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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Technik der Verpackung unter Verwendung von Mehrschichtfolien
und insbesondere eine neue Verbundmehrschichtfolie zur Bereitstellung
von hermetischen Versiegelungen bei Mehrschichtfolienverpackungen.
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Die Verpackungstechnologie hat in
den Jahren die Entwicklung vieler Teilbereiche erfordert. Derzeitig
intergrieren Verpackungstechnologien Elemente der Ingenieurtechnik,
Chemie, Lebensmittelwissenschaft, Metallurgie und andere Techniken,
um dem Verbraucher frische, gesunde Lebensmittelprodukte zu liefern.
In denjenigen Fällen,
in denen Verpackungen aus einer Mehrschichtfolie hergestellt sind,
ist es wünschenswert,
eine hermetische Versiegelung liefern zu können, d. h. eine Versiegelung,
die keinen Durchtritt von Gas wie beispielsweise Luft erlaubt.
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In den letzten Jahren sind auf dem
Markt überwiegend
Behälter
zu finden, die aus flexiblen Mehrschichtverpackungsfolien wie Beuteln
und Taschen hergestellt sind. Um eine kontinuierliche flexible Mehrschichtfolie
zu verwenden, benutzt die Industrie im Allgemeinen Bildung/Füllung/Versiegelung-Verpackungstechniken.
Der Typ der verpackten Produkts diktiert, ob die Technik eine horizontale
Bildung/Füllung/Versiegelung-Verpackung
(HFFS) oder eine senkrechte Bildungs/Füllungs/Versiegelungs-Verpackung (VFFS)
einbezieht oder ob nicht.
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Für
den Verpackungstechniker ist es wichtig, in der Lage zu sein, eine
Mehrschichtfolie mit optimalen Sperreigenschaften für die Lagerung
von Lebensmittelgegenständen
auszuwählen,
und sicher zu sein, eine hochqualitative Versiegelung unter Verwendung
von Hochgeschwindigkeitsverpackungsvorrichtungen zu liefern. Es
ist beispielsweise bekannt, dass stereoreguläres Polypropylen, d. h. orientiertes
Polypropylen, bei der Herstellung von Verpackungen aus flexiblen
Folien recht brauchbar ist. Bei Verwendung von orientiertem Polypropylen
als Kernschicht werden zusätzliche
Schichten durch Beschichtungen, Koextrusionen, Lami nierungen und Kombinationen
derselben zugefügt,
um die Sperreigenschaften der Folie zu verbessern. In bestimmten Fällen können Folien
hergestellt werden, die Feuchtigkeit und Sauerstoff ausschließen aber
den Durchgang von Licht erlauben. In anderen Fällen ist es auch wichtig, Licht
daran zu hindern, durch die Foliensperre hindurch zu treten. Sperreigenschaften können auch
durch Behandlungen wie beispielsweise Hitze- und Flammenbehandlung,
elektrostatische Entladung, chemische Behandlung, Halogenbehandlung,
W-Lichtbehandlung und Kombinationen derselben modifiziert und/oder
verbessert werden.
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Ein Hauptaugenmerk für die Ausgestaltung von
Mehrschichtfolien für
die Verpackung liegt darin, dass sicher zu stellen ist, dass sie
auf einer Hochgeschwindigkeits-Bildung/Füllung/Versiegelung-Maschinerie
verarbeitet werden können.
Bildung/Füllung/Versiegelung-Verpackungsvorrichtungen
arbeiten, indem kontinuierliche Folien von Massenfolienrollen abgewickelt
werden, gefolgt von der Bildung von Taschen daraus, Füllung der
Taschen und schließlich
Versiegelung der geschlossenen Taschen. Die Folie muss daher ausreichend
Flexibilität aufweisen,
um ein maschinelles Falten aus einer flachen Orientierung in einen
gefalteten Zustand einzugehen, und sie muß einer Versiegelungsfunktion
ausgesetzt werden, die Teil des Hochgeschwindigkeitsverpackungs-Geräts ist.
Bei der Auswahl der optimalen Mehrschichtfolie für ihre Sperreigenschaften sind das
Hochgeschwindigkeitsabrollen und -falten Hauptaugenmerk. Ein weiterer
sehr wichtiger Aspekt des Verpackungsverfahrens ist jedoch die Fähigkeit, die
Taschen nach dem Füllen
mit dem Produkt wirksam zu versiegeln.
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Horizontale und vertikale Hochgeschwindigkeits-Bildung/Füllung/Versiegelung-Geräte umfassen
Versiegelungsfunktionen in verschiedenen Stadien des Verpackungsvorgangs.
Bei einem horizontalen Bildung/Füllung/Versiegelung-Gerät werden
individuelle Taschen durch Falten der Mehrschichtfolie zur Hälfte, gefolgt
von der Lieferung senkrechter Versiegelungen entlang den Längen der
gefalteten Bahn und der Trennung der Taschen entlang der Versiegelungen,
die durch senkrechte Versiegelungen gebildet sind. (Gegebenenfalls
können
auch die Böden der
Taschen versiegelt sein). Nachdem die so gebildete Tasche gefüllt worden
ist, wird das obere Ende der Tasche versiegelt.
