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Verfahren zum Schützen der aktivierten Oberfläche von Polyolefinen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Behandlung von Polyolefinen zur Erhöhung ihrer bindenden Eigenschaften. Eines der schwierigen Probleme bei der Verwendung von Polyäthylenfolien und -Überzügen ist ihre geringe Affinität gegenüber andern Verbindungen, z. B. Druckfarben, Klebemit- teln usw. Bisher wurden Polyäthylenoberflächen Hitzeeinwirkung ausgesetzt, um sie gegenüber Druck- farben oder Klebemitteln aufnahmefähiger zu machen. Dieses Verfahren hat jedoch bestimmte Nachteile, indem die hitzebehandelte Oberfläche beim Altern und bei der reibenden Berührung mit andern Oberflä- chen ihre Wirksamkeit verliert.
Es ist bekannt, die bindenden Eigenschaften von Polyäthylen durch Aktivierung seiner Oberfläche zu verbessern. Bei diesen Verfahren werden die Kunststoffe aus Polyäthylen oxydierend behandelt und dann gelagert.
Es wurde nun festgestellt, dass die aktivierten Polyolefinflächen, wenn sie nicht innerhalb einer kurzen Zeit nach der Behandlung überzogen werden, ihre gewünschten Eigenschaften verlieren. Durch die Einwirkung von Luft oder nach der Berührung mit andern Gegenständen, wie Friktionswalzen und Maschinenteilen. gehen die bindenden Eigenschaften des derartig behandelten Polyolefins schnell zurück.
Weiterhin wurde gefunden, dass man von der aktivierenden Behandlung des Polyolefins den grössten Nutzen hat, wenn man den Deckanstrich praktisch unmittelbar nach der Aktivierung aufbringt. Das unmittelbare Auftragen des Deckanstriches ist auch zur Erzielung einer wirklich gleichmässigen und dauerhaften Oberfläche notwendig. Die unmittelbare Aufbringung des Deckanstriches "friert" die chemischen Veränderungen ein, die durch die Aktivierung der Polyolefinoberfläche verursacht werden.
Es wurde weiterhin gefunden, dass die Eigenschaften von polyolefinischen Folienmasse als Verpackungsmaterial erheblich verbessert werden, wenn man einen Grundkörper mit einem Polyolefin in einem Strangpressverfahren überzieht. die polyolefinische Schicht zur Erhöhung ihrer bindenden Eigenschaften einer oberflächlichen Aktivierung unterwirft und praktisch unmittelbar darauf einen Deckanstrich aus einem hydrophilen, polaren, nicht-polymerisierenden Material auf die aktivierte Polyolefinoberfläche aufbringt.
Die Vorteile der Verwendungeineshydrophilen, polaren, nicht-polymerisierenden Deckanstriches auf der Polyolefinoberfläche liegen in einer erheblich geringeren Neigung, statische Elektrizität auf dem Überzug zu speichern, in einer verbesserten Gleitsicherheit des Materials und einer verbesserten Gleichmässigkeit der Oberfläche. Verbesserte Gleichmässigkeit bedeutet, dass der Deckanstrich nicht die kleinen Unregelmässigkeiten zeigt, die auf der Wärmebehandlung beruhen, die charakteristisch für die bisher behandelten Polyäthylenüberzüge und-Folien ist. Eines der Probleme bei den bisherigen Verfahren war die Schwierigkeit einer gleichmässigen Aktivierung der Polyäthylenoberfläche. Aus diesem Grunde fanden derartige Verfahren keine grössere Anwendung.
Im Gegensatz hiezu ermöglicht das erfindungsgemässe Verfahren die Herstellung eines Endproduktes mit einer Oberfläche sehr hoher Gleichmässigkeit. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die erhöhte Bindungskraft von oberflächlich aktivierten Polyäthylenfolien erhalten bleibt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist als Träger jeder Grundkörper verwendbar, der z. B. mittels einer Strangpresse mit einem Polyolefin, insbesondere einem Polyäthylen, überzogen werden kann. Der Grundkörper soll sich für Verpackungszwecke eignen. Hiefür kommen z. B. Kraftzellstoff, Kartonpapiermassen, Textilgewebe, Folien, Cellophan usw. in Betracht. Besonders gut verwendbar sind Cellulosegrundmassen, wie Kraftpapier- und Kartonpapiermassen.
Als Polyolefine werden Kunststoffe verstanden, die durch Homopolymerisation eines aliphatischen
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Monoolefins oder durch Mischpolymerisation von zwei oder mehreren derartigen Monoolefinenhergestellt werden. Die Monomeren, aus denen das Polyolefin hergestellt wird, sind vorzugsweise die niederen ge- radkettigen oder verzweigten Olefine. Als Polyolefine seien Polyäthylen, Polypropylen, Poly-oc-butylen,
Polyisopropylpropylen, Polyisopropylbuten usw. angeführt.
Wie bereits oben erwähnt, eignen sich als Deckanstrich für die vorliegende Erfindung hydrophile. po- lare, nicht-polymerisierende Massen, z. B. Stärke, Carboxymethylcellulose, Proteine, wie Gelatine und
Casein. Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat, Methylcellulose usw. Eine typische Deckanstrichmasse enthält eine 10'ige Lösung von Penford Gum 260, einem Hydroxyäthylätherderivat der Maisstärke. Eine weitere
Deckanstrichmasse enthält Soyabohnenprotein oder Casein, das in Überschuss Ammoniumhydroxyd in Ge- genwart von Zinksulfat gelöst wird.
Die Zusammensetzung der Masse ist folgende :
EMI2.1
<tb>
<tb> 100 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Protein <SEP>
<tb> 683 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Wasse <SEP> : <SEP>
<tb> 5, <SEP> 12 <SEP> Gew.-Teile <SEP> Zinksulfat
<tb> 26, <SEP> 50 <SEP> Gew. <SEP> - <SEP> Teile <SEP> wässeriger <SEP> Ammoniak
<tb> Dichte <SEP> 1, <SEP> 22 <SEP> (260Be) <SEP>
<tb>
Vom besonderem Interesse sind die Deckanstrichmassen mit Pigmenten des Lehmtyps. Da die Affinität eines Polyolefins gegenüber hydrophilen Verbindungen durch Aktivierung seiner Oberfläche erhöht wird, besteht hier eine ausgezeichnete Möglichkeit, verzierende Überzüge aufzubringen. Beispiele für Deck- überzüge mit Pigmenten, die auf aktivierte Polyäthylenoberf1 chen aufgetragen werden können, sind in der folgenden Tabelle angeführt.
Die Zahlen bedeuten Gew.-Teile.
EMI2.2
<tb>
<tb>
A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> Lehm <SEP> 100 <SEP> 90 <SEP> 80 <SEP> 70
<tb> Titandioxyd <SEP> - <SEP> 10 <SEP> - <SEP> 10 <SEP>
<tb> Calciumcarbonat <SEP> - <SEP> - <SEP> 20 <SEP> 15
<tb> Casein <SEP> 15 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> - <SEP>
<tb> Stärke <SEP> - <SEP> 20 <SEP> - <SEP> 15 <SEP>
<tb> Styrol-Butadien-Mischpolymerisat--5 <SEP> 10
<tb> Wasser <SEP> 170 <SEP> 80 <SEP> 130 <SEP> 90
<tb>
Die Komponenten werden in üblicher Weise vermischt. Der Gehalt an festen Bestandteilen wird je nach der gewünschten Viskosität auf etwa 45 - 55% eingestellt. Das Überzugsgewicht kann von etwa 2# bis zu lOje 92, 9 m schwanken.
Manerhälteinensehr gut verankerten und fest haftenden, Lehm enthaltenden Decküberzug, der auf Grund des glatten Polyäthylensubstrats eine äusserst hohe Glätte aufweist, die darüber hinaus Tinte bzw. Druckfarben gut aufnimmt.
Hoch glänzende Überzüge mit ausgezeichneter Bedruckbarkeit erhält man durch Bürsten oder Schwabbeln nach dem Aufbringen der Pigment enthaltenden Decküberzüge. Ein typisches Burstverfahren wird weiter unten genauer beschrieben. Nach dem Bürsten ist keine weitere Bearbeitung mehr notwendig.
Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung, die eine schematische Darstellung einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung zum Überziehen zeigt, näher erläutert.
