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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Films aus Polyolefin
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines Films aus Polyolefin, bei welchem das Polyolefin aus einer Schlitzdüse auf eine sich bewegende Giessfläche ausgepresst wird, wobei auf die der Giessfläche zugekehrte Seite des Filme ein Unterdruck ausgeübt wird, während die der Giessfläche abgewendete Filmoberfläche dem atmosphärischen Druck ausgesetzt wird.
Beim Strangpressen von Polyolefin-Harzen, wie z. B. Polypropylen und Polyäthylen, wird üblicherweise der Kunststoff kontinuierlich unter Druck in erhitztem, geschmolzenem Zustand durch eine langgestreckte Öffnung oder einen Schlitz einer Auspressvorrichtung oder Matrize auf eine sich kontinuierlich bewegende Giessfläche, wie die Oberfläche einer glanzpolierten Metallwalze, ausgepresst. Hiebei befindet sich ein sich kontinuierlich bewegender Abschnitt des aus der Schlitzdüse stranggepressten Kunststoffes in freiem, nicht unterstützte Zustand zwischen dem Auspressschlitz und der Stelle, an welcher der Kunststoff in Kontakt mit der Walze gelangt. Nachdem der Kunststoff sich auf die Walze aufgelegt hat, verfestigt er sich bald zu einem selbsttragenden Film.
Die Stelle, an welcher sich dieser Verfesti- gungsvorgang auf der Giesswalze vollzieht, wird im allgemeinen als die Erstarrungslinie bezeichnet.
Bei der Herstellung von Filmen aus Polyolefinen bestanden bisher erhebliche, insbesondere durch die verhältnismässig hohen Geschwindigkeiten, mit welchen hiebei aus wirtschaftlichen Gründen gearbeitet werden muss, hervorgerufene Schwierigkeiten, die erwünschten optischen Eigenschaften des fertigen Films zu erzielen. Es traten vielmehr zahlreiche Fehler in dieser Hinsicht in dem Film auf. Insbesondere kann dem Film die erwünschte klare Durchsichtigkeit als Folge eines Gehaltes des Films an trübend wirkenden Stoffen fehlen und er nicht den erwünschten Glanz oder"Schein"besitzen. Ausserdem tritt, falls der Film ungleichmässig auf die Ausgiessfläche abgelegt wird, was dadurch sichtbar wird, dassdie erwähnte Erstarrungslinie ungleichmässig oder wellig verläuft, ein Runzligwerden des Films ein, indem sich Blasen oder wellige Taschen bilden.
Auch wenn viel Luft oder aus dem geschmolzenen Polyolefin stammender Rauch zwischen die Giesswalze und den Film eingeschlossen wird, werdendessen optische Eigenschaften ungünstig beeinflusst.
Gegenstand der Erfindung ist ein verbessertes, einfaches und wirtschaftlich arbeitendes Verfahren zur Ausschaltung dieser nachteiligen Fehlerquellen, insbesondere bei wie in der Praxis mit hoher Geschwindigkeit durchgeführten Arbeitsvorgängen.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass das aus der Schlitzdüse in geschmolzenem Zustand austretende Polyolefin in amorphem Zustand auf die Giessfläche aufgebracht und nach dem Aufbringen auf die Giessfläche entlang einer quer zum Film verlaufenden Erstarrungslinie verfestigt wird, wobei auf die der Giessfläche zugekehrte Seite des Films ein Unterdruck ausgeübt wird, während die der Giessfläche abgewendete Filmoberfläche dem atmosphärischenDruck ausgesetzt wird, und wobei zur Erzielung einer geraden Erstarrungslinie die Grösse des Unterdruckes, die Geschwindigkeit der Giessfläche und der Abstand zwischen Schlitzdüse und Giessfläche aufeinander abgestimmt werden, so dass günstige optische Eigenschaften des Films erreicht werden.
Die Verfahrensmassnahme, auf die zur Giessfläche gerichtete Seite des Films eine Saugwirkung zur Anwendung zu bringen, ist bereits bei einer Vorrichtung zur Herstellung von Folien aus Lösungen be-
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kanntgeworden, wobei insbesondere dabei von Lösungen von Zelluloseestern ausgegangen wird. Wenn man diese bekannte Vorgehensweise allein beim Strangpressen von heissen geschmolzenen Polyolefinen anwendet, können die bei der Herstellung von Folien aus Harzlösung auftretenden Probleme nicht gelöst werden.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren gelingt es, Polyolefinfilme mit hoher Geschwindigkeit strangzupressen, die trotz dieser hohen eschwindigkeit hohen Glanz und ein Minimum an Filmfehlern aufweisen. Dabei wird durch die Anwendung eines mässigen Unterdruckes das beim Strangpressen von Polyolefi nen typische Rauchproblem (das heisse Polyolefin entwickelt Rauch, der unbedingt entfernt werden sollte, um Unebenheiten und Trübungen im Film zu vermeiden) vollständig gelöst.
