CH689487A5 - Kunststoffolie mit Lichtbarriere-Eigenschaften. - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung liegt im Gebiete der Verpackungsindustrie und betrifft eine Kunststoffolie mit Lichtbarriere-Eigenschaften gemäss dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die erfindungsgemässe Kunststoffolie wird als Verpackungsmaterial oder als Lichtbarriere-Schicht eines mehrschichtigen Verpackungsmaterials verwendet. 



  Viele Verpackungsmaterialien bestehen aus Kunststoff oder enthalten Kunststoffschichten. Sie bestehen aus einer oder mehreren Schichten extrudierten Kunststoffs oder coextrudierter Kunststoffe oder sie bestehen aus einer mehr oder weniger steifen Schicht, beispielsweise aus Karton, welche steife Schicht beispielsweise auf beiden Seiten mit Kunststoff beschichtet ist. Zusätzlich können derartige Verpackungsmaterialien für spezielle Barriere-Funktionen, wie beispielsweise Gas-, Aroma oder Lichtbarrieren, weitere Schichten aufweisen. 



  Kunststoffolien, die in der Verpackungsindustrie zur Anwendung kommen, haben Dicken von ca. 20  mu m bis ca. 300  mu m und bestehen üblicherweise aus thermoplastischen Kunststoffen wie Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder aus entsprechenden Copolymeren. Derartige Materialien sind von sich aus mehr oder weniger durchsichtig. Um daraus Verpackungen für lichtempfindli che Güter, wie beispielsweise Milchprodukte herzustellen, ist es deshalb unumgänglich, entweder eine weitere Schicht in das Material einzuführen, welche weitere Schicht Licht absorbiert oder Licht reflektiert oder in den Kunststoff ein Mittel einzubringen, welches Mittel Licht daran hindert, in die Verpackung einzudringen. 



  Bekannte Schichten mit Lichtbarriere-Eigenschaften sind beispielsweise Aluminiumschichten oder Schichten aus anderen Metallen, welche gleichzeitig das Verpackungsmaterial Gas- und Aroma-dicht machen. Bekannte Kunststoffschichten mit Lichtbarriere-Eigenschaften im Bereiche des sichtbaren Spektrums enthalten als Mittel zur Absorption und/oder Reflektion des Lichts ein schwarzes Pigment, beispielsweise Russ-Schwarz, in einer derartigen Menge, dass die Transparenz (Verhältnis von auf die Folie fallender Lichtintensität zu durch die Folie durchdringender Lichtintensität) unter einem vorgegebenen Wert liegt.

   Mit Russ-Schwarz als Pigment ist es möglich, eine starke Lichtbarriere (Transparenz unter 1%) für Licht über das ganze sichtbare Spektrum zu erhalten für Folien mit Dicken bis hinunter zu 20  mu m, in denen die Pigmentkonzentration trotzdem genügend niedrig (einige Prozent) ist, um die physikalischen Eigenschaften der Folie verglichen mit einer Folie ohne Pigment nicht zu verändern. 



  Folien, die Russ-Schwarz enthalten, sind befriedigend betreffend ihren Lichtbarriere-Eigenschaften. Ihr Nachteil liegt in ihrem Aussehen, das ästhetisch schlecht zu Verpackungen für Milch, Milchprodukte oder andere Nahrungsmittel passt. Aus diesem Grunde werden die schwarzen Barriere-Folien üblicherweise beidseitig mit Filmen anderer Farbe abgedeckt. Ein weiterer Nachteil der schwarzen Folien liegt in der Herstellung. Russ-Schwarz hat auch bei sehr niedrigen Konzentrationen einen derart stark färbenden Charakter, dass es schwieriger ist, Extruder und andere Vorrichtungen davon zu reinigen,  wenn damit Russ-Schwarz enthaltende Kunststoffe verarbeitet wurden, als dies der Fall ist, wenn Kunststoffe mit anderen Pigmenten verarbeitet wurden.

   Aus diesem Grunde kann es notwendig werden, ganze Produktionslinien für die Fabrikation derartiger schwarzer Folien oder Filme zu reservieren, wodurch die Flexibilität der Produktion in nicht tolerierbarer Weise eingeschränkt werden kann. 



