PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE19859334A1 06.07.2000
Titel Siegelbare Verbundfolie
Anmelder BP Chemicals PlasTec GmbH, 89165 Dietenheim, DE;
Borealis AG, Schwechat-Mannswörth, AT
Erfinder Renz, Klaus, 73773 Aichwald, DE;
Hammer, Harald, Dr., Linz, AT;
Wolfsberger, Anton, Engerwitzdorf, AT;
Grünberger, Manfred, Traun, AT
Vertreter HOEGER, STELLRECHT & PARTNER PATENTANWÄLTE GBR, 70182 Stuttgart
DE-Anmeldedatum 22.12.1998
DE-Aktenzeichen 19859334
Offenlegungstag 06.07.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.07.2000
IPC-Hauptklasse B32B 27/32
IPC-Nebenklasse B32B 27/06   B32B 27/20   B32B 7/10   
Zusammenfassung Um eine siegelbare Verbundfolie zu erhalten, die eine hohe Siegelnahtfestigkeit aufweist, die ohne die Verwendung von teuren werkzeuggebundenen Perforationseinrichtungen angerissen werden kann und deren Peelkräfte gezielt beeinflußbar sind und die insbesondere eine Sterilisierung der gesiegelten Verpackung erlaubt und durch den Verbraucher leicht zu öffnen ist, wird vorgeschlagen, daß die siegelbare Verbundfolie aus einer ersten Folienschicht und einer Siegelschicht besteht, wobei die erste Folienschicht eine auf einem Polyolefin (A) basierende Polymermatrix und einen in der Polymermatrix verteilten partikelförmigen Füllstoff umfaßt, der mit einem Anteil von 25 bis 70 Masseprozent, bezogen auf die Gesamtmasse der ersten Folienschicht, in der Matrix enthalten ist, wobei die Siegelschicht auf einem ungefüllten Polyolefin (B) basiert, wobei die Kohäsionskraft K1 des die erste Peelschicht bildenden Materials kleiner ist als die Kohäsionskraft K2 des die Siegelschicht bildenden Materials und kleiner als die Verbundhaftkraft K3 zwischen der ersten Folienschicht und der Siegelschicht und wobei die Kohäsionskraft K2 und die Verbundhaftkraft K3 jeweils größer sind als die Anreißkraft K4 der Siegelschicht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine siegelbare Verbundfolie, wie sie in einer Vielzahl von Anwendungen als Deckelfolie zum Verschließen insbesondere von Lebensmittelverpackungen Verwendung findet.

Der zugehörige Verpackungsbehälter besteht in der Regel aus einem Kunststoffmaterial oder aus mit Kunststoff beschichtetem Karton.

Es hat eine Reihe von Anstrengungen gegeben, um solche siegelbaren Verbundfolien vorzuschlagen, die dem Verbraucher das Öffnen der Verpackung erleichtern, so daß er ohne Verwendung von Werkzeugen wie Scheren oder Messer die Verpackung leicht von Hand öffnen kann. Darüber hinaus soll bei solchen sogenannten "peelbaren" Verbundfolien ein sauberes Aufreißen entlang der beim Verschließen der Verpackung gebildeten Siegelnähte erfolgen, und insbesondere sollen nicht Reste von Verbundfolienmaterialien außerhalb der Siegelungen bzw. Siegelbereiche am Verpackungsbehälter verbleiben, da dies nicht nur unästhetisch aussieht, sondern auch beim längeren weiteren Aufbewahren der geöffneten Packung hygienische Probleme mit sich bringen kann.

Die siegelbaren, peelbaren Verbundfolien weisen normalerweise eine Siegelschicht auf, welche die Folie mit dem Verpackungsunterteil fest verbindet. Andererseits soll das Abziehen der Verbundfolie zum Öffnen der Verpackung möglich sein. Diese beiden Anforderungen stehen miteinander in gewissem Widerstreit.

Dies tritt für den Verbraucher vor allem bei Verpackungen offen zutage, wenn diese mit ihrem Inhalt einem Sterilisationsprozeß unterzogen wurden, um eine verlängerte Haltbarkeit zu erreichen.

Bei dieser Art der Verpackung ist wegen der hohen Siegelnahtbelastung beim Sterilisationsprozeß sowohl beim Erwärmen als auch beim Abkühlen eine extreme Festigkeit der Siegelnaht erforderlich. Gleichzeitig soll aber aus Gründen der einfachen Handhabbarkeit ein Abziehen der Deckelfolie mit einer definierten Peelkraft möglich sein.

Unter dem Begriff Peelfähigkeit versteht man das Auftrennenkönnen einer Siegelnaht, wobei z. B. die Deckelfolie einer Verpackung ohne Einreißen, Fädenziehen oder Häutchenbildung vom Verpackungsunterteil abgezogen werden kann.

Bisher wurde dies auf unterschiedliche Art und Weise zu realisieren versucht:

  • 1. Verwendung sehr dünner Siegelschichten, die sich aufgrund unverträglicher Materialien in ihren Zusammensetzungen und einer geringen Schichtdicke sehr leicht ohne Faden- und Häutchenbildung abziehen lassen. Hier verbleibt die Siegelschicht im Bereich der Siegelnaht, komplett am Verpackungsunterteil.

    Nachteil: keine hohe Siegelnahtfestigkeit erzielbar; Durchsiegeln, d. h. Durchdrückender Siegelschicht beim Siegeln möglich, was die Dichtigkeit der Siegelnaht beeinträchtigen kann.
  • 2. Einstellung der Haftkraft der Siegelschichten gegenüber einer Trägerfolie (z. B. Aluminiumfolie), wobei der Siegelbereich der Folie zur Gewährleistung eines definierten Anrisses perforiert ist.

