DE4205418A1 - Bei der verarbeitung in der schmelze verbrauchbare packung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Packungen in der Schmelze verarbeitbarer Produkte und insbesondere solche Packungen, die als Verpackungs-Behälter Folien verwen­ den, die zusammen mit den in ihnen enthaltenen, in der Schmelze verarbeitbaren Produkten verbrauchbar sind.

Das Verpacken und Versenden von Produkten ist stets von der Frage begleitet - was geschieht mit dem Verpackungs­ material? Heute können Verpackungsmaterialien entweder verbrannt, deponiert oder im Recycling einer Wiederver­ wendung zugeführt werden. Mit zunehmend strengerer Gesetzgebung in bezug auf die Umwelt kommen die Verbren­ nung oder die Endlagerung von Verpackungsmaterialien nicht mehr in Betracht.

Polymere Produkte und Elastomere werden zweckmäßiger­ weise in 25 kg-Beuteln verpackt, die nach der Entnahme des Inhalts typischerweise verbrannt oder auf eine Deponie verbracht werden. Somit besteht Bedarf an strapazierfähigen Beuteln, deren Entsorgung keine Um­ welt-Probleme aufwirft, für solche Produkte.

Die Probleme der Entsorgung der Beutel-Abfälle für solche Produkte werden mittels der vorliegenden Erfindung durch die Verwendung eines Beutels gelöst, der zusammen mit dem Inhalt des Beutels in ein Endprodukt eingearbeitet wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine verbrauchbare Packung bereitgestellt, die in einem Arbeitsgang der Verarbeitung in der Schmelze verwendet werden kann und die einen Behälter und ein darin enthaltenes, in der Schmelze verarbeitbares Produkt umfaßt, wobei der Be­ hälter eine Folie aus einem Ethylen-Copolymer umfaßt, das einen Schmelzpunkt, der niedriger ist als die Tempe­ ratur des Arbeitsganges der Verarbeitung in der Schmel­ ze, und eine nach ASTM D882 gemessene Steifigkeit hat, die größer als 400 MPa ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung verpackte Produkte sind solche, die in einem Arbeitsgang der Verarbeitung in der Schmelze eingesetzt werden. Ein Arbeitsgang der Verarbei­ tung in der Schmelze ist einer, bei dem verschiedenarti­ ge Materialien erhitzt und miteinander vermischt werden. Das Erhitzen erfolgt typischerweise auf eine Temperatur oberhalb des Erweichungspunkts des schmelzbaren Haupt­ materials, so daß dieses während des Vermischens fließt. Das Mischen erfolgt typischerweise in mechanischen Mischgeräten, Mahl- oder Mischwalzen, Kalandern und Extrudern.

In der Schmelze verarbeitbare Produkte sind typischer­ weise Polymere, Elastomere und Additive für diese Produkte wie Polymere und Füllstoffe. Beispielweise wird ein NEOPRENE-Elastomer auf 85°C bis 95°C erhitzt, bei dieser Temperatur, gegebenenfalls mit anderen Zusatz­ stoffen, geknetet, kalandriert oder gepreßt und ausge­ härtet. Schmelzkleber werden aus Ethylen/Vinylacetat- Copolymeren hergestellt; diese Copolymeren können erfindungsgemäß verpackt und dann in beheizten Misch­ apparaturen verarbeitet werden, wie dies gängige Praxis ist. Der Beutel kann vor dem Eintragen in die Apparatur zweigeteilt oder zu Schnitzeln zerkleinert werden.

Eine Folie zur Herstellung eines Beutels oder eines anderen Behälters zum Verpacken eines in der Schmelze verarbeitbaren Produkts ist eine flache extrudierte oder eine geblasene extrudierte Folie eines filmbildenden Ethylen-Copolymers, das einen Schmelzpunkt, der niedri­ ger ist als die Temperatur des für das verpackte Produkt angewandten Arbeitsganges der Verarbeitung in der Schmelze, und eine nach ASTM D882 gemessene Steifigkeit hat, die größer als 400 MPa ist. Typischerweise sind solche Copolymere Ethylen/Säure-Copolymere und von diesen abgeleitete Ionomere. Ionomere werden bevorzugt.

