DE1122249B

DE1122249B - Formmasse zur Herstellung von Filmen mit geringem Reibungskoeffizienten aus Polyaethylen und einem Polyglykolaether

Info

Publication number: DE1122249B
Application number: DEU4936A
Authority: DE
Inventors: James David Engle
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1956-11-20
Filing date: 1957-11-18
Publication date: 1962-01-18
Also published as: FR1185863A; GB824480A; US2978431A

Description

JtHk

Die Erfindung bezieht sich auf Formmassen zur Herstellung von Polyäthylenfilmen mit einem geringen Reibungskoeffizienten.

Die üblichen Polyäthylenfilme besitzen ein geringes Gleitvermögen, und ihre Verwendung in automatisehen Verarbeitungsanlagen bringt daher eine Anzahl von Problemen mit sich, da sich der Film zur glatten und reproduzierbaren Verarbeitung frei durch die Vorrichtung bewegen können muß. Eine übliche Maßnahme zur Messung des Gleitvermögens eines Filmes besteht in der Messung des Reibungskoeffizienten, wie er durch den weiter unten beschriebenen Test mit stationärem Film und sich bewegenden Schlitten gemessen wird. Verschiedene Filmproben, die von jetzt zugänglichen Filmen entnommen wurden, besitzen Reibungskoeffizienten, die zwischen 0,4 bis 0,9 liegen, wobei ein hoher Prozentsatz der Werte größer als 0,6 ist.

Die erfindungsgemäße Formmasse zur Herstellung von Filmen mit geringem Reibungskoeffizienten aus Polyäthylen und einem Polyglykoläther enthält nun a) ein normalerweise festes Polyäthylen und b) 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent eines Polypropylenglykolmonoalkyläthers mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 750 bis 3000 und gegebenenfalls noch einen Inhibitor für b).

Es wurde gefunden, daß die Zugabe von 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent eines Polypropylenglykolmonoalkyläthers, der ein durchschnittliches Molekulargewicht von 750 bis 3000 besitzt und in dem die Alkylgruppe bis zu 6, vorzugsweise 3 bis 4 Kohlenstoffatome enthält, zu einem normalerweise festen Polyäthylen eine Verbesserung des Gleitvermögens des Polyäthylens bewirkt. Die erfindungsgemäß verwendeten Gleitmittel, die die Gleitfähigkeit erhöhen, können durch die folgende Formel gekennzeichnet werden:

/ CH_Ä \

CH₃(CH₂)_xO\CH_?CHOj

40

In dieser Formel steht χ für 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 6 und η für eine ganze Zahl von 12 bis 52; der erfindungsgemäß verwendbare Polypropylenglykolmonoalkyläther ist also ein Methyl-, Äthyl-, Propyl-, Butyl·, Pentyl- oder Hexyläther.

iftfe erfindungMemäß verwendbaren Polypropylen- glykc4monoalk)dÄcr besitzen ein durchschnittliches Molekulargewicht fpn 750 bis 3000, vorzugsweise von 1200 bis 1500. Im Gleitmittel können geringe Mengen — bis zu 5 Gewichtsprozent — an Inhibitoren, wie z. B. Phenyl-ix-naphthylamin, anwesend sein, ohne Formmasse zur Herstellung von Filmen

mit geringem Reibungskoeffizienten
aus Polyäthylen und einem Polyglykoläther

Anmelder:

Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Schalk, Dipl.-Ing. P. Wirth,

Dipl.-Ing. G. E. M. Dannenberg

und Dr. V. Schmied-Kowarzik,

Frankfurt/M., Große Eschenheimer Str. 39,

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 20. November 1956 (Nr. 623 511)

James David Engle, Torrance, Calif. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

daß irgendwelche merkbaren schädlichen Auswirkungen auf die Eigenschaften des Filmes eintreten.

Die dem Polyäthylen zugefügte Menge an Gleitmittel kann von 0,005 bis 0,5, vorzugsweise von 0,025 bis 0,05 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäthylen, variieren.

