00002 rolfolien 00003

00004 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel-

00005 lung von geschäumten Polystyrolfolien, wie sie

00006 beispielsweise zur Herstellung von Formkörpern, d.

00007 h. Bechern, Lebensmittel-Behältnissen oder derglei-

00008 chen, aber auch zur Herstellung von Etiketten Anwen-

00009 düng finden. Die Erfindung betrifft insbesondere

00010 ein Verfahren zur Herstellung von einem mehr-

00011 lagigen, vorzugsweise zweilagigen Verbund einer

00012 geschäumten Polystyrolfolie mit einer koextru-

00013 dierten, vorzugsweise ungeschäumten Folie, insbeson-

00014 dere zur Weiterverarbeitung zu Etiketten oder Form-

00015 körpern unter Ausnutzung des Schrumpf ermögens der

00016 Folien. Hierbei wird eine Polystyrolharzmasse zusam-

00017 men mit Stickstoff und/oder Kohlendioxid als Treib-

00018 ittel und einem Porenbildner aus der Düse eines

00019 Extruders extrudiert und die extrudierte Masse vor

00020 dem Abkühlen unter den Erweichungspunkt aufgebla-

00021 sen. 00022

00023 Ein Verfahren zur Herstellung von Polystyrolfolien,

00024 wie es vorstehend vorausgesetzt ist, ist aus dem

00025 europäischen Patent 55 437 bekannt. Dort sind jeden-

00026 falls Kohlendioxid und Stickstoff als mögliche

00027 Treibmittel erwähnt. Die produzierten Folien sind

00028 jedoch insbesondere für eine Etikettenherstellung

00029 nicht zufriedenstellend. Es stellt sich eine rela-

00030 tiv rauhe Oberfläche und damit eine schlechte Be-

00031 druckbarkeit ein. Auch die Weiterverarbeitung zu

00032 Behältnissen läßt sich mit einer solchen Folie nur

00033 schlecht vornehmen. Es ist eine gewisse Steifigkeit

00034 der Folie und eine in möglichst engen Grenzen regel-

00035 bare Foliendicke erforderlich.

00036 Ausgehend von dem vorbeschriebenen Stand der Tech¬ 00037 nik stellt sich der Erfindung die Aufgabe, das 00038 Verfahren zur Herstellung von geschäumten Polysty¬ 00039 rolfolien so weiterzubilden, daß sich eine material¬ 00040 sparende und möglichst wenig anfällige Produktion 00041 von geschäumten Polystyrolfolien ergibt, welche 00042 Folien auch möglichst alterungsunempfindlich und 00043 gut bedruckbar sind. 00044 00045 Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren nach Anspruch 00046 1, Anspruch 2 oder Anspruch 3 gelöst. 00047 00048 Erfindungsgemäß ist darauf abgestellt, daß als 00049 Treibmittel ausschließlich Stickstoff, ausschlie߬ 00050 lich Kohlendioxid oder gegebenenfalls eine Mischung 00051 aus beiden verwendet wird und daß die eingesetzte 00052 Menge an Stickstoff bzw. Kohlendioxid in Bezug auf 00053 das Folienflächengewicht in bestimmten Grenzen 00054 gehalten ist. Pro Kilogramm geschäumter Folie liegt 00055 die Grenze bei Stickstoff bei 1/30 bis 1/50 (in 00056 Normlitern gemessen) des Folienflächengewichtes (in 00057 Gramm pro Quadratmeter gemessen) und bei 1/20 bis 00058 1/35 an Kohlendioxid (in Normlitern gemessen) des 00059 Folienflächengewichtes (wiederum in Gramm pro Qua¬ 00060 dratmeter gemessen) . Bei einer Mischung aus Stick¬ 00061 stoff und Kohlendioxid ergibt sich ein entsprechen¬ 00062 der Bereich. Durch den ausschließlichen Einsatz von 00063 Stickstoff als Treibmittel gelingt es, den Anteil 00064 an Porenbildner drastisch zu reduzieren und dennoch 00065 neben einer stark verringerten Dichte der geschäum¬ 00066 ten Polystyrolfolie eine Folienstruktur bereit zu 00067 stellen, die eine für das Bedrucken und die Weiter¬ 00068 verarbeitung insbesondere zu Behältern ausreichende 00069 Oberflächenbeschaffenheit besitzt. Es hat sich 00070 überraschend gezeigt, daß selbst bei sehr geringen

00071 Mengen an Stickstoff und/oder CO2 von etwa 0,8 bis

00072 1,6 NL pro Kilogramm Polystyrolschaum Dichten im

00073 Bereich zwischen 250 und 350 g/1 erzielbar sind.

00074 Die Foliendiσke kann aufgrund der verringerten

00075 Dichte angehoben werden, wodurch der Gefahr von

00076 Faltenbildung wirksam entgegengetreten werden kann.

00077 Die Dichteverringerung hat den weiteren Vorteil,

00078 daß die Foliendicke quer zur Extrusionsrichtung

00079 leichter steuerbar ist, was der Bedruckbarkeit der

00080 Folien insbesondere in Verbindung mit der sich ein-

00081 stellenden kleineren Porenquerschnittflache zugute-

00082 kommt. Der als ausschließliches Treibmittel verwen-

00083 dete Stickstoff und/oder CO2 wird im Polystyrolharz

00084 nicht gelöst oder größtenteils nicht gelöst (Cθ2)«

00085 Zusätzlich zu dem Treibmittel wird eine (chemisch)

00086 zersetzungsfähige Pulvermischung insbesondere aus

00087 Natriumbicarbonat und Zitronensäure verwendet.

00088 Durch die Zersetzung entstehen Gase wie insbesonde-

00089 re CO2• Es kann auch beispielsweise Azodicarbonamid

00090 als Bestandteil verwendet werden. Es ist möglich,

00091 die Steifigkeit der Folie durch das Aufblasverhält-

00092 nis, d. h. das Verhältnis von Düsenquerschnitt und

00093 nachgeschaltetem Kühldorn-Querschnitt zu steuern.

00094 Es ergibt sich auch der Vorteil, daß aufgrund der

00095 fehlenden Löslichkeit des Treibmittels eine alte-

00096 rungsunempfindliche Polystyrol-Schaumfolie ent-

00097 steht, was deren Verarbeitung weiter erleichtert.

00098 Dies ist insbesondere bei der Weiterverarbeitung

00099 der Schaumfolie unter Ausnutzung des Schrumpfvermö-

00100 gens der Schaumfolie von besonderem Vorteil, da die

00101 Lagerungs-Zeitdauer bei der Beurteilung des

00102 Schrumpfverhaltens keine Berücksichtigung mehr

00103 finden muß. Dabei zeichnet sich das erfindungsgemä-

00104 ße Verfahren darüber hinaus durch ein Höchstmaß an

00105 Umweltverträglichkeit aus, da keinerlei ozonschädi-

00106 gende Gase verwendet werden bzw. bei der Herstel-

00107 lung entstehen. 00108

00109 Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß es

00110 bereits mit einem Anteil von Stickstoff im Bereich

00111 zwischen 0,5 und 2 Normliter/kg Polystyrolschaum

00112 bei einem Porenbildner-Anteil von 0,3% gelingt, die

00113 Foliendichte unter 350 g/1 zu senken. Hierdurch

00114 ergibt sich nicht nur eine gesteigerte Wirtschaft-

00115 lichkeit des Herstellungsverfahrens, sondern dar-

00116 über hinaus eine leichtere Steuerbarkeit der Folien-

00117 dicke, insbesondere quer zur Extrusionsrichtung,

00118 wodurch die gewünschte Folienqualität reproduzier-

00119 bar gesteuert werden kann. 00120

00121 Die Weiterverarbeitung geschäumter Polystyrolfolien

00122 erfolgt regelmäßig durch Erwärmung der Folie über

00123 den Erweichungspunkt. Die Erweichungstemperatur

00124 wird bislang gewöhnlich durch Verwendung von fluor-

00125 ierten Chlorkohlenwasserstoffen (FCKW) als Treibmit-

00126 tel gesenkt, um den Energieverbrauch bei der Her-

00127 Stellung möglichst klein zu halten. Eine besonders

00128 vorteilhafte Weiterbildung des erfingungsgemäßen

00129 Verfahrens sieht vor, die Wirtschaftlichkeit des

00130 Herstellungsverfahrens ohne Verwendung von derarti-

00131 gen umweitschädlichen Treibmitteln dadurch zu ver-

00132 bessern, daß ein Polystyrolharz mit einem mittleren

00133 Molukulargewicht von etwa 20 - 32 x 10 ⁴ (bestimmt

00134 nach der Gelpermeations-Chromatographie-Methode)

00135 verwendet wird. Durch geeignete Abmisσhung verschie-

00136 dener Polystyrol-Typen, d. h. durch Mischungen

00137 eines hochmolekularen Typs mit einem niedrigmoleku-

00138 laren Typ, gelingt es, eine Optimierung der Materi-

00139 aleigenschaften im Hinblick auf verschiedene Krite-

00140 rien vorzunehmen. So kann die erforderliche Festig-

00141 keit und die Schrumpffähigkeit der Schaumfolie

00142 durch die hochmolekulare Komponente und die für das

00143 Vermeiden von Bahnrissen entscheidende Zähigkeit

00144 und Abriebfestigkeit der Folien durch die niedermo-

00145 lekulare Rohstoff-Type bereitgestellt werden. 00146

00147 Die Koextrusion von mehrschichtigen Folien hat den

00148 besonderen Vorteil, daß das Auftreten von Rissen in

00149 einem Randbereich der geschäumten Polystyrolfolie

00150 in Kauf genommen werden kann, wenn dieser Bereich

00151 durch eine weitere Schicht abgedeckt wird. 00152

00153 Nachstehend wird anhand schematisσher Zeichnungen

00154 das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert. Es

00155 zeigen: 00156

00157 Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur

00158 Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens

00159 zur Herstellung von geschäumten Polystyrolfoli-

00160 en; 00161

00162 Fig. 2 eine Teil-Schnittansicht einer Rumpf-

00163 Form, die bei der Herstellung von Bechern

00164 Anwendung findet (schematisiert und hinsicht-

00165 lieh der Foliendicke übertrieben); 00166

00167 Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt

00168 durch eine mehrschichtig aufgebaute Polysty-

00169 rol-Schaumfolie; und 00170

00171 Fig. 4 eine gesonderte, schematische Quer-

00172 schnittsdarstellung eines Bechers (teilweise). 00173

00174 In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 2 ein Extruder

00175 bezeichnet, der einen Eingabetrichter 4 für das zu

00176 extrudierende Polystyrolharz aufweist. Im Extruder

00177 2 wird das gegebenenfalls als Abmischung verschiede-

00178 ner Polystyrolharz-Typen vorliegende Polystyrol-

00179 harz-Gemisch aufgeschmolzen und geknetet sowie

00180 einerseits mit einem Porenbildner und andererseits

00181 mit einem Treibmittel vermengt. Zu diesem Zweck

00182 wird unmittelbar in den Eingabetrichter 4 bei 8

00183 Porenbildner in Form einer Pulvermischung aus Natri-

00184 umbicarbonat und Zitronensäure in den Extruder 2

00185 eingespeist. 00186

00187 Das Bezugszeichen 10 bezeichnet einen Anschluß für

00188 eine Zuleitung 12, über die Treibmittel in Form von

00189 Stickstoff und/oder Kohlendioxid in den Extruder 2

00190 geleitet werden kann. Um die Treibmittelmenge an

00191 den Polystyrolharz-Durchsatz anpassen zu können,

00192 ist in der Zuleitung 12 eine Ventileinrichtung Vi

00193 vorgesehen, die in der Fig. 1 schematisch angedeu-

00194 tet ist. 00195

00196 Mit 16 ist eine Extrusions-Düse bezeichnet, aus der

00197 das über den Erweichungspunkt des Polystyrolharzes

00198 erhitzte und mit dem Porenbildner und dem Treibmit-

00199 tel versetzte Material in Form eines Schlauchs

00200 extrudiert wird. Der Extrusions-Düse ist ein Be-

00201 reich 14 vorgeschaltet, mit dem ein mehrschichtiger

00202 Aufbau der geschäumten Polystyrolfolie erzielbar

00203 ist. Einer ersten Schicht, die aus dem Extruder 2

00204 in den Bereich 14 gelangt, wird von der einen Seite

00205 mittels eines zweiten Extruders 18 eine Deckschicht

00206 und von der anderen Seite mittels eines dritten

00207 Extruders 20 eine Basisschicht zugefügt, so daß aus

00208 der Extrusions-Düse 16 eine dreischichtige geschäum-

00209 te Polystyrolfolie abgegeben wird. Diese Folie wird

00210 um ein vorbestimmtes Verhältnis D2/D1 aufgeblasen,

00211 wobei D2 den Durchmesser eines Kühldorns 22 und D ^*

00212 den Durchmesser des Düsenaustritts bezeichnet. Der

00213 Kühldorn 22 hat die Funktion, die geschäumte Poly-

00214 styrolfolie unter den Erweichungspunkt abzukühlen.

