DE69413228T2

DE69413228T2 - Beutel zum verpacken von fliessenden materialien

Info

Publication number: DE69413228T2
Application number: DE69413228T
Authority: DE
Inventors: Daniel J. Sarnia Ontario N7T 7H4 Falla; Michael C. Birmingham Michigan 48009 Restaino
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1994-06-14
Publication date: 1999-01-28
Anticipated expiration: 2014-06-15
Also published as: FI956245A0; CA2165340C; ES2123146T3; NZ269022A; US5360648A; FI956245L; FI111547B; AU7246694A; EP0705302B1; AU682526B2; WO1995000587A1; JPH08511744A; MX9404784A; DE69413228D1; US5508051A; EP0705302A1; CA2165340A1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Beutel, der bei Verbraucherverpackungen verwendet wird, verwendbar zum Verpacken von fließfähigen Materialien (z. B. Flüssigkeiten, wie etwa Milch). Der Beutel ist aus bestimmten Folienstrukturen hergestellt, umfassend mindestens ein homogen verzweigtes, im wesentlichen lineares Ethyleninterpolymer.
US-Patente Nr. 4,503,102 und 4,521,437 offenbaren die Herstellung einer Polyethylenfolie zur Verwendung bei der Herstellung eines Wegwerfbeutels zur Verpackung von Flüssigkeiten, wie etwa Milch. US-Patent Nr. 4,503,102 offenbart Beutel, hergestellt aus einem Gemisch eines linearen Ethylencopolymers, copolymerisiert aus Ethylen und einem Alpha-Olefin im Bereich C&sub4;-C&sub1;&sub0; und eines Ethylen-Vinylacetat-Polymers, copolymerisiert aus Ethylen und Vinylacetat. Das lineare Polyethylencopolymer hat eine Dichte von 0,916 bis 0,930 Gramm/Kubikzentimeter (g/cm³) und einen Schmelzindex von 0,3 bis 2,0 Gramm/10 Minuten (g/10 min). Das Ethylen- Vinylacetat-Polymer hat ein Gewichtsverhältnis von Ethylen zu Vinylacetat von 2,2:1 bis 24:1 und einen Schmelzindex von 0,2 bis 10 g/10 min. Das im US-Patent Nr. 4,503,102 offenbarte Gemisch hat ein Gewichtsverhältnis von linearem Polyethylen geringer Dichte zum Ethylen-Vinylacetat-Polymer von 1,2:1 bis 4:1. Das US-Patent Nr. 4,503,102 offenbart auch Laminate, die als Dichtungsfolie das zuvor genannte Gemisch aufweisen.
US-Patent Nr. 4,521,437 beschreibt Beutel, hergestellt aus einer Dichtungsfolie, welche aus 50 bis 100 Teilen eines linearen Copolymers von Ethylen und Octen-1 mit einer Dichte von 0,916 bis 0,930 g/cm³ und einem Schmelzindex von 0,3 bis 2,0 g/10 min und aus 0 bis 50 Gewichtsteilen von mindestens einem Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem linearen Copolymer von Ethylen und einem C&sub1;-C&sub1;&sub0;- Alpha-Olefin mit einer Dichte von 0,916 bis 0,930 g/cm³ und einem Schmelzindex von 0,3 bis 2,0 g/10 min. einem Hochdruckpolyethylen mit einer Dichte von 0,916 bis 0,924 g/cm³ und einem Schmelzindex von 1 bis 10 g/10 min und Gemischen davon, besteht. Die im US-Patent Nr. 4,521,437 offenbarte Dichtungsfolie ist ausgewählt auf der Basis des Bereitstellens von (a) Beuteln mit einem M-Testwert, der beträchtlich kleiner ist, bei der gleichen Foliendicke, als der für Beutel erhaltene, die mit einer Folie aus einem Gemisch von 85 Teilen eines linearen Ethylen/Buten-1- Copolymers mit einer Dichte von etwa 0,919 g/cm³ und einem Schmelzindex von etwa 0,75 g/10 min und 15 Teilen eines Hochdruckpolyethylens mit einer Dichte von etwa 0,918 g/cm³ und einem Schmelzindex von 8,5 g/10 min hergestellt sind oder (b) einem M(2)- Testwert von weniger als etwa 12 Prozent für Beutel mit einem Volumen von größer als 1,3 bis 5 Liter oder (c) einem M(1,3)-Testwert von weniger als etwa 5 Prozent für Beutel mit einem Volumen von 0,1 bis 1,3 Liter. Die M, M(2) und M(1,3)-Tests sind definierte Beutelfalltests im US-Patent Nr. 4,521,437. Die Beutel können auch aus Verbundfolien hergestellt sein, in denen die Dichtungsfolie mindestens die innere Schicht bildet.
Die PCT-Anmeldung WO 93/02859 beschreibt einen umweltfreundlichen Polymerfolienbeutel, hergestellt aus einer Polyethylenfolienstruktur, für die Verpackung von fließfähigen Materialien, z. B. Milch, umfassend z. B. einen Beutel, hergestellt aus einer Vielschichtstruktur, wie etwa einer Zweischicht- oder einer Dreischicht-coextrudierten Folie, die mindestens eine Schicht eines linearen Polyethylens ultrageringer Dichte als Dichtungsschicht enthält.
Die im Stand der Technik bekannten Polyethylenbeutel haben einige Mängel. Die mit den bekannten Folien des Standes der Technik verbundenen Probleme betreffen die Dichtungseigenschaften und die Leistungseigenschaften der Folie zur Herstellung von Beuteln. Insbesondere treten bei Folien des Standes der Technik, die zu Beuteln verarbeitet werden, häufig "Leckstellen" auf, d. h. Dichtungsdefekte, wie etwa kleine Löcher, die sich an oder nahe der Dichtung entwickeln, durch die fließfähiges Material, z. B. Milch aus dem Beutel austritt. Auch wenn die Dichtungs- und Leistungseigenschaften der Folien des Standes der Technik zufriedenstellend waren, gibt es noch ein Bedürfnis in der Industrie für bessere Dichtungs- und Leistungseigenschaften von Folien zur Herstellung von hermetisch dichten Beuteln, die fließfähige Materialien enthalten. Genauer besteht ein Bedürfnis für verbesserte Dichtungseigenschaften der Folien, wie etwa Heißklebe- und Heißverschweißanfangstemperatur, um die Verarbeitbarkeit der Folie zu verbessern und um aus den Folien hergestellte Beutel zu verbessern.
Zum Beispiel ist die Anlagengeschwindigkeit von bekannten Verpackungsvorrichtungen, die zur Herstellung von Beuteln verwendet werden, wie etwa Form-, Füll- und Verschließmaschinen, gegenwärtig durch die Dichtungseigenschaften der in den Maschinen verwendeten Folie begrenzt. Polyethylenfolien des Standes der Technik haben hohe Heißklebe- Verschweißanfangstemperaturen und einen engen Dichtungsbereich. Deshalb ist die Geschwindigkeit, mit der eine Form-, Füll- und Verschließmaschine Beutel herstellen kann begrenzt. Wenn der Heißverschweiß-Temperaturbereich, in dem man starke Dichtungen erhalten könnte, verbreitert wird, dann kann die Geschwindigkeit einer Form-, Füll- und Verschließmaschine erhöht werden und folglich kann die Geschwindigkeit, mit der Beutel hergestellt werden können, erhöht werden. Bis zur vorliegenden Erfindung haben viele versucht, den Heißverschweiß- Temperaturbereich von Beutelfolien zu verbreitern, ohne Erfolg.
Es ist erwünscht, eine Polyethylenfolienstruktur für einen Beutelbehälter bereitzustellen, die einen breiten Heißverschweißbereich aufweist, mit Leistungseigenschaften so gut oder besser als die bekannten Beutelfolien des Standes der Technik.
Es ist auch erwünscht, eine Folienstruktur für einen Beutelbehälter bereitzustellen, die eine Heißverschweißschicht aufweist, so daß die Folienstruktur einen breiteren Verschweißbereich zur Überführung in einen Beutel aufweist und annehmbare physikalische Eigenschaften im Endprodukt aufweist.
Es ist weiterhin erwünscht, einen Beutel bereitzustellen, hergestellt aus den zuvor genannten Folienstrukturen, so daß der Beutel eine verringerte Ausfallhäufigkeit aufweist.
Wir haben nun entdeckt, daß neue, homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylen/α-Olefin-Interpolymere beträchtliche Vorteile in Folienstrukturen von Beuteln bieten. Die neuen, homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymere haben, wenn sie als Dichtungsschicht verwendet werden, eine gute Wärmeverschweißbarkeit bei Temperaturen, die niedriger sind als solche, die für heterogen verzweigte, lineare Ethylen/α-Olefin-Interpolymere notwendig sind, und sie werden auch leicht auf herkömmlichen Folien- und Heißverschweißvorrichtungen verarbeitet. Beutel, hergestellt aus Folienstrukturen umfassend die homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefinpolymere haben auch, wenn sie als Dichtungsschicht oder als Kernschicht verwendet werden, ein überraschend gutes Zerreißverhalten.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf einen Beutel gerichtet, der aus einer Folienstruktur in Röhrenform hergestellt ist und der transversal wärmeverschweißte Enden aufweist, wobei die Folienstruktur mindestens eine Folienschicht aufweist, umfassend:
(I) von 10 bis 100 Gewichtsprozent mindestens einer Schicht umfassend mindestens ein homogen verzweigtes, im wesentlichen lineares Ethylen/α-Olefin-Interpolymer, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es:
(a) ein Schmelzflußverhältnis, I&sub1;&sub0;/I&sub2; ≥ 5,63, und
(b) eine Molekulargewichtsverteilung, Mw/Mn,
definiert durch die Gleichung: Mw/Mn ≤ (I&sub1;&sub0;/I&sub2;) - 4,63 aufweist; und
(II) von 0 bis 90 Gewichtsprozent mindestens eines Polymers, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem heterogen verzweigten, linearen Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer, einem Hochdruckpolyethylen geringer Dichte und einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Beutel, hergestellt aus einer zweilagigen (d. h. A/B) coextrudierten Folie, enthaltend eine äußere Schicht eines heterogen verzweigten, linearen Polyethylens geringer Dichte und eine innere Dichtungsschicht des zuvor genannten homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen-Interpolymers.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Beutel, hergestellt aus einer dreilagigen (d. h. A/B/A oder A/B/C) coextrudierten Folie, enthaltend eine äußere Schicht und eine Kernschicht, umfassend ein heterogen verzweigtes, lineares Polyethylen geringer Dichte (entweder das gleiche oder unterschiedliche heterogen verzweigte lineare Polyethylene geringer Dichte) oder ein Hochdruckpolyethylen geringer Dichte und eine innere Dichtungsschicht, umfassend das zuvor genannte homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylenpolymer.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des zuvor genannten Beutels.
