Extrusion Coating & Lamination

5/3/2019 /Textbilder.ppt
Extrusionsbeschichtung
Übersicht
Definition undBeschreibung
Neck-in
Ausziehfähigkeit
Haftung
AufgabeundWirtschaftlichkeit
Autoklav-Typen undSortimentübersicht
Anwendungen

*nachISO472-1979
The extrusion coating
is a coating process
in which a molten plastic
is extruded continuously
onto a moving substrate*
Definition

Verbundfolie
Ablösewalze
Breitschlitzdüse
Schmelzefahne
Abrollung
Gummi-
presseur
Kühlwalze
Wickler
Beschreibung

Verbundfolie
Ablösewalze
Breitschlitzdüse
Schmelzefahne
Abrollung
Gummi-
presseur
Kühlwalze
Wickler

Extrusionskaschierung
Definition
Die Extrusionskaschierung
ist eine spezielle Form der
Extrusionsbeschichtung, wobei
ein geschmolzener Polymerfilm
zwischen 2 verschiedenen
Substraten abgefangen und
gekühlt wird

Beschreibung
Extrusionskaschierung
Kühl-
walze
Stütz-
walze
Anpreß-
walze Wickler
Verbund-
folie
Ablösewalze
Abrollung 2
Breitschlitzdüse
Abrollung 1

Aufgabe
Die wesentliche Aufgabe der
ist die Kombination der besten Eigenschaften
von 2 Materialien
Substraten* Beschichtungsmassen**
60% Kraftpapier
27%Papier
6%
Kunststoff-
Folien
5%
Al-Folie
2%
Versch.
PE-LD 80%
PE-LLD,
PE-HD, PP
10%
 > 500 kT# in WE
*Quelle: Montell - 1995-Zahlen; **Quelle: ER-WE-PA - 1995-Zahlen; #Quelle: Montell - 485 kT in 1996
HV/EVOH/
PA...
10%

Substraten
Steifigkeit,
Falzbarkeit &
Wirtschaftlichkeit
Sperrwirkung gegen
Sauerstoff, Wasser, Fett
und Licht
Stabil, leicht
& flexibel;
Wirtschaftlichkeit
Sperreigenschaften,
Glanz, Steifigkeit,
Siegelfähigkeit
Papier
Kraftpapier
Al-Folie
Stoff&Vliesstoff
Polymerfolie (PES,PA,PE-LLD...)

Beitrag der PE-Schicht
Reiß- und Kratzfestigkeit
Verarbeitung / Konfektionierung :
Mechanische Befestigung :
Haftvermittler (bei derExtrusionskaschierung)
Heißsiegeleigenschaften
Anwendungseigenschaften :
Sperreigenschaften / Beständigkeit
(Wasser;Wasserdampf innenoderaußen;Fette & Öle;Chemikalien)
Bedruckbarkeit
Perforierungsbeständigkeit (insb.bei Al)
(Kälte)flexibilität
Aussehen (Farbeund Glanz)
Geruch /Geschmack/ Nahrungsmittelkontakt

Wirtschaftlichkeit
Bei der Extrusionsbeschichtung
resultiert die Wirtschaftlichkeit
des Verfahrens beim verwendeten
Polymeren im wesentlichen
aus folgenden Anforderungen...

Anforderungen
Gleichmäßige,fehlerfreie Beschichtung
Möglichst niedrigesBeschichtungsgewicht (bisauf7-8g/m2)
Möglichst hoheAnlagegeschwindigkeit (bisauf600m/min)
MinimalerAbfall ausRandbeschnitt
Möglichst hoheAuftragsbreite mitderverwendetenDüse
beinflußt von den Eigenschaften
der Polymerschmelzebeim Austritt
ausder Düse !

Eigenschaften der Polymerschmelze
Neck-in
Ausziehfähigkeit
Haftung

Neck-in
Ausziehfähigkeit
Haftung
Neck-in

Neck-in
Flachdüse
Randverdickung
Neck-in (Einschnürung)
Deckling
(intern o. extern)
Schmelze
Anpreßwalze

Minimierungder Wulstbildung
Moderne Düse der Marke Cloeren

Auftragsbreite
PE im
Autoklavenreaktor
hergestellt
Wulst
Randbeschnitt
Neck-in
Stabile
Schmelze-
fahne

2-5 LKV / 1000 C
Chemie :
LKV
KKV
Langkettige Verzweigungen(< C6):
HochdruckPE-LD
Hohe Temperatur (300°C)
Hochdruck Reaktor
Polymerisation mit freien Radikalen
Hoher Druck (1500-3000 bar)
Kurzkettige Verzweigungen (> C6):
15-25 KKV/ 1000 C

KurzkettigeVerzweigungen
=
Hauptkette
KKV
C2H4
KKV

LangkettigeVerzweigungen /1
+
+

oder

Langkettige
Verzweigung
"Hauptkette" kurzkettige
Verzweigung

PE
Durchlaufim Rohrreaktor
Linearer Durchlaufim Rohrreaktor
C2H4
+
Initiator

Durchlaufim Autoklavenreaktor
PE
C2H4
+
Initiator

Druck
Temperatur
PE-Hochdruckpolymerisation
MMVin Abhängigkeit von den Betriebsparametern
Rohr
Autoklav
enger breiter
“gleich”
Beschichtungs-
typen

RelativeHäufigkeit
Molmasse
Rohrreaktor-vs. Autoklav-PE
Molmassenverteilung
Unterschiedliches
Neck-in

Vergleich Lupolen 72/Lupolen 2420K*
*Beide mit MFR 4g/10min und Dichte 923 kg/m3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
100 1000 10000 100000 1000000 10000000 100000000
dc/dlogM
M(g/mol)
Molmassenverteilung Neck-in
(Davo-Flachfolie-
Pilotanlage bei
100m/min)
Lupolen2420K
Mw=182497g/mol
Q=8,79
Lupolen72
Mw=445872g/mol
Q=20,26
23mm bei 284°C
Schmelzetemperatur
11mm bei 296°C
Schmelzetemperatur
Mw
Mw

3,0
3,5
4,0
4,5
5,0
0 50 100 150 200 250
Anlagegeschwindigkeit [m/min]
Neck-in[cm]
Produkt A
Produkt B
ER-WE-PA Pilotanlage
Temperatur-Einstellung= 300°C
AbsatzDüse-Presseur(airgap)= 200mm
Austrittsbreite=450mm
AnfänglichesBeschichtungsgewicht=25g/m2
Neck-invs. Anlagegeschwindigkeit

Neck-in
Ausziehfähigkeit
HaftungDie Fähigkeit des Produktes, sich gleich-
mäßig auf dem Substrat bei stark
variierenden Anlagegeschwindigkeiten
und bis hin zu sehr geringen Beschichtungs-
gewichten zu verteilen.
Ausziehfähigkeit

Rohrreaktor-vs. Autoklav-PERelativeHäufigkeit
Molmasse
Molmassenverteilung
Unterschiedliches
Neck-in
Auszieh-
fähigkeit

Aufgrundseiner breitenMolmassenverteilung
unddeshohenAnteils anlangkettigen
Verzweigungen weist PE-LDausdem Autoklaven-
reaktoreineoptimaleBalancezwischen:
Neck-in
&
Ausziehfähigkeit
Wirtschaftlichkeitmit Autoklav-PE

Temperatur-Einstellung = 300°C; Austrittsbreite = 450 mm; Düsenspalt = 0,6mm; Absatz Düse-Presseur
(air gap) = 200mm; Substrat = Aluminium 38µm; Anfängliches Beschichtungsgewicht = 30g/m2
Neck-in/ Ausziehfähigkeit-Schere*
Neck-in Ausziehfähigkeit
Anlagegeschwindigkeit 50 m/min
A B
Anlagegeschwindigkeit [m/min]
A
B
*Im Autoklav hergestellten PE-LD mit MFR4g/10min (2,16kg) undd=924g/m3

Darüberhinauserweistsich PEals
eine Extrusionswaremit :
niedrigenRohstoffkosten
&
minimalemEnergiebedarf
Wirtschaftlichkeitmit Autoklav-PE
Aufgrundseiner breitenMolmassenverteilung
unddeshohenAnteils anlangkettigen
Verzweigungen weist PE-LDausdem Autoklaven-
reaktoreineoptimaleBalancezwischen:
Neck-in
&
Ausziehfähigkeit

Gute Verbindung mit
sowohl faserigen als auch
glatten Substraten.
Neck-in
Ausziehfähigkeit
Haftung
Haftung

AdhäsionstypenmitPE
Bei der Extrusionsbeschichtung treten
2 wesentliche Haftmechanismen auf :
Mechanische Anbindung Polare Wechselwirkungen
Substrat (z.B.Papier)
PE
Faser
Aluminium-Folie
PE
Al2O3
Oxydierte
PE-
Oberfläche

Thermisches
Cracking
im Extruder
Geschwindigkeit
derAnlage
Temperatur
derKühlwalze
Beschichtungs-
gewicht
Airgap
VersetzterAuftrag
Haftungsparameter
Anpreß-
druck
 Schnecke

PE-Typ
Schmelzindex
Dichte
Ausstoß
Oxydation
durch Luft
 Siebpacket
Gegendruck

Schmelzindex
Viskosität
Verweilzeit und/oderTemperaturim Extruder
Oxydation
Zunahme der
Molekülgröße

Wiederabnahme
der Molekülgröße
Empfohlener
Betriebs-
bereich
Organoleptik
Adhäsion
Heißsiegelung



Einflußder Extrusionsbedingungen*

Priming
Von der
Abrollung
Zur
Beschichtungs-
anlageTrocknungsofen
Behälter mit Primer
Druckwalze

In-lineVorbehandlungsmethoden
Elektrische Entspannung bei hoher
Frequenz zwischen 2 Elektroden bei
atmospherischem Druck. Besonders
für die Aluminium-Folie geeignet Corona
Vorwärmung
Um Feuchtigkeit auf Al oder in Papier
wegzudampfen und auch eine langsamere
Abkühlung der Beschichtung zu ermöglichen

Corona-Vorbehandlung

In-lineVorbehandlungsmethoden
Elektrische Entspannung bei hoher
Frequenz zwischen 2 Elektroden bei
atmospherischem Druck. Besonders
für die Aluminium-Folie geeignet Corona
Beflammung
Besonders efficient bei Papier,um
herausragende Fasern wegzu-
brennen und somit Lochbildung in
der Beschichtung zu vermeiden.Ozon
Das Aufblasen von Ozon ist die einzige
Vorbehandlungsmethode für die
Schmelze. Für gute organoleptische und
Siegeleigenschaften ("kaltes PE").
Vorwärmung
Um Feuchtigkeit auf Al oder in Papier
wegzudampfen und auch eine langsamere
Abkühlung der Beschichtung zu ermöglichen

PE-LD
PVDC
EVOH
Polyamid
Polystyrol
Polypropylen
PE-HD
Säurecopolymer
Ionomer(Na)
Ionomer(Zn)
EVA
PVDC
EVOH
Polyamid
Polystyrol
Polypropylen
PE-HD
Säurecopolymer
Ionomer(Na)
Ionomer(Zn)
EVA
PE-LD
mittel
gut
schlecht
HaftungvonKunststoffen
Beispiel : Vakuumverpackung für Käse
+ Säurecopolymer als HV
PE / HV / PA-Verbund
PE / PA-Verbund

Typen ausdem Autoklavenraktor
BeimPE-LD aus dem Autoklavenreaktor kommen 3 Schmelz-
index-Gruppen für die Extrusionsbeschichtung zumEinsatz:
MFI 6-8g/10min (Lupolen 71)
MFI 12-15g/10min

Bei einer Dichte ~ 919kg/m3
weisen entsprechende Typen ein
ausgewogenes Verhältnis zwischen Neck-in
und Ausziehfähigkeit. Sie werden üblicherweise
für die industrielle Beschichtung bei einem
Auftrag >10g/m2 eingesetzt..

