Verfahren zur Behandlung von Folien
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung organischer, thermoplastischer, kristallisations- fÏhiger, polymerer Folien.
Es gibt zahlreiche synthetische, organische Polymerisationsprodukte, wie Polyäthylenterephthalat, aus denen durchscheinende oder durchsichtige Folien hergestellt werden k¯nnen, die ausgezeichnete physikalische Eigenschaften haben. Bestimmte dieser Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Schlagzähigkeit, Dauerbiegefestigkeit und dergleichen k¯nnen durch Molekularorien+Lierung beachtlich gesteigert werden.
So ist eine biaxial gereckte Polyäthylenterephthalat- Folie, das heisst eine Folie, die io zwei senkrecht zueinander stehenden Richtungen gereckt worden ist, wegen ihrer sehr guten physikalischen Eigenschaften und ihrer aussergewöhnlichen WiderstandsfÏhigkeit gegen chemischen Abbau ein sehr vielseitig verwendL bares Material. Diese orientierten Folien zeigen, wenn sie bei erhöhten Temperaturen, das heisst über 100 C, wärmebehandelt werden, einen hohen Grad von Dimensionsbeständigkeit und Widerstandsfähig- keit gegen Schrumpfung bei erhöhten Temperaturen bis zu den Behandlungstemperaturen.
Bei herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von biaxial orientierten, organischen, thermoplastischen, kristallisationsfähigen Polymerfolien,, wie einer Polyäbhylenterephthalat-Folie, wird das Polymerisat im geschmolzenen Zustand entweder 1. durch eine Schlitzdüse gepresst, die erhaltene Folie gekühlt und in Längsrichtung und danm in Quer richtung gereckt oder 2. die Folie wird durch Spritzen des geschmolzenen
Polymerisats durch eine Ringdiise hergestellt, wo bei das Polymerisat zu einem fortlaufenden
Schlauch aufgeblasen und dieser entweder gleich- zeitig oder nacheinander in Längs-und Quer richtung gereckt und abgekühlt wird.
Um der
Folie eine zufriedenstellende Dimensionsbestän digkeit zu verleihen und ihre Zugfestigkeitseigen schaften zu erhöhenn, kann sie dann, während sie unter Spannung gehalten wird, wärmefixiert wer den.
Die bekannten Verfahren haben einen sehr schwerwiegenden Nachteil. Es wurde gefunden, dass die Stärkeabweichungen, das heisst dicke und dünne
Stellen in der Folie, in dem erhaltenen Zustand, die von geringen Schwankungen und/oder Ungleich- mϯigkeiten in der beim Auspressen verwendeten
Düse herrühren, durch die Verfahrensmassnahmen, insbesondere durch die abschliessende Wärmefixie- rung, verstärkt werden. In manchen Fällen ist die Dickenschwankung der gereckten Folie nicht mehr tragbar, auch wenn die Abweichung nach dem Gie ssen der Folie inmerhalb annehmbarer Grenzen lag.
Dickenabweichungen der Folie, insbesondere in Quer richtung gemessen, das heisst quer zu der Richtung, in der die Folie ausgepresst und schliesslich auf eine Roule aufgenommen wurde, sind ein ernsthaftes Pro blem, wenn beim Aufnehmen der Folie eine einwandr- freie Rolle erhalten werden soll. So bilden z. B. die dickeren Abschnitte, die in der Folienbahn in Längs richtung auftreten, harte Oberflächen auf den Rollen, während die dünneren Längsabschnitte weich sind.
Solche Rollen neigen dazu, sich während der Hand habung, insbesondere beim Auf-und Abrollen, tele skopartig auseinanderzuschieben. Weiterhin ist es schwierig, beim Abwickeln der Folie einen glatten
Zug aufrechtzuerhalten, wodurch das Aufschneiden schwierig wird. Ausserdem igt eine Folie, die über ihre Breite diese verhältnismässig starke Dicken schwankung hat, in verschiedenen Arten von Ver arbeitungsvorrichtungen, wie beispielsweise Beutel- oder Sackherstellungsmaschinen, schwierig zu behan- deln.
Eine solche Folie ist auch schwer als photo graphischer Film in Kameras und Projektoren sowie als Tonband oder Bildband und Rückspielmaterial zu verwenden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Hitzebehandlung orientierter, organischer, thermoplastischer, kristallisationsfähiger Poly- merenfolien zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dal3 auf die Folien, die vorher in Längsund Querrichtung mindestens auf das 2, 5fache ihrer ursprünglichen Dimensionen molekular orientiert wurden und nach der Orientierung auf eine Temperatur von über 100¯ C erhitzt werden, während der Hitzebehandlung eine Reckung in Querrichtung, das heisst quer zur Auspressrichtung, ausgeübt wird.
