Wie die Mehrschicht-Folienblas-Technologie die Leistung von Verpackungsfolien verbessert

Optimierung der Barriereleistung Durch strategisches Schichtdesign

Verbesserung der Sauerstoff- und Feuchtigkeitsbarriere bei 5- gegenüber 7-Schicht-Konfigurationen

Wie die Schichten in Verpackungsmaterialien angeordnet sind, beeinflusst maßgeblich, wie gut sie unerwünschte Stoffe abhalten. Laut einer kürzlich in „Packaging Digest“ veröffentlichten Branchenstudie aus dem vergangenen Jahr reduzieren Sieben-Schicht-Folien den Sauerstoffdurchtritt um rund 40 bis 60 Prozent gegenüber ihren Fünf-Schicht-Pendants. Zudem verhindern sie den Durchtritt von Feuchtigkeit etwa 25 bis 35 Prozent effektiver. Was macht dies möglich? Spezielle Sperrschichten, die zwischen passenden Haftschichten eingelegt sind, bilden diese komplizierten, gewundenen Pfade, die den Durchtritt verlangsamten. Durch diese zusätzliche Kontrolle über die Struktur können Hersteller jene speziellen Polymere genau dort platzieren, wo sie benötigt werden – beispielsweise EVOH zur Sauerstoffabsperre oder Polyamid (PA) zur Steuerung des Kohlendioxid-Gehalts in Atmosphärenmodifizierungsverpackungen. Diese Art präziser Konstruktion ist von großer Bedeutung, wenn Unternehmen sicherstellen möchten, dass ihre Produkte länger frisch bleiben.

EVOH- und Polyamid-Funktionsschichten: Gezielte Mechanismen zur Ausschluss von Kontaminanten

Wenn es um Barriereeigenschaften geht, ergänzen sich Ethylen-Vinylalkohol (EVOH) und Polyamid (PA) optimal. EVOH weist eine besonders dichte, ethylenreiche Struktur auf, die kleinste nichtpolare Moleküle wie Sauerstoff – mit einem Durchmesser von rund 3,86 Ångström – wirksam aussperrt. Dadurch erreicht es Sauerstoffdurchlässigkeitswerte (OTR), die deutlich unter 1 cm³ pro Quadratmeter pro Tag liegen. Polyamid hingegen leistet etwas anderes, aber ebenso Wichtiges: Dank seiner kristallinen Struktur bietet es einen hervorragenden Widerstand gegen Wasserdampf, lässt jedoch bestimmte Gase selektiv hindurchtreten. Die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate (MVTR) bleibt unter 1 Gramm pro Quadratmeter pro Tag. In Kombination erfüllen diese beiden Materialien sämtliche strengen Anforderungen, die beispielsweise für Arzneimittel und Lebensmittel mit langen Haltbarkeitszeiten gestellt werden. Hersteller setzen Coextrusionsverfahren ein, um eine zuverlässige Verbindung der Schichten sicherzustellen. Dazu werden speziell entwickelte Haftschichten zwischen den einzelnen Materialien eingebracht, sodass weder während der Fertigung noch später im praktischen Einsatz eine Trennung der Materialien erfolgen kann.

Mechanische Robustheit: Wie Co-Extrusion und biaxiale Orientierung steigern Stärke

Blasenaufblasdynamik und Auswirkungen der biaxialen Orientierung auf Zug- und Durchstichfestigkeit

Wenn Hersteller die Aufblasung der Blasblasen während des mehrschichtigen Folienblasprozesses steuern, entsteht das, was man als biaxiale Orientierung bezeichnet. Grundlegend bedeutet dies, dass sich die Polymerketten gleichzeitig in zwei Richtungen ausrichten – um den Umfang und entlang der Länge der Folie. Das Ergebnis? Deutlich verbesserte Leistungsmerkmale. Die Dehnung bewirkt tatsächlich eine sogenannte spannungsinduzierte Kristallisation, wodurch diese Folien unter Zugbelastung deutlich fester werden. Gemeint ist hier eine Verbesserung der Zugfestigkeit um rund 56 % gegenüber herkömmlichen Folien sowie eine beeindruckende Steigerung der Durchstichfestigkeit um 300 %. Das richtige Dehnungsverhältnis spielt hier eine entscheidende Rolle. Die meisten Experten empfehlen ein Verhältnis von etwa 2:1 für die Umfangsrichtung und von etwa 1,8:1 für die Axialrichtung. Diese Verhältnisse tragen dazu bei, die strukturelle Integrität zu bewahren und die mechanische Belastung gleichmäßig über das Material zu verteilen. Ohne eine angemessene Abstimmung könnten Verpackungen an den Versiegelungsstellen versagen oder beim Durchlauf durch schnellaufende Produktionslinien vollständig aufreißen.

LLDPE-Kern + Haftschicht-Architektur: Validierte 32 %ige Steigerung der Elmendorf-Reißfestigkeit

Eine synergistische Schichtarchitektur verbessert die mechanische Widerstandsfähigkeit:

• Kerne aus linearem niedrigdichtem Polyethylen (LLDPE) absorbieren Stoßenergie durch gezielte Kristallinitätssteuerung
• Reaktive Haftschichten – typischerweise Maleinsäureanhydrid-graftierte Polyolefine – verankern chemisch unterschiedliche Polymere und unterdrücken Delamination
• Extrusionsversuche bestätigen eine 32 %ige Verbesserung der Elmendorf-Reißfestigkeit, was eine Dünnerlegung ohne Einbußen bei der Haltbarkeit ermöglicht

Dieser coextrudierte Aufbau verteilt dynamische Spannungen über die Grenzflächen hinweg neu und hemmt so die Rissbildung und -ausbreitung unter realen Handhabungsbedingungen.

