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Verwandte Patentanmeldung
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Die
vorliegende Patentanmeldung ist eine Teilweiterbehandlung der Anmeldung
Nr. 08/089914, die am 12. Juli 1993 im Namen von Paul N. Georgelos
eingereicht wurde.
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft durchstoßfeste, wärmeschrumpfbare Folien, und
insbesondere solche Folien mit hoher Durchstoßfestigkeit, hoher biaxialer
Wärmeschrumpfung
und guten optischen Eigenschaften. Diese Folien enthalten Ethylen/α-Olefin-Copolymer
mit hohem Molekulargewicht aber einer relativ engen Molekulargewichtsverteilung
(niedriger Mw/Mn-Wert).
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Hintergrund der Erfindung
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Für die Schrumpfverpackung
von Lebensmittelprodukten wie z. B. von Geflügelfleisch, von frischem rotem
Fleisch und von verarbeiteten Fleischprodukten werden widerstandsfähige, durchstoßfeste und
dennoch flexible Folienmaterialien benötigt, welche wärmeschrumpfbar
sind. Diese Folien werden meistens als Säcke bzw. Beutel hergestellt,
in welche die Lebensmittelprodukte gelegt werden. Die Beutel, welche
die Lebensmittelprodukte enthalten, werden anschließend evakuiert
und verschlossen, entweder mit Clips oder häufiger durch Hitzeverschweißung der
inneren Oberflächen
des Beutels am offenen Ende des Beutels. Die verschlossenen, die
Lebensmittelprodukte enthaltenden Beutel werden dann erhitzt, z.
B. mittels heißer
Luft, Infrarotstrahlung oder heißem Wasser, wodurch der Beutel
sowohl in der Maschinenrichtung (MD) als auch der Querrichtung (TD)
gegen die Konturen des enthaltenen Lebensmittelprodukts oder der
Lebensmittelprodukts schrumpft. Für viele Anwendungen muß die wärmegeschrumpfte
Verpackung gute optische Eigenschaf ten aufweisen, entweder aus ästhetischen
Gründen,
aus funktionellen Gründen
oder aus beiden Gründen.
In einigen Fällen
muß die
Folie eine geringe Trübung
aufweisen, so daß der
verpackte Gegenstand periodisch inspiziert werden kann, um sicherzustellen,
daß die
Integrität
der Verpackung noch gewährleistet
ist.
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Beim
kommerziellen Schrumpfverpacken von Geflügelfleisch wurden z. B. verbreitet
einschichtige, aus Polyethylen oder Ethylenvinylacetat-Polymeren
hergestellte Folien verwendet. Im allgemeinen ergeben Polyethylene,
wie z. B. lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE) und
Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), eine relativ hohe Durchstoßfestigkeit
und hohe Zugfestigkeit, aber relativ geringe biaxiale Schrumpfungseigenschaften.
Andererseits ergibt Ethylenvinylacetat (EVA) eine relativ hohe Schrumpfung
und eine eingeschränkte
Zugfestigkeit/Durchstoßfestigkeit.
In einigen Fällen
wurden Mischungen von verschiedenen Polyethylenen mit EVA verwendet,
um ein ausgewogenes Spektrum dieser wünschenswerten Eigenschaften
zu erhalten, jedoch mit eingeschränktem Erfolg.
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Einschichtige
Folien sind zum Verpacken von Geflügelfleisch geeignet. Beim Verpacken
von frischem rotem Fleisch und verarbeitetem Fleisch ist jedoch
ein hohes Maß an
Sauerstoff- und Feuchtigkeitsschutz wesentlich, so daß in der
Praxis allgemein mehrschichtige Folien verwendet wurden, welche
eine Sauerstoffbarriere als Mittelschicht zwischen mindestens einer
inneren Schicht und einer äußeren Schicht
beinhalteten. Sauerstoffbarrieren umfassen Vinylidenchlorid-Copolymere
wie z. B. die Vinylchlorid-Form (Saran) und die Methylacrylat-Form
(MA Saran), hydrolysiertes Ethylenvinylacetat (EVOH) und Nylon.
Die innerste Schicht solcher mehrschichtiger Folien befindet sich
in direktem Kontakt mit den gelagerten Lebensmittel und wird häufig als
Verschweißungsschicht
bezeichnet. Dies kommt daher, weil das üblichste Verfahren zum Verschweißen von
wärmeschrumpf baren
Lebensmittelverpackungen dieses Typs darin besteht, die Kanten an
der Öffnung der
selbsthaftenden inneren Schichten unter Druck zusammen zu erhitzen.
Dies bedeutet, daß die
gegenüberliegenden
inneren Oberflächen
der umschließenden
Folie mittels Hitze verschlossen werden. Die innere Schicht muß daher
aus einem selbsthaftenden Material gebildet sein, welches über einen
von kommerziell eingesetzten Geräten
wie z. B. Impulsversiegelungsgeräten
mitgeteilten erhöhten
Temperaturbereich versiegelt (aber nicht schmilzt). Das für die innere
Schicht am meisten verwendete Material ist EVA entweder für sich oder in
einer Mischung mit anderen thermoplastischen Polymeren wie z. B.
Polyethylen. Typischerweise ist diese innere Schicht auch die dickste
Schicht der mehrschichtigen Folie. Beispielsweise kann die innere
Schicht einer Dreischichtfolie bei einer 2,5 mil (0,063 mm) dicken
Folie etwa 60% dieser Gesamtdicke ausmachen.
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Die
Außenschicht
von mehrschichtigen Folien vom sauerstoffsperrenden Typ wird des öfteren als
die Abnutzungsschicht (”abuse
layer”)
bezeichnet, weil sie sowohl einer Abnutzung durch Gleitkontakt mit
externen Gegenständen
während
der normalen Handhabung als auch einem Durchstoßen infolge eines Kontaktes mit
außenliegenden
scharfen Gegenständen
widerstehen muß. Äußere Schichten
sind üblicherweise
aus Polyethylenen oder EVA oder Mischungen davon gebildet. Typischerweise
macht die Außenschicht
einer Dreischichtfolie etwa 20–35%,
die Sperrschicht etwa 10–25%,
und die innere Schicht etwa 55–70%
der gesamten Foliendicke aus.
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Es
sollte auch in Betracht gezogen werden, daß die mehrschichtige Folie
auch eine gute Festigkeit gegen Durchstoßen von innen her aufweisen
muß, da
Lebensmittelprodukte wie z. B. grob abgeteilte und zertrennte Frischfleischportionen
oft scharfe Kanten oder vorstehende Knochen aufweisen.
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Es
wurde vormals mitgeteilt, daß die
Festigkeitseigenschaften von EVA trotz der von ihm zur Verfügung gestellten
hohen biaxialen Wärmeschrumpfungseigenschaften
wie z. B. Zugfestigkeit und Durchstoßfestigkeit denjenigen von
Polyethylen wie z. B. LLDPE unterlegen sind, welches fatalerweise
eine relativ geringe biaxiale Wärmeschrumpfung
aufweist. Diese Einschränkungen
wurden teilweise durch die Entdeckung der als Polyethylen mit sehr
niedriger Dichte (im folgenden: VLDPE) bekannten Ethylen/α-Olefin-Copolymere überwunden,
die auch als ”Polyethylen
mit extrem niedriger Dichte” (ULDPE)
bezeichnet werden, und deren Verwendung in wärmeschrumpfbaren Folien, wie
z. B. im
US-Patent Nr. 4,863,769 (Lustig
et al.), beschrieben ist. Demzufolge kann VLDPE sowohl in den obengenannten
einschichtigen Folien für
Geflügelfleisch-Schrumpfverpackungen
ohne Sperrwirkung oder in der (den) inneren und/oder äußeren Schicht(en)
einer mehrschichtigen Folie vom sauerstoffsperrenden Typ eingesetzt
werden. Wenn es auf eine dieser beiden Weisen verwendet wird, ergibt
es eine wesentlich höhere
Schrumpfung als andere Polyethylene wie z. B. LLDPE und verleiht dennoch
eine höhere
Festigkeit und Durchstoßfestigkeit
als EVA. Folglich ermöglichte
es die Verwendung der VLDPE-Typen des Standes der Technik dem Anwender,
biaxiale Wärmeschrumpfungseigenschaften
zu erzielen, die denjenigen von EVA nahekommen, ohne auf die hohe
Zugfestigkeit/Durchstoßfestigkeit
von Polyethylen verzichten zu müssen.
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Zusätzlich zu
den VLDPE-Typen des Standes der Technik werden noch weitere Ethylen/α-Olefine
mit Elastomereigenschaften hergestellt, und diese kommerziell erhältlichen
Materialien werden im nachfolgenden als ”Ethylen/α-Olefin-Plastomere des Standes der Technik” bezeichnet.
Einige von diesen besitzen Dichten im selben Bereich wie VLDPEs,
haben aber aufgrund von Unterschieden beim Herstellungsverfahren
stark verschiedene physikalische Eigenschaften. Z. B. scheint es,
daß Ethylen/α-Olefin-Plastomere
und VLDPE des Standes der Technik mit unterschiedlichen Katalysatorsystemen
hergestellt werden. Ein Hersteller von solchen Materialien des Standes
der Technik ist Mitsui Petrochemicals Ltd., der Ethylen-Buten-Plastomer-Copolymere des
Standes der Technik unter der Bezeichnung ”Tafmer” vertreibt. Diese Materialien
werden in Mischungen mit anderen thermoplastischen Polymeren in
verschiedenen Anwendungen wie z. B. Folien verwendet, wobei sie
eine verbesserte Schrumpfung, Flexibilität, und in einigen Fällen eine
verbesserte Festigkeit verleihen. Anders als die VLDPEs sind diese
Ethylen/α-Olefine des Standes
der Technik jedoch zu schwach für
eine Verwendung als einschichtige, biaxial orientierte, wärmeschrumpfbare
Folien in der Reinkomponentenform. Zur Veranschaulichung sei erwähnt, daß die Tafmer-Materialien
des Standes der Technik entweder nicht in Form eines Primärrohres
extrudiert werden können,
oder falls dies bewerkstelligt wird, können sie nicht ohne Blasenbruch
mittels des allgemein bekannten Doppelblasenverfahrens zur biaxialen
Orientierung expandiert werden.
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Auch
wenn der Stand der Technik die Wärmeschrumpfung
und die physikalischen Festigkeitseigenschaften von biaxial gereckten
Folien (sowohl vom einschichtigen als auch vom mehrschichtigen Typ)
durch die Verwendung von Mischungen thermoplastischer Polymere wie
z. B. EVA, VLDPE des Standes der Technik und Ethylen/α-Olefin-Plastomeren
des Standes der Technik verbesserte, besteht ein Bedürfnis nach
biaxial gereckten Folien mit noch höherer Wärmeschrumpfung und höheren physikalischen
Festigkeitseigenschaften als den bisher verfügbaren. Darüber hinaus verbessert eine
solche Mischung zwar in einigen Fällen die physikalischen Eigenschaften,
wirkt sich jedoch wegen Unverträglichkeiten
zwischen gemischten Harzen nachteilig auf die optischen Eigenschaften
aus.
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Eine
Aufgabe dieser Erfindung ist es, eine wärmeschrumpfbare, biaxial gereckte
thermoplastische Folie mit besseren Schrumpfungseigenschaften zur
Verfügung
zu stellen, als mit EVA erhältlich
sind.
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Eine
weitere Aufgabe ist es, eine wärmeschrumpfbare,
biaxial gereckte thermoplastische Folie mit besseren Zugfestigkeitseigenschaften
zur Verfügung
zu stellen, als mit Polyethylen des Standes der Technik erhältlich sind.
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Eine
weitere Aufgabe ist es, eine wärmeschrumpfbare,
biaxial gereckte thermoplastische Folie mit besseren dynamischen
Durchstoßfestigkeitseigenschaften
zur Verfügung
zu stellen, als mit Polyethylenen des Standes der Technik erhältlich sind.
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Eine
noch weitere Aufgabe ist es, eine aus einem einzigen Ethylen/α-Olefin-Copolymer
gebildete einschichtige wärmeschrumpfbare,
biaxial gereckte, thermoplastische Folie mit höherer Wärmeschrumpfung, Zugfestigkeit
und dynamischer Durchstoßfestigkeit
zur Verfügung
zu stellen, als mit EVA oder Polyethylenen des Standes der Technik
erhältlich
sind.