Im folgenden ist zwar in erster Li, nie die Hitzebehandlung orientierter Polyäthylenterephthalat- Folien erläutert ; das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann aber auch auf andere orientierte Folien aus organischen, thermoplastischen, kristallisations- fähigen Polymerisaten angewendet werden, so z. B.
Polymerisate von
Vinylidenchlorid, Vinylchlorid,
PolyÏthylen-2,6-naphthalat,
Polyhexamethylenadipamid,
Polytetramethylen-1,2-dioxybenzoat,
PolyÏthylen-1, 5-naphthalat,
Polyhexamethylensebacamid, Polycaproamid,
Mischpolymerisate von Athylenisophthalat und
Athylenterephthalat, Polyvinylfluorid,
Polyvinylidenfluorid, lineare Polyester und Po'lyesteramide des
1, SCyclohexantilimethanols, Polyoxymethylen,
PolyÏthylen,
Mischungen von linearen und verzweigten
Polyäthylenen und Polypropylen.
Um den Vorteil des Hitzebehandlungsverfahrens gemäss der Erfindung zu erreichen, ist es erforderlich, dass die in der Wärme zu behandelnde Folie sowohl in Längs-als auch in Querrichtung molekular orientiert wird. Für die meisten praktischen Anwendungs- zwecke wird die Folie molekular orientiert, indem man diese (entweder in Form einer flachen Folie, die vorher auf eine Abschrecktrommel ausgepresst, ab geschreckt und danni auf die für die Reckung geeignete Temperatur erhitzt worden war, oder in Form eines aufgeblasenen Schlauches, der nach dem Spritzen und Aufblasen in zwei Richtungen gereckt wird) um das mindestens 2, 5fache ihrer ursprünglichen Dimensionen, vorzugsweise das 2, 5- bis 5fache reckt.
Die Temperatur, bei der die Folie gemäss dem Verfahren der Erfindung hitzebehandelt wird, hängt von der chemischen Natur der zu behandelnden Folie und von deren vorgesehener Verwendung ab. Im allgemeinen sind Temperaturen von über 100 C ausreichend. Eine Temperatur von iiber 100 C und unter dem Kristallschmelztemperaturbereich wird jedoch f r die Hitzebehandlung der Polymerenfolien gemäss der vorliegenden Erfindung bevorzugt (als Kristall schmelztemperaturbereich wird ein Bereich bezeichnet, der bei der Temperatur beginnt, bei der die Kristallstruktur in merklichem Ausmass zu verschwinden beginnt und der sich bis zu einem oberen Grenzwert erstreckt, bei dem das Kristallgefüge nicht mehr durch Röntgenstrahlen nachgewiesen werden kann).
Für eine PolyÏthylenterephthalat-Folie wird ein, Temperaturbereich von 170-250 C bevorzugt.
Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, die Folie, während sie sich auf der Hitzebehandlungstemperatur befindet, einer Reckung in Querrichtung zu unterwerfen. Die Folie wird während der Hitzebehandlung in einem Ausmass gereckt, das die thermische Entspannung der amorphen Struktur während der Hitzebehandlung zu überwinden hilft, aber nicht gross genug ist, um eine wahrnehmbare Veränderung im gewünschten Verhältnis zwischen der normalen Schwankung der physikalischen Eigenschaften in Längs-und Querrichtung zu bewirken. Die Kraft, die während der Hitzebehandlung auf die Folie senkrecht zur Ausstossrichtung ausgeübt wird, soll praktisch ausreichend sein, um eiae Reckung der Folie zwischen 2 und 2% hervorzurufen. Vorzugsweise wird die Folie während der Hitzebehandlung insgesamt um 3 bis 10% in der Querrichtung gereckt.
Die eintretende Verbesserung bezüglich der Stärke der Folie ist vermutlich auf die Orientierungs- unterschiede nach dem normalen Recken der Folie und auf die unterschiedliche Wärmeübergangsgeschwindigkeit zwischen der erwärmten Luft in der Wärmefixierungszone una den dicken und dünnen Abschnitten der Folienbahn zurückzuführen. Es ist bekannt, dass der Grad der Kristallisation von dem Grad der Orientierung abhängt, der während des Reckens erteilt wurde, und dass die dünneren Abschnitte der gereckten Folie im allgemeinen mehr orientiert sind als die dickeren Abschnitte. Beim Eintritt in die Wärmefixierungszene neigt die Folie dazu, ihre Dimension zu ändern.
