DE1908170B2 - Verfahren zur Herstellung einer Folie mit papierähnlichen Eigenschaften - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Folie mit papierähnlichen Eigenschaften aus Niederdruckpolyolefin durch Kühlen eines einen Extruder verlassenden rohr- oder schlauchförmigen Formkörpers, Aufblasen bei Temperaturen zwischen 3 und 8O⁰C oberhalb des Kristallitschmelzpunktes am Beginn der Aufweitungszone und Abziehen im Verhältnis zwischen 4 :1 und 10:1 zu Folien einer Dichte zwischen 5 und 50 μιυ.

Es ist bereits bekannt, papierähnliche Erzeugnisse aus Polymerisaten herzustellen. So ist ein Verfahren beschrieben worden, bei dem aus synthetischen Polymerisaten hergestellte Multifilamente auf einer Unterlage flächig und ungeordnet ausgebreitet und dann durch Verkleben oder Verschmelzen zum wechselseitigen Aneinanderheften gebracht werden. Die nach diesem Verfahren hergestellten Papiere werden als »Filamentpapiere« bezeichnet.

Ein anderes Verfahren geht von synthetischen Stapelfasern aus. Diese werden in eine Länge von einigen Millimetern zerschnitten und durch einen Gasstrom gegen eine papierformende Oberfläche geblasen und dort dann auf trockenem Wege oder mittels des üblichen Naßverfahrens zu einem sogenannten »Stapelpapier« verarbeitet.

Schließlich hat es auch nicht an Versuchen gefehlt, die Eigenschaften üblicher Polymerfolien dadurch papierähnlich zu gestalten, daß das Polymerisat durch Zugabe bestimmter Füllstoffe modifiziert wurde. Zwar weist ein derartiges »Folienpapier« gegenüber normalern Zellulosepapier den Vorteil einer hohen Wasserfestigkeit und Chemikalienbeständigkeit sowie einer verbesserten Zugfestigkeit auf, jedoch hat es nur eine geringe Zerreißfestigkeit und kann schlecht gefaltet werden. Da zudem auch seine Herstellungskosten sehr er- heblich sind, hat es ebenso wie die anderen bisher bekannten synthetischen Papiere nur für einige spezielle Zwecke Anwendung finden können.

Es ist aus der DT-PS Π 08 420 bekannt. Kunststoff -rc'-'e, die eine Temperatur am oder bis zu 6O⁰C unter- halb oder gegebenenfalls dicht über dem Kristallite schmelzpunkt aufweisen, durch Aufblasen im Verhältnis 1 :4 bis 1:15 und darüber allseitig zu verstrecken und dadurch orientierte Folienschläuche herzustellen, die anschließend flachgelegt und aufgeschnitten wer- *>5 den. Die so erhaltenen Folien zeigen zwar hohe Festigkeitswerte in allen Richtungen, jedoch keine papierähnlichen Eigenschaften.

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Nach einem weiteren Verfahren, das aus der DT-PS 12 62 568 bekannt ist. kann das den Extruder verlassende Rohr in einem Temperaturbereich aufgeweitet werden, in dem nur ein Teil des Rohrquerschnitts sich auf einer Temperatur bis zu 6O⁰C unterhalb des Kristaliitschmetzpunktes befindet, während ein anderer Teil des Rohrquerschnittes sich oberhalb des Kristallitschmelzpunktes im aufgeschmolzenen Zustand befindet Die so erhaltenen Folien haben je nach der Temperaiur des Kunststoffrohres vor der Aufblasung hohe Zugspannungs- bei mittleren Dehnungswerten oder niedrige Zugspannungs- und hohe Dehnungswerte. Durch Variation der Temperaturverteilung innerhalb des Querschnitts des Rohres ist es möglich, die Zugspannungsund Dehnungswerte sowie die Einreiß- und Weitreißfestigkeit beliebig einzustellen.

Es stellte sich deshalb die Aufgabe, ein neues Verfahren zu entwickeln, durch das sich in einfacher Weise ein synthetisches Papier herstellen läßt, welches die erwünschten Eigenschaften von Zellulosepapier und Kunststoffpapier möglichst weitgehend in sich vereinigt

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Temperatur so eingestellt wird, daß die Kristallisierung des Schlauchmaterials in dem Bereich vom Extruderkopf stattfindet, in dem die Aufweitung des Folienschlauches durchgeführt wird.

Das Recken ist eine Dehnung, die nur so weit durchgeführt wird, daß eine örtliche Einschnürung oder Halsbindung noch nicht auftritt. Das Material wird dabei an allen Stellen gleichmäßig gedehnt. Im Kraft-Dehnungs-Diagramm äußert sich dieser Vorgang so. daß während des Reckens die Kraft-Dehnungs-Kurve ansteigt und am Ende des Reckvorgangs einen Maximalwert (= obere Streckgrenze) erreicht. Diese obere Streckgrenze wird beim Recken nicht überschritten. Das Rekken ist somit eine Dehnung im ansteigenden Teil der Kraft Dehnungs-Kurve bis höchstens zur oberen Streckgrenze, wobei die Verformung an allen Stellen gleichzeitig einsetzt und eine örtliche Einschnürung oder Halsbildung noch unterbleibt.

