DE19854769A1 - Lasergestippter Kunststoffdarm - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein- oder mehrschichtigen, biaxial gereckten, schrumpffähigen, polyamidbasierenden mittels Laserlicht gestippten Folienschlauch, insbesondere einen als künstliche Wursthülle verwendbaren Kunststoffdarm.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen ein- oder mehrschichtigen, biaxial gereck
ten, schrumpffähigen, polyamidbasierenden mittels Laserlicht gestippten Folien
schlauch, insbesondere einen als künstliche Wursthülle verwendbaren Kunststoff
darm.
Die Entwicklung im Bereich künstlicher Wursthüllen ist gekennzeichnet durch das
Bestreben Produkte bereitzustellen, die den veränderten Anforderungen der fleisch
verarbeitenden Industrie im Hinblick auf Ökonomie und Ökologie gerecht werden.
Bei der industriellen Brüh- und Kochwurstherstellung hat sich biaxial gereckter
Kunststoffdarm auf der Basis von Polyvinylidenchlorid-Copolymeren (PVDC) und
Polyamid (PA) in vielerlei Hinsicht seit Jahren bewährt. Während die Marktverbrei
tung von polyamidbasierendem Darm weiter steigt, ist bei halogenhaltigem PVDC-
Darm eine eher abnehmende Tendenz zu beobachten. Die sehr guten Barriereeigen
schaften der PVDC-Hülle können die bekannten Nachteile, wie hohe Materialkosten,
geringe Thermostabilität bei der thermoplastischen Verarbeitung, geringer Weiter
reißwiderstand und nicht zuletzt die abnehmende Akzeptanz aufgrund ökologischer
Bedenken nicht aufwiegen.
Bei polyamidbasierndem Darm zeichnet sich ein Trend zu mehrschichtigem coextru
dierten Darm ab, der insbesondere im Hinblick auf die erreichbaren Barrierewerte
gegen Wasserdampf, Sauerstoff und Licht Vorteile gegenüber Einschichtprodukten
bietet.
Reiner einschichtiger Polyamiddarm wurde verbessert, indem man durch die Zugabe
von Blendkomponenten zum Beispiel die Wasserdampfpermeation reduziert hat. In
der DE 28 50 181 wird eine solche einschichtige, biaxial verstreckte Hülle bestehend
aus einer Polymermischung aus aliphatischem Polyamid und einem olefinischen
Copolymer beschrieben.
In der DE 43 39 337 wird eine fünfschichtige, biaxial verstreckte Schlauchfolie zur
Verpackung und Umhüllung von Lebensmitteln beschrieben. Diese Hülle ist dadurch
gekennzeichnet, daß sie aus einer inneren und äußeren Schicht aus dem gleichen
Polyamidmaterial und einer mittleren Polyolefinschicht sowie zwei aus dem gleichen
Material bestehenden Haftvermittlerschichten aufgebaut ist.
In der EP 530 538 wird eine fiinfschichtig coextrudierte biaxial gereckte Schlauch
folie mit mindestens 3 PA-Schichten beschrieben, wobei zwischen den innen- und
außenliegenden PA-Schichten Polymerschichten mit wasserdampf und sauerstoff
sperrenden Charakter eingebunden sind.
Die bisherigen Entwicklungen wurden somit vornehmlich betrieben um eine
schrumpfbare hochfeste Hülle mit sehr guten Barnerewerten bereitzustellen.
Bei einigen Brätsorten ist aber gerade eine gewisse Durchlässigkeit des Darms erfor
derlich. Aus diesem Grunde werden ungereckte Därme aus Kunststoff nach der Her
stellung weiter konfektioniert, indem der Darm bewußt mit kleinen Löchern versehen
wird. Sind die Lochdurchmesser kleiner und die Löcher zahlreich, so bezeichnet man
diese Därme nicht mehr als gelochte, sondern als gestippte, geprickelte oder perfo
rierte Kunstdärme.
