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Dokumentenidentifikation DE60003721T2 15.04.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001242241
Titel HERMETISCH VERSIEGELBARE MEHRSCHICHTFOLIE
Anmelder Exxonmobil Oil Corp., Baytown, Tex., US
Erfinder KONG, Dan-Cheng, Fairport, US;
REHKUGLER, A., Richard, Fairport, US;
SEXTON, F., Donald, Fairport, US
Vertreter Uexküll & Stolberg, 22607 Hamburg
DE-Aktenzeichen 60003721
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.11.2000
EP-Aktenzeichen 009767930
WO-Anmeldetag 01.11.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/US00/30107
WO-Veröffentlichungsnummer 0001034390
WO-Veröffentlichungsdatum 17.05.2001
EP-Offenlegungsdatum 25.09.2002
EP date of grant 02.07.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.04.2004
IPC-Hauptklasse B32B 27/32

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft die Technik der Verpackung unter Verwendung von Mehrschichtfolien und insbesondere eine neue Verbundmehrschichtfolie zur Bereitstellung von hermetischen Versiegelungen bei Mehrschichtfolienverpackungen.

Die Verpackungstechnologie hat in den Jahren die Entwicklung vieler Teilbereiche erfordert. Derzeitig intergrieren Verpackungstechnologien Elemente der Ingenieurtechnik, Chemie, Lebensmittelwissenschaft, Metallurgie und andere Techniken, um dem Verbraucher frische, gesunde Lebensmittelprodukte zu liefern. In denjenigen Fällen, in denen Verpackungen aus einer Mehrschichtfolie hergestellt sind, ist es wünschenswert, eine hermetische Versiegelung liefern zu können, d. h. eine Versiegelung, die keinen Durchtritt von Gas wie beispielsweise Luft erlaubt.

In den letzten Jahren sind auf dem Markt überwiegend Behälter zu finden, die aus flexiblen Mehrschichtverpackungsfolien wie Beuteln und Taschen hergestellt sind. Um eine kontinuierliche flexible Mehrschichtfolie zu verwenden, benutzt die Industrie im Allgemeinen Bildung/Füllung/Versiegelung-Verpackungstechniken. Der Typ der verpackten Produkts diktiert, ob die Technik eine horizontale Bildung/Füllung/Versiegelung-Verpackung (HFFS) oder eine senkrechte Bildungs/Füllungs/Versiegelungs-Verpackung (VFFS) einbezieht oder ob nicht.

Für den Verpackungstechniker ist es wichtig, in der Lage zu sein, eine Mehrschichtfolie mit optimalen Sperreigenschaften für die Lagerung von Lebensmittelgegenständen auszuwählen, und sicher zu sein, eine hochqualitative Versiegelung unter Verwendung von Hochgeschwindigkeitsverpackungsvorrichtungen zu liefern. Es ist beispielsweise bekannt, dass stereoreguläres Polypropylen, d. h. orientiertes Polypropylen, bei der Herstellung von Verpackungen aus flexiblen Folien recht brauchbar ist. Bei Verwendung von orientiertem Polypropylen als Kernschicht werden zusätzliche Schichten durch Beschichtungen, Koextrusionen, Laminierungen und Kombinationen derselben zugefügt, um die Sperreigenschaften der Folie zu verbessern. In bestimmten Fällen können Folien hergestellt werden, die Feuchtigkeit und Sauerstoff ausschließen aber den Durchgang von Licht erlauben. In anderen Fällen ist es auch wichtig, Licht daran zu hindern, durch die Foliensperre hindurch zu treten. Sperreigenschaften können auch durch Behandlungen wie beispielsweise Hitze- und Flammenbehandlung, elektrostatische Entladung, chemische Behandlung, Halogenbehandlung, W-Lichtbehandlung und Kombinationen derselben modifiziert und/oder verbessert werden.

Ein Hauptaugenmerk für die Ausgestaltung von Mehrschichtfolien für die Verpackung liegt darin, dass sicher zu stellen ist, dass sie auf einer Hochgeschwindigkeits-Bildung/Füllung/Versiegelung-Maschinerie verarbeitet werden können. Bildung/Füllung/Versiegelung-Verpackungsvorrichtungen arbeiten, indem kontinuierliche Folien von Massenfolienrollen abgewickelt werden, gefolgt von der Bildung von Taschen daraus, Füllung der Taschen und schließlich Versiegelung der geschlossenen Taschen. Die Folie muss daher ausreichend Flexibilität aufweisen, um ein maschinelles Falten aus einer flachen Orientierung in einen gefalteten Zustand einzugehen, und sie muß einer Versiegelungsfunktion ausgesetzt werden, die Teil des Hochgeschwindigkeitsverpackungs-Geräts ist. Bei der Auswahl der optimalen Mehrschichtfolie für ihre Sperreigenschaften sind das Hochgeschwindigkeitsabrollen und -falten Hauptaugenmerk. Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt des Verpackungsverfahrens ist jedoch die Fähigkeit, die Taschen nach dem Füllen mit dem Produkt wirksam zu versiegeln.

Horizontale und vertikale Hochgeschwindigkeits-Bildung/Füllung/Versiegelung-Geräte umfassen Versiegelungsfunktionen in verschiedenen Stadien des Verpackungsvorgangs. Bei einem horizontalen Bildung/Füllung/Versiegelung-Gerät werden individuelle Taschen durch Falten der Mehrschichtfolie zur Hälfte, gefolgt von der Lieferung senkrechter Versiegelungen entlang den Längen der gefalteten Bahn und der Trennung der Taschen entlang der Versiegelungen, die durch senkrechte Versiegelungen gebildet sind. (Gegebenenfalls können auch die Böden der Taschen versiegelt sein). Nachdem die so gebildete Tasche gefüllt worden ist, wird das obere Ende der Tasche versiegelt.

