Verfahren zur Verbesserung der Gleiteigenschaften von Kunststoffolien und dessen Anwendung
Es ist bekannt, dass man Kunststoffolien, besonders Polyesterfolien, in begrenztem Masse vorherbestimmbare gute Gleiteigenschaften verleihen kann, wenn man dem Rohstoff, aus dem die Folien hergestellt werden, geeignete Stoffe zusetzt. So ist es möglich, Folien mit guten Gleiteigenschaften zu erhalten, wenn man bei der Polymerisation ausgewählte Kata Iysatoren in bestimmten Mengen verwendet, oder aber einer der Polymerisationskomponenten bzw. dem rohen Polymerisat Fremdstoffe, beispielsweise Titandioxyd, zusetzt.
Abgesehen davon, dass grössere Katalysatormengen oder Fremdstoffe häufig Nachteile bei der Herstellung der Folien bringen oder sich ungünstig auf die Klarsicht der Folien auswirken können, beeinflusst man durch diese Zusätze gleichmässig beide Seiten der Folien. Es hat sich aber gezeigt, dass für manche Anwendungszwecke, beispielsweise auf dem Verpackungssektor, -Folien erwünscht sind, bei denen nur die eine Seite gleitfähig, die andere dagegen stumpf ist.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die fertige Folie einseitig mit verschiedenen Substanzen, beispielsweise in Form von Lösungen oder Suspensionen, zu behandeln, um auf diese Weise ein besseres Gleiten einzelner Folienlagen gegeneinander zu erreichen. Diese Behandlung verläuft jedoch nicht immer gleichmässig, so dass sich Unterschiede in den Gleitwerten ergeben können. Insbesondere leidet bei einer solchen Behandlung häufig die Klarsicht der Folie. Getrübte Folien erhält man schliesslich auch, wenn man die Folienbahn durch einseitiges Pudern gleitfähig macht.
Es wurde nun ein Verfahren gefunden, nach dem man einseitig gut gleitfähige Kunststoffolien erhält, indem man die eine der beiden stumpfen Oberflächen der kunststoffolie mit einer feinen Aufrauhung versieht. Durch eine solche Aufrauhung, die auf mechanischem Wege erfolgt, kann die Gleitfähigkeit der behandelten Seite der Kunststoffolie erheblich gesteigert werden.
Die Aufrauhung soll zweckmässig nicht so grob sein, dass die häufig erstrebte Klarsicht der Folie zu sehr beeinträchtigt wird. Sie darf ferner nicht so grob sein, dass durch das mechanische Ineinandergreifen der rauhen Stellen die Gleiteigenschaften wieder vermindert werden. Es ist vielmehr bevorzugt, die Aufrauhung nur bis zu einem Grade durchzuführen, der nicht mit dem blossen Auge, sondern nur unter dem Mikroskop erkennbar ist.
Um dies zu erreichen, verwendet man zweckmäs- sig bestimmte Aufrauhelemente und sorgt für eine gleitende Bewegung zwischen diesen Aufrauhelementen und der zu behandelnden Oberfläche der Folie.
Hierbei ist es grundsätzlich möglich, dass entweder die Folie oder die Aufrauhelemente unbeweglich angeordnet sind. Bevorzugt hält man aber sowohl die Folie als auch die Aufrauhelemente in Bewegung.
Hierdurch wird die Relativbewegung zwischen Folie und Aufrauhelement vergrössert und der Aufrauheffekt gesteigert. Die Folie wird meist in Form einer endlosen Bahn gleitend über die Aufrauhelemente geführt.
Die Aufrauhelemente, meist eine oder mehrere Bürsten, besonders Flachbürsten, oder mit Borsten oder Fasern besetzte Walzen können sich beispielsweise in rotierender oder vibrierender Bewegung befinden. So kann man die Folienbahn über eine oder mehrere in einer Ebene liegende rotierende Flachbürsten führen, deren Durchmesser zweckmässig gleich der Breite der Folienbahn ist. Man kann aber auch vibrierende, also sich längs einer Geraden hin und her bewegende Bürsten verwenden, deren Bewe gungsrichtung in beliebiger Richtung zur Bewegungsrichtung der Folienbahn stehen kann. Bevorzugt ist in diesem Falle allerdings, dass die Bewegung der vibrierenden Bürsten schräg zu der Bewegungsrichtung der Bahn erfolgt. Insbesondere können mehrere Bürsten paarweise zueinander geneigt sein, so dass die Aufrauhung der Folienbahn in Form eines mikroskopisch feinen Rautenmusters erfolgt.
Durch ein solches Rautenmuster wird eine bessere Oberflächengleitung erzielt als durch ein Muster, bei dem alle Aufrauhungen in einer Richtung verlaufen, da dann die Möglichkeit, dass höhere und tiefere Stellen zweier übereinanderliegender aufgerauhter Folien sich ineinander verzahnen, geringer ist.
Anstelle von Bürsten kann man als Aufrauhelemente auch Tuch, Wildleder, Felle usw. verwenden, die zweckmässig auf Walzenoberflächen aufgebracht sind.
Führt man die Folienbahn gestreckt über die oben beschriebenen Aufrauhelemente, so erhält man Aufrauhungen von sehr kurzer Ausdehnung, was in den meisten Fällen bevorzugt ist. Wünscht man Aufrauhungen mit einer grösseren Längenausdehnung, so kann man die Folienbahn um eine oder mehrere Rundbürsten bzw. borstenbesetzte Walzen in kleinen Umschlingungswinkeln, beispielsweise bis zu 30 oder mehr, herumführen.
Selbstverständlich ist es auch möglich, Kombinationen der oben genannten Aufrauhelemente zu verwenden.
Den Grad der Aufrauhung der Folie kann man durch Regulierung der Bewegungsgeschwindigkeit der Aufrauhelemente, aber auch durch die Spannung der Folienbahn und/oder durch die Bahngeschwindigkeit steuern. Je grösser die Relativgeschwindigkeit zwischen den Aufrauhelementen und der Folienbahn ist, umso grösser ist der Aufrauheffelçt. Mit zunehmender Weichheit der Borsten, Fasern oder Haare empfiehlt sich unter sonst gleichen Bedingungen eine Steigerung der Relativgeschwindigkeit. Die Verwendung mehrerer Bürsten oder borstenbesetzter Walzen hat gegenüber derjenigen einer Einzelbürste oder Einzelwalze den Vorzug einer grösseren Anzahl von Berührungspunkten zwischen Borsten und Folienbahn, wodurch die Aufrauhung beschleunigt und/ oder intensiviert werden kann.
Gleiche Effekte kann man unter anderem dann erzielen, wenn man entweder eine Bürste in rascher oder aber mehrere Bürsten in entsprechend langsamerer Bewegung hält.
Als Borsten oder Fasern für die Aufrauhelemente verwendet man zweckmässig solche aus weichem, natürlichem oder synthetischem Material. So sind Haare aus Lammfell oder Fasern aus natürlichen oder künstlichen Geweben, beispielsweise aus Wolle, oder Baumwolle geeignet. Auch Kunststoffborsten, beispielsweise Polyäthylenborsten, können verwendet werden. Da diese jedoch schon verhältnismässig starr sind, wählt man in diesem Fall zweckmässig kleine Relativgeschwindigkeiten zwischen Folienbahn und Borstenmaterial, um eine zu grobe Aufrauhung zu vermeiden.
Die einseitige Aufrauhung der Folien kann als Arbeitsgang für sich durchgefübrt werden. Bevorzugt ist es jedoch, die Aufrauhung in irgendeinem Stadium der Verarbeitung der Folien vorzunehmen. So kann man die Folienbahn beispielsweise vor dem Aufwikkeln oder vor bzw. nach dem Schneiden in Längsrichtung der erfindungsgemässen Behandlung unterwerfen.
