DE1924560A1 - Duennwandiger,durch Thermoverformung aus thermoplastischer Kunststoff-Folie hergestellter Formling und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Description

• Dünnwandiger, durch Thermoverformung aus thermoplastischer Kunststoff-Folie hergestellter Formung und Verfahren zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf einen dünnwandigen, durch Thermoverformung aus thermoplastischer Kunststoff-Folie hergestellten Formung, beispielsweise Trinkbecher, Verpackungsbehälter oder dergl., mit elektrostatische Aufladung verhindernden Oberfläoheneigensohaften sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derartiger Formlinge.
• Bei dünnwandingen Kunststoffartikeln wie Trinkbechern, Verpakkungsbehältern und dergl., dGe zum Lagern und Transport ineinander gestapelt werden, macht sich die elektrostatische Aufladung der Wandungsoberfläche dadurch nachteilig bemerkbar, dass das Gewicht des Artikels vielfach nicht ausreicht, um die zwischen schen den ineinander gestapelten Formlingen herrschenden elektrostatischen Änziehungskräfte zu überwinden. Dadurch wird das Vereinzeln erschwert und mitunter sogar überhaupt in Frage gestellt. Darüber hinaus werden durch die elektrostatischen Anziehungskräfte der geladenen Wandungsoberflächen Staubteilchen angezogen, so dass die Kunststoffgegenstände in erhöhtem SiB zum Verschmutzen neigen.
• Man hat bereits versucht, diesen Übelstand dadurch zu überwinden, dass die Formlinge mit einer Lösung oder Dispersion von statische Aufladung verhindernden chemischen Mitteln besprüht werden. Abgesehen davon, dass es nicht erwünscht ist, chemische Mittel auf mit Nahrungsmitteln in Berührung kommende Wandoberflächen zu sprühen, bewirkt das Aufsprühen solcher chemischen Mittel nur einen bedingten Schutz gegen elektrostatische Aufladung und verursacht ausserdem zusätzliche Arbeitsgänge.
• Demgogerlüber sollen durch die Erfindung sichere, für lange Zeit unverändert haltbare und den Verwendungszweck der Kunst stoffartikel nicht beeinträchtigende Einrichtungen zur Vermeidung der elektrostatischen Aufladung geschaffen werden. Diese Einrichtungen sollen möglichst einfach anzubringen sein und den Herstellungspreis der Kunststoffartikel möglichst nicht beeinflussen.
• Die gestellte A+nfgabe wird gerSs der Erfindung bei dünnwandigen, durch Thermoverformung aus thermoplastischer Kunststoff- Folie hergestellten Formlingen dadurch gelöst, dass die Formlingswandung aus Verbundmaterial gebildet ist, bei welchem auf einer in ihrer Materialzusammensetzung auf die Thermoverformung und die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Formlings abgestimmten Trägerschicht zumindest einseitig eine wesentlich dünnere, Mittel zum Verhindern der elektrostatischen Aufladung enthaltende, folienartig geschlossene Oberflächenschicht fest angebracht ist.
• Die Oberflächenschicht kann in ihrer Materialzusnmmensetzung auch auf weitere gewünschte Oberflächeneigenschaften des Formlings, wie Glanz, Oberflächenhärte und dergl., abgestimmt sein.
• Zur Herstellung der dünnwandigen Formlinge gemäss der Erfindung eignet sich ein neuartiges Verfahren, bei welchem als Ausgangsmaterial für die Thermoverformung eine thermoplastische Verbundfolie benutzt wird, bei der auf einer in ihrer Materialzusammensetzung auf die Thermoverformung und die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Formlings abgestimmten Trägerfolie zumindest einseitig eine wesentlich dünnere, Mittel zum Verhindern der elektrostatischen Aufladung enthaltende Oberflächenfolie fest angebracht ist.