Beispiel l : Eine. Kraftpapierbahn 36 wird von einer nicht gezeigten Trommel abgezogen und über eine mit Gummi überzogene Rolle 37 in einen durch die Rolle und eine Kühltrommel 38 gebildeten Spalt eingeführt. Das Kraftpapier wird an der Spalte nach irgendeinem bekannten Verfahren unter Verwendung einer Strangpresse mit Polyäthylen überzogen. Das mit dem Polyäthylenüberzug bedeckte Papier wird anschliessend über eine Rolle 39 und unter einem Gasbrenner 40 vorbeigeführt, der die Oberfläche des Poly- äthylenüberzuges aktiviert.
Die Papierbahn wird mit einer Geschwindigkeit von etwa 60 m/min bewegt. Der Gasbrenner, der eine maximale Flammentemperaturvonetwal650 Centwickelt, istineinemAbstand von etwa 12, 7 bis 19 mm von der Oberfläche des Polyäthylenfilms angebracht.
Der Polyäthylenuberzug wird dann über eine Reihe von Rollen 41 in einen durch Rollen 42 und 43 ge-
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bildeten Spalt geführt. Eine Pigment enthaltende Überzugslösung "A", die 100 Gew.-Teile Lehm, 15 Gew.-Teile Cisein und 170 Gew.-Teile Wasser enthält, wird aus dem Bad 44 mit Hilfe der Rolle 45 auf die Oberfläche der Rolle 42 übertragen. Der Überzug wird dann durch die Rolle 42 unmittelbar auf die Poly- äthylen-Papierbahn aufgetragen, die durch den von den Rollen 42 und 43 gebildeten Spalt hindurchtritt.
Die überzogene PolyäthylenPapierbahn wird hierauf auf durch einen Heissluft-Trockenofen 46 geführt, in dem bei einer Temperatur zwischen 50 und 65PC Wasser aus dem Überzug verdampft. Die Bahn wird so- dann über eine Reihe von Rollen 47 geführt und auf einer Aufwickelrolle aufgewickelt.
Bei einem andern Verfahren zur Aufbringung des Decküberzuges wird das sogenannte"Luftmesser"-
Verfahren angewendet. Ein Luftmesser-Überzieher besteht aus einer Laufwalze von etwa 25 cm Durchmesser, derin einem mit Überzugsmasse gefüllten Trog rotiert und die Überzugsmasse in überschüssiger Men- ge auf eine Bahn aufbringt. Nach dem Passieren dieser Walze wird die Bahn an einer Brustwalze umge- wendet. An dieser Stelle wird überschüssige Überzugsmasse durch einen Luftstrom weggeblasen, wobei die gewünschte Menge an Überzugsmasse auf der Bahn zurückbleibt. Dieses Luftmesser ist in der USA-Patent- schrift Nr. l, 590, 417 beschrieben. Der Spalt in dem Luftmesser ist veränderlich, doch wird gewöhnlich mit einer Spaltbreite von 0, 4 bis 0, 63 mm gearbeitet.
Der Luftdruck wird im allgemeinen zwischen 0, 105 bis 0, 245 kg/c gehalten. Die Viskosität der Überzugsmasse soll unterhalb etwa 2000 cp bleiben.
Nachdem das Material auf diese Weise überzogen ist, kann es in einem Heisslufttunnel oder auf einem
Gestell getrocknet werden. Beim erfindungsgemässen Verfahren wird ein Gestell mit einer Lufttempera- tur von etwa 57 C bevorzugt. Im allgemeinen wird der Überzug in dieser Atmosphäre 4 - 5 Minuten getrocknet.
Beispiel 2 : Vorgang nach Beispiel l, doch wird als Überzugsmasse eine 10o/cige wässerige Lösung von Penford Gum 260, einem Hydroxyäthylätherderivat von Maisstärke verwendet.