Für die erfindungsgemässe Aufrauhung geeignete Kunststoffolien können nach beliebigen Verfahren hergestellt sein und verschiedenen Stoffklassen angehören. Bevorzugt verwendet man klarsichtige Folien, beispielsweise solche aus Polyolefinen, wie Polyäthylen oder Polypropylen, halogenierten Polyolefinen, wie Polyvinylchlorid, und Polyestern, besonders solchen, die durch Polykondensation von Benzoldicarbonsäuren mit aliphatischen Diolen hergestellt worden sind, beispielsweise Polyäthylenterephthalat.
Ein annähernd quantitatives Mass für den Unterschied zwischen den Gleiteigenschaften der nicht behandelten und der erfindungsgemäss behandelten Folie erhält man durch Messung der Reibungskraft K, die überwunden werden muss, um zwei übereinanderliegende und durch ein Gewicht K' belastete Folien gegeneinander zu verschieben. Man kann K und K' in Pond (p) ausdrücken und den Quotienten K/K' als Reibungskoeffizienten f definieren. Hat K' beispielsweise den Wert 200 p, so erhält man bei den meisten unvorbehandelten, also stumpfen Folien f-Werte grösser als 2. Für die gleichen Folien ergeben sich nach der erfindungsgemässen Aufrauhung zwischen den aufgerauhten Oberflächen etwa 3 bis 5 mal kleinere f-Werte.
Die erfindungsgemäss behandelten Folien, die also eine wenig gleitende stumpfe und eine gut gleitende Oberfläche aufweisen, eignen sich sehr gut für Verpackungszwecke und können besonders auch für vollautomatisch arbeitende Verpackungsmaschinen eingesetzt werden. Die Verwendung von Kunststoffolien für Verpackungszwecke ist bekannt. Gegenüber anderen Verpackungsmaterialien, wie Papier oder Zellglas, zeigen die Kunststoffolien aber meist eine erheblich geringere Steifigkeit. Man hat nun die Erfahrung gemacht, dass bei denbiegsamenKunststoff- folien die Oberflächenglätte (Schlupf) einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität der Packung hat. So wünscht man beispielsweise bei der Verwendung von Verpackungsbeuteln nur eine einseitige Glätte.
Die Innenseite der Beutel soll glatt sein, damit sich die Beutel im ungefüllten Zustand leicht öffnen und das Füllgut an ihren Wänden leicht gleitet. Die Aussenseite soll dagegen stumpf sein, damit ein gutes Stapeln der Beutel gewährleistet ist. Umgekehrt soll beispielsweise die durchsichtige Kunststoffumhüllung von Zigarettenpackungen innen stumpf sein, damit die Packungen nach dem Öffnen nicht aus der Hülle gleiten. Nach aussen soll die Hülle dagegen möglichst gleitfähig sein, damit ein störungsfreies Fördern auf der Verpackungsmaschine gewährleistet ist. Allen diesen Anforderungen werden die erfindungsgemäss behandelten Folien in hohem Ausmass gerecht.
Beispiel
Eine endlose Folienbahn wird von einer Vorratsrolle auf eine Aufwicklung gespult und passiert auf diesem Wege vier Umlenkrollen und eine Walze, auf deren Oberfläche ein Lammfell befestigt ist, das die erfindungsgemässe Aufrauhung bewirkt. Die beiden mittleren Umlenkrollen sind zu beiden Seiten der Aufrauhwalze so angeordnet, dass die Folienbahn die Aufrauhwalze mit einem Umschlingungswinkel von etwa 2" umgibt. Die Geschwindigkeit der Folienbahn beträgt 2,8 m/min., die Umfangsgeschwindigkeit der im gegenläufigen Sinne zur Bewegungsrichtung der Folienbahn rotierenden Aufrauhwalze 2 m/sec. Man rauht nacheinander und einseitig eine Folienbahn aus schrumpffähigem Polyvinylchlorid und aus Hochdruckpolyäthylen auf.
