DE2401292A1 - Verfahren zur herstellung von praegekunststoffen - Google Patents

Description

Anwaltsakte 24- 541 11. Januar 1974

Be/Sch

Ethyl Corporation Richmond / USA

"Verfahren zur Herstellung von Prägekunststoffen"

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Prägefolien und die nach diesem Verfahren hergestellten thermoplastischen Prägematerialien.

Kunststoffprägefilme oder -folien haben eine weit verbreitete Verwendung gefunden. Besonders werden in großem Umfang thermoplastische Prägefolien als Einweggegenstände,

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wie für Krankenhauspolster, -kissen, Tampons, Tücher, Einmalkleidung und Wegwerfwindel]! verwendet. Prägefilme finden ebenso zunehmende Verwendung auf dem Verpackungsgebiet, beispielsweise als Beutel und Verpackungen für Gegenstände, wie Bekleidung, usw. und für Einkaufstaschen. Um den Erfordernissen der Endverwendung zu genügen, ist es wünschenswert, daß der Prägefilm nur geringe oder keine Neigung zur Kräuselung aufweist, wenn er die Fertigungsmaschinen durchläuft, besonders solche Maschinen zur Herstellung von Einmalbekleidung, zum Beispiel von Windeln. In manchen Fällen ist es wesentlich, daß der thermoplastische Prägefilm weich und flexibel ist- und daß er das geeignete Muster und die geeignete Prägungstiefe aufweist, um den gewünschten "Griff" oder ein tuchähnliches Gefühl dem thermoplastischen Prägematerial zu verleihen. Weiterhin ist es wünschenswert, daß das thermoplastische Prägematerial für viele Zwecke einen so geringen Oberflächenglanz als möglich aufweist, um gewebte, tuchähnliche Stoffe nachzuahmen. Weiterhin müssen die thermoplastischen Prägematerialien den minimalen physikalischen Forderungen entsprechen, die Filme haben müssen, die in automatischen Fertigungsmaschinen mit hoher Geschwindigkeit verwendet werden sollen, d.h. sie sollten einen geeigneten Modul, eine geeignete Zerreiss- und Schlagfestigkeit aufxireisen.

Bisher standen für thermoplastische Prägefilme, wie solchen aus Polyäthylen, Polypropylen, Polybuten-1, Polyvinylchlorid

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und anderen flexiblen thermoplastischen Materialien, die normalerweise in Filme extrudiert werden, verschiedene Verfahren zur Verfügung. Ein Verfahren, das zur Herstellung von thermoplastischen Prägefilmen verwendet wurde, besteht darin, daß man das thermoplastische Material, zum Beispiel Polyäthylen, aus einer herkömmlichen Schiitzextrudierdüse auf eine kontinuit'lich sich bewegende glatte, gekühlte Gießoberfläche, zum Beispiel eine Kühlwalze, extrudiert. Das Prägemuster kann auf der Kühlwalze angebracht und der Film kann auf die Walze, solange er in amorphem oder geschmolzenem Zustand ist, mittels Druckwalzen aufgedrückt werden. Es kann aber auch die Kühlwalze sehr glatt sein und es kann dann das in dem Film gewünschte Muster in den Film auf der Kühlwalze eingedrückt werden durch eine gravierte oder durch spanabhebende Bearbeitung hergestellte Prägewalze, die gegen die Film und die Abkühlwalze gepreßt wird, um das Muster in den Film einzudrücken, wenn er auf der Kühlwalze gekühlt wird. Die Weichheit des Prägefilms, den man durch das Kühlgießen erhält, steht im direkten Verhältnis zu der Dichte des verwendeten Polyäthylenharzes. Um unterschiedliche Weichheit- oder Steifigkeitsgrade zu erreichen, ist es notwendig, Polyäthylenharze unterschiedlicher Dichten zu verwenden. So ist es notwendig, wenn man relativ steife Prägefilme herzustellen wünscht, teurere Polymerisate mit höheren Dichten als Beschickungsmaterial der Schlitzdüse zu verwenden. Weiterhin ist es schwierig,

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viele der gewünschten physikalischen Eigenschaften in dem Film zu ändern, wenn man das vorausgehend beschriebene Prägeverfahren mittels Schlitzdüse und Gießkühlwalze verwendet. Die nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellten Prägefilme haben oftmals nur geringe Walzentreue bzw. Walzenstrukturähnlichkeit, d.h. sie haben harte oder weiche Flecken, Falten oder Dehnungen, die der Unfähigkeit zuzuschreiben sind, Bereiche unterschiedlicher Stärke über die Breite der Walze des Prägefilms auszugleichen bzw. zu ver- _t teilen. Prägefilmwalzen mit geringer Strukturtreue bilden Probleme, wenn der Film Fertigungsmaschinen oder Filmdruckvorrichtungen durchlaufen soll.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Filmes nach dem voraus beschriebenen Schübzdüsen-Gießkühl-Walzenverfahren ist in der U.S.-Patentschrift 3 374 303 beschrieben.

Ein weiteres Verfahren, das bisher zur Herstellung von Präge-Kunststoffilmen verwendet wurde, besteht darin, daß man eine erhitzte gravierte Prägewalze zusammen mit einer Andrückwalze verwendet. Der vorgebildete Streifen des thermoplastischen Films wird, normalerweise bei Raumtemperatur, in den Walzenspalt einer erhitzten gravierten Walze und einer Andrückwalze geleitet und geprägt, wobei er erhitzt wird, während er mit der erhitzten, gravierten Walze sich in Kontakt befindet. Der erhaltene Prägefilm hat gewöhnlich ein sehr

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flaches und schwach ausgeprägtes Muster. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Durchführung der Prägung dieser Art ist beispielsweise in der U.S.-Patentschrift 3 176 058 beschrieben.