Der Stand der Technik zum Stippen von Kunstdarm wird im Buch "Wursthüllen
Kunstdarm" von G. Effenberger (2. Aufl., Bad Wörishofen 1991, Seiten 60-62)
umfassend dargestellt. Danach werden die Kunstdärme mechanisch durch Nadelwal
zen gestippt, jedoch sind auch thermische und elektrische Verfahren bekannt. Bei der
mechanischen Stippung wird der Kunstdarm durch ein Walzenpaar geführt. Die eine
Walze besteht aus einem Nadelzylinder, der auch beheizbar ausgerüstet sein kann,
während der zweite Zylinder, die Gegendruckwalze, meistens mit einer Gummi-,
Baumwollvlies- oder Filzoberfläche ausgerüstet ist. Für die beschriebenen Anwen
dungen ist es in der Regel ausreichend, wenn der Nadelabstand ca. 10 mm beträgt
und die Nadel bzw. das Loch im Kunstdarm 0,5 bis 1 mm Durchmesser hat. Dabei
muß jedoch darauf geachtet werden, daß die Stippung nicht direkt bis in die Liege
kante des flachgelegten Kunstdarmes erfolgt, da die durch die Stippung eintretende
Festigkeitsminderung sich sonst dort bemerkbar machen würde. Dieses wird vermie
den, indem man für jedes zu stippende Kaliber eine entsprechend breite Nadelwalze
verwendet und einen ausreichend bemessenen Abstand zur Liegekante läßt. In der
Regel wird bei der Stippung davon ausgegangen, daß pro Quadratzentimeter Kunst
darmoberfläche 1 bis maximal 2 Löcher vorliegen. Es sind aber auch Kunstdärme
bekannt, die eine wesentlich dichtere Lochbildung aufweisen.
Eine spezielle Ausführungsform dieses Verfahrens zur Stippung von Kunststoffdarm
nach dem Stand der Technik beschreibt EP-A-0 845 336.
Nach dem hier beschriebenen Stand der Technik ist das Stippen von gerecktem
Kunststoffdarm nicht möglich, da aufgrund des Weiterreißverhaltens gereckter
Polyamiddärme die notwendige Fülldruckfestigkeit nicht ausreichend ist.
Es bestand daher die Aufgabe einen als Kunststoffdarm verwendbaren Folien
schlauch bereitzustellen, der neben den anderen wichtigen Anforderungen, die sich
aus dem Wurstherstellverfahren ergeben, auf der einen Seite eine hohe Festigkeit und
ein gutes Schrumpfvermögen zeigt, auf der anderen Seite aber eine lokale Durch
lässigkeit aufweist, die es ermöglicht, daß zum einen Gase, wie sie beispielsweise bei
der Zwiebelmettwurstreifung entstehen, aus der Hülle austreten können, zum anderen
aber auch Gase und Flüssigkeiten von außen durch die Hülle an das Füllgut gelan
gen, zum Beispiel um das Füllgut zu räuchern oder einen Reifeprozeß bei Rohwurst
zu gewährleisten.
Gelöst wurde diese Aufgabe durch die Bereitstellung eines Folienschlauchs, insbe
sondere eines Kunststoffdarms, der biaxial gereckt, ein- oder mehrschichtig,
schrumpfbar und polyamidbasierend ist und der mittels Laserlicht gestippt worden
ist. Unter polyamidbasierend wird dabei verstanden, daß mindestens eine Schicht des
Folienschlauchs überwiegend, d. h. zu mindestens 50 Gew.-% aus Polyamid besteht,
gegebenenfalls auch in Form eines Copolymers oder eines Blends.
Die Folie kann dabei direkt zu einem Folienschlauch extrudiert werden oder zunächst
als Flachfolie hergestellt und zu einem späterem Zeitpunkt zu einem Schlauch ver
schweißt werden.
