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Diese
Erfindung betrifft das Gebiet von Verbundpolymerfolien mit verminderten
Oberflächenreibungscharakteristika
und ein Verfahren zur Herstellung solcher Folien. Insbesondere betrifft
sie eine biaxial orientierte Verbundfolienstruktur mit verbesserten
Eigenschaften, einschließlich
Heißsiegelbarkeit,
guter maschineller Verarbeitbarkeit und vermindertem Reibungskoeffizienten.
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Beim
Verpacken von bestimmten Arten von Lebensmitteln, wie Snack-Lebensmitteln,
einschließlich Süßwaren,
Kartoffelchips und Keksen, ist es übliche Praxis, eine Mehrschichtfolie
einzusetzen. In der Verpackungsindustrie werden Polypropylenfolien
wegen ihrer überlegenen
physikalischen Eigenschaften, wie Transparenz, Steifheit, Feuchtigkeitssperrcharakteristika
und anderen Eigenschaften, weit verbreitet verwendet. Trotz dieser
sehr vorteilhaften Eigenschaften hat unmodifizierte Polypropylenfolie
die nachteilige Eigenschaft, bei der Lagerung einen hohen inhärenten Reibungskoeffizienten
und zerstörendes
Blockieren von Folie-zu-Folie
zu zeigen. Dieser hohe Reibungskoeffizient von Folie-zu-Folie macht es schwierig,
Polypropylenfolie in ihrer unmodifizierten Form erfolgreich in automatischen
Verpackungsanlagen einzusetzen.
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In
der Vergangenheit sind Reibungskoeffizientcharakteristika von Polypropylen-
und anderen thermoplastischen Folien durch den Einschluss von Fettsäureamiden,
wie Erucamid und Oleamid, in das Polymer vorteilhaft modifiziert
worden. Die Wirksamkeit dieses Materialtyps hängt von seiner Fähigkeit
ab, in die Oberfläche
der Folie zu wandern, um den Reibungskoeffizienten zu vermindern.
Beide der genannten Amide werden üblicherweise zur Verminderung
des Reibungskoeffizienten verwendet. Wie sich der gewünschte niedrige Wert
des Reibungskoeffizienten entwickelt hängt stark von dem Typ und der
Menge der Amide und Zeit- und Temperaturalterungeffekten ab. Selbst
die Wärmehistorie
der Folie bei Lagerung und Versand und während nachfolgender Umwandlungsverfahren
beeinflusst den Reibungskoeffizienten we sentlich. Außerdem führt das Vorhandensein
dieser Typen von Fettsäureamiden
in der Folienoberfläche
zu sichtbar verschlechtertem Aussehen, was sich in einer Verstärkung der
Trübheit,
der Verminderung im Glanz und dem Vorhandensein von Schlieren zeigt.
Diese Materialien beeinflussen auch die Benetzbarkeit und Haftung
von Lösungsmittel-
und Wasser-basierten Tinten, Beschichtungen und Klebstoffen nachteilig.
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Bei
orientierten Polypropylenfolien, die in der Nahrungsmittelverpackungsindustrie
weit verbreitet verwendet werden, ist es üblich, die Folie mit sich selbst
oder mit anderen thermoplastischen Folien oder mit Papierlagen zu
laminieren. Wenn Oleamid oder Erucamid in den Polypropylenfolien
verwendet werden, hat man nach Laminieren auf solche Folien eine
signifikante Verminderung des Reibungskoeffizienten beobachtet.
Es wird vermutet, dass dies entweder auf die Migration des Amids
zurück
in die Polypropylenfolie oder den Verlust der Additivschicht an
der Folienoberfläche
zurückzuführen ist.
Deshalb sind diese Typen von orientierten laminierten Polypropylenfolien
für bestimmte
Bearbeitungsverfahren beschränkt
verwendbar. Versuche, diese Amide zu ersetzen, um einen reproduzierbaren
Reibungskoeffizienten bereitzustellen, sind nicht erfolgreich gewesen.
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Es
ist bekannt, den Reibungskoeffizienten durch Einschließen von
vernetztem Silikonharz in die Oberflächenschicht einer Polyolefinfolie
zu verbessern, und es ist auch bekannt, den Reibungskoeffizienten
durch Einschluss von flüssigem
Silikon in eine Oberflächenschicht
einer Polyolefinfolie zu verbessern, siehe z.B. US-A-4 966 933,
US-A-5 110 671 und EP-A-O 242 055. Bestimmte Folien, die solche
Oberflächenschichten über einer
Basisschicht aus Polyethylen hoher Dichte verwenden, sind in der
WO95/15256 (veröffentlicht
am 8. Juni 1995) beschrieben.
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Folienstruktur
bereitzustellen, die eine verbesserte Kombination von Bedruckbarkeit,
Heißsiegelbarkeit
und maschineller Bearbeitbarkeit hat.