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Noch
eine weitere Aufgabe ist es, eine mehrschichtige wärmeschrumpfbare,
biaxial gereckte, thermoplastische Folie vom Typ mit sauerstoffsperrender
Mittelschicht mit mindestens einer aus einer EVA-Ethylen/α-Olefin-Copolymer-Mischung
gebildeten Innen- oder Außenschicht
mit höherer
Schrumpfung, Zugfestigkeit und dynamischer Durchstoßfestigkeit,
als mit EVA-Polyethylen-Mischungen des Standes der Technik erhältlich sind,
und dennoch guten optischen Eigenschaften zur Verfügung zu
stellen.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Offenbarung und den beigefügten
Patentansprüchen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine
wärmeschrumpfbare,
durchstoßfeste,
biaxial gereckte thermoplastische Folie bereitgestellt, welche für die Verwendung
bei der Herstellung von Säcken
bzw. Beuteln zum Verpacken von Lebensmittelprodukten geeignet ist.
Diese Folie umfaßt
eine Mischung aus einem ersten Ethylen/α-Olefin-Copolymer, das ein lineares
Copolymer aus Ethylen und Buten mit einer Dichte von ca. 0,88 g/cm3, einem Schmelzindex von ca. 0,5 g/10 min,
einem Mw-Wert von ca. 190 000, einem Mn-Wert von ca. 92 600 bei
Messung gemäß dem GPC-Verfahren
von ASTM D-3593-80, einem Schmelzpunkt von ca. 67°C und einem Youngschen
Modul von ca. 400 kg/cm2, einem dynamischen
Durchstoßwert
von ca. 11,5 cmkg/mil (4528 cmkg/cm), sowie einem Vicat-Erweichungspunkt
von ca. 62°C
bei Messung gemäß ASTM D-1525
ist, und einem zweiten Ethylen/α-Olefin-Copolymer,
das ein lineares Terpolymer aus Ethylen, Buten und Hexen mit einer Dichte
von ca. 0,900 g/cm3, einem Schmelzindex
von ca. 1,2 g/10 min, einem Mw-Wert von ca. 92 000, einem Mn-Wert
von ca. 50 000, einem Schmelzpunkt von ca. 94°C, und einem Youngschen Modul
von ca. 773 kg/cm2 sowie einem Vicat-Erweichungspunkt
von 75–83°C bei Messung
gemäß ASTM D-1525
ist, wobei das zweite Ethylen/α-Olefin-Copolymer
mittels eines Metallocen-Katalysators mit einem einzigen Wirkort
hergestellt ist und wobei die Folie gemäß der Bestimmung durch Messung
der ungehinderten Schrumpfung der Reckfolie bei 90°C während 5
s bei einer Temperatur von ca. 90°C
in mindestens einer der Maschinenrichtung und der Querrichtung dazu
um mindestens 45% schrumpft.
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Diese
Folie kann einschichtig sein, wobei das obengenannte Ethylen/α-Olefin-Copolymer
die gesamte Zusammensetzung ausmacht oder mit anderen thermoplastischen
Polymeren gemischt sein kann. Die Folie kann auch Teil eines mehrschichtigen
Aufbaus sein, wie z. B. von der vorstehend beschriebenen Art mit
einer sauerstoffsperrenden Mittelschicht, wobei das obengenannte
Ethylen/α-Olefin-Copolymer
mindestens einen Teil mindestens einer Schicht auf einer Seite der
Mittelschicht ausmacht.
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Wie
im nachfolgenden detaillierter beschrieben und durch die Ausführungsbeispiele
belegt ist, löst
diese Folie alle obengenannten Aufgaben und schafft tatsächlich zusätzliche
Vorteile gegenüber
Folien nach dem Stand der Technik, welche kommerziell zur Schrumpfverpackung
von Lebensmitteln verwendet werden.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
Ethylen/α-Olefin-Harze,
welche zur Herstellung der erfindungsgemäßen Folien verwendet werden, können mit
dem traditionellen heterogenen Ziegler-Natta-Katalysatorsystem hergestellt
werden, welches z. B. im obengenannten
US-Patent Nr. 4,863,769 (Lustig et
al.) allgemein beschrieben wird. Es wird angenommen, daß Mitsuis
Tafmer A-0585, ein Harz, welches in dieser Erfindung verwendet werden
kann, mit einem solchen Katalysatorsystem hergestellt wurde.
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Alternativ
kann dieselbe allgemeine Art von Ethylen/α-Olefin-Harzen mittels eines
homogenen Metallocen-Katalysatorsystems mit einem einzigen Wirkort
hergestellt werden, das im allgemeinen Molekülketten mit einheitlicherer
Länge und
gleichmäßigeren
Abständen
des Comonomers ergibt. Ein anderes Resultat ist die engere Molekulargewichtsverteilung
und Zusammensetzung. Nach Angaben des Harzherstellers kann nötigenfalls
ein mehrstufiges Polymerisationsverfahren mit einer Aufeinanderfolge
von verschiedenen Metallocen-Katalysatoren mit einem einzigen Wirkort
nahezu jede gewünschte
endgültige
Molekulargewichtsverteilung produzieren. Es wird angenommen, daß EXACT
® Type
3033 (vormals SLP 0633) der Exxon Chemical Company, ein anderes
in der Durchführung
dieser Erfindung nützliches
Ethylen/α-Olefin,
in einem Metallocen-Katalysatorsystem mit einem einzigen Wirkort hergestellt
wurde. Dieser allgemeine Systemtyp ist im
US-Patent
Nr. 5,183,867 für
Welborn (übertragen
auf Exxon) und in der veröffentlichten
Europäischen Patentanmeldung 0 416
815 A2 für
G. F. Schmidt (übertragen
auf Dow Chemical Company) beschrieben, auf deren maßgebliche
Offenbarung hiermit Bezug genommen wird.
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Obwohl
sich die bei der Durchführung
der vorliegenden Erfindung nützlichen
Ethylen/α-Olefin-Copolymere
von vormals bekannten VLDPE-Copolymeren unterscheiden, besitzen
sie mindestens einige der VLDPE-Eigenschaften, die in dem oben genannten
US-Patent Nr. 4,863,769 (Lustig
et al.) (im Folgenden: ”Lustig et
al.,
'769 ”) ausführlich beschrieben sind. Wie
vormals bekannte VLDPE-Materialien können die in der vorliegenden
Erfindung nützlichen
Ethylen/α-Olefine
in einschichtige, wärmeschrumpfbare,
biaxial orientierte Folien mit hoher Festigkeit und hoher Wärmeschrumpfung
extrudiert werden. Gemäß Lustig
et al.,
'769 , beträgt diese VLDPE-Schrumpfung
mindestens ca. 30% bei 90°C
in mindestens entweder der Querrichtung oder der Maschinenrichtung.
Die Folien der vorliegenden Erfindung schrumpfen bei 90°C in mindestens
einer von Maschinenrichtung und Querrichtung um mindestens 45%.
Wie des weiteren gezeigt werden wird, stellen Folien der vorliegenden
Erfindung auch eine höhere
Durchstoßfestigkeit
als aus vormals bekannten VLDPE-Materialien hergestellte Folien
zur Verfügung.
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Wie
weiter oben erläutert
wurde, besitzen aus den erfindungsgemäßen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren hergestellte
Folien bestimmte Eigenschaften, die sich von Folien, welche Ethylen/α-Olefin-Plastomere
des Standes der Technik enthalten, ziemlich stark unterscheiden
und nicht analog dazu verhalten, obgleich ein Hersteller beider
Harztypen, Mitsui, sie unter dem gleichen Handelsnamen Tafmer beschreibt.
Tabelle A ist eine Auflistung repräsentativer Ethylen/α-Olefin-Plastomere
des Standes der Technik und ihrer physikalischen Eigenschaften in
der Harzform.
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Für die Verwendung
in der vorliegenden Erfindung geeignete Ethylen/α-Olefin-Copolymere haben ein relativ
hohes Molekulargewicht, was sich in der Anforderung widerspiegelt,
daß ihr
Schmelzindex bei Bestimmung gemäß ASTM D-1238,
Bedingung E, nicht unter 1,5 g/10 min liegt. TABELLE A Ethylen/α-Olefin-Plastomer des Standes
der Technik Physikalische Eigenschaften
Typ | Hersteller | Eigenschaft | Einheiten | Wert |
A-4085 | Mitsui | Schmelzindex
(D-1238) | g/10
min
(190°C) | 3,6 |
| | Dichte
(D-1505) | g/cc | 0,88 |
| | Vicat-Erweichungspunkt
(D-1525) | °C | 54 |
| | Bruchzugfestigkeit
(515
K 6301)* | kg/cm2 | 270 |
| | Bruchdehnung
(515
K 6301)* | % | 800 |
| | Mw | g/Mol | 108.000 |
| | Mn | g/Mol | 46.000 |
| | Mw/Mn | keine | 2,35 |
A-4090 | Mitsui | Schmelzindex
(D-1238) | g/10
min
(190°C) | 3,6 |
| | Dichte
(D-1505) | g/cc | 0,89 |
| | Vicat-Erweichungspunkt
(D-1525) | °C | 60 |
| | Bruchzugfestigkeit
(515
K 6301)* | kg/cm2 | 320 |
| | Bruchdehnung
(515
K 6301)* | % | 700 |
A-1085 | Mitsui | Mw/Mn | keine | 2,0 |
Schmelzindex
(D-1238) | g/10
min
(190°C) | 1,4 |
| | Dichte
(D-1505) | g/cc | 0,885 |
| | Vicat-Erweichungspunkt
(D-1525) | °C | 58 |
| | Bruchzugfestigkeit
(515
K 6301)* | kg/cm2 | 340 |
| | Bruchdehnung
(515
K 6301)* | % | 710 |
| | Mw | g/Mol | 160.000 |
| | Mn | g/Mol | 80.000 |
| | Mw/Mn | keine | 2,0 |
- *ein japanisches Testverfahren ähnlich ASTM
D-638
-
VLDPE-Materialien
des Standes der Technik umfassen von Dow Chemical Company und Union
Carbide Corporation hergestellte, und Tabelle B stellt eine repräsentative
Auflistung zusammen mit physikalischen Eigenschaften in der Harzform
dar. TABELLE B Physikalische Eigenschaften von VLDPE
des Standes der Technik
Typ | Hersteller | Eigenschaft | Einheiten | Wert |
4001
auch
XU61520.01 | Dow
(Ethylen-Octen-1-Copolymer) | Schmelzindex
D-1238 | g/10
min | 1,0 |
| Dichte
D-792 | g/cc | 0,912 |
Zugdehnung
D-638 | psi
(MPa) | 1200
(8,3) |
Streckgrenze
D-638 | psi
(MPa) | 3500
(24,1) |
Dehngrenze
D-638 | % | 850 |
Vicat-Erw.-punkt D-1525 | °C | 95 |
Mw/Mn
ASTM
D-3593 | keine | 5,1
(110.600/21.680) |
4003 | Dow
(Ethylen-Octen-1-Co-polymer) | Schmelzindex
D-1238 | g/10
min | 0,8 |
| Dichte
D-792 | g/cc | 0,905 |
Zugdehnung
D-638 | psi
(MPa) | 950
(6,6) |
Streckgrenze
D-638 | psi
(MPa) | 3200
(22,1) |
Dehngrenze
D-638 | % | 800 |
Vicat-Erw.-punkt D-1525 | °C | 80 |
1137 | Union
Carbide (Ethylen-Buten-Copolymer) | Schmelzindex
D-1238 | g/10
min | 1,0 |
| | Dichte
D-792 | g/cc | 0,905 |
Zugdehnung
D-638 | psi
(MPa) | 2800
(19,3) |
Streckgrenze
D-638 | psi
(MPa) | -
- |
Dehngrenze
D-638 | % | 1720 |
Vicat-Erw.-punkt D-1525 | °C | 80 |
Mw/Mn
ASTM
D-3593 | keine | 4,9
(125.000/25.700) |
1192 | Union
Carbide (Ethylen-Buten-Hexen-Copolymer) | Schmelzindex
D-1238 | g/10
min | 0,19 |
| | Dichte
D-792 | g/cc | 0,912 |
Zugfestigkeit
D-882 | psi
(MPa) | 7100 (49,0) MD
5000 (344,5) TD
400
MD
760 MD
lt. Hersteller im niedrigen 80-er-Bereich
12,2
(196.900/216.080) |
Dehngrenze
D-882 | % |
Vicat-Erweichungspunkt
D-1525 | °C |
Mw/Mn
ASTM
D-3593 | keine |
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Für die Herstellung
der erfindungsgemäßen Folie
geeignete Ethylen/α-Olefine
umfassen Tafmer A-0585 von Mitsui und EXACT
® 3033
von Exxon. Das letztgenannte Material wurde vormals vom Hersteller
mit SLP 0633 bezeichnet und ist ein Ethylen-Buten-Hexen-Terpolymer.
