Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Folienreckanlage zur Herstellung siegelfähiger biaxial orientierter polyesterbasierter Folie.

Kunststofffolien haben ein breites Einsatzgebiet, welches sich auch in starkem Maße auf die Verpackung und Haltbarmachung von Lebensmitteln erstreckt. Eine wichtige Eigenschaft der dafür verwendeten Kunststofffolien ist dabei ihre Siegelfähigkeit. Unter Siegelfähigkeit wird die Fähigkeit der Folie verstanden, eine Verpackung während des Herstellungsprozesses auf einfache Weise durch Einbringen von Wärme zu verschließen. Die Siegelfähigkeit einer Folie kann dadurch erreicht werden, dass bereits während des Herstellungsprozesses die zum Verpacken und Verschließen verwendete Folie auf einer oder auf beiden Außenseiten ein siegelfähiges Polymer aufweist. Es ist bekannt, dass die Siegelschichten gemeinsam mit einer Hauptschicht oder Basisschicht koextrudiert werden. Bei Folien auf Polypropylenbasis (BOPP) ist dies für biaxial verstreckte Folien weit verbreitet.

Es ist aber auch alternativ dazu möglich und bekannt, eine siegelfähige Schicht nachträglich auf eine Folie off-line aufzutragen, was beispielsweise mittels einer Extrusionsbeschichtung oder einer Schmelzebeschichtung erfolgt. Dies ist bei biaxial verstreckten Folien auf Polyethylenterephthalat-Basis, d. h. polyesterbasiert, häufig der Fall. Ein derartiges Verfahren ist als Inline-Verfahren bei der Herstellung von biaxial verstreckten Folien zwar bekannt, ist jedoch nicht weit verbreitet.

Bei biaxial orientierten Polypropylenfolien ist es bekannt, eine Folie einseitig oder beidseitig mittels Koextrusion in der Gießwalzeneinheit mit einer entsprechenden Siegelschicht zu versehen. Bei Folien auf Polyethylenterephthalat-Basis (BOPET) liegt die Extrusionstemperatur häufig im Bereich von 270 bis 290° C, liegt also die Extrusionstemperatur höher als bei polypropylenbasierten Folien, für welche die Extrusionstemperatur typischerweise im Bereich von 220 bis 250° C liegt. Die höheren Extrusionstemperaturen bei der BOPET-Herstellung erschwert die Koextrusion von geeigneten Siegelschichten mit niedriger Siegelanspringtemperatur, da für diese in der Regel eine niedrigere Extrusionstemperatur wünschenswert ist. Wichtig beim Beschichten eines Substrates mit einer siegelfähigen Beschichtungsschicht ist, dass diese Schicht während der weiteren Verarbeitung nicht delaminiert. Eine Delamination darf auch nicht bei einer Inline- Beschichtung mit anschließender Verstreckung auftreten, obwohl dort die Grenzfläche zwischen beiden Schichten zusätzlich den Kräften während der Verstreckung ausgesetzt ist.

Wenn eine Siegelschicht auf ein Substrat aufgebracht werden soll, welche für die spätere Verarbeitung einschließlich dem Recken eine gute Haftung aufweisen soll, dann muss die Temperatur, mit welcher diese Siegelschicht aufgebracht wird, relativ hoch gewählt werden, damit eben eine gute Haftung mit dem Substrat erreicht wird. Je höher die Temperatur der Siegelschicht ist, umso besser wird die Haftung sein, umso höher ist auch der Wärmeeintrag in das Substrat, weshalb die Gefahr besteht, dass das Substrat auf eine Temperatur erwärmt wird, welche oberhalb seiner Kristallisationstemperatur liegt. Die Steuerung der Temperatur der einzelnen Schichten ist während des gesamten Herstellungsprozesses bzw. während der gesamten Herstellungsabschnitte vor allen Dingen dann von extremer Bedeutung, wenn die Haftung der Beschichtungsschicht auf dem Substrat nicht über chemische Eigenschaften der einzelnen Schichten erreicht werden soll, sondern vor allen Dingen über physikalische Eigenschaften.

Über unterschiedliche chemische Eigenschaften kann eine sehr gute Haftung erreicht werden, ohne dass die Temperaturverhältnisse so kritisch sind, wie für den Fall, dass man mit Monomaterialien arbeiten möchte. Letzteres ist vor allen Dingen aus ökologischer Sicht von Bedeutung, da eine Wiederaufbereitung einer Folie, welche auch als Monomaterial bezeichnet wird, prinzipiell möglich ist, wohingegen ein Folienverbund aus Folien unterschiedlicher chemischer Eigenschaften für ein späteres Recycling weniger geeignet ist.

Damit bei einem inline-Beschichtungsprozess ein Überschreiten der Kristallisationstemperatur des Substrats ohne Weiteres nicht auftritt bzw. minimiert wird, ist es erforderlich, Kühlwalzen relativ großer Abmessungen im Verfahrensablauf vor allen Dingen an der Stelle vorzusehen, an welcher das Substrat mit einer siegelfähigen Schicht beschichtet wird.

