DE1196850B

DE1196850B - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochtransparenten Folien aus thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE1196850B
Application number: DEB69203A
Authority: DE
Inventors: Dr Theodor Daur; August Rettig; Kurt Schmidts
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1962-10-12
Filing date: 1962-10-12
Publication date: 1965-07-15
Also published as: BE638543A; GB1053528A; NL299072A; US3321563A; FR1371585A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochtransparenten Folien aus thermoplastischen Kunststoffen Aus thermoplastischen Kunststoffen können bekanntlich Folien nach dem sogenannten Blasverfahren hergestellt werden. Bei diesem Verfahren werden thermoplastische Kunststoffe mit Hilfe eines Extruders bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunkts der Kunststoffe durch eine Ringdüse extrudiert. Der erhaltene Folienschlauch wird unter gleichzeitigem Recken in Längs- und Querrichtung mit Hilfe von Luft, die im allgemeinen innerhalb der Ringdüse des Extruders in den Folienschlauch gepreßt wird, auf den gewünschten Durchmesser aufgeblasen und dann nach Abkühlen unter den Erstarrungspunkt des thermoplastischen Kunststoffs durch ein Walzenpaar abgequetscht und abgezogen.
Werden bei diesem bekannten Verfahren thermoplastische Kunststoffe verwendet, deren Erweichungsbereich bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen liegt und die keine oder nur geringe Neigung zu Kristallisation aufweisen, so reicht bei kleinen Abzugsgeschwindigkeiten der Folien eine Kühlung des extrudierten und aufgeblasenen Folienschlauches durch die umgebende Luft aus. In der Praxis wird jedoch der Folienschlauch im allgemeinen von außen gekühlt, insbesondere wenn große Abzugsgeschwindigkeiten gewünscht werden. Die Kühlung des aufgeblasenen Folienschlauches von außen kann z.B. in metallischen Hohizylindern, sogenannten Kalibrierzylindern, erfolgen, deren Innenwand, die gegebenenfalls mit einem textilen Gewebe überzogen sein kann, mit Wasser berieselt wird. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, daß die Folien getrocknet werden müssen und daß man für verschiedene Aufblasverhältnisse Kalibrierzylinder mit verschiedenen Durchmessern benötigt, da der Folienschlauch ständig mit seinem ganzen Umfang an der Wand anliegen muß. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens kann darin gesehen werden, daß beim Ab- oder Aufreißen der Folien diese auch auf ihrer Innenseite mit Wasser benetzt werden, was zu starkem BIocken führen kann.
Bei anderen bekannten Verfahren wird der Folienschlauch zur Kühlung durch ringförmig angeordnete Loch- oder Spaltdüsen mit Luft angeblasen. Auf diese Weise können jedoch nur aus solchen thermoplastischen Kunststoffen klare Folien hergestellt werden, die einen verhältnismäßig niedrigen Erweichungsbereich und keine oder nur geringe Neigung zur Kristallisation haben. Bei thermoplastischen Kunststoffen, die eine große Neigung zur Kristallisation und einen hohen Erweichungsbereich aufweisen z. B. bei Linearpolyäthylen und isotaktischem Polypropylen, erhält man dabei jedoch Folien, die eine verhältnismäßig rauhe Oberfläche aufweisen und die trüb sind oder parallel zur Abzugsrichtung trübe Streifen zeigen. Diese Trübungen werden durch Kristallisation der Kunststoffe verursacht. Sie können bei derartigen thermoplastischen Kunststoffen im allgemeinen auch nicht vermieden werden, indem man die Temperatur beim Extrudieren möglichst nahe oberhalb des Erweichungsbereiches des Kunst stoffes hält.
Es ist bekannt, daß man Folien aus thermopiastischen Kunststoffen, wie Polyäthylen, nach dem Blas verfahren herstellen kann, indem man den Folienschlauch nach dem Extrudieren unter Verwendung einer den Folienschlauch ringförmig umgebenden Kühlzone mit einem gleichmäßig strömenden gasförmigen Medium umspült. Nach diesem bekannten Verfahren können verhältnismäßig gut transparente Folien aus Hochdruckpolyäthylen hergestellt werden.
Dagegen erhält man bei diesem Verfahren aus Linear-Polyolefinen, wie Niederdruck-Polyathyien oder Polypropylen, nur trübe Folien.
Schließlich ist eine spezielle Kühlvorrichtung bekannt, die den aufgeblasenen Folienschlauch ringförmig umgibt. Diese Kühlvorrichtung hat die Aufgabe, den Kühiweg für den Folienschlauch zu verengem und ist an einer Stelle angeordnet, an der der Folienschlauch schon vom plastischen in den erstarrten Zustand übergegangen ist Auch bei diesem bekannten Verfahren erhält man im allgemeinen aus Linear-Polyoiefinen nur trübe Folien.
Es wurde nun gefunden, daß man hochtransparente Folien aus thermoplastischen Kunststoffen mit großer Neigung zur Kristallisation, insbesondere aus Linear-Polyolefinen, durch Extrudieren eines Folienschlauches bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Kunststoffes, Führen des aufgeblasenen Folienschlauches durch eine den Folienschlauch ringförmig umgebende Kühlzone, in der er von einem gleichmäßig strömenden gasförmigen Kühlmedium umspült wird, und Abquetschen des Folienschlauches nach dem Abkühlen auf Temperaturen unterhalb des Kristallisationsbereiches des Kunststoffes herstellen kann, indem man erfindungsgemäß den Kunststoff im Extruder auf Temperaturen erhitzt, die mindestens 300 C oberhalb seines Erweichungspunktes liegen und die Kühlung des Folienschlauches in dem Bereich vornimmt, in dem der Kunststoff vom plastischen in den erstarrten Zustand übergeht, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums im ganzen Bereich der Kühlzone gering ist und die Strömungsgeschwindigkeiten und die Breite der Kühlzone so bemessen sind, daß der Folienschlauch in dem dem Extruder benachbarten ersten Drittel der Kühlzone trüb und anschließend wieder klar wird.
Das Verfahren eignet sich besonders für die Herstellung hochtransparenter Folien aus Linearpolyäthylen, das nach den üblichen Niederdruckpolymerisationsverfahren hergestellt sein kann, und aus isotaktischem Polypropylen, d. h. von Propylen, das einen Anteil mit isotaktischer Struktur von 85 °/o oder mehr enthält. Beim Erhitzen der Kunststoffe im Extruder auf Temperaturen, die unterhalb der Zersetzungstemperatur und mindestens 300 C, vorzugsweise mindestens 700 C oberhalb des Erweichungspunktes des Kunststoffes liegen, werden - wahrscheinlich auch bei kurzen Verweilzeiten im Extruder - alle Kristallisationskeime bzw. alle Kristallite in der Schmelze aufgelöst.
Die Breite der Kühlzone hängt in erster Linie von der Temperatur und Dicke der extrudierten Folie, ihrer Abzugsgeschwindigkeit und der Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und Art des gasförmigen Kühlmediums ab. Bei der Herstellung von 401 dicken Folien aus isotaktischem Polypropylen ist bei dem Verfahren, wenn das Polypropylen mit einer Temperatur von etwa 2200 C extrudiert wird, die Abzugsgeschwindigkeit der Schlauchfolie 8m/Minute beträgt und Luft von Raumtemperatur als gasförmiges Kühlmedium verwendet wird, die Kühlzone etwa 5 cm breit. Als gasförmiges Kühlmedium kommen außer Luft oder mit Wasserdampf beladene Luft in besonderen Fällen auch inerte Gase, wie Stickstoff, in Frage. Die Temperatur des Kühlmediums kann in einem weiten Bereich variiert werden. Sie soll jedoch nicht zu tief und der Feuchtigkeitsgrad nicht zu hoch sein, da zu scharfes Abschrecken der Folie ihre mechanischen Eigenschaften ungünstig beeinflußt.
Im allgemeinen kann die Temperatur des Kühlmediums zwischen etwa 5 und etwa 250 C liegen.
Das Kühlmedium kann gegebenenfalls Wasserdampf enthalten. Luft mit einer Temperatur zwischen 5 und etwa 150 C wird bei dem Verfahren vorgezogen. Das Kühlmedium soll im ganzen Bereich der Kühlzone gleichmäßig strömen und nicht in Form scharf gerichteter Strahlen auf die Oberfläche der Schlauchfolie treffen. Seine Strömungsgeschwindigkeit soll gering sein. Bei dem Verfahren tritt dann in dem dem Extruder zugewandten ersten Drittel der Kühlzone eine deutliche Trübung auf, die um den ganzen Umfang der Schlauchfolie reicht und im allgemeinen etwa 2 bis 3 cm breit ist. Diese Trübung verschwindet anschließend innerhalb der Kühlzone wieder, wobei der Folienschlauch auf Temperaturen unterhalb des Kristall isationsb ereichs des Kunststoffes abgekühlt wird. Der Folienschlauch ist beim Verlassen der Kühlzone hochtransparent.
Eine gleichmäßige Strömung des Kühlmediums in der den Folienschlauch ringförmig umgebenden Kühlzone kann in bekannter Weise besonders vorteilhaft erzielt werden, wenn komprimierte Luft durch ein poröses Material in Richtung auf den Folienschlauch entspannt wird. Dabei kann man der Luft, vorzugsweise durch Verdunsten von Wasser in dem porösen Material, Wasserdampf zuführen. Auf diese Weise ist es auch in Fällen, in denen eine intensive Kühlung gewünscht wird, möglich, ohne aufwendige Kühlanlage zur Kühlung des gasförmigen Kühlmediums auszukommen. Als poröses Material eignen sich z. B. Filze und andere Faservliese, mehrlagige Gewebe, Schwämme und besonders poröse keramische Massen sowie aneinandergesinterte Metall- oder Kunststoffteilchen. Durch geeignete Wahl der Porengröße des porösen Materials und des Druckes des gasförmigen Kühlmediums kann der Kühleffekt einer bestimmten Abzugsgeschwindigkeit und Wandstärke des Folienschlauches angepaßt werden.
