Barriereschicht auf ein Substrat

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundfolie, im Folgenden auch als Transferfolie bezeichnet, sowie ein Verfahren zum Transfer einer Barriereschicht auf ein anderes Substrat. Die Verbundfolie umfasst eine Trägerfolie, auf der eine Schichtfolge aus einer Lackschicht aus einem Barrierelack und einer anorganischen Schicht, auch als Metallisierung bezeichnet, auf der Lackschicht aufgebracht ist. Die Verbundfolie ist geeignet, die Barriereeigenschaften der Kombination aus Barrierelack und anorganischer Schicht gegenüber Sauerstoff, Wasserdampf und anderen organischen Substanzen mit Hilfe eines Transferverfahrens auf ein anderes Substrat, wie beispielweise Papier oder Karton, zu übertragen.

Ein technisch naheliegendes Gebiet in denen eine derartige Folie eingesetzt werden kann, ist beispielsweise aber nicht ausschließlich der Bereich der Lebensmittelverpackungen.

Stand der Technik

Eine wichtige Funktion von Lebensmittelverpackungen ist der Schutz des verpackten Gutes vor den Verderb fördernden Umwelteinflüssen wie beispielsweise Sauerstoff, Wasserdampf oder Licht. Um diese Schutzfunktion und damit eine lange Haltbarkeit des Lebensmittels zu gewährleisten, werden in Verpackungen häufig Materialien eingesetzt, die gegenüber diesen Umwelteinflüssen eine Barrierewirkung aufweisen. Üblicherweise erwünschte Permeationswerte bei sensiblen Lebensmitteln (z.B. Fleisch, Fisch) sind < 5 cm ³ / (m ² d bar) bei 23 °C und 50 % relativer Feuchte gegenüber Sauerstoff und <10 g/ (m ² d) bei 23 °C und 85 % relativer Feuchte gegenüber Wasserdampf.

Ein im Folienbereich etabliertes Verfahren zur Erzeugung einer Barriere ist die Vakuum- Abscheidung von dünnen anorganischen Schichten (Aluminium, Aluminiumoxid, Siliziumoxid) mittels Physical Vapour Deposition (PVD) . Bei diesem Verfahren wird das anorganische Material im Hochvakuum z.B. mittels eines lonenstrahls oder der thermischen Schiffchenverdampfung verdampft. Das verdampfte Material kondensiert anschließend auf der Substrat folie und bildet dort eine geschlossene, nanoskalige (nm- Maßstab) Schicht. Diese verbessert die Grundbarriere des Substrats erheblich; typisch sind hierbei Barriereverbesserungsfaktoren (barrier improvement factor, BIF) von bis zu 10 (mit Bezug auf das Substrat) .

Allerdings stellt das PVD-Verf ahren hohe Anforderungen an das Substrat (z.B. geringe Rauigkeit) , so dass nur bestimmte Kunststofffolien wie beispielsweise biaxialorientiertes Polypropylen (PP-BO) , biaxialorientiertes Polyethylen (PE-BO) , biaxial-orient iertes Polyethylenterephthalat (PET-BO) , selten auch Polyethylen (PE) oder orientiertes Polyamid (OPA) zum Einsatz kommen.

Insbesondere die Vakuumbedampfung von faserbasierten Substraten (Papier, Karton) gestaltet sich schwierig und dient in der Regel eher optischen Zwecken als der Erzeugung einer Barriereschicht. Ein wesentliches Problem stellt dabei, neben der Rauigkeit, der Wassergehalt von Papiersubstraten dar. Dieses würde bei dem im PVD-Prozess notwendigen Vakuum ausgasen und somit den Aufbau des erforderlichen Vakuums erschweren und zudem die Bi ldung einer geschlos senen Barriereschicht verhindern . Somit muss das Papier vor dem Bedampfungsprozes s getrocknet werden . Dieses Wasser muss nach der Vakuumbedampfung (paral lel zum Arbeitsgang Decklackieren) wieder ins Papier eingebracht werden (meist durch Benet zung der Papierrückseite über ein Tie fdruck-Auftragsverfahren) . Al lerdings schrumpft das Papier beim Trocknen in seiner Bahnbreite ( Fasern geben Wasser ab ) während es bei der Rückfeuchtung qui llt und wieder breiter wird . Dabei dehnt sich die Lackschicht , es reißt die Metalli sierung und verl iert ihre Barriereeigenschaften .

Nur durch intensive Untersuchungen konnten spez iel le Systeme aus Papieren und Barrierelacken gefunden werden, bei denen es unter besonders auf diesen Prozess angepassten Bedingungen gelungen i st , Barriereeigenschaften von einigen wenigen Papiersorten (niedrige Hygroexpansion, niedrige Rauigkeit , niedrige Wasseraufnahme der Strichseite ) mit Barrierelacken durch eine Metall is ierung zu verbessern . Dieser Prozess i st sowohl von der Auswahl der Papiere als auch von den Prozes sbedingungen her sehr stark eingeschränkt und schon leichte Abweichungen im Prozess führen zu einem Mi sserfolg ( extrem kleines Prozess fenster ) .

Aus diesem Grund ist das Vakuumbedampfen von Papiersubstraten zur Erzeugung von Barriereeigenschaften industriel l nach wie vor nicht etabliert . Stattdessen wird zur Erzeugung von vergleichbaren Barriereeigenschaften, das Papier in der Regel gegen eine Aluminiumfolie im pm-Maßstab kaschiert. Dies ist deutlich teurer und weist auch hinsichtlich der Nachhaltigkeit Nachteile auf.

Die Transfermetallisierung von faserbasierten Substraten ist ein weiteres bekanntes Verfahren und wird primär für dekorative Zwecke verwendet, da damit besonders glänzende Oberflächen für die Verpackung hochwertiger Produkte (Spirituosen, Parfüms, etc.) erzeugt werden können.

Dieses Verfahren wird in erster Linie bei Kartonagenverpackungen angewandt. Bei diesen kann ab einem bestimmten Flächengewicht (ca. 120 g/m ² ) die Vakuumbedampfung nicht mehr angewandt werden, da zu viel Wasser in der Vakuumkammer abgeben wird und dadurch der erforderliche Unterdrück nicht aufgebaut werden kann.

Bei der Transfermetallisierung wird eine Kunststoff- Folie mit einem Releaselack beschichtet und dann mittels PVD metallisiert. Diese Folie wird mittels eines Klebstoffs auf den Karton kaschiert und an der Stelle zwischen Releaselack und der Kunststoff-Folie delaminiert, so dass die Metallisierung auf dem Karton verbleibt. Beim Prozess der Kaschierung auf den Karton und der Delamination der Kunststoff-Folie werden Kräfte wirksam, die zu Mikrorissen in der Metallschicht führen, so dass diese über keine Barriereeigenschaften mehr verfügt. Daher war auch bei diesem Verfahren bisher keine Barrierewirkung zu erzielen .

In der Patentliteratur sind zahlreiche Verfahren der Transfermetallisierung sowie deren Produkte beschrieben . Die US 4344998 beschreibt eine metallisierte Verbundstruktur und das Verfahren zu deren Herstellung. Allerdings stehen bei dieser Variante die optischen und thermischen Eigenschaften im Fokus. Eine Barrierefunktion oder die Anwendbarkeit auf technisch herausfordernde Zielsubstrate wie Papier oder Biopolymere ist hier nicht beschrieben.

Eine Transferfolie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ist in der EP 0034392 Bl beschrieben. Der bei dieser Transf erfolie eingesetzte Barrierelack besteht aus Copolymeren von PVC oder einem Acryl-Copolymer.

Die DE 102019114198 Al beschreibt ein metallisiertes Barrierepapier, welches u.a. auch durch eine Transfermetallisierung erhalten wird. Die dafür zum Einsatz kommende Trans f erfolie wird nicht näher spezifiziert .

In der NL 9200945 A sind unterschiedliche Methoden beschrieben, um ein flexibles, kunststoffbasiertes Verpackungsmaterial mit Barriereeigenschaften zu erzeugen. Hierbei wird jedoch ein Verbundf olien- Bestandteil (Siegelschicht) mit einer anorganischen Schicht ausgestattet. Der Transfer der anorganischen Schicht auf ein anderes Substrat wird im Schutzrecht nicht erwähnt.

In der EP 1585668 A2 wird ein metallisiertes Verpackungsmaterial beschrieben, welches durch Transfermetallisierung hergestellt wird. Hierbei kommt jedoch ein sehr spezielles Verfahren zum Einsatz, bei dem innerhalb derselben Produktionslinie zunächst mittels Extrusion die Trans f er folie hergestellt wird und dann die anorganische Schicht unmittelbar auf das Substrat übertragen wird. Die Eigenschaften des Release Agents bleiben weitestgehend unerwähnt. Das Ziel des Prozesses ist die Schaffung einer dekorativen Glanzschicht auf einem Karton. Über eine Barrierewirkung der übertragenen Schicht ist nichts beschrieben .

Auch die EP 0287083 Bl beschreibt die dekorative Veredelung eines Kartonlaminats und eine verbesserte Knickbruchbeständigkeit .

Die CA 1160552 Al beschreibt einen Verbund aus einem Papiersubstrat, einer Klebstoff schicht, einer dünnen Metallschicht sowie einer Lackschicht, welcher durch Transfermetallisierung hergestellt wird. Die im Herstellungsprozess verwendete Transf erfolie wird nicht näher spezifiziert.

Die US 2017239926 AA beschreibt einen speziellen Aufbau einer Transferfolie, bei dem der Release Agent aus einem mit Zitronensäure quervernetztem Polyvinylamin besteht.

In der US 4250209 A wird eine Transferfolie bestehend aus einem nicht vorbehandeltem Polypropylen, einem Release Agent und einer auf gedampften Metallisierung beschrieben. Der Release Agent dient daher in erster Linie dem Ausgleichen der ungenügenden Oberflächengüte des unbehandelten Trägerfilms, um im nachfolgenden Metallisierungsschritt die Erzeugung einer geschlossenen Oberfläche zu ermöglichen. Besondere Anforderungen an die Barriereeigenschaften werden an den Lack nicht gestellt.

Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Transferfolie und ein Verfahren bereitzustellen, mit deren Hilfe es gelingt, eine Barriereschicht nahezu verlustfrei auf ein Zielsubstrat, z.B. Papier, zu übertragen, die eine sehr gute Barriere insbesondere gegenüber Sauerstoff und Wasserdampf bildet.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit der Transferfolie und dem Verfahren der Patentansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Trans f er folie sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.

Die vorgeschlagene Verbund- bzw. Transf erfolie wird durch eine Trägerfolie mit einer darauf aufgebrachten Schichtfolge aus einer Lackschicht aus einem Barrierelack und einer anorganischen Schicht (auch als Metallisierung bezeichnet) auf der Lackschicht gebildet, wobei die Adhäsionskräfte zwischen der Lackschicht und der Trägerfolie geringer als die Adhäsionskräfte zwischen der Lackschicht und der anorganischen Schicht sind. Die Trans f erfolie zeichnet sich dadurch aus, dass der Barrierelack eine Polymermatrix mit einem hydrophilen und einem hydrophoben Anteil aufweist, von denen der hydrophobe Anteil im Bereich von 0,2 - 20 %, besser 0,5 - 15 %, idealerweise 0,5 % - 10 %, bezogen auf die Stoffmenge in mol, liegt. Der hydrophile Anteil beträgt wenigstens 70 mol-%. Die Bestimmung dieses molaren Stoffmengenverhältnisses erfolgt bei thermoplastischen Lacksystemen mit Hilfe der thermischen Analyse (Schmelzpunktbestimmung inkl . Ref erenzierung mit

Monomeren; DDK, engl : DSC; Heizprogramm: 23 - 300 °C, 10 °C/min Heizrate) gemäß der DIN EN ISO 11357-1. Bei Lacken auf Proteinbasis erfolgt die Verhältnisermittlung auf Basis der chemischen Struktur (entnommen aus Proteindatenbanken wie bspw. SCOPe) oder aus Ergebnissen von GC-MS-Messungen . Lacksysteme auf Polyesterbasis können mit Hilfe der thermischen Analyse oder mit Hilfe von GC-MS-Untersuchungen analysiert werden.

Zur Herstellung der Transferfolie wird eine kunststoffbasierte Trägerfolie mit einem Barrierelack, z.B. basierend auf Polyvinylalkohol (PVOH) , modifiziertem Polyvinylalkohol oder Etyhlen- Vinylalkohol (EVOH) , beispielsweise mittels Extrusion oder nasschemisch beschichtet und adäquat getrocknet. Die Trägerfolie kann z.B. aus biaxial-orientiertem (PP-BO) , biaxial-orientiertem Polyethylen (BO-PE) , biaxial-orientiertem Polyethylenterephthalat (PET-BO) , Polypropoylen (PP) , Polyethylen (PE) , Polyethylenterephthalat (PET) , axial oder biaxial orientiertem Polyamid (OPA) , Polyamid (PA) oder durch eine andere Polymerfolie von ausreichender Oberflächenqualität gebildet sein. Wesentlich an den Lackeigenschaften ist hierbei, dass die Lackmatrix sowohl hydrophile, wie auch ein geringes Maß an hydrophoben Eigenschaften aufweist. Dies kann durch die chemische Eigenschaft des Lackes (als Copolymer, Blend, o.ä. ) realisiert werden .

Der Barrierelack zeichnet sich dadurch aus, dass er zum überwiegenden Anteil (mind. 70 mol-%, vorzugsweise mind. 80 mol-%) aus hydrophilen Bestandteilen, vorzugsweise hydrophilen Monomeren (z.B. Vinylalkohol) , besteht. Hydrophile Monomere in einem Copolymer weisen Sperreigenschaften gegenüber unpolaren Stoffen wie Sauerstoff auf. Wesentlich bei der Auswahl des Barrierelacks ist zudem ein bestimmter Anteil hydrophober Funktionsgruppen (z.B. Ethylen) im Copolymer. Diese weisen bedingt durch die geringe Löslichkeit eine Barriere gegenüber polaren Stoffen (wie bspw. Wasserdampf auf) .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Transf erfolie wird ein Barrierelack eingesetzt, der aus einem Copolymer besteht, welches sich zu einem überwiegenden Anteil (mind. 70 mol-%, vorzugsweise mind. 80 mol-%) aus hydrophilen Monomeren zusammensetzt. Dadurch weist der Lack intrinsische Sauerstoffbarriereeigenschaften auf. Der geringere Anteil (max. 20 mol- %) besteht aus hydrophoben Monomeren, die obgleich der chemischen Struktur dem Lack keine intrinsischen Wasserdampfbarriereeigenschaften verleihen. Somit weist der zu wählende Lack für sich eine Sauerstoffbarriere aber keine Wasserdampfbarriere auf. Darüber hinaus zeichnet sich der Barrierelack dadurch aus, dass seine Adhäsionskräfte zur anorganischen Schicht größer sind als die zur Trägerfolie.