Dagegen dient bei einem offline-Beschichtungsprozess das Kühlen der beschichteten Folie dem Abführen von Wärme aus der Folie, damit diese nach dem Beschichtungsprozess aufgewickelt werden kann. In EP 1 362 075 B1 sind ein Verfahren zur Herstellung von beschichteter Polymerfolie und eine heißsiegelbare Polymerfolie beschrieben. Zwar ist in diesem Stand der Technik beschrieben, dass zwei Schichten zu einem Substrat koextrudiert werden und dass anschließend eine heißsiegelbare Schicht im Sinne einer Beschichtungsschicht auf das Substrat schmelzbeschichtet wird. Dieser Stand der Technik ist aber vor allem darauf gerichtet, durch unterschiedliche chemische Eigenschaften eine gute Haftfähigkeit zwischen der Beschichtungsschicht und dem Substrat zu erzielen. Das Einhalten bestimmter Temperaturverhältnisse zwischen dem Substrat und der Beschichtungsschicht ist nicht beschrieben. Durchgängig ist herausgestellt, dass die Folie gekühlt werden muss, und zwar das beschichtete Substrat, wobei die Kühlung beim Beschichten mit der heißsiegelbaren Beschichtungsschicht ebenfalls erfolgen muss. Bezüglich der Eigenschaften der Beschichtungsschicht und der auf einer Basisschicht vorgesehenen Zwischenschicht beschreibt dieser Stand der Technik, dass die Zwischenschicht bei einer Temperatur erweicht, welche geringer ist als die Schmelztemperatur der Basisschicht. Ein Temperaturmanagement zwischen der Beschichtungsschicht und der Zwischenschicht im Sinne eines Schonens der Basisschicht wird bei diesem Stand der Technik nicht angesprochen. So ist dieser Druckschrift keinerlei Hinweis auf einen Wärmeaustausch bzw. eine Energienutzung zwischen den einzelnen unterschiedlich warmen Schichten unter Beachtung von deren physikalischen Eigenschaften zu entnehmen.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, die Herstellung einer mit einer siegelfähigen Schicht versehenen Folie durch eine Optimierung der Wärmeübertragung zwischen den einzelnen zu verbindenden Schichten der Folie energetisch zu verbessern, sodass die Zufuhr von Energie an die jeweiligen einzelnen Schichten verbessert wird, weiterhin die durch die Beschichtungsschicht in die Folie eingebrachte Wärme zum Aufheizen der Folie aktiv zu nutzen und eine hochqualitative Folie einschließlich verbesserter optischer Eigenschaften und geringerem Energieverbrauch zu schaffen sowie die Folie mit relativ geringem Aufwand recyclebar zu machen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Folienreckanlage mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen enthalten.

Erfindungsgemäß weist das Verfahren zur Herstellung siegelfähiger biaxial orientierter polyesterbasierter Folie, welche in einer ersten Richtung und in einer zu in einer ersten Richtung senkrecht verlaufenden zweiten Richtung gereckt wird, ein Temperaturmanagement auf, bei welchem die Temperaturen der zu verbindenden einzelnen Schichten der Folie so aufeinander abgestimmt sind, dass die physikalischen Eigenschaften beim Verbinden der einzelnen Schichten untereinander so ausgewählt werden, dass nicht nur eine gute Haftfähigkeit erreicht wird, sondern dass auch eine hohe Siegelfähigkeit der bei der Folie außen liegenden Schicht erreicht wird, und während des Verbindungsprozesses von siegelfähiger Schicht mit dem Substrat auch bei zweischichtigem Substrat die Basisschicht des Substrates nicht soweit erwärmt wird, dass sie durch Erreichen der Kristallisationstemperatur eine Schädigung erfährt. Erfindungsgemäß wird eine erste Schicht und eine zweite Schicht für ein Substrat schmelzextrudiert, wobei die erste Schicht eine Basisschicht und die zweite Schicht eine Zwischenschicht darstellt und Basisschicht und Zwischenschicht koextrudiert werden, so dass sie nach dem Extrudieren zu einem Substrat miteinander verbunden sind. Prozesstechnisch danach erfolgt ein Aufbringen einer Heißsiegelbeschichtungsschicht auf das Substrat mittels Schmelzebeschichten. Bei diesem Schmelzebeschichten wird die die siegelfähige Schicht darstellende Beschichtungsschicht aus einer Düse extrudiert und dem Substrat zugeführt, mit welchem sie eine gute Haftung eingehen soll. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf polyesterbasierte Folie gerichtet, d. h. die unterschiedlichen Schichten sind Polyester oder Copolyester, so dass von vornherein ein sogenanntes Monomaterial, welches auch als Monopolyestermaterial bezeichnet wird, eine gute Recyclingfähigkeit ermöglicht, und zwar im Gegensatz zu aus der üblichen Praxis bekannten, aus unterschiedlichen Polymermaterialien bestehenden Folien.

