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Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffolien mit
rauher Oberfläche Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen
Kunststoffolien mit rauher, gleitfähiger Oberfläche, bei dem die Folien bei erhöhter
Temperatur in zwei getrennten Streckvorgängen biaxial molekular orientiert und an
der Oberfläche unter Wärmeeinwirkung aufgerauht werden.
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Es wurden bereits verschiedene Verfahren entwickelt, um bei der Herstellung
von Thennoplastfolien zu einer gleitfähigen Oberfläche zu gelangen.
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Im allgemeinen sind die nach bekannten Verfahren hergestellten Folien
an der Oberfläche zu glatt, wodurch starke Adhäsion oder Reibung zwischen Folienlagen
oder zwischen der Folie und den entsprechenden Berührungsflächen der Verarbeitungsmaschinen
verursacht wird. Zum Beispiel bei Maschinen zum Bedrucken, zum Verpacken oder Herstellen
von Verpackungsmaterial, bei der Zusammen legung von zwei Folienflächen oder bei
anderen Bearbeitungsvorgängen vermindert diese Adhäsion bzw. unerwünschtes Kleben
oder Reibung bzw. mangelnde Gleitfähigkeit die Verarbeitungsmöglichkeiten und die
Leistung der Maschinen.
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Zur Vermeidung der genannten Nachteile wurden bisher folgende Maßnahmen
angewandt: A. Es wurden ölige Stoffe auf die Oberfläche aufgebracht.
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B. Feine Pulverteilchen wurden auf der Oberfläche verteilt.
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C. Inerte feine Pulver wurden beim Extrudieren dem geschmolzenen
Folienmaterial beigemischt.
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D. Niedermolekulare Komponenten oder andere Zusätze wurden durch
Wärmebehandlung aufgelagert.
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E. Die Oberfläche wurde durch Pressung gerauht.
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Bei dem bekannten Verfahren nutzt man die Schmierwirkung öliger Stoffe.
Dies hat den Nachteil, daß Ö1 herabrinnt bzw. an unerwünschte Stellen gelangt und
die Folieneigenschaften, z. B. für die Bedruckung, die Vakuummetallisierung und
Isolierung, beeinträchtigt werden.
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Zu Verfahren B ist festzustellen, daß die Pulverteilchen nicht gleichmäßig
verteilt an der Oberfläche haften, leicht abfallen und außerdem die Transparenz
der Folie vermindern.
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Bei Verfahren C gelingt es nicht, die Teilchen in der Folie gleichmäßig
zu verteilen, da sie sich zusammenballen, wodurch das Aussehen der Folie beeinträchtigt
wird.
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Bei Verfahren D werden Stoffe, die kein Füll-
material enthalten oder
niedrigmolekulare Komponenten aufgetragen.
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Nach Verfahren E werden oft die physikalischen Eigenschaften der
Folien beim Pressen und durch Wärmeeinwirkung während der Prägezeit verändert, was
sich auf Aussehen und Eigenschaften des Endproduktes auswirkt.
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Bei allen diesen Verfahren ist eine nachträgliche Behandlung erforderlich,
bzw. es werden Fremdstoffe auf die Oberfläche gebracht oder der Extrudiermasse beigemischt,
um die gewünschte Rauheit zu erzielen. Es war noch nicht gelungen, die Oberflächenstruktur
von Grund aus, d. h. in einem der Natur und dem Verarbeitungsweg des Kunststoffes
entsprechenden, keine Fremdstoffe verwendenden Verfahren zu ändern.
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Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, der Oberfläche
einer orientierten Thermoplastfolie die zur Erzielung einer ausreichenden Gleitfähigkeit
erforderliche Rauhigkeit ohne Durchführung eines besonderen Arbeitsganges und ohne
Verwendung von Fremdstoffen zu verleihen.
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Der Gegenstand der Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung
von thermoplastischen Kunststoffolien mit rauher Oberfläche, bei dem die Folien
bei erhöhter Temperatur in zwei getrennten
Streckvorgängen biaxial
orientiert und an der Oberfläche unter Wärmeeinwirkung aufgerauht werden.
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Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Streckvorgang
eine sehr dünne Oberflächenschicht auf einer oder auf beiden Folienseiten auf niedrigerer
Temperatur als im Folieninnern gehalten wird.
