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Verwandte
Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 12. Oktober 2001 eingereichten
Provisional Application Serial No. 60/328,410 mit dem gleichen Titel
wie oben.
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Technisches
Gebiet
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Die
Erfindung betrifft Polyolefin-Mehrschichtfolie mit einer Polyolefin-Kernschicht,
einer ersten, kaltsiegelselbsthaftmassenannehmenden Polyolefin-Deckschicht
und gegebenenfalls einer zweiten, zu metallisierenden Deckschicht.
Insbesondere betrifft die Erfindung eine biaxial orientierte Polypropylenfolie,
die eine polymere Deckschichtzusammensetzung bereitstellt, die eine
kaltsiegelannehmende Oberfläche
bereitstellt. Außerdem
kann die Folie eine der kaltsiegelannehmenden Deckschicht gegenüberliegende
zweite, zu metallisierende Deckschicht aufweisen.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der
Begriff „Kaltsiegeln" bezieht sich auf
das Versiegeln einer Packung bei Umgebungstemperatur, in der Regel
15–26°C, im Gegensatz
zu einem hochtemperatursiegelnden Polymer, das bei Einwirkung von
Wärme und
Druck siegelt. Aufgrund ihrer Fähigkeit
zur Ausbildung von Versiegelungen ohne Wärme eignen sich Kaltsiegelselbsthaftmittel
ideal für
die Verpackung von wärmeempfindlichen
Produkten wie Back- und Süßwaren.
Außerdem
ermöglichen
Kaltsiegelselbsthaftmittel schnellere Verpackungsgeschwindigkeiten
als bei der Heißsiegelmethode.
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Kaltsiegelselbsthaftmittel
sind eine Klasse von Klebstoffen, die bei Ausübung von Druck hauptsächlich auf
sich selbst haften. Diese Selbsthaftmittel ergeben hervorragende
Vorderseite-Vorderseite-Versiegelungen und haften bei Vorderseite-Rückseite-Kontakt
nur schwach oder gar nicht. In herkömmlichen Kaltsiegelselbsthaftmitteln
liegen zwei wesentliche Komponenten vor: eine Selbsthaftkomponente
(natürlicher
oder synthetischer Kautschuk) und eine verstärkende Polymersystemkomponente,
die stabilisierend wirkt, die Substrathaftung fördert und die Aggressivität des Kaltsiegelselbsthaftmittels
beeinflußt.
Natürlicher
Kautschuk in Latexform ist ein verzweigtes und verknäueltes Polymer
mit extrem hohem Molekulargewicht, das größtenteils aus cis-Polyisopren
besteht. In entspanntem Zustand liegen zahlreiche molekulare Verhakungen
in der Polymerkette und mit benachbarten Polymerketten vor. Beim
Zusammenbringen von zwei Naturkautschukoberflächen ist zur Induktion von
Interdiffusion mit Verhakungen von Oberflächenmolekülen ein Minimum an Energie
erforderlich. Diese Affinität
von Naturkautschukmolekülen
zueinander charakterisiert die kohäsive Bindung (Selbsthaftbindung).
Der Naturkautschuk wird zur Verbesserung der Haftung auf dem Substrat
mit modifizierenden Komponenten versetzt.
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Die
Leistungsfähigkeit
des Kaltsiegelselbsthaftmittels kann aufgrund von zahlreichen Faktoren
variieren. Kaltsiegelselbsthaftmittel sind nicht unbegrenzt haltbar
und sollten innerhalb der vorgeschlagenen Haltbarkeitsdauer verwendet
werden, da sonst die Leistungsfähigkeit
des Kaltsiegelselbsthaftmittels beeinträchtigt werden könnte. Außerdem können Kaltsiegelselbsthaftmittel
auch bei der Lagerung Schichten bilden und sollten vor der Verwendung
gerührt
werden, da sonst die Kaltsiegelleistungsfähigkeit beeinträchtigt werden
könnte.
Des weiteren haben Kaltsiegelselbsthaftmittel in der Regel einen
pH-Wert im Bereich von 10,0 bis 10,3. Nach ausgiebigem Mischen oder
zu langer Andruckzeit kann der pH-Wert jedoch abfallen. Bei Abfall
des pH-Werts unter 8,5 sind die Kaltsiegelselbsthaftmittel in der
Regel vielleicht nicht korrekt aufzubringen und funktionieren vielleicht
nicht richtig. Durch Lagerung der beschichteten Produkte bei großer Hitze
und Feuchtigkeit könnte
die Leistungsfähigkeit
des Kaltsiegelselbsthaftmittels beeinträchtigt werden. Schließlich wird
die Leistungsfähigkeit
auch durch sachgemäßes Trocknen
des Produkts beeinflußt.