Durch das erfindungsgemässe Aufbringen des Polyolefins in amorphem Zustand auf die Giessfläche wird erreicht, dass das Polyolefin nicht bei der ersten Berührung mit der kalten Giessfläche kristallisiert.
Dabei wird durch die Abstimmung der Grösse des Unterdruckes, der Geschwindigkeit der Giessfläche und des Abstandes zwischen Schlitzdüse und Giessfläche untereinander eine völlig gerade Erstarrungslinie des Polyolefinfilms auf der Giesswalze erreicht, wodurch die gemäss dem bisherigen Stand der Technik üblichen Ungleichmässigkeiten im Film vermieden werden.
Zweckmässig wird dabei die Druckdifferenz zwischen den beiden Seitendes Films dadurch erzeugt, dass eine Vakuumkammer oder ein Saugkasten, die zwischen der Auspressvorrichtung und der sich bewe-
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undstützten Abschnittes des aus der Pressvorrichtung ausfliessenden Materials gegenüberliegendeschlitzartige Öffnung aufweist, an einen Unterdruckerzeuger angeschlossen wird. Zwischen der Vakuumkammer und der Giessfläche kann weiterhin ein an der letzteren entlang wischendes Kissen vorgesehen sein, welches einen Abschluss gegen die Aussenatmosphäre bildet. Dieses Kissen muss häufig ausgewechselt werden, weil es durch überschüssiges öliges Material, das sich aus dem ausgepressten Polyolefin auf der Giessflä - ehe absetzt und durch das Kissen weggewischt wurde, verschmutzt wird.
Falls eine rechtzeitige Auswechslung des Kissens unterlassen würde, so würde das das Kissen verunreinigende überschüssige Öl die Giessfläche verunreinigen, wodurch die Güte des hergestellten Films beeinträchtigt werden würde. Deshalb ist das Kissen vorteilhaft auf einer von der Saugkammer getragenen Führungsbahn gelagert, so dass es schnell entfernt und durch ein reines Kissen ersetzt werden kann, ohne dass ein nachteiliges Stillsetzen der Vorrichtung erforderlich wäre.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird nun an Hand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen : Fig. 1 eine Teilansicht einer zur Durchführung des Verfahrens geeigneten Vorrichtung und Fig. 2 einen Schnitt durch das Wischkissen und die zu dessen Anbringung dienende Einrichtung.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist bei der Herstellung jeder beliebigen Arteines Polyolefinfilms, z. B. eines Polypropylen- oder Polyäthylenfilms, mittels der dargestellten Vorrichtung, anwendbar, bei welcher die oben aufgezeigten Probleme auftreten. Der Kunststoff wird kontinuierlich unter Druck in üblicher Weise einer Strangpresse --2-- üblicher Bauart zugeführt, deren Schlitzdüse sich in axialer Richtung einer Giesswalze --3-- erstreckt, deren glänzend polierte, üblicherweise chromplattierte Oberfläche als Giessfläche --4-- dient. Diese Giesswalze wird durch einen mit regelbarer Geschwindigkeit umlaufenden Antrieb --6-- in Drehung versetzt.
Der Strangpresse wird der zu verarbei-
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fes wird im folgenden als die voreilende Seite und die entgegengesetzte, der Giessfläche benachbarte Seite als die nacheilende Seite des im Abschnitt --9- frei fliessenden Kunststoffes bezeichnet. Zwecks besserer Veranschaulichung ist in Fig. 1 die Erstarrungslinie, entlang welcher sich das Polyolefin verfestigt, durch die strichpunktierte Linie --13-- angedeutet. Diese Erstarrungslinie --13-- liegt in der Bewegungsrichtung der Giesswalze vor der Stelle, an welcher der verfestigte Film durch übliche, nicht dargestellte Vorrichtungen von der Giesswalze abgenommen und auf eine ebenfalls nicht dargestellte Einrichtung aufgespult wird. Die Erstarrungslinie --13-- ist leicht festzustellen, weil von dieser Stelle an welcher der Film sich verfestigt hat, an ein erheblicher Unterschied seines Aussehens auftritt.
Es kann somit ohne Schwierigkeiten kontrolliert werden, ob die Erstarrungslinie gleichmässig bzw. gerade oder ungleichmässig bzw. wellig verläuft.
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Zwischen der Strangpresse --2-- und der Giesswalze --3-- ist eine Vakuumkammer bzw. ein Saugkasten --14-- angeordnet, der sich in der axialen Richtung der Giesswalze --3-- ersteckt und einen axial verlaufenden Schlitz --16-- aufweist, welcher der nacheilenden Seite --12-- des frei fliessenden Kunststoffes gegenüberliegt. Diese Kammer ist durch eine Leitung --17-- mit einem mit veränderlicher Geschwindigkeit laufenden, durch einen einstellbaren Antrieb --19--, wie einen Elektromotor, getriebenen Sauggebläse --18-- verbunden, Hiedurch kann die Grösse der Druckdifferenz zwischen der voreilenden und der nacheilenden Seite des Abschnittes --9-- eingestellt werden.
Diese Druckdifferenz unterliegt der Bedingung, dass der Druck auf der nacheilenden Seite --12-- kleiner ist als der Druck an der voreilenden Seite
Um die Saugwirkung in noch günstigerer Weise auszuüben, ist an der Unterseite des Saugkastens --14-- ein Kissen --21-- aus weichem, absorbierendem Material angeordnet, welches sich in axialer Richtung über die volle Breite des Saugkastens --14-- erstreckt und in abstreifendem bzw. wischendem Kontakt mit der Giessfläche --4-- steht.
Dieses Kissen --21-- verbessert nicht nur die Voraussetzungen für die Aufrechterhaltung des vorhandenen Unterdruckes, sondern bildet auch eine Dichtung gegen das Hineinpumpen von Luft in den Zwischenraum zwischen dem ausgepressten Kunststoff und der Giessfläche, das als Folge der Drehung der Giesswalze --3-- in der Richtung, in welcher der Film gebildet wird, erfolgen könnte und mit der Gefahr verbunden wäre, dass sich Luft zwischen dem ausgepressten Kunststoff und der Giessfläche --4-- sammeln und die optischen Eigenschaften des Films ungünstig be- einflussen würde.
Das diese Dichtung bildende Kissen --21-- hat ausserdem insbesondere die Aufgabe, die Giessflä- che --4-- von öligen Stoffen, die aus dem ausgepressten Polyolefin stammen und sich auf der Giess- fläche absetzen, rein zu halten. Wenn diese Stoffe nicht in Zeitabständen entfernt werden, so verbleibt überschüssiges, durch das Kissen --21-- im Zuge seiner abwischenden Wirkung adsorbiertes Öl auf der Giessfläche --4-- und verursacht Unvollkommenheiten des gebildeten Films.
Um eine schnelle Entfernung und ein schnelles Auswechseln des Kissens --21-- zu ermöglichen, so dass jeweils, sobald das vorher verwendete Kissen soviel Öl adsorbiert hat, dass seine Wirkung erschöpft ist, unmittelbar ein frisches Kissen zur Verfügung steht, wird an der Unterseite des Saugkastens--14-- das Kissen --21-- in einer besonderen, sein Verschieben ermöglichenden Weise gelagert. Das Kissen - besteht dabei vorteilhaft aus einer sich in axialer Richtung der Giesswalze-3-erstreckenden, langgestreckten flachen Stange --22-- aus z. B.
Metall oder Holz, um deren einander gegenüberlie- gende Kanten ein Streifen --23-- aus saugfähigem Stoff, wie Filz oder Plüsch, in einer Mehrzahl von Lagen so aufgewickelt ist, dass durch den gebildeten Körper ein gut abdichtender Kontakt desselben gegenüber der Unterseite des Saugkastens --14-- und der Giessfläche --4-- erzielt wird. Die Seitenkanten der Stange --22-- sind verschieblich in winkelförmig profilierten, am Boden des Saugkastens - 14-- befestigten Laufschienen --24-- gelagert, die sich ebenfalls in axialer Richtung der Giesswalze - erstrecken.
Wenn das Material, aus welchem der Streifen --23-- besteht, ausgewechselt werden soll, kann das in einfachster Weise erfolgen, indem die umwickelte Stange --22-- in axialer Richtung gegenüber der Giesswalze --3-- verschoben wird, bis sie die durch die Laufschienen --24-- gebildete Laufbahn verlassen hat und nunmehr der darauf befindliche verbrauchte Stoffstreifen durch einen frischen Streifen - ersetzt wird, worauf das so gebildete Kissen wieder zurückgeschoben wird.
Erfindungsgemäss ist es für die Erzielung guter optischer Eigenschaften des Films notwendig, dass sich das Polyolefin, bevor es auf die Giessfläche-4-aufgetracht wird, in amorphem Zustand befin- det, d. h., dass es nicht im Zeitpunkt seines Ablegens bereits in nennenswertem Grade kristallisiert hat. Es soll daher der Abstand zwischen dem Düsenschlitz --8- der Strangpresse und der Giessfläche --4-- so bemessen sein, dass lediglich ein kurzer Abschnitt --9-- des frei fliessenden Kunststoffes erhalten wird.
Im Falle eines üblicherweise für die Herstellung von als Verpackungshülle verwendeten Polyäthylens von mittlerer Dichte (etwa 0, 928 bis 0, 945 glcm3) ist es zweckmässig. den Abschnitt--9- mit etwa 3 bis 4,2 cm, vorzugsweise etwa 3,6 cm, zu bemessen. Im Falle von Propylen, dessen Dichte im allgemeinen die gleiche ist, beträgt zweckmässig diese Länge etwa 1,2 bis 2,4 cm, vorzugsweise 1,8 cm.
Falls sich das auf die Giessfläche --4-- abgelegte Polyolefin in im wesentlichen kristallinem Zustand befindet, fehlt dem erzeugten Film Luster oder Glanz, er ist wolkig oder getrübt.
Obwohl normalerweise zu erwarten wäre, dass, je grösser die Umfangsgeschwindigkeit der Giesswalze --3-- ist, wegen des sich dann ebenfalls vergrössernden luftpumpenden Effektes, insbesondere bei den verhältnismässig hohen, in der Praxis üblichen Arbeitsgeschwindigkeiten auch der Anteil der im
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Körper des Films enthaltenen Trübungsstoffe grösser würde, wurde überraschenderweise gefunden, dass, wenn auf die nacheilende Seite --12-- des Abschnittes --9-- ein geringer Unterdruck aufgebracht wird, die Giesswalze --3-- mit den hohen, für eine Produktion im industriellen Umfang geeigneten Ge- schwindigkeiten umlaufen kann, ohne dass die genannte nachteilige Wirkung eintritt, wobei diese Ge- schwindigkeit innerhalb eines weiten Bereiches geändert werden kann, solange der geringe Unterdruck aufrecht erhalten wird.
Dieser Unterdruck liegt im Falle der Verarbeitung von Polyolefinen unter Einschluss von Propylen und Polyäthylen zweckmässig zwischen etwa 2, 5 bis 20 mm WS. Er beträgt für Polyäthylen von mitt- lerer Dichte vorzugsweise zwischen etwa 7, 5 bis 15 mm WS. Bei hohen Geschwindigkeiten verschlech- tert sich zwar der Glanz oder "Schein" des Films, jedoch wurde gefunden, dass bei Geschwindigkeiten von etwa 150 m/min und noch mehr die Beeinträchtigung des Glanzes nicht so gross wird, dass der Film hinsichtlich seiner Qualität nicht mehr den handelsüblichen Erfordernissen entspricht.
Da sowohl die Grösse des Unterdruckes wie die Geschwindigkeit für sich einstellbar sind, ergibt sich ein Mittel zur Anpassung dieser Werte aneinander, um für die Verhältnisse des jeweiligen Falles die op- timalen Arbeitsbedingungen unter dem geringen angewendeten Unterdruck zu schaffen. Der auf den Ab - schnitt --9-- ausgeübte Differentialdruck saugt den frei fliessenden Kunststoff zum Saugkasten-14hin und bewirkt ein gleichmässiges Ablegen auf die Giessfläche --4--, wodurch sich ein gerader Verlauf der Erstarrungslinie --13-- ergibt. Eine wellige Erstarrungslinie bedeutet, dass der Kunststoff nicht gleichmässig auf die Giessfläche--4-abgelegt worden ist, was zu der oben erwähnten Runzelbildung führt.
Auf Grund der Beobachtung der Erstarrungslinie --13-- können ohne weiteres die Verstellungen vorgenommen werden, welche erforderlich sind, um optimale Arbeitsbedingungen zu schaffen. Ausser der vorteilhaften Wirkung, dass das Einpumpen von die optischen Eigenschaften des Films beeinträchtigender Luft zwischen dem ausgepressten Kunststoff und der Giessfläche auf ein Mindestmass verringert wird, wird durch die Wirkung des Unterdruckes auch in vorteilhafter Weise der Rauch abgesaugt, der durch das hei- sse ausgepresste Polyolefin erzeugt wird, und der, falls er zwischen dem Kunststoff und der Giessfläche - eingeschlossen wird, ebenfalls die optischen Eigenschaften des Films beeinträchtigt.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele des Verfahrens gemäss der Erfindung in Anwendung auf die Verarbeitung von Polyäthylen zu Filmen für Verpackungszwecke, z. B. zum Einpacken von Brot, u. zw. von Filmen von mittlerer Dichte (etwa 0,941 g/cm') mit einem Schmelzindex von etwa 2 gegeben.
