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Dokumentenidentifikation DE19544858A1 03.04.1997
Titel Verfahren zum Herstellen einer thermogeformten Verpackung
Anmelder Silver-Plastics GmbH & Co KG, 53840 Troisdorf, DE
Erfinder Kremer, Ulrich, 53840 Troisdorf, DE;
Metzer, Josef, 47877 Willich, DE;
Berghaus, Ulrich, Dr., 53757 Sankt Augustin, DE
Vertreter Müller-Gerbes, M., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 53225 Bonn
DE-Anmeldedatum 01.12.1995
DE-Aktenzeichen 19544858
Offenlegungstag 03.04.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.04.1997
IPC-Hauptklasse B29C 44/50
IPC-Nebenklasse B29C 47/40   B29C 47/20   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine papierartig zusammendrückbare, insbesondere napfförmige Verpackung aus einer Schaumfolie auf Basis von HMS-Polypropylen sowie auf ein Verfahren zur Herstellung von thermoformbaren Verpackungsmaterialien auf der Basis von physikalisch geschäumten und geblasenen Folien aus einem Polymer, enthaltend Propylen, insbesondere HMS-Polypropylen, wobei das Aufschmelzen des Polymers, Mischen der Polymerschmelze mit dem physikalischen Treibmittel und Kühlen der begasten schäumfähigen Polymerschmelze in einem Doppelschneckenextruder einer Länge von 30 bis 42 D (D = Schneckendurchmesser) mit gleichen und gleichsinnig rotierenden parallelen Schnecken durchgeführt wird und das physikalische Treibmittel mit einem Druck kleiner 20 bar am Ende der etwa 10 bis 15 D langen Einzugs- und Plastifizierzone des Doppelschneckenextruders in das aufgeschmolzene (plastifizierte) Polymer geleitet wird und die schäumfähige Polymerschmelze aus einer Ringdüse bei einer Temperatur der Polymerschmelze von 170 bis 195°C austritt und zu einer schlauchförmigen Schaumfolie aufschäumt und bis zum dreifachen Durchmesser aufgeblasen und im Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 in Längserstreckung gereckt wird, wobei Schaumfolien mit Dichten unter 0,4 g/cm3 und Dicken von 0,8 bis 4 mm erhalten werden, die nachfolgend gegebenenfalls nach Laminierung mit einer kompakten Polymerschicht zu Verpackungen, wie Becher, Schale, Schüssel, Teller, Deckel thermoverformt werden.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer thermogeformten Verpackung, insbesondere napfförmiger Behältnisse, wie Schale, Becher, Schüssel, auf Basis einer Schaumfolie aus einem Polymer, enthaltend Propylen, insbesondere HMS-Polypropylen, welches mit einem physikalischen Treibmittel und einem Nukleierungsmittel zu einem schäumfähigen Polymer vermischt wird und das schaumfähige Polymer und ggf. weiteren Additiven in einem Extruder mit einer Einzugs- und Plastifizierzone, Mischzone und Kühlzone und mit einer ringförmigen Austrittsdüse erwärmt und zu einer Polymerschmelze aufgeschmolzen und der Polymerschmelze das Treibmittel unter Druck zugegeben wird und diese begaste Polymerschmelze auf eine zum Aufschäumen geeignete Temperatur gekühlt und dann aus der ringförmigen Austrittsdüse unter Aufschäumen zu einer schlauchförmigen Schaumfolie austritt und nachfolgend innenseitig und außenseitig gekühlt wird und anschließend in Längsrichtung zur Bildung einer flachen Folie aufgeschnitten und abgezogen und die Schaumfolie nachfolgend einer Thermoformung wie Tiefziehen oder Vakuumverformung unterworfen wird.

Aus der EP 0 570 221 A2 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer thermoformbaren Schaumfolie aus Polypropylen, enthaltend auch HMS-Polypropylen, bekannt, bei dem mittels eines Tandem-Extruders, das Polymer, ein physikalisches Treibmittel und ein Nukleierungsmittel zu einem schäumfähigen Polymer aufgeschmolzen und vermischt werden, wobei der Polymerschmelze das Treibmittel, vorzugsweise Kohlendioxid, unter hohem Druck mittels einer - 5000 pounds = 2250 kg - Hochdruckpumpe und einer zusätzlichen Pumpe zur Volumendosierung zugegeben wird. Aus der nach der EP 0570 221 A2 hergestellten Polypropylenschaumfolie können Verpackungsschalen mittels Vakuumformen hergestellt werden, wobei jedoch nach Erwärmung der Schaumfolie beim Durchlaufen eines Heizofens bis kurz unterhalb des Erweichungspunktes des Polypropylens relativ lange Formungszeiten von mindestens 10 bis 20 sec. erforderlich sind, auch bei geringer Dicke der Schaumfolie von 2 mm, um eine gut ausgeformte Schale mit glatter Oberfläche zu erhalten.

Des weiteren ist der Einsatz von zwei Extrudern in Tandemanordnung zum Herstellen der Polypropylen-Schaumfolie nach der EP 05 70 221 A2 sowie das Einbringen des Treibmittels, um genügend kleine Zellen zu erhalten unter hohem Druck von 100 bar und mehr mittels Hochdruckpumpen, die eine Leistung von mehr als 300 bar (5000 pounds of pressure) aufweisen, aufwendig und kostenintensiv.

Das Laminieren der nach der EP 0570 221 A2 hergestellten Polypropylen-Schaumfolien mit einem Laminat und die Verarbeitung zu Schalen ist aus der EP 0570 222 A1 bekannt. Hierbei kann das Laminat aus einer Oberflächenschicht aus Polyethylen, einer gas- und flüssigkeitsdichten Schicht aus einem Ethylenvinylalkohol und einer Verbindungsschicht aus einem Ethylenmethacrylat bestehen und unter Einwirkung von Druck und Wärme auf die Schaumfolie aufgebracht werden.

Bedingt durch das Herstellungsverfahren der Schaumfolie weist diese relativ große Zelldurchmesser größer 0,3 mm bis 1,6 mm und mehr auf, und eine zu unebene Oberfläche auf, die ein direktes Bedrucken nicht gestatten. Auf Grund der großen Zelldurchmesser ist überdies die Bruchfestigkeit einer derartigen Verpackung unbefriedigend, und wird durch beidseitiges Aufbringen von Beschichtungen durch Laminieren verbessert, wodurch jedoch der Herstellungsaufwand und die Kosten steigen.

Die EP 0 520 028 B1 beschreibt die Herstellung einer geschäumten Folie aus ausgewählten HMS-Polypropylenen ebenfalls unter Verwendung von zwei Extrudern in Tandemanordnung. Zur Erzielung bestimmter Funktionen der erhaltenen Schaumfolie, wie etwa Gasdichtigkeit o. ä., kann die geschäumte Folie mit einer oder mehreren Funktionsschichten beschichtet werden, wobei dieses sowohl durch Coextrusion als auch durch Laminieren der geschäumten Folie nach deren Herstellung mit einer separat zugeführten Funktionsschicht erfolgen kann. Auch dieses Verfahren weist die dem aus der EP 05 70 221 A2 bekannten Nachteile auf.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von thermoformbaren Verpackungsmaterialien auf der Basis von physikalisch geschäumten Folien aus einem Polymer, enthaltend Propylen, zu schaffen, die eine besonders gleichmäßige und feinzellige Schäumstruktur aufweisen und sich daher besonders für die Weiterverarbeitung durch Thermoformen, wie Tiefziehen, Vakuumformen eignen. Das Verfahren zum Herstellen der Schaumfolie soll kostengünstiger werden, insbesondere auch in dem Aufbau vereinfacht und eine erhöhte Leistung als bisher möglich soll erreicht werden, um die Herstellung derartiger geschäumter Folien wirtschaftlicher zu machen. Die aus dem Verpackungsmaterial durch Tiefziehen oder Vakuumformen herstellbaren Verpackungen sollen gleichmäßige Zellgrößen bei einem kleinen durchschnittlichen Zelldurchmesser und eine möglichst glatte Oberfläche aufweisen, die bereits ein direktes Bedrucken der Oberfläche ermöglichen. Weiterhin sollen diese Verpackungen eine hohe Bruchfestigkeit aufweisen, die idealerweise der von Papierverpackungen, welche sich, ohne zu brechen, zusammendrücken lassen, vergleichbar sein soll.