Das ist auf Wärmeausdehnung zurückzuführen, auf die ein Zusammenziehen folgt, das durch Erhöhung der Dichte und die ent sprechende Volumenverringerung während der Kri stallisation und insbesondere durch thermische Entspannung der Orientierung der amorphen Struktur bewirkt wird. Wen, n jedoch die Folie während der Wärmefixierung leicht gereckt wird, wird etwas von den Entspannungsverlusten überwunden. Die dünnen, stärker orientierten Abschnitte kristallisieren schneller als die dicken Abschnitte und bilden daher Ver stärkungsstellen. Die dickeren Abschnitte sind in folgedessen nicht so kristallin und bilden die Teile der Folie, die sich am leichtesten recken können.
Die dickeren Abschnitte werden daher relativ zu den ur sprünglichen d nnen Abschnitten d nner. Auf diese Weise wird die Gleichmässigkeit der Folienstärke verbessert.
Im allgemeinen wird eine bemerkenswerte Verbesserung der physikalischen Eigenschaften sowohl in der Längs-als auch in der Querrichtung erzielt.
Durch die beim erfindungsgemässen Verfahren erfolgende Erhitzung wird eine thermische Entspan- nung der amorphen, Struktur ! der Folie verhindert, was zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften @ sowohl in Längs-als auch in Querrichtung beiträgt.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.
Die Vorteile der Erfindung werden aus dien Beispielen ersichtlich. Der wesentliche Vorteil liegt, wie schon ausgeführt, in der Verbesserung der Gleichmässigkeit der Folienstärke in Querrichtung. Die Gleichmässigkeit der Folienstärke wird in den Beispielen entweder als prozentuale Dicken-oder ?StÏrkenvergr¯¯erung? ausgedrückt. Die prozentuale Dikkenabweichung (V) wird durch Messen der Dicke quer über die Breite einer Folienbahn und durch Einsetzen der Werte in folgende Gleichung :
V = t2-t1/t0X100 erhalten, worin t die Dicke des dicksten Abschnittes, tI die Dicke des dünnsten Abschnittes und to die durchschnittliche Dicke der Folie ist.
Dickenabweichungen von mehr als 10% sind f r die Praxis unerwünscht. Die Stärkenvergrösserung (M) ist als vs/Vi definiert, wobei VS die prozentuale Dickenabweichung der fertigen hitzsbehandelten Folie und V1 die prozentuale Anderung in der Folie (Kontroll- folie) ist, mit der die fertige hitzebehandelte Folie verglichen wird. Dabei kann die Kontrollfolie z. B. eine Folie sein, die 1. in einem wesentlichen amorphen Zustand aus gepresst und keiner weiteren Behandlung un terworfen wurde (den bei der Bildung erhalte nen Zustand aufweist) oder
2. in einer oder in beiden Richtungen orientiert, aber nicht hitzebehandelt wurde.
Werte der Stärkenvergrösserung, die sich der Einheit nähern, zeigen eine geringe Wirkung der Reckung auf die Dickenabweichung an. Werte, die kleiner sind als 1, zeigen, dass die Reckung tatsÏchlich die Gleich- mässigkeit der Folienstärke verbessert hat.
Beispiele 1-5
Man presst Proben einer im wesentlichen amorphen Polyäthylenterephthalat-Folie (0, 152 mm Dicke), wie die nach dem Verfahren gemäss der US-Patentschrift Nr. 2 465 319 hergestellten Folien, bei einer Temperatur von etwa 280 C auf eine Kühltrommel aus, kühlt auf dieser auf etwa 75 C ab und reckt an, schliessend bei 84 C über mit unterschiedlicher Ge schwindigkeit laufenden Walzen einer Reckvorrich- tung in Längsrichtung (LR) auf das 3-bis 3, 56fache der Anfangslänge. Darauf wird die Folie bei einer Temperatur von 87 C in einem Spannrahmen auf das 3-bis 3, 56fache in Querrichtung (QR) gereckt.
Die Strangpresse, die Reckvorrichtung und der Spannrahmen sind ähnlich den aus der USA-Patentschrift Nr. 2 823 421 bekannten Vorrichtungen ausgebildet.
Die Enddicke der Folie beträgt 0, 013 mm.
Die Folie wird dann in eine Verlängerung des Spannrahmens, wie in Fig. 1, eingeführt und dort bei einer Temperatur von 200¯ C hitzebehandelt. In den Beispielen 1 und 3, die als Kontrollbeispiele dienen, wird in der üblichen Weise gearbeitet, wobei eine Schrumpfung in Querrichtung mittels Spannrah menklemmen gehemmt wird. Bei den Versuchen der Beispiele 2, 4 und 5 laufen die Schienen des Spannrahmens in der Hitzebehandlungszone genügend auseinander (gespreizter Verlauf), dass die Folie um 3, 85 bis 6, 38 % in der Querrichtung gereckt wird.
Das Ausma¯ der Reckung der Foiie in Querrichtung während der Hitzebehandlung wird nach der folgenden Formel berechnet [in den Tabellen als Prozentbetrag der Reckung (QR) wÏhrend der Hitzebehandlung ausgedr ckt] :
Reckung (QR) wÏhrend der Hitzebehandlung, %=100 (2X)/(Y) wobei X gleich, ist der Strecke, welche die Folie über den normalen Querreckungsvorgang hinaus gereckt wird (gemessen in der Breite entlang der Ober fläche der Folie sowohl auf der linken als auch auf der rechten Folienseite) und Y gleich ist der Breite der Folie, nachd'em sie vor der Hitzebehandlung in Querrichtung gereckt wurde.
Das ist in Fig. 1 der Zeichnung gezeigt. Die Folienproben werden, wie in Fig. 1 gezeigt, nach der Hitzebehandlung abgekühlt. Anschliessend wird die Folie in üblicher Weise aufgerollt. Die prozentuale Dickenabweichung wird für jede Probe bestimmt.
Ergebnisse :
Tabelle I Prozentuale Dickenabweichung orientierter Polyäthylenterephthalat-Folien, die während der Hitzebehand lung leicht in Querrichtung (QR) gereckt wurden, verglichen mit derjenigen einer orientierten Polyäthy- lenterephthsalat ;
Folie, die in üblicher Weise hitzebehandelt wurde
Verbesserung der in Querrichtung
AnfÏngliches Querreckung Dicken- gereckten Folien gegen ber der in blicher
Beispiel ReckverhÏltnis wÏhrend der Hitzebehandlung abweichung Weise hitzebehandelten Folie
LR QR % % % 1 3, 5 3, 2 0 19 0
2 3, 5 3, 2 3, 85 12 37
3 3, 65 2, 9 0 21 0
4 3, 65 2, 9 6, 38 14 33
5 3, 65 3, 2 5, 8 13 38
Aus dieser Tabelle ist ersichtlich, dass die Folien, die während der Hitzebehandlung leicht in Querrichtung gereckt wurden, in ihrer Dicke erheblich gleichmässiger als die in üblicher Weise behandelten Kon trollfolien sind.
Beispiele 6-13
Diese Beispiele erläutern die Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Folien. Proben einer im wesentlichen amorphen Polyäthylentere phthalat-Folie (0, 254 mm Dicke), die gemäss den Beispielen 1-5 hergestellt wurden, werden sowohl in Längs-als auch in Querrichtung gereckt, wobei die gleiche Vorrichtung wie bei den Versuchen gemäss den, Beispielen 1-5 verwendet wird. Die Folienproben werden bei 82 C auf das 3, 0- bis 3, 5fache ihrer An fangslänge in Längsrichtung und anschliessendl bei 90 C auf das 3, 0- bis 3, 56fache ihrer Anfangsbreite in Querrichtung gereckt.
Die Enddicke der Folie betrÏgt 0, 025 mm. Die Folie wird dann, wie in den Beispielen 1-5, in eine Verlängerung des Spannrah- mens eingeführt und dort bei 200 C wärmebehan- delt. Die Beispiele 6, 7, 8 und 9 sind Kontrollbei- spiele, bei denen in üblicher Weise verfahren, also die Folie durch die Hitzebehandlungszone des Spannrahmens geführt und mit Spannrahmenklemmen unw ter seitlicher Spannung gehalten wird. In den Beispielen 10-13 (wie in den Beispielen 2, 4 und 5) laufen die Schienen des Spannrahmens genügend auseinan- der, dal3 die Folie zwischen 3, 46 und 8, 23 % in Querrichtung gereckt wird.
Nach der Hitzebehandlung wird die Folie abgekühlt und aufgerollt.
Die physikalischen Eigenschaften der so hergestellten Folie sind in Tabelle II angeführt.
Tabelle 11 Physikalische Eigenschaften der orientierten Polyäthylenterephthalat-Folie, die während der Hitzebehand- lung leicht in Querrichtung gereckt wird, im Vergleich mit denjenigen der orientierten, in der üblichen
Weise hitzebehandelten Polyäthylenterephthalatf-Folie AnfÏngliches Querreckung
Beispiel Reckungs- whÏrend der Zugfestigkeit Modul F3 Dehnung verhÏlnis Hitzebehandlung kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 %
LR QR % LR QR LR QR LR QR LR QR
6 3, 0 3, 001648, 7 1911, 0 43 521 49 145 901, 1 942, 1 115 107
7 3, 5 3, 0 0 2021, 4 1596, 0 51 325 47 388 1035, 8 978, 1 89 96
8 3, 5 3, 2 0 2063, 5 1666, 3 51044 41130 1100, 3 980,
4 70 125
9 3, 5 3, 5 0 2089, 3 1681, 8 53 715 49 497 1055, 8 1025, 3 81 99
10 3, 5 3, 2 3, 86 2292, 0 2453, 750130 558251482, 1 1454, 1 83 84
11 3, 5 3, 0 8, 23 1933, 5 1947, 5 47 106 50 692 1250, 5 1436, 3 89 84
12 3, 5 3, 5 7, 03 2158, 5 1968, 6 46403 58004 1110, 7 1454, 3 100 58
13 3, 5 3, 56 3, 46 2179, 5 2418, 6 48 583 55 052 1294, 5 1430, 0 84 69
Aus Tabelle II ist ersichtlich, dass eine beachtliche Verbesserung der physikalischen Eigenschaften der nach dem erfindungsgemässen Hitzebehandlüngsver- fahren hergestellten Folien gegeniiber den Kontrollproben erzielt wird.
Diese Verbesserung der physikalischen Eigenschaften wird überraschenderweise sowohl in LÏngs- als auch in Querrichtung erhalten.
Wenn die Verbesserung auf der zusätzlichen Rekkung in Querrichtung beruhen w rde, hÏtte der Fachmann nur eine Verbesserung in Querrichtung erwartet. Dal3 diese Verbesserung nicht auf der erh¯hten Molekularorientierung beruht, die während der Hitzebehandlung durch die leichte zusätzliche Rekkung in Querrichtung entsteht, sondern vielmehr darauf, dass eine thermische Orientierungsentspannung der amorphen Bereiche verhindert wird, wird anhand der folgenden Beispiele besser verständlich.
Beispiele 14-17
Geschmolzenes Polyäthylenterephthalat wird durch eine Strangpressvorrichtung mib Ringdüse, wie sie in der USA-PatentschriftNr. 2 461 974beschriebenist, bei einerTemperaturvon 275 C ausgepresst. Das geschmol- zene Polymerisat wird in einer Menge von 18, 14kg/Std'. durch die 1, 02-mm-Ringaustritts¯ffnung der Düse (69, 9 mm Durchmesser) gepresst. Der austretende Schlauch wird mittels eines Paares Zugwalzen, das 20, 3 cm unterhalb der Düse angeordnet ist, mit einer Geschwindigkeit von 7, 62 m/Minute von der Düse senkrecht nach unten abgezogen.
Durch eine Luft eialassöffnung wird in das Innere des Schlauches genügend Luft (auf 0, 12 kg/cm2) eingeleitet, um den Schlauch während seines plastischen verformbaren Zustandes auf das 3, 75fache seines ursprünglichen Durchmessers bei der Auspressung auszudehnen.
Nachdem diese Luftmenge eingeführt ist, wird die Zufuhr unterbrochen ; die Luftfi innerhalb des Schlauches bildete dabei eine isolierte Blase, die in dem Schlauch zwischen der Düse und den Walzenspalten der Ab zugs-oder Reckwalzen eingeschlossen ist. Sobald der Schlauch von der Düse abgezogen wurde, beginnt der Schlauch sich unter der Wirkung des Drucks auf zublähen.
Gleichzeitig wird die Folie durch Antrieb der Reckwalzen mit einer Geschwindigkeit, welche die Geschwindigkeit, mit der die Folie aus der Düse austritt, um das 3fache überschreitet, auf das 3àche ihrer urspriinglichen Ausdehnung in Längsrichtung gereckt. Nach Abkühlen auf eine Temperatur, bei der durch Ausdehnung eine Molekularorienbierung bewirkt wird, wird die Folie in Längsrichtung in dem gewünschten Grad gereckt. Der Schlauch wird durch eine Kühlzone gezogen, die sehr nahe der Düse angeordnete K hlschlangen aufweist, derart, dass die Luft auf das Schlauchmaterial auftrifft, wenn dieses sich etwa 1, 3 cm von der Düse entfernt hat.
Die Luft diente dazu, den Schlauch auf eine Temperatur (etwa 90 Q abzukühlen, bei der durch Ausdehnung eine Molekularorientierung eintritt, worauf die Folie auf ihren Enddurchmesser ausgedehnt wird. Nach Erreichen des Enddurchmessers lÏuft der Schlauch durch die Reckwalzen, an denen er flachgelegt wird.
Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die Folie, nachdem sie in den Walzenspalten der Reckwalzen flachgelegt worden war, wieder aufgeblasen und durch die Wal zenspalte eines zweiten Satzes von Zugwalzen geführt.
Zur Aufblasung wird in das Schlauchinnere durch eine Lufteinla¯¯ffnung Luft in ausreichenden Mengen eingeblasen, um den Durchmesser desl Schlauches um 5 bis 6 % seines ursprünglichen Wertes während ErwÏrmung auf 180-200 C zu erweitern. Nach dem Aufblasen wird die Schlauchfolie an Wärmesbrahlern vorbeigeführt, die ausserhalb der Foq'ienblase angeord- net sind und die Temperatur der Folie auf 180 bis 200¯ C erh¯ht, wobei die Folie gleichzeitig hitze- behandelt und um 5 bis 6% in Querrichtung gereckb wird. Die Folie wird 2 Sekunden auf dieser Hitzebehandlungstemperatur gehalten. Die Folie wird nahe an einen porösen Abkühlring herangeführt, durch den Luft zirkuliert, wodurch die hitzebehandelte Folie abgekühlt wird.
Sie passiert die Walzenspalte eines zweiten Satzes Reckwalzen, die sich so mit einer gr¯¯eren Geschwindigkeit als der erste Reckwalzensatz bewegen, da¯ eine leichte Längsreckung erfolgt. Zum Schluss wird die Folie aufgeschnitten und dann aufgerollt.
In den Beispielen 15 und 17 wird die Folie ebenfalls während der Hitzebehandlung leicht ausgedehnt, indem sie durch die Walzenspalte eines zweiten Reckwalzensatzes gezogen wird, der so mit h¯herer Geschwindigkeit als der erste Walzensatz läuft, dass der gewünschte Grad an Längsausd'ehnung erhalten wird.
Wie aus der folgenden Tabell'e zu ersehen ist, verbessert eine Längsreckung allein während der Hitze bebandlung die Folienstärke in Querrichtung nicht.
Die leichte Längsreckung allein während der Hitzebehandlung ergibt zwar keine Verbesserung der Wanddicke der Folie, aber es wird angenommen, da¯ in Zusammenwirken mit dem erforderlichen leichten Querrecken während der Hitzebehandlung eine gün- stige Wirkung eintritt, was auf eine Erhöhung der Kri sballinität der Folie zurückzuführen sein dürfte. Diese Erscheinungen lassen sich an Hand von Beispiel 15 (vgl. Tabelle III) näher erläutern, in welchem die Folie während der Hitzebehandlung lediglich um 6, 7% in der Längsrichtung gereckt wird. Wie aus der Tabelle ersichtlich, wird dadurch keine Verbesserung der Wanddicke erzielt.
Das Beispiel 14 erläutert eine Kontrollfolie, die anfangs auf das 3, 0fache ihrer Länge in Längsrichtung und auf das 3, 75fache ihrer Breite in Querrichtung gereckt, aber nicht hitzebehan- delt wird. Die Folien von Beispiel 16 und 17 werden einer molekularen Orientierung in beiden Richtungen und einer Hitzebehandlung gemäss der vorliegenden Erfindung unterworfen.
Tabelle 111 Stärkenvergrösserung der orientierten schlauchf¯rmigen PolyÏthylenterephthalat-Folie, die während der
Hitzebehandlung leicht in Querrichtung gereckt wird
LÏngsreckung Querreckung
StÏrken- wÏhrend der wÏhrend der Hitzebehandlungs Verweilzeit bei der
Beispiel vergr¯¯erung Hitzebehandlung Hitzebehandlung temperatur Hitzebehandlungstemperatur
LR QR % % ¯C Sekunden /0/D
14 0, 98 1, 05 0 0 200 2
15 1, 14 1, 32 6, 7 0 200 2
16 0, 76 0, 68 0 5, 9 200 2
17 0, 81 0, 53 5, 1 5, 1 200 2
Wie aus der Tabelle zu ersehen ist,
wird bei der erfindungsgemϯ hitzebehandelten Folie eine beachtliche Verbesserung in der Gleichmϯigkeit der Wanddicke sowohl in Längs-als auch in Querrichtung erreicht.