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Bei
den meisten Anwendungen wird das Kaltsiegelselbsthaftmittel in einem
Muster um den Außenrand der
Laminatoberfläche
aufgebracht. Diese Folienlaminate bestehen in der Regel aus 1) einer äußeren Druckbahnfolie,
2) einer Folie zum direkten Auftragen des Kaltsiegelselbsthaftmittels
und 3) einer Klebstoffschicht zum Verbinden der beiden Folien. In
der Regel sollte die Folienoberfläche, in der das Kaltsiegelselbsthaftmittel direkt
aufgebracht wird, vorzugsweise eine sehr gute Haftung gegenüber dem
Kaltsiegelselbsthaftmittel aufweisen. Gibt es diese Haftung des
Selbsthaftmittels auf der Filmoberfläche nicht, so resultiert ein
versagen der Packung an der Stelle, an der das Selbsthaftmittel
mit dem Foliensubstrat in Kontakt steht. Dieses Versagen wird zum
Verlust der hermetischen Versiegelung und letztendlich zum Verderb
des in der Packung enthaltenen Lebensmittelprodukts führen. Schichtgewichte
der Kaltsiegelselbsthaftmittel von 9,8 bis 22 kg/m2 (2
bis 4,5 lb/Ries) erfüllen
die meisten Siegelanforderungen. (Ein Ries entspricht 3000 Quadratfuß.)
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Somit
ist es bevorzugt, eine Folie mit hervorragender Haftung gegenüber dem
Kaltsiegelselbsthaftmittel bereitzustellen. Es ist auch bevorzugt,
eine Folie bereitzustellen, die den Vorschriften der Gesundheitsbehörde der
USA (Food and Drug Administration) entspricht.
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In
der US-PS 4,252,851 wird eine orientierte Mehrschichtfolie mit einer
Kernschicht und einer Deckschicht, die ein Propylen-Buten-Copolymer
mit einem Butengehalt von 10–15%
umfaßt,
beschrieben. Diese Schicht dient als Heißsiegelschicht und wird keiner
nachfolgenden Oberflächenbehandlung
unterworfen. Diese Schicht würde
daher keine gute Kalthaftung gegenüber einem Kaltsiegelselbsthaftmittel
bereitstellen.
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In
der US-PS 5,482,780 wird eine mehrschichtige biaxial orientierte
Polypropylenfolie mit einem Kern aus isotaktischem Polypropylenpolymer,
einer Kaltsiegeltrennschicht auf einer Seite des Kerns und einer
kaltsiegelannehmenden Schicht auf der gegenüberliegenden Seite des Kerns
beschrieben. Die Kaltsiegeltrennschicht besteht aus einem statistischen
Ethylen-Peopylen-Copolymer
mit 2–8
Gew.-% Ethylen. Diese Schicht kann zur Verbesserung des Kaltsiegelannahmevermögens flammen-
oder koronabehandelt werden.
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In
der US-PS 5,900,294 wird eine biaxial orientierte mehrschichtige
Polyolefinfolie beschrieben, die bei niederigen Temperaturen heißgesiegelt
werden kann. Die Folie umfaßt
eine Grundschicht und mindestens eine Deckschicht, die ein Propylen-Buten-Copolymer
mit 20–30
Gew.-% Buten umfaßt.
Diese Folie ist für
die Heißsiegelung
bei niedrigen Temperaturen gedacht und würde keine gute Kalthaftung
gegenüber
einem Kaltsiegelselbsthaftmittel bereitstellen.
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In
der US-PS 6,022,612 wird eine mehrschichtige biaxial orientierte
Polypropylenfolie mit einem Kern aus isotaktischem Polypropylenpolymer
und einer kaltsiegelannehmenden Schicht auf der gegenüberliegenden
Seite des Kerns beschrieben. Die kaltsiegelannehmende Schicht besteht
aus 30 bis 60 Gew.-% eines thermoplastischen Kautschuks und zwischen
40 und 70 Gew.-% eines Polyolefinpolymers. Bei dem thermoplastischen
Kautschuk handelt es sich um ein Styrol-Isopren-Styrol- oder Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer.
