DE102006046082A1

DE102006046082A1 - Kunststoff-Formteil mit Barriereschicht

Info

Publication number: DE102006046082A1
Application number: DE102006046082A
Authority: DE
Inventors: Markus Betsche
Original assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Current assignee: KraussMaffei Technologies GmbH
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2008-04-17

Abstract

Beschrieben wird ein mehrschichtiges Kunststoff-Formteil mit wenigstens einer Schicht aus einem Kunststoff mit Barriereeigenschaften (Barriereschicht), insbesondere aus EVOH, wobei in der Barriereschicht eine Sollbruchlinie vorgesehen ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Barriereschicht im Bereich der Sollbruchlinie eine durch Bestrahlung der Sollbruchlinie erzeugte Versprödung des Kunststoffs der Barriereschicht aufweist. Die Bestrahlung kann vorzugsweise mit einem Laser vorgenommen werden. Die Herstellung des mehrschichtigen Kunststoff-Formteils erfolgt im Sandwich-Spritzgießen mit der Barriereschicht als Kernmaterial oder im Mehrschicht-Koextrusionsverfahren mit der Barriereschicht als eine der innenliegenden Schichten.

Description

Die Erfindung betrifft ein mehrschichtiges Kunststoff-Formteil mit wenigstens einer Schicht aus einem Kunststoff mit Barriereeigenschaften (Barriereschicht), insbesondere aus EVOH, wobei in der Barriereschicht eine Sollbruchlinie vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft desweiteren ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kunststoff-Formteils.
Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von Barriereschichten mit Sollbruchlinien in vielfältigen Ausgestaltungen bekannt.
Die GB 2 252 093 A offenbart eine Barriereschicht bei einem Behälter mit einer ausreichend verdünnten Stelle als Sollbruchstelle zum Öffnen des Behälters, wobei die Barriereschicht ohne Metallschicht auskommt.
Aus der DE 33 21 572 A1 ist ein Behälterdeckel mit einer Sperrschicht aus einer Metallfolie bekannt, wobei eine Schwächungslinie durch Dehnung oder Pressung der Metallfolie erzeugt wird.
Die DE 100 48 636 A1 offenbart eine Airbag-Abdeckung mit einer Barriereschicht aus einer metallischen oder einer nichtmetallischen Folie. Mittels Laserbearbeitung wird eine Sollbruchlinie erzeugt, die eine exakte Restwanddicke der Airbag-Abdeckung im Bereich der Sollbruchlinie erlaubt. Der Materialabtrag der Airbag-Abdeckung erfolgt von einer Seite durch die Airbag-Abdeckung hindurch bis in die Barriereschicht hinein, wobei diese stellenweise ausgedünnt wird.
DE 696 27 578 T2 offenbart ebenfalls eine Airbag-Abdeckung mit einer Sollbruchlinie, wobei die Sollbruchlinie durch eine geeignet starke Materialverdünnung sowohl in den Deckschichten als auch in der Barriereschicht gebildet wird. Als Barriereschicht kommen verschiedene Kunststoffe in Betracht wie beispielsweise ein TPE.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein mehrschichtiges Kunststoff-Formteil mit wenigstens einer Barriereschicht und einer Sollbruchlinie in der Barriereschicht anzugeben, wobei die Sollbruchlinie ohne Materialabtrag und insbesondere ohne nennenswerte Verminderung der Barriereeigenschaften gebildet worden ist. Desweiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung derartiger mehrschichtiger Kunststoff-Formteile anzugeben.
