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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Polypropylenfolie, die ein nicht migrierendes
Gleitmittelpaket bestehend aus einem Aluminiumsilicat-Additiv und
einem Siliconöl
und/oder einem vernetzten Harz auf Siliconpolymerbasis aufweist.
Diese Folie verfügt über einen
ausgezeichneten und stabilen Reibungskoeffizienten (COF, "coefficient of friction") und weist eine
deutliche Verbesserung in Form von stabilem Gleitvermögen, ausgezeichneter
Transparenz und ausgezeichneter Bedruckbarkeit auf.
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Hintergrund
der Erfindung
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Biaxial
gereckte Gleitfolien aus Polypropylen, die für Verpackungsanwendungen eingesetzt
werden, erfüllen
häufig
mehrere Funktionen. Sie kommen in Laminaten als Gleitfilme mit niedrigem
und stabilem COF zum Einsatz und werden als Druckfolie mit guter
optischer Klarheit, Glanz und Farbhaftung verwendet.
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Herkömmliche
Verfahren zur Herstellung funktioneller Gleitfolien basierten häufig auf
relativ hohen Anteilen an Amid-Additiven. Diese Fettsäureamide
(z.B. Erucamid, Stearamid, Behenamid), üblicherweise in Konzentrationen
von 2.000 bis 5.000 ppm, blühen
auf der Oberfläche
der Folie aus. Das Amid drückt
auf Molekülebene
gegen die Polymeroberfläche,
verringert so den Kontakt von Oberfläche zu Oberfläche und
senkt daher den COF. Der Nachteil solcher Additive liegt jedoch
in ihrem Migrationsverhalten in Polyolefinfilmen. Die Menge an ausgeblühtem Additiv
an der Oberfläche
kann je nach Umgebungsbedingungen variieren, und folglich können die
Gleiteigenschaften je nach Lagerungsbedingungen, jahreszeitbedingten Änderungen
von Feuchtigkeit und Temperatur oder unterschiedlichen geografischen
Gegebenheiten hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit starken Veränderungen
unterworfen sein. Wärmere
Lagerbedingungen verstärken
das Ausblühen
dieser Amide eher, während
der Migrationsprozess unter kühlen
Lagerbedingungen eher verlangsamt wird. Wenn zu wenig an Additiv
ausblüht,
weist die Laminatfolie gegebenenfalls einen hohen COF auf, und es kann
aufgrund starker Reibung zu Bahnrissen am Formkragen oder den Siegelbacken
der Verpackungsmaschine kommen. Wenn zu viel an Additiv ausblüht, kann
die Laminatfolie einen COF aufweisen, der zu gering für das Spannungskontrollsystem
der Maschine ist, was zu Faltenbildung oder "Flutung" der Fertigungslinie führen kann.
Aufgrund der unterschiedlichen Lagerbedingungen, kann dieselbe Gleitfolie,
die diese Amidsysteme verwendet, beide Extreme von COF-Eigenschaften
aufweisen.
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Außerdem neigt
die Folie bei der Verwendung von Fettsäureamid-Additiven dazu, trüb und weniger glänzend zu
sein. Dies ist für
Druckgrafik-Anwendungen unerwünscht.
Darüber
hinaus neigen Additivpakete vom Amidtyp aufgrund ihrer Migrationseigenschaften
dazu, auf der Druckoberfläche
des Gleitfilms auszublühen
oder in zu Rollen aufgewickelter Form von der Gleitfilmoberfläche auf
die Druckoberfläche überzutreten. Die
Gegenwart von Amiden auf der Druckoberfläche kann die Benetzbarkeit
und Haftfähigkeit
der wasserbasierten Farben beeinflussen, insbesondere bei Druckverfahrensanwendungen,
was ein Zusammenfließen
von Farbpunkten oder uneinheitliche Punktgrößen verursacht. Dies führt zu trüberen Farben
oder Bildern und zu einem beeinträchtigten Aussehen der Grafik.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Ein
Ziel dieser Erfindung ist, die zuvor erläuterten Probleme bei herkömmlichen
Gleitfolien zu lösen, indem
ein Additiv-System bereitgestellt wird, das im Wesentlichen nicht
migrierend ist. Dies ergibt eine Gleitfolie mit stabilen Gleit-
und COF-Eigenschaften.