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Erfindungsgemäß wird eine
heißsiegelbare,
maschinell bearbeitbare Mehrschichtfolienstruktur bereitgestellt,
die
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- (a) eine obere heißsiegelbare Schicht, die olefinisches
Homopolymer, Copolymer oder Terpolymer umfasst, mit oberflächenbehandelter
externer Oberfläche,
die bedruckbar, siegelbar und maschinell bearbeitbar ist, wobei
die Schicht, als kombiniertes Gleitmittel und Antiblockmittel, teilchenförmiges,
vernetztes, kohlenwasserstoffsubstituiertes Polysiloxan enthält,
- (b) eine Zwischenschicht, die eine thermoplastische Polymermatrix
umfasst, die aus Polymeren gebildet ist, die aus Polymeren von Propylen,
Polymeren von Butylen, olefinischen Copolymeren, olefinischen Terpolymeren
und Polyestern ausgewählt
sind, und
- (c) eine untere heißsiegelbare
Schicht umfasst, die olefinisches Homopolymer, Copolymer oder Terpolymer umfasst,
mit externer Oberfläche,
die siegelbar und maschinell bearbeitbar ist, wobei die Schicht,
als kombiniertes Gleitmittel und Antiblockmittel, teilchenförmiges,
vernetztes, kohlenwasserstoffsubstituiertes Polysiloxan enthält, und
wobei Schicht (c) ferner flüssiges,
kohlenwasserstoffsubstituiertes Polysiloxan umfasst.
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Wenn
beschrieben ist, dass die Folie maschinell bearbeitbar ist, ist
gemeint, dass die Folie einen reproduzierbar niedrigen Reibungskoeffizienten
besitzt und gute Gleitschutz- und Antiblockcharakteristika besitzt.
Die äußeren Schichten
A und C sind heißsiegelbar
und die äußere Schicht
A ist bedruckbar.
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Als
vernetztes, kohlenwasserstoffsubstituiertes Polysiloxan wird vorzugsweise
ein vernetztes Polymonoalkylsiloxan verwendet.
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Obwohl
die Zwischenschicht aus Polyestern, wie Polyethylenterephthalat,
gebildet sein kann, ist sie vorzugsweise aus Poly olefinpolymer,
Copolymer oder Gemisch wie oben definiert gebildet. Die erfindungsgemäßen Foliengrundstrukturen
werden eingesetzt, wenn sie auf eine weitere Folie gestützt oder
laminiert sind, um einer bestimmten Endanwendung zu entsprechen.
Deshalb können
für bestimmte
Zwecke Polymerfolienschichten auf die Zwischenschicht der Struktur
laminiert sein, die sich von der Zwischenschicht unterscheiden. Solche
polymeren Folien schließen
jede beliebige thermoplastische Folie ein, die sich von der Zwischenschicht der
Folie unterscheidet.
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Besonders
bevorzugte Polymere, die hier als die Zwischenschicht der Folie
eingesetzt werden, sind die Polypropylene, die hoch isotaktisch
sind. Die bevorzugten Polypropylene sind in der Technik bekannt
und werden durch Polymerisieren von Propylen in Anwesenheit eines
stereospezifischen Katalysatorensystems gebildet. Sie können einen
Schmelzindex bei 230 °C
von 0,1 bis 25 haben. Der kristalline Schmelzpunkt beträgt 160 °C. Das durchschnittliche
Molekulargewicht (Zahlenmittel) beträgt 25.000 bis 100.000. Die
Dichte beträgt
0,90 bis 0,91.
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Einzig
zum Zweck der Beschreibung werden die erfindungsgemäßen Folienstrukturen
so beschrieben, dass sie eine obere Hautschicht (a), eine Zwischenschicht
(b) und eine untere Hautschicht (c) aufweisen. Den Fachleuten in
der Technik ist klar, dass die Verwendung der Begriffe "obere" und "untere" in Bezug auf bestimmte
Hautschichten lediglich relativ ist. Außerdem können, obwohl sie als Hautschichten
bezeichnet werden, die oberen und unteren Schichten zusätzliche
Strukturen haben, die an sie gebunden sind, basierend auf den funktionellen
Anforderungen der Gesamtstruktur.
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Die
polymeren Materialien, die als das Material zur Verwendung bei der
Bildung der Hautschichten (a) und (c) vorgesehen sind, sind geeigneterweise
beispielsweise polyolefinische Homopolymere, Copolymere und Terpolymere.
Wenn Homopolymere verwendet werden sollen, können sie durch Polymerisieren
des entsprechenden Monomers gebildet werden. Dies kann in konventioneller weise
durch Polymerisation in Masse oder Lösung erfolgen, wie den Fachleuten
in der Technik ganz klar ist. Die Polymere sind beispielsweise und einschließlich Blockcopolymere,
z.B. von Ethylen und Propylen, statistische Copolymere, z.B. von
Ethylen und Propylen, und andere Ethylenhomopolymere, Copolymere,
Terpolymere oder Gemische derselben.
