DE19546457C2 - Polymere Zusammensetzung, koextrudierte Folie und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine polymere Zusammensetzung für eine koextrudierte Folie, die als synthetisches Papier verwendet werden kann, und ein Verfahren zur Herstellung der koextrudierten Folie.

Polymere Zusammensetzungen zur Herstellung von koextrudierten Folien, die als synthetisches Papier eingesetzt werden kön­ nen, sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.

Im allgemeinen werden biaxial orientierte Polypropylenfolien für Verpackungen eingesetzt. Herkömmliche biaxial orientierte Polypropylenfolien lassen sich jedoch nicht beschriften. Es wurden daher verschiedene Formulierungen von beschriftbaren Polypropylenfolien entwickelt.

Aus dem Stand der Technik sind als synthetisches Papier ver­ wendbare Folien bekannt, die zwei oder mehrere Schichten ent­ halten, wobei die Deckschicht eine Mischung von einem oder mehreren thermoplastischen Kunststoffen ist und die Träger­ schicht ein thermoplastischer Kunststoff ist. Als Kunststoff für die Deckschicht ist Polypropylen und Polystyrol vorgese­ hen.

Die GB 1,268,823 beschreibt ebenfalls ein synthetisches Pa­ pier, das aus einer laminierten Struktur besteht, die eine erste Schicht eines thermoplastischen Harzes und eine zweite Schicht eines thermoplastischen füllstoffhaltigen Kunststof­ fes enthält, wobei die erste thermoplastische Schicht biaxial orientiert ist und die zweite thermoplastische Schicht mit Füllstoff versehen in einem uniaxialen Orientierungsstatus vorliegt. Für die Trägerschicht wird Polystyrol verwendet, für die Deckschicht PVC. Als anorganische Füllstoffe werden unter anderem Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Titandioxid, Bariumsulfat, Gips, Talk, Ton und Diatomeenerde verwendet.

Die GB 1,330,516 beschreibt ein ähnliches synthetisches Pa­ pier bestehend aus zwei Kunststoffschichten, die ebenfalls mit anorganischen Füllstoffen, wie Calciumcarbonat, Alumini­ umsilikat, Bariumsulfat, Titandioxid oder Talkum gefüllt sind.

Die EP 0 605 938 A1 beschreibt ein synthetisches Papier so­ wie ein Verfahren zur Herstellung desselben, bestehend aus einer Trägerschicht und mindestens einer Deckschicht. Die Trägerschicht besteht aus Polypropylen gefüllt mit Calcium­ carbonat und Titandioxid. Die Deckschicht besteht aus Co­ polymer von Styrol, Polypropylen und/oder modifiziertem Po­ lypropylen gefüllt mit Calciumcarbonat, Titandioxid und Co­ polymeren und/oder Terpolymeren des Ethylens.

Ähnliche biaxial orientierte Polypropylenfolien werden auch in den EP 0 220 433 B1 und EP 0 408 971 A2 beschrieben, ohne daß jedoch hier auf die Verwendung als synthetisches Papier hingewiesen wird.

Die oben beschriebenen bekannten Entwicklungen für syntheti­ sche Papiere verwenden im allgemeinen Formulierungen, die Füllstoffe im Polymer enthalten. Als Füllstoff wird meist Calciumcarbonat eingesetzt, da es sich hierbei um einen bil­ ligen Füllstoff handelt, der bei der biaxialen Orientierung in ausgeprägter Weise zur Bildung von Vakuolen führt. Die Verwendung von Calciumcarbonat als Füllstoff, wie auch die Verwendung anderer Füllstoffe aus Mineralien, hat jedoch den Nachteil, daß diese Füllstoffe gemahlen sind und eine runde oder eine unregelmäßige Oberflächenform besitzen. Dies führt dazu, daß der Zusatz dieser Füllstoffe sich nicht wirklich verstärkend auf die Eigenschaften des Kunststoffes auswirkt. Vielmehr wird die Steifheit des Polymers nur durch die Vakuolenbildung bei der biaxialen Orientierung erreicht.

Ein anderer Stand der Technik wird von der US 4,377,616 repräsentiert. Diese Druckschrift beschreibt ein syntheti­ sches Papier auf Polypropylenbasis, bei dem als organischer Füllstoff ein mit Polypropylen unverträgliches Polymer, wie beispielsweise Polybutylenterephthalat, verwendet wird. Die Folie wird dann unter Vakuolenbildung biaxial orientiert. Auch dieses synthetische Papier hat den Nachteil, daß die verteilten Polymerpartikel eine unregelmäßige oder runde Gestalt haben und keinerlei Verstärkungseffekte auf die Folie besitzen. Auch hier wird die Steifheit der Folie nur durch die Vakuolenbildung erreicht.