    Nachteil: Für das Anreißen sind teure werkzeuggebundene Perforationseinrichtungen notwendig.
  • 3. Siegelschichten, die aus einem Blend von klassischem Siegelschichtmaterial und inerten Füllstoffen bestehen, die zu Inhomogenität in der Siegelschicht führen und damit ein Reißen in der Schicht ermöglichen.

    Eine der neueren Entwicklungen hinsichtlich der Siegelschicht der siegelbaren und peelbaren Verbundfolie ist aus den europäischen Patentanmeldungen EP 0 207 626 und EP 0 353 613 sowie dem US-Patent 5,145,737 bekannt.

    Charakteristisch für diese Verbundfolien ist, daß deren Siegelschicht so ausgebildet ist, daß sie in sich reißen kann, d. h. beim Öffnen der Packung verbleibt eine Teilschicht der Siegelschicht auf dem Verpackungsunterteil, während die restliche Teilschicht der Siegelschicht an der abgezogenen Verbundfolie verbleibt. Um dieses interne Reißen möglich zu machen, werden als Siegelschichten mit inerten Füllstoffpartikeln gefüllte Polymerschichten verwendet, wobei ein Füllstoffgrad der polymeren Siegelschichten im Bereich von 15 bis 50 Gew.-% empfohlen wird. Die beiden obengenannten europäischen Patentanmeldungen empfehlen dann neben dem Füllstoffgehalt die Verwendung von zwei verschiedenen Polymeren in Mischung nebeneinander, die jeweils speziell ausgesucht sind.

    Nachteil: Hier muß ein Kompromiß zwischen gutem Siegelergebnis und Peelfähigkeit eingegangen werden. Hieraus resultieren anwendungsbezogen ungleichmäßige Peelkräfte, die insbesondere nicht gezielt beeinflußbar sind. Andererseits läßt sich der Siegelungsvorgang einigermaßen verläßlich nur in engen Parameterbereichen durchführen. Der Siegelabdruck, der dem Käufer der Packung als Sichtprüfung für die Qualität des Verschlusses der Verpackung dient, ist häufig ungleichmäßig.
  • 4. Ein anderer Weg wird in dem US-Patent 4,673,601 gezeichnet, wobei die Folie eine sogenannte Deckschicht aus einem Material mit niedriger Bruchdehnung und niedriger Weiterreißfestigkeit aufweist, welch letztere aus Materialien wie z. B. Polyethylen, Polypropylen, Polyamid, Polyvinylchlorid, Ethylen/Vinylacetatcopolymere, regenerierte Zellulose und Metalle wie z. B. Aluminium hergestellt sein kann. Die Deckschicht ist über eine permanent klebende Schicht mit einer Trägerfolie verbunden.

    Mit der Ausnahme für den Fall, daß Polyethylen als Deckschicht verwendet wird, wird die Verwendung einer separaten Siegelschicht aus herkömmlichen kalt- oder heißsiegelfähigen Materialien empfohlen, die auf die Deckschicht aufgetragen wird. Beim Ablösen der peelbaren Verbundfolie soll im Bereich der Siegelung die Siegel- und Deckschicht insgesamt von der restlichen Verbundfolie (Trägerfolie) abreißen und auf dem Verpackungsunterteil verbleiben. Da bei dieser Verbundfolie die Trägerfolie und die permanente Klebeschicht zusammen abgezogen werden, kann diese immer wieder durch einfaches Aufdrücken des Verpackungsdeckels auf das Verpackungsunterteil verschlossen werden.

Problematisch bei der eingangs beschriebenen Art von peelbaren Verbundfolien ist deren mangelhafte Siegelbarkeit, während bei der beschriebenen zweiten Art von peelbaren Verbundfolien ein sauberes Ausreißen von Siegel- und Deckschicht Schwierigkeiten bereitet. Im letzten Fall kommt es häufig zu einer großflächigen Ablösung der Siegel- und Deckschichten (Häutchenbildung). Außerdem sind diese Art Siegelfolien nicht für den Einsatz von zu sterilisierenden Verpackungen geeignet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine siegelbare Verbundfolie vorzuschlagen, die oben genannte Probleme vermeidet und insbesondere eine Sterilisierung der gesiegelten Verpackung erlaubt. Dabei soll die Verpackung durch den Verbraucher leicht zu öffnen sein.

Eine solche siegelbare, leicht abziehbare Verbundfolie, die die oben genannte Aufgabe löst, weist erfindungsgemäß eine erste Folienschicht und eine Siegelschicht auf, wobei die erste Folienschicht eine auf einem Polyolefin (A) basierende Polymermatrix und einen in der Polymermatrix verteilten partikelförmigen Füllstoff umfaßt, der mit einem Anteil von 25 bis 70 m%, bezogen auf die Gesamtmasse der ersten Folienschicht, in deren Matrix enthalten ist, wobei die Siegelschicht auf einem ungefüllten Polyolefin (B) basiert, wobei die Kohäsionskraft. K1 des die erste Folienschicht bildenden Materials kleiner als die Kohäsionskraft K2 des die Siegelschicht bildenden Materials und kleiner als die Verbundhaftkraft K3 zwischen der ersten Folienschicht und der Siegelschicht ist und wobei die Kohäsionsktaft K2 und die Verbundhaftkraft K3 jeweils größer sind als die Anreißkraft K4 der Siegelschicht.