Zur Durchführung des Verfahrens kann mit Vorteil eine Folienblasvorrichtung, bestehend aus Extruder mit Ringdüse, Kühlring, Luftzuleitungen und Abquetschwalzen, verwendet werden, bei der der mit Zuleitungen für Luft und gegebenenfalls Wasser versehene hohle Kühlring in dem Bereich, in dem der Folienschlauch seinen größten Durchmesser erreicht, angeordnet ist und die zu seiner Achse weisende Wand aus einem porösen Material besteht. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise in der Figur abgebildet. Darin wird durch die Ringdüse 1 eines Extruders ein Folienschlauch 2 extrudiert und durch Luft, die durch die Zuleitung 3 und die Ringdüse 1 geführt wird, aufgeblasen. Der Folienschlauch wird durch das Walzenpaar 4 in üblicher Weise abgequetscht. Im Bereich, in dem der Folienschlauch seinen größten Durchmesser erreicht, ist ein mit einer oder mehreren Zuleitungen 5 für Luft und gegebenenfalls mit einer oder mehreren Zuleitungen 6 für Wasser versehener hohler Kühlring 7 angeordnet.
Die zur Achse des Kühlrings weisende Wand 8 besteht aus einem porösen keramischen Material und ist in das ringförmige Gehäuse des Kühlrings 7 eingesetzt.
Beispiel In einem Extruder wird isotaktisches Polypropylen, das die Grenzviskosität n = 2,6 hat, auf 2500 C erhitzt und durch eine Ringdüse mit einem Durchmesser von 120 mm extrudiert. Die extrudierte Schlauchfolie wird mit Luft auf einen Durchmesser von 250mm gereckt, in üblicher Weise durch ein Walzenpaar abgequetscht und mit einer Geschwindigkeit von 10 miMinuten abgezogen. Die Schlauchfolie wird in einer Kühlzone gekühlt, die den Folienschlauch in dem Bereich ringförmig umgibt, in dem der Folienschlauch den Durchmesser von 250mm erreicht. Dabei wird ein Kühlring verwendet, der einen Durchmesser von 300 mm, eine Höhe von 50mm und auf der Innenseite eine 30mm dicke Wand aus porösem keramischem Material hat. Durch den Kühlring werden 162 Nms/Stunde Luft von 1,65 atü und einer Temperatur von 200 C entspannt.
Die Temperatur der Luft sinkt beim Entspannen um 30 C. Die Polyropylenfolie trübt sich in dem dem Extruder benachbarten ersten Drittel der Kühlzone und verläßt die Kühlzone als hochtransparente Folie, die einen Streuwert von nur 15d/o aufweist.
Wird der Folienschlauch nur durch die umgebende Luft ohne zusätzliche Kühlvorrichtung gekühlt, so erhält man eine Polypropylenfolie, die einen Streuwert von etwa 80°/o aufweist.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von hochtransparenten Folien aus thermoplastischen Kunststoffen mit großer Neigung zur Kristallisation, insbesondere aus Linear-Polyoleflnen, durch Extrudieren eines Folienschlauches bei Temperaturen oberhalb des Erweichungspunktes des Kunststoffes, Führen des aufgeblasenen Folienschlauches durch eine den Folienschlauch ringförmig umgebende Kühlzone, in der er von einem gleichmäßig strömenden gasförmigen Kühlmedium umspült wird, und Abquetschen des Folienschlauches nach dem Abkühlen auf Temperaturen unterhalb des Kristallisationsbereiches des Kunststoffes, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kunststoff im Extruder auf Temperaturen erhitzt, die mindestens 300 C oberhalb seines Erweichungspunktes liegen und daß man die Kühlung des Folienschlauches in dem Bereich vornimmt, in dem der Kunststoff vom plastischen in den erstarrten Zustand übergeht, wobei die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums im ganzen Bereich der Kühlzone gering ist und die Strömungsgeschwindigkeit und die Breite der Kühlzone so bemessen sind, daß der Folienschlauch in dem dem Extruder benachbarten ersten Drittel der Kühlzone trüb und anschließend wieder klar wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Kühlzone komprimierte Luft beim Durchtritt durch ein poröses Material in Richtung auf den Folienschlauch entspannt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man der Luft beim Entspannen Wasserdampf durch Verdunsten von Wasser in dem porösen Material zufügt.
4. Folienblasvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus Extruder mit Ringdüse, Kühlring, Luftzuleitungen und Abquetschwalzen, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Zuleitungen (5, 6) für die Luft und gegebenenfalls für Wasser versehene hohle Kühlring (7) in dem Bereich, indem der Folienschlauch (2) seinen größten Durchmesser erreicht, angeordnet ist und daß seine dem Folienschlauch (2) gegenüberliegende Wand aus porösem Material besteht.

In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschriften Nr. 805 858, 864823; Zeitschrift »Modern Plastics«, Juni 1960, S. 115.