Folienstrukturen für die Beutel der vorliegenden Erfindung weisen eine bessere Dichtung bei geringeren Verschweißtemperaturen und kürzeren Verweilzeiten als gegenwärtig mit kommerziell erhältlichen Folien erhältlich auf. Die Verwendung der Folien zur Herstellung von Beuteln der vorliegenden Erfindung in Form-, Füll- und Verschließmaschinen führt zu höheren Maschinengeschwindigkeiten als gegenwärtig mit der Verwendung von kommerziell erhältlichen Folien erhältlich.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Verpackungsbeutels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weiteren Verpackungsbeutels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt eine partielle, vergrößerte Querschnittansicht der Folienstruktur eines Beutels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 zeigt eine weitere, teilweise vergrößerte Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Folienstruktur eines Beutels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt noch eine weitere, teilweise vergrößerte Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform der Folienstruktur eines Beutels der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist eine graphische Veranschaulichung der Folien- Heißklebefestigkeit gegen die Temperatur für Harz 7 und Vergleichsharz 1.
Fig. 7 ist eine graphische Veranschaulichung der Folien- Heißklebefestigkeit gegen die Temperatur für Harz 6 und Vergleichsharz 2.
Fig. 8 ist eine graphische Veranschaulichung der Folien- Heißklebefestigkeit gegen die Temperatur für Harz 5 und Vergleichsharz 3.
Fig. 9 ist eine graphische Veranschaulichung der Folien- Heißklebefestigkeit gegen die Verschweißzeit für die Harze 5 bis 7 und Vergleichsharze 1 bis 3 und die Vergleichsfolie 8.
Fig. 10 ist eine graphische Veranschaulichung der Folien- Heißverschweißfestigkeit gegen die Temperatur für Harz 7 und Vergleichsharz 1.
Fig. 11 ist eine graphische Veranschaulichung der Folien- Heißverschweißfestigkeit gegen die Temperatur für Harz 6 und Vergleichsharz 2.
Fig. 12 ist eine graphische Veranschaulichung der Folien- Heißverschweißfestigkeit gegen die Temperatur für Harz 5 und Vergleichsharz 3.
Fig. 13 ist eine graphische Veranschaulichung der Folien- Heißverschweißfestigkeit gegen die Verschweißzeit für die Harze 5 bis 7 und die Vergleichsharze 1 bis 3 und die Vergleichsfolie 8.
Fig. 14 ist eine graphische Veranschaulichung der vertikalen Formen-Füllen-Verschließen-Folien-Heißverschweißfestigkeit gegen die Temperatur für Harz 7 und Vergleichsharz 1.
Fig. 15 ist eine graphische Veranschaulichung der vertikalen Formen-Füllen-Verschließen-Folien-Heißverschweißfestigkeit gegen die Temperatur für Harz 6 und Vergleichsharz 2.
Fig. 16 ist eine graphische Veranschaulichung der vertikalen Formen-Füllen-Verschließen-Folien-Heißverschweißfestigkeit gegen die Temperatur für Harz 5 und Vergleichsharz 3.
Fig. 17 ist eine graphische Veranschaulichung der maximalen Folien- Heißklebefestigkeit gegen die Harzdichte für die Harze 5 bis 7 und die Vergleichsharze 1 bis 3.
Der Beutel der vorliegenden Erfindung, z. B. wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, zur Verpackung von fließfähigen Materialien wird aus einer Einschicht-Folienstruktur von einer polymeren Dichtungsschicht hergestellt, die ein homogen verzweigtes, im wesentlichen lineares Ethylen/α-Olefin- Interpolymer (hierin im weiteren als "SLEP" bezeichnet) ist.
Das SLEP der vorliegenden Erfindung ist im allgemeinen ein Interpolymer von Ethylen mit mindestens einem α-Olefin mit von 3 bis 20 Kohlenstoffatomen. Der Ausdruck "Interpolymer" wird hierin verwendet, um ein Copolymer zu bezeichnen, oder ein Terpolymer o. dgl. Das heißt, mindestens ein weiteres Comonomer ist mit Ethylen polymerisiert, um das Interpolymer herzustellen. Zum Beispiel kann ein SLEP Terpolymer, umfassend Ethylen/1-Octen/1-Hexen in der Folienstruktur als polymere Dichtungsschicht verwendet werden.
Copolymere von Ethylen und einem C&sub3;-C&sub2;&sub0;-α-Olefin sind besonders bevorzugt, z. B. kann das SLEP ausgewählt sein aus Ethylen/Propen-, Ethylen/ 1-Buten-, Ethylen/1-Penten-, Ethylen/4-Methyl-1-penten-, Ethylen/1- Hexen-, Ethylen/1-Hepten-, Ethylen/1-Octen- und Ethylen/1 -Decen- Copolymeren, bevorzugt Ethylen/1-Octen-Copolymer.
Der Ausdruck "im wesentlichen linear" bedeutet, daß das Interpolymer- Grundgerüst mit 0,01 langkettigen Verzweigungen/1000 Kohlenstoffatome bis 3 langkettigen Verzweigungen/1000 Kohlenstoffatome, mehr bevorzugt von 0,01 langkettigen Verzweigungen/1000 Kohlenstoffatome bis 1 langkettige Verzweigung/1000 Kohlenstoffatome und insbesondere von 0,05 langkettigen Verzweigungen/1000 Kohlenstoffatome bis 1 langkettige Verzweigung/1000 Kohlenstoffatomen substituiert ist.
Langkettige Verzweigung ist hier definiert als eine Kettenlänge von mindestens 6 Kohlenstoffatomen, oberhalb derer die Länge unter Verwendung von ¹³C-magnetischer Kernresonanzspektroskopie nicht unterschieden werden kann. Die Länge der langkettigen Verzweigung kann variieren, kann jedoch ungefähr so lang sein wie die Länge des Polymergrundgerüsts selbst.
Langkettige Verzweigung wird unter Verwendung von ¹³C magnetischer Kernresonanzspektroskopie (NMR) bestimmt und wird unter Verwendung des Verfahrens von Randall (Rev. Macromol. Chem. Phys., C29 (2&3), Seiten 285-297), quantifiziert, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Die im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Copolymere und -Interpolymere der vorliegenden Erfindung sind hierin definiert wie im USP 5,278,236 und im USP 5,278,272. Die zur Bildung der hierin beschriebenen Zusammensetzungen verwendbaren, im wesentlichen linearen Ethylen/α- Olefin-Copolymere und -Interpolymere sind homogen verzweigt (d. h. das Comonomer ist statistisch innerhalb eines gegebenen Interpolymermoleküls verteilt und worin im wesentlichen alle Interpolymermoleküle das gleiche Ethylen/Comonomer-Verhältnis innerhalb des Interpolymers aufweisen).
Der SCBDI (Short Chain Branch Distribution Index) oder CDBI (Composition Distribution Branch Index) ist definiert als der Gewichtsanteil an Polymermolekülen mit einem Comonomergehalt innerhalb 50 Prozent des mittleren molaren Gesamtmonomergehalts. Der CDBI eines Polymers wird leicht aus von in der Technik bekannten Techniken erhaltenen Daten berechnet, wie etwa z. B. Temperaturerhöhungs-Eluierungsfraktionierung (hierin abgekürzt als "TREF"), wie z. B. beschrieben von Wild et al., Journal of Polymer Science, Poly. Phys. Ed., Vol. 20, Seite 441 (1982) oder im US- Patent 4,798,081, wobei die Offenbarungen beider hierin durch Bezugnahme aufgenommen sind. Der SCBDI oder CDBI für die im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymere und -Copolymere, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, ist bevorzugt größer als 30 Prozent, insbesondere größer als 50 Prozent. Den in dieser Erfindung verwendeten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymeren und -Copolymeren fehlt im wesentlichen eine meßbare "hochdichte" Fraktion, wie durch die TREF-Technik gemessen. Die "hochdichte" Fraktion umfaßt lineares homopolymeres Polyethylen. Die "hochdichte" Polymerfraktion kann als Polymerfraktion mit einem Ausmaß an Verzweigung von kleiner als oder gleich 2 Methyl/1000 Kohlenstoffatome beschrieben werden. Der Ausdruck "fehlt im wesentlichen eine meßbare hochdichte Fraktion" bedeutet, daß die im wesentlichen linearen Interpolymere und Copolymere keine Polymerfraktion mit einem Verzweigungsgrad kleiner als oder gleich 2 Methyl/1000 Kohlenstoffatome enthalten.
Die neuen homogen verzweigten SLEP werden leicht von homogen verzweigten, linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymeren unterschieden. Der Ausdruck "lineares Ethylen/α-Olefin-Interpolymer" bedeutet, daß das Interpolymer keine langkettige Verzweigung aufweist. Das heißt, das lineare Ethylen/α-Olefin-Interpolymer hat keine langkettige Verzweigung, wie z. B. die homogen verzweigten linearen Polyethylenpolymere geringer Dichte, hergestellt unter Verwendung von Polymerisationsverfahren mit einheitlicher Verzweigungsverteilung (z. B. wie im USP 3,645,992 (Elston) beschrieben). Für sowohl die linearen als auch die im wesentlichen linearen Interpolymere bedeutet der Ausdruck "homogen verzweigt" jedoch, daß das Comonomer statistisch innerhalb eines gegebenen Interpolymermoleküls verteilt ist und worin im wesentlichen alle Interpolymermoleküle das gleiche Ethylen/Comonomer-Verhältnisse innerhalb des Interpolymers aufweisen. Der Ausdruck "lineares Ethylen/α-Olefin-Interpolymer" bezieht sich nicht auf verzweigtes Hochdruckpolyethylen (radikal polymerisiert) von dem dem Fachmann bekannt ist, daß es zahlreiche langkettige Verzweigungen aufweist.
Die homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Copolymere und -Interpolymere haben auch einen einzigen Schmelzpunkt, im Gegensatz zu herkömmlichen Ziegler-polymerisierten (heterogen verzweigten) Polymeren mit zwei oder mehr Schmelzpunkten, wie unter Verwendung der Differentialabtastkalorimetrie (DSC) über einen Temperaturbereich von -20ºC bis 150ºC bestimmt. Zusätzlich haben die neuen homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Copolymere und -Interpolymere Schmelzpunkte, die mit der Dichte des Copolymers oder Interpolymers korrelieren, d. h. wenn die Dichte abnimmt, nimmt der Peakschmelzpunkt des Polymers in direkt linearer Weise ab. Heterogen verzweigte Ethylenpolymere haben Peakschmelzpunkte, die mit der Dichte des Polymers nicht wesentlich variieren, hauptsächlich aufgrund des Vorliegens einer hochdichten Polymerfraktion, die bei etwa 122ºC schmilzt (dem Schmelzpunkt von homopolymerem, linearem Polyethylen).
Die Dichte der homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α- Olefin-Interpolymere oder -Copolymere (wie gemäß ASTM D-792 gemessen) zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist im allgemeinen kleiner als 0,94 g/cm³ und bevorzugt von 0,85 g/cm³ bis 0,94 g/cm³.
Im allgemeinen wird das homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylen/α-Olefin-Polymer in der Dichtungsschicht der Folie oder Folienstruktur allein verwendet. Das homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylen/α-Olefin-Polymer kann jedoch mit anderen Polymeren zur Verwendung als Heißverschweißschicht gemischt werden. Im allgemeinen beträgt die Menge des homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Polymers von 10 Prozent bis 100 Prozent, nach Gewicht der Folienstruktur.