Deshalb ist der Einsatz hochfester, jedoch preiswerter thermoplastischer Kunststoffe, die auch als Massenkunststoffe bezeichnet werden, wie Polypropylen, wünschenswert. Hierbei ist jedoch das Problem zu überwinden, daß Kunststoffe höherer Festigkeit wie Polypropylen sich in der Regel schwer schäumen und verarbeiten lassen. Mit der Entwicklung von Polypropylen hoher Schmelzestabilität - als High-Melt-Strength (HMS) Polypropylen bezeichnet - wurden besser extrudierbare, schäumbare und tiefziehbare und thermoverformbare Polypropylene geschaffen, wozu auf die Veröffentlichung von E.M. Phillips, K.E. McHugh, K. Ogale und M.B. Bradley "Polypropylen mit hoher Schmelzestabilität" in Zeitschrift Kunststoffe 82 (1992), 8 Seiten 671-676 hingewiesen wird.

Auch die vorliegende Erfindung setzt bevorzugt HMS-Polypropylen zur Lösung der gestellten Aufgaben gemäß einem gattungsgemäßen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ein.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Ein erfindungsgemäßes Produkt zeichnet sich durch die Merkmale des Anspruches 21 aus.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von Schaumfolien aus einem Polymer, enthaltend insbesondere HMS-Polypropylen, vorgeschlagen, bei dem das Aufschmelzen des Polymers, Mischen der Polymerschmelze mit dem physikalischen Treibmittel und Kühlen der so erhaltenen begasten schäumfähigen Polymerschmelze in einem Doppelschneckenextruder einer Länge von 30 bis 42 D (D=Schneckendurchmesser) mit gleichen und gleichsinnig rotierenden parallelen Schnecken durchgeführt wird und das physikalische Treibmittel mit einem Druck kleiner 20 bar am Ende der etwa 10 bis 15 D langen Einzugs- und Plastifizierzone des Doppelschneckenextruders in das aufgeschmolzene (plastifizierte) Polymer geleitet wird und die begaste Polymerschmelze in der sich an die Einzugs- und Plastifizierzone anschließenden Mischzone mit einer 3 bis 6 D entsprechenden Länge zu einer schäumfähigen Polymerschmelze homogenisiert wird, und bei einer Temperatur von 170°C bis 195°C aus der Austrittsdüse austritt und die aufschäumende schlauchförmige Schaumfolie auf den ein- bis dreifachen Durchmesser der Austrittsdüse aufgeblasen und abgezogen wird und dabei bis zum Vierfachen in Längserstreckung (Abzugsrichtung) gereckt wird und die schlauchförmige Schaumfolie auf eine Temperatur von 130°C bis 160°C, vorzugsweise 135°C bis 155°C, abgekühlt wird und in diesem Zustand zu einer oder zwei Folienbahnen aufgeschnitten und flach gelegt wird, und aus der erhaltenen Schaumfolie einer Dichte unter 0,4 g/cm³ und Dicke von 0,8 bis 5 mm unter Wiedererwärmung bis nahe an den Erweichungspunkt, d. h. kurz unterhalb des Erweichungspunktes des Polymers die gewünschte Verpackung geformt und ausgetrennt wird.

Die Erfindung lehrt, daß bei Einsatz eines Doppelschneckenextruders mit gleichen und gleichsinnig rotierenden parallelen Schnecken ein Begasen mit Treibmittel bei relativ geringen Drücken möglich wird. Überraschend wird eine Schaumfolie mit gleichmäßiger und feinzelliger Struktur erhalten, die bereits eine gute glatte und ebene Oberflächenqualität aufweist, die der Schaumfolie einen angenehmen Griff verleiht und auch ein direktes Bedrucken dieser Oberfläche nach den bekannten Verfahren zuläßt. Die erfindungsgemäße geschäumte Polypropylenfolie zeichnet sich durch Steifigkeit, Griffigkeit, Knautschbarkeit, Bruchsicherheit aus und diese Eigenschaften sind mit geringer Dichte und Dicke der Folie realisierbar. Insbesondere sind aus der nach erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Schaumfolie durch Thermoverformung hergestellte Verpackungen, wie Becher, Schalen, Schüssel, zusammendrückbar und knautschbar, ohne zu brechen. Dies bedeutet einerseits hohe Transportsicherheit für in solchen Verpackungen abgefüllte Güter, wie zum Beispiel Lebensmittel und andererseits geringen Raumbedarf bei der Entsorgung.

Bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Verpackungsmaterials wird mit relativ niedrigen Drucken in der Mischzone des Doppelschneckenextruders, in die das physikalische Treibmittel eingeleitet wird, gearbeitet, nämlich mit einem Druck unter 20 bar, so daß das Treibmittel mit niedrigem Druck unter 20 bar, vorzugsweise unter 15 bis zu 3 bar eingeleitet wird und auch die Fördereinrichtung zum Zuführen des physikalischen Treibmittels beim erfindungsgemäßen Verfahren nur diesen geringen Druck aufbringen muß. Auf teure und verschleißanfällige Hochdruckpumpanlagen für die ansonsten üblichen Drücke weit über 100 bar kann somit beim erfindungsgemäßen Verfahren verzichtet werden.

Überraschend zeigt es sich, daß trotz des Einmischens des Treibmittels in die Mischzone bei relativ niedrigem Druck eine gute Homogenisierung erfolgt und Folien mit einer ausgezeichneten Aufschäumung und Feinzelligkeit mit einer ebenen Oberfläche erhalten werden. Erfindungsgemäß wird dies durch die besonders intensive Mischung von Polymer, Nukleierungsmittel und physikalischem Treibmittel infolge der Homogenisierung und Einmischung des Treibmittels mit gleichsinnig rotierenden Doppelschnecken erreicht.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird der Doppelschneckenextruder mit einer solchen Menge an Polymer gespeist, daß dieser unterfüttert betrieben wird. Dabei wird die Vermischung des Polymers mit dem Nukleierungsmittel und dem physikalischen Treibmittel intensiviert und somit eine noch verbesserte Schaumqualität erzielt.

Für das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung können Doppelschneckenextruder mit Schneckendurchmessern von 40 bis 130 mm bevorzugt 65 bis 125 mm eingesetzt werden, es sind aber auch größere bzw. kleinere Schneckendurchmesser verwendbar. Die Einzugs- und Plastifizierzone wird in einer etwa 10 bis 15 D (D = Schneckendurchmesser des Extruders) entsprechenden Länge ausgeführt, um ein vollständiges Schmelzen des mit dem Nukleierungsmittel versehenen Polymers zu gewährleisten. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht durch die besonders intensiven Mischungsvorgänge im Doppelschneckenextruder, die spezielle Mischzone, in der das physikalische Treibmittel in die Polymerschmelze eingeleitet wird, sehr kurz, nämlich etwa 3 bis 6 D auszuführen und dennoch die besonders feinzellige Struktur und gute Oberflächenqualität der geschäumten Folie zu erhalten. An diese Mischzone schließt sich bei einer Gesamtlänge von etwa 30 bis 42 D des Doppelschneckenextruders ein genügend langer Abschnitt, ausgebildet als Kühlzone, an, um die schäumfähige Polymerschmelze beim Homogenisieren auf eine für das Aufschäumen beim Austritt aus dem Extruder bzw. der Düse geeignete Temperatur zu temperieren.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird das Polymer in der Einzugs- und Plastifizierzone auf Temperaturen von 190 bis 220°C erwärmt, wobei es plastifiziert wird und nachfolgend das physikalische Treibmittel am Ende dieser Einzugs- und Plastifizierzone in der Mischzone in die Polymerschmelze zur Bildung eines schäumfähigen Polymers eingeleitet wird. Die so begaste Polymerschmelze wird nachfolgend in der Mischzone und Kühlzone gut durchgemischt, wobei sie beim Durchlaufen der Kühlzone bis zu ihrem Austritt aus der Düse auf einem Temperaturniveau gehalten wird, das eine Austrittstemperatur aus der Düse von etwa 175 bis 195°C ermöglicht.