Im Rahmen dieser Erfindung ist unter einem Monomaterial oder Monopolyestermaterial ein Material zu verstehen, welches überwiegend, d. h. > 90 %, aus Polyestern und Copolyestern besteht und welches weiterhin keine damit inkompatiblen Materialien aus anderen Polymergruppen enthält. Dadurch, dass gemäß der Erfindung im Wesentlichen nur eine Gruppe von Polymeren, nämlich Polyester, verwendet wird, ist eine Recyclingfähigkeit gewährleistet.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wirkt die Beschichtungsschicht mit einer solchen Temperatur auf die Zwischenschicht ein, welche über dem Schmelzpunkt oder dem Erweichungspunkt der Zwischenschicht liegt, dass bezüglich einer Kontaktstelle, welche theoretisch eine Kontaktlinie ist, die Beschichtungsschicht auf das Substrat und damit auf die Zwischenschicht so einwirkt und die Zwischenschicht so ausgebildet ist, dass die Temperatur der Basisschicht des Substrats unter ihrer Kristallisationstemperatur liegt. Die Wärmezufuhr von der Beschichtungsschicht an die Zwischenschicht erniedrigt dabei deren Viskosität bis zur verschmelzenden Haftung mit der Beschichtungsschicht, ohne dass die Basisschicht eine Schädigung durch Überschreiten ihrer Kristallisationstemperatur erfährt. Unter verschmelzend wird hier ein verschweißartiges Haften beider Schichten aneinander bzw. deren verschweißartiges Verbinden miteinander verstanden. Vor allen Dingen, wenn diese Schädigung der Basisschicht des Substrats vermieden wird, ist das an der Folie durchzuführende Querrecken nach dem Erwärmen der mit der Beschichtungsschicht beschichteten Folie von einem über eine zeitlich geregelte Wärmezufuhr entsprechenden Temperaturniveau aus möglich. Durch das auf die physikalischen Verhältnisse der jeweiligen Schichten der Folie abgestellte Herstellungsverfahren, d. h. die Viskositäten zwischen der Zwischenschicht und der Beschichtungsschicht, wird mittels der vorliegenden Erfindung eine optimale Temperatur- und Energiezufuhr oder Energieabfuhr zu einer jeweiligen Schicht gewährleistet. Der Temperaturverlauf in der Maschine wird weitestgehend materialunabhängig beeinflusst, weil vorzugsweise die Folie mit ihren Schichten als Monomaterial wie Polyester und Copolyester aufgebaut ist. Ein derartiger Temperaturverlauf ist aber auch mit anderen Materialien der Folie möglich. Dabei wird die in das Substrat eingebrachte Wärmemenge so geregelt, dass bestimmte Grenzwerte nicht überschritten werden. Vorzugsweise wird aus Gründen der Recyclefähigkeit ein mehrschichtiges Monomaterial verwendet, worunter die Verwendung eines Materials aus polyesterbasiertem Kunststoff und copolyesterbasiertem Kunststoff fällt. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem bekannten Verfahren und den bekannten Folien besteht darin, dass durch die erfindungsgemäße Verwendung von polyesterbasierten Folien die Folien dünner ausgeführt werden können, wodurch auch die Menge an Verpackungsabfall nach Benutzung durch den Endkonsumenten reduziert werden kann. Ein anderer wesentlicher Vorteil einer polyesterbasierten heißsiegelfähigen Folie besteht darin, dass diese als Monomaterial die Vorteile von PET hinsichtlich guter Verarbeitbarkeit auf Druck- und Converting-Maschinen mit der wichtigen Eigenschaft einer guten Siegelfähigkeit zum Verschließen von Verpackungen vereint. Da eben nur mit einem Grundmaterial gearbeitet wird, dessen einzelne Komponenten miteinander kompatibel sind, ist eine Recyclefähigkeit im Sinne eines hochwertigen werkstofflichen Recyclings gegeben.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass neben der Optimierung der Wärmeübergangsverhältnisse zwischen der Basisschicht, der Zwischenschicht und der Beschichtungsschicht die optischen Eigenschaften der fertigen Folie verbessert werden. Die Wärmeübertragungsverhältnisse werden insbesondere zwischen der Beschichtungsschicht und der Zwischenschicht so optimiert, dass die Kristallisationstemperaturen der unter der Zwischenschicht liegenden Basisschicht nicht überschritten werden, so dass die optischen Eigenschaften der den wesentlichen Teil der Folie im Querschnitt darstellenden Folie ebenfalls verbessert werden.

Vorzugsweise wird die Folie, welche eine gegenüber der Basisschicht sehr dünne Zwischenschicht als nicht kristallisierbare Schicht aufweist, wenn überhaupt, dann nur so gering durch die Wärmebehandlung geschädigt, dass die optischen Eigenschaften der Folie nur vernachlässigbar beeinflusst werden. Unter nicht kristallisierbarer Schicht soll hier auch eine amorphe Schicht verstanden werden.

Weiter vorzugsweise weist die dünne Zwischenschicht eine Dicke von nur 5 bis 10 pm auf.

Um eine gute Haftfähigkeit, d. h. eine gute physikalische Verbindung zwischen der Beschichtungsschicht und der Zwischenschicht zu erreichen, wird die Beschichtungsschicht mit einer solchen Temperatur und über eine solche die Kontakttemperatur kontrollierende Einwirkungslänge an die Zwischenschicht angelegt, dass in dem der Beschichtungsschicht zugewandten Kontaktbereich deren Viskosität im Bereich von 0,5 bis 20000 Pa _* s insbesondere, 1 bis 20000 Pa _* s, insbesondere 1 bis 10000 Pa _* s, liegt. Diese Viskositäten sind materialabhängig, gewährleisten aber eine gute Haftfähigkeit, wobei die Haftfähigkeit durch eine kontrollierte Einwirkungslänge der Beschichtungsschicht auf die Zwischenschicht gesteuert wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Dauer der Wärmezufuhr, welche von der Beschichtungsschicht an die Zwischenschicht erfolgt, durch Verändern einer auch eine Umschlingungslänge darstellenden Anschmieglänge des Substrats, welches mit der Beschichtungsschicht versehen werden soll, an einer temperierten Walze, insbesondere an einer Heiz-/Kühlwalze gesteuert. Es wird also vorzugsweise die Einwirkungslänge der Beschichtungsschicht auf die Zwischenschicht durch eine gesteuerte Einwirkungsdauer einer Heiz-/Kühlwalze auf die Beschichtungsschicht und damit auf die physikalischen Eigenschaften, insbesondere die Viskosität, der Beschichtungsschicht gesteuert bzw. kontrolliert verändert. Damit kann rein über die physikalischen Verhältnisse die Intensität der Haftung zwischen der Beschichtungsschicht und der Zwischenschicht gesteuert werden, wobei stets im Rahmen des Temperaturmanagements durch die Steuerung der Dauer der Wärmezufuhr oder Wärmeabfuhr zwar die gute Haftung erreicht werden kann, aber trotz der dünnen Ausbildung der Zwischenschicht, weil diese auch eine nicht-kristallisierbare Schicht ist, erreicht werden, dass der über die Zwischenschicht an die Basisschicht erfolgende Wärmeeintrag auf ein solches Maß reduziert und beeinflusst wird, dass die Basisschicht nicht in den Bereich oberhalb der Kristallisationstemperatur gelangt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass auf jeder Seite des Substrats je eine Beschichtungsschicht aufgebracht wird. Wenn eine weitere Beschichtungsschicht an der der ersten Beschichtungsschicht gegenüberliegenden Seite auf das Substrat aufgebracht wird, so können dafür neben dem Schmelzebeschichtungsverfahren ein Aufbringen der weiteren Beschichtungsschicht mittels bekannter Verfahren wie z. B. Gravurwalze oder mittels Mayer-Bar-Verfahren angewendet werden. Die Funktion dieser zusätzlichen Beschichtungsschicht kann beispielsweise in einer besseren Bedruckbarkeit bestehen. Des Weiteren führt diese weitere Schicht beispielsweise auch dazu, dass bei Verwendung eines gleichen oder ähnlichen Materials wie die auf der gegenüberliegenden Seite dazu angeordnete Beschichtungsschicht erreicht wird, dass die Folie dann beidseitig und mit sich selbst siegelfähig ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann für das erfindungsgemäße Verfahren eine Dickenmessung des Substrats, welche nach dem Koextrudieren erfolgt, und eine Dickenmessung der Folie vor dem Abziehen vorgenommen werden. Die Dickenmessung kann vorzugsweise zusätzlich auch nach dem Schmelzebeschichten des Substrats mit der Beschichtungsschicht erfolgen.