Das Molekulargewicht der homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymere und -Copolymere zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung wird günstigerweise unter Verwendung einer Schmelzindexmessung gemäß ASTM D-1238, Bedingung 190ºC/2,16 kg (früher bekannt als "Bedingung (E)" und auch bekannt als I&sub2;) angegeben. Der Schmelzindex ist umgekehrt proportional zum Molekulargewicht des Polymers. Folglich ist, je höher das Molekulargewicht, desto geringer der Schmelzindex, auch wenn die Beziehung nicht linear ist. Der Schmelzindex für die homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Interpolymere und -Copolymere, die hierin verwendbar sind, beträgt im allgemeinen 10 Gramm/10 Minuten (g/10 min) oder weniger, bevorzugt von 0,01 g/10 min bis 10 g/10 min.
Eine weitere zur Charakterisierung des Molekulargewichts der homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymere und -Copolymere verwendbare Messung wird günstigerweise unter Verwendung einer Schmelzindex-Messung gemäß ASTM D-1238, Bedingung 190ºC/10 kg (früher bekannt als "Bedingung (N)" und auch bekannt als I&sub1;&sub0;) angegeben. Das Verhältnis dieser zweit Schmelzindex-Ausdrücke ist das Schmelzflußverhältnis und es wird als I&sub1;&sub0;/I&sub2; bezeichnet. Für die in dieser Erfindung verwendeten homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymere und -Copolymere gibt das I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Verhältnis den Grad an langkettigen Verzweigungen an, d. h., je höher das I&sub1;&sub0;/I&sub2;- Verhältnis, desto mehr langkettige Verzweigungen im Polymer. Im allgemeinen ist das I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Verhältnis der homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymere und -Copolymere mindestens 5,63, bevorzugt mindestens 7, insbesondere mindestens 8 oder darüber. Im allgemeinen kann das I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Verhältnis so hoch wie 30 sein, bevorzugt nicht höher als 20.
Die Molekulargewichtsverteilung (Mw/Mn) der homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymere und -Copolymere wird durch Gelpermeations-Chromatographie (GPC) auf einer Waters 150ºC Hochtemperatur-Chromatographieeinheit analysiert, ausgerüstet mit drei gemischten Porositätssäulen (Polymer Laboratories 10³, 10&sup4;, 10&sup5; und 10&sup6;) betrieben bei einer Systemtemperatur von 140ºC. Das Lösungsmittel ist 1,2,4-Trichlorbenzol, von dem 0,3 gewichtsprozentige Lösungen der Proben zur Injektion hergestellt werden. Die Flußrate beträgt 1,0 Milliliter/Minute und die Injektionsgröße beträgt 200 Mikroliter.
Die Molekulargewichtsbestimmung wird unter Verwendung von Polystyrolstandards mit enger Molekulargewichtsverteilung (von Polymer Laboratories) in Verbindung mit ihren Elutionsvolumen hergeleitet. Die Äquivalent-Molekulargewichte von Polyethylen werden unter Verwendung von geeigneten Mark-Houwink-Koeffizienten für Polyethylen und Polystyrol bestimmt (wie von Williams und Word in Journal of Polymer Science, Polymer Letters, Vol. 6, (621) 1968 beschrieben, hierin durch Bezugnahme aufgenommen), um die folgende Gleichung abzuleiten:
MPolyethylen = a · (MPolystyrol)b.
In dieser Gleichung ist a = 0,4316 und b = 1,0. Das Molekulargewichts- Gewichtsmittel, Mw, wird auf die übliche Weise gemäß der folgenden Formel berechnet: Mw = Σ wi · Mi, worin wi und Mi die Gewichtsfraktion bzw. das Molekulargewicht der i-ten Fraktion sind, die von der GPC-Säule eluiert.
Für die homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Interpolymere und -Copolymere ist Mw/Mn bevorzugt von 1,5 bis 2,5, insbesondere 2.
Den Fachleuten bekannte Additive, wie etwa Antioxidantien (z. B. gehinderte phenolartige Stoffe (z. B. Irganox® 1010 oder Irganox® 1076, hergestellt von Ciba Geigy Corp.), Phosphite (z. B. Irgafos® 168, hergestellt von Ciba Geigy Corp.)), Haftadditive (z. B. Polyisobutylen (PIB)), Standostab PEPQTM, geliefert von Sandoz, Antiblockadditive, Gleitadditive, UV- Stabilisatoren, Pigmente, Verarbeitungshilfsstoffe können ebenfalls den Polymeren zugegeben werden, aus denen die Beutel der vorliegenden Erfindung gemacht werden.
Der "rheologische Verarbeitungsindex" (PI) ist die scheinbare Viskosität (in kpoise) eines Polymers gemessen mit einem Gasextrusionsrheometer (GER). Das Gasextrusionsrheometer ist von M. Shida, R. N. Shroff und L. V. Cancio in Polymer Engineering Science, Vol. 17, Nr. 11, Seite 770 (1977) und in "Rheometers for Molten Plastics" von John Dealy, veröffentlicht von Van Nostrand Reinhold Co. (1982) auf Seite 97-99 beschrieben. Alle GER- Experimente werden bei einer Temperatur von 190ºC bei Stickstoffdrücken zwischen 5250 bis 500 psig (36,3 bis 3,55 MPa) durchgeführt unter Verwendung einer Matrize mit einem Durchmesser von 0,0296 Zoll (0,752 mm) und einem L/D von 20:1 mit einem Eintrittswinkel von 180º. Für die hierin beschriebenen homogen verzweigten Ethylenpolymere ist der PI die scheinbare Viskosität (in kPoise) eines Materials gemessen durch GER bei einer scheinbaren Scherspannung von 2,15 · 10&sup6; dyne/cm². Die hierin beschriebenen neuen, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Interpolymere und -Copolymere haben bevorzugt einen PI im Bereich von 0,01 kPoise bis 50 kPoise, mehr bevorzugt etwa 15 kPoise oder weniger. Die hierin beschriebenen neuen, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Polymere zur Verwendung in den Beuteln haben einen PI weniger als oder gleich etwa 70 Prozent des PI eines linearen Ethylen/α-Olefin-Polymers mit etwa dem gleichen oder im wesentlichen gleichen I&sub2; und Mw/Mn und dem gleichen Comonomer (den gleichen Comonomeren).
Eine Auftragung der scheinbaren Scherspannung gegen die scheinbare Scherrate wird verwendet, um das Schmelzbruch-Phänomen zu identifizieren. Gemäß Ramamurthy in Journal of Rheology, 30(2), 337-357, 1986, können oberhalb einer bestimmten kritischen Flußrate die beobachteten Extrudatunregelmäßigkeiten breit in zwei Haupttypen klassifiziert werden: Oberflächenschmelzbruch und Gesamtschmelzbruch. Oberflächenschmelzbruch tritt unter scheinbar stationären Strömungsbedingungen auf und reicht im Detail vom Verlust von Spiegelglanz bis zur schwerwiegenderen Form von "Haihaut" ("sharkskin"). Gesamtschmelzbruch tritt bei nicht stationären Strömungsbedingungen auf und reicht im Detail von regulären (alternierend rauh und glatt, helikal, usw.) bis zu zufälligen Verformungen.
Ramamurthy (Journal of Rheology) und Moynihan, Baird and Ramanathan in Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 36, 255-263 (1990) offenbaren beide, daß der Beginn von Haihaut (d. h. Schmelzbruch) für lineares Polyethylen geringer Dichte (LLDPE) bei einer scheinbaren Scherspannung von 1 bis 1,4 · 10&sup6; dyne/cm² auftritt, wobei beobachtet wurde, daß dies mit der Veränderung der Steigung der Strömungskurve zusammenfällt. Ramamurthy offenbart auch, daß der Beginn von Oberflächenschmelzbruch oder von Gesamtschmelzbruch für Hochdruckpolyethylen geringer Dichte (HP-LDPE) bei einer scheinbaren Scherspannung von etwa 0,13 MPa (1,3 · 10&sup6; dynes/cm²) auftritt.
Kalika und Denn bestätigten in Journal of Rheology, 31, 815-834 (1987) die Oberflächendefekte oder Haihautphänomene für LLDPE, aber die Ergebnisse ihrer Arbeit bestimmten eine kritische Scherspannung von 2,3 · 10&sup6; dyne/cm², welche beträchtlich höher ist als die, die von Ramamurthy und Moynihan et al. gefunden wurde.
In dieser Offenbarung ist der Beginn von Oberflächenschmelzbruch (OSMF) gekennzeichnet als der Beginn des Verlusts von Extrudatglanz, bei dem die Oberflächenrauhigkeit eines Extrudats nur durch 40-fache Vergrößerung detektiert werden kann. Überraschenderweise ist die kritische Scherrate bei Beginn von Oberflächenschmelzbruch für die im wesentlichen linearen · Ethylen/α-Olefin-Interpolymere und -Copolymere mindestens 50 Prozent größer als die kritische Scherrate bei Beginn von Oberflächenschmelzbruch eines linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymers oder -Copolymers (entweder ein heterogen verzweigtes Polymer (z. B. LLDPE) oder ein homogen verzweigtes Polymer (z. B. das in USP 3,645,992 (Elston) beschriebene) mit etwa dem gleichen oder im wesentlichen gleichen I&sub2; und Mw/Mn und dem gleichen Comonomer (den gleichen Comonomeren).
Die kritische Scherrate und die kritische Scherspannung bei Beginn von Oberflächenschmelzbruch (OSMF) und bei Beginn von Gesamtschmelzbruch (OGMF) wird hierin verwendet, basierend auf den Veränderungen der Oberflächenrauhigkeit und -konfigurationen der mit einem GER extrudierten Extrudate. Im Gegensatz zu sowohl LLDPE als auch Hochdruck-LDPE ist die kritsche Scherspannung bei Beginn von Gesamtschmelzbruch für die im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymere und -Copolymere, insbesondere für solche mit einer Dichte größer als etwa 0,9 g/cm³, größer als etwa 4 · 10&sup6; dynes/cm².
Die hierin offenbarten Folien und Folienstrukturen können Monoschicht- oder Multischicht-Folienstrukturen sein, mit der Maßgabe, daß die homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Copolymere und -Interpolymere als mindestens eine Schicht, bevorzugt als Dichtungsschicht verwendet werden. Die Dicke der Dichtungsschicht kann von mindestens etwa 0,1 mil (2,5 Mikrometer) und größer, bevorzugt von 0,2 mil (5 Mikrometer) bis 10 mil (254 Mikrometer) und mehr bevorzugt von 0,4 mil (10 Mikrometer) bis 5 mil (127 Mikrometer) betragen.
Ein überraschendes Merkmal der Folienstruktur der Beutel der vorliegenden Erfindung ist der breite Heißverschweißbereich der Folie, insbesondere im Hinblick auf den engen Schmelzpunktbereich (gemessen unter Verwendung von Differentialabtastkalorimetrie (DSC)) des im wesentlichen linearen Ethylenpolymers. Im allgemeinen kann der Heißverschweißbereich der Folienstruktur von 50ºC bis 160ºC und bevorzugt von 75ºC bis 130ºC betragen. Es wurde gefunden, daß die Dichtungsschicht der vorliegenden Erfindung einen breiteren Heißverschweißbereich aufweist als Polyethylenfolien des Standes der Technik, die aus heterogen verzweigten Ethylenpolymeren hergestellt sind, selbst mit in etwa der gleichen Dichte. Ein breiter Heißverschweißbereich ist wichtig, um eine höhere Flexibilität im Heißverschweißverfahren zu ermöglichen, welches zur Herstellung von Beuteln aus der Folienstruktur verwendet wird. Im allgemeinen kann der Schmelzpunktbereich des im wesentlichen linearen Ethylenpolymers, das zur Herstellung der Folienstruktur mit den oben angegebenen Heißverschweißbereichen verwendet wird, von 50ºC bis 130ºC und bevorzugt von 55ºC bis 115ºC betragen.