Besonders gute Ergebnisse bei der Herstellung von geschäumten Folien nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden erzielt, wenn als Polymer ein Polypropylen mit hoher Schmelzefestigkeit, als HMS-Polypropylen bezeichnet, verwendet wird, welches einen MFI (230°C; 2,16 kp) von 3 bis 7 g/10 min und eine Zugfestigkeit von 30 bis 40 N/mm² aufweist. Ein derartiges HMS-Polypropylen ist beispielsweise von der Firma Himont unter der Bezeichnung Himont PF 814 im Handel erhältlich und beispielsweise in den US-PS 4,916,198, US-PS 5,047,446 und 5,047,485 beschrieben. Ein derartiges HMS-Polypropylen kann allein oder in Abmischung mit weiteren Polyolefinen für die Herstellung geschäumter Folien gemäß der Erfindung verwendet werden.

Während herkömmliche Polypropylene einen engen Schmelzbereich - auch Verarbeitungsfenster genannt - aufweisen und wegen der daraus erforderlichen aufwendigen Regelung lediglich sehr schwer zu verarbeiten sind, ermöglichen HMS-Polypropylene auf Grund ihrer erhöhten Schmelzefestigkeit und ihres erheblich vergrößerten Verarbeitungsfensters das Herstellen von PP-Schaumfolien als Blasfolie und das Thermoverformen solcher Schaumfolien. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine wirtschaftliche Verarbeitung solcher HMS-Polypropylene, insbesondere für die Herstellung von steifen, selbsttragenden Schaumfolien, die thermoverformbar sind und aus denen leichte steife, jedoch bruchsichere und knautschbare Verpackungen herstellbar sind, die auch mikrowellenfest sind.

Vorteilhaft werden dem Polymer bereits bei der Zuführung zum erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruder Nukleierungsmittel beigegeben, um das spätere Aufschäumen zu erleichtern. Derartige Nukleierungsmittel können anorganische Nukleierungsmittel wie Talkum, Kieselsäure, Kaolin und/oder Carbonate und Sulfate, bevorzugt von Erdalkalimetallen, wie Natriumbicarbonat, Metalloxide, wie Titandioxid, Antimontrioxid und/oder organische Verbindungen, wie Zitronensäure sein. Es werden beispielsweise handelsübliche Mischungen von Natriumbicarbonat und Zitronensäure eingesetzt.

Als physikalische Treibmittel können insbesondere (Iso)Pentan, (Iso)Butan, Kohlendioxid und/oder Stickstoff eingesetzt werden, wobei es auch möglich ist, Mischungen derselben zu verwenden. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene geschäumte Folie kann in ihren Eigenschaften, wie Feinzelligkeit, Dichte, Dicke etc. durch den Einsatz von mehreren, insbesondere zwei verschiedenen Treibmitteln beeinflußt werden. Vorteilhaft werden diese der Polymerschmelze getrennt und unmittelbar nacheinander am Ende der Einzugs- und Plastifizierzone des erfindungsgemäßen Doppelschneckenextruders zugeführt. Es ist bevorzugt, das Treibmittel bei möglichst geringem Druck zuzumischen, bevorzugt sind hierbei Drücke unter 12 bar.

Es wurde gefunden, daß bei Einsatz von (Iso)Butan als einzigem Treibmittel ein sehr feinzelliger gleichmäßiger Schaum geringer Dichte unter 0,4 g/cm³, vorzugsweise unter 0,32 g/cm³ auch mit einem hohen Aufblasverhältnis bis zum Dreifachen erhalten werden kann.

Bei Einsatz von (Iso)Pentan wird insbesondere ein sehr feinzelliger Schaumstoff höherer Dichten über 0,3 g/cm³ bei geringem Aufblasverhältnis oder bevorzugt ohne Aufblasen der extrudierten Folien erhalten.

Bei Einsatz von 100% Kohlendioxid als Treibmittel wird ein gleichmäßiger feinzelliger Schaumstoff erhalten, dessen feine Zellen jedoch größer im Mittel sind als die bei Einsatz von Pentan oder Butan.

Der Einsatz von Kohlendioxid als Treibmittel hat insbesondere fertigungstechnische Vorteile in bezug auf die Anlagentechnik, da infolge der Unbrennbarkeit des Kohlendioxids die Sicherheitsmaßnahmen im Betrieb, die für die leichtbrennbaren Treibmittel Pentan und Butan erforderlich sind, entfallen können. Dieses ist ein ganz wesentlicher wirtschaftlicher Vorteil für die Fabrikationsanlagen.

Nach einem Vorschlag der Erfindung ist es bevorzugt, eine Abmischung von Butan und Kohlendioxid als Treibmittel einzusetzen. Bevorzugt werden hierbei mindestens 50% Butan eingesetzt, wobei die Anteile an Kohlendioxid zwischen 50 bis 10 Gew.-% variieren. Mit solchen Mischungen werden sehr feinzellige Schaumstoffe bei geringer Dichte mit einem großen Aufblasverhältnis erhalten, die nicht kollabieren.

Zur Herstellung einer geschäumten Folie wird das schäumfähige Polymer aus einer ringförmigen Düse extrudiert und der derart gebildete schlauchförmige Schaumfolie wird nach dem Austreten aus der Düse innen- und/oder außenseitig gekühlt. Diese Kühlung kann beispielsweise durch Anblasen mittels Kühlluft erfolgen. Auch ist es möglich, die schlauchförmige Schaumfolie mittels entsprechender, an der Düse angebrachter Kühlringe insbesondere innenseitig mittels Kontaktkühlung zu kühlen.

Weiterhin kann die aus der ringförmigen Düse aus tretende geschäumte Folie längs- und querverstreckt werden, zum Beispiel innenseitig mit Druckluft beaufschlagt werden, so daß die geschäumte Folie von innen aufgeblasen wird und der Durchmesser des Schlauchs vergrößert wird und der Schlauch gereckt wird. Der derart verstreckte Schlauch wird nachfolgend über einen Kühldorn geführt, der mittels Kontaktkühlung den Schlauch weiter abkühlt und diesen in seinem Durchmesser kalibriert. Der Kühldorn wird vorzugsweise von einem Temperiergerät mittels den Kühldorn durchströmenden Wassers auf einer geeigneten Temperatur gehalten. Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichbare Aufblasverhältnis, d. h. das Verhältnis vom Durchmesser der Austrittsöffnung des Schlauchs aus der ringförmigen Düse zum Kühldorndurchmesser beträgt etwa 1 : 1 bis 1 : 3, vorzugsweise bis zu 1 : 2,2.

Nachdem die geschäumte schlauchförmige Folie über den Kühldorn geführt worden ist, ist sie so weit abgekühlt, etwa auf Temperaturen von 140 bis 160°C, daß sie zur Bildung einer flachen Bahn entlang ihrer Längserstreckung kontinuierlich aufgeschnitten werden kann. Auch ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, den Schlauch an zwei, vorzugsweise einander gegenüberliegenden Bereichen aufzuschneiden, so daß zwei Bahnen gebildet werden. Das Aufschneiden erfolgt noch in einem soweit erwärmten Zustand der Schaumfolie, das ein nachfolgendes Flachlegen zu einer ebenen Bahn ohne Wellen ermöglicht.

Die derart gebildeten Schaumfolienbahnen werden kontinuierlich von einer Abzugseinrichtung abgezogen und können entweder aufgewickelt oder inline einer Weiterverarbeitung, wie einer Laminier- oder Tiefziehstation, zugeführt werden, wobei gegebenenfalls eine geringe Wartezeit erforderlich sein kann, um ein Entweichen von Restmengen an Treibmittel aus der Schaumfolie zu ermöglichen. Insbesondere ist es mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, die Schaumfolie beim Abziehen von der Düse und dem Kühldorn in Längserstreckung (Abzugsrichtung) der Bahn um bis zum Vierfachen zu recken, etwa durch eine in geeigneter Weise erhöhte Abzugsgeschwindigkeit. Durch diese Reckung kann die Oberfläche der geschäumten Folien weiter verbessert werden und Faltenbildung vermieden werden. Insbesondere zeichnet sich die erfindungsgemäß hergestellte geschäumte Polypropylenfolie durch einen angenehmen körperfreundlichen Griff aus, d. h. einen hohen Berührungskomfort durch Glätte und Weichheit.