Vorzugsweise wird das Schmelzebeschichten mit der Beschichtungsschicht vor der Längsrecke durchgeführt.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Folienreckanlage zur Herstellung siegelfähiger biaxial orientierter polyesterbasierter Folien bereitgestellt, welche in einer ersten Richtung und in einer zur ersten Richtung im Wesentlichen senkrecht angeordneten zweiten Richtung gereckt werden soll. Die erfindungsgemäße Folienreckanlage weist eine Gießwalzeneinheit auf, mittels welcher ein Substrat und eine Basisschicht koextrudierbar und miteinander verbindbar sind. Des Weiteren weist die Folienreckanlage eine Längsrecke auf, in welcher das aus Basisschicht und Zwischenschicht bestehende Substrat mittels eines Walzensystems längsreckbar ist. Zum Längsrecken müssen die Basisschicht und die Zwischenschicht so miteinander verbunden sein, dass ein Delaminieren der beiden Teile des Substrats nicht auftritt.

Nach der Längsrecke ist in der Folienreckanlage gemäß der Erfindung eine Düseneinrichtung vorgesehen, welche der Extrusion einer eine siegelfähige Schicht darstellenden Beschichtungsschicht dient. Diese Beschichtungsschicht geht nach einer definierten Kontaktlänge auf der Zwischenschicht mit dieser eine Schmelzverbindung ein, welche vorzugsweise eine dauerhafte Schmelzverbindung ist.

Die Düseneinrichtung weist ein zweites Walzensystem auf, welche das Substrat mit einer definierten Anschmieglänge bzw. Umschlingungslänge um temperierte Walzen des zweiten Walzensystems führt. Diese definierte Umschlingungslänge ist variabel und kann auf optimale Wärmeübertragung von der Beschichtungsschicht auf die Zwischenschicht geregelt und eingestellt werden. Dadurch ist die Dimensionierung der temperierten Walzen kleiner möglich, als das beim Stand der Technik möglich ist. Die temperierten Walzen weisen eine Übernahmewalze und eine Zuführwalze auf, wobei das Substrat von der Zuführwalze der Übernahmewalze zuführbar ist. Zwischen der Übernahmewalze und der diese berührenden Zuführwalze ist das Substrat zuführbar und wird in diesem Bereich mit der Beschichtungsschicht zusammengebracht, wobei die Umschlingungslänge des mit der Beschichtungsschicht versehenen Substrats steuerbar veränderbar ist, so dass entsprechend der Temperatur, mit der die Beschichtungsschicht dem Substrat zwischen der Übernahmewalze und der Zuführwalze zugeführt wird, die Menge an Wärmeeintrag in die Zwischenschicht definiert wird, so dass letztlich die gewünschte Temperatur der Beschichtungsschicht auch über ihre Umschlingungslänge eingestellt wird.

Zur erfindungsgemäßen Folienreckanlage gehört eine Querrecke, mit anschließendem dritten Walzensystem, wobei die Folie mittels des dritten Walzensystems von der Querrecke abziehbar und danach aufwickelbar ist.

Vorzugsweise ist die Umschlingungslänge der Folie an der jeweiligen Walze, welche die Basisschicht, die Zwischenschicht und die Beschichtungsschicht aufweist, durch eine schwenkbare Andrückwalze verlängerbar oder verkürzbar. Damit ist die Dauer der Einwirkung der Beschichtungsschicht mit ihrer Temperatur auf die an der Basisschicht angeordneten Zwischenschicht und damit die Viskosität der Zwischenschicht und damit die entsprechende Haftung und Verbindung zwischen Beschichtungsschicht und Zwischenschicht einstellbar veränderbar.

Vorzugsweise sind bei der erfindungsgemäßen Folienreckanlage die Düseneinrichtung und das zweite Walzensystem so relativ zueinander bewegbar, dass die extrudierte Beschichtungsschicht zunächst auf die Oberfläche der Übernahmewalze trifft und mit dieser dem an der Zuführwalze zugeführten Substrat zur Temperaturregelung und zur Steuerung des Wärmeübergangs von der Beschichtungsschicht an die Zwischenschicht entsprechend verbunden wird. Damit können die physikalischen Eigenschaften für eine optimale Haftung der Beschichtungsschicht an der Zwischenschicht und einer Vermeidung der Schädigung der Basisschicht durch unnötigen Wärmeeintrag in diese Basisschicht realisiert werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Folienreckanlage mit zumindest einer Dickenmesseinrichtung versehen, welche die Dicke des Substrats nach dem Koextrudieren von Basisschicht und Zwischenschicht misst. Weiter vorzugsweise ist eine Dickenmesseinrichtung nach dem Verbinden und vor dem Abziehen vorgesehen, so dass auch nach dem Verbinden und dem Abziehen der Folie deren Dicke zuverlässig bestimmbar ist.

