DE2311365C2 - Verfahren zur Herstellung von Folien aus thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffen entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Herstellung von selbsttragenden Folien aus thermoplastischen Kunststoffen in sogenannten Folienschlauch-Blasverfahren ist in der einschlägigen Literatur ausführlich beschrieben, vgl. beispielsweise das Buch »Polyäthylen und andere Polyolefine« (Hagen und Domininghaus) Verlag Brunke Garreis, Hamburg, 2. Auflage, (1961) Seiten 162 bis 171 sowie die dort zitierte Literatur, bzw. »Schneckenpressen für Kunststoffe« (Schenkel) Carl Hanscr Verlag, München, 1959, Seiten 362 bis 366). Die Anwendbarkeit dieser Folienblasverfahren war jedoch für lange Zeit beschränkt. Eingesetzt wurde es nur zum Verblasen von Kunststoffen, die nach dem Abkühlen unter den Schmelzpunkt rasch ihre Klebrigkeit verlieren, so daß sie bereits beim Erreichen der Abquetschwalzen am Ende der Gasblase nicht mehr miteinander verkleben bzw. blocken.

Durch das gattungsgemäße Verfahren nach dem DE-PS 21 14 065 wurde diesem Stand der Technik gegenüber erreichen, daß das Folienschlauchblasverfahreii auch bei Kunststoffen (Polyurethane, Copolyamide) angewendet werden konnte, die im relativ großen, unterhalb ihres Schmelzpunktes liegenden Temperaturbereichen noch Klebeeigenschaften haben.

Beim Arbeiten nach diesem Verfahren bleibt jedoch bisher die Abstimmung der Verarbeitungscharakteristik von warm-klebendem Material zu nichtklebendem Material problematisch. Dabei ist zu berücksichtigen, daß gerade bei dem warm-klebenden Material der Fall eintreten ' ann, daß ein vergleichsweise enger Temperaturbereich besteht, innerhalb dessen seine thermoplastische Verarbcitbarkeit befriedigend gewährleistet ist. Besonders kann das für das hier geschilderte Zweischichten-Vcrfahren gelten. Die thermoplastische Verarbeitbarkeit sowohl des warm-klebenden als auch des nicht-kiebenden Materials wird insbesondere bestimmt durch die Erweichungstemperaturen der jeweiligen Materialien, die" Breite ihrer Erweichungstemperaturbereiche, durch die Viskosität des erweichten Materials und die Temperaturabhängigkeit des FHeßverhaltens im Temperaturbereich der thermoplastischen Verarbeitbarkeit.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des

ίο Patentanspruchs 1 das nicht-klebende Trennmaterial in seinen Erweichungseigenschaften so auf die Natur des warm-klebenden Materials abzustimmen bzw. auszuwählen, daß die Möglichkeit besteht, die Arbeitstemperatur des Folienschlauch-Blasverfahrens durch die thermoplastischen Verarbeitungscharakteristiken des warm-klebenden Materials bestimmen zu lassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Maßnahmen nach den Patentanspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Maßnahmen sind im Unteranspruch beschrieben. Geeignete Viskositätsverhältnisse der plastifizierten Materialien vorausgesetzt gestattet das besondere Verhältnis der Erweichungstemperaturen zueinander im erfindungsgemäßen Verfahren die Arbeitstemperatur des Extruderkopfes und damit die Maximaltemperatur des doppelschichtigen Folienschlauches auf die thermoplastischen Eigenschaften des klebenden Materials abzustellen. Bevorzugt wird dann so gearbeitet, daß man im Bereich möglichst niedriger Temperaturen extrudiert, die gerade noch eine befriedigende Verarbeitung des höher erweichenden bzw. schmelzenden thermoplastischen Materials zulassen. Bei diesen Arbeitstemperaturen ist dann der nicht-klebende Innenschlauch mit Sicherheit thermoplastisch gut verarbeitbar, ohne gleichzeitig so dünnflüssig geworden zu sein, daß neue Verarbeitungsprobleme auftreten. Auf der anderen Seite wird durch die Wahl möglichst niedriger Verarbeitungstemperaturen — bezogen auf die Erweichungstemperatur des klebenden Materials — die KIebrigkeit der Außenschicht so weit wie möglich eingeschränkt. Durch diese Temperaturdifferenz kommt allerdings häufig oder auch in der Regel dem extrudierten Innenschlauch in der entscheidenden Phase des Aufveitens keine tragende Funktion zu. Das ist im erfindungsgemäßen Verfahren aber auch nicht notwendig, da die warm-klebenden thermoplastischen Materialien in der Regel hoch-viskose selbsttragende Bereiche der Plastifizierbarkeit besitzen, in denen sie verarbeitet werden. Immerhin kann auch dem Innenschlauch eine gewisse Bedeutung zukommen, wenn nämlich warm-klebende Thermoplasten bzw. Thermoplastengemische verarbeitet werden, die vor der Extrusion nicht wirklich einheitlich homogenisiert worden sind. Örtliche Schwankungen in der Viskosität und/oder der Erweichungstemperatur des klebenden Materials können durch den Innenschlauch des nicht-klebenden Materials aufgefangen werden.