Das technische Problem der Erfindung ist es daher, eine polymere Zusammensetzung für eine koextrudierte Folie zur Verwendung als synthetisches Papier zur Verfügung zu stel­ len, wobei das synthetische Papier bezüglich seiner Eigen­ schaften dem herkömmlichen Papier möglichst ähnlich sein soll. So sollte es eine hohe Mattigkeit, einen hohen Weiß­ heitsgrad, Opazität und ausreichende Steifheit besitzen, sowie die Fähigkeit zur Aufnahme von Tinten, wie Kugel­ schreibertinten, Druckfarben, Offset-Farben und Bleistift­ schriften.

Dieses Problem wird gelöst durch eine polymere Zusammenset­ zung für eine koextrudierte Folie enthaltend als Komponente A für die Trägerschicht Polypropylen und einen anorganischen Füllstoff ausgewählt aus der Gruppe Talkum, Glimmer, Wolla­ stonit oder Gemische derselben, wobei das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Füllstoffes in der Komponente A, 3 bis 30, vorzugsweise 5 bis 15 ist und die Teilchengröße des Füllstoffes 0,5 bis 5 µm, vorzugsweise 1 bis 3 µm ist und als Komponente B für die Deckschicht Polypropylen und/oder Polyethylen und ein Metallsulfid oder ein Gemisch aus Erdal­ kalimetallsulfat und Metallsulfid. In einer bevorzugten Ausführungsform wird für die Deckschicht ein Random Co- oder Terpolymer Polypropylen mit einem Polyethylen hoher oder mittlere Dichte verwendet. Es kann jedoch auch ein Reaktor Blockcopolymer Polypropylen verwendet werden mit einem An­ teil an Polyethylen von 25 bis 65 Gew.-%.

Als Polymer für die Komponente A für die Trägerschicht wird bevorzugt ein Homopolymer-Polypropylen eingesetzt.

Die Komponente A enthält in bevorzugter Weise 2 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-%, Füllstoff und 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.-% Titandioxid bezogen auf die Komponente A.

Die Komponente A kann zusätzlich ein Antistatikmittel ent­ halten. Es wird bevorzugt 0,1 bis 0,2 Gew.-% eines tert. Amins einer ethoxilierten Fettsäure verwendet.

Die Komponente B kann 5 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 30 bis 50 Gew.-%, eines Metallsulfids oder ein Gemisch aus Metall­ sulfid und einem Erdalkalimetallsulfat bezogen auf die Kom­ ponente B enthalten. Wenn ein Gemisch aus Metallsulfid und Erdalkalimetallsulfat verwendet wird, beträgt das Verhältnis von Metallsulfid zu Erdalkalisulfat 20 zu 80 bis 70 zu 30, vorzugsweise 30 zu 70 oder 60 zu 40. Als Metallsulfid wird in bevorzugter Weise Zinksulfid eingesetzt, als Erdalkalime­ tallsulfat Bariumsulfat. Darüber hinaus kann die Komponente B für die Deckschicht zusätzlich 0,001 bis 0,1 Gew.-%, be­ vorzugt 0,01 bis 0,03 Gew.-%, bezogen auf die Komponente B eines optischen Aufhellers enthalten. Als optischer Aufhel­ ler wird beispielsweise Uvitex OB® (Fa. Ciba Geigy) verwen­ det. Hierbei handelt es sich um ein Thiophenderivat. Wei­ terhin ist in bevorzugter Ausführungsform zusätzlich Titan­ dioxid in der Komponente B enthalten.

Das Verhältnis von Komponente A für die Trägerschicht und Komponente B für die Deckschicht in der polymeren Zusammen­ setzung beträgt bevorzugt 4 : 1 bis 15 : 1.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine koextrudierte Folie für synthetisches Papier enthaltend eine Trägerschicht und mindestens eine Deckschicht, wobei die Trägerschicht aus der Komponente A der erfindungsgemäßen polymeren Zusammen­ setzung und die Deckschicht aus der Komponente B der erfin­ dungsgemäßen polymeren Zusammensetzung besteht. Die koextru­ dierte Folie kann jedoch auch mehrere Deckschichten enthal­ ten.

Die Folie wird hergestellt durch übliche Koextrusion der polymeren Zusammensetzung und gegebenenfalls anschließender biaxialer Orientierung. Dabei wird in bevorzugter Weise der Füllstoff der Komponente A der Trägerschicht in Form eines Masterbatches aus Polypropylen mit einem Füllstoffanteil von 25 bis 70 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 40 Gew.-%, und Titandioxid eingesetzt. Es wird ein Masterbatch bevorzugt, daß 30 Gew.-% Füllstoff und 30 Gew.-% Titandioxid enthält.