Auf ähnliche weise wird bei einem senkrechten Bildung/Füllung/Versiegelung-Gerät die kontinuierliche Bahn um ein Rohr herum gebildet und die Bahn wird sofort miteinander durch eine Längsversiegelungsbacke entweder als überlappende Versiegelung oder Flossenversiegelung (fin seal) verbunden. Überlappungsversiegelungen und Flossenversiegelungen sind in der US-A-5 888 648 beschrieben.

Bei einer VFFS-Konfiguration ist eine zweite Versiegelungsfunktion vorhanden, die aus einer Kombination von Kopf- und Bodenversiegelungssektion besteht (mit einer Beutelabschneidvorrichtung dazwischen). Der Kopfversiegelungsteil versiegelt den Boden eines leeren Beutels, der von dem Beutel bildenden Rohr herabhängt, während der Bodenteil den Kopf eines gefüllten Beutels versiegelt.

Um eine stark sperrende Mehrschichtfolie mit hermetischen Versiegelungen zu liefern müssen daher verschiedene Faktoren berücksichtigt werden. Es ist wichtig, Versiegelungsfähigkeit bei so niedriger Temperatur wie möglich zu liefern, um unter anderem Stereoregularität beizubehalten, die während der Orientierung vermittelt wird, wenig oder keine Folienschrumpfung zu liefern, Beibehaltung von Folien- und/oder chemischen Additiveigenschaften zu liefern und äußerst konsistente Qualitätsversiegelungseigenschaften zu liefern. Ferner muss die Folie Oberflächeneigenschaften aufweisen, die es ihr erlauben, leicht auf einer Hochgeschwindigkeitsmaschinerie verwendet zu werden. Beispielsweise muss der Reibungskoeffizient derart sein, dass sie leicht von einer großvolumigen Folienrolle abgerollt werden kann und durch die Verpackungsmaschinerie geführt werden kann. Unerwünschte Haftungs- oder Reibungseigenschaften können Beutelfehler und Unterbrechung der Hochgeschwindigkeitsverarbeitung verursachen. Darüber hinaus müssen während des Verfahrens gebildete Versiegelungen eine gute Siegelfestigkeit aufweisen.

Kürzlich sind die Verpackungstechniker mit der Fähigkeit zur Lieferung von Qualitätssiegeln befasst gewesen, die die Frische des Inhalts konservieren, während der Verbraucher mit einem leicht zu öffnenden und verschließbaren Behälter ausgestattet wird. Bis heute haben sich Neuerungen hauptsächlich mit den Komponenten des Siegelmaterials befasst. Beispielsweise beschreibt die US-A-3 202 528 eine orientierte Polypropylenfolie mit einer haftenden heißsiegelbaren Beschichtung, die ein Material aus der Gruppe bestehend aus Copolymeren von Vinylidenchlorid und Acrylnitril, Copolymeren von Vinylchlorid mit Vinylacetat, chlorierten Kautschuken, Nitrocellulose und Polyamid, das unterhalb von 160°C schmilzt, und von saurem Material enthält, das in einer Menge von etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% des folienbildenden Materials bereitgestellt wird. Dieser Klebstoff ist auf die Folie beschichtet und darauf getrocknet worden. Die US-A-4 020 228 beschreibt eine Gelzusammensetzung, die eine heißsiegelbare Oberfläche an polyolefinischen Materialien oder cellulosische Schichtmaterialien liefert. Die US-A-4 121 956 offenbart einen Ionomerklebstoff, der an eine äußere ionomere Oberfläche von Verpackungsumhüllung zur Befestigung von Etiketten haftet.

Die US-A-4 218 510 offenbart eine heißsiegelbare Mehrschichtfolie mit einer Polyesterschicht, die chemisch an der Grenzfläche an eine polyolefinische Schicht gebunden ist, die 250 bis 750 ppm eines Fettsäureamids enthält.

Die US-A-4 292 882 offenbart eine orientierte, heißsiegelbare, antistatische Polypropylenfolie, die durch Aufbringung eines heißsiegelbaren olefinischen Polymers, das 0,2 bis 10 Gew.-% eines anionischen Kohlenwasserstoffsulfonats enthält, auf eine Oberfläche einer Basispolypropylenfolie aufgebracht wird. Andrews et al. beschreiben auch, dass ein Gleitmittel zur Einfachheit der Handhabung eingeführt werden kann.

Die US-A-4 389 450 beschreibt eine mehrschichtige Verpackungsfolie, in der die äußeren polymeren Schichten zusammenarbeiten, um einen relativ konstanten differentiellen Reibungskoeffizienten zu liefern. Dies erhöht die Fähigkeit, die Folie bei einer Hochgeschwindigkeitsverarbeitung zu verwenden, und Flossensiegel und Überlappungssiegel zu bilden.

Die US-A-5 049 436 offenbart eine Mehrschichtfolie, die über einen breiten Temperaturbereich hermetisch heißsiegelbar ist. Dieses Patent beschreibt eine heißsiegelbare Schicht, die ein Ethylen/Propylen-Copolymer und/oder ein Ethylen/Propylen/Buten-Terpolymer mit einem anorganischen Anitblockingmittel und einem Fettsäureamid enthält.

Die US-A-5 376 437 beschreibt eine dreischichtige, heißsiegelbare Folie mit einer Basisschicht aus biaxial orientiertem kristallinem Polypropylen, einer Kissenschicht aus einem Olefinpolymer, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist als die Basisschicht, und eine heißsiegelbare Schicht aus einem Olefinpolymer. Die verschiedenen Schichten dieser Folie haben spezielle Ausmaße an Oberflächenorientierung.