• Wie sich überraschend herausgestellt hat, lässt sich eine derartige Verbundfolie praktisch unter den gleichen Bedingungen wie eine einfache Folie in Ihermoverformung in die gewünschten Formlinge verarbeiten. Insbesondere geht bei der Thermoverformung die Oberflächenfolie in eine sehr dünne Oberflächenschicht der Formlingwandung über, wobei diese Oberflächenschicht noch in vollem Umfang die die elektrostatische Aufladung verhindernden Eigenschaften aufweist, wie sie bei der Oberflächenfolie zunächst eingestellt worden sind.
• Besonders vorteilhaft ist es für das Verfahren gemäss der Erfindung, wenn die Dicke der Oberflächenfolie etwa 1 % bis 10 , vorzugsweise etwa 2 % bis 5 % der Dicke der Trägerfolie beträgt.
• Durch diesen sehr grossen Dickenunterschied wird einerseits sichergestellt, dass sich die gesamte Verbundfolie im hermoverformungsverfahren im wesentlichen so verhält, wie es durch die Materialzusammensetzung der Trägerfolie eingestellt ist.
• Des gleichen wird auch das mechanische Verhalten der Formlingwände praktisch durch die aus der Trägerfolie gebildete rägerschicht der Wandung bestimmt. Andererseits wird hierdurch er reicht, dass auch die Oberflächenfolie durch ihre feste Verbindung mit der Trägerfolie einem gleichmässigen Verformungsvorgang unterzogen wird, selbst wenn sich die Verformungseigenschaften der Oberflächenfolie verhältnismässig stark von denwenigen der Trägerfolie unterscheiden. Durch die geringe relative Dicke der Oberflächenfolie kann also der durch das Material gegebene Unterschied in den Verformungseigenschaften swischen der Trägerfolie und der Oberflächenfolie verhältnismässig gross sein. Die Oberflächenfolie kann deshalb in erster Linie hinsichtlich ihres Verhaltens gegenüber elektrostatischer Aufladung und anderer gewünschter Oberflächeneigenschaften wie Glanz, Oberflächenhärte und dergl. eingestellt werden.
• Als eine besonders vorteilhafte Kombination hat es sich herausgestellt, wenn dieTrägerfolie aus schlagfestem oder hochschlagfestem Polystyrol und die Oberflächenfolie aus Standard-Polystyrol mit einpolymerisierten Mitteln zum Verhindern der elektrostatischen Aufladung besteht.
• Die Verbundfolie kann an einer Oberfläche mit Oberflächenfolie belegt sein. Je nach Orientierung, wie dann diese Folie in die Verformungsvorrichtung eingeführt wird, kann die Oberflächenfolie an der Aussenseite oder der Innenseite des hersustellenden Formlings angeordnet sein, wie dies für den jeweiligen Anwendungsfall am zweckmässigsten erscheint. Es ist aber auchmöglich, die Trägerfolie an beiden Seiten mit je einer OberflächenT folie gleicher oder verschiedener Art zu belegen Die als Ausgangsmaterial für den Thermoverformungsvorgang vorgesehene Verbundfolie kann im Rahmen der Erfindung besonders einfach und leicht hergestellt werden. Eine Möglichkeit hierzu besteht beispielsweise darin, dass die Trägerfolie und die Oberflächenfolie unabha'ngig voneinander durch Extrudieren aus Breitschlitzdüsen hergestellt und in noch vom Extrudieren her heissem Zustand durch Zusammenpressen, vorzugsweise Zusammenkalandrieren zu einer Verbundfolie vereinigt werden. Eine andere Möglichkeit zur Herstellung der als Ausgangsmaterial für die Thermoverformung benutzten Verbundfolie besteht darin, dass die Trägerfolie und die Oberflächenfolie gemeinsam durch Extrudieren aus einer Mehrschichtfolien-Breitschlitzdüse als fertige Verbundfolie hergestellt werden.
• Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es eigen: Fig. 1 einen becherförmigen Kunststoff-Formling in vertikalem Schnitt es und einen durch einen Kreis angedeuteten stark vergrösserten Ausschnitt A; Fig. 2 einen Schnitt durch eine als Ausgangsmaterial für das Verfahren gemäß der Erfindung benutzte Kunststoff-Folie; Fig. 3 eine schematische Wiedergabe einer Herstellungsweise für eine Folie nach Fig. 2; Fig. 4 die schematische Wiedergabe einer zweiten Herstellungsweise für eine Folie nach Fig. 2 und Fig. 5 eine Teildarstellung entsprechend Fig. 3 oder 4 zu einer weiteren Herstellungsweise für eine Folie gemäss Fig. 2.
• Bei dem in Fig. 1 gezeigten dünnwandigen Kunststoffbecher ist es beabsichtigt, die beim Vereinzeln solcher Becher in Ausgabe automaten ströende elektrostatische Aufladung der Becherwand zu verhindern. Zu diesem Zweck ist die Becherwand 1 aus einer Verbundfolie geformt, die im dargestellten Beispiel eine Trägerschicht 2 und eine im dargestellten Beispiel an der Aussen-seite des Bechers angeordnete Oberflächenschicht 5 ufweist. Die Trä= gerschicht 2 ra durch ein hoch schlagfestes Polystyrol gebildet, d.h. ein Polystyrol hoher Kerbschlagzähigkeit (4-15 cmkp/cm2) und hoher Bruchdehnung (10-50%) sowie einem E-Modul von 18-26000 9 Wobei dieses schlagfeste Polystyrol einen Anteil an natürlichem oder künstlichem Kautschuk enthält. Falls es der Verwendungszweck des herzustellenden Kunststoffartikels für zweckmässig oder notwendig erscheinen lässt, kann die Trägerschicht 2 auch aus Styrol-Acrylnitril-Michpolymerisaten oder aus ABS-Polymerisaten bestehen (vergl. Hermann Römpp tChemie-Lexikon', 1966, Spalten 5067 bis 5069).
• Die Oberflächenschicht 3 besteht im dargestellten Beispiel aus einem transparenten Standard-Polystyrol, in das Mittel zum Verhindern der elektrostatischen Aufladung einpolymerisiert sind.
• Wenn erwünscht, kann das Standard-Polystyrol auch beliebig eingefärbt sein. Die Oberflächenschicht 3 ist im Vergleich zur Trägerschicht 2 sehr dünn. Die Dicke der Oberflächenschicht 3 beträgt im dargestellten Beispiel etwa 2 bis 3 ffi der Gesamtdicke der Wand 1. Trotzdem ist die Oberflächenschicht eine geschlossene dünne Haut, die überall fest mit der Trägerschicht 2 verbunden, beispielsweise auf die Trägerschicht 2 kaschiert ist.
• Durch die Eigenschaften des Standard-Polystyrols werden über die Vermeidung der elektrostatischen Aufladung an der Aus sein fläche des Bechers hinaus noch besondere Vorteile erreicht. Die Oberflächenschicht 3 verleiht der Aussenfläche des Bechers einen erhöhten Glanz und eine erhöhte Oberflächenhärte. Dadurch erhält der Becher ein wesentlich besseres Aussehen und beim Bedrucken seiner Aussenfläche eine wesentlich brillantere Erscheinung des Aufdruckes. Der Oberflächenglanz und die Brillans eines Aufdruckes werden auch beim Stapeln, das heisst beim Lagern und Transport der Becher sowie beim Gebrauch der Becher nicht beeinträchtigt.
• Wenn erwünscht, kann die Oberflächenschicht 5 auch in das Becherinnere verlegt werden, oder es kann eine zusätzliche Oberflächenschicht im Becherinneren vorgesehen werden.
• Fig. 2 zeigt eine Folie, wie sie als Ausgangsmaterial für ein Uhermoverformungsverfahren zur Herstellung von dünnwandigen Xunstsoffartikeln, beispielsweise Bechern nach Fig. 1, zu benutzen ist. Die Folie besteht aus einer Trägerfolie 12 und einer Oberflächenfolie 13. Gegebenenfalls kann auch eine zweite Oberflächenfolie 13' vorgesehen sein. Die Oberflächenfolie 13 bzw. die Oberflächenfolien 13 und 13' sind flächenmässig fest mit der Trägerfolie 2 verbunden, beispielsweise durch Kaschieren.