Physikalische Eigenschaften von Tafmer A-0585, einem Ethylen-Buten-Copolymer,
und EXACT 3033 sind in Tabelle C aufgeführt. TABELLE C Physikalische Eigenschaften von Tafmer
A-0585
Eigenschaft | Einheiten | Wert |
Schmelzindex
(D-1238) | g/10
min
(190°C) | 0,5 |
Dichte
(D-1505) | g/cc | 0,88 |
Schmelzpunkt | °C | 67 |
Vicat-Erweichungspunkt
(D-1525) | °C | 62 |
Bruchzugfestigkeit
(515
K 6301) | kg/cm2 | 400 |
Bruchdehnung
(515
K 6301) | % | 650 |
Mw | g/Mol | 190.000 |
Mn | g/Mol | 92.600 |
Mw/Mn | keine | ca.
2 |
Physikalische Eigenschaften von Exact
3033
Eigenschaft | Einheiten | Wert |
Schmelzindex
(D-1238) | g/10
min
(190°C) | 1,2 |
Dichte
(D-1505) | g/cc | 0,900* |
Schmelzpunkt | °C | 94 |
Vicat-Erweichungspunkt
(D-1525) | °C | 75–83°C |
Bruchzugfestigkeit
(D-882) | kg/cm2 | 9800
MD
9020 TD |
Bruchdehnung
(515
K 6301) | % | 650 |
Mw | g/Mol | 92.000 |
Mn | g/Mol | 50.000 |
Mw/Mn | keine | 1,8 |
- *Laut Charakterisierung des Herstellers
Exxon weisen seine Ethylen/α-Olefine vom Typ EXACT
als VLDPE eine Dichte von mindestens 0,900 Dichte auf.
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Molekulargewicht/Größenverteilung
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Die
meisten kommerziellen Polymerimaterialien sind polydispers. Dies
bedeutet, daß sie
eine Molekülverteilung
mit variablen Kettenlängen
aufweisen, die sich durch Zahlenmittel kennzeichnen läßt.
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Ethylen/α-Olefin-Copolymere
können
teilweise durch ihr Gewichtsmittel des Molekulargewichts (Mw) gekennzeichnet
werden, welches durch Multiplizieren des Gewichtes einer jeden Kettenlänge einer
bestimmten Anzahl von sich wiederholenden Einheiten mit der Anzahl
solcher vorhandener Kettenlängen
und Dividieren durch das Gesamtgewicht der Ketten ermittelt wird.
Mw ist sensibler gegenüer
größeren Kettenlängen, d. h.
größeren Molekülen. Ethylen/α-Olefin-Copolymere
können
auch teilweise durch ein Zahlenmittel des Molekulargewichts (Mn)
gekennzeichnet werden, welches von der Gesamtanzahl von Polymermolekülen einer
jeden vorhandenen Kettenlänge
abgeleitet ist, dividiert durch die Gesamtzahl der vorhandenen Ketten.
Mn ist besonders sensibel gegenüber
geringeren Kettenlängen,
d. h. kleineren Molekülen.
Wenn sowohl Mw als auch Mn bekannt sind, können sie zur Charakterisierung
der Form der Molekulargewichtsverteilungskurve des Copolymers verwendet
werden, d. h. der Anzahl von Polymerketten in einem Molekulargewichtsintervall
als Ordinate und dem Molekulargewicht als Abszisse. Qualitativ bezeichnet
ein hoher Mw/Mn-Wert eine breite Verteilung von Molekulargewichten,
wohingegen ein geringer Mw/Mn-Wert eine enge Verteilung bezeichnet. Mw/Mn
kann durch mehrere verschiedene Techniken gemessen werden, aber
im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das in ASTM D-3593-80
dargestellte Gel-Permeations-Chromatographieverfahren (”GPC”) verwendet.
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Im
allgemeinen ermöglicht
eine relativ enge Mw/Mn-Verteilung (und ein niedriges Verhältnis) eine
genauere Kontrolle der physikalischen Eigenschaften und überragende
optische Eigenschaften, d. h. relativ starken Glanz und geringe
Trübung.
Demgegenüber
lassen sich Polymere des Standes der Technik mit relativ niedrigen
Mw/Mn-Verhältniswerten
auch schwierig verarbeiten. Insbesondere sind die der Anmelderin
konkret bekannten Ethylen/α-Olefin-Plastomere
des Standes der Technik durch eine relativ enge Molekulargewichtsverteilung
und Mw/Mn-Werte von weniger als etwa 3 gekennzeichnet. Sie lassen
sich nur relativ schwierig durch Extrudieren von Schmelzen in Folien
verarbeiten. Die Anmelderin war nicht in der Lage, eine biaxial
orientierte, wärmeschrumpf bare
Folie aus diesen Materialien wie z. B. dem obengenannten Tafmer
A-1085 und Tafmer A-4085 herzustellen.
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Im
Gegensatz dazu können
die für
die vorliegende Erfindung nützlichen
Ethylen/α-Olefine
trotz relativ geringer Mw/Mn-Werte
von weniger als 3 für
die Bildung von biaxial gereckter, wärmeschrumpfbarer Reinkomponenten-Folie
verwendet werden.
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Im
allgemeinen besitzen vormals bekannte, in kommerziellen Mengen verfügbare VLDPE-Copolymere eine
wesentlich breitere Molekulargewichtsverteilung und höhere Mw/Mn-Werte
(d. h. mehr als 3) als die Ethylen/α-Olefin-Plastomere des Standes
der Technik. Als solche hatten die vormals bekannten VLDPE-Copolymere eine höhere Schlagzähigkeit,
Zugfestigkeit, Abriebfestigkeit und bessere Verarbeitungsmerkmale.
Für sich
können
diese VLDPEs beispielsweise in ein Primärrohr schmelzextrudiert und
in ein wärmeschrumpfbares
Rohr orientiert werden. Die Absolutwerte für Molekulargewicht/Größenverteilung
und die Mw/Mn-Verhältnisse
für repräsentative,
kommerziell erhältliche
Ethylen/α-Olefin-Copolymere
sind in der nachfolgenden Tabelle D aufgeführt. Falls nicht anderweitig
angegeben, wurden diese Werte mit dem GPC-Verfahren von ASTM D-3593-80
ermittelt. TABELLE D Molekulargewicht/Größenverteilung
Verbindungstyp
und Hersteller | Mw/Mn** |
Union
Carbide 1085 VLDPE
(0,885 Dichte, 0,8 MI) | 3,6
(118.000/33.000) |
Union
Carbide 1137 VLDPE
(0,900 Dichte, 1.0 MI) | 4,9
(125.000/25.700) |
Union
Carbide 1192 VLDPE
(0,912 Dichte, 0,19 MI) | 12,2
(196.900/16.080) |
Union
Carbide 1096-2 VLDPE
(0,912 Dichte, 0,38 MI) | 7,2
(137.000/19.110) |
Dow
4001 VLDPE
(0,912 Dichte, 1.0 MI) | 5,1
(110.600/21.680) |
Mitsui-VLDPE
0,896 Dichte | 4,0* |
Mitsui-VLDPE
0,907 Dichte | 3,2* |
Mitsui
Tafmer A-4090 Plastomer | 2,0* |
Mitsui
Tafmer A-4085 Plastomer | 2,35
(108.000/46.000) |
Mitsui
Tafmer A-1085 Plastomer | 2,00
(160.000/80.000) |
Matsui
Tafmer A-0585
Ethylen/α-Olefin | 2,05
(190.000/92.600) |
Exxon
EXACT 3033
Ethylen/α-Olefin | 1,84
(92.000/50.000) |
- *Vom Hersteller im obengenannten ”Proceedings
of Future-Pak '91”, Seite
314 angegeben. Verfahren zur Bestimmung von Mw/Mn nicht identifiziert.
- **Mw- und Mn-Werte in g/Mol.
-
Schmelzindex
-
Der
Schmelzindex (MI) ist ein Maß für die Extrusionsgeschwindigkeit
erschmolzener Harze durch eine Düse
und reflektiert das Molekulargewicht wie auch die Schmelzfestigkeit
des Materials. Dies bedeutet, daß relativ geringe MI-Werte Harze mit höherem Molekulargewicht/höherer Schmelzfestigkeit
anzeigen. Für
die Zwecke der vorliegenden Erfindung haben für die Verwendung bei der erfindungsgemäßen Folie
geeignete Ethylen/α-Olefin-Copolymere
Schmelzindexwerte von nicht mehr als etwa 1,5 bei Bestimmung gemäß ASTM D-1238,
Bedingung E (2,16 kg Gewicht) bei 190°C. Wie der nachfolgenden Tabelle
E (Schmelzindices) zu entnehmen ist, bedeutet dies, daß diese
im Hinblick auf den Schmelzindex geeigneten Ethylen/α-Olefine
(Exxon EXACT 3033 und Mitsui Tafmer A-0585) eine größere Ähnlichkiet
mit vormals bekannten VLDPE-Materialien als mit Plastomeren des
Standes der Technik aufweisen. TABELLE E Schmelzindices
Verbindungstyp
und Hersteller | MI
(g/10 min nach ASTM D-1238, Bedingung E) |
Union
Carbide 1085 VLDPE | 0,8 |
Union
Carbide 1137 VLDPE | 1,0 |
Union
Carbide 1192 VLDPE | 0,19 |
Union
Carbide 1096-2 VLDPE | 0,38 |
Dow
4001 VLDPE | 1,0 |
Dow
XU61520.01 VLDPE | 1,0 |
Mitsui
Tafmer A-4085 Plastomer | 3,6 |
Mitsui
Tafmer A-4090 Plastomer | 3,6 |
Mitsui
Tafmer A-1085 Plastomer | 1,4 |
Exxon
Exact 3027 | 3,5 |
Exxon
Exact 3033 | 1,2 |
Mitsui
Tafmer A-0585 | 0,5 |
-
Schmelzpunkte
-
Es
besteht ein wesentlicher Unterschied bei den Schmelzpunkten zwischen
vormals bekannten VLDPE und Ethylen/α-Olefin-Plastomeren des Standes
der Technik. Im allgemeinen besitzen die letzteren Schmelzpunkte
unterhalb von 90°C,
wohingegen VLDPE-Materialien des Standes der Technik Schmelzpunkte von
mehr als etwa 90°C
haben. Das oben erwähnte
EVA (10% Vinylacetat-Anteil) hat einen Schmelzpunkt von 97°C. Ein zur
Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignetes Ethylen/α-Olefin-Copolymer
(Tafmer A-0585) hat einen relativ niedrigen Schmelzpunkt von etwa
67°C. Ein
anderes geeignetes Ethylen/α-Olefin-Copolymer
(Exact 3033) hat einen höheren
Schmelzpunkt von etwa 94°C.
Die Schmelzpunkte von verschiedenen Ethylen/α-Olefinen und EVA sind in Tabelle
F zusammengefaßt. TABELLE F Schmelzpunkte (°C)
Verbindungstyp
und Hersteller | Schmp.
(°C) |
Union
Carbide 6833 EVA | 97 |
Union
Carbide 1137 VLDPE | 117 |
Union
Carbide 1085 VLDPE | 117 |
Union
Carbide 1063 VLDPE | 124 |
Union
Carbide 1064 VLDPE | 125 |
Union
Carbide 1092 VLDPE | 121 |
Dow
Attane 4001 VLDPE | 121 |
Dow
Attane 4003 VLDPE | 107/124
(zwei Peaks) |
Mitsui
Tafmer A-4085 Plastomer | 71 |
Mitsui
Tafmer A-4090 Plastomer | 85 |
Mitsui
Tafmer A-1085 Plastomer | 71 |
Mitsui
Tafmer A-0585
Ethylen/α-Olefin | 67 |
Exxon
Exact 3033
Ethylen/α-Olefin | 94 |
-
Ethylen/α-Olefine,
die zur Verwendung als das primäre
thermoplastische Polymer in der Folie der vorliegenden Erfindung
geeignet sind, haben einen Schmelzpunkt von weniger als etwa 102°C. Höherschmelzende
Polymere liefern nicht das ultrahohe Schrumpfungsmerkmal der erfindungsgemäßen Folie.
