DE102015008554A1 - Mehrschichtige Polymerfolie und daraus hergestelltes Multipack - Google Patents
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Abstract
Eine mehrschichtige Polymerfolie für Multipacks umfasst mindestens zwei Schichten, die aus Polyester und Additiven bestehen, wobei eine erste Schicht porös ist und eine zweite Schicht einen anorganischen Füllstoff enthält. Aus der mehrschichtigen Polymerfolie thermogeformte Multipacks sind mit Abreißkerben ausgestattet.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrschichtige Polymerfolie mit 2 bis 10 Schichten und ein aus der mehrschichtigen Polymerfolie thermogeformtes Multipack, das 2 bis 40 Behälter umfasst.
- Multipacks für Nahrungsmittelprodukte wie Joghurt, Pudding, Konfitüre oder Butter sind im Stand der Technik bekannt. Branchenübliche Multipacks, die 2 bis 40 Packs bzw. Behälter oder Becher umfassen, werden aus weißer oder farbiger einschichtiger Polystyrolfolie mit einer Dicke von 400 bis 1200 μm thermogeformt. Typischerweise sind die Behälter eines Multipacks in einem Muster periodischer Reihen und Spalten angeordnet, die durch ebene Streifen von Polystyrolfolie verbunden sind. Das jeweilige Nahrungsmittelprodukt kann in die Behälter eines Multipacks unmittelbar nach dem Thermoformen (Inline) oder nach zwischenzeitlicher Lagerung der leeren Multipacks (offline) gefüllt werden. Anschließend werden das Multipack bzw. die Behälter, die das Nahrungsmittelprodukt enthalten, mit einem Foliendeckel versiegelt. Danach werden der Foliendeckel und die Oberfläche der zusammenhängenden Multipack-Streifen, die zwischen benachbarten Behälterreihen und -spalten verlaufen, unter Verwendung eines Schneidrades oder ähnlicher Mittel auf eine voreingestellte Tiefe eingeschnitten, um die manuelle Trennung der einzelnen Behälter durch den Endverbraucher zu erleichtern. Im Stand der Technik sowie in der vorliegenden Erfindung werden besagte Einschnitte auch als „Abreißkerben” bezeichnet.
- Eine Polymerfolie, die für die Herstellung von Multipacks geeignet ist, muss thermoformbar und versiegelbar sein und eine angemessene mechanische Stabilität und Diffusionsbarriere bereitstellen, um mechanischen Schaden zu verhindern und das darin enthaltene Nahrungsmittelprodukt über einen längeren Zeitraum zu konservieren. Ferner darf das Folienmaterial keine schadhaften Substanzen freisetzen, wenn es über einen längeren Zeitraum in direktem Kontakt mit Nahrungsmittelprodukten steht.
- Branchenübliche Multipacks werden aus homogener einschichtiger Folie auf Basis von Polystyrol hergestellt. Polystyrol stellt geeignete thermische und mechanische Eigenschaften bei einer vorteilhaften Dichte von 0,96 bis 1,04 g/cm3 bereit. Von Polystyrol ist jedoch bekannt, dass es eine geringe Diffusionsbarriere für Sauerstoff und Wasserdampf aufweist, was in vielen Fällen das in den Polystyrolbehältern über einen längeren Zeitraum gelagerte Nahrungsmittelprodukt beeinträchtigen kann.
- Ferner enthält Polystyrol bis zu 1 Gew.-% des fettlöslichen Monomers Styrol, welches in das Nahrungsmittelprodukt migriert und die menschliche Gesundheit beeinträchtigen kann (siehe J. R. Withey "Quantitative Analysis of Styrene Monomer in Polystyrene and Foods Including Some Preliminary Studies of the Uptake and Pharmacodynamics of the Monomer in Rats" Environmental Health Perspectives, Band 17, S. 125–133, 1976).
- Daher existiert ein Bedarf für eine Polymerfolie, welche kein Gesundheitsrisiko darstellt, für Multipacks geeignet ist und verbesserte Lagerbeständigkeit für Nahrungsmittelprodukte bereitstellt.