Die Tabelle gibt die vor und nach der Aufrauhung gemessenen Werte für die Reibungskoeffizienten f und für die in Prozent ausgedrückte Transparenz T an. Die Transparenz T wird durch die Einstrahlung von sichtbarem Licht ermittelt und errechnet sich aus der Beziehung c
T b+c 100 O/o, wobei b die durch die Folie geradlinig hindurchtretende Lichtmenge und c die von der Folie in Einstrahlungsrichtung diffus gestreute Lichtmenge ist.
Process for improving the sliding properties of plastic films and its application
It is known that plastic films, especially polyester films, can be imparted to a limited extent, predictable, good sliding properties if suitable substances are added to the raw material from which the films are made. For example, it is possible to obtain films with good sliding properties if selected catalysts are used in certain amounts during the polymerization, or if foreign substances, for example titanium dioxide, are added to one of the polymerization components or the raw polymer.
Apart from the fact that larger amounts of catalyst or foreign substances often cause disadvantages in the production of the films or can have an unfavorable effect on the transparency of the films, these additives affect both sides of the films evenly. It has been shown, however, that for some applications, for example in the packaging sector, films are desired in which only one side is slidable and the other side is blunt.
It has also been proposed to treat the finished film on one side with various substances, for example in the form of solutions or suspensions, in order to achieve better sliding of individual film layers against one another in this way. However, this treatment is not always uniform, so that there may be differences in the sliding values. In particular, the transparency of the film often suffers from such a treatment. Clouded films are ultimately also obtained if the film web is made slippery by powdering it on one side.
A process has now been found by which plastic films with good sliding properties on one side are obtained by providing one of the two blunt surfaces of the plastic film with a fine roughening. Such a roughening, which takes place mechanically, can considerably increase the sliding ability of the treated side of the plastic film.
The roughening should expediently not be so coarse that the transparency of the film, which is often sought after, is too much impaired. Furthermore, it must not be so coarse that the sliding properties are reduced again by the mechanical interlocking of the rough areas. Rather, it is preferred to carry out the roughening only to a degree that cannot be seen with the naked eye, but only under the microscope.
In order to achieve this, specific roughening elements are expediently used and a sliding movement is ensured between these roughening elements and the surface of the film to be treated.
In principle, it is possible here for either the film or the roughening elements to be arranged immovably. However, it is preferred to keep both the film and the roughening elements in motion.
This increases the relative movement between the film and the roughening element and increases the roughening effect. The film is usually guided over the roughening elements in the form of an endless path.
The roughening elements, usually one or more brushes, especially flat brushes, or rollers fitted with bristles or fibers can be in a rotating or vibrating motion, for example. The film web can thus be guided over one or more rotating flat brushes lying in one plane, the diameter of which is expediently equal to the width of the film web. But you can also use vibrating brushes that move back and forth along a straight line, whose direction of movement can be in any direction relative to the direction of movement of the film web. In this case, however, it is preferred that the movement of the vibrating brushes take place at an angle to the direction of movement of the web. In particular, several brushes can be inclined towards one another in pairs so that the roughening of the film web takes place in the form of a microscopically fine diamond pattern.
A diamond pattern of this kind achieves better surface sliding than a pattern in which all the roughening runs in one direction, since the possibility that higher and lower areas of two roughened foils lying one above the other interlock is less.
Instead of brushes, cloth, suede, furs etc. can also be used as roughening elements, which are expediently applied to roller surfaces.
If the web of film is stretched over the roughening elements described above, roughening of very short dimensions is obtained, which is preferred in most cases. If you want roughening with a greater length expansion, the film web can be guided around one or more round brushes or rollers with bristles at small angles of wrap, for example up to 30 or more.
It is of course also possible to use combinations of the abovementioned roughening elements.