-
Vicat-Erweichungspunkt (VSP)
-
Mit
Ausnahme des Materials vom Typ 1085 von Union Carbide neigen vormals
bekannte VLDPE-Materialien zu geringerer Flexibilität und größerem Durchstoßwiderstand
als Ethylen/α-Olefine des Standes
der Technik vom Plastomertyp, welche dazu tendieren, flexibler und
weicher zu sein. In dieser Hinsicht ist mindestens ein Ethylen/α-Olefin,
das für
die Durchführung
der vorliegenden Erfindung von Nutzen ist (Tafmer A-0585 von Mitsui),
den meisten Ethylen/α-Olefin-Plastomeren des Standes
der Technik ähnlicher
als den vormals bekannten VLDPE-Materialien. Ein anderes Ethylen/α-Olefin (Exact 3033
von Exxon) ist jedoch den letzteren ähnlicher als den ersteren.
Dies wird durch einen Vergleich der gemäß ASTM 1525 bestimmten Vicat-Erweichungspunkte
für die
verschiedenen Materialien veranschaulicht. Nach diesem Verfahren
ist der Vicat-Erweichungspunkt die Temperatur, bei der eine Nadel
mit flachem Ende mit einem kreisförmigen Querschnitt von 1 mm
2 unter einer vorgegebenen Last unter Anwendung
einer gewählten
gleichförmigen
Temperaturanstiegsrate bis zu einer Tiefe von 1 mm in eine thermoplastische
Probe eindringt. Vicat-Erweichungspunkte für verschiedene Ethylen/α-Olefine
wurden von den Harzherstellern berichtet und sind in Tabelle G folgendermaßen zusammengestellt. TABELLE
G Vicat-Erweichungspunkt
Verbindungstyp
und Hersteller | VSP
(°C) gemäß ASTM-1525 |
Union
Carbide 1085 VLDPE | 45 |
Union
Carbide 1137 VLDPE | 80 |
Union
Carbide 1063 VLDPE | 93 |
Union
Carbide 1064 VLDPE | 90 |
Union
Carbide 1569 VLDPE | 94 |
Dow
Attane 4001 VLDPE | 95 |
Dow
Attane 4003 VLDPE | 80 |
Dow
Attane 4004 VLDPE | 92 |
Mitsui
Tafmer A-1085 Plastomer | 58 |
Mitsui
Tafmer A-4085 Plastomer | 54 |
Mitsui
Tafmer A-4090 Plastomer | 65 |
Mitsui
Tafmer A-20090 Plastomer | 60 |
Mitsui
Tafmer A-0585 | 62 |
Ethylen/α-Olefin | |
Exxon
Exact 3033 | 75–83 |
Ethylen/α-Olefin | |
-
Zugfestigkeitseigenschaften
-
Eines
der Merkmale von Ethylen/α-Olefinen,
die bei der Durchführung
der vorliegenden Erfindung nützlich
sind, ist die Fähigkeit,
Zugbeanspruchungen ohne Bruch aufzunehmen. Insbesondere sollte die
Dichte zwischen ca. 0,88 und ca. 0,905 g/cm2 betragen,
so daß Beanspruchungen
in den zahlreicheren kurzen Kettenzweigen absorbiert werden, die
in dem relativ hohen α-Olefin-Comonomeranteil
des Copolymers vorhanden sind. Andererseits sind Harze mit geringerer
Dichte für
eine Verarbeitung in eine biaxial gereckte Folie zu gummiartig.
-
Eine
weitere wichtige Eigenschaft für
die Charakterisierung geeigneter Ethylen/α-Olefin-Copolymere ist ihr Youngscher
Modul, der manchmal als Elastizitätsmodul bezeichnet wird und
mit einem Polymer im Zusammenhang steht, der eine Zugverformung
erfährt.
Er ist das Spannungs-Dehnungs-Verhältnis unterhalb der Proportionalitätsgrenze
eines Materials. Anders ausgedrückt,
er ist die Steifigkeit bzw. ein Maß für den Widerstand gegen Zugverformung,
welchen ein Polymer bei Anlegen einer Zugbeanspruchung zeigt. Steife
Materialien haben höhere
Werte, währende
geringe bis mäßige Werte
mehr Elastizität
und Flexibilität
anzeigen. Für Zwecke
der vorliegenden Erfindung besitzen geeignete Ethylen/α-Olefine
einen Youngschen Modul von weniger als ca. 850 kg/cm
2.
Diese Materialien, wie auch die Ethylen/α-Olefin-Plastomere des Standes
der Technik, können
mehr von der Energie absorbieren, die durch ein Projektil mitgeteilt
wird, was zu höheren
Werten der dynamischen Durchstoßfestigkeit
führt.
Auch gestattet ihre Elastizität
ein höheres
Maß an
biaxialer Reckung, was zu einer stärkeren Schrumpfung bei Folien
führt.
Mitsui, ein Hersteller von Ethylen/α-Olefin-Plastomeren, Tafmer
A-0585 und vormals bekannten VLDPE-Materialien, berichtet die folgenden
Werte für
den Youngschen Modul, wie sie in Tabelle H zusammengefaßt sind.
Diese enthält
auch den Youngschen Modul für
Exact 3033 von Exxon. TABELLE
H Youngscher
Modul
Material | Kg/cm2 |
Tafmer
A-0585 | 400 |
Tafmer
A-4085* | 400 |
Tafmer
A-20090* | 600 |
VLDPE
(0,896 Dichte)** | 800 |
VLDPE
(0,907 Dichte)** | 182 |
| 0 |
Exact
3033*** | 773 |
- *”Tafmer”-Veröffentlichung
von Mitsui Petro-chemical Ind., Ltd., Seite 12
- **”Proceedings
of Future-Pak '91”, Seite
314
- ***Von Exxon zur Verfügung
gestellt
-
Ausgehend
von Tabelle H stünde
zu erwarten, daß Tafmer
A-0585 (wie die
Ethylen/α-Olefin-Plastomere
des Standes der Technik vom Tafmer-Typ) für die Bildung von einschichtigen,
biaxial gereckten wärmeschrumpfbaren
Folien zu schwach ist. Es war tatsächlich sehr überraschend,
daß dies
mit Tafmer A-0585 bewerkstelligt werden konnte, um solche Folien
mit kommerziell akzeptablen Zugfestigkeitseigenschaften und sehr
hoher Durchstoßfestigkeit
herzustellen. Es scheint, daß Exact
3033 einen wesentlich höheren
Youngschen Modul-Wert
als Tafmer A-0585 besitzt.
-
Schrumpfung
-
Die
biaxial gereckten Folien der vorliegenden Erfindung sind ”wärmeschrumpfbar”, und bei
erfindungsgemäßer Verwen dung
bedeutet dies, daß die
Folie eine ungehinderte Schrumpfung von mindestens 45% aufweist,
z. B. mindestens 50% oder mindestens 55% in mindestens einer der
Maschinenrichtung und der Querrichtung dazu bei 90°C. Schrumpfungswerte
werden durch die Messung der ungehinderten Schrumpfung der Reckfolie
bei 90°C
während
5 s erhalten. Vier Testproben werden aus einer gegebenen Probe der
zu testenden Reckfolie geschnitten. Die Proben werden auf 10 cm
in der Maschinenrichtung mal 10 cm in der Querrichtung zugeschnitten.
Jede Probe wird 5 s lang vollständig
in ein Wasserbad mit 90°C
getaucht. Die Strecke zwischen den Enden der geschrumpften Probe
wird gemessen. Der Unterschied zwischen der gemessenen Strecke für die geschrumpfte
Probe und den ursprünglichen
10 cm wird mit zehn multipliziert, um die Prozentzahl der Schrumpfung
für die
Probe zu erhalten. Aus der Schrumpfung für die vier Proben wird der
Durchschnitt für
die MD-Schrumpfungswerte der gegebenen Folienprobe errechnet, und
die Schrumpfung der vier Proben für den TD-Schrumpfungswert gemittelt.
-
Die
Folien der vorliegenden Erfindung werden im wesentlichen aus Trockenharzen
hergestellt, die in einem Extruder erschmolzen und durch eine Düse austreten,
um das primäre
Folienmaterial zu bilden, meistens in Rohrform.
-
Der
allgemein bekannte zweistufige ”Doppelblasen-” oder ”Trapped
bubble”-Verfahren
kann zur Herstellung der erfindungsgemäßen (entweder einschichtigen
oder mehrschichtigen) Folie verwendet werden. Eine Ausführungsform
dieses Verfahrens ist im
US-Patent
Nr. 3,456,044 für
Pahlke beschrieben. Bei diesem Doppelblasenverfahren vom Pahlke-Typ
wird ein Primärrohr
vorbereitet, gekühlt,
erneut erhitzt, und das Rohr gleichzeitig durch den Betrieb von
in Längsrichtung
beabstandeten Spannwalzen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit
in der Maschinenrichtung (”MD”) gereckt
und durch Einblasen von Luft in das Innere des Rohres in der Querrichtung
(”TD”) gereckt.
Geeignete Reckverhältnisse
betra gen von ca. 2 bis ca. 6, wobei Verhältnisse von etwa 3 bis etwa
5 bevorzugt sind. Die mehrschichtigen wärmeschrumpfbaren, durchstoßfesten,
biaxial gereckten thermoplastischen Folien der vorliegenden Erfindung
können
durch bekannte Verfahren als Primärrohr ausgebildet werden, wie
z. B. durch Coextrudieren mindestens der Mittelschicht und der ersten
und der zweiten Außenschichten
auf jeder Seite der Mittelschicht, um ein Primärrohr zu bilden, wie es z.
B. in der
Kanadischen Patentschrift
Nr. 982923 beschrieben ist. Als Alternative kann das Verbundprimärrohr mittels
Beschichtungskaschieren gebildet werden, wobei eine erste äußere röhrenförmige Schicht
extrudiert und daraufhin die Mittelschicht und die zweite äußere röhrenförmige Schicht
aufeinanderfolgend auf die Außenflächen der
ersten röhrenförmigen Schicht
und der Mittelschicht aufgetragen werden. Als eine andere Alternative
können
die erste äußere Schicht
und äußere Mittelschicht
selbst coextrudiert werden, und die zweite Außenschicht daraufhin auf die
Außenfläche der
Mittelschicht aufgetragen werden. Beschichtungskaschierverfahren
sind in Brax et al.,
US-Patent
Nr. 3,741,253 beschrieben. Als eine wieder andere Alternative
kann die mindestens dreischichtige Folie durch das allgemein bekannte
Schlitzformungsverfahren (”slot
casting procedure”)
als Folie ausgebildet werden.
-
Das
bevorzugte Verfahren für
die Bildung der erfindungsgemäßen (sowohl
einschichtigen als auch mehrschichtigen) Folien ist das Coextrudieren
eines Primärrohrs,
das daraufhin biaxial auf die in dem obengenannten Pahlke-Patent
beschriebene Weise orientiert wird. In den nachfolgenden Beispielen
2–5 einer
mehrschichtigen Folie wurden alle drei Schichten coextrudiert, und
das Primärrohr
wurde gekühlt.
Es wurde anschließend
erneut erwärmt
bis zur Ziehtemperatur für
die biaxiale Orientierung.
-
Obwohl
dies in der Praxis der vorliegenden Erfindung nicht wesentlich ist,
kann es wünschenswert sein,
ein Ausfüh rungsbeispiel
einer einschichtigen Folie oder eine oder mehrere Schichten eines
mehrschichtigen Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Folie
querzuvernetzen, um die Beanspruchungs- und/oder Durchstoßfestigkeit
und weitere physikalische Eigenschaften zu verbessern. Dies kann
beispielsweise durch Bestrahlung unter Verwendung von hochenergetischen
Elektronen, ultravioletter Strahlung, Röntgenstrahlen, β-Teilchen
und dergleichen erzielt werden. Die Bestrahlungsquelle kann jeglicher
Elektronenstrahlgenerator sein, der in einem Bereich von etwa 150
kV bis etwa 6 MV arbeitet, mit einer Leistungsabgabe, die in der
Lage ist, die gewünschte
Dosierung zur Verfügung
zu stellen. Die Spannung kann auf geeignete Nieaus eingestellt werden,
wobei es sich z. B. um 1 bis 6 Mio. Volt oder mehr bzw. weniger
handeln kann. Viele Geräte für die Bestrahlung
von Folien sind dem Fachmann bekannt. Die Bestrahlung wird üblicherweise
mit einer Dosierung von bis zu 20 MR, typischerweise zwischen etwa
1 MR und etwa 20 MR durchgeführt,
wobei ein bevorzugter Dosierungsbereich zwischen etwa 2 MR und etwa
12 MR liegt. Die Bestrahlung kann auf geeignete Weise bei Raumtemperatur
durchgeführt
werden, obwohl höhere
und niedrigere Temperaturen, z. B. 0°C bis 60°C, angewendet werden können.