Funktionale Vielseitigkeit: Ausgewogenes Verhältnis von Versiegelbarkeit, Flexibilität und thermischer Stabilität

LDPE-/LLDPE-Versiegelungsschichten ermöglichen zuverlässiges Heißsiegeln über einen breiten Temperaturbereich

LDPE- und LLDPE-Versiegelungsschichten bieten eine unübertroffene thermische Anpassungsfähigkeit – sie gewährleisten zuverlässiges Heißsiegeln im Bereich von –50 °C bis 120 °C dieser Temperaturbereich ermöglicht die Lagerung von Tiefkühlware, das Aufwärmen in der Mikrowelle sowie die Endsterilisation medizinischer Geräte. Ihre verzweigte molekulare Struktur bietet:

• Niedrige Versiegelungsstarttemperaturen (bis zu 90 °C)
• Hohe Heißklebekraft zur Bewältigung von Fülldrücken
• Außergewöhnliche Beständigkeit gegen spröden Bruch bei Temperaturen unter Null Grad Celsius

LDPE/LLDPE-Blends weisen innerhalb dieses Temperaturbereichs eine Schwankung der Versiegelungsfestigkeit von weniger als 15 % auf – sie übertreffen homogene Polymere bei der thermischen Stabilitätsprüfung um 40 %. Diese Konsistenz ermöglicht es flexiblen Beuteln, ihre Kaltformbarkeit beizubehalten, und starren Schalen, Autoklavenzyklen standzuhalten – ohne dass die Versiegelungsintegrität oder die Produktionseffizienz beeinträchtigt werden.

Prozess-Material-Synergie: Sicherstellung der Verträglichkeit und Integrität bei der mehrschichtigen Folienblas-Technologie

Regeln für die Polymerpaarung – Warum EVOH PA- oder Haftvermittlerschichten benötigt, um Delamination zu verhindern

EVOH bietet eine branchenführende Sauerstoffsperrleistung – doch aufgrund seiner hydrophilen Natur und seiner schlechten Haftung an Polyolefinen wie PE oder PP ist eine direkte Verbindung instabil. Unbehandelt kommt es bei EVOH/PE-Grenzflächen unter thermischem Wechsel oder mechanischer Belastung zur Delaminierung, wodurch Mikrokanäle entstehen, die die Sperrfunktion beeinträchtigen. Spitzenlösungen lösen dieses Problem mittels zweier bewährter Strategien:

• Vermittlungsschicht : Maleinsäureanhydrid-graftierte Polyolefine bilden kovalente Bindungen mit den Hydroxylgruppen von EVOH und steigern die Abreißfestigkeit um 300–400 %
• PA-Sandwichkonstruktion : Nylon-Schichten benachbart zu EVOH verbessern die Feuchteresistenz und stabilisieren gleichzeitig die interfaciale Kohäsion

Thermische Wechseltests zeigen, dass unmodifizierte EVOH-Strukturen bereits nach nur 15 Zyklen eine Delaminierung von 80 % aufweisen. Eine sachgerechte Kombination verwandelt EVOH von einer Schwachstelle in eine dauerhafte, hochleistungsfähige Sperrschicht – und gewährleistet so Integrität der Struktur und Funktion während Extrusion, Verarbeitung und Endanwendung.

FAQ

Welche Vorteile bietet eine 7-Schichten-Folienkonfiguration gegenüber einer 5-Schichten-Konfiguration?

Eine 7-Schichten-Folienkonfiguration reduziert die Sauerstoffdurchlässigkeit um 40–60 % und die Feuchtigkeitsdurchlässigkeit um 25–35 % im Vergleich zu einer 5-Schichten-Konfiguration und ermöglicht so eine bessere Erhaltung der Produktfrische.

Wie tragen EVOH und Polyamid zu den Sperrwirkungen in Verpackungen bei?

EVOH bietet aufgrund seiner ethylenreichen Struktur hervorragende Sauerstoffsperreigenschaften, während Polyamid Feuchtigkeitsbeständigkeit verleiht und eine gezielte Gasdurchlässigkeit ermöglicht. Gemeinsam erfüllen sie die hohen Anforderungen an Produkte mit langen Mindesthaltbarkeitsdaten.

Was ist eine Biaxialorientierung und wie verbessert sie die Festigkeit der Folie?

Bei der Biaxialorientierung werden Polymerketten während des Folienblasprozesses in zwei Richtungen ausgerichtet, wodurch durch spannungsinduzierte Kristallisation die Zugfestigkeit und Stechfestigkeit verbessert werden.

Wie unterstützen LDPE-/LLDPE-Dichtschichten die Verpackung?

LDPE/LLDPE-Dichtschichten ermöglichen eine zuverlässige Heißsiegelung über einen breiten Temperaturbereich und unterstützen verschiedene Verfahren wie Tiefkühlung und Endsterilisation. Ihre verzweigte molekulare Struktur ermöglicht niedrige Siegeltemperaturen und Widerstandsfähigkeit gegenüber sprödem Bruch.

Warum ist es wichtig, Haftvermittlerschichten mit EVOH zu verwenden?

Haftvermittlerschichten – typischerweise maleinsäureanhydrid-graftierte Polyolefine – sind bei der Verwendung von EVOH aufgrund dessen hydrophiler Eigenschaften und schlechter Haftung an Polyolefine unerlässlich. Sie erhöhen die Abziehfestigkeit und verhindern Delamination, wodurch eine dauerhafte und wirksame Verpackung gewährleistet wird.