Überraschenderweise hat es sich bei den durchgeführten Prüfungen und in den
anwendungstechnischen Versuchen mit erfindungsgemäß hergestellten Mustern
gezeigt, daß es durch den Laserlichtbeschuß zu keiner Reduktion der Festigkeit des
Folienschlauchs kommt und daß von den Löchern ausgehende Einrisse, wie sie beim
Stanzen mit Nadeln bekannt sind, nicht auftreten. Darüberhinaus lassen sich auch
kleinere Lochdurchmesser als mit herkömmlicher Nadelstippung erreichbar, erzeu
gen.
Der Einsatz von Lasern im Bereich der Kunstdarmherstellung und -Konfektionierung
war bisher vornehmlich auf die Veränderung der Oberflächencharakteristiken wie
Oberflächenpolaritäten und die Messung von Geometriegrößen beschränkt.
Die Herstellung solcher erfindungsgemäßen Kunstdärme kann erfolgen, indem ein
nach üblichen Verfahren hergestellter ein- oder mehrschichtiger, biaxial gereckter,
schrumpffähiger, polyamidbasierender Folienschlauch mittels Laserlicht bestrahlt
wird. Vorzugsweise wird ein im Schlauchreckverfahren (Double-Bubble-Verfahren)
hergestellter biaxial orientierter Folienschlauch mit Laserlicht bestrahlt.
Das konventionelle Schlauchreckverfahren kann untergliedert werden in die Verfah
rensschritte:
- 1. Extrusion, Kalibrierung und Kühlung des zu reckenden Primärschlauches
- 2. Wiedererwärmung des Primärschlauches auf geeignete Recktemperatur
- 3. Biaxiales Verstrecken durch Anlegen einer Druckdifferenz zwischen Schlauchinnenvolumen und der Schlauchumgebung sowie durch die die Längsverstreckung unterstützende Längsabzugskraft
- 4. Thermofixierung der biaxial gereckten Schlauchfolie
- 5. Aufwicklung und nachfolgende Offiine-Konfektionierungsschritte (Raffen etc.)
Unter der biaxialen Verstreckung versteht der Fachmann die Quer- und Längsver
streckung des thermoplastischen Extrudates bei Temperaturen zwischen Glasüber
gangstemperatur und Schmelzetemperatur der polymeren Werkstoffe. Die biaxiale
Reckung erfolgt üblicherweise mittels einer mit einem Gas- oder Fluiddruckpolster
gefüllten Blase, die zwischen zwei mit unterschiedlich hohen Umfangsgeschwindig
keiten laufenden Walzenpaaren gas- bzw. fluiddicht eingeschlossen ist. Während das
Verhältnis der unterschiedlichen Walzenumfangsgeschwindigkeiten dem Längsreck
grad entspricht, errechnet sich der Querreckgrad aus dem Verhältnis der Schlauch
durchmesserr im gereckten Zustand zum ungereckten Primärschlauch. Das Reckver
hältnis (RV) spiegelt den Quotienten aus Querreckgrad und Längsreckgrad wieder,
der Flächenreckgrad (FR) resultiert aus dem Produkt des Längsreckgrades mit dem
Querreckgrad.
Der erfindungsgemäße biaxial verstreckte Folienschlauch wird in einem für Brüh-
und Kochwurstanwendungen typischen Durchmesserbereich (Kaliberbereich) zwi
schen 30 und 150 mm hergestellt. Die Dicke der coextrudierten Folie bewegt sich in
bevorzugten Ausführungsformen zwischen 35 und 70 Mikrometern.
Während der Verstreckung richten sich die Moleküle des im Festkörperzustand
befindlichen Folienschlauches derart aus, daß der Elastizitätmodul und die Festig
keiten sowohl in Quer- als auch in Längsrichtung in erheblichem Maße gesteigert
werden. Durch die Verstreckung und anschließende Temperaturbehandlung (Ther
mofixierung) wird zugleich der Schrumpf der Folie eingestellt.