Verfahren zur Herstellung von Ionomeren aus Ethylen/Säu­ re-Copolymeren sind wohlbekannt und in dem US-Patent 32 64 272 (Rees) beschrieben, auf das hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Die Herstellung direkter Säure- Copolymerer, auf denen Ionomere basieren, ist in dem US-Patent 43 51 931 (Armitage) beschrieben, auf das hier ebenfalls ausdrücklich Bezug genommen wird. Säure- Copolymere mit hohen Säure-Gehalten können Verschmut­ zungs-Probleme in kontinuierlich arbeitenden Polymeri­ sations-Anlagen verursachen. Diese können jedoch durch den Einsatz der "Verschnittmittel-Technologie" vermieden werden, wie sie in dem US-Patent 50 28 674 (Hatch et al.) beschrieben ist.

Die korrekte Kombination aus Schmelzpunkt und Steifig­ keit für irgendein Ethylen-Copolymer kann durch Verände­ rung des Gehalts an ungesättigter Monocarbonsäure in dem Copolymer, des Prozentsatzes der Neutralisation der Säure durch ein Metall-Ion und des eingesetzten Metall- Ions variiert werden. Ionomere, die aus Polymeren von Ethylen/Acrylsäure oder Methacrylsäure, die mehr als 15 Gew.-% Säure enthalten, hergestellt sind, sind steifer als Ionomere, die weniger Säure enthalten. Die Schmelzpunkte der Copolymeren sinken mit steigendem Säure-Gehalt; die Neutralisation übt hierauf keinen sehr starken Effekt aus.

Beispielsweise schmilzt LDPE ohne Säure bei etwa 114°C, und ein Copolymer aus Ethylen/15 Gew.-% Methacrylsäure schmilzt bei etwa 90°C. Sowohl der Schmelzpunkt als auch die Kristallinität nehmen ab, bis ein Säure-Gehalt von etwa 45% Methacrylsäure erreicht ist.

Die Steifigkeit des Ethylen-Copolymers kann durch Variieren des Metall-Ions variiert werden, das zur Neutralisation der in dem Copolymer enthaltenen Säure verwendet wird. Lithium-Ionomere neigen zur Bildung der steifsten Copolymeren; hierauf folgen dann Natrium, Magnesium und Zink unter den gebräuchlichen, bei Iono­ meren eingesetzten Metallen. Es ist notwendig, auf hohe Säure-Gehalte ohne Neutralisation zu gehen, um die Steifigkeit in demselben Maße zu erhöhen wie bei einem niedrigeren Säure-Gehalt mit Neutralisation. Bevorzugte Ethylen-Copolymere für die meisten Verwendungszwecke haben einen Schmelzpunkt im Bereich von 75°C bis 95°C und eine Steifigkeit von über 500 MPa, vorzugsweise im Bereich von 500 bis 650 MPa.

Unter Berücksichtigung der obigen Parameter für den Schmelzpunkt und die Steifigkeit des Ethylen-Copolymers umfaßt das Copolymer 55 bis 90 Gew.-% Ethylen und 10 bis 45 Gew.-% einer ungesättigten Monocarbonsäure mit 3 bis 8 Kohlenstoff-Atomen, vorzugsweise Acrylsäure oder Meth­ acrylsäure. Die Säure in dem Copolymer wird zu 0 bis 40% durch wenigstens ein aus Lithium, Natrium, Magne­ sium und Zink ausgewähltes Metall-Ion neutralisiert, vorzugsweise Lithium und Natrium allein oder in Kombina­ tion mit anderen Metall-Ionen. Brauchbare Copolymere enthalten 10 bis 25 Gew.-% der Säure, die auf einem Wert von 10 bis 40% durch wenigstens ein Metall-Ion neutra­ lisiert ist; oder sie enthalten 25 bis 45 Gew.-% der Säure bei geringerer Neutralisation, typischerweise von 0 bis 10%. Bevorzugt wird ein Ethylen-Copolymer, das 15 bis 25 Gew.-% Methacrylsäure enthält, die zu 20 bis 40% durch Natrium-Ionen neutralisiert ist. Die Neutralisa­ tion mit Lithium kann ebenfalls angewandt werden, um ein steiferes Polymer zu erhalten.