Bei der Verstreckung wird demgegenüber die Verformung über den Betrag der Reckung hinaus fortgesetzt, wobei sich die genannte örtliche Einschnürung ausbildet, die eine auf einen sehr engen Bereich begrenzte Fließstelle darstellt und die den neuen, verstreckten Querschnitt vorgibt. Die Dehnung wird anschließend so lange fortgesetzt, bis das gesamte Material diesen neuen verstreckten Querschnitt angenommen hat. Im Kraft-Dehnungs-Diagramm äußert sich die Verstreckung so, daß die Kraft nach Überschreiten der oberen Streckgrenze unter gleichzeitiger Ausbildung der örtlichen Einschnürung bis zur unteren Streckgrenze absinkt. Sobald die letztere erreicht ist, verläuft die Kraft-Verformungs- Kurve waagerecht weiter, wobei unter Weiterwandern der Einschnürstelle das ganze Material nach und nach den verstreckten Querschnitt annimmt.

Während beim Recken die Makromoleküle nur gestrafft werden, findet beim Verstrecken in der Einschnürzone eine Umlagerung und Ausrichtung der Moleküle in die Verstreckrichtung statt. Aus diesem Grunde wird beim Verstrecken die Festigkeit des Materials außerordentlich erhöht (vgl. F. H. M ü 11 e r, die Kälteverformung von Kunststoffen, Kunststoffe, 44 [1954], S. 569 bis 576). Beim Recken wird demgegenüber die Festigkeit des Materials nur mäßig gesteigert.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit allen

denjenigen thermoplastischen Kunststoffen durchführen, die das Phänomen der »Halsbildung«, wie es in der DTPS Il 08420 beschrieben ist. zeigen. Hierzu gehören beispielsweise Polyvinylchlorid. Polyfluoräthylene, wie Polytrifluorchlorethylen, Polyester wie Polyäthylenglykolterephthalat und Polyolefine wie Polystyrol. Polyäthylen, Polypropylen und Polymere höherer Olefine. Selbstverständlich ist das Verfahren auch für Mischpolymerisate aus den den genannten Kunststoffen zugrunde liegenden Monomere und/oder anderen Monomeren möglich, sofern diese Polymerisate die Eigenschaft der »Halsbildung« besn/en. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren für die Verarbeitung von Niederdruckpolyolefinen. beispielsweise solchen, die durch Polymerisaten von Olefinen wie Äthylen, Propylen, Buten-1. Penten-1. Methylpenten-1. Styrol unter milden Druck- und Temperaturbedingungen mit Hilfe von Katalysatorsystemen, die unter dem Namen »Ziegler-Katalysatoren« bekanntgeworden sind, hergestellt werden.

Besonders erwünschte Eigenschaften haben Folien, die aus linearem Polyäthylen einer Dichte zwischen 0,94 und 0,97 g/cm³, einer reduzierten spezifischen Viskosität (gemessen in einem Übbelohde-Viskosimeter bei 135'C in einer ö,l%igen Lösung in Dekahydronaphthalin) zwischen 1,65 und 10,5 dl/g (entspricht einem mittleren Molekulargewicht zwischen 60 000 und 500 000; Umrechnung siehe H. W e ß I a u, Kunststoffe, 49. 1959, S. 230), hergestellt sind. Vorteilhafterweise v/ird ein Polymerisat mit einer reduzierten spezifischen Viskosität zwischen 43 und 8,5 verwendet (entspricht einem mittleren Molekulargewicht von 200 000 bis 400 000).

Werden Polymere mit Molekulargewichten von über 400 000 eingesetzt, dann empfiehlt sich eine Temperie rung des den Extruder verlassenden Materials auf 60 bis 8O⁰C oberhalb seines Kristallitschmelzpunktes, während bei niedrigeren Molekulargewichten eine Temperatur in dem Bereich von 3 bis 6O⁰C oberhalb des Kristallitschmelzpunktes ausreicht.