Ausreichende Festigkeit ist dann gegeben, wenn sich die Verpackungshülle beim
Füllvorgang und während der Pasteurisation oder Sterilisation vornehmlich elastisch
verformt. Die Verpackungshülle muß dabei ihre zylindrische Form beibehalten und
darf sich nicht ausbeulen oder krümmen.
Die Behandlung des so hergestellten Folienschlauchs mit Laserlicht kann sofort im
Anschluß an die Thermofixierung inline oder als separater, sich anschließender Kon
fektionierungsschritt erfolgen.
Als geeignet für die Bearbeitung von Polyamid-Darm haben sich insbesondere CO2-
Laser erwiesen, da diese in einem Wellenlängenbereich arbeiten, bei dem Polyamid
eine geeignete Transmission aufweist. Zur Bearbeitung von Kunststoffen haben sich
für Schneideaufgaben auch Nd:YAG-Laser und Excimer-Laser bewährt. Diese
können grundsätzlich zur Herstellung der erfindungsgemäßen Folienschläuche eben
falls eingesetzt werden, sind aber aufgrund der Transmissionseigenschaften des
Polyamids weniger geeignet. Der unfokussierte Laserstrahl der Laserlichtquelle wird
in der Regel mittels einer Fokussierlinse gebündelt. Nach Justierung des vorzugs
weise flachgelegten Folienschlauchs in der Fokusebene, dem Brennpunkt des Lasers,
kann die Perforation je nach eingestellter Intensität und Abzugs- und Vor
schubgeschwindigkeit des Folienschlauchs zur Erzielung der gewünschten Loch
durchmesser durchgeführt werden. Eine mehrfache Perforierung läßt sich bei nur
einer Laserlichtquelle z. B. durch Bewegen der Lichtquelle quer zur Abzugsrichtung
des Folienschlauchs oder durch den Einsatz einer Lochplatte erreichen. Die Perfora
tion kann separat auf der Ober- und Unterseite des Darms erfolgen, indem entweder
mehrere Laserlichtquellen verwendet werden oder das Laserlicht über entsprechende
Strahlungsteiler und Spiegel gelenkt wird. Der erreichbare Bohrungsdurchmesser
liegt in Abhängigkeit der eingestellten Verfahrensparameter im allgemeinen zwi
schen 10 und 1000 µm, insbesondere zwischen 100 und 300 µm. Je nach der
gewählten Anordnung der Laser und der Anzahl der gleichzeitig vorzunehmenden
Perforationen ist die Intensität der Laser auszuwählen. Üblicherweise liegt die instal
lierte Leistung im Bereich zwischen 2 bis 2000 W, insbesondere zwischen 20 bis
200 W.
Die folgenden Beispiele und Vergleichsbeispiele sollen die Erfindung verdeutlichen.
Ermittlung des Druckdehnungsverhaltens mit Messung des Platzdruckes und Platz
kalibers.
Hierbei wird ein einseitig verschlossener Darm innenseitig z. B. über eine Wasser
säule mit Druck belastet und der sich bei steigendem Druck einstellende Durchmes
ser (Kaliber) meßtechnisch erfaßt. Der maximale Druck und das dabei sich einstel
lende Kaliber bis zum Wegreißen/Platzen der Hülle wird als Platzdruck und Platzka
liber festgehalten.
Anwendungstechnische Füllversuche mit Beurteilung der Füllmaschinengängigkeit,
Messung der Füll- und Fertigkaliber und Beurteilung des Aussehens der hergestellten
Musterwürste. Die Beurteilung wird mittels Vergabe von Schulnoten vorgenommen.
Messung des Lochbildes (mittlere Lochdurchmesser, Lochabstand) mittels mikros
kopischer Vermessung.
