DE3239167A1

DE3239167A1 - Coextrudierte thermoplastische verbundfolie und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3239167A1
Application number: DE19823239167
Authority: DE
Inventors: Laszlo J. 01907 Swampscott Mass. Bonis
Original assignee: Composite Container Corp
Current assignee: Composite Container Corp
Priority date: 1981-10-23
Filing date: 1982-10-22
Publication date: 1983-05-05
Also published as: JPH0410419B2; GB2110988B; FR2515099A1; CA1195070A; US4551365A; GB2110988A; JPS5881159A

Description

11348 Dr.v.B/Ri

COMPOSITE CONTAINER COPRORATION

330 Middlesex Avenue Medford, Mass. 02155, V.St.A.

Coextrudierte thermoplastische Verbundfolie und Verfahren zu ihrer Herstellung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine coextrudierte thermoplastische Verbundfolie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung sowie die Herstellung einer solchen Folie.

Verbundfolien, die mehrere, coextrudierte Schichten aus verschiedenen Kunststoffen enthalten, sind bekannt. Die Materialien für die verschiedenen Schichten werden entsprechend den gewünschten Eigenschaften der Folie (z.B. Sauerstoffsperre, Feuchtigkeitssperre, Warmformbarkeit, Heißsiegelbarkeit, Wärmebeständigkeit) in Abhängigkeit von der vorgesehenen Anwendung der Folie gewählt.

Die Wahl der Materialien für die Schichten solcher Folien unterliegt oft erheblichen Einschränkungen, da die verschiedenen Schichten aus Materialien hergestellt werden müssen, die an den anderen Schichten der Folie halten und manche Materialien nur für Innenschichten verwendet werden können, da sie gegen Feuchtigkeit geschützt werden müssen. Wenn die Verbundfolie außerdem zu Lebensmittelbehältern weiterverarbeitet werden soll, müssen die mit den Lebensmitteln in Berührung kommenden Schichten aus einem Material hergestellt werden, das hierfür behördlich zugelassen ist. Bei den resultierenden Verbundfolien

können also starre und mechanisch feste Materialien aufgrund solcher konstruktiver Einschränkungen in der Mitte der Verbundfolie angeordnet sein und man muß daher entsprechend dicke Schichten verwenden, wenn eine Folie bestimmter mechanischer Festigkeit oder Starrheit gefordert wird. Beispielsweise stellt Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisat eine ausgezeichnete Sauerstoffsperre dar und ist sehr starr, es wurde bisher jedoch häufig bei Verbundfolien als Innenschicht coextrudiert, da es z.B. in den Vereinigten Staaten von Amerika für eine Berührung mit Lebensmitteln nicht zugelassen ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine coextrudierte thermoplastische Verbundfolie anzugeben, die eine hohe Steifigkeit aufweist, materialsparend hergestellt werden kann und weniger Beschränkungen hinsichtlich der Auswahl der Schichtmaterialien unterworfen ist als die bekannten vergleichbaren Verbundfolien.

Diese Aufgabe wird bei einer Verbundfolie der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Verbundfolie, eine vorteilhafte Verwendung für eine solche Folie und vorteilhafte Verfahren zum Herstellen der vorliegenden Verbundfplien sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Es wurde gefunden, daß wenn man bei der Coextrusion einer Verbundfolie mit Schichten aus einem starreren Material und einem weniger starren Material das weniger starre Material im Inneren der Folie als Haupt- oder Masseschicht und das starrere Material in Schichten außerhalb dieser" Masseschicht coextrudiert, das starre Material

dann an einem Ort im Abstand von der neutralen Achse,

Fläche oder Faser der Folie zu liegen kommt, wo es Biegemomenten besser Widerstand leisten kann, so daß man eine für ihre Dicke sehr starre Folie erhält. 5

Bei besonders vorteilhaften Ausführungsformen werden die Schichten aus dem starren/ den Biegemomenten Widerstand leistenden Materialien aus Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisat hergestellt und die starren Schichten werden mit der Masseschicht durch Kleberbindeschichten verbunden, die mit der Masseschicht und den Schichten aus dem starren Material coextrudiert werden. Ferner kann mit einer der Schichten aus Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisat eine Deckschicht durch eine Kleberbindeschicht verbunden werden, so daß man eine siebenschichtige Folie erhält, die sich gut als Verpackungs- und Tiefziehfolie für Lebensmittel eignet. Die Masseschicht wird dabei vorteilhafterweise aus einem Polyäthylen mittlerer Dichte, Polyäthylen niedriger Dichte, linearem Polyäthylen niedriger Dichte oder Polypropylen hergestellt.

Bei der vorliegenden Verbundfolie wird nicht nur das starre Material dadurch besser ausgenutzt, daß man es an einem Ort anordnet, wo es Biegemomenten wirkungsvoller Widerstand leisten kann, man benötigt vielmehr auch geringere Mengen des starren Materials, so daß sich erhebliche Kosten einsparen lassen, wenn das starre Material ein teures Material, wie Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisat ist.

Die vorliegende Folie wird bevorzugt zur Herstellung von starren, festen Behältern durch Warmformung verwendet. Die bevorzugte Verwendung für die" siebenschichtige Ver-35

bundfolie mit der Deckschicht ist ein Lebensmittelbehälter, bei dem sich die Deckschicht auf der Innenseite des Behälters befindet. Ein solcher Behälter ist starr und weist wegen der Acrylnitril-Methylacrylat-Schichten eine außerordentlich geringe Sauerstoffdurchlässigkeit auf und die Deckschicht verhindert einen Kontakt des Lebensmittels mit der Acrylnitril-Methylacrylat-Schicht.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung der oben angegebenen Verbundfolien durch Coextrusion. Bei einem bevorzugten Verfahren zum Herstellen der siebenschichtigen Folie werden das weniger starre Massematerial, das -^! starre Material und das Verbindungsschichtmaterial in einen ersten Coextrusionsblock injiziert um einen fünfschichtigen Strom zu bilden, in dessen Dicke sich das Massematerial befindet, welches von äußeren Schichten aus dem starren Material durch Zwischenschichten aus dem Verbindungsschichtmaterial getrennt sind. Der fünflagige Strom wird mit zusätzlichen Strömen des Massematerials und des Verbindungsschichtmaterials in einen zweiten Coextrusionsblock derart injiziert, daß ein siebenschichtiger Strom entsteht, der den fünfschichtigen Strom, eine Binde-Zwischenschicht und eine Deckschicht aus demselben Material wie die Masseschicht enthält. Der siebenschichtige Strom wird dann durch eine Coextrusionsdüse oder -matrize geführt, um eine siebenschichtige Folie mit der Deckschicht auf der einen Seite zu erzeugen, wo sie als mit einem Lebensmittel in Berührung kommende Schicht in einem Behälter verwendet werden kann. Durch dieses Herstellungsverfahren kann eine komplexe mehrschichtige Folie einfach und wirtschaftlich aus drei Vorratsmaterialien in einem einzigen Coextrusionsprozeß hergestellt werden und es besteht keine Notwendigkeit, eine größere Anzahl von verschiedenen Schichten oder mehrschichtiger Folie zusammenzulaminieren,

-to -

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Behälters gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht in einer Ebene 2-2 der Figur 1, aus der die mehrschichtige Struktur des Behälters ersichtlich ist;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht eines Teiles eines mehrschichtigen oder Verbundfolien-Behälters gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; 15

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen des Behälters gemäß Figur 1 und

Fig- 5 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer Folie für den Behälter gemäß Figur 3.

In Figur 1 ist ein Kunststoffbehälter 10 dargestellt, der eine zylindrische/ offene Vertiefung in einer quadratischen Stirnfläche 14 aufweist. Der Behälter 10 ist aus einer durch Coextrusion gebildeten mehrschichtigen Folie hergestellt.

Figur 2 zeigt einen Schnitt durch einen Teil der Stirnfläche 14 des Behälters 10. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die den Behälter bildende Folie eine mittlere Haupt- oder Masseschicht 16 aus einem Polyäthylen mittlerer Dichte (erhältlich von der Firma Chemplex Company unter dem Warennamen Chemplex 3024) mit einem Elastizitätsmodul von mehr als 3,59 χ 10 Kg/cm²

und einem Schmelzflußindex von 3,0 Dezigramm/Minute, ferner Außenschichten 18 aus starrem Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisat (erhältlich unter dem Warennamen Barex von der Firma Vistron Corporation) mit einer Sauerstoffdurchlässigkeit von 0,8 cm³/mil/100 in 24 h bar bei 22,8°C (73⁰F), einem Schmelzflußindex von 3 Dezigramm/Minute und