• Die Gesamtdicke der in Fig. 2 dargestellten Folie soll beispielsweise 1000 /u betragen. Die Dicke der Oberflächenfolie 13 bzw. der Oberflächenfolien 13 und 13' beträgt im dargestellten Beispiel etwa 25 /u. Die Trägerfolie 12 besteht im dargestellten Beispiel aus einem schlagfesten Polystyrol mit einer Kerbschlagzähigkeit von etwa 10 cmkp/cm2, einer Bruchdehnung von etwa 30 ffi und einem E-Modul von etwa 20.000 kp/cm2. Zu diesem Zweck ist das Polystyrol mit einem Butadienanteil versetzt.
• Die Oberflächenfolie 13 bzw. die Oberflächenfolien 13 und 13j bestehen aus Standard-Polystyrol mit einer Kerbschlagzähigkeit von etwa 2-3 cmkp/cm2 und einem E-Modul von etwa 30.000 kp/cm2.
• In das Standard-Polystyrol sind chemische Mittel zur Verhinderung der elektrostatischen Oberflächenaufladung einpolymerisiert. Im übrigen ist das Standard-Polystyrol im dargestellten Beispiel transparent und ungefärbt.
• Wie es sich überraschend herausgestellt hat, wird die Oberflächenfolie 13 bzw. werden die Oberflächenfolien 13 und 13' bei der Thermoverformung aufgrund ihrer festen Verbindung mit der Trägerfolie 12 in sich geschlossen zu einer sehr dünnen Oberflächenhaut ausgezogen, die ihre feste Verbindung mit der Trägerfolie 12 beibehält. Diese sehr dünne Oberflächenhaut hat aber nach wie vor die vollen Eigenschaften der ursprünglichen Oberflächenfolie 13 bzw. 13', das heisst die vollständige Vermeidung der elektrostatischen Aufladung und die vorteilhaften Oberflächeneigenschaften des Standard-Polystyrols.
• Bei der in Fig. 3 angedeuteten Herstellungsweise einer Folie gemäss Fig. 2 wird schlagfestes Polystyrol der oben beschriebenen Art mittels einer Breitschlitzdüse 21 zu einer Trägerfolie 12 extrudiert. Diese Trägerfolie 12 kann zunächst eine Dicke von etwa 1100 bis 1300 /u aufweisen. Gleichzeitig wird mit einpolymerisierten Mitteln zur Vermeidung elektrostatischer Aufladung versehenes Standardpolystyrol aus einer oder zwei zusätzlichen Breitschlitzdüsen 22 und 23 zu verhältnismässig dünnen Folien 13 und 13' extrudiert. In Fig. 3 sind die untere Breitschlitzdüse 23 und die aus ihr austretende Folie 13' deshalb gestrichelt gezeichnet, weil zur Erzeugung einer nur einseitig belegten Folie die untere Breitschlitzdüse 23 entfällt oder nicht betrieben wird. Die Dicke der zusätzlichen Folien 13 und 13' kann im dargestellten Beispiel zwischen 25 und 30 /u betragen. Die noch heissen, aus den Düsen 21, 22, 23 kommenden Folien 12, 13, 13' werden gemeinsam in den Spalt zwischen zwei Kalanderwalzen 14 eingeführt und dort auf eine Gesamtdicke von etwa 1000 /u heruntergewalzt. Die aus dem Spalt der Walzen 14 kommende Verbundfolie 11 wird dann noch durch ein Glättwerk 15 geführt und von dort auf eine Spule 16 gewickelt. Die so aufgespulte Verbundfolie 11 wird dann eventuell nach Vorratsiagerung in einen Thermoverformungsvorgang eingeführt, in welchem die Kunststoffartikel aus der Folie 11 hergestellt werden. Es ist aber auch möglich, anstelle des Aufwikkelns auf eine Spule 16 die Folie 11 direkt in einen Thermoverformungsvorgang einzuführen, und zwar eventuell auch unter Fortfall des Glättwerkes 15.