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Wenn ein gewisser Unterschied zwischen der Temperatur im Innern und
an der Oberfläche der Folie herbeigeführt wird, entstehen beim Strecken im Innern
und an der Oberfläche verschiedene Strukturen mit verschiedenen Eigenschaften, und
wenn in einem bestimmten Temperaturbereich orientiert wird, entsteht eine besondere
Oberflächengestaltung mit einer Rauheit von 0,03 bis 0,1 Mikron oder darüber und
mit gewebeartigem Aussehen.
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Zur leichten und sicheren Ausführung der Erfindung kann gekühltes
Gas auf eine oder auf beide Seiten der Folie, die auf eine bestimmte Orientierungstemperatur
erwärmt ist, aufgeblasen werden, gerade wenn die vorher in einer Richtung orientierte
Folie dann in der anderen Richtung orientiert wird.
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Man kann auch eine oder beide Seiten der Folie mit Gas, Flüssigkeiten
oder einer Kühlwalze in Berührung bringen und mit einem entsprechend ausgebildeten
Infrarotheizer durch Strahlung erwärmen.
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Während dieses Verfahrens wird die Folie gleichmäßig durch ihre gesamte
Schichtdicke durch Strahlung erwärmt, während die Oberfläche gekühlt wird.
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Hierbei entsteht ein Temperaturgefälle zwischen dem Innern und der
Oberfläche der Folie. Der Temperaturgradient ist besonders steil, da thermoplastische
Kunststoffe im Vergleich mit anderem Material, z. B.
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Metall, eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben.
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Bei einer solchen Behandlung wird das Folieninnere auf einer für
die Orientierung geeigneten Temperatur gehalten, während eine sehr dünne Oberflächenschicht
unterhalb des Orientierungspunktes bleibt. Wenn die Folie, in der solche Temperaturdifferenzen
vorhanden sind, verstreckt wird und ihr Inneres auf der richtigen Temperatur bleibt,
die Oberfläche jedoch niedrigere Temperatur hat, werden beide Schichten mit verschiedenem
Ergebnis verstreckt. Man erhält an der Oberfläche Ungleichmäßigkeiten, die Risse,
Brüche od. dgl. sein können.
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Bei Polypropylenfolien ist es am vorteilhaftesten, wenn die Oberflächentemperatur
um 10 bis 450 C gegenüber der Folieninnentemperatur erniedrigt wird.
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Mikrofotografien der so entstandenen Folienoberflächen zeigen solche
Erscheinungen in Form einer gewebeartigen oder rindenartigen Oberfläche.
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Die Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert.
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F ig. 1 und 2 sind Mikrofotografien von erfindungsgemäß hergestellten
Folien.
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F i g. 3 zeigt in einem Querschnitt das Oberflächenprofil.
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Im Diagramm der F i g. 4 ist die Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten
von der Behandlungstemperatur dargestellt.
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Im Diagramm der F i g. 5 ist die Abhängigkeit der Oberflächenrauheit
von der Behandlungstemperatur dargestellt.
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Die F i g. 1 und 2 sind Mikrofotos von Polypropylenfolien, die nach
vorheriger Orientierung in Längsrichtung auf etwa 1550 C von oben mit einem Infrarotstrahler
erhitzt und an der Unterseite mit einem Luftstrom von 700 C gekühlt wurden.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen die Unterseite bzw. die gekühlte Fläche.
Es ist eine ausgesprochen gewebeartige Oberflächenstruktur zu sehen. Die Oberflächenrauheit
der Folie von F i g. 2 betrug 0,1 bis 9 Mikron.
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Im vorstehenden wurden Erläuterungen des Kühlungseffektes auf der
dem Infrarotstrahler abgewandten Folienfläche gegeben. Selbstverständlich kann man
mit den Erfindungsmaßnahmen auch auf beiden Oberflächen Gewebestrukturen u. dgl.
erzielen.
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Die spezifische Struktur gemäß der Erfindung läßt sich in gleicher
Weise durch Folienorientierung mittels des Einblassystems wie durch das erwähnte
Spannsystem erzeugen.
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Tabelle I zeigt zum Vergleich die Reibungskoeffizienten von orientierten
und nicht orientierten Polypropylenfolien.