Bei der erfindungsgemäßen siegelbaren Verbundfolie wird erreicht, daß diese selbst bei harten Siegelbedingungen, d. h. bei einer Siegelung bei relativ hoher Temperatur und mit großem Druck der Siegelwerkzeuge, die eigentliche Siegelschicht als durchgehende Schicht erhalten bleibt und daß beim Öffnen des Behälters, d. h. beim Abziehen der Verbundfolie, ein Ausriß entlang der Siegelung der Folie erfolgt, der auf Seiten des Unterteils die Siegelschicht und einen Teilausriß der ersten Folienschicht umfaßt. Das Anreißen erfolgt also definiert durch die Siegelschicht in die erste Folienschicht hinein und das Weiterreißen (Peelkraft) verläuft dann innerhalb der ersten Folienschicht.

Dadurch läßt sich bei extrem guten Siegelwerten beim Öffnen der Verpackung eine genau definierte Ausrißlinie entlang den Siegelbereichen erzielen.

Die zuvor definierten Kräftebeziehungen lassen sich bei der erfindungsgemäß aufgebauten Folie sehr einfach dadurch sicherstellen, daß über eine Variation der Füllstoffgehalte in dem die erste Folienschicht bildenden Material deren Kohäsionskraft K1 kleiner als die Kohäsionskraft K2 des Materials, aus dem die Siegelschicht gebildet ist, eingestellt wird. Die Verbundhaftkraft K3 zwischen der ersten Folienschicht und der Siegelschicht wird, gegebenenfalls durch die Auswahl eines geeigneten Haftvermittlers oder Klebers, sichergestellt. Sie kann sich aber auch bereits durch das Coextrudieren der ersten Folienschicht und der Siegelschicht erzielen lassen. Eine ausreichende Anreißkraft K4 kann beispielsweise über die Schichtdicke der Siegelschicht so vorgegeben werden, daß sie kleiner ist als die Kohäsionskraft K2 und die Verbundhaftkraft K3. Eine weitere Variationsmöglichkeit für die Anreißkraft besteht in gewissem Umfang in der Variation der Siegelbedingungen.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Folienaufbaus lassen sich die Anreißkraft und die Peelkraft sehr einfach, und vor allem ohne einander zu beeinflussen, einstellen. Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Verbundfolien problemlos mit steifen Kaschierfolien zu einem Verbund zu verarbeiten.

Die bei Siegelungen mit solchen Verbundfolien erhaltenen Siegelnähte erlauben auch eine Sterilisierung der gesiegelten Verpackung, ohne daß diese birst oder die Siegelnaht sich partiell löst.

Mit den ungefüllten Polyolefinsiegelschichten läßt sich erfindungsgemäß eine extrem gute Siegelnahtfestigkeit erreichen, und zwar in einem sehr breiten Siegelbereich (Druck/Temperatur).

Über die Wahl der Dicke der Siegelschicht und/oder der Siegelbedingungen läßt sich die Anreißkraft zum Trennen der Deckelfolie vom Verpackungsunterteil vorgeben. Aufgrund der erfindungsgemäßen Materialwahl kann die Dicke der Siegelschicht relativ klein gehalten werden, ohne Einbußen in der Siegelnahtfestigkeit in Kauf nehmen zu müssen. Dadurch können relativ einfach Faden- und Häutchenbildung vermieden werden.

Nach dem Anriß und Abriß der Siegelschicht erfolgt das Weiterreißen der Siegelverbindung in der ersten Folienschicht selbst. Dieses Weiterreißverhalten läßt sich bei der erfindungsgemäßen Verbundfolie - wiederum unabhängig von der Festigkeit der Siegelnaht und ohne diese zu beeinträchtigen - durch

  • - die Variation des Füllstoffanteils,
  • - durch dessen Teilgröße und
  • - durch die Wahl der Schichtdicke der ersten Folienschicht
in gewissem Umfang für den jeweiligen Anwendungsfall einstellen.

Die erfindungsgemäße Verbundfolie und die damit erzielbare Siegelverbindung zum Verpackungsunterteil führt dazu, daß beim Aufreißen der Verpackung Rückstände der Deckelfolie am Verpackungsunterteil als durchgehender Siegelabdruck verbleiben, die dem Verbraucher zeigen, daß eine vollständige Versiegelung vorlag.

Die partikelförmigen Füllstoffe der ersten Folienschicht lassen sich aus einer breiten Palette bekannter inerter Füllstoffe auswählen, wobei erfindungsgemäß Talkum und/oder Kreide bevorzugt werden. Teile der Füllstoffe lassen sich durch Anteile von mit dem Matrixpolymer unverträglichen Polymeren ersetzen. Verwendet man statt der empfohlenen Polyolefine Polyester als Matrix bildendes Polymer, kann man mit geringeren Füllstoffgehalten arbeiten als bei Polyolefinen.

Bei vergleichbaren Anwendungsfällen können mit der erfindungsgemäßen Verbundfolie wesentlich kürzere Siegelzeiten verwendet werden als diese bei den Materialien gemäß dem US-Patent 5,145,737 notwendig sind.

Wie oben erwähnt, kann die Siegelung unter sehr harten Bedingungen erfolgen, die beispielsweise dann vonnöten sind, wenn der Verpackungsbehälter gegebenenfalls im Siegelbereich des Siegelrandes mit fetthaltigen Inhaltsstoffen verschmutzt ist. Auch für diese Fälle (Beispiel: Verschließen von Milchflaschen) kann eine optimale Siegelung erhalten werden bei gleichzeitiger definierter Peelbarkeit der Verbundfolie.

Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Verbundfolie eine zweite Folienschicht auf, wobei die erste Folienschicht zwischen der zweiten Folienschicht und der Siegelschicht angeordnet ist. Im Hinblick auf die Vereinfachung der Herstellung kann vorgesehen sein, daß die zweite Folienschicht im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung aufweist wie die Siegelschicht.