Bei dem Polyolefin kann es sich um praktisch jedes Polyolefin aus
Polypropylen, Polyethylen oder Copolymeren handeln. Dort wird keine
andere behandelte Schicht für
die Metallisierung auf der gegenüberliegenden
Seite des Kerns angegeben. Außerdem
wird dort eine andere Kaltsiegelhaftschichtformulierung verwendet
als bei der vorliegenden Erfindung.
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In
der US-PS 6,165,599 wird eine orientierte Verbundfolie aus einem
Polypropylenkern beschrieben, die auf einer oder beiden Oberflächen des
Kerns Deckschichten aus einem metallocenkatalysierten Polypropylen
und einem niedermloekularen Kohlenwasserstoffharz aufweist. Diese
Deckschicht dient zur Verbesserung von Eigenschaften wie dem Modul,
der Trübung
und der Feuchtigkeitsbarrieredurchlässigkeit der Folie. Dort wird
die Verwendung des Metallocen-Polypropylenpolymers zur nachfolgenden
Oberflächenbehandlung und
Auftragung von Kaltsiegelselbsthaftmittel nicht gelehrt.
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In
der internationalen Anmeldung WO 00/40406 wird ein Folienaufbau
mit einer ersten Außenschicht, die
ein migratorisches Additiv umfaßt,
einer zweiten Außenschicht,
die ein Metallocen-Polyethylen umfaßt, und einer zwischen den
beiden Außenschichten
liegenden Kernschicht beschrieben. Die Metallocen-Polyethylen-Außenschicht
ist auf eine zweite Folie auflaminiert. Diese Folie offenbart nicht
die nachfolgende Behandlung oder Vermischung der Metallocen-Polyethylen-Deckschicht.
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In
der US-PS 5,492,549 wird eine biaxial orientierte Polyolefin-Verpackungsfolie
mit einem Kern aus isotaktischem Polypropylen-Homopolymer, auf dem
eine Kaltsiegeltrennschicht und eine kaltsiegelannehmende Schicht
angeordnet sind, beschrieben. Die kaltsiegelannehmende Schicht kann
aus einer Reihe verschiedener Materialien bestehen. Es werden zahlreiche
alternative Materialien beschrieben, die für die kaltsiegelannehmende
Schicht verwendet werden können,
u.a. statistisches Ethylen-Propylen-Copolymer oder Metallocen-Plastomere.
Sie erzielen eine Haftfestigkeit im Bereich von etwa 116 bis 135
N/m (300 bis 350 g/Zoll) oder weniger; nur ein paar Materialien
erreichen durchschnittliche Werte von etwa 154 N/m (400 g/Zoll).
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Kurz
gesagt enthalten die Mehrschichtpolyolefine des Standes der Technik
entweder einen natürlichen oder
thermoplastischen Kautschuk in der Schicht, auf die ein Kaltsiegelselbsthaftmittel
aufgebracht wird, und stellen keine gute Haftung gegenüber Kaltsiegelselbsthaftmitteln
bereit, oder sie stellen keine gute Haftung gegenüber Kaltsiegelklebstoffen/Kaltsiegelselbsthaftmitteln
bereit. Daher besteht Bedarf an einer metallisierbaren mehrschichtigen
Polyolefinfolie, die Kaltsiegelselbsthaftmittelformulierungen hervorragende
Haftungseigenschaften verleiht.
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Kurze Darstellung
der Erfindung
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Folie, die
eine hervorragende Verbindungsoberfläche für Kaltsiegelselbsthaftmittelformulierungen
bereitstellt. Dies ergibt eine Packung mit verbesserter hermetischer
Siegelleistungsfähigkeit.
In den Druckschriften des Standes der Technik wurde zur Erzielung
einer guten Kaltsiegelhaftung ein thermoplastischer oder natürlicher
Kautschuk verwendet. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise
gefunden, daß die
Kaltsiegelhaftung ohne Verwendung eines thermoplastischen oder natürlichen
Kautschuks verbessert werden kann.
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Wie
ersichtlich werden wird, gibt es auch noch andere Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, und die Einzelheiten der Erfindung können in
verschiedenen offensichtlichen Hinsichten abgeändert werden, ohne von der
vorliegenden Erfindung abzuweichen. Demgemäß ist die Beschreibung als
Erläuterung und
nicht als Einschränkung
anzusehen.