Weitere Vorteile und Details der Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Folienreckanlage werden nun auf Basis von Ausführungsbeispielen anhand der nachfolgenden Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine vereinfachte Darstellung des prinzipiellen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Folienreckanlage;

Figur 2a) ein zweites Walzensystem zur Schmelzebeschichtung einer von einer

Extrudierdüse zugeführten siegelfähigen Beschichtungsschicht mit größerer Umschlingungslänge;

Figur 2b) ein zweites Walzensystem zur Schmelzebeschichtung einer von einer

Extrudierdüse zugeführten siegelfähigen Beschichtungsschicht mit geringerer Umschlingungslänge; Figur 3a) das zweite Walzensystem gemäß Figur 2a) mit größerer Umschlingungslänge und Auftreffbereich der extrudierten Beschichtungsschicht auf der Übernahmewalze;

Figur 3b) das zweite Walzensystem gemäß Figur 2b) mit Auftreffbereich der extrudierten Beschichtungsschicht auf der Übernahmewalze;

Figur 4a) ein aus einer Basisschicht und einer Zwischenschicht koextrudiertes Substrat;

Figur 4b) das gemäß Figur 4a) dargestellte Substrat mit siegelfähiger Beschichtungsschicht; und

Figur 4c) das gemäß Figur 4b) dargestellte, mit siegelfähiger Beschichtungsschicht versehene Substrat mit zusätzlicher Beschichtungsschicht an dessen Unterseite.

In Figur 1a) ist eine vereinfachte Darstellung des prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Folienreckanlage gezeigt, welche die jeweiligen technologischen Verfahrensschritte zeigt. Die Folienreckanlage 1 zur Herstellung einer siegelfähigen biaxial orientierten polyesterbasierten Folie 2 weist eine Gießwalzeneinheit 3 auf, welche eine Extrudierdüse 3.1 und eine Gießwalze 3.2 aufweist. Mittels der Gießwalzeneinheit 3 werden zwei Schichten eines Substrats der Folie 2, und zwar eine Basisschicht 2.1 und eine Zwischenschicht 2.2 (s. Figur 4a)), koextrudiert und dabei miteinander verbunden. Beim Koextrudieren werden die jeweiligen Kunststoffe der Basisschicht 2.1 und der Zwischenschicht 2.2 aufgeschmolzen, damit sie im aufgeschmolzenen Zustand miteinander verbunden werden können. Die Extrudierdüse 3.1 ist dabei so gestaltet, dass das Polymer der Basisschicht 2.1 und das der Zwischenschicht 2.2 zunächst in der Düse zusammengeführt werden und einem Düsenschlitz zugeführt und extrudiert werden, um anschließend auf der Gießwalze 3.2 abgekühlt zu werden. Dabei kommt es darauf an, dass die polyesterbasierte Basisschicht (PET) 2.1 relativ rasch gekühlt wird, da die Temperatur dieser Basisschicht 2.1 den kritischen Temperaturbereich durchläuft, in welchem eine Schädigung eintritt. Unter kritischem Temperaturbereich wird derjenige Temperaturbereich verstanden, bei welchem die Kristallisationstemperatur überschritten wird. Komplett vermeiden lässt sich bei einer derartigen Gießwalzeneinheit 3 eine gewisse Schädigung der Basisschicht 2.1 nicht. Damit die Schädigung möglichst klein gehalten werden kann, wird die extrudierte Schmelze für die erfindungsgemäß vorgesehenen biaxial gereckten PET-Folien unter großem Aufwand mit einer Kühlwalze großer Abmessung gekühlt. Durchmesser > 2 m sind dabei üblich, damit der kritische Bereich für die Basisschicht 2.1 möglichst rasch durchlaufen und die Schädigung so gering wie möglich gehalten werden kann. Nach dem Verlassen der Gießwalze 3.2 sind die Basisschicht 2.1 und die nicht-kristallisierbare Zwischenschicht 2.2, weil sie beide im geschmolzenen Zustand zusammengeführt und extrudiert worden sind, miteinander verbunden. Das Substrat ist als zweischichtiges Substrat bestehend aus Basisschicht 2.1 und damit verbundener Zwischenschicht 2.2 ausgebildet und wird, von der Gießwalzeneinheit 3 kommend, einem ersten Walzensystem 4 zugeführt, welches als Längsrecke 5 ausgebildet ist. Die herzustellende biaxial orientierte Folie wird also zuerst in einer ersten Richtung, welche der Förderrichtung der Folie durch die Folienreckanlage entspricht, längsgereckt. Für dieses Längsrecken ist es erforderlich, dass die beiden Schichten des Substrats fest miteinander verbunden sind und keinerlei Delaminationsneigung zeigen.