Außerdem
verfügt
eine derartige Folie über
ausgezeichnete Bedruckbarkeit und Transparenz.
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Ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Laminatfolie auf
Polyolefinbasis, die zumindest 2 Schichten umfasst:
- a) eine erste Schicht aus Harz auf Polyolefinbasis mit einer
Oberfläche,
die durch ein Entladungsverfahren behandelt ist, das hervorragende
Bedruckbarkeit verleiht; und
- b) eine Schicht aus gemischtem Harz auf Polyolefinbasis, die
auf einer der Oberflächenbehandlung
gegenüber
liegenden Oberfläche
aus der ersten Schicht aus Harz auf Polyolefinbasis ausgebildet
ist,
worin die erste Schicht aus Harz auf Polyolefinbasis und
die Schicht aus gemischtem Harz auf Polyolefinbasis gegebenenfalls
bis zu 800 ppm Fettsäureamide
enthalten, die Stearamid oder Erucamid umfassen, und die Schicht
aus gemischtem Harz auf Polyolefinbasis ein erstes Additivmaterial,
das zumindest ein vernetztes Siliconpolymer in einer Menge von 0,1 – 0,5 Gew.-%
der Schicht aus gemischtem Harz auf Polyolefinbasis und/oder zumindest
ein Siliconöl
in einer Menge von 0,02 – 0,2
Gew.-% der Schicht aus gemischtem Harz auf Polyolefinbasis umfasst,
und ein zweites Additivmaterial in einer Menge von 0,10 – 0,50 Gew.-%
der Schicht aus gemischtem Harz auf Polyolefinbasis, das zumindest
ein amorphes Aluminiumsilicat umfasst, enthält.
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Gemäß dieser
Erfindung werden dieses Ziel und andere Vorteile mittels einer Polymerfolie
auf Propylenbasis erreicht, die aus einer Zusammensetzung besteht,
welche zumindest eine zweischichtig coextrudierte Folie umfasst,
wobei die Druckoberfläche
mittels eines Entladungsverfahrens modifiziert ist; und die Gleitoberfläche mit
einem vernetzten nicht migrierenden Polymerharz auf Siliconbasis
und/oder einem Siliconöl
und einem nicht migrierenden Silicatpulver als Additiv für gute Gleit-
und Antiblockiereigenschaften modifiziert ist. Außerdem ermöglicht diese
Erfindung, bei bestehendem Wunsch, Additive des Amid-Typs zu verwenden,
eine stark reduzierte Menge an verwendeten Amid-Additiven (weniger
als 1.000 ppm) im Vergleich zu herkömmlichen Gleitfolien-Zusammensetzungen
(üblicherweise
2.000 bis 5.000 ppm).
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die
für biaxial
gereckte Schichten verwendbaren Materialien umfassen Propylen-Homopolymere oder Copolymere
von Propylen mit anderen α-Olefinen
mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen. Bei Copolymeren beträgt die Menge
an α-Olefinen,
die der Copolymerisation unterzogen werden, weniger als 5 %, bezogen
auf das Gewicht des Copolymers als Bezugsnorm. Wenn die Copolymermenge
diesen Grad übersteigt,
wird die biaxial gereckte Schicht zu weich, was folglich zu einer
unzureichenden Nutzungsfähigkeit
der Laminatfolie führt.
Der biaxial gereckten Schicht können
verschiedene Additive zugesetzt werden (für gewöhnlich in einem Bereich von
0,01 bis 2 %, bezogen auf das Gewicht der biaxial gereckten Schicht
als Bezugsnorm). Diese umfassen u.a. verschiedene, als Additive
für Polypropylen
bekannte Additive, wie beispielsweise Stabilisatoren, Antioxidantien,
UV-Absorber, Weichmacher, Antistatikmittel, Antiblockiermittel,
organische Schmiermittel, Pigmente, Farbmittel, Keimbildner, etc.
