DE69722560T2

DE69722560T2 - Mehrschichtmaterial.

Info

Publication number: DE69722560T2
Application number: DE1997622560
Authority: DE
Inventors: Hannu Karhuketo
Original assignee: UPM Kymmene Oy
Current assignee: UPM Kymmene Oy
Priority date: 1996-04-04
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: FI99268B; DE69722560D1; US6080478A; WO1997037848A1; FI99268C; JPH11506990A; EP0842048B1; EP0842048A1; FI961543A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schichtmaterial gemäß dem Oberbegriff von beigefügtem Anspruch 1.
Es ist bekannt, Verpackungslaminate durch Kombinieren einer auf Cellulose basierenden, sich natürlich zersetzenden Grundschicht mit Schichten aus biologisch zersetzbarem Kunststoff herzustellen, die die Dichtheit der Grundschicht verbessern. Auf diese Weise kann eine vollständige Kompostierbarkeit des Materials bei der Abfallversorgung des Verpackungsmaterials erreicht werden.
Aus der Veröffentlichung der europäischen Patentanmeldung 534471 ist beispielsweise ein biologisch abbaubares Laminat, das als Verpackungsmaterial verwendet wird, bekannt. Dieses Laminat besteht aus einem Copolymer auf Polyhydroxybutyrat-Basis, genauer gesagt Hydroxybutyrin-Hydroxyvaleriancopolyester (HB/HV), das zusammen mit einem Polyethylenfilm auf einer Schicht auf Cellulosebasis coextrudiert ist. Der Polyethylenfilm wird als Hilfsfilm für den Coextrusionsvorgang verwendet und wird nach dem Verfahren von dem Laminat gezogen, wodurch der Hydroxybutyrin-Hydroxyvalerianfilm an der Schicht haftend verbleibt.
Das fragliche biologisch abbaubare Polymer weist gute Barriereeigenschaften (Barriereschichteigenschaften) an sich auf und ist daher ein beliebtes Laminiermittel und kann verwendet werden, um die Dichtheit von Grundmaterialien auf Cellulosebasis merklich zu erhöhen.
Zusätzlich führt die Veröffentlichung der europäischen Patentanmeldung 603876 die Verwendung von Hydroxybutyrin/Hydroxyvaleriancopolymerschichten als Wasserdamfbarriere auf beiden Seiten einer Sauerstoffbarriereschicht aus Polyvinylalkohol ein. Die Schichten sind entweder auf einer Seite oder auf beiden mit einer Schicht eines Derivats aus Cellulose oder Papier laminiert.
Die fragliche Mehrschichtstruktur sieht keine zufriedenstellenden Eigenschaften vor. Polyvinylalkohol neigt dazu, sich in Wasser zu lösen, was es erschwert, dass er unter Bedingungen mit beträchtlicher Feuchtigkeit verwendet wird. Ferner ist die Coextrusion dieser Materialien in der Praxis schwierig. Schließlich ist Polyvinylalkohol ferner schlecht kompostierbar, mit anderen Worten nicht im strikten Sinn des Worts biologisch abbaubar.
JP-A-6064111 beschreibt ein Papierlaminat, das mindestens eine Schicht aus einem biologisch abbaubaren Kunststoff umfasst, wie 3-Hydroxybutyrinsäure-3-Hydroxyvaleriansäurecopolymer und Polylactidsäure. Die biologisch abbaubaren Schichten werden als äußere Schichten des Laminats verwendet.
Der Zweck dieser Erfindung ist es, ein Schichtmaterial vorzusehen, das Verbesserungen bezüglich der vorher erwähnten Eigenschaften aufweist und das als luftdichtes und biologisch abbaubares Verpackungsmaterial verwendet werden kann. Um diesen Zweck zu erreichen, ist das Schichtmaterial primär durch das gekennzeichnet, was im charakterisierenden Teil des beigefügten Anspruchs 1 vorgestellt wird.
Die Erfindung kombiniert die herausragenden Eigenschaften von Polyhydroxyalcanoat und Polylactid.
Durch die Verwendung von zwei getrennten Polyhydroxyalcanoatschichten, wie auf Polyhydroxybutyrinbasierenden Schichten, insbesondere Hydroxybutyrin-Hydroxyvaleriancopolymerschichten, können gute Barriereeigenschaften mit Schichten, die sehr dünn sind, erreicht werden, selbst wenn sie nur einige Mikrometer dick sind, wenn sie mit Polylactinsäure, d. h. Polylactid (PLA) kombiniert werden, das die Verarbeitbarkeit des Materials verbessert. Polylactid weist gute Hafteigenschaften auf und klebt nicht an der Oberfläche der Abstreifwalze bei der Coextrusion, was auch bedeutet, dass die Coextrusionsmöglichkeiten der Hydroxybutyrin/Hydroxyvaleriancopolymere verbessert sind, unter anderem ist die Kantenverwebung verringert und die Kornbildung kann vermieden werden.
Die Verwendung von zwei getrennten Polyhydroxyalcanoatschichten stellt sicher, dass die mikroskopischen Stiftlöcher, die sich an den Schichten entwickeln können, nicht am gleichen Punkt gebildet werden, was die Barriereeigenschaften verbessert.
Aufgrund der beschriebenen Kunststoffschichtstruktur werden die Gas- und Fettdichtigkeit verbessert, und ein besserer Widerstand im Hinblick auf das Verhalten und das Kräuseln kann erreicht werden.
Die Erfindung wird genauer im Folgenden unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine schematische Darstellung des Schichtmaterials gemäß der Erfindung zeigt; und
2 das Verfahren zum Herstellen des Materials zeigt.
1 umfasst eine sich natürlich zersetzende Grundschicht 1 auf Cellulosebasis, die dem Produkt seine Festigkeit verleiht, wobei ihr Grundgewicht innerhalb der bekannten Werte für Papier und Karton variieren kann. Auf die Oberseite der Grundschicht 1 sind durch Coextrusion die folgenden Schichten ausgehend von der Grundschicht 1 laminiert: eine Polylactidschicht 1 (PLA), die die anderen Kunststoffschichten an der Grundschicht durch Haftung befestigt, eine Hydroxybutyrin/Hydroxyvaleriancopolymerschicht 3 (HB/HV), eine Polylactidschicht 4, eine Hydroxybutyrin/Hydroxyvaleriancopolymerschicht 5 und eine Polylactidschicht 6, die die äußere Schicht bildet. Wie es aus dem Beschriebenen deutlich ist, sind alle Kunststoffschichten biologisch abbaubar, was in diesem Fall angibt, dass ihre Polymerstrukturen natürlich sind, so dass sich die Polymerketten unter Kompostierbedingungen zersetzen. Das Schichtmaterial kann als Verpackungsmaterial für die Zwecke verwendet werden, in denen das Entweichen von Wasserdampf, Sauerstoff oder Aroma verhindert werden soll, insbesondere für die Verpackung von Lebensmitteln, Kosmetika und Industriechemikalien.
Die Polylactidschicht 4 in der Mitte lässt auch die HB/HV-Schichten 3 und 5, die als Barriereschichten wirken, aneinander haften.
Die HB/HV-Schichten 3 und 5 können sehr dünn gestaltet werden, und ihre Barriereeigenschaften als getrennte Schichten sind besser als diejenigen einer einzigen gleichmäßigen Schicht mit der gleichen Gesamtdicke.
Aufgrund der erwähnten Eigenschaften können die HB/HV-Qualitätseigenschaften freier gewählt werden.
Die Wärmesiegeleigenschaften der äußersten PLA-Schicht können beim Ausbilden von Lebensmittelverpackungsbehältern oder beim Anbringen von zusätzlichen Schichten an dem Material verwendet werden. Eine weitere gute Eigenschaft des Polylactids ist die Tatsache, dass es kostengünstig ist.
Durch Verwenden von Polylactid (PLA) und HB/HV-Copolymer zusammen als getrennte Schichten (3 Schichten PLA und 2 Schichten HB/HV), können die guten Haft- und Oberflächeneigenschaften der ersten Schichten und die guten Barriereeigenschaften der letzteren Schichten effizient verwendet werden. Die Kunststoffschichten sind gewöhnlich in Kontakt mit dem verpackten Produkt. Es ist auch möglich, zusätzlich die gleichen Schichten dem Schichtmaterial in 1 zuzufügen, so dass sie aufeinander in der beschriebenen Reihenfolge folgen. Auf der einen Seite kann die äußerste PLA-Schicht 6 entfallen, in welchem Fall die Schicht 5 die äußere Schicht bildet. Dies ist geeignet für Flüssigkeitsverpackungsbehälter aufgrund der guten Wasserwiderstandsfähigkeit von HB/HV oder einem Äquivalent. Wenn die äußere Schicht PLA ist, ist dies geeignet für das Verpacken von fettigen Lebensmitteln.
