DE3035474C2 - Delaminierungsbeständiges, mehrschichtiges Gebilde sowie seine Verwendung zur Herstellung von Behältern - Google Patents

Delaminierungsbeständiges, mehrschichtiges Gebilde sowie seine Verwendung zur Herstellung von Behältern

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein delaminierungsbeständiges, mehrschichtiges Gebilde aus einer Sperrschicht (A) aus Polymerisaten des Vinylalkohol und aus einer auf einer oder beiden Seiten der Sperrschicht angeordneten, Polymerisate eines Olefins enthaltenden weiteren Schicht (B).
Polyolefinfolien, wie solche aus Polyäthylen und Polypropylen, stellen aufgrund ihrer niedrigen Kosten, Heißversiegelbarkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit übliche Verpackungsmaterialien dar. Jedoch sind diese Polyolefine für Gase, einschließlich Sauerstoff, ziemlich stark durchlässig, so daß sie dann, wenn sie allein verwendet werden, zum Verpacken von gegen Sauerstoff empfindlichen Nahrungsmitteln und anderen Materialien, die in Gegenwart von Sauerstoff oder anderen atmosphärischen Gasen einem Abbau unterliegen, nicht voll befriedigen.
Es ist bekannt, daß Polymerisate und Mischpolymerisate des Vinylalkohole, nachfolgend als Vinylalkoholfolien bezeichnet, hervorragenden Widerstand gegen das Durchdringen von Gasen, insbesondere von Sauerstoff, zeigen. Zu Polyvinylalkoholfolien zählen solche aus Polyvinylalkohol und aus Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisaten. Die angestrebten Eigenschaften der Vinylalkoholfolien verschlechtern sich durch die Gegenwart von Feuchtigkeit. Vinylalkoholfolien neigen auch dazu, strukturell brüchig zu werden, was insbesondere dann gilt, wenn sie in Form relativ dünner Schichten vorliegen, d. h. in einem Bereich von 2,54 x 10~3 cm oder weniger. Es ist daher versucht worden, ein Vinylalkoholgewebe zwischen zwei äußeren Geweben aus Polyolefin zu laminieren, um eine Feuchtigkeitsschranke und einen strukturellen Träger des Vinylalkoholkerns ||
zu erhalten. Ein Beispiel eines derartigen Gebildes, bei dem eine Innenschicht aus Äthylen/Vinylalkohol, ||
gemischt mit einem anderen Polymerisat und in Sandwich-Struktur zwischen zwei äußeren Schichten des Poly-
olefins angeordnet, wird in der US-PS 3882259 beschrieben. Da die Eigenschaft des im wesentlichen reinen Vinylalkoholpolymerisats, gegen Sauerstoff als Sperrschicht zu wirken, bezüglich dieser Eigenschaft Vinylalkoholmischungen überlegen ist, wird es angestrebt, eine Folie aus im wesentlichen reinem Vinylalkohol innerhalb
der Polyolefinschichten zu erhalten. Jedoch verbinden sich im wesentlichen reines Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisat und Polyvinylalkohol nicht gut mit polymeren Filmen, insbesondere mit Polyolefinfilmen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben bezeichnete mehrschichtige Gebilde so zu verbessern,
daß die Haftung zwischen der Sperrschicht (A) und der weiteren Schicht (B) verstärkt ist, so daß die Delaminierungsbeständigkeit zufriedenstellend ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die weitere(n) Schicht(en) (B) aus einer Mischung aus Polymerisaten oder Mischpolymerisaten eines Olefins und aus einem Pfropfmischpolymerisat aus Polyäthylen und einem ungesättigten ringverschmolzenen Carbonsäureanhydrid besteht.