In ähnlicher
Weise können
andere Arten von Polymeren, die für das Vermischen mit Polypropylen
geeignet sind, zugesetzt werden, beispielsweise Polyethylen, Polybuten-1,
Poly(4-methylpenten-1) etc. Diese können durch Vermischen in einer
Menge von etwa 0,1 bis 5 %, bezogen auf das Gewicht der biaxial
gereckten Schicht, zugesetzt werden.
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Die
Laminatfolie auf Polyolefinbasis verfügt über ausgezeichnete und stabile
Gleiteigenschaften, einen niedrigen und stabilen Reibungskoeffizienten,
geringe Trübung
und ausgezeichnete Bedruckbarkeit.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist die erste Schicht aus Harz auf Polyolefinbasis eine Dicke von
etwa 6 – 40 μm auf. In
einer weiteren Ausführungsform
besteht diese Schicht aus Harz auf Polyolefinbasis aus einem Harz
auf Polypropylenbasis. Die Schicht aus gemischtem Harz auf Polyolefinbasis
weist eine Dicke von etwa 0,2 – 5,0 μm auf.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist zumindest eine Komponente des ersten Additivmaterials ein vernetztes
Siliconharz mit einer mittleren Größe kugelförmiger Teilchen von 2 – 5 μm, einer
spezifischen Dichte von 1,32 bei –3,9 °C (25 °F), einer Schüttdichte
von 0,15 – 0,50
und einer Leinölabsorptionsrate
von 50 – 90 ml/100
g; und/oder ist zumindest eine Komponente des ersten Additivmaterials
ein Siliconöl
mit einer Viskosität von
300 – 400
cSt, einer spezifischen Dichte von 0,90 – 0,99 bei 25 °C (77 °F) und einem
Gehalt an flüchtigen Bestandteilen
von 0,001 – 0,005
%.
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In
einer weiteren Ausführungsform
umfasst zumindest eine Komponente der Additive ein Antiblockiermaterial,
das ein amorphes Natriumcalciumaluminiumsilicat mit einer Teilchengröße von 2 – 5 μm und einer Schüttdichte
von 0,30 – 0,80
g/cm3 oder ein amorphes Aluminiumsilicat
mit einer Teilchengröße von 2 – 5 μm und einer
Schüttdichte
von 0,10 – 0,30
g/cm3 ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist zumindest eine Komponente des zweiten Additivmaterials ein amorphes
Natriumcalciumaluminiumsilicat mit einer Teilchengröße von 2 – 5 μm und einer
Schüttdichte
von 0,30 – 0,80
g/cm3 oder ein amorphes Aluminiumsilicat
mit einer Teilchengröße von 2 – 5 μm und einer
Schüttdichte
von 0,10 – 0,30
g/cm3.
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Beispiel 1
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Zur
Herstellung der Schicht aus gemischtem Harz wurden 100 Gewichtsteile
eines kristallinen Harzes auf Propylen-Homopolymer-Basis, 0,0004
Gewichtsteile eines Siliconöls
mit einer Viskosität
von 350 cSt. und einer spezifischen Dichte von 0,97 und 0,005 Gewichtsteile
Natriumcalciumaluminiumsilicat mit einem mittleren Teilchendurchmesser
von 3 μm
gemischt, coextrudiert und biaxial gereckt, um eine Folie aus 2
Schichten zu erhalten, wobei die Schicht aus gemischtem Harz eine
Dicke von 0,5 μm
und die begleitende coextrudierte Schicht auf Propylen-Homopolymer-Basis
17,5 μm
(70 G [G = gauge] oder 0,7 Mil) aufwiesen. Die Folie wurde sodann
auf der Homoplymer-Seite (Druckoberfläche) behandelt, wobei die Seite
mit der Schicht aus gemischtem Harz (Gleitseite), wenn auch in geringerem
Ausmaß,
ebenfalls behandelt wurde, und anschließend zu einer Rolle aufgewickelt.
Der statische und dynamische COF, die Gleiteigenschaften der Heißfolie,
die Trübung, Benetzungsspannung
der Druckoberfläche
und Bedruckbarkeit wurden nach Herstellung der Folie getestet.