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Auf ähnliche weise wird bei einem
senkrechten Bildung/Füllung/Versiegelung-Gerät die kontinuierliche
Bahn um ein Rohr herum gebildet und die Bahn wird sofort miteinander
durch eine Längsversiegelungsbacke
entweder als überlappende
Versiegelung oder Flossenversiegelung (fin seal) verbunden. Überlappungsversiegelungen
und Flossenversiegelungen sind in der US-A-5 888 648 beschrieben.
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Bei einer VFFS-Konfiguration ist
eine zweite Versiegelungsfunktion vorhanden, die aus einer Kombination
von Kopf- und Bodenversiegelungssektion besteht (mit einer Beutelabschneidvorrichtung dazwischen).
Der Kopfversiegelungsteil versiegelt den Boden eines leeren Beutels,
der von dem Beutel bildenden Rohr herabhängt, während der Bodenteil den Kopf
eines gefüllten
Beutels versiegelt.
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Um eine stark sperrende Mehrschichtfolie mit
hermetischen Versiegelungen zu liefern müssen daher verschiedene Faktoren
berücksichtigt
werden. Es ist wichtig, Versiegelungsfähigkeit bei so niedriger Temperatur
wie möglich
zu liefern, um unter anderem Stereoregularität beizubehalten, die während der
Orientierung vermittelt wird, wenig oder keine Folienschrumpfung
zu liefern, Beibehaltung von Folien- und/oder chemischen Additiveigenschaften
zu liefern und äußerst konsistente
Qualitätsversiegelungseigenschaften
zu liefern. Ferner muss die Folie Oberflächeneigenschaften aufweisen,
die es ihr erlauben, leicht auf einer Hochgeschwindigkeitsmaschinerie verwendet
zu werden. Beispielsweise muss der Reibungskoeffizient derart sein,
dass sie leicht von einer großvolumigen
Folienrolle abgerollt werden kann und durch die Verpackungsmaschinerie
geführt
werden kann. Unerwünschte
Haftungs- oder Reibungseigenschaften können Beutelfehler und Unterbrechung
der Hochgeschwindigkeitsverarbeitung verursachen. Darüber hinaus
müssen
während
des Verfahrens gebildete Versiegelungen eine gute Siegelfestigkeit
aufweisen.
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Kürzlich
sind die Verpackungstechniker mit der Fähigkeit zur Lieferung von Qualitätssiegeln
befasst gewesen, die die Frische des Inhalts konservieren, während der
Verbraucher mit einem leicht zu öffnenden
und verschließbaren
Behälter
ausgestattet wird. Bis heute haben sich Neuerungen hauptsächlich mit
den Komponenten des Siegelmaterials befasst. Beispielsweise beschreibt
die US-A-3 202 528 eine orientierte Polypropylenfolie mit einer
haftenden heißsiegelbaren
Beschichtung, die ein Material aus der Gruppe bestehend aus Copolymeren
von Vinylidenchlorid und Acrylnitril, Copolymeren von Vinylchlorid
mit Vinylacetat, chlorierten Kautschuken, Nitrocellulose und Polyamid,
das unterhalb von 160°C schmilzt,
und von saurem Material enthält,
das in einer Menge von etwa 20 bis etwa 60 Gew.-% des folienbildenden
Materials bereitgestellt wird. Dieser Klebstoff ist auf die Folie
beschichtet und darauf getrocknet worden. Die US-A-4 020 228 beschreibt
eine Gelzusammensetzung, die eine heißsiegelbare Oberfläche an polyolefinischen
Materialien oder cellulosische Schichtmaterialien liefert. Die US-A-4
121 956 offenbart einen Ionomerklebstoff, der an eine äußere ionomere
Oberfläche
von Verpackungsumhüllung
zur Befestigung von Etiketten haftet.
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Die US-A-4 218 510 offenbart eine
heißsiegelbare
Mehrschichtfolie mit einer Polyesterschicht, die chemisch an der
Grenzfläche
an eine polyolefinische Schicht gebunden ist, die 250 bis 750 ppm
eines Fettsäureamids
enthält.
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Die US-A-4 292 882 offenbart eine
orientierte, heißsiegelbare,
antistatische Polypropylenfolie, die durch Aufbringung eines heißsiegelbaren
olefinischen Polymers, das 0,2 bis 10 Gew.-% eines anionischen Kohlenwasserstoffsulfonats
enthält,
auf eine Oberfläche
einer Basispolypropylenfolie aufgebracht wird. Andrews et al. beschreiben
auch, dass ein Gleitmittel zur Einfachheit der Handhabung eingeführt werden
kann.
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Die US-A-4 389 450 beschreibt eine
mehrschichtige Verpackungsfolie, in der die äußeren polymeren Schichten zusammenarbeiten,
um einen relativ konstanten differentiellen Reibungskoeffizienten zu
liefern. Dies erhöht
die Fähigkeit,
die Folie bei einer Hochgeschwindigkeitsverarbeitung zu verwenden,
und Flossensiegel und Überlappungssiegel
zu bilden.