Nach der Längsrecke 5 ist ein zweites Walzensystem 7 vorgesehen, bei welchem mittels einer Düseneinrichtung 6 eine siegelfähige Beschichtungsschicht 2.3 extrudiert und auf der Zwischenschicht 2.2 des aus Basisschicht 2.1 und der Zwischenschicht 2.2 bestehenden Substrats beschichtet bzw. aufgebracht wird. Bei diesem Schmelzebeschichten durchläuft die Basisschicht 2.1, anders als beim Koextrudieren mittels der Gießwalzeneinheit 3, nicht den kritischen Temperaturbereich, in welchem ihre Kristallisationstemperatur überschritten wird. Mittels der Energie der geschmolzenen Beschichtungsschicht 2.3 wird die Zwischenschicht 2.2 angeschmolzen bzw. erweicht, so dass nach dem Beschichten eine zuverlässige und gute Haftverbindung zwischen der Beschichtungsschicht 2.3 und der Zwischenschicht 2.2 des Substrats erreicht wird, so dass die siegelfähige Folie zumindest diese drei Schichten aufweist. In Abhängigkeit von Temperatur, Viskosität der Beschichtungsschicht 2.3 und der auf einer Übernahmewalze 8.2 vorhandenen bzw. eingestellten Umschlingungslänge des von einer Zuführwalze 8.1 gelieferten und mit der Beschichtungsschicht 2.3 zu versehenden Substrats kann der Grad der Aufschmelzung der Zwischenschicht 2.2 durch die schmelzextrudierte Beschichtungsschicht 2.3 materialabhängig gesteuert werden, ohne dass aktiv ein Kühlen erforderlich wäre.

Indem die schmelzextrudierte Beschichtungsschicht 2.3 auf die bezüglich ihrer Temperatur kühlere Zwischenschicht 2.2 auftrifft, wird einerseits die Zwischenschicht 2.2 an ihrer Oberseite aufgeschmolzen, andererseits kühlt sie auch die Beschichtungsschicht 2.3. Dadurch kann auf eine bauaufwendige große Kühlwalze, wie es bei der Gießwalzeneinheit 3 erforderlich ist, an dieser Stelle der Folienreckanlage 1 verzichtet werden. Die gesteuerten Wärmeübergangsverhältnisse zwischen der heißeren schmelzextrudierten Beschichtungsschicht 2.3 und der kühleren, mit der Basisschicht 2.1 zum Substrat verbundenen Zwischenschicht 2.2 schaffen ein einstellbares zuverlässiges Haftverbinden zwischen der Beschichtungsschicht 2.3 und der Zwischenschicht 2.2, und gleichzeitig verhindert die Zwischenschicht 2.2, dass die Basisschicht 2.1 auf eine Temperatur erwärmt wird, welche im Kristallisationsbereich liegt. Beim hier beschriebenen inline-Beschichten soll also die mittels der Schmelze der Beschichtungsschicht in die Folie eingebrachte Wärmeenergie in der Folie gehalten werden, um für das anschließende Querrecken deren Aufheizung zu erleichtern bzw. effizienter zu gestalten, weil das Aufheizen von einem höheren Energieniveau aus erfolgt. Der wünschenswerte Temperaturbereich nach erfolgter inline-Beschichtung liegt vorzugsweise bei 90°C bis 125°C. Dies ist die vorteilhafte Temperatur beim Querrecken. Je näher die Folie nach durchgeführter inline-Beschichtung an bzw. in diesem Bereich von 90°C bis 125°C liegt, desto weniger Energie muss in der Aufheizzone der Querrecke aufgebracht werden. Dies wird durch die erfindungsgemäße Anordnung und das erfindungsgemäße Steuern von Wärmeeintrag in die Zwischenschicht 2.2 einerseits und gleichzeitiger Kühlung der Beschichtungsschicht 2.3 durch die Zwischenschicht 2.2 andererseits erzielt. Der Kristallisationsbereich als kritischer Temperaturbereich liegt bei kristallisierbaren Polymeren zwischen Glasübergangstemperatur (etwa 70° C bei PET) und Schmelzpunkt (etwa 256° C bei PET). Der Kristallisationsbereich von PET liegt im Temperaturbereich von zwischen etwa 120° und 225° C.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1a ist dargestellt, dass die Umschlingungslänge 19 (s. Figuren 2a), 2b), 3a) und 3b)) sich nahezu über die Hälfte der Walzenoberfläche der Übernahmewalze 8.2 erstreckt. Die schmelzextrudierte Beschichtungsschicht 2.3 wird von der Düseneinrichtung 6 in den Berührungsbereich zwischen der Zuführwalze 8.1 und der Übernahmewalze 8.2 geführt. Beide Walzen 8.1, 8.2 sind als temperierte Walzen 8 ausgebildet.

Am Ausgang des zweiten Walzensystems 7 ist vor dem Bereich der Querrecke 9 eine Dickenmesseinrichtung 12 vorgesehen, d. h. zwischen der Extrusionsbeschichtung von der Beschichtungsschicht 2.3 auf das Substrat und der Querrecke 9. Zusätzlich ist es auch möglich, noch die Dicke zwischen der Längsrecke 5 und der Extrusionsbeschichtung zu messen. Die Düseneinrichtung 6 für die Schmelzebeschichtung des Substrats mit der Beschichtungsschicht 2.3 wie auch die Extrudierdüse 3.1 der Gießwalzeneinheit 3 sind so ausgebildet, dass eine flexible und regelbare Düsenlippe eine gewünschte Schichtdickeneinsteilbarkeit ermöglicht. Üblicherweise wird bei bekannten Anlagen nach der Querrecke 9 und vor dem Aufwickeln der mit der siegelfähigen Beschichtungsschicht 2.3 versehenen Folie die Dicke mittels einer weiteren Dickenmessstation (nicht gezeigt) gemessen. Die dafür verwendeten Methoden schließen beispielsweise eine Messung mittels einer radioaktiven Quelle, mittels Röntgenstrahlung oder mittels Infrarotstrahlung ein. Es ist auch bekannt, die Dicke in analoger Weise zwischen der Gießwalzeneinheit 3 und der Längsrecke 5 zu messen. Vor allem durch das Vorsehen einer Dickenmesseinrichtung zwischen der Extrusionsbeschichtung und der Querrecke 9 unter Verwendung von flexiblen und regelbaren Düsenlippen der beiden Düsen 3.1 und 6 ist es durch deren Kopplung möglich, dass eine gleichmäßige Dicke des Substrats und eine gleichmäßige Dicke der Beschichtungsschicht 2.3 auch noch nach der Querrecke 9 vorhanden ist. Dabei wird die Verringerung der Schichtdicke durch das Querrecken berücksichtigt, und auf Basis der Messergebnisse der Schichtdicke, welche mit der Dickenmesseinrichtung 12 gemessen wird, kann ein gewünschter Wert der Foliendicke bzw. sogar auch der Dicke der Beschichtungsschicht 2.3 auf der fertigen Folie geregelt bzw. eingestellt werden. Nach der Querrecke 9 ist ein drittes Walzensystem 10 vorgesehen, welches im Zusammenhang mit einem Wickler 20 den Abzug der nach dem Querrecken fertigfixierten Folie gewährleistet.

