DE3872140T2 - Hdpe-filme mit unterschiedlicher biaxialer orientierung. - Google Patents

Hdpe-filme mit unterschiedlicher biaxialer orientierung.

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Description

  • Geblasene Folien aus Polyethylen hoher Dichte und einer heißsiegelbaren Beschichtung aus Ethylenvinylacetat werden zum Verpacken von Nahrungsmitteln eingesetzt. Solche Folien müssen aber eine Dicke von etwa 0,05 mm (2 mils) aufweisen, um die Anforderungen bezüglich der Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR) für Verpackungsmaterial zu erfüllen, das für Trockennahrungsmittel, wie Zerealien, geeignet ist. Darüber hinaus weisen geblasene HDPE-Folien nicht die Totfalteigenschaften auf, wie sie in Lebensmittelverpackungen, insbesondere der Art Beutel-in-der-Schachtel erwünscht sind.
  • Die vorliegende Erfindung möchte eine HDPE-Folie zur Verfügung stellen, bei der gute WVTR-Eigenschaften mit einer Folie von einer Dicke von etwa 0,025 mm (1 mil) erreicht werden und die Folie auch Totfalteigenschaften aufweist, die sie zum Verpacken von Nahrungsmitteln in Verfahren für das System Beutel-in-der-Schachtel sehr gut geeignet machen, die auf Maschinen zum vertikalen Formen, Füllen und Verschließen (VFFS) durchgeführt werden.
  • Dementsprechend stellt die Erfindung eine biaxial orientierte Folie aus Polyethylen hoher Dichte zur Verfügung, die mindestens 50 Gew.-% eines Polyethylens hoher Dichte mit einer Dichte von 0,96 oder höher (HDPE) enthält und ein Deformationsverhältnis von 1,25:1 bis 2:1 in der Maschinenrichtung sowie von 6:1 bis 12:1 in Querrichtung aufweist. Es ist bevorzugt, daß das Deformationsverhältnis in der Querrichtung mindestens viermal größer als das Deformationsverhältnis in der Maschinenrichtung ist.
  • Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet "HDPE" ein Polyethylen hoher Dichte mit einer Dichte von 0,96 oder mehr. Solche Folien haben verminderte WVTR-Werte, verbesserte Totfalteigenschaften sowie andere physikalische Eigenschaften, die wesentlich besser ausgebildet sind als jene von geblasenen Folien aus Polyethylen hoher Dichte. Wenn die Folien durch Coextrusion oder durch Beschichten mit einer Heißsiegelschicht versehen sind, sind sie für den Einsatz in Verpackungen, insbesondere für trockene Nahrungsmittel, besonders geeignet.
  • Die unterschiedlich biaxial orientierten Folien der vorliegenden Erfindung werden unter Verwendung eines Hauptanteils von HDPE hergestellt. Die Folie kann ausschließlich aus einem einzigen HDPE-Harz, einem Gemisch aus HDPE-Harzen oder aus HDPE, das einen kleineren Anteil von bis zu 10 Gew.-% eines mikrokristallinen Wachses enthält, zusammengesetzt sein. Das Gemisch aus HDPE-Harzen führt zu besseren Verarbeitungseigenschaften. Folien, die entweder ein Gemisch aus HDPE-Harzen darstellen oder ein mikrokristallines Wachs enthalten, vermindern die Spaltneigung der Folie, die sich als eine Neigung der Folie zum Brechen in der Querrichtung während der Verarbeitung in einer Maschine zum vertikalen Formen, Füllen und Verschließen (VFFS) äußert.
  • Die Mischungen der HDPE-Polymeren können mit Vorteil (i) einen größeren Anteil eines ersten HDPE mit einem Schmelzindex von 0,5 bis 2,0, vorzugsweise von 0,6 bis 1,2, und (ii) ein zweites HDPE mit einem Schmelzindex, der sich von jenem des ersten HDPE unterscheidet, aufweisen. Vorzugsweise hat das HDPE gemäß (ii) einen Schmelzindex von 0,1 bis 0,5.