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Tabelle I
| Reibungs- |
| Probe | Orientierung Reibungs- |
| Nr. |
| 1 nicht orientiert größer als 2,0 |
| 2 uniaxial etwa 1,6 |
| 3 biaxial 1,5 |
| 4 biaxial, erfindungsgemäß etwa 0,4 |
| behandelt |
Gemäß Tabelle 1 ist also der Reibungskoeffizient bei nicht orientierten Folien größer
als 2,0. Sie sind daher von schlechter Qualität und auf einer gebräuchlichen Cellophanverarbeitungsmaschine
nicht zu verarbeiten. Bei den auf andere Art als erfindungsgemäß einachsig oder
zweiachsig orientierten Folien findet man einen niedrigeren Reibungskoeffizienten,
wahrscheinlich deshalb, weil durch die Orientierung die Starrheit erhöht wurde.
Erfindungsgemäß hergestellte Folien haben jedoch einen sehr viel kleineren Reibungskoeffizienten,
durch welchen es möglich ist, die Endverarbeitung auf normalen Cellophanverarbeitungsmaschinen
vorzunehmen.
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Die vorteilhaften Ergebnisse des Verfahrens sind auch aus den folgenden
Beispielen zu ersehen.
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Beispiel 1 Polypropylen mit einer in Tetralinlösung bei 1350 C gemessenen
grundmolaren Viskositätszahl 2,5 und mit 95 °/o Rückstand bei der n-Heptanextraktion
wurde bei 2800 C geschmolzen und extrudiert.
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Nach der Kühlung hatte die Folie eine Dicke von 1,0 mm. Sie wurde
zunächst bei 1350 C in Längsrichtung auf das 4,5fache verstreckt. Dann wurde mit
der Spannvorrichtung und dem Infrarotheizer in Querrichtung orientiert, wobei die
Orientierungstemperatur T, ständig bei 1550 C lag. In der ganzen Orientierungskammer
ließ man einen Heißluftstrom umlaufen, dessen Temperatur T2 auf verschiedene Grade
eingestellt wurde. Es wurden Prüfungen bezüglich des Reibungskoeffizienten, der
mikroskopischen Werte, der Oberflächenrauheit, des Aussehens und des unerwünschten
Klebens bzw. der Gleitfähigkeit durchgeführt.
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Die Oberflächenrauhheit wurde nach folgender Methode gemessen: Die
Folienoberfläche wurde im Vakuum mit Kohle beschichtet, und dann wurde die Folie
mit dem Mikrotom aufgeschnitten. Von den Schnitten wurden Mikrofotos in 600facher
Vertößerung
gemacht. Fig.3 zeigt die zeichnerische Darstellung
einer solchen Probe. Die Oberflächenrauheit war ziemlich ungleichmäßig. Ein Hauptwert
von 1 Mikron wurde als Durchschnittswert genommen.
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In F i g. 3 ist a die Höhe der Erhebung, und b zeigt zum Vergleich
die 1 Mikron entsprechende Höhe.
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Durch Fremdstoffe verursachte Unebenheiten wurden nicht berücksichtigt.
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Aus F i g. 4 ist in Ordinatenrichtung der Reibungskoeffizient zu
entnehmen, welchen die Folie bei verschiedenen Behandlungstemperaturen T2 von 100
110, 120, 130, 140, 150 und 1550 C bekommt.
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Die Anderungen der Oberflächenrauheit bei diesen T2-Werten zeigt
F i g. 5.
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Tabelle bezieht sich auf die Erscheinungsform der Folien bei verschiedener
Behandlungstemperatur.
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Tabelle II
| Aussehen |
| 1000 C .. . die Lichtdurchlässigkeit der Ober- |
| fläche war nicht gut und die Trans- |
| parenz beeinträchtigt. Verwendbar |
| z. B. als Verpackungsmaterial |
| 110 bis 1550 C beide Oberflächen ohne Trübung, |
| gute Transparenz |
Beispiel 2 Das gleiche Material wie im Beispiel 1 wurde bei der gleichen Temperatur
und im gleichen Maße verstreckt. Der Heißluftstrom lief nicht durch die Spannvorrichtung
gemäß Beispiel 1, und es wurde von oben mit einem Infrarotstrahler erhitzt. Die
Temperatur in der Orientierungskammer betrug etwa 500 C. Bei der
so behandelten Folie
wurde durch mikroskopische Untersuchung eine Gewebestruktur nur an der Unterfläche,
d. h. der dem Infrarotstrahler abgewandten Fläche, festgestellt. Die obere Fläche
war glatt. Der Reibungskoeffizient zwischen zwei Unterseiten betrug 0,43 und der
zwischen Oberseite und Unterseite 0,55.