00215 Die Länge des Kühldorns 22 ist derart gewählt, daß

00216 die Temperatur der extrudierten geschäumten Polysty-

00217 rolfolie beim Verlassen des Kühldorns 22 ausrei-

00218 chend niedrig ist, um eine Weiterverarbeitung der

00219 Folie durchführen zu können. Mit 24, 24', 26, 26'

00220 und 28, 28' sind Umlenkwalzen bezeichnet, über die

00221 die Polystyrolfolie entweder zu einer Weiterverar-

00222 beitungsstation oder einer Zwischenlagerungswalze

00223 zugeführt wird, nachdem sie nach Verlassen des

00224 Kühldornes durch Schlitze geteilt ist. 00225

00226 In Fig. 3 ist in vergrößertem Maßstab ein Schnitt

00227 gemäß III-III durch die koextrudierte Polystyrolfo-

00228 lie gezeigt. Der Kernbereich der Folie ist mit 30,

00229 die Deckschicht mit 32 und die Basisschicht mit 34

00230 bezeichnet. Die Schichten 32 und 34 können aus

00231 ungeschäumtem Material, wie z. B. aus Polystyrol

00232 oder einer Kombination aus Polystyrol mit weiteren

00233 Polyolifinen bestehen. Sie werden als Koextru-

00234 sionsdeckschicht aufgebracht. Fig. 4 zeigt eine

00235 schematische, teilweise Wiedergabe eines Becherquer-

00236 Schnitts. 00237

00238 Die Ventileinrichtungen V ^* und die Zugabe des Poren-

00239 bildners werden an den Durchsatz des Polystyrol-Har-

00240 zes im Extruder angepaßt, so, daß der Anteil an

00241 Stickstoff pro Kilogramm geschäumter Folie im Be-

00242 reich von 1/30 bis 1/50 (in Normlitern gemessen)

00243 des Folienflächengewichtes (in Gramm pro Quadratme-

00244 ter gemessen) liegt, bzw. der Anteil an Kohlend-

00245 ioxid pro Kilogramm geschäumter Folie entsprechend

00246 bei 1/20 bis 1/35. Hierbei liegt der Porenbildner

00247 im Bereich von 0,2 bis 1,0%, bezüglich Folien zur

00248 Etikettenherstellung bevorzugt bei 0,4 bis 0,6 %.

00249 Damit liegt die eingesetzte Menge an Porenbildner

00250 in einem Bereich, der herkömmlich bei Verwendung

00251 von üblichen Treibmitteln, wie z. B. fluorierten

00252 Chlorkohlenwasserstoffen eingehalten wird. Damit

00253 ergibt sich eine Foliendichte im Bereich zwischen

00254 180 bis 320 g/1, was zur Folge hat, daß die Folien-

00255 dicke quer zur Extrusions-

00256 richtung sehr einfach geregelt werden kann. Durch

00257 Variation des Aufblasverhältnisses, d. h. des Ver-

00258 hältnisses D2/D1 kann die Steifigkeit und/oder

00259 Oberflächenbeschaffenheit der geschäumten Polysty-

00260 rolfolie nach Wunsch gesteuert werden, um beispiels-

00261 weise eine ausreichend gute Bedruckbarkeit und

00262 Weiterverarbeitungsfähigkeit der Folie bereitzustel-

00263 len. Bei größerer Steifigkeit können auch kleinere

00264 Zellen vorgesehen werden bzw. sind diese tolerier-

00265 bar. 00266

00267 Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich,

00268 daß neben den überraschenden Vorteilen bei der

00269 Herstellung der extrudierten geschäumten Polystyrol-

00270 folie auch lediglich Mittel verwendet werden, die

00271 unter Umweltgesichtspunkten sehr vorteilhaft sind.