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Zur
Verwendung bei der Bildung der oberen Hautschicht (a) und der unteren
Hautschicht (c) sind heißsiegelbare
polymere Materialien ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Ethylen-Propylen-Buten-1 (EPB)-Terpolymer, statistischem
Ethylen-Propylen (EP)-Copolymer, linearem Polyethylen geringer Dichte
(linear low density polyethylene, LLDPE), Polyethylen geringer Dichte
(low density polyethylene, LDPE), Polyethylen mittlerer Dichte (medium
density polyethylene, MDPE), Polyethylen hoher Dichte (high density
polyethylene, HDPE) oder Gemische derselben bevorzugt.
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Geeignete
EPB-Terpolymere sind solche, die durch statistische Mischpolymerisation
von 1 bis 8 Gew.-% Ethylen, vorzugsweise 3 bis 6 Gew.-% Ethylen,
mit 65 bis 95 Gew.-% Propylen, vorzugsweise 86 bis 93 Gew.-% Propylen,
wobei Buten-1 den Rest ausmacht, erhalten werden. Die genannte EPB-Terpolymere sind
meistens durch einen Schmelzindex bei 230 °C von 2 bis 16 und vorzugsweise
3 bis 7, einen kristallinen Schmelzpunkt von 100 °C bis 140 °C, ein durchschnittliches
Molekulargewicht von 25.000 bis 100.000 und eine Dichte im Bereich
von 0,89 bis 0,92 g/cm3 gekennzeichnet.
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Die
statistischen EP-Copolymere enthalten im Allgemeinen 2 bis 7 Gew.-%
Ethylen, wobei Propylen den Rest ausmacht. Die Copolymere können einen
Schmelzindex bei 230 °C
im Allgemeinen von 2 bis 15 und vorzugsweise 3 bis 8 haben. Der
kristalline Schmelzpunkt beträgt
normalerweise 125 °C
bis 150 °C
und das durchschnittliche Molekulargewicht (Zahlenmittel) beträgt 25.000
bis 100.000. Die Dichte liegt üblicherweise im
Bereich von 0,89 bis 0,92 g/cm3.
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Wenn
Gemische von EPB-Terpolymer und statistischem EP-Copolymer verwendet
werden, enthalten solche Gemische im Allgemeinen 10 bis 90 Gew.-%
EPB-Terpolymer und vorzugsweise 40 bis 60 Gew.-% EPB-Terpolymer,
wobei statistisches EP-Copolymer den Rest ausmacht.
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Heißsiegelbare
Homopolymergemische, die zur Bereitstellung der Schichten (a) und/oder
(c) eingesetzt werden können,
enthalten 1 bis 99 Gew.-% Polypropylenhomopolymer, das z.B. eines,
das das gleiche Polypropylenhomopolymer, das die Zwischenschicht
(b) ausmacht, oder ein anderes ist, gemischt mit 99 bis 1 Gew.-%
linearem Polyethylen geringer Dichte (LDPE).
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Vor
dem Extrudieren werden erfindungsgemäß beide Hautschichten (a) und
(c) mit einer wirksamen Menge eines kombinierten Antiblock- und
Gleitmittels vermischt. Bevorzugte kombinierte Antiblock- und Gleitmittel
sind ausgewählt
aus der Gruppe von teilchenförmigen,
vernetzten, kohlenwasserstoffsubstituierten Polysiloxanen. Besonders
bevorzugt sind die teilchenförmigen,
vernetzten Polymermonoalkylsiloxane. Am meisten bevorzugt sind nicht
schmelzbare Polymonoalkylsiloxane, die dadurch gekennzeichnet sind,
dass sie eine mittlere Teilchengröße von 0,5 bis 20,0 μm und eine
dreidimensionale Struktur von Siloxanbindungen haben. Solche Materialien
sind kommerziell weltweit von Toshiba Silicone Co., Ltd. und in
den Vereinigten Staaten von General Electric Co. erhältlich und
werden unter der Marke Tospearl vertrieben. Es sind auch andere
kommerzielle Quellen für ähnliche
geeignete Materialien bekannt.
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Obwohl
das Polymer, aus dem Hautschicht (a) gebildet ist, nicht mit einem
Silikonöl
vermischt ist, nimmt diese Schicht letztendlich eine die maschinelle
Bearbeitbarkeit verbessernde und den Reibungskoeffizienten vermindernde
Menge Silikonöl
auf. Wenn also das fertige Folienlaminat, das Silikonöl an der
bloßliegenden
Oberfläche
der Hautschicht (c) enthält,
auf eine Wickelspule aufgenommen wird, wird etwas von dieser Oberfläche auf
die bloßliegende
Oberfläche
der Hautschicht (a) übertragen, vor
allem auf die bloßliegenden Oberflächen der
Teilchen des kombinierten Antiblock- und Gleitmittels, die aus Schicht
(a) vorstehen. Weil jedoch das Innere von Schicht (a) keine Menge
Silikonöl
enthält,
die die Heißsiegeleigenschaften
dieser Schicht stören
könnten
(und üblicherweise überhaupt
kein Silikonöl
enthält),
dient das Vorhandensein des übertragenen
Silikonöls
darauf dazu, den Reibungskoeffizienten der Schicht weiter zu erhöhen und
ihre maschinelle Bearbeitbarkeit zu verbessern, ohne ihre Heißsiegelbarkeit
wesentlich zu beeinflussen.
