DE2740237C2

DE2740237C2 - Verfahren zur Herstellung einer biaxial gestreckten Folie mit rauher Oberfläche aus Polypropylen

Info

Publication number: DE2740237C2
Application number: DE2740237A
Authority: DE
Inventors: Katsumi Shiga Bokuda; Koji Iwasaki; Masashi Matsubayashi; Norishige Okada
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1976-09-20
Filing date: 1977-09-07
Publication date: 1982-08-26
Also published as: FR2364752A1; FI63885C; FI772746A; DE2740237A1; GB1586205A; FI63885B; FR2364752B1; JPS5337774A

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer biaxial gestreckten Folie mit rauher Oberfläche aus Polypropylen oder eines Copolymeren des Propylens mit einem anderen a-Olefin gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Es gibt viele bekannte Verfahren zur Herstellung von Folien mit rauher Oberfläche. So sind z. B. Verfahren zur Folienherstellung, bei denen anorganische Zusätze in großer Menge beigegeben werden, Verfahren zur Erzielung einer rauhen Oberfläche durch Scheuern mit aufrauhenden Partikeln oder durch Prägen und Verfahren zum Beschichten der Folie mit Mattierungsmitteln, bekannt.

Die nach diesen bekannten Verfahren hergestellten Folien sind jedoch für den Zweck der elektrischen Isolierung ungeeignet, da sie zu hohe Zusätze enthalten, oder es erweist sich als schwierig, durch Reibung und Druck auf der erkalteten und erhärteten Folienoberfläche eine gleichförmige Folie mit rauher Oberfläche herzustellen, weil Verzerrungen an der Folienoberfläche eintreten und die Rauhigkeitsform ungleich ist.

Insbesondere das erstgenannte Verfahren, d. h. das Hinzufügen von anorganischen Stoffen, macht die Folie durch die Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften wertlos.

Aus der DE-AS 12 64 746 ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffolien mit rauher Oberfläche bekannt, bei dem die Folien bei erhöhter Temperatur in zwei getrennten Streckschritten biaxial molekular orientiert und dabei an der Oberfläche unter Wärmeeinwirkung aufgerauht werden, wobei man beim zweiten Streckvorgang eine sehr dünne Oberflächenschicht auf einer oder auf beiden Folienseiten auf niedrigerer Temperatur als das Folieninnere hält.

Der Nachteil des Verfahrens besteht hauptsächlich darin, daß die Einstellung des Temperaturgradienten zwischen einer sehr dünnen Oberflächenschicht und dem Inneren der durch den ersten Streckschritt bereits stark verdünnten Folie nur sehr schwierig und nur unter hohem technischem Aufwand durchzuführen ist. Schwankungen im Temperaturgradienten sind dabei nicht zu vermeiden, so daß die Folie zwangsläufig unterschiedliche Rauhigkeiten aufweisen muß und so unterschiedliche Eigenschaften im Gleitverhalten und in den elektrischen Eigenschaften besitzt

Es stellte sich somit die Aufgabe ein technisch einfaches Verfahren zu schaffen, bei dem Polypropylenfolien mit äußerst gleichmäOiger Oberflächenrauhigkeit und damit sehr gleichmäßigen Werten im Gleitverhalten und den elektrischen Eigenschaften erhalten werden.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer biaxial gestreckten Folie mit rauher Oberfläche aus Polypropylen oder eines Copolymeren des Propylens mit einem anderen «-Olefin, wobei man eine Schmelze des Folienmaterials aus einer Breitschlitzdüse extrudien und auf einer Kühlwalze zu einer Vorfolie verfestigt und anschließend die Vorfolie in den orthogonalen Richtungen streckt und gegebenenfalls thermofixiert erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Abkühlen bei der Verfestigung der Vorfolie mit einer Abkühlgeschwindigkeit von <80°C/s vornimmt, wobei die Zeitspanne, innerhalb der die Oberflächentemperatur der Schmelze im Bereich zwischen der Kristallisationstemperatur (t_c) des Folienmaterials und (t_c- 20° C) liegt mindestens V₃ s beträgt

Mit Polypropylen ist hier ein Propylen-Homopolymeros und Copolymeres bezeichnet, das mehr als 50% Propylen und als Rest ein anderes «-Olefin, insbesondere Äthylen, Buten usw. enthält.

Es können auch geringe Mengen an Zusätzen, wie z. B. Antioxydantien, Pigmente, Weichmacher und organische Schlupfmittel usw. dem Polypropylen zugegeben werden.

Es ist kennzeichnend für die Erfindung, daß die Kristallisation der Schmelzenoberfläche begünstigt wird, indem die Abkühlungsgeschwindigkeit vermindert und die Temperatur im Kristallisationsbereich gehalten wird, in dem die Polypropylenschmelze auf die Kühlwalze aufgegossen wird.

Darüber hinaus wird die Kristallisation durch eine relativ hohe Temperatur beim ersten Strecken im Bereich zwischen dem Schmelzpunkt des Polymerkristalles (Q und {t_m - 50° C) weiter gefördert.

Nach dem zweiten Strecken im rechten Winkel zum ersten Streckvorgang wird dann die biaxial gestreckte Folie mit rauher Oberfläche und guten Antiblockeigenschaften erhalten.

Die Kristallisationstemperatur des Polymeren (f_c). wird hier mit einem Differential-Thermoanalysator gemessen. Sie liegt für Polypropylen gewöhnlich bei 110 bis 12O⁰C, kann sich jedoch durch einige Zusätze, z. B. durch Zumischen eines anderen Polymeren oder durch Copolymerisieren usw. leicht verändern.

Die Abkühlungsgeschwindigkeit wird aus der folgenden Gleichung errechnet:

AL

^UAt
c_p p-1

Hierin bedeuten:

= Abkühlungsgeschwindigkeit [° C/h]

t = Schmelzetemperatur [⁰C] θ = Zeit[h]

U = Gesamtwärmeleitzahl [kcal/m² · h · ⁰C]
t = Schmelzetemperatur minus Abkühlungstemperatur [⁰C]

Cp — spezifische Wärme der Schmelze [kcal/ kg ■ ⁰C]

ρ = spezifisches Gewicht der Schmelze [kg/m³]

J = Dicke der Schmelze [m]

Im Falle von Polypropylen kann konkret nach der folgenden Gleichung gerechnet werden:

Abkühlungsgeschwindigkeit (°C/s) = 235

Schmelzetemperatur - Abkühlungstemperatur (⁰C)
Dicke der Schmelze (;j.m)

Bei der Erfindung müssen beide Voraussetzungen erfüllt werden, nämlich daß die Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelze bei der Kristallisationstemperatur des Polymeren (f_c)<80°C/s gehalten werden muß und daß die Zeitspanne, innerhalb derer die Oberflächentemperatur der Schmelze im Bereich zwischen t_c und /f_c-20°C) liegt, mindestens W₃ Sekunde betragen muß. Ohne diese Bedingungen besteht die Gefahr, daß die Schmelze an der Kühlwalze kleben bleibt oder die Kristallisation eventuell nicht gefördert wird, so daß das Ziel der Erfindung nicht erreicht werden kann.

Anschließend wird die erfindungsgemäß hergestellte Vorfolie in einem bekannten Temperaturbereich gestreckt, d.h. die Polymerfolie wird durch das erste Strecken vorzugsweise im Bereich zwischen der Schmelztemperatur des Polymerkristalles (t_m) und (f_m-35°C) kristallisiert und getrübt. (f_m) wird gleichfalls mit dem Differential-Thermoanalysator gemessen und beträgt im Falle von Polypropylen gewöhnlich 150 bis 170° C. Das erste Strecken erfolgt im Verhältnis 3,5 ois 6.

Beim zweiten Strecken (im rechten Winkel zum ersten Streckvorgang) wird vorzugsweise im Temperaturbereich zwischen (f_m-25°C) und (f_ro+15°C) und mit einem Streckungsverhältnis von 6,0 bis 12,0 gearbeitet. Falls erforderlich, wird anschließend eine Oberflächenbehandlung, wie z. B. eine Coronabehandlung, durchgeführt.

Von den unter den beschriebenen Bedingungen hergestellten gestreckten Folien enspricht bei dieser Erfindung insbesondere eine dünne Folie dem vorgesehenen Zweck, d. h. eine Folie, die eine Dicke von weniger als 25 μίτι, vorzugsweise weniger als 15 μηι, hat. Die Oberflächenrauhigkeit der Folie beträgt dabei 