  Mit Pigmenten, die nicht schwarz sind, ist es kaum möglich, genügend niedrige Transparenzen über einen weiten Wellenlängenbereich zu erreichen mit genügend niedrigen Pigmentkonzentrationen, um Folien mit vorgegebenen Dicken und vorgegebenen physikalischen Eigenschaften herstellen zu können. Das heisst mit anderen Worten, eine Kunststoffolie, die ein anderes Pigment als ein schwarzes Pigment enthält und die eine genügend niedrige Transparenz aufweist, ist entweder zu dick oder hat wegen zu hoher Pigmentkonzentration unerwünschte, physikalische Eigenschaften. 



  Es ist nun die Aufgabe der Erfindung, eine Kunststoffolie mit Lichtbarriere-Eigenschaften zu schaffen, die Dicken und physikalische Eigenschaften aufweist, wie sie in der Verpackungsindustrie erwünscht sind, und die für sichtbares Licht eine genügend niedrige Transparenz aufweist, um als Lichtbarriereschicht in Verpackungsmaterialien für beispielsweise Nahrungsmittel, die gegen sichtbares Licht empfindlich sind. Mit der erfindungsgemässen Kunststoffolie sollen die oben genannten Nachteile von Folien, die Russ-Schwarz enthalten vermieden werden. 



  Diese Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemässe Kunststoffolie, wie sie in den Ansprüchen definiert ist. 



  Die erfindungsgemässe Kunststoffolie enthält zwei Pigmente mit komplementären Farben. 



  Die erfindungsgemässe Kunststoffolie enthält die Pigment-Partikel mit zwei oder mehr verschiedenen Farben, als Mischung oder getrennt in verschiedenen coextrudierten oder laminierten Schichten. Die erfindungsgemässe Kunststoffolie weist eine Transparenz auf, die genügend tief ist mit einer Partikelkonzentration, die in demselben Bereiche liegt wie die Partikelkonzentration (einige Prozent) vergleichbarer Folien, die Russ-Schwarz enthalten und die für dieselben Anwendungen hergestellt werden. 



  Die erfindungsgemässe Kunststoffolie wird mit Hilfe der folgenden Figuren detaillierter beschrieben. Die Figuren zeigen alle Transparenz-Diagramme (Transparenz in % gegen Wellenlänge in nm) und zwar für: 
 
   Fig. 1 ein blaues Pigment; 
   Fig. 2 ein gelbes Pigment; 
   Fig. 3 eine Kombination eines blauen und eines gelben Pigmentes; 
   Fig. 4 Russ-Schwarz. 
 



  Die Transparenz einer Kunststoffolie, die ein Pigment enthält, kann ausgedrückt werden durch die Lambert-Beer'sche Funktion:
 T[%] = 100  &cirf&  exp(- alpha   &cirf&  c  &cirf&  d)
 



  wobei T die Transparenz in % ist,  alpha  ein Absorptionskoeffizient, der die optischen Eigenschaften des Pigmentes beschreibt und stark von der Wellenlänge abhängig ist, c die Pigmentkonzentration im Kunststoff und d die Schichtdicke. 



  Im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes (ca. 400 nm bis ca. 750 nm) zeigen Pigmente hohe Transparenz bei Wellenlängen, die ihrer sichtbaren Farbe entsprechen und niedrige Transparenz bei Wellenlängen die der Komplementärfarbe entsprechen. Da der Absorptionskoeffizient  alpha  zwischen Wellenlängen hoher und Wellenlängen tiefer Absorption um einen Faktor bis zu 10 oder sogar mehr variieren kann, ist es offensichtlich, dass bei der Anwendung von nur einem Pigment die Pigmentkonzentration oder die Schichtdicke um denselben Faktor erhöht werden muss, wenn eine genügend tiefe Transparenz erreicht werden soll auch bei Wellenlängen mit tiefer Absorption (hohe Transparenz). 



  Dies ist nicht der Fall, wenn mehr als ein Pigment mit mehr als einer Farbe verwendet wird. Dabei werden die Pigmente derart ausgewählt, dass der Absorptionskoeffizient des einen Pigmentes hoch ist für Wellenlängen, für die der Absorptionskoeffizient des anderen Pigmentes oder anderer Pigmente tief ist. Dies bedeutet, dass die Pigmente vorzugsweise komplementäre Farben aufweisen. 