  • Es wurde gefunden, daß Mischungen aus drei Komponenten besonders wünschenswert sind. Geeignete Mischungen aus drei Komponenten enthalten im allgemeinen 50 bis 98 Gew.-%, vorzugsweise 84 bis 96 Gew.-%, eines HDPE mit einem Schmelzindex von über 0,5 bis 2,0, und 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 8 Gew.-%, eines HDPE mit einem Schmelzindex von 0,1 bis 0,5, sowie 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 8 Gew.-%, eines HDPE mit einem Schmelzindex von über 2 bis etwa 8. Vorzugsweise liegen das zweite und das dritte HDPE-Polymer, die untergeordnete Komponenten darstellen, in etwa gleichen Mengen vor.
  • Es ist äußerst wünschenswert, daß die unterschiedlich biaxial orientierten HDPE-Folien der vorliegenden Erfindung zumindest auf einer Seite mit einer heißsiegelbaren Schicht ausgerüstet sind. Die heißsiegelbare Schicht kann in üblicher Weise auf das HDPE aufgebracht werden, zum Beispiel durch Beschichten oder Coextrudieren vor dem Orientieren oder durch Beschichten des HDPE nach einem oder beiden der biaxialen Orientierungsvorgänge.
  • Die heißsiegelbare Schicht kann aus irgendeinem bekannten Material bestehen, das für diesen Zweck in Verbindung mit Polyolefinfolien, insbesondere Polyethylenfolien, eingesetzt wird. Beispielsweise können Ethylen-Vinylacetat-Copolymere oder Ethylen-Methacrylsäuresalz-Ionomere (erhältlich als "Surlyn" von DuPont) verwendet werden. Folien, in denen die heißsiegelbare Schicht ein Ethylen-Methacrylsäuresalz-Ionomer darstellt, haben sich zur Herstellung von Folien, welche für eine VFFS-Verarbeitung geeignet sind, als besonders wertvoll erwiesen. Die heißsiegelbare Schicht kann das heißsiegelbare Harz als solches oder noch kleine Mengen anderer Stoffe enthalten. Beispielsweise kann das relativ teure Surlyn- Ionomer mit kleinen Mengen an Materialien, die weniger kostspielig sind, wie Polyethylen niedriger Dichte, gemischt werden.
  • Die HDPE-Folien der vorliegenden Erfindung können zusätzlich zu der Heißsiegelschicht oder anstelle desselben andere Polymerschichten aufweisen, beispielsweise Polymere mit erwünschten Sperreigenschafte für Gase, wie Sauerstoff.
  • Der Orientierungsgrad der HDPE-Folien ist insoweit ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung als der passende Orientierungsgrad zu gewünschten physikalischen Eigenschaften, guten WVTR-Werten und guten Totfalteigenschaften führt. Beispielsweise wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäßen Folien mit einer Dicke von 0,025 bis 0,030 mm (1,0 - 1,2 mils) einen akzeptablen WVTR-Wert (g-mil/100 in²-24 h-1 at) von weniger als 0,28 haben, während etwas größere Dicken (1,5 x dicker oder mehr) im Falle einer geblasenen HDPE-Folie erforderlich sind. Die Vorteile eines vermindertem WVTR-Werts sind sowohl auf die Verbesserungen, welche sich durch das biaxiale Orientieren ergeben, als auch auf die Verbesserungen, welche die Möglichkeit des Einsatzes von HDPE-Polymeren in dem Gießextrudierverfahren der vorliegenden Erfindung mit sich bringen, zurückzuführen, verglichen mit dem was bei der Blasfolienextrusion möglich ist. Bei der Blasfolienextrusion sind im allgemeinen HDPE-Polymeren mit niedrigerer Dichte erforderlich, weil die Harze mit höherer Dichte (Dichte größer als etwa 0,957) im Blasfolienverfahren in einer praktikablen und wirtschaftlichen Weise nicht verarbeitbar sind. Obwohl ein HDPE-Harz höherer Dichte mit einer Dichte von 0,957 oder mehr durch Gießextrusion direkt zu dünnen Folien verarbeitet werden kann, bleiben Hindernisse bezüglich des Einrollens, der Gleichmäßigkeit, der Flachheit und des hohen WVTR-Werts. Dementsprechend werden dünne HDPE-Folien mit einer Dicke von 0,020 bis 0,038 mm (0,8 bis 1,5 mils), welche die beste Ausgewogenheit der Eigenschaften, insbesondere für VFFS-Anwendungen, in den unterschiedlich biaxial orientierten Folien der vorliegenden Erfindung erhalten, die aus Folien mit einer Gießdicke von 0,30 bis 0,51 mm (12 bis 20 mils) hergestellt und durch Orientieren auf die gewünschte Dicke vermindert wurden.
