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Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Filmen, Bändern od. dgl. aus linearen. kristallisierbaren Q ! - Olefinpolymeren mit hohem Molgewicht
Die Erfindung bezieht sich auf ein \'erfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Filmen, Bändern od. dgL aus linearer. kristallisierbaren < x-Olefinpolymeren mit hohem Molgewicht.
Es ist bekannt, dass der Film aus Polymeren mit hohem Molgewicht, um seine mechanischen Eigen- schaften zu verbessern, in seiner Längsrichtung und in seiner Querrichtung gestreckt werden kann, um eine Ausrichtung der Makromolekülketten parallel zur Ebene des Films zu erreichen. Es ist ebenfalls bekannt, dass bei Filmen, welche in einerr hochkristallinen Zustand erhalten werden, das Querverstrecken nach dem Längsverstrecken iur mit beträchtlicher Schwierigkeit durchgeführt werden kann und dass wei- terhin dieses Querverstrecken unvorteilhaft sein kann, da es teilweise die durch das Längsverstrecken hervorgerufene Orientierung zerstört. Dieser Effekt nimmt in gleichem Masse mit dem Ausmass des zweiten StreckverfÅahrens zu.
Wenn das Querverstrecken bei einem derartigen Zustand abgebrochen wird, dass ein Gleichgewicht der mechanischen Eigenschaften in beiden Richtungen erreicht wird, werden Gleichgewichtswerte erhalten, welche ein wenig höher liegen als die von ungestreckten Filmen. Dieser Vorteil wird aber wieder durch eine Verschlechterung des Aussehens des Filmes wettgemacht, welche durch die Bildung von Zugstreifen an verschiedenen Stellen des Filmes hervorgerufen wird.
Es ist ebenfalls bekannt, dass Filme, welche nur in einer Richtung gestreckt wurden, eine wesentli- che Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in der Streckrichtung zeigen, wobei diese Verbesserung innerhalb gewisser Grenzen dem Streckverhältnis proportional ist ; sie ist aber von einer Abnahme der spezifischen Zugfestigkeit senkrecht zur Streckrichtung begleitet und, was noch nachteiliger ist, von einer beträchtlichen Abnahme der Reissfestigkeit in der Zugrichtung.
Es wurde nun gefunden, dass es möglich ist, beträchtliche Orientierungseffekte und damit eineausge- sprochene Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Filmen od. dgL aus kristallinen Polymeren von (X - Olefinen mit hohem Molgewicht zu erhalten, ohne dass dabei die vorerwähnten Nachteile, welche durch das Strecken hervorgerufen werden, auftreten.
Die Erfindung sieht hiefür ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Filmen, Bändern od. dgl. aus linearen kristallisierbaren K-Olefinpolymeren mit hohem Molgewicht vor, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass sie bei einer Temperatur von 80 bis 1300 C ein-oder gegebenenfalls mehrmalig durch Druckwalzen geführt werden, so dass ein Fliessen des Polymers in Walzrichtung erzielt wird, worauf der Film gegebenenfalls gereckt und bzw. oder einer thermischen Stabilisationsbehandlung unterworfen wird.
Die Erfindung ist besonders anwendbar auf Filme od. dgL aus linearem, kristallisierbarem Polypropylen mit hohem Molgewicht.
Die Kompression kann fortlaufend in der Bewegungsrichtung des Filmes durchgeführt werden, und, wenn gewünscht, unmittelbar nach dem Auspressen mit Hilfe von Walzen, welche nach einer Kühlwalze
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oder nach einem Abschreckbad angeordnet sind, stattfinden, so dass eine kontinuierliche Behandlung erhalten wird ; sie kann aber auch in zwei zueinander senkrechten Richtungen durchgeführt werden, in wel - chem Falle sich ein diskontinuierliches Verfahren ergibt.
Wenn die Kompression nur in einer Richtung bewirkt wird, beispielsweise in der Bewegungsrichtung des Filmes, wird eine Dehnung des Artikels in dieser Richtung erreicht, die abhängig ist von der Anfangsdicke des Artikels, von dem Abstand der beiden Walzen, von deren Temperatur und schliesslich vom Molgewicht und vom Kristallinitätsgrad des Polymers.