In Figur 1b) ist ein zweites Walzensystem 7 dargestellt, welches zu dem in Figur 1a) dargestellten Walzensystem 7 modifiziert ist. Zusätzlich ist bei dem modifizierten zweiten Walzensystem 7 gemäß Figur 1b) eine Aufbringvorrichtung 14 für eine zusätzliche Beschichtungsschicht 2.4 vorgesehen, welche ein Aufbringen einer Beschichtungsschicht auf der Unterseite der Folie, und zwar gegenüber der Oberseite der Folie, auf welcher an der Zwischensicht 2.2 die Beschichtungsschicht 2.3 aufgebracht worden ist. Diese Aufbringvorrichtung 14 für eine zusätzliche Beschichtungsschicht 2.4 kann beispielsweise dann vorgesehen werden, wenn eine heißsiegelfähige Folie benötigt wird, welche sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite heißsiegelfähig sein soll.

Mit der Einrichtung gemäß zweitem Walzensystem 7 kann erreicht werden, dass die siegelfähige Beschichtungsschicht 2.3 einstellbar und steuerbar so lange auf der Zwischenschicht 2.2 belassen wird, bis ein gutes Erweichen dieser Zwischenschicht für ein gutes Haften zwischen der Zwischenschicht 2.2 und der heißsiegelfähigen Beschichtungsschicht 2.3 erreicht werden kann. Das bedeutet, dass die Temperaturverhältnisse zwischen der Beschichtungsschicht 2.3 und der Zwischenschicht 2.2 geregelt bzw. beeinflusst bzw. ausgenutzt werden, und zwar dahingehend, dass die heißsiegelfähige Beschichtungsschicht 2.3 letztendlich durch die Zwischenschicht 2.2 gekühlt wird, sodass sogar auf ein Kühlen an dieser Stelle der Anlage verzichtet werden kann.

Die Verbindung von Beschichtungsschicht 2.3 und Zwischenschicht 2.2 auf Basis ihrer physikalischen Eigenschaften gewährleistet, dass die Basisschicht 2.1 während des Beschichtens des Substrats mit der Beschichtungsschicht 2.3 nicht ihre Kristallisationstemperatur erreicht oder gar überschreitet. Es ist nämlich die Beschichtungsschicht 2.3, welche die Zwischenschicht 2.2 erwärmt, damit eine gute Haftung zwischen diesen beiden Schichten auftritt. Jedoch ein Erwärmen der Basisschicht 2.1 wird soweit verhindert, dass diese nicht eine Temperatur in Höhe von oder über der Kristallisationstemperatur erreicht. Damit wird das für das Querrecken in der Querrecke 9 erforderliche anschließende Erwärmen von einem höheren Temperaturniveau aus durchgeführt, welches aber unterhalb der Kristallisationstemperatur liegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Folienreckanlage stellen also darauf ab, dass die physikalischen Eigenschaften der polyesterbasierten Schichten, wie z. B. ihre Viskositäten, zwischen der Zwischenschicht 2.2 und der Beschichtungsschicht 2.3 ausgenutzt werden, um eine gute Verbindung zwischen der Beschichtungsschicht 2.3 und der Zwischenschicht 2.2 einerseits zu erreichen und andererseits eine Schädigung der Basisschicht 2.1 zu verhindern, indem mittels der Beschichtungsschicht 2.3 die Zwischenschicht 2.2 nur soweit aufgeheizt und dadurch die Beschichtungsschicht 2.3 durch die Zwischenschicht 2.2 soweit gekühlt wird, dass der Wärmeeintrag in die Basisschicht 2.1 nur dergestalt ist, dass die Basisschicht 2.1 nicht über ihre Kristallisationstemperatur erwärmt wird.

Mit einer genauen Regelung dieser Temperatur- und Wärmeübergangsverhältnisse ist es somit möglich, die Temperatur der Basisschicht 2.1 relativ genau auf eine Temperatur kurz unter der Kristallisationstemperatur anzuheben, sodass beim anschließenden Erwärmen von dem zuvor beschriebenen höheren Temperaturniveau aus die Folie erwärmt werden kann, sodass insgesamt eine Energieeinsparung möglich ist. Die Nutzung der physikalischen Verhältnisse zwischen den einzelnen Schichten bedeutet, dass weitestgehend materialunabhängig, weil eben die einzelnen Materialien der Schichten auf polyesterbasierter Grundlage ausgewählt sind, eine gute Recyclebarkeit möglich ist. Figur 2a) und b) zeigen in vergrößerter Darstellung die Schmelzebeschichtungsverhältnisse gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1a). In Figur 2a) ist dargestellt, wie von der Düseneinrichtung 6 die schmelzextrudierte Beschichtungsschicht 2.3 in den Berührungspunkt zwischen den temperierten Walzen 8 d. h. der Zuführwalze 8.1 und der Übernahmewalze 8.2, zugeführt wird. Gegebenenfalls ist die der Zuführwalze 8.1 vorgelagerte Walze schwenkbar angeordnet. Diese Schwenkbewegung ist durch einen Doppelpfeil gekennzeichnet. Das Substrat wird über zwei Walzen des zweiten Walzensystems 7 und der Zuführwalze 8.1 zu der Stelle des Zuführens der Beschichtungsschicht 2.3 im Wege des Schmelzextrudierens geführt, wobei die Anschmieglänge bzw. Umschlingungslänge 19 um die Übernahmewalze 8.2 knapp 180° umfasst. Mittels einer schwenkbaren Andrückwalze 11, deren Bewegung durch einen Doppelpfeil 17 gekennzeichnet ist, wird das Ende der Umschlingungslänge des mit der Beschichtungsschicht 2.3 beschichteten Substrats um die Übernahmewalze 8.2, festgelegt. Die Umschlingungslänge 19, welche in Figur 2a) beispielhaft dargestellt ist, umfasst circa 160° an der Übernahmewalze 8.2.