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Die US-A-5 049 436 offenbart eine
Mehrschichtfolie, die über
einen breiten Temperaturbereich hermetisch heißsiegelbar ist. Dieses Patent
beschreibt eine heißsiegelbare
Schicht, die ein Ethylen/Propylen-Copolymer und/oder ein Ethylen/Propylen/Buten-Terpolymer
mit einem anorganischen Anitblockingmittel und einem Fettsäureamid
enthält.
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Die US-A-5 376 437 beschreibt eine
dreischichtige, heißsiegelbare
Folie mit einer Basisschicht aus biaxial orientiertem kristallinem
Polypropylen, einer Kissenschicht aus einem Olefinpolymer, das einen
niedrigen Schmelzpunkt aufweist als die Basisschicht, und eine heißsiegelbare
Schicht aus einem Olefinpolymer. Die verschiedenen Schichten dieser
Folie haben spezielle Ausmaße
an Oberflächenorientierung.
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Die U5-A-5 527 608 beschreibt eine
biaxial orientierte heißsiegelbare
Mehrschichtfolie, die ein Kernsubstrat aus einem Polyolefinhomopolymer
aufweist. Auf einer Oberfläche
des Kernsubstrats ist eine Schicht aus einem Blockcopolymer aus
Ethylen und Propylen mit einem Schmelzflussverhältnis (MFR) von 1 bis 10 vorhanden.
Auf die andere Oberfläche
des Kernsubstrats kann eine Schicht aus Polyethylen hoher Dichte
angeordnet werden, und eine heißsiegelbare
Schicht kann über
der Blockcopolymerschicht angeordnet werden. Die heißsiegelbare Schicht
kann aus einem Terpolymer aus Ethylen, Propylen und Buten-1, einem
statistischen Copolymer aus Ethylen und Propylen, einem statistischen Copolymer
aus Propylen und Buten-1 oder Mischungen derselben gebildet werden.
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Die US-A-5 888 648 beschreibt eine
mehrschichtige hermetisch siegelbare Folie. Das Hauptfoliensubstrat
kann orientiertes Polypropylen gegebenenfalls mit einer Schicht
aus Polyethylen hoher Dichte auf einer Oberfläche des Polypropylens sein. Auf
der Oberfläche
des Polypropylens, die der Schicht aus Polyethylen hoher Dichte
gegenüberliegt,
ist eine Zwischenschicht aus Polyethylenhomo-, -co- und -terpolymeren,
amorphem Nylon, Ionomeren oder Mischungen derselben vorhanden. Ein bevorzugtes
Polymer in der Zwischenschicht ist Polyethylen niederer Dichte.
Auf der äußeren Oberfläche des
Zwischenschicht ist eine Siegelschicht aus beispielsweise Polyethylenhomo-,
-co- und -terpolymeren, amorphem Nylon, Ionomeren oder Mischungen
derselben vorhanden.
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Obwohl es eine Vielfalt von hermetisch
siegelbaren Mehrschichtfolien gibt, bleibt ein Bedarf an solchen
Folien bestehen, die mit hohen Geschwindigkeiten zu Verpackungen
geformt werden können, während sie
immer noch ausreichend hermetische Versiegelungen bilden, insbesondere
in einem breiten Bereich von Siegeltemperaturen.
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Die vorliegende Erfindung liefert
verbesserte Mehrschichtfolien, die mit hohen Geschwindigkeiten zu
Verpackungen geformt werden können,
während sie
immer noch ausreichend hermetische Versiegelungen bilden, insbesondere
in einem breiten Bereich von Siegeltemperaturen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es wird eine Mehrschichtfolie zur
Bildung hermetischer Versiegelungen bei Verpackungen geliefert,
die
- (a) Schicht A aus Polypropylen-Copolymer
mit einer Schmelzflussrate größer als
1 oder linearem Polyethylen hoher Dichte mit einem Schmelzindex
größer als
1,
- (b) Schicht B aus orientiertem Polypropylen,
- (c) Schicht C aus deformierbarem statistischem Copolymer, das
unter Heißsiegelbedingungen ausreichend
deformierbar ist, wobei das deformierbare statistische Copolymer
ausgewählt
ist aus Ethylen/Propylen-Copolymer, Ethylen/Propylen/Buten-1-Terpolymer,
Propylen/Buten-Copolymer und Mischungen derselben, und
- d) Schicht D aus heißsiegelbarem
Polymer mit einem Schmelzpunkt umfasst, der gleich oder niedriger
ist als der des Polymers von Schicht C, wobei das heißsiegelbare
Polymer ausgewählt
ist aus Ethylen/Propylen-Copolymer, Ethylen/-Propylen/Buten-1-Terpolymer, Propylen/Buten-Copolymer
und Mischungen derselben,
wobei Schicht C dicker ist
als Schicht D, Schicht D mit einem Antiblockingmittel beladen ist,
das nicht-verformbare organische Polymerteilchen mit einer durchschnittlichen
Teilchengröße über 6 μm umfasst, und
wobei die Folienschichtreihenfolge A/B/C/D ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung liefert
eine Mehrschichtfolie und ein Verfahren zur Verbesserung von Mehrschichtfolien,
wobei hermetische Versiegelungen einfach und effizient gebildet
werden können
und ausgezeichnete Siegeleigenschaften erzielt werden.
