DE2534983A1 - Thermofixieren von polyaethylenterephthalat-folie - Google Patents

Description

Patentanwälte: ■
Dr. !ng. Wait :r Abltz

Dr. Dieter r. Morf 5. August 1975

Dr. Hans-A. Brauns FD-2448

B IUWtWO 86, Plwuenauentr. 28

E.I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY lOth and Market Streets, Wilmington, Del. 19898, V. St. A.

iDhermofixieren von Polyäthylenterephthalat-Folie

Die Erfindung betrifft die Herstellung thermofixierter, asymmetrisch, biaxial orientierter Polyesterfolie.

Polyesterfolie, die in Längs- oder Maschinenrichtung (MR) stärker als in der Querrichtung (QR) orientiert worden ist (auch als "Tensilized FiIm" bezeichnet - nachfolgend kurz: TF-Folie) hat eine sehr hohe Zugfestigkeit in MR und weist auch eine hohe bei 5 % Dehnung gemessene Zugfestigkeit in MR (auch als "F-5-Wert" bekannt) auf. Diese Eigenschaften haben der Folie eine gute Eignung als Grundlage für Bänder für Magnetaufzeichnungen verliehen. Hocherwünscht ist, eine solche Folie zu erzeugen, die auch gegen Schrumpfen bei erhöhten Temperaturen beständig ist, d. h. eine gute Wärmefona- bzw. Wärmedimensionsbeständigkeit hat. Es ist aber bedauerlicherweise sehr schwierig gewesen, eine Folie von hoher Wärmeformbeständigkeit in

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ME ohne eine gewisse Einbusse beim F~5~Wert zu erzeugen, da genau diejenigen Verfahren, die in Richtung einer Erhöhung der Wärmeformbeständigkeit gehen, gleichzeitig auch in Richtung der Erzeugung einer Folie verlaufen, die Dehnung bei niedrigerer Zugkraft erlaubt. Hocherwünscht ist auch, eine TF-Polyesterfolie erzeugen zu können, die eine gute Warmeformbestandigkeit in QR hat.

Für den Einsatz als Magnetband-Grundlage erzeugte Polyesterfolie wird in Form einer breiten Folie gegossen und zur Ausbildung zweckentsprechender Eigenschaften bearbeitet. Da die Bearbeitung ein Dehnen in MR wie auch QR umfasst, ergibt sich eine Tendenz der Polymermoleküle, in einer Richtung mit einer gewissen Schiefe gegenüber der MR ausgerichtet zu werden. Diese Erscheinung führt zu schlechten Reisseigenschaften der Folie, auf Grund deren das Schlitzen sehr schmaler Bänder Schwierigkeiten bereitet. Da diese Erscheinung optisch an Doppelbrechungsmessungen beobachtbar ist, kann sie auch als schlechte Doppelbrechung bezeichnet werden. Mit dem Begriff "Doppelbrechungsbogen¹¹ wird die Situation beschrieben, dass die Doppelbrechung an den Folienrändern von derjenigen in der Mitte verschieden ist und in Richtung der Folienbreite variiert.

In US-PS 3 461 199 ist eine Methode zur Verbesserung der MR-Formbeständigkeit von Polyesterfolie unter Aufrechterhaltung eines erwünscht hohen F-5-Wertes beschrieben. Kurz zusammengefasst erfolgt hierbei ein zweistufiges Thermofixieren nach asymmetrischer, biaxialer Dehnung der Polyesterfolie. Die vorliegende Erfindung verbessert diese Methode.

Mit dem Verfahren gemäss der Erfindung ist eine wesentliche Verbesserung der Formbeständigkeit in QR ohne wesentlichen Verlust an F-5-Festigkeit in MR erzielbar. Darüberhinaus wurde gefunden, dass der Doppelbrechungsbogen reduziert werden kann.

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Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung wird asymmetrisch, biaxial orientierte Folie aus Polyalkylenterephthalat (einschliessend auch Copolyester und polyäthylenterephthalatartige Polyester und Copolyester) in zwei Stufen thermo fixiert, wobei die Temperatur in der ersten Stufe im Bereich von 150 bis 250° C liegt und die Temperatur in der zweiten Stufe mindestens 5° C unter der Temperatur in der ersten Stufe, aber über der Einfriertemperatur (Übergangstemperatur zweiter Ordnung) der Folie liegt, und die Folie dann einer dritten Thermofixierstufe mit einer Temperatur von etwa 125 bis 190⁰ C zugeführt und nach Verlassen der dritten Thermofixierstufe abgeschreckt wird,

Die Erfindung ist nachfolgend näher an Hand der Zeichnung erläutert, die schematisch die Behandlung einer Folie gemäss der Erfindung zeigt.