Die U5-A-5 527 608 beschreibt eine biaxial orientierte heißsiegelbare Mehrschichtfolie, die ein Kernsubstrat aus einem Polyolefinhomopolymer aufweist. Auf einer Oberfläche des Kernsubstrats ist eine Schicht aus einem Blockcopolymer aus Ethylen und Propylen mit einem Schmelzflussverhältnis (MFR) von 1 bis 10 vorhanden. Auf die andere Oberfläche des Kernsubstrats kann eine Schicht aus Polyethylen hoher Dichte angeordnet werden, und eine heißsiegelbare Schicht kann über der Blockcopolymerschicht angeordnet werden. Die heißsiegelbare Schicht kann aus einem Terpolymer aus Ethylen, Propylen und Buten-1, einem statistischen Copolymer aus Ethylen und Propylen, einem statistischen Copolymer aus Propylen und Buten-1 oder Mischungen derselben gebildet werden.

Die US-A-5 888 648 beschreibt eine mehrschichtige hermetisch siegelbare Folie. Das Hauptfoliensubstrat kann orientiertes Polypropylen gegebenenfalls mit einer Schicht aus Polyethylen hoher Dichte auf einer Oberfläche des Polypropylens sein. Auf der Oberfläche des Polypropylens, die der Schicht aus Polyethylen hoher Dichte gegenüberliegt, ist eine Zwischenschicht aus Polyethylenhomo-, -co- und -terpolymeren, amorphem Nylon, Ionomeren oder Mischungen derselben vorhanden. Ein bevorzugtes Polymer in der Zwischenschicht ist Polyethylen niederer Dichte. Auf der äußeren Oberfläche des Zwischenschicht ist eine Siegelschicht aus beispielsweise Polyethylenhomo-, -co- und -terpolymeren, amorphem Nylon, Ionomeren oder Mischungen derselben vorhanden.

Obwohl es eine Vielfalt von hermetisch siegelbaren Mehrschichtfolien gibt, bleibt ein Bedarf an solchen Folien bestehen, die mit hohen Geschwindigkeiten zu Verpackungen geformt werden können, während sie immer noch ausreichend hermetische Versiegelungen bilden, insbesondere in einem breiten Bereich von Siegeltemperaturen.

Die vorliegende Erfindung liefert verbesserte Mehrschichtfolien, die mit hohen Geschwindigkeiten zu Verpackungen geformt werden können, während sie immer noch ausreichend hermetische Versiegelungen bilden, insbesondere in einem breiten Bereich von Siegeltemperaturen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es wird eine Mehrschichtfolie zur Bildung hermetischer Versiegelungen bei Verpackungen geliefert, die

  • (a) Schicht A aus Polypropylen-Copolymer mit einer Schmelzflussrate größer als 1 oder linearem Polyethylen hoher Dichte mit einem Schmelzindex größer als 1,
  • (b) Schicht B aus orientiertem Polypropylen,
  • (c) Schicht C aus deformierbarem statistischem Copolymer, das unter Heißsiegelbedingungen ausreichend deformierbar ist, wobei das deformierbare statistische Copolymer ausgewählt ist aus Ethylen/Propylen-Copolymer, Ethylen/Propylen/Buten-1-Terpolymer, Propylen/Buten-Copolymer und Mischungen derselben, und
  • d) Schicht D aus heißsiegelbarem Polymer mit einem Schmelzpunkt umfasst, der gleich oder niedriger ist als der des Polymers von Schicht C, wobei das heißsiegelbare Polymer ausgewählt ist aus Ethylen/Propylen-Copolymer, Ethylen/-Propylen/Buten-1-Terpolymer, Propylen/Buten-Copolymer und Mischungen derselben,


wobei Schicht C dicker ist als Schicht D, Schicht D mit einem Antiblockingmittel beladen ist, das nicht-verformbare organische Polymerteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße über 6 &mgr;m umfasst, und wobei die Folienschichtreihenfolge A/B/C/D ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung liefert eine Mehrschichtfolie und ein Verfahren zur Verbesserung von Mehrschichtfolien, wobei hermetische Versiegelungen einfach und effizient gebildet werden können und ausgezeichnete Siegeleigenschaften erzielt werden.

Die vorliegende Erfindung schließt eine Kernschicht B aus orientiertem Polypropylen ein. Es ist anzumerken, dass eine solche Polypropylenschicht B allein (ohne zusätzliche Schichten) charakteristischer Weise eine Steifheit oder ein Modul aufweist, die/der die Fähigkeit die Folie verhindert oder signifikant verringert, dort zusammenzusiegeln, wo die Folie gebogen wird, um Überlappungen oder Flossen (fins) zu bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die geschichtete Folie gute Sperreigenschaften auf und sie kann eine metallisierte Folienschicht enthalten. Die geschichtete Folie kann ferner ein oder mehrere zusätzliche Schichten ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus orientiertem Polypropylen, Ethylen/Propylen-Copolymeren, Polyethylenterephthalat, Polyamid, Polyacrylnitrilcopolymer, Polyvinylidenchlorid, Fluorpolymeren, Ethylvinylalkohol-copolymeren und Mischungen derselben enthalten. Andere Schichten können Sperrharze, Verbindungsharze, metallisierte Folien, keramisch abgelagerte Folien (z. B. SiO4), plasmachemisch dampfabgelagerte Folien und Metall, Keramik, plasmachemischer Dampf sein.

