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Kontinuierliches Verfahren zur Erzeugung einer heißkaschierten Schichtfolie
Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur erzeugung einer heißkaschierten
Schichtfolie aus einem Polyolefinfilm und einer Polie aus anderem Materials Ihr
liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren, bei dem ein Polyolefinfilm mit
einer polaren und einer unpolaren Oberfläche verwendet wird, zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein kontinuierliches Verfahren zur Erzeugung
einer heißkaschierten Schichtfolie aus einem eine polare und eine unpolare Oberfläche
aufweisenden PolyoleSinfilm und einem Substrat aus einem anderen Material, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Polyolefinfilm und das Substrat eine vorbestimmte Bahn,
auf der sie eine erste Druckzone passieren, die von einem ersten druckgebenden körper
und einem rotierenden konvexen heizkörper mit gegenüber der unpolaren Oberfläche
des Filmes klebabweisender Oberflache gebildet wird, derart geführt wird, daß die
unpolare
Oberfläche des Filmes dem Heizkörper zugewandt ist, die
Bewegung von Film und Substrat gegen den Heizkörper auf bogenförmiger Bahn fortgesetzt
wird, wobei der Film durch die umgebende Temperatur so erhitzt wird, daß er semiviskos
wird, silm und Substrat eine zweite Druckzone passieren, die von einem zweiten druckgebenden
Körper und dem Heizkörper derart gebildet wird, daß die polare Oberfläche des Filmes
engen Kontakt mit der Substratfolie bekommt und die Berührungsflächen unter Ausbildung
einer permanenten chemischen Bindung heiß verkleben und die Klebkraft zwischen Film
und Substrat wesentlich größer ist als die klebkraft zwischen der unpolaren Oberfläche
des Filmes und dem Heizkörper, so daß der Film vom Heizkörper abgezogen werden kannf
wenn er mit dem substrat verklebt ist, wonach die Schichtfolie kontinuierlich weitergeführt
wird.
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Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Erzeugung einer
heißkaschierten Schichtfolie aus einem Film aus thermoplastischem Material und einer
Substratfolie, wobei der Film in einem nicht erwärmten Zustand gehalten wird, bis
unmittelbar vor dem Kaschieren, wo der Bilm auf eine Temperatur erhitzt wirdy die
ausreicht, ein Verkleben mit dem Substrat bei Anwendung von Druck zu ermöglichen
Der thermoplastische Film wird von einem Heizkörper getragen, welcher eine beheizte
Oberfläche mit klebabweisenden Eigenschaften mit Bezug auf den Film hat, so daß
der Film nur
leicht am Heizkörper anhaftet, wenn ein Polyolefinfilm
verendet wird, wird eine Oberfläche polar gemacht, während die andere Oberfläche
unpolar bleibt, und es ist die unpolare Oberfläche, die mit der heißen Oberfläche
des Heizkörpers in Kontakt kommt, während die polare Oberfläche die Zwischenfläche
des laminates bzw. der Schichtfolie wird. Das Verfahren kann kontinuierlich ausgeführt
werden, und der thermoplastische Film und die oubstratfolie können aus einer Anzahl
verschiedener erhältlicher xaterialien sein, obwohl vorzugsweise ein Polyolefin
als Film benutzt wird.
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Die Erfindung soll nun ins Einzelne gehend beschrieben werden Dabei
wird auf die beigefügten Figuren Bezug genommen, von denen zeigen: Fig. 1 eine schCmatische
Darstellung einer Ausführungsform einer Anlage, welche zur Durchführung des Verfahrens
nach der Erfindung verwendet werden kann, Fig. 2 eine schematische Darstellung einer
anderen Ausführungsform einer Anlage, welche zur Durchführung des Verfahrens - nach
der Erfindung verwendet werden kann.
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In dem USA-Patent 3 360 412 des anmelders ist die Herstellung
einer
heißkaschierten Schichtfolie aus einem thermoplastischen Film und einem Substrat
beschrieben, wobei die Hitze für das tteifsverkleben oder Heißkaschieren durch das
Substrat geliefert wird. Der Film wird im kalten Zustand gehalten, bis er mit dem
erhitzten Substrat unter Druck in engen Kontakt kommt, wodurch die heißkaschierte
Schichtfolie entsteht. Der Film kann irgendein im Handel erhältliches thermoplastisches
material sein, obwohl Polyolefinfilme, insbesondere Polyäthylenfilme, bevorzugt
werden. Es können jedoch auch andere thermoplastische Filme verwendet werden, wie
solche aus Vinylacetat, Polyvinylidenchlorid, Zelluloseacetat, Polyvinylchlorid,
Vinylchlorid-Vinylacetat-Copolymerisat, Äthylzellulose, Zellulosetriacetat, chlorierter
Kautschuk (Pliofilm), Polystyrol, Polyvinylalkohol, Polyvinylbutyral und Polyvinylacetat.
Der Film muß mit dem Substrat heiß verklebbar sein, so daß eine Oberfläche des Filmes
polar sein muß.