Die unterschiedlichen in erfindungsgemäßen Folienschläuchen und in den Ver
gleichsbeispielen eingesetzten Polymere werden wie folgt abgekürzt:
PA: Polyamid 6 z. B.: Durethan B40 F (Bayer AG)
PO-HV: Propylen-basiernder Copolymer-Haftvermittler z. B.: Bynel E 379 (DuPont)
XX: Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer z. B.: EVAL LC F 101 BZ (Kuraray)
APA: teilaromatisches Copolyamid z. B.: Selar PA 3426 (DuPont)
MB: Masterbatch auf Basis Polyamid 6 z. B.: Farbmasterbatch PA gold
PO-HV: Propylen-basiernder Copolymer-Haftvermittler z. B.: Bynel E 379 (DuPont)
XX: Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer z. B.: EVAL LC F 101 BZ (Kuraray)
APA: teilaromatisches Copolyamid z. B.: Selar PA 3426 (DuPont)
MB: Masterbatch auf Basis Polyamid 6 z. B.: Farbmasterbatch PA gold
Das Handelsprodukt Walsroder® K plus SK, ein fünfschichtiger, gereckter, polya
midbasierender Kunststoffdarm mit Nennkaliber 60 mm (Hersteller Wolff Walsrode
AG, Walsrode) wird flachgelegt schrittweise an der quer zur Vorschubrichtung des
Folienschlauchs beweglichen Laserquelle vorbeigeführt und mittels eines Synrad-
CO2-Lasers perforiert. Der Lochabstand in und parallel zur Vorschubrichtung beträgt
10 mm und der Einzellochdurchmesser beträgt im Mittel 150 µm. Der CO2-Laser
arbeitet bei einer Wellenlänge von λ = 10,6 µm und einer mittleren Leistung von
P = 50 W.
Der in Beispiel 1 verwendete Darm wird nicht gestippt.
Der in Beispiel 1 verwendete Darm wird mechanisch mittels Nadeln gestippt, so daß
der Lochabstand in und parallel zur Vorschubrichtung 10 mm und der Einzelloch
durchmesser im Mittel 500 µm beträgt.
Das Handelsprodukt Walsroder® K flex rot, ein fünfschichtiger, gereckter, poly
amidbasierender Kunststoffdarm mit Nennkaliber 45 (Hersteller Wolff Walsrode
AG, Walsrode) wird flachgelegt schrittweise an der quer zur Vorschubrichtung des
Folienschlauchs beweglichen Laserquelle vorbeigeführt und mittels eines Synrad-
CO2-Lasers perforiert. Der Lochabstand in und parallel zur Vorschubrichtung beträgt
10 mm und der Einzellochdurchmesser beträgt im Mittel 150 µm. Der CO2-Laser
arbeitet bei einer Wellenlänge von λ = 10,6 µm und einer mittleren Leistung von
P = 50 W.
Der in Beispiel 2 verwendete Darm wird mechanisch mittels Nadeln gestippt, so daß
der Lochabstand in und parallel zur Vorschubrichtung 10 mm und der Einzelloch
durchmesser im Mittel 500 µm beträgt.
Ein dreischichtiger Kunststoffdarm wurde über das Schlauchreckverfahren herge
stellt. Über eine Mehrschichtdüse wurde ein Primärschlauch extrudiert, der anschlie
ßend bei 90°C Oberflächentemperatur simultan biaxial verstreckt wurde.
Der Darm hat dann eine Flachliegebreite von 97 mm und eine Gesamtdicke von 45 µm.
Der Schichtautbau ist: (innen) PA/PO-HV/PA (außen)
Dickenprofil: (innen) 10/10/25 (außen)
Dickenprofil: (innen) 10/10/25 (außen)
Der Darm wird wie in Beispiel 1 und 2 beschrieben durch eine Lasereinheit geführt
und mittels eines CO2-Lasers perforiert. Der Lochabstand in und parallel zur Vor
schubrichtung beträgt 10 mm und der Einzellochdurchmesser beträgt im Mittel 150 µm.
Der CO2-Laser arbeitet bei einer Wellenlänge von λ = 10,6 µm und einer mittle
ren Leistung von P = 60 W.