- Demgemäß hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine thermoformbare Folie für die Herstellung von Multipacks mit verbesserter Diffusionsbarriere für Sauerstoff und Wasserdampf verglichen mit herkömmlichen aus Polystyrol hergestellten Multipacks in Verbindung mit geeigneten mechanischen Eigenschaften bereitzustellen. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Folie, wenn sie thermogeformt wird, widerstandsfähig sein gegen Biegen und Knicken unter mechanischer Belastung, wie sie während der Lagerung und des Transports von mit Nahrungsmittelprodukten, wie Joghurt, gefüllten Multipacks auftreten. Ferner soll das erfindungsgemäße Multipack eine leichte Trennung der einzelnen Packs bzw. Behälter ermöglichen, wenn es mit Abreißkerben ausgestattet ist. Diese Aufgabe wird durch eine mehrschichtige Polymerfolie mit 2 bis 10 Schichten gelöst, wobei
- – eine erste Schicht aus 80 bis 99,5 Gew.-% Polyester und 0,5 bis 20 Gew.-% Additiven besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht, und Poren umfasst;
- – eine zweite Schicht mit einer erste Oberfläche der ersten Schicht verbunden ist und aus 50 bis 90 Gew.-% Polyester und 10 bis 50 Gew.-% Additiven besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Schicht, wobei 1 bis 30 Gew.-% eines ersten Additives aus Kreide, Talk, Glimmer, Wollastonit, Calciumcarbonat, Bentonit, Kaolin, Ton, Titanoxid und Mischungen davon gewählt ist,;
- Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Folie sind dadurch gekennzeichnet, dass:
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine gemäß DIN 53380-3 gemessene Sauerstoffpermeabilität (Sauerstofftransmissionsrate OTR) von 1 bis 40 cm3/(m2·Tag·atm) hat;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine gemäß DIN EN ISO 15106-2 gemessene Wasserdampfpermeabilität (water vapor transmission rate WVTR) von 1 bis 6 g/(m2·Tag·atm) hat;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine gemäß DIN 53380-3 gemessene Sauerstofftransmissionsrate von 1 bis 10 cm3/(m2·Tag·atm), 1 bis 5 cm3/(m2·Tag·atm), 3 bis 7 cm3/(m2·Tag·atm) oder 6 bis 10 cm3/(m2·Tag·atm) hat;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine gemäß DIN 53380-3 gemessene Wasserdampfpermeabilität (Wasserdampftransmissionsrate WVTR) von 1 bis 3 g/(m2·Tag·atm), 1 bis 2 g/(m2·Tag·atm) oder 2 bis 3 g/(m2·Tag·atm) hat;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine Biegesteifigkeit von 50 bis 120 N·mm2 pro 1 mm Breite, gemessen gemäß DIN 53350 bei einer Foliendicke von 700 μm, hat;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine Biegesteifigkeit von 50 bis 70 N·mm2, 60 bis 80 N·mm2, 70 bis 90 N·mm2, 80 bis 100 N·mm2, 90 bis 110 N·mm2 oder 100 bis 120 N·mm2 pro 1 mm Breite, gemessen gemäß DIN 53350 bei einer Foliendicke von 700 μm, hat;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine Biegesteifigkeit von 146·t3 bis 350·t3 N/mm pro 1 mm Breite hat, wobei t die Dicke der mehrschichtigen Polymerfolie in Einheiten von mm ist, und die Biegesteifigkeit gemäß DIN 53350 gemessen wird;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine Biegesteifigkeit von 146·t3 bis 204·t3 N/mm, 175 bis 233 N/mm, 204 bis 262 N/mm, 233 bis 292 N/mm, 262 bis 321 N/mm oder 292 bis 350 N/mm pro 1 mm Breite hat, wobei t die Dicke der mehrschichtigen Polymerfolie in Einheiten von mm ist, und die Biegesteifigkeit gemäß DIN 53350 gemessen wird;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine Dichte von 1 bis 1,4 g/cm3 hat;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine Dichte von 1 bis 1,2 g/cm3, 1,1 bis 1,3 g/cm3 oder 1,2 bis 1,4 g/cm3 hat;
- – die erste Schicht aus 80 bis 99,5 Gew.-% Polyester und 0,5 bis 20 Gew.-% Additiven besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht, Poren umfasst und einen Elastizitätsmodul von 700 bis 2000 N/mm2 hat, wenn sie als einschichtige Folie unter den selben Bedingungen wie die mehrschichtige Polymerfolie hergestellt wird;
- – die zweite Schicht mit einer ersten Oberfläche der ersten Schicht verbunden ist und aus 50 bis 90 Gew.-% Polyester und 10 bis 50 Gew.-% Additiven besteht, wobei 1 bis 30 Gew.-% eines ersten Additives aus Kreide, Talk, Glimmer, Wollastonit, Calciumcarbonat, Bentonit, Kaolin, Ton, Titanoxid und Mischungen davon gewählt ist, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Schicht und einen Elastizitätsmodul von 1800 bis 3200 N/mm2 aufweist, wenn sie als einschichtige Folie unter den gleichen Bedingungen wie die mehrschichtige Polymerfolie hergestellt wird;
- – die erste Schicht einen Elastizitätsmodul von 700 bis 1000 N/mm2, 800 bis 1200 N/mm2, 1000 bis 1400 N/mm2, 1200 bis 1600 N/mm2, 1400 bis 1800 N/mm2 oder 1600 bis 2000 N/mm2 hat, wenn sie als einschichtige Folie unter den gleichen Bedingungen wie die mehrschichtige Polymerfolie hergestellt wird;
- – die zweite Schicht einen Elastizitätsmodul von 1800 bis 2200 N/mm2, 2000 bis 2400 N/mm2, 2200 bis 2600 N/mm2, 2400 bis 2800 N/mm2, 2600 bis 3000 N/mm2 oder 2800 bis 3200 N/mm2 hat, wenn sie als einschichtige Folie unter den gleichen Bedingungen wie die mehrschichtige Polymerfolie hergestellt wird;