Derartige geschäumte Folien nach dem erfindungsgemäßen Verfahren weisen vorteilhaft Dichten von etwa 0,2 bis 0,5 g/cm³, vorzugsweise etwa 0,25 bis 0,4 g/cm³ auf, bestehen aus überwiegend geschlossenen, feinen und gleichmäßigen Zellen mit einem durchschnittlichen Zelldurchmesser von 0,05 bis 0,5 mm und sind in Dicken von etwa 0,1 bis 10 mm herstellbar. Auf Grund der eingesetzten HMS-Polypropylene erhält man steife, selbsttragende geschäumte Folien, die gegenüber kompakten Folien aus dem gleichen Material den Vorteil des geringeren Flächengewichtes und einer erheblich besseren Wärmeisolation aufweisen. Verpackungen aus dem erfindungsgemäßen Material können sowohl mit heißen Lebensmitteln als auch mit eiskalten Lebensmitteln gefüllt mit der bloßen Hand angefaßt werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte geschäumte Folie eignet sich hervorragend zur Weiterverarbeitung durch Thermoformen, so ist sie z. B. zum Tiefziehen von Lebensmittelverpackungen, wie Fleischschalen, Eisbechern, etc. geeignet. Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte geschäumte Folie, auf Basis von HMS-Polypropylen, kann unmittelbar mit geeigneten funktionalen Schichten, etwa einer ein- oder mehrschichtigen kompakten, d. h. ungeschäumten Folie, ein- oder beidseitig laminiert werden. Eine derartige kompakte Folie kann dann beispielsweise eine Ausrüstung, die gas- und flüssigkeitsdicht ist, etwa eine EVOH-Schicht für Lebensmittelverpackungen aufweisen. Vorteilhaft wird dazu vorgeschlagen, daß die gas- und flüssigkeitsdichte Ausrüstung, enthaltend eine Schicht von vorzugsweise Ethylenvinylacetat-Copolymeren oder Ethylenvinylalkohol-Copolymeren, die einseitig mittels einer haftvermittelnden Schicht mit einer vorzugsweise heißsiegelfähigen Deckschicht, insbesondere aus Polyethylen oder Polypropylen, und auf der anderen Seite über eine haftvermittelnde Schicht mit einer Laminierschicht aus einem kompakten Polypropylen verbunden ist, mit ihrer Laminierschicht auf die aufgeschnittene und flachgelegte und ggf. geglättete Folienbahn aufgelegt und mit dieser durch Laminieren, gegebenenfalls unter Zufuhr von Wärme, verbunden wird.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird überdies vorgeschlagen, daß die begaste schäumfähige Polymerschmelze innerhalb der ringförmigen Düse vor dem Austritt aus der Düse mit mindestens einem kompakten Material beschichtet wird. Auf diese Weise ist es möglich, auf ein Laminieren der geschäumten Folienbahn nach deren Bildung zu verzichten, wodurch ein Verfahrensschritt eingespart und das Verfahren vereinfacht wird. Überdies ist es bei einer im Innern der ringförmigen Düse erfolgenden Beschichtung möglich, verschiedene Beschichtungsvarianten schnell umzustellen, da keine speziell aufgebaute Laminierfolie bereitgestellt werden muß.

Auch bei diesem Verfahren ist es möglich, daß eine gas- und flüssigkeitsdichte Ausrüstung auf die Schaumfolie aufgebracht wird. Dazu schlägt die Erfindung vor, daß die gas- und flüssigkeitsdichte Ausrüstung, enthaltend eine Schicht von vorzugsweise Ethylenvinylacetat-Copolymeren oder Ethylenvinylalkohol-Copolymeren zusammen mit einer mittels einer haftvermittelnden Schicht auf der einen Seite aufgebrachten, vorzugsweise heißsiegelfähigen Deckschicht, insbesondere aus Polyethylen oder Polypropylen, und einer haftvermittelnden Schicht auf der anderen der Polymerschmelze zugewandten Seite auf die schäumfähige Polymerschmelze innerhalb der ringförmigen Düse koextrudiert wird.

Als haftvermittelnde Schicht eignet sich sowohl beim Koextrudieren wie auch beim Laminieren insbesondere ein Anhydrid modifiziertes Polypropylen in Verbindung zum Polypropylen oder ein Anhydrid modifiziertes Polyethylen hoher Dichte in Verbindung mit Polyethylen.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene heißsiegelfähige Deckschicht ist es möglich, Verpackungen nach ihrem Befüllen mit dem Verpackungsgut durch Heißsiegeln dauerhaft gas- und flüssigkeitsdicht zu verschließen.

Eine dazu verwendete kompakte Siegelfolie besteht vorzugsweise aus Polyolefinen, insbesondere aus Polypropylen oder Polyethylen, die gegebenenfalls mit einer gas- und flüssigkeitsdichten Barriereschicht verbunden ist, so daß eine im wesentlichen sortenreine Verpackung gebildet wird, die überdies wegen der hohen Temperaturfestigkeit des Polypropylens uneingeschränkt mikrowellengeeignet ist.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten thermoformbaren Verpackungsmaterialien auf der Basis von physikalisch geschäumten Folien besitzen bereits von sich aus eine derart gute Oberflächenqualität, daß sie bei nicht zu hohen Anforderungen direkt bedruckt werden können. Zur Erzielung qualitativ höherwertiger Drucke kann die geschäumte Folie auch mit einer dünnen kompakten Polypropylenschicht, etwa durch Koextrusion, versehen werden, auf der der Druck aufgebracht wird. Überraschend wurde gefunden, daß die erfindungsgemäßen Verpackungsmaterialien auch für das Tiefziehen und Bedrucken nach dem sogenannten In-Mold-Labelling-Verfahren geeignet sind. Bei diesem Verfahren wird vor dem Tiefziehvorgang ein bereits bedrucktes und entsprechend der Verpackung zugeschnittenes Etikett aus Polypropylen, welches gegebenenfalls mit einer Haftvermittlerschicht zur Polypropylenschaumschicht versehen ist, in die Tiefziehform eingelegt und während des Tiefziehvorgangs des Verpackungsmaterials mit diesem durch den dort herrschenden Druck und die Wärme verbunden. Im Ergebnis wird so ein besonders hochwertiger Druck erzielt.

Insbesondere besitzen die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten Verpackungen, wie Schalen, zum Beispiel für Fleischverpackungen oder Becher, zum Beispiel für Eisverpackungen, die aus einem Verpackungsmaterial gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Thermoformen, wie Tiefziehen oder Vakuumformen aus einer Schaumfolie aus einem Polymer, enthaltend HMS-Polypropylen, hergestellt sind, eine hohe Bruchfestigkeit, so daß sie papierartig zusammendrückbar sind, ohne zu brechen oder aufzureißen. Derartige Verpackungen bieten demgemäß eine besonders hohe Transportsicherheit für das Verpackungsgut.

Weiterhin ist es möglich, bei erfindungsgemäßem Einsatz eines Doppelschneckenextruders bei der Extrusion von thermoformbaren Verpackungsmaterialien auf der Basis von geschäumten Folien aus einem Polymer, enthaltend Propylen, eine besonders hohe Extrusionsleistung zu erzielen, die etwa bei 250 bis 350 kg/h liegt, wenn Doppelschneckenextruder mit einem Schneckendurchmesser D im Bereich von 80 bis 90 mm eingesetzt werden.