Die Erfindung schafft demzufolge ein Foliengebilde, in dem eine im wesentlichen reine Polyvinylalkohol- oder Äthylen-Vinylaikohol-Schicht mit einer oder mehreren Polyolefinschichten unter geeigneter Adhäsion |
verbunden ist, um eine Delaminierung zu verhindern. Dabei wird es bevorzugt, wenn eine weitere Schicht (Q |
aus Nylon, einem Mischpolymerisat aus Äthylen und Vinylacetat, Polyäthylen, Polypropylen, einem Mischpoly- y
merisat aus Äthylen und Acrylsäure oder einem Ionomer auf der (den) Schicht(en) (B) angeordnet ist. Eine vor- ;.
teilhafte Materialauswahl ist dadurch gegeben, daß die Sperrschicht (A) aus einem Mischpolymerisat aus Äthylen und Vinylalkohol oder aus Polyvinylalkohol besteht. Gute Eigenschaften des mehrschichtigen Gebildes ■
kann man auch dadurch erzielen, daß das Polymerisat des Olefins in Form von Polyäthylen oder in Form des :
Mischpolymerisats aus Äthylen und Vinylacetat vorliegt. Die erfindungsgemäßen mehrschichtigen Gebilde werden vorteilhafterweise zur Herstellung von Behältern verwendet.
Das erfindungsgemal.ie mehrschichtige Gebilde umfaßt zunächst eine Sperrschicht ( ·)) aus einem im wesentlichen reinen Polyvinylpolymerisat, wie Polyvinylalkohol (PVOH), oder ein Mischpolymerisat des Vinylalkohols, wie ein Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisat (EVOlI), die an mindestens einer weiteren Schicht (B) eines chemisch modifizierten Polyolefins haftet, wobei sich eine überraschend starke Haftung der Sperrschicht (A) einstellt. Das mehrschichtige Gebilde kann durch !Coextrusion hergestellt werden. Da die Sperrschicht aus dem oben erwähnten Material hergestellt wird, kann das gesamte mehrschichtige Gebilde sehr dünn ausgestal-
tet werden, wobei dennoch starke Undurchlässigkeit fur Sauerstoff verbleibt. Die Sperrschicht (A) und die weitere Schicht (5) können mit weiteren Schichten anderer Polymerisate koextrudiert werden, um ein mehrschichtiges Gebilde vielfältiger Eigenschaften zu erhalten. Dabei stellt sich ausreichende Haftung zwischen den einzelnen Schichten ein, um der Delaminierung zu widerstehen.
Die modifizierten Polyolefine der Schicht bzw. Schichten (B), die eine geeignete Haftung an der Sperrschicht (A) zeigen, stellen Mischungen aus den Polymerisaten oder Mischpolymerisaten eines Olefins und eines Pfropfmischpolymerisats aus Polyäthylen (z.B. mit hoher Dichte) mit einem darauf aufgepfropften ungesättigten, ringverschmolzenen Carbonsäureanhydrid dar. Der Polyolefinbestandteil der Mischung kann Polyäthylen oder ein Äthylen-Mischpolymerisat, wie ein Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat, darstellen. Derartige modifizierte Polyolefine zeigen eine bemerkenswerte Fähigkeit, an Vinylalkohol-Materialien zu haften, insbesondere an Äthylen-Vinylalkohol-Materialien, wenn sie. damit koextrudiert werden.
Die Sperrschicht (A) für atmosphärisches Gas besteht vorzugsweise aus einem Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisat, das ohne weiteres mit den Schichten (B) des modifizierten Polyolefins und mit zusätzlichen Schichten extrudierbar ist. Ein trockenes Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisat ist sehr viel weniger für Sauerstoff durchlässig als z.B. handelsübliches Vinylidenchlorid von Extrusionsqualität. Handelsübliches Polyvinylidenchlorid war in dem technischen Bereich der Sacerstoff-Sperrschichtmaterialien für mehrschichtige Gebilde vorherrschend. Die niedrige Durchlässigkeit des Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisats (EVOH) für Sauerstoff erlaubt eine sehr dünne Schichtausbildung. Der Polyvinylalkohol zeigt dabei überlegene Sperrschichteigenschaften, ist jedoch weniger leicht zu extrudieren. Polyvinylalkohol ist für mehrschichtige Gebilde besser geeignet, in denen ein Polyvinylalkohol-Innengewebe extrusionsbeschichtet oder sonstwie mit den anhaftenden Schichten (B) des modifizierten Polyolefins in Schichtform ausgebildet wird.