Die Lösung der zuerst genannten Aufgabe erfolgt duch ein Kunststoff-Formtel mit den Merkmalen von Anspruch 1. Die Lösung der zweitgenannten Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 7 oder 10. Dadurch, dass im Bereich der Sollbruchstelle eine Versprödung des Kunststoffs der Barriereschicht vorgenommen wird, können – im Gegensatz zu den Materialschwächungen gemäß dem Stand der Technik – die Barriereeigenschaften über die gesamte Dicke der Barriereschicht auch im Bereich der Sollbruchlinie aufrecht erhalten werden. Die Versprödung kann durch Einwirkung von Laserstrahlung erzeugt werden, die das Hautmaterial ohne nennenswerte Beeinflussung durchdringt und lediglich im Bereich der Sollbruchlinie das Kunststoffmaterial der Barriereschicht versprödet und damit leicht brüchig macht. Hierzu werden die Barriereschichten so gewählt, dass die Absorption der Strahlung nur in der Barriereschicht eine Versprödung hervorruft, nicht aber bei den äußeren Schichten. Die Absorptionseigenschaften können auch mit ausgewählten Materialzusätzen, wie beispielsweise Farben oder Funktionsadditiven, angepasst werden.
Insbesondere bei Barriereschichten aus EVOH ist es schwierig, Sollbruchlinien zu erzeugen, da es sich bei EVOH um ein sehr reißfestes bzw. reißstabiles Material handelt. Um gleichwohl eine handhabbare Sollbruchlinie durch Materialverdünnung zu erzeugen, müsste die Schichtdicke soweit reduziert werden, dass sie beim Sandwichspritzgießen nicht mehr herstellbar ist. Um gleichwohl auch bei EVOH-Barriereschichten eine Sollbruchlinie erzielen zu können, müssen im Bereich der Sollbruchlinie in dem Kunsttoff-Formteil Abschnitte ohne EVOH-Barriereschicht gebildet werden, was sich nachteilig auf die Barriereeigenschaften des Kunststoff-Formteils als Ganzes auswirkt.
Verfahrenstechnisch erfolgt in einem ersten Schritt die Herstellung des mehrschichtigen Kunststoff-Formteil mittels des sogenannten und an sich bekannten Sandwich-Spritzgießens. Dabei werden unterschiedliche Kunststoffe nacheinander oder simultan in eine Werkzeugkavität eingespritzt, wobei sich mehrschichtige Kunststoff-Formteile mit einer geschlossenen Aussenhaut aus einem Material A und einem Kern aus einem Material B ergeben. Im Fall der vorliegenden Erfindung wird das Material A von dem außenliegenden Kunststoff-Material gebildet, beispielsweise PP, und das Material B von einem Kunststoff mit Barriereeigenschaften, beispielsweise EVOH. In einem zweiten Schritt wird das fertige Kunststoff-Formteil von einem Laser oder einer anderen geeigneten Strahlungsquelle entlang einer Sollbruchlinie bestrahlt, um dort eine Versprödung der Barriereschicht zu erzeugen und die Barriereschicht brüchig zu machen.
Mehrschichtige Kunststoff-Formteile gemäß der Erfindung können aber auch im Mehrschicht-Koextrusionsverfahren hergestellt werden, wobei eine Barriereschicht und wenigstens eine weitere Schicht eines anderen Kunststoffes über ein Extrusionswerkzeug ausgetragen werden, und wobei nachfolgend eine Bestrahlung der Barriereschicht im Bereich der Sollbruchlinie durch die äußeren Schichten hindurch mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, erfolgt, wobei die Barriereschicht entlang der Sollbruchlinie versprödet wird.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die 1 bis 9 näher beschrieben werden.
Die 1 zeigt einen Kunststoff-Schraubverschluß 1 mit den typischen Schlitzen 2, die von Stegen 3 unterbrochen sind. Diese bilden zusammen eine umlaufende Sollbruchlinie, entlang derer sich der obere Teil 1a des Schraubverschlusses von dem unteren Rand 1b des Schraubverschlusses trennen läßt, so dass der Schraubverschluss aufdreht werden kann. Der Schraubveschluss weist in der Regel eine äußere und eine innere Schicht auf, zwischen denen eine Barriereschicht vorgesehen ist. Die Schlitze 2 stellen daher systembedingt eine Schwächung der Barriereeigenschaften des Schraubverschlusses dar.