Ein fünfschichtiger Kunststoffdarm wurde über das Schlauchreckverfahren herge
stellt. Über eine Mehrschichtdüse wurde ein Primärschlauch extrudiert, der anschlie
ßend bei 90°C Oberflächentemperatur simultan biaxial verstreckt wurde.
Der Darm hat dann eine Flachliegebreite von 97 mm und eine Gesamtdicke von 55 µm.
Der Schichtaufbau ist: (innen) PA/PA + MB + aPA/PO-HV/PA + MB +
aPA/PA (außen)
Dickenprofil: (innen) 5/20/5/20/5 (außen)
Dickenprofil: (innen) 5/20/5/20/5 (außen)
Der Darm wird durch eine Lasereinheit geführt und mittels eines CO2-Lasers perfo
riert. Der Lochabstand in und parallel zur Vorschubrichtung beträgt 10 mm und der
Einzellochdurchmesser beträgt im Mittel 150 µm. Der CO2-Laser arbeitet bei einer
Wellenlänge von λ = 10,6 µm und einer mittleren Leistung von P = 60 W.
Ein fünfschichtiger Kunststoffdarm wurde über das Schlauchreckverfahren herge
stellt. Über eine Mehrschichtdüse wurde ein Primärschlauch extrudiert, der anschlie
ßend bei 90°C Oberflächentemperatur simultan biaxial verstreckt wurde.
Der Darm hat dann eine Flachliegebreite von 97 mm und eine Gesamtdicke von 40 µm.
Der Schichtaufbau ist: (innen) PA/PO-HV/XX/PA + MB + aPA/PA (außen)
Dickenprofil: (innen) 5/5/5/20/5 (außen)
Dickenprofil: (innen) 5/5/5/20/5 (außen)
Der Darm wird wie in Beispiel 1 und 2 beschrieben durch eine Lasereinheit geführt
und mittels eines CO2-Lasers perforiert. Der Lochabstand in und parallel zur Vor
schubrichtung beträgt 10 mm und der Einzellochdurchmesser beträgt im Mittel 150 µm.
Der CO2-Laser arbeitet bei einer Wellenlänge von λ = 10,6 µm und einer mittle
ren Leistung von P = 60 W.
Die Muster aus den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden anschließend gerafft
und anhand von Druckdehnungskurven auf ihre mechanische Festigkeit und im
anwendungstechnischen Füllversuch mit Zwiebelmettwurst auf ihre Praxistauglich
keit hin überprüft. Das Ergebnis der Prüfungen ist in nachfolgender Tabelle zusam
mengestellt:
Claims (7)
1. Ein- oder mehrschichtiger, biaxial gereckter, schrumpffähiger, polyamidba
sierender, mittels Laserlicht gestippter Folienschlauch.
2. Folienschlauch gemäß Anspruch 1, wobei der Lochdurchmesser der einzelnen
gestippten Löcher zwischen 10 und 1000 µm, insbesondere zwischen 100 und
300 µm liegt.
3. Folienschlauch gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das zum Stippen verwendete
Laserlicht von einem CO2-Laser erzeugt wird.
4. Folienschlauch gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Gesamtdicke
von 30 bis 70 µm.
5. Verwendung eines Folienschlauchs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 als
Kunststoffdarm bei der Herstellung von Würsten.
6. Verfahren zur Herstellung eines Folienschlauchs gemäß einem der Ansprüche
1 bis 4, bei dem ein nach dem Schlauchreckverfahren hergestellter, biaxial
orientierter, polyamidbasierender Folienschlauch in einem separaten Konfek
tionierungsschritt oder vorzugsweise inline an mindestens einem focussierten
CO2-Laser vorbeigeführt und dabei mit Laserlicht einer ausreichenden Inten
sität behandelt wird, um den Folienschlauch zu stippen.
7. Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei der Folienschlauch flachgelegt an min
destens einem focussierten CO2-Laser vorbeigeführt wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |