DE1910798C3 - Verfahren zum Verhindern bzw. Beseitigen von Ablagerungen auf einer Elektrode bei der Herstellung von Polymerfolien - Google Patents

Description

Bei der Herstellung von thermoplastischen Polymerfolien ist es üblich, die Folien durch Strangpressen von geschmolzenen thermoplastischen organischen Polymeren zu bilden und auf einer bewegten kühlenden Oberfläche abzulegen und im Anschluß an die Kühlstufe weiter zu transportieren. Wird während der Kühlstufe mit elektrostatischem Anheften gearbeitet, so wird die geschmolzene Folie beim Austritt aus der Strangpreßdüse im allgemeinen in eier Nähe wenigstens einer Elektrode vorbeigeführt, die bei eiiem hohen positiven Potential gegen Erde gehalten wird, wobei jedoch die Folie die Elektroden nicht berührt. Das elektrostatische Feld, das durch den ungleichmäßigen Spannungsgradienten an der Oberfläche der Elektrode gebildet wird, verursacht eine begrenzte Ionisationsentladung in der Nähe der Elektrode, was die elektrostatische Aufladung der Folie bewirkt, die ausreicht, um die Folie elektrostatisch anzuziehen und sie fest an die bewegte Oberfläche zu heften. Außer der Erleichterung der Handhabung der Folie während des Kühlens und Erhärtens trägt die elektrostatische Anziehung der frisch stranggepreßten Folie durch die Kühloberfläche mit dazu bei, der Folie erwünschte Oberflächeneigenschaften zu verleihen.

Das elektrostatische Anheften beim kontinuierlichen Gießen von plastischen Folien ist jedoch nicht problemlos, wie insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung von Polyesterfolien, insbesondere Polyäthylenterephthalatfolien, veranschaulicht werden kann. Das erste und vielleicht wichtigste dieser Probleme ist die verhältnismäßig kurze Lebensdauer der Anheftelektrode. Beispielsweise mußte bei einem typischen großtechnischen Verfahren zur Herstellung einer 2,34 mm dicken und 71 cm breiten Polyäthylenterephthaiatfolie ein 152 bis 203 μττι dicker Draht aus nichtrostendem Stahl, der bei einem mittleren Potential von etwa 6,5 kV arbeitete, alle 7 bis 8 Stunden ausgewechselt werden, wobei das Auswechseln jedes Drahtes eine Stillegung des gesamten Betriebes für 15 bis 20 Minuten erforderte. Der wirtschaftliche Verlust, der durch diese wiederholten Stillstände verursacht wird, ist erheblich.

Der Hauptgrund für diesen notwendigen häufigen Hrsatz des zum elektrostatischen Anheften dienenden Drahts liegt darin, daß die geschmolzene Polymerfolie, insbesondere eine Polyesterfolie, beim Extrudieren aus einer Spritzdüse Dämpfe abgibt, die hauptsächlich aus zersetztem Polymerisat, niedrigmolekularem Polymerisat und freier Terephthalsäure bestehen. Bei normalem Betrieb liegt die Temperatur des Drahtes erheblich unter der Temperatur, bei der diese Dämpfe kondensieren. Beispielsweise kondensieren im Falle der Dämpfe, die durch Polyäthylenterephthalat gebildet werden, die

ίο Terephthalsäure selbst bei jeder Temperatur unter etwa 200⁰C, das Trimere bei etwa 315°C und verschiedene lineare Oligomere bei Temperaturen zwischen etwa 220" und 235° C. Die Bestandteile dieser Dämpfe scheiden sich somit auf dem zum Anheften dienenden Draht ab. Diese Stoffabscheidung auf dem Draht verursacht wiederum eine ungleichmäßige Ionisierung der den Draht umgebenden Luft, wodurch »Luftblasen« zwischen der Folie und der Gießoberfläche gebildet werden. Mit zunehmender Häufigkeit dieser Blasen werden die Oberflächenfehler dieser Folie stärker, bis der Punkt errcichi ist, an dem die Folie nichi mehr den Qualitätsanforderungen entspricht. Der zum elektrostatischen Anheften verwendete Draht muß dann ausgewechselt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile auszuschalten und ein Verfahren verfügbar zu machen, mit dem aus kondensierbaren Dämpfen entstehende Ablagerungen auf einer beheizten, elektrostatische Aufladungen erzeugenden Elektrode bei der

JO Herstellung von thermoplastischen, durch die elektrostatischen Aufladungen auf einer bewegten Oberfläche gehaltenen Polymerfolien verhindert bzw. beseitigt werden.
Zwar wurde, wie der FR-PS 14 92 362 zu entnehmen

-¹⁵ ist, schon versucht, durch einen temperierten Gasstrom die Kondensate flüchtiger Folienbestandteile abzuführen, um Ablagerungen an der Elektrode zu vermeiden. Dieser Gasstrom soll jedoch zwischen Elektrode und Folie eingeblasen werden, was erhtfcüche Nachteile mit sich bringt, da durch die damit verbundenen, unvermeidlichen Temperaturdifferenzen zwischen der Düse und der die Folie aufnehmenden Trommel erhebliche Unterschiede im Folienquerschnitt auftreten.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe, Ablagerungen der angegebenen Art auf der Elektrode zu verhindern bzw. zu beseitigen, jedoch dadurch gelöst, daß die Elektrode elektrisch oder durch eine in der Elektrode umgewälzte erhitzte Flüssigkeit auf eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur der Dämpfe

v> aufgeheizt wird. Hierbei ist es zweckmäßig, als Elektrode ein oder mehrere Drähte oder eine messerförmig ausgebildete Hohlelektrode zu verwenden. Vorteilhaft ist es, die Elektrode auf Temperaturen zwischen 275° und 350⁰C aufzuheizen; denn beispielsweise ist es bei großtechnischer Herstellung von Polyäthylenterephthalatfolie von 2,34 mm Dicke und 71 cm Breite durch unmittelbares Aufheizen der drahtförmigen Anheftelektrodc über der Kühloberfläche auf eine Temperatur von 320⁰C möglich, den Betrieb mit der gleichen Geschwindigkeit 36 Stunden oder länger fortzusetzen, bevor ein Austausch des Anheftdrahtes notwendig wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist auch nicht vergleichbar mit dem älteren Vorschlag der DE-AS

^¹ 17 04 773, wo bei der Oberflächenbehandlung einer Rollenbahn durch Spriihcntladimgen die Gegenelektrode als Infrarotheizstab ausgebildet ist. da in diesem Falle die Kolie selbst durch die Gegenelektrode aufgeheizt

werden soll.

Abgesehen von den Einsparungen, die sich aus den verlängerten Betriebsintervallen pro Wechsel der Anheftelektroden ergeben, werden durch unmittelbares Aufheizen der Anheftelektrode weitere Vorteile erzielt, ι wobei zu bemerken ist, daß diese Vorteile auch dann erzielt würden, wenn es kein Problem mit kondensierbaren Dämpfen gäbe. So muß beispielsweise bei einem üblichen Kühworgang unter Verwendung einer unbeheizten Elektrode die Spannung an dieser Elektrode erhöht werden, wenn die Ladung auf der Oberfläche verstärkt werden soll. Wird jedoch die Spannung erhöht, muß der Abstand der Elektrode von der Spritzform oder der Kühloberfläche oder beiden vergrößert werden, um verstärkte Bogenbildung zu vermeiden. Durch die Verschiebung der Elektrode wird jedoch der Grad der Einschnürung, also die Verringerung der Breite, der auf die bewegte Kühloberfläche stranggepreßten Folie verstärkt, was ebenfalls unerwünscht ist. Im Gegensatz hierzu heizt eine beheizte Elektrode die benachbarte Luft auf, wodurch der Abstand zwischen den Molekülen in der Luft vergrößert und den Elektronen, die zur entgegengesetzt geladenen Elektrode beschleunigt werden, ein längerer mittlerer freier Weg gegeben und hierdurch ihr Energieniveau i^r> erhöht wird. Bei diesem höheren Energieniveau werden weitere lonenpaare durch Kollisionen zwischen Elektronen und Molekülen in der Luft gebildet. Es wird somit eine vollständigere Ionisation der die Elektrode umgebenden Luft erreicht, und es wird möglich, eine stärkere Ladung auf die Oberfläche der Folie bei einer gegebenen Spannung aufzubringen. Eine vollständigere Ionisation der die Anheftelektrode umgebenden Luft ergibt ferner eine niedrigere Spannung, bei der die Schwelle des Anheftens auftritt. Dies kann von Vorteil r, sein, wenn Probleme durch Lichtbogenbildung bei Verwendung einer elektrisch geerdeten bewegten Kühloberfläche auftreten.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit den Abbilaungen anhand eines Ausführungsbeispiels w näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch und perspektivisch das Verfahren an einer Vorrichtung, die eine elektrische Anheftelektrode und eine bewegte Kühltrommel aufweist. «

