DE2647166A1 - Laminiertes verpackungsmaterial und verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Laminiertes verpackungsmaterial und verfahren zu dessen herstellung

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DE2647166A1
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Ziristor AB
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Description

TP kkk -125
Patentanwälte . ψ.. As/F
Dipl. In-r. r■■..**■ ^--w "üller
Dr. rer. r.;i. T,x -- L^it-ndt
Ββ Mönchen 80 Lucile-Greim-SiroBe 3Θ
AB ZIRISTOR, Pack, S-221 01 Lund 1 (Schweden)
Laminiertes Verpackungsmaterial und Verfahren zu dessen Herstellung
Die Erfindung bezieht sich auf ein laminiertes Verpackungsmaterial von symmetrischem Aufbau, bestehend aus Schichten aus kompaktem oder massivem sowie solchen aus porösem Kunststoff und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Laminiertes Material wird in der Verpackungstechnik häufig für die Herstellung von Einwegverpackungen, beispielsweise für flüssige Nahrungsmittel, verwendet. Typischerweise weist ein solches Material eine in der Mitte angeordnete Trägerschicht aus verhältnismäßig dicker Pappe mit beiderseitiger Beschichtung aus einem beliebigen geeigneten Kunststoff in Form dünner Versiegelungsschichten auf. Die Pappe dient hier dazu, dem Material die erforderliche Steifigkeit zu verleihen und das Formen und Falten desselben zu Verpackungsbehältern zu ermöglichen, während die sie umgebenden Kunststoffschichten das Material gegen Flüssigkeiten undurchlässig machen und der Verpackung eine gefällige Außenfläche verleihen. Bei der Herstellung von Verpackungsbehältern aus dem beschriebenen Laminat ist es natürlich unmöglich, die Entstehung von
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Schnittkanten zu vermeiden, an denen die mittlere Pappeschicht von den beiden Kunststoffschicht en ungeschützt freiliegt. Dies biMet einen Nachteil, da die Pappe in hohem Maße dazu neigt, Feuchtigkeit zu absorbieren und infolgedessen an Festigkeit und Steifigkeit sowie an Ansehnlichkeit zu verlieren.
Dieser Nachteil im Vei*ein mit anderen Nachteilen wirtschaftlicher Art und damit verbundenen Herstellungsschwierigkeiten haben zur Verwendung eines Austauschmaterials geführt, bei dem die Pappeschicht durch eine Schicht aus porösem oder geschäumtem Kunststoff ersetzt ist. Ein typisches Material dieser Art besteht aus einer in der Mitte angeordneten Trägerschicht aus geschäumtem Polystyrol mit beiderseitiger Beschichtung aus homogenem Polystyrol. Die mittlere Schicht aus geschäumtem oder porösem Kunststoff hat naturgemäß nicht die gleichen Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften wie die früher übliche mittlere Trägerschicht aus Pappe, jedoch wird die erforderliche Steifigkeit anstatt dessen dadurch erreicht, daß die mittlere Schicht aus geschäumtem Kunststoff eine verhältnismäßig große Dicke erhält und die beiden homogenen Kunststoffschichten sich infolgedessen in einem solchen Abstand voneinander befinden, daß ein "Trägereffekt" (erhöhtes Widerstandsmoment) erzielt wird, durch den das Material eine ausreichende Steifigkeit erhält. Wenn eine optimale Steifigkeit gewünscht wird, müssen die beiden äußeren Materialschichten aus einem Kunststoff geringer Dehnbarkeit hergestellt sein. Dies führt jedoch zu spröden Beschichtungen, die beim heftigen Falten des Materials, leicht brechen oder reißen. Ein aus einem solchen Material hergestellter Verpackungsbehälter kann daher in gewissem Maß zum Lecken neigen, wenn er der Einwirkung von Stoßen unterworfen wird, die das Material verformen. Es ist u.a. versucht worden, diesen Nachteil dadurch zu beseitigen, daß die eine der beiden Außenschichten aus einem weicheren und dehnbareren Kunststoff hergestellt wird, wodurch jedoch die Gesamtsteifigkeit des Laminates
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beeinträchtigt wird. Es ist daher bisher erforderlich, eine genaue Beurteilung der Eigenschaften der verschiedenen Materialien vorzunehmen und den Typ des Laminats dem Typ und der Größe des daraus herzustellenden Verpackungsbehälters anzupassen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verpackungslaminat zu schaffen, das nicht mit den oben beschriebenen Nachteilen behaftet ist.