- – der eine oder mehrere Polyester der ersten und zweiten Schicht unabhängig voneinander gewählt sind aus Polyethylenterephthalat und Polyestern, welche aus (i) 80 bis 100 Mol-% einer Disäurerest-Komponente, die gewählt ist aus Terephthalsäure, Naphthalendicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, Isophthalsäure und Mischungen davon und (ii) 80 bis 100 Mol-% einer Diolrestkomponente, die gewählt ist aus Diolen, die 2 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten, insbesondere Ethylenglykol und Mischungen davon und 0 bis 20 Mol-% eines modifizierenden Diols, gewählt aus 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 2,2,4-Trimethyl-1,3-Pentandiol, Propylenglykol, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, bezogen auf 100 Mol-% Disäurereste bzw. 100 Mol-% Diolreste, bestehen;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine Dicke von 400 bis 1200 μm hat;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine Dicke von 400 bis 800 μm, 600 bis 1000 μm oder 800 bis 1200 μm hat;
- – das Verhältnis der Dicke T1 der ersten Schicht zu der Dicke T2 der zweiten Schicht im Bereich von 0,5 bis 4, d. h. 0,5 ≤ T1/T2 ≤ 4 liegt;
- – das Verhältnis der Dicke T1 der ersten Schicht zu der Dicke T2 der zweiten Schicht im Bereich von 0,5 bis 2, d. h. 0,5 ≤ T1/T2 ≤ 2 liegt;
- – das Verhältnis der Dicke T1 der ersten Schicht zu der Dicke T2 der zweiten Schicht im Bereich von 1 bis 2, d. h. 1 ≤ T1/T2 ≤ 2 liegt;
- – das Verhältnis der Dicke T1 der ersten Schicht zu der Dicke T2 der zweiten Schicht im Bereich von 1,5 bis 2,5, d. h. 1,5 ≤ T1/T2 ≤ 2,5 liegt;
- – das Verhältnis der Dicke T1 der ersten Schicht zu der Dicke T2 der zweiten Schicht im Bereich von 2 bis 3, d. h. 2 ≤ T1/T2 ≤ 3 liegt;
- – das Verhältnis der Dicke T1 der ersten Schicht zu der Dicke T2 der zweiten Schicht im Bereich von 2,5 bis 3,5, d. h. 2,5 ≤ T1/T2 ≤ 3,5 liegt;
- – das Verhältnis der Dicke T1 der ersten Schicht zu der Dicke T2 der zweiten Schicht im Bereich von 3 bis 4, d. h. 3 ≤ T1/T2 ≤ 4 liegt;
- – die erste Schicht Poren umfasst und eine Dichte von 0,8 bis 1,1 g/cm3 hat, wenn sie als einschichtige Folie unter den gleichen Bedingungen wie die mehrschichtige Polymerfolie hergestellt wird;
- – die erste Schicht Poren umfasst und eine Dichte von 0,8 bis 1 g/cm3 oder 0,9 bis 1,1 g/cm3 hat, wenn sie als einschichtige Folie unter den gleichen Bedingungen wie die mehrschichtige Polymerfolie hergestellt wird;
- – die zweite Schicht eine Dichte von 1,3 bis 1,5 g/cm3 hat, wenn sie als einschichtige Folie unter den gleichen Bedingungen wie die mehrschichtige Polymerfolie hergestellt wird;
- – die zweite Schicht eine Dichte von 1,3 bis 1,4 g/cm3 oder 1,4 bis 1,5 g/cm3 hat, wenn sie als einschichtige Folie unter den gleichen Bedingungen wie die mehrschichtige Polymerfolie hergestellt wird;
- – die erste Schicht 8 bis 19,9 Gew.-% Polyethylen und 0,1 bis 2 Gew.-% Ethylenvinylacetat umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht;
- – die zweite Schicht 8 bis 24 Gew.-% Polyethylen und 0,1 bis 2 Gew.-% Ethylenvinylacetat umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Schicht;
- – die erste Schicht 0,01 bis 1 Gew.-% eines Schäumungsmittels umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht;
- – das Schäumungsmittel gewählt ist aus Kohlendioxid, Natriumhydrogencarbonat und Zitronensäure, Stickstoff, Azodicarbonamid, Oxy-bis-benzolsulfonylhydrazid, Toluol-sulfonylhydrazid, Benzol-sulfonylhydrazid, Toluol-sulfonylsemicarbazid, 5-Phenyltetrazol, Dinitrosopentamethylentetramin und Mischungen davon;
- – die zweite Schicht 1 bis 30 Gew.-% eines Additives umfasst, das gewählt ist aus Kreide, Talk, Glimmer, Wollastonit, Calciumcarbonat, Bentonit, Kaolin, Ton, Titanoxid und Mischungen davon, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Schicht, wobei das Additiv aus Teilchen mit einer Teilchengröße von weniger als 60 μm, von 0,01 bis 50 μm, 0,01 bis 40 μm, 0,01 bis 30 μm oder 1 bis 50 μm besteht;
- – die zweite Schicht 1 bis 8 Gew.-%, 6 bis 10 Gew.-%, 8 bis 12 Gew.-%, 10 bis 14 Gew.-%, 12 bis 16 Gew.-%, 14 bis 18 Gew.-%, 16 bis 20 Gew.-%, 18 bis 22 Gew.-%, 20 bis 24 Gew.-%, 22 bis 26 Gew.-%, 24 bis 28 Gew.-% oder 26 bis 30 Gew.-% eines Additives umfasst, das gewählt ist aus Kreide, Talk, Glimmer, Wollastonit, Calciumcarbonat, Bentonit, Kaolin, Ton, Titanoxid und Mischungen davon, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Schicht;
- – die mehrschichtige Polymerfolie aus 3 Schichten besteht;
- – die mehrschichtige Polymerfolie aus 4 Schichten besteht;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine dritte Schicht umfasst, die mit einer zweiten Oberfläche der ersten Schicht, gegenüberliegend zu der zweiten Schicht, verbunden ist, wobei die dritte Schicht aus 90 bis 99,5 Gew.-% Polyester und 0,5 bis 10 Gew.-% Additiven besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht der dritten Schicht;