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Die vorliegende Erfindung schließt eine Kernschicht
B aus orientiertem Polypropylen ein. Es ist anzumerken, dass eine
solche Polypropylenschicht B allein (ohne zusätzliche Schichten) charakteristischer
Weise eine Steifheit oder ein Modul aufweist, die/der die Fähigkeit
die Folie verhindert oder signifikant verringert, dort zusammenzusiegeln,
wo die Folie gebogen wird, um Überlappungen
oder Flossen (fins) zu bilden. In einer bevorzugten Ausführungsform
weist die geschichtete Folie gute Sperreigenschaften auf und sie
kann eine metallisierte Folienschicht enthalten. Die geschichtete
Folie kann ferner ein oder mehrere zusätzliche Schichten ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus orientiertem Polypropylen, Ethylen/Propylen-Copolymeren,
Polyethylenterephthalat, Polyamid, Polyacrylnitrilcopolymer, Polyvinylidenchlorid,
Fluorpolymeren, Ethylvinylalkohol-copolymeren und Mischungen derselben enthalten.
Andere Schichten können
Sperrharze, Verbindungsharze, metallisierte Folien, keramisch abgelagerte
Folien (z. B. SiO4), plasmachemisch dampfabgelagerte
Folien und Metall, Keramik, plasmachemischer Dampf sein.
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Die geschichtete Folie kann durch
eine Hautschicht A auf zusätzliche
Auflenbahnen laminiert sein wie beispielsweise orientiertes Polypropylen
(OPP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyamid, Polyethylen und
andere Mono- oder Mehrschichtfolien. Die Schicht A kann auch metallisiert
sein und dann durch die Metallschicht auf andere Folien laminiert
sein wie beispielsweise eine mehrschichtige biaxial orientierte Polypropylenfolie.
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Die Schichten C und D liefern eine
Siegelungsfunktion und sind an die Schicht B gebunden. Diese Schichten
schließen
eine Zwischenschicht C ein, die direkt mit Schicht B verbunden ist,
und eine Siegelschicht D ein, die mit der Zwischenschicht C verbunden
ist.
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Wie es in der US-A-5 888 648 vorgeschlagen ist,
sollte die Zwischenschicht eine ausreichende Dicke aufweisen und
ausreichende Fließeigenschaften oder
Siegelbedingungen haben, damit sie deformiert wird und allen ungefüllten Raum
zwischen den Siegelbacken während
der Versiegelung ausfüllt
bzw. damit zusammenwirkt. Der Ausdruck "ausfüllen/zusammenwirken" bedeutet, leicht
und inelastisch dazu gezwungen zu werden, alle leeren Räume zu besetzen,
die zwischen Siegelbacken zurückbleiben,
während
die Siegelbacken in geschlossener oder Siegelposition sind. Polyethylen
oder Polypropylen-co- und -terpolymere sind zur Verwendung in der
Zwischenschicht C mit einbezogen. Das Material der Zwischenschicht
C sollte unter Hitze und Druck, die durch die Backen einer kommerziellen
Siegelvorrichtung einwirken, fließen, um alle Räume zwischen
den Backen zu auszufüllen.
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Die Siegelschicht D kann eine Komponente enthalten,
die unter Siegelhitze- und -druckbedingungen leicht eine Versiegelung
bildet. Solche Komponenten schließen Polyethylen oder Polypropylen,
Co- und Terpolymere und Mischungen derselben ein.
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Die Siegelschicht D ist mit einem
Antiblockingmittel beladen, das nicht-verformbare organische Polymerteilchen
mit einer durchschnittlichen Teilchengröße größer als 6 μm umfasst. Das nicht-verformbare
organische Polymer des Antiblockingmittels kann ein Copolymer aus
Methylmethacrylat und Propylidentrimethacrylat sein. Die Teilchengröße dieses
nicht-verformbaren organischen Polymers kann 6 μm bis 15 μm, vorzugsweise 8 μm bis 12 μm, insbesondere
10 μm betragen.
Ein besonderes Beispiel eines solchen nicht-verformbaren organischen
Polymers ist Epostar 1010, das von Nippon Shokubai verkauft wird
und aus kugelförmigen vernetzten
Copolymeren aus Methylmethacrylat und Propylidentrimethacrylat mit
einer Teilchengröße (d. h.
durchschnittlicher Durchmesser) von 7 bis 11 μm besteht.