Das Material der zweiten Folienschicht weist eine Kohäsionskraft K5 auf, die größer ist als die Kohäsionskraft K1, und die Verbundhaftkraft K6 zwischen der ersten und der zweiten Folienschicht ist größer als die Kohäsionskraft K1 und die Anreißkraft K4 zu wählen. Die erste Forderung wird beispielsweise bereits dadurch erfüllt, daß man für die zweite Folienschicht dasselbe Material wie für die Siegelschicht verwendet.

Durch die beidseitige Abdeckung der mit Füllstoffen gefüllten ersten Folienschicht kann eine solche dreilagige erfindungsgemäße Verbundfolie mit großen Rohstoffvariationen durch Coextrusion hergestellt werden, ohne daß die Extrusionsleistung beeinträchtigt wird. Gleichzeitig werden auch die bei gefüllten Polymerschichten teilweise auftretenden Rückstände am Düsenwerkzeug vermieden.

Solche Verbundfolien lassen sich dann sehr einfach mit einer zusätzlichen Trägerschicht versehen, da diese einfach auf die zweite Folienschicht aufkaschiert werden kann.

Alternativ kann vorgesehen sein, daß die zweite Folienschicht, insbesondere, wenn sie im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung wie die Siegelschicht aufweist, in ihrer Dicke wesentlich größer dimensioniert wird, so daß damit die zweite Folienschicht gleichzeitig die Funktion einer Trägerschicht übernimmt.

Ansonsten kann die Trägerschicht aus einer Vielzahl verschiedener Materialien ausgewählt sein, beispielsweise Aluminiumfolie, Papier, biaxial orientiertes Polypropylen, biaxial orientiertes Polyethylen, biaxial orientierter Polyester oder biaxial orientiertes Polyamid. Selbstverständlich lassen sich Trägerschichten aus Polymermaterialien mit der erfindungsgemäßen Verbundfolie coextrudieren.

Bei einer besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Verbundfolie wird diese eine außenliegende Schicht aufweisen, die als Hitzeschild dient. Hierfür sind besonders Schichten geeignet, die auf der Basis von Polyamid oder Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, hergestellt sind.

Als Polyolefine (A) und (B) der ersten Folienschicht bzw. der Siegelschicht werden bevorzugt Polyethylene oder Polypropylene verwendet, wobei aus dem kompletten zur Verfügung stehenden Typenspektrum ausgewählt werden kann. Ebenso bieten sich Copolymere aller Art sowie Mischungen vorgenannter Polymere als Materialien an.

Die Auswahl wird sich vor allem an dem Material ausrichten, welches für den Verpackungsunterteil verwendet wurde, damit eine möglichst gute Kompatibilität der Siegelschicht und des Verpackungsmaterials gegeben ist.

Das Polyolefin (A), das die Matrix für den partikelförmigen Füllstoff in der ersten Folienschicht bildet, wird bevorzugt als Polyethylen ausgewählt, und der Füllstoffanteil wird hier bevorzugt im Bereich von 25 bis 60 m% gewählt.

Eine sehr gute Alternative hierzu liegt darin, das Polyolefin (A) als Polypropylen auszuwählen, wobei hier der Füllstoffanteil bevorzugt im Bereich von 30 bis 70 m% ausgewählt wird, wobei der Schmelzpunkt des auf Polypropylen basierenden Materials der ersten Folienschicht größer oder gleich dem Schmelzpunkt des Polyolefins (B) ist, bevorzugt ebenfalls Polypropylen, und der Kristallisationspunkt des Polypropylens um mindestens 5°C höher liegt als der Kristallisationspunkt des Polyolefins (B).

Zur Definition der Begriffe Schmelzpunkt und Kristallisationspunkt wird auf den DIN Entwurf 53765 verwiesen. Typische Werte für hier interessierendes Polypropylen sind in der nachfolgenden Tabelle 1 enthalten: Tabelle 1



Bevorzugte Mengenbereiche der Füllstoffgehalte für Polyethylen und Polypropylen bzw. Abmischungen hiervon liegen im Bereich von 25 bis 50 m%, weiter bevorzugt 30 bis 45 m%. Da Polypropylen und Polyethylen mit einander unverträgliche Polymere darstellen, kann bei der Verwendung von Abmischungen dieser beiden Polymere der Füllstoffgehalt für weitere, in der Regel anorganische Füllstoffe geringer angesetzt werden. In gewisser Weise fungiert das eine in die Matrix des anderen Polymers eingelagerte, unverträgliche Polymer schon als Füllstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung.

Als Füllstoffe werden solche mit einer Partikelverteilung entsprechend einem Topcut von 1 bis 50 µm, weiter bevorzugt von 5 bis 30 µm und am meisten bevorzugt von 7 bis 20 µm eingesetzt.

Bei der Dimensionierung der Siegelschicht wird vorzugsweise eine Schichtdicke von 5 bis 15 µm gewählt. Diese Schichtdicke ist zum einen ausreichend, um eine gute Siegelung zu dem Verpackungsunterteil zu gewährleisten und dafür zu sorgen, daß auch bei härteren Siegelbedingungen, insbesondere bei der Anwendung von hohen Siegeldrücken, die Siegelschicht als solche noch intakt bleibt.

Die erste Folienschicht kann in einem größeren Dickenbereich angesiedelt werden, der bevorzugt von 10 bis 250 µm verläuft.

Bei bevorzugten Verbundfolien werden die Polyolefine (A) und (B) von derselben Polymerfamilie abgeleitet. Damit läßt sich insbesondere eine hohe Verbundhaftung der Siegelschicht auf der ersten Folienschicht sehr einfach, d. h. ohne Haftvermittler oder Kleber, bewerkstelligen.