Das laminierte Verpackungsmaterial gemäß der Erfindung soll beide angestrebten Eigenschaften, nämlich Steifigkeit und Zähigkeit, in sich vereinigen.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst und werden weitere Vorteile dadurch erzielt, daß ein laminiertes Verpackungsmaterial der eingangs beschriebenen Gattung dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine verhältnismäßig dünne mittlere Schicht aus massivem Kunststoff großer Dehnbarkeit, je einer zu beiden Seiten derselben angeordnete Schicht aus porösem Kunststoff von merklich größerer Dicke als die mittlere Schicht sowie zwei äußere Schichten aus kompaktem Kunststoffmaterial großer Steifigkeit aufweist.
Die Merkmale bevorzugter Ausführungsformen und vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung sind den Ansprüchen 2 bis 9 zu entnehmen.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Herstellung des Verpackungsmaterials, das sich durch Einfachheit auszeichnet und zur Durchführung nur einer Arbeitsfolge bedarf«
Dies wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines laminierten Verpackungsmaterials nach Anspruch 1 erzielt, das dadurch
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gekennzeichnet ist, daß ein flexibler Schlauch aus laminiertem Material» bestehend aus einer inneren Schicht aus porösem Kunststoff und einer äußeren Schicht aus kompaktem Kunststoff hoher Steifigkeit durch gemeinsames Strangpressen hergestellt wird und durch Längsschnitte in zwei Hälften geteilt wird, die zu parallelen Bahnen umgeformt werden, daß die poröse Schicht mindestens der einen Bahn mit einer Schicht aus Kunststoff hoher Dehnbarkeit bedeckt wird und anschließend die Bahnen zur Bildung des symmetrischen Laminats miteinander verbunden und aneinandergewalzt werden.
Bevorzugte Durchführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der Erfindung sind durch die Merkmale der Ansprüche 11 und 12 gekennzeichnet.
Eine bevorzugte Ausfuhrungsform des laminierten Verpackungsmaterials sowie das Verfahren zu dessen Herstellung gemäß der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung eingehend beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Stück eines laminierten Verpackungmaterials gemäß der Erfindung in vergrößertem Maßstab und
Fig. 2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Anordnung für die Herstellung des laminierten Verpackungsmaterials gemäß der Erfindung.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, besteht das laminierte Verpackungsmaterial gemäß der Erfindung aus einer verhältnismäßig dünnen mittleren Schicht 1 aus kompaktem Kunststoff, je einer merklich dickeren Schicht 2 bzw. 3 aus porösem oder geschäumtem Kunststoff zu beiden Seiten der mittleren Schicht 1 sowie je einer verhältnimäßig dünnen Außenschicht k bzw. 5 aus kompaktem oder homogenem Kunststoff. Wichtig für die Erfindung
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ist, daß die verschiedenen Schichten aus Kunststoff mit gewissen festgelegten Eigenschaften hergestellt werden. Die mittlere Schicht 1 ist also aus einem Kunststoff hoher Dehnbarkeit herzustellen. Das Material soll eine Bruchdehnung von über 100 °/o und vorzugsweise von zwischen 200 und 800 % haben.
Die beiden porösen Schichten 2 und 3 sollen aus geschäumtem Kunststoff bestehen und eine Dichte von 0,03 bis 0,2 g/cm haben. Ein bevorzugter Bereich der spezifischen Masse ist von 0,04 bis 0,07 g/cm-*.
Die beiden äußeren kompakten Kunststoffschichten 4, 5 sollen aus Kunststoff großer Steifigkeit bestehen. Das Material soll einen Elastizitätsmodul von zwischen 10 000 und 50 000, vorzugsweise jedoch von ca. 30 000 haben.
Die Dicke der Schichten in dem Laminat ist für die Funktionsfähigkeit des Verpackungsmaterials ebenfalls von großer Wichtigkeit. Die mittlere Schicht 1 und die beiden äußeren Schichten 4, 5 sollten durchwegs eine Dicke von 0,01 bis 0,2 mm, die beiden porösen Schichten 2, 3 ungefähr eine Dicke von zwischen 0,2 und 2 mm haben. Die Dicken der Schichten in dem Laminat%werden als Funktion der geforderten Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften sowie der geforderten Dicke des fertigen Laminats gewählt. ¥enn das Laminat die gewünschten optimalen Eigenschaften haben soll, müssen die Dicken derart gewählt werden, daß jede der porösen Kunststoffschichten eine Dicke erhält, die im wesentlichen zehnmal größer als die Dicke jeder der kompakten Schichten ist.
Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform des laminierten Verpackungs· materials gemäß der Erfindung bestehendie mittlere Schicht aus hoch-dichtem (HD-) Polyäthylen, die beiden Schaumstoffschichten 2, 3 aus Polystyrol und die beiden kompaktenAußenschich-
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ten 4, 5 aus hoch-stoßfestem (HI = high impact) Polystyrol. Um ein gutes Zusammenlaminieren der Polyäthylenschicht 1 und der beiden Schaumpolystyrolschichten 2, 3 zu ermöglichen, weist das Laminat außerdem zwei Schichten aus Thermoplastkleber, vorzugsweise aus Athylenvinyiacetat (EVA), je eine zu beiden Seiten der mittleren Schicht 1 aus Polyäthylen auf. Die in dem bevorzugten Laminat vorhandenen Schichten weisen außerdem das erwähnte Dickenverhältnis von 10:1 auf, d.h. die beiden Schaumpolystyrolschichten sind ca« zehnmal dicker dig die Schichten aus hoch-stoßfestem Polystyrol und als die uns hoch-dichtem Polyäthylen.
Mit dem Material wird die gestellte Aufgabe gut gelöst, und (ias Material zeichnet sich sowohl durch Steifigkeit als auch durch Zähigkeit aus. Die Steifigkeit wird, wie bei den eingangs beschriebenen bekannten Materialien dadurch erzielt, riaij die beiden äußeren kompakten Schichten aus hoch-stoßfestem Polystyrol hergestellt sind und miteinander unter Zwischenlage von Zwischenschichten verbunden und in einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, daß das Laminat als Träger hohen Widerstandsmomentes wirkt. Die Zähigkeit des Materials wird mit Hilfe der Zentralschicht aus einem Material erzielt, das in sich dehnbar und zäh ist (d.h. aus Polyäthylen) und das über die biegsamen und verformbaren Schichten aus Schaumpolystyrol mit den äußeren Schichten verbunden ist. Wegen des verhältnismäßig großen Abstandes zwischen der mittleren Schicht und den Außenschichten einerseits und wegen der ausgleichenden Wirkung der Schaumkunststoffschicht andererseits bleiben die Zentralschicht und die Außenschichten bis zu einem gewissen Grad in bezug aufeinander beweglich, ohne daß die Verbindung zwischen ihnen verlorengeht. Polglich werden Spannungen nur in begrenztem Maß zwischen den Außenschichten und der mittleren Schicht übertragen, und dies gibt dem Material Flexibilität und Zähigkeit sowie Widerstandsfähigkeit gegenüber Belastung durch Spannungen. Die Dicht-
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wirkung des Materials geht dabei auch dann nicht verloren, wenn die äußeren, weniger dehnbaren Schichten brechen oder reißen sollten.
Im folgenden wird nun das Verfahren zur Herstellung des laminierten Verpackungsmaterials gemäß der Erfindung anhand der Fig. 2 eingehend beschrieben. Diese zeigt eine Anordnung zur Herstellung des Laminates. Die Anordnung besteht aus zwei dtrangpreßvorrichtungen oder Extrudern 6, 7 von herkömmlichem Typ mit je einer mittels eines Elektromotors angetriebenen Schneckenpresse. Die Extruder sind mit Beschickungstrichtern 8, 9 für granulierten Kunststoff der erforderlichen Eigenschaften ausgestattet. xJie vorderen Enden der Strangpressen 6, 7 sind über ein Zusammenfühi'ungselement 10 mit einer Strangpreßdüse 11 verbunden. Der Spritzkopf 10, 11 ist von dem für das Verbundstrangpressen verwendeten bekannten Typ und ist derart ausgebildet, daß beim Betrieb der beiden Strangpressen ein Verbundschlauch gebildet wird, der aus einer Innenschicht aus Kunststoff aus der einen Strangpresse 6 und einer Außenschicht aus Kunststoff aus der anderen Strangpresse 7 besteht.