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Mit dem Ausdruck "nicht-verformbar" ist gemeint, dass die Teilchen im Wesentlichen
ihre Form (insbesondere kugelförmige
oder im Wesentlichen kugelförmige)
während
des Folienbildungsverfahrens, einschließlich Extrudierung und Streckung
behalten. Bevorzugte organische polymere Teilchen schließen daher
diejenigen ein, die im Wesentlichen unter den filmbildenden Bedingungen
nicht-schmelzbar sind. Beispiele solcher organischen polymeren Teilchen
schließen
vernetzte Polymere wie beispielsweise vernetzte acrylische Polymere
ein. Solche vernetzten acrylischen Polymeren können nicht-acrylische Comonomere
wie beispielsweise Styrol enthalten. Beispiele von Antiblockingmitteln,
die aus vernetzten Polymeren gebildet sind, sind in der US-A-5 639 537 beschrieben.
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Die Beladung der nicht-verformbaren
organischen Teilchen in der Siegelschicht D kann von 1000 ppm bis
20 000 ppm, vorzugsweise 3000 ppm bis 15 000 ppm, insbesondere 5000
ppm bis 10000 ppm betragen.
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Das Antiblockingmittel von Schicht
D kann ferner anorganische Teilchen wie beispielsweise feste Oxide
mit einer durchschnittlichen Teilchengröße größer als 2 μm umfassen. Diese anorganischen
Teilchen der Siegelschicht D können
aus Siliciumdioxid (SiO2), Metallcarbonaten
(einschließlich
Alkalimetallcarbonaten, wie beispielsweise Calciumcarbonat), Metallsilikaten
(einschließlich
Alkalimetallsilikaten, wie beispielsweise Magnesiumsilikat, und
anderen Metallsilikaten wie beispielsweise Aluminiumsilikat), Metallphosphaten
(einschließlich
Alkalimetallphosphaten, wie beispielsweise Calciumphosphat), Tonen,
Talk, Diatomeenerde, Glas und dergleichen bestehen.
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Beispiele von anorganischen Antiblocking-Materialien
schließen
die Syloide ein, die von W. R. Grace Davison Division erhältlich sind,
synthetische amorphe Silikagele mit einer Zusammensetzung von 99,
7% SiO2 und einer Teilchengröße von 2 bis
4 μm, insbesondere
Syloid 244 mit einer Teilchengröße von 2,0 μm.
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Außerdem sind Super Floss von
World Minerals, eine Diatomeenerde mit der Zusammensetzung SiO2 92%, Al2O3 44%, Fe2O3 1,2%, mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 5,5 μm, und synthetisch
ausgefällte
Silikate wie beispielsweise Sipernat 44, das von Degussa Corporation,
Akron, Ohio, erhältlich
ist, mit einer Zusammensetzung von SiO2 42%
, Al2O3 36% , Na2O 22% , und mit einer durchschnittlichen
Teilchengröße von 3,5 μm, ebenfalls brauchbar.
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Die Teilchengröße der gegebenenfalls vorhandenen
organischen Teilchen des Antiblockingmittels kann 1 μm bis 15 μm, vorzugsweise
2 μm bis
8 μm, insbesondere
4 μm sein.
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Die Beladung der anorganischen Teilchen
in der Siegelschicht D kann von 600 ppm bis 5000 ppm, vorzugsweise
1000 ppm bis 3000 ppm, insbesondere 1500 ppm bis 2500 ppm betragen.
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Das Polypropylen der Schicht B kann
das Homopolymer Fina 3371 sein, das von Fina Oil Company verkauft
wird. Das Polypropylen von Schicht B kann ein Homopolymer oder ein
Copolymer sein. Propylenhomopolymere für Schicht B schließen isotaktisches
Polypropylen, vorzugsweise 80 bis 100% isotaktisches Polypropylen,
am meisten bevorzugt 95% isotaktisches Polypropylen ein. Die Propylenhomopolymere
weisen vorzugsweise einen Schmelzfluss (gemessen gemäß dem Standardverfahren ASTM
D1238) im Bereich von 1,2 bis 10 g/10 Minuten auf, am meisten bevorzugt
2,5 bis 6 g/10 Minuten. Besondere Propylen-Copolymere schließen (98–93)/(2–7) Propylen/Ethylen-Copolymere
ein.
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Das lineare Polyethylen hoher Dichte
kann eine Dichte größer als
0,94 g/cm3 aufweisen, z. B. 0,941 bis 0,965
g/cm3. Es ist weit verbreitet bekannt, dass
die Dichte von Polyethylen durch Copolymerisierung von Ethylen mit
anderen Olefinen abnimmt, insbesondere denjenigen mit 4 oder mehr
Kohlenstoffatomen. Es ist daher klar, dass bevorzugte lineare Polyethylene
hoher Dichte frei oder im Wesentlichen frei von anderen Comonomeren
sind. Es ist auch weit verbreitet bekannt, dass lineare Polyethylene
hoher Dichte mit einer Vielzahl von Katalysatoren vom Koordinationstyp
hergestellt werden können.
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Wie in der US-A-5 929 128 beschrieben
ist, ist lineares Polyethylen hoher Dichte im Wesentlichen frei
von langkettiger Verzweigung.
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Das Polypropylen-Copolymer von Schicht
A kann ein Copolymer aus Propylen mit einem oder mehreren Olefinen
wie beispielsweise Ethylen und C4- bis C10-α-Olefinen
sein. Solche Polypropylencopolymere können mindestens 80 Mol% Propylen
enthalten.