The degree of roughening of the film can be controlled by regulating the speed of movement of the roughening elements, but also by the tension of the film web and / or by the web speed. The greater the relative speed between the roughening elements and the film web, the greater the roughening effect. With increasing softness of the bristles, fibers or hair, an increase in the relative speed is recommended, all other things being equal. The use of several brushes or rollers with bristles has the advantage over that of a single brush or single roller that there are a larger number of points of contact between the bristles and the film web, whereby the roughening can be accelerated and / or intensified.
The same effects can be achieved, among other things, by holding either one brush in a faster movement or several brushes in a correspondingly slower movement.
The bristles or fibers used for the roughening elements are expediently those made of soft, natural or synthetic material. For example, hair made of lambskin or fibers made of natural or artificial fabrics, for example wool or cotton, are suitable. Plastic bristles, for example polyethylene bristles, can also be used. However, since these are already relatively rigid, in this case it is expedient to choose small relative speeds between the film web and the bristle material in order to avoid too coarse roughening.
The one-sided roughening of the foils can be carried out as a separate operation. However, it is preferred to carry out the roughening at some stage in the processing of the films. Thus, for example, the film web can be subjected to the treatment according to the invention before winding or before or after cutting in the longitudinal direction.
Plastic films suitable for the roughening according to the invention can be produced by any desired method and belong to different classes of substances. Preference is given to using transparent films, for example those made of polyolefins such as polyethylene or polypropylene, halogenated polyolefins such as polyvinyl chloride, and polyesters, especially those which have been produced by polycondensation of benzene dicarboxylic acids with aliphatic diols, for example polyethylene terephthalate.
An approximately quantitative measure of the difference between the sliding properties of the non-treated film and that of the film treated according to the invention is obtained by measuring the frictional force K, which has to be overcome in order to move two films placed one on top of the other and loaded by a weight K '. You can express K and K 'in Pond (p) and define the quotient K / K' as the coefficient of friction f. For example, if K 'has the value 200 p, f-values greater than 2 are obtained for most of the untreated, i.e. blunt, foils. For the same foils, after the roughening according to the invention, the f-values between the roughened surfaces are approximately 3 to 5 times smaller .
The films treated according to the invention, which therefore have a blunt surface with little sliding and a smooth surface with good sliding, are very suitable for packaging purposes and can also be used in particular for fully automatic packaging machines. The use of plastic films for packaging purposes is known. Compared to other packaging materials such as paper or cellulose, the plastic films usually show a considerably lower rigidity. Experience has now shown that the surface smoothness (slip) of flexible plastic films has a significant influence on the quality of the pack. For example, when using packaging bags, you only want one-sided smoothness.
The inside of the bags should be smooth so that the bags open easily when they are not filled and the contents slide easily on their walls. In contrast, the outside should be blunt so that the bags can be stacked well. Conversely, the transparent plastic casing of cigarette packs, for example, should be blunt on the inside so that the packs do not slide out of the casing after opening. On the other hand, the casing should be as slidable as possible towards the outside so that trouble-free conveying on the packaging machine is guaranteed. The films treated according to the invention meet all of these requirements to a high degree.
example
An endless web of film is wound from a supply roll onto a winder and in this way passes four pulleys and a roller, on the surface of which a lambskin is attached, which causes the roughening according to the invention. The two middle pulleys are arranged on both sides of the roughening roller in such a way that the film web surrounds the roughening roller with a wrap angle of about 2 ". The speed of the film web is 2.8 m / min., The circumferential speed in the opposite direction to the direction of movement of the film web rotating roughening roller 2 m / sec. A sheet of film made of shrinkable polyvinyl chloride and high pressure polyethylene is roughened one after the other and on one side.
The table shows the values measured before and after the roughening for the coefficient of friction f and for the transparency T expressed as a percentage. The transparency T is determined by the irradiation of visible light and is calculated from the relationship c
T b + c 100 O / o, where b is the amount of light passing through the film in a straight line and c is the amount of light diffusely scattered by the film in the direction of irradiation.