- – die mehrschichtige Polymerfolie eine vierte Schicht umfasst, die mit einer Oberfläche der zweiten Schicht, gegenüberliegend zu der ersten Schicht, verbunden ist, wobei die vierte Schicht 90 bis 99,5 Gew.-% Polyester und 0,5 bis 10 Gew.-% Additive umfasst, bezogen auf das Gesamtgewicht der vierten Schicht;
- – der eine oder mehrere Polyester der dritten und vierten Schicht unabhängig voneinander aus Polyethylen-terephthalat und Polyestern gewählt sind, die aus (i) 80 bis 100 Mol-% einer Disäurerestkomponente, die gewählt ist aus Terephthalsäure, Naphthalendicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, Isophthalsäure und Mischungen davon und (ii) 80 bis 100 Mol-% einer Diolrestkomponente, die gewählt ist aus Diolen, die 2 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten, insbesondere Ethylenglykol und Mischungen davon und 0 bis 20 Mol-% eines modifizierenden Diols, gewählt aus 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,8-Octandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 2,2,4-Tri-methyl-1,3-Pentandiol, Propylenglykol, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-Cyclobutandiol, bezogen auf 100 Mol-% Disäurereste bzw. 100 Mol-% Diolreste, bestehen;
- – die dritte Schicht eine Dicke von 4 bis 60 μm hat;
- – die dritte Schicht eine Dicke von 4 bis 20 μm, 10 bis 30 μm, 20 bis 40 μm, 30 bis 50 μm oder 40 bis 60 μm hat; und/oder
- – die vierte Schicht eine Dicke von 4 bis 60 μm hat.
- Weiterhin hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Multipack bereitzustellen, das eine verbesserte Diffusionsbarriere für Sauerstoff und eine angemessene Diffusionsbarriere für Wasserdampf im Vergleich zu herkömmlichen aus Polystyrol hergestellten Multipacks in Verbindung mit geeigneten mechanischen Eigenschaften aufweist. Insbesondere soll das Multipack widerstandsfähig sein gegen Biegen und Knicken unter mechanischer Belastung, wie sie zum Beispiel auftritt, wenn zwanzig oder mehr Multipacks, die mit einem Nahrungsmittelprodukt wie Konfitüre oder Joghurt gefüllt sind, aufeinandergestapelt werden. Ferner soll das erfindungsgemäße Multipack eine leichte Trennung der einzelnen Packs bzw. Behälter ermöglichen, wenn es mit geeigneten Einschnitten ausgestattet ist.
- Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Multipack, das 2 bis 40 Behälter umfasst, wobei das Multipack aus der oben beschriebenen erfindungsgemäßen mehrschichtigen Folie thermogeformt ist und wobei die erste Schicht oder die dritte Schicht der mehrschichtigen Polymerfolie eine obere Oberfläche des Multipacks bilden, die konkave Bereiche aufweist.
- Ein vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Multipacks ist dadurch gekennzeichnet, dass das Multipack 1 bis 40 Abreißkerben umfasst, die sich von der oberen Oberfläche des Multipacks in die mehrschichtige Polymerfolie bis zu einer Tiefe D erstrecken, wobei D1 ≤ D ≤ D2, D1 sich bis 80% der Dicke der ersten Schicht und D2 sich bis 50% der Dicke der zweiten Schicht erstreckt.
- Die Abreißkerben können hinzugefügt werden, nachdem das thermogeformte Multipack mit Produkten gefüllt und mit einem Foliendeckel versiegelt worden ist. Daher kann das Multipack der vorliegenden Erfindung auch einen Foliendeckel, der auf zusammenhängende ebene Streifen des Multipacks, die sich zwischen benachbarten Behälterreihen und -spalten erstrecken, gesiegelt wurde, umfassen. Vorzugsweise besteht dieser Foliendeckel aus einer siegelbaren einschichtigen oder mehrschichtigen Polymerfolie, die mit einer Metallbeschichtung und einer oder mehreren bedruckten Schichten ausgestattet ist.
- Die erfindungsgemäße mehrschichtige Polymerfolie wird mittels bekannter Verfahren wie Koextrusion oder Kalandrierung in Verbindung mit Laminierung hergestellt. Ähnlich wird das erfindungsgemäße Multipack unter Verwendung herkömmlicher Thermoformvorrichtungen und Prozessparameter hergestellt, die in Einklang mit jenen für die aus Polystyrolfolie hergestellten Multipacks stehen.
- Die erfindungsgemäße mehrschichtige Polymerfolie kann aus zwei oder drei Schichten bestehen, d. h. der ersten und der zweiten Schicht plus gegebenenfalls entweder der dritten oder der vierten Schicht.
- Jede der Schichten der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Polymerfolie stellt eine unterschiedliche Funktionalität bereit, wie nachstehend erklärt.
- Die erste Schicht ist porös, hat eine reduzierte Dichte im Vergleich zu regulärem Polyethylenterephthalat und verringert dadurch Gesamtdichte und -gewicht der mehrschichtigen Polymerfolie. Hiermit einhergehend hat die erste Schicht einen etwas verminderten Elastizitätsmodul und höhere Bruchdehnung, was die mehrschichtige Polymerfolie flexibler und resistenter gegen Biegen und Zugbeanspruchung macht. Ebenfalls kann die erste Schicht aufgrund ihrer Porosität leicht geschnitten werden und erleichtert die Platzierung der Abreißkerben.