einem Ε-Modul von 0,27 χ 10 Kg/cm², und zwei Binde-Zwischenschichten 20 aus einem Klebermaterial (erhältlich von der Phillips Chemical Company unter der Warenbezeichnung Solprene 416P), einem Blockpolymer mit einem Butadien/ Styrol-Verhältnis von 70/30, einem Molekulargewicht von 140000, einer spezifischen Dichte von 0,94 und einem Schmelzflußindex von 2 Dezigramm/Minute. Bei dem warmgeformtem Behälter 10 ist die strukturbildende Masseschicht 16 etwa 250 μπι dick, die äußeren starren Schichten 18 sind jeweils etwa 75 μπι dick und die Kleber-Zwischenschichten sind jeweils etwa 12,5 μπι dick, so daß die Wandstärke etwa 0,43 mm beträgt. Das starre Material in den Außenschichten befindet sich im Abstand von der neutralen Faser, die durch die Mitte der Masseschicht 16 geht, an Stellen, wo es wirkungsvoll ausgenutzt wird, um Biegemomenten Widerstand zu leisten und der Verbundfolie 14 eine hohe Starrheit zu verleihen. Man kann daher geringere Mengen an starrem Material verwenden, was erhebliche Ersparnisse zur Folge hat, wenn das starre Material teurer ist als das Haupt- oder Massematerial. Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist beispielsweise Acrylnitril-Methylmethacrylat wesentlich teurer als Polyäthlyen.

In Figur 3 ist eine siebenschichtige Struktur dargestellt, beispielsweise ein Schnitt durch die Stirnfläche eines für die Verpackung von Lebensmitteln geeigneten Behälters. Die fünf unteren Schichten sind die gleichen wie bei der Verbundfolie gemäß Figur 2, außerdem ist noch eine etwa -

- Χ2 -

75 μΐη dicke Deckschicht 22 aus Polyäthylen mittlerer Dichte vorhanden, die aus dem gleichen Material wie die Masseschicht 16 bestehen kann und an der oberen starren Schicht 18 durch eine etwa 12,5 um dicke Kleber-Bindeschicht 24 verbunden ist, die aus dem gleichen Material wie die Kleber-Bindeschichten 20 bestehen kann. Die Deckschicht 22 befindet sich an der Innenseite des Behälters, so daß das Lebensmittel mit ihr und nicht mit däm unter ihr befindlichen Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisat in Berührung kommt, welches für einen Kontakt mit Lebensmitteln nicht zugelassen ist.

In Figur 4 ist ein Coextrusionsverfahren zum Herstellen der fünfschichtigen Verbundfolie für den Behälter 10 schematisch dargestellt. Aus drei geheizten Vorratsbehältern 30, 32 und 34 werden Polyäthylen mittlerer Dichte, Bindeschichtmaterial bzw. Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisät über fünf Leitungen 36, 37, 38, 39 und 40 einem Coextrusionsblock 42 zugeführt. Dort werden die Materialien unter Druck zu einem zusammenhängenden, fünflagigen dicken Strom 44 im wesentlichen kreisförmigen Querschnitts vereinigt. Die mittlere Schicht besteht aus dem Polyäthylen, die äuß-eren Schichten' aus Acrylnitril-Methylacrylat und die Zwischenschichten aus dem Kleber-Zwischenschichtmaterial. Der Strom 44 wird einer Extrusionsdüse oder einem Extrusionsmundstück 46 (z.B. Welex Standard 54" flex-lip) zugeführt und zu einer kontinuierlichen, etwa 0,87 mm dicken kontinuierlichen Folie 48 extrudiert. Die Folie 48 läuft dann über eine Folge von Kühlwalzen

49. Anschließend kann die Folie zu Behältern weiterverarbeitet oder auf eine Vorratsrolle aufgewickelt werden.

Die Weiterverarbeitung der Folie 48 zu Behältern kann mittels einer konventionellen Warmformvorrichtung 50 (z.B. einer bekannten Vakuum-Tiefziehvorrichtung) erfolgen, in der die Folie in die Form des gewünschten Behälters

gebracht wird, wobei die Wanddicke im Mittel um etwa 50% verringert wird, so daß der fertige Behälter eine Wandstärke von etwa 0,43 mm hat. Die Dicke der einzelnen Schichten nimmt bei der Warmformung ebenfalls um etwa 50% ab. Die durch die Warmformung erhaltene geformte Folie 52 läuft dann in eine Zuschneidevorrichtung 54, in der die einzelnen Behälter durch Stanzen getrennt werden. Bei Verwendung der Behälter wird mit der quadratischen Stirnfläche 14 eine nicht dargestellte quadratische Verschlußfolie verschweißt, nachdem der vorgesehene Inhalt in die Vertiefung 12 eingebracht worden ist.