Ein weiteres unerwartetes Merkmal der Folienstruktur der Beutel der vorliegenden Erfindung ist die Heißverschweißfestigkeit der Folie bei geringen Temperaturen. Im allgemeinen erreicht die Folienstruktur der vorliegenden Erfindung eine Heißklebefestigkeit von mindestens etwa 1 N/Zoll (39,4 N/m) bei einer Schweißstabtemperatur von etwa 110ºC und bei weniger als etwa 0,3 Sekunden unter Verwendung der hierin im weiteren definierten DTC Hot Tack Strength Method (DTC Heißklebefestigkeitsmethode) oder erreicht eine Heißverschweißfestigkeit von mindestens 1 lbf/Zoll (175 N/m) bei einer Schweißstabtemperatur von etwa 110ºC und bei weniger als 0,4 Sekunden unter Verwendung der hierin im weiteren definierten DTC Heat Seal Strength Method (DTC Heißverschweißfestigkeitsmethode). Die Folienstruktur der vorliegenden Erfindung hat auch eine Heißklebe- oder Heißverschweiß- Anfangstemperatur von weniger als etwa 110ºC bei einer Kraft von mindestens etwa 1 N/Zoll (39,4 N/m). Es wurde gefunden, daß eine Dichtung, die mit der Dichtungsschicht der vorliegenden Erfindung gemacht wird, eine höhere Festigkeit bei geringeren Schweißtemperaturen aufweist als Dichtungen mit Polyethylen des Standes der Technik mit höheren Dichten. Eine hohe Heißverschweißfestigkeit bei geringen Temperaturen ist wichtig, um zu ermöglichen, daß eine herkömmliche Verpackungsvorrichtung, wie etwa eine vertikale Form-, Füll- und Verschließmaschine bei schnelleren Geschwindigkeiten laufen kann und um Beutel mit weniger Leckstellen herzustellen.
Es wird vermutet, daß die Verwendung von mindestens einem im wesentlichen linearen Ethylenpolymer in einer Dichtungsschicht einer Folienstruktur für Beutel der vorliegenden Erfindung (1) einen Beutel bereitstellt, der mit einer hohen Geschwindigkeit durch eine Form-, Füll- und verschließmaschine hergestellt werden kann und (2) eine Beutelverpackung mit wenigen Leckstellen bereitstellt, insbesondere wenn der Beutel der vorliegenden Erfindung mit Beuteln verglichen wird, die mit linearem Polyethylen geringer Dichte, linearem Polyethylen ultrageringer Dichte, Hochdruckpolyethylen geringer Dichte oder einer Kombination davon hergestellt sind.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Beutel aus einer Folienstruktur in Röhrenform hergestellt und weist transversal heißverschweißte Enden auf. Die Folienstruktur weist mindestens eine Folienschicht auf, umfassend:
(I) von 10 bis 100 Gewichtsprozent mindestens einer Schicht umfassend mindestens ein homogen verzweigtes, im wesentlichen lineares Ethylen/α-Olefin-Interpolymer, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es:
(a) ein Schmelzflußverhältnis, I&sub1;&sub0;/I&sub2;, ≥ 5,63 und
(b) eine Molekulargewichtsverteilung, Mw/Mn,
definiert durch die Gleichung: Mw/Mn ≤ (I&sub1;&sub0;/I&sub2;) - 4,63 aufweist; und (II) von 0 bis 90 Gewichtsprozent mindestens eines Polymers, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem heterogen verzweigten, linearen Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer, einem Hochdruckpolyethylen geringer Dichte und einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer.
Das heterogen verzweigte, lineare Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer von (II) ist im allgemeinen ein lineares Polyethylen geringer Dichte (wie etwa die unter Verwendung der Ziegler-Katalyse hergestellten). Das lineare Polyethylen geringer Dichte wird oftmals weiter unterteilt in Untergruppen, die als Polyethylen sehr geringer Dichte (VLDPE) oder Polyethylen ultrageringer Dichte (ULDPE) bezeichnet werden. VLDPE und ULDPE sind austauschbare Ausdrücke hierin und werden auf diese Weise im allgemeinen von den Fachleuten verwendet. Im allgemeinen liegt die Dichte des linearen Polyethylens geringer Dichte von (II) im Bereich von 0,87 g/cm³ bis 0,94 g/cm³, bevorzugt von 0,87 g/cm³ bis 0,915 g/cm³. Bevorzugt hat das heterogen verzweigte, lineare Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer geringer Dichte von (II) einen Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 Minuten.
Bevorzugt hat das Hochdruckpolyethylen geringer Dichte von (II) eine Dichte von 0,916 bis 0,93 g/cm³ und einen Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 Minuten.
Bevorzugt hat das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer von (II) ein Gewichtsverhältnis von Ethylen zu Vinylacetat von 2,2:1 bis 24:1 und einen Schmelzindex von 0,2 bis 10 g/10 Minuten.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Beutel, hergestellt aus einem Gemisch von:
(a) von 10 bis 100 Gewichtsprozent mindestens eines homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylencopolymers, interpolymerisiert aus Ethylen und mindestens einem Alpha-Olefin im Bereich von C&sub3;-C&sub2;&sub0; und mit einer Dichte von weniger als 0,915 g/cm³ und einem Schmelzindex von weniger als 10,0 g/10 Minuten, und
(b) von 0 bis 90 Gewichtsprozent mindestens eines Polymers ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem heterogen verzweigten linearen Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer, einem Hochdruckpolyethylen geringer Dichte und einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA).
Das heterogen verzweigte, lineare Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer von (II) ist im allgemeinen ein lineares Polyethylen geringer Dichte (wie etwa die unter Verwendung von Ziegler-Katalyse hergestellten). Das lineare Polyethylen geringer Dichte umfaßt Polyethylen sehr geringer Dichte (VLDPE) und Polyethylen ultrageringer Dichte (ULDPE), wie zuvor beschrieben. Im allgemeinen liegt die Dichte des linearen Polyethylens geringer Dichte von (II) im Bereich von 0,87 g/cm³ bis 0,94 g/cm³, bevorzugt von 0,87 g/cm³ bis 0,915 g/cm³. Bevorzugt hat das heterogen verzweigte, lineare Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer geringer Dichte von (II) einen Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 Minuten.
Bevorzugt hat das Hochdruckpolyethylen geringer Dichte von (b) eine Dichte von 0,916 bis 0,93 g/cm³ und einen Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 Minuten.
Bevorzugt weist das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer von (b) ein Gewichtsverhältnis von Ethylen zu Vinylacetat von 2,2:1 bis 24:1 und einen Schmelzindex von 0,2 bis 10 g/10 Minuten auf.
Unter Hinweis auf die Fig. 3 bis 5 umfaßt die Folienstruktur der Beutel der vorliegenden Erfindung auch eine Multischicht- oder Verbundfolienstruktur 30, welche bevorzugt die oben beschriebene polymere Dichtungsschicht enthält, welche die Innenschicht des Beutels ist.
Wie den Fachleuten ersichtlich ist, kann die mehrlagige Folienstruktur für den Beutel der vorliegenden Erfindung verschiedene Kombinationen von Folienschichten enthalten, solange die Dichtungsschicht einen Teil der äußersten Folienstruktur bildet. Die mehrlagige Folienstruktur für den erfindungsgemäßen Beutel kann eine koextrudierte Folie, eine beschichtete Folie oder eine laminierte Folie sein. Die Folienstruktur umfaßt auch die Dichtungsschicht in Kombination mit einer Sperrfolie, wie etwa Polyester, Nylon, Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH), Polyvinylidendichlorid (PVDC), wie etwa SaranTM (Marke von The Dow Chemical Company) und metallisierte Folien. Die Endverwendung für den Beutel trägt zu einem großen Ausmaß dazu bei, die Auswahl des anderen Materials oder anderer Materialien festzulegen, die in Kombination mit der Dichtungsschichtfolie verwendet werden. Die hierin beschriebenen Beutel betreffen Dichtungsschichten, die mindestens an der Innenseite des Beutels verwendet werden.
Eine Ausführungsform der Folienstruktur 30 für den Beutel der vorliegenden Erfindung, gezeigt in Fig. 3, umfaßt eine homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylenpolymer-Dichtungsschicht 31 und mindestens eine polymere Außenschicht 32. Die polymere Außenschicht 32 ist bevorzugt eine Polyethylenfolienschicht, mehr bevorzugt ein heterogen verzweigtes, lineares Polyethylen, hierin im weiteren als "lineares Polyethylen geringer Dichte" ("LLDPE") und/oder "lineares Polyethylen ultrageringer Dichte" ("ULDPE") und/oder "Polyethylen sehr geringer Dichte" ("VLDPE") bezeichnet. Ein Beispiel eines kommerziell erhältlichen LLDPE ist DOWLEX® 2045 (Marke von und kommerziell erhältlich von The Dow Chemical Company). Ein Beispiel eines kommerziell erhältlichen ULDPE ist ATTANE® 4201 (Marke von und kommerziell erhältlich von The Dow Chemical Company).
Die hierin verwendbaren LLDPE (umfassend sowohl VLDPE als auch ULDPE) sind heterogen verzweigte, lineare Copolymere von Ethylen und einer kleineren Menge eines Alpha-Olefins mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 4 bis 10 Kohlenstoffatomen (z. B. 1-Buten, 4-Methyl-1-penten, 1- Hexen, 1-Octen und 1-Decen) und am meisten bevorzugt 8 Kohlenstoffafiomen (z. B. 1-Octen). Im allgemeinen sind die heterogen verzweigten LLDPE unter Verwendung von Ziegler Katalyse hergestellt (z. B. unter Verwendung des im US-Patent Nr. 4,076,698 (Anderson et al.) beschriebenen Verfahrens).
Das LLDPE für die Außenschicht 32 hat im allgemeinen eine Dichte größer als 0,87 g/cm³, mehr bevorzugt von 0,9 bis 0,93 g/cm³, im allgemeinen hat es einen Schmelzindex (I&sub2;) von 0,1 bis 10 g/10 min. bevorzugt von 0,5 bis 2 g/10 min. und es hat im allgemeinen ein I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Verhältnis von 5 bis 20, bevorzugt von 7 bis 20.
Bei den heterogen verzweigten LLDPE (umfassend sowohl VLDPE als auch UDLPE) tendiert das I&sub1;&sub0;/I&sub2;-Verhältnis dazu anzusteigen, wenn das Molekulargewicht (Mw/Mn) des LLDPE ansteigt, im überraschenden Gegensatz zu den neuen, homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymeren und -Copolymeren, die hierin diskutiert werden.
Die Dicke der Außenschicht 32 kann jede Dicke sein, solange die Dichtungsschicht 31 eine minimale Dicke von 0,1 mil (2,5 Mikrometer) aufweist.
Eine weitere Ausführungsform der Folienstruktur 30 für den Beutel der vorliegenden Erfindung, gezeigt in Fig. 4, umfaßt die Polymerschicht 32 eingelegt zwischen zwei polymere Dichtungsschichten 31.
Noch eine weitere Ausführungsform der Folienstruktur 30 für den Beutel der vorliegenden Erfindung, gezeigt in Fig. 5, umfaßt mindestens eine polymere Kernschicht 33 zwischen mindestens einer polymeren Außenschicht 32 und mindestens einer polymeren Dichtungsschicht 31. Die polymere Schicht 33 kann die gleiche LLDPE-Folienschicht wie die Außenschicht 32 oder bevorzugt ein unterschiedliches LLDPE und mehr bevorzugt ein LLDPE sein, das eine höhere Dichte als die Außenschicht 32 aufweist. Die Dicke der Kernschicht 33 kann jede Dicke sein, solange die Dichtungsschicht 31 eine minimale Dicke von 0,1 mil (2,5 Mikrometer) aufweist.
Noch eine weitere Ausführungsform (nicht gezeigt) der Folienstruktur für den Beutel der vorliegenden Erfindung kann eine Struktur sein, umfassend eine Dichtungsschicht 31 und eine weitere Polyethylenfolienschicht, hierin im weiteren als "Hochdruckpolyethylen geringer Dichte" ("LDPE") bezeichnet. Die LDPE-Schicht hat im allgemeinen eine Dichte von 0,916 bis 0,930 g/cm³ und einen Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 min. Die Dicke der LDPE-Schicht kann jede Dicke sein, solange die Dichtungsschicht 31 eine minimale Dicke von 0,1 mil (2,5 Mikrometer) aufweist.
Noch eine weitere Ausführungsform (nicht gezeigt) der Folienstruktur für den Beutel der vorliegenden Erfindung kann eine Struktur sein, umfassend eine Dichtungsschicht 31 und eine Schicht eines EVA-Copolymers mit einem Gewichtsverhältnis von Ethylen zu Vinylacetat von 2,2:1 bis 24:1 und einem Schmelzindex von 0,2 bis 20 g/10 min. Die Dicke der EVA- Schicht kann jede Dicke sein, solange die Dichtungsschicht 31 eine minimale Dicke von 0,1 mil (2,5 Mikrometer) aufweist.
Die Dicke der zur Herstellung des Beutels der vorliegenden Erfindung verwendeten Folienstruktur beträgt von 0,5 mil (12,7 Mikrometer) bis 10 mil (254 Mikrometer), bevorzugt von 1 mil (25,4 Mikrometer) bis 5 mil (127 Mikrometer).
Wie man aus den in den Fig. 3 bis 5 gezeigten verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen kann, hat die Folienstruktur für die Beutel der vorliegenden Erfindung eine Flexibilität hinsichtlich des Designs. Verschiedene LLDPEs (z. B. VLDPE und ULDPE) können in den äußeren und Kernschichten verwendet werden, um spezifische Folieneigenschaften, wie etwa Foliensteifigkeit zu optimieren. Somit kann die Folie für spezifische Anwendungen, wie etwa für eine vertikale Form-, Folien- und Verschließmaschine optimiert werden.
Die zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Beutels verwendete Polyethylen-Folienstruktur wird entweder durch das Extrusionsverfahren für geblasene Schlauchfolien oder das Gießextrusionsverfahren hergestellt, Verfahren, die in der Technik gut bekannt sind. Das Extrusionsverfahren für geblasene Schlauchfolien wird z. B. in Modern Plastics Mid-October 1989 Encyclopedia Ausgabe, Volumen 66, Nummer 11, Seiten 264 bis 266 beschrieben. Das Gießextrusionsverfahren wird beispielsweise in Modern Plastics Mid-October 1989 Encyclopedia Ausgabe, Volumen 66, Nummer 11, Seiten 256 bis 257 beschrieben.
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Beutel, gezeigt in den Fig. 1 und 2, sind hermetisch verschlossene Behälter gefüllt mit "fließfähigen Materialien". Mit "fließfähigen Materialien" sind Materialen gemeint, die unter Schwerkraft fließfähig sind oder die gepumpt werden können, aber der Ausdruck "fließfähige Materialien" umfaßt nicht gasförmige Materialien. Die fließfähigen Materialien umfassen nicht carbonisierte Flüssigkeiten (z. B. Milch, Wasser, Fruchtsaft, Wein) und carbonisierte (mit Kohlendioxid versetzte) Flüssigkeiten (z. B. Soda, Bier, Wasser); Emulsionen (z. B. Eiscreme-Gemische, Weichmargarine); Pasten (z. B. Fleischpasten, Erdnußbutter); Konserven (z. B. Konfitüre, Tortenfüllungen, Marmelade); Gelees; Teige; Hackfleisch (z. B. Wurstmasse); Pulver (z. B. Gelatinepulver, Detergentien); granuläre Feststoffe (z. B. Nüsse, Zucker, Getreide); und ähnliche Materialien. Der erfindungsgemäße Beutel ist insbesondere zum Verpacken von Flüssigkeiten (z. B. Milch) geeignet. Die fließfähigen Materialien können auch ölartige Flüssigkeiten umfassen (z. B. Öl zum Kochen oder Motoröl).
Sobald die Folienstruktur für den erfindungsgemäßen Beutel hergestellt ist, wird die Folienstruktur auf die gewünschte Breite zur Verwendung in herkömmlichen Beutel-bildenden Maschinen geschnitten. Die in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Beutels sind in sogenannten Form-, Füll- und Verschließmaschinen hergestellt, die in der Technik gut bekannt sind. Bezugnehmend auf Fig. 1 wird dort ein Beutel 10 gezeigt, der ein solches röhrenförmiges Element 11 mit einer longitudinalen Überlappungsdichtung 12 und transversalen Dichtungen 30 ist, daß ein "Kissen-förmiger" Beutel gebildet wird, wenn der Beutel mit einem fließfähigen Material gefüllt wird.
Bezugnehmend auf Fig. 2 wird dort ein Beutel 20 gezeigt, der ein röhrenförmiges Element 21 mit einer peripheren Gratdichtung 22 entlang drei Seiten des röhrenförmigen Elements 11, d. h. die obere Dichtung 22a und die longitudinalen Seitendichtungen 22b und 22c und der einen im wesentlichen konkaven Boden oder ein "Schüsselförmiges" Element 23 an den Bodenabschnitt der röhrenförmigen Dichtung 21 angeschmolzen aufweist, so daß im Querschnitt gesehen, longitudinal im wesentlichen ein semi-zirkulärer oder "Schüsselförmiger" Bodenabschnitt gebildet wird, wenn der Beutel mit fließfähigem Material gefüllt wird. Der in Fig. 2 gezeigte Beutel ist der in der Technik bekannte, sogenannte "Enviro-Pak"- Beutel.
Der gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellte Beutel ist bevorzugt der in Fig. 1 gezeigte Beutel, hergestellt auf sogenannten vertikalen Form-, Füll- und Verschließmaschinen (VFFS), die in der Technik gut bekannt sind. Beispiele von kommerziell erhältlichen VFFS-Maschinen umfassen solche, die von Hayssen oder Prepac hergestellt werden. Eine VFFS-Maschine wird in der folgenden Literaturstelle beschrieben: F. C. Lewis, "Form-Fill-Seal", Packaging Encyclopedia, Seite 180, 1980.
In einem VFFS-Verpackungsverfahren wird ein Bogen der hierin beschriebenen Kunststoffolienstruktur einer VFFS-Maschine zugeführt, wo der Bogen in eine kontinuierliche Röhre in einem Röhren-Formabschnitt geformt wird. Das röhrenförmige Element wird durch Zusammenschmelzen der longitudinalen Kanten der Folie gebildet - entweder durch Überlappen der Kunststoffolie und Verschmelzen der Folie unter Verwendung einer Innenseite/Außenseite-Dichtung oder durch Gratverschmelzen der Kunststoffolie unter Verwendung einer Innenseite/Innenseite-Dichtung. Als nächstes verschließt ein Schweißstab die Röhre transversal an einem Ende, was den Boden des "Beutels" darstellt und dann wird das Füllmaterial, z. B. Milch, dem "Beutel" zugefügt. Der Schweißstab verschließt dann das obere Ende des Beutels und brennt entweder durch die Kunststoffolie oder schneidet die Folie, wodurch der gebildete, vollständige Beutel von der Röhre getrennt wird. Das Verfahren zur Herstellung eines Beutels mit einer VFFS-Maschine ist allgemein in den US-Patenten Nr. 4,503,102 und 4,521,437 beschrieben.
Die Kapazität der Beutel der vorliegenden Erfindung kann variieren. Im allgemeinen können die Beutel von 5 Milliliter bis 10 Liter, bevorzugt von 10 Milliliter bis 8 Liter und mehr bevorzugt von 1 Liter bis 5 Liter fließfähiges Material enthalten.
Die Verwendung der homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymer-Dichtschicht der vorliegenden Erfindung in einem Zweischicht- oder Dreischicht-koextrudierten Folienprodukt stellt eine Folienstruktur bereit, die zur Herstellung von Beuteln mit einer schnelleren Geschwindigkeit in der VFFS verwendet werden kann und solche hergestellte Beutel enthalten weniger Leckstellen.
Die erfindungsgemäßen Beutel können auch unter Verwendung von in der Technik bekannten Techniken bedruckt werden, z. B. unter Verwendung einer Korona-Behandlung vor dem Bedrucken.
Die erfindungsgemäßen Beutel haben hervorragende Leistungsergebnisse, wenn sie mit dem 5 Fuß (1,52 m) Fallversuch untersucht werden - einem Versuch, der hierin definiert ist. Beim 5 Fuß (1,52 m) Fallversuch haben die Beutel bevorzugt einen Prozentanteil an Versagen von weniger als 40 Prozent und mehr bevorzugt von weniger als 20 Prozent und insbesondere von weniger als 10 Prozent.
Die Verwendung des Beutels zur Verpackung von Verbraucherflüssigkeiten, wie etwa Milch, hat seine Vorteile gegenüber in der Vergangenheit verwendeten Behältern: der Glasflasche, dem Papierkarton und einer Kanne aus hochdichtem Polyethylen. Die früher verwendeten Behälter verbrauchten große Mengen an natürlichen Rohstoffen bei ihrer Herstellung, benötigten eine beträchtliche Menge an Raum zur Deponie, brauchten eine große Menge Lagerplatz und brauchten mehr Energie zur Temperaturkontrolle des Produkts (aufgrund der Wärmetransfereigenschaften des Behälters).
Die erfindungsgemäßen, aus dünnen Folien hergestellten Beutel bieten, verwendet zur Verpackung von Flüssigkeiten, viele Vorteile gegenüber den in der Vergangenheit verwendeten Behältern. Die Beutel: (1) verbrauchen weniger natürliche Rohstoffe, (2) erfordern weniger Platz beim Deponieren, (3) können recycelt werden, (4) können leicht verarbeitet werden, (5) erfordern weniger Lagerplatz, (6) brauchen weniger Energie für die Lagerung (Wärmetransfereigenschaften der Verpackung), (7) können sicher verbrannt werden und (8) können wiederverwendet werden (z. B. können die leeren Beutel für andere Verwendungen, wie etwa Gefrierbeutel, Brotzeitbeutel und Lagerbeutel für allgemeine Zwecke verwendet werden).

Experimentelles:

Koextrudierte Blasfolienproben mit einer A/B/A-Struktur wurden hergestellt unter Verwendung von Schichtverhältnissen von: A = 15 Prozent (nach Gewicht der Gesamtstruktur) und B = 70 Prozent (nach Gewicht der Gesamtstruktur). Schicht B war ein Ethylen/1-Octen-LLDPE mit einem Schmelzindex (I&sub2;) von etwa 1 g/10 Minuten und einer Dicht von etwa 0,92 g/cm³ und enthielt keine Additive. In den Beispielen waren die Harze 1 bis 3 alle heterogen verzweigte Ethylen/1-Octen-Copolymere und die Harze 4 bis 7 waren alle homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylen/1-Octen- Copolymere. Tabelle 1 faßt die physikalischen Eigenschaften der zur Herstellung der A/B/A-koextrudierten Blasfolienproben verwendeten Harze, die in den Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben sind, zusammen: Tabelle 1
* Vergleichsbeispiel
NA = nicht anwendbar.
Die Harze 1, 2, 5, 6 und 7 wurden trockengemischt, um 4000 ppm SiO&sub2; und 1200 ppm Erucamide zu enthalten. Harz 3 wurde trockengemischt, um 6000 ppm SiO&sub2; und 1200 ppm Erucamide zu enthalten. Harz 4 wurde trockengemischt, um 14000 ppm SiO&sub2; und 1200 ppm Erucamide zu enthalten. Harz 8 war eine einlagige Milchbeutelfolie, bezeichnet "SM3", hergestellt von und erhältlich von DuPont Canada und es wird vermutet, daß es ein Gemisch von etwa 8 Prozent (nach Gewicht) eines Polyethylens geringer Dichte mit einer Dichte von etwa 0,92 g/cm³ und etwa 92 Prozent (nach Gewicht) eines heterogen verzweigten, linearen Polyethylens geringer Dichte ist. Die SM3-Folie hatte eine endgültige Foliendichte, angegeben von DuPont als 0,918 g/cm³.
Folienproben wurden auf einem Egan-Dreischichtextrudersystem hergestellt. Extruder A hatte eine 2,5 Zoll (6,35 cm) Durchmesser (Barr2-Typ) Schnecke, ausgerüstet mit einem Maddox-Mischer, einem LID von 24:1 und einem 60 HP-Antrieb. Extruder B hatte eine 2,5 Zoll (6,35 cm) Durchmesser (Typ DSB II) Schnecke, ausgerüstet mit einem Maddox-Mischer, einem L/D von 24:1 und einem 75 HP-Antrieb. Extruder C hatte eine 2 Zoll (5,08 cm) Durchmesser (modifizierter MHD (Johnson) Typ) Schnecke, ausgerüstet mit einem Maddox-Mischer, einem L/D von 24:1 und einem 20 HP-Antrieb. Die Blasfolienanlage war auch mit einem 8 Zoll (20,32 cm) 3-Schicht Koextrudiermatrixkörper, einem Gloucester Tower, einem Sano Flachlegerahmen, einem Sano-Folienblasen-Größeneinstellkasten und einer Sano-Folienblasen-Einschlußvorrichtung ausgerüstet.
Jede der Folienproben wurde mit einer 3 mil Zieldicke unter Verwendung eines Aufblas-Verhältnisses (BUR) von 2,5:1 hergestellt.
Jede Folie wurde gemäß den folgenden Testverfahren untersucht:
Durchstoßen: Durchstoßen wurde unter Verwendung eines Instron Tensile Testers gemessen, mit einem Integrator, einem Probenhalter und einer Durchstoßvorrichtung. Der Instron wurde eingestellt, um eine Kopfplattengeschwindigkeit von 10 Zoll/Minute (25,4 cm/Minute) und eine Diagrammgeschwindigkeit (falls verwendet) von 10 Zoll/Minute (25,4 cm/Minute) zu erhalten. Ein Lastbereich von 50 Prozent der Zelllastkapazität (100 Pfund (45,36 kg) Last für diese Untersuchungen) wurde verwendet. Die Durchstoßvorrichtung wurde an dem Instron installiert, so daß die Festhalteeinheit an die untere Fassung und die Kugel an die obere Fassung der Kopfplatte angebracht war. Fünf Folienproben wurden verwendet (jeweils 6 Zoll (15,24 cm) im Quadrat). Die Proben wurden in den Folienhalter geklemmt und der Folienhalter wurde sicher an der Fassungsklammer befestigt. Die Kopfplattenbewegung wurde eingestellt und fortgesetzt, bis die Probe bricht. Die Durchstoßfestigkeit wurde als die Energie zum Durchstoßen dividiert durch das Volumen der untersuchten Folie definiert. Die Durchstoßfestigkeit (PR) wurde wie folgt berechnet:
PR = E/((12)(T)(A))
worin PR = Durchstoßfestigkeit (Fuß-Ibs/Zoll³),
E = Energie (Zoll-Ibs) = Fläche unter der Last-Verdrängungs-Kurve, 12 = Zoll/Fuß,
T = Foliendicke (Zoll), und
A = Fläche der Folienprobe in der Klammer = 12,56 Zoll² (81 cm²);
Fallbolzenschlag: ASTM D1709, Verfahren A;
Elmendorf Reißfestigkeit: ASTM D1922;
Zugfestigkeitseigenschaften: ASTM D882 unter Verwendung eines Instron-Zugfestigkeitstesters (Kopfplattengeschwindigkeit 500 mm/min. Vollast 5 kg, Grenzwert 1 Prozent der Vollast, Bruchkriterium von 80 Prozent, 2 Zoll (5,08 cm) Meßlänge und 1 Zoll (2,54 cm) Probenbreite);
Reibungskoeffizient: ASTM D1894. Der Bereich des Reibungskoeffizienten ist wichtig, damit die Folie richtig über das formende Ringrohr in einer vertikalen Form-Füll- und Verschließmaschine (z. B. eine Hayssen-Form-, Füll- und Verschließmaschine) gleiten kann: Wenn der Reibungskoeffizient zu gering ist, kann die Folie zu glitschig sein als daß die Zugriemen die Folie greifen könnten und wenn der Reibungskoeffizient zu hoch ist, kann die Folie zu klebrig sein als daß die Maschine die Folie über das Fomringrohr ziehen könnte; typische Zielwerte für eine Hayssen Form- Füll-Verschließmaschine sind:
(i) Innenseite/Außenseite-Reibungskoeffizient von 0,10-0,30 und
(ii) Außenseite/Außenseite-Reibungskoeffizient von 0,10-0,30 und
1 Prozent und 2 Prozent Sekantenmodul: ASTM D882. Die Foliensteifheit ist wichtig, insbesondere für "freistehende" Beutel, wie den in Fig. 2 gezeigten. Die 1 Prozent und 2 Prozent Sekantenmodul- Untersuchungen bieten einen Hinweis auf die Steifheit der Folie;
Heißverschweiß-Festigkeit: Diese Untersuchung mißt die Kraft, die benötigt wird, um eine Dichtung zu trennen, nachdem die Dichtung kühlen gelassen wurde. Dichtungen wurden unter Verwendung des DTC Hot Tack Testers gemacht, aber nur der Heißverschweiß-Abschnitt der Einheit wurde verwendet. Die verwendeten Bedingungen waren:
Probenbreite: 24,4 mm
Verschweißzeit: 0,5 Sekunden
Verschweißdruck: 0,27 N/mm/mm
Nr. Proben/Zeit: 5
Temperaturinkremente: 5ºC
Die Verschweißfestigkeit wurde unter Verwendung eines Instron Tensile Testers Modell Nr. 1122 bestimmt. Die Folienproben wurden einer relativen Feuchtigkeit von 50 Prozent und einer Temperatur von 23ºC für 24 bis 48 Stunden vor der Untersuchung ausgesetzt. Die Instron-Testbedingungen waren wie folgt:
Zugrichtung: 90º zur Dichtung
Kopfplattengeschwindigkeit: 500 mm/Minute
Vollast (FSL): 5 kg
Grenzwert: 1 Prozent der FSL
Bruchkriterium: 80 Prozent
Meßlänge: 2,0 Zoll (5,08 cm) und
Probenbreite: 1,0 Zoll (2,54 cm);
Heißverschweiß-Festigkeit gegen Verschweißzeit: Folien wurden unter Verwendung eines DTC Hot Tack Tester Modell Nr. 52D verschweißt. Die verwendeten Bedingungen waren wie folgt:
Probenbreite: 24,4 mm
Verschweißzeit: variiert
Verschweißdruck: 0,27 N/mm/mm
Nr. Proben/Zeit: 5
Verschweißzeitbereich: 0,1 Sekunden - 1,0 Sekunden
Temperatur: 105ºC
Die Verschweißfestigkeit wurde unter Verwendung eines Instron Tensile Testers Modell Nr. 1122 uner Verwendung der beim Heißverschweiß- Festigkeitstest beschriebenen Bedingungen bestimmt.
Heißklebe-Verhalten: Der Heißklebe-Test mißt die Kraft, die benötigt wird, um eine Heißverschweißung zu trennen, bevor die Dichtung die Möglichkeit zum Abkühlen hatte. Dieser Test simuliert das Füllen eines Beutels mit Material, gerade nachdem die Dichtung hergestellt wurde. Die Heißklebe-Festigkeit ist typischerweise der begrenzende Faktor bei der Erhöhung von Anlagegeschwindigkeiten eines Beutelherstellungs- und -abfüllbetriebs.
In diesem Test wurden die Folien unter Verwendung eines DTC Hot Tack Testers Modell Nr. 52D untersucht. Die verwendeten Bedingungen waren:
Probenbreite: 24,4 mm
Verschweißzeit: 0,5 Sekunden
Verschweißdruck: 0,27 N/mm/mm
Verzögerungszeit: 0,5 Sekunden
Abziehgeschwindigkeit: 150 mm/sec
Anzahl an Proben/Temperatur: 5
Temperaturinkremente: 5ºC
Temperaturbereich: 70ºC-130ºC
Ein Heißklebe-Versagen der Dichtungen tritt im allgemeinen in drei Stufen auf: keine Dichtung; Dichtungen, die auseinandergezogen werden (Ablösen); und Folienversagen (wo der geschmolzene Film ohne offensichtliche Wirkung auf die Dichtung auseinandergezogen wird). Der Breich des Folienversagens beginnt, wo die Heißklebe-Festigkeit ein maximales Ausmaß erreicht. In jedem Fall tritt ein Folienversagen gerade vor der Dichtung auf. Eine Kraft von 1 N/Zoll (0,4 N/cm) wurde willkürlich ausgewählt, um die Dichtungsanfangstemperatur zu bestimmen.
Verhalten von wassergefüllten Beuteln: Beutel wurden unter Verwendung einer Hayssen Ultima VFFS-Einheit hergestellt und enthielten 2 I Wasser. Die folgenden Bedingungen wurden an der Hayssen-Einheit verwendet:
Modell Nr. RCMB@-PRA
M. A. Nr. U 19644
Wassermasse = 2000 Gramm
Beutelgröße: 7 Zoll (17,8 cm) mal 12,5 Zoll (31,8 cm)
Filmbreite = 15,25 Zoll (38,7 cm)
Erfassungswalzen: auf von 5º bis 135º
Zuggurte: auf von 10º bis 140º
Messer: auf von 146º bis 265º
Backenverschluß: von 136º bis 275º
Platte: auf von 136º bis 265º
Stager: off
Auxiliary: auf von 137º bis 355º
Quali-Dichtung: auf von 140º bis 265º
Start-Delay: 50 ms
Beutelauswurf: an
Luftendverschluß: 200 ms
leere Beutel/Minute: 60
gefüllte Beutel/Minute: 15
Schweißstabdruck: 150 psi (1034 kPa)
Typ der Seitendichtung: Überlappung, und
Nahtverschweißtemperatur: 260ºF (127ºC).
Ein Pro/Fill 3000 Flüssigkeitsfüller war an das VFFS angeschlossen. Die Einstellungen an dem Pro/Fill 3000 waren: P. S. = 35, Volumen = 0903 und C. O. A. = 70;
(i) Endgültige Heißverschweiß-Festigkeit: Wassergefüllte Beutel wurden hergestellt unter Verwendung von Schweißstabtemperaturen, die bei 280ºF (138ºC) anfingen. Fünf Beutel wurden bei dieser Temperatur hergestellt, dann wurde die Schweißstabtemperatur in 5ºF (2,8ºC) Schritten verringert, bis die Beutel kein Wasser mehr hielten. Fünf Beutel wurden bei jeder Temperatur erhalten, das Wasser entleert und der leere Beutel auf Verschweißfestigkeit unter Verwendung eines Instron Tensile Testers Modell N. 1122 unter den bei dem Heißverschweiß-Festigkeitstest beschriebenen Bedingungen untersucht.
Bei der Schweißstabtemperatur, bei der der Beutel kein Wasser mehr hält, wurde angenommen, daß die Kraft des in den Beutel gepumpten Wassers zu groß für die heiße, halbgeschmolzene Dichtung war. Als Folge trennte sich die Dichtung und es schien, daß der Beutel bei dieser Temperatur ein Heißklebe-Versagen zeigte;
(ii) 5 Fuß (1,52 m) Fallversuch: Die Schweißstabtemperatur wurde auf 250ºF (121ºC) eingestellt und 100 Beutel wurden aus jeder Folienstruktur hergestellt. Die Beutel wurden aus einer Höhe von 5 Fuß (1,52 m) fallengelassen, so daß der Beutel auf der Plattendichtung landete.
Die Tabellen 2, 2A und 3-9 fassen physikalische Eigenschaftsdaten für die A/B/A-Folienstrukturen zusammen, die unter Verwendung der in Tabelle 1 beschriebenen Harze hergestellt wurden. In den Tabellen bedeutet "MD" Maschinenrichtung und "CD" bedeutet Quer-/transversale Richtung. Tabelle 2
*NM = nicht gemessen
** lediglich ein Vergleichsbeispiel Tabelle 2A
*NM = nicht gemessen
** Lediglich ein Vergleichsbeispiel
Die Daten in den Tabellen 2 und 2A zeigen, daß sowohl Folien hergestellt unter Verwendung der heterogen verzweigten Ethylen/α-Olefin-Copolymere als auch solche hergestellt unter Verwendung des neuen homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymers eine höhere Durchstoßfestigkeit als die kommerziell erhältlichen SM3-Folie hatten.
Ähnlich zeigen die Daten auch, daß sowohl Folien hergestellt unter Verwendung der heterogen verzweigten Ethylen/α-Olefin-Copolymere als auch solche hergestellt unter Verwendung des neuen, homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymers eine höhere Fallbolzenschlag-Festigkeit hatten als die kommerziell erhältliche SM3-Folie. Darüberhinaus hatten Folien, hergestellt unter Verwendung des homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Interpolymers eine höhere Fallbolzenschlag-Festigkeit als sowohl die SM3- Folie als auch eine Folie, hergestellt unter Verwendung der heterogen verzweigten Ethylen/α-Olefin-Copolymere.
Die Elmendorf-Zugfestigkeit war ebenfalls höher für Folien hergestellt aus sowohl den heterogen verzweigten Ethylen/α-Olefin-Copolymern als auch solchen hergestellt unter Verwendung des neuen homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymers, im Vergleich zur kommerziell erhältlichen SM3-Folie. Tabelle 3
** nur ein Vergleichsbeispiel
Die Daten in Tabelle 3 zeigen, daß alle untersuchten Folien, ausgenommen der unter Verwendung von Harz 4 hergestellten, einen COF (Reibungskoeffizienten) zwischen 0,1 und 0,3 hatten. Tabelle 4 Heißklebe-Festigkeit, N/Zoll (N/cm)
** nur ein Vergleichsbeispiel
NA = nicht anwendbar; NM = nicht gemessen
Die Daten in Tabelle 4 zeigen, daß Folien, hergestellt unter Verwendung des neuen homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Interpolymers eine höhere Heißklebe-Festigkeit hatten als Folien hergestellt aus heterogen verzweigten Ethylen/α-Olefin-Copolymeren und eine höhere Heißklebe-Festigkeit als eine kommerziell erhältliche SM3-Folie.
Fig. 6 ist eine graphische Veranschaulichung der Folienheißklebe-Festigkeit gegen die Temperatur für Harz 7 und Vergleichsharz 1.
Fig. 7 veranschaulicht graphisch die Folienheißklebe-Festigkeit gegen die Temperatur für Harz 6 und Vergleichsharz 2.
Fig. 8 ist eine graphische Veranschaulichung der Folienheißklebe-Festigkeit gegen die Temperatur für Harz 5 und Vergleichsharz 3.
Fig. 9 ist eine graphische Veranschaulichung der Folienheißklebe-Festigkeit gegen die Verschweißzeit für die Harze 5 bis 7 und Vergleichsharze 1 bis 3 und die Vergleichsfolie 8.
Fig. 17 ist eine graphische Veranschaulichung der maximalen Folienheißklebe-Festigkeit gegen die Harzdichte für die Harze 5 bis 7 und die Vergleichsharze 1 bis 3. Tabelle 5 Heißverschweiß-Festigkeit, lbs/Zoll (g/cm)
**nur ein Vergleichsbeispiel
NA = nicht anwendbar;
Die Daten in Tabelle 5 zeigen, daß Folien, hergestellt unter Verwendung des neuen homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymers eine höhere Heißverschweiß-Festigkeit hatten als Folien, hergestellt aus heterogen verzweigten Ethylen/α-Olefin-Copolymeren und geringere Heißverschweiß-Anfangstemperaturen als sowohl die kommerziell erhältliche SM3-Folie als auch eine Folie, hergestellt unter Verwendung von heterogen verzweigten Ethylen/α-Olefin-Copolymeren.
Fig. 10 ist eine graphische Veranschaulichung der Folienheißverschweiß- Festigkeit gegen die Temperatur für Harz 7 und Vergleichsharz 1.
Fig. 11 ist eine graphische Veranschaulichung der Folienheißverschweiß- Festigkeit gegen die Temperatur für Harz 6 und Vergleichsharz 2.
Fig. 12 ist eine graphische Veranschaulichung der Folienheißverschweiß- Festigkeit gegen die Temperatur für Harz 5 und Vergleichsharz 3.
Fig. 13 ist eine graphische Veranschaulichung der Folienheißverschwei- Festigkeit gegen die Verschweißzeit für die Harze 5 bis 7 und die Vergleichsharze 1 bis 3 und die Vergleichsfolie 8. Tabelle 6 Heißklebe*-Festigkeit, N/Zoll (N/cm) gegen die Verschweißzeit, s
*Schweißstabtemperaturen bei 105ºC
** nur ein Vergleichsbeispiel
Die Daten in Tabelle 6 zeigen, daß Folien, hergestellt unter Verwendung des neuen homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Interpolymers eine höhere Heißklebe-Festigkeit bei geringen Heißklebe- Verschweißzeiten hatten als Folien hergestellt aus heterogen verzweigten Ethylen/α-Olefin-Copolymeren und als die kommerziell erhältliche SM3-Folie. Tabelle 7 Heißverschweißte*-Festigkeit, lbs/Zoll (g/cm) gegen die Verschweißzeit, s
*Schweißstabtemperaturen bei 105ºC
** nur ein Vergleichsbeispiel
Die Daten in Tabelle 7 zeigen, daß Folien, hergestellt unter Verwendung des neuen homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Interpolymers eine höhere Heißverschweißfestigkeit bei geringen Heißverschweißzeiten hatten als Folien hergestellt aus heterogen verzweigten Ethylen/α-Olefin-Copolymeren und als die kommerziell erhältliche SM3-Folie.

