DE1504464C3

DE1504464C3 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochtransparenten Folien aus thermoplastischen Kunststoffen

Info

Publication number: DE1504464C3
Application number: DE1504464A
Authority: DE
Inventors: Ludwig 6229 Hallgarten Klenk; Walter Dr. 6202 Wiesbadenbiebrich Seifried
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1964-06-02
Filing date: 1964-06-02
Publication date: 1975-05-15
Also published as: US3423493A; FR1435489A; GB1101824A; DE1504464A1; DE1504464B2

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung hochtransparenter Folien aus thermoplastischen Kunststoffen, wie es durch die im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen beschrieben ist.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wie sie durch die im Oberbegriff des Anspruchs 3 enthaltenen Merkmale beschrieben ist.

Beim Kühlwalzenverfahren wird eine Schmelze aus thermoplastischem Kunststoff durch Breitschlitzdüsen mit einem Düsenspalt von 0,3 bis 0,5 mm ausgepreßt und auf rotierende Kühlwalzen abgezogen, wobei die extrudierte Schmelze durch Längsverzug auf die gewünschte Folienstärke verzogen wird, da es praktisch nicht möglich ist, mit einem Düsenspalt zu arbeiten, welcher der endgültigen Folienstärke entspricht. Der Längsverzug erfolgt dabei auf dem Weg der Schmelze zwischen Düse und Auftrefflinie auf der Walze. Dieser Abstand wird darum auch Verzugsweg genannt, das Verhältnis von Weite des Düsenspalts zu Folienstärke

nennt man Verzugsverhältnis.

Aus der GB-PS 946 097 ist ein Verfahren bekannt, bei dem die Kunststoffschmelze aus einer Breitschlitzdüse auf einer Kühlwalze unter dem Einfluß eines statisehen Differenzdruckes eines Gases zwischen der der Kühlwalze zugewandten Seite und der der Kühlwalze abgewandten Seite abgezogen wird. Der statische Differenzdruck wird dabei durch Anlegen eines Vakuums auf der dem Folienabzug abgekehrten Seite zwischen

ίο Kühlwalzenoberfläche und Folienunterseite erreicht. Die Breitschlitzdüse ist dabei zur Kühlwalze unter einem Winkel angeordnet. Hierbei verläuft jedoch die Schmelze, bedingt durch ihre Viskosität und die auf sie wirkende Abzugskraft, auf dem Verzugsweg in tangentialer Richtung zur Walzenoberfläche. Dabei wird die Schmelze über eine der beiden Düsenlippen gezogen, was stets zu streifigen und rauhen Filmen mit vermindertem Oberflächenglanz führt, da man es nicht verhindern kann, daß die Lippenkante schon nach kurzer Laufzeit Verkrustungen durch thermisch abgebautes Material aufweist. Bei der tangentialen Extrudierung der Schmelze ist ein größerer Abstand von Düse und Walze aus geometrischen Gründen unvermeidlich. Die y| Schmelze kontrahiert dann auf dem Verzugsweg unter der Abzugskraft, was einen erheblichen Breitenverlust und einen ungenauen Lauf der Folienkante zur Folge hat. Breiten- und Dickenschwankungen sind somit unvermeidlich.

Die zur Verbesserung des Walzenkontaktes vorgeschlagenen und angewandten Anlegesysteme — wie z. B. die aus der GB-PS 894 147 bekannte Luftbürste oder die Verwendung direkt gekühlter, elastischer Walzen oder auch der Einsatz eines elektrischen Hochspannungsfeldes — konnten zwar teilweise den Einzug von Luft sowie die Ausbildung eines Kondensatbelages auf der Walze verhindern und die Abzugsgeschwindigkeiten erhöhen, waren aber nur bis zu einer bestimmten, vom Rohstofftyp abhängigen, Geschwindigkeitsgrenze brauchbar. Während niedermolekulare Rohstoffe wie sie für die Beschichtung von Trägermaterial, ζ. Β. Papier, eingesetzt werden, wirtschaftliche Produktionsgeschwindigkeiten zulassen, treten bei höhermolekularen Rohstoffen, wie sie bei selbsttragenden Filmen zur Erzielung guter mechanischer Eigenschaften erforder- * lieh sind, in der Schmelze schon oberhalb einer relativ geringen Geschwindigkeit periodische Dicken- und. Breitenschwankungen auf.