Die geschichtete Folie kann durch eine Hautschicht A auf zusätzliche Auflenbahnen laminiert sein wie beispielsweise orientiertes Polypropylen (OPP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid, Polyethylen und andere Mono- oder Mehrschichtfolien. Die Schicht A kann auch metallisiert sein und dann durch die Metallschicht auf andere Folien laminiert sein wie beispielsweise eine mehrschichtige biaxial orientierte Polypropylenfolie.

Die Schichten C und D liefern eine Siegelungsfunktion und sind an die Schicht B gebunden. Diese Schichten schließen eine Zwischenschicht C ein, die direkt mit Schicht B verbunden ist, und eine Siegelschicht D ein, die mit der Zwischenschicht C verbunden ist.

Wie es in der US-A-5 888 648 vorgeschlagen ist, sollte die Zwischenschicht eine ausreichende Dicke aufweisen und ausreichende Fließeigenschaften oder Siegelbedingungen haben, damit sie deformiert wird und allen ungefüllten Raum zwischen den Siegelbacken während der Versiegelung ausfüllt bzw. damit zusammenwirkt. Der Ausdruck "ausfüllen/zusammenwirken" bedeutet, leicht und inelastisch dazu gezwungen zu werden, alle leeren Räume zu besetzen, die zwischen Siegelbacken zurückbleiben, während die Siegelbacken in geschlossener oder Siegelposition sind. Polyethylen oder Polypropylen-co- und -terpolymere sind zur Verwendung in der Zwischenschicht C mit einbezogen. Das Material der Zwischenschicht C sollte unter Hitze und Druck, die durch die Backen einer kommerziellen Siegelvorrichtung einwirken, fließen, um alle Räume zwischen den Backen zu auszufüllen.

Die Siegelschicht D kann eine Komponente enthalten, die unter Siegelhitze- und -druckbedingungen leicht eine Versiegelung bildet. Solche Komponenten schließen Polyethylen oder Polypropylen, Co- und Terpolymere und Mischungen derselben ein.

Die Siegelschicht D ist mit einem Antiblockingmittel beladen, das nicht-verformbare organische Polymerteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße größer als 6 &mgr;m umfasst. Das nicht-verformbare organische Polymer des Antiblockingmittels kann ein Copolymer aus Methylmethacrylat und Propylidentrimethacrylat sein. Die Teilchengröße dieses nicht-verformbaren organischen Polymers kann 6 &mgr;m bis 15 &mgr;m, vorzugsweise 8 &mgr;m bis 12 &mgr;m, insbesondere 10 &mgr;m betragen. Ein besonderes Beispiel eines solchen nicht-verformbaren organischen Polymers ist Epostar 1010, das von Nippon Shokubai verkauft wird und aus kugelförmigen vernetzten Copolymeren aus Methylmethacrylat und Propylidentrimethacrylat mit einer Teilchengröße (d. h. durchschnittlicher Durchmesser) von 7 bis 11 &mgr;m besteht.

Mit dem Ausdruck "nicht-verformbar" ist gemeint, dass die Teilchen im Wesentlichen ihre Form (insbesondere kugelförmige oder im Wesentlichen kugelförmige) während des Folienbildungsverfahrens, einschließlich Extrudierung und Streckung behalten. Bevorzugte organische polymere Teilchen schließen daher diejenigen ein, die im Wesentlichen unter den filmbildenden Bedingungen nicht-schmelzbar sind. Beispiele solcher organischen polymeren Teilchen schließen vernetzte Polymere wie beispielsweise vernetzte acrylische Polymere ein. Solche vernetzten acrylischen Polymeren können nicht-acrylische Comonomere wie beispielsweise Styrol enthalten. Beispiele von Antiblockingmitteln, die aus vernetzten Polymeren gebildet sind, sind in der US-A-5 639 537 beschrieben.

Die Beladung der nicht-verformbaren organischen Teilchen in der Siegelschicht D kann von 1000 ppm bis 20 000 ppm, vorzugsweise 3000 ppm bis 15 000 ppm, insbesondere 5000 ppm bis 10000 ppm betragen.

Das Antiblockingmittel von Schicht D kann ferner anorganische Teilchen wie beispielsweise feste Oxide mit einer durchschnittlichen Teilchengröße größer als 2 &mgr;m umfassen. Diese anorganischen Teilchen der Siegelschicht D können aus Siliciumdioxid (SiO2), Metallcarbonaten (einschließlich Alkalimetallcarbonaten, wie beispielsweise Calciumcarbonat), Metallsilikaten (einschließlich Alkalimetallsilikaten, wie beispielsweise Magnesiumsilikat, und anderen Metallsilikaten wie beispielsweise Aluminiumsilikat), Metallphosphaten (einschließlich Alkalimetallphosphaten, wie beispielsweise Calciumphosphat), Tonen, Talk, Diatomeenerde, Glas und dergleichen bestehen.

Beispiele von anorganischen Antiblocking-Materialien schließen die Syloide ein, die von W. R. Grace Davison Division erhältlich sind, synthetische amorphe Silikagele mit einer Zusammensetzung von 99, 7% SiO2 und einer Teilchengröße von 2 bis 4 &mgr;m, insbesondere Syloid 244 mit einer Teilchengröße von 2,0 &mgr;m.

Außerdem sind Super Floss von World Minerals, eine Diatomeenerde mit der Zusammensetzung SiO2 92%, Al2O3 44%, Fe2O3 1,2%, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5,5 &mgr;m, und synthetisch ausgefällte Silikate wie beispielsweise Sipernat 44, das von Degussa Corporation, Akron, Ohio, erhältlich ist, mit einer Zusammensetzung von SiO2 42% , Al2O3 36% , Na2O 22% , und mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 3,5 &mgr;m, ebenfalls brauchbar.