Gemäß der Erfindung soll nun anstelle der Schlitze 2 eine durchgehende Barriereschicht und gleichwohl eine Sollbruchstelle vorgesehen werden, so dass sich der Schraubverschluss in üblicher Weise öffnent läßt. 2 zeigt einen Schnitt durch den unteren Bereich des Schraubverschlusses 1 aus 1. Der Schraubverschluss weist eine Außenschicht 4 aus PP auf, die sich sowohl auf der Außenseite 4a als auch auf der Innenseite 4b befindet und auch den unteren Rand 1b umhüllt. Darin eingebettet liegt die eigentliche Barriereschicht 5, beispielsweise aus einem EVOH. Die in der 2 dargestellten von der Innenseite 4b vorstehenden Wülste 7 sind Teil des Gewindes des Schraubverschlusses. Im Bereich der Sollbruchlinie 6 weist der Schraubverschluss 1 eine insgesamt reduzierte Wandstärke auf, wobei jedoch gewährleistet ist, dass eine Barriereschicht 5 ausreichender Dicke vorhanden ist. Dieser Bereich wird mittels eines Lasers 8 geeigneter Wellenlänge bestrahlt, um die Barriereschicht aus EVOH zu verspröden und damit leicht brüchig zu machen. Die Bestrahlung erfolgt vorzugsweise über den gesamten Umfang des Schraubverschlusses entlang der Sollbruchlinie 6; bedarfsweise kann die Bestrahlung auch abschnittsweise unterbrochen werden. 3 zeigt die Situation im Bereich der Sollbruchlinie 6 vor der Bestrahlung und die 4 nach der Bestrahlung. Im Bereich der Sollbruchlinie 6 ist das EVOH versprödet worden, was mit der gepunkteten Darstellung der Barriereschicht 5 in diesem Bereich veranschaulicht werden soll. Durch die Versprödung wird das Material in diesem Bereich leicht brüchig und kann gut seine Funktion als Sollbruchlinie erfüllen. Andererseits ändert sich nicht die Dicke der Barriereschicht und die Barriereeigenschaften bleiben unverändert.
In den 5 bis 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt. Gemäß 5 weist eine Verschlußkappe 9 für medizinische Infusionsflaschen auf ihrer Oberseite eine Reißlasche 10 auf, mittels derer ein Teil der Oberseite der Verschußkappe entlang einer Sollbruchlinie 11 abgetrennt werden kann. In der 6 ist der obere Teil der Verschlußkappe teilweise geschnitten dargestellt. Die Seitenwand 12 und die Oberseite 13 weisen eine Außenschicht 4 aus PP und eine innenliegende Barriereschicht 5 aus EVOH auf, die beide im Bereich der Sollbruchlinie 11 verdünnt sind. Die Verdünnung ist jedoch nicht so stark ausgeprägt, dass damit allein die Funktion einer Sollbruchlinie 11 erfüllt werden könnte. Die Reißlasche 10 kann aus einem einzigen Material bestehen, vorliegend also beispielweise aus PP. Die Oberseite 13 wird entlang der Sollbruchlinie 11 mittels eines Lasers bestrahlt, um die Barriereschicht aus EVOH zu verspröden und damit leicht brüchig zu machen. Die 7 zeigt die Situation vor und die 8 nach der Bestrahlung. Im Bereich der Sollbruchlinie 11 ist das EVOH versprödet worden, was mit der gepunkteten Darstellung der Barriereschicht 5 in diesem Bereich veranschaulicht werden soll.
In der 9 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Deckel 14 einer Lebensmittelverpackung gezeigt. Der Deckel 14 weist mehrere Schichten auf, darunter eine innenliegende Barriereschicht. Im Randbereich ist eine umlaufende Sollbruchlinie 15 vorgesehen, die durch Versprödung des Materials der Barriereschicht erzeugt worden ist, beispielsweise durch Bestrahlung mittels eines Lasers geeigneter Wellenlänge, wie bei den oben beschriebene Ausführungsbeispielen. Bei einer fertigen Verpackung mit einem Deckel 14 gemäß der vorliegenden Erfindung kann mittels eines Rings 16 der Deckel entlang der Sollbruchlinie 15 aufgerissen und die Verpackung geöffnet werden.
Anstelle eines Lasers können auch andere Strahlungsquellen mit geeigneter elektromagnetischer Strahlung vorgesehen werden, solange nur in der Barriereschicht eine Versprödung des Kunststoff-Materials der Barriereschicht erfolgt, während die anderen Schichten weitgehend unbeeinflußt bleiben. Eine geringfügige Erwärmung des Hautmaterials beim Durchdringen der Strahlung kann hingenommen werden.