Nach einem bevorzugten Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Gebildes werden Harze des modifizierten Polyolefins und des Materials der Sperrschicht geschmolzen und als geschmolzene Folie koextrudiert. Zusätzliche Schichten des Polymerisatmaterials können in ähnlicher Weise über die Schichten (B) des modifizierten Polyolefins koextrudiert werden. Des weiteren kann auch die Blasfolien-Koextrusions- und (Wasser^Flachspritz-Koextrusionstechnik angewandt werden. Alle diese Koextrusionsverfahren führen zu einem mehrschichtigen Gebilde mit hervorragender Haftung zwischen den einzelnen Schichten und hoher Beständigkeit gegen das Durchdringen .von Gas und Feuchtigkeit. Ein Heißversiegeln der äußeren Schichten des modifizierten Polyolefins ist ohne weiteres durchführbar. Demzufolge eignet sich ein derartiges mehrschichtiges Gebilde sehr gut zum Verpacken von Nahrungsmitteln wie auch vielen Nichtnahrungsmitteln, die eine Verpackung erfordern, die für Feuchtigkeit und Sauerstoff nicht durchlässig ist.
In der Praxis hat es auch gezeigt, daß fur das erfindungsgemäße mehrschichtige Gebilde keine die Haftung zwischen den Schichten verbessernden Materialien heranzuziehen sind. Hierbei wird es sogar bevorzugt, daß sie aus der Sperrschicht (A) ausgeschlossen sind, da das Einbringen derartiger Fremdmaterialien die Eigenschaften der Sperrschicht sogar beeinträchtigen, den Sauerstoffdurchtritt zu verhindern. Im Ergebnis kann daher die Sperrschicht ziemlich dünn, d. h. in dem Bereich von 0,254 X 10"3 cm oder weniger, ausgebildet werden, während sie dennoch eine angemessene Eignung als Sauerstoffsperrschicht aufweist.
Zur Extrusion geeignete Vinylalkoholpolymerisate und -Mischpolymerisate sind im Handel erhältlich. So enthält ein handelsübliches Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisat 32 bit, 36% Äthylen und weist ein Molekulargewicht von 29500 sowie einen Schmelzpunkt von 18O0C auf. Es stehen jedoch im Handel weitere geeignete Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisate zur Verfügung. So weist ein weiteres geeignetes Mischpolymerisat etwa 29% Äthylen, ein Molekulargewicht von 22000 und einen Schmelzpunkt von 185°C auf. Ein weiteres Mischpolymerisat enthält etwa 40% Äthylen und weist ein Molekulargewicht von 26 000 und einen Schmelzpunkt von 163,9°C auf. Die nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen mehrschichtigen Gebilde wurden anhand obiger im Handel erhältlicher Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisate hergestellt.
Die modifizierten Polyolefine der Schicht(en) (B) können Mischungen des Polyolefins und eines Pfropfmischpolymerisats aus Polyäthylen hoher Dichte (HDPE) mit einem ungesättigten, ringverschmolzenen Carbonsäureanhydrid darstellen. Der Polyolefinbestandteil der Mischung kann eine Anzahl von Polymerisaten umfassen, wie Polyäthylen hoher, mittlerer und niedriger Dichte (HDPE, MDPE bzw. LDPE), sowie Polyolefin-Mischpolymerisate, wie ein Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat (EVA) und ein Äthylen-Acrylsäure-Mischpolymerisat (EAA). Modifizierte Polyolefinmischungen werden in den US-PSen 40 87 587 und 40 87 588 beschrieben. Im Handel sind auch modifizierte Polyolefine erhältlich, die Mischungen des erwähnten Pfropfmischpolymerisats mit verschiedenen Polyolefinen darstellen. Hierzu zählt ein Produkt in Form einer Mischung mit einem Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat, einer Mischung mit Polyäthylen hoher Dichte, des weiteren modifiziert mit einem Elastomeren, wie mit Polyisobutylen, und eine mit einem Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat, das zur Gießfolien-Koextrusion geeignet ist. Es wurde gefunden, daß diese Materialien gut mit zur Extrusion geeigneten Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisation ohne das Erfordernis der Zugabe von Materialien zu den Sperrschichten (A) bzw. der weiteren Schicht (B) koextrudiert werden können, um das gewünschte Ausmaß an Haftung zwischen den einzelnen Schichten des mehrschichtigen Gebildes zu erreichen.