Als nicht-klebendes thermoplastisches Material werden im Rahmen der Erfindung Polyolefine bevorzugt,

bo und zwar vor allem solche Polyolefine, die einen beträchtlichen Gehalt an kristallinen Anteilen aufweisen. Die besonders bevorzugten nicht-klebenden thermoplastischen Materialien der Erfindung sind die Polyäthylene und Polypropylen. ]e nach ihren herstellungsbe-

M dingten Eigenschaften werden sie in Anpassung an den zu verarbeitenden klebenden Thermoplasten eingesetzt. Auch solche Polyolefine enthaltende Verschnitte, beispielsweise Mischungen mit Wachsen oder anderen

Schmelzpunkts- bzw. viskositätssenkenden Zusätzen, können in Anpassung an das jeweilige warm-klebende Material Verwendung finden. Es können beispielsweise Abmischungen mit Polymerisaten niedrigeren Molekulargewichts eingesetzt werden, wenn es der jeweilige klebende Thermoplast bzw. die dazugehörige Arbeitstemperatur verlangt.

Übliche billige Hochdruckpolyäthylene sind beispielsweise geeignete nicht-klebende Materialien für die Verarbeitung von thermoplastischen Materialien mit Erweichungstemperaturen bie etwa 17O⁰C. Thermoplastische Polyurethane mit Klebereigenschaften und entsprechende Copolyamide der geschilderten Art sind typische Beispiele hierfür. Die Anpassung des Polyolefins an die durch den klebenden Thermoplasten bestimmten Arbeitsbedingungen ist dabei nach Viskositätsverhaiten und/oder Erweichungstemperatur möglich. Günstig im Sinne der Erfindung ist dabei die Tatsache, das hechviskose Polyolefintypen, beispielsweise Niederdruckpolyäthylene, Verarbeitungstemperaturen bis 280°C und darüber ermöglichen, während andererseits mit anderen Polyolefinen Erweichungstemperaturen um oder sogar unter 100° C eingestellt werden können. Es steht also damit ein sehr breiter Arbeitstemperturbereich zur Verfugung.

Die Auswahl gerade der Polyolefine als nicht-klebendes Material ist deswegen so besonders günstig, weil neben der Wirtschaftlichkeit — mögliche Wiederverwendung dieses an sich schon billigen Hilfsmaterials — und der leichten Anpaßbarkeit der Materialtype an die jeweiligen Anforderungen des klebenden Thermoplasten ein weiterer Vorteil hinzukommt. Die Haftfestigkeit zwischen klebendem Thermoplasten und Polyolefinschicht ist im mehrlagigen Endprodukt gering. Die Lagen lassen sich leicht voneinander trennen. Gefördert wird diese schwache Haftung der Schichten aufeinander durch ein im Sinne der Erfindung bevorzugtes Merkmal: Die einzelnen Schichten des zu bildenden mehrschichtigen Folienschlauches werden vorzugsweise innerhalb des Extruderkopfes vor dem Austritt des nahtlosen Schlauches in die umgebende Atmosphäre aufeinandergeführt, so daß eine etwaige haftungsvermittelnde Oxydationsreaktion an der Oberfläche des nicht-klebenden Materials, die in Verbindung mit dem klebenden Thermoplasten steht, ausgeschlossen ist.