Bei kleineren Schneckendurchmessern von 65 mm werden bereits Leistungen von 130 kg/h und mehr erzielt, mit Schneckendurchmessern von 125 mm bis zu 800 kg/h und mehr.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen von Verpackungen in der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht auf eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verpackung,

Fig. 2 eine seitliche Schnittansicht der Verpackung gemäß Fig. 1,

Fig. 3a die Einzelheit X gemäß Fig. 2 in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3b eine Variante der Einzelheit x gemäß Fig. 3a,

Fig. 4a einen Schnitt durch ein Etikett zur Verwendung in einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4b eine Aufsicht auf einen Etikettenzuschnitt,

Fig. 4c in schematischer Darstellung eine Seitenansicht einer Tiefziehstation zur Herstellung von Verpackungen gemäß dem Verfahren,

Fig. 5a eine Aufsicht auf eine Tiefziehstation gemäß dem Verfahren,

Fig. 5b einen Schnitt durch die Tiefziehstation gemäß Fig. 5a entlang der Linie C-C,

Fig. 6 eine Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer Verpackung gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens in schematisierter Darstellung,

Fig. 8 eine Seitenansicht des Doppelschneckenextruders in vergrößerter Darstellung gemäß Fig. 7.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Verpackung 1, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von thermoformbaren Verpackungsmaterialien aus diesen thermoverformt, beispielsweise tiefgezogen worden ist. Die Verpackung 1, hier dargestellt als eine Schale, besteht aus einem Boden 3 und einer daran anschließenden umlaufenden Wand 4, die an ihrer Oberseite einen umlaufenden Siegelrand 2 aufweist. Auf dem Boden 3 der Verpackung 1 können überdies Erhebungen und Vertiefungen, beispielsweise Rippen 6, ausgebildet sein.

In eine derartige Verpackung 1 kann ein Verpackungsgut 7, beispielsweise Fleisch, eingelegt werden und nachfolgend mittels einer Siegelfolie 5, die die Schalenöffnung oberseitig vollständig abdeckt, verschlossen werden. Dazu wird diese Siegelfolie 5 auf den an der Verpackung 1 ausgebildeten Siegelrand 2 aufgelegt und dort unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit Druck und Wärme gemäß Pfeil A mit dem umlaufenden Siegelrand 2 verbunden, zum Beispiel verschweißt.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verpackungen 1 können sowohl allein aus einer geschäumten Folie aus HMS-Polypropylen hergestellt sein als auch mit einer oder mehreren Funktionsschichten beschichtet sein, was beispielsweise in den Fig. 3a, 3b dargestellt ist. So ist es zum Beispiel möglich, zur Schaffung einer gas- und flüssigkeitsdichten Verpackung, insbesondere für die Verpackung von Fleisch, der geschäumten Folie 10 aus dem HMS-Polypropylen eine entsprechende Ausrüstung mit einer gas- und flüssigkeitsdichten Schicht beizugeben. Dazu wird gemäß der Fig. 3a vorgeschlagen, die geschäumte Folie 10 über eine Schicht Haftvermittler 11 mit einer gas- und flüssigkeitsdichten Barriereschicht 12 zu verbinden, die beispielsweise aus einem Ethylenvinylalkoholcopolymer (EVOH) gebildet ist. Auf diese Barriereschicht 12 ist über eine weitere Schicht 11 an Haftvermittler eine Deckschicht 13 aufgebracht. Diese Deckschicht 13 ist vorzugsweise aus Polyethylen oder Polypropylen gefertigt und erfüllt zwei wesentliche Funktionen. Zum einen schützt sie die Barriereschicht 12, die aus Kostengründen möglichst dünn ausgeführt wird, vor Beschädigungen durch Kratzer oder ähnliches, zum anderen bildet sie eine heißsiegelfähige Deckschicht und ermöglicht so eine Verbindung mit einer auf dem umlaufenden Siegelrand 2 einer Verpackung 1 aufgelegten Siegelfolie 5 gemäß Fig. 2. Der Schichtenaufbau gemäß der Fig. 3a kann insbesondere durch Koextrusion innerhalb der ringförmigen Düse am Ende des Doppelschneckenextruders hergestellt werden, so daß sich beim Austritt der Schmelze aus der ringförmigen Düse der hier dargestellte Schichtenaufbau ergibt. Hierbei wird beispielsweise eine geschäumte Polypropylenfolie 10 einer Dicke von 1,1 mm und einer Dichte von 0,32 g/cm³ eingesetzt, wobei die zusätzlichen Schichten 11 bis 13 eine Dicke von 70 bis 80 µm aufweisen, wobei die Barriereschicht eine Dicke von nur 8-12 µm hat.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gemäß der Fig. 3b ist es aber auch möglich, die geschäumte Folie 10 anstatt durch Koextrusion durch Laminieren mit einer kompakten ein- oder mehrschichtigen Folie zu beschichten, um bestimmte Funktionen zu erreichen. Dazu wird die geschäumte Folie, wenn sie zu einer flachgelegten Folienbahn aufgeschnitten worden ist, mit einer separat bereitgestellten ein- oder mehrschichtigen Laminierfolie zusammengeführt und gemeinsam durch einen Walzenspalt zwischen zwei Walzen gezogen. Die Laminierfolie weist dazu eine Laminierschicht 14, vorzugsweise aus Polypropylen auf, auf der über eine Schicht 11 aus Haftvermittler eine gas- und flüssigkeitsdichte Barriereschicht 12 und über eine weitere Schicht 11 an Haftvermittler eine Deckschicht 13, die vorzugsweise heißsiegelfähig ist, aufgebracht ist. Zur Herstellung einer Verbindung dieser mehrschichtigen Folie mit der geschäumten Folie 10 wird insbesondere die Laminierschicht 14 vor dem Zusammenführen mit der geschäumten Folie 10 auf eine Temperatur von etwa 120 bis 180°C erwärmt, so daß eine feste Verbindung zwischen der Schaumfolie 10 und der Laminierfolie, bestehend aus den Schichten 11, 12, 13 und 14 beim Durchziehen durch das Walzenpaar erreicht wird und sich der in der Fig. 3b dargestellte Schichtenaufbau ergibt. Die Laminierfolie kann hierbei ebenfalls eine Gesamtdicke von 80 µm aufweisen, die Schaumfolie eine Dicke von 1 bis 1,3 mm bei einer Dichte von 0,28 bis 0,36 g/cm³.

Auf diese Weise wird durch die in den Fig. 3a und 3b dargestellte Ausrüstung der geschäumten Folie 10 mit einer gas- und flüssigkeitsdichten Barriereschicht 12 ein thermoformbares Verpackungsmaterial geschaffen, aus dem Verpackungen gemäß der Fig. 2 beispielsweise durch Tiefziehen herstellbar sind, die gas- und flüssigkeitsdicht sind und sich von daher besonders für die Verpackung von leicht verderblichen Lebensmitteln, wie Fleisch, eignen. Um einen allseitig gas- und flüssigkeitsdichten Verschluß des Verpackungsgutes 7 gewährleisten, weist die Siegelfolie 5 vorteilhaft ebenfalls eine gas- und flüssigkeitsdichte Schicht, etwa aus einem Ethylenvinylalkoholcopolymer auf, die eine sehr geringe Dicke aus Kostengründen aufweist.

Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verpackungsmaterial ist neben seiner guten Thermoformbarkeit insbesondere für eine Bedruckung nach dem sogenannten In-Mold-Labelling-Verfahren geeignet, welches schematisch in den Fig. 4 und 5 erläutert wird. Wie aus der Fig. 4a ersichtlich, ist das Etikett 20 vorzugsweise aus Polypropylen hergestellt. Auf einer Seite des Etiketts 20 ist der gewünschte Druck D mittels eines herkömmlichen Druckverfahrens aufgebracht. Auf der anderen Seite - der Verbindungsseite zwischen Etikett und Verpackung - kann eine haftvermittelnde Schicht MV aufgebracht sein, dies ist dann erforderlich, wenn das Etikett aus einem nicht direkt mit der Schaumfolie verbindbaren Polymer hergestellt ist. Die Etiketten 20 werden in einer der späteren Verpackung entsprechenden Form zugeschnitten, wie in Fig. 4b dargestellt. Auf diesem Zuschnitt sind entsprechend der späteren Verpackung ein Bodenbereich 20e sowie längs- und stirnseitige Seitenbereiche 20a, b ausgebildet. Im Übergangsbereich zwischen dem Boden 20e und den Seitenbereichen 20a bzw. 20b sind Perforationslinien 20c vorgesehen, an denen später die Seitenbereiche 20a, b umgeklappt werden, was nachfolgend noch genauer erläutert wird. Die Eckbereiche 20d des Bodenbereiches 20e sind mit Aussparungen versehen.