In den Schichten 3 und 5 kann außer Polyhydroxyalcanoat auch vorzugsweise Polyhydroxybutyrat (PHB) oder sein Copolymer mit einem anderen Hydroxyalcanoat, wie dem vorher beschriebenen HB/HV verwendet werden.
Das Hydroxybutyrin/Hydroxyvaleriancopolymer kann beispielsweise eines mit 92% von Hydroxybutyrineinheiten und 8% von Hydroxyvarerianeinheiten sein, das unter dem Handelsnamen "BIOPOL" durch Zeneca Ltd. verkauft wird. Die Anzahl der Hydroxyvalerianeinheiten in dem Copolymer können variieren und können innerhalb beispielsweise des Bereichs von 1 bis 20% liegen.
Im Prinzip wäre es möglich, die Schichten 3 und 5 mit nur einer Polyhydroxyalcanoatschicht, die erwähnt wurde, zu ersetzen, wobei in diesem Fall die Struktur in 1 eine Dreischichtstruktur wäre.
Die Grundschicht 1 kann Papier sein, das für Lebensmittelverpackungsbehälter verwendet wird, Karton oder vorzugsweise fettdichtes Papier, das gute Fett- und Aromadichtigkeit hat, beispielsweise 100–600 s als Linden-Dichtheit. Das Basisgewicht der Grundschicht kann beträchtlich variieren, beispielsweise im Bereich von 30 bis 500 g/m².
2 zeigt das Prinzip zum Herstellen des Schichtmaterials. Der Coextruder 7 umfasst einen Zuführblock 8, in den die erwähnten zwei biologisch abbaubaren Polymermaterialien eingebracht werden (markiert mit den Buchstaben HB/HV und PLA). Der Zuführblock ordnet die Materialien in fünf Schichten aufeinanderliegend an, wonach sie die Formdüse 9 in einen Film mit der vollen Breite verteilt, der in den Spalt zwischen die Presswalze 10 und die Steuerwalze 11 geführt wird, wobei in dem Spalt das Material, das die Grundschicht 1 bildet, von seiner eigenen Walze aus gebracht wird. Das fertige Schichtmaterial wird entlang der Oberfläche der Steuerwalze 11 zur weiteren Bearbeitung geführt. In der Zeichnung ist die Möglichkeit, eine zusätzliche Schicht auf der Oberseite der Kunststoffschicht, die sich aus Schichten 2 bis 6 zusammensetzt, zuzufügen, mit einer gepunkteten Linie markiert, wobei die zusätzliche Schicht vorzugsweise ebenfalls ein sich natürlich zersetzendes Material auf Cellulosebasis ist. In diesem Fall könnte ein dünneres Papier auf einer Seite der Kunststoffschichten und ein dickerer Verpackungskarton auf der anderen Seite vorhanden sein.

Claims

Schichtmaterial, das eine auf Cellulose basierende und sich natürlich zersetzende Grundschicht (1) und, auf der Oberseite dieser Grundschicht, Schichten (3, 5) aus Polyhydroxyalcanoat umfasst, wie Hydroxybutyrin/ Hydroxyvaleriancopolymer (HB/HV), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den erwähnten Schichten (3, 5) und zwischen diesen Schichten und der Grundschicht (1) eine Schicht (4, 2) aus biologisch abbaubarem Polylactid (PLA) vorgesehen ist.
Schichtmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberseite der äußersten Polyhydroxyalcanoatschicht, wie der Hydroxybutyrin/ Hydroxyvalerianschicht (5) auch eine Schicht (6) aus biologisch abbaubarem Polylactid als äußerste Schicht der Kunststoffschichten vorgesehen ist.
Schichtmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoffschichten (2–6) auf der Oberseite der Grundschicht (1) durch Coextrusion gebildet sind.