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Nähere Beschreibung
der Erfindung
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine metallisierbare mehrschichtige
Polyolefinfolie, die hervorragende Haftungseigenschaften gegenüber Kaltsiegelselbsthaftmittelformulierungen
bereitstellt. Im einzelnen handelt es sich bei einer Ausführungsform
bei der Folie um eine Polyolefin-Mehrschichtfolie mit einer Polyolefin-Kernschicht
und einer an die Kernschicht angrenzenden ersten Polyolefin-Deckschicht,
die eine Mischung aus einem statistischen Ethylen-Propylen-Copolymer in einer
Menge von 50–90
Gew.-% der Deckschicht und einem metallocenkatalysierten Plastomer
in einer Menge von 10–50
Gew.-% der Deckschicht umfaßt
(oder vorzugsweise im wesentlichen daraus besteht), wobei die erste
Polyolefin-Deckschicht keinen thermoplastischen oder natürlichen
Kautschuk enthält
und eine Kaltsiegelhaftung eines auf die erste Polyolefin-Deckschicht
aufgebrachten Selbsthaftklebstoffs von 174 N/m (450 g/Zoll) oder
mehr gemäß 90-Grad-T-Peel-Test
bildet, wobei der Selbsthaftklebstoff mit einem Schichtgewicht von
14,7 kg/m2 (3,0 lb/Ries) aufgebracht und
eine Woche bei Umgebungstemperatur gealtert worden ist.
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Die
Folie wird vorzugsweise nach einem Verfahren mit biaxialer Orientierung
hergestellt. Im ersten Schritt dieses Verfahrens werden die Kernschicht
und die beiden Deckschichten aus einer Düse coextrudiert. Das Flächengebilde
aus schmelzflüssigem
Polymer wird dann entweder auf eine Trommel in einem Wasserbad oder
auf eine Reihe von Trommeln mit Innenkühlung gegossen. Hierbei arbeitet
man in der Regel bei Temperaturen im Bereich von 21,1–54,4°C (70–130°F). In diesem
Gieß bereich
wird das coextrudierte Flächengebilde
abgekühlt
und kristallisiert. Dann wird die nicht orientierte Folie vorerhitzt
und in Längsrichtung
verstreckt. Diese Vorerhitzung erfolgt in der Regel im Temperaturbereich
zwischen 104 und 138°C
(220–280°F). Das Verstrecken
erfolgt im Temperaturbereich zwischen 127 und 149°C (260–300°F). Der Verstreckungsbetrag
kann im Bereich des 3- bis 6fachen der ursprünglichen Länge liegen. Als nächstes wird
die monoaxial orientierte Folie mit Hilfe eines Spannrahmenofens
in Querrichtung verstreckt. Dieses Verstrecken erfolgt im Temperaturbereich
von 157–177°C (315–350°F), was jedoch
von der Folienherstellungsgeschwindigkeit und dem Konvektionswärmetransport
zur Folie abhängt.
Die Folie wird in der Regel in Querrichtung auf das 8- bis 10fache
verstreckt. Dann wird die biaxial orientierte Folie in den letzten
Zonen des Spannrahmenofens entspannt, um den Schrumpf zu verringern.
Schließlich
wickelt man die Rolle zu einer Rolle auf und führt Folgeoperationen durch, bevor
die Folie zum Kunden befördert
wird.
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Die
Dicke des Filmaufbaus wird durch die Bedürfnisse des jeweiligen Kunden
und die Maschinenfähigkeit
des Folienherstellers diktiert. Im allgemeinen kann die erfindungsgemäße Folienaufbaugesamtdicke
im Bereich zwischen 7,5 μm
(30 gauge) und 30 μm
(120 gauge) liegen. Ganz besonders bevorzugt ist der Bereich von
10 μm (40
gauge) bis 20 μm
(80 gauge) Foliengesamtdicke.
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Die
Kernschicht der Folie besteht aus einem vorzugsweise isotaktischen
Polypropylen-Homopolymerharz. Das vorzugsweise isotaktische Polypropylenharz
kann durch eine Schmelzflußrate
im Bereich von 1–9 g/10
min definiert werden. Besonders bevorzugt ist eine Schmelzflußrate im
Bereich von 1–5
g/10 min. Ganz besonders bevorzugt ist eine Schmelzflußrate im
Bereich von 1–3
g/10 min.
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Die
Verwendung eines isotaktischen Polypropylen-Homopolymerharzes für die Kernschicht ist aus den
folgenden Gründen
bevorzugt: 1) hohe Kristallisationsrate, 2) größere Zugfestigkeit als lineares
Polyethylen, 3) höhere
Schmleztemperatur als Polyethylen im allgemeinen und 4) niedriger
Preis. Aus diesen Gründen ist
Polypropylen eine geeignete Kernschicht für Lebensmittelverpackungsfolien
im allgemeinen.