• Im Beispiel der Fig. 4 wird die Verbundfolie 11 direkt mittels eines an sich bekannten Breitschlitz-Spritzwerkzeuges 30 für Mehrschichtfolien hergestellt. Dieses Werkzeug 30 enthält im dargestellten Beispiel einen mittleren sehr weiten Kanal 31 und einen oder zwei äussere sehr viel engere Kanäle 32 und 33. Die Breitschlitzdüse 30 ist in diesem Beispiel auf die Erzeugung einer Folie mit einer Gesamtdicke von etwa 1000 gu eingetellt0 Dabei sind die Kanäle 31, 32 und 33 so auSeinander abgestit dass die von den äußeren Kanälen 32 und 33 erzeugten Folienschichten jeweils etwa 2 - 3 % der Gesamtdicke der Folie 11 einnehmen. Die mittlere, aus dem Kanal 31 geformte Folienscliicht besteht in diesem Beispiel aus schlagfestem Polystyrol oder Styrol-Acrylnitril-I4ichpolymerisat oder einem Polystyrol mit feinverteiltem Kautschuk in Styrol-Acrylnitril-Phase als Blend-oder Pfropf-Polymerisat (ABS-Polymerisat). Die äusseren Kanäle 32 und 33 des Werkzeugs werden im dargestellten Beispiel mit Standard-Polystyrol mit einpolymerisiertem Mittel gegen elektrostatische Oberflächenaufladung beschickt. Die vom Werkzeug 30 extrudierte Verbundfolie 11 wird im dargestellten Beispiel durch ein Glättwerk 15 geführt und auf eine Vorratsspule 16 gewickelt.
• Das oben anhand des Beispiels von Polystyrol-Verbundfolien erörterte Verfahren lässt sich auch mit Verbundfolien aus anderen thermoplastischen Kunststoffen ausführen So könnte beispielsweise eine aus schlagfestem Polystyrol bestehende Trägerfolie 12 einseitig mit einer dünnen Folie aus anderem thermoplastischen Kunststoff belegt werden, die mit Mitteln zur Verhinderung der elektrostatischen Oberflächenaufladung versetzt ist.
• An der anderen Seite könnte die Trägerfolie aus schlagfestem Polystyrol beispielsweise mit einer dünnen PV0-?olie belegt werden, um diese Oberfläche physiologisch neutral zu machen.
• Auch für die Trägerfolie selbst kommen andere thermoplastische Kunststoffe in Betracht, je nach Art des herzustellenden Kunststoffgegenstandes und den Anforderungen, die an einen solchen Kunststoffgegenstand gestellt werden.
• Im Beispiel der Fig. 5 wird zunächst die Oberflächenfolie 13 und ggf. 13' unabhängig von der Trägerfolie 12 hergestellt. Hierbei kann irgend eines der bekannten Herstellungsverfahren benutzt werden, wie es für dünne Folien geeignet ist, beispielsweise durch Extrudieren und Aufblasen eines Schlauches. Die Oberflächenfolie 13 und ggf. 13' kann dann wenn erwünscht auch noch jeglichen Zwischenbehandlungen, beispielsweise biaxialem Recken unterworfen werden. Die fertige Oberflächenfolie 13 bzw. 13' wird dann auf Vorratsrollen 24 bzw. 25 gewickelt und von diesen Vorratsrollen 24 bzw. 25 in kaltem Zustand in das Herstellungsverfahren der Verbundfolie eingeführt. Hierzu wird die Oberflächenfolie 13 bzw.
• 13' unmittelbar hinter der Breitschlitzdüse 21 auf die aus dieser austretende und noch in heißem Zustand befindliche Tgerfolie 12 geführt. Die von der Trägerfolie 12 aus dem Extrudiervorgang mitgeführte Wärmemenge reicht bei weitem aus, um die Trägerfolie zwischen den Walzen 14 fest mit einer Oberflächenfolie 13 oder den beiden Oberflächenfolien 13 und 13' zu verschweißen. Dabei können bei Benutzung zweier Oberflächenfolien 13 und 13' diese in Art und Vorbehandlungsweise voneinander verschieden sein. Die aus den Spalte der Walzen 14 tretende Verbundfolie 11 kann dann wie in den Beispielen nach Fig. 3 und 4 noch durch ein Glättwerk 15 geführt und auf eine Vorratsrolle 16 gewickelt werden.
• Alle in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung wiedergegebenen Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können für sich allein oder in jeder denkbaren Kombination von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung sein.