Wie auch aus der Fig. 4c ersichtlich, werden bei dem In-Mold-Labelling- Verfahren die zugeschnittenen und bereits bedruckten Etiketten 20 vor dem Tiefziehvorgang in die entsprechenden Ausnehmungen 22 in der Tiefziehform 21 eingelegt, wobei dann die Seitenbereiche 20a, 20b der Etiketten 20 entlang der Perforationslinien 20c aufgestellt werden. Wie auch in der Fig. 5a dargestellt, werden somit die Ausnehmungen 22 in der Tiefziehform 21 vor dem Tiefziehvorgang der Verpackungsfolie im Bodenbereich und an den Seitenflächen mit den zugehörigen Bereichen 20a, b, e der Etiketten 20 bedeckt, so daß nun der Tiefziehvorgang zur Herstellung der Verpackung in an sich bekannter Weise erfolgen kann, wozu nachfolgend auf die Fig. 5b Bezug genommen wird.

Wie aus dieser Figur ersichtlich, ist eine Bahn 23 des erfindungsgemäß hergestellten Verpackungsmaterials auf die Tiefziehstation 21 aufgelegt und wird mittels hier nicht dargestellter Tiefziehstempel in Pfeilrichtung B in die Tiefziehform 22, in der sich die bereits bedruckten Etiketten 20 befinden, gepreßt. Dieser Preßvorgang kann gegebenenfalls durch Drucklufteinblasung in die Form 21 durch entsprechende Öffnungen im Stempel noch unterstützt werden. Da das Verpackungsmaterial 23 beim Tiefziehvorgang eine starke Dehnung erfährt, ist es auf eine ausreichend hohe Temperatur vor dem Stempelniedergang zu erwärmen, um die dann vorliegende entsprechend hohe Dehnfähigkeit des Verpackungsmaterials 23 auszunutzen. So ist das Verpackungsmaterial beim Tiefziehen auf üblicherweise etwa 100 bis 140°C zu erwärmen. Diese Wärme des Verpackungsmaterials 23 wird nun beim In-Mold-Labelling- Verfahren zusammen mit dem in der Tiefziehform 22 durch den Niedergang des Stempels herrschenden hohen Druck dazu benutzt, eine haftfeste Verbindung des in die Tiefziehform 22 gezogenen Verpackungsmaterials 23 mit dem dort bereits befindlichen Etikett 20 herbeizuführen. Diese Verbindung wird gegebenenfalls durch die aufgebrachte Schicht an Haftvermittler HV auf dem Etikett 20 noch verbessert.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verpackungsmaterialien 23 ermöglichen durch ihren gleichmäßigen und feinzelligen Aufbau eine feste Verbindung von Verpackung und Etikett während des Tiefziehens in besonders guter Weise. Somit sind Verpackungen mit qualitativ hochwertigen Drucken, Abbildungen usw. ausrüstbar. Da die Etiketten bereits vor dem Tiefziehvorgang entsprechend der späteren Verpackung zugeschnitten werden und in die Form eingelegt werden, unterliegen sie - im Gegensatz zum Verpackungsmaterial - während des Tiefziehvorgangs keiner nennenswerten Verformung mehr, so daß qualitätsmindernde Verzerrungen des Druckbildes nahezu vollständig verhindert werden. Diese Verzerrungsfreiheit kann überdies, wie in der Fig. 4b dargestellt, noch erhöht werden, wenn die Eckbereiche 20d, die den größten Belastungen während des Tiefziehens ausgesetzt sind, ausgespart werden, so daß keine Verzerrungen in diesem Bereich möglich sind.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten und nach dem In-Mold-Labelling-Verfahren bedruckten Verpackungen eignen sich demzufolge für besonders hochwertige Verpackungen mit entsprechend hohen Anforderungen an die Druckqualität. Auch sind derartige Verpackungen für kleinere Seriengrößen interessant, da eine Umstellung der Bedruckung durch einfachen Wechsel der zugehörigen Etiketten erfolgt und überdies im Gegensatz zum konventionellen Druck die Druckvorlage einfacher realisiert werden kann, da die aufwendige Simulation des Verzerrungsvorgangs einer vor dem Tiefziehen bedruckten Folie während des Tiefziehens und ihre Einbeziehung in die Druckvorlage beim In-Mold-Labelling-Verfahren entfallen kann.

Gegebenenfalls kann es vorteilhaft sein, auf die geschäumte Folie 10 eine dünne Schicht von kompaktem Polypropylen außenseitig aufzubringen, um eine besonders glatte Oberfläche für ein Bedrucken mittels konventioneller Druckmaschinen oder nach dem in den Fig. 4 und 5 dargestellten In-Mold-Labelling-Verfahren zu ermöglichen. Eine derartige Beschichtung mit einer kompakten Polypropylenfolie kann sowohl durch Koextrusion innerhalb der Düse als auch durch Laminieren der flachgelegten Schaumfolienbahn erfolgen.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Verpackungsmaterialien bieten eine besonders gute Tiefzieheignung und verfügen über eine hohe Dehnfähigkeit, die es zuläßt, auch Verpackungen mit einer großen Tiefe T, etwa eine in der Fig. 6 dargestellte becherartige Verpackung 1b, herzustellen.

Zum Tiefziehen durchlaufen die Polypropylenschaumfolien eine Vorheizstrecke mit einer Temperatur von über 300°C, um eine entsprechende Erwärmung auf Verformungstemperatur zu erreichen. Je nach Verfahrensdurchführung werden auch die Tiefziehformen auf Temperaturen bis zu 145/155°C vorgewärmt. Die erforderlichen Formzeiten liegen bei wenigen Sekunden - 3 bis 8 Sekunden je nach Gestalt -, die Aufheizzeiten bei 3 bis 4 Sekunden.

Wie in der Fig. 7 dargestellt, umfaßt die Vorrichtung zur Herstellung geschäumter Folien aus Polypropylen einen Doppelschneckenextruder 91 mit einem Zylinder mit innenliegenden gleichen und gleichsinnig rotierenden parallelen Schnecken, an dessen Austrittsende eine bevorzugt ringförmige Düse 912 befestigt ist. Der Doppelschneckenextruder 91 wird von dem Antrieb 92 angetrieben.

Das zur Herstellung der geschäumten Folie verwendete Polymer, beispielsweise ein HMS-Polypropylen, wird aus einem Silo 913 über eine Förderleitung E2 zu einer Dosiervorrichtung 93 gefördert, in der es mit dem Nukleierungsmittel und ggf. weiteren Additiven vermischt wird. Von der Dosiervorrichtung 93 gelangt dieses Gemisch über die Einzugsöffnung 911 im Zylinder in den Doppelschneckenextruder 91.

Wie auch aus der Fig. 8 ersichtlich, erstreckt sich von der Einzugsöffnung 911 des Doppelschneckenextruders eine Einzugs- und Plastifizierzone in Arbeitsrichtung A des Doppelschneckenextruders 91, die eine Länge L1 von etwa 10 bis 15 D aufweist. In dieser Einzugs- und Plastifizierzone wird das Polymer auf Temperaturen von etwa 190 bis 210°C erwärmt und aufgeschmolzen und ist am Ende der Einzugs- und Plastfizierzone vollständig plastifiziert.

Am Ende der Einzugs- und Plastifizierzone wird das physikalische Treibmittel, welches von einer Fördereinrichtung 94 über eine Leitung E1 zugeführt wird, über eine Öffnung 910 im Zylinder des Doppelschneckenextruders 91 in die Polymerschmelze eingeleitet. Die derart begaste Polymerschmelze wird nachfolgend in der sich an die Öffnung 910 anschließende Mischzone M des Doppelschneckenextruders, die eine Länge von etwa 3 bis 6 D aufweist, von den gleichsinnig rotierenden Schnecken des Doppelschneckenextruders 91 intensiv durchgemischt, so daß eine schäumfähige Polymerschmelze mit besonders gleichmäßiger und feiner Verteilung des Treibmittels erhalten wird.