Die in der vorliegenden Erfindung brauchbaren Ethylen- Copolymeren werden mittels irgendeiner, dem Fachmann bekannter Arbeitsweise zu Folien verarbeitet, darunter der Extrusion zu flachen Folien oder der Extrusion zu Blas-Folien. Die Dicke der eingesetzten Folie hängt von der Größe und dem Gewicht der Packung ab. Typischerweise sollte eine Folien-Dicke von 70 bis 125 µm für 25 kg- Beutel mit Polymeren und Elastomeren angemessen sein.

Die Folien für die Beutel können aus einer Schicht ge­ bildet werden, oder sie können aus mehreren, gemeinsam extrudierten Schichten bestehen, von denen jede Schicht verschiedene Eigenschaften für unterschiedliche Arten des Schutzes des Inhalts ergibt.

Beispielsweise können eine schwarze innere Schicht zum Schutz vor ultraviolettem Licht, eine weiße mittlere Schicht aus Gründen des Aussehens und eine klare äußere Schicht zur Bedruckbarkeit und Klebrigkeit vorliegen. Klebrigkeit ist erwünscht, damit die Beutel mit minima­ lem Rutschen gestapelt werden können.

Packungen der Erfindung werden in der Weise verwendet, daß einfach der gesamte Beutel mit seinem Inhalt in dem Arbeitsgang der Verarbeitung in der Schmelze zum Einsatz kommt. Der Beutel schmilzt während der Verarbeitung und wird zusammen mit dem Inhalt des Beutels in das End­ produkt eingearbeitet. Die Menge des Polymers aus dem Beutel in dem Endprodukt ist klein; somit werden die Eigenschaften des Endprodukts nur minimal, wenn über­ haupt, beeinflußt.

Die Erfindung ist zu verstehen aufgrund der folgenden Beispiele, in denen Teile und Prozentangaben auf das Gewicht bezogen sind und die Temperatur in °C angegeben ist.

Beispiel 1

Ein Ionomer-Copolymer (80% Ethylen/20% Methacrylsäure, zu 35% mit Natrium-Ionen neutralisiert; Schmelzfluß- Index 2,6 bei 190°C und 2,16 kg) wurde unter Einsatz einer konventionellen Folien-Blas-Extrusions-Anlage und anwendbarer Bedingungen zu Folien von 80 µm und 120 µm Dicke verarbeitet.

Das Copolymer wurde durch einen Düsenspalt von 0,8 mm bei einer Temperatur von 200°C unter Anwendung eines Aufblas-Verhältnisses von 1 : 2,5 extrudiert. Die Folien-Dicke wurde über die Geschwindigkeit der Extru­ der-Schnecke gesteuert. Der Folienschlauch wurde flach aufgewickelt. Die Folie schmilzt bei 85°C und hat eine Sekantenmodul-Steifigkeit, gemessen nach ASTM D882, von 517 MPa.

Der resultierende Copolymer-Schlauch wird geöffnet, bei einer Temperatur von 95°C mit einem Heißsiegelstab verschweißt, um Boden-Dichtungen herzustellen, und dann abgeschnitten, so daß ein Kissen-Beutel erhalten wird. Die Beutel werden mit 25 kg NEOPRENE (Chloropren-Elasto­ mer) gefüllt und entweder durch Vernähen mit polymeren Fäden, die bei einer Temperatur unterhalb von 95°C schmelzen, oder durch Heißversiegeln bei 95°C mit einem Heißsiegelstab verschlossen.