Es wurde hiebei mit einer Giesswalze --3-- gearbeitet, deren Durchmesser etwa 60 cm betrug. Die Oberfläche der Giesswalze war in der üblichen Weise chromplattiert. Ihre Temperatur wurde durch in den Zeichnungen nicht dargestellte Mittel, z. B. durch einen Kühlwasserkreislauf, auf etwa 54 C gehal- ten.
Die Strangpresse --2-- war von üblicher Bauart mit einem Rohrdurchmesser von etwa 15 cm. Die Rohrlänge betrug etwa 3, 6 m. Der Druck in der Strangpresse wurde bei einer Fortbewegungsgeschwindigkeit des Films, d. h. seiner Ablaufgeschwindigkeit von der Giesswalze --3--, von etwa 30 m/min
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äthylens betrug bei der Geschwindigkeit von30 m/min etwa 316 C, bei der Geschwindigkeit von etwa 60 m/min etwa322 C, bei der Geschwindigkeit von etwa 90 m/min etwa 322 C und bei der Geschwindigkeit von 140 m/min etwa 327 C.
Der langgestreckte Düsenschlitz -8-- der Strangpresse (von etwa 0, 3 mm Breite) wurde auf eine
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0, 025Schlitzes --16- des Saugkastens betrug etwa 6 mm.
Die trübenden Bestandteile wurden in Prozenten nach derASTM-Methode D-1003-59T mittels eines üblichen verschwenkbaren Kugel-Glanzmessers gemessen. Je geringer der abgelesene Wert ist, umso ge- ringer ist die Menge an in dem Filmkörper vorhandenen trübenden bzw. schleierbildenden Stoffen und umso klarer ist deshalb der Film. Der Glanz des Films wurde nach dem ASTM-VerfahrenD523-53T mittels eines Glanzmessgerätes mit einem auf 450 eingestellten Kopf gemessen. Je grösser der abgelesene Wert ist, umso besser ist der Glanz des Films.
In der folgenden Tabelle sind die optischen Eigenschaften bei verschiedenen Unterdrücken. angege-
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ben in mm WS, bei den angegebenen Geschwindigkeiten zusammengestellt.
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<tb>
<tb> Unterdruck <SEP> mm <SEP> WS <SEP> trübende <SEP> Bestandteile <SEP> (ils) <SEP> Glanz
<tb> 30 <SEP> m/min
<tb> 1, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 83. <SEP> 3 <SEP>
<tb> 3 <SEP> 3, <SEP> 5 <SEP> 83, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 4, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP> 83, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 83. <SEP> 7 <SEP>
<tb> 60 <SEP> m/min
<tb> 3 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> 82, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 6, <SEP> 4 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 82, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 9, <SEP> 3 <SEP> 2, <SEP> 9 <SEP> 83,0
<tb> 14. <SEP> 3 <SEP> 2. <SEP> 9 <SEP> 81. <SEP> 5 <SEP>
<tb> 90 <SEP> m/min
<tb> 3 <SEP> 3, <SEP> 8 <SEP> 81, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 6.
<SEP> 3 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 81, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 9, <SEP> 2 <SEP> 2. <SEP> 9 <SEP> 81. <SEP> 3 <SEP>
<tb> 15. <SEP> 5 <SEP> 3. <SEP> 1 <SEP> 77, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 140 <SEP> m/min
<tb> 5, <SEP> 2 <SEP> 3, <SEP> 7 <SEP> 78, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 7, <SEP> 8 <SEP> 3, <SEP> 4 <SEP> 78, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 12 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP> 78, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 16, <SEP> 5 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP> 76,0
<tb>
EMI5.2
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
<tb>
<tb> Geschwindigkeit <SEP> m/min <SEP> trübende <SEP> Bestandteile <SEP> (0/0) <SEP> Glanz
<tb> 30 <SEP> 4, <SEP> 0 <SEP> 84, <SEP> 4 <SEP>
<tb> 60 <SEP> 4, <SEP> 3 <SEP> 84, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 90 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP> 78, <SEP> 8
<tb> 140 <SEP> 5,1 <SEP> 72, <SEP> 3 <SEP>
<tb>
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