1: Schraubverschluß
1a: Oberer Teil des Schraubverschlusses
1b: Unterer Rand des Schraubverschlusses
2: Schlitz
3: Steg
4: Außenschicht
4a: Aussenseite
4b: Innenseite
5: Barriereschicht
6: Sollbruchlinie
7: Gewinde
8: Laser
9: Verschlußkappe
10: Reißlasche
11: Sollbruchlinie
12: Seitenwand
13: Oberseite
14: Deckel
15: Sollbruchlinie
16: Ring

Claims

Mehrschichtiges Kunststoff-Formteil mit wenigstens einer Schicht aus einem Kunststoff mit Barriereeigenschaften (Barriereschicht), insbesondere aus EVOH, wobei in der Barriereschicht eine Sollbruchlinie vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht im Bereich Sollbruchlinie eine durch Bestrahlung der Sollbruchlinie, insbesondere durch Bestrahlung mittels eines Lasers, erzeugte Versprödung des Kunststoffs der Barriereschicht aufweist.
Kunststoff-Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Barriereschicht eine der innenliegenden Schichten ist.
Kunststoff-Formteil nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Barriereschicht aus EVOH und diese umgebende Schichten aus PP.
Kunststoff-Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine Verpackung oder ein Behältnis mit einer Barriereschicht mit verspröderten Bereichen der Barriereschicht handelt.
Kunststoff-Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein im Sandwich-Spritzgießverfahren hergestelltes Kunststoff-Formteil handelt, wobei die Barriereschicht die Kernkomponente bildet, die von einer Hautkomponente eines anderen Kunststoffes umgeben ist
Kunststoff-Formteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um ein im Mehrschicht-Koextrusionsverfahren hergestelltes Kunststoff-Formteil handelt, insbesondere um eine Kunststofffolie, eine Kunststoffplatte oder ein Kunststoffrohr, wobei die Barriereschicht eine der innenliegenden Schichten bildet und von einer oder mehreren weiteren Schichten bedeckt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Formteils mit wenigstens einer Schicht aus einem Kunststoff mit Barriereeigenschaften (Barriereschicht), insbesondere aus EVOH, wobei in der Barriereschicht eine Sollbruchlinie vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil im Sandwich-Spritzgießverfahren hergestellt wird, wobei eine Kern- und eine Hautkomponente in ein Formwerkzeug eingespritzt werden, wobei die Kernkomponente aus einem Kunststoff mit Barriereeigenschaften besteht, so dass die Kernkomponente eine Barriereschicht bildet, und dass nachfolgend eine Bestrahlung der Kernkomponente im Bereich der Sollbruchlinie durch die Hautkomponente hindurch mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, erfolgt, wobei die Kernkomponente entlang der Sollbruchlinie versprödet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung innerhalb der Spritzgießmaschine bei geöffnetem Formwerkzeug vorgenommen wird, bevor das Kunststoff-Formteil aus dem Formwerkzeug entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung außerhalb der Spritzgießmaschine vorgenommen wird, und zwar unmittelbar nachdem das Kunststoff-Formteil aus dem Formwerkzeug entfernt worden ist und bevor das Kunststoff-Formteil auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Kunststoff-Formteils mit wenigstens einer Schicht aus einem Kunststoff mit Barriereeigenschaften (Barriereschicht), insbesondere aus EVOH, wobei in der Barriereschicht eine Sollbruchlinie vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil im Mehrschicht-Koextrusionsverfahren hergestellt wird, wobei eine Barriereschicht und wenigstens eine weitere Schicht eines anderen Kunststoffes über ein Extrusionswerkzeug ausgetragen werden, und dass nachfolgend eine Bestrahlung der Barriereschicht im Bereich der Sollbruchlinie durch die äußeren Schichten hindurch mittels elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Laserstrahlung, erfolgt, wobei die Barriereschicht entlang der Sollbruchlinie versprödet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahlung innerhalb der Extrusionslinie vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11. dadurch gekennzeichnet, dass zur Anpassung des Absorptionsgrades der Strahlung Farb- oder Funktionsadditive verwendet werden, um das Material der Barriereschicht(en) zu modifizieren und gezielt die Barriereschicht zu verspröden.