Gleichzeitig mit der Dehnung und proportional zu dieser findet eine starke Zunahme der Zugfestigkeit in der Längsrichtung des Filmes statt, u. zw. in höherem Ausmass als es durch Strecken unter normalen Bedingungen erreicht werden könnte, während, da keine Abnahme der linearen Ausdehnung quer zur Laufrichtung stattfindet, keine Änderung der ursprünglichen mechanischen Eigenschaften eintritt. Obwohl die Reissfestigkeit in der Walzrichtung niedriger ist als beim unbehandeltenFilm, bleibt sie doch beträcht- lich höher als bei einem ähnlichen Film, welcher in einer einzigen Richtung gestreckt wurde.
Die Kompression kann auch in mehr als einer Stufe durchgeführt werden, wenn nach der Auspressdüse mehrere Paare von gleichartigen Walzen angeordnet werder ; nach jedem Durchlauf zwischen einem Wal- zenpaar findet eine Zunahme der mechanischen Eigenschatten in der Walzrichtung statt, ohne dass dabei eine merkliche Abnahme der Reissfestigkeit in dieser Richtung oder der andern mechanischen Eigenschaften quer zu dieser Richtung bewirkt wird.
Es wird aber im allgemeinen vorgezogen, um Filme mit einer grösseren Verwendungsfähigkeit zu erhalten, diese in mehr als einer Richtung zu walzen, so dass Eigenschaften erhalten werden, die in allen Richtungen so gleichmässig als möglich sind.
Es ist in der Praxis hinreichend, das Walzverfahren in zwei zueinander senkrechten Hauptrichtungen durchzuführen, um gleiche und höhere Zugfestigkeitswerte in allen Richtungen zu erhalten ; während die Reissfestigkeit wohl ein wenig geringer als ursprünglich dennoch hoch genug für die praktischen Anwendungen bleibt.
Er wurde überraschenderweise auch gefunden, dass, wenn ein Streckverfahren mit dem Kompressionswalzverfahren kombiniert wird, d. h. wenn dem Strecken in Querrichtung ein Walzen in der Längsrichtung folgt oder auch umgekehrt, Filme mit sehr guten mechanischen Eigenschaften erhalten werden, welche oft in der gleichen Grössenordnung liegen als die, welche durch doppeltes Walzen erreicht werden können und jedenfalls wesentlich über denen liegen, welche durch einfaches oder doppeltes Strecken erzielbar sind.
Ein derartiges Streckverfahren kann in einem kontinuierlichen Verfahren nach dem Auspressen des Filmes aus der Düse durchgeführt werden, anderseits kann auch das Strecken benützt werden, um den durch das Walzen erreichten Effekt zu verstärken. Es wird dann das Strecken nach dem Walzen inder gleichen Richtung durchgeführt.
In diesem Falle führt die so hervorgerufene weitere Orientierung zu einer weiteren Verbesserung der mechanischen Eigenschaften in dieser Richtung ; es findet aber eine leichte Abnahme der gleichen Eigenschaften in der Querrichtung und der Reissfestigkeit in der Längsrichtung statt.
Die Kompression kann kalt oder warm durchgeführt werden, praktisch bei jeder Temperatur zwischen Raumtemperatur und dem Schmelzpunkt der Polymers (vorzugsweise bei einer Temperatur von 80 bis 1300 C) und kann auch auf Polymere angewendet werden, welche Weichmacher oder im allgemeinen irgendwelche Modifiziermittel, wie z. B. Pigmente, Füllstoffe, Harze, Antioxydantien und Farbstoffe enthalten.
In einigen Fällen ist es sogar möglich, das Walzverfahren dazu zu verwenden, um Modifiziermittel in die hergestellten Filme einzuarbeiten.
Was das Zuführen der Filme zu den Walzen betrifft, so ist es im allgemeinen hiefür nicht notwendig, den Film, wenn er die Walzen verlässt, unter Spannung zu halten, wenn nicht das zu behandelnde Material ziemlich ungleichmässig ist oder zum Verziehen neigt.
Schliesslich kann der gewalzte oder gewalzte und gestreckte Film stabilisiert werden, indem man ihn während einer kurzen Zeit einer thermischen Stabilisierungsbehandlung unterwirft, wobei man vorzugweise ein Schrumpfen verhindert oder denFilm unter leichter Spannung hält. Die Ergebnisse derartiger Behandlungen können durch Schrumpfversuche in Wasser bei 1000 C überprüft werden.
Folgende Beispiele sollen die vorliegende Erfindung erläutern, ohne hierauf beschränkt zu werden.