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Die Dicke von Schicht C kann 3 μm bis 15 μm, vorzugsweise
5 μm bis
12 μm, insbesondere
7 μm bis
10 μm betragen.
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Die Dicke von Schicht D kann weniger
als 4 μm,
vorzugsweise 1 μm
bis 4 μm,
insbesondere 1 μm bis
2 μm betragen.
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Die Dicke von Schicht B kann 8 μm bis 25 μm, vorzugsweise
10 μm bis
20 μm, insbesondere
11 μm bis
17 μm betragen.
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Die Dicke von Schicht A kann 0,5 μm bis 5 μm, vorzugsweise
1 μm bis
2 μm, insbesondere
0,5 μm bis
1 μm betragen.
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Die Mehrschichtfolie, die die Schichten
A, B, C und D umfasst, kann uniaxial oder biaxial orientiert sein.
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Die Schichten C und D können eine
Dicke von 15% bis 70 der Gesamtdicke der Schichten A, B, C und D
aufweisen, beispielsweise 20% bis 60% dieser Gesamtdicke.
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Die Dicke der Zwischenschicht C kann
10% bis 90% der Gesamtdicke der Schichten C und D betragen, beispielsweise
40 bis 80% dieser Gesamtdicke.
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Die vorliegende Erfindung liefert
eine Mehrschichtfolie, die hermetisch siegelbar ist und ein Verfahren
zur Verbesserung der Siegeleigenschaften von Mehrschichtfolien,
die in Hochgeschwindigkeitsverpackungsmaschinen hermetisch siegelbar
sind. Um eine hermetische Versiegelung bei Verpackungen, die aus
Mehrschichtfolien gebildet sind, zu liefern, muss dafür gesorgt
werden, dass ein Siegelmedium bereitgestellt wird, das sich an die
Natur der Sperrfolie, die für
die Verpackung verwendet wird, d. h. ihr Modul oder ihre Steifheit,
ihre Dicke, ihre Abneigung gegenüber
Temperatur und Druck, die unter Siegelbedingungen einwirken, usw.
anpasst. "Hermetische
Siegel" bedeuten,
so wie hierin verwendet, sowohl schälbare als auch nicht-schälbare Versiegelungen,
die hermetische Sperreigenschaften liefern, d. h. kein Durchtreten
von Gas erlauben.
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Wie es in der US-A-5 888 648 beschrieben ist,
können
zwei separate Schichten verwendet werden, um eine Siegelfunktion
zu liefern. Jede Schicht ist hauptsächlich so ausgelegt, dass sie
eine der benötigten
Siegelfunktionen erfüllt,
und bestimmte Fehler in hermetischen Siegeln, die normalerweise
mit der Hochgeschwindigkeitsfolienverpackung verbunden sind, können vermieden
werden. Eine "Zwischenschicht" erfüllt speziell
in erster Linie das Erfordernis der "Ausfüllung" (compliance) des
Volumens zwischen den Oberflächen
der Siegelbacken eines Hochgeschwindigkeitsverpackungs-Geräts während der
Siegelfunktion. Die "Siegelschicht" erfüllt andererseits
in erster Linie das Erfordernis der Bereitstellung einer Hochleistungshaftung
unter Siegelbedingungen. Wenn man daran denkt, dass Siegelbedingungen
sowohl hohe Temperatur als auch hohen Druck umfassen, die auf die
Siegelschicht einwirken, wird sowohl die Zwischenschicht als auch
die Siegelschicht an beiden der Siegelfunktionen teilhaben, d. h.
Ausfüllung
und Haftung. Die Hauptfunktion der Zwischenschicht ist jedoch die
Bereitstellung der Ausfüllung,
während
die Hauptverantwortung der Siegelschicht darin besteht, Haftung
zu liefern. Die Zusammensetzung der Zwischenschicht ist daher üblicherweise
von der Zusammensetzung der Siegelschicht verschieden.
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Da die Hauptfunktion der Zwischenschicht die
Ausfüllung
zwischen den Siegelbacken ist, sollte die Zwischenschicht zwei Attribute
aufweisen, um ihre Funktion zu erfüllen, ausreichende Dicke und eine
Fließeigenschaft,
um mit den Räumen
zwischen den Backen übereinzustimmen.
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"Ausfüllung" bedeutet im Zusammenhang mit
der vorliegenden Offenbarung, die Fähigkeit leicht und nicht-elastisch
deformiert zu werden, um den gesamten Raum zwischen den Siegeloberflächen der
Siegelbacken zu füllen
und sich daran anzupassen. Die Siegelbacken können bei einer Temperatur von
120°C bis
190°C arbeiten
und sie werden normalerweise mit einem Druck von 120 psi bis 180 psi
(0,83 MPa bis 1,24 MPa) auf ein Folienverpackungsmaterial einwirken.
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Die Siegelbacken sind in der US-A-5
888 648 veranschaulicht und beschrieben. Siegelbacken können flach
sein oder sie sind in vielen Fällen
mit Zähnen
versehen. Eine komplementäre
Backe wird in Verbindung mit einer Siegelbacke verwendet, so dass
die Zähne
der Siegelbacke mit den Tälern
der komplementären
Backe übereinstimmen.