-
Je
nach dem gewählten
Verfahren kann eine Bestrahlung auf eine einzige Substratschicht
wie z. B. die erste Außenschicht
und vor dem biaxialen Recken angewendet werden, falls die primäre mehrschichtige Folie
mittels Beschichtungskaschierung hergestellt wird. Diese Art von
Bestrahlungsvernetzung ist z. B. im obengenannten US-Patent Brax
et al.,
U.S. 3,741,253 beschrieben.
Als Alternative, falls die die gesamte Folie gleichzeitig coextrudiert
wird, kann es vorzuziehen sein, die gesamte mehrschichtige Folie
zu bestrahlen, und für
eine maximale Effektivität
sollte dies nach einem biaxialen Recken bei einem Dosierungsniveau
von weniger als etwa 8 MR vorgenommen werden, wie z. B. in Lustig
et al.,
US-Patent Nr. 4,737,391 ,
beschrieben ist.
-
Quervernetzung
kann auch chemisch durch die Anwendung von Peroxiden erzielt werden,
wie dem Fachmann gut bekannt ist. Eine allgemeine Erörterung
der Quervernetzung ist auf den Seiten 331 bis 414 von Band 4 der
Encyclopedia of Polymer Science und Technology, Plastics, Resins,
Rubbers, Fibers, John Wiley & Sons,
Inc. (Herausgeber) und Copyright von 1966, zu finden. Dieses Dokument
ist im Library of Congress Catalog unter Nummer 64-22188 katalogisiert.
-
Falls
nicht anderweitig angegeben, sind die bei der vorliegenden Erfindung
eingesetzten Harze im wesentlichen in Pelletform kommerziell erhältlich und
können
gemäß dem allgemeinen
Fachwissen durch allgemein bekannte Verfahren, die kommerziell erhältliche
Apparatur, die Trommelmischer, Mischer oder Blender umfaßt, schmelzgemischt
oder mechanisch gemischt werden. Falls dies gewünscht ist, können auch
allgemein bekannte Zusätze
wie z. B. Verarbeitungshilfen, Gleitmittel, Antiblockiermittel und
Pigmente sowie Mischungen davon durch Vermengen vor dem Extrudieren
in die Folie integriert werden. Die Harze und jegliche Zusätze werden
in einen Extruder eingeführt
(im allgemeinen ein Extruder pro Schicht), in dem die Harze durch
Erhitzen schmelzerweicht werden, und daraufhin an eine Extrusionsdüse (oder
Coextrusionsdüse)
für die
Formung in ein Rohr übertragen
werden. Der Extruder und die Temperaturen hängen im allgemeinen von dem
jeweils verarbeiteten Harz bzw. den Harz enthaltenden Mischungen
ab, und geeignete Temperaturbereiche für kommerziell erhältlich Harze
sind allgemeines Fachwissen oder sind in technischen Bekanntmachungen
von Harzherstellern verfügbar.
Die Verarbeitungstemperaturen können
in Abhängigkeit
von anderen gewählten
Verfahrensparametern variieren.
-
Beim
Extrudieren von einschichtigen Folien gemäß der vorliegenden Erfindung
können
die Temperatur von Kammer und Düse
so hoch wie der Schmelzpunkt des zu verarbeitenden Ethylen/α-Olefins
sein. In Abhängigkeit
von Faktoren wie anderen Harzen, die eingesetzt werden können, dem
verwendeten Herstellungsverfahren und bestimmten Apparaturen sind
Variationen zu erwarten. Tatsächliche
Verfahrensparameter einschließlich
der Verfahrenstemperaturen können
vom Fachmann ohne unzumutbares Experimentieren eingestellt werden.
Z. B. bei der Probe 3A, 100% Exact 3033, lag der Temperaturbereich
der Extruderkammer etwa bei 350–400°F (177–204°C), und die
Düsentemperatur
betrug etwa 345–355°F (174–179°C), während bei
der Probe 3, 100% Tafmer A-0585, der Temperaturbereich der Extruderkammer
etwa 400–450°F (204–233°C) und die
Düsentemperatur
etwa 400°F
(204°C)
betrug.
-
Vorteilhaft
weist eine bevorzugte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen wärmeschrumpfbaren
Folie einen maximalen, in n-Hexan bei 50°C über 2 h extrahierbaren Anteil
von 5,5 Gew.-% Polymer auf, wie im nachfolgenden des weiteren beschrieben
ist. Diese 5,5 Gew.-% stellen die angestrebte Grenze für das maximal
in n-Hexan extrahierbare Olefin-Copolymere
des von der vorliegenden Erfindung angewendeten Typs für die Verwendung
in Gegenständen
dar, die mit Lebensmitteln in Berührung kommen, mit Ausnahme
von Gegenständen,
die zum Verpacken oder Halten von Lebensmitteln während des
Garens verwendet werden. Vorteilhaft beträgt der wie oben beschrieben
maximal extrahierbare Anteil 2,6% bei einer insbesondere bevorzugten
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Folie,
welche für
Gegenstände
geeignet ist, die zum Verpacken oder Halten von Lebensmitteln während des
Garens verwendet werden. Diese Werte der maximalen Extrahierbarkeit
entsprechen den gegenwärtig
gültigen
Grenzwerten für
eine Klasse von Harzen, die dazu bestimmt sind, mit Lebensmitteln
in Berührung
zu kommen, wie von der U.S. Food & Drug
Adminisration in 21 CFR 177.1520 erläutert und beschrieben ist (diese
Beschreibung wird hiermit vollinhaltlich Bezug genommen). Mitsui,
der Hersteller von Tafmerprodukten, gibt die Empfehlung, daß diese
Produkte den Grenzwerten für
Extrahierbarkeit entsprechen sollten (in der Folienoberfläche, die
das Lebensmittel berührt),
falls Tafmer nicht mehr als 40% einer Mischung mit EVA oder bestimmten
Polyethylenen umfaßt.
-
Bei
allen nachfolgenden Beispielen wurden sämtliche Folien mit dem Doppelblasen-
oder ”Trapped bubble”-Verfahren
hergestellt, wie umfassend im obengenannten
US-Patent Nr. 3,456,044 für Pahlke
beschrieben ist. Bei den mehrschichtigen Ausführungsformen der Beispiele
2–5 wurden
alle drei Schichten gleichzeitig coextrudiert, gekühlt und
dann für
die biaxiale Orientierung erneut erhitzt. Das verwendete VLDPE war
das obengenannte Attane XU 61520,01 oder 4001, beide hergestellt
von der Dow Chemical Company of Midland, Michigan, und mit einem
Ethylen/1-Octen-Copolymer mit einer Dichte von etwa 0,912 g/cc.
Das EVA war der Typ 6833 von Union Carbide Corporation mit 10 Gew.-%
Vinylacetat-Anteil.
-
Die
in den Beispielen 1–3
verwendete Anlage für
das Extrudieren/biaxiale Recken war vom (kleinen) Labormaßstab, während die
in den Beispielen 4 und 5 verwendete Extrusionsanlage eine gewerbliche
Größe (großer Maßstab) hatte.
-
BEISPIEL 1 (Vergleich)
-
Im
Beispiel 1 wurden sieben verschieden Reinkomponentenharze bei Versuchen
verwendet, wärmeschrumpfbare,
biaxial gereckte, einschichtige Folien in Röhrenform herzustellen, und
vier der Durchgänge
waren erfolgreich. Fünf
dieser Harze wurden zum Zweck des Vergleichs aufgenommen, d. h.
Probe 1 (Tafmer A-4085), Probe 2 (Tafmer A-1085), Probe 4, (Exact
3027 von Exxon), Probe 5 (EVA) und Probe 6 (VLDPE Typ 61520,01 von
Dow). Probe 3A (Tafmer A-0585) und Probe 3A (Exact 3033) sind Ethylen/α-Olefine,
die für
die Herstellung der Folie der vorliegenden Erfindung geeignet sind.
Die Tafmer-Typen A-4085 und A-1085 sind bereits als Ethylen/α-Olefin-Plastomere
des Standes der Technik beschrieben worden.
-
Exact
3027 ist ein Ethylen-Buten-Copolymer, das von Exxon Chemical Company
unter Verwendung eines homogenen Metallocen-Katalysatorsystems mit
einem einzigen Wirkort hergestellt wird. Es wird vom Hersteller
als mit einem Schmelzindex von 3,5 (2 kg bei 190°C), einer Dichte von 0,900 g/cc,
einem einzigen Schmelzpunkt von etwa 92°C, und einem Mw/Mn von etwa
2 beschrieben. Exxon klassifiziert seine Exact-Materialien mit Dichten
von mindestens 0,900 g/cc as VLDPE.
-
Die
Folien wurden sämtlich
in dem gleichen Extrusions-Orientierungssystem
von dem allgemeinen Typ hergestellt, der im obengenannten Pahlke-Patent
offengelegt ist. Das Primärrohr
hatte einen Innendurchmesser von etwa 2 1/2 inch (6,35 cm) flacher
Breite, und die endgültige
Erwärmung
bis zur Ziehtemperatur erfolgte durch ein Luftkissen, das wiederum
mittels einer Querströmung
durch ein erwärmtes,
poröses,
konzentrisch um das bewegte Primärrohr
angeordnetes Rohr erwärmt
worden war. Das endgültige
Rohr hatte einen Innendurchmesser von etwa 12 inch (30 cm), und
die Foliendicken betrugen etwa 2 mil (0,05 mm).
-
Physikalische
Eigenschaften der resultierenden einschichtigen Folien wurden gemessen
und sind in Tabelle I zusammengefaßt.
-
-
Bezugnehmend
auf Tabelle I konnten mit Probe 1 (100% Tafmer A-4085), Probe 2
(100% Tafmer A-1085) und Probe 4 (100% Exact 3027) keine Folienrohre
gebildet werden, jedoch bildete Probe 3A (100% Tafmer A-0585) eine
wärmeschrumpfbare,
biaxial gereckte Folie mit hervorragenden physikalischen Eigenschaften.
Dies geht aus einem Vergleich mit den physikalischen Eigenschaften
der wärmeschrumpfbaren,
biaxial gereckten Folien Probe 5 (100% EVA – 10% Vinylacetat) und Probe
6 (100% VLDPE – 0,912
Dichte) hervor.
-
Genauer
gesagt, obgleich die physikalischen Eigenschaften der Harze Tafmer
A-4085, Tafmer A-1085 und Tafmer A-0585 sehr ähnlich sind, wurde überraschend
festgestellt, daß eine
einschichtige, wärmeschrumpfbare,
biaxial gereckte Folie mit einzigartig vorteilhaften physikalischen
Eigenschaften (relativ zu anderen Ethylen/α-Olefin-Copolymeren) aus nur
Tafmer A-0585 hergestellt werden konnte. Beispielsweise liegen ihre
Zugfestigkeit und Dehnungscharakteristiken auf kommerziell akzeptablen
Niveaus, jedoch übertreffen
ihre Schrumpfungseigenschaften bei weitem die von 100% EVA. Dies
war insofern sehr überraschend,
als allgemein angenommen wird, daß EVA die höchsten biaxialen Schrumpfungseigenschaften
der weithin verwendeten Ethylen-Copolymere zur Verfügung stellt.
Des weiteren war die dynamische Durchstoßfestigkeit von Probe 3A, 100%
Tafmer A-0585, überraschend
mehrere Male höher
als die der Probe 6, 100% VLDPE. Dies war ausgehend von einem Vergleich
ihrer physikalischen Harzeigenschaften überraschend, und insbesondere
da Polyethylenfolien des Standes der Technik von diesem allgemeinen
Typ nach Einschätzung
der Fachleute die höchsten
Festigkeitseigenschaften von Ethylen/α-Olefin-basierenden wärmeschrumpfbaren,
biaxial gereckten Folien zur Verfügung stellen. Probe 3A zeigt
eine einschichtige Ausführungsform
mit einer Durchstoßfestigkeit von
mindestens etwa 10 cmkg/mil (2520 cmkg/cm). Es ist jedoch zu beachten,
daß die
Folie mit 100% Tafmer A-0585 wegen ihres relativ niedrigen Schmelzpunktes
(67°C) nicht
für Systeme
geeignet ist, bei denen die Folie durch Berührung mit kochendem Wasser
wärmegeschrumpft
wird. Auch sind ihre optischen Eigenschaften denjenigen der Folieproben
5 und 6 des Standes der Technik etwas unterlegen.
