CH694291A5

CH694291A5 - Production of multi-layer polyethylene terephthalate film, for the packaging/foodstuff industries, takes a flow directly from polycondensation for the base and diverted flows to take additives for the covering layers

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: CN1613635B; CN1613635A

Abstract

To form a multi-layer film of polyethylene terephthalate (PET), the plastics is taken directly from the polycondensation stage (P) into the main flow without modification to be used as the base layer (B). A flow is diverted from the main flow, to be mixed with additives and passed to the film jet (3) as flanking flows (A) for the covering layers. A small amount of polyester can be added to the PET. The layered film is passed onwards (19) for further processing. The flows are set by a distributor (V). The flanking layers can incorporate the same or different additives.

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.



  



   The invention relates to a method for producing multilayer films from melts, which consist predominantly of polyethylene terephthalate (PET).



   Methods are known from the prior art in which, in the so-called extrusion or coextrusion method, granules are melted in single or multi-screw extruders and processed into films. Such extruders are highly developed machines that are extremely expensive to buy and use.



   In addition to single-layer films, films with two or more layers, for example for the packaging or food industry, are now well known in the art. Polymers can be used for individual layers, which have been developed for specific tasks with special properties by modification with special additives.



   Multi-layer films generally consist of a base layer B and one or more cover layers A, C etc., which can be composed or designed in the same or different way.



   For the different composition, the necessary additives are added to the polymers either already during the polycondensation or, advantageously, separately in the so-called masterbatch process when the polymer granules are melted in the extruder. Both methods have considerable disadvantages and require additional equipment for the production of the special polymer compositions.



   As described in DE-OS 1 604 368, any melting, in particular of PET granules, leads to degradation due to the residual moisture of the granules and the thermal stress on the polymers, and thus to loss of viscosity, leading to inconsistencies in the polymers, which affect the deformability and the quality of the Affect slides. Polyethylene terephthalate granules for film production therefore have to go through a complex, multi-stage and cost-intensive drying process.



   The object was therefore to avoid the use of granules as process raw material for the production of PET films, in particular multilayer films.



   This object is achieved by the process for the direct shaping of PET melt into multilayer films according to claim 1.



   It is solved in particular by a process in which a melt, which consists predominantly of polyethylene terephthalate, is fed directly from the polycondensation to the deformation into films. For this purpose, unchanged PET melt is preferably used for the so-called base layer B. For the cover layers, the same melt can be continuously provided with any additives in the side stream using suitable devices before the deformation.



     Of course, different sidestream devices with their own deformations can be used simultaneously for the same or different products, for example also for multilayer films with different structures. On the other hand, a sidestream device can also supply several deformations at the same time.



   The method according to the invention preferably relates to the production of multilayer films which consist of a base layer B and at least one cover layer A. The ratio of the mass fractions of the base and cover layers is between 90 to 10 to 60 to 40 and for 3-layer films preferably between 85 to 15 to 75 to 25.



   The multilayer, preferably three-layer films produced by the process according to the invention are optionally constructed symmetrically or asymmetrically. The individual layers can have a different composition due to different additional mixtures. The process is suitable for the production of multilayer flat or blown films.



   In a preferred embodiment for 3-layer films, the base layer B is brought together on both sides with a cover layer A, these two cover layers particularly preferably having the same melt composition.



   The PET melts used in the process essentially consist of crystallizable polyethylene terephthalate, the small amounts of another polyester according to the prior art, e.g. Polyethylene naphthenate, can be admixed, and also from the catalysts known from the prior art for esterification or transesterification.



   The amount of the further polyester is advantageously 0.1 to 5% by weight. The IV viscosity of the polyester melt is advantageously between 0.59 and 0.68.



   The individual layers, in particular the cover layers A, also contain additives, for example additives which promote film production or are tailored to the use of the films, or regranulate from film production.



   Stabilizers, pigments, fillers, flame retardants and conductivity enhancers are used as additives, with SiO 2 being preferred as the pigment.



   In the further processing steps, the films are preferably oriented in a known manner by biaxial stretching. The preferred 3-layer films have, for example, thicknesses between 0.5 μm and 25 μm in the stretched state, A being preferably between 0.1 μm and 5 μm and B preferably between 0.3 μm and 15 μm is.



   3-layer films are particularly preferred in which the thickness of the outer layers A is between 1.0 and 1.5 μm and the thickness of B is between 10 and 15 μm.



   According to the known prior art, the film is preferably applied to the cooling roller in an electrostatic field after leaving the film nozzle, subsequently subjected to longitudinal and transverse stretching at Tg + 10 ° C. to Tg + 60 ° C. and at a total stretch ratio of 4 to 12 and finally heat-set, for example, between 300 and 400 m / min at 150 to 250 ° C. before winding.



   The course of the process for a 3-layer film ABA with two identical cover layers with addition of the additives via a partial stream of the melt side stream for A is explained by the diagram of FIG. 1.



   2 shows a process variant with addition of the additives as a masterbatch melt to the melt side stream for A. List of reference numerals:



   P polycondensation



   V distribution unit



   1 conveyor unit



   2 conveyor unit



   3 foil nozzle



   4 sidestream branch



   5 conveyor



   6 partial flow acceptance



   7 dosing unit



   8 dosing unit



   9 mixing unit



   10 Additive addition



   11 confluence



   12 conveyor



   13 top layer branching



   14 mixers



   15 branch from main stream B



   16 separate use of the melt



   17 Branch for melt A



   18 Addition of melt A



   19 Further processing



   20 conveyor unit



   



   In Fig. 1, the PET melt from the polycondensation (P) is taken over by a conveyor (1) which conveys the melt flow for layer B via a further conveyor (2) to the film nozzle (3). A distribution unit (V) enables the delivery of several separate lines for film production.



   At (4) a side stream is branched off from the melt for the cover layers A and also conveyed to the film nozzle (3) by the conveying devices (5) and (12) via the branching (13) for 2 cover layers A.



   A partial stream of the melt is removed from the side stream at (6), which is passed through the metering units (7) and (8) and at the junction (11) is again combined with the side stream for A and is intensively mixed in the mixer (14) after it has been mixed with at least one additive (10) in the mixing unit (9). At branch (15) a further part of the melt can be branched off from main stream B for separate use and e.g. the manufacture (16) of chips are supplied.



   After the conveyor unit (20), the discharge of, for example, 10 to 20% via a further branch (17) and, via a further junction (18), the additive-containing side stream A can be reproduced, which is particularly useful in the event of throughput changes or disruptions in film production ( 3) keep the throughput in the mixing unit (9) constant, thus avoiding changes in the residence time in the melt flow and thermal degradation of the polymer.



   After leaving the film nozzle (3), the film is fed to further processing (19), in particular biaxial stretching.



   In the process variant according to FIG. 2, the masterbatch melt is fed to the side stream melt A at (18) via the conveyor unit (20) and the metering unit (8) through the mouth (11).



   The method according to the invention is characterized by a particularly short path from polycondensation to deformation and thus by a high level of consistency in the quality of the PET melt.



   The elimination of the costly melting and extrusion units and the time-consuming drying of the PET granulate after production and before processing to films are particularly advantageous.



   It is therefore essential to the invention that the melt used in the process for all layers consists of the same polyethylene terephthalate or polyethylene terephthalate mixture, which is taken directly from the polycondensation but may be modified differently. Process steps that lead over granulate are expressly excluded.



   The invention also includes a biaxially stretched multilayer film which is produced by the method according to the invention.

Claims

1. Process for the direct shaping of a PET melt to form multilayer films from a base layer B and at least one cover layer A modified with additives by combining melt streams for A and B in a film nozzle and subsequent further processing by biaxially stretching the multilayer films, characterized in that - the PET is taken directly from the polycondensation as a melt stream, - via conveyor units as at least one unchanged main stream for the base layer B - and is fed to each nozzle as at least one side stream for the at least one cover layer A of the nozzle, - with the addition of the additives in one the at least one side stream taken from the partial stream which is back-mixed with the side stream or by metering into the side stream as masterbatch melt,

- Optionally, another part of the melt is branched off for separate use.

2. The method according to claim 1, characterized in that one of the outer layers A differs from the other outer layers in the proportion and / or the type of additives and / or the layer thickness.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that a three-layer film is produced from a base layer B with a cover layer A on each side of B as a multilayer film.

4. The method according to claim 3, characterized in that three-layer films are produced in which the mass fractions of the base layer B to the outer layers A are 90 to 10 to 60 to 40.

5th

A method according to claim 4, characterized in that three-layer films are produced in which the mass fractions of the base layer B to the outer layers A are 85 to 15 to 75 to 25.

6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the PET melt consists predominantly of polyethylene terephthalate, 0.1 to 5 wt .-% of another polyester are mixed.

7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the partial stream from the side stream A is continuously removed and at least partially continuously mixed back with A.

8th.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the additives are additives selected from the group UV or heat stabilizers, pigments, flame retardants and conductivity enhancers or film regranulates.

9. The method according to claim 8, characterized in that SiO 2 is used as pigment.

10th

A method according to claim 1, characterized in that in the further processing the film is oriented by biaxial stretching and as a three-layer film in the stretched state has thicknesses between 0.5 .mu.m to 25 .mu.m, with A between 0.1 .mu.m and 5 .mu.m and B is between 0.3 .mu.m and 15 .mu.m thick, the film being applied to the cooling roll in an electrostatic field after leaving the film nozzle, following the longitudinal and transverse stretching at temperatures between Tg + 10 ° C. and Tg + 60 ° C and subjected to a total stretch ratio of 4 to 12 and finally heat-set at speeds between 300 and 400 m / min at 150 to 250 ° C before winding.

11. Multi-layer film produced by the method according to one of claims 1 to 10.