Zu den Materialien der bereits erwähnten weiteren Schicht (O, die den Schichten (B) aufliegen, zählen beispielsweise Polyäthylen hoher, mittlerer und niedriger Dichte, Polypropylen, modifizierte Polyolefine, PoIyolefin-Mischpolymerisate, wie Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat und Äthylen-Acrylsäure-Mischpolymerisat, sowie Mischungen von zwei oder mehreren der vorgenannten Polymerisate, Nylon und handelsübliche Ionomere. Fünf oder mehr Schichten können koextrudiert werden, um ein erfindungsgemäßes mehrschichtiges Gebilde mit einer Vielzahl angestrebter Eigenschaften in einem einzigen Arbeitsgang zu erhalten.
Beispiele erfindungsgemäßer koextrudierter mehrschichtiger Gebilde werden unter Angabe der Eigenschaften in den nachfolgenden Tabellen beschrieben. Die Tabelle I befaßt sich mit der Sauerstoffdurchlässigkeit verschiedener erfindungsgemäßer mehrschichtiger Gebilde. Die Durchlässigkeit wird ausgedrückt in ml Sauer-
stoff, die durch einen Quadratmeter des mehrschichtigen Gebildes während 24 h hindurchtreten. Die Durchlässigkeitswerte werden bei verschiedener Feuchtigkeit angegeben. Die Tabelle II zeigt die Haftung zwischen den Schichten verschiedener erfindungsgemäßer mehrschichtiger Gebilde. Die Angaben wurden unter Verwendung eines Zugfestigkeit-Prüfgerätes r-rhalten, das die Kraft in g/cm Folienbreite angibt, die erforderlich ist, um
5 das mehrschichtige Gebilde aufzutrennen.
In den Tabellen bedeutet das Wort »Schlupf«, daß ein Schlupfmaterial, wie SiO2, den äußeren Schichten des mehrschichtigen Gebildes zugefügt wurde, um deren Oberfläche stärker schlüpfrig zu machen. Einigen Schichten wurden Pigmente beigefügt.
Aus einigen mehrschichtigen Gebildsn der Beispiele wurden Behälter durch Heißversiegeln (unter Ausbil-
10 dung von Beuteln) oder durch Thermoverformen hergestellt. Hiermit wurden Nahrungsmittel verpackt bzw. gelagert, um die Leistungsfähigkeit derartiger Behälter zu beurteilen. Es zeigte sich dabei, daß diese Behälter vorteilhafte Eigenschaften aufwiesen. Die mit den erfindungsgemäßen mehrschichtigen Gebilden erzielbaren Vorteile gehen unter anderem darauf zurück, daß die Sperrschicht (A) bezüglich der angestrebten Funktion der Verhinderung des SauerstofTdurchtritts ganz hervorragend ist, während die benachbarten Schichten die Sperr-
15 schicht vor dem Abbau bzw. der Verschlechterung der angestrebten Eigenschaften durch die Einwirkung von Wasserdampf schützen.
30 35 474 Sauerstoffdurchlässigkeit Foliengebilde Stärke Oi-Durchlässigkeit 0,2 (0C) % RF**) Mischpolymerisats von Äthylen und Vinylacetat (geeignet für die
Tabelle I Beispiel (cm) (ml/m!/24 h 1,8 ( 7,22)
Nr. ml 2,56 (22,78) 0
45% A+S/10% EVOH/45% A+S *) 2,54 X ΙΟ-' 24 (22,78) 0
1 1,95 (22,78) 50
1,3 (22,78) 100
2,0 (22,78) 50
45% A+S/10% EVOH/45% A+S 7.62 X 10-3 1,3 (22,78) 50
2 1,35 C/0,3 EVOH/1,35 C+S 7,62 x 10 J 0,67 (22,78) 50
3 HDPE/C/EVOH/C/EVA-Mischung 3,3 x ΙΟ"3 0,88 (22,78) 50
4 C/EVOH/C 3,96 x ΙΟ-1 (22,78) 50
5 EVA/C/EVOH/C/EVA 3,76 x ΙΟ"3 3,4 50
6 LDPE/C/EVOH/C/LDPE 3,87 X ΙΟ"3 0,49 (22,78)
7 30% Nylon/10% EVOH/20% C/40% EVA etwa 67,0 (22,78) 50