-
Es
wird angenommen, daß die
Gründe,
warum wärmeschrumpfbare,
biaxial orientierte einschichtige Folie aus Tafmer A-0585 aber nicht aus
Tafmer A-4085 oder Tafmer A-1085 oder Exact 3027 hergestellt werden
kann, in den oben genannten Unterschieden im Schmelzindex und möglicherweise
in Mw und Mn liegen. Man nimmt an, daß die bemerkenswert höheren Schrumpfungswerte
und dynamischen Durchstoßwerte
im Vergleich mit VLDPE des Standes der Technik in Unterschieden
von Dichte, Schmelzpunkt, Mw/Mn, und möglicherweise Mw und Mn begründet sind.
Die viel höhere
Schrumpfungsleistung der erfindungsgemäßen Folienprobe 3 im Vergleich
mit der EVA-Folienprobe
5 dürfte
teilweise auf ihre höhere
Elastizität
zurückzuführen sein.
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Probe
3B (100% Exact 3033) ist ein anderes Ethylen, das unerwarteterweise überragende
Eigenschaften im Vergleich mit elastomerischen Ethylen/α-Olefinen
des Standes der Technik wie z. B. Probe 1, Tafmer A-4085, aufweist.
Dies bedeutet, es bildete eine wärmeschrumpfbare,
biaxial gereckte Folie mit bestimmten herausragenden physikalischen
Eigenschaften. Z. B., obwohl seine Zugfestigkeits- und Dehnungscharakteristika
denjenigen der anderen einschichtigen Proben 3A, 5 und 6 etwas unterlegen
waren, waren seine Schrumpfungseigenschaften mit denjenigen von
100% EVA (Probe 5) vergleichbar und wesentlich besser als diejenigen
von 100% VLDPE des Standes der Technik (Probe 6). Des weiteren war
seine dynamische Durchstoßfestigkeit
von 38 cmkg/mil (14961 cmkg/cm) viel besser als die der anderen
Folien und über
dreimal höher als
die der erfindungsgemäßen Folienprobe
3A, 100% Tafmer A-0585. Diese wiederum wies etwa die vierfache Durchstoßfestigkeit
der Folie des Standes der Technik mit der besten Leistung (VLDPE
Probe 6) auf. Die optischen Eigenschaften von Folienprobe 3B, Exact
3033, sind vergleichbar mit den diesbezüglich besten Folien des Standes
der Technik (Probe 5, EVA).
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BEISPIEL 2
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Im
Beispiel 2 wurden fünf
unbestrahlte mehrschichtige Folien (Proben 7–10) jeweils mit einer zwischen zwei
identischen Außenschichten
eingelegten Mittelschicht vom Vinylidenchlorid-Copolymer-Typ hergestellt. Alle
Folien waren vom wärmeschrumpfbaren,
biaxial gereckten Typ mit etwa 2,0 mil (0,051 mm) Gesamtdicke. Eine
Außenschicht
(die innere Schicht des Rohrs für
die Bildung der inneren und der Hitzeverschweißungsschicht von aus dem Rohr
hergestellten Beuteln) war etwa 1,2 mil (0,03 mm) dick. Die andere äußere Schicht (die
Außenschicht
des Rohres für
die Bildung der äußeren abnutzungsfesten
Schicht von aus dem Rohr hergestellten Beuteln) war etwa 0,6 mil
(0,015 mm) dick. Der Zweck von Beispiel 2 war der Vergleich der
physikalischen und optischen Eigenschaften von Dreischichtfolien
vom Typ mit sauerstoffsperrender Mittelschicht zu vergleichen, die
auf einem System vom kleinen Maßstab
zum Extrudieren/biaxialen Recken hergestellt wurden. Bei diesen
Folien sind die äußeren Schichten
aus Mischungen gebildet, die Ethylen/α-Olefin-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden
Erfindung beinhalten (Proben 8–10),
und eine kommerziell eingesetzte VLDPE-EVA-Mischung des Standes
der Technik (Probe 7) wurde als Kontrolle verwendet.
-
Die
Folien wurden sämtlich
in dem gleichen Orientierungssystem System vom kleinen Maßstab von dem
allgemeinen Typ hergestellt, das im Pahlke-Patent beschrieben ist.
Die Extruderkammer- und Düsentemperatur
betrug etwa 320–330°C. Das Primärrohr hatte
einen Innendurchmesser von etwa 4 1/8 inch (10,3 cm), und das fertiggestellte,
biaxial gereckte Rohr hatte einen Innendurchmesser von etwa 19 inch
(47,5 cm).
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Die
physikalischen und optischen Eigenschaften der resultierenden unbestrahlten
Dreischichtfolien wurden gemessen und sind in Tabelle J zusammengefaßt.
-
-
Zusammenfassend
sind Tabelle J, Proben 8A, 9 und 10 Ausführungsformen der Erfindung
und stellt Probe 8B einen Vergleich dar. Alle Proben sind vergleichbar
mit Probe 7, einer wärmeschrumpfbaren,
biaxial gereckten Folie, die nach Bestrahlung und in Beutelform
zum Verpacken von frischem rotem Fleisch und verarbeitetem Fleisch
verwendet wird. Da sie etwa 70% VLDPE vom Typ 4001 enthalten, sind
Probe 8A (69.1% Tafmer A-0585) und Probe 83 (70% Exact 3033) direkt
vergleichbar mit Kontrollprobe 7, weil in jedem Fall der Rest der
Zusammensetzung hauptsächlich
EVA plus einen geringen Prozentsatz von Verarbeitungshilfen ist. Beide
Proben 8A und 8B haben eine wesentlich höhere MD-Zugfestigkeit und Schrumpfung
in beiden Richtungen als Probe 7 des Standes der Technik. Des weiteren
ist die dynamische Durchstoßfestigkeit
von Proben 8A und 8B mehrfach höher
als diejenige der Probe 7, VLDPE, des Standes der Technik. Dies
war, gemäß der obenstehenden
Bemerkung, insofern überraschend,
als VLDPE des Standes der Technik dafür bekannt ist, daß es den
inneren Schichten vom Ethylen/α-Olefin-Copolymer-Type
und Außenschichten
von mehrschichtigen Folien des Standes der Technik vom sauerstoffsperrenden
Typ die höchste
Durchstoßfestigkeit
zur Verfügung
stellt. Die optischen Eigenschaften von Probe 83, 70% Exact 3033,
waren denjenigen von Kontrollprobe 7, 70% VLDPE, weit überlegen,
wohingegen der Heißwasser-Durchstoßwert von
Probe 8A wegen des niedrigen Schmelzpunktes von Tafmer A-0585 relativ
gering war. Jedoch wurden weit überlegene
Ergebnisse durch Vermischen von Exact 3033 und Tafmer A-0585 erzielt
(wie im nachfolgenden erörtert
ist). Die optischen Eigenschaften von Probe 83, 70% Exact 3033,
waren denjenigen der Kontrollprobe 7, 70% VLDPE, weit überlegen,
wohingegen die optischen Eigenschaften der Folienprobe 8A, 69% Tafmer
A-0585, ein wenig besser als die von Probe 7 des Standes der Technik
waren. Es wird angenommen, daß diese
Verbesserungen mit Unterschieden in Dichte, Mw/Mn, möglicherweise
Mw und Mn, Schmelzpunkt und Youngschem Modul in Zusammenhang stehen.
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Proben
9 (40% Tafmer A-0585, 33% Exact 0633 und 23% EVA) und 10 (55% Exact
0633 und 40% Tafmer A-0585) zeigen, daß die physikalischen Eigenschaften
durch Mischen des Ethylen/ α-Olefin-Copolymers
der vorliegenden Erfindung entweder in einer Zweikomponentenmischung
oder in einer Dreikomponentenmischung mit mindestens einem weiteren
Bestandteil wie z. B. EVA eingestellt werden können.
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Insbesondere
Probe 9 ergibt eine höhere
Schrumpfkraft, Heißwasser-Durchstoßung und überragende Optikwerte
gegenüber
Probe 8A, 69% Tafmer A-0585, indem ein Teil des Tafmer A-0585 mit
Exact 3033 ersetzt wurde. Jedoch werden die Zugfestigkeit, die Schrumpfung
und der dynamische Durchstoßwert
durch diese Substitution etwas herabgesetzt. Probe 10 zeigt, daß eine Zweikomponentenmischung
die beste Ausgewogenheit aller Ausführungsformen der Erfindung
von Tabelle I ergibt. Demzufolge beinhaltet eine bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die Verwendung einer Mischung, welche
das obengenannte Tafmer A-0585 Ethylen/α-Olefin-Copolymer enthält, und
ein anderes Ethylen/α-Olefin-Copolymer, das mit
einem Metallocen-Katalysator mit einem einzigen Wirkort-Exact 3033
hergestellt wurde.
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Tabelle
J zeigt, daß bezüglich unbestrahlter
mehrschichtige Folien, die auf einer Anlage vom kleinen Maßstab hergestellt
wurden, diejenige vom Dreischichttyp mit sauerstoffsperrender Mittelschicht
mit den vorliegenden Ethylen/α-Olefin-Copolymeren
in den inneren und äußeren Schichten
im Hinblick auf bestimmte physikalische Eigenschaften vergleichbaren
Folien des Standes der Technik überlegen
sind, die gegenwärtig für die Schrumpfverpackung
von frischem rotem Fleisch und verarbeitetem Fleisch verwendet werden.
Da die anderen physikalischen Eigenschaften dieser erfindungsgemäßen Folien
kommerziell akzeptabel sind, sind sie für diese Endverbrauchszwecke
auch geeignet. Dies natürlich
unter der Voraussetzung, daß die
Folie, wenn sie für
Berüh rungskontakt
mit Lebensmittel vorgesehen ist, auch den n-Hexan-Extraktionsgrenzwert erfüllt. Wie
im nachfolgenden in Verbindung mit Beispiel 3 in mehr Detail erörtert ist,
sind die physikalischen Eigenschaften der unbestrahlten Mischung
von Tafmer A-0585 und Exact 3033, Probe 10, ihrem bestrahlten Gegenstück tatsächlich überlegen.
Folglich kann bei einigen Endverbrauchszwecken, bei denen die evakuierten Packagungen
durch Clips verschlossen werden, oder wenn der Hitzeversiegelungs-Temperaturbereich
der inneren Schicht von Probe 10 angemessen ist, auf eine Bestrahlung
verzichtet werden.
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BEISPIEL 3
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Im
Beispiel 3 wurden fünf
bestrahlte mehrschichtige Folien (Proben 11–14) jeweils mit einer sauerstoffsperrenden
Mittelschicht vom Vinylidenchlorid-Copolymer-Typ hergestellt, die
zwischen zwei identische Außenschichten
eingelegt ist. Alle Folien waren vom wärmeschrumpfbaren, biaxial gereckten
Typ mit etwa 2,0 mil (0,051 mm) Gesamtdicke. Die Hitzeverschweißungs-Außenschicht
war etwa 1,2 mil (0,030 mm) dick, und die abnutzungsfeste Außenschicht
war etwa 0,6 mil (0,015 mm) dick.
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Der
Zweck von Beispiel 3 war es, die physikalischen und optischen Eigenschaften
von bestrahlten Dreischichtfolien vom Typ mit der sauerstoffsperrenden
Mittelschicht zu vergleichen. In diesen Folien sind die äußeren Schichten
aus Mischungen gebildet, die Ethylen/α-Olefin-Zusammensetzungen gemäß der vorliegenden
Erfindung (Proben 12–14)
beinhalten, und eine kommerziell verwendete VLDPE-EVA Mischung des
Standes der Technik (Probe 11) wurde als Kontrolle verwendet.