Ein drittes Verfahren zur Prägung eines thermoplastischen Films, das bisher verwendet wurde, besteht darin, daß nan den Film über eine erhitzte Walze oder über eine Reihe von erhitzten Walzen leitet, um den Film in einen weichen Zustand zu erhitzen und daß man dann den Film mit einer Prägewalze in Kontakt bringt und den Film hierzu gegen die Prägewalze durch eine Andrückwalze anpreßt. Normalerweise werden die Prägewalze und die Andrückwalze gekühlt, um das in den Film eingeprägte Muster so zum Erstarren zu bringen, daß der Film, wenn gewünscht,sofort auf Walzen aufgerollt werden kann. Eine Vorrichtung und ein Verfahren, um einen Prägefilm in dieser Weise herzustellen, ist in der U.S.-Patentschrift 3 24-6 365 beschrieben.

Einer der Nachteile bei Verwendung des erhitzten Walzenoder Rollenverfahrens, um vor dem Prägen den Film zu erhitzen, besteht in der Schwierigkeit, den Film so ausreichend zu erhitzen, daß er ein tiefes, permanentes Prägemuster annimmt, das einer genauen Reproduktion der gravierten Oberfläche der Gravierungswalze entspricht. Wenn der Film ausreichend erhitzt ist, um eine sehr tiefe und dauerhafte Einprägung nach dem Pressen gegen die Gravierungswalze zu er-

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reichen, klebt oder haftet der Film oftmals an den Erhitzungswalzen, wodurch Einreissen, örtliche Lockerungen und Verformungen durch Verstreckungen bei der Führung des Films zwischen den Erhitzungswalzen und den Prägewalzen eintreten kann. Da der Film nach diesem Verfahren nicht auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden kann, fehlt die Herabsetzung der Dichte (d.h. die Dichteverminderung) in dem Harz, die oftmals zur Herstellung eines sehr weichen, flexiblen Films erwünscht ist. Die in dem Prägefilm erzielte Dichteminderung ist unmittelbar abhängig von der Kühlgeschwindigkeit, der der Film unterworfen wird.

Diesen Ausführungen ist zu entnehmen, daß hinsichtlich des Filmprägens ein Bedarf nach einem Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht, wodurch ein vorgeformter thermoplastischer Film schnell auf eine ausreichend hohe Temperatur erhitzt, geprägt und dann schnell gekühlt werden kann, wodurch man eine Dichteverminderung in dem Film und dadurch ein tiefes, dauernd ausgeprägtes Muster auf dem Film erzielt, wobei das Verfahren eine weitgehende Steuerung der Parameter zuläßt, wodurch es möglich ist, die physikalischen Eigenschaften des Prägefilms, d.h. den Modul, den Oberflächenglanz, die Tiefe des Prägemusters, die Zerreiss- und Schlagfestigkeit zu variieren.

Die oben beschriebenen Gegenstände erzielt man nach dem Verfahren der vorliegenden-Erfindung. Nach diesem verbesser-

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ten Verfahren der Erfindung wird eine Länge vorgeformter thermoplastischer Film ohne Kontakt mit einem festen Teil zur Erhöhung der Temperatur über seinen Erweichungspunkt und vorzugsweise auf etwa 105 bis 120⁰C (220 bis 25O⁰P) erhitzt und sofort danach abgekühlt und geprägt, wozu man den Film in den Spalt paarweise angeordneter gekühlter Prägewalzen leitet, die eine Temperatur im Bereich von etwa - 7 bis etwa 65⁰C (etwa-20 bis etwa 150°F) aufweisen. Der so geprägte und gekühlte Film kann dann, wenn gewünscht, auf eine .Lagerrolle aufgewickelt oder weiter verarbeitet werden.

Der nach der vorliegenden Erfindung hergestellte besonders wünschenswerte und überlegene Film ist ein thermoplastischer Prägefilm mit geringer Neigung zur Kantenkräuselung, mit

ρ einem Modul von 633 bis 1750 kg/cm (900 bis 25 000 psi), einem Oberflächenglanz von 3 bis 10 und einer Zerreissfestigkeit von 105 bis 210 kg/cm² (1500 bis 3000 psi) und einer Schlagfestigkeit zwischen 50 und 200 g.

Die Erfindung wird weiterhin durch die begleitende Zeichnung erläutert, die eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung und zur Herstellung des thermoplastischen Prägefilms der vorliegenden Erfindung im seitlichen Aufriss zeigt.