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Die
Kaltsiegelklebstoffdeckschicht ist eine Mischung aus einer metallocenkatalysierten
Ethylen-Octen-Copolymermischung
mit einem statistischen Ethylen-Propylen-Copolymer.
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Die
erste Kaltsiegelklebstoff-Deckschichtzusammensetzung besteht aus
einer Mischung von zwei Komponenten. Bei der ersten Komponente handlet
es sich um ein statistisches Ethylen-Propylen-Copolymer in einer
Menge von 50–90
Gew.-% der Deckschicht. Bei der zweiten Komponente handelt es sich
um ein Metallocen-Polyethylen
in einer Menge von 10–50
Gew.-% der Deckschicht. Die Mischung weist eine gute Verträglichkeit
der beiden Polymerkomponenten in der Mischung und eine hervorragende
Haftung gegenüber
der Polypropylen-Kernschicht
auf.
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Das
statistische Ethylen-Propylen-Copolymer enthält etwa 2–12 Gew.-% Ethylen, bezogen
auf das Gewicht des Copolymers. Besonders bevorzugt ist ein Ethylengehalt
von 2–9%.
Ganz besonders bevorzugt ist ein Ethylengehalt von 2–7 Gew.-%.
Die Schmelzflußrate
liegt im Bereich von 1–10
g/10 min.
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Das
Metallocen-Polyethylen kann aus der Gruppe bestehend aus Ethylen-Homopolymeren
und Copolymeren von Ethylen und mindestens einem C4-C20-alpha-Olefin, die unter Verwendung eines
Single-Site-Metallocenkatalysators polymerisiert worden sind, stammen.
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Das
Metallocen-Polyethylen ist durch eine Dichte im Bereich von 0,865
g/cm3 bis 0,945 g/cm3 gekennzeichet.
Dieses Harz kann weiter durch seine Schmelztemperatur im Bereich
von 48,9–123°C klassifiziert
werden. Im einzlenen handelt es sich bei dem Metallocen-Polyethylen
vorzugsweise um ein Polyethylen sehr niedriger Dichte mit einem
Dichtebereich von 0,89 g/cm3 bis 0,945 g/cm3 und einem Schmelzpeakbereich von 85°C bis 123°C. Ein bevorzugtes
Polyethylen sehr niedriger Dichte wird von DOW Plastics unter dem
Warenzeichen AFFINITYTM vertrieben; besonders
bevorzugt ist das Metallocen-Plastomer
AFFINITYTM PL1840. Alternativ dazu kann
es sich bei dem Metallocen-Polyethylen um ein Polyethylen ultraniedriger
Dichte mit einer Dichte von 0,865 bis 0,889 g/cm3 und
einem Schmelzpunktbereich von 48,9°C bis 85°C handeln. Bei den Plastomeren
handelt es sich um Homopolymere von Ethylen oder Copolymere von
Ethylen mit alpha-Olefinen mit 3 bis 10 Kohlenstoffatomen, wie 1-Buten,
1-Hexen und 1-Octen. Derartige Plastomere sind im Handel von DOW Plastics
unter dem Warenzeichen ENGAGETM und von
ExxonMobil Chemicals unter dem Warenzeichen EXACTTM erhältlich.
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Die
Kaltsiegelhaftschicht kann auch funktionelle Additive enthalten,
wie Füllstoffe,
Pigmente, Antiblockmittel, Slipmittel und Stabilisatoren. Es ist
jedoch bevorzugt, diese Oberfläche
so additivfrei wie möglich zu
halten, um jegliche Verringerung der Haftung gegenüber Kalstsiegelselbsthaftmassen
zu verringern. In der Regel verwendet man in dieser Schicht Antiblockmittel
zur Gewährleistung
von hervorragender Verarbeitbarkeit und Rollenbildung. Da Antiblockmittel
nicht-migratorisch
sind, wird dies die Haftung der Kaltsiegelhaftschicht gegenüber dem
Kaltsiegelselbsthaftmittel nur minimal beeinflussen. Beispiele für Antiblockmittel,
die in dieser Schicht verwendet werden können, sind amorphes Siliciumoxid,
Teilchen aus vernetztem synthetischem Silikon, Teilchen aus vernetztem
Polymethylmethacrylat, Antiblockmittel aus Silicatbasis und andere
handelsübliche
Antiblockmittel.