Die mit NEOPRENE gefüllten Beutel sind hinreichend stark und haltbar, um das NEOPRENE, mit einer Information zur Identifizierung und Partie-Nr., ohne Beschädigung vom Herstellerwerk über die Lagerung und den Transport zu der Mischanlage des Kunden zu befördern. Sie brauchen nicht geöffnet zu werden, sondern die Beutel zusammen mit ihrem NEOPRENE-Inhalt können direkt in den Innen­ mischer hineingegeben werden, wo sie mit den anderen Bestandteilen kompoundiert werden. Als Folge hiervon gibt es kein Entsorgungsproblem für den Beutel, der bei der normalen Temperatur des Vermischens (90°C bis 95°C) schmilzt und vollständig in den Kompound einge­ arbeitet werden kann, was einen vernachlässigbaren Effekt auf die nachfolgenden Eigenschaften des Kompounds ergibt.

Beispiel 2

Mehrschichtige schlauchförmige Beutel wurden mit Hilfe eines Folienblasverfahrens unter Verwendung des in Beispiel 1 beschriebenen Copolymers hergestellt. Die Beutel sind 120 µm dick und umfassen eine schwarze, pigmentierte innere Schicht von 40 µm Dicke, eine weiße, pigmentierte mittlere Schicht von 40 µm Dicke und eine transparente äußere Schicht von 40 µm Dicke.

Die Beutel werden mit NEOPRENE gefüllt, und wenn sie in eine Kautschuk-Mühle eingebracht werden, findet sich in dem resultierenden NEOPRENE-Produkt kein Beweisanzeichen mehr für die Beutel.

Claims (9)

1. Verbrauchbare Packung, die in einem Arbeitsgang der Verarbeitung in der Schmelze verwendet werden kann und die einen Behälter und ein darin enthaltenes, in der Schmelze verarbeitbares Produkt umfaßt, wobei der Be­ hälter eine Folie aus einem Ethylen-Copolymer umfaßt, das einen Schmelzpunkt, der niedriger ist als die Tempe­ ratur des Arbeitsganges der Verarbeitung in der Schmel­ ze, und eine nach ASTM D882 gemessene Steifigkeit hat, die größer als 400 MPa ist.

2. Packung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter ein Beutel ist.

3. Packung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das in der Schmelze verarbeitbare Produkt ein Polymer, ein Elastomer, Asphalt oder ein Additiv ist, das mit einem Polymer oder Elastomer vermischt wird.

4. Packung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ethylen-Copolymer einen Schmelz­ punkt im Bereich von 75°C bis 95°C und eine Steifig­ keit von mehr als 500 MPa hat.

5. Packung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ethylen-Copolymer 55 bis 90 Gew.-% Ethylen und 10 bis 45 Gew.-% einer ungesättig­ ten Monocarbonsäure mit 3 bis 8 Kohlenstoff-Atomen umfaßt, die zu 0 bis 40% durch wenigstens ein aus Lithium, Natrium, Magnesium und Zink ausgewähltes Metall-Ion neutralisiert ist.

6. Packung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ethylen-Copolymer 10 bis 25 Gew.-% Acrylsäure oder Methacrylsäure enthält, die zu 10 bis 40% durch wenigstens ein aus Lithium, Natrium, Magnesium und Zink ausgewähltes Metall-Ion neutralisiert ist.

7. Packung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ethylen-Copolymer 25 bis 45 Gew.-% Acrylsäure oder Methacrylsäure enthält, die zu 0 bis 10% durch wenigstens ein aus Lithium, Natrium, Magnesium und Zink ausgewähltes Metall-Ion neutralisiert ist.

8. Packung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ethylen-Copolymer 15 bis 25 Gew.-% Methacrylsäure enthält, die zu 20 bis 40% durch wenigstens ein aus Lithium und Natrium ausgewähl­ tes Metall-Ion neutralisiert ist.

9. Packung nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie 70 bis 125 µm dick ist.