CH694291A5

CH694291A5 - Verfahren zum Direktverformen einer PET- Schmelze zu Mehrschicht-Folien.

Info

Publication number: CH694291A5
Application number: CH01921/03A
Authority: CH
Inventors: Werner Stibal; Edgar Prof Dr Goebel; Kurt Neukom; Wen Liang Wei
Original assignee: Inventa Fischer Ag
Priority date: 2003-11-07
Filing date: 2003-11-07
Publication date: 2004-11-15
Also published as: CN1613635A; CN1613635B

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von mehrschichtigen Folien aus Schmelzen, die überwiegend aus Polyethylenterephthalat (PET) bestehen.

Nach dem Stand der Technik sind Verfahren bekannt, bei denen im so genannten Extrusions- oder Koextrusionsverfahren in Ein- oder Mehrwellenextrudern Granulate aufgeschmolzen und zu Folien verarbeitet werden. Solche Extruder sind hoch entwickelte Maschinen, die in Anschaffung und Verwendung ausserordentlich kostenintensiv sind.

Neben Einschichtfolien gehören heute Folien mit 2 oder mehreren Schichten, zum Beispiel für die Verpackungs- oder Nahrungsmittelindustrie, zum wohl bekannten Stand der Technik. Dabei können für einzelne Schichten Polymere verwendet werden, welche für bestimmte Aufgabenstellungen mit besonderen Eigenschaften gezielt durch Modifizieren mit speziellen Zusätzen entwickelt wurden.

Mehrschichtfolien bestehen in der Regel aus einer Basisschicht B und einer oder mehreren Deckschichten A, C usw., die gleichartig oder unterschiedlich zusammengesetzt oder gestaltet sein können.

Für die unterschiedliche Zusammensetzung erfolgt die Zugabe der notwendigen Zusätze zu den Polymeren entweder schon bei der Polykondensation oder vorteilhafter separat im so genannten Masterbatchverfahren beim Aufschmelzen des Polymer-Granulats im Extruder. Beide Methoden haben erhebliche Nachteile und erfordern zusätzliche Anlagen zur Herstellung der besonderen Polymerzusammensetzungen.

Wie in der DE-OS 1 604 368 beschrieben, führt jedes Aufschmelzen, insbesondere von PET-Granulaten, wegen der Restfeuchtigkeit der Granulate und der thermischen Beanspruchung der Polymeren zu Abbau und damit über Viskositätsverlust zu Uneinheitlichkeiten in Polymeren, die die Verformbarkeit und die Qualität der Folien beeinflussen. Polyethylenterephthalat-Granulate für die Folienherstellung müssen deshalb ein aufwändiges mehrstufiges und kostenintensives Trocknungsverfahren durchlaufen.

Es bestand deshalb die Aufgabe, für die Herstellung von PET-Folien, insbesondere von Mehrschichtfolien, den Einsatz von Granulat als Verfahrensrohstoff zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zum Direktverformen von PET-Schmelze zu mehrschichtigen Folien gemäss Anspruch 1 gelöst.

Sie wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren, in dem eine Schmelze, die überwiegend aus Poly-ethylenterephthalat besteht, aus der Polykondensation direkt der Verformung zu Folien zugeführt wird. Dazu wird für die so genannte Basisschicht B bevorzugt unveränderte PET-Schmelze verwendet. Für die Deckschichten kann die gleiche Schmelze vor der Verformung über geeignete Vorrichtungen im Seitenstrom kontinuierlich mit beliebigen Zusätzen versehen werden.

Dabei können selbstverständlich für gleiche oder unterschiedliche Produkte, also zum Beispiel auch für Mehrschichtfolien mit unterschiedlichem Aufbau, gleichzeitig verschiedene Seitenstrom-Vorrichtungen mit eigenen Verformungen eingesetzt werden. Andererseits kann eine Seitenstrom-Vorrichtung auch mehrere Verformungen gleichzeitig beliefern.

Bevorzugt betrifft das erfindungsgemässe Verfahren die Herstellung von mehrschichtigen Folien, welche aus einer Basisschicht B und mindestens einer Deckschicht A bestehen. Das Verhältnis der Massenanteile der Basis- und der Deckschichten liegt zwischen 90 zu 10 bis 60 zu 40 und für 3-Schicht-Folien bevorzugt zwischen 85 zu 15 bis 75 zu 25.

Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten mehrschichtigen, bevorzugt dreischichtigen Folien sind wahlweise symmetrisch oder asymmetrisch aufgebaut. Dabei können die einzelnen Schichten durch unterschiedliche Zusatzmischungen eine unterschiedliche Zusammensetzung aufweisen. Das Verfahren eignet sich zur Herstellung von Mehrschicht-Flach- oder -Blasfolien.

In einer bevorzugten Ausführung für 3-Schicht-Folien wird die Basisschicht B beidseits mit einer Deckschicht A zusammengeführt, wobei diese beiden Deckschichten besonders bevorzugt die gleiche Schmelzezusammensetzung haben.

Die im Verfahren verwendeten PET-Schmelzen bestehen für alle Schichten im Wesentlichen aus kristallisierbarem Polyethylenterephthalat, dem geringe Mengen eines weiteren Polyesters nach dem Stand der Technik, z.B. Polyethylennaphthenat, zugemischt sein können, sowie die ebenfalls aus den durch den Stand der Technik für die Veresterung oder Umsterung bekannten Katalysatoren.

Die Menge des weiteren Polyesters beträgt vorteilhaft 0,1 bis 5 Gew.-%. Die IV-Viskosität der Polyesterschmelze liegt vorteilhaft zwischen 0,59 und 0,68.

Die einzelnen Schichten, insbesondere die Deckschichten A, enthalten ausserdem Zusätze, zum Beispiel Additive, die die Folienherstellung begünstigen oder auf die Verwendung der Folien zugeschnitten sind oder Regranulat aus der Folienherstellung.

Als Additive werden beispielsweise Stabilisatoren, Pigmente, Füller, Flammfestzusätze und Leitfähigkeitsverstärker eingesetzt, wobei als Pigment SiO 2 bevorzugt wird.

In den Weiterverarbeitungsschritten werden die Folien bevorzugt durch biaxiale Verstreckung in bekannter Weise orientiert. Die bevorzugten 3-SchichtFolien weisen beispielsweise im verstreckten Zustand Dicken zwischen 0,5 mu m bis 25 mu m auf, wobei A bevorzugt zwischen 0,1 mu m und 5 mu m und B bevorzugt zwischen 0,3 mu m und 15 mu m dick ist.

Besonders bevorzugt sind 3-Schicht-Folien, bei denen die Dicke der Deckschichten A zwischen 1,0 und 1,5 mu m und die Dicke von B zwischen 10 und 15 mu m liegt.

Bevorzugt wird die Folie gemäss bekanntem Stand der Technik nach Verlassen der Foliendüse in einem elektrostatischen Feld an die Kühlwalze angelegt, nachfolgend der Längs- und Querstreckung bei Tg + 10 DEG C bis Tg + 60 DEG C und bei einem Gesam streckverhältnis von 4 bis 12 unterworfen und schliesslich vor dem Wickeln mit Geschwindigkeit beispielsweise zwischen 300 und 400 m/min bei 150 bis 250 DEG C thermofixiert.

Der Ablauf des Verfahrens für eine 3-Schicht-Folie ABA mit zwei gleichen Deckschichten mit Zugabe der Zusätze über einen Teilstrom des Schmelzeseitenstroms für A wird durch das Schema der Fig. 1 erläutert.

Fig. 2 zeigt eine Verfahrensvariante mit Zugabe der Zusätze als Masterbatch-Schmelze zum Schmelzeseitenstrom für A. Liste der Bezugszeichen:

P Polykondensation

V Verteileinheit

1 Fördereinheit

2 Fördereinheit

3 Foliendüse

4 Seitenstromabzweigung

5 Fördereinrichtung

6 Teilstromabnahme

7 Dosiereinheit

8 Dosiereinheit

9 Mischeinheit

10 Additivzugabe

11 Einmündung

12 Fördereinrichtung

13 Deckschicht-Verzweigung

14 Mischer

15 Abzweig vom Hauptstrom B

16 separate Verwendung der Schmelze

17 Abzweig für Schmelze A

18 Wiederzugabe von Schmelze A

19 Weiterverarbeitung

20 Fördereinheit

In Fig. 1 wird die PET-Schmelze aus der Polykondensation (P) von einer Fördereinrichtung (1) übernommen, die den Schmelzestrom für die Schicht B über eine weitere Fördereinrichtung (2) zur Foliendüse (3) fördert. Über eine Verteileinheit (V) ist die Belieferung mehrerer separater Linien zur Folienherstellung möglich.

Bei (4) wird ein Seitenstrom aus der Schmelze für die Deckschichten A abgezweigt und durch die Fördereinrichtungen (5) und (12) über die Verzweigung (13) für 2 Deckschichten A ebenfalls zur Foliendüse (3) gefördert.

Aus dem Seitenstrom wird bei (6) ein Teilstrom der Schmelze abgenommen, der durch die Dosiereinheiten (7) und (8) geführt wird und bei der Einmündung (11) wieder mit dem Seitenstrom für A vereinigt und im Mischer (14) intensiv vermischt wird, nachdem er in der Mischeinheit (9) mit dem mindesten einen Additiv (10) versetzt worden ist. Beim Abzweig (15) kann ein weiterer Teil der Schmelze aus dem Hauptstrom B zur separaten Verwendung abgezweigt und z.B. der Herstellung (16) von Chips zugeführt werden.