Unter Berücksichtigung der Anpassung der nicht-klebenden Trennschicht an die Erweichungscharakteristiken des warm-klebenden thermoplastischen Materials ist es möglich, auch solche warm-klebenden Materialien zu verarbeiten, die an sich nur einen sehr beschränkten Temperaturbereich der thermoplastischen Verarbeitbarkeit zeigen. Schon wenige Grad Celsius, beispielsweise eine Spanne von 5 bis 1O⁰C als vorgegebener Bereich der thermoplastischen Verarbeitbarkeit können ausreichen, bei feiner Temperatursteuerung im erfindungsgemäßen Verfahren solche warmklebenden Materialien zu verarbeiten.

Von besonderem Vorteil ist es weiterhin, daß im erfindungsgemäßen Verfahren vorbestimmte toleranzgerechte Foliendicken erzeugt werden können, und zwar sowohl mit schwachen Folienstärken als auch mit vergleichsweisen hohen Foliendicken in jeweiliger Anpassung an den gewünschten Verwendungszweck.

Die Durchführung des Blasverfahrens im einzelnen erfolgt vorzugsweise in abwärts-gerichteter Extrusion. Andere Extrusionsrichtungen z. B. aufwärts, sind nicht ausgeschlossen. Die Fahrweise von oben nach unten ist iedoch insbesondere beim Arbeiten mit der warmklebenden Außenschicht besonders zweckmäßig. Vorteilhaft wird aus einem Spritzkopf mit zwei, drei oder mehr Ringschlitzen extrudiert. denen je ein Extruder mit den genannten Kunststoffmaterialien zugeordnet ist. Die jeweilige Temperatur in den Extruderschnecken und im Kopf mit den konzentrisch angeordneten Ringschlitzen ergibt sich unter Berücksichtigung des Viskositätsverhaltens aus der Erweichungstemperatur der zu verarbeitenden Materialien. Bevorzugt werden insbesondere

ίο bei den klebenden Materialien homogen aufgearbeitete Schmelzen extrudiert. Die Arbeitstemperaturen im Extruderkopf können beispielsweise im Bereich von etwa 90 bis 280° C liegen. Vorzugsweise wird oberhalb von etwa 100⁰C — etwa im Bereich von 100 bis 220° C — vorzugsweise bis etwa 180°C gearbeitet.

Die konzentrisch angeordneten Ringspalte sind jeweils für sich und getrennt voneinander zentrierbar. Sie führen zweckmäßigerweise innerhalb des Extruderkopfes und zwar unmittelbar vor der Austrittsöffnung die einzelnen zugeführten schlauchförmigen Materialbahnen aufeinander, so daß der mehrschichtige Schlauch mit aufeinanderfliegenden Materiallagen den Extruderkopf verläßt. Die Regulation der jeweiligen Schichtstärke und damit die Gesamtstärke des mehrschichtigen Schlauches wird insbesondere durch die Verflüssigungsleistung des jeweiligen Extruders· und damit die in die Ringdüse eingespeiste Menge des betroffenen thermoplastischen Materials, durch die Abzugsgeschwindigkeit des mehrschichtigen Folienschlauches und durch das Aufweitungsverhältnis des Schlauches beim Blasen bestimmt. Gewünschtenfalls kann auch durch Einstellung der Spaltbreite des jeweiligen konzentrischen Ringes — die erfindungsgemäß vorzugsweise variierbar ist — zusätzlich Einfluß auf die Schichtstärke der jeweiligen Materiallage genommen werden.

Bevorzugte Ringspaltbreiten für jeweils eine Materiallage liegen im Bereich von etwa 0,5 bis 1,0 mm, vorzugsweise 0,5 bis 0,8 mm, wobei die ringförmige Öffnung des Extruderkopfes, aus der der mehrlagige Schlauch austritt, angepaßt ist. Die Breite dieses Ringspaltes kann etwa 1 bis 3 mm betragen. Geringere oder größere Spaltbreiten können in Anpassung an besondere Anforderungen gewählt werden. Geeignete Abzugsgeschwindigkeiten liegen beispielsweise im Bereich von 2 bis 30 m/Min. Es kann aber auch insbesondere bei der Herstellung dünner Folienstärken mit höheren Abzugsgeschwindigkeiten gearbeitet werden. Das maximale Aufweitungsverhältnis des Schlauches im thermoplastischen Zustand liegt in üblichen Grenzen.

Es beträgt beispielsweise 1 :3 als obere Grenze. Besonders zur Herstellung dickerer Folien wird eine so weitgehende Aufweitung in der Regel nicht eingesetzt werden. Technisch einfacher ist es, hier Ringdüsen größeren Durchmessers einzusetzen und mit geringeren Aufweitungsverhältnissen zu arbeiten. Man kann sogar das Verhältnis von 1 :1 beim Abziehen unterschreiten, d. h. den Folienschlauch beim Abziehen einengen. Diese in Sonderfällen einzusetzende Maßnahme ist besonders für die Herstellung dicker Folien des klebenden Thermoplasten (250 bis 300 μ oder mehr) in Betracht zu ziehen.

Die Folienbreite leitet sich aus dem Durchmesser der eingesetzten Ringdüsen in Verbindung mit dem Aufweitungsverhältnis ab. Für die Praxis besonders wichtige Folienbreiten von etwa 1,5 bis 3 m lassen sich ohne Schwierigkeiten einstellen.

In der Stufe des Flachlegens des aufgeblasenen Folienschlauches an gebogenen oder ebenen Leitflächen

vor dem Erreichen der Abquetschwalzen wird bevorzugt, die Haftung zwischen Schlauchaußenflächen und Leitblech möglichst zu reduzieren. Man kann dieses durch verschiedene Hilfsmittel erreichen. So können die Leitbleche mit einer haftungsyermindernden Trennschicht, beispielsweise mit einem Teflonüberzug versehen sein, insbesondere ist es aber bevorzugt, die Berührungsfläche zwischen Leitblech und Folienschlauchaußenwand so gering wie möglich zu halten.

Man kann die Leitbleche lochen oder durch Auflegen von Stäben nur wenige Berührungsstücke schaffen. Im Zwei-Sohichtverfahren der Erfindung soll zweckmäßigerweise die Fläche der tatsächlichen Berührung zwischen Leitblech und Folienschlauch nicht mehr als etwa 10% der insgesamt in Anspruch genommenen Leitblechfläche ausmachen.

Beispiel 1

An einen nach unten gerichteten Spritzblaskopf mit 2 konzentrischen Ringspalten von je 0,7 mm Weite, die sich jedoch noch innerhalb des Blaskopfes zu einem gemeinsamen Ringspalt mit einer Weite von 1,4 mm und einem Durchmesser von ca. 80 mm vereinigten, waren 2 Extruder angeschlossen. Die beiden in der Austrittsöffnung vereinigten Ringspalten waren getrennt voneinander jeder für sich durch entsprechende Stellschrauben zentrierbar. Der aus den inneren Ringspalt arbeitende Extruder besaß eine Förderleistung von ca. 10 kg/Std. Hochdruckpolyäthylen, der auf den äußeren Ringspalt arbeitende Extruder förderte mit einer Leistung von 12,5 kg/Std. thermoplastisches Polyurethan. Das Polyäthylen besaß eine Erweichungstemperatur von ca. 13O⁰C bei mittlerem Schmelzviskositätsverhalten. Die Erweichungstemperatur des Polyurethans lag bei etwa 150° C.

Die Verarbeitungstemperaturen in beiden Extrudern wurden zwischen 165 und 175°C gehalten. Die Temperatur im Spritzblaskopf betrug 165° C.

Der Umfang des aufgeweiteten Folienschlauches bzw. die Breite der einmal geschlitzten Folienbahn betrug 700 mm. Die Dicke der Polyäthylen-Trennschichtfolie betrug 45 μ. die der Polyurethanfolie 50 μ. Die Wandstärken- bzw. dicken-Toleranz der hergestellten Polyurethanfolie liegt bei ±10%. Die Polyurethanfolie zeichnet sich durch eine besonders gute Homogenität aus, die über den Ergebnissen liegt, die bei dem Kalandern des gleichen Materials enthalten werden kann.

Der einmal geschlitzte und flachgelegte Folienschlauch wurde aufgerollt. Zur Verarbeitung lassen sich Polyurethanfolie und Polyäthylenfolie leicht voneinander trennen.

Beispiel 2

Der extrudierte Folienschlauch wird zu einem Um fang von ca. 1800 mm aufgeweitet, so daß der zweimal geschlitzte Schlauch 2 doppellagige Folienbahnen je 900 mm Breite liefert. Die Dicke der einzelnen Folien ist die folgende:

Polyäthylentrennschichtfolie 90 μ, Polyurethanfolie ¹OOu.

Die aufgerollt gelagerten doppelschichtigen Folienbahnen lassen sich zur Verarbeitung leicht voneinander trennen. Eine Variation der Foliensiärke ist durch Variation der Förderleistung der Extruder möglich.

Beispie! 3

Auf der Anlage des Beispiels 2 wird anstatt des Polyurethans ein Copolyamid mit einer Erweichungstemperatur von etwa 175°C auf den äußeren Ringspalt gefördert. Die Temperatur am Spritzkopf beträgt 190° C. Auch hier beträgt die Breite der zweimal geschlitzten doppelschichtigen Folienbahn je 900 mm.

Die Dicke der einzelnen Folien beträgt bei einer Toleranz von ± 10% 50 μ für die Poiyäthylentrennschichtfolie und 50 μ für die Copolyamidfolie.

Beispiel 4

Es wird mit einer Blasanlage wie in Beispiel 2 gearbeitet, jedoch beträgt der Durchmesser der vereinigten Ringspalte im Spritzblaskopf 300 mm. Die 2 konzentrischen Ringspalten haben jeweils eine Weite von 0,6 mm und sind an Extruder mit einer Förderleistung zwischen 30 und 90 kg Material/Stunde angeschlossen, wobei die Veränderung der Förderleistung durch Veränderung der Drehzahl der Extruder einstellbar ist.

Auf den äußeren Ringspalt wird ein thermoplastisches Polyurethan mit einer Erweichungstemperatur von 165 bis 170°C gefördert, der innere Ringspalt wird mit einem Hochdruckpolyäthylen mit hoher Viskosität in der Schmelze beschickt. Der Verarbeitungstemperatur in beiden Extrudern beträgt 190⁰C, ebenso liegt die Temperatur am Spritzkopf bei 190° C. Bei einer Leistung des Polyurethans fördernden Extruders von 40 kg/Std. wird ein doppelter Folienschlauch gefahren, der nach dem Aufweiten und zweiseitigen Aufschlitzen Doppelbahnen von je 750 mm Breite liefert. Die Stärke der Polyurethanfolie mit in Wärme aufweisender Klebereigenschaft liegt zwischen 145 und 150 μ. Die Stärke der Polyäthylentrennschichtbahn beträgt ca. 120 μ.

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Auf einer Extrusionsanlage gemäß Beispiel 1 wurde mit einem Spritzblaskopf mit 2 konzentrischen Ringspalten von je 0,7 mm gearbeitet. Der Durchmesser des kurz vor dem Austritt aus dem Extruderkopf vereinigten Ringspaltes beträgt hier ca. 225 mm. Auf den inneren Ringspalten wird ein Hochdruckpolyäthylen mit höherer Viskosität in der Schmelze gefördert, während auf den äußeren Ringspalt ein Polyurethan mit einem Erweichungspunkt im Bereich von 165 bis 170°C gegeben wird, dem 10% Kreide zugesetzt sind.

Die Verarbeitungstemperatur beider Materialien in den Extrudern liegt zwischen 180 und 190°C. Die Temperatur am Spritzkopf beträgt 180⁰C.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Folien aus thermoplastischen Kunststoffen, wobei die Folie zusammen mit einer als Tiennschicht diendenden Grundfolie nach dem Folienschlauch-Blasverfahren erzeugt wird und der Trennschicht-Folienschlauch innerhalb des Folienschlauches vorgesehen wird, und der doppelschichtige Schlauch seitlich mindestens einmal geschlitzt wird, bei welchem als thermoplastische Kunststoffe Polyurethane oder Copolyamide mit in Wärme aufweisender Klebereigenschaft eingesetzt werden und der geschlitzte doppelschichtige Schlauch flachgelegt und die so erhaltene doppelschichtige Bahn aufgewickelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die als Trennschicht dienende Grundfolie ein Kunststoff eingesetzt wird, dessen Erweichungstemperatur etwa 10 bis S0°C, vorzugsweise etwa 10 bis 40° C, unter der Erweichungstemperatur des warm-klebenden Materials liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als warm-klebendes Material thermoplastische Massen mit Erweichungstemperatur bis etwa 280°C, vorzugsweise bis etwa 22O⁰C, eingesetzt werden.