Die Teilchengröße der gegebenenfalls vorhandenen organischen Teilchen des Antiblockingmittels kann 1 &mgr;m bis 15 &mgr;m, vorzugsweise 2 &mgr;m bis 8 &mgr;m, insbesondere 4 &mgr;m sein.

Die Beladung der anorganischen Teilchen in der Siegelschicht D kann von 600 ppm bis 5000 ppm, vorzugsweise 1000 ppm bis 3000 ppm, insbesondere 1500 ppm bis 2500 ppm betragen.

Das Polypropylen der Schicht B kann das Homopolymer Fina 3371 sein, das von Fina Oil Company verkauft wird. Das Polypropylen von Schicht B kann ein Homopolymer oder ein Copolymer sein. Propylenhomopolymere für Schicht B schließen isotaktisches Polypropylen, vorzugsweise 80 bis 100% isotaktisches Polypropylen, am meisten bevorzugt 95% isotaktisches Polypropylen ein. Die Propylenhomopolymere weisen vorzugsweise einen Schmelzfluss (gemessen gemäß dem Standardverfahren ASTM D1238) im Bereich von 1,2 bis 10 g/10 Minuten auf, am meisten bevorzugt 2,5 bis 6 g/10 Minuten. Besondere Propylen-Copolymere schließen (98–93)/(2–7) Propylen/Ethylen-Copolymere ein.

Das lineare Polyethylen hoher Dichte kann eine Dichte größer als 0,94 g/cm3 aufweisen, z. B. 0,941 bis 0,965 g/cm3. Es ist weit verbreitet bekannt, dass die Dichte von Polyethylen durch Copolymerisierung von Ethylen mit anderen Olefinen abnimmt, insbesondere denjenigen mit 4 oder mehr Kohlenstoffatomen. Es ist daher klar, dass bevorzugte lineare Polyethylene hoher Dichte frei oder im Wesentlichen frei von anderen Comonomeren sind. Es ist auch weit verbreitet bekannt, dass lineare Polyethylene hoher Dichte mit einer Vielzahl von Katalysatoren vom Koordinationstyp hergestellt werden können.

Wie in der US-A-5 929 128 beschrieben ist, ist lineares Polyethylen hoher Dichte im Wesentlichen frei von langkettiger Verzweigung.

Das Polypropylen-Copolymer von Schicht A kann ein Copolymer aus Propylen mit einem oder mehreren Olefinen wie beispielsweise Ethylen und C4- bis C10-&agr;-Olefinen sein. Solche Polypropylencopolymere können mindestens 80 Mol% Propylen enthalten.

Die Dicke von Schicht C kann 3 &mgr;m bis 15 &mgr;m, vorzugsweise 5 &mgr;m bis 12 &mgr;m, insbesondere 7 &mgr;m bis 10 &mgr;m betragen.

Die Dicke von Schicht D kann weniger als 4 &mgr;m, vorzugsweise 1 &mgr;m bis 4 &mgr;m, insbesondere 1 &mgr;m bis 2 &mgr;m betragen.

Die Dicke von Schicht B kann 8 &mgr;m bis 25 &mgr;m, vorzugsweise 10 &mgr;m bis 20 &mgr;m, insbesondere 11 &mgr;m bis 17 &mgr;m betragen.

Die Dicke von Schicht A kann 0,5 &mgr;m bis 5 &mgr;m, vorzugsweise 1 &mgr;m bis 2 &mgr;m, insbesondere 0,5 &mgr;m bis 1 &mgr;m betragen.

Die Mehrschichtfolie, die die Schichten A, B, C und D umfasst, kann uniaxial oder biaxial orientiert sein.

Die Schichten C und D können eine Dicke von 15% bis 70 der Gesamtdicke der Schichten A, B, C und D aufweisen, beispielsweise 20% bis 60% dieser Gesamtdicke.

Die Dicke der Zwischenschicht C kann 10% bis 90% der Gesamtdicke der Schichten C und D betragen, beispielsweise 40 bis 80% dieser Gesamtdicke.

Die vorliegende Erfindung liefert eine Mehrschichtfolie, die hermetisch siegelbar ist und ein Verfahren zur Verbesserung der Siegeleigenschaften von Mehrschichtfolien, die in Hochgeschwindigkeitsverpackungsmaschinen hermetisch siegelbar sind. Um eine hermetische Versiegelung bei Verpackungen, die aus Mehrschichtfolien gebildet sind, zu liefern, muss dafür gesorgt werden, dass ein Siegelmedium bereitgestellt wird, das sich an die Natur der Sperrfolie, die für die Verpackung verwendet wird, d. h. ihr Modul oder ihre Steifheit, ihre Dicke, ihre Abneigung gegenüber Temperatur und Druck, die unter Siegelbedingungen einwirken, usw. anpasst. "Hermetische Siegel" bedeuten, so wie hierin verwendet, sowohl schälbare als auch nicht-schälbare Versiegelungen, die hermetische Sperreigenschaften liefern, d. h. kein Durchtreten von Gas erlauben.