8 7,62 x ΙΟ"3 72,0 (22,78) 0
1,7 (22,78) 100
50,0 (22,78) 100
Nylon 6/EVOH/A 7,85 x ΙΟ-3 2,8 (22,78) 0
9 49,0 (22,78) 100
Nylon 6/EVOH/A 7,95 x ΙΟ3 11,0 (22,78) 0
10 4,5 (22,78) 100
Nylon 6/EVOH/A 7,42 x ΙΟ"3 4,0 (22,78) 0
11 0,6 (22,78) 100
0,74 A/0,34 EVOH/0,74 A 4,63 x ΙΟ"3 0,6 (22,78) 100
12 0,73 A/0,34 EVOH/0,68 A 4,45 x ΙΟ"3 152,0 (22,78) 0
13 0,5 A/0,5 EVOH/0,76 A 4.47 X ΙΟ"3 6,0 (22,78) 0
14 0,53 A/0,38 EVOH/0,77 A 4,27 x ΙΟ"3 1 (22,78) 100
15 30% Nylon/10% EVOH/20% C/40% EVA 8,26 x ΙΟ3 (22,78) 100
16 C/EVOH/C (500-ppm S) 7,74 X ΙΟ"3 33 50
17 43% A+Pigment/14% EVOH/43% 5.08 X ΙΟ"3 (22,78)
18 A+Pigment+S 100
33% Nylon 666/15% EVOH/52% A 7,85 X ΙΟ"3
19 Polyäthylen und einem ungesättigten,
Anmerkung = Schlupf
*) S = Relative Feuchtigkeit ringverschmolzenen Carbon- '.
*·) RF stellen eine Mischung des Pfropfmischpolymerisats aus säureanhydrid einerseits und des Mischpolymerisats von Äthylen und Vinylacetat, von Polyäthylen hoher Dichte (modifiziert
A,B und C mit einem Elastomeren, wie Polyisobutylen) bzw. des
Gießfolien-Koextrusion) andererseits dar.
Äthylen-Vinylalkohol-Mischpolymerisat
Äthylen-Acrylsäure-Mischpolymerisat
EVOH Polyäthylen niedriger Dichte
EVA Polyäthylen hoher Dichte
LDPE
HDPE
Tabelle II
Haltung zwischen den Schichten
Beispiel
Nr.
l-'oliengebilde
20 dgl. wie im Beispiel 1
21 dgl. wie im Beispiel 2
22 dgl. wie im Beispiel 19
23 C/EVOH/C
24 LDPE/C/EVOH/C/LDPE
25 EVA/C/EVOH/C/EVA
26 43% A/14% EVOH/43% A
27 43% A+Pigment/14% EVOH/43% A+Pigment
28 43% A+Pigment/14% EVOH/43% A+Pigment
Anmerkung:
Abkürzungen wie bei Tabelle I
Haftung g/cm (90°)
74,8 48,03 18,90 38,58 66,93 64,17 38,98 22,44 20,87

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Delaminierungsbeständiges, mehrschichtiges Gebilde aus einer Sperrschicht (A) aus Polymerisaten des Vinylalkohol und aus einer auf einer oder beiden Seiten der Sperrschicht angeordneten, Polymerisate eines Olefins enthalte nden weiteren Schicht (B), dadurchgekennzeichnet, daß die weitere(n) Schichten) (B) aus einer Mischung aus Polymerisaten oder Mischpolymerisaten eines Olefins und aus einem Pfropfmischpolymerisat aus Polyäthylen und einem ungesättigten ringverschmolzenen Carbonsäureanhydrid besteht.
2. Mehrschichtiges Gebilde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schicht (O aus ίο Nylon, einem Mischpolymerisat aus Äthylen und Vinylacetat, Polyäthylen, Polypropylen, einem Mischpolymerisat aus Äthylen und Acrylsäure oder einem Ionomer auf der (den) Schicht(en) (B) angeordnet ist.
3. Mehrschichtiges Gebilde nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht (A) aus einem Mischpolymerisat aus Äthylen und Vinylalkohol oder aus Polyvinylalkohol besteht.
4. Mehrschichtiges Gebilde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Poiymerisat des Olefins in Form von Polyäthylen oder in Form des Mischpolymerisats aus Äthylen und Vinylacetat vorliegt.
5. Verwendung des mehrschichtigen Gebildes nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Herstellung von Behältern.
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