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Eine
oder beide Schichten von (a) und (c) können auch Pigmente, Füllstoffe,
Stabilisatoren, Lichtschutzmittel und andere geeignete modifizierende
Bestandteile enthalten, wenn dies gewünscht ist. Außerdem können die
Hautschichten (a) und/oder (c) gegebenenfalls eine geringe Menge
zusätzliches
Antiblockmaterial enthalten, wie Siliciumdioxid, Tone, Talk und
Glas. Diese Antiblockmaterialien können allein verwendet werden,
oder es können
verschiedene Größen und
Formen vermischt werden, um die maschinelle Bearbeitbarkeit zu optimieren.
Der größere Anteil
dieser Teilchen, z.B. irgendwo im Bereich von mehr als ein halb
bis so viel wie 90 Gew.-% oder mehr, hat eine solche Größe, dass
sich ein wesentlicher Teil ihrer Oberfläche über die offenliegende Oberfläche einer
solchen Hautschicht erstreckt.
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Die
obere Hautschicht kann vorteilhafterweise durch Flammenbehandlung
behandelt werden, um ihre Aufnahmefähigkeit für Wasser-basierte Beschichtungen
zu erhöhen.
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Die
untere Hautschicht (c) des Folienlaminats kann im Wesentlichen die
gleiche Zusammensetzung wie die obere Oberflächenschicht (a) haben, außer dass
das Polymer, das Schicht (c) ausmacht, mit Silikonöl vermischt
ist. Das Silikonöl
besitzt vorteilhafterweise eine Viskosität von 350 mm2/s
bis 105 mm2/s (350
bis 100. 000 Centistoke) , wobei 104 mm2/s bis 6 % 104 mm2/s (10.000 bis
60.000 Centistoke) besonders bevorzugt sind. Beispiele für geeignete
Silikonöle
sind Polydialkylsiloxane, Polyalkylphenylsiloxane, olefinmodifizierte
Siloxanöle,
polyether madifizierte Silikonöle,
olefin/polyethermodifizierte Silikonöle, epoxymodifizierte Silikonöle und alkoholmodifizierte
Silikonöle,
Polydialkylsiloxane, die vorzugsweise etwa 1 bis etwa 4 Kohlenstoffatome
in der Alkylgruppe aufweisen, insbesondere Polydimethylsiloxane.
von den Genannten sind die Polydialkylsiloxane, insbesondere ein
Polydimethylsiloxan, hier zur Verwendung bevorzugt.
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Das
Silikonöl
wird der Schicht (c) im Allgemeinen in Form einer Dispersion oder
Emulsion zugegeben, wobei das Silikon darin als auch auf der bloßliegenden
Oberfläche
dieser Schicht als einzelne Mikrokügelchen vorhanden ist, oft
mit einer durchschnittlichen Größe von 1
bis 2 μm.
Das Silikonöl,
das im Allgemeinen im wesentlichen gleichförmig auf der bloßliegenden
Oberfläche
von Schicht (c) verteilt ist, ist für die Verbesserung der maschinellen
Bearbeitbarkeit und dafür
verantwortlich, dass dieser Oberfläche als auch der bloßliegenden Oberfläche von
Schicht (a) ein weiter verminderter Reibungskoeffizient verliehen
wird, wenn etwas von dem Öl
darauf übertragen
wird, wenn diese Oberflächen
in Kontakt kommen, wie es z.B. passiert, wenn die Laminatfolie auf
eine Wickelwalze aufgewickelt wurde.
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Polydimethylsiloxan
oder andere Silikonöle
können
in einer Menge von 0,15 bis 1,5 Gew.-%, vorzugsweise weniger als
0,5 Gew.-%, der unteren Schicht (c) vorhanden sein. Etwas von diesem
Silikonöl
ist natürlich auf
der bloßliegenden
Oberfläche
von Schicht (c) vorhanden. Die ausgewählte Menge sollte auf jeden
Fall ausreichen, um einen Reibungskoeffizienten der Schichten (a)
und (c) (nach Übertragung
von Silikonölmikrokügelchen
auf die letztgenannte Schicht) von 0,4 oder weniger haben, vorzugsweise
0,25 bis 0,3 bis mindestens 60 °C.
Wegen der einzigartigen Weise, auf die das Silikonöl auf lediglich
die bloßliegende
Oberfläche
der oberen Schicht (a) aufgebracht wird, zeigt eine solche Schicht
einen verbesserten Reibungskoeffizienten, jedoch nicht auf Kosten
ihrer Aufnahmefähigkeit
für Wasserbasierte
Beschichtungen, ihrer Heißsiegelbarkeit
oder ihrer optischen Klarheit.