In diesem MFI-Bereich können
höherdichte Typen hergestellt werden
(Dichte ~ 924kg/m3). Solche Typen weisen
eine höhere Steifigkeit und bessere
Sperreigenschaften bei einer etwas
schlechteren Ausziehfähigkeit.

MFI 12-15g/10min
Entsprechende Typen
werden nicht breit eingesetzt.
Sie ermöglichen sehr dünne
Beschichtungen (6-7µm),
der Neck-in ist jedoch
entsprechend hoch.

Elenac produziert 2 PE-LD-Typen im Autoklavenreaktor für
Beschichtungsanwendungen
Lupolen PE-LD
Name MFR
(190°C/10min)
[2,16kg]
Dichte
(kg/m3
)
Vicat
(°C)
Anwendungen
Lupolen
71
7 918,5 86
 Hohe Geschwindigkeit
 Gute Haftung
 Gute Heißsiegeleigenschaften
 Optimal Balance
Neck-in / Ausziehfähigkeit
Lupolen
72
4 923 94
 Niedrige Wasserdampf-
Durchlässigkeit
 Hohe Steifigkeit
 Optimale Balance
Neck-in / Ausziehfähigkeit

Einfluß der Foliendicke auf WVTR
0
3
6
9
12
15
18
21
24
0 100 200 300
WVTR[g/(m2.24h)]
Dicke der Barriere [µm]
PE-Dichte [kg/m3]
920
930
Einfluß der PE-Dichte auf WVTR
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,910 0,915 0,920 0,925 0,930
WVTR[g/(m2.24h)]
Dichte [kg/m3]
PE-Dichtebzw. Foliendicke vs. WVTR

TypischeExtrusionsbedingungenfürPE-LD
Schmelzetemperatur: 280 - 330°C
Anlagegeschwindigkeit: 15 - 600 m/min
L/D-Verhältnis: 28 - 32
Beschichtungsgewicht: 7 -100g/m2
Beschichtungsbreite: 300 - 4200mm
Absatz Presseur zur Düse (oder "Air-Gap"): groß
Chillroll-Temperatur: maximal 65°C
Temperatureinstellung: von >170 (Einzug) bis auf 370°C (Düse)
Substratdicke: von 10µm (Folie) bis zu 500g/m2 (Karton)

Weitere Beschichtungstypen von Elenac
Hostalen,Lupolex & Luflexen
Name MFR
(190°C/10min)
[2,16kg]
Dichte
(kg/m3
)
Vicat
(°C)
Anwendungen
Hostalen
GC 7260
F2
8 962 127
 Mischungen mit PE-LD
 Barriere Eigenschaften
 Extrem hohe Steifigkeit
Lucalen
A 2920 M
7 927 72
 Schweißschicht auf Al in
Telefonkabeln
Lupolex
18Q FA
2,8 918 98
 Mischungen mit PE-LD
 Verbesserte
Siegeleigenschaften
 Verbesserte Spannungsriß-
bildungsbeständigkeit.
Luflexen
0322 LX
7,5 903 76
Luflexen
18T FA
3,4 918 105
 Wie Lupolex 18Q FA +
 Hervorragende organoleptische
Eigenschaften
PE-HDPE-LLDmPEEAA

Sortimentübersicht
900
905
910
915
920
925
930
935
940
945
950
955
960
965
1 10
PE-LD
mPE
PE-LLD
PE-HD
EAA
Lupolen71
HostalenGC7260F2
Lupolen72Lupolen18Q FA
Luflexen0322LX
Luflexen18TFA
LucalenA 2920M
MFR (190°C, 2,16kg) [g/10min]
Dichte[kg/m3]