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Die
Kaltsiegelhaftschicht sollte vorzugsweise durch Koronaentladungsbehandlung,
Flammenbehandlung, Atmosphärenplasmabehandlung
oder einer speziellen Koronaentladungsbehandlung in einer Mischgasumgebung
von Stickstoff und Kohlendioxid oberflächenbehandelt worden sein.
Besonders bevorzugt ist eine Oberflächenbehandlung, die aus einer
speziellen Koronaentladungsbehandlung in einer Mischgasumgebung von
Stickstoff und Kohlendioxid oder einer standardmäßigen Koronabehandlung besteht.
Bei dieser Behandlung, wie in der US-PS 4,297,187 beschrieben, verwendet
man ein Stickstoff/Kohlendioxid-Verhältnis von 99,5:0,5 bis 50:50.
Im einzelnen liegt das Stickstoff/Kohlendioxid-Volumenverhältnis in dem Mischgas im Bereich
von 99,2:0,8 bis 80:20.
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Die
Kaltsiegelhaftungsdickschicht sollte vorzugsweise einen geringen
Kristallinitätsgrad
aufweisen. Es wird angenommen, daß die existierende weniger
kristalline oder dichte Molekularkettenpackung eine erfolgreichere
Behandlung des Polymers erlaubt. In der Regel erlaubt ein hochkristallines
Polymer oder dichtes Polymer keine erfolgreiche Oberflächenbehandlung.
So wurde beispielsweise bei Tests gefunden, daß ein statistisches Ethylen-Propylen-Copolymer
eine verbesserte Kaltsiegelhaftung nach Koronabehandlung aufweist
als ein Polypropylenpolymer. Somit erlauben die in der vorliegenden
Erfindung offenbarten Methoden die Erzielung von verbesserten chemischen
Bindungen mit dem Kaltsiegelselbsthaftmittel. Man beachte jedoch,
daß eine
strenge Koronabehandlung niedermolekulare oxidierte Substanzen auf
der Polymeroberfläche
produziert. Diese niedermolekularen oxidierten Substanzen sind nicht
fest an die Oberfläche
gebinden und könnten
eine Ursache für
Haftungsversagen sein.
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Die
zweite Polyolefin-Deckschicht ist die gleiche wie in Toray Industries,
Inc., US-PS 6,190,760, beschrieben. Diese zweite Polyolefin-Deckschicht
ist ein Polypropylenharz mit einem endothermen Kristallschmelzhauptpeak
in einem Bereich von 155 bis 163°C.
Die Kristallschmelzwärme
des als Oberflächenschicht verwendeten
Polypropylenharzes sollte vorzugsweise 20 bis 90 J/g betragen. Gewöhnliches
isotaktisches Polypropylenharz hat eine Kristallschmelzwärme von
100 J/g oder mehr. Wenn der Kristallschmelzpeak zu klein ist, wird
die Folie während
des Verfahrens gegenüber
vielen Rollen klebrig sein, was eine Abnahme des metallischen Glanzes
nach der Metallisierung zur Folge hat. Bei zu kleiner Kristallschmelzwärme ist
die Wärmebeständigkeit
der Folie schlecht. Des weiteren beeinflußt die niedrige Peaktemperatur
auch die Wärmebeständigkeit
der metallisierten Folie. Bei zu großer Kristallschmelzwärme wird
das Haftvermögen
gegenüber
der metallischen Folie schlecht. Ein geeignetes Harz besteht hauptsächlich aus
isotaktischem Polypropylenharz mit einem Mesopentadenanteil von
60 bis 88%. Ein durch Beimischen eines Polypropylen-Copolymerharzes
mit einem endothermen Kristallschmelzpeak im Bereich von 140 bis
163°C zu
einem isotaktischen Polypropylenharz mit einem Mesopentadenanteil
von 60 bis 88% bis zu einem Gewichtsanteil von 1/3 kann ebenfalls
vorzugsweise verwendet werden.
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Vorzugsweise
ist die Außenoberfläche der
zweiten Polyolefin-Deckschicht dick genug, um eine starke Bindung
zur Kernschicht aufzuweisen. Außerdem
sollten die dünnsten
Bereiche der Deckschichtdickenverteilung vorzugsweise dick genug
sein, um eine starke Bindung zur Kernschicht aufzuweisen und eine
Oberfläche für die Metallhaftung
bereitzustellen. Daher wird empfohlen, daß die Deckschicht 0,25 bis
2,5 μm (1
bis 10 gauge) dick ist. Besonders bevorzugt ist eine Dicke im Bereich
von 0,5 bis 1,5 μm
(2 bis 6 gauge).