Die Oberflächen
der Backen schließen
in siegelnder Position auf zwei Mehrschichtfolien, wodurch die Folien
dazwischen aneinander klammern. Um eine hermetische Versiegelung
zu bilden, muss das Volumen zwischen den Oberflächen während der Versiegelung vollständig gefüllt sein.
Dies sind die normalen Siegelbedingungen, unter denen die Zwischenschicht zum
Ausfüllen/zur
Fügsamkeit
fähig sein
muss.
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Die Zwischenschicht sollte ausreichend
Material aufweisen, um eine Ausfüllung
ohne Hinterlassen von Hohlräumen
zu zeigen. Die Dicke der Zwischenschicht sollte daher so sein, dass
ein Kontinuum aus Material über
dem gesamten Raum zwischen den Oberflächen der Siegelbacken geliefert
wird. Die Fließeigenschaft
der Zwischenschicht sollte so sein, dass die Gegenwart der Temperatur-
und des Druckes, die während
der Versiegelung ausgeübt
werden, das Material seine Viskosität beibehält und leicht deformiert, aber
eine nicht-unterbrochene Masse über
den Raum zwischen den Siegeloberflächen aufrechterhält.
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Statistische Copolymere aus Ethylen
und Propylen oder ein statistisches Terpolymer aus Ethylen/Propylen/Buten
(EPB) haben sich als ausgezeichnete Komponenten für die Zwischenschicht
C erwiesen. Diese Komponenten sind billig und weisen die richtigen
Ausfüllungsanforderungen
für die
Zwischenschicht C auf. Diese Komponenten können allein oder in Kombination
mit anderen Komponenten verwendet werden, wie beispielsweise linearem
Polyethylen niederer Dichte.
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Die Siegelschicht D hat wiederum
die Hauptaufgabe Klebrigkeit zu liefern. Die Komponente der Siegelschicht
D sollten daher anhand ihrer Fähigkeit ausgewählt werden,
eine gute Haftsiegelfestigkeit zu liefern, d. h. ausreichende Zugfestigkeit
der Versiegelung. Insoweit als die Hauptfunktion der Siegelschicht
diejenige der Haftung ist, ist die Dicke der Siegelschicht D kleiner
als die Dicke der Zwischenschicht C. Es ist gefunden worden, dass
statistische Ethylen/Propylen-Copolymere, statistische Ethylen/Propylen/Buten-Terpolymere
und Propylen/Buten-Copolymere ausgezeichnet für die Verwendung als Hauptkomponente
in der Siegelschicht D sind. Die Siegelschicht D ist mit organischen
und gegebenenfalls anorganischen Antiblockingmitteln beladen, um
die maschinelle Verarbeitbarkeit der Folie zu erleichtern.
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BEISPIEL 1
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Es wird eine laminierte Folienstruktur
aus einer vierschichtigen, koextrudierten, biaxial orientierten
Folie mit Schichten A, B, C und D hergestellt. Die Schicht A der
Vierschichtfolie wird mit Klebstoff auf ein biaxial orientiertes
Polypropylenfolienprodukt (Mobil 80 MB400) laminiert. Die Vierschichtfolie
hat die Struktur A/B/C/D, wobei die Hautschicht A der Folie 0,8 μm dickes
HDPE ist, die Kernschicht B der Folie 11 μm dickes Polypropylen ist, die
Zwischenschicht C der Folie 9 μm
dick ist und aus Ethylen/Propylen-Buten-1-Terpolymer mit einem DSC-Schmelzpunkt
bei 131°C
ist und die siegelbare Hautschicht D der Folie 1 μm dick ist
und aus Ethylen/Propylen/Buten-Terpolymer mit einem DSC-Schmelzpunkt
bei 126°C
ist, das mit 2400 ppm SiO2 (4 μm Größe) und 6000
ppm Epostar 1010, das von Nippon Shokubai Co., Ltd. erhältlich ist
und ein vernetztes Copolymer aus Methylmethacrylat und Propylidentrimethacrylat mit
einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 μm ist, beladen ist.
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Die laminierte Folie wird unter Verwendung einer
senkrechten Bildung/Füllung/Versiegelung-Maschine
Fuji FW 7700 bei einer Geschwindigkeit von 55 Packungen pro Minute
bewertet. Leere Beutel mit der Größe 5'' × 7½'' (12,7 cm × 19,05 cm), die mit Luft gefüllt sind,
werden bei den spezifizierten Temperaturen für das Flossensiegel (fin seal)
am Rücken
des Beutels und eines Crimpsiegels an den beiden Enden des Beutels
gesiegelt. Die Beutel werden unter Wasservakuum von 10" Quecksilber (33,86
kPa) ge geben. Wenn keine Blasen beobachtet werden, wird die Versiegelung
als hermetisch dichte Versiegelung oder nicht-leckend angesehen.