Claims (9)

Patentansprüche

1.) Dünnwandiger, durch Thermoverformung aus thermoplastischer Kunststoff-Folie hergestellter Formling, beispielsweise Trinkbecher, Verpackungsbehälter oder dgl mit elektrostatische Aufladung verhindernden Oberflächeneigenschaften, dadurch gekennzeichnet, dass die Formlingwandung (1) aus Verbundmaterial gebildet ist, bei welchem auf einer in ihrer Materialzusammensetzung auf die Thermoverformung und die gewünschen mechanischen Eigenschaften des Formlings abgestimmten Trägerschicht (2) zumindest einseitig eine wesentlich dünnere, Mittel zum Verhindern der elektrostatischen Aufladung enthaltende folienartige, geschlossene Oberflächenschicht (3) fest angebracht ist.

2.) Formling nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenschicht (3) in ihrer Materialzusammensetzung auf weitere gewünschte Oberflächeneigenschaften wie Glanz, Oberflächenhärte u. dgl. abgestimmt ist.

3.) Formling nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Oberflächenschicht (3) etwa 1 ffi bis 10 %, vorzugsweise etwa 2 % bis 5 ffi der Dicke der Trägerschioht (2) beträgt.

4.) Verfahren zum Herstellen von dünnwandigen Formlingen mit elektrostatische Aufladung verhindernden Oberflächeneigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 3 durch Thermoverformung aus thermoplastischer Kunststoff-Folie, dadurch gekennzeichnet, dass als Ausgangsmaterial für die Thermoverformung eine thermoplastische Verbundfolie benutzt wird, bei der auf einer in ihrer Materialziisammensetzung auf die Thermoverformung und die gewünschten mechanischen Eigenschaften des Formlings abgestimmte Trägerfolie zumindest einseitig eine wesentlich dünnere, Mittel zum Verhindern der elektrostatischen Aufladung enthaltende Oberflächenfolie fest aufgebracht ist.

5.) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Oberflächenfolie etwa 1 % bis 10 %, vorzugsweise etwa 2 % bis 5 % der Dicke der Trägerfolie beträgt.

6.) Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie aus schlagfestem oder hoch-schlagfestem Polystyrol und die Oberflächenfolie aus Standard-Polystyrol mit einpolymerisierten Mitteln zum Verhindern der elektrostatischen Aufladung besteht.

7.) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerfolie und die Oberflächenfolie unabhängig voneinander durch Extrudleren aus Brettschlitzdilsen hergestellt und in noch vom Extrudieren her heißem Zustand durch Zusammenpressen vorzugsweise Zusammenkalandrieren zu einer Verbundfolie vereinigt werden.

8.) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenfolie vorher hergestellt und der aus der durch Extrudieren aus einem Breitschlitz diese hergestellten noch in heißem Zustand befindlichen Trägerfolie einseitig oder beidseitig von einer Vorratsrolle bzw. zwei Vorratsrollen zugeführt wird und daß die so zusammengeführten Folien durch Zusammenpressen, vorzugsweise Zusammenwalzen zu einer Verbundfolie vezinigt werden.

9.) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerfolie und die Oberflächenfolie gemeinsam durch Extrudieren aus einer Mehrschichtfolien-Breitscblitzdüse als fertige Verbundfolie hergestellt werden.

L e e r s e i t e