Das Ausgangsmaterial für die vorliegende Erfindung ist asymmetrisch, biaxial orientierte Folie aus Polyäthylenterephthalat, worunter in der hier gebrauchten Bedeutung Polymere zu verstehen sind, welche die gleiche Struktur haben, wie sie durch Polykondensation von Äthylenglykol und Terephthalsäure erhalten wird, wie auch Polyester und Copolyester, welche die wesentlichen Eigenschaften von Polyäthylenterephthalat aufweisen, wie Polymere, die unter Einsatz anderer Glykole, wie Tetramethyl englykol oder Cyclohexandimethanol, und anderer Dicarbonsäuren, wie Isophthal- oder Naphthalindicarbonsäure, erhalten werden.

Asymmetrische, biaxiale Orientierung kann folgendenaassen erhalten werden: Die Folie wird in der QR auf das etwa $- bis 4,5fache, vorzugsweise etwa 3»5- bis 4,2fache ihrer ursprünglichen Breite gedehnt· Diese Behandlung kann auf einem herkömmlichen Spannrahmen erfolgen, z. B. nach US-PS 2 995 779. Wenn gewünscht, kann der OJR-Dehnung eine MR-Dehnung vorgeschaltet werden, bei welcher die Folie auf das bis zu Zweifache ihrer Länge, vorzugsweise 1,2- bis 1,5-fache, gedehnt wird. Diese MR-Dehnung lässt sich bekanntlich bewirken, indem

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man die Folie zwischen zwei langsam laufende, einen Walzenspalt bildende Walzen führt, auf die ein Paar rasch arbeitender, einen Walzenspalt bildender Walze folgt, z. B. bei etwa 80° C. Nach der QR-Dehnung wird die Folie um eine Vorheizwalze von z. B. etwa 70 bis 100° C geführt. Die Folie passiert dann ein Paar langsam laufender, einen Walzenspalt bildender Walzen von etwa 105 bis 160° C und darauf ein Paar rasch arbeitender, einen Walzenspalt bildender Walzen von etwa 145 bis 185° C. Zwischen diesen Walzensätzen wird die Folie auf das mindestens 3,5-fache ihrer Länge gedehnt. Vorzugsweise ist die Folie an diesem Punkt auf das etwa 4,3- bis 4,7fache ihrer Länge gedehnt, es sei denn, sie wäre zuvor einer MR-Dehnung vor der Q#-Dehnung unterworfen worden, wobei in diesem Falle das bevorzugte Dehnverhältnis etwa 3»8 bis 4,3 beträgt.

Wie schematisch in der Zeichnung gezeigt, wird die asymmetrisch, biaxial orientierte Folie danach in zwei Stufen, HS-1 und HS-2, unter Einsatz von zwei Thermofixier-Walzensätzen thermofixiert (Arbeitsweise nach US-PS 3 461 199). Die Temperatur in der ersten Stufe (HS-1) wird im Bereich von 150 bis 250° C, vorzugsweise etwa 190 bis 210° C gehalten. Die Geschwindigkeit der Walzen in der ersten Stufe kann auch so gewählt werden, dass eine Entspannung der Folie, z. B. von etwa 2 bis 5 %i eintritt. Die Temperatur in der zweiten Stufe (HS-2) wird minde-

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stens 5 C unter derjenigen in der ersten Stufe, aber über der Einfriertemperatur der Folie gehalten. Vorzugsweise liegt die Temperatur der zweiten Stufe im Bereich von 155 bis 190° C-.

Die bei dieser Arbeitsweise gemäss der Erfindung behandelte Polyäthylenterephthalat-Folie war vor Eintritt in die Stufe HS-1 noch nicht thermofixiert worden, d. h. sie hatte keine wesentliche Erhitzung auf über die Dehntemperatur erfahren. Wie sich gezeigt hat, erhöht ein Thermofixieren in den Frühetadien die Kristallinität, wird ein Orientieren der Folie stark erschwert, und wird ein sehr hoher Kraftaufwand während der Behandlung notwendig.