Im Anschluss wird diese beschichtete Seite der Trägerfolie mit Hilfe eines geeigneten Verfahrens mit einer anorganischen Schicht, beispielsweise aus Aluminium, Alumniumoxid oder Siliziumoxid beschichtet.

Überraschenderweise zeigt sich, dass die Kombination aus Barrierelackschicht und anorganischer Schicht synergetische Effekte hinsichtlich der Barriereeigenschaften zur Folge hat, die über die Summe der Barriereeigenschaften der Einzelschichten hinausgehen. Der Aufbau aus organischem Barrierelack und anorganischer Beschichtung, insbesondere Bedampfung, hat zur Folge, dass der geringe Anteil an hydrophoben Komponenten im Lack, anders als im Aufbau Folie und Lack, eine Wirkung zeigt und somit der Aufbau Folie, Lack und anorganische Schicht über besonders herausragende Barriereeigenschaften sowohl gegenüber Sauerstoff als auch Wasserdampf verfügt.

Für die Übertragung der Barriereschicht, bestehend aus der Schichtfolge aus Lackschicht und anorganischer Schicht, auf ein Zielsubstrat wird die Transferfolie zunächst mit der anorganisch beschichteten Seite mit einem Klebstoff (z.B. Polyurethan oder Hotmelt- Klebstoff) beschichtet und gegen das Zielsubstrat (z.B. aus Papier, Kartonagen, Biopolymeren etc.) kaschiert, so dass der folgende Aufbau resultiert:

Trägerfolie/Barrierelackschicht/ anorganische Schicht /Klebstoff/ Zielsubstrat.

Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Barriereeigenschaften des mit der Barriereschicht versehenen Zielsubstrats gestaltet sich der Prozess, wenn nicht die Transferfolie beim Kaschierprozess mit Klebstoff beschichtet wird, sondern das Zielsubstrat. Der Grund hierfür ist, dass die Barriereschicht (Lackschicht + anorganische Schicht) zu diesem Zeitpunkt noch eine relativ hohe Empfindlichkeit gegenüber mechanischem Stress sowie dem Kontakt mit lösemittelhaltigen oder wasserbasierten Klebstoffen aufweist .

In einem weiteren Schritt, typischerweise beim Schneiden oder Umwickeln des Folien/Papier-Verbundes (bei einem Zielsubstrat aus Papier) , wird die Trägerfolie durch die geringen vorherrschenden Adhäsionskräfte von der Lackschicht aus Barrierelack getrennt und separat gewickelt. Somit verbleibt als Endprodukt der folgende Aufbau (dargestellt in umgekehrter Reihenfolge) : Ziel sub strat/Kl eb stoff/ anorganische Schicht /Barrierelackschicht

Überraschenderweise zeigt sich, dass beim beschriebenen Aufbau der Transferfolie ein zerstörungsfreier Übertrag der Barrierelackschicht und der anorganischen Schicht auf das Zielsubstrat ohne die Nutzung eines zusätzlichen Debonding- Agents möglich ist. Somit können auch auf Zielsubstraten, die normalerweise keine hinreichenden Barriereeigenschaften aufweisen (z.B. Papier, Kartonagen, Biopolymere etc) , die gewünschten Barrierewerte der Lebensmittelindustrie gegenüber Sauerstoff (</= 1 cm ³ / (m ² d bar) bei 23 °C und 50 % r.F.) und Wasserdampf (</= 1 g ³ / (m ² d) bei 23 °C und 85 % r.F. ) auf das Zielsubstrat übertragen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorgeschlagene Transf erfolie und das vorgeschlagene Verfahren werden nachfolgend anhand von Beispielen in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen beispielhaften Aufbau der Transferfolie;

Fig. 2 einen Verbundaufbau zwischen Zielsubstrat und Transferfolie nach Aufbringen der Transferfolie, und

Fig. 3 den fertigen Verbund nach Abziehen der Trägerf olie .

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Transferfolie bestehend aus einer Trägerfolie (z.B. PET) , einer Lackschicht (z.B. EVOH) sowie einer mittels Physical Vapor Deposition (PVD) oder vergleichbaren Verfahren (z.B. Atomic Layer Deposition (ALD) , Chemical Vapor Deposition (CVD) ) aufgebrachten anorganischen Schicht (z.B. aus Aluminium, Aluminiumoxid, Siliziumoxid etc) , wie dies in Figur 1 schematisch dargestellt ist.

Der Barrierelack wird vorzugsweise mittels Extrusionbeschichtung oder nasschemisch auf die Trägerfolie aufgetragen. Als nasschemische Verfahren eignen sich beispielsweise der Auftrag mittels Rakel, Flexographie, Walzen-, Sprüh-; Tauch-, Schiit zdüsen- und Vorhangbeschichtung.

Als Trägerfolie eignen sich z.B. biaxial-orientiertes (PP-BO) , biaxial-orientiertes Polyethylen (BO-PE) , biaxial-orientiertes Polyethylenterephthalat (PET-BO) , Polypropoylen (PP) , Polyethylen (PE) , Polyethylenterephthalat (PET) , axial oder biaxial orientiertes Polyamid (OPA) , Polyamid (PA) oder eine andere Polymerf olie .

Im Falle einer nasschemischen Beschichtung erfolgt im Anschluss an den Beschichtungsprozess ein Trocknungsschritt zur Entfernung des Lösemittels. Die Trocknung kann beispielsweise durch Konvekt ions- , Mikrowellen, Vakuum-, Infrarottrocknung oder Kombinationen daraus erfolgen .

Die für die für die Beschichtung verwendete Formulierung basiert auf einem oder mehreren Lösemitteln wie beispielsweise einem einwertigen Alkohol (Ethanol, Propanol, Butanol etc) , Wasser, einem Ester (z.B. Ethylacetat) oder Kombinationen daraus sowie einer Lackkomponente. Die verwendete Lackkomponente zeichnet sich dadurch aus, dass sie nach Auftrag auf die Trägerfolie und ggf. Trocknung eine geschlossene Schicht ausbildet. Diese Schicht verfügt über eine gute Sauerstoff- aber nur über eine geringe Wasserdampfbarriere.

Die Sauerstoff durchlässigkeit (gemessen nach DIN 53380-3 bei 23°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50%) der Lackschicht (normiert auf eine Schichtdicke von 100 pm) liegt typischerweise unter 5 cm ³ / (m ² d bar) , besser unter 2,5 cm ³ / (m ² d bar) ,noch .besser unter 0,5 cm ³ / (m ² d bar) , idealerweise unter 0, 05 cm ³ / (m ² d bar) .

Die Wasserdampfdurchlässigkeit (gemessen nach DIN EN ISO 15106-3 bei 23°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85%) der Lackschicht (normiert auf eine Schichtdicke von 100 pm) liegt typischerweise unter 100 g/ (m ² d) , besser unter 50 g/ (m ² d) , idealerweise unter 20 g/ (m ² d) , aber jeweils noch über 10 g/ (m ² d) .

Die Schichtdicke der getrockneten Lackschicht beträgt üblicherweise zwischen 5 nm und 100 pm, besser zwischen 7 nm und 50 pm, noch besser zwischen 10 nm und 30 pm, idealerweise zwischen 10 nm und 10 pm. Ermittelt wird die Lackschichtdicke entweder mit Hilfe eines mechanischen Sensors (als Differenzmessung aus unbeschichteter und beschichteter Trägerfolie) , als mikroskopische Darstellung eines Querschnitts, angefertigt mit einem Mikrotom, oder als Differenzwägung einer Flächengewichtsbestimmung der beschichteten und unbeschichteten Trägerfolie.

Als Lackkomponente eigenen sich insbesondere Komponenten, die im gewählten Lösemittel löslich oder dispergierbar sind und nach Auftrag auf der Trägerfolie die beschriebenen Barriereeigenschaften aufweisen. Elementar ist hierbei die chemische Polymermatrix. Zur Erzielung der gewünschten Barriereeigenschaften auf dem Zielsubstrat weist die Polymermatrix sowohl einen hydrophilen, wie auch einen demgegenüber deutlich geringeren hydrophoben Anteil auf .

Beispiele von Polymeren mit hydrophil/hydrophoben Eigenschaften hierfür sind hydrophob-modi f i ziertes PVOH, EVOH, modifiziertes EVOH, medium chain length Polyhydroxyalkanoate (mPHA) , oligomere Milchsäure (oLA) , Cutin und dessen Derivate, sowie Kombinationen daraus .

Der hydrophobe Anteil in der Polymermatrix beträgt vorzugsweise zwischen 0,5 und 20 mol-%, besser zwischen 2 und 10 mol-% und idealerweise zwischen 3 und 8 mol-%.