Beispiele 18 und 19
Diese Beispiele erläutern weiter die kritische Natur, welche die Durchführung einer leichten Reckung in Querrichtung während des Hitzebehandlungsvor- ganges hat. Polyäthylenterephthalat-Folien, die durch Recken auf das 3, Ofache ihrer anfänglichen LÏnge in Längsrichtung und das 3, 75fache ihrer anfänglichen Breite in Querrichtung orientiert worden sind (wie in Beispiel 14 bis 17)'werden wie in den obigen Beispielen bei einer Temperatur von 160 C hitzebehandelt.
In Beispiel 18 (vgl. die Kurve in Fig. 3) wird die orientierte Polyäthylenterephthalat-Folie während der Hitzebehandlung nur in Längsrichtung gereckt. Die Längsreckung reicht von-8 % (Enbspannung) bis 14% (Abszissenwerte von Fig. 3). In Querrichtung wird die Folie straff gehalten (0% Reckung).
Fig. 3 zeigt, dass bei zunehmender Reckung in Längsrich- tung während der Hitzebehandlung die Stärkenver- grösserung in Querrichtung (der orientierten hitze- behandelten Folie in Bezug auf die orientierte, nicht hitzebehandelte Folie) leicht von 1, 55 bei einem LÏngsrichtungsverhÏltnis von -8% auf 1, 15 (Ordi- natenwerte in Fig. 3) bei einer Längsreckung während der Hitzebehandlung von 10 abfällt. Dies zeigt eine Verstärkung des Kristallzustandes der Folie und als Ergebnis leichteVerminderung der Neigung der Folie, sich während der Hitzebehandlung thermisch zu entspannen. Die Stärkenvergrösserung erreicht jedoch den Wert 1, 0 nicht.
In Beispiel 19 (vgl. Fig. 4) wird die orientierte Polyäthylenterephthalat-Folie während der Hitzebehandlung in beiden, also Längs-wie auch Querrichtung, gereckt. Die Längsreckung erfolgt konstant mit 13, 2%, wÏhrend die Querreckung mit - 30% (Entspannung) bis + 6 @ durchgef hrt wird. Fig. 4 zeigt, dass bei einer zunehmenden Reckung in Querrichtung die Stärkenvergrösserung in der Querrichtung rasch abfällt, bis sie bei 6 % positiver Reckung weniger als 0, 85 beträgt, was eine beachtliche Verbesserung der Wanddicke gegenüber orientierten, nicht hitzebehandelten Folien darstellt.
Die Kurve zeigt, da¯ eine positive Querreckung während der Hitzebehandlung von mindestens 2 % erforderlich ist, um die Stärkenvergrösserung in Querrichtung auf einen Wert kleiner als 1 zu vermindern.
Beispiele 20 lmd 21
Eine Polyvinylchloridmasse aus 93, 5 % Polyvinylchlorid (Dow 111-4, Dow Chemical Co.), 3, 5% Di butylzinnthioester (?Thermolite? 31, Metal Thermite Co.) und 3 o modifiziertem Rizinusöl, das vorwiegend aus Glyceryltriricinoleat besteht (Lubricin V-3, W. B.
Baker Castor Oil Co.), wird bei einer Temperatur von, 190 C auf einem 2, 5-cm-Extruder (Natio- nal Rubber Machinery Co.) verpresst, der ein Verhält- nis der Masszylinderlänge zum Durchmesser (L/D) von 18 aufweist und mit einer 5, 1-cm-Düse der Bauart Robbins versehen ist, wobei die Düse auf einer Temperatur von 200 C gehalten wird. In der in den Beispielen 14 bis 17 beschriebenen Weise wird die ausgepresste Polyvinylchlorid-Folie sowohl in Längs- als auch in Querrichtung auf das 3fache ihrer ur sprünglichen Dimensionen ausgedehnt.
