DE4334334A1

DE4334334A1 - Mehrschichtige, gereckte, heißsiegelbare Polypropylenfolie

Info

Publication number: DE4334334A1
Application number: DE4334334A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Chem Dr Brandt; Helmut Wagner; Ulrich Dipl Ing Dr Reiners; Ingo Dipl Ing Schinkel
Original assignee: Wolff Walsrode AG
Current assignee: Dow Produktions und Vertriebs GmbH and Co oHG
Priority date: 1993-10-08
Filing date: 1993-10-08
Publication date: 1995-04-13

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige, gereckte, heißsiegelbare Polypropylen folie mit verbesserter Wasserdampfsperrwirkung und erhöhtem Sekantenmodul, die sich besonders als Verpackungsfolien, insbesondere als Zigarettenschachtelein schlag eignet. Die, die Erfindung betreffende Folie weist als kennzeichnende Merkmale eine Basisschicht aus höchstisotaktischem Polypropylen und zwei heiß siegelfähige Deckschichten aus einem olefinischen Co- oder Terpolymer auf.

Folien, welche für den Zigaretteneinschlag geeignet sind, unterliegen, aufgrund der extrem hohen Taktzahlen mit denen die Verpackungsmaschinen die Zigaretten schachteln einschlagen, sehr hohen Anforderungen bezüglich Gleitverhalten und Steifigkeit. Die Steifigkeit einer Folie hängt zum einen von dem Sekantenmodul (oder E-modul) und zum anderen von der Dicke der Folie ab. Aufgrund der Ver packungsmüllproblematik ist es notwendig immer dünnere Folien zu entwickeln, die in ihren wesentlichen Eigenschaften (Barriere, Steifigkeit) den dickeren Folien typen entsprechen. In zahlreichen Anmeldungen wird die Verbesserung der Wasserdampf- und Sauerstoffbarriere orientierter Polypropylenfolien durch die Verwendung von Kohlenwasserstoffharzen beschrieben. Die Anwendung von Koh lenwasserstoffharzen in biaxial orientierten Polypropylenfolien (BOPP) führt aller dings neben den gewünschten Verbesserungen der Barrierewerte zu erhöhten Migrationswerten (bei den Kohlenwasserstoffharzen handelt es sich um Oligomere mit Molgewichten von ca. 2000 g/mol) und einer erheblichen Erhöhung der Reibungskoeffizienten.

So ist in der EP-A 406 642 eine BOPP-Folie beschrieben deren mechanische Eigenschaften durch den Einsatz von Kohlenwasserstoffharz verbessert wurde, wobei das hohe Niveau des Reibungskoeffizienten den Einsatz einer solchen Folie für den Zigaretteneinschlag unmöglich macht.

In der EP-B 27 586 ist eine hochgleitfähige Zigarettenschachteleinschlagsfolie be schrieben die allerdings bezüglich ihrer Barriere gegen Sauerstoff und Wasser dampf und ihrer mechanischen Eigenschaften verbesserungswürdig ist.

Daher erwies es sich als notwendig, eine kohlenwasserstoffharzfreie BOPP-Folie zu fertigen, die verbesserte Barriereeigenschaften gegen Wasserdampf und Sauer stoff, einen niedrigen Reibungskoeffizienten und eine erhöhte Steifigkeit besitzt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Folie gemäß Patentanspruch 1. Das bevorzugte Merkmal besteht darin, daß die Basisschicht aus einem höchstiso taktischen Polypropylen mit einem n-Heptan löslichen Anteil von kleiner 1,1 Gew.-% besteht.

Um eine gute Maschinengängigkeit bei guten Siegeleigenschaften zu gewähr leisten, ist es notwendig, die Siegel- bzw. Deckschichten mit Additiven auszu statten. Unter den zahlreichen, für solche Schichten eingesetzten Materialien, werden folgende bevorzugt eingesetzt:

- statistische Propylen/Ethylen-Copolymere
- statistische Propylen/Buten(1)-Copolymere
- statistische Propylen/Ethylen/Olefin-Terpolymere
- Mischungen aus zwei oder drei der vorstehenden Polymere.

Besonders bevorzugt wird ein Copolymer, welches 90 bis 99% Polypropylen und 1,0 bis 10% Polyethylen enthält. Dieses Siegelschichtmaterial ist dadurch gekenn zeichnet, daß es einen Schmelzpunkt von 110°C bis 150°C, insbesondere 120°C bis 140°C, hat.