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Die
zweite Polyolefin-Deckschicht kann durch Koronaentladungsbehandlung,
Flammenbehandlung, Atmosphärenplasmabehandlung
oder einer speziellen Koronaentladungsbehandlung in einer Mischgasumgebung
von Stickstoff und Kohlendioxid oberflächenbehandelt worden sein.
Ganz besonders bevorzugt ist eine Oberflächenbehandlung, die aus einer
speziellen Koronaentladungsbehandlung in einer Mischgasumgebung von
Stickstoff und Kohlendioxid oder einer standardmäßigen Koronabehandlung besteht.
Diese zweite Polyolefin-Deckschicht kann dann direkt metallisiert,
bedruckt, beschichtet, mit Klebstoff laminiert oder extrusionslaminiert
werden. Ganz besonders bevorzugt ist die Metallisierung der zweiten
Polyolefin-Deckschicht.
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Die
Folie wird in der Regel in einer Vakuumkammer unter Verwendung von
Aluminium bei einer optischen Dichte zwischen 1,5 und 3,5 metallisiert.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Aluminiummetallisierung beschränkt, da
auch andere Metalle verwendet werden können. Die Aluminiumverdampfungsschicht
dient zur Bereitstellung einer UV-Licht-Barriere sowie einer Sauerstoff-
und Feuchtigkeitsbarriere. Die Haftfestigkeit des Aluminiums auf
der Metallisierungsdeckschicht verleiht der Folie im allgemeinen
Barriere und Ästhetik.
Das ist darauf zurückzuführen, daß die Kaltsiegelhaftungsdeckschicht
eine sehr effektive Oberflächenbehandlung
aufweist. Diese Oberflächenbehandlung
im Verein mit der Kaltsiegelselbsthaftmittelformulierung wird zum „Pick-off" der Aluminiumschicht
führen
und effektiv die Barriere und Ästhetik
der Folie verringern. Der Begriff „Pick-off" bedeutet die Übertragung von etwas Aluminium
auf die Kaltseigelhaftschicht der Folie beim Abwickeln der metallisierten
Rolle. Zur Verhinderung dieses „Pick-off" ist ein hoher Aluminiumhaftungsgrad
bevorzugt.
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In
der folgenden Beschreibung bezieht sich Beispiel 1 auf die beanspruchte
Erfindung, und die Beispiele 2 bis 4 dienen zur Erläuterung.
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Beispiel 1:
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Eine
23 μm (92
gauge) dicke biaxial orientierte Polypropylenfolie (BOPP-Folie)
wurde auf einer 3 Meter breiten BOPP-Fertigungslinie hergestellt.
Die kaltsiegelannehmende Deckschicht wurde in 1-μm-Einheiten (4-gauge-Einheiten)
gemessen. Die Kernschicht belief sich auf 22-μm-Einheiten (88-gauge-Einheiten).
Die kaltsiegelannehmende Deckschicht bestand aus 80 Gew.-% eines
statistischen Ethylen-Propylen-Copolymers (Aristech 200706G) mit
5 Gew.-% Ethylen; zusätzlich
wurden der Deckschichtformulierung 20 Gew.-% eines Ethylen-Octen-Plastomers
(AFFINITYTM PL1840) zugegeben. Die Schmelzflußrate des
statistischen Ethylen-Propylen-Copolymers
betrug 8 g/10 min, gemessen gemäß ASTM D1238.
Die Dichte des Plastomers betrug 0,909 g/cm3.
Die Peakschmelztemperatur des Plastomers betrug 105,5°C, wie durch
DSC gemessen. Die Schmelzflußrate
des Ethylen-Octen-Plastomers betrug 1,0 g/10 min, gemessen gemäß ASTM D
1238. Die Kernschicht bestand aus isotaktischem Polypropylen-Homopolymer.
Die Schmelzflußrate
des den Kern bildenden isotaktischen Polypropylen-Homopolymers betrug
1,6 g/10 min.
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Das
Flächengebilde
wurde auf 135°C
erhitzt, in Maschinenrichtung auf das 5fache verstreckt, abgekühlt, in
einen Spannrahmenofen eingetragen, auf 164°C erhitzt, in Querrichtung auf
das 9fache verstreckt und abgekühlt.
Ferner wurde zur Behandlung der kaltsiegelannehmenden Deckschicht
Koronaentladungsbehandlung angewandt.