Zur weiteren Optimierung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Verbundfolie kann vorgesehen sein, daß die Verbundfolie eine erste (Sauerstoff-)Barriereschicht auf Ethylen-Vinylalkohol-Copolymerbasis oder Polyamid-Basis aufweist und eine zweite (Wasserdampf-)Barriereschicht auf Polyolefinbasis umfaßt, wobei die Schichten in der folgenden Reihenfolge angeordnet sind: Siegelschicht, erste Folienschicht, erste Barriereschicht und zweite Barriereschicht.

Aufgrund dieser zusätzlichen Barriereschichten läßt sich die Sauerstoffdurchlässigkeit und Wasserdampfdurchlässigkeit gezielt beeinflussen und herabsetzen. Damit ist die Folie auf spezifische Anwendungsfälle, insbesondere in der Lebensmittelverpackung, hin ausrichtbar.

Schließlich kann, wie an sich bekannt, zwischen benachbarten Schichten oder zwischen jeweils benachbarten Schichten eine Haftvermittlerschicht angeordnet sein, so daß damit zusätzlich gezielt in die weiter oben definierten Kräftebeziehungen eingegriffen werden kann.

Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung und den Beispielen noch näher erläutert. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1a: Schematische Darstellung eines Ausschnitts einer mit einer erfindungsgemäßen Verbundfolie verschlossenen Verpackung;

Fig. 1b: Verpackung gemäß Fig. 1a in aufgerissenem Zustand;

Fig. 2 bis 4: weitere Varianten einer erfindungsgemäßen Verbundfolie; und

Fig. 5: schematische Darstellung eines Schälversuchs.

Fig. 1a zeigt in einer ausschnittsweisen Schnittansicht durch einen Verpackungsbehälter 10 mit einem Unterteil 12 und einer Deckelfolie 14, die aus einer erfindungsgemäßen Verbundfolie hergestellt ist und die durch zwei durchbrochene Linien mit einem Siegelzonenbereich Z zur Siegelung bereitsteht.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Verbundfolie 14 beinhaltet eine erste Folienschicht 16, eine Siegelschicht 18, eine zweite Folienschicht 20, eine Haftvermittlerschicht 22 und eine Trägerschicht 24.

Die erfindungsgemäße Verbundfolie 14 wurde dabei so hergestellt, daß zunächst ein Verbund der Schichten 16, 18 und 20 gemeinsam coextrudiert wurde, wobei die Zusammensetzung der Siegelschicht 18 und der zweiten Folienschicht 20 identisch sind, d. h. beide Schichten sind aus ungefülltem Polymermaterial gleicher Art hergestellt. Dadurch läßt sich in der ersten Folienschicht 16 bei der Coextrusion ein relativ hoher Füllstoffanteil verwenden, ohne daß das Risiko von Ablagerungen am Düsenwerkzeugaustritt entsteht. Über eine Haftvermittler- oder Kleberschicht 22 wird dann die Trägerschicht 24 aufkaschiert, die hier beispielsweise aus Aluminium, Polyethylenterephthalat (verstreckt oder unverstreckt) oder auch Polyamid bestehen kann. Die Materialauswahl für die Siegelschicht 18 (und damit für die zweite Folienschicht 20) wird in Abhängigkeit von der Materialzusammensetzung des Unterteils 12 vorgenommen. D. h. falls sich das Verpackungsunterteil 12 im wesentlichen aus Polypropylen zusammensetzt, wird auch eine Polypropylensiegelschicht bzw. eine zweite Folienschicht 20 aus Polypropylen verwendet werden. Dies gewährleistet besonders gute Siegelnahtfestigkeit.

Der Siegelvorgang wird in der in Fig. 1a angedeuteten Zone Z vorgenommen, und beim Aufreißen der Verpackung reißt zunächst die Siegelschicht 18 an der Kante 26 ab, worauf dann ein Ausriß in Form einer Teilschicht aus der ersten Folienschicht 16 erfolgt. Die ausgerissene Teilschicht befindet sich zusammen mit dem ausgerissenen Teil der Siegelschicht 18 noch auf dem Unterteil wie in Fig. 1b schematisch angedeutet. Natürlich findet bei entsprechender Materialauswahl kein abrupter Materialübergang zwischen der auf dem Unterteil verbleibenden Masse der Siegelschicht 18 und der Masse des Unterteils statt, was durch ein Tieferhineingreifen der Siegelmaterialien in das Material des Unterteils 12 in Fig. 1b schematisch dargestellt werden soll.

Wird das Ende der Siegelzone beim Aufreißen erreicht, reißt die Siegelschicht 18 an der Kante 28 ab, und es bildet sich entlang der Siegelnaht ein kompletter Ausriß aus der erfindungsgemäßen Verbundfolie 14, was dem Verbraucher die Anzeige und die Gewißheit verschafft, daß die geöffnete Verpackung vollständig, d. h. fehlerlos versiegelt war.

Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen weitere Varianten von erfindungsgemäßen Verbundfolien, die im folgenden im einzelnen noch näher beschrieben werden.

Prinzipiell weist eine erfindungsgemäße Verbundfolie mindestens zwei Schichten auf. Diese setzen sich aus einer Siegelschicht 18 und einer ersten Folienschicht 16 zusammen. Wie bereits oben erwähnt, ist es jedoch vorteilhaft bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Verbundfolie, die erste Folienschicht 16, die ja ausgewählte Anteile an Füllstoffen enthält, insbesondere wenn diese erhebliche Anteile an der ersten Folienschicht ausmachen, diese mit einer zweiten Folienschicht zu bedecken, so daß ein Dreischichtverbund coextrudiert wird, was Ablagerungen am Düsenwerkzeug vermeidet. Hierbei wird dann der Einfachheit halber die Zusammensetzung der zweiten Folienschicht 20 gleich gewählt wie die der Schicht 18, was jedoch nicht zwingend ist. Die Dickenverhältnisse in der Fig. 2 sind lediglich beispielhafter Natur, und die Schicht 20 kann bei dem Dreischichtaufbau, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, wesentlich dicker sein, so daß die zweite Folienschicht gleichzeitig die Funktion einer Trägerschicht übernehmen kann.