Aufgrund dieses relativ niedrigen Anteils an hydrophoben Anteilen in der Polymermatrix weist der Barrierelack bei einer Anwendung auf einem Foliensubstrat zwar eine nennenswerte Barriere gegenüber Sauerstoff auf, aber keine für Anwendungen im Verpackungsbereich hinreichende Barriere gegenüber Wasserdampf. Typischerweise weist der Barrierelack dann Wasserdampfdurchlässigkeiten über 10 g/ (m ² d) bei 23 °C und 85 % relativer Feuchte auf.

Überraschenderweise zeigt sich jedoch, dass nach der nachfolgend beschriebenen Aufbringung einer nanoskaligen anorganischen Schicht (z.B. durch Vakuum- Bedampfung) synergistische Effekte zwischen dem Lack, insbesondere der hydrophoben Lack- Komponente, und dem anorganischen Beschichtungsmaterial wirken. Dadurch werden auf der Trans f er folie Wasserdampfdurchlässigkeiten </= 1 g/ (m ² d) bei 23 °C und 85 % r.F. erreicht, die dann auf das Zielsubstrat übertragen werden können. Die Werte zur Wasserdampfdurchlässigkeit sind jeweils normiert auf eine Schichtdicke von 100 pm.

Der Anteil der Lackkomponente in der Beschichtungsformulierung zum Aufbringen der Lackschicht beträgt bei der Extrusionsbeschichtung idealerweise mehr als 70% (m/m) , besser mehr als 80% (m/m) und idealerweise über 90% (m/m) .

Bei der Formulierung für eine nasschemische Beschichtung beträgt der Anteil der Lackkomponente üblicherweise zwischen 0,1 und 60 % (m/m) , besser zwischen 0,5 und 40 % (m/m) und idealerweise zwischen 1 und 20 % (m/m) .

In einem nächsten Schritt wird auf die Barrierelackschicht eine oder mehrere anorganische Schicht (en) , vorzugsweise bestehend aus Aluminium (Al) , Aluminiumoxid (AlOx) , Silicium (Si) , Siliziumoxid (SiOx) oder Kombinationen daraus, aufgebracht. Der Auftrag der anorganischen Schicht erfolgt mittels Physical Vapor Deposition (PVD) , Chemical Vapor Deposition (CVD) , Plasma-Enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) Atomic Layer Deposition (ALD) , nasschemische Abscheidung von Nanopartikeln (wie beispielsweise Schichtsilikaten) oder anderen Verfahren, die geeignet sind nanoskalige, anorganische Schichten auf Kunststoff Substraten abzuscheiden .

Die Schichtdicke (ermittelt mittels Rasterelektronenmikroskopie) der anorganischen Beschichtung beträgt üblicherweise zwischen 3 nm und 990 nm, besser zwischen 4 nm und 750 nm idealerweise zwischen 5 nm und 500 nm.

Die Sauerstoff durchlässigkeit wird durch das Aufbringen dieser anorganischen Schicht (gemessen nach DIN 53380-3 bei 23°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50%) gegenüber der reinen Lackschicht üblicherweise um den Faktor 2, besser um den Faktor 5, idealerweise um den Faktor 10 oder mehr reduziert.

Die Wasserdampfdurchlässigkeit (gemessen nach DIN EN ISO 15106-3 bei 23°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85%) gegenüber der reinen Lackschicht wird durch das Aufbringen der anorganischen Schicht üblicherweise um den Faktor 2 -20, besser um den Faktor 20 - 50, idealerweise um den Faktor 50 - 500 reduziert .

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die anorganische Schicht mit einer weiteren Beschichtung des Barrierelackes versehen.

Vorrangige Aufgabe der erfindungsgemäßen Transf erfolie ist es, die Kombination aus Barrierelackschicht und anorganischer Beschichtung von der Trägerfolie auf ein Zielsubstrat zu übertragen. Zielsubstrate sind in der Regel flächige Materialien, die nicht ohne weiteres mit anorganischen, nanoskaligen Barriereschichten versehen werden können. Beispiele hierfür sind Papiere, Kartonagen, Biopolymere (Cellophan, Polymilchsäure, Polyhydroxyalkanoate, Polybutyl- succinate etc) , (Natur- ) Faser- Kunststoff- Komposite, Textilien und Vliese sowie konventionelle Kunststoffe mit unzureichenden Oberflächeneigenschaften für eine Beschichtung mittels der oben beschriebenen Verfahren wie beispielsweise PVD .

Zur Übertragung der anorganischen Schicht, im Folgenden als Metallisierung bezeichnet, und der Lackschicht wird nun auf das Zielsubstrat oder die anorganische Schicht ein Kaschierklebstoff (z.B. auf Basis von Polyurethan) aufgetragen.

Dieser Kaschierklebstoff zeichnet sich dadurch aus, dass dessen Adhäsion an die Metallisierung nach der Trocknung die Verbundhaftung zwischen Lackschicht und Trägerfolie übersteigt. Üblicherweise liegt die Adhäsion zwischen Kaschierklebstoff und Metallisierung um den Faktor 2, besser um den Faktor 5, idealerweise mindestens um den Faktor 10 höher als die Verbundhaftung zwischen Barrierelackschicht und Trägerfolie.