Beispiel l : Ein Film aus kristallinem Polypropylen (mit einerGrenzviskosität von 1, 34), erhalten durch Schmelzen, Auspressen und Abschrecken in Wasser mit einer Dicke von 250 li, hat folgende mechanische Eigenschaften :
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EMI3.1
<tb>
<tb> Spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in <SEP> 3. <SEP> - <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> kg/mm% <SEP>
<tb> allen <SEP> Richtungen <SEP>
<tb> Reissfestigkeit <SEP> (Elmendorff <SEP> s <SEP> Methode) <SEP> ungefähr <SEP> 60 <SEP> g/O, <SEP> 025 <SEP> mm
<tb> in <SEP> allen <SEP> Richtungen
<tb>
Der gleiche Film weist, wenn er nach bekannten Verfahren in Wasser bei 900 C in einem Verhältnis von 1 : 4 der Länge nach gestreckt wurde, folgende Eigenschaften auf :
EMI3.2
<tb>
<tb> Spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in
<tb> der <SEP> Längsrichtung <SEP> 12 <SEP> - <SEP> 14 <SEP>
<tb> spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in
<tb> der <SEP> Querrichtung <SEP> 1, <SEP> 8- <SEP> 2, <SEP> 5 <SEP> kg/mm* <SEP>
<tb> Reissfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Längsrichtung <SEP> 6 <SEP> - <SEP> 10 <SEP> g/0, <SEP> 025 <SEP> mm
<tb> Reissfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Querrichtung <SEP> sehr <SEP> hoch <SEP> (kann <SEP> nicht <SEP> durch <SEP> das <SEP> Instrument
<tb> gemessen <SEP> werden)
<tb> Schrumpfung <SEP> (durch <SEP> halbstündige <SEP> Behandlung <SEP> gemessen <SEP> werden) <SEP>
<tb> in <SEP> Wasser <SEP> bei <SEP> 1000 <SEP> C) <SEP> 4-10 <SEP> lu. <SEP>
<tb>
Wenn der Film hierauf in seiner Querrichtung gestreckt wird, um dadurch einen Film mit gleichmässigen Eigenschaften zu erhalten, werden spezifische Zugfestigkeitswerte von ungefähr 5 kg/mm2 in allen Richtungen erhalten, aber das Aussehen des Filmes wird infolge der Anwesenheit von zahlreichen schmalen Streifen, in welchen sich die Streckbehandlung lokalisiert hatte, beeinträchtigt.
Anderseits, wenn der Film nach dem Auspressen aus der Düse zwischen den Walzen eines auf 1000 C erhitzten Kalanders gewalzt wird, hat der sich ergebende 100 j. I dicke Film folgende mechanische Eigenschaften :
EMI3.3
<tb>
<tb> Spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in <SEP> der <SEP> 14 <SEP> kg/mmZ
<tb> Walzrichtung
<tb> spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Querrichtung <SEP> 2,9 <SEP> kg/mm <SEP> 2
<tb> Reissfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Längsrichtung <SEP> 16 <SEP> - <SEP> 20 <SEP> g/O, <SEP> 025 <SEP> mm
<tb> Reissfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Querrichtung <SEP> sehr <SEP> hoch <SEP> (kann <SEP> nicht <SEP> durch <SEP> das <SEP> Instrument
<tb> gemessen <SEP> werden)
<tb>
Wenn ein zweites Walzen beiJ300 C durchgeführt wird,
wird ein Film mit folgenden mechanischen Eigenschaften erhalten :
EMI3.4
<tb>
<tb> Spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Walzrichtung <SEP> 18 <SEP> kg/mm <SEP> 2 <SEP>
<tb> spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Querrichtung <SEP> 2,8 <SEP> kg/mm <SEP> 2 <SEP>
<tb> Reissfestigkeit <SEP> wie <SEP> oben
<tb>
Wenn der Film, der die Kalanderwalzen verlässt, von einem Walzenpaar abgezogen wird, welches eine höhere Umlaufgeschwindigkeit aufweist, wird die spezifische Zugfestigkeit in der Längsrichtung weiterhin verbessert, ohne dass die andern Eigenschaften dadurch stark beeinflusst werden.