Im Gegensatz zu den bisher bekannten polymeren Zusammenset­ zungen für synthetische Papiere besitzt das aus der erfin­ dungsgemäßen polymeren Zusammensetzung hergestellte synthe­ tische Papier erheblich bessere Eigenschaften. Dies gilt insbesondere bezüglich der Steifheit im Vergleich zu syn­ thetischen Papieren mit Calciumcarbonat oder organischen vakuolenbildenden Füllstoffen, wie Polybutylenterephthalat oder Polyamid 6.

Die Komponente A für die Trägerschicht kann zusätzlich zu Polypropylen und einem Füllstoff als Pigment zur Verbesse­ rung der Opazität Titandioxid enthalten.

Die Komponente B kann einen optischen Aufheller enthalten, um die Brillianz des Papiers, die durch Zugabe von Titan­ dioxid allein nicht erreicht werden kann, noch zu verbes­ sern.

Überraschenderweise wurde festgestellt, daß durch den Ein­ satz der neuartigen Füllstoffe für die Komponente B für die Deckschicht gegenüber den herkömmlichen synthetischen Papie­ ren die Beschreibbarkeit und Aufnahmefähigkeit für Druckfar­ ben verbessert wird. Nach dem bisherigen Stand der Technik enthielten synthetische Papiere im allgemeinen immer Titan­ dioxid mit oder ohne einen optischen Aufheller. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß der optische Aufhellungs­ effekt erheblich größer ist, wenn Metallsulfide oder ein Gemisch aus Erdalkalimetallsulfaten mit Metallsulfiden ver­ wendet werden. Unter Verwendung dieser Füllstoffe ergibt sich eine erheblich weißere und hellere papierartige Deck­ schicht.

Auch die Komponenten für die Trägerschicht werden jedoch durch die vorliegende Erfindung verbessert. Der Einsatz eines Füllstoffes mit einem Länge/Durchmesserverhältnis von 3 bis 30 und einer Teilchengröße von 0,5 bis 5 µm in Mengen von 2 bis 25 Gew.-% bezogen auf die Komponente A führt zur Erzeugung von Vakuolen, die die Dichte der Folie reduzieren und die Steifheit der Folie stärker verbessern, als die üblichen bisher verwendeten anorganischen Calciumcarbonate oder organischen Füllstoffe.

In der Komponente B führt die Anwesenheit eines Metallsulfi­ des oder eines Gemisches aus Alkalisulfaten und Metallsulfi­ den zu einer erheblichen Verbesserung der Aufnahmefähigkeit für Tinten und Druckfarben verschiedener Arten. Weiterhin kommt es zu einer Verbesserung der optischen Aufhellung.

Zur Herstellung des synthetischen Papiers wird die erfin­ dungsgemäße polymere Zusammensetzung koextrudiert. Eine Deckschicht kann auf einer Seite oder auf beiden Seiten der synthetischen Papierfolie aufgebracht werden. Nach der Ex­ trusion wird die Folie bevorzugt biaxial orientiert, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern und Vakuolen zu erzeugen, die die Steifheit noch weiter verbessern.

Ein Antistatikmittel kann in bevorzugter Weise hinzugegeben werden, um die antistatischen Eigenschaften des syntheti­ schen Papiers zu verbessern, insbesondere wenn es für Eti­ kettierungsanwendungen, beispielsweise Einschmelzetikettie­ rungen in Flaschen, verwendet wird. Die Filme werden weiter­ hin coronabehandelt bis zu 44 dyn/cm, um ihre Anfeuch­ tungsmöglichkeit zu verbessern. Die nachfolgenden Beispiele zeigen, daß die aus der erfindungsgemäßen polymeren Zusam­ mensetzung hergestellten synthetischen Papiere erheblich bessere Eigenschaften besitzen, als die mit den üblichen Füllstoffen. So besitzen die synthetischen Papiere gemäß der Erfindung eine höhere Zugfestigkeit, eine geringere Dehnung, geringere Scherinitiierungskräfte, eine höhere Elmendorfer Scherkraft, eine höhere Biegungssteifheit, einen niedrigeren Glanz und einen höheren Weißheitsgrad.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher er­ läutern.

BEISPIELE

Aus der erfindungsgemäßen polymeren Zusammensetzung wurden durch übliche Koextrusion und anschließende biaxiale Orien­ tierung synthetische Papiere hergestellt und deren Eigen­ schaften ermittelt.