- Die zweite Schicht, welche vorzugsweise ein partikelförmiges anorganisches Additiv enthält, hat einen hohen Elastizitätsmodul im Vergleich zu regulärem Polyethylenterephthalat und verleiht der mehrschichtigen Polymerfolie Biegesteifigkeit. Zusätzlich ist die zweite Schicht spröde und fördert die „Abreißbarkeit” („Snappability”) der aus der mehrschichtigen Polymerfolie der Erfindung thermogeformten Multipacks. Der Begriff „Abreißbarkeit” bezieht sich auf die Eignung eines Multipacks für manuell bewirkten Bruch entlang der vorgesehenen Abreißkerben.
- Durch Anpassen der Dicke und der mechanischen Eigenschaften, insbesondere des Elastizitätsmoduls der ersten und der zweiten Schicht kann die Biegesteifigkeit und – in Verbindung mit der Tiefe der Abreißkerben – die Abreißbarkeit der mehrschichtigen Polymerfolie auf die anwendungsspezifischen Anforderungen an das Multipack abgestimmt werden. Ferner kann die Dicke der ersten und der zweiten Schicht auch eingestellt werden, um die Dicke der mehrschichtigen Polymerfolie an die spezifischen Erfordernisse eines Multipack-Thermoformverfahrens anzupassen.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Polymerfolie umfasst die erste und/oder die zweite Schicht ein Polyolefin oder ein Polyamid, vorzugsweise in Verbindung mit einem Kompatibilisator wie Ethylenvinylacetat, um die Barriere gegen Diffusion von Sauerstoff und Wasserdampf zu erhöhen. Das Polyolefin oder das Polyamid bildet Domänen in der Polyestermatrix der ersten und/oder der zweiten Schicht und reduziert das Diffusionsvermögen von O2- und H2O-Molekülen.
- Die optionale dritte Schicht stellt ein ebenes, nicht-poröses Oberflächenfinish bereit und isoliert das in einem Multipack enthaltene Nahrungsmittelprodukt von der ersten Schicht der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Polymerfolie. Zusätzlich erhöht die dritte Schicht die Biegesteifigkeit der mehrschichtigen Polymerfolie. Die optionale vierte Schicht verbessert die visuelle Erscheinung von aus der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Polymerfolie thermogeformten Multipacks. Vorzugsweise hat die äußere Oberfläche der vierten Schicht, gegenüberliegend zu der zweiten Schicht, ein glänzendes Oberflächenfinish. Zusätzlich kann die vierte Schicht Farbadditive umfassen, welche vorzugsweise den Erfordernissen für Lebensmittelverpackungen genügen.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die
1 –3 sind Schemata einer mehrschichtigen Folie der vorliegenden Erfindung; - Die
4 zeigt eine Perspektivsicht eines aus der erfindungsgemäßen Folie hergestellten Multipacks; - Die
5 –8 zeigt Details der Abreißkerben in dem Multipack der vorliegenden Erfindung; - Die
9 zeigt die Geometrie des Aufbaus für die Messung der Biegesteifigkeit der erfindungsgemäßen Folie. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
1 zeigt eine mehrschichtige Polymerfolie10 gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine erste Schicht1 und eine zweite Schicht2 umfasst. -
2 zeigt eine mehrschichtige Polymerfolie11 gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine erste Schicht1 , eine zweite Schicht2 und eine dritte Schicht3 umfasst. -
3 zeigt eine mehrschichtige Polymerfolie12 gemäß der vorliegenden Erfindung, die eine erste Schicht1 , eine zweite Schicht2 , eine dritte Schicht3 und eine vierte Schicht4 umfasst. - Die mehrschichtige Polymerfolie der Erfindung kann aus drei Schichten bestehen, d. h. der ersten und zweiten Schicht plus entweder der dritten oder der vierten Schicht. Insbesondere kann die mehrschichtige Polymerfolie aus den Schichten
1 ,2 und3 oder den Schichten1 ,2 und4 bestehen. -
4 zeigt eine Perspektivsicht eines beispielhaften Multipacks30 , das aus der mehrschichtigen Polymerfolie der vorliegenden Erfindung thermogeformt ist. Das Multipack30 umfasst sechs Behälter31 . Vorzugsweise sind die Behälter31 in einem periodischen Muster aus parallelen Reihen und Spalten angeordnet. Eine obere Oberfläche32 des Multipacks30 umfasst konkave Bereiche, deren Form zu der Form der Behälter31 korrespondiert. Vorzugsweise ist die obere Oberfläche32 durch die erste Schicht oder die zweite Schicht der mehrschichtigen Polymerfolie der vorliegenden Erfindung gebildet. Die Oberseite32 des Multipacks30 umfasst ferner Einschnitte33 und34 . Vorzugsweise sind die Einschnitte33 und34 symmetrisch auf halber Strecke zwischen den benachbarten Reihen und Spalten der Behälter31 angeordnet. -