Die Zeichnung stellt eine Vorrichtung dar, durch die ein thermoplastischer Film oder eine Bahn nach dem Verfahren

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zur Herstellung des Prägefilms der vorliegenden Erfindung geprägt v/erden kann. Eine vorgebildete flache, der Länge nach endlose Bahn aus thermoplastischem Film 10 wird durch den Walzenspalt von in Gegendrehung angetriebenen Zugwalzen 11 und 12 geführt. Die .Zugwalzen 11 und 12 xierden vorzugsweise mittels einer Vorrichtung für veränderliche Drehzahl (nicht gezeigt) angetrieben, die Geschwindigkeitsänderungen dieser Antriebswalzen ermöglicht. Der Film wird dann abwärts durch eine Kanalöffnung 13 zwischen dem Abstand seitlich angeordneten Wärmequellen, links 14 und rechts 15, geleitet. Der Film 10, der vor dem Einführen in den Kanal Raumtempex'atur aufweisen kann, wird schnell durch Strahl-, Konvektions- oder Gebläseerhitzung, die aus den Wärmequellen 14 und 15 zugeführt wird, erhitzt, wodurch die Temperatur des Filmes über seinen Erweichungspunkt, vorzugsweise auf eine Temperatur um den kristallinen Schmelzpunkt (T ) des polymeren Materials, aus dem der thermoplastische Film gebildet ist, erhöht wird. Der erhitzte v/eichgemachte Film wird dann in den Walzenspalt 15 geleitet, der durch die kontaktierende hohle Prägewalze 17 und die hohle mit elastischem Material bedeckte Andrückwalze 18 gebildet wird. Die Ketallprägewalze trägt das gewünschte Prägemuster für den Film auf ihrer äußeren zylindrischen Oberfläche. Das Muster kann irgendein gewünschtes Muster sein, d.h. es kann ein erhöhtes Muster (Patrize) sein, sofern die Oberfläche der Walze 17 einheitlich aus ihrer Oberfläche herausragende Teile auf v/ei st oder es kann ein vertieftes Muster (Matrize)

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sein, sofern die Walseiioberflache, einheitlich vertiefte Flächen über ihre gesamte Oberfläche aufweist oder es kann eine Kombination von Patrize oder Matrize sein. Die Andrückwalze 18 ist vorzugsweise eine zylindrische Metallwalze mit einer elastischen Abdeckung über ihre gesamte zylindrische Oberfläche und sie wird in den Kontakt mit der Prägewalze mit einem ausreichenden Druck angepreßt, daß der erhitzte Film 10 in das Prägemuster der Metallprägewalze 17 gepreßt wird, um das geprägte Muster in dem erhitzten Film zu bilden. Die Prägewalze 17 v/eist eine Sinlaßzuführung 19 für ein flüssiges Kühlmittel und eine Auslaßleitung (nicht gezeigt) auf dem entgegengesetzten Ende der Walze auf, sodaß Kühlmittel durch die hohle Prägewalze zirkulieren kann. Die hohle Andrückwalze 13 hat ebenso eine Zuführungsleitung für Kühlmittel und ebenso eine Auslaßleitung an dem entgegengesetzten Ende (nicht gezeigt).

Ein Paar Xühlwalzen 21 und 22 sind so befestigt, daß ihre Oberflächen in Kontakt stehen mit der elastisch abgedeckten Oberfläche der Andrückwalze 13. Die obere Kühlwalze 21 weist eine Zufübrungsöffnung für Kühlmittel 23 und die untere Kühlwalze 22 ebenso eine Einlaßöffnung 24 für Kühlmittel auf. Die Oberflächen der Kühlwalzen 21 und 22 sind vorzugsweise aus Metall und dienen dazu, Wärme von der elastischen Abdeckung (nicht gezeigt) der Andrückwalze 18 abzuführen, dadurch die Kühlung des Filmes 10, wenn er sich in dem Spalt 16 befindet, zu erhöhen, um das in den Film eingeprägte

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Muster, wenn dieser durch den Walzenspalt läuft, zur ϊ£τ-starrung zu bringen. Obgleich es bevorzugt wird, Kühlwalzen, wie sie in der Zeichnung aufgezeigt sind, zu verwenden, ist darauf hinzuweisen, daß die Erfindung auf deren Verwendung nicht eingeschränkt wird und daß die Kühlung ausschließlich über das durch die Präge- und Andrückwalzen laufende Kühlmittel erfolgen kann. Nachdem die erhitzte Bahn 10 geprägt ist, wird sie mit der Prägewalze 17 über einen Bogen von etwa 10 bis etwa 130°, vorzugsweise etwa 90° in Kontakt gehalten und dann über eine Eilfswalze oder Kachkühlwalze geleitet. Die 17 achkühl wal ze 25 ist mit einer Einlaßleitung 26 für Kühlmittel ausgestattet und hat einen Eühlmittelauslaß an der anderen Seite (nicht gezeigt). Die geprägte Bahn 1G wird mit der ITachkühlwalze über einen Arbeitswinkel von etwa 90° in Eontal· t gebracht und dann von einer Leitrolle aufgenommen, von der sie sich dann zu einer Aufwickelwalze auf einem Aufwickelstand (nicht gezeigt) bewegen kann, um den geprägten ITiIm auf eine P_Lolle gewünschter Größe aufzurollen. Es kann aber auch die geprägte Bahn unmittelbar Fertigungsmaschinen zugeführt werden, wenn ein in Reihe angeordnetes Präge-Fertigungsverfahren gewünscht wird.