In Fig. 3 ist ein wesentlich komplexerer Aufbau der erfindungsgemäßen Verbundfolie gezeigt, wobei neben der ersten Folienschicht 16 und der Siegelschicht 18 die der Siegelschicht 18 gegenüberliegende Seite der ersten Folienschicht 16 mit einer Haftvermittlerschicht 30 versehen ist, auf die dann die zweite Folienschicht 20 folgt. Auf dieser ist schließlich ebenfalls wieder über eine Haftvermittlerschicht 30 eine Trägerschicht 24 auflaminiert. Als Haftvermittlerschichten 30 kommen wieder übliche Kaschierkleber bzw. Haftvermittlersysteme in Frage. Die zweite Folienschicht 20 kann bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform beispielsweise als eine Sauerstoffbarriere und/oder Wasserdampfbarriere ausgebildet sein.

Die erfindungsgemäße Verbundfolie erlaubt bei einem breiten Foliendickenbereich gleichbleibende Peelkräfte zu realisieren, auch bei unterschiedlichem Aufbau der Verbundfolie insgesamt. Hierbei sei noch einmal, wie bereits oben herausgestellt, erwähnt, daß für das Anreißen im wesentlichen die Schichtdicke der Siegelschicht 18 bzw. der Materialeigenschaften verantwortlich ist, während für das Weiterreißen Kohäsionskräfte der mit vorzugsweise anorganischen Füllstoffen gefüllten ersten Folienschicht 16 zum Tragen kommen.

Fig. 4 zeigt schließlich den Aufbau einer erfindungsgemäßen Verbundfolie mit einer Siegelschicht 18, einer ersten Folienschicht 16 und einer über einen Haftvermittler 30 auf die Verbundfolie aufkaschierten Hitzeschild 32, welcher vorzugsweise aus verstrecktem Polyamid, Polyethylenterephthalat und ähnlichen geeigneten Materialien gebildet sein kann.

Im folgenden sei an Beispielen die Herstellung erfindungsgemäßer Verbundfolien beschrieben:

Beispiel 1 a) Herstellung einer Polypropylenmischung (Compound) für die erste Folienschicht 16

Eine Mischung aus 60 Masse% eines Polypropylenhomopolymers (Schmelzindex = 8,8 g/10 min bei 230°C/2,16 kg, Kristallisationspunkt (DSC) = 112,8°C, Schmelzpunkt (DSC) = 166,3°C) und 40 Masse% Talkum mit einem Topcut von 7 µm wird in einem Werner + Pfleiderer Doppelschneckenextruder ZSK 92, Temperaturprofil 150/170/170/180/200/190/230/240/260/250/250/250/250°C aufgeschmolzen, homogenisiert, ausgetragen und granuliert.

Das resultierende Polypropylencompound besitzt einen Schmelzindex von 5,2 g/10 min bei 230°C/2,16 kg und eine Dichte von 1,28 g/cm3 bei 23°C.

b) Verbundfolienherstellung (Fig. 2)

Auf einer Castcoexanlage, bestehend aus den Extrudern A (∅ 30, 25 D), B (∅ 60, 33 D) und C (∅ 40, 25 D) sowie einer Breitschlitzdüse, wird folgende erfindungsgemäße Coexmaterialstruktur (im folgenden Coexfolie genannt) bei Massetemperaturen im Bereich von 220 bis 240°C sowie Düsentemperaturen von 230°C extrudiert.

Extruder A:

Propylen-Ethylen-Randomcopolymer für Siegelschicht 18 (MFI = 8,3 g/10 min (230°C; 2,16 kg), Schmelzpunkt = 150°C, TK = 108°C)

Extruder B:

o. a. Polypropylenmischung (Compound) aus Schritt a) als erste Folienschicht 16

Extruder C:

Propylen-Ethylen-Blockcopoylmer (MFI = 5,0 g/10 min (230°C; 2,16 kg); Schmelzpunkt 160°C, TK = 111°C) für zweite Folienschicht 20

Die Schichtdicke der Siegelschicht 18 und der zweiten Folienschicht 20 beträgt jeweils 10 µm, jene der ersten Folienschicht 30 µm. Diese Schichtstruktur läßt sich problemlos über sehr lange Zeiträume kontinuierlich fahren, ohne daß Ablagerungen am Düsenwerkzeug auftreten.

Ein zusätzlich durchgeführter Test, der mit diesen Materialien durchgeführt wurde, belegt die Möglichkeit der Herstellung einer sehr dünnen Verbund- oder Coexfolie mit einer Gesamtdicke < 20 µm ohne Abrisse und Löcher.

Vergleichsbeispiel 1 Folienherstellung (analog US-PS 5,145,737)

Auf der selben Castcoexanlage wird ein Monofeedblock eingebaut und anschließend nur der Extruder B (∅ 60,33 D) betrieben. Die dabei hergestellte Monofolie weist eine Foliendicke von 50 µm auf und soll die Folie gemäß US-PS 5,145,737 simulieren.

Nach einem Zeitraum von 4 h kommt es bereits zum Auftreten von erstem Düsenbelag. Dieser wächst innerhalb von weiteren 4 h derart an, daß die Anlage nach 8 h abgestellt und gereinigt werden muß.

Ein Versuch ohne die beiden Coexschichten läßt eine minimale Schichtdicke von 25 µm zu, darunter kommt es zu Schwierigkeiten im Randbereich bzw. zum Auftreten erster Löcher.