Anschließend wird die Transferfolie auf der metallisierten Seite mit dem Zielsubstrat verklebt, wie dies in Figur 2 schematisch dargestellt ist.

Um einen erfolgreichen Transfer der Lackschicht und Metallisierung vom Träger- auf das Zielsubstrat zu gewährleisten, zeichnet sich der Barrierelack neben den oben genannten Eigenschaften zusätzlich dadurch aus, dass die Haftung zwischen Barrierelackschicht und Metallisierung höher ist als die Adhäsion wischen Barrierelackschicht und Trägerfolie. Üblicherweise liegt die Adhäsion zwischen Barrierelackschicht und Metallisierung um den Faktor 2, besser um den Faktor 5, idealerweise mindestens um den Faktor 10 höher als die Verbundhaftung zwischen Barrierelackschicht und Trägerf olie . Anschließend wird in einem letzten Schritt, beispielsweise beim Umwickeln der Folie, die Trägerfolie abgezogen, wobei sowohl die Lackschicht als auch die Metallisierung auf dem Zielsubstrat verbleiben (vgl. Figur 3) . Dabei zeigt sich überraschenderweise, dass ein Transfer der Metallisierung und der Barierelackschicht ohne nennenswerte Schädigung der nanoskaligen Metallisierung auf das Zielsubstrat auch ohne den Einsatz von enthaftungs fördernden Additiven, sog. release agents (z.B. Butylacetat, Wachse, Paraffine, Silikone) möglich ist.

Überraschenderweise zeigt sich, dass im finalen Verbund die auf der Trägerfolie erzeugten Barriereeigenschaften der Metallisierung und Lackschicht weitestgehend erhalten bleiben und somit im Transferprozess auf das Zielsubstrat übertragen wurden. Damit können nun auch Substrate mit Barriereeigenschaften ausgestattet werden können, bei denen dies bislang technisch nicht möglich oder wirtschaftlich nicht sinnvoll war.

Die Sauerstoff durchlässigkeit (gemessen nach DIN 53380-3 bei 23°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50%) des Verbundes nach Transfer der Metallisierung und der Barrierelackschicht auf das Zielsubstrat und nach dem Abziehen der Trägerfolie liegt typischerweise unter 10 cm ³ / (m ² d bar) , besser unter 5 cm ³ / (m ² d bar) , noch besser unter 5 cm ³ / (m ² d bar) , idealerweise unter 2 cm ³ / (m ² d bar) , jeweils normiert auf eine Schichtdicke von 100 pm.

Die Wasserdampfdurchlässigkeit (gemessen nach DIN EN ISO 15106-3 bei 23°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 85%) des Verbundes nach Transfer der Metallisierung und der Barrierelackschicht auf das Zielsubstrat und nach dem Abziehen der Trägerfolie liegt typischerweise unter 10 g/ (m ² d) , besser unter 2 g/ (m ² d) , idealerweise unter 1 g/ (m ² d) , jeweils normiert auf eine Schichtdicke von 100 pm.

Somit erlaubt die Nutzung der erfindungsgemäßen Transferfolie die Übertragung einer Barrierelackschicht sowie einer nanoskaligen Metallisierung auf ein Zielsubstrat ohne nennenswerten Verlust der Sauerstoff- und Wasserdampfbarriere. Dies ermöglicht beispielsweise den Einsatz von Substraten, die selbst über keine oder keine nennenswerte Barriereeigenschaften verfügen, als Primärverpackung für sensible und hochsensible Lebensmittel.

Ein weiterer Vorteil der transferierten Kombination aus Metallisierung und Barrierelackschicht ist, dass insbesondere die Metallisierung eine Sperrschicht zu unerwünschten aber insbesondere in Kunststoff- und Papierrezyklaten vorkommenden Substanzen (Mineralöl, Additive, Non-intentionally added substances (NIAS) ) darstellt. Somit erlaubt die Nutzung der Trans f er folie den Übertrag der Sperrschicht aus Metallisierung und Barrierrelackschicht auf rezyklathalt ige Zielsubstrate und deren Einsatz z.B. in (Lebensrnittel-) Verpackungen. Zudem kann dieser Ansatz um weitere Schichten (z.B. Etyhlen-Vinylacetat-Lacke oder Ethylen-Acrylsäure-Lacke) ergänzt werden, sodass eine thermische Fügefähigkeit des Zielsubstrats mit Hilfe des thermischen Siegelns erreicht wird. Auf diesem Wege kann durch einen einfachen Kaschierprozess das Zielsubstrat mit Barriereeigenschaften sowie einer Konfektioniermöglichkeit zu Formkörpern ausgestattet werden . Anwendungsbeispiel : Transfer auf faserbasiertes Substrat