Die bei der.i Verfahren gemäß der Erfindung zu verwendenden makromolekularen Stoffe können übliche Stabilisatoren und Farbpigmente enthalten. Derartige Zusatzstoffe werden üblicherweise mit Hilfe eines master-batches zugegeben. Besonders bewährt hat sich ein master-batch, der aus 50 bis 25 Gewichtsprozente, vorzugsweise etwa 65 Gewichtsprozente organischer oder anorganischer Pigmente oder 50 bis 25 Gewichtsprozente, vorzugsweise etwa 35 Gewichtsprozente Wachs bestehi. Dieser master-batch wir! in der Regel in Mengen von 5 bis 20 Gewichtsprozenten zugegeben. Gut geeignet sind Kohlenwasserstoffwachse mit mehr als 33 Kohlenstoffatomen und einem mittleren Molekulargewicht von etwa 750, welches einen Erstarrungspunkt von etwa 94,5°C oder höher aufweist. Die Herstellung derartiger master-batches erfolgt mit üblichen Mischeinrichtungen. Es können jedoch auch andere übliche master-batches eingesetzt werden.

Außerdem ist es auch ohne weiteres möglich, das Pigment in Substanz dem makromolekularen Stoff zuzugeben, falls bei der nachfolgenden Verarbeitung eine ausreichende Homogenisierung des Materials gewährleistet ist.

Als organische oder anorganische Pigmente kommen neben Titandioxid vor allem Zinksulfid, Cadmiumsulfid, Phthalocyanine, Ultramarinblau und Ruß in Betracht.

Der für die Aufweitung des rohr- oder schlauchförmigen Formkörpers erforderliche Temperaturbereich kann auf verschiedene Weise hergestellt werden.

Beispielsweise kann der Formkörper durch eine Temperiereinrichtung geführt werden, durch die er unmittelbar vor Beginn der Aufweitung auf eine höhere Temperatur gebracht wird. Das IaBt sich dadurch erreichen, daß der Formkörper mit einem heißen Gas angeblasen, mit einer heißen Flüssigkeit besprüht, durch Strahlungsheizung oder eine andere bekannte Methode auf die erforderliche Temperatur gebracht wird.

Die Temperatur des zur Aufheizung über den Kristallitschmelzpunkt bzw. Erstarrungspunkt dienenden Heizmittels sowie die Einwirkungsdauer dieses Heizmittels hängen von der Dicke der Rohrwandung und von den angestrebten Eigenschaften der herzustellenden Folie ab.

Die Verweilzeit des Rohres in der für diese nachträgliche Aufheizung verwandten Heizeinrichtung richtet sich naturgemäß nach deren Temperatur und ferner auch nach den angestrebten Eigenschaften der herzustellenden Folien. Die Verweilzeit ist um so größer, je geringer die Temperatur der Heizeinrichtung ist. Sie ist ferner um so größer, je größer die erstrebte Zähigkeit der Folie ist. Im allgemeinen werden Verweilzeiten von einigen Sekunden (z. B. 5 Sekunden) bis zu einigen Minuten (etwa 20 Minuten) ausreichen, diese Verweilzeiten können jedoch in besonderen Fällen weit Überoder unterschritten werden.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß ein einen Extruder mit einer über dem Kristallitschmelzpunkt des Kunststoffes liegenden Temperatur verlassender rohr- oder schlauchförmiger Formkörper so weit abgekühlt wird, daß eine Temperatur von weniger als 8O⁰C oberhalb des Kristallitschmelzpunktes erreicht wird.

In dem so eingestellten Temperaturbereich läßt sich die angestrebte gleichzeitige Reckung und Verstrekkung des Folienschlauches dadurch bequem erreichen, daß man eine teilweise Aufweitung des Folienschlauches in einem bestimmten Abstand vom Extruderkopf durchführt, in dem die Kristallierung des Folienschlauches stattfindet. Der Bereich, in dem die Kristallierung erfolgt, wird als Eintrübungszone bezeichnet. Er befindet sich in der Regel in einer Entfernung zwischen 8,89 und 20,32 cm vom Extruderkopf, kann jedoch auch kleiner oder größer sein.

Würde man das Verfahren so durchführen, daß praktisch nur verstreckt wird, dann würde man Folien mit einer nur geringen Weiterreißfestigkeit erhalten, die deshalb nur begrenzt anwendbar sind.

Würde man das Verfahren so durchführen, daß praktisch nur gereckt wird, dann würde man Folien mit einer in Umfangsrichtung nur geringen Einreißfestigkeit erhalten.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die erfindungsgemäß hergestellten Folien bei tieferen Temperaturen weiter zu verstrecken.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Folien besitzen je nach den gewählten Herstellungsbedingungen Festigkeiten von etwa 1000 bis etwa 200 kg/cm² und entsprechend Dehnungswerte von etwa 50 bis zu mehreren hundert, etwa 500%.

Durch Variation der Temperaturverteilung, der Dikke des den Extruder verlassenden rohr- oder schlauchförmigen Formkörpers sowie des Molekulargewichtsbereiches des eingesetzten Rohstoffes ist es möglich, die Festigkeits- und Dehnungswerte der erhaltenen Folien beliebig einzustellen.