Tabelle 1 zeigt die Zusammensetzung der Trägerschicht und Tabelle 2 zeigt die Zusammensetzung der Deckschicht, wobei die Beispiele V1 bis V4 Vergleichsbeispiele sind und die Beispiele 1, 2, 3 und 4 erfindungsgemäß sind.

Zusammensetzung der Komponente A für die Träger­ schicht

Zusammensetzung der Komponente A für die Träger­ schicht

Zusammensetzung der Komponente B für die Deck­ schicht

Zusammensetzung der Komponente B für die Deck­ schicht

Die in den Tabellen 1 und 2 beschriebenen polymeren Zusam­ mensetzungen werden durch Extrusion und anschließender bia­ xialer Orientierung zu einem synthetischen Papier verarbei­ tet, dessen Eigenschaften in Tabelle 3 gemessen wurden. Die Spalte Papier zeigt dabei zum Vergleich die Eigenschaften eines nicht synthetischen Papiers ähnlicher Dichte.

Die Zugfestigkeit und die maximale Dehnung wurden gemäß ASTM D 882 ermittelt. Die Scherinitiierung gemäß ASTM D 1004-66. Die Elmendorfer Scherkraft wurde gemessen gemäß ASTM D 1922- 67. Die Biegesteifheit wurde gemessen nach ISO 2493. Der Glanz wurde ermittelt nach ASTM D 2457 und der Weißheitsgrad nach ASTM E 313.

Bei der Gegenüberstellung der Eigenschaften des erfindungs­ gemäßen synthetischen Papiers zu den durchgeführten Ver­ gleichsbeispielen ist zu erkennen, daß sowohl die mechani­ schen als auch optischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen synthetischen Papiere erheblich besser sind als die in den Vergleichsbeispielen.

Claims (15)

1. Polymere Zusammensetzung für eine koextrudierte Folie enthaltend als Komponente A für die Trägerschicht Polypropylen und einen anorganischen Füllstoff ausgewählt aus der Gruppe Talkum, Glimmer, Wollastonit oder Gemische derselben, wobei das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des Füllstoffes in der Komponente A 3 bis 30 ist und die Teilchengröße des Füllstoffes 0,5 bis 5 µm ist, und als Komponente B für die Deckschicht Polypropylen und/oder Polyethylen, ein Metallsulfid oder ein Gemisch aus einem Metallsulfid und einem Erdalkalimetallsulfat.

2. Polymere Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A ein Homopolymer- Polypropylen enthält.

3. Polymere Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A und/oder B zusätzlich Titandioxid enthalten.

4. Polymere Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A 2 bis 25 Gew.-% Füllstoff und 1 bis 25 Gew.-% Titandioxid bezogen auf die Komponente A enthält.

5. Polymere Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Komponente A für die Trägerschicht zu Komponente B für die Deckschicht 4 : 1 bis 15 : 1 ist.

6. Polymere Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A zusätzlich ein Antistatikmittel enthält.

7. Polymere Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B für die Deckschicht 5 bis 60 Gew.-% eines Metallsulfids oder eines Gemisches aus Erdalkalimetallsulfat und Metallsulfid bezogen auf die Komponente B enthält.

8. Polymere Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdalkalimetallsulfat Bariumsulfat enthalten ist.

9. Polymere Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente B für die Deckschicht zusätzlich 0,001 bis 0,1 Gew.-% eines optischen Aufhellers bezogen auf die Komponente B enthält.

10. Polymere Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallsulfid Zinksulfid eingesetzt wird.

11. Polymere Zusammensetzung nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Polymerkomponente in der Deckschicht B ausgewählt ist aus der Gruppe Random Copolymer Polypropylen, Random Terpolymer Polypropylen, Polyethylen mittlerer Dichte, Polyethylen hoher Dichte, Reaktor-Blockcopolymer Polypropylen mit einem Polyethylengehalt von 25 bis 65 Gew.-%.

12. Koextrudierte Folie für synthetisches Papier enthaltend eine Trägerschicht und mindestens eine Deckschicht, wobei die Trägerschicht aus der Komponente A und die Deckschicht aus der Komponente B der polymeren Zusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 besteht.

13. Verfahren zur Herstellung der koextrudierten Folie nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente A und die Komponente B der polymeren Zusammensetzung gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 koextrudiert werden, wobei die Füllstoffe der Komponente A der Trägerschicht in Form eines Masterbatches aus Polypropylen mit einem Füllstoffanteil von 25 bis 70 Gew.-% und gegebenenfalls Titandioxid zugegeben werden.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die koextrudierte Folie durch Strecken biaxial orientiert wird.

15. Verwendung der polymeren Zusammensetzung gemäß den An­ sprüchen 1 bis 11 zur Herstellung synthetischen Papiers.