Die nicht in Kontakt befindlichen Strahlungs-,(Konvektions-) oder Gebläsewärmequellen 14 und 15 können irgendwelche geeignete Wärmequellen sein, die geeignet sind, der Bahn 13 schnell V/arme zuzuführen. JJs kann jede Wärmequelle 14 und elektrische Heizkörper verwenden, die in Abständen vonein-

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ander auf jeder Seite der durchlaufenden Filmbahn 10 angebracht und so angeordnet sind, daß eine höbe Wärmeenergie quer zur Filrnbahn abgegeben wird, wenn diese den Zwischenraum zwischen den Wärmequellen durchläuft. Elektrische Heizquellen, die widerstandsfähige Strahlheizkörper des Stabtyps enthalten, wie sie in industriellen Heiz- und Trocknungsofen verwendet werden, zum Beispiel des Calrod-Typs, sind ebenso als Wärmequellen für die Einheiten 14 und 15 geeignet. Es können aber auch außer oder zusätzlich zu den elektrischen Wärmequellen, Wärmequellen auf Brennstoffbasis in diesem Verfahren verwendet werden, um dem "TiIm Wärme zuzuführen. Langgestreckte Gasbrenner können quer zu der Bewegungsrichtung des Filmes vorgesehen und an jeder Seite des Filmes in ausreichendem Abstand angebracht werden, um das Brennen oder Schmelzen des Filmes zu vermeiden, jedoch ausreichend dicht, um einheitlich Wärme über die gesamte Filmbreite von beiden Seiten zuzuführen, um die Temperatur des Filmes auf die zur Prägung erforderliche Temperatur zu erhöhen. Außer mit den offenflammigen Brennern, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung mit flammenlosen, katalytischen Heizkörpern hoher Energie als nicht-kontaktierender Heizquelle zum Erhitzen des Films durchgeführt v/erden.

Das bevorzugte.Verfahren, den Film in dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu erhitzen, besteht darin, Umwälzheissluftquellen als WärmeZuführungen 14 und 15 an jeder Seite der Bahn zu verwenden. Die Luft kann durch irgendein

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geeignetes Verfahren, d.h. durch offene Gasflammen, durch katalytisch^ Gasheiznittel, elektrische Widerstandheizkörper, elektrische Infrarotstrahler erhitzt werden und sie wird, aus den Wärmequellen 14 und 15 auf jede Seite der Bahn in Form eines dichten, quer laufenden Bandes mit hoher Geschwindigkeit zugeführt, wobei das Hand über die Breite des Films auf jeder Seite des Pilms und auf entgegengesetzten flächen auf jeder Seite des Films verläuft. Beispielsweise kann der heiße Luftstrom dam Film in einer Zone zugeführt werden, wie sie durch die Pfeile an jeder Seite des Films in der Zeichnung dargestellt ist. Wenn gewünscht, können die Heizquellen

14 und 15 so ausgelegt sein, daß Heißluft im Kreislauf geführt wird, wobei nach dem Fliessen von Heißluftströmen über die Seiten des Filmes wenigstens ein Teil der Luft zurück in die Heißlufterhitzungsquellen 14 und 15 geführt wird, um Energie zu sparen.

Obgleich es nicht kritisch ist, daß die Heizquellen 14 und

15 einen spezifischen Abstand über dem Walzenspalt 16 der Präge- und Andrückwalzen aufweisen, wird es bevorzugt, den Abstand zwischen dem Spalt 16 und dem Punkt oder den Punkten, bei denen der Bahn Wärme zugeführt wird, so kurz als möglich zu halten. Vorzugsweise sollte die Zone oder die Weglänge des Filmes von dem Zeitpunkt, bei dem er der nicht-kontaktierenden Wärmequelle ausgesetzt ist, bis er den Walzenspalt

16 θ-er Präge- und Andrückwalzen erreicht, nicht langer als etwa 50 cm sein. Insbesondere sollte diese Zone eine Länge

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zwischen etwa 15 bis etwa 35 cm haben. Js ist erwünscht, di. Länge des Filmes, wenn er sich in erhitztem Zustand befindet, so kurz als möglich zu halten, um eine Instabilität des weichen, flexiblen, erhitzten Filmes zu vermeiden und zusätzlich ein Durchhängen, Verziehen oder Verstrecken des Filmes zu verhindern, wenn er sich in dem sehr halb-flüssigen, erweichten Zustand befindet.

Während die Temperatur, auf die der durchlaufende Film 1C in der JJrhitzungszone durch die Wärmequellen 14 und 15 erhitzt wird, von der Art des thermoplastischen Materials, aus dem der Film gefertigt ist, abhängig ist, ist es ein sehr bedeutender Gegenstand der vorliegenden Erfindung, daß der Film auf eine Temperatur erhitzt wird, die ausreichend ist, eine tiefe Prägung zu ermöglichen, d.h. auf eine Temperatur, die wenigstens den Ervächungspunkt des geweiligen Polymerisats, aus dem der Film gefertigt ist, erreicht. Unter der Erweichungstemperatur ist eine Temperatur zu verstehen, die ausreichend hoch ist, einen amorphen oder nicht-kristallinen Film zu entspannen. Bei halb-kristallinen Polymerisaten, wie bei Polyäthylen geringer oder mittlerer Dichte,und bei kristallinen Polymerisaten, wie bei Polypropylen, ist unter dem ErveLchungspunkt eine Temperatur zu verstehen, die an jeder Seite des kristallinen Schmelzpunktes dieser Polymerisate liegt. Bei Filmen aus Polymerisaten mit einem bestimmten kristallinen Schmelzpunkt (T_m) sollte der Film mittels einer nicht-kontaktierenden Wärmequelle, vorzugsweise mit erhitzter Luft, so erhitzt werden, daß die Filmtemperatur

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auf einen Bereich innerhalb von etwa - 11 C (- 20 F) des kristallinen Schmelzpunktes des Folymerisats, aus dem der Film gefertigt ist, erhöht wird. Vorzugsweise sollte der Film auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa -11⁰C " (-20⁰F) bis etwa +5,5°C (+10⁰ZJ¹) des kristallinen Schmelzpunktes des Polymerisats erhitzt v/erden. Bei Filmen aus polymerisaten, die keinen genau definierten kristallinen Schmelzpunkt haben, zum Eeispiel Polystyrol, bei Polyäthylenen mit geringer Dichte, usw., sollte der Film auf eine Temperatur.' erhitzt werden, bei der der Film weich genug wird, um ein tiefes, dauerhaftes Prägemuster aufzunehmen, d.h. bei der im wesentlichen die gesamte voraus gegebene Orientierung, die dem Film zugeführt sein kann, aufgehoben wird.