5 zeigt schematisch Details der Einschnitte33 und34 in der Oberseite32 eines Multipacks, das aus einer Folie gemäß der vorliegenden Erfindung thermogeformt ist, wobei die besagte Folie eine erste Schicht21 und eine zweite Schicht22 umfasst, die zu Schicht1 bzw. Schicht2 von1 korrespondieren. In der5 ist die Dicke der ersten Schicht21 mit dem Referenzzeichen „T1” bezeichnet. Die Einschnitte33 und34 erstrecken sich von der oberen Oberfläche32 in die erste Schicht21 hinab bis zu einer Tiefe D. Vorzugsweise ist die Tiefe D gleich oder größer als 60% von T1, d. h. D ≥ 0,6 × T1 und noch bevorzugter gleich oder größer als 80% von T1, d. h. D ≥ 0,8 × T1. - Ähnlich zu
5 zeigt die6 die Einschnitte33 und34 mit der Tiefe D in der Oberseite32 eines Multipacks, das aus einer Folie gemäß der vorliegenden Erfindung thermogeformt ist, wobei diese Folie eine erste Schicht21 und eine zweite Schicht22 umfasst, korrespondierend zu Schicht1 bzw. Schicht2 der1 . Die Schicht21 und Schicht22 haben die Dicke T1 bzw. T2, die Einschnitte33 und34 erstrecken sich durch die erste Schicht21 in die zweite Schicht22 , vorzugsweise hinab zu einer Tiefe D, welche zu kleiner oder gleich 50% der Dicke T2 der zweiten Schicht22 korrespondiert, d. h. D ≤ T1 + 0,2 × T2. - Mit Bezug auf
5 und6 ist die Tiefe D der Einschnitte33 und34 gemäß folgender Relation beschränkt:0,6 × T1 ≤ D ≤ T1 + 0,5 × T2 0,8 × T1 ≤ D ≤ T1 + 0,5 × T2 - Ähnlich zu
5 und6 zeigen7 und8 die Einschnitte33 und34 mit der Tiefe D in der Oberseite32 eines aus einer Folie gemäß der vorliegenden Erfindung thermogeformten Multipacks, wobei diese Folie eine erste Schicht21 , eine zweite Schicht22 und eine dritte Schicht23 umfasst, korrespondierend zu der Schicht1 bzw. Schicht2 bzw. Schicht3 der2 und3 , und die Schicht21 ,22 und23 die Dicke T1 bzw. T2 bzw. T3 haben. -
7 zeigt die Einschnitte33 und34 , die sich durch die dritte Schicht23 in die erste Schicht21 erstrecken, vorzugsweise hinab bis auf eine Tiefe D, welche zu mindestens 60% der Dicke T1 der ersten Schicht21 korrespondiert, d. h. D ≥ T3 + 0,6 × T1, und besonders bevorzugt mindestens 80% der Dicke T1, d. h. D ≥ T3 + 0,8 × T1. -
8 zeigt die Einschnitte33 und34 , die sich durch die dritte und erste Schicht23 und21 in die zweite Schicht22 erstrecken, vorzugsweise hinab bis auf eine Tiefe D, welche geringer oder gleich 50% der Dicke T2 der zweiten Schicht22 , d. h. D ≤ T3 + T1 + 0,5 × T2 ist. - Mit Bezug auf die
7 und8 ist die Tiefe D der Einschnitte33 und34 vorzugsweise gemäß der folgenden Relation beschränktT3 + 0,6 × T1 ≤ D ≤ T3 + T1 + 0,5 × T2 T3 + 0,8 × T1 ≤ D ≤ T3 + T1 + 0,5 × T2 - Obwohl in
4 ,5 ,6 ,7 und8 nicht gezeigt, kann das Multipack30 der vorliegenden Erfindung ebenfalls einen Foliendeckel umfassen, der auf zusammenhängenden ebenen Streifen des Multipacks30 , die sich zwischen benachbarten Behälterreihen oder -spalten erstrecken, gesiegelt ist. Vorzugsweise besteht dieser Foliendeckel aus einer siegelbaren einschichtigen oder mehrschichtigen Polymerfolie, die mit einer Metallbeschichtung und einer oder mehreren bedruckten Schichten ausgestattet ist. Ungeachtet dessen, ob das Multipack30 einen Foliendeckel umfasst oder nicht, werden die oben genannten Grenzen für die Tiefe D der Abreißkerben33 ,34 in Bezug auf die Oberseite32 des Multipacks30 , gebildet durch die erste Schicht21 oder die dritte Schicht23 der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Polymerfolie, eingehalten. - Die
9 zeigt eine perspektivische Schemaansicht der Geometrie für die Messung der Biegesteifigkeit gemäß DIN 53350. Eine Folienprobe10 mit einer Breite W wird an einem Ende durch eine Klammer50 fixiert. In einem Abstand L von der Klammer50 wird das freiliegende Ende der Folienprobe10 in eine Richtung, die senkrecht zu einer nominellen, durch die Klammer50 definierten Ebene der Folienprobe steht, ausgelenkt. In der vorliegenden Erfindung ist der Abstand L auch als Biegelänge L bezeichnet. - Die senkrechte Auslenkung ist durch das Referenzzeichen „x” bezeichnet und der korrespondierende Auslenkungswinkel durch „ϕ”, wobei ϕ = tan–1(x/L) beträgt. Die Auslenkung der Folie
10 wird durch einen (in9 nicht gezeigten) elektrischen Stellmotor bewirkt, der mit einer Kraftaufnehmerzelle und einem Positionsgeber für die Messung der Biegekraft und der korrespondierenden Auslenkung x ausgestattet ist. Die Biegesteifigkeit S ist als das Differential des Biegemoments M zur Krümmung κ definiert, d. h. S = ΔM/Δκ, wobei die Krümmung κ der Kehrwert des Biegeradius' R ist, d. h. κ = 1/R. Für kleine Winkelauslenkung ϕ ≤ 7 Grad (d. h. ϕ ≤ 0,122 Radiant) kann die Biegesteifigkeit S gemäß der Formel S = (ΔF/Δx)·(L3/3)·W angenähert werden, wobei F die Biegekraft bezeichnet. - In der vorliegenden Erfindung wird die Biegesteifigkeit vorzugsweise unter Verwendung einer automatisierten Instruments, wie eines 2-Punkt-Biegetesters von Zwick Roell, gemessen.