00272 Überdies sind diese Materialien lebensmitteltech-

00273 nisch völlig unbedenklich. Darüber hinaus hat sich

00274 gezeigt, daß auf diese Weise extrudierte geschäumte

00275 Polystyrolfolie alterungsunempfindlich ist; die

00276 Folie kann somit entweder ohne einen Alterungs-

00277 schritt sofort weiterverarbeitet, beispielsweise

00278 auf eine bestimmte Form geschrumpft werden oder

00279 aber über einen langen Zeitraum zwischengelagert

00280 werden, ohne dadurch die Verarbeitungseigenschaften

00281 spürbar zu verändern. 00282

00283 In Fig. 2 ist eine Möglichkeit der Weiterverarbei-

00284 tung einer Mehrschicht-Folie angedeutet. Bei dieser

00285 Art der Weiterverarbeitung wird aus einer Mehr-

00286 schicht-Polystyrolfolie 36 unter Temperatureinwir-

00287 kung ein Becher geformt, indem das Schrumpfvermögen

00288 der Folie 36 ausgenutzt wird. Hierzu wird die entwe-

00289 der frisch extrudierte oder zwischengelagerte

00290 schlauchförmige Folie 36 über einen Schrumpfkern 3

00291 geführt. Anschließend wird die Folie 36 über den

00292 Erweichungspunkt erwärmt, wodurch der Schrumpfpro-

00293 zeß einsetzt. Die Folie 36 schmiegt sich unter Volu-

00294 menverkleinerung an die Außenoberfläche des

00295 Schrumpfkerns 38 an. Es wird ein Boden B eingesetzt

00296 und am Randbereich 40 eine Mundrolle 42 angeformt. 00297

00298 Es hat sich gezeigt, daß die nach dem vorstehend be-

00299 schriebenen Verfahren hergestellte geschäumte Poly-

00300 styrolfolie ausreichend stabil ist, um selbst im

00301 Bereich der Mundrolle 42 das Auftreten von Falten,

00302 insbesondere im Bereich der Bechermantelwand unter-

00303 halb der Mundrolle zuverlässig auszuschließen. 00304

00305 Nachfolgend wird ein Beispiel für die Herstellung

00306 einer geschäumten Polystyrolfolie näher beschrieben: 00307

00308 Es wurde ein Polystyrolharz mit einem mittleren

00309 Molekulargewicht von ca. 240.000 verwendet. Der

00310 Erweichungspunkt dieses Polystyrolharzes lag bei

00311 94° C. Dem Poly-

00312 styrolharz wurde 0,3% Porenbildner in Form einer

00313 Pulvermischung aus Natriumbicarbonat und Zitronen-

00314 säure zugefügt. Als Treibmittel wurde ausschließ-

00315 lieh Stickstoff mit einer Menge von ca. 0,8 bis 1,6 00316 Normliter/kg Polystyrolschaum verwendet. 00317 00318 Es ergab sich eine geschäumte Polystyrolfolie mit 00319 einer Foliendichte im Bereich zwischen 300 und 350 00320 g/1. Diese extrudierte Folie wurde über einen Kühl¬ 00321 dorn gezogen, so daß sich eine Foliendicke von etwa 00322 185 μm ergab. Das Flächengewicht der geschäumten 00323 Polystyrolfolie lag damit bei etwa 57 g/m ² ' ^* 3 ^eel 9- 00324 net für die Herstellung von Etikettenhülsen. 00325 00326 Die extrudierte geschäumte Polystyrolfolie kann 00327 ohne Zwischenlagerung zu Etikettenhülsen verarbei¬ 00328 tet werden, wobei sich keinerlei Probleme hinsicht¬ 00329 lich der Bedruckbarkeit ergeben. Auch kann die 00330 Polystyrolfolie für die Herstellung von Bechern und 00331 Schalen verwendet werden, wobei hierbei auch die 00332 Ausbildung der Mundrolle unpro¬ 00333 blematisch ist. 00334 00335 Auf einer folgenden Seite ist noch eine Übersicht 00336 der gemäß der Anmeldung erzielten Verbrauchsmengen 00337 für die Treibmittel Stickstoff und Kohlendioxid in 00338 Abhängigkeit von der Dicke, Dichte und dem Flächen¬ 00339 gewicht der Folien gegeben. 00340 00341 Die in der vorstehenden Beschreibung, der Zeichnung 00342 und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfin¬ 00343 dung können sowohl einzeln, als auch in beliebiger 00344 Kombination für die Verwirklichung der Erfindung 00345 von Bedeutung sein. Alle offenbarten Merkmale sind 00346 erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmel¬ 00347 dung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der 00348 zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen

00349 (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit

00350 einbezogen.

Anwendungsfall Materialdaten Verbrauchsanteile

Dicke Dichte Flächen- Nukl. Stick- Kohlen¬

<1> gewicht mittel stoff dioxid (μm) (g/1) (g/m ² ) (%) N ₂ CO ₂

Etiketten 180 320 58 0,4-0,6 l,7NL/kg 2,5NL/kg

Becher 450 260 117 0,3-0,5 3,5NL/kg 5NL/kg

Verpackungs- Behälter 1200 180 216 0,2-0,4 5NL/kg 7NL/kg

<1>: Die Dichte bezieht sich auf einen zweilagigen Verbund, d. h. eine Lage Polystyrolschaum und eine ca. 10-15 μm dicke koextrudierte Schicht.