Es ist überraschend, daß es durch das erfindungsge-

mäße sehr einfache Verfahren gelingt, eine Palette von Folien mit den verschiedensten Eigenschaften herzustellen, durch die sie sich typische Anwendungsbereiche des Papiers erschließen.

Besonders zeichnen sich derartige Folien durch eine feinrauhe Oberflächenstruktur und auch wenn sie ohne Pigmentzugabe hergestellt werden durch eine nur geringe Transparenz aus. Sie weisen außerdem einen trockenen, papierähnlichen Griff auf, vergrößern ihr Volumen nach Knüllung (Knüllvolumen) nicht wesentlieh. Damit besitzen derartige Folien einen erheblichen Vorteil gegenüber üblichen Folien, der sich unter anderem bei der Beseitigung derartiger Folien in Müllbehältern bemerkbar macht.

Hervorzuheben ist ferner die ausgezeichnete Druckfarbenbehaftung, die durch übliche Vorbehandlungsverfahren noch verbessert werden kann. Sie zeigen eine gegenüber bekannten Polyolefinfoüen deutlich verminderte Neigung zur elektrostatischen Aufladung. Es ist überraschend, daß sich die Folien auch bei den erforderlichen hohen Aufblasverhältnissen faltenfrei flachlegen lassen.

Anwendung finden derartige Folien als Einwickelpapier für Lebensmittel, wie Fleisch, Fisch, Blumen, als Trennmittel für Käseschnitten, als Verpackungsmaterial für optische Instrumente, bei denen die bei einer Papierverpackung unvermeidliche Staubentwicklung stören würde. Auch für die Beutelverpackung von z. B. Erdnüssen, Kosmetika usw. ist die erfindungsgemäße Folie geeignet.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit üblichen Kunststoffstrangpressen, die für das Blasen von Folien eingerichtet sind, verwirklichen. Dabei empfehlen sich einige spezielle Maßnahmen, die im folgenden an Hand der Figuren erläutert werden. Es zeigt in sehematischer Darstellung

F i g. 1 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach F i g. 1.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung kann zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens dienen. Sie besteht in ihrem Aufbau aus einer Kunststoffstrangpresse, von der nur der Spritzkopf 1 gezeichnet ist, und einem dem Spritzkopf 1 nachgeordneten Kühlluftring 2. Der Spritzkopf 1 ist in an sich bekannter Weise zum Aufblasen des extrudierten Schlauches 3 zu einer Kunststoff-Folie eingerichtet. Eine Flachlegevorrichtung 4 ist nachgeschaltet. Der Kühlluftring 2 kann in bezug auf seinen Abstand zum Spritzkopf 1 einstellbar sein. Er ist in der F i g. 1, rechts, geschnitten gezeichnet. Man entnimmt aus dieser Schnittdarstellung, daß der Kühlluftring 2 labyrinthartige Einbauten 8 aufweist, welche die Kühlluft gleichmäßig über den Ringumfang verteilen und bei 9 auch gleichmäßig austreten lassen. Die Kühlluft wird über Rohrleitungen 10, die über den Umfang des Kühlluftringes 2 verteilt werden können, zugeführt.

Durch das Beblasen mit Kühlluft wird der den Extruder verlassende rohr- oder schlauchförmige Formkörper auf eine Temperatur zwischen 3 und 8O⁰C oberhalb des Kristallitschmelzpunktes gebracht.

Anschließend werden die Folien flachgelegt. Dabei hat sich die in der F i g. 2 dargestellte Flachlegevorrichtung bewährt, die Führungselemente in Form von Führungsstangen 11 aufweist. Der aufgeblasene Schlauch legt sich diesen Führungsstangen eng an. Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß die Flachlegevorrichtung 4 in Richtung des abzuziehenden Schlauches 3 mitlaufende Bänder aufweist, die dann zur eigentlichen Abzugsvorrichtung hinführen.

Nach dem Flachlegen ist es empfehlenswert, die Folien noch über eine Spreizschere zu ziehen. Hierdurch wird die Faltenbildung sicher vermieden und der Folienschlauch durch die von außen gegen die Spreizblätter wirkenden Führungsrollen genau geführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   1908

   Verfahren zur Herstellung einer Folie mit papierähnlichen Eigenschaften aus Niederdruckpolyolefin durch Kühlen eines einen Extruder verlassenden rohr- oder schlauchförmigen Formkörpers, Aufblasen bei Temperaturen zwischen 3 und 8O⁰C oberhalb des Kristallitschmelzpunkies am Beginn der Aufweitungszone und Abziehen im Verhältnis zwisehen 4 -. 1 und 10 :1 zu Folien einer Dicke zwischen 5 und 50μητ, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur so eingestellt wird, daß die Kristallisierung des Schlauchmaterials in dem Bereich vom Extruderkopf stattfindet, in dem die Aufweitung des Folienschlauches durchgeführt wird.