Von den Crimpsiegel- und Flossensiegeltemperaturkombinationen werden die
Daten erzeugt, um den hermetischen Siegelbereich zu erhalten (d.
h. in diesem Temperaturbereich gibt es kein Leck). Der hermetische
Siegelbereich für die
obige laminierte Struktur wird beobachtet, wenn die Flossensiegeltemperatur
260°F bis
280°F (127°C bis 138°C) beträgt und die
Crimpsiegeltemperatur 260°C
bis 290°C
(127°C bis
143°C) beträgt.
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BEISPIEL 2
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Es wird eine laminierte Folienstruktur
aus einer vierschichtigen koextrudierten biaxial orientierten Folie
mit Schichten A, B, C und D hergestellt. Die Schicht A der Vierschichtfolie
wird mit Polyethylen an eine orientierte Polypropylenfolie (Mobil
80MB400) laminiert. Die vierschichtige koextrudierte biaxial orientierte
Folie ist die gleiche Folienstruktur wie in Beispiel 1. Das Laminat
wird durch die gleiche Verpackungsmaschine mit der gleichen Geschwindigkeit wie
in Beispiel 1 geführt.
Der hermetische Siegelbereich für
das Laminat wird beobachtet, wenn die Flossensiegeltemperatur 250°F bis 290°F (121°C bis 143°C) beträgt und die
Crimpsiegeltemperatur 260°F bis
290°F (127°C bis 143°C) beträgt.
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BEISPIEL 3
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Es wird eine laminierte Folienstruktur
aus einer vierschichtigen koextrudierten biaxial orientierten Folie
mit Schichten A, B, C und D hergestellt. Die Schicht A der Vierschichtfolie
wird mit Polyethylen an eine orientierte Polypropylenfolie (Mobil
70 SPW-L) laminiert. Die vierschichtige koextrudierte biaxial orientierte
Folie ist die gleiche Struktur wie bei Beispiel 1. Das laminierte
Folie wird unter Verwendung einer senkrechten Bildung/Füllung/Versiegelung-Maschine (Hayssen
Ultimum II mit einer Geschwindigkeit von 55 Packungen pro Minute
bewertet. Leere Beutel mit der Größe von 5'' × 7½'' (12,7 cm × 19, 05 cm) , die mit Luft
gefüllt
sind, werden bei den spezifizierten Temperaturen für eine Überlappungsversiegelung am
Rücken
des Beutels und Crimpversiegelung an den beiden Enden des Beutels
versiegelt. Der hermetische Siegelbereich wird beobachtet, wenn
die Überlappungssiegeltemperaturen
260°F bis
330°F (127°C bis 165,5°C) betragen
und die Crimpsiegeltemperatur 310°C
(154°C)
beträgt
und die Überlappungssiegeltemperatur
280°F bis
330°F (138°C bis 165,5°C) liegt
und die Crimpsiegeltemperatur bei 300°F (149°C) liegt.
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BEISPIEL 4
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Es wird eine metallisierte vierschichtige
koextrudierte biaxial orientierte Folie bewertet. Die Aluminiumvakuumablagerung
wird auf die Hautschicht A der Struktur A/B/C/D aufgebracht, die
die gleiche vierschichtige koextrudierte biaxial orientierte Folienstruktur
wie in Beispiel 1 ist. Diese metallisierte Folie wird ferner mit
Tinte auf dem Kopf der Aluminiumschicht bedruckt und eine wärmebeständige Lackschicht
wird über
die Tinte beschichtet. Die fertige Schichtstruktur ist (hitzebeständiger Lack)//Tinte//(vakuummetallisiertes
Aluminium//HDPE//-Polypropylen//EPB-Terpolymer
(I)//EPB-Terpolymer (II), wobei das EPB-Terpolymer (I) 9 μm dick ist
und aus Ethylen/Propylen/Buten-1-Terpolymer mit einem DSC-Schmelzpunkt
bei 131°C
ist, und das EPB-Terpolymer II 1 μm
dick ist und aus Ethylen/Propylen/Buten-1-Terpolymer mit einem DSC-Schmelzpunkt
bei 126°C
ist, das mit 2400 ppm SiO2 (4 μm Größe) und 6000
ppm Epostar 1010, das von Nippon Shokubai Co., Ltd. erhältlich ist
und ein vernetztes Copolymer aus Methylmethacrylat und Propylidentrimeth-acrylat mit
einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 μm beladen ist. Diese überlappte,
bedruckte und metallisierte Folie wird durch eine horizontale Bildung/Füllung/VersiegelungMaschine,
Doboy bei der Geschwindigkeit von 86 Fuß/Minute (26,2 m/Minute) oder
172 Packungen pro Minute geführt.
Es werden leere mit Luft gefüllte
Beutel erzeugt. Die hermetische Siegelbereichbewertungsprozedur
ist die gleiche wie in Beispiel 1. Ein hermetischer Siegelbereich wird
beobachtet, wenn die Crimpsie geltemperatur 240°C bis 320°C (115,5°C bis 160°C) beträgt und die Flossensiegeltemperatur
auf 320°F
(160°C)
eingestellt ist.