- procent eten med från 50 ned till mer än 0 vikt- _procent propenhomopolymer, bíaxiellt sträcker nämnda laminerade film till en slut- lig total filmtjocklek inom området 6-65 /um, varigenom det bildas en värmeförseglingsbar och värmekrympbar film, tillhandahåller en produkt som skall slås in, täcker eller slår in nämnda produkt med film samt bring- ar hudskiktytorna i kontakt med varandra vid punkter som skall värmeförseglas, applicerar värme och tryck vid de punkter som skall för- seglas, varigenom filmen förseglas vid nämnda punkter, varvid temperaturområdet för nämnda applicerade värme uggor inom området från 1ss°c :in 1ss°c, och varvid värmeförseglingarna för den resulterande förpackningen har en minímihållfasthet av 120 g/cm, och f) .._._...-..... ....~._... ._ . 13 451. 692 g) utsätter förpackningen för värme inom området 110-195°C under en tidsperiod som är tillräcklig för att krympa filmen kring nämnda produkt.

11. Förfarande enligt krav 10, k ä n n e t e c k n a t av att man perforerar filmen efter den biaxiella sträckningen av densamma.