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Das
Silikonöl
sollte so homogen wie möglich
in das Polymer eingebracht werden, das Schicht (c) darstellt. Dies
kann erreicht werden, indem entweder das Silikonöl als eine Dispersion oder
Emulsion bei Raumtemperatur eingebracht wird und dann das Gemisch
durch die Anwendung von Scherkräften
erhitzt wird, oder indem das Öl
eingebracht wird, während
das Gemisch geschmolzen wird. Die Mischtemperatur muss hoch genug
sein, um das Gemisch zu erweichen und zu ermöglichen, dass eine sehr gleichförmige Mischung
gebildet wird. Die in einem Kneter oder Extruder notwendige Temperatur
beträgt
im Allgemeinen 170 bis 270 °C.
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Die
Zwischenschicht (b) kann auch Antistatikmittel enthalten, z.B. Kokoamin
oder N,N-Bis(2-hydroxyethyl)sterylamin. Geeignete Amine schließt Mono-,
Di- oder tertiäre
Amine ein.
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Die
Zwischenschicht (b) macht im Allgemeinen 70 bis 95 der Dicke des
Gesamtfolienlaminats oder einen noch höheren prozentualen Anteil davon
aus. Die obere Hautschicht (a) und die untere Hautschicht (c) werden
gleichverlaufend auf jede größere Oberfläche von
Zwischenschicht (b) aufgebracht, üblicherweise indem sie direkt
darauf koextrudiert werden. Zum Beispiel können die Schichten (a), (b)
und (c) aus einem konventionellen Extruder durch eine Flachlagendüse koextrudiert
werden, wobei bei die Schmelzströme
in einem Vorstoß kombiniert
werden, bevor sie aus der Düse
extrudiert werden. Jede der Hautschichten (a) und (c) kann z.B.
ungefähr
6,0 % der Gesamtdicke des Laminats ausmachen. Nach Verlassen der
Düsenöffnung wird
die Laminatstruktur abgeschreckt und die abgeschreckte Lage dann
erhitzt und gestreckt, z.B. 5-mal in Maschinenrichtung (machine
direction, MD) und danach z.B. 8-mal in Querrichtung (transverse
direction, TD). Die Kanten der Folie können getrimmt werden. Das Folienlaminat
wird dann auf eine Spule gewunden, um die Übertragung des Silikonöls von der
bloßliegenden
Oberfläche
von Schicht (c) auf die bloßliegende
Oberfläche von
Schicht (a) zu bewirken, wie oben beschrieben ist.
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Als
ein Ergebnis der biaxialen Orientierung der Folienstruktur werden
hier mehrere physikalische Eigenschaften der Verbundschichten verbessert,
z.B. werden Knickbeständigkeit,
Reißfestigkeit
nach Elmendorff, Dehnung, Zugfestigkeit, Schlagfestigkeit und Kaltfestigkeit
verbessert. Die erhaltene Folie kann eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeitsrate
und eine geringe Sauerstoffdurchlässigkeitsrate haben. Diese
verbesserten physikalischen Eigenschaften machen die Folie ideal
für das
Verpacken von Lebensmittelprodukten geeignet, sogar von solchen,
die Flüssigkeiten
umfassen. Die Gesamtdicke des Laminats ist nicht entscheidend und
kann vorteilhafterweise 9 bis 51 μm
(0,35 bis 2,0 mls) betragen.
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Wenn
das erfindungsgemäße Produkt
als Etikett für
Erzeugnisse verwendet werden soll, ist es eine Frage des zu erzielenden
Zwecks, ob das Etikett opak oder transparent ist. Wenn es gewünscht ist,
den Inhalt der Verpackung, die etikettiert wird, zu verdecken, ist
es bevorzugt, ein opakes Etikett zu verwenden. Wenn es jedoch mehr
gewünscht
ist, den Inhalt der Verpackung einer Überprüfung durch den Kunden zugänglich zu machen,
sollte das Etikett transparent sein.
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Ein
geeignetes ablösbares
Etikettenmaterial wird oft als Anordnung von Komponenten aufgebracht.
In einer solchen Anordnung schließen die Komponenten ein: eine
Basislage, eine Ablöseschicht
aufgebracht auf die Basislage und ein Etikettenmaterial, mit einem
Haftklebstoff daran, an der Ablöseschicht
auf der Basisschicht haftend. In den Fällen, in denen der Klebstoff
ein Haftklebstoff ist, ist eine Ablöseschicht auf der Basislage
aufgebracht. In anderen Fällen
kann der Klebstoff durch andere Mittel aktivierbar sein, wie Wärme und Lösungsmittel.
Wenn der Klebstoff kein Haftklebstoff ist, jedoch durch irgendwelche
anderen Mittel aktivierbar ist, wird keine Ablöseschicht benötigt.