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Nach Verlassen von HS-2 kann die Folie zwischen zwei Abschreckwalzen 1 geführt werden, um, wenn gewünscht, eine erste Abschreckung durchzuführen. Unter "Abschreckung" ist zu verstehen, dass die Folie unter ihre Einfriertemperatur gebracht wird. Vorzugsweise beträgt die Abschrecktemperatur etwa 25 bis 40° C. Die Abschreckwalzen 1 können auch mit genügend höherer Geschwindigkeit als die Walzen in HS-2 laufen gelassen werden, um eine MR-Dehnung im Bereich von 0,5 bis 6,5 % zu bewirken.

Nach Verlassen der Abschreckwalzen 1 wird die Folie einer dritten Thermofixierstufe, HS-3, mit einer Temperatur im Bereich von 125 bis 190° C zugeführt, vorzugsweise zwischen zwei beheizte, einen Walzenspalt bildende Walzen, wie in der Zeichnung gezeigt, aber die Thermofixierung in der Stufe HS-3 kann auch ohne Walzenspaltwalzen bewirkt werden, indem man die Folie einfach über die Oberfläche einer Einzelwalze führt, vorzugsweise unter Umschlingung der Walze auf einem Bogen von 150 bis 200°. Die Temperatur in HS-3 kann auf Werten gehalten werden, die mindestens etwa 5° C unter der Temperatur in HS-2 liegen. Nach Verlassen von HS-3 läuft die Folie zwischen zwei Abschreckwalzen 2 hindurch, wobei die Abschreckung vorzugsweise bei etwa 25 bis 40° C erfolgt. Die Abschreckwalzen 2 können auch auf einer solchen Geschwindigkeit gehalten werden, dass eine Entspannung in MR von 0,5 bis 6,5 % eintritt.

Die Folie kann dann durch ein Schlusspaar Abschreckwalzen und durch ein Schlusspaar walzenspaltbildender Walzen und auf eine Aufwickelwalze geführt werden (wie in der Zeichnung gezeigt).

Gemäss der Erfindung wurde gefunden, dass für die Formbeständigkeit (gemessen als Schrumpf in % bei 105° C) in QR derart kleine Werte wie etwa 0,38 bis 0,51 erzielbar sind. Wenn Folien in entsprechender Weise, aber ohne Anwendung der vorliegenden Erfindung behandelt werden, liegt die Formbeständigkeit in QR typischerweise im Bereich von etwa 0,7 bis 1,33-Während eine gewisse Einbusse beim F-5-Wert (bestimmt als Zugfestigkeit in HR bei 5 % Dehnung) eintreten kann, so ist sie

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doch allgemein gering, d. h. der P~5-Bereich von 1519 bis

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1603 kg/cm steht dem Bereich von 1561 bis 1610 kg/cm bei Folien gegenüber, die in entsprechender Weise, aber ohne. Anwendung der Erfindung hergestellt werden. Auf jeden Fall vermag das Verfahren gemäss der Erfindung Folien mit F-5-Werten zu liefern, die über dem Wert von 1406 kg/cm (20 000 Pounds/Quadratzoll) liegen, der gewöhnlich als erwünschtes Minimum für als Magnetbandgrundlage einzusetzende Folien betrachtet wird. Hinsichtlich der Formbeständigkeit in MR zeigen gemäss der Erfindung behandelte Folien keinen wesentlichen Unterschied von nicht gemäss der Erfindung behandelten; im Durchschnitt liegt sogar eine leichte Verbesserung vor. Darüberhinaus wurde gefunden, dass sich eine Verbesserung der Doppelbrechung ohne merklichen Verlust an Folienbreite oder Lauffähigkeit der Folie einstellt.

Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiel

Es wurde eine 12 Mikron dicke Polyäthylenterephthalat-Folie mit etwa 1043 kg/Stunde erzeugt. Der Schmelzenfilm wurde auf eine Abschrecktrommel von etwa 24° C gegossen und die Folie in einem Spannrahmen auf das ungefähr 3*9fache ihrer Breite in QR gedehnt, wobei sie in dem Spannrahmen auf 114° C vorerhitzt und bei etwa 107 Ms 110° C gedehnt wurde. Nach dem Dehnen wurde die Folie durch eine auf etwa 92° C gehaltene Zone geführt. Die Folie wurde dann in MR auf das etwa 4,60-bis 4,65fache ihrer Länge gedehnt. Die Vorheizwalze hatte eine Temperatur von 100, die langsam laufende Walze von 145 und die .Schnell laufende von 170° C. Die Folie lief durch auf 200° C gehaltene HS-1-Walzen, deren Geschwindigkeit eine Entspannung von 4 % erlaubte, und dann zu auf 180° C gehaltenen HS-2-Walzen. Nach Verlassen von ES-2 lief die Folie zur Abschreckwalze 1, die bei 36° G und bei einer Geschwindigkeit betrieben wurde, die eine Reckung von etwa 0,5 bis 1 % erlaubte,

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und dann zur HS-3-Stufe, die im vorliegenden Beispiel von einer einzigen, auf 175° C gehaltenen Walze gebildet wurde, und weiter zur Abschreckwalze 2, die bei 30 C und einer Geschwindigkeit arbeiten gelassen wurde, die eine Entspannung von etwa 0,5 bis 1 % (der Reckung von HS-2 bis zur Ab schreck walze 1 äquivalent) erlaubte. Die Folie zeigte in tjrpischer Weise eine durchschnittliche Formbeständigkeit (Schrumpf bei 105° C) von 0,51 % in QR und 1,86 in MR und einen F-5-Durchschnittswert von etwa 1533 kg/cm .

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Claims (1)

1. FD-2448 5. August 1975

   Patentansprüche 2534983

   Verfahren zum Thermofixieren asymmetrisch, biaxial orientierter Folie aus Polyäthylenterephthalat in zwei Stufen, wobei die Temperatur in der ersten Stufe im Bereich von 150 bis 250° C liegt und in der zweiten über der Einfriertemperatur der Folie*aber mindestens 5 C unter der Temperatur in der ersten Stufe liegt, dadurch gekennzeichnet, dass man die Folie einer dritten Thermofixierstufe, deren Temperatur etwa 125 bis 190° C beträgt, zuführt und nach Verlassen der dritten Stufe die Folie abschreckt.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Folie nach Verlassen der zweiten Thermofixierstufe und vor Durchlauf durch die dritte Thermofixierstufe in Längsrichtung dehnt, wobei der Betrag der Dehnung im Bereich von etwa 0,5 bis 6,5 % liegt.

   5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Folie vor dem Abschrecken in Längsrichtung entspannt, wobei der Betrag der Entspannung im Bereich von etwa 0,5 bis 6,5 % liegt.

   4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die asymmetrische, biaxiale Orientierung der erfindungsgemäss behandelten Folie eine Dehnung der Folie in Querrichtung auf das etwa 3fache bis 4,5fache ihrer ursprünglichen Breite und darauffolgende Dehnung der Folie in Längsrichtung auf das mindestens 3»5fache ihrer Länge umfasst.

   5- Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnung in der Querrichtung auf das etwa 3ι3~ bis 4,2-fache der Breite erfolgt.

   6. Verfahren nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnung in der Längsrichtung auf das etwa 4,3- bis 4,7-fache der Länge erfolgt.

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   7. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Folie vor der Dehnung in Querrichtung einer Dehnung in der Längsrichtung auf das bis zu etwa 2fache ihrer Länge unterworfen wird.

   8« Verfahren nach Anspruch 7i dadurch gekennzeichnet, dass die lolie .vor der Dehnung in Querrichtung einer Dehnung in der Längsrichtung auf das etwa 1,2- bis 1,5fache ihrer Länge und nach der Dehnung in Querrichtung einer Dehnung in der Längsrichtung auf das etwa 3,8- bis 4, Jfache ihrer Länge unterworfen wird.

   9- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dassy man in der ersten Stufe mit einer Temperatur von etv/a bis 210° G und in der zweiten von etwa 155 bis 190° G arbeitet.

   10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man in der dritten Stufe mit einer Temperatur arbeitet, die mindestens etwa 5 C unter derjenigen der zweiten Stufe liegt.

   11. Asymmetrisch, biaxial orientierte Polyäthylenterephthalat-Folie, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Anspruch 1 bis 10.

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   AO

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