Ein weiterer kritischer Parameter zur Steuerung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist die Cberflächentemperatur der l-üetallprägewalze, die so gesteuert werden sollte, daß man eine Temperatur im Bereich von etwa 35 bis etwa 95°C (70 bis etwa 17'G⁰F) unter der kristallinen Schmelztemperatur des Polymerisats, das zur Herstellung des zur Prägung vorgesehenen Filmes verwendet wird, einhält. Ein v/eiterer Parameter, der gesteuert werden muß, ist die Oberflächentenporatur der Gumni-Andrückv/alze, die in einem Temperaturbereich von etwa 70 bis etwa 1CG⁰C (etwa 125 bis etwa 180°F) unter der kristallinen Schmelztemperatur des zur Bearbeitung vorgesehenen Polymerisats gehalten werden sollte. Die Tem-

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peratur des Kühlmittels, das der Präge- und der Andrückwalze, zugeführt wird, wird von der jeweiligen konstruktion und der Wärmeübertragung der beiden Walzen abhängig sein und kann leicht durch Versuche bestimmt werden. Eei der Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wurde beim Prägen von Polyätliylenfilmen (mit geringer, mittlerer oder hoher Dichte)festgestellt, daß die Steuerung der Temperatur des der Prägewalze zugeführten flüssigen Kühlmittels im Bereich von etwa 5 bis etwa 65°C (etwa 2C bis etwa 15O⁰I¹¹) befriedigend ist. Die Kühlmitteltemperatur der elastischen Walze liegt im Bereich von etwa 10 bis etwa 4C⁰C (5 bis etwa 10O⁰F) beim Prägen der oben angegebenen Filme.

Der der Prägewalze und der Gummi-Andrückwalze zugeführte Druck, um einen Spaltdruck zu bilden, hängt von der jeweiligen Art des zur Verarbeitung vorgesehenen Polymerisats und der Tiefe des Musters und der Oberflächenbeschaffenheit der Prägewalze und ebenso von den Federungseigenschaften der auf der Andrückwalze verwendeten Abdeckung ab. Im allgemeinen sind Drücke im Bereich von 9 bis 90 kg/linearer cm zufriedenstellend zur Herstellung eines geprägten Taftfilmes nach dem vorliegenden Verfahren.

Die Geschwindigkeit oder lineare Schnelligkeit, mit der der Film durch die Erhitzungszone und die Präge- und Andrückwalzen bewegt wird, wird von der Stärke des Films und dem jeweiligen Polymerisat, aus dem der Film gefertigt ist, ab-

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hängig sein. Geeignete Geschwindigkeiten zum Prägen des Filmes können leicht durch Versuche ermittelt werden. Im allgemeinen können Filme mit einer Stärke von 0,012 bis 0,3rnm (0,5 bis 12 mils) zufriedenstellend mit Geschwindigkeiten von 9 bis150 m/Ein. (30 bis 500 ft./min.) geprägt werden. Das Muster des Prägefilms 17 kann irgendein gewünschtes Muster sein. Es v/urde festgestellt, daß zum Erzielen bester Ergebnisse bei der Herstellung von weichen, flexiblen Prägefilmen mit geringem Glanz und gutem Modul das Muster klein und scharfe Brüche und ein Minimum an flachen Oberflächen haben sollte, sodaß die Eeflektion des einfallenden Lichtes (der Glanz) des Prägefilms verringert wird. Sofern erhöhte oder vertiefte Muster verwendet werden können, wurde festgestellt, daß gute Ergebnisse dann erhalten werden, wenn man ein erhöhtes (also herausragendes) Muster verwendet, weil dadurch ein leichterer Ausgleich der Wärmeübertragung von den beiden Seiten der Filmbahii auf die Metallprägewalze und auf die federnde Andrückwalze möglich ist. Wenn die Entfernung von Wärme von beiden Seiten des Films ausgeglichen ist, verringert sich dadurch das Verhältnis von ungleichem bzw. unebenem Kristallwuchs in dem Film und damit die Neigung zur Kräuselung an den Kanten, wenn der Film die Prägevorrichtung verläßt. Im allgemeinen können die Muster auf der Prägewalze mittels einem der herkömmlichen, zur Herstellung von Prägewalzen üblichen Verfahren hergestellt werden, wie beispielsweise durch Ätzen, Spanabhebende Bearbeitung, Rändeln, Riffeln, Kordieren, Intagliogravur oder durch irgendein anderes

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geeignetes Verfahren. Es wird bevorzugt, daß das Muster, ob es nun erhöht oder vertieft vorliegt, entweder herausragende Teile oder Eintiefungen im Bereich von etwa 8 Punkten/cm (20 points/in.) bis etwa 100 Puiilcte/cm (250 ρ ο int s/in.) aufweist. Eines der insbesondere bevorzugten Muster ist ein viereckiges erhöhtes Muster mit ca. 20 Punkten/cn (55 points/ in.) und mit einer Ausnehmungstiefe von etwa 0,0109 cm (0,0043 inch). Es kann jedoch irgendein Muster verwendet werden, um einen zufriedenstellenden. Prägefilm herzustellen.