Wie es in der US-A-5 888 648 beschrieben ist, können zwei separate Schichten verwendet werden, um eine Siegelfunktion zu liefern. Jede Schicht ist hauptsächlich so ausgelegt, dass sie eine der benötigten Siegelfunktionen erfüllt, und bestimmte Fehler in hermetischen Siegeln, die normalerweise mit der Hochgeschwindigkeitsfolienverpackung verbunden sind, können vermieden werden. Eine "Zwischenschicht" erfüllt speziell in erster Linie das Erfordernis der "Ausfüllung" (compliance) des Volumens zwischen den Oberflächen der Siegelbacken eines Hochgeschwindigkeitsverpackungs-Geräts während der Siegelfunktion. Die "Siegelschicht" erfüllt andererseits in erster Linie das Erfordernis der Bereitstellung einer Hochleistungshaftung unter Siegelbedingungen. Wenn man daran denkt, dass Siegelbedingungen sowohl hohe Temperatur als auch hohen Druck umfassen, die auf die Siegelschicht einwirken, wird sowohl die Zwischenschicht als auch die Siegelschicht an beiden der Siegelfunktionen teilhaben, d. h. Ausfüllung und Haftung. Die Hauptfunktion der Zwischenschicht ist jedoch die Bereitstellung der Ausfüllung, während die Hauptverantwortung der Siegelschicht darin besteht, Haftung zu liefern. Die Zusammensetzung der Zwischenschicht ist daher üblicherweise von der Zusammensetzung der Siegelschicht verschieden.

Da die Hauptfunktion der Zwischenschicht die Ausfüllung zwischen den Siegelbacken ist, sollte die Zwischenschicht zwei Attribute aufweisen, um ihre Funktion zu erfüllen, ausreichende Dicke und eine Fließeigenschaft, um mit den Räumen zwischen den Backen übereinzustimmen.

"Ausfüllung" bedeutet im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung, die Fähigkeit leicht und nicht-elastisch deformiert zu werden, um den gesamten Raum zwischen den Siegeloberflächen der Siegelbacken zu füllen und sich daran anzupassen. Die Siegelbacken können bei einer Temperatur von 120°C bis 190°C arbeiten und sie werden normalerweise mit einem Druck von 120 psi bis 180 psi (0,83 MPa bis 1,24 MPa) auf ein Folienverpackungsmaterial einwirken.

Die Siegelbacken sind in der US-A-5 888 648 veranschaulicht und beschrieben. Siegelbacken können flach sein oder sie sind in vielen Fällen mit Zähnen versehen. Eine komplementäre Backe wird in Verbindung mit einer Siegelbacke verwendet, so dass die Zähne der Siegelbacke mit den Tälern der komplementären Backe übereinstimmen. Die Oberflächen der Backen schließen in siegelnder Position auf zwei Mehrschichtfolien, wodurch die Folien dazwischen aneinander klammern. Um eine hermetische Versiegelung zu bilden, muss das Volumen zwischen den Oberflächen während der Versiegelung vollständig gefüllt sein. Dies sind die normalen Siegelbedingungen, unter denen die Zwischenschicht zum Ausfüllen/zur Fügsamkeit fähig sein muss.

Die Zwischenschicht sollte ausreichend Material aufweisen, um eine Ausfüllung ohne Hinterlassen von Hohlräumen zu zeigen. Die Dicke der Zwischenschicht sollte daher so sein, dass ein Kontinuum aus Material über dem gesamten Raum zwischen den Oberflächen der Siegelbacken geliefert wird. Die Fließeigenschaft der Zwischenschicht sollte so sein, dass die Gegenwart der Temperatur- und des Druckes, die während der Versiegelung ausgeübt werden, das Material seine Viskosität beibehält und leicht deformiert, aber eine nicht-unterbrochene Masse über den Raum zwischen den Siegeloberflächen aufrechterhält.

Statistische Copolymere aus Ethylen und Propylen oder ein statistisches Terpolymer aus Ethylen/Propylen/Buten (EPB) haben sich als ausgezeichnete Komponenten für die Zwischenschicht C erwiesen. Diese Komponenten sind billig und weisen die richtigen Ausfüllungsanforderungen für die Zwischenschicht C auf. Diese Komponenten können allein oder in Kombination mit anderen Komponenten verwendet werden, wie beispielsweise linearem Polyethylen niederer Dichte.

Die Siegelschicht D hat wiederum die Hauptaufgabe Klebrigkeit zu liefern. Die Komponente der Siegelschicht D sollten daher anhand ihrer Fähigkeit ausgewählt werden, eine gute Haftsiegelfestigkeit zu liefern, d. h. ausreichende Zugfestigkeit der Versiegelung. Insoweit als die Hauptfunktion der Siegelschicht diejenige der Haftung ist, ist die Dicke der Siegelschicht D kleiner als die Dicke der Zwischenschicht C. Es ist gefunden worden, dass statistische Ethylen/Propylen-Copolymere, statistische Ethylen/Propylen/Buten-Terpolymere und Propylen/Buten-Copolymere ausgezeichnet für die Verwendung als Hauptkomponente in der Siegelschicht D sind. Die Siegelschicht D ist mit organischen und gegebenenfalls anorganischen Antiblockingmitteln beladen, um die maschinelle Verarbeitbarkeit der Folie zu erleichtern.

BEISPIEL 1

Es wird eine laminierte Folienstruktur aus einer vierschichtigen, koextrudierten, biaxial orientierten Folie mit Schichten A, B, C und D hergestellt. Die Schicht A der Vierschichtfolie wird mit Klebstoff auf ein biaxial orientiertes Polypropylenfolienprodukt (Mobil 80 MB400) laminiert. Die Vierschichtfolie hat die Struktur A/B/C/D, wobei die Hautschicht A der Folie 0,8 &mgr;m dickes HDPE ist, die Kernschicht B der Folie 11 &mgr;m dickes Polypropylen ist, die Zwischenschicht C der Folie 9 &mgr;m dick ist und aus Ethylen/Propylen-Buten-1-Terpolymer mit einem DSC-Schmelzpunkt bei 131°C ist und die siegelbare Hautschicht D der Folie 1 &mgr;m dick ist und aus Ethylen/Propylen/Buten-Terpolymer mit einem DSC-Schmelzpunkt bei 126°C ist, das mit 2400 ppm SiO2 (4 &mgr;m Größe) und 6000 ppm Epostar 1010, das von Nippon Shokubai Co., Ltd. erhältlich ist und ein vernetztes Copolymer aus Methylmethacrylat und Propylidentrimethacrylat mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 &mgr;m ist, beladen ist.