F i g. 2 ist ein Schaltschema der in F i g. 1 dargestellten Vorrichtung.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist eine Breitschlitzdüse 10, die bei 11 geerdet ist, in kurzem Abstand von beispielsweise 7,5 cm, von einer Gießtrom- ·>ο inel 13 angeordnet. Die Gießtrommel 13 hat eine hochpolierte Oberfläche, beispielsweise aus hochpoliertem Chromstahl oder einem anderen Metall, oder eine isolierende Oberfläche, beispielsweise eine mit Polyäthylen oder einem anderen Kunststoff belegie ^r>5 Oberfläche, und läuft in isolierten, hier nicht dargestellten Lagern. Die Gießtrommel 13 kann das übliche Kühlflüssigkeitssystem enthalten und mit einem geeigneten, ebenfalls nicht dargestellten Antrieb mit der gewünschten Geschwindigkeit gedreht werden. mi

Die Gießtrommel 13 kann bei 14 geerdet werden, wenn der gesirichelt angedeutete angenommene Widerstand 15 nicht zum Stromkreis gehört, oder sie kann bei einer erheblichen positiven Spannung gegen Erde von beispelrweise etwa 10 V bis etwa 2 kV f>^r, betrieben werden, was zur Folge hat, daß die Gießtrommel 13 bei einer »Schwimmspannung« betrieben wird, wobei der Widerstand 15 zur Schaltung gehört. Hierdurch wird die Möglichkeit einer Bogenbildung zwischen der Anheftelektrode 16 und der Gießtrommel 13 ausgeschaltet, wenn die Umgebungsbedingungen in der Nähe der Anheftelektrode 16 sich in einer solchen Weise ändern, daß Überschlagsspannungen erreicht werden und demzufolge die gegossene Folie 12 geschädigt wird

Eine Anheftelektrode 16 ist in kurzem Abstand von der Folie 12 zwischen der Breitschlitzdüse 10 und der Gießtrommel 13 angeordnet Diese Elektrode 16 ist als einzelner Draht dargestellt, der zwischen zwei isolierten und in geeigneter Weise befestigten Elektrodenhaltern 17 und 18 gespannt ist. Als Anheftelektrode 16 eignen sich aber auch ein einzelner zugespitzter Draht, mehrere zugespitzte Drähte, wie zwei Elektroden in Form von zugespitzten und in geeigneter Weise in der Nähe der Kanten der Folie 12 angeordneten Drähten, oder zahlreiche zugespitzte, in einer oder mehreren Reihen senkrecht zum Blickfeld angeordnete Drähte, eine messerförmig ausgebildete E:.. strode oder dergl. Der positive Pol der Hochspannungs-GLichstromquelle 19 ist mit der Anheftelektrode 16 verbunden und der negative Pol bei 20 geerdet.

Das hohe Potential von beispielsweise etwa 2 kV bis etwa ΓΌ kV an der Anheftelektrode 16 erzeugt einen steilen Spannungsgradienten zwischen der Elektrode 16 und der Folie 12. Da die Luft in der Nähe der Elektrode 16 ionisiert wird, übertragen die positiv geladenen Ionen in der Luft eine Ladung auf die Folie IZ Wenn die geladene Folie 12 die Gießtrommel 13 erreicht, wird sie elektrostatisch fest gegen die Trommel 13 angezogen, und da die Folie 12 in dieser Phase verhältnismäßig weich ist und die Gießtrommel 13 eine hochpolierte Oberfläche hat, dient diese Anziehung gleichzeitig dazu, der Folie 12 Hochglanz zu verleihen.

Der Anheftelektrode 16 kann Wärme zugeführt werden, indem eine Spannung aus der Niedersparinungs-Wechselstromquelle 21 an sie gelegt wird. Diese Spannung ist genügend hoch, um die Temperatur der Anheftelektrode 16 über die Kondensationstemperatur aller Dämpfe zu erhöhen, die durch das geschmolzene, aus der Breitschlitzdüse 10 abgezogene Polymere erzeugt werden. Beispielsweise wird die Elektrode 16 bei der Herstellung von Polyäthylentereshthalatfolie im allgemeinen auf eine Temperatur über etwa 250⁰C, vorzugsweise auf etwa 275° bis 350° C, erhitzt.

Die Mindesttemperatur, auf die die Anheftelektrode 16 beim Gießen eines bestimmten Polymeren erhitzt werden muß, läßt sich leicht durch Erhitzen des Polymeren auf seine Strangpreßtemperatur und anschließende Messung der Kondensationstemperatur d^r abgegebenen Dämpfe e.-mitteln. Die Beheizung erfolgt in F i g. 1 elektrisch, jedoch können auch beliebige andere Heizvorrichtungen verwendet werden. Beispielsweise kann oie Elektrode 16 durch Leitung oder Konvektion aus einer anderen Wärmequelle, die nicht elektrisch ist, beispielsweise durch Umwälzen einer erhitzten Flüssigkeit durch eine messerförmig ausgebildete Hohlelektrode 16 erhitzt werden. Da ferner Länge, Durchmesser und Zusammensetzung der verwendeten Elektrode 16 bekannt sind, läßt sich die zum Erhitzen der Elektrode 16 auf die gewünschte Temperatur erforderliche Spannung leicht in jedem einzelnen Fall bestimmen.

Besondere Betonung wurde vorstehend auf die Verwendung einer erhitzten Anheftelektrode 16 in Verbindung mit der Kühlstufe gelegt. Kondensierbare Dämpfe können jedoch in jedem Fall entwickelt

werden, indem eine Folie 12 während ihrer Herstellung beispielsweise durch Reibung an ihren Kanten während des Transports oder durch Erhitzen während des Reckens erwärmt wird. Es ist somit offensichtlich, daß eine Beheizung der Anheftelektrode 16 zu vorteilhaften Ergebnissen überall dort führen kann, wo mit elektrostatischer Anheftung bei der Herstellung von Kunststofffolien gearbeitet wird.

In Fig. 2 ist der positive Pol der Hochspannungs-Gleichstromquelle 19 mit der Anheftelektrode 16 verbunden und der negative Pol bei 20 geerdet. Die Elektrode 16 ist zum Ausgang eines den zum Erhitzen der Elektrode 16 auf die gewünschte erhöhte Temperatur notwendigen Strom liefernden Isoliertransformators 21 in Serie geschaltet.

Auf der Primärseite des Isoliertransformators 21 kann gegebenenfalls ein geeigneter Regler, beispielsweise ein siliciumgesteuerter Gleichrichter oder pin Regeltransformator verwendet werden, um die an den Isoliertransformator 21 gelegte Spannung zu ändern. Hierdurch ist es möglich, die Spannung an der Anheftelektrode 16 zu ändern, wenn deren Länge, Durchmesser oder Zusammensetzung geändert werden. Gegebenenfalls kann auch ein Amperemeter 23 an der Primärseite des Isoliertransformators 21 zur Messung von Stromänderungen verwendet werden.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele der Herstellung einer Polyesterfolie von 2,34 mm Dicke und 71 cm Breite erläutert.

Vergleichsbeispiel

Polyethylenterephthalat mit einer Grenzviskosität von 0,55 bis 0,67, hergestellt durch Umesterung von Dimethylterephthalat und Äthylenglykol und anschließende Polymerisation, wurde aus einer üblichen Breitschlitzdüse bei einer Temperatur von 275°C mit einer Geschwindigkeit von 499 kg/Stunde auf eine Gießtrommel mit einer Oberfläche aus hochpoliertem Chromstahl stranggepreßt. Diese Trommel wurde durch Umwälzen von Kühlwasser von 20⁰C durch die Trommel bei einer Oberflächentemperatiir von etwa 25° bis 30°C gehalten und mit einer Oberflichengeschwindigkeit von 12,7 m/Minute gedreht. Hierdurch wurde eine Einschnürung von etwa 22,2 mm zwischen ■ der aus der Strangpresse austretenden Folie und der auf die Trommel auftreffenden Gießfolie gebildet.

Ein Stahldraht mit einem Durchmesser von 0,2 mm und einer Länge von 81,3 cm wurde im Abstand von 19 mm unter den Lippen der Breitschlitzdüse im

in Abstand von 16 mm von der Oberfläche der auf die Gießtrommel zulaufenden Folie und im Abstand von 10 mm von der Linie, an der die stranggepreßte Folie erstmals die Gießtrommel berührt, straff gespannt Dieser zum Anheften der Folie auf die Trommel

r> dienende Draht war mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle über einen in geeigneter Weise isolierten Draht verbunden. Der negative Pol der Glpirhstromniipllp und Hip Ki'ihltmmmel waren ρρργΗρΙ An die Drahtelektrode wurde eine Spannung von 6,5 kV

JH gelegt. Hierdurch wurde eine solche Ladung auf die Folie übertragen, daß sie fest auf die Trommel gezogen wurde. Die Folie wurde 8 Stunden mit den erforderlichen Oberflächeneigenschaften hergestellt. Nach dieser Zeit nahmen die Oberflächenfehler bis zu einem Punkt

j', zu, an dem die Folie unbrauchbar wurde. Diese Fehler waren dt.i Abscheidungen zuzuschreiben, die sich auf der Drehelektrode angesammelt hatten. Die Elektrode wurde dann ausgewechselt.

,„ Beispiel

Der im Vergleichsbeispiel beschriebene Versuch wurde erfindungsgemäß wiederholt, indem die Drahtelektrode auf eine Temperatur von 320⁰C durch Hindurchleiten eines Stroms von 1,5 A aus einem i'i Isolationstransformator durch den Draht aufgeheizt wurde. Unter diesen Bedingungen hatte die Drahtelektrodc eine Lebensdauer von 42 Stunden, bevor die Oberflächenfehler in der Folie ihren Ersatz notwendig machten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verhindern bzw. Beseitigen von aus kondensierbaren Dämpfen entstehenden Ablagerungen auf einer beheizten, elektrostatische Aufladungen erzeugenden Elektrode bei der Herstellung von thermoplastischen, durch die elektrostatischen Aufladungen auf einer bewegten Oberfläche gehaltenen Polymerfolien, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode elektrisch oder durch eine in der Elektrode umgewälzte erhitzte Flüssigkeit auf eine Temperatur oberhalb der Kondensationstemperatur der Dämpfe aufgeheizt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektrode ein oder mehrere Drähte oder eine messerförmig ausgebildete Hohlelektrode verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode auf Temperaturen zwischen 275" und 350~C aufgeheizt wird.