Das federnde Abdeckmaterial der Andrückwalze kann irgendein geeignetes Material sein, das ausreichenden Rückprall und Gebrauchsdauer hat, um scharfe Eindrücke auf dem Film gegen das geätzte oder gravierte Muster auf der Prägewalze zu bilden. Zu den geeignetesten Materialien gehört eine mit Neopren abgedeckte Andrückwalze. Es kann jedoch ebenso Polyurethan, natürliche Kautschuk- oder andere Kautschukarten und weitere geeignete federnde Materialien verwendet werden.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann bei irgendeinem thermoplastischen Material verwendet werden, das geeignet ist, in dünne flexible Folien oder Bahnen ausgeformt zu verden tind das mit Prägungen versehen v/erden kann, wobei es ein geprägtes Muster beibehält. Zu geeigneten Polymerisaten, die zur Herstellung des zur Prägung vorgesehenen Films nach der vorliegenden Erfindung und zur Herstellung des Prägefilms nach der vorliegenden Erfindung verwendet werden

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können, gehören Polymerisate von alpha-Clefinen mit 2 bis 4- Kohlenstoffatomen wie Polyäthylen geringer Dichte, Polyäthylen mittlerer Dichte, Polyäthylen hoher Dichte, polypropylen, polybuten-1 und Mischpolymerisate dieser Comonomeren miteinander, sowie mit anderen polymerisierbaren Comoiiomeren. Weitere zufriedenstellende ü?ilme können aus polymerisierbaren Viiiylmonomeren hergestellt v/erden, zum Beispiel Filme aus Polystyrol, polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und Mischpolymerisaten dieser rionomeren mit anderen Comonomerei-, zun Beispiel Äthylen, Vinylacetat, Acrylsäure und anderen. Weitere geeignete !Materialien sind liylon und andere Polyamidfilrae, sowie von Mischpolymerisaten dieser Art. Cellulosepolymerisate wie Cellulosenitrat, Celluloseacetat," Cellulosebutyrat und andere, können für zur Prägung vorgesehene 1?ilrae verwendet v/erden. Weitere geeignete Filme können aus Polymerisaten des Styrol-Iiitriltyps hergestellt werden, wie Styrol-Acrylnitrilmischpolymerisaten, Styrol-Acryliiitrilpfropfpolymerisaten mit anderen Comonomeren, zum Seispiel ΓIethy1acrylat, die auf Kautschuksubstrate gepfropft werden können. Weiterhin können Prägefilme nach der vorliegenden Erfindung aus mehrschichtigen Filmen gefertigt werden, wie Polyäthylen:liylon, Polyäthylen hoher Dichte:Polyäthylen geringer Dichte:Polyäthylen hoher Dichte; Polyäthylen niederer Dichte: Polyvinylacetat:Polyäthylen geringer Dichte; Polyäthylen geringer Dichte:Polypropylen:Polyäthylen geringer Dichte und anderen.

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Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann verwendet v/erden zur Herstellung von Prägefilmen mit ausgezeichneter "Griffigkeit" und ausgezeichneter Weichheit aus Filmen von Polyäthylen geringer Dichte mit einer Stärke von 0,012 bis 0,127 mm (0,5 bis 5,0 mils). Diese/geprägten Filme haben eine Prägungstiefe von 0,0889 - 0,012 inm (3,5 - 0,5 mil), einen Modul (mit einer I^igen Standardsekante) von \tfeniger

als 980 kg/cm² (14 000 lb/in. ). in der !.aschinenrichtung

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und weniger als 980 kg/cm (14 000 lb/in. ) in der Querrichtung, wenn ein quadratisches Muster auf der Prägewalze auf einem Film mit einer Stärke von 0,025 mm (1 mil) aufgebracht wurde. Brägefilme mit einem Modul geringer als 980

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kg/cm (14 000 Ib./in. ) in der riaschineiirichtung und größer

P P

als 980 kg/cm (14 000 Ib./in. ) in der Querrichtung wurden erreicht, wenn ein Eautenmuster auf der prägewalze verwendet wurde. Die geprägten Filme hatten Zerrexssfestigkeiten (gemessen bei 25f''iger Dehnung) im Bereich von 270 bis 410 kg (600 bis 900 lbs.). Der gebildete Taft oder Prägefilm hatte einen Glanz von 3 bis 10 Punkten, bestimmt mittels einem Gardner Glanzmesser unter Verwendung eines 45° Kopfes.

Bei den Verfahrensbedingungen, die zur Herstellung der voraus bezeichneten Prägefilme verwendet wurden, wurde die Temperatur des«sich bewegenden Filmes in der Erhitzungszone auf eine Temperatur im Bereich von 104 bis 121⁰G (220 bis 250 F) erhöht. Die Temperatur an der Fläche oder äußeren Oberfläche der Prägewalze wurde im Bereich von 21 bis 76⁰C

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(70 bis 17C⁰F) gehalten. Die Walzenflächentemperatur der Kautschuk-Andrückwalze vmrde im Iereich von 15 ^is 46 C (6C bis 115°?) gehalten. Das der Prägewalze zugeführte flüssige Kühlmittel vmrde im Temperaturbereich von -6 bis +65°C (20 bis 15O^0-J) und die der Kautschuk-Andrückwalze zugeführte Kühlungsflüssigkeit wurde im Temperaturbereich von -15 bis +37⁰C (5 bis 10O⁰P) gehalten.