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Wenn der Film ein Polyolefin, wie z. Bo ein Polyäthylenfilm, ist,
ist es erforderlich, eine Oberfläche deses Filmes polar zu machen, z Bo durch Oxydation
mittels Gasflamme oder Corona-Entladung, wie im USi-Patent 3 360 417 offenbart.
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Beide Methoden sind zur Aktivierung der Oberfläche eines Polyolefinfilmes
bekannt.
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Das Substrat kann von irgendeinem der auf dem Verpackungssektor bekannten
Eaterialien sein, wie z. B. aus Kraftpapier,
Pappe, Zellophan, Pergaminpapier,
einseitig mit Saran beschichtetes Cellophan, Sulfitpapier, Folien aus Holz schliff,
Metallfolien und dergleichen.
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Die Substratfolie wird andere physikalische und chemische Eigenschaften
haben wie der Thermoplastfilm, obwohl flhermoplastfilme auch als Substrat benutzt
werden können.
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Bevor der Thermoplastfilm und die Substratfolie in engen Kontakt miteinander
kommen, wird das Substrat vorzugsweise vorgewärmt auf eine Temperatur, die wesentlich
unter der Schmelztemperatur des Polyolefinfilmes liegt. Dies beschleunigt die chemische
und mechanische Bindung der Be rührungsflächen von Film und Substrat. Das Substrat
darf nicht auf eine Temperatur erhitzt werden, die seine chemischen und mechanischen
Eigenschaften in unerwünschter Weise verändert. So werden verschiedene Papiere bei
intensivem Erwärmen wasserfrei, wodurch das Material schwach, spröde, nicht verformbar
und nicht schneidbar wird. Andere Substratpapiere und Mappen erleiden, wenn sie
stark erwärmt werden, Farbänderungen, In gleicher Weise können bedruckte bubstratpapiere
eine Veränderung der Druckfarbe erfahren, wenn sie längere Zeit einer relativ hohen
Temperatur ausgesetzt werden. Es ist gefunden worden, daß für die meisten substrate,
insbesondere aus Papier oder Pappe, ein Vorwärmen auf Temperaturen zwischen 65 und
99 °O zu den besten Brgebnissen
Sührt.
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Der Thermoplastfilm kann in kaltem Zustand gehalten werden, bis er
auf den Heizkörper aufgebracht wird. Der Heizkörper ist eine drehbare Heiztrommel
oder beheizte Walze, welche einen Teil des Druckkörpers darstellt, da die beheizte
Walze auch als Teil des Vlalzenspaltes dient. Wenn ein Polyolefin verwendet wird,
berührt die unpolare Oberfläche des Filmes die heiße alze, während die behandelte
Oberfläche des Filmes nach außen gerichtet ist und zwangsläufig eine Zwischenfläche
des Schichtstoffes wird. Die Heizwalze wird auch mit einer Oberfläche versehen,
die mit bezug auf die heiße unbehandelte oder unpolare Oberfläche des Polyäthylenfilmes,
wenn ein solcher verwendet wird, klebabweisende Eigenschaften aufweist. Wenn daher
der Film auf seine Schmelztemperatur erhitzt wird, die für einen Polyolefinfilm
geringer Dichte bei 138 oO liegt, klebt die unbehandelte Oberfläche des Filmes leicht
an der heißen Oberfläche der Heizwalze an. Wenn danach der Film in engen Kontakt
mit dem Substrat gebracht wird und Druck ausgeübt wird, entsteht chemische und mechanische
Bindung zwischen der behandelten Oberfläche des Filmes und dem Substrat, so daß
eine heißkaschierte Schichtfolie gebildet wird. Die Haftung zwischen den Berührungsflächen
des Laminats ist wesentlich größer als die schwache Kohäsion zwischen der unbehandelten
Oberfläche des Filmes und der heißen Oberfläche der Walze, so daß, wenn die Schichtfolie
im Walzenspalt
gebildet ist, der Film leicht von der Heizwalze
abgezogen werden kann. Die Schichtfolie wird danach abgekühlt und von einer Walze
aufgenommen; sie ist besonders als Verpackungsmaterial geeignet.
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Es wird jetzt auf die Fig. 1 Bezug genommen, die eine Ausführungsform
einer Anlage zur Durchführung des Kaschiert verfahrens nach der Brfindung zeigt.
Das Substrat S wird von der Rolle 10, die auf einem Ständer 11 drehbar befestigt
ist, abgezogen. Um sicherzustellen, daß das Substrat 5 zum Kaschierspalt unter gleichbleibender
Spannung, unabhängig vom Durchmesser der Rolle 10 gelangt, ist es zweckmäßig, daß
eine einstellbare Vorrichtung zur Aufrechterhaltung konstanter Spannung vorgesehen
wird; eine solche ist in der Figur nicht gezeigt. In gleicher Weise sollte eine
Kantenführungsvorrichtung vorgesehen sein, um sicherzustellen, daß das Substrat
mit der Lhermoplastfolie ausgerichtet in den Kaschierspalt gelangt, unabhängig von
der Dicke der Substratvorratsrolle 10 oder den Druckänderungen an dieser Rolle.