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Beispiel 2
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Beispiel
1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass 0,003 Gewichtsteile eines
3,0 μm großen, vernetzten
Siliconpolymers statt Siliconöl
verwendet wurden.
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Beispiel 3
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Beispiel
1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Menge des zugesetzten
Aluminiumsilicats auf 0,0025 Gewichtsteile abgeändert wurde.
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Beispiel 4
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Beispiel
2 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Menge des zugesetzten
Aluminiumsilicats auf 0,0025 Gewichtsteile abgeändert wurde.
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Beispiel 5
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Beispiel
1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Siliconölmenge auf
0,0008 Gewichtsteile erhöht
wurde.
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Beispiel 6
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Beispiel
1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass 0,003 Gewichtsteile eines
3,0 μm großen, vernetzten
Siliconpolymers zugesetzt wurden.
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Beispiel 7
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Beispiel
6 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Menge des zugesetzten
Aluminiumsilicats auf 0,0025 Gewichtsteile abgeändert wurde.
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Beispiel 8
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sBeispiel
1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die begleitende, coextrudierte
Schicht auf Propylen-Homopolymer-Basis außerdem 0,0004 Gewichtsteile
Stearamid enthielt.
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Beispiel 9
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Beispiel
8 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass das Stearamid durch Erucamid
ersetzt wurde.
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Beispiel 10
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Beispiel
8 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass die Schicht aus gemischtem
Harz außerdem 0,0006
Gewichtsteile Stearamid enthielt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Beispiel
1 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass kein Siliconöl verwendet
wurde.
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Vergleichsbeispiel 2
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Zur
Herstellung der Schicht aus gemischtem Harz wurden 100 Gewichtsteile
eines statistischen Terpolymer-Harzes auf Ethylenpropylenbutylen-Basis,
0,003 Gewichtsteile eines Fettsäureamids
auf Erucamid-Basis, 0,0004 Teile Siliconöl und 0,003 Gewichtsteile eines
vernetzten Siliconpolymers mit einem mittleren Teilchendurchmesser
von 4,5 μm
vermischt, coextrudiert und biaxial gereckt, um eine Folie aus 2
Schichten zu erhalten, wobei die Schicht aus gemischtem Harz eine
Dicke von 0,5 μm
und die begleitende, coextrudierte Schicht auf Propylen-Homopolymer-Basis
17 μm aufwiesen.
Die Gesamtdicke der ausgerichteten Folie betrug 17,5 μm (70 G oder 0,7
Mil). Die Folie wurde sodann auf der Homopolymer-Seite (Druckoberfläche) behandelt, wobei
die Seite mit der Schicht aus gemischtem Harz (Gleitseite), wenn
auch in geringerem Ausmaß,
ebenfalls behandelt wurde, und anschließend zu einer Rolle aufgewickelt.
Der statische und dynamische COF, die Gleiteigenschaften der heißen Folie,
die Trübung,
Benetzungsspannung der Druckoberfläche und Bedruckbarkeit wurden
nach Herstellung der Folie getestet.
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Vergleichsbeispiel 3
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100
Gewichtsteile eines kristallinen Propylen-Homopolymer-Harzes, 0,003
Gewichtsteile Behenamid und Oleamid als Fettsäureamide wurden mit 0,0025
Teilen amorphem Siliziumoxid für
die Schicht aus gemischtem Harz vermischt, coextrudiert und biaxial
gereckt, um eine Folie aus 2 Schichten zu erhalten, wobei die Schicht
aus gemischtem Harz eine Dicke von 0,5 μm und die begleitende, coextrudierte
Schicht auf Propylen-Homopolymer-Basis eine Dicke von 17 μm aufwiesen.
Die Gesamtdicke der ausgerichteten Folie betrug 17,5 μm (70 G oder
0,7 Mil). Die Folie wurde sodann auf der Homopolymer-Seite (Druckoberfläche) behandelt, wobei
die Seite mit der Schicht aus gemischtem Harz (Gleitseite), wenn
auch in geringerem Ausmaß,
ebenfalls behandelt wurde, und anschließend zu einer Rolle aufgewickelt.