Bei Verwendung von Heißluftöfen mit Ilr eisl auf führung als Wärmequelle in dem oben angegebenen Verfahren wurden Polyäthylenfilme mit einer Stärke von 0,012 bis 0,3 mm (0,50 bis 12,0 mils) erfolgreich geprägt, wozu man erhitzte Luft jeder Seite des Filmes mit Temperaturen im Bereich von 90 bis 425⁰C (200 bis 800⁰F) zuführt. Weitere Beispiele für Prägefilme, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, sind in den Tabellen I angegeben. In der Tabelle II sind die verwendeten Verfahrensbedingungen angegeben.

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CD CO 00 CO

Eigenschaften ,

Zerreissfestigkeit kg/cm² M.D. )

M.D. T.D.

(psi)

Zerreissfestigkeit

kg/cm² Q}.D. (psi)

Dehnung % M. D. Dehnung ?' T.D. _P Modul ca. X.% kg/cm

(psi)p

Modul ca.1$ kg/cm (psi) Einreissfestigkeit

g/mil M.D. Einreissfestigkeit

g/mil T.D.. Prägestärke mm

(mil) Stärke n.Gewicht mm

(mil)

Schlagfestigkeit g 50# (fall.Pfeil) Glanz ca. 45° Schlupf, g (hervorstehendes Profil gegen Profil) Spannung ca. 2^>°/o g/in.

	Prägen	Filmtyp	HDPA (5)	LDPA (1)	LDPA C^)	I
	307,2	AVAC (4)	nach dem	vor dem	nach dem	ro -Λ
	(4374)	vor dem	Prägen	Prägen	Prägen	I
Tabelle I	222,1	Prägen	371,5	216,3	205,8
	(2730)	288,9	(5308)	(3076)	(2940)
Vinyl (3;	189	(4113)	206,6	129,1	109,9
vor dem nach dem	238	190,9	(2952)	(1845)	(1570)
Prägen	441,7	(2728)	127	133	192
309,8	(6310)	337	460	496	411
(4412)	335,3	700	5950	639,1	636,3
219,8	(4790)	231	(85000)	(9130)	(9090)	K)
(3126)	386	(3300)	3230	1033	452,2	-Ο-
182	208	710	(46150)	(14760)	(6460)	CD
229	0,028	(10100)	37	233		K)
403,9	(1,10)	106	95	137		CD
(5770)	0,020	115	0,099	0,89	0,101	ro
396,2	(0,80)	0,101	(3,90)	(3,50)	(4,0)
(5660)	313	(4,0)	0,026	C,0256	0,0251
64	39,0	0,246	(1,04)	(1,03)	(0,99)
120	>2,08	(0,97)	<40	16	142
		240	2,9	7,3	4,8
·—		7,0	0,39	0,47	0,58
0,020		92	-	781	606
(0,80)		484
88,1
>2,08

Tabelle I (Fortsetzung)

(1) Polyäthylen geringer Dichte, Dichte - 0,922, .Schmelzindex = 4,0

(2) Polyäthylen geringer Dichte, Dichte = 0,923, Schmelzindex = 2,0

(3) Polyvinylchlorid/Äthyl~PVC-?ilm MS6

(4) Ithylen/Vinylacetatmischpolyinerisat, Pichte = 0,92?, Schmelzindex =1,3

(5) Polyäthylen hoher Dichte, Dichte = 0,950, Schmelzindex = 0,3

co 00 CaJ

O CO

ro ro

CD CO

Tabelle II

Filmtyp

Arb e itsb edingungen

Luftofentemperatur C

(⁰F)

Geschwindigkeit des Gebläses, UpM

ρ Prägespaltdruck kg/cm

(lb/in.)

Temperatur d.Kühlmittels der Gravierwalze gC (⁰F)

Temperatur d.Kühlmittels der " " -of

Kautschukwalze ^UC (⁰F)

Vinyl (3)	ÄVAC (4)	HDPÄ (5)	LDPÄ (1)	LDPÄ (2)
204 (400)	246 (475)	204 (400)	204 (400)	246 (475)
1250	1200	1200	1400	1400
28 (400)	37 (530)	28 (400)	23 (330)	31 (455)
36,7 (98)	18,3 (65)	35 (95)	35 (95)	29 (85)
-12 (10)	-11 (12)	-9 (15)	-10 (14)	-9

(1) Polyäthylen geringer Dichte, Dichte = 0,922, Schmelzindex = 4,0

(2) Polyäthylen geringer Dichte, Dichte = 0,923, Schmelzindex =2,0

(3) Polyvinylchlorid/Äthyl-PVG-Film I-IS6

(4) Äthylen/Yinylacetatmischpolymerisat, Dichte = 0,927, Schmelzindex

(5) Polyäthylen hoher Dichte, Dichte = 0,950, Schmelzindex =0,3

=1,3

ro -F=- ι

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ist besonders geeignet zur Prägung thermoplastischer dünner Filme in Reihe, die mittels dem Blasenverfahren unter Durchblasen (blown bubble px-ocess) hergestellt werden. Der aufgeblasene Schaum, wie er von dem "bubble tower" kommt, wird an seinen Rändern aufgeschnitten, wodurch man zwei Folien aus thermoplastischem Film erhält, die zwei Prägevorrichtungen zugeführt werden können, die entsprechend der Zeichnung ausgelegt sind. Bei Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung können eine große Vielzahl von Prägefilmen mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften, wie Zerreissfestigkeit, Modul, Prägestärke, Prägemuster, Weichheit, Glanz aus einem Beschickungsfilm, der aus einem Harz mit Standarddichte gefertigt ist, hergestellt werden. Durch Einstellen der Verfahrensparameter, wie der Wärme, der Temperatur des Films, wie er den Prägewalzen zugeführt wird, des Drucks der Prägewalzen, durch Auswahl des Musters der Prägewalzen, der Temperatur der Oberfläche der Prägewalze und der Andrückwalzen, ist es möglich, verschiedene Prägefilme mit den gextfünschten physikalischen Eigenschaften aus einem Standardbeschickungsfilm herzustellen, wobei dieser aus einem einzigen Basisharz hergestellt ist. Bei Verwendung eines unmittelbar aus einem Blasen-Blasprozess hergestellten Filmes sind Abweichungen hinsichtlich der Stärke automatisch über die Breite des Prägefilms verteilt und es liefert daher der nach dem vorliegenden Verfahren hergestellte Prägefilm Prägefilmrollen mit ausgezeichneter Formenangleichung bzw. Formtreue

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und daher mit ausgezeichneter Bearbeitbarkeit und Eedruckbarkeit. Die nach dieser Erfindung hergestellten Prägefilmrollen haben keine harte oder v/eiche Flecken und es sind daher irgendwelche geringe Stärkeabweichungen einheitlich über die Breite der Rolle des hergestellten Prägefilms verteilt. Durch sorgfältige Steuerung der Geschwindigkeit der Zug- oder Andruckwalzen ist es möglich, dem Film gegebenenfalls eine begrenzte Spannung zu verleihen, um das gewünschte Endprodukt herzustellen. Wenn beispielsweise ein Film mit guten Festigkeitswerten, d.h. Beanspruchungs- bzw. Spannungswerten unfier der Elastizitätsgrenze hergestellt werden soll (Spannung = Bruch- bzw. Zerreissfestigkeit bei 25$ Dehnung), kann man leicht die Geschwindigkeit der Zugwalzen verlangsamen und damit der erhitzten Bahn, so wie sie in den Spalt der Präge-Andrückwalze kommt, eine leichte Orientierung geben. Die Kantenkrauselung des Prägetaftfilmes der vorliegenden Erfindung kann dadurch gesteuert xirerden, daß man die Temperaturen der Oberfläche der Stahlprägewalze und die Oberflächentemperatur der Gummi-Andrückwalze variiert.

Obgleich in der Zeichnung und der vorausgehenden Beschreibung der bevorzugten Vorrichtung Zugwalzen zur Beschickung des Filmes in die Prägevorrichtung verwendet werden können, ist es nicht notwendig, daß diese vorgesehen werden. Es ist jede Vorrichtung zur Beschickung des Films in die Erhitzungszone und in den Prägespalt zufriedenstellend, zum Beispiel

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eine einzige Führungsrolle oder eine äquivalente Vorrichtung, sofern die Präge- und Anarückwalzen angetrieben werden, um den Film durch diese Walzen zu ziehen. Während zwei Wärmequellen, eine auf jeder Seite des Filmes, wünschenswert sind, ist es jedoch nicht notwendig, daß zwei verwendet werden, weil das Verfahren auch in der Weise durchgeführt werden kann, daß man eine einzige Wärmequelle verwendet und dem Film ausreichend Seit läßt, daß die Wärme von der einen Seite des Films zur anderen eindringen kann. Es werden gedoch besonders günstige Verfahrensbedingungen bei Verwendung von zv/ei Wärmequellen, eine auf jeder Seite des sich bewegenden Kunststoffilnies, erhalten.

Während die vorliegende Erfindung im Hinblick auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es für den Fachmar klar, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.

-Patentansprüche—

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Claims (3)

1. Patentansprüche :

   lJ Verfahren zum Prägen eines thermoplastischen Films durch Aufdrücken gegen eine Prägewalze, dadurch gekennzeichnet , daß man einem sich bewegenden Film (10) aus thermoplastischem Material Wärme ohne unmittelbaren Kontakt mit der Wärmequelle zuführt und daß man dabei die Temperatur des Filmes über seine Erweichungstemperatur erhöht, dann sofort den erhitzten Film durch den Spalt (16) eines sich gegenläufig drehenden Walzenpaares (17,18) laufen läßt, wobei eine Walze (17) ein Prägemuster aufweist und die andere Walze (18) mit einem federnden Material abgedeckt ist und der Film gekühlt wird, solange er sich in Kontakt mit wenigstens einer Walze der paarweise angeordneten Walzen befindet, wozu man die Walze kühlt.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man die Wärme dem Film (10) auf beiden Seiten durch Kontakt mit bewegter erhitzter Luft zuführt.
3. 3. Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die federnde Walze (18) des Walzenpaares durch Kontakt mit wenigstens einer weiteren Walze (21) abkühlt, wobei diese eine geringere Temperatur als die federnde Walze (18) aufweist.

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