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Das Substrat S wird dann über eine Spannwalze 12 gezogen, welche F-ischgrätenprofil
haben kann, um die Polie zu glätten, aber die besondere Konstruktion bzw, Profilierung
der Spannwalze 12 hängt von der Art des Substrates ab.
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Das Substrat wird dann über eine Vorheizrolle 13 gezogen,
welche
zylindrische Gestalt hat, und die durch Dampf oder durch andere umlaufende wärmeübertragende
Strömungsmittel auf eine Temperatur geheizt wird, durch welche das Substrat auf
eine Temperatur von etwa 65 bis 99 °C erhitzt wird. Das Vorheizen des Substrates
beschleunigt die Bindung von Substrat und thermoplastischem Film; es ist jedoch
nicht nötig, das Substrat vorzuwärmen. bas Substrat wird dann über eine Spannrolle
14 geführt, bevor es in den Kaschierspalt eingefuhrt wird. Die Spannrolle 14 kann
ebenfalls ischgrätenprofilierung haben, aber auch andere Rollen können verwendet
werden.
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Der thermoplastische *'ilm F wird von der Rolle 15 abgezogen, die
drehbar auf einem Schaft des Schitpaares 16, das von einem Schwenkarm 17 getragen
wird, gelagert ist. Der Arm 17 ist drehbar auf einem turmartigen Abwickelständer
19 durch den Drehzapfen 18 befestigt. Die zweite Rolle 15a für das thermoplastische
Material ist auf dem anderen Schaft 16 des Abwickelständers 19 aufgesteckt, so daß
eine Reserverolle zur Verfügung steht, wenn die eine Vorratsrolle aufgebraucht ist.
Der Ständer 19 ist von solcher Konstruktion, daß Kopfsplice mit Bezug auf die Filmrollen,
die benutzt werden, möglich ist, wodurch ein kontinuierliches Arbeiten gesichert
ist. Das System zur Einführung des thermoplastischen Filmes in den Kaschierspalt
sollte mit einer empfindlichen Abwickelbremse versehen sein, die die Spannung konstant
halt,
um zu vermeiden, daß der Film übermäßiger 3pannung ausgesetzt
wird, was zum Verstrecken, zur Faltenbildung und Schrumpiang in Querrichtung führt.
Es ist auch zweckmäßig, das Einführsystem mit einer Filmband-Äusrichtevorrichtung,
wie die Kantenführvorrichtung im Zuführsystem des Substrates zum Walzenspalt, zu
versehen, wodurch Film und substrat genau ausgerichtet sind, wenn sie in den Walzenspalt
eintreten Der thermoplastische Film wird zwischen einem Paar Haltewalzen 20 hindurchgeführt,
welche nicht nur einen Spleiß zwischen den finden der beiden ollen thermoplastischen
Filmes bewirken, sondern auch die Filmspannung konstant halten, wenn mindestens
eine der beiden Haltewalzen 20 von dem Kaschierwalzenpaar her angetrieben wird.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform ist vorzugsweise mindestens eine
der Haltewalzen 20 in Antriebsverbindung mit den Easchierwalzen, so daß die Haltewalzen
20 auch als Spannungsausgleichsvorrichtung dienen.
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Der Film F wird dann über eine Spannrolle geführt, die, wenn gewünscht,
eine Fischgrätenprofilierung haben kann, obwohl auch andere opannrollen vorgesehen
sein können, wie z. B0 eine angetriebene Mt-Hope oder eine angetriebene Glättrolle.
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Der Film wird dann über eine rolle 41 gezogen, die aus metall ist,
aber mit einem Mantel aus Silikonkautschuk einer Dicke von 9,52 bis 6,3 mm (3/d
bis 1/4 inch) versehen ist.
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ist Eine Stützrolle 22 mit Spiralmantel/hinter der Rolle 21, diese
berührend, angeordnet und dient zum zählen der Rolle 21. Zu diesem Zweck läuft ein
Kühlmittel, wie wasser oder dergleichen, schnell durch die Rolle 22, so daß diese
zur laufenden Entfernung der iJärme von der Rolle 21 führt.
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Diese Wärmeaustauschwirkung zwischen den Rollen 21 und 22 reicht aus,
die Temperatur der Oberfläche der Rolle 21 unter der ',emperatur zu halten, bei
welcher der Film anfängt, heiß zu werden, sich zu verstrecken oder zu verziehen
oder an der Rolle 21 anzukleben.
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Die Filmheizrolle 23 ist in Lagerkontakt mit der Rolle 21 angeordnet,
und der Film F wird zwischen den Rollen 21 und 2) hindurch und über die letztere
gezogen, welche dazu dient, den Film so zu erwärmen, das er wenigstens semiviskos
wird oder mindestens die Keißkaschiertemperatur annimmt. Die Heizrolle 23 hat-Spiralmantelkonstruktion
und kann auf eine Temperatur aufgeheizt werden, welche ein Erhitzen des Filmes bis
zu seiner Schmelztemperatur gestattet. wenn Polyäthylen niedriger Dichte als Film
F benutzt wird, kann die Oberflächentemperatur der Heizrolle 23 113 °C betragen,
wenn der Film aus anderen Polyäthylentypen oder anderen thermoplastischen Materialien
ist, können höhere Temperaturen zur darreichung der Heißkaschiertemperatur erforderlich
sein. Die Heizrolle 23 ist ebenfalls mit einer Oberfläche versehen, welche klebabweisende
Eigenschaften mit Bezug auf den heißen thermoplastischen Film hat;
in
der gezeigten Ausführungsform ist der Spiralmantel mit einem Teflonfilm oder einem
glänzenden gehärteten Silikonanstrich, welche besondere klebabweisende Eingenschaften
gegen die unbehandelte Polyäthylenoberfläche hat, versehen, oder er hat eine hartchromplattierte
Oberfläche, welche entweder poliert oder vorzugswelse geätzt oder zu einem matten
Finish sandstrahlgeblasen ist.
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Es ist wieder heraussustellen, daß der Film F so lange unerwärmt bleiben
soll, bis er in Kontakt mit der Heizrolle 23 gelangt. enn ein Polyolefinfilm, wie
ein Polyathyrlenfilm, verwendet wird, wird die unbehandelte Oberflache des Filmes
die Fläche sein, welche mit der Heizrolle 23 in Eingriff gelangt, die behandelte
oder polare Oberfläche wird nach auswärts gerichtet sein. 3ei dieser besonderen
Anordnung wird der Film F, wenn er erhitzt ist, nur leicht an der Oberfläche der
Heizrolle 23 anhaften. Die Adhäsion des semi-viskosen Filmes mit Bezug auf die Oberfläche
der Heizrolle 23 ist wesentlich geringer als die Adhäsionskraft zwischen Film und
Substrat. Dies ist der Tatsache zuzuschreiben, daß die Oberfläche der Heizrolle
klebabweisende Eigenschaften mit Bezug auf den Polyolefinfilm oder den anderen Film,
der verwendet wird, hat, und wenn Polyäthylen verwendet wird, wird er so geführt,
daß seine unbehandelte Seite der Heizrolle 25 zugewandt ist.
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Die Heizrolle 23 wird mit einem geeigneten Antriebsmittel versehen,
das die Rolle rotiert, so daß diese auch zur veiterbeförderung des Filmes dient.
Die silikonkautschuküberzogene Rolle 21 sowie die Eühlrolle 22 werden nicht direkt,
sondern indirekt durch Werbindung mit der Heizrolle 23 angetrieben. 3ine Kaschierrolle
24, welche mit einem geeigneten Überzug aus Silikonkautschuk oder dergleichen versehen
ist, arbeitet mit der Heizrolle 29 zur bildung der Schichtstoffolien zusammen. Diese
Kaschierrolle 24 wird nicht direkt angetrieben, sondern durch Verbindung mit der
Heizrolle rotiert und arbeitet mit letzterer zusammen, um das Substrat S und den
heißen Film B in innigen Kontakt miteinander zu bringen.
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Die Kæschierrolle 24 kann zur Heizrolle 23 hin oder von ihr weg mittels
geeigneter Luftzylinder bewegt werden, um den Walzenspalt zu verengen. Es ist gefunden
worden, daß der maximale Druck, der auf das Substrat S und den Film F ausgeübt werden
sollte, etwa 18 kg/cm Walzenspalt betragen sollte.
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Wenn der erhitzte Film in engen Kontakt mit dem Substrat 5 gebracht
wird, bildet die behandelte oder polare Oberfläche des Filmes die Berührungsfläche
des so gebildeten Laminates, und die Klebkraft zwischen dem Film F und dem Substrat
S ist wesentlich größer als die klebkraft zwischen dem Film F und der heißen Oberfläche
der Heizrolle 23. Wenn so der Film und das Substrat zusammen kaschiert worden sind,
wird
der Film laufend von der ileizrolle 23 abgezogen, obwohl der
Film in semi-viskosem Zustand ist.
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Die Kaschierrolle 24, die mit einem hitzebeständigen und hitzewiderstandsfähigen
ueberzug versehen ist, braucht keine klebabweisenden Eigenschaften zu haben, da
nur die Substratfläche mit ihr in Kontakt kommt, ausgenommen, wenn das Substrat
bricht oder hin- und herläuft, durch einen Unfall, ein nicht richtiger Funktionieren
der Anlage oder einen Irrtum des die anlage BedienendenO Die Aaschierrolle 24 ist
jedoch vorzugsweise mit einem Silikonkautschuk versehen.
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Die Schichtfolie wird dann über ein Paar angetriebener Kühlzylinder
25 geführt, welche zum Abkühlen der fertigen Schichtfolie L direkt vor deren Aufwickeln
dient. Die Schichtfolie L wird danach einer eine Spannrolle 26 gezogen und endgültig
aufgewickelt unter Bildung einer Rolle 27, welche von einem Aufnahmestativ 28 getragen
wird. Es ist herauszustellen, daß, wenn ein Polyolefinfilm verwendet wird, die Oberfläche
des Filmes, welche die freie Oberfläche des Schichtstoffes L bildet, die unbehandelte
Oberfläche des Filmes ist.
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ei dieser Anordnung wird keine oder nur gerihge Tendenz zum ankleben
der Schichtfolie vorhanden sein.
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Mit Bezug auf die Behandlung der Oberfläche des Polyole finfilmes
ist zu sagen, daß eine Oberfläche des Filmes vorbehandelt sein kann oder eine geeignete
Behandlungsvorrichtung in das vorliegende System einzubauen ist.
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enn die Behandlungsvorrichtung oder der Behandlungs mechanismus in
die vorliegende Anlage eingebaut wird, ist es am zweckmäßigsten, zwischen der Vorratsrolle
des Filmes F und dem Xaschierrollensatz, so daß der Film F kontinuierlich auf einer
Oberfläche behandelt werden kann, um diese polar zu machen.
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Es ist auch herauszustellen, daß die Schichtfolien, welche nach dem
Verfahren gemäß der Erfindung hergestellt worden sind, viele günstige Eigenschaften
und Merkmale aufweisen, wenn sie mit Schichtfolien, wie nach der zxtrusionsbeschichtung
hergestellt worden sind, verglichen werden.
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Bei der Extrusionsbeschichtung wird das Substrat mit einem thermoplastischen
Material überzogen, das auf die Oberfläche des Substrates extrudiert worden ist.
Dieses Verfahren erfordert, daß das thermoplastische material auf eine extrem hohe
Temperatur erhitzt wird, damit es im flüssigen Zustand extrudiert werden kann. Die
Hitze hierbei führt zur Oxydation der Oberfläche eines Polyolefins, wie Polyäthylen,
wenn diese Art Polymerisat verwendet wird.
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Wegen dieser Oberflächenoxydation des Filmlaminates kann dieses mit
sich selbst nicht bei den gleichen Temperaturen
heii versiegelt
werden, vielmehr liegen die Heißsiegeltemperaturen wesentlich höher als bei Schichtfolien,
die nach dem Verfahren gemäß dieser Srfinuung gebildet sind.
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s ist gefunden worden, daß die Heißsiegeltemperatur der durch Extrusionsbeschichtung
hergestellten Schichtfolien von Rolle zu Rolle variiert, was ein häufiges Unterbrechen
des Heißsiegelns beim Verpacken zur Folge hat, wenn extrusionsbeschichtete Schichtfolien
verwendet werden.
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Obwohl der Film bei dem Verfahren nach der Erfindung so erhitzt wird,
daß er semi-viskos wird, ist die Temperatur doch wesentlich niedriger als die Extrusionstemperatur,
so daß unerwünschter Geruch, der bei Anwendung hoher Temperaturen, und also auch
beim Sxtrusionsbeschichten, auftritt, beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht entsteht.
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Es ist auch gefunden worden, daß die Schichtf-olien, die nach dem
vorliegenden Verfahren hergestellt worden sind, nicht dazu -neigen, sich zu wellen,
was ein weiterer Jachteil der Extrusionsbeschichtung ist. Das Wellen der Schichtfolien,
die nach dem Extrusionsverfahren erhalten worden sind, resultiert nicht nur aus
dem Unterschied der Wärmeausdehnungskoeffizienten des Polymerisates und des Substrates,
sondern auch von den extremen Temperaturunterschieden zwischen Substrat und extrudiertem
Polymerisat. Beim Extrusionsbeschichten wird der Film manchmal auf eine Temperatur
von nahezu 316 On erhitzt, während das Substrat
gar nicht oder
nur wenig erwärmt wird. Die Temperaturdifferenz plus der erhebliche unterschied
in den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Materialien führt zu dem nicht erwünschten
Wellen während des Abkühlens der Schichtfolie. Bei dem Verfahren nach der Erfindung
wird jedoch auf eine Temperatur erhitzt, die ausreicht, den Bilm semi-viskos zu
machen und,wenn der Film über die Heizrolle geführt wird, tritt eine Temperwirkung
ein, durch welche die im Film entstandenen Spannungen beseitigt werden. wenn ein
Polyolefin als Film verwendet wird, wird der Film über die Heizrolle geführt, wobei
er so erhitzt wird, daß er wenigstens semi-viskos wird.
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iJie strukturellen Spannungen des Filmes werden aufgehoben, wenn der
Film noch flüssiger gemacht wird, und da der Film über seine ganze Breite von der
Heizrolle getragen wird, heben sich die Spannungen im wesentlichen auf, bevor der
Film mit dem Substrat verbunden wird, una in dem silm wird nur eine gering e tendenz
bestehen, inf-olge des Eintretens des Phänomens der Erinnerung zu schrumpfen.
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Die Spannungen oder Dehnungen in einen, wie Polyolefinfilmen, sind
das ergebnis von beiden, der art, in welcher der Film ursprünglich extrudiert wurde,
sowie der Molekularstruktur des Filmes selbst. Das unerwünschte ellen von Schichtfolien,
die nach dem Extrusionsverfahren hergestellt wurden, wird bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren vermieden.
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aus den vorangehenden Absätzen geht hervor, daß bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren der thermoplastische Film selbst erhitzt wird, bis er semi-viskos ist,
obwohl dieser Film in einem dimensionsstabilen Zustand gehalten wird bis unmittelbar
vor dem Kaschieren. Der Film wird, wenn er auf seine Kaschiertemperatur erhitzt
wird, getragen, damit eine Temperwirkung im i'ilm eintreten kann, wodurch ein Schrumpfen
vermieden wird, was zum ellen des Substrates führen würde. Aus dem Vorstehenden
geht auch hervor, daß bei dem erfindungsgemäixen erfahren ein thermoplastischer
Film, vorzugsweise ein Polyolefinfilm, wie Polyäthylen, in semi-viskosem Zustand
mit irgendeinem im Handel erhältlichen Substrat, wie Papier, Pappe, Folien oder
anderen thermoplastischen Folien und dergleichen heißkaschiert wird. Obwohl das
Substrat vorgewärmt werden kann, wird die Hauptwärme, die die Heißkaschierung bewirkt,
direkt dem Thermoplastfilm aufgebracht, unmittelbar vor der Kaschierstufe, aber
in einer Art, daß die Dimensionsstabilität des Filmes nicht beeinflußt wird.
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Die Spannrollen für den thermoplastischen Film, die gezeigt sind,
oder zusätzliche Spannrollen , können verwendet werden, um ein ausreichendes Strecken
des Filmes zu bewirken, so daß aufdruck auf den ilm zur gewünschten Größe gestreckt
werden können. wufdrucke auf
dem Film werden in untermaL oder kurz
gedruckt, und der Film wird dann um den gewünschten Betrag gestreckt, bevor er in
die Kaschierwalze eingeführt wird, um den Auldruck in die geeignete Größe zu bringen.
Dieses Spannen des thermoplastischen Filmes zum Strecken oder Vergrößern des Aufdruckes
kann in der gleichen Weise vorgenommen werden wie in dem USA-Patent 3 360 412 beschrieben.
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Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, auf der eine andere Anlage
zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung gezeigt ist. Es ist herauszustellen,
daß der Film aus irgendeinem der im edel erhältlichen thermoplastischen Materialien
ausgewählt werden kann, obwohl Polyolefinfilme, insbesondere Polyäthylenfilme, bevorzugt
werden0 Der Film hat eine behandelte Oberfläche, d.h. er ist durch Corona-Entladung
oder eine Glasflammenoxydation polar gemacht worden, wie in dem USA-Patent 3 360417
beschrieben.
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Auch das Substrat kann aus irgendeinem der Materialien, die in Verbindung
mit der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform aufgezählt sind, bestehen. Es ist jedoch
herauszustellen, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 2 Vorwärmen des Substrates
über Raumtemperatur nicht nötig ist.
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Auch der Thermoplastfilm wird in eine nicht erwärmten Zustand belassen,
so daß der Film Raumtemperatur hat, bis er zum Heizkörper kommt. Der heizkörper
dieser Anlage
besteht auch aus einem drehbaren beheizten Zylinder,
welcher einem Teil des Druckaufbringemittels darstellt una als eine Haltewalze dient.
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Das substrat 51 wird von einer Substratvorratsrolle 50 abgewickelt,
welche in geeigneter Weise auf einem Abwickelstativ 52 befestigt ist. bs ist wieder
herauszustellen, daß das Abwickelstativ mit einer geeigneten Vorrichtung zur Konstanthaltung
der Spannung versehen sein kann, obwohl keine solche Vorrichtung in dieser Zeichnung
dargestellt ist. Der thermoplastische Film 53 wird von einer Rolle 54 abgewickelt,
welche auf einem Schaft 55 sitzt, der wiederum von einem bwickelstativ gehalten
wird. Es kann ein Trum-Abwickelstativ 19 vorgesehen sein, so daß eine Reserverolle
mit thermoplastischem Material zur Verfügung steht und ein Kopfspleißen vorgenommen
werden kann, wie bei der anlage, die in Verbindung mit Fig. 1 offenbart ist. Außerdem
kann eine empfindliche Abwickelspannungsbremse oder Vorrichtung vorgesehen 3ein,
um zu vermeiden, daß der Film übermäßigen Spannungen ausgesetzt wird, was zu Verstrecken,
Kräuseln und Schrumpfen in Querrichtung zur Folge haben kann. Die Anlage kann außerdem
mit einem geeigneten Filmausrichtungsgerät versehen sein, wie einer Kantenführvorrichtung,
wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben.
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Der Film 55 hat eine unbehandelte Oberfläche 56 und eine behandelte
Oberfläche 57, letztere ist entweder durch Gasflammenoxydation oder durch Oorona-£'ntladung,
wie im USA-Patent 3 360 417 beschrieben, behandelt, Beide dieser Verfahren sind
als Verfahren zum Aktivieren einer Polyolefinfilmoberfläche bekannt.
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Das Substrat 51 wird über eine mit Gummi überzogene Rolle 58, welche
von den Armen 59 einer Halterung 16 getragen wird, geführt. Die Halterung 60 umfaßt
auch ein Stativ 61, welches einen antreibbaren beheizten Zylinder 62 trägt.
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Der Zylinder 62 viird entweder durch Dampf oder ein anderes erhitztes
Strömungsmittel beheizt, so daß die Oberflächentemperatur im Bereich von etwa 110
bis 150 °C liegt. Der Zylinder besteht aus Metall, und die Letalloberfläche ist
mit einem klebabweisenden b!berzug aus Teflon, Silikon, Lack oder dergleichen versehen.
Der Zylinder 62 arbeitet mit der Rolle 58 zusammen, einen Druck von etwa 12,6 bis
90,0 kg/cm Walzenspalt ausübend.
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Es ist zu bemerken, daß das substrat und der Film durch den von dem
Heizzylinder 62 und der Rolle 58 gebildeten Walzenspalt hindurchgeht derart, daß
der Film direkt in Kontakt mit dem Zylinder 62 steht, während das ,Substrat auf
der Außenseite läuft. Die unbehandelte Oberfläche 56 des Filmes 53 berührt die Oberfläche
der Heiztrommel,
während die behandelte Oberfläche 57 in Kontaktberührung
mit dem Substrat 51 gelangt. Der Film und das Substrat werden in dieser Lage mit
Bezug auf den Heizzylinder 62 gehalten und danach durch den Walzenspalt geführt,
welcher von dem zylinder 62 und einer gummibeschichteten Rolle 63 gebildet wird,
welche auf den Tragearmen 64 einer Halterung 60 aufgesteckt ist. er Druck, der durch
die Rolle 63 und den Zylinder 62 ausgeübt wird, liegt ebenfalls im Bereich von 12,6
bis 90,0 kg/cm Walzenspalt. Der Film und das Substrat werden zusammen kaschiert
unter Bildung der Schichtfolie 65, wenn das Substrat und der Film durch den von
dem beheizten Zylinder 62 und der Rolle 63 gebildeten Walzenspalt hindurchgeht.
Obgleich in der Ausder Film führungsform nach Fig. 2/ gegen den Heizzylinder 62
in einem Bogen von 180 ° gehalten wird, kann der Bogen oder die Umwicklung in einem
Bereich von 10 bis etwa 360 ° liegen, wenn dies gewünscht wird. Die Größe der Oberfläche
des Heizzylinders 62, gegen welche der Film gehalten wird, hängt ab von der Geschwindigkeit,
in welcher Film und Substrat geführt werden.
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bs ist noch zu bemerken, daß in der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform
der Film auf seine ochmelztemperatur durch direkten Kontakt mit dem beheizten Zylinder
62 erhitzt wird, der Film tatsächlich zwischen dem Heizzylinder 62 und dem substrat
gehalten wird, was die iiaschierung von so
dünnen Silmen,wie 0,0127
mm starken Fixen möglich macht.
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Wenn ein 0,0127 mm dicker Film auf ein Substrat kaschiert wird, wird
angenommen, daß das erhitzen des Filmes von Raumtemperatur, etwa 21 °O, zur Schmelztemperatur
von 110 bis 127 OC für Polyäthylen niedriger Dichte immer sofort stattfindet, wenn
der Film und das Substrat zwischen dem Spalt, der von der Rolle 58 und dem Zylinder
62 gebildet wird, hindurchgeht. Deshalb findet bei normalen Geschwindigkeiten und
einem Film einer Dicke von 0,0127 mm die Hauptkaschierung und die Übertragung meist
unmittelbar mit zusätzlicher Adhäsion zwischen dem Film und dem Substrat in dem
von dem Zylinder 62 und der Rolle 63 gebildeten Spalt statt, und es wird angenommen,
daß bei dickeren Filmen, wie z. B. Polyäthylenfilmen einer Dicke von 0,0508 mm (2
mil), der von der Rolle 58 und dem Zylinder 62 gebildete Walzenspalt dazu dient,
den Film auf das Substrat aufzubringen, während die Hauptkaschierwirkung offensichtlich
zwischen dem Walzenspalt, der von der Rolle 63 und dem Zylinder 62 gebildet wird,
ausgeübt wird0 Es wird angenommen, daß wesentliche Übertragung des Filmes auf das
Substrat auch in dem von der Rolle 63 und dem Zylinder 62 gebildeten Spalt bei einem
dünnen Film, z. B. einem 0,0254 mm dicken Poly-Äthylenfilm, stattfindet, wenn die
Durchlaufgeschwindigkeit 366 bis 457 m/Min. beträgt. Daher gestattet das in Fig.
2 gezeigte Anlagesystem und das Verfahren, das mit
diesem System
ausgeführt wird, nicht nur die Kaschierung relativ dünner Filme auf das Substrat,
sondern auch das Kaschieren bei Geschwindigkeiten von 366 bis 457 mÄftn.
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s ist auch su bemerken, daß im System der Fig. 2 nicht nur kein Vorwärmen
des Substrates stattfindet, sondern der Film selbst bis zum Kaschieren auf Raumtemperatur
gehalten wird, was ein sehr wirtschaftliches arbeiten mit hoher Kapazität gestattet.
Die Wärme, die zum Srhitzen des Filmes benötigt wird, ist lediglich die, die zum
Schmelzen erforderlich ist; bei Polyäthylen niedriger Dichte muß auf eine Temperatur
von etwa 110 bis 127 °O erwärmt werden.
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.ie weiter vor bereits herausgestellt, ist es unbedingt erforderlich,
daß eine Oberflache des Polyolefinfilmes behandelt wird, vorzugsweise nach dem Verfahren
einer Corona-Entladung. Wenn eine Oberfläche des Polyäthylenfilmes einer Corona-Entladung
ausgesetzt worden ist, erhöht sich offensichtlich die Anzahl der aktiven gruppen
in der Oberfläche, was eine permanente Bindung des Polyäthylens an das Substrat
gestattet. Nicht nur wegen des Fortfalles des Vorwärmens des substrates ist das
Verfahren für das in Fig. 2 gezeigte System wirtschaftlich, sondern auch, weil viel
oer Substrate verwendet werden können, denn viele Substrate sind außerordentlich
empfindlich
gegenüber höheren Temperaturen. Kaschierung zwischen
dem Substrat und dem Film ist ein im wesentlichen chemischer Vorgang, so daß die
Bindung permanent ist.
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Die Schichtfolie 64, die in der in Fig. 2 gezeigten -nlage hergestellt
worden ist, zeigt ebenfalls keine oder nur geringe Neigung zum Wellen, im Vergleich
zu extrusionsbeschichteten Produkten, die leicht wellig werden.
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Da der ilm gegen die Oberfläche des beheizten Zylinders 62 gelangt
und von ihr durch einen Bogen von etwa 180 ° getragen v;ird, ist die Verweilzeit
ausreichend, um eine Temperwirkung auf den Film auszuüben. Dies ist wünschenswert,
:enn der Film nach dem Blasverfahren hergestellt worden ist.
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werner gestattet die Schichtfolie 65, die nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren mit der in Fig. 2 gezeigten anlage hergestellt ist, ein schnelleres Meißsiegeln
des Filmes an sich selbst als das extrusionsbeschichtete Material, da die Oberfläche
56 des Filmes unverändert ist.
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Bei extrusionsbeschichtetem Material werden die Oberflächen des Polyolefinfilmes
infolge der hohen Temperaturen, die beim Extrudieren angewendet werden, oxydiert.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann als Trockenkaschierung bezeichnet
werden, da kein Lösungsmittel, Kleber oder dergleichen
zum Kaschieren
benötigt werden. in diesem Zusammenhang ist herauszustellen, daß das erfindungsgemäße
Verfahren und das System zu einQm Produkt führen, welches besser ist als die extrusionsbeschichteten
Produkte, da die Schichtfolie 65 einen extrem zehen Filmüberzug hat.
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.s ist offensichtlich, daß filme, die beim Verfahren nach der Erfindung
verwendet werden, im allgemeinen in einem Schmelzindexbereich von 1, 2 und v lallen,
während Extrusionsbeschichtungsharze einen Schmelzindex von 4,8,10 und in manchen
Bällen von sogar 15 haben. Je niedriger aber der Schmelzindex ist, um so höher ist
das Molekulargewicht und um so zäher der Uberzug.
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Es ist ferner zu bemerken, daß in dem Trockenkaschierverfahren das
Dickenprofil der Schichtfolie sehr viel genauer kontrolliert werden kann. Die extrusionsbeschichteten
Schichtfolien haben oft ein schlechtes Dickenprofil und eine schlechte Rollenbildung
(mill roll formation), einfach als Folge der Eigenschaften des Verfahrens selbst.
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Auf der anderen Seite gestattet das Trockenkaschierverfahren nach
der Erfindung ein produkt aus, nach dem Blasverfahren erzeugten Filmen herzustellen,
was eine wesentlich bessere Rollenbildung und ein wesentlich besseres Dickenprofil
gewährleistet als extrusionsbeschichtetes Material.
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Das neue Verfahren zur Herstellung von Schichtfolien auE einem Substrat
und einem thermopl..stischen Film führt, wie gezeigt werden konnte, zu einer Schichtfolie
mit wesentlich besseren Eigenschaften als die im Handel erhältlichen, nach den bekannten
Verfahren hergestellten Schichtfolien.