Der statische und dynamische COF, die Gleiteigenschaften der heißen Folie,
die Trübung,
Benetzungsspannung der Druckoberfläche und Bedruckbarkeit wurden
nach Herstellung der Folie getestet.
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Die
verschiedenen in den Beispielen dargelegten Eigenschaften der Folie
wurden mittels folgender Verfahren gemessen (1" = 2,54 cm):
- A)
Die Transparenz der Folie wurde anhand der Messung der Trübung einer
einlagigen Folie, im Wesentlichen gemäß ASTM D1003, gemessen. Generell
betrug der bevorzugte Wert weniger als 3,0 % Trübung.
- B) Der Glanz der Folie wurde bei einem 60°/60°-Winkel mittels eines Glanzmessers,
der das Reflexionsvermögen
der Oberfläche
misst, gemessen.
- C) Die Benetzungsspannung der Folie wurde unter Verwendung von
Dyn-Lösungen
im Wesentlichen gemäß ASTM D2578
gemessen.
- D) Die Bedruckbarkeit wurde gemessen, indem blaue Farbe auf
eine einzelne Folie unter Verwendung eines Meyerstabs aufgezeichnet,
die Folie in einem Heißluft-Konvektionsofen
bei 60 °C
1 Minute lang getrocknet und die Menge der entfernten Farbe nach
Auftragen eines 1 Zoll breiten Klebeband 610-Streifens und dessen
Entfernen von der mit Farbe benetzten Oberfläche notiert wurde. Die Menge
der entfernten Farbe wurde qualitativ gewertet, wobei 5 für Nichtentfernen
der Farbe und 1 für
vollständige
Entfernung der Farbe steht. Im Allgemeinen betrug der bevorzugt
Wert 4–5.
- E) Das Gleitvermögen
der Folie wurde durch Messung des statischen und kinetischen COF
mehrerer Folien mittels eines Oberflächeneigenschaftsmessers im
Wesentlichen gemäß ASTM D1894
gemessen. Es wurde ein 4" × 4"-Schlitten bei Umgebungsbedingungen
verwendet. Im Allgemeinen betragen annehmbaren Werte des dynamischen
COF zwischen 0,16 und 0,45, vorzugsweise zwischen 0,25 und 0,35.
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Die
Eigenschaften der in den obigen Beispielen ("Bsp.")
und Vergleichsbeispielen ("VBsp.") dargestellten Folien
sind in Tabelle 1 angegeben.
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Tabelle
2 gibt die Gleitfähigkeit
der heißen
Folie unter Verwendung eines modifizierten Oberflächeneigenschaftsmessers
an, bei dem für
ausgewählte
Beispiele und Vergleichsbeispiele ein 1" × 1"-Schlitten statt eines
4" × 4"-Schlittens verwendet
wurde. Der COF wurde bei Umgebungsbedingungen von 40 °C, 60 °C, 80 °C und 100 °C gemessen.
Diese Bedingungen simulierten die Leistung unter starker Reibungswärme, die
auf dem Formkragen der Verpackungsmaschine auftreten kann. Für diesen
Vergleich wurden Testlaminationen ausgewählter Beispielsfolien hergestellt.
Im Allgemeinen zeigte die bevorzugte Gleitfähigkeit der heißen Folie über den
gesamten getesteten Temperaturbereich einen stabilen COF an; bei
100 °C liegt
die Gleitfähigkeit der
heißen
Folie vorzugsweise unter 1,0 COF.
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Tabelle
3 gibt die COF-Eigenschaften ausgewählter Proben an, die bei Umgebungsbedingungen
6 Monate lang in einem offenen Lagerhaus unter variierenden, jahres zeitbedingten
Veränderungen
hinsichtlich Temperatur und Feuchtigkeit gealtert waren. Die COF-Eigenschaften
wurden zwischen frisch hergestellten Folien und gealterten Folien
verglichen. Bevorzugte Leistungsfähigkeit sollte sich anhand
eines relativ stabilen COF-Werts von frischer und gealterter Folie
zeigen.
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