Ein weiterer und entscheidender Nachteil der erwähnten Verfahren ist in der Tatsache zu sehen, daß bei höheren Geschwindigkeiten zwischen Schmelzefilm und Walzenoberfläche Luft eingezogen wird, wodurch eine gute Haftung des Filmes auf der Walze verhindert wird. Häufig bildet sich auf der Walze noch ein Kondensatbelag aus flüchtigen Rohstoff-Bestandteilen oder Zusätzen, der gleichfalls den Kontakt Folie-Walze verschlechtert. Da somit unvermeidlich eine unterschiedliche Kühlung der Folie erfolgt, entstehen somit Stellen mit unterschiedlichen physikalischen Parametern.
Aus der GB-PS 741 818 ist schließlich ein Gießverfahren bekannt, bei dem eine Gießlösung über einen Schlitzgießer unter ihrem Eigengewicht auf eine drehbare Walze ausläuft. Es werden hierbei vor allem in ;j organischen Lösungsmitteln lösliche Celluloseverbin- 'j düngen ausgegossen. Die bisher auftretenden Vibratio- ; nen sollen nun dadurch vermieden werden, daß man .;i einen Unterdruck eines Gases auf der zur Fließrichtung i entgegengesetzten Seite zwischen Walzenoberfläche J und der ihr zugewandten Folienseite anlegt. Hierbei

läuft die Lösung allerdings auch tangential auf die Walze auf, zumal der Schlitzgießer einen schrägen Auslauf besitzt. Zur Herstellung thermoplastischer Folien aus der Schmelze ist aber das genannte Verfahren nicht brauchbar.

Die US-PS 2 681 294 beschreibt ein Beschichtungsverfahren für bahnförmige Materialien, wobei durch eine Druckdifferenz, die durch Erzeugung eines Unterdruckes vor der Beschichtungsdüse erzielt wird, die Lösung von Gasblasen befreit werden soll.

Aus der älteren DT-PS 1 504 450 ist schließlich eine Vorrichtung zum Herstellen von Folienbahnen aus thermoplastischen Massen bekannt, mit einer zu einer gekühlten Gießwalze in einem Abstand angeordneten Breitschlitzdüse und einem, der dem Folienabzug abge- '5 kehrten Seite der Breitschlitzdüse zugeordneten, sich direkt anschließenden evakuierbaren Gehäuse, dessen beide Seitenwände dicht mit der Gießwalze mittels dem Durchmesser der Walze angepaßten elastischen Dichtungen abschließen, wobei zur Evakuierung des ^o Gehäuses in diesem eine Injektordüse mit einem Gaseinlaßstutzen angeordnet ist, die in einen Spalt mündet, der von einer Gehäusewand und der Oberfläche der Gießwalze gebildet wird.

Der Nachteil einer solchen Konstruktion liegt in dem hohen apparativen Aufwand für den Unterdruck und der dadurch bedingten erhöhten Steuerung und Wartung.

Es stellte sich somit die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem es möglich ist, hochtransparente, dünne Folien aus thermoplastischen Kunststoffen zu schaffen, wobei keine Breiten- und Dickenschwankungen auftreten und wobei trotzdem mit hohen Abzugsgeschwindigkeiten gearbeitet werden kann.

Gelöst wird die vorstehend genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung hochtransparenter Folien aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Kunststoffschmelze aus einer Breitschlitzdüse auf einer Kühlwalze unter dem Einfluß eines statischen Differenzdruckes eines Gases zwischen der der Kühlwalze zugewandten Seite und der der Kühlwalze abgewandten Seite abgezogen wird, dessen kennzeichnendes Merkmal darin besteht, daß die Schmelze mittels eines durch statischen Überdruck gegenüber der Atmosphäre auf der der Kühlwalze abgewandten Seite aufgebrachten Differenzdruckes eines Gases senkrecht zur Walzenoberfläche abgezogen wird innerhalb eines Verzugsweges von maximal 3 mm.

