Siegeln - BUERGO.FOL · ~ mPE-LLD C6, C8 ~ mPE-MD ~ mPE-HD - Ionomere - EVAc - Polybuten -...

Siegeln - (K)Ein Buch mit sieben Siegeln Dr. Kurt Stark 22.06.2012

Tagung: PE- und PP-Folien Siegelschichten für dichte Verpackungen SKZ und Innoform 21. bis 22. Juni 2012 Festung Marienberg, Würzburg

Inhalt 1. BUERGO.FOL - Unternehmen

- Anwendungen

- Produktportfolio

2. Siegeln in der Lebensmittelbranche - Siegelmedien und Eigenschaften

- Siegeltechniken

- Öffnungscharakteristik

- Siegelkurven

3. Praxisbeispiele - Siegeln bei einer Flowpackanlage

- Siegeln bei einem Traysealer

- Kontaminierte Siegelflächen

- Probleme und Lösungen

1. BUERGO.FOL

www.buergofol.de BUERGOFOL GmbH · Jahnstraße 10 · 14 D-93354 Siegenburg

UNTERNEHMEN / KURZPROFIL

KERNKOMPETENZ BESONDERHEIT SCHWERPUNKT STANDORTE MITARBEITER ZERTIFIZIERUNG

Über 40 Jahre Erfahrung in der Coextrusion von Verbundfolien Entwicklung von Folienrezepturen nach Anwendungsbereichen bzw. Kundenanforderungen Hochbarrierefolien auf Basis EVOH, bedruckt und unbedruckt sowie Hartfolien, Skin-, Schrumpf-, Spezialfolien Siegenburg, Ingolstadt, Neutraubling Ca. 300 DIN EN ISO 9001:2008, HACCP, BRC/IoP Global Standard Version 4, ISO 50001


SIEGENBURG Verwaltung Flexible Folien INGOLSTADT Hartfolienwerk

NEUTRAUBLING Kompetenzzentrum Druck und Kaschierung

UNTERNEHMEN / STANDORTE

www.buergofol.de

• BLASEXTRUSION - Kapazität: 15.000 jato · 1 x 3-Schicht · 3 x 5-Schicht · 3 x 7-Schicht · 2 x 7-Schicht Schrumpffolienanlagen • CAST-FOLIEN - Kapazität: 25.000 jato · 3 Anlagen

UNTERNEHMEN

TECHNIK / EXTRUSIONSANLAGEN

BUERGOFOL GmbH · Jahnstraße 10 · 14 D-93354 Siegenburg

www.buergofol.de

• DRUCK

· 1 x 10-Farben Flexo · 1 x 6-Farben Flexo • KASCHIERUNG

· 2 Anlagen (LF-Kaschierung, LH- bei Bedarf) • SCHNEIDEN/UMROLLEN

· 7 Anlagen • BEUTELKONFEKTION

· 16 Anlagen für Schlauch-, Siegelrand- und Standbodenbeutel, Großsäcke, Schrumpfbeutel (Formate: 100 x 100 mm bis 2.400 x 4.300 mm)

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TECHNIK / WEITERVERARBEITUNG UND VEREDELUNG


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• LEBENSMITTEL • TECHNISCHE ANWENDUNGEN • MEDIZIN • TIERNAHRUNG • CHEMISCHE INDUSTRIE • SPEZIALANWENDUNGEN

ANWENDUNGEN


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• SCHLAUCHBEUTEL- UND OBERFOLIEN • BUERGO.FLEX FLOW/TOP

• UNTERFOLIEN • BUERGO.FLEX BOTTOM

• OBERFOLIEN • BUERGO.FLEX TOP

• KASCHIERVERBUNDE / WIEDERVERSCHLUSS • BUERGO.FLEX SPEZIAL

• HARTFOLIEN / HARTFOLIEN GESCHÄUMT • BUERGO.PET / BUERGO.PET EXPANDED

• SKINFOLIEN • BUERGO.SKIN

• SCHRUMPFFOLIEN • BUERGO.SHRINK

• SPEZIALFOLIEN • BFCR

PRODUKTE



2. Siegeln in der Lebensmittelbranche

Siegelmedien, Siegelschichten und Eigenschaften

Definitionen: Siegeln ist das Verbinden der thermoplastischen Beschichtung von Trägerstoffen unter Einwirkung von Wärme und Druck, wobei die Trägerstoffe selbst nicht aufgeschmolzen werden ( Verbindung von äußeren Siegelschichten). Anwendung in der Folienverarbeitung - zum Verschließen von Beuteln und Säcken - zur Aufbringung von Deckelfolien auf Becher oder Schalen - bei Form, Fill & Seal-Abpackung sowie im Flowpack-Verfahren - bei der Herstellung von Blisterpackungen und Tuben

Schweißen ist das Verbinden von thermoplastischen Kunststoffen unter Einwirkung von Wärme mit oder ohne Druck ( unlösbare Komplettverbindung des Kunststoffs).

Korrekter wäre eigentlich der Begriff “Schweißen”, da auch beim “Siegeln” die Siegelschichten

miteinander “verschweißt” werden.




Definitionen: Hot Tack ist die international übliche Kurzbezeichnung für die Festigkeit einer heiß versiegelten Naht in noch heißem Zustand.

- Möglichst hohe Werte sind vor allem bei vertikal arbeitenden Form-, Füll- und Schließverfahren wichtig, weil die Siegelnähte dabei sofort nach der Siegelung durch die Befüllung stark belastet werden. Typische Werte sind: 1 bis 10 N/15 mm

Siegelnahtfestigkeit (SNF): Maß für die Stabilität einer Siegelnaht. Sie wird durch die Krafteinwirkung auf die Siegelnaht, in N/15 mm Streifenbreite, angegeben.

Die SNF hängt wesentlich ab von:

- dem Siegeldruck - der Siegelzeit - der Siegeltemperatur




Rohstoffe

Basis-Polymere

- LDPE - MDPE - HDPE - PP - PVC - A-PET - G-PET - C-PET - PLA - PS - Sonstige

Besonders siegelfähige Polymere

- LLDPE (C4, C6, C8) - Metallocen basiert ~ mPE-LLD C6, C8 ~ mPE-MD ~ mPE-HD - Ionomere - EVAc

Additive

- Polybuten - Reduzierung Tm - Weichmacher - „Störstoffe“ - Sonstige

[C4, C6 und C8 sind die Längen der Seitenkettenverzweigung der Polymere.]



Für die Siegelung relevante Kenngrößen/Eigenschaften von Polymeren:

Siegelfähigkeit

Schmelz- Punkt Tm

Dichte

Funktionen Copolymere

Molekular- gewichts- verteilung

Art der zu verbindenden Polymere

Glasstufe Tg

Mischungen in Siegel- schichten

Kristallisations- grad

Amorpher Anteil

Schmelz- viskosität MFI, MFR

Polymer- struktur

(Verzweigun- gen)



Einige Eigenschaften von ausgewählten Polymeren:

Polymer Dichte g/cm3 Schmelzpunkt °C Kristallisationsgrad %

LDPE 0,915 – 0,935 105 - 116 40 - 50

HDPE 0,94 – 0,98 125 - 135 60 - 80

LLDPE 0,86 – 0,96 100 - 128 10 - 50

Homo-PP 0,90 – 0,915 160 - 165 60 - 70

A-PET 1,335 - (Tg ca. 75) amorph

PS 1,04 - (Tg ca. 105) amorph

Hart-PVC 1,38 – 1,40 - (Tg ca. 79) amorph



Polypropylen PP (Typen): [A: Propylen B: Ethylen]

PP-Homopolymere werden ausschließlich mit Propen als Monomer hergestellt.

A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A PP-Blockcopolymere sind heterophasig. Sie enthalten Ethen-Propen-Kautschukpartikel (EPM), welche bei der Polymerisation des Propens bereits eingebracht werden.

A-A-A-B-B-B-B-A-A-A-A-A-A-A-B-B-B-B-A-A-A-A PP-Randomcopolymere enthalten außer Propen noch kleine Mengen an Ethen und Buten in statistischer Verteilung.

A-A-A-B-A-B-A-A-A-B-A-A-A-B-A-A-B-A-A-A-A PP-Randomblockcopolymere sind Randomcopolymere, die mit Ethen-Propen-Kautschukpartikeln (EPM) versetzt sind.

A-A-A-B-A-B-A-A-A-B-B-B-A-B-A-A-B-B-B-A-A

Außerdem wird noch zwischen mit Ziegler-Natta-Katalysatoren hergestelltem ZN-PP und mit Metallocen-Katalysatoren hergestelltem mPP unterschieden. Alle vier PP-Arten gibt es sowohl als ZN-PP als auch als mPP.



Besonders siegelfähige Polymere: PE-Metallocene

Hergestellt durch Metallocen-katalysierte Polymerisation von Ethylen mit weiteren a-Olefinen wie 1-Buten, 1-Hexen und 1-Octen ( C4, C6 und C8-Verzweigung) Minimale Katalysatorreste – weniger Migration Hervorragende Klarheit und Glanz Gute Extrudierbarkeit Höhere Festigkeiten Geringer Gelanteil Exzellente Siegelfähigkeit und hoher hot-tack

Metallocen

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Metallocene_Conformers_Structural_Formulae.svg&filetimestamp=20111210121003



Besonders siegelfähige Polymere: PE-Metallocene

Quelle: Simone Viganò, ExxonMobil Chemical Europe; „The Use of Metallocen Polyethylene in Co-Extruded Lamination Film“



Besonders siegelfähige Polymere: Ionomere

Ionomere werden durch Copolymerisation eines unpolaren Monomer wie Ethylen mit einem polaren Monomer wie (Meth)Acrylsäure gewonnen

Nachträgliche Neutralisierung mit Lauge führt zu Ionenbindung

Die polaren Bindungen drängen die Kristallisation zurück und führen zu einer „ionischen Vernetzung“

sehr gute Versiegelung auch durch Verunreinigungen

niedrige Siegeltemperatur

sehr guter Hot Tack

breiter Siegeltemperaturbereich

hohe Siegelnahtfestigkeit

Quelle: John C. Chen, Han-Il Lee, Donna Visioli; DuPont Company



Besonders siegelfähige Polymere: Ethylen-Vinylacetat-Copolymere (EVAc)

Quelle: LANXESS, Levapren-Broschüre

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Ethylenvinylacetat.svg&filetimestamp=20080320231802



Siegeltechniken

SCHWEISSEN DURCH ERWÄRMUNG DER ZU VERBINDENDEN FLÄCHEN VON DER INNENSEITE - die Verschweißung erfolgt mittels des Heizelementes in Form eines Keiles, einer Platte oder eines Stabes, bzw. mittels der durch Reibung der zu verbindenden Teile erzeugte Wärme. SCHWEISSEN DURCH ERWÄRMUNG DER ZU VERBINDENDEN TEILE VON AUSSEN - die Wärme wird mittels eines elektrisch beheizten Elementes in Form einer Leiste, Schiene, eines Drahtes usw. durch die gesamte Dicke der zu schweißenden Stoffe an deren Oberflächen zugeführt. Es sind dabei zwei Grundmethoden zu unterscheiden: Kontakt- und Impulsschweißung. SCHWEISSEN DURCH WÄRMEERZEUGUNG INNERHALB DER ZU VERBINDENDEN STOFFE - in diesem Verfahren können kalte Andruckwerkzeuge eingesetzt werden. Zur dieser Kategorie gehören die Hochfrequenz- und Ultraschallschweißung.

Quelle: http://www.zemat.de/technischeinformationen/verschweienvonpolymeren/index.php



Siegeltechniken


SCHWEISSEN MIT DEM HEISSEN KEIL - die Ränder der zu verbindenden Teile werden allmählich mit einem heißen Metallkeil erwärmt, der entlang der Schweißnaht vorgeschoben wird. Die zu verbindenden Teile werden mittels einer Rolle angepresst. Der heiße Keil wird meistens zur Verbindung von Folien und dünneren Platten aus PVC, sowie aus Polyethylen verwendet. Mit dieser Methode werden die Überlappungsnähte realisiert. SCHWEISSEN MIT DER BEHEIZTEN PLATTE - in diesem Verfahren werden die Flächen von den zu verbindenden Teilen über eine Platte plastifiziert, die zwischen beide Flächen eingesetzt wird. Dann wird diese Platte entfernt und die Teile aneinander zusammengedrückt. Mit dieser Methode werden Stumpfverbindungen von Rohren und Stäben aus Hart-PVC, Polyolefinen, PMMA und anderen Werkstoffen erzielt. SCHWEISSEN MIT REIBUNGSWÄRME - in diesem Schweißverfahren wird die für die Plastifizierung des Stoffes erforderliche Wärme durch gegenseitige Reibung der Oberflächen von den zu verbindenden Teilen erzeugt. Je nach Art der gegenseitigen Reibung ist vom drehenden Schweißen (allgemein als Reibungsschweißung bezeichnet) oder vom Vibrationsschweißen die Rede.



Siegeltechniken


KONTAKTSCHWEISSEN - oft auch als Widerstandschweißen oder Schweißen mit der heißen Elektrode bezeichnet, ist eine der ältesten und gleichzeitig am meisten verbreiteten Schweißverfahren für Folien. Die zu verbindenden Teile werden dabei mit einer erwärmten Leiste an die kalte Unterlage angedrückt oder zwischen zwei erwärmten Leisten gegeneinander gedrückt. IMPULSSCHWEISSEN - die Ränder von den zu verbindenden Folienstreifen werden schnell erhitzt und anschließend ebenso schnell gekühlt. Die Wärme fließt von dem Heizelement über die Folie an die Verbindungsstelle über, wobei wird das Element nicht kontinuierlich, sondern durch einen kurzen und starken elektrischen Stromimpuls beheizt. Die Impulsdauer richtet sich nach Art und Stärke der zu verbindenden Folie und liegt zwischen 0,1 und 1 s. HOCHFREQUENZSCHWEISSEN - auch als kapazitives oder dielektrisches Schweißen bezeichnet. In diesem Verfahren werden die zu verbindenden Stoffe zwischen zwei gekühlten Elektroden (Leisten) zusammengedrückt und plastifiziert, in denen ein schnell ändernde elektrisches Feld erzeugt wird. In diesem Verfahren werden die dielektrischen Eigenschaften des Stoffes benutzt und daher wird es manchmal als dielektrisches Schweißen bezeichnet.



Siegeltechniken


ULTRASCHALLSCHWEISSEN - (Schalle mit Schwingungsfrequenzen von über 20 kHz, für Menschen nicht hörbar). Hier werden die Stoffe in schnelle mechanische Schwingungen mit Frequenz von ca. 20 kHz gebracht. Diese Schwingungen führen zur Erwärmung von Stoßflächen der zu verbindenden Elemente, bis der Stoff plastisch wird. Da gleichzeitig ein Druck auf die Verbindungsstelle ausgeübt wird, kommt es zur Verschweißung der zu verbindenden Elemente. Die für Plastifizierung des Stoffes erforderliche Wärme wird an der Oberfläche der Schweißnaht sowie innerhalb der Stoffe durch Reibung der in mechanische Schwingungen gebrachten Polymerteilchen erzeugt. Der Ultraschweißprozess dauert 1-2 s und die Dauer ist von der Art des Stoffes sowie von Dicke und Form der zu verbindenden Elemente abhängig.



Siegeltechniken – Was passiert? Schematische Darstellung der molekularen Prozesse beim Siegeln zweier teilkristalliner polymerer Folien:

Quelle: http://wiki.polymerservice-merseburg.de/index.php/Siegelnaht



Siegelwerkzeuge – Siegelschienen/-backen

glatt

längsgerillt

quergerillt

mit Waffelmusterfräsung

Quelle:

Siegelgummi mit Waffelmuster



Siegelwerkzeuge – Siegelplatten und Siegelrollen - Tiefziehanlage

Siegelplatte plan – Skinplatte für Vakuumverpackungen

Rahmensiegelplatte 4-spurig für MAP-Verpackungen

Beschädigung am Rand; Weiß: Isoliermaterial

Siegelbrille 8-spurig mit Gummi Siegelbrille mit Gummi Beschädigung am Gummi



Siegelwerkzeuge – Siegelplatten und Siegelrollen - Flowpack

FP: Rollen für Einzug Folie FP: Vorwärmen FP: Siegelrollen (hart/hart)

FP: Siegelbalken Quer FP: Längsnaht zum Schlauch FP: fertige Verpackung



Verpackung - Flächensiegelung

Transparente Siegelung ohne Blasen

Siegelung bis zum Rand des Produkts; z.B. bei Fleisch zur Vermeidung Aussaften



Öffnungscharakteristik – peel / easy peel / Festverschluss - Definition

Bereiche Bezeichnung Öffnungscharakteristik (1) – 4 – 6 N/15 mm soft peel Naht ist sehr schwach und mühelos zu öffnen 6 – 10 N/15 mm easy peel Naht ohne Materialriss leicht zu öffnen 10 – 15 N/15 mm peel Naht nahezu ohne Materialriss zu öffnen > 15 N/15 mm Festverschluss Materialriss, zerstörungsfrei nicht trennbar



Öffnungscharakteristik – peel / easy peel: Adhäsiv- oder Grenzflächenpeel

Quelle: Neue Verpackung 04/2002: „Vielseitige“ Peel und Siegelmedien

Geeignet für: PVC, PS, PP, PET, HDPE



Öffnungscharakteristik – peel / easy peel: Kohäsiv-Peel oder Polybuten-Peel

Quelle: H. Rist, Neue Verpackung 04/2005; Leicht und ruckfrei aufreißen



Öffnungscharakteristik – Polybuten-Peel - Peelvorgang

Beim interlaminaren Rissausbreitungsvorgang breitet sich der Riss entlang der Grenzfläche der beiden versiegelten Folien aus. Im Allgemeinen ist der interlaminare Rissausbreitungsvorgang Voraussetzung für einen reproduzierbaren Peelvorgang.

Beim translaminaren Rissausbreitungsvorgang breitet sich der Riss über den Querschnitt der Siegelnaht aus und führt zum vorzeitigen und unkontrollierten Versagen.

Quelle: http://wiki.polymerservice-merseburg.de/index.php/Peelvorgang

http://wiki.polymerservice-merseburg.de/index.php/Datei:Peelvorgang1.jpg



Öffnungscharakteristik – Burst peel – Riss-Peel - Safety peel

Vorteile:

Riss breitet sich nur innerhalb der coextrudierten Lage aus Dichte Verpackung und dennoch leicht und gleichmäßig zu öffnen



Öffnungscharakteristik - Wiederverschluss

Prinzip: Die in die Oberfolie eingebettete Klebeschicht ermöglich ein leichtes Aufpeelen der Packung. Nach Produktentnahme wird die Packung durch Streichen über den Siegelrand wieder verschlossen. Verpackungsart: Tiefziehverpackung und Trayverpackung; formstabile Mulde/Tray, Oberfolie flexibel peelfähig mit Klebeschicht.

Quelle: http://www.multivac.de

http://www.multivac.de/fileadmin/multivac/international/global-images/packaging-solutions/packaging-technologies-features/packaging-features/reclosure-systems/packaging-features-reclosure-systems.jpg



Maßgeschneiderte Siegelfolien von BUERGO.FOL (Auswahl) – für jeden Zweck!

Produkt Dicke µ Eigenschaft Siegelmedien

Besonderheiten

Ausführungen

T 900 25 bis 140 Hochbarriere PE, PP

Multipeel APET, PP, PS (mono)

Safety peel, Easy peel

Wiederverschluss (RC)