Die laminierte Folie wird unter Verwendung einer senkrechten Bildung/Füllung/Versiegelung-Maschine Fuji FW 7700 bei einer Geschwindigkeit von 55 Packungen pro Minute bewertet. Leere Beutel mit der Größe 5'' × 7½'' (12,7 cm × 19,05 cm), die mit Luft gefüllt sind, werden bei den spezifizierten Temperaturen für das Flossensiegel (fin seal) am Rücken des Beutels und eines Crimpsiegels an den beiden Enden des Beutels gesiegelt. Die Beutel werden unter Wasservakuum von 10" Quecksilber (33,86 kPa) gegeben. Wenn keine Blasen beobachtet werden, wird die Versiegelung als hermetisch dichte Versiegelung oder nicht-leckend angesehen. Von den Crimpsiegel- und Flossensiegeltemperaturkombinationen werden die Daten erzeugt, um den hermetischen Siegelbereich zu erhalten (d. h. in diesem Temperaturbereich gibt es kein Leck). Der hermetische Siegelbereich für die obige laminierte Struktur wird beobachtet, wenn die Flossensiegeltemperatur 260°F bis 280°F (127°C bis 138°C) beträgt und die Crimpsiegeltemperatur 260°C bis 290°C (127°C bis 143°C) beträgt.

BEISPIEL 2

Es wird eine laminierte Folienstruktur aus einer vierschichtigen koextrudierten biaxial orientierten Folie mit Schichten A, B, C und D hergestellt. Die Schicht A der Vierschichtfolie wird mit Polyethylen an eine orientierte Polypropylenfolie (Mobil 80MB400) laminiert. Die vierschichtige koextrudierte biaxial orientierte Folie ist die gleiche Folienstruktur wie in Beispiel 1. Das Laminat wird durch die gleiche Verpackungsmaschine mit der gleichen Geschwindigkeit wie in Beispiel 1 geführt. Der hermetische Siegelbereich für das Laminat wird beobachtet, wenn die Flossensiegeltemperatur 250°F bis 290°F (121°C bis 143°C) beträgt und die Crimpsiegeltemperatur 260°F bis 290°F (127°C bis 143°C) beträgt.

BEISPIEL 3

Es wird eine laminierte Folienstruktur aus einer vierschichtigen koextrudierten biaxial orientierten Folie mit Schichten A, B, C und D hergestellt. Die Schicht A der Vierschichtfolie wird mit Polyethylen an eine orientierte Polypropylenfolie (Mobil 70 SPW-L) laminiert. Die vierschichtige koextrudierte biaxial orientierte Folie ist die gleiche Struktur wie bei Beispiel 1. Das laminierte Folie wird unter Verwendung einer senkrechten Bildung/Füllung/Versiegelung-Maschine (Hayssen Ultimum II mit einer Geschwindigkeit von 55 Packungen pro Minute bewertet. Leere Beutel mit der Größe von 5'' × 7½'' (12,7 cm × 19, 05 cm) , die mit Luft gefüllt sind, werden bei den spezifizierten Temperaturen für eine Überlappungsversiegelung am Rücken des Beutels und Crimpversiegelung an den beiden Enden des Beutels versiegelt. Der hermetische Siegelbereich wird beobachtet, wenn die Überlappungssiegeltemperaturen 260°F bis 330°F (127°C bis 165,5°C) betragen und die Crimpsiegeltemperatur 310°C (154°C) beträgt und die Überlappungssiegeltemperatur 280°F bis 330°F (138°C bis 165,5°C) liegt und die Crimpsiegeltemperatur bei 300°F (149°C) liegt.

BEISPIEL 4

Es wird eine metallisierte vierschichtige koextrudierte biaxial orientierte Folie bewertet. Die Aluminiumvakuumablagerung wird auf die Hautschicht A der Struktur A/B/C/D aufgebracht, die die gleiche vierschichtige koextrudierte biaxial orientierte Folienstruktur wie in Beispiel 1 ist. Diese metallisierte Folie wird ferner mit Tinte auf dem Kopf der Aluminiumschicht bedruckt und eine wärmebeständige Lackschicht wird über die Tinte beschichtet. Die fertige Schichtstruktur ist (hitzebeständiger Lack)//Tinte//(vakuummetallisiertes Aluminium//HDPE//-Polypropylen//EPB-Terpolymer (I)//EPB-Terpolymer (II), wobei das EPB-Terpolymer (I) 9 &mgr;m dick ist und aus Ethylen/Propylen/Buten-1-Terpolymer mit einem DSC-Schmelzpunkt bei 131°C ist, und das EPB-Terpolymer II 1 &mgr;m dick ist und aus Ethylen/Propylen/Buten-1-Terpolymer mit einem DSC-Schmelzpunkt bei 126°C ist, das mit 2400 ppm SiO2 (4 &mgr;m Größe) und 6000 ppm Epostar 1010, das von Nippon Shokubai Co., Ltd. erhältlich ist und ein vernetztes Copolymer aus Methylmethacrylat und Propylidentrimeth-acrylat mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 &mgr;m beladen ist. Diese überlappte, bedruckte und metallisierte Folie wird durch eine horizontale Bildung/Füllung/VersiegelungMaschine, Doboy bei der Geschwindigkeit von 86 Fuß/Minute (26,2 m/Minute) oder 172 Packungen pro Minute geführt. Es werden leere mit Luft gefüllte Beutel erzeugt. Die hermetische Siegelbereichbewertungsprozedur ist die gleiche wie in Beispiel 1. Ein hermetischer Siegelbereich wird beobachtet, wenn die Crimpsiegeltemperatur 240°C bis 320°C (115,5°C bis 160°C) beträgt und die Flossensiegeltemperatur auf 320°F (160°C) eingestellt ist.