- Beispiel
- Eine vierschichtige Polymerfolie gemäß der vorliegenden Erfindung des Typs C/A/B/C wurde unter Verwendung von drei Extrudern und eines/einer für die Überlagerung von vier Schmelzströmen entworfenen Feedblocks/Düse hergestellt. Die Dicke und Materialzusammensetzung der vier Schichten ist untenstehend aufgelistet.
Schicht Nr./Typ Schichtdicke ✝ Schichtmaterial 3/C 20 μm 96,5 Gew.-% APET RAMAPET✝✝ N180/0,5 Gew.-% Antiblockmittel (Wachs + SiO2 Sukano T dc S479)/3 Gew.-% Masterbatch-Farbe (PET + weißes Pigment) 1/A 265 μm 97,5 Gew.-% BPETǂ/2 Gew.-% Masterbatch Weiß (25 Gew.-% LDPE + 75 Gew.-% TiO2)/0,5 Gew.-% Schäumungsmittel (NaHCO3 + Zitronensäure + Keimbildner) 2/B 395 μm 68 Gew.-% BPETǂ/Masterbatch Kreide (20 Gew.-% PPH + 80 Gew.-% CaCO3 Teilchengröße < 5 μm)/2 Gew.-% Masterbatch Weiß (25 Gew.-% LDPE + 75 Gew.-% TiO2) 4/C 20 μm 96,5 Gew.-% APET RAMAPET✝✝ N180/0,5 Gew.-% Antiblockmittel (Wachs + SiO2 Sukano T dc S479)/3 Gew.-% Masterbatch-Farbe (PET + weißes Pigment)
✝✝ RAMAPET N180 mit intrinsischer Viskosität von 0,8 dl/g;
ǂ BPET bestehend aus 85 Gew.-% PET (50 Gew.-% postkonsum recyceltes PET + 50 Gew.-% APET RAMAPET N180), 13 Gew.-% LDPE mit einer Schmelzfließrate von 3 bis 8 g/min und 2 Gew.-% Ethylenvinylacetat. - Die Biegesteifigkeit, Sauerstoffpermeabilität (OTR) und die Wasserdampfpermeabilität (WVTR) der dadurch erhaltenen vierschichtigen Polymerfolie lagen innerhalb der spezifizierten Grenzen.
- Die physikalischen Eigenschaften der Folie der Erfindung und der Additive werden gemäß den folgenden Verfahren gemessen:
Folieneigenschaft Verfahren Gesamtfoliendicke DIN 53370:2006 Schichtdicke Optische- und Elektronenmikroskopische Abbildung von Folienschnitten Dichte DIN EN ISO 1183:2005 Elastizitätsmodul/ Zugmodul DIN EN ISO 527:2012 Biegesteifigkeit DIN 53350 bei einer Biegelänge von 100 mm unter Verwendung einer Probe mit 160 mm Länge, 30 mm Breite und 700 μm Dicke Sauerstoffpermeabilität/Sauerstofftransmissionsrate (OTR) DIN 53380-3:1998 bei 23°C und < 0,1% relative Feuchtigkeit Wasserdampfpermeabilität/Wasserdampftransmissionsrate (WVTR) DIN EN ISO 15106-2:2005 bei 38°C und 90% relative Feuchtigkeit Pulver-Teilchengröße, äquivalenter Durchmesser Elektronenmikroskopische Abbildung von mehr als 1000 Teilchen in Verbindung mit softwarebasierter Bildanalyse; Lichtstreuung unter Verwendung eines Horiba LA-300-Laserbeugungs-Teilchengrößenverteilungs-Analysators für Teilchengrößen von 0,01 bis 5000 μm Intrinsische Viskosität DIN EN ISO 1628-5:1998 Schmelzfließrate DIN EN ISO 1133:2012 bei 190°C unter Verwendung einer Last von 2,16 kg und einer Standarddüse mit einem Durchmesser von 2,095 mm und einer Länge von 8 mm - In der obenstehenden Tabelle und im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „äquivalenter Durchmesser” den Durchmesser eines „äquivalenten” sphärischen Teilchens, welches dieselbe chemische Zusammensetzung und Flächenschnitt (Elektronenmikroskop-Bildgebung) oder Streuintensität (Laserbeugung) wie das untersuchte Teilchen aufweist. In der Praxis wird der Flächenschnitt oder die Streuintensität jedes untersuchten (irregulär geformten) Teilchens einem sphärischen Teilchen mit einem Durchmesser, der in Einklang mit dem gemessenen Signal steht, zugewiesen.