Hersteller: ER-WE-PA
Aufgestellt: 1996
Möglichkeiten: Flachfolie oder Beschichtung
Ausstoß: 350 kg/h max. mit PE-LD von MFR 7
Schnecke:  90 mm / L = 28 
Düsenspalt: 0,5 - 1,5 mm
Spaltweite: 300 - 650 mm
Übliche Auftragsbreite : 400 mm
Anlagegeschwindigkeit: 50 - 600 m/min
Windel: max.  1200 mm
Achsenlast: max. 1300 kg
Optionale Einrichtungen: • Coextrusion
• Vorbehandlung (Flamme, Corona, O3)
• Lamination
• Automatischer Rollenwechsel
Pilotanlage der Elenac in Fos-sur-Mer

Marktsegmenten*
"Brick"-
Verpackung
52%
Industrielle
Verpackung 14%
Flexible
Verpackung
20%
7%
Foto-
papier 7%
Versch.
*Quelle: Montell - 1995-Zahlen

Papierverpackung
Hamburger-Folie*
Faltbare Kartons
(fürtrockene o. naße Nahrungsmittel)
Kraftpapier (22g/m2) + PE (6g/m2)
Karton (350g/m2) + PE (10-35g/m2)
Speiseeis-Folie*
Kraftpapier (40g/m2) + PE (12g/m2)
Portionsverpackung für Zucker
Kraftpapier + PE (25-100g/m2)
*Fotos und Anwendungsbeispiele : Lohjan-Paperi; **Anwendungsbsp. : Ackerlund & Rausing
Chips-Beutel**
Fettbeständiges Papier / HV-Polymer / Kunststofffolie
PE = Mech. Beständigkeit, Sperreigenschaften,
Faserbindung, Siegelung, Kaschierhaftung,
Nahrungsmittelkontakt, natürliches Aussehen...
Beispiele für ein- und beidseitig beschichtetes Papier:
Metzgerei-Bedarf
Papier + PE (7-20g/m2)


Beidseitige Auftragung
Polymer 2
Polymer 1
Substrat
Beispiel :
PE-LD/ Papier / PE-LD

"Brick"-Verpackung
Verwendung : Haltbareo.pasteurisierteMilch
Fruchtsäfte
Wasser,Wein, Suppen,Öl...
Struktur : PE : Nahrungsmittelkontakt
+ SiegelnHV : Adhäsion
Al (ca. 5%) : Barriere
PE : Adhäsion
Kraftpapier (ca. 3/4) : Steifigkeit Aufdruck
PE : OberflächenschutzTechnologie : PEmit MFR 4oder7
Triplex-Anlage
Bis600m/min
*Fotos: UPM und International Paper

Lamination / Coextrusion Triplex-Anlage
Al-Folie
Haft-
vermittler
Siegel-material
Verbund-
folie
Außenbeschichtung
auf Papier
Kaschierung
mit Al-Folie
Innenbeschichtung
auf Al-Folie
Beflammung
Innen
Außen
Siegelschicht
Haftvermittler
Aluminium
PE-LD
Kraftpapier
PE-LD
Kraftpapier
PE1 PE2

AseptischeAbfüllung
H2O2-
Bad
Warme,sterileLuft(außen)
Produkt(innen)
Längsnaht
H2O2-Temperzone
Quernaht
Füllzone

Barriere-Verpackungen ohneAluminium
Innenbeutel für Kaffee,
Gewürz, Trockensuppe*...
Kraftpapier (45-60g/m2) /
PVDC (10g/m2) / PE (15g/m2)
Metallisierte Filme mit
extrem hoher Sperrwirkung)
• OPP / Met-OPP / PE**
• Met-PET (12µm) / PE (10g/m2) /
Kraftpapier (60g/m2) / PE (25g/m2)*
Flexible Verpackung für Pulver-
getränke, Marinade, Gewürze***...
Papier / PE-HD / HV / EVOH / HV / EVA
*Anwendungsbeispiele: Lohjan-Paperi; Fotos & **Anwendungsbsp. : Ackerlund & Rausing
***Ronald H. Foster in "Extrusion Coating Manual 4th Edition ISBN 0-89852-067-3
Vakuumverpackung
für Fisch, Fleisch, Käse...
PA oder PET / HV / PE