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Wie
oben beschrieben können
anstelle von Haftklebestoff aktivierbare Klebstoffe für bestimmte
Etikettiertechniken ein gesetzt werden. Wenn das Etikett z.B. um
den gesamten Umfang einer Verpackung oder Flasche herum aufgebracht
werden soll, kann Wasser oder ein anderes Lösungsmittel einen Haftstreifen
oder Streifen aktivieren, der auf ein Ende des Etiketts aufgebracht
ist. Das Etikett wird dann durch eine geringe Überlappung des anderen Endes
des Etiketts an Ort und Stelle fixiert. Es ist auch gefunden worden,
dass das Düsenschneiden
von Etiketten durch den Einschluss von anorganischen Partikeln,
wie Calciumcarbonat, in die Etiketthautschicht nahe der Klebe- und/oder
Ablöseschicht
verbessert werden kann. Diese Teilchen können im Ergebnis auch eine
gewisse Hohlraumbildung hervorrufen.
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Wenn
eine opake Etiketten- oder Folienstruktur gewünscht ist, kann die Kern- oder
Zwischenschicht der erfindungsgemäßen Folienstruktur gemäß der US-A-4
377 616 ausgebildet sein.
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Wenn
opak machende Mittel gewünscht
sind, können
sie in die erfindungsgemäße Zwischenzusammensetzung
in einem Anteil von bis zu 10 % eingeschlossen sein, vorzugsweise
mindestens 1 %, bezogen auf das Gewicht. Geeignete konventionelle
opak machende Mittel können
der Schmelzmischung des Zwischenpolymers zugesetzt werden, bevor
diese zu einer Folie extrudiert wird. Opak machende Verbindungen
sind auf dem Fachgebiet im Allgemeinen gut bekannt. Es seien beispielhaft
Eisenoxide, Ruß,
Aluminium, Aluminiumoxid, Titandioxid und Talk erwähnt.
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Die
Verarbeitbarkeit und maschinelle Bearbeitbarkeit der Folie kann
ferner durch den Einschluss eines geringen prozentualen Anteils
von fein zerteiltem anorganischen Material in das polymere Material
erhöht
werden, das verwendet wird, um eine oder beide Hautschichten zu
bilden. Ein solches anorganisches Material kann der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolienstruktur
nicht nur Antiblockcharakteristika verleihen, sondern kann auch
den Reibungskoeffizienten der erhaltenen Folie vermindern.
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Mögliche fein
zerteilte anorganische Materialien, auf die oben Bezug genommen
wurde, sind beispielsweise Syloid, ein syn thetisches, amorphes Kieselgel
mit einer Zusammensetzung von 99,7 % SiO2,
Diatomeenerde mit einer Zusammensetzung von beispielsweise 92 %
SiO2, 3,3 % Al2O3 und 1,2 % Fe2O3, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5,5 μm, wobei
die Teilchen porös
und unregelmäßig geformt
sind, dehydratisiertes Kaolinit (Kaopolite SF) mit einer Zusammensetzung
von 55 % SiO2, 44 Al2O3 und 0, 14 % Fe2O3, das eine durchschnittliche Teilchengröße von 0,7 μm hat und
wobei die Teilchen dünne
flache Plättchen sind,
und synthetische, gefällte
Silikate, z.B. Sipernat 44, ein Material mit einer Zusammensetzung
aus 42 % SiO2, 36 % Al2O3 und 22 % Na2O,
das eine durchschnittliche Teilchengröße von 3 bis 4 μm hat und
bei dem die Teilchen porös
und unregelmäßig geformt
sind.
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Die
zum Koextrudieren der hier beschriebenen Mehrschichtfolienstrukturen
mit hoher Opazität
verwendeten Polyolefingemische werden geeigneterweise gebildet,
indem kommerziell erhältliche
Intensivmischer eingesetzt werden, wie solche vom Bolling- oder
Banbury-Typ.
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Wenn
gewünscht
kann die bloßliegende
Oberfläche
der Hautschichten (a) und/oder (c) aufgebrachte Beschichtungszusammensetzungen
oder Substrate haben, wie eine weitere Polymerfolie oder ein Laminat, eine
Metallfolie, wie Aluminiumfolie, Cellulosegewebe, z.B. verschiedene
Arten von Papier, wie Wellpappe, Bastelpapier, Pergamin, Kartonpappe,
Vliesgewebe, z.B. Spinnvliespolyolefinfasern und schmelzgeblasene Mikrofasern.
Die Anwendung kann ein geeignetes Klebemittel einsetzen, z.B. ein
Heißschmelzklebemittel,
wie Polyethylen geringer Dichte, Ethylen-Methacrylat-Copolymer,
ein Wasser-basiertes Klebemittel wie Polyvinylidenchlorid-Latex.
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Die
folgenden genauen Beispiele verdeutlichen die Erfindung. Alle Teile
und Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht, wenn keine andere
Basis angegeben ist.