Die Folien (50 × 15 mm) des Beispiels 1 (Coexfolie) und des Vergleichsbeispiels 1 (Monofolie) wurden gegen eine 2 mm dicke Behälter-Folie (Material: PP-Homopolymer; MFI 3,0 g/10 min (230°C; 2,16 kg); Dichte 0,91 g/cm3) gesiegelt und dann das Anreiß- und Weiterreißverhalten geprüft.

Die Peelkräfte und Anreißkräfte wurden in einer Zugprüfmaschine 40 gemessen, die schematisch in der Fig. 5 dargestellt ist. Die Zugprüfmaschine 40 umfaßt obere, ortsfeste Klemmbacken 42 und untere Klemmbacken 44. Von einer Probe 46 wird der Behälterfolienabschnitt 48 in den oberen Klemmbacken 42 eingeklemmt, der mit dem Behälterfolienabschnitt 48 über eine Siegelnaht 52 verbundene Verbundfolienabschnitt 50 wird wie in der Fig. 5 schematisch gezeigt um ca. 180° umgeklappt und mit seinem freien Ende in den unteren Klemmbacken 44 gehalten.

Der Abstand zwischen den Klemmbacken beträgt ca. 50 mm, ist aber für die folgende Messung nicht kritisch.

Wichtig ist für Vergleichstests, daß die Siegelnahtbreite, d. h. deren Ausdehnung in Vertikalrichtung der Fig. 5 10 mm beträgt.

Die unteren Klemmbacken 44 werden dann mit einer Abzugsgeschwindigkeit von 100 mm/min in Richtung des Pfeiles F bewegt und die dabei auftretenden Kräfte gemessen. Die bei den so durchgeführten Schälversuchen erhaltenen Werte für die Anreißkraft und die Peelkraft sind in der Tabelle 2 aufgelistet.

Bei der Siegelung wurde eine Siegelnaht 52 mit einer Breite von 10 mm über die gesamte Probenbreite (15 mm) erzeugt. Bei der Siegelung wurde ein Siegeldruck von 25 N/cm2 bei der in Tabelle 2 angegebenen Siegeltemperatur während 2 sec angewandt. Tabelle 2 Bestimmung der Peelkräfte



Generell zeigt sich eine höhere Konstanz bzw. höhere Anreiß- und Peelkräfte für die erfindungsgemäße Coexfolie.

Berstdruckwerte

An einem gesiegelten Behälter in Form einer Rundschale (Material wie oben definiert) mit 126 mm Stanzmaß, auf die die zu testende Folie auf den 5 mm breiten Siegelrand (Materialdicke 2 mm) über dessen volle Breite bei einer Siegeltemperatur von 200°C, einem Siegeldruck von 330 N/cm2 und einer Siegelzeit von 2 sec aufgesiegelt war, wurden Berstdruckwerte gemessen. Hierzu wird der gesiegelte Behälter im Bereich des Behälterbodens mit einer Hohlnadel durchstochen. Über die Hohlnadel wird der Druck im Inneren des Behälters mit einer Geschwindigkeit von ca. 0,1 bar/10 sec erhöht, bis sich entweder die Siegelnaht löst oder die zu testende Folie platzt. Der dabei erreichte Druckendwert wird als Berstdruck definiert. Beispiel 1 Coexfolie 50 µm: 0,73 bar Vergleichsbeispiel 1 Monofolie 50 µm: 0,54 bar

Es zeigen sich deutlich höhere Berstdruckwerte für die Coexfolie. Die Berstdruckwerte geben Auskunft über die Siegelnahtfestigkeit, die insbesondere für die Sterilisierung der Verpackungen von Bedeutung ist.

Beispiel 2 Vergleichsbeispiel 2

Diese Beispiele verwenden statt der PP-Materialien des Beispiels 1 PE-Material mit folgender Charakterisierung:

60 m% eines hochdichten Polyethylenhomopolymers (Schmelzindex 190°C/2,16 kg: 0,30 g/10 mm; Dichte 0,959 g/cm3; Schmelzpunkt ca. 133°C; Kristallisationspunkt ca. 119°C) und 40 m% eines Talkums mit einem Topcut von 7 µm wurde auf einem Werner & Pfleiderer Doppelschneckenkneter ZSK 133 (Temperaturprofil 150/170/170/180/200/190/230/210/225/220/220/220/220) aufgeschmolzen, homogenisiert, ausgetragen und granuliert.

Das resultierende PE-Compound weist einen Schmelzindex (190°C/2,16 kg) von 0,25 g/10 min auf sowie eine Dichte von 1,30 g/cm3.

Die Folienherstellung wird wie zuvor vorgenommen mit den unten angegebenen Abweichungen: Verarbeitungsanlage Monofolie 35 µm als Blasfolie:

Alpine-Extruder (∅ 350; 18,5 D)

Coexfolie 35 µm als Blasfolie:

Extruder A: Alpine (∅ 50, 18,5 D) bauartgleich zur Monoanlage

Extruder B: Alpine (∅ 35, 18,5 D)

Extruder C: (Alpine (∅ 50, 18,5 D)

Düsendurchmesser: 225 mm

Düsenspalt: 0,8 mm

Breite der flachgelegten Blasfolien: 850 mm

Ausstoß in beiden Fällen: 90 kg/h

Aufblasverhältnis: 2,40

Im Vergleichsbeispiel 2 wurde mit PE entsprechend wie in Vergleichsbeispiel 1 verfahren. Bei der Prüfung der Anreiß- und Peelkräfte bzw. der Berstdruckwerte wurde die zu testende Folie gegen eine HDPE-Folie bzw. HDPE-Schale gesiegelt (2 mm dick; Ausgangsmaterial in beiden Fällen: HDPE; MFI 0,1 g/10 min (190°C/2,16 kg); Dichte 0,953 g/cm3). Im Ergebnis erhält man

  • - deutlich bessere Berstdruckwerte
  • - definierte Anreißkräfte als Funktion der Siegelschichtdicke

Beispiel 3 Vergleichsbeispiel 3

Die Versuche von Beispiel 2/Vergleichsbeispiel 2 wurden insoweit modifiziert, als Folien mit einer Gesamtdicke von 50 µm hergestellt wurden.