Eine derartige Führung der extrudierten Schmelze ermöglicht die erfindungsgemäße Verkleinerung des Abstandes zwischen Düsenspalt und Abzugswalze und beschränkt die Länge des Verzugsweges auf diesen Abstand. Der extrem kurze Verzugsweg erlaubt bei sehr geringen Breiten- und Dickenschwankungen eine sehr hohe Abzugsgeschwindigkeit, die ein mehrfaches der bisher möglichen Abzugsgeschwindigkeit beträgt. Da der extrudierte Film in Spaltrichtung und nicht über eine der Düsenlippen geführt wird, fallen die eingangs erwähnten Beeinträchtigungen der Folienoberfläche durch thermisch abgebautes Material, das Vertrustungen an der Lippenkante bildet, fort, und es werden Folien mit einwandfreier Oberfläche erhalten. Der auf der der Abzugswalze abgekehrten Seite der Folie zur Wirkung kommende Gasdruck hat neben der erfindungsgemäßen Führung der abgezogenen Schmelze gleichzeitig eine verbesserte Auflage derselben auf der Abzugswalze zur Folge, wobei auch der Lufteinzug weitgehend vermieden wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders zur Herstellung von Polyolefinflachfolien, wie z. B. Polyäthylen- oder Polypropylenfolien geeignet.

Insgesamt ist der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens darin zu sehen, daß es bei wesentlich erhöhter Abzugsgeschwindigkeit Folien liefert, die keine oder nur geringe Breiten- oder Dickenschwankungen zeigen und eine höhere Transparenz besitzen.

In bevorzugter Ausführung wird das Verfahren derart durchgeführt, daß die Kunststoffschmelze mit einem Gasüberdruck von 30 bis 60 mm Wassersäule beaufschlagt wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Sie besteht aus einer Kühlwalze und einer oberhalb dieser angeordneten Breitschlitzdüse und einer Einrich tung zum Aufbringen eines Differenzdruckes eines Gases zwischen der der Kühlwalze zugewandten und abgewandten Seite der Schmelze über deren gesamte Breite und ist dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen des statischen Gasüberdruckes auf der der Kühlwalze abgewandten Seite ein Staukasten derart angeordnet ist, daß er an seinem offenen Ende von der Breitschlitzdüse, der Schmelze und der Walzenoberfläche begrenzt wird und die beiden Seitenflächen des Staukastens auf der der Walzenoberfläche zugekehrten Seite mit einem dem Durchmesser der Walze angepaßten elastischen Dichtungsmaterial belegt sind und an der der Breitschlitzdüse gegenüberliegenden Seite des Staukastens ein beweglicher Schieber zur Abstandseinstellung zwischen Staukasten und Folienoberfläche sowie wenigstens ein Gaseinlaßstutzen angeordnet ist.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung im folgenden näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in perspektivischer Sicht die apparative Anordnung. Die plastische Masse wird durch eine Breitschlitzdüse 1 ausgepreßt und läuft als Schmelzefilm 2 auf die Walzenoberfläche 3 der Kühlwalze. Ein mit Luft oder im Bedarfsfalle auch mit einem Inertgas, wie Stickstoff oder Kohlendioxyd, gespeister Staukasten 4 mit einer der Folienbreite entsprechenden Länge wird auf der offenen Seite von der Düse, dem auslaufenden Schmelzefilm 2 und der Walzenoberfläche 3 begrenzt. Die beiden Seitenflächen sind auf der der Walzenoberfläche 3 zugekehrten Seite mit einem dem Durchmesser der Walze angepaßten elastischen Dichtungsmaterial 5 belegt, so daß eine gasdichte Auflage des Staukastens 4 gewährleistet ist. Mittels des Schiebers 6 läßt sich ein enger Abstand zwischen Staukasten 4 und Folienoberfläche einstellen, so daß die Gasverluste gering gehalten werden können, und im Staukasten 4 ein vornehmlich statischer Gasdruck entsteht.