In Figur 5 ist eine für die Herstellung von siebenschichtigen Folien geeignete Abwandlung der Anlage gemäß Figur 4 dargestellt. Hier ist zwischen dem ersten Coextrusionsblock 42 und der Coextrusionsdüse 46 ein zweiter Coextrusionsblock 56 angeordnet. Der fünfschichtige Strom 44 wird zusammen mit einem Strom Kleber-Bindeschichtmaterial aus einer Leitung 58, die mit der Leitung 38 verbunden ist, und Polyäthylenmaterial aus einer Leitung 60, die mit einer Leitung 36 verbunden ist, in den Coextrusionsblock 56 eingeführt. Im Coextrusionsblock 56 vereinigen sich diese Materialien unter Druck zu einem zusammenhängenden siebenschichtigen dicken Strom 62 im wesentlichen kreisförmigen Querschnitts, der dann der Extrusionsdüse 46 zugeführt wird.

Durch dieses Herstellungsverfahren läßt sich eine komplexe mehrschichtige Verbundfolie einfach und wirtschaftlich aus drei Vorratsmaterialien durch einen einzigen Coextrusionsprozeß herstellen und es besteht keine Notwendigkeit, eine größere Anzahl verschiedener Schichten oder mehr- *- schichtiger Folien aufeinander zu kaschieren. l_m

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich in verschiedenerer Weise abwandeln. Zum Beispiel können anstelle des Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisats andere starre Schichten verwendet werden, um starre Folien zu erzeugen. Für die zentrale Masseschicht können andere preiswerte Materialien verwendet werden, z.B. Polyäthylen niedriger Dichte, lineares Polyäthylen niedriger Dichte oder Propylen, und es gibt auch andere brauchbare Bindeschichten. Die siebenschichtige Folie kann auch mit einem einzigen Coextrusionsblock anstelle der in Figur 5 dargestellten zwei Blöcke hergestellt werden; diesem einzigen Coextrusionsblock werden dann sieben Materialströme zugeführt.

Die vorliegende Verbundfolie ist vorzugsweise ein massives starres Material, das keine Schaumstoffschichten enthält.

Claims

Patentansprüche

( 1.)Coextrudierte thermoplastische Verbundfolie, die sich zur Herstellung eines starren Behälters durch Warmformen eignet, ge kenn ζ e i chnet durch eine Masseschicht (16) aus einem ersten Material und zwei Biegemomenten widerstehende Schichten (18), welche aus einem zweiten Material, das starrer ist als das erste, bestehen und an entgegengesetzten Seiten der Masseschicht derart befestigt sind, daß die Masseschicht das starrere zweite Material an einer Stelle im Abstand von der neutralen Achse der Folie haltert, wo es Biegemomenten wirksam Widerstand leistet und der Folie Starrheit verleiht.

POSTSCHECK MÖNCHEN NR. 69148-800

BAD ORlGiNAU

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2. Verbundfolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Material ein Acrylnitril-Metyhlacrylat-Mischpolymerisat ist und daß die den Biegemomenten Widerstand leistenden Schichten (18) an der Masseschicht (16) durch verbindende Kleberschichten (20) angebracht sind, die zusammen mit der Masseschicht und den den Biegemomenten Widerstand leistenden Schichten extrudiert sind.
3. Verbundfolie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß mit einer der den Biegemomenten Widerstand leistenden Schichten eine Deckschicht (22) mittels einer Bindeschicht (24) verbunden ist, so daß die Folie sich für die Verpackung von Lebensmitteln eignet.
4. Verbundfolie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Deckschicht aus dem ersten Material besteht.
5. Verbundfolie nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet· , daß das erste Material Polyäthylen mittlerer Dichte, Polyäthylen niedriger Dichte, lineares Polyäthylen niedriger Dichte oder Polypropylen ist.
6. Verwendung der Verbundfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für einen warmgeformten Behälter.
7. Verfahren zum Herstellen einer Verbundfolie aus Kunststoff, dadurch gekennzeichnet , daß eine Folie gebildet wird, indem man eine Masseschicht aus einem ersten Material zwischen zwei Biegemomenten Widerstand leistenden Schichten aus einem zweiten Material, das starrer ist als das erste Material, durch Coextrusion derart bildet, daß die Masseschicht