Demgegenüber ist die in Figur 2b) gezeigte Umschlingungslänge 19 bei ansonsten analog dargestelltem Aufbau dieses zweiten Walzensystems 7 sogar weniger als 90°. Eingezeichnet in den Figuren 2a) und b) sind die Doppelpfeile 15 und 16. Sie sollen zum Ausdruck bringen, dass es prinzipiell möglich ist, dass die Düseneinrichtung 6 und das zweite Walzensystem 7, das auf einer nicht gezeigten Aufständerung befestigt ist, relativ zueinander in Richtung der Doppelpfeile 15 und 16 bewegbar sind.

Diese Verhältnisse sind in den Figuren 3a) und b) dargestellt. In den beiden Figuren 3a) und b) ist die Düseneinrichtung 6 in Durchlaufrichtung der Folie durch die Folienreckanlage relativ nach hinten zur Oberfläche der Übernahmewalze 8.2 versetzt, d. h. weg von der Kontaktstelle zwischen der Zuführwalze 8.1 und der Übernahmewalze 8.2. Damit können über die Verweilzeit der Beschichtungsschicht 2.3 auf der temperierten Übernahmewalze 8.2 ihre Temperatur und damit auch ihre Viskosität zusätzlich eingestellt werden, sodass auch über diese Veränderung der Dauer der Einwirkung der Übernahmewalze 8.2 auf die Beschichtungsschicht 2.3 zusammen mit der Umschlingungslänge 19 insbesondere die Viskosität der Beschichtungsschicht 2.3 und der Zwischenschicht 2.2 verändert bzw. eingestellt bzw. geregelt werden kann. Analog zu Figur 2b) ist in Figur 3b) eine Andrückwalze 11 in Richtung auf die Einlaufseite der Übernahmewalze 8.2 geschwenkt, sodass die Umschlingungslänge 19 der Beschichtungsschicht 2.3 um die Übernahmewalze 8.2 entsprechend verringert ist. Die Grundfunktion und der Grundaufbau entsprechen insoweit dem in Figur 2 a) und b) bzw. in Figur 1 dargestellten.

Mittels des Walzensystems 7 in Verbindung mit einer Relativbewegung zwischen der Düseneinrichtung 6 und der Aufständerung des Walzensystems 7 bzw. des Walzensystems 7 bezüglich der Aufständerung kann eine Kühlung oder eine Vorheizung der Beschichtungsschicht 2.3 zeitlich- und temperaturmäßig eingestellt werden. Eine entsprechende Vorkühlung der Koextrusionsschicht als separate Vorkühlung ist möglich.

Figur 4 zeigt im Querschnitt in Figur 4a) ein Substrat, das aus einer Basisschicht 2.1 und einer Zwischenschicht 2.2 besteht, wobei die Zwischenschicht 2.2 mit der Basisschicht 2.1 durch den Vorgang des Koextrudierens in der Gießwalzeneinheit 3 erzeugt worden ist.

Figur 4b) zeigt die Beschichtung des Substrats gemäß Figur 4a) durch eine Beschichtungsschicht 2.3, welche im Bereich des zweiten Walzensystems 7 (siehe Figuren 2 und 3) gezeigt ist.

Schließlich ist in Figur 4c) dargestellt, dass gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel die in Figur 4b) dargestellte, mit einer heißsiegelfähigen Beschichtungsschicht 2.3 versehene Folie an der zur heißsiegelfähigen Schicht gegenüberliegenden Seite mit einer zusätzlichen Beschichtungsschicht 2.4 versehen ist. Eine solche zusätzliche Beschichtungsschicht 2.4 ist dann von Nutzen, wenn die Folie auf beiden Seiten eine heißsiegelfähige Beschichtungsschicht für bestimmte Einsatzzwecke aufweisen soll. Um dies zu realisieren, bedarf es am Ende des zweiten Walzensystems 7 der Anordnung einer Aufbringvorrichtung 14 für eine solche zusätzliche Beschichtungsschicht (siehe Figur 1b). Bezugszeichenliste

1 Folienreckanlage

2 Folie

2.1 Basisschicht

2.2 Zwischenschicht

2.3 Beschichtungsschicht

2.4 Zusätzliche Beschichtungsschicht

3 Gießwalzeneinheit

3.1 Extrudierdüse

3.2 Gießwalze

4. Erstes Walzensystem

5 Längsrecke

6 Düseneinrichtung

7 Zweites Walzensystem

8 Temperierte Walzen

8.1 Zuführwalze

8.2 Übernahmewalze

9 Querrecke

10 Drittes Walzensystem

11 Andrückwalze

12 Dickenmesseinrichtung

14 Aufbringvorrichtung für zusätzliche Beschichtungsschicht

15 Seitliche Versatzbewegung Düse

16 Seitliche Versatzbewegung zweites Walzensystem

17 Schwenkbewegung Andrückwalze

19 Anschmieglänge/ Umschlingungslänge des beschichteten Substrats um die Übernahmewalze

20 Wickler