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Das
gleiche Extrusions-Orientierungssystem vom kleinen Maßstab wurde
verwendet, um jede der Proben 11–14 herzustellen, und es war
das gleiche System, das auch im Beispiel 2 verwendet wurde. Die
biaxial gereckten Folien wurden auf die im
US-Patent Nr. 4,737,391 für Lustig
et al. beschriebene Weise bis etwa 4 MR bestrahlt (nach dem Orientieren).
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Die
physikalischen und optischen Eigenschaften der resultierenden bestrahlten
Dreischichtfolien wurden gemessen und sind in Tabelle K zusammengefaßt.
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Zusammenfassen
sind Tabelle K, Proben 13–14A,
Ausführungsformen
der Erfindung und stellt Probe 14B einen Vergleich dar. Alle Proben
sind vergleichbar mit Probe 11, einer bestrahlten, wärmeschrumpfbaren, biaxial
gereckten Folie, die in Beutelform zum Verpacken von frischem rotem
Fleisch und verarbeitetem Fleisch verwendet wird. Da die Kontrollprobe
11 etwa 70% VLDPE vom Typ 4001 enthält, sind Probe 14A (Tafmer A-0585)
und Probe 14B (Exact 3033) direkt vergleichbar, weil in jedem Fall
der Rest hauptsächlich
EVA und eine geringe Menge an Verarbeitungshilfen ist. Proben 14A
und 14B haben eine wesentlich höhere
Zugfestigkeit (14A nur in MD) und schrumpfen in beiden Richtungen.
Darüber
hinaus ist die dynamische Durchstoßfestigkeit von beiden Proben
14A und 14B wesentlich höher
als die von Kontrollprobe 11. Die optischen Eigenschaften von beiden
Proben 14A und 14B schließlich
sind denjenigen der Kontrollprobe 11 überlegen.
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Die
Probe 14A illustriert eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die eine bestrahlte, biaxial gereckte Folie mit drei
Schichten beinhaltet. Sie weist eine sauerstoffsperrende Vinylidenchlorid/Methylacrylat-Copolymer-Mittelschicht
und eine Außenschicht
auf jeder Seite der sperrenden Mittelschicht auf. Die äußeren Schichten
weisen jeweils eine Mischung von zwischen etwa 65% und 75% des gewählten Ethylen/α-Olefins
und zwischen etwa 20 und 30% Ethylenvinylacetat auf. Die Folie besitzt
bevorzugt eine dynamische Durchstoßfestigkeit von mindestens
etwa 3 cmkg/mil (1181 cmkg/cm).
-
Verbesserungen
gegenüber
der Kontrollprobe 11 werden auch erzielt, indem man ein unterschiedliches
Ethylen/α-Olefin-Copolymer (Exact
3033) für
einen Teil des Ethylen/α-Olefins
Tafmer A-0585 der vorliegenden Erfindung ersetzt, um eine Dreikomponentenmischung
(Probe 12) zu bilden, oder eine Zweikomponentenmischung aus Exact
3033 und Tafmer A-0585 in den inneren und äußeren Schichten verwendet (Probe 13).
Ein Vergleich der physikalischen Eigenschaften mit denjenigen der
unbestrahlten Probe 10 (Tabelle J) mit der selben Zusammensetzung
läßt jedoch
vermuten, daß – wegen
der schlechteren Eigenschaften der bestrahlten Folie – eine Bestrahlung
nur bei Bedarf angewendet werden sollte, um den Hitzeverschweißbereich der
inneren Schichten zu erweitern und die Heißwasser-Durchstoßfestigkeit
zu verbessern.
-
Da
die Kontrollfolie des Standes der Technik für die Schrumpfverpackung von
frischem rotem Fleisch und verarbeitetem Fleisch kommerziell verwendet
wird und die Proben der erfindungsgemäßen Folie bestimmte verbesserte
physikalische Eigenschaften im Vergleich mit denjenigen der Folie
des Standes der Technik aufweisen sowie auch die übrigen physikalischen
Eigenschaften kommerziell akzeptabel sind, sind diese Ausführungsformen
der Folien gemäß der Erfindung
für die
gleiche Endanwendung geeignet.
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BEISPIEL 4
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Im
Beispiel 4 wurden fünf
unbestrahlte, biaxial gereckte und wärmeschrumpfbare mehrschichtige
Folien (Proben 15–18)
hergestellt, und zwar jeweils mit einer zwischen zwei identische
Außenschichten
eingelegten sauerstoffsperrenden Mittelschicht vom Vinylidenchlorid-Copolymer-Typ.
Alle Folien waren vom wärmeschrumpfbaren,
biaxial gereckten Typ von etwa 2 mil (0,051 mm) Gesamtdicke. Die
Hitzeverschweißungs-Außenschicht
war etwa 1,2 mil (0,03 mm) dick, und die abnutzungsfeste Außenschicht
war etwa 0,6 mil (0,015 mm) dick. Proben 15 (Außenschichten: Mischung aus
VLDPE Typ XU 61520,01 von Dow und EVA), 17 (Außenschichten: 100% VLDPE Typ
4001 von Dow) und 18 (Außenschichten
100% EVA) sind Folienzusammensetzungen, die in der bestrahlten Form
zum Verpacken von Fleisch kommerziell verwendet werden. Probe 168 (Mischung
Exact 3033-Tafmer A-0585) ist eine Ausfü hrungsform der vorliegenden
Erfindung und Probe 16A (91,6 Exact 3033) ist ein Vergleich.
-
Ein
System vom großen
Maßstab
vom Typ des Pahlke-Patents zum Extrudieren-biaxialen Recken wurde
verwendet, um Proben 15–18
herzustellen. Das Primärrohr
hatte einen Innendurchmesser von etwa 2 inch (2,5 cm) flacher Breite,
während
die flache Breite des endgültigen
biaxial gereckten Rohrs innen etwa 10 inch (25,4 cm) betrug. Die
endgültige
Erwärmung
auf die Ziehtemperatur erfolgte durch ein Luftkissen, das wiederum
mittels einer Querströmung
durch ein erwärmtes,
poröses,
konzentrisch um das bewegte Primärrohr angeordnetes
Rohr erwärmt
worden war.
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Der
Zweck von Beispiel 4 war es, die physikalischen und optischen Eigenschaften
von unbestrahlten Dreischichtfolien vom Typ mit sauerstoffsperrender
Mittelschicht zu vergleichen, die in einem System vom großen Maßstab vom
kommerziellen Typ zum Extrudieren/biaxialen Recken hergestellt waren.
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Die
physikalischen und optischen Eigenschaften der resultierenden unbestrahlten
Dreischichtfolie wurden gemessen und sind in Tabelle L zusammengefaßt.
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Bezugnehmend
auf Tabelle L ist Probe 16A (91,6% Exact 3033) ein Vergleich und
ist Probe 16B (56,0% Exact 0633–40,0%
Tafmer A-0585) eine Ausführungsform
der Erfindung, während
Proben 15 (69% VLDPE und 22,5% EVA), 17 (100% VLDPE) und 18 (100%
EVA) Folien des Standes der Technik sind. Da die Probe 16A 91,6%
Exact 3033 in der Innen- und Außenschicht
aufweist, ist sie vergleichbar mit den Folien des Standes der Technik
mit 100% EVA und 100% VLDPE. Die Zugfestigkeit von Probe 16A ist
insgesamt bedeutend höher
als die höchste
der Folien des Standes der Technik. Des weiteren ist die Schrumpfung
der Probe 16A in beiden Richtungen bedeutend höher als diejenige der Folie
des Standes der Technik (EVA Probe 18) mit der höchsten Wärmeschrumpfung. Die dynamische
Durchstoßfestigkeit
der Probe 16A, 91,6% Exact, ist wesentlich höher als diejenige der Folien
des Standes der Technik (Probe 17, VLDPE).
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Probe
16B zeigt, daß bestimmte
Verbesserungen der physikalischen Eigenschaften gegenüber vergleichbaren
Folie des Standes der Technik durch die Verwendung von Zweikomponentenmischungen
des vorliegenden Ethylen/α-Olefin-Copolymers
der vorliegenden Erfindung und ein anderes Ethylen/α-Olefin-Copolymer
der vorliegenden Erfindung erzielt werden können, das durch ein Metallocen-Katalysatorsystem
mit einem einzigen Wirkort hergestellt ist, in der Innen- und Außenschicht.
Insbesondere Probe 16B weist die stärkste Schrumpfung in beiden
Richtungen wie auch den höchsten
dynamischen Durchstoßwert
von allen Folienproben in dieser Testreihe auf. Seine optischen
Eigenschaften waren nahezu so gut wie die diesbezüglich besten Folien
des Standes der Technik (Probe 17).
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BEISPIEL 5
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Im
Beispiel 5 wurden sieben bestrahlte mehrschichtige Folien (Proben
19–23)
mit einer zwischen zwei identische äußere Schichten eingelegten
sauerstoffsperrenden Mittelschicht vom Vinylidenchlorid-Copolymer-Typ
hergestellt. Die Gesamtdicke der Folien war etwa 2 mil (0,051 mm),
die Dicke der hitzeversiegelbaren äußeren Schicht war etwa 1,2
mil (0,03 mm), und die abnutzungsfeste Außenschicht war etwa 0,6 mil
(0,015 mm) dick. Probe 19 (Dow XU 61520,01 Außenschichten vom Typ VLDPE-EVA-Mischung)
und Probe 23A (Außenschichten
100% EVA) werden kommerziell zum Verpacken von Fleisch verwendet
und sind die Kontrollfolien. Proben 20A und 20B, 21, 22 und 23B
haben Außenschichten,
die entweder Tafmer A-0585, Exact 3033 oder beide enthalten und
die Proben 20A, 21 und 22 sind Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung. Alle Folien wurden auf die in dem oben genannten Patent
'391 für Lustig
et al. allgemein beschriebene Weise bis auf etwa 4 MR nachbestrahlt.
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Das
gleiche Extrusions-Orientierungssystem vom großen Maßstab wie das im Beispiel 4
verwendete wurde im Beispiel 5 verwendet. D. h., der Innendurchmesser
des Primärrohrs
betrug etwa 2 inch (2,5 cm) und der innere Durchmesser des biaxial
gereckten Rohres betrug etwa 10 inch (12,5 cm).
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Der
Zweck von Beispiel 5 war es, die physikalischen und optischen Eigenschaften
von Ausführungsformen
der Erfindung mit bestrahlten Dreischichtfolien des Standes der
Technik vom Typ mit einer sauerstoffsperrenden Mittelschicht zu
vergleichen, die kommerziell für
die Schrumpfverpackung von Fleisch verwendet werden, wobei die Folien
in einem gewerblichen System für
das Extrudieren-biaxiale Recken vom großen Maßstab hergestellt wurden.
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Die
physikalischen und optischen Eigenschaften der resultierenden bestrahlten
drei Schichten wurden gemessen und sind in Tabelle M zusammengefaßt.
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Unter
Bezugnahme auf Tabelle M sind die Probe 20A einer erfindungsgemäßen Folie
und die Vergleichsprobe 208 vergleichbar mit Kontrollprobe 19, weil
jede von ihnen etwa 70% Ethylen/α-Olefin-Copolymer aufweist.
In jedem Fall ist der Rest der Zusammensetzung hauptsächlich EVA
mit einem geringen Prozentsatz an Verarbeitungshilfen. Bezüglich der
Zugfestigkeit weist Probe 208 (69,1% Exact 3033) einen sehr hohen Wert
auf. Die Zugfestigkeit der erfindungsgemäßen Probe 20A (70% Tafmer A-0585)
ist beträchtlich
geringer als diejenige der Folienprobe 20B, Exact 3033, aber etwa
die gleiche wie die der kommerziell verwendeten Folienprobe 23A,
100% EVA Innen-/Außenschicht.
Die dynamische Durchstoßfestigkeit
der erfindungsgemäßen Probe
20A, Tafmer A-0585,
ist wesentlich höher
als diejenige von Probe 19, VLDPE des Standes der Technik, oder
der Probe 20B, Exact 3033. Im Hinblick auf die optischen Eigenschaften
war die erfindungsgemäße Probe
20B, 69% Exact 3033, allen Folien des Standes der Technik wesentlich überlegen,
während
die erfindungsgemäße Probe
20A, 70% Tafmer A-0585, etwas unterlegen war.
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Bezüglich der
Schrumpfung sind die Folienproben 20A und 20B nicht nur der vormals
bekannten Folienprobe 19, VLDPE, weit überlegen, sondern tatsächlich überragend
auch der Folienprobe 23A, 100% EVA Innen-/Außenschicht, überlegen.