- Um repräsentative Werte für die Dichte und den Elastizitätsmodul (Zugmodul) der einzelnen Schichten der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Folie, insbesondere der ersten und der zweiten Schicht, zu erhalten, wurden homogene Folien, d. h. einschichtige Folien hergestellt aus der Polymerzusammensetzung der entsprechenden Schicht unter Verwendung der gleichen Maschineneinstellungen, wie Extruderdrehmoment, Extruder-Schlitzbreite, Extruder-Schlitzhöhe und Temperaturprofil, wie jene, die für die Herstellung der mehrschichtigen Folie der Erfindung verwendet werden. Die Dichte und der Zugmodul (Elastizitätsmodul) einer in solcher Weise hergestellten einschichtigen Folie werden sodann gemäß DIN EN ISO 1183:2005 bzw. DIN EN ISO 527:2012 gemessen und der Schicht einer mehrschichtigen Folie der Erfindung, die aus der selben Zusammensetzung unter den selben Prozessbedingungen hergestellt worden ist, zugeordnet.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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- DIN EN ISO 1183:2005 [0045]
- DIN EN ISO 527:2012 [0045]
Claims (15)
- Mehrschichtige Polymerfolie mit 2 bis 10 Schichten, dadurch gekennzeichnet, dass – eine erste Schicht aus 80 bis 99,5 Gew.-% Polyester und 0,5 bis 20 Gew.-% Additiven besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht, und Poren umfasst; – eine zweite Schicht mit einer ersten Oberfläche der ersten Schicht verbunden ist und aus 50 bis 90 Gew.-% Polyester und 10 bis 50 Gew.-% Additiven besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht der zweiten Schicht, wobei 1 bis 30 Gew.-% eines ersten Additivs gewählt ist aus Kreide, Talk, Glimmer, Wollastonit, Calciumcarbonat, Bentonit, Kaolin, Ton, Titanoxid und Mischungen davon.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Polymerfolie eine Biegesteifigkeit von 50 bis 120 N·mm2 pro 1 mm Breite bei einer Foliendicke von 700 μm aufweist.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Polymerfolie eine Dichte von 1 bis 1,4 g/cm3 hat.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Polyester der ersten und zweiten Schicht unabhängig voneinander aus Polyethylenterephthalat und Polyestern gewählt sind, die aus (i) 80 bis 100 Mol-% Disäurerestkomponente, gewählt aus Terephthalsäure, Naphthalendicarbonsäure, 1,4-Cyclohexandicarbonsäure, Isophthalsäure und Mischungen davon, und (ii) 80 bis 100 Mol-% einer Diolrestkomponente, gewählt aus Diolen, die 2 bis 10 Kohlenstoffatome enthalten, insbesondere Ethylenglykol, und Mischungen davon und 0 bis 20 Mol-% eines modifizierenden Diols, gewählt aus 1,3-Propandiol, 1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 1,8-Oktandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 2,2,4-Trimethyl-1,3-pentandiol, Propylenglykol, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, bezogen auf 100 Mol-% Disäurereste bzw. 100 Mol-% Diolreste, bestehen.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Polymerfolie eine Dicke von 400 bis 1200 μm hat.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke T1 der ersten Schicht zu der Dicke T2 der zweiten Schicht im Bereich von 0,5 bis 4 liegt, d. h. 0,5 ≤ T1/T2 ≤ 4.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Schicht unabhängig voneinander 8 bis 24 Gew.-% Polyethylen und 0,1 bis 2 Gew.-% Ethylenvinylacetat, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten bzw. der zweiten Schicht, umfassen.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht 0,01 bis 1 Gew.-% eines Schäumungsmittels, bezogen auf das Gesamtgewicht der ersten Schicht, umfasst.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schäumungsmittel aus Kohlendioxid, Natriumhydrogencarbonat und Citronensäure, Stickstoff, Azodicarbonamid, Oxy-bis-benzolsulfonyl-hydrazid, Toluolsulfonylhydrazid, Benzolsulfonylhydrazid, Toluolsulfonylsemicarbazid, 5-Phenyltetrazol, Di-nitrosopentamethylentetramin und Mischungen davon gewählt ist.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Polymerfolie eine dritte Schicht umfasst, die mit einer zweiten Oberfläche der ersten Schicht gegenüber liegend zu der zweiten Schicht verbunden ist, wobei die dritte Schicht aus 90 bis 99,5 Gew.-% Polyester und 0,5 bis 10 Gew.-% Additiven besteht, bezogen auf das Gesamtgewicht der dritten Schicht.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrschichtige Polymerfolie eine vierte Schicht umfasst, die mit einer Oberfläche der zweiten Schicht gegenüber liegend zu der ersten Schicht verbunden ist, wobei die vierte Schicht 90 bis 99,5 Gew.-% Polyester und 0,5 bis 10 Gew.-% Additive, bezogen auf das Gesamtgewicht der vierten Schicht, umfasst.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht eine Dicke von 4 bis 60 μm hat.
- Mehrschichtige Polymerfolie gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Schicht eine Dicke von 4 bis 60 μm hat.
- Multipack, umfassend 2 bis 40 Behälter, dadurch gekennzeichnet, dass das Multipack aus der mehrschichtigen Polymerfolie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13 thermogeformt ist und die erste Schicht oder die dritte Schicht der mehrschichtigen Polymerfolie eine obere Seite des Multipacks mit konkaven Bereichen bildet.
- Multipack gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Multipack 1 bis 40 Abreißkerben umfasst, die sich von der oberen Seite des Multipacks in die mehrschichtige Polymerfolie bis zu einer Tiefe D erstrecken, wobei D1 ≤ D ≤ D2, D1 sich bis 80% der Dicke der ersten Schicht erstreckt und D2 sich bis 50% der Dicke der zweiten Schicht erstreckt.
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