In einigem Abstand vor der Strangpreßdüse 11 ist eine spulenförmige Formvorrichtung 12 vorgesehen, die an ihrem Umfang zwei gegenüberliegend angeordnete Schneidelemente 13» bestehend aus Messern mit gegen die Düse gerichteten Schneiden, aufweist. Die Anordnung weist ferner eine Anzahl von Führungsund Formwalzen i4t 15 sowie zwei miteinander zusammenwirkende Laminierwalzen 16 auf. Die Laminierwalzen 16 sind hinsichtlich ihres Achsabstandes verstellbar, so daß ihre Spaltbreite veränderbar ist. Ein (nicht dargestellter) Motor ist derart angeordnet, daß er die beiden Larainierwalzen 16 mit gleicher Geschwindigkeit in entgegengesetztem Drehsinn antreibt. Oberhalb der Laminierwalzen Λ 6 befinden sich zwei weitere Strangpressen 17» 18, die beide mit einem Strangpresßkopf 19 gekoppelt sind, der derart ausgebildet ist, daß er das Strangpres-
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sen eines mehrschichtigen bahnförmigen Kunststoff i] tnes gestat tet.
Die Führungs- und Formwalzen sind frei drehbar gelagert,und ihre Anzahl, Anordnung und Größe können verschieden sein.
Wenn mit Hilfe der beschriebenen Anordnung das laminierte Verpackungsmaterial gemäß der Erfindung hergestellt werden soll, wird (wenn hier die bevorzugte Ausführungsform des laminierten Verpackungsmaterials zugrundegelegt wird) der Trichter 8 der Strangpresse 6 mit Polystyrolgranulat und der Trichter 9 der anderen Strangpresse 7 mit hoch-stoßfestem Polystyrol gefüllt. Nach Inbetriebnahme der Strangpressen 6, 7 und anschließendem Schmelzen und Verdichten der beiden Kunststofftypen wird das in der Strangpresse 6 vorhandene Polystyrol unter Druck mit einem Gas (vorzugsweise Freongas) gemischt, das unter dem hohen Druck in der Polystyrolschmelze gelöst wird. Beim weiteren Betrieb werden d as geschmolzene hoch—stoßfeste Polystyrol und das geschmolzene gashaltige Polystyrol über getrennte Leitungen dem Zusammenführungselement 10 unter Druck zugeführt und dann zur Bildung eines flexiblen Verbundschiauehes gemeinsam durch die Düse 11 extrudiert. Beim Austritt aus der Düse 11 wird in dem aus der Strangpresse 6 ausgepreßten Polystyrol eine Anzahl kleiner Bläschen gebildet, da das in der Kunststoffschmelze gelöste Gas beim Austreten der Kunststoffmasse aus der Düse infolge des Druckabfalls freigegeben wird und expandiert. Infolgedessen wird das aus der Ringdüse extrudierte Polystyrol "geschäumt" und bildet einen porösen Kunststoffschlauch, der von dem gleichzeitig extrudierten hoch-stoßfesten Polystyrol umgeben und mit diesem verbunden wirdo Das letztere ist kompakt und bedeckt in Form eines dünnen Filmes die Außenseite des Schlauches aus geschäumtem Polystyrol.
Der so gebildete flexible Schlauch wird mit Hilfe der der
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Düse 11 nachgeschalteten Formvorrichtung 12 geformt und dann mittels der an dieser angeordneten Schneidelemente 13 in zwei Hälften geteilt, die getrennt zu je einer von zwei Gruppen von Führungs- und Formungswalzen 14 geführt werden, die diese beiden Hälften des flexiblen Schlauches zu im wesentlichen ebenen Bahnen gleicher Breite umformen. Die Bahnen werden über die Walzen 15 dem Spalt zwischen den beiden angetriebenen Laminierwalzen 16 zugeführt. Unmittelbar bevor die beiden Bahnen zusammengeführt und mittels der Laminierwalzen 16 zusammengewalzt werden, wird eine ebene Bahn 20, bestehend aus einer mittleren Schicht aus HD-Polyäthylen (hoch-dicht) mit beiderseitiger Beschichtung aus Äthylenvinylacetat mit Hilfe der oberhalb dieser Walzen angeordneten Strangpressenanordnur.g 17-19 extrudiert und zwischen diese beiden Walzen geführt. Die zusätzlich extrudierte Verbundbahn 20 wird dann in noch warmem Zustand zwischen die vorher stranggepreßten Bahnen in den Spalt zwischen den Laminierwalzen 16 abwärtsgeführt, und dort werden die Bahnen zur Bildung des laminierten Verpackungsmaterials zusammengewalzt, das anschließend zum Aufwickeln, Zerschneiden oder zur Weiterverarbeitung in irgendeiner anderen Weise abgeführt wird«.