Vorteilhaft ist nach der Fördereinheit (20) über einen weiteren Abzweig (17) die Austragung von beispielsweise 10 bis 20% und über eine weitere Einmündung (18) die Wiederzugabe des additivhaltigen Seitenstroms A möglich, die insbesondere bei Durchsatzänderungen oder Störungen in der Folienherstellung bei (3) den Durchsatz in der Mischeinheit (9) konstant halten und so Verweilzeitänderungen im Schmelzestrom und thermischen Abbau des Polymers vermeiden lassen.

Nach dem Verlassen der Foliendüse (3) wird die Folie der Weiterverarbeitung (19), insbesondere der biaxialen Verstreckung, zugeführt.

In der Verfahrensvariante nach Fig. 2 wird die Masterbatch-Schmelze bei (18) über die Fördereinheit (20) und die Dosiereinheit (8) durch die Einmündung (11) der Seitenstromschmelze A zugeführt.

Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich durch einen besonders kurzen Weg von der Polykondensation zur Verformung und damit durch eine hohe Konstanz der Qualität der PET-Schmelze aus.

Von besonderem Vorteil ist der Wegfall der kostenintensiven Aufschmelz- und Extrusionseinheiten und des aufwändigen Trocknens des PET-Granulats nach der Herstellung und vor der Verarbeitung zu Folien.

Es ist somit erfindungswesentlich, dass die im Verfahren verwendete Schmelze für alle Schichten aus dem gleichen, direkt aus der Polykondensation entnommenen, aber gegebenenfalls verschieden modifizierten Polyethylenterephthalat oder Polyethylenter-ephthalatgemisch besteht. Verfahrenschritte, die über Granulat führen, sind ausdrücklich ausgeschlossen.

Die Erfindung beinhaltet ausserdem eine biaxial verstreckte Mehrschichtfolie, die durch das erfindungsgemässe Verfahren hergestellt wird.

Claims

1. Verfahren zum Direktverformen einer PET- Schmelze zu Mehrschichtfolien aus einer Basisschicht B und mindestens einer mit Zusätzen modifizierten Deckschicht A durch Zusammenführen von Schmelzeströmen für A und B in einer Foliendüse und nachfolgender Weiterverarbeitung durch biaxi-ales Verstrecken der Mehrschichtfolien, dadurch gekennzeichnet, dass - das PET als Schmelzestrom direkt der Polykondensation entnommen, - über Fördereinheiten als mindestens ein unveränderter Hauptstrom für die Basisschicht B - und zu jedem Hauptstrom als mindestens ein Seitenstrom für die mindestens eine Deckschicht A der Düse zugeführt wird, - wobei die Zugabe der Zusätze in einen aus dem mindestens einen Seitenstrom entnommenen Teilstrom erfolgt, der mit dem Seitenstrom rückvermischt wird oder durch Eindosieren als Masterbatchschmelze in den Seitenstrom,

- wobei wahlweise ein weiterer Teil der Schmelze für eine separate Verwendung abgezweigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine der Deckschichten A von den übrigen Deckschichten in der Anteilmenge und/oder der Art der Zusätze und/oder der Schichtdicke unterscheidet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Mehrschichtfolie eine Dreischichtfolie aus einer Basisschicht B mit je einer Deckschicht A an jeder Seite von B hergestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Dreischichtfolien hergestellt werden, in welchen sich die Massenanteile der Basisschicht B zu den Deckschichten A wie 90 zu 10 bis 60 zu 40 verhalten.

5.

Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Dreischichtfolien hergestellt werden, in welchen sich die Massenanteile der Basisschicht B zu den Deckschichten A wie 85 zu 15 bis 75 zu 25 verhalten.

6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die PET-Schmelze überwiegend aus Polyethylenterephthalat besteht, dem 0,1 bis 5 Gew.-% eines weiteren Polyesters zugemischt sind.

7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilstrom aus dem Seitenstrom A kontinuierlich abgenommen und zumindest teilweise mit A kontinuierlich rückvermischt wird.

8.

Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusätze Additive, ausgewählt aus der Gruppe UV- oder Hitze-Stabilisatoren, Pigmente, Flammfestzusätze und Leitfähigkeitsverstärker oder Folienregranulate sind.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Pigment SiO 2 verwendet wird.

10.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Weiterverarbeitung die Folie durch biaxiale Verstreckung orientiert wird und als Dreischichtfolie im verstreckten Zustand Dicken zwischen 0,5 mu m bis 25 mu m aufweist, wobei A zwischen 0,1 mu m und 5 mu m und B zwischen 0,3 mu m und 15 mu m dick ist, wobei die Folie nach Verlassen der Foliendüse in einem elektrostatischen Feld an die Kühlwalze angelegt, nachfolgend der Längs- und Querstreckung bei Temperaturen zwischen Tg + 10 DEG C und Tg + 60 DEG C und bei einem Gesamt-Streckverhältnis von 4 bis 12 unterworfen und schliesslich vor dem Wickeln mit Geschwindigkeiten zwischen 300 und 400 m/min bei 150 bis 250 DEG C thermofixiert wird.

11. Mehrschichtfolie, hergestellt nach dem Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 10.