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Vergleichsbeispiel 1:
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Folien
wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt
und evaluiert, wobei jedoch die kaltsiegelannehmende Schicht aus
einem isotaktischen Metallocen-Polypropylen (AtoFina EOD-00-07)
bestand. Die Schmelzflußrate
des metallocenkatalysierten Polypropylens betrug 8 g/10 min, gemessen
gemäß ASTM D1238.
Die Peakschmelztemperatur betrug 150–152°C, wie gemäß ASTM D 792 gemessen.
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Vergleichsbeispiel 2:
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Folien
wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt
und evaluiert, wobei jedoch die kaltsiegelannehmende Deckschicht
aus 100 Gew.-% eines statistischen Propylen-Buten-Copolymers (Union
Carbide CEFOR® SRD4-188)
mit 5 Gew.-% Buten-Comonomer bestand. Die Schmelzflußrate des
Propylen-Buten-Copolymers betrug 5 g/10 min, gemessen gemäß ASTM D1238.
Die Peakschmelztemperatur des Copolymers betrug 145°C, wie gemäß ASTM D
792 gemessen.
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Vergleichsbeispiel 3:
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Folien
wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt
und evaluiert, wobei jedoch die kaltsiegelannehmende Deckschicht
aus 100 Gew.-% eines statistischen Propylen-Buten-Copolymers (Union
Carbide CEFOR® DS4D05)
mit 14 Gew.-% Buten-Comonomer bestand. Die Schmelzflußrate des
Propylen-Buten-Copolymers betrug 6,5 g/10 min, gemessen gemäß ASTM D1238.
Die Peakschmelztemperatur des Copolymers betrug 131°C, wie gemäß ASTM D
792 gemessen.
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Vergleichsbeispiel 4:
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Folien
wurden unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellt
und evaluiert, wobei es sich jedoch bei der kaltsiegelannehmenden
Deckschicht um ein isotaktisches Polypropylen-Homopolymer handelte.
Die Schmelzflußrate
dieses isotaktischen Polypropylen-Deckschichtharzes betrug 8 g/10 min.
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Die
obigen Folien wurden zunächst
mit Klebstoff auf 15 μm
(60 gauge) dicke BOPP-Kaltsiegeltrennfolie auflaminiert. Dabei wurden
als Klebstoffe die Zweikomponenten-Polyurethane Upaco 2593 und Upaco
2594 verwendet. Auf die laminierte Bahn wurde mit einem Faustel-Direkttiefdruckbeschichter
Kaltsiegelselbsthaftmittel AtoFindley C1099 einheitlich mit einem
Schichtgewicht von 14,2–14,7
kg/m2 (2,9–3,0 lb/Ries) aufgetragen.
Die Kaltsiegelhaftverbindungen wurden an Kaltsiegelselbsthaftklebemittel,
das bis zu einem Schichtgewicht von 14,7 kg/m2 (3,0
lb/Ries) auf Folien proben aufgetragen und getrocknet worden war,
gemessen. Die Proben wurden dann in 1 Zoll breite Streifen geschnitten
und am gleichen Tag auf einem Heißsiegelgerät Modell 12A von Sentinel unter
Verwendung von teflonbeschichteten Flachsiegelbacken bei Raumtempera
tur, 552 kPa (80 psi), 0,5 Sekunden Verweilzeit) gesiegelt. Dann
wurden die Proben unter Umgebungsbedingungen gealtert und 1 Woche
nach dem Selbstklebemittelauftragsdatum und erneut 5 Wochen danach
getestet, um die Effekte der Kaltsiegelselbstklebverbindung auf
das Folienlaminat zu testen. Die gesiegelten Proben werden dann
auf einem Instron-Zugprüfgerät gemäß 90-Grad-T-Peel-Test
unter Verwendung eines 90-Grad-T-Peel-Winkels unter Ziehen auf Siegelfestigkeit
getestet. Die Bindungsfestigkeit wird in g/Zoll (1 g/Zoll entspricht
1 g/2,54 mm oder 0,386 N/m) aufgezeichnet.
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Tabelle
1. Kaltsiegelhaftungsergebnisse
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Die
obige Beschreibung soll dem Fachmann ermöglichen, die Erfindung herzustellen
und anzuwenden, und wird in Zusammenhang mit einer bestimmten Anwendung
und deren Anforderungen bereitgestellt. Für den Fachmann sind verschiedene
Abänderungen
der bevorzugten Ausführungsformen
leicht ersichtlich, und die hier definierten allgemeinen Prinzipien
können
auf andere Ausführungsformen
und Anwendungen angewandt werden, ohne den Schutzbereich der Erfindung,
wie er in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist, zu verlassen.