Das beschriebene Herstellungsverfahren kann ggf. dem herzustellenden Typ des laminierten Verpackungsmaterials angepaßt werden. So ist es beispielsweise möglich, die Strangpressenanordnung 6-11 um eine zusätzliche Strangpreßeinheit zu erweitern, wenn als Materialschichten 2 und 3 bzw=, als Materialschichten 4 und 5 Materialien ausgewählt werden, die miteinander nicht direkt verbindbar sind. Die zusätzliche Strangpreßeinheit kann dann eine Zwischenschicht aus Thermoplastkleber anbringen. Das Zusammenführungselement 10 und die Düse 11 müssen dann natürlich in entsprechender Weise verändert werden. In ähnlicher Weise besteht die Möglichkeit, die Strangpreßanordnung 17-19 zu vereinfachen, wenn die Materialwahl so getroffen wird, daß die Thermoplastkleberschicht beiderseits der mittleren Schicht 1 entfallen kann.
P at en t an sprü ehe
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-10-

Claims (12)

  1. , ie Laminiertes Verpackungsmaterial vnn symmetrischem Aufbau, ■*■—"■ bestehend aus Schichten aus kompaktem oowie aus solchen aiiö porösem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer verhältnismäßig dünnen mittleren Schicht (i) aus kompaktem Kunststoff hoher Dehnbarkeit, je einer beiderseits derselben angeordneten Schicht (2, 3) aus porösem Kunststoff von merklich größerer Dicke als der (!er mittleren Schicht (i) sowie aus zwei äußeren .Schichten (4, 5) aus kompaktem Kunststoff hoher Steifigkeit besteht.
  2. 2« Verpackungsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der porösen Kunststoffschichten (2, 3) um im wesentlichen 1 Zehnerpotenz größer ist als die Dicke der kompakten Schichten (i, 4, 5).
  3. 3« Verpackungsmaterial nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Dicke der kompakten Schichten (1, 4, 5) 0,01 bis 0,2 mm und die Dicke der porösen Schichten (2, 3) 0,2 bis 2 mm beträgt.
  4. Verpackungsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Bruchdehnung der mittleren Schicht (i) größer als 100 % isto
  5. 5· Verpackungsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß der Elastizitätsmodul der Außenschichten (4, 5) 10 000 bis 50 000 beträgt.
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    OFNGlNAL INSPECTED -1 I-
  6. 6. Verpackungsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die porösen Schichten (2, 3) aus geschäumtem Polystyrol einer Dichte von 0,03 bis 0,2 g/cnr bestehen,
  7. 7· Verpackungsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die «Mußeren Schichten (4, p) aus hoch-stoßfestem Poly-styrol bestehen,,
  8. 8, Verpackungomaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichne t , daß die mittlere Schicht (i) aus Polyäthylen hoher Dichte besteht.
  9. 9. Verpackungsmaterial nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß es Zwischenschichten aus Thermoplastkleber enthalt,
  10. 10, Verfahren zur Ifexstellung eines Verpackungsmaterials nach einem dei" vorstehenden Ansprüche, dadurch g e k e n η zeichnet, daß ein flexibler Schlauch aus einem laminierten Material, bestehend aus einer inneren Schicht aus porösem Kunststoff und einer äußeren Schicht aus kompaktem Kunststoff hoher Steifigkeit durch gemeinsames Strangpressen hergestellt wird, daß der Schlauch durch zwei Längsschnitte in zwei Hälften zerteilt wird, die zu parallelen Bahnen umgeformt werden, daß die poröse Schicht mindestens der einen Bahn mit einer Schicht eines Kunststoff materials hoher Dehnbarkeit beschichtet wird und anschließend die Bahnen vereinigt und zur Bildung des symmetrischen laminierten Verpackungsmaterials zusammengewalzt werden.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß die mittlere Schicht (i) mit den benachbarten
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    Schichten (2, 3) mittels eines Thertnopl astkl ebers verbunden wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet , daß die mittlere Schicht (1) sowie die Kleberschichten unmittelbar vor dem Zusammenwalzen der Bahnen auf mindestens die eine Bahn aufextrudiert werden.
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