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Die
Werte für
den Reibungskoeffizienten, auf die hier Bezug genommen wird, wurden
gemäß dem Verfahren
der ASTM D 1894-78 bestimmt. Trübheits-
und Glanzwerte, auf die hier Bezug genommen wird, wurden gemäß den Verfahren
ASTM D 1003-61 bzw. D 2457-70 bestimmt.
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In
den folgenden Vergleichsbeispielen, Beispiele 1 bis 3, stellt Beispiel
1 ein Folienlaminat dar, das Erucamid enthielt, ein Fettsäureamid-Gleitmittel,
und ist damit ein Beispiel für
einen bekannten Typ von Verbundfolie. Beispiel 2 verdeutlicht die
die Siegelbarkeit schädigende
Wirkung eines Laminats, bei dem Silikonöl in die Polymere eingemischt
wurde, aus denen sowohl Schicht (a) als auch (c) besteht. Beispiel
3 verdeutlicht eine Laminatfolie und ein Folienbildungsverfahren,
bei dem Silikonöl
in das Polymer eingemischt wurde, aus dem Schicht (c) besteht.
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BEISPIEL 1 (Vergleich)
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Eine
Zwischenschicht (b) mit etwa 20 μm
Dicke, die von einem Propylenhomopolymer mit hoher sterischer Regelmäßigkeit,
das 750 ppm Erucamid enthielt, abgeleitet war, wurde geschmolzen
und mit einer oberen Hautschicht (a) mit etwa 0,61 μm Dicke,
die von einem Ethylen-Propylen-Buten-1-Terpolymer oder statistischem
Ethylen-Propylen-Copolymer abgeleitet ist, und einer unteren Hautschicht
(c) mit etwa 1,2 μm
Dicke des erwähnten
Ethylen-Propylen-Buten-1-Terpolymers
koextrudiert. Die EPB-Terpolymer-Komponenten
der Schichten (a) und (c) enthielten jeweils 0,2 Gew.-% synthetisches
amorphes Siliciumdioxid in Form ungefähr sphärischer Teilchen mit einem
durchschnittlichen Durchmesser von 3 μm. Das Extrudat wurde dann gekühlt, wieder
erhitzt und 4- bis 6-mal in Maschinenrichtung und 8- bis 10-mal
in Querrichtung biaxial gestreckt. Danach wurde die obere Hautschicht
(a) in üblicherweise
koronabehandelt und in einer Walzenform aufgewickelt. Nach 1 bis
3 Tagen warmraumalterung bei 38 bis 52 °C (100 °F bis 125 °F) betrugen die Reibungskoeffizienten (COF)
der Schichten (a) und (c) 0,26 bzw. 0,29.
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Es
muss jedoch erwähnt
werden, dass, weil die Folie dieses Beispiels ein migrierendes Gleitmittel
verwendet, das Warmraumalterung erfordert, ihr COF-Wert oft widersprüchlich und
nicht vorhersagbar ist. Auch war, wie in der nachfolgenden Tabelle
gezeigt ist, Schicht (a) nicht in der Lage, ein Wasser-basiertes
Polyvinylidenchloridklebemittel aufzunehmen.
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BEISPIEL 2 (Vergleich)
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Beispiel
1 wurde im wesentlichen wiederholt, es wurde aber ein isotaktisches
Polypropylen als das Harz verwendet, das die Zwischenschicht (b)
ausmacht. Erucamid war nicht enthalten. Polydimethylsiloxan wurde
in 0,6 Gew.-% in die Schichten (a) und (c) eingemischt. Wie aus
den Daten in der angefügten
Tabelle ersichtlich ist, war der Reibungskoeffizient akzeptabel
und Vornetzen/Haftung für
Wasser-basierte Tinte und Wasser-basiertes Klebemittel akzeptabel.
Wegen der Anwesenheit von Silikonöl in Schicht (a) wurde jedoch die
Heißsiegelbarkeit
von Schicht (a) im Wesentlichen zerstört.
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BEISPIEL 3 (Vergleich)
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Beispiel
2 wurde im Wesentlichen wiederholt, außer dass 0,6 Gew.-% Polydimethylsiloxan
nur in Schicht (c) eingemischt wurde. Schicht (a) enthielt kein
Silikonöl.
Die Verbesserung des Reibungskoeffizientenleichgewichts, eine gute
Verarbeitbarkeit des PVDC-Klebemittels und eine Aufrechterhaltung
der Heißsiegelbarkeit
sind aus den Daten der angefügten
Tabelle ersichtlich. Die erhaltene Folie besitzt auch gute optische Klarheit.
Die Folie lässt
sich jedoch auf horizontalen oder vertikalen Formfüll- und
Siegelanlagen nicht gut maschinell bearbeiten.
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In
der nachfolgenden Tabelle I werden die Folieneigenschaften für die Folien
der Beispiele 1 bis 3 verglichen.