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das starrere zweite Material an einem Ort im Abstand von der neutralen Faser der Folie haltert, wo es Biegemomenten wirksam Widerstand leistet und der Folie Festigkeit und Starrheit verleiht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbundfolie durch Warmformen zu einem Behälter weiterverarbeitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn-zeichnet , daß das zweite Material ein Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisat ist und daß bei der Coextrusion verbindende Kleberschichten zwischen der Masseschicht und den Biegemomenten Widerstand leistenden Schichten coextrudiert werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9 zur Herstellung eines Lebensmittelbehälters, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens eine der den Biegemomenten Widerstand leistenden Schichten aus einem Material besteht, das mit Lebensmittel nicht in Berührung kommen darf, daß auf diese Schicht durch Coextrusion mittels einer Verbindungsschicht aus Verbindungsschichtmaterial eine Deckschicht aufgebracht wird und daß die Verbundfolie durch Thermoformung derart zu dem Behälter weiterverarbeitet wird, daß die Deckschicht in das Innere des Behälters zu liegen kommt.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Coextrusion das erste Material, das zweite Material und ein Verbindungsschichtmaterial in einen ersten Coextrusionsblock derart injiziert werden, daß ein fünfschichtiger

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Strom entsteht, in dessen Mitte sich das erste Material befindet, das von zwei Schichten aus dem zweiten Material durch Zwischenschichten aus dem Verbindungsschichtmaterial getrennt ist; daß der fünfschichtige Strom zusammen mit dem ersten Material und dem Verbindungsmaterial in einem zweiten Coextrusionsblock so injiziert werden, daß ein siebenschichtiger Strom entsteht, der den fünfschichtigen Strom, eine Zwischenschicht aus dem Verbindungsschichtmaterial und eine Außenschicht aus dem ersten Material enthält und daß dieser siebenschichtige Strom zur Bildung einer siebenschichtigen Folie durch eine Coextrusionsdüse geleitet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e gekennzeichnet , daß die Folie durch Warmformen in die Form eines Behälters gebracht wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12 für die Herstellung eines Lebensmittelbehälters, dadurch gekennzeichnet , daß die den Biegemomenten Widerstand leistenden Schichten aus einem Material hergestellt werden, welches mit Lebensmitteln nicht in Berührung kommen soll und daß der Behälter bei der Warmformung so gebildet wird, daß die Deckschicht aus dem ersten Material in das Innere des Behälters zu liegen kommt und eine Berührung von in das Innere des Behälters eingebrachten Lebensmitteln mit der angrenzenden Versteifungsschicht verhindert.
14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13_f dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Material ein Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisat ist.
15. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß bei der Coextrusion das erste Material, das zweite Material und ein Bindeschicht-

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material derart in einen Coextrusionsblock injiziert werden, daß ein siebenschichtiger Strom entsteht, welcher der Reihe nach übereinander eine Schicht aus dem zweiten Material, eine Schicht aus dem Verbindungsschichtmaterial, eine Schicht aus dem ersten Material, eine

Schicht aus dem Verbindungsschichtmaterial, eine Schicht aus dem zweiten Material, eine Schicht aus dem Verbindungsschichtmaterial und eine Schicht aus dem ersten Material enthält·
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16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch g e kennze, ichnet , daß die Folie durch Warmformen in die Gestalt eines Behälters gebracht wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16 zur Herstellung eines Lebensmittelbehälters , dadurch gekennzeichnet , daß die den Biegemomenten Widerstand leistende Schicht aus einem Material hergestellt wird, welches mit Lebensmitteln nicht in Berührung kommen soll und daß der Behälter bei der Warmformung so gebildet wird, daß die Außenschicht aus dem ersten Material an die Innenseite des Behälters zu liegen kommt und verhindert, daß Lebensmittel, die in das Innere des Behälters eingebracht werden, mit einer der starren Schichten in Berührung kommt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Material ein Acrylnitril-Methylacrylat-Mischpolymerisat ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 7, 11, 14 oder 18, dadurch gekennzeichnet , daß das erste Material ein Polyäthylen mittlerer Dichte, ein Polyäthylen niedriger Dichte, ein lineares PoIyäthyl'en niedriger Dichte oder Polypropylen ist.