Tabelle 8

Hayssen Heißverschweiß-Festigkeit von mit 2 l Wasser gefüllten Beuteln, lbf/Zoll (N/m)

*nur ein Vergleichsbeispiel
Die Daten in Tabelle 8 zeigen, daß Folien hergestellt unter Verwendung des neuen homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Interpolymers breitere Schweißbereiche und höhere Hayssen- Heißverschweiß-Festigkeiten aufwiesen als eine Folie, hergestellt aus heterogen verzweigten Ethylen/α-Olefin-Copolymeren mit ähnlichen Dichten.
Fig. 14 ist eine graphische Veranschaulichung der vertikalen Form-Füll- Verschließ-Folienheißverschweiß-Festigkeit gegen die Temperatur für Harz 7 und Vergleichsharz 1.
Fig. 15 ist eine graphische Veranschaulichung der vertikalen Form-Füll- Verschließ-Folienheißverschweiß-Festigkeit gegen die Temperatur für Harz 6 und Vergleichsharz 2.
Fig. 16 ist eine graphische Veranschaulichung der vertikalen Form-Füll- Verschließ-Folienheißverschweiß-Festigkeit gegen die Temperatur für Harz 5 und Vergleichsharz 3.
Tabelle 9 faßt die Daten für den 5 Fuß-Fallversuch zusammen Tabelle 9 Fünf Fuß-Fallversuch
* nur ein Vergleichsbeispiel
Auch wenn Harz 7 und Vergleichsharz 1 eine ähnliche Dichte aufweisen, wiesen Beutel, hergestellt aus Harz 7 ein viel geringeres prozentuales Versagen auf als Beutel, hergestellt aus Vergleichsharz 1.
In ähnlicher Weise hatten Harz 6 und Vergleichsharz 2 eine ähnliche Dichte, aber Beutel, hergestellt aus Harz 6 wiesen ein geringers prozentuales Versagen auf als Beutel, hergestellt aus Vergleichsharz 2. Beutel, hergestellt unter Verwendung von Harz 5 hatten ebenfalls ein geringeres prozentuelles Versagen als Beutel, hergestellt unter Verwendung von Vergleichsharz 3, auch wenn diese Harze eine ähnliche Dichte aufweisen.

Claims

1, Beutel, hergestellt aus einer Folienstruktur in Röhrenform mit transveral heißverschweißten Enden, wobei die Folienstruktur mindestens eine Folienschicht aufweist, umfassend:

(I) von 10 bis 100 Gewichtsprozent mindestens eines homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymers, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß es:

(a) ein Schmelzfluß-Verhältnis, I&sub1;&sub0;/I&sub2;, ≥ 5,63 und

(b) eine Molekulargewichtsverteilung, Mw/Mn, definiert durch die Gleichung: Mw/Mn ≤ (I&sub1;&sub0;/I&sub2;)-4,63 aufweist; und

(II) von 0 bis 90 Gewichtsprozent mindestens eines Polymers ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem heterogen verzweigten, linearen Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer, einem Hochdruckpolyethylen geringer Dichte und einem Ethylen-Vinylacetat- Copolymer.

2. Beutel nach Anspruch 1, worin die Folienschicht umfassend (I) und (II) eine Dichtungsschicht ist.

3. Beutel nach Anspruch 2, worin die Folienstruktur eine äußere Schicht aufweist, umfassend mindestens ein Polymer, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem heterogen verzweigten, linearen Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer, einem Hochdruckpolyethylen geringer Dichte und einem Ethylen-Vinylacetat-Copolymer.

4. Beutel nach Anspruch 3, worin die Folienstruktur eine Kernschicht aufweist, umfassend ein Hochdruckpolyethylen geringer Dichte.

5. Beutel nach Anspruch 1, worin das homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylen/α-Olefin-Interpolymer ein Copolymer von Ethylen und einem C&sub3;-C&sub2;&sub0;-α-Olefin ist.

6. Beutel nach Anspruch 1, worin das homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylen/α-Olefin-Interpolymer ein Copolymer von Ethylen und 1-Octen ist.

7. Beutel nach Anspruch 1, worin das homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylen/α-Olefin-Interpolymer ein Terpolymer von Ethylen und mindestens einem C&sub3;-C&sub2;&sub0;-α-Olefin ist.

8. Beutel nach Anspruch 1, worin die Molekulargewichtsverteilung, Mw/Mn, des homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymers von (I) von 1,5 bis 2,5 beträgt.

9. Beutel nach Anspruch 1, worin das Schmelzfluß-Verhältnis, I&sub1;&sub0;/I&sub2;, des homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Interpolymers von (I) mindestens 7 beträgt.

10. Beutel nach Anspruch 1, worin das homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylen/α-Olefin-Interpolymer von (I) einen Schmelzindex, I&sub2;, von 0,01 Gramm/10 Minuten bis 10 Gramm/10 Minuten und eine Dichte von 0,85 Gramm/cm³ bis 0,94 Gramm/cm³, eine Molekulargewichtsverteilung, Mw/Mn, von 1,5 bis 2,5 und ein Schmelzflußverhältnis, I&sub1;&sub0;/I&sub2;, von mindestens 7 aufweist.

11. Beutel nach Anspruch 1, worin das heterogen verzweigte, lineare Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer von (II) eine Dichte von 0,87 g/cm³ bis 0,915 g/cm³ und einen Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 Minuten aufweist.

12. Beutel nach Anspruch 1, worin das Hochdruckpolyethylen geringer Dichte von (II) eine Dichte von 0,916 bis 0,93 g/cm³ und einen Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 Minuten aufweist.

13. Beutel nach Anspruch 1, worin das Ethylen-Vinylacetat-Copolymer von (II) ein Gewichtsverhältnis von Ethylen zu Vinylacetat von 2,2:1 bis 24:1 und einen Schmelzindex von 0,2 bis 10 g/10 Minuten aufweist.

14. Beutel nach Anspruch 1, worin der Beutel einen Inhalt von 5 ml bis 5000 ml aufweist.

15. Beutel nach Anspruch 1, worin der Beutel ein fließfähiges Material enthält.

16. Beutel nach Anspruch 15, worin das fließfähige Material Milch ist.

17. Beutel nach Anspruch 1, worin das homogen verzweigte, im wesentlichen lineare Ethylen/α-Olefin-Interpolymer weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß es:

(c) eine kritische Scherrate bei Beginn des Oberflächenschmelzbruches von mindestens 50 Prozent größer als die kritische Scherrate bei Beginn des Oberflächenschmelzbruches eines linearen Ethylen/α-Olefin-Interpolymers mit etwa dem gleichen I&sub2; und Mw/Mn aufweist.

18. In einem Verfahren zur Herstellung eines ein fließfähiges Material enthaltenden Beutels, worin der Beutel aus einer Folienstruktur unter Verwendung einer Form-Füll-Verschließ-Technik hergestellt wird, die Verbesserung umfassend die Verwendung einer Folienstruktur mit mindestens einer Folienschicht umfassend:

(a) von 10 bis 100 Gewichtsprozent mindestens eines homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α- Olefin-Interpolymers und

(b) von 0 bis 90 Gewichtsprozent mindestens eines Polymers, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem heterogen verzweigten, linearen Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer, einem Hochdruckpolyethylen geringer Dichte und einem Ethylen/Vinylacetat-Copolymer.

19. In einem Verfahren zur Herstellung eines ein fließfähiges Material enthaltenden Beutels, worin der Beutel aus einer Folienstruktur unter Verwendung einer Form-Füll-Verschließ-Technik hergestellt wird, die Verbesserung umfassend die Verwendung einer Folienstruktur mit mindestens einer Folienschicht umfassend:

(I) (a) von 10 bis 100 Gewichtsprozent mindestens eines homogen verzweigten, im wesentlichen linearen Ethylen/α-Olefin- Interpolymers und

(b) von 0 bis 90 Gewichtsprozent mindestens eines Polymers, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem heterogen verzweigten, linearen Ethylen/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer, einem Hochdruckpolyethylen geringer Dichte und einem Ethylen- Vinylacetat-Copolymer;

und mindestens einer Schicht umfassend:

(II) ein heterogen verzweigtes, lineares Ethylen geringer Dichte/C&sub3;-C&sub1;&sub8;-α-Olefin-Copolymer mit einer Dichte größer als 0,87 g/cm³ und einem Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 Minuten.

20. Verfahren nach Anspruch 19, worin die Folienstruktur mindestens eine weitere Schicht enthält, umfassend:

(III) ein Hochdruckpolyethylen geringer Dichte mit einer Dichte von 0,916 bis 0,93 g/cm³ und einem Schmelzindex von 0,1 bis 10 g/10 Minuten.