So wird, wenn der Film nach einem Durchlauf zwischen den Kalanderwalzen mit Hilfe von Walzen abgezogen wird, deren Umlaufgeschwindigkeit das Dreieinhalbfache der Umlaufgeschwindigkeit der Kalanderwalzen beträgt, ein Film mit folgenden Eigenschaften erhalten :
EMI3.5
<tb>
<tb> Spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Längsrichtung <SEP> 25 <SEP> kg/mm <SEP> 2
<tb>
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EMI4.1
<tb>
<tb> spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in <SEP> der <SEP> 2, <SEP> 3 <SEP> kg/mm2 <SEP>
<tb> Querrichtung
<tb> Reissfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Längsrichtung <SEP> 10-12 <SEP> g/O, <SEP> 025 <SEP> mm
<tb> Reissfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Querrichtung <SEP> sehr <SEP> hoch <SEP> (kann <SEP> nicht <SEP> durch <SEP> das
<tb> Instrument <SEP> gemessen <SEP> werden)
<tb>
Die nach diesen Verfahren erhaltenen Filme sind unter der Einwirkung von Hitze formbeständig ; sie unterliegen, wenn sie eine halbe Stunde auf 1000 C gehalten werden, keinerlei Veränderung ihrer linearen Dimensionen.
Beispiel 2 : Ein Film aus kristallinem Polypropylen mit einer Grenzviskosität von l, l, welcher durch Schmelzen, Auspressen und Abschrecken in Wasser erhalten wurde und eine Dicke von soft aufweist, wird auf eine Blattgrösse von 40 x 40 cm zerschnitten und dann zunächst in seiner Längsrichtung unddanninseinerQuerrichtungdurcheinenauf110 CerhitztenKalandergeführt ;eswirdein70 duckes Blatt mit folgenden Eigenschaften erhalten (die doppelten Werte beziehen sich auf die zueinander senkrechten Richtungen) :
EMI4.2
<tb>
<tb> Spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> 7, <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 6, <SEP> 8 <SEP> kg/mm <SEP> Z <SEP>
<tb> Reissfestigkeit <SEP> 22-30 <SEP> g/O, <SEP> 025 <SEP> mm
<tb> Schrumpfung <SEP> nach <SEP> einer <SEP> halben <SEP> Stunde
<tb> bei <SEP> 1000 <SEP> C <SEP> keine
<tb>
Beispiel 3:
Ein Film aus kristallinem Polypropylen mit einer Grenzviskosität von 0, 9, erhalten durch Schmelzen, Auspressen und Abschrecken in Wasser und einer Dicke von 300fi wird zunächst mittels einer Streckeinrichtung in Wasser bei 900 C in einem Verhältnis von 1 : 5 in Querrichtung gestreckt.
Der so gestreckte Film wird dann in seiner Längsrichtung den Walzen eines auf 1250 C erhitzten Kalanders zugeführt und von Walzen abgezogen, deren Umfangsgeschwindigkeit zweieinhalbmal grösser ist als die der Kalanderwalzen.
EMI4.3
<tb>
<tb>
Es <SEP> wird <SEP> so <SEP> ein <SEP> 40 <SEP> dicker <SEP> Film <SEP> mit <SEP> folgenden <SEP> Eigenschaften <SEP> erhalten <SEP> : <SEP>
<tb> Spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Längsrichtung. <SEP> 6, <SEP> 9 <SEP> kg/mm2 <SEP>
<tb> spezifische <SEP> Zugfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Querrichtung <SEP> 7,6 <SEP> kg/mm2
<tb> Reissfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Längsrichtung <SEP> ö <SEP> 25 <SEP> g/O, <SEP> 025 <SEP> mm
<tb> Reissfestigkeit <SEP> in <SEP> der
<tb> Querrichtung <SEP> 18 <SEP> g/O, <SEP> 025 <SEP> mm <SEP>
<tb> Schrumpfung <SEP> nach <SEP> einer <SEP> halben <SEP> Stunde
<tb> bei <SEP> 1000 <SEP> C <SEP> (0, <SEP> 5 <SEP> Ufo <SEP> longitudinal)
<tb> (0 <SEP> % <SEP> transversal). <SEP>
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Filmen, Bändern, od. dgl. aus linearen, kristallisierbaren Olefinpolymeren mit hohem Molgewicht, dadurch gekennzeichnet, dass sie bei einer Temperatur von 80 bis 1300 C ein-oder gegebenenfalls mehrmalig durch Druckwalzen geführt werden, so dass ein Fliessen des Polymers in Walzrichtung erzielt wird, worauf der Film gegebenenfalls gereckt und bzw. oder einer thermischen Stabilisierungsbehandlung unterworfen wird.