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BEISPIEL 4 (Vergleich)
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Die
koextrudierte, biaxial orientierte Folienstruktur dieses Beispiels
besteht aus einer Polypropylen-Zwischenschicht mit zwei äußeren Heißsiegelschichten,
die das teilchenförmige,
vernetzte, nicht-migrierende Polymonoalkylsiloxan-Kombinationsantiblock-
und Gleitmittel (GE Tospearl RS-344) enthielten. Es wurden zwei
Terpolymersiegelharze verwendet, die jeweils eine Beladung mit 2500
ppm des nicht migrierenden Gleitmittels mit einer Teilchengröße von 4,5 μm enthielten.
Das Gesamt-Gauge dieser bestimmten Folienstruktur betrug 31,75 μm (1,25 mil),
mit Zielhautdicken von 0,6 μm
(2,5 Gauge) (oben) und 1 μm
(4,0 Gauge) (unten). Die Folienstruktur wurde biaxial orientiert
und auf einer Seite flammenbehandelt, um ihre Benetzbarkeit zu verbessern
und die Bedruckbarkeit und die Laminierungsfestigkeit zu optimieren.
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Die
erhaltene biaxial orientierte Folienstruktur hatte die folgenden
Eigenschaften, die unmittelbar und off-line getestet wurden:
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Diese
Folienstruktur besaß gute
COF-Eigenschaften, ihre maschinelle Bearbeitbarkeit war jedoch schlecht.
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BEISPIEL 5
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Die
Folienstruktur von Beispiel 5 hatte das gleiche Harz wie die Zwischenschicht
(b) von Beispiel 4, verwendete jedoch andere Hautschicht (a)- und
Hautschicht (c)-Harze. Die obere Hautschicht (a) wies 2000 ppm des
nicht migrierenden Antiblockmittels auf, und die untere Hautschicht
(c) wies 1000 ppm auf, jeweils mit 4,5 μm Größe (GE Tospearl RS-344). Der
unteren Hautschicht (c) waren auch 4000 ppm Silikonöl zugesetzt. Die
Folienstruktur wurde auf einer Seite flammenbehandelt, um ihre Benetzbarkeit
zu verbessern und die Bedruckbarkeit und Laminierungsfestigkeiten
zu optimieren.
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Die
erhaltene biaxial orientierte Folienstruktur besaß die folgenden
Eigenschaften, die unmittelbar off-live getestet wurden.
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Diese
Folienstruktur besaß gute
COF- und Heißgleiteigenschaften,
und ließ sich
auch gut maschinell bearbeiten.
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BEISPIEL 6
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Die
Folienstruktur von Beispiel 6 war mit der Struktur von Beispiel
5 identisch, von etwas geringerer Beladung mit dem nicht migrierenden
Antiblockmittel (es wurde wiederum GE Tospearl RS-344 verwendet) und
der Zugabe von 1000 ppm Siliciumdioxid-Antiblockmittel mit 4 μm Größe zu sowohl
der oberen als auch der unteren Hautschicht (a) und (c) abgesehen.
Die Folienstruktur wurde dann auf einer Seite flammenbehandelt,
um ihre Benetzbarkeit zu verbessern und die Bedruckbarkeit und Laminierungsfestigkeiten
zu optimieren.
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Die
erhaltene biaxial orientierte Folienstruktur wies die folgenden
Eigenschaften auf, die unmittelbar off-line getestet wurde:
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Die
Folienstruktur dieses Beispiels besaß gute COF- und verbesserte
Heißgleiteigenschaften.
Die maschinelle Bearbeitbarkeit stellte sich auch als sehr gut heraus.
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BEISPIEL 7 (Vergleich)
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Dieses
Beispiel verwendete ein Polyethylen hoher Dichte als die obere Hautschicht
(a), das 1600 ppm des teilchenförmigen,
vernetzten, nicht migrierenden Polymonoalkylsiloxan-Kombinationsantiblock-
und Gleitmittels (es wurde wiederum GE Tospearls RS-344 verwendet),
und ein Gemisch von Polyethylen geringer Dichte enthielt. Die Zwischenschicht
ist mit der in den Beispielen 4, 5 und 6 Beschriebenen identisch.
Das Harz der unteren Hautschicht (c) enthielt 1600 ppm des gleichen,
nicht migrierenden Kombinationsantiblock- und Gleitmittels. Das
Gesamt-Gauge dieser Folienstruktur betrug 17,8 μm (0,7 mil), mit Zielhautdicken
von 3 Gauge für
die obere Hautschicht und 4 Gauge für die untere Hautschicht. Die
Folie wurde auf einer Seite flammenbehandelt, um ihre Benetzbarkeit
zu verbessern und die Bedruckbarkeit und Laminierungsfestigkeiten
zu optimieren.
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Die
erhaltene biaxial orientierte Folienstruktur wies die folgenden
Eigenschaften auf, die unmittelbar off-live getestet wurden:
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Diese
Folie besaß gute
COF-Eigenschaften auf der behandelten Seite und eine maschinelle
Bearbeitbarkeit am Grenzwert.
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Die
nachfolgende Tabelle fasst die Eigenschaften jedes der oben dargestellten
Beispiele zusammen:
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