Als Additive, die zur besseren Maschinengängigkeit beitragen, werden Antistatika, Gleitmittel und Antiblockmittel eingesetzt.

Antistatika sind Substanzen, die über einen hydrophilen Molekülteil und einen langkettigen hydrophoben Kohlenwasserstoffrest verfügen. In den Folien richten sich diese Substanzen so aus, daß der hydrophile Teil an der Oberfläche der Folie Wasser anlagern kann, woraus eine Erniedrigung des Oberflächenwiderstandes resultiert, die letztlich die antistatische Wirkung ausmacht. Bevorzugt werden die ethoxylierten Amine eingesetzt, insbesondere N-(C₁₂C₁₈-alkyl)-N′,N′′-bis(2-hy droxyethyl)-amine verbinden die Forderung nach der lebensmittelrechtlichen Unbe denklichkeit und antistatischer Wirkung.

Als Gleitmittel werden Amide der Carbonsäuren eingesetzt. Typische Beispiele sind Erucasäureamid und Ölsäureamid. Weiterhin werden Polymere aus der Gruppe der Polyalkylsiloxane eingesetzt.

Bevorzugte Antiblockmittel sind Siliciumdioxid, Silikate, Calciumcarbonat, Silikon oder Polymere, die nicht mit den Deckschichtrohstoffen mischbar sind (z. B. Polycarbonat, Polyamid, Polymethylmethacrylat, HDPE).

Überraschenderweise wies eine Folie mit den oben beschriebenen gekennzeichne ten Merkmalen eine erhebliche Steigerung des Sekantenmoduls bei deutlich ver besserter Barriere gegen Wasserdampf und Sauerstoff sowie einen niedrigen Reibungskoeffizienten auf. Die erfindungsgemäßen Folien können nach den üb lichen Verfahren wie Laminierung, Beschichtung oder Schmelzcoextrusion herge stellt werden. Nach der Extrusion und der Verfestigung des Dickfilms auf der Gießwalze wird der Film in Laufrichtung (längs) mit einem Verstreckungs quotienten von 4/1 bis 7/1 bei einer Temperatur von 120°C bis 150°C gereckt. Das Reckverhältnis in Querrichtung liegt vorzugsweise zwischen 8/1 und 12/1 und das Querrecken des Filmes wird bei einer Temperatur zwischen 130°C und 170°C vor genommen. Die nachfolgende Thermofixierung wird vorzugsweise bei 1°C bis 40°C unter der Querrecktemperatur durchgeführt. Um die Affinität der weitgehend unpolaren Folienoberfläche zu den Druckfarben zu gewährleisten, ist es nötig, die Folie einer Corona-(Sprüh)-Vorbehandlung zu unterziehen. Dabei wird der Luft sauerstoff in Form von Carbonyl-, Epoxid-, Ether- oder Alkoholgruppen auf der Folienoberfläche eingelagert. Weitere Methoden der Vorbehandlung von Poly propylenfolien sind die Flamm-, Plasma- und Fluorvorbehandlung.

Beispiel 1

Mittels dem oben beschriebenen Verfahren wurde eine biaxial orientierte Folie (Flächenreckverhältnis: 45/1; Längsrecktemperatur: 142°C; Querrecktemperatur: 160°C) hergestellt, die folgenden Aufbau aufwies:

Gesamtdicke: 16 µm

Deckschichten:
Dicke: 1 µm
Material: Propylen/Ethylencopolymer mit 3,5% Ethylenanteil, MFI: 5,0 g/10 min.
0,25 Gew.-% SiO₂, mittlere Teilchengröße: 2,5 µm
0,7 Gew.-% Polydimethylsiloxan (Viskosität: 106 cSt; DIN: 53 019/25°C)

Kernschicht:
Dicke: 14 µm
Material: 100% höchstisotaktisches Polypropylen, n-Heptan löslicher Anteil: 0,5 Gew.-%

Beispiel 2

Es wurde eine Folie gefertigt wie in Beispiel 1, jedoch wurden 10% des höchst isotaktischen Polypropylens in der Basisschicht durch Regranulat einer Poly propylentype mit einem n-Heptan löslichen Anteil von 6 Gew.-% ersetzt.