Anspruch[de]
  1. Mehrschichtfolie zur Bildung von hermetischen Versiegelungen bei Verpackungen, die

    (a) Schicht A aus Polypropylen-Copolymer mit einer Schmelzflussrate größer als 1 oder linearem Polyethylen hoher Dichte mit einem Schmelzindex größer als 1,

    (b) Schicht B aus orientiertem Polypropylen,

    (c) Schicht C aus deformierbarem statistischem Copolymer, das unter Heißsiegelbedingungen ausreichend deformierbar ist, wobei das deformierbare statistische Copolymer ausgewählt ist aus Ethylen/Propylen-Copolymer, Ethylen/Propylen/Buten-1-Terpolymer, Propylen/Buten-Copolymer und Mischungen derselben, und

    (d) Schicht D aus heißsiegelbarem Polymer mit einem Schmelzpunkt umfasst, der gleich oder niedriger ist als der des Polymers von Schicht C, wobei das heißsiegelbare Polymer ausgewählt ist aus Ethylen/Propylen-Copolymer, Ethylen/Propylen/Buten-1-Terpolymer, Propylen/-Buten-Copolymer und Mischungen derselben,

    wobei Schicht C dicker ist als die Schicht D, Schicht D mit einem Antiblockingmittel beladen ist, das nicht-verformbare organische Polymerteilchen mit einer durchschnittlichen Partikelgröße über 6 &mgr;m umfasst, und wobei die Folienschichtreihenfolge A/B/C/D ist.
  2. Folie nach Anspruch 1, bei der das Antiblockingmittel der Schicht D ferner anorganische Teilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße größer als 2 &mgr;m umfasst.
  3. Folie nach Anspruch 1 oder 2, bei der das nicht-verformbare organische Polymer des Antiblockingmittels ein vernetztes Copolymer aus Methylmethacrylat und Propylidentrimethacrylat ist und die durchschnittliche Teilchengröße der nichtverformbaren organischen Polymerteilchen 6 &mgr;m bis 15 &mgr;m beträgt.
  4. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Beladung der nicht-verformbaren organischen Polymerteilchen in Schicht D 1000 ppm bis 20000 ppm beträgt und die durchschnittliche Teilchengröße der nicht-verformbaren organischen Polymerteilchen 5 &mgr;m bis 12 &mgr;m beträgt.
  5. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dicke der Schicht C 3 &mgr;m bis 15 &mgr;m beträgt, die Dicke der Schicht D weniger als 4 &mgr;m beträgt, die Dicke der Schicht B 8 &mgr;m bis 25 &mgr;m beträgt und die Beladung der nichtverformbaren organischen Polymerteilchen in Schicht D 2000 ppm bis 15 000 ppm beträgt.
  6. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dicke der Schicht C 5 &mgr;m bis 12 &mgr;m beträgt, die Dicke der Schicht D 1 &mgr;m bis 4 &mgr;m beträgt und die Dicke der Schicht B 10 &mgr;m bis 20 &mgr;m beträgt.
  7. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Folie uniaxial oder biaxial orientiert ist.
  8. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Folie in einer Maschine zur Herstellung von Verpackungsbeuteln mit einer Kombination aus Flossensiegel und Crimpsiegeln oder einer Kombination von Überlappungssiegel und Crimpsiegeln hermetisch versiegelbar ist.
  9. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Folie metallisiert ist.
  10. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Dicke der Schicht C 7 &mgr;m bis 10 &mgr;m beträgt, die Dicke der Schicht D 1 &mgr;m bis 2 &mgr;m beträgt und die Dicke der Schicht B 11 &mgr;m bis 17 &mgr;m beträgt.
  11. Mehrschichtverpackungsbeutel mit einer Kombination aus Flossensiegel und Crimpsiegeln oder einer Kombination aus Überlappungssiegel und Crimpsiegeln, die

    (a) Schicht A aus Polypropylen-Copolymer mit einer Schmelzflussrate größer als 1 oder linearem Polyethylen hoher Dichte mit einem Schmelzindex größer als 1,

    (b) Schicht B aus orientiertem Polypropylen,

    (c) Schicht C aus deformierbarem statistischem Copolymer, das unter Heißsiegelbedingungen ausreichend deformierbar ist, wobei das deformierbare statistische Copolymer ausgewählt ist aus Ethylen/Propylen-Copolymer, Ethylen/Propylen/Buten-1-Terpolymer, Propylen/Buten-Copolymer und Mischungen derselben und

    (d) Schicht D aus heißsiegelbarem Polymer mit einem Schmelzpunkt umfasst, der gleich oder niedriger ist als der des Schicht C Polymers, wobei das heißsiegelbare Polymer ausgewählt ist aus Ethylen/Propylen-Copolymer, Ethylen/Propylen/Buten-1-Terpolymer, Propylen/Buten-1-Copolymer und Mischungen derselben,

    wobei die Schicht C dicker ist als die Schicht D, die Schicht D mit einem Antiblockingmittel beladen ist, das nicht-verformbare organische Polymerteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße über 6 &mgr;m umfasst und die Folienschichtreihenfolge A/B/C/D ist.
Es folgt kein Blatt Zeichnungen






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