Im dekorativen Veredlungsbereich sind Veredlungs folien für die Trans fermetallisierung marktüblich . Mit dieser Art von Veredlungs folien werden gedruckte Texte sowie bspw . Strichzeichnungen veredelt . Somit werden ähnliche Ef fekte wie bspw . dem Glanzprägedruck erreicht . Allerdings liegt der Fokus bei diesen Anwendungen auf der optischen Erscheinung . Eine frei verkäufliche Veredlungs folie der Firma Bergmann Handels OHG

( „Creativ-Papier" - Veredlungs folie Silberglanz ) weist keinerlei Barriereeigenschaften auf , wie in der Tabelle 1 dargestellt ist :

Tabelle 1 : Barriereeigenschaften einer marktüblichen

Veredelungs f olie

Im Folgenden wird beschrieben, wie ein faserbasiertes Substrat durch Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens mit hervorragenden Barriereeigenschaften ausgestattet wurde .

Es wurde eine 50 pm biaxial orientierte PET-Folie ( Typ Mitsubishi Hostaphan RNK 75 ) in einem Rolle zu Rolle- Prozess mit einem Polyvinylalkohol-basierten Lack beschichtet . Auf eine Oberflächenvorbehandlung der Folie , wie es bei Folienveredlungsprozessen üblich ist , wurde hierbei bewusst verzichtet . Bei dem Lack handelt es sich um ein wasserbasiertes , modi fi ziertes PVOH- System (Kuraray Exceval AQ 4104 ) mit einem Etyhlen- gehalt von 8 Mol-% . Diese 8 % entsprechen in diesem Fall dem hydrophoben Anteil . Die PVOH-Lösung wurde auf einen Festkörpergehalt von 15 % (w/w) eingestellt . Die Trocknung des bahnförmigen PET erfolgte mit einem konvektiven Bahntrockner bei 95 ° C Trockentemperatur . Es wurde eine Trockenschichtgrammatur von ~ 2 g/m ² erreicht .

Im Anschluss wurde das lackierte PET-Substrat auf der PVOH-Seite mit Aluminium bedampft . Die Bedampfung wurde mit Hil fe eines PVD-Prozesses unter Vakuum aufgebracht . Die Vakuumstärke ergab sich zwischen 10~ ⁵ bis 10~ ³ mbar . Die Verdampfung des Aluminiums wurde in diesem Fall mit einer Elektronstrahlquelle realisiert . Die Schichtdicke der Aluminium-Bedampfung wurde mit Hil fe eines Schwingquarzes überwacht und betrug zwischen 50 - 100 nm . Nach dem Öf fnen der Kammer wurde die Folie für 1 Tag auf 23 ° C und 50 % r . F . rekonditioniert . Die Rekonditio- nierung stellt den letzten Schritt der Anfertigung der Trans ferfolie dar . Somit ergibt sich ein finaler Aufbau wie in Verbindung mit Figur 1 geschildert .

Die Trans ferfolie zeichnet durch hervorragende Barriereeigenschaften aus , die in der Tabelle 2 zusammengefasst sind .

Tabelle 2 : Permeationseigenschaften der Trans ferfolie ,

Prüfung erfolgte durch DAAkS-akkreditiertes Prüflabor

Zur Ausstattung eines faserbasierten Materials mit

Barriereeigenschaften wurde in einem ersten Schritt das faserbasierte Material ( Pack Pro 7 . 0 Verpackungspapier der Firma Brigl & Bergmeister ) auf der ungestrichenen Seite mit einer zweikomponentigen Polyurethan- Klebstof flösung beschichtet . Die ethylacetat-basierte Lösung hatte einen Festkörperanteil von 65 % . Die Antrocknung erfolgte mit einem konvektiven Bahntrockner bei 50 ° C Trockentemperatur . Im Kaschierwerk wurde dann die mit Klebstof f beschichtete Seite des Verpackungspapiers gegen die metallisierte Seite der Trans ferfolie kaschiert und auf gewickelt .

Die Trockenschichtdicke des Klebstof fs befand sich hierbei in einem Trockenschichtbereich zwischen 3 g/m ² und 5 g/m ² . Der Gesamtaufbau in diesem Stadium entspricht dem in Figur 2 .

Im Anschluss wurde der Gesamtverbund mit Hil fe einer Umwickelstation getrennt . Durch die geringen Adhäsionskräfte zwischen PET-Folie und PVOH-Schicht trennt sich der Verbund vornehmlich an dieser Stelle . Durch dieses Prinzip wurde das Barrieresystem PVOH + Metallisierung von der Trans ferfolie auf das Zielsubstrat übertragen . Es ergab sich eine Verbundstruktur gemäß Figur 3 , die die in Tabelle 3 dargestellten Permeationswerte aufwies .

Tabelle 3 : Permeationseigenschaften des veredelten

Papiers , Prüfung erfolgte durch DAAkS-akkreditiertes

Prüflabor