  • Die Folien werden in üblicher Weise produziert und orientiert. Wenn auf einer Seite der HDPE-Folie eine heißsiegelbare Schicht vorliegt, wird das Gießextrudieren im allgemeinen unter Verwendung eines Mehrwalzenstapelsystems mit drei oder mehr Walzen durchgeführt. Die Walzen auf der HDPE-Seite werden zweckmäßigerweise auf etwa 65ºC und die Heißsiegelseiten auf einer Temperatur von etwa 20ºC gehalten.
  • Die Folie wird in üblicher Weise auf ihre Orientierungstemperatur erhitzt und zuerst zwischen zwei Sätzen von Haltewalzen einer MD-Orientierung unterworfen, wobei der zweite Walzensatz mit einer größeren Geschwindigkeit, die dem gewünschten Ziehverhältnis entspricht, rotiert als der erste Walzensatz. Dann wird die Folie durch Erhitzen und Recken in der Querrichtung in einem Spannrahmen orientiert. Eine typische MD-Orientierung erfolgt bei 60 bis 120ºC und eine typische TD-Orientierung bei 110 bis 145ºC.
  • Die Erfindung umfaßt auch die Verwendung einer Folie, wie sie hier beschrieben ist, für die Verpackung von Nahrungsmitteln.
  • Die erfindungsgemäße HDPE-Folie kann in hervorragender Qualität bei Gießergeschwindigkeiten von bis zu etwa 110 fpm, entsprechend Produktionsgeschwindigkeiten von 0,59 m/s (140 fpm) bei 1,25-facher MD-Orientierung hergestellt werden.
  • Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele erläutert, in denen alle Teile auf das Gewicht bezogen sind, sofern nichts anderes angegeben ist.
    • BEISPIELE 1 UND 2
  • Zweischichtige biaxiale orientierte Folien mit einer Enddicke von 0,025 mm (1 mil) wurden durch Coextrudieren einer HDPE- Hauptschicht, die 95% der Foliendicke ausmachte, und einer Schicht aus Surlyn 1652 (Ethylen-Methacrylsäure- Copolymersalz-Ionomer von DuPont), auf die 5% der Foliendicke entfielen, hergestellt. Die Folien wurden in einem Dreiwalzenstapelsystem mit Walzentemperaturen für die HDPE- Seite von 65ºC und für die Surlyn-Seite von 20ºC hergestellt. Die Folien wurden dann bei etwa 115ºC 1,4-fach in der Maschinenrichtung und in einem Spannrahmen bei 115 bis 140ºC 10-fach in der Querrichtung orientiert.
  • Das HDPE gemäß Beispiel 1 war PE-5849 (Dichte 0,96, Schmelzindex 1,0, von DuPont). Im Beispiel 2 wurden 90 Gew.-% PE-5849 mit 5 Gew.-% PE-5925 (Dichte 0,96, Schmelzindex 0,45, von DuPont) und 5 Gew.-% PE-7835 (Dichte 0,96, Schmelzindex 3,0, von DuPont) gemischt.