  Fig. 1 zeigt das Transparenzdiagramm (Transparenz gegen Wellenlänge) einer Kunststoffolie mit einem beispielhaften blauen Pigment, welche Kunststoffolie für Verpackungsmaterialien verwendbar ist. Die Folie zeigt eine niedrige Absorption, also hohe Transparenz für Wellenlängen zwischen ca. 400 und 550 nm (blau). Um die Transparenz in diesem Wellenlängenbereich auf einen für eine Lichtbarriere genügend tiefen Wert von unter 1% zu bringen, müssten die Pigmentkonzentration oder die Schichtdicke um einen Faktor in der Gegend von 6 erhöht werden. 



  Fig. 2 zeigt das Transparenzdiagramm für eine Kunststoffolie mit einem beispielhaften gelben Pigment, wobei die Pigmentkonzentration und die Schichtdicke etwa die gleichen sind, wie sie der Fig. 1 zugrunde liegen. Das gelbe Pigment zeigt niedrige Absorption, d.h. hohe Transparenz für Wellenlängen über 550 nm (orange-rot). Um in diesem Wellenlängenbereich eine genügend niedrige Transparenz (unter 1%) für eine Lichtbarriere zu erreichen, müsste die Pigmentkonzentration oder die Schichtdicke um einen Faktor von etwa 9 erhöht werden. 



  Fig. 3 zeigt ein Transparenzdiagramm für eine Kunststoffolie, die eine für eine Barriereschicht akzeptable Transparenz über das gesamte sichtbare Spektrum aufweist und deshalb für die Verpackung von lichtempfindlichen Gütern  anwendbar ist. Es handelt sich um eine Folie, die das blaue Pigment der Fig. 1 und das gelbe Pigment der Fig. 2 enthält, bei etwa denselben Pigmentkonzentrationen und derselben Schichtdicke. Offensichtlich kann durch die Kombination der beiden Pigmente eine gute Barriereschicht erreicht werden mit einer Erhöhung der Pigmentkonzentration um einen Faktor von nur 2 (Addition der beiden etwa gleichen Pigmentkonzentrationen) anstelle eines Faktors 6 oder sogar 9 (Fig. 1 und 2). 



  Als Vergleich zeigt Fig. 4 ein Transparenzdiagramm für eine etwa gleiche Kunststoffolie, die aber Russ-Schwarz enthält. 



  Ein weiterer Vorteil für Kunststoffolien, die andere Pigmente als Russ-Schwarz enthalten, ist ihre ästhetische Erscheinung, welche besser passt zu Verpackungsmaterialien, insbesondere zu Verpakkungsmaterialien für Nahrungsmittel. Dies bedeutet, dass es nicht mehr notwendig ist, die Lichtbarriere-Folie mit anderen Schichten abzudecken. 



  Offensichtlich ist die Methode zur Herstellung von Kunststoffolien mit Lichtbarriere-Eigenschaften aus an sich mehr oder weniger transparente Materialien durch Einführung von Pigmenten komplementärer Farbe nicht beschränkt auf Folien, sondern kann auch auf dickere Materialien übertragen werden, beispielsweise auf wärmegeformte Kunststoffartikel. Das Problem der genügend niedrigen Transparenz ist aber für höhere Dicken nicht derart relevant, da dank der erhöhten Schichtdicke die Partikelkonzentration meist auch für eine sehr niedrige Transparenz nicht ungebührlich erhöht werden muss. 

Claims (6)

1. Kunststoffolie mit Lichtbarriere-Eigenschaften für sichtbares Licht, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Pigmente mit komplementären Farben enthält.

2. Kunststoffolie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein blaues und ein gelbes Pigment enthält.

3. Kunststoffolie nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Pigmente als Pigmentmischung enthält oder dass sie aus zwei Schichten besteht, wobei jede Schicht ein Pigment enthält.

4. Kunststoffolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Dicke im Bereiche von 20 mu m und 300 mu m hat und dass sie eine Lichtbarriere für sichtbares Licht mit einer Transparenz von weniger als 1% darstellt.

5. Kunststoffolie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder einem Copolymer besteht.

6.

Verwendung der Kunststoffolie nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Verpackungsmaterial oder als Lichtbarriere-Schicht in einem mehrschichtigen Verpackungsmaterial.