DE3602865A1

DE3602865A1 - Verfahren und vorrichtung zur beseitigung von restmonomeren in verpackungsfolie durch elektronenbestrahlung

Info

Publication number: DE3602865A1
Application number: DE19863602865
Authority: DE
Inventors: Franz Gottfried Dipl Ch Reuter
Original assignee: Polymer-Physik GmbH and Co KG; Polymer Physik GmbH and Co KG
Current assignee: Polymer-Physik GmbH and Co KG; Polymer Physik GmbH and Co KG
Priority date: 1986-01-31
Filing date: 1986-01-31
Publication date: 1987-08-06
Anticipated expiration: 2006-02-01
Also published as: DE3602865C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beseitigung von Restmonomeren durch Elektronenbestrahlung.

Aus der Elektronenstrahlhärtung von Lacken ist bekannt, Prepolymer (Oligomer)/Monomer-Mischungen durch ionisierende Strahlung zu polymerisieren.

Beim Härten einer Lackschicht durchläuft der Lackfilm die Viskosität flüssig-fest mit allen Zwischenwerten. Die Beweglichkeit der Restmonomere ist im Lackfilm bei der Aushärtung in ausreichendem Maße gegeben.

Zur Herstellung moderner Verpackungsfolien werden Monomere oder Monomergemische in Gegenwart von Polymeren oder Prepolymeren oder noch ungesättigte Bindungen enthaltenden Polymeren polymerisiert. Bei diesem Polymerisationsprozeß werden diese Monomeren weitgehend, jedoch in der Regel nicht vollständig, polymerisiert, so daß in dem fertigen Polymerisat noch ein gewisser Gehalt an Restmonomeren vorhanden ist. Diese Restmonomere stellen in Verpackungsmaterialien eine potentielle Gesundheitsgefährdung dar, d. h. das Folienmaterial, welches solche Restmonomere enthält, darf nicht für die Verpackung von Lebensmitteln verwendet werden oder darf nicht in einen direkten Dauerkontakt mit der Hautoberfläche des Menschen gebracht werden. Solche Folienmaterialien werden daher von den Überwachungsbehörden nicht für entsprechende Anwendungen zugelassen. Der Übergang von solchen Restmonomeren durch Monomeren- Wanderung von der Folie in das Lebensmittel bzw. auf die Hautoberfläche muß aus dem vorgenannten Grund unterbleiben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, womit es möglich ist, den Restmonomergehalt in Verpackungsfolien zu beseitigen.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch, daß man die Restmonomere enthaltenden Verpackungsfolien durch Elektronen bestrahlt. Um dieses Verfahren jedoch für die Praxis ohne großen Aufwand einsetzbar zu machen, wie dies beispielsweise beim Einsatz von hochenergetischen Elektronenbestrahlungsanlagen der Fall wäre, wurde gemäß der vorliegenden Erfindung gefunden, daß es möglich ist, die Beseitigung des Restmonomergehalts in Verpackungsfolien durch Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronenstrahlen im Bereich von 150 bis 300 kV Beschleunigungsspannung mit Hilfe eines großen Elektronenaustrittsfensters und einer großen, vor dem Elektronenaustrittsfenster angeordneten Trommel, über die die zu bestrahlende Folie geführt wird, zu erreichen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zur Beseitigung von Restmonomeren in Verpackungsfolien durch Elektronenbestrahlung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronenstrahlen im Bereich von 150 bis 300 kV Beschleunigungsspannung unter Verwendung eines Elektronenstrahlers mit einem großflächigen Elektronenaustrittsfenster durchführt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehend angegebenen Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch einen Elektronenstrahler zur Erzeugung niederenergetischer Elektronenstrahlen im Bereich von 150 bis 300 kV Beschleunigungsspannung mit einem großflächigen Elektronenaustrittsfenster und einer vor dem Elektronenaustrittsfenster angeordneten Trommel, auf der das zu bestrahlende Folienmaterial an dem Elektronenstrahlfenster vorbeigeführt wird.

Das Verfahren zur Beseitigung der Restmonomeren in Verpackungsfolien durch Elektronenbestrahlung kann somit in wirtschaftlicher Weise dann realisiert werden, wenn insbesondere folgende Punkte der Anwendungstechnik des Elektronenstrahls berücksichtigt werden:

(a) Niederenergetische Elektronenstrahlen im Bereich von 150 bis 300 kV Beschleunigungsspannung sind relativ preiswert bereitzustellen. Der Wirkungsquerschnitt, d. h. die Umsetzung der Strahlleistung in Reaktionsenergie ist hoch. Die Strahlleistung wird entsprechend der Eindringtiefe der Elektronen in einer Schicht zwischen 100 µm und 400 µm bei Material der Dichte 1 g/cm³ absorbiert. Dies ermöglicht hohe Bahngeschwindigkeiten und dementsprechend hohe Durchsatzleistungen, wie später im Ausführungsbeispiel noch gezeigt wird.
(b) Hohe Bahngeschwindigkeiten führen zu sehr kurzen Reaktionszeiten. Aufgrund der Reaktionsträgheit der Monomer-Monomer-Reaktionen sollte die Bestrahlungszone möglichst lang sein. Hierzu hat sich ein großflächiges Elektronenaustrittsfenster gemäß dem deutschen Patent 26 06 169 bewährt, welches die Herstellung von niederenergetischen Elektronenstrahlern mit niedriger Dosisleistung ermöglicht.
(c) Die Elektronenbestrahlung von Folien kann zu einer Viskositätsänderung (Flexibilitätsänderung) der Folie durch weitere Polymerisation oder Vernetzung führen. Diese Umwandlung tritt während des Bestrahlungsvorganges ein, also direkt im Bereich des Elektronenaustrittsfensters.
Aus diesem Grunde muß in diesem Bereich die Folienbahn einwandfrei plan geführt werden. Eine Bahnführung über einen Walzenstuhl hat sich nicht bewährt. Die hier durch die Bahnspannung auftretenden Längsfalten werden in der Folie "eingefroren" und führen zu nicht planem Folienmaterial, was sich bereits schon beim faltigen Aufwickeln der bestrahlten Folie bemerkbar macht.
Abhilfe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch eine Trommel zur Bahnführung geschaffen. Das Folienmaterial liegt während der Bestrahlung auf der Trommel vollkommen plan auf und wird in diesem Zustand zur Monomerbeseitigung bestrahlt. Eine eventuelle Nachvernetzung des Materials hat keine nachteilige Wirkung auf seine Planlage.
(d) Die Trommel hat einen weiteren Vorteil. Sie kann gekühlt oder aufgeheizt werden. Je nach chemischer Zusammensetzung der Kunststoff-Folie hängt die "Beweglichkeit" der Restmonomere von ihrer Temperatur ab. Diese kann über die Trommel eingestellt werden. Auch kann über die Trommel eine unzulässige Erhöhung der Folientemperatur, wie sie bei hohen Bestrahlungsdosen auftritt, vermieden werden. Die Trommel ist über ihre Kühl- bzw. Heizeinrichtung temperaturstabilisiert. Die dünne Folienschicht führt die Temperatur schnell und kontrolliert über die Trommeloberfläche ab oder nimmt, umgekehrt, Temperatur aus der Trommeloberfläche auf.
e) Verpackungsfolien sind meistens dünner als die Eindringtiefe der Elektronen. Elektronen, welche die zu bestrahlende Folie ganz durchdringen, treffen auf die metallische Trommeloberfläche auf und werden von dort reflektiert. Der Reflektionskoeffizient beträgt - je nach Atomzahl der Trommeloberfläche - zwischen 0,3 und 0,4, d. h., man kann auf der Rückseite der zu bestrahlenden Folie eine Dosiserhöhung von bis zu 40% erwarten. Dies ist eine nicht zu vernachlässigende zusätzlich Erhöhung der Strahlerausbeute, was besonders gut erreicht werden kann, wenn die Trommeloberfläche hochpoliert ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Restmonomerbeseitigung durch Bestrahlung mit niederenergetischen Elektronen kann auch mit anderen strahlenchemischen Prozessen kombiniert werden.

Es ist z. B. möglich, die Folien zu beschichten, um ihre Anwendungsmöglichkeiten zu erweitern, z. B. hinsichtlich Abreibfestigkeit, Glanzgrad, Oberflächenrauhigkeit, Oberflächenglätte, Gasdurchlässigkeit sowie hinsichtlich Anlöseverhalten durch das darin zu verpackende Füllgut.

Die Härtung eines Lackes auf der Folie durch Bestrahlung kann mit der Restmonomerenbeseitigung durch dieselbe Bestrahlung kombiniert werden.

Dasselbe ist auch möglich bei der Herstellung von Laminaten, wobei der Laminierkleber strahlenvernetzt wird. Dieses Kaschierverfahren gewinnt zur Zeit immer mehr an Bedeutung, da es lösungsmittelfrei arbeitet und die Reaktion direkt mit der Bestrahlung abläuft.

Werden Folien als Trägermaterial für druckempfindliche Klebstoffe eingesetzt, kann die Strahlenvulkanisation des Klebstoffes mit der Restmonomerenbeseitigung im Trägermaterial durch Elektronenbestrahlung gekoppelt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet in sehr vorteilhafter Weise eine gut steuerbare und schonende Verfahrensweise, da eine weitaus kalte Vulkanisation des Klebstoffes stattfindet. Die gute Steuerbarkeit des erfindungsgemäßen strahlenchemischen Verfahrens beruht auf einer schnellen und einfachen Variationsmöglichkeit der Bestrahlungsdosis des beschleunigten niederenergetischen Elektronenstrahls.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend weiterhin anhand der Fig. 1 und des Beispiels erläutert.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Elektronenbestrahlung von bahnförmigen Verpackungsfolien zwecks Beseitigung des Restmonomergehaltes im Folienmaterial.

In Fig. 1 haben die Bezugszeichen folgende Bedeutung: 1 Elektronenstrahler
2 Elektronenstrahlquelle
3 Hochspannungszuführung
4 Strahlverteilungssystem
5 Abschirmung aus Bleiblech
6 Elektronenaustrittsfenster, Inertisierungseinrichtung, Trennstelle für Wartungsarbeiten mit Verriegelung
7 Trommel mit Bahneinzugsvorrichtung
8 Folieneinlauf
9 Folienauslauf
10 Folie

Beispiel

Eine Polystyrolfolie, welche 100 g/m² (ca. 100 µm) dick ist, wird in einer Vorrichtung gemäß Fig. 1 mit 200 kV Elektronen in einer Breite von 1,30 m von Rolle zu Rolle mit einer Dosis von 50 kGy bestrahlt.

Der Restmonomerengehalt an Styrol betrug vor der Bestrahlung 500 ppm. Nach der Bestrahlung konnte praktisch kein Styrol mehr in der Folie nachgewiesen werden. Die Untersuchungen wurden mit einem Gaschromatographen durchgeführt.

Claims

1. Verfahren zur Beseitigung von Restmonomeren in Verpackungsfolien durch Elektronenbestrahlung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Bestrahlung mit niedergenetischen Elektronenstrahlen im Bereich von 150 bis 300 kV Beschleunigungsspannung unter Verwendung eines Elektronenstrahlers (1) mit einem großflächigen Elektronenaustrittsfenster (6) durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu bestrahlenden Folie (10) über eine großflächige Trommel (7) an dem Elektronenaustrittsfenster (6) vorbeiführt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Trommel (7) hochpoliert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (7) geheizt oder gekühlt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die zu bestrahlende, noch Restmonomere enthaltende Folie (10) vor ihrer Bestrahlung noch mit einer ebenfalls mit den Elektronenstrahlen härtbaren Beschichtung versieht und dann in einem Arbeitsgang die Restmonomeren in der Folie beseitigt und die auf der Folie befindliche Beschichtung durch Elektronenbestrahlung härtet.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus einem mit Elektronenstrahlen härtbaren Klebstoff und einer darauf kaschierten zusätzlichen Folie besteht.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Elektronenstrahler (1) zur Erzeugung niederenergetischer Elektronenstrahlen im Bereich von 150 bis 300 kV Beschleunigungsspannung mit einem großflächigen Elektronenaustrittsfenster (6) und einer vor dem Elektronenaustrittsfenster (6) angeordneten Trommel (7), auf der das zu bestrahlende Folienmaterial (10) an dem Elektronenstrahlfenster (6) vorbeigeführt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Trommel (7) hochpoliert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trommel (7) geheizt oder gekühlt werden kann.