  • Die Folie gemäß Beispiel 2 zeigte einen Kräuselsiegelbereich und einen Heißklebebereich von 80 bis 120ºC und verhielt sich auf der VFFS-Verpackungsmaschine gut, während die Folie des Beispiels 1 sich als unannehmbar erwies und zu einer übermäßigen TD-Spaltung neigte. Die physikalischen Eigenschaften der Folien sind jedoch vergleichbar und werden in der Tabelle 1 zusammengefaßt. TABELLE 1 Beispiel 1 Beispiel 2 Zug (psi x 10³) Modul (psi x 10³) Steifheit (g) Reißfestgkeit (g/mil) WVTR (g-mil/100 in²/24h 1 at; 101 kPa)
    • BEISPIELE 3 UND 4
  • In ähnlicher Weise wie in Beispiel 1 wurde die Folie des Beispiels 3 hergestellt und mit einer Folie verglichen, in der die HDPE-Schicht 4 Gew.-% mikrokristallines Wachs enthielt (Beispiel 4). Die Folie des Beispiels 3 hatte einen Kräuselsiegelbereich und einen Heißklebebereich von 105 bis 120ºC, zeigte aber zahlreiche TD-Spaltungen auf der VFFS- Maschine, wodurch die Folie für diesen Zweck unannehmbar war. Die Folie des Beispiels 4 hatte einen Kräuselsiegelbereich und einen Heißklebebereich von 90 bis 120ºC ohne Spalten.
  • Die physikalischen Eigenschaften der Folien sind in der Tabelle 2 zusammengefaßt. TABELLE 2 Beispiel 3 Beispiel 4 Zug (psi x 10³) Modul (psi x 10³) Steifheit (g) Reißfestigkeit (g/mil) WVTR (g-mil/100 in²/24h bei 1 atm)

Claims (17)

1. Biaxial orientierte Polyethylenfolie hoher Dichte, die mindestens 50 Gew.-% eines Polyethylens hoher Dichte mit einer Dichte von 0,96 oder mehr (HDPE) enthält und ein Deformationsverhältnis von 1,25:1 bis 2:1 in der Maschinenrichtung sowie von 6:1 bis 12:1 in der Querrichtung aufweist.
2. Folie nach Anspruch 1, worin das Deformationsverhältnis in der Querrichtung mindestens viermal größer ist als das Deformationsverhältnis in der Maschinenrichtung.
3. Folie nach Anspruch 1 oder 2, die (i) einen Hauptanteil eines ersten HDPE mit einem Schmelzindex von 0,5 bis 2,0 und (ii) ein zweites HDPE mit einem Schmelzindex, der sich von jenem des ersten HDPE unterscheidet, enthält.
4. Folie nach Anspruch 3, worin (i) einen Schmelzindex von 0,6 bis 1,2 aufweist.
5. Folie nach Anspruch 3 oder 4, worin (ii) einen Schmelzindex von 0,1 bis 0,5 aufweist.
6. Folie nach einem der Ansprüche 3 bis 5, die auch (iii) ein drittes HDPE mit einem Schmelzindex von 2,0 bis 8 enthält.
7. Folie nach einem der Ansprüche 3 bis 6, worin (i) 50 bis 98 Gew.-% des polymeren Folienmaterials enthält.
8. Folie nach einem der Ansprüche 3 bis 7, worin (ii) 1 bis 25 Gew.-% des polymeren Folienmaterials enthält.
9. Folie nach einem der Ansprüche 6 bis 8, worin (iii) 1 bis 25 Gew.-% des polymeren Folienmaterials enthält.
10. Folie nach einem der Ansprüche 6 bis 9, worin (i) mindestens 84 Gew.-% sowie (ii) und (iii) jeweils 3 bis 8 Gew.-% des polymeren Folienmaterials enthalten.
11. Folie nach Anspruch 1 oder 2, worin das HDPE im wesentlichen aus einem einzigen Harz besteht.
12. Folie nach Anspruch 1 oder 2, die bis zu 10 Gew.-% mikrokristallines Wachs enthält.
13. Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer heißsiegelbaren Schicht an mindestens einer Seite.
14. Folie nach Anspruch 13, worin die heißsiegelbare Schicht ein Ionomer enthält.
15. Folie nach Anspruch 13, worin die heißsiegelbare Schicht ein Ethylen-Vinylacetat-Copolymer enthält.
16. Folie nach einem der Ansprüche 13 bis 15, worin die Schicht aus einem heißsiegelbaren Ionomer auf eine Oberfläche der genannten HDPE-Folie coextrudiert ist.
17. Verwendung einer Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verpacken von Lebensmitteln.
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