DE2104249C3 - Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche von Polyolefinfilmen - Google Patents

Description

Bekanntlich sind Polyolefine gegenüber chemischen Stoffen sehr stabil, so daß ihre Oberfläche durch die Einwirkung von Lösungsmitteln und Oxydationsmitteln bei Raumtemperatur nicht aufgerauht wird. Es ist auch bekannt, daß Polyolefine im Molekül keine polaren Gruppen enthalten, wodurch es schwierig ist, die Oberfläche wirksam zu beschichten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufrauhen der Oberfläche eines PoIyolefinfilms zur Verfügung zu stellen, durch welches der Oberfläche gewünschte Eigenschaften, z. B. eine Klebkraft sowie eine Bedruck- und Beschreib-Eigenschaft verliehen wird.

Weiterhin soll gemäß der Erfindung bezweckt werden, die Oberfläche eines Polyolefinfilms mit einer stabilen Schicht einer hochmolekularen Substanz zu überziehen, die kein Polyolefin ist.

Wie bereits ausgeführt, werden Polyolefine durch Lösungsmittel bei Raumtemperatur nicht angegriffen. Bei erhöhten Temperaturen werden sie jedoch durch bestimmte Arten von Lösungsmitteln angelöst. Dieses Vorgehen ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. So liegt der erste Nachteil darin, daß der Polyolefinfilm bei der Behandlung mit einem Lösungsmittel bei erhöhten Temperaturen erweicht und angequollen wird, wobei der Polyolefinfilm seinen ursprünglichen Zustand nicht beibehalten kann. Insbesondere erfolgt bei einem mono-axial oder bi-axial molekularorientiertem Polyolefinfilm eine erhebliche Einschrumpfung der Breite. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß bei einer kontinuierlichen Behandlung mit einem Lösungsmittel bei erhöhten Temperaturen die Gefahr von Beschädigungen besteht, weil diese Behandlung durch die Anzahl der verwendeten Transportwalzen das Erweichen und Quellen des Films bewirkt. Derartige Probleme können zwar überwunden werden, wenn man die beiden Enden des Films durch geeignete Einrichtungen unterstützt, doch ist dieses Vorgehen teuer. Zur Überwindung der vorstehenden Nachteile wird gemäß der Erfindung die Oberfläche eines Polyolefinfilms aufgerauht, indem der Film mit einem Lösungsmittel erhitzt wird oder indem die Oberfläche eines solchen Polyolefinfilms mit einem Lösungsmittel beschichtet wird, das eine hochmolekulare Substanz enthält, die kein Polyolefin ist.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche von Polyolefinfilmen durch Durchleiten des Polyolefinfilms bei erhöhter Temoeratur durch ein Lösungsmittel, welches 0 bis 10 Gewichtsprozent einer anderen hochmolekularen Substanz als der Polyolefin enthält, und Trocknen des Rims, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man den Polyolefinfilm auf eine Temperatur von 60 bis 140⁰C erhitzt, indem man ihn durch ein thermisches Medium leitet, welches eine Flüssigkeit ist, die gegenüber dem Polyolefin inert und gegenüber dem Lösungsmittel verträglich ist und die eine höhere Dichte als das Lösungsmittel besitzt

Aus der FR-PS 1181859 ist es bereits bekannt. Oberflächen von Polyolefin-Formkörpern zu modifizieren, indem man die Oberflächen der Formkörper mit Lösungen anderer Polymerisate behandelt wobei die Bedruckbarkeit verbessert wird. Auf diese Weise wird ein Polyolefinprodukt erhalten, das eine Oberflächenschicht hat welche gegenüber einem Kratzen, einem Reiben und einem Ablösen beständig ist. Im einzelnen geht man bei diesem bekannten Verfahren so vor, daß man (a) das Polyolefinprodukt mit einer Lösung eines chlorierten Polyolefins beschichtet welche Färbematerialien od. dgl. enthalten, (b) das beschichtete Produkt bei einer Temperatur von 8O⁰C trocknet und daß man (c) das getrocknete Produkt einer thermischen Behandlung unterwirft, um die Verklebung zwischen der chlorierten Polyolefin-Oberflächenschicht und dem Körperprodukt zu erhöhen.

Somit wird bei diesem bekannten Verfahren lediglich der Polyolefin-Film mit einer Lösung eines chlorierten Polyolefins beschichtet, worauf der beschichtete Film getrocknet wird.

Es wird ersichtlich, daß bei dem bekannten Verfahren eine Vorerhitzungsstufe vor der Beschichtung etwa unter Anwendung des erfindungsgemäß vorgesehenen thermischen Mediums nicht durchgeführt wird.

In dieser Druckschrift finden sich auch keinerlei Hinweise auf diese Verfahrensführung.

Bei dem Verfahren der Erfindung wird somit der zu behandelnde Polyolefinfilm in einer inerten Flüssigkeit (die hierin als thermisches Medium bezeichnet werden soll) auf eine Temperatur von 60 bis 140° C erhitzt, worauf der Film mit einem flüssigen Material (das hierin als Lösungsmittel bezeichnet werden soll) in Berührung gebracht wird. Dieses Lösungsmittel kann den Film bei Temperaturen anquellen oder auflösen, die der Temperatur des thermischen Mediums gleich sind oder darunterliegen. Schließlich wird der so behandelte Film durch Verdampfen und Entfernen des Lösungsmittels getrocknet, wobei er in einem Heißluftstrom erhitzt wird, um die Modifizierung der Oberfläche des Films zu vervollständigen.

Zur Durchführung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat sich eine Vorrichtung als geeignet erwiesen, welche in der Figur dargestellt ist und bei welchen die Probleme der Beschädigung der Oberflächen der Filme bei der Behandlung mit dem Lösungsmittel überwunden worden sind.

Bei der Vorrichtung gemäß der Figur ist eine Walze 1 vorgesehen, auf welcher ein Polyolefinfilm aufgewikkelt ist. Der Film wird in die Vorrichtung eingeführt und durch die Führungswalzen 9 geleitet und auf eine Rolle 4 aufgewickelt. Das Behandlungsgefäß 2 ist durch eine mittlere Trennplatte 10 in eine Kammer A und eine Kammer B aufgeteilt. Zwischen dem unteren Ende der Platte 10 und dem Boden der Vorrichtung ist ein Öffnungsteil vorgesehen, durch welches der Film transportiert werden kann. In das Behandlungsgefäß 2 wird ein thermisches Medium 7 in genügender Menge eingebracht, daß der Öffnungsteil blockiert wird. Ein Lö-

sungsmittel 8 wird in das Behandlungsgefäß in der Weise eingebracht, daß das Lösungsmittel .iuf Grund der mittleren Trennplatte 10 und des thermischen Mediums 7 nicht in die Kammer A eintreten kann. Zur Entfernung überschüssigen Lösungsmittels von der Oberfläehe des Films sind Walzen 5 vorgesehen. Eine Trockeneinrichtung 3 dient zum Verdampfen und Entfernen des an dem Film haftenden Lösungsmittels. Das thermische Medium 7 wird durch eine Heizeinrichtung 11 oder eine andere am Boden des Behandlungsgefäßes 2 angeordnete geeignete Einrichtung auf die gewünschte Temperatur erhitzt

Das bei dem Verfahren der Erfindung verwendete thermische Medium muß den Erfordernissen genügen, daß es mit dem Polyolefinfilm und dem Lösungsmittel nicht reagiert Vielmehr muß das thermische Medium mit dem Lösungsmittel verträglich *ein und eine ausreichende thermische Stabilität besitzen. Schließlich muß es eine größere Dichte als das Lösungsmittel besitzen. Beispiele für geeignete thermische Medien sind Quecksilber und nieddrigschmelzende Metalle, z. B. Woodsches Metall und Brantsches Metall. Weiterhin sind z.B. gesättigte Lösungen von anorganischen Verbindungen, wie von Eisenchloriden, Calciumchlorid, Lithiumchlorid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid sowie von Schwefelsäure geeignet.

Bei dem Verfahren der Erfindung können ai'e beliebigen Lösungsmittel eingesetzt werden, die die PoIyolefinfilme anquellen und lösen können. Beispiele hierfür sind Benzol, Toluol, Xylol, Decahydronaphtalen, Cyclohexanon. Mono- und Dichlorbenzol, Nitrobenzol, Trichloräthylen, Trichloräthan, Tetrachloräthylen, Tetrachloräthan, 1,3-Dichlorpropan, 1,3-Dichlorbutan und trans-l,3-Dichlorpropylen sowie deren Gemische. Es ist auch möglich, ein solches Lösungsmittel in Kombination mit anderen Lösungsmitteln einzusetzen, um die Wirkung zu kontrollieren oder um die Fähigkeit der Auflösung der hochmolekularen Substanzen zu erhöhen.

Als Polyolefinfilme werden bei der Erfindung solche verwendet, die verstreckt und in einer axialen Richtung oder in zwei axialen Richtungen molekular orientiert sind. Es ist nber darauf hinzuweisen, ddß auch nichtverstreckte und nichtorientierte Polyolefinfilme nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden kön- 4s nen. Die Filme können gewünsch tenfalls auf eine Temperatur in dem thermischen Medium erhitzt werden, bei welcher der Film deformiert wird, weil das thermische Medium mit dem Film nicht reagiert. Hierauf wird der erhitzte Film mit dem Lösungsmittel unmittelbar nach dem Austreten aus dem thermischen Medium in Berührung gebracht. Das Lösungsmittel wird durch die von dem thermischen Medium abgegebene Wärme erhitzt oder es wird durch eine abgetrennte Wärmequelle auf eine Temperatur erhitzt, die der Temperatur des thermischen Mediums gleich ist oder darunter liegt. Es ist darauf hinzuweisen, daß das Lösungsmittel auch bei Raumtemperatur verwendet werden kann. Vermutlich liegen die Gründe, warum man auch bei einer niedrigeren Temperatur des Lösungsmittels arbeiten kann, darin, daß die Temperatur des Lösungsmittels, das mit dem Film in Kontakt kommt, erhöht wird, weil das thermische Medium vollkommen auf eine hohe Temperatur erhitzt worden ist oder weil sich eine dünne Schicht des Lösungsmittels mit hoher Temperatur zwischen dem thermischen Medium und dem Lösungsmittel ausgebildet hat.

Wie die Figur zeigt ist es möglich, den Filv;i einzubringen, ohne daß er mit irgendwelchen Teilen der Vorrichtung in Berührung kommt Gewünschtenfalls ist es auch möglich, den Film von dem thermischen Medium in eine Trockeneinrichtung zu überführen, wobei der Film nicht mit irgendwelchen Teilen der Vorrich» tung in Berührung kommt

Wenn ein Lösungsmittel verwendet wird, das keine hochmolekulare Substanz enthält, dann ist der erhaltene Film semitransparent oder opak und ist auf der Oberfläche aufgerauht Wenn das Lösungsmittel eine hochmolekulare Substanz enthält, dann ist der erhaltene Film semitransparent oder transparent und der Film ist je nach Natur und der Konzentration der hochmolekularen Substanz mit einer stabilen Schicht bedeckt

Einige Beispiele für geeignete hochmolekulare Substanzen sind Polystyrol, Polyvinylchlorid, Polyamide oder Polycarbonate, Es ist auch möglich, ein Polyäthylen mit hoher oder niedriger Dichte zu verwenden, wenn ein isotaktischer Polypropylenfilm behandelt werden soll. Es ist auch möglich, ein Polyäthylen mit niedriger Dichte zu verwenden, wenn ein Polyäthylenfilm mit hoher Dichte behandelt werden soll. Die Konzentration der hoch molekularen Substanzen kann je nach der Stärke der aufzubringenden Schicht variiert werden. Es wird bevorzugi, Lösungsmittel zu verwenden, die die hochmolekulare Substanz in Mengen von unterhalb 10 Gewichtsprozent der molekularen Substanz enthält, dann gestaltet sich die Durchführung des Verfahrens schwierig, weil die Viskosität des Lösungsmittels ansteigt.

Die Temperatur des thermischen Mediums kann je nach der Natur des zu behandelnden Films variiert werden. Bei Behandlung eines Polyäthylenfilms mit niedriger Dichte liegt sie vorzugsweise im Bereich von 60 bis 8O⁰C. Bei Behandlung eines Films aus isotaktischem Polypropylen liegt sie vorzugsweise innerhalb des Bereichs von 105 bis 140⁰C. Bei Behandlung eines Polyäthylenfilms mit hoher Dichte liegt sie vorzugsweise im Bereich von 60 bis UO⁰C.

Die Temperatur des Lösungsmittels kann innerhalb des Bereichs von der Temperatur des thermischen Mediums bis zu Raumtemperatur variiert werden, wobei es jedoch bevorzugt wird, bei einer Temperatur zu arbeiten, die nahe an derjenigen des thermischen Mediums liegt, wenn ein starker Effekt erwartet werden soll. Naturgemäß kann die Temperatur auch durch die Zufuhr der Wärme durch eine äußere Wärmequelle kontrolliert werden. Es ist aber auch möglich, das Lösungsmittel nur durch die aus dem thermischen Medium übertragene Wärme zu erhitzen.

Die erforderliche Verweilzeit für den Film, der durch das thermische Medium geleitet wird, kann je nach der erforderlichen Temperatur des Films variiert werden. Die Verweilzeit ist nicht kritisch. Auch die erforderliche Verweilzeit für den Film in dem Lösungsmittel kann im Bereich von Bruchteilen von Sekunden bis zu mehreren 10 Sekunden variiert werden, was von dem gewünschten Zweck abhängt.

Es wird bevorzugt, der Entfernung der überschüssigen Lösungsmittel, das die hochmolekulare Substanz enthält, von der Oberfläche des Films eine Abstreifwalze oder eine Rakel u. dgl. zu verwenden, nachdem der Film das Lösungsmittel durchlaufen hat. Der so behandelte Film wird auch in einer Trockeneinrichtung getrocknet, wobei Heißluft verwendet wird, um das Lösungsmittel, das an dem Film noch klebt, abzudampfen. Die Temperatur des Heißluftstroms muß naturgemäß so geregelt werden, daß der Film nicht deformiert wird.

Gemäß der Erfindung ist es möglich, das Lösungsmittel schon mit relativ niedriger Temperatur einzusetzen und die Kontaktzeit des Films mit diesem Lösungsmittel auf einen Minimalwert zurückzuführen, um die Deformierung des Filmes minimal zu halten.

Die durch Behandlung mit dem Lösungsmittel, das keine hochmolekulare Substanz enthält, an der Oberfläche aufgerauhten Polyolefinfilme können als Druckpapiere und als Packpapiere verwendet werden. Sie können auch mit verschiedenen Arten von Überzügen bedeckt werden und mit anderen Materialien verklebt werden, je nach der gewünschten Oberflächenrauhigkeit. Auch werden die Polyolefinfilme, die an ihren Oberflächen aufgerauht werden, indem sie mit einem Lösungsmittel behandelt werden, das die hochmolekulare Substanz enthält, an ihren Oberflächen mit einer dünnen Schicht versehen, die eine hohe chemische Aktivität, eine starke Klebkraft und eine hohe Empfindlichkeit gegenüber Lösungsmitteln besitzt. Es ist daher möglich, diese Schicht leicht zu bedrucken oder mit anderen Materialien zu verkleben sowie mit verschiedenen Arten von Beschichtungsmaterialien zu überziehen. Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Durch Verstrecken und Molekular-Orientieren eines isotaktischen Polypropylens in biaxialen Richtungen erhaltener Film mit einer Stärke von 70μ wird kontinuierlich durch das in der Figur gezeigte Behandlungsgefäß geleitet. Darin wird Quecksilber als thermisches Medium und Tetrachlorethylen als Lösungsmittel, in der zweiten Kammer verwendet. Das thermische Medium wird auf etwa 115°C gehalten, indem es mit einer elektrischen Heizeinrichtung beheizt wird, die am Boden des Behandlungsgefäßes eingesetzt ist. Das Lösungsmittel wird bei einer mittleren Temperatur von 106⁰C gehalten. Der Film wird durch das thermische Medium mit einer solchen Geschwindigkeit geleitet, daß sich eine Verweilzeit von etwa 2 Sekunden ergibt. Er wird durch das Lösungsmittel mit einer solchen Geschwindigkeit geleitet daß sich eine Verweilzeit von etwa 1 Sekunde ergibt Hierauf wird der behandelte Film in einem heißen Luftstrom getrocknet wodurch ein weißer und semitransparenter Polypropylenfilm erhalten wird, dessen Oberfläche gleichförmig aufgerauht ist. Der erhaltene Film wird mit einem unbehandelten Film verglichen, wobei festgestellt wird, daß der Film um weniger als 3% seiner ursprünglichen Breite geschrumpft ist Es wird weiterhin festgestellt daß der erhaltene Film mit einem Bleistift oder einer Feder leicht beschreibbar ist und daß er bei einem Gravierungs- oder Offset-Druckverfahren leicht bedruckbar ist

Beispiel 2

Das Beispiel t wird wiederholt mit der Ausnahme, daß als Behandhmgsflüssigkeit Tetrachloräthylen mit einem Gehalt an 2 Gewichtsprozent darin aufgelöstem Polystyrol verwendet wird. Es wird festgestellt daß der erhaltene Film transparent ist und mit einer etwa 10 μ starken Polystyrolschicht überzogen ist Der erhaltene Film wird mit einem unbehandelten Film verglichen, wobei festgestellt wird, daß der erhaltene Film um weniger als 1% seiner ursprünglichen Breite geschrumpft ist Es wurde ferner gefunden, daß der erhaltene Film mit einer Beschichtungslösung leicht überzogen werden kann. Diese besteht aus einem Styrol-Butadien- Latex und einem Füllmittel, wie Kaolin. Schließlich wurde noch festgestellt daß die Oberfläche des erhaltenen Films eine ausreichende mechanische Festigkeit aufweist, um im Offset-Druckverfahren bedruckt zu werden.

Beispiel 3

ίο Ein ohne Verstrecken aus Polyäthylen hoher Dichte hergestellter Film mit einer Stärke von 80 μ wird kontinuierlich durch die beschriebene Behandlungsvorrichtung geleitet Als thermisches Medium dient Quecksilber und als Lösungsmittel in der zweiten Kammer B Trichloräthylen. Das thermische Medium wird bei 105⁰C, das Lösungsmittel bei 85" C gehalten. Der Film wird durch das thermische Medium mit einer solchen Geschwindigkeit geleitet, daß sich eine Verweilzeit von etwa 3 Sekunden ergibt. Die Verweilzeit in dem Lösungsmittel beträgt etwa 2 Sekunden. Hierauf wird der erhaltene Film in einem heißen Luftstrom getrocknet, wodurch ein weißer und opaker Film aus Polyäthylen hoher Dichte erhalten wird, dessen Oberfläche aufgerauht ist. Der erhaltene Film wird mit einem unbehandelten Film verglichen, wobei festgestellt wird, daß der erhaltene Film um weniger als 1% seiner ursprünglichen Breite geschrumpft ist. Es wurde weiterhin festgestellt, daß seine Stärke 110 μ betrug. Schließlich konnte der erhaltene Film bedruckt werden.

Beispiel 4

Beispiel 2 wird wiederholt mit der Ausnahme, daß als Behandlungsflüssigkeit Trichloräthylen mit einem Gehalt an 3 Gewichtsprozent darin gelöstem Polyvinylchlorid verwendet wird. Der erhaltene Film ist semitransparent und mit einer Polyvinylchlorid-Schicht überzogen, die eine Stärke von etwa 15 μ besitzt. Der erhaltene Film wird mit einem unbehandelten Film verglichen, wobei festgestellt wird, daß der erhaltene Film um weniger als 1% seiner ursprünglichen Breite geschrumpft ist. Der erhaltene Film kann weiterhin leicht mit einer Beschichtungslösung überzogen werden, die aus einem Bindemittel (Vinylacetat-Latex) und

einem Füllstoff (Calciumcarbonat) besteht. Die Oberfläche des erhaltenen Films besitzt eine genügende mechanische Festigkeit, um im Offset-Druckverfahren bedruckt zu werden.

Beispiel 5

Ein durch Verstrecken eines isotaktischen Polypro pylens in biaxialen Richtungen erhaltener Film mi einer Dicke von 50 μ wird kontinuierlich durch die Be

handlungsvorrichtung geleitet Als thermisches Medi um wird Woodsches Metall verwendet Als Lösungs mittel dient Tetrachlöräthan, das 1 Gewichtsprozen aufgelöstes Polystyrol enthält Das thermische Mediun wird bei 130⁰C gehalten, indem es mit einer Induktions

heizquelle beheizt wird. Das Lösungsmittel wird be 110⁰C gehalten. Der Film wird durch das thermisch Medium mit einer solchen Geschwindigkeit geleite daß sich eine Verweilzeit von etwa 2 Sekunden ergib Die Verweilzeit in dem Lösungsmittel beträgt etw

3 Sekunden. Überschüssiges Lösungsmittel wird vo der Oberfläche des Films unter Verwendung eine Luft-Rakel entfernt Sodann wird der behandelte FiU m einem heißen Luftstrom von 100⁰C getrocknet wc

.lurch ein semitransparenter Film erhalten wird, der mi' einer Polystyrol-Schicht mit einer Stärke von etwa 5 μ beschichtet ist. Hs wird festgestellt, daß der erhaltene Film mit einer Beschichtungslösung leicht überzogen werden kann, welche aus einem Bindemittel, wie einem Siyrol-Butadien-Lalex und einem Füllstoff, wie Ton, besieht. Die Oberfläche des erhaltenen Films, hai eine genügende mechanische Festigkeit, um beim Offsct-Druckvcrfahrcn bedruckt /u werden.

10 Beispiel b

Ein aus Polyäthylen niedriger Dichte ohne Verstrekken Ai einer Stärke von bO μ hergestellter Film wird kontinuierlich durch die Behandlungsvorrichtung gelei-'.et. Als thermisches Medium wird eine mit Fisen(lll)chlorid gesättigte Lösung und als Lösungsmit-IeI Äthylcnehlorid verwendet. Das thermische Medium wird auf 70"C erhitzt. Das Lösungsmittel, das in die /.weite Kammer B eingeleitet wird, wird auf 50° C erhitzt. Der Film wurde durch das thermische Medium mit einer solchen Geschwindigkeit geleitet, daß sich eine Verweilzeit von etwa 2 Sekunden ergibt. Die Verweil/eit in dem Lösungsmittel beträgt etwa 0.5 Sekunden. Sodann wird der behandelte Film in einem heißen Luftstrom von b0 C getrocknet, wodurch ein weißer und opaker Film aus Polyäthylen niedriger Dichte erhalten wird, dessen Oberfläche schwammariig aufgerauht ist. Der erhaltene Film wird mit einem unbehandclten Film verglichen, wobei festgestellt wird, daß der erhaltene Film um weniger als 0,5% in der Breite geschrumpft ist. Seine Stärke beträgt 85 μ. Der Film kann leicht durch ein Offset-Gravierungs- oder Relief-Druckverfahren bedruckt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Modifizierung der Oberfläche von Polyolefinfilmen durch Durchleiten des Polyolefinfilms bei erhöhter Temperatur durch ein Lösungsmittel, welches 0 bis 10 Gewichtsprozent einer anderen hochmolekularen Substanz als das Polyolefin enthält, und Trocknen des Films, dadurch gekennzeichnet, daß man den Polyolefinfilm auf eine Temperatur von 60 bis 140⁰C erhitzt indem man ihn durch ein thermisches Medium leitet welches eine Flüssigkeit ist, die gegenüber dem Polyolefin inert und gegenüber dem Lösungsmittel verträglich ist und die eine höhere Dichte als das Lösungsrnittel besitzt