Die einzelnen Testwerte sind in Tabelle 3 enthalten.

Die Anreiß- und Peelkräfte wurden wie im Zusammenhang mit Beispiel 1 beschrieben gemessen. Tabelle 3 Siegelnahtfestigkeit in N/15 mm



Berstdruckwerte (bestimmt an einer gesiegelten Schale wie in Beispiel 1)

Monofolie 50 µm: 0,48 bar

Monofolie 35 µm: 0,44 bar

Coexfolie 50 µm: 0,62 bar ≈ 30% höher als Monofolie

Coexfolie 35 µm: 0,53 bar ≈ 20% höher als Monofolie

Fazit

Durch den Mehrschichtaufbau (HDPE ohne Füllstoff außen, gefüllte Schicht innen) lassen sich die Anreißkräfte und vor allem die Berstdruckwerte definiert beeinflussen.

Die Schichtdicke hat einen starken, kontrollierbaren Einfluß auf die Anreißkräfte. Heim Berstdruck sind bei dickeren ungefüllten HDPE-Schichten noch höhere Werte zu erwarten.


Anspruch[de]
  1. 1. Siegelbare Verbundfolie mit einer ersten Folienschicht und einer Siegelschicht, wobei die erste Folienschicht eine auf einem Polyolefin (A) basierende Polymermatrix und einen in der Polymermatrix verteilten partikelförmigen Füllstoff umfaßt, der mit einem Anteil von 25 bis 70 Masseprozent, bezogen auf die Gesamtmasse der ersten Folienschicht, in der Matrix enthalten ist, wobei die Siegelschicht auf einem ungefüllten Polyolefin (B) basiert, wobei die Kohäsionskraft K1 des die erste Folienschicht bildenden Materials kleiner als die Kohäsionskraft K2 des die Siegelschicht bildenden Materials und kleiner als die Verbundhaftkraft K3 zwischen der ersten Folienschicht und der Siegelschicht ist und wobei die Kohäsionskraft K2 und die Verbundhaftkraft K3 jeweils größer sind als die Anreißkraft K4 der Siegelschicht.
  2. 2. Verbundfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundfolie eine zweite Folienschicht umfaßt, wobei die erste Folienschicht zwischen der zweiten Folienschicht und der Siegelschicht angeordnet ist, wobei das Material der zweiten Folienschicht eine Kohäsionskraft K5 aufweist, die größer ist als die Kohäsionskraft K1, und wobei die Verbundhaftkraft K6 zwischen der ersten und der zweiten Folienschicht größer ist als die Kohäsionskraft K1 und die Anreißkraft K4.
  3. 3. Verbundfolie nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Folienschicht im wesentlichen dieselbe Zusammensetzung aufweist wie die Siegelschicht.
  4. 4. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundfolie eine Trägerschicht umfaßt.
  5. 5. Verbundfolie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Folienschicht die Trägerschicht ist.
  6. 6. Verbundfolie nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus Aluminiumfolie, Papier, biaxial orientiertem Polypropylen, biaxial orientiertem Polyethylen, biaxial orientiertem Polyester oder biaxial orientiertem Polyamid hergestellt ist.
  7. 7. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 2, 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundfolie eine außenliegende Schicht aufweist, die als Hitzeschild dient.
  8. 8. Verbundfolie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die außenliegende Schicht auf der Basis von Papier, Aluminium, Polyamid oder Polyester, insbesondere Polyethylenterephthalat, hergestellt ist.
  9. 9. Verbundfolie nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin (A) ein Polyethylen ist und daß der Füllstoffanteil 25 bis 60 Masseprozent beträgt.
  10. 10. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyolefin (A) ein Polypropylen ist und daß der Füllstoffanteil 30 bis 70 Masseprozent beträgt und daß der Schmelzpunkt des auf Polypropylen basierenden Materials der ersten Folienschicht größer oder gleich dem Schmelzpunkt des Polyolefins (B) ist und der Kristallisationspunkt des Materials der ersten Folienschicht um mindestens 5°C höher liegt als der Kristallisationspunkt des Polyolefins (B).
  11. 11. Verbundfolie nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Siegelschicht eine Dicke von 5 bis 15 µm aufweist.
  12. 12. Verbundfolie nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Folienschicht eine Dicke aufweist, die größer oder gleich der Dicke der Siegelschichten ist und im Bereich von 10 bis 250 µm liegt.
  13. 13. Verbundfolie nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyolefine (A) und (B) von derselben Polymerfamilie abgeleitet sind.
  14. 14. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundfolie eine Sauerstoffbarriereschicht, insbesondere auf Ethylvinylalkoholcopolymeren oder Polyamid basierend, und eine Wasserdampfbarriereschicht auf Polyolefinbasis umfaßt, wobei die Schichten in der folgenden Reihenfolge angeordnet sind: Siegelschicht, erste Folienschicht, Sauerstoffbarriereschicht und Wasserdampfbarriereschicht.
  15. 15. Verbundfolie nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen benachbarten Schichten oder zwischen mehreren jeweils benachbarten Schichten eine Haftvermittlerschicht oder eine Kleberschicht angeordnet ist.






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com