Beispiel 3 : Vorgang nach Beispiel 1, doch wird als Überzugslösung eine pigmenthaltige Masse "B"verwendet, die folgende Bestandteile enthält :
EMI3.1
<tb>
<tb> Gew.-Teile
<tb> Lehm <SEP> 90
<tb> Titandioxyd <SEP> 10
<tb> Stärke <SEP> 20
<tb> Wasser <SEP> 80
<tb>
Beispiel 4 : Vorgang nach Beispiel 1, doch wird als Überzugslösung folgende Lösung verwendet :
EMI3.2
<tb>
<tb> Gew.-Teile
<tb> Lehm <SEP> 80
<tb> Calciumcarbonat <SEP> 20
<tb> Casein <SEP> 10
<tb> Styrol-Butadien-Mischpolymerisat <SEP> 5
<tb> Wasser <SEP> 130
<tb>
Beispiel 5 :
Vorgang nach Beispiel 1, doch wird folgende Überzugslösung verwendet :
EMI3.3
<tb>
<tb> Gew.-Teile
<tb> Lehm <SEP> 75
<tb> Titandioxyd <SEP> 10
<tb> Calciumcarbonat <SEP> 15
<tb> Stärke <SEP> 15
<tb> Styrol-Butadien-Mischpolymerisat <SEP> 10
<tb> Wasser <SEP> 90
<tb>
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Beispiel 6 :
Vorgang nach Beispiel l, doch wird folgende Überzugslösung verwendet :
EMI4.1
<tb>
<tb> Gew.-Teile
<tb> Soyabohnenprotein <SEP> 100
<tb> Wasser <SEP> 638
<tb> ) <SEP> Zinksulfat <SEP> 5, <SEP> 12 <SEP>
<tb> Wässeriger <SEP> Ammoniak <SEP> 26, <SEP> 50 <SEP>
<tb> Dichte <SEP> 1, <SEP> 22 <SEP> (26 Be) <SEP>
<tb>
Wie oben erwähnt, erhält man einen hochglänzenden Überzug mit ausgezeichneter Bedruckbarkeit, wenn man nach dem Aufbringen des Überzuges, insbesondere eines pigmentierten Überzuges, die Bahn bzw. Folie bürstet oder schwabbelt. Das Bürsten mit hoher Geschwindigkeit wird wie folgt durchgeführt.
Die überzogene und getrocknete Papierbahn des Beispiels 1 wird unter einer Reihe von zylindrischen Bür- sten bewegt, die gegen die Oberfläche rotieren ; wobei eine Stütze hinter der Papierbahn angeordnet ist.
Die Bürsten besitzen einen Durchmesser von etwa 30 cm und rotieren mit einer Geschwindigkeit von 750 bis 1500 U/minbeieiner Bewegung der Papierbahn mit einer Geschwindigkeit von etwa 45 bis 165 U/min, im allgemeinen von 90 m/min.
Die Bürstenborsten sind etwa 4 cm lang und aus Tampicofaser hergestellt. Die Bürsten können sowohl gegen als auch in der Laufrichtung der Papierbahn wirken.
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden sieben Bürsten verwendet, jedoch kann je nach der Ge- schwindigkeit der Papierbahn auch eine andere Anzahl von Bürsten verwendet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, als Borstenmaterial bei den Bürsten andere Fasern, z. B. China-Borstenoder Nylon, zu verwenden.
Zur Erleichterung der Bearbeitung kann man die Bahn kurz vor dem Bürsten mit Wasser besprühen oder auf andere Weise anfeuchten. Mit Vorzug verwendet man eine Reihe von Düsen, die etwa 15 cm vonein- ander entfernt angeordnet sind, und von denen jede einen Strom vernebelten Wassers etwa 45 cm vor die Bürste ausbläst. Das Wasser dient hiebei zum Weich-und Gleitendmachen des Überzuges, der dadurch ein besseres Aussehen erhält.
Statt der oben beschriebenen Wärmebehandlung können zur Verbesserung der Haftfähigkeit der Ober- fläche des Polyäthylen auch andere Bearbeitungen vorgenommen werden. Beispielsweise kann man die
Oberfläche des Polyäthylen durch Einwirkung von Ozon, Chlor, Säure und bzw. oder Strahlung, insbeson-
EMI4.2
vorgenommen werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Schützen der aktivierten Oberfläche von Polyolefinen. z. B. aus Polyäthylen und zur Verbesserung der Aufnahmefähigkeit für Druckfarben einschliesslich solcher auf Ölbasis sowie von Klebstoffen u. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach der Aktivierung des Polyolefins auf dieses die Lösung eines polaren, hydrophilen Überzugsmittels aufgebracht wird.