Flachfolie-Coextrusion + Beschichtung
PA, PET
HV
PE-LD
Abzugswalzen
Laminator
Verbundfolie
Ablöse-
walze
Beispiel :
Vakuumverpackung
Beschreibung
Wickler

Permeabilität* von Kunststoffen
Sauerstoff
PE-LD
PE-HD
OPP
hart-PVC
PA 6-6
PETP
PVDC
PAN
EVOH
Celloph.
PVAL
(* Foliendicke 100 µm )0
ca. 2000
ca. 600
ca. 500
25 - 30
15 - 25
ca. 15
0,1 - 0,6
1 - 3
0,05 - 0,8
3 - 5
> 5000
ca. 1000
15 - 35
15 - 20
0,1 - 0,5
ca. 8
10 - 20
6 - 9
1 - 2
0,5 - 1,5
3 - 5
0,03 - 0,04
Wasserdampf
trocken; 23°C/ 0% Feuchtigkeit
(cm3 [100µm]/m2x d x bar)
38°C / 90% Feuchtigkeit
(g[100µm]/ m2 x d)
Originalzeichnung von Dr. Seyffer, BASF AG

Fotopapier mitHostalenGC 7260 F2
Vorderseite
RückseiteOhne PE-HD:
Rolleffekt durch
die Gelatin-
Schichten
Mit PE-HD:
Planlage
PE-LD (MFR 7)
Kraftpapier
PE-LD / PE-HD (25-75%)
fotoempfindliche Schichten

AnwendungsbeispielemitPE-HD
Tierfutter-Verpackung; Tütten; Beutel
Deckeln für PE-Milchflaschen
20-30g/m2 PE-HD auf Kraftpapier 70g/m2
beschichtet:
Gute Barriere-Eigenschaften gegen Fettstoffen
PE-HD auf Aluminium-Folie beschichtet:
Siegelt besser als PE-LD auf Milchflaschen aus PE-HD
Foto: Lohjan Paperi
Party-Teller, Hähnchenbeutel
PE-HD auf (Kraft)papier beschichtet:
Temperaturbeständig; Fett- und wasserdicht

LucalenA 2920M* als Schweißschicht
PE-Mantel Verschweißte
Übergangszone
Al-Band
Haftvermittler
*Bis max. 220°Cextrudierbar

Inhaltsverzeichnis
Titel
Beschichtug: Definition
Beschichtung: Beschreibung
Kaschierung: Definition
Kaschierung: Beschreibung
Kaschierung: Foto
Beschichtung: Foto
Aufgabe
Substraten
Beitrag der PE-Schicht
Anforderungen
Neck-in
Bild: Düse
Auftragsbreite
Hochdruck PE-LD
KKV
LKV 1
LKV 2
LKV 3
Durchlauf Rohr
Durchlauf Autoklav
PE Hochdruck-Polym.
Rohr- vs. Autoklav-PE
Neck-in vs. Geschwind.
Ausziehfähigkeit
Wirtsch. mit Autoklav-PE
72 vs. 2420 K
Neck-in/Ausziehf.-Schere
Haftung
Adhäsionstypen
Extrusionsparameter
Priming
In-line Vorbehandlung
Foto: Corona
Haftung von Kunststoffen
Autoklav-Typen
MFI 6-8
MFI 3-5
MFI 12-15
Lupolen PE-LD
WVTR
PE-LD-Extrusionsbeding.
Hostalen, Lupolex, Luflexen
Pilotanlage
Marktsegmente
Papier-Verpackung
Sortimentübersicht
Beiseitige Auftragung
Brick-Verpackung
Triplex-Anlage
Aseptische Abfüllung
Barriere ohne Al
Flachfolie + Beschichtung
Permeabilität
Fotopapier
PE-HD-Anwendungen
Lucalen A 2920 M

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