Kaschierfolien

Transparent und farbig

antistatisch

UV-Blocker

antifog

Kombinationen

KF 02

KF 03

25 bis 140 Hochbarriere High hot tack

Flowpack

KF 08 25 bis 140 Hochbarriere Safety peel

T 678 40 bis 150 Hochbarriere

Festverschluss APET; RC

T 713 35 bis 100 Hochbarriere PP homo, random, Copo



Prüfung der Siegelnahtfestigkeit – Aufnahme von Siegelkurven

KOPP Labormaster 3000




Prüfung erfolgt nach DIN 55529

Quelle: www.easy-opening.info

Quelle: http://wiki.polymerservice-merseburg.de

http://wiki.polymerservice-merseburg.de/index.php/Datei:T-Peeltest.jpg

sealing chart AA1000/TKF03EP, 250:50µm against Buergofol-Standard-PE

5,15,5

6,06,4 6,3

6,7 7,0

7,8

6,06,5

7,4 7,68,0 8,3

9,19,4

0,0

5,0

10,0

110°

C

115°

C

120°

C

125°

C

130°

C

135°

C

140°

C

145°

C

Kra

ft i

n N

sealing force along* sealing force across*




Laborsiegelgerät SGPE 20, Siegelbedingungen: 1s, 300N Prüfgerät: Zugprüfmaschine Fa.Frank in Anlehnung an DIN 55 529, Prüfgeschwindigkeit: 100mm/min



Prüfung der Siegelnahtfestigkeit – Andere Dichtigkeitsprüfungen

- Verpackung mit Schutzgas wird in Wasser gelegt: Bei Blasenbildung undicht! - Die Zusammensetzung des Schutzgases wird nach einiger Zeit bestimmt (Gasanalysator) Auch ein Maß für die Barrierewirkung der Verpackung - Markierung mit Tinte:

Quelle: www.pbi-dansensor.de


3. Praxisbeispiele

Filmbeitrag:

Verpacken und Siegeln auf einer Flowpack-Anlage (PFM Shamal)


3. Praxisbeispiele

Was passiert im Siegelwerkzeug eines Thermoformers oder Traysealers?

1. Die noch offene Packung ... befindet sich im Siegelwerkzeug. Die Luft wird evakuiert.

2. Die Siegelplatte ... wird niedergedrückt. Druck und Hitze verschmelzen die beiden Folien zu einem hermetisch dichten Behältnis.

Quelle: http://www.multivac.com/com/Vakuum.187.0.html


3. Praxisbeispiele

Was tun bei kontaminierten Siegelflächen? Nachteilig beim Siegeln gestaltet sich: Corona-Vorbehandlung und Corona-Durchschläge (Erhöhung Tg und Tm, Oxidation!) Migration, z.B. von Klebstoffen oder Additiven aus der Folie

Siegelfähigkeit kann durch „Abwaschen“ wiederhergestellt werden Kontamination der Siegelflächen durch Fremdstoffe

Fett und ölhaltige Füllgüter (Fett, Tran, Blut, Öle, Saucen) Trennmittel!

Feinpulvrige Füllgüter (Mehl, Puderzucker) werden eingeschlossen!

Grobkörnige Füllgüter (Zucker, Salz, Cerealien) Durchstoßen Folie!


3. Praxisbeispiele

Was passiert bei Corona-Behandlung und wieso wird die Siegelung verschlechtert? Quelle: AFS; http://www.afs.biz/


3. Praxisbeispiele

Was tun bei kontaminierten Siegelflächen?

Lösungen Anlagentechnisch: Auswahl von geeignetem Siegelwerkzeug Besondere Gestaltung der Siegelschicht Auswahl der geeigneten Siegelfolie:

Einsatz von besonders gut siegelnden Polymeren (EVAc, Ionomere, metallocenbasiert)

Verwendung von Safety peel

Beratung sowie Unterstützung vom Folienlieferanten vor Ort!


3. Praxisbeispiele

Was tun bei kontaminierten Siegelflächen? BUERGO.FOL liefert nicht nur die passenden Siegelfolien, zum Service gehört auch die Beratung, anwendungstechnische Betreuung und Einstellung der Anlagen beim Kunden.


3. Praxisbeispiele

Probleme und Lösungen

Quelle: René Arm arm-analysis http://www.arm-alysis.de/

BUERGOFOL GmbH Jahnstraße 10-14 93354 Siegenburg Germany Fon +49 (0) 94 44 / 97 91-110 Fax +49 (0) 94 44 / 97 91-55 [email protected] www.buergofol.de

KONTAKT

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