In der sich an die Mischzone M anschließenden Kühlzone K des Doppelschneckenextruders 91 wird die schäumfähige Schmelze weiter homogenisiert und gemischt, wobei sie jedoch auf eine für das Austreten aus der Düse geeignete Temperatur durch entsprechende Kühlung des Zylinders der Doppelschnecke in der Kühlzone temperiert wird, d. h. auf eine Temperatur von etwa 175 bis 195°C bei ihrem Austritt aus der ringförmigen Düse 912. Die Gesamtlänge L des Doppelschneckenextruders beträgt vorzugsweise 30 bis 42 D, wobei D im Bereich von 50 bis 100 mm bevorzugt gewählt ist.

Die schäumfähige Schmelze tritt aus der ringförmigen Düse 912 als rohrförmiger Schlauch S aus und wird außenseitig von einem Kühlring 95 durch Anblasen mittels Kühlluft von Umgebungstemperatur mit ca. 14-16°C gekühlt.

Gleichzeitig wird der Schlauch S von der gemäß Pfeil B herangeführten und entgegen der Austrittsrichtung des Schlauches S in dessen Innenraum eingeblasenen Druckluft aufgeblasen, d. h. sein Durchmesser vergrößert sich. Nachfolgend wird der Schlauch S mit seinem vergrößerten Durchmesser über einen Kühldorn 96 gezogen. Der Kühldorn 96 wird über ein Temperiergerät mit einem Kühlmedium durchströmt, so daß der Schlauch S eine weitere innenseitige Abkühlung durch Kontakt mit dem Kühldorn 96 erfährt. Das Aufblasverhältnis, d. h. der Durchmesser der Austrittsöffnung des Schlauches S aus der ringförmigen Düse 912 zu dem des Kühldorns 96, beträgt etwa 1 : 1 bis 1 : 3.

Nach der weiteren Abkühlung des Schlauches S an den Außenflächen des Kühldornes 96 weist der Schlauch S eine Temperatur von etwa 135 bis 160°C auf und ist so verfestigt, daß er von einer Schneideinrichtung 98, beispielsweise Messern, an zwei gegenüberliegenden Bereichen in Längsrichtung aufgeschnitten werden kann. Dabei bilden sich aus dem Schlauch S zwei Folienbahnen 99a, b, die infolge ihrer Wärme nachfolgend problemlos flachgelegt und von einer mehrere Abzugsrollen enthaltenden Abzugseinrichtung 97 abgezogen werden. Von dort können die flachgelegten Folienbahnen in nicht dargestellter Weise entweder aufgewickelt oder inline einer Weiterverarbeitungsvorrichtung, wie einer Laminiereinrichtung zum Beschichten der geschäumten Folie mit einer Kompaktfolie oder einer Tiefziehstation, zugeführt werden.

Durch geeignete Wahl der Abzugsgeschwindigkeit der Abzugseinrichtung 97 ist es überdies möglich, die noch nicht erstarrten und noch auf einer Temperatur von 135 bis 160°C befindlichen Folienbahnen 99a, b in Längserstreckung bis um das Vierfache, d. h. im Verhältnis 1 : 1 bis 1 : 4 zu recken.

Zur Herstellung von geschäumten Folien, die mit einer kompakten Folie beschichtet sein sollen, wie es etwa für Lebensmittelverpackungen erforderlich sein kann, kann überdies die ringförmige Düse 912 als Koextrusionsdüse ausgeführt sein, um bereits die begaste Polymerschmelze vor ihrem Austritt aus der Düse 912 mit mindestens einem kompakten Material zu beschichten, wobei für die Zuführung jedes kompakten Materials vorteilhaft jeweils ein weiterer, sogenannter Co-Extruder verwendet wird.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es möglich, geschäumte Folien auf Basis von Polypropylen, insbesondere enthaltend HMS-Polypropylen, herzustellen, die über eine besonders gleichmäßige und feinzellige Struktur verfügen und sehr gut thermoverformbar sind, was nachfolgend an einem Beispiel ersichtlich ist.

Beispiel

Ein Doppelschneckenextruder mit zwei gleichen und gleichsinnig rotierenden parallelen Schnecken von je 85 mm Durchmesser (D) wurde bei einer Schneckendrehzahl von 47 min-1 mit einem HMS-Polypropylen (Himont PF 814) in einem Anteil von 98,6 Gew.-% vermischt mit 0,8 Gew.-% Talkum und 0,4 Gew.-% Hydrocerol® der Firma Boehringer Ingelheim KG (Natriumbicarbonat und Zitronensäure), aus einer Dosiervorrichtung mit etwa 250 kg/h gespeist.

Innerhalb der 15 D langen und auf 220-240°C beheizten Einzugs- und Plastifizierzone wurde das Polymer vollständig plastifiziert. Am Ende dieser Einzugs- und Plastifizierzone wurden 0,2 Gew.-% Butan als physikalisches Treibmittel mit einem Druck von 7 bar in die Polymerschmelze eingeleitet und diese begaste Polymerschmelze in der 4 D langen Mischzone gemischt.

Nachfolgend wurde die begaste Polymerschmelze beim weiteren Durchmischen auf eine Austrittstemperatur von etwa 190°C in der 14 D langen Kühlzone bis zum Austritt aus der Düse temperiert. Der aus der Düse durch eine ringförmige Austrittsöffnung von 220 mm Durchmesser austretende aufschäumende Schlauch wurde im Verhältnis 1 : 2,2 aufgeblasen mit Druckluft von 15°C und nachfolgend über einen von einem auf 15°C eingestellten Temperiergerät geregelten Kühldorn mit einem Durchmesser von 488 mm gezogen, wobei der Schlauch beim Aufblasen außenseitig mittels Kühlluft von 15 °C beaufschlagt wurde. Nach erfolgter Abkühlung auf eine Temperatur von etwa 140 bis 150°C wurde der Schlauch aus geschäumtem HMS-Polypropylen zu Folienbahnen aufgeschnitten, die kontinuierlich mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 5,4 m/min. flach und eben gelegt wurden, und die folgende Eigenschaften aufwiesen:



Diese Folie, die eine besonders glatte Oberfläche aufwies, die auch ein direktes Bedrucken möglich werden ließ, wurde in einer Tiefziehvorrichtung zu einer Schale für Lebensmittelverpackungen tiefgezogen. Dazu wurde die Folie kurz auf etwa 150°C von einer auf ca. 335°C eingestellten Strahlungsheizung erwärmt und für 5 Sekunden in eine Form, die eine Temperatur von 17°C aufweisen, gepreßt. Die erhaltene Schale wies eine feine metallisch glänzende Oberfläche und eine präzise Form auf. Insbesondere läßt sich diese Verpackung papierartig zusammendrücken, ohne zu brechen oder zu reißen. Derartige Verpackungen wurden außerdem in einer herkömmlichen Vorrichtung nach dem In-Mold-Labelling-Verfahren mit einem bedruckten Etikett zu einer hochwertigen Verpackung tiefgezogen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Herstellen einer thermogeformten Verpackung, insbesondere napfförmiger Behältnisse, wie Schale, Becher, Schüssel, auf Basis einer Schaumfolie aus einem Polymer, enthaltend Propylen, insbesondere HMS-Polypropylen, welches mit einem physikalischen Treibmittel und einem Nukleierungsmittel zu einem schäumfähigen Polymer vermischt wird und das schaumfähige Polymer und ggf. weiteren Additiven in einem Extruder mit einer Einzugs- und Plastifizierzone, Mischzone und Kühlzone und mit einer ringförmigen Austrittsdüse erwärmt und zu einer Polymerschmelze aufgeschmolzen und der Polymerschmelze das Treibmittel unter Druck zugegeben wird und diese begaste Polymerschmelze auf eine zum Aufschäumen geeignete Temperatur gekühlt und dann aus der ringförmigen Austrittsdüse unter Aufschäumen zu einer schlauchförmigen Schaumfolie austritt und nachfolgend innenseitig und außenseitig gekühlt wird und anschließend in Längsrichtung zur Bildung einer flachen Folie aufgeschnitten und abgezogen und die Schaumfolie nachfolgend einer Thermoformung wie Tiefziehen oder Vakuumverformung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen des Polymers, Mischen der Polymerschmelze mit dem physikalischen Treibmittel und Kühlen der so erhaltenen begasten schäumfähigen Polymerschmelze in einem Doppelschneckenextruder einer Länge von 30 bis 42 D (D=Schneckendurchmesser) mit gleichen und gleichsinnig rotierenden parallelen Schnecken durchgeführt wird und das physikalische Treibmittel mit einem Druck kleiner 20 bar am Ende der etwa 10 bis 15 D langen Einzugs- und Plastifizierzone des Doppelschneckenextruders in das aufgeschmolzene (plastifizierte) Polymer geleitet wird und die begaste Polymerschmelze in der sich an die Einzugs- und Plastifizierzone anschließenden Mischzone mit einer 3 bis 6 D entsprechenden Länge zu einer schäumfähigen Polymerschmelze homogenisiert wird und bei einer Temperatur der Polymerschmelze von 170 bis 195°C aus der Austrittsdüse austritt und die aufschäumende schlauchförmige Schaumfolie auf den ein- bis dreifachen Durchmesser der Austrittsdüse aufgeblasen und abgezogen wird und dabei im Verhältnis von 1 : 1 bis 1 : 4 in Längserstreckung (Abzugsrichtung) gereckt und die schlauchförmige Schaumfolie auf eine Temperatur von 130 bis 160°C abgekühlt und in diesem Zustand aufgeschnitten und flachgelegt wird und aus der erhaltenen Schaumfolie einer Dichte unter 0,4 g/cm³ und Dicke von 0,8 bis 4 mm unter Wiedererwärmung bis nahe an den Erweichungspunkt des Polymers die gewünschte Verpackung geformt und ausgetrennt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Doppelschneckenextruder mit einer solchen Menge an Polymer gespeist wird, daß dieser unterfüttert betrieben wird.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Propylen ein HMS-Polypropylen mit einem MFI (230°C; 2,16 kp) von 3 bis 7 g/10 min und einer Zugfestigkeit von 30 bis 40 N/mm² allein oder in Abmischung mit einem oder mehreren Polyolefinen eingesetzt wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als physikalisches Treibmittel (Iso)Pentan, (Iso)Butan, Kohlendioxid oder Stickstoff oder Mischungen hiervon eingesetzt werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz von zwei oder mehr verschiedenen Treibmitteln diese der Polymerschmelze getrennt und unmittelbar nacheinander zugeführt werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Treibmittel (Iso)Butan und Kohlendioxid zugeführt werden.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Nukleierungsmittel Talkum, Zitronensäure, Natriumbicarbonat, Siliziumdioxid, Titandioxid oder Abmischungen hiervon eingesetzt werden.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Schaumfolien einer Dichte von 0,2 bis 0,4 g/cm³ hergestellt werden.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Schaumfolien mit überwiegend geschlossenen, feinen und gleichmäßigen Zellen mit einem durchschnittlichen Zellendurchmesser von 0,05 bis 0,5 mm hergestellt werden.
  10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschmelzen des Polymers in der Einzugs- und Plastifizierzone des Doppelschneckenextruders bei Temperaturen des Polymers von 190 bis 220°C erfolgt und die Polymerschmelze nach Zugabe des Treibmittels beim Durchlaufen der Kühlzone maximal auf diesem Temperaturniveau gehalten wird und die begaste schäumfähige Polymerschmelze mit einer Temperatur von 170 bis 195°C aus der ringförmigen Düse austritt.
  11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der ringförmigen Düse austretende schlauchförmige Schaumfolie innen- und/oder außenseitig mit Kühlluft und innen mit Druck beaufschlagt wird und nach dem Aufblasen die schlauchförmige Schaumfolie innenseitig mittels eines Kühldornes kalibriert und innenseitig kontaktgekühlt wird.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Düse austretende schlauchförmige Schaumfolie unmittelbar anschließend innen- und/oder außenseitig über einen Kühlring zur Kontaktkühlung geführt ist.
  13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die schlauchförmige Schaumfolie auf eine Temperatur von 135 bis 155°C abgekühlt wird und in diesem Zustand aufgeschnitten und von dem Kühldorn abgezogen wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Oberfläche der Schaumfolie entweder durch Coextrusion innerhalb der ringförmigen Düse oder durch Laminieren der aufgeschnittenen und flachgelegten und ggf. geglätteten Schaumfolienbahn eine kompatible Polymerschicht aufgebracht wird, die bedruckbar ist und eine spätere Außenschicht einer Verpackung bildet.
  15. 15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die kompatible Polymerschicht auf der Basis von Polyolefinen gebildet ist.
  16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine gas- und flüssigkeitsdichte Ausrüstung, enthaltend eine Schicht von vorzugsweise Ethylenvinylacetat-Copolymeren oder Ethylenvinylalkohol-Copolymeren zusammen mit einer mittels einer haftvermittelnden Schicht auf der einen Seite aufgebrachten, vorzugsweise heißsiegelfähigen Deckschicht, insbesondere aus Polyethylen oder Polypropylen, und einer haftvermittelnden Schicht auf der anderen der Polymerschmelze benachbarten Seite auf die schäumfähige Polymerschmelze innerhalb der ringförmigen Düse coextrudiert wird.
  17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine gas- und flüssigkeitsdichte Ausrüstung, enthaltend eine Schicht von vorzugsweise Ethylenvinylacetat-Copolymeren oder Ethylenvinylalkohol-Copolymeren, die einseitig mittels einer haftvermittelnden Schicht mit einer vorzugsweise heißsiegelfähigen Deckschicht, insbesondere aus Polyethylen oder Polypropylen, und auf der anderen Seite über eine haftvermittelnde Schicht mit einer Laminierschicht aus einem kompakten Polypropylen verbunden ist, mit ihrer Laminierschicht auf die aufgeschnittene und flachgelegte und ggf. geglättete Schaumfolie aufgelegt und mit dieser durch Laminieren, gegebenenfalls unter Zufuhr von Wärme, verbunden wird.
  18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaumfolie beim Thermoformen mit einem in die Form vor dem Einbringen der Schaumfolie eingebrachten Etikett, welches insbesondere auf Basis von Polypropylen hergestellt ist und gegebenenfalls mit einer haftvermittelnden Schicht auf der Verbindungsseite versehen ist, simultan mit dem Verpackungsmaterial verbunden wird.
  19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Etikett (20) als flacher Zuschnitt ausgebildet wird und in Bereichen die stark verformten Bereiche der Verpackung, wie beispielsweise Ecken, entsprechend Aussparungen ausgebildet werden und/oder in diesen Bereichen Schnittkanten vorgesehen werden und/oder spätere Knickkanten des Etikettes entsprechend der Verpackung durch Prägungen und/oder Perforierungen (20c) vorbestimmt werden.
  20. 20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß als haftvermittelnde Schicht zwischen Polypropylen und Ethylenvinylalkohol-Copolymeren ein Anhydrid modifiziertes Polypropylen und zwischen Polyethylen und Ethylenvinylalkohol-Copolymeren ein Anhydrid modifiziertes HDPE (Polyethylen hoher Dichte) verwendet wird.
  21. 21. Napfförmige Verpackung, wie Schale oder Becher, hergestellt durch Thermoformen, wie Tiefziehen oder Vakuumformen einer Schaumfolie auf Basis von physikalisch geschäumtem HMS-Polypropylen mit einem MFI (230°C; 2,16 kp) von 3 bis 7 g/10 min und einer Zugfestigkeit von 30 bis 40 N/mm² allein oder in Abmischung mit einem oder mehreren Polyolefinen eingesetzt wird, enthaltend ein Nukleierungsmittel, wobei die Schaumfolie als Blasfolie mit einem Aufblasverhältnis von 3 : 1 bis 1 : 1 gefertigt und bis zum Vierfachen in Längserstreckung gereckt ist und eine Dichte unter 0,4 g/cm³ und Dicke von 0,8 bis 4 mm und einen durchschnittlichen Zelldurchmesser von 0,05 bis 0,5 mm, vorzugsweise 0,05 bis 0,2 mm, aufweist und die Verpackung papierartig zusammendrückbar ist.






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