Dann wird die Folie durch die in den Beispielen 14 bis 17 beschrie- bene Hitzebehandlungsvorrichtung geführt und 2 Sekunden lang bei 180¯C hitzebehandelt. Die Folie wurd'e während der Hitzebehandlung in der Längs- wie auch Querrichtung um 5, 9% gereckt. Die Stär- kenvergrösserung dieser Folie ist in der Tabelle IV mit derjenigen einer orientierten, nicht hitzebehandel- ten Folie (Kontrollfolie) verglichen. Wiederum ist eine beachtliche Verbesserung der Wanddicke sowohl in LÏngs- als auch in Querrichtung festzustellen.
Tabelle IV Dickenabweichung von orientierten Polyvinylchlorid-Folien, die während der Hitzebehandlung leicht ge reckt werden, im Vergleich mit denjenigen einer orientierten, nicht hitzebehandelten Folie
Längsreckung Querreckung eh wahrend der wahrend der Verweilzett Starkenvergrosserung P Hitzebehandlung Hitzebehandlung o C Sekunden LM QR % %
20 0 0 0 0 1, 0 1, 0
21 5, 9 5, 9 180-2 0, 61 0, 56
Beispiele 22-24
Ein Polypropylenharz (Schmelzindex 0, 25 bei 190 C ; EigenviskositÏt 1, 59 ;
Dichte 0, 9012 g/cm3) wird bei 255 bis 260 C durch eine Schlitzdüse mit einer Geschwindigkeit von 3, 05 m/Minute zu einer 0, 457 mm dicken Folie ausgepresst. Die ausgepresste Folie wird rasch abgeschreckt, indem man sie durch ein auf 0 bis 5 C gehaltenes Eiswasserbad führt. Anschlie¯end wird die abgeschreckte Folie in einem Ofen auf 138 bis 140 C erhitzt und bei dieser Temperatur auf einer Laboratoriumsvorrichtung für Rekkungen in zwei Richtungen in Längs-wie auch Querrichtung auf das 5fache ihrer ursprünglichen Di mensionen gereckt.
Proben der 0, 015 mm dicken Folie werden auf dieser Laboratoriumsreckvorrich- tung bei einer Temperatur von 120 C hitzebehandelt, während sie langsam (mit etwa 10% in der Minute) in Querrichtung leicht gereckt werden. Nach dem Recken und Hitzebehandelo werden die Folie unter Spannung abgekühlt.
Die Ergebnisse (Tabelle V) zeigen, dass eine beachtliche Verminderung der prozentualen Dickenabweichung g erzielt wird, indem man die orientierten Polypropylenfolien während der Hitzebehandlung gemäss der vorliegenden Erfindung leicht reckt.
Erfindun'gsgemäss behandelte Folien, die anschlie- ssend mit einem heisssiegelbaren Polymerisatbelag versehen und zu Packungen oder Beuteln bzw. Säcken für Handelszwecke verarbeitet werden, zeigen ferner eine geringere Schrumpfung um den Heisssiegelungs- bereich herum, wodurch Falten-und Runzelbildun- gen und ein Reissen der Körper längs der Siegelungen wesentlich vermindert sind.
Tabelle V
Dickenabweichung der orientierten Polypropylen Folien, die während der Hitzebehandlung leicht gereckt werden, im Vergleich mit derjenigen orienitierter nicht hitzebehandelter Folien
Dicken- Querreckung Folientemperatur Querdicken- StÏrken abweichung wÏhrend der bie der Verweilzeit abweichung vergr¯¯erung
Beispiel vor der nach der @ @
Hitzebehandlung Hitzebehandlung Hitzebhandlung Sekunden Hitzebehandlung in % % ¯C % Querrichtung
22 18, 6 5 120 10 9, 5 0, 51
23 31, 4 10 120 10 14, 3 0, 46 24 32, 5 6 120 10 26, 0 0, 80 Kontrolle-0---1, 00 (nicht hitzebehandelt)
Wie in den Beispielen gezeigt, wird durch das Verfahren gemäss der vorliegenden Erfindung eine überraschende Verminderung der Dickenabweichung über die Breite der biaxial gereckten, orientierten, thermoplastischen,
polymeren Folien erzielt. Durch Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens werden die Stärkenfehler und die mit der Folienstärke zusammenhängenden Fehler, welche die Folienerzeu- gung wesentlich vermindern bzw. beschrÏnken, weitgehend ausgeschaltet.
Noch überraschender und unerwarteter ist die Tatsache, dass gemäss der Erfindung hitzebehandelte Folien eine beachtliche Anhebung des Niveaus ihrer physikalischen Eigenschaften zeigen.