F i g. 2 stellt in Seitenansicht den Verlauf des Verzugsweges in vergrößertem Maßstab dar. Der aus dem Düsenspalt 9 der Breitschlitzdüse 1 austretende Schmelzefilm 2 läuft durch den im Staukasten 4 erzeugten Gasdruck P zunächst radial auf die Kühlwalze zu, ehe er kurz vor der Berührung mit der Walzenoberfläche 3 eine starke Krümmung in der Drehrichtung der Walze erfährt. Der angewendete Gasdruck P liegt im allgemeinen in der Größenordnung von 30 bis 60 mm Wassersäule.

Beispiele
1. Als thermoplastisches Material wurde Polypropy-

len mit einem Schmelzindex von 65 g/10 min, bestimmt in einer Meßapparatur nach ASTM 1238/59 T, bei einem Auflagegewicht von 5 kg und einer Temperatur von 230⁰C eingesetzt. Das Material wurde bei 260⁰C durch eine Breitschlitzdüse in 1500 mm Breite bei einer Einstellung des Düsenspaltes auf 0,5 mm mit einer Stundenleistung von 320 kg extrudiert. Der Abstand zwischen Düsenspalt und Walzenoberfläche betrug 1,5 mm; der Staudruck im Staukasten 37 mm Wassersäule. Die Walzentemperatur betrug 20⁰C. Bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 200 m/min wurde eine Folie mit einer Dicke von 20 μ mit hoher Transparenz hergestellt. Die Dickenschwankungen betrugen in Längs- und Querrichtung weniger als 10%.

2. Als thermoplastisches Material wurde Polyäthylen der Dichte 0,930 mit einem Schmelzindex von 4,7, bestimmt nach ASTM 1238/59 T eingesetzt. Das Material wurde bei 255°C durch eine Breitschlitzdüse in 1500 mm Breite bei einer Einstellung des Düsenspaltes auf 0,5 mm mit einer Stundenleistung von 870 kg extrudiert. Der Abstand zwischen Düsenspalt und Walzenoberfläche betrug wie in Beispiel 1 1,5 mm; der Staudruck im Staukasten 40 mm Wassersäule, Walzentemperatur 25°C. Bei einer Abzugsgeschwindigkeit von 250 m/min wurde eine 25 μ dicke Folie hoher Transparenz hergestellt. Die Dickenschwankungen betrugen in Längs- und Querrichtung wie bei Polypropylen weniger als 10%.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung hochtransparenter Folien aus thermoplastischem Kunststoff, wobei die Kunststoffschmelze aus einer Breitschlitzdüse auf einer Kühlwalze unter dem Einfluß eines statischen Differenzdruckes eines Gases zwischen der der Kühlwalze zugewandten Seite und der der Kühlwalze abgewandten Seite abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze mittels eines durch statischen Überdruck gegenüber der Atmosphäre auf der der Kühlwalze abgewandten Seite aufgebrachten Differenzdruckes eines Gases senkrecht zur Walzenoberfläche abgezogen wird innerhalb eines Verzugsweges von maximal 3 mm.

2. Verfahren nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffschmelze mit einem Gasüberdruck von 30 bis 60 mm Wassersäule beaufschlagt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Kühlwalze und einer oberhalb dieser angeordneten Breitschlitzdüse und einer Einrichtung zum Aufbringen eines Differenzdruckes eines Gases zwischen der der Kühlwalze zugewandten und abgewandten Seite der Schmelze über deren gesamte Breite, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbringen des statischen Gasüberdruckes auf der der Kühlwalze abgewandten Seite ein Staukasten (4) derart angeordnet ist, daß er an seinem offenen Ende von der Breitschlitzdüse (1), der Schmelze (2) und der Walzenoberfläche (3) begrenzt wird und die beiden Seitenflächen des Staukastens (4) auf der der Walzenoberfläche (3) zugekehrten Seite mit einem dem Durchmesser der Walze angepaßten elastischen Dichtungsmaterial (5) belegt sind und an der der Breitschlitzdüse (1) gegenüberliegenden Seite des Staukastens (4) ein beweglicher Schieber (6) zur Abstandseinstellung zwischen Staukasten (4) und Folienoberfläche sowie wenigstens ein Gaseinlaßstutzen angeordnet ist.