Das Gleitmittel kann dem normalerweise festen Polyäthylen in irgendeiner geeigneten Form zugefügt werden. Es kann z. B. dem pillenförmigen oder pulverförmigen Polyäthylenpolymerisat nach der Herstellung zugegeben werden, z. B. durch Umwälzen oder Versprühen. Es kann dem Äthylen auch vor dessen Polymerisation zugefügt werden. Es wurde gefunden, daß das letztgenannte Verfahren vorzuziehen ist, da ein besserer Kontakt des Gleitmittels mit dem Polymerisat erreicht werden kann. Es wurde durch Infrarotanalysen von Polymerisatproben, die hergestellt wurden, indem das Gleitmittel zur Äthylenzuführung zugefügt wurde, festgestellt, daß das Gleitmittel während der Polymerisation nicht mit dem Äthylen reagiert, sondern als solches im fertigen Polymerisat mitgeführt wird.

Konzentrationen von 0,04 Gewichtsprozent PoIypropylenglykolmonobutyläther vermindern den Reibungskoeffizienten um 4O°/o oder mehr, ohne daß die anderen Eigenschaften in merkbarer Weise beeinflußt werden. Bei Konzentrationen von mehr als 0,2 Ge-

109 760/438

wichtsprozent wird die Oberfläche des Filmes leicht ölig. Dies kann zu Zuführungsschwierigkeiten (Blokkierungen) führen. Unter »Blockierung« wird dabei verstanden, daß zwei Filme, die durch eine dünne ölschicht getrennt sind, durch die ^!Kohäsionskräfte fest zusammenhaften und so zur Trennung die Anwendung senkrecht einwirkender Kräfte notwendig wird.

Neben den hier beschriebenen Gleitmitteln kann das Polyäthylen noch weitere Zusatzstoffe enthalten, die normalerweise verwendet werden, um das Polymerisat gegen Wärme- und Lichtzersetzung zu stabilisieren oder um es zu färben.

Der Test zur Bestimmung des Reibungskoeffizienten wurde mit einem sich bewegenden Schlitten auf einem feststehenden Film wie folgt durchgeführt.

Eine 40 · 45 cm große Probe des Fümes wurde vorsichtig auf die Oberfläche einer planen Ebene aufgebracht, wobei die Laufrichtung des Filmes in die Richtung der Schlittenbewegung wies. Dabei muß darauf geachtet werden, daß alle Falten entfernt werden, ohne daß dabei eine Verlängerung des Filmes eintritt. Eine kleinere Probe des Filmes wurde auf dem Schlitten angebracht, der aus einem auf einem Gummisockel angebrachten Stahlblock einer Größe von etwa 2,2· 6· 10cm bestand und ein Gesamtgewicht von 1 kg besaß. Der Schlitten ist mittels eines Seiles mit einem synchronisierten Motor verbunden, wobei das Seil durch einen Maßstab läuft, der seinerseits mit einem Mikroamperemeter verbunden ist. In diesem Mikroamperemeter ist die Skala ersetzt durch eine Reibungskoeffizientenskala von 0 bis 1, wobei 1 der vollen Skalenablesung für das Amperemeter (30 Mikroampere) entspricht. Der mit dem Film bedeckte Schlitten wird auf die glatte Ebene gelegt und durch den Motor angezogen. Der Reibungskoeffizient wird direkt auf der Skala abgelesen, nachdem der Schlitten 2,5, 5 und 7,5 cm geglitten ist, und der Durchschnitt dieser drei Werte wird notiert. Der Test wird dann mit zwei anderen kleinen Probestücken des Filmes auf dem Schlitten wiederholt und der Durchschnitt von diesen drei Testproben als Reibungskoeffizient aufgeführt.

Es sind Formmassen aus Polyäthylen bekannt, die als Gleitmittel wasserlösliche Alkylarylpolyglykoläther enthalten. Diese wasserlöslichen Gleitmittel werden aufgebracht, indem der Polyäthylenfilm in eine wäßrige Suspension des Gleitmittels eingetaucht und der Film anschließend zur Entfernung der überschüssigen Lösung durch Quetschwalzen hindurchgeführt wird. Erfindungsgemäß ergibt sich nun der Vorteil, daß derselbe Gleiteffekt durch ein Dreißigstel der Gleitmittelmenge erzielt werden kann, die nach dem bekannten Verfahren benötigt wird. Außerdem ist das bevorzugte Verfahren zur Einverleibung des Gleitmittels in das Polyäthylen wesentlich einfacher als das bekannte Verfahren. -

Auch mit den bekannten Additionsprodukten von Äthylenoxyd an höhere aliphatische Alkohole, die in das Polyäthylen einverwafet werden müßten, werden, ganz abgesehen von dem mühseligeren Verfahren zur Einverleibung des Gleitmittels in das Polyäthylen, keine so guten Ergebnisse erzielt, wie es erfindungsgemäß möglich ist.

Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.

Beispiel 1

Äthylen, das 75 Volumteile pro Million Sauerstoff enthielt, wurde auf einen Druck von 2240 kg/cm² komprimiert. Während der Kompression wurde, als der Druck 140 kg/cm² betrug, dem Äthylen Polypropylenglykolmonobutyläther mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1200 zugegeben, so daß im Äthylen eine Konzentration von 49 Teilen pro Million an Glykolätherschmiermittel vorhanden war. Diese Mischung wurde durch einen ummantelten, röhrenförmigen Reaktionsbehälter einer Länge von 140 m mit einem inneren Durchmesser von etwa

ίο 1,25 cm mit einer Geschwindigkeit von 816 kg pro Stunde bei einer Reaktionstemperatur von 240⁰C und einem Reaktionsdruck von 2240 kg/cm² durchgeführt. Nach der Durchführung durch das Reaktionsgefäß wurden das flüssige Polymerisat und das nicht umge-

setzte Äthylen in Abständen durch ein geeignetes Kontrollventil zu einem erhitzten Scheidegefäß abgeführt, wo das Polymerisat von dem nicht umgesetzten Äthylen, welches wiedergewonnen und zurückgeführt wurde, abgetrennt wurde. Das geschmolzene PoIy-

ao merisat wurde in Wasser gepreßt, um es abzukühlen und zu verfestigen, und von diesem dann abgetrennt. Das Harz hatte einen Schmelzindex von 1,4 dg/min und eine Dichte von 0,9175 g/ccm. Das Polymerisat wurde dann zu einem flachen Film einer Dicke von 0,038 mm gepreßt. Der Reibungskoeffizient wurde durch die oben beschriebene Methode mit einem feststehenden Film und einem sich bewegenden Schlitten gemessen und betrug 0,34. Eine Kontrollprobe, die durch die gleiche Methode hergestellt worden war,

wobei jedoch dem Äthylen kein Gleitmittel zugesetzt worden war, besaß einen Reibungskoeffizienten von 0,7. Diese Kontrollprobe hat einen Schmelzindex von 2,0 dg/min und eine Dichte von 0,9190 g/ccm.

Es wurden weitere Proben unter gleichen Bedingungen hergestellt, in denen die Menge an Gleitmittel variiert wurde. Die Ergebnisse sind in der Untenstehenden Tabelle zusammengestellt:

Gleitmittel, Teile pro Million.. 119 368

Reibungskoeffizient 0,23 0,20

Schmelzindex, dg/min 1,7 2,2

Dichte, g/ccm 0,9164

Ansatz

Beispiel 2

Äthylen wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 polymerisiert, wobei ein Polypi opylehglykolmonobutyläther eines durchschnittlichen Molekulargewichtes von 2500 als Gleitmittel verwendet wurde. Die Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle zusammengestellt:

60	Kontroll versuch	Ansatz A I B	1560 0,51 1,4 0,9164
Gleitmittel, 65 Teüe pro Million Reibungskoeffizient Schmelzindex, dg/min Dichte, g/ccm......	0 0,70 2,0 0,9190	780 0,60 2,0 0,9170

Beispiel 3

Äthylen wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 polymerisiert, wobei ein Polypropylenglykolmonobutyläther mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1200 verwendet wurde. Das Äthylen enthielt 2°/₀ Phenyl-a-naphthylamin als Inhibitor. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt :

Kontroll	A	Ansatz	B	C	D
versuch	230	230	195	195
240	775	1550	775	1550
0	0,16	0,16	0,35	0,38
0,70	2,8	1,8	1,7	2,5
2,0	0,9174	0,9176	0,9196	0,9190
0,9190

Temperatur des Reaktionsgefäßes, ⁰C

Gleitmittel, Teile pro Million

Reibungskoeffizient

Schmelzindex, dg/min

Dichte, g/ccm

Polypropylenglykolmonobutyläther eines durchschnitt-

Bei spiel 4 liehen Molekulargewichtes von 1200 behandelt. Die

Polyäthylen mit einem Schmelzindex von 2 dg/min ao das Gleitmittel enthaltenden Pillen wurden dann zu

und einer Dichte von 0,917 g/ccm wurde in Pillen von einem flachen Film einer Dicke von 0,038 mm gepreßt.

etwa 3 mm Durchmesser gepreßt. Die Pillen wurden Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammen-

dann in einem Mischer mit verschiedenen Mengen von gestellt:

	Kontroll versuch	A	B	Ansatz C	D	E
Gleitmittel, Teile pro Million Reibungskoeffizient	0 0,47	50 0,42	100 0,35	200 0,30	400 0,27	1000 0,25

Beispiel 5

Polyäthylenpillen, wie sie im Beispiel 4 beschrieben wurden, wurden mit verschiedenen Mengen von PoIypropylenglykolmonobutyläther mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1200 besprüht. Die Pillen wurden dann in einen flachen Film von 0,038 mm Dicke gepreßt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt:

gemeinen Formel

Gleitmittel, Teile pro Million
Reibungskoeffizient

Ansatz A B

45

400 0,40

4000 0,23

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 55

1. Formmasse zur Herstellung von Filmen mit geringem Reibungskoeffizienten aus Polyäthylen und einem Polyglykoläther, enthaltend a) ein normalerweise festes Polyäthylen und b) 0,005 bis 0,5 Gewichtsprozent eines Polypropylenglykolmonoalkyläthers mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 750 bis 3000 und gegebenenfalls noch einen Inhibitor für b).

2. Formmasse nach Anspruch 1, enthaltend 6s einen Polypropylenglykolmonoalkyläther der all-CH₃ \

CH₃(CH₂),O\CH_aCHO/„H

in welcher χ = 0 oder eine ganze Zahl von 1 bis 6 und η eine ganze Zahl von 12 bis 52 bedeutet.

3. Formmasse nach Anspruch 1 und 2, enthaltend Polyäthylen und einen Polypropylenglykolmonoalkyläther mit einem Molekulargewicht von 1200 bis 1500.

4. Formmasse nach Anspruch 1 bis 3, enthaltend den Polypropylenglykolmonoalkyläther in einer Menge von 0,02 bis 0,05 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäthylen.

5. Formmasse nach Anspruch 1 bis 4, enthaltend Polyäthylen, den Polypropylenglykolmonoalkyläther und bis zu 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Polyäthylen, an Phenyl-a-naphthylamin.

6. Verfahren zur Herstellung der Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyäthylen in Pulver- oder Pillenform mit dem gegebenenfalls gelösten Polypropylenglykolmonoalkyläther besprüht oder in diesem umgewälzt wird.

7. Verfahren zur Herstellung der Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man Äthylen in an sich bekannter Weise in Gegenwart des Polypropylenglykolmonoalkyläthers polymerisiert.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschriften Nr. 1 091 400,1120961.

109 760/438 1.62