Vergleichsbeispiel 1

Es wurde eine Folie gefertigt wie in Beispiel 1, jedoch betrug der n-Heptan lös liche Anteil der Polypropylentype 6%.

Vergleichsbeispiel 2

Es wurde eine Folie gefertigt wie in Vergleichsbeispiel 1, jedoch wurden 15% des Polypropylens durch das Kohlenwasserstoffharz Arkon P-140 (Arakawa; Japan) ersetzt.

Folgende Tabelle zeigt, daß bei gleichbleibenden Gleiteigenschaften eine Folie des erfindungsgemäßen Typs bezüglich des Sekantenmoduls, der Wasserdampfbarriere und der Sauerstoffbarriere sogar bei Zusatz von Regranulat erhebliche Vorteile hat.

Meßverfahren Bestimmung der Wasserdampfdurchlässigkeit (Wddu)

Die Wasserdampfdurchlässigkeit wurde gemäß DIN 53 112, Teil 2, bei 23°C und 85% relative Luftfeuchtedifferenz bestimmt.

Bestimmung der Sauerstoffdurchlässigkeit (O₂-Du)

Die Sauerstoffdurchlässigkeit wurde gemäß DIN 53 380, Teil 3, bei 23°C und 0% relative Luftfeuchte bestimmt.

Bestimmung des Sekantenmoduls

Ein 15 mm breites Muster wird in eine Zugprüfmaschine (Fa. Zwick) eingespannt und rechnergesteuert gedehnt. Während der Dehnung wird die rückstellende Kraft der Folie gemessen. Der Sekantenmodul in N/mm² ist dann die Steigung der Kraft-Dehnungskurve zwischen 0,05 und 0,25% Dehnung. Bei einer Einspann länge von 100 mm wird mit einer Prüfgeschwindigkeit von 100 mm/min ge messen.

Bestimmung des Reibungskoeffizienten

Der Reibungskoeffizient wurde nach DIN 53 375 gemessen.

Bestimmung des n-Heptan löslichen Anteils

Ca. 15 g des gemahlenen Polypropylens wurden in einem Extractor mit 600 ml siedendem n-Heptan einer vierundzwanzigstündigen Extraktion unterworfen. Nach einer zweistündigen Trocknung im Stickstoffstrom bei 120°C und dem Abkühlen im Exikator wurde der unlösliche Anteil gewogen.

Claims

1. Orientierte, insbesondere biaxial orientierte siegelfähige Polypropylenfolie mit verbesserter Wasserdampfsperrwirkung, verbesserter Sauerstoffsperr wirkung und erhöhtem Sekantenmodul, dadurch gekennzeichnet, daß sie wie folgt aufgebaut ist: A C A

a) wobei C die Basisschicht aus höchstisotaktischem Polypropylen besteht, wobei dieses Polypropylen einen n-Heptan löslichen Anteil von <1,1 Gew.-% hat und
b) A zwei Deckschichten aus einem heißsiegelbaren Polyolefin-, Homo-, Co- oder Terpolymer sind, wobei diese Deckschichten min destens ein Antiblockmittel, ein Gleitmittel und ein Antistatikum enthalten.

2. Siegelfähige Folie nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichten im wesentlichen aus

- einem statistischen Propylen/Ethylen-Copolymer
- einem statistischen Propylen/Buten(1)-Copolymer
- einem statistischen Propylen/Ethylen/Olefin-Terpolymer
- Mischungen aus zwei oder drei der vorstehenden Polymere

bestehen.

3. Siegelfähige Folie nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschichten als Antiblockmittel Siliciumdioxid, Calciumcarbo nat, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Silikon, Polyamid oder HDPE (High-Density-Poly-Ethylen) enthalten.

4. Siegelfähige Folie nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht und/oder die Deckschichten ein Gleitmittel enthalten.

5. Siegelfähige Folie nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht und/oder die Deckschichten ein Antistatikum enthal ten.

6. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein oder beidseitig Corona-, Flamm-, Plasma- oder Fluor-vorbehandelt sind.

7. Verwendung der siegelfähigen Folie nach einem oder mehreren der An sprüche 1 bis 9 als Verpackungsmaterial, insbesondere für den Zigaretten schachteleinschlag.