Gemäß der obenstehenden
Erläuterung
war dies deswegen überraschend, weil
EVA auf diesem Fachgebiet dafür
bekannt ist, daß es
die beste Schrumpfung von kommerziell verwendeten mehrschichtigen
Folien vom Typ mit sauerstoffsperrender und Ethylen-Copolymer-Innens-/Außenschicht zur
Verfügung
stellt. Probe 20A zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, bei
der die Folie bei 90°C
in sowohl der Maschinenrichtung als auch der Querrichtung dazu um
mindestens 55% schrumpft.
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Tabelle
M zeigt auch, daß erfindungsgemäße Folienprobe
23B (91,6% Exact 3033) der Probe 23A, 100% EVA, wie auch der vorgenannten
VLDPE-Probe 19 des Standes der Technik in bestimmten Aspekten überlegen
ist. Beispielsweise ist ihre Schrumpfung (in beiden Richtungen)
und ihre dynamische Durchstoßfestigkeit
beiden Folien des Standes der Technik von Tabelle M überlegen.
Ihre optischen Eigenschaften sind jedoch etwas unterlegen.
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Die
erfindungsgemäße Folienprobe
21 (55% Exact 3033 und 40% Tafmer A-0585) zeigt, daß eine Mischung
von zwei Ethylen/α-Olefin-Copolymeren
der vorliegenden Erfindung einschließlich einer durch ein Metallocen-Katalysatorsystem
mit einem einzigen Wirkort hergestellten (Exact 3033) in der Innen- und Außenschicht
eine wesentlich stärkere
Schrumpfung als die beste vergleichbare Folie des Standes der Technik
(Probe 23A, 100% EVA) ergibt.
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Die
erfindungsgemäße Folienausführungsform
von Probe 22 zeigt, daß eine
Dreikomponentenmischung von 40% Tafmer A-0585, 33% Exact 3033 und 23% EVA bestimmte
verbesserte physikalische Eigenschaften ergibt. Z. B. ist ihre Schrumpfung
(in beiden Richtungen) wesentlich stärker als diejenige der diesbezüglich besten
Folie des Standes der Technik (Probe 23, 100% EVA). Auch ihre dynamische
Durchstoßfestigkeit
ist wesentlich höher
als diejenige der diesbezüglich
besten Folie des Standes der Technik (Probe 19, 69,1% vormals bekanntes
VLDPE). Ihre optischen Eigenschaften sind jedoch etwas unterlegen.
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Da
die Kontrollfolien zum Verpacken von frischem rotem Fleisch und
verarbeitetem Fleisch kommerziell verwendet werden und die Ausführungsformen
der Erfindung von Tabelle M im Hinblick auf bestimmte physikalische
Eigenschaften überlegen
und im Vergleich mit den übrigen
physikalischen Eigenschaften kommerziell akzeptabel sind, sind diese
auch für
die gleiche Endverwendung geeignet, falls sie die Grenzfwerte für n-Hexen-Extraktion
erfüllen.
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In
den Beispielen 2–5
für Vergleiche
mit Folien, die aus vormals bekanntem VLDPE hergestellt waren, betrug
deren Dichte etwa 0,912 g/cm3. VLDPE-Materialien
mit geringerer Dichte sind auch kommerziell erhältlich und stellen Folien mit
vergleichsweise höheren
Schrumpfungswerten zur Verfügung
als ein aus dem gleichen α-Olefin-Comonomer
hergestelltes VLDPE mit höherer
Dichte, z. B. C8. Die grundlegende Ursache für diesen Unterschied ist es,
daß eine
Verringerung der Dichte die Folienflexibilität erhöht. Ihre Schrumpfungs- und
Durchstoßfestigkeitseigenschaften
sind jedoch denjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung unterlegen. Folglich können vormals bekannte VLDPE-Materialien
mit geringer Dichte wie z. B. solche mit etwa 0,910 g/cm3 und darunter (und mit Schmelzindices in
der Größenordnung
von etwa 1,0 g/10 min und darunter) nicht verwendet werden, um Folien
mit Eigenschaften herzustellen, die denjenigen der Folien der vorliegenden
Erfindung gleichwertig sind.
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Dies
wurde in einer Reihe von Tests an Dreischichtfolien gezeigt, wobei
die Sperrschicht identisch mit derjenigen der Folien der Beispiele
2–5 war
und die Außenschichten
in etwa die gleichen Prozentanteile von vormals bekanntem VLDPE
(ca. 70%) und EVA (25% Typ 6833 von Union Carbide) wie in mehreren
Proben der Beispiele 2–5
aufwiesen. Die Kontrollfolie dieser Tests enthielt das gleiche Typ
4001 von Dow mit 0,912 Dichte, das z. B. in den vorangehend beschriebenen
Proben 7 und 15 verwendet wurde. Zwei weitere vormals bekannte VLDPE-Materialien
wurden verwendet: Typ XU 61512.21 von Dow mit 0,901 g/cm3 Dichte und 1,0 g/10 min Schmelzindex, und
Typ XU 61509.32 von Dow mit 0,911 g/cm3 Dichte
und einem Schmelzindex von 0,5. In jedem Fall war das Comonomer
Octen-1.
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BEISPIEL 6
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Im
Beispiel 6 wurden vier unbestrahlte wärmeschrumpfbare, mehrschichtige
Folieproben 24–27
durch das vorstehend beschriebene Doppelblasenverfahren vom Coextrusionstyp
auf einer Anlage im Labormaßstab
(kleinen Maßstab)
hergestellt. In jedem Fall war der Innendurchmesser des Primärrohrs ausgedrückt als flache
Breite etwa 3,25 inch (8,3 cm), das endgültige Rohr hatte einen Innendurchmesser
von etwa 13 inch (33 cm), und die Foliendicken betrugen etwa 2 mil
(0,051 mm). Die physikalischen und optischen Eigenschaften dieser
Folien wurden gemessen, und die Resultate sind in Tabelle N zusammengefaßt. Diese
zeigt, daß Probe 27
(vormals bekanntes VLDPE mit 0,901 Dichte) eine wesentlich höhere Wärmeschrumpfung
als Proben 24 und 25 (vormals bekanntes VLDPE mit 0,912 Dichte)
ergibt. Gemäß der obenstehenden
Erläuterung
geht dies auf die größere Flexibilität zurück, welche
das Material mit geringerer Dichte zur Verfügung stellt. Jedoch hat die
VLDPE-Probe 27 mit einer geringeren Dichte auch eine wesentlich
geringere dynamische Durchstoßfestigkeit
als die diesbezüglich
beste VLDPE-Probe 24 mit einer Dichte von 0,912. Die Eigenschaften
von Schrumpfung und dynamischer Durchstoßfestigkeit der VLDPE-Probe 26 mit einer
Dichte von 0,911 sind im wesentlichen die gleichen wie diejenigen
der VLDPE-Probe 24 mit einer Dichte von 0,912.
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-
Die
Ergebnisse von Tabelle N sind qualitativ vergleichbar mit denjenigen
von Beispiel 2 (Tabelle J), da beide Gruppen von Folienproben auf
einer Anlage vom kleinen Maßstab
hergestellt wurden, Formulierungen vom gleichen Typ wie die Kontrollprobe
mit der gleichen, VLDPE mit 0,912 Dichte enthaltenden Außenschicht aufweisen,
und nicht bestrahlt sind. Insbesondere Probe 8A (69,1% Tafmer A-0585,
22,5% EVA) weist eine sehr hohe Schrumpfung (56/52%) und dynamische
Durchstoßfestigkeit
(8 cmkg/mil) (3150 cmkg/cm) im Vergleich mit der VLDPE-Kontrollprobe
7 mit einer Dichte von 0,912 auf. VLDPE-Probe 27 mit einer geringen
Dichte weist auch eine wesentlich geringere Wärmeschrumpfung (36/41%) als
die vorliegende Erfindung auf (mindestens 50% in mindestens einer
Richtung). Des weiteren ist die dynamische Durchstoßfestigkeit
(2,59 cmkg/mil) (1020 cmkg/cm) nur etwa ein Drittel so hoch wie
die der oben angeführten
erfindungsgemäßen Probe
8A.
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BEISPIEL 7
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Im
Beispiel 7 wurden drei unbestrahlte, wärmeschrumpfbare Folienproben
28–30
durch das vorstehend beschriebene Doppelblasenverfahren vom Coextrusionstype
auf einem (gewerblichen) System vom großen Maßstab hergestellt. Der Innendurchmesser
des Primärrohrs
war ausgedrückt
als flache Breite etwa 2 inch (5,1 cm), die flache Breite des endgültigen biaxial
gereckten Rohrs war innen etwa 10 inch (25,4 cm), und die Dicke
war etwa 2 mil (0,051 mm). Die physikalischen und optischen Eigenschaften
dieser Folien wurden gemessen und die Resultate sind in Tabelle
O zusammengefaßt.
Diese zeigt, daß Probe
29 (vormals bekanntes VLDPE mit 0,901 Dichte) eine stärkere Schrumpfung
als Probe 28 (vormals bekanntes VLDPE mit 0,912 Dichte) oder Probe
30 (vormals bekanntes VLDPE mit 0,911 Dichte) ergibt. Gemäß der obenstehenden
Erläuterung
geht dies wahrscheinlich auf die größere Flexibilität des Materials
mit einer geringeren Dichte zurück.
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Die
Ergebnisse von Tabelle O sind qualitativ mit denjenigen von Beispiel
4 (Tabelle L) vergleichbar, da beide Gruppen von Dreischichtfolienproben
auf einer sehr ähnlichen
Anlage vom großen
Maßstab
hergestellt wurden, Formulierungen vom gleichen Typ wie der Kontrollprobe
mit einer VLDPE mit 0,912 Dichte enthaltenden Außenschicht aufweisen, und nicht
bestrahlt sind. Insbesondere die erfindungsgemäße Folienausführungsform
von Probe 16B (40% Tafmer A-0585, 56% Exact 0633) hat eine viel
höhere
Durchstoßfestigkeit
als Probe 15, die das vormals bekannte VLDPE mit einer Dichte von
0,912 enthält.
Folglich wird angenommen, daß eine
vergleichbare Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Folie
eine wesentlich höhere
Durchstoßfestigkeit
besitzen würde
als eine Folie vom Typ mit einer VLDPE mit einer Dichte von 0,901
enthaltenden Außenschicht
wie z. B. Probe 30. Im Hinblick auf die Schrumpfung hat die erfindungsgemäße Probe
16B sehr hohe Werte im Vergleich mit Probe 15, welche im wesentlichen
die gleiche Zusammensetzung wie die Kontrollprobe 28 dieses Beispiels
7 aufweist. Folglich würde
eine vergleichbare Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Folie
wesentlich höhere
Schrumpfungswerte aufweisen also die Werte 32/39% von Probe 30.
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Obgleich
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im einzelnen beschrieben wurden, ist
zu berücksichtigen,
daß Modifikationen
an ihnen durchgeführt
werden können
und daß einige
bevorzugte Merkmale in Abwesenheit anderer Merkmale angewendet werden
könne,
ohne den Grundgedanken und den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. TABELLE O Dreischichtfilme aus VLDPE mit geringer
Dichte Nichtbestrahlt und Großmaßstab
| Einheiten | Probe Nr. |
28 | 29 | 30 |
Formulierung
der Außenschichten | Gewicht | 70,6%
VLDPE(1)
25,0% EVA | 70,6%
VLDPE(2)
25,0% EVA | 70,6%
VLDPE(3)
25,0% EVA |
Zugfestigkeit,
MD/TD | psi
(MPa) | 13758/13633
(94,9/94,0) | 12765/12298
(88,0/84,8) | 14053/13595
(96,9/93,7) |
Bruchdehnung,
MD/TD | % | 197/221 | 209/242 | 184/207 |
Schrumpfung
bei 90°C,
MD/TD | % | 34/39 | 42/44 | 32/39 |
Dynamische Durchstoßung | cmkg/mil
(cmkg/cm) | 2,79
(1098) | 2,94
(1157) | 3,18
(1252) |
Trübung | % | 5.7 | 5.2 | 6.4 |
Glanz | H.
U. | 79.4 | 79.5 | 76.5 |
- (1) VLDPE Typ 4001 von Dow
- (2) VLDPE Typ XU 61512.21 von Dow (0,901 Dichte, 1,0 MI)
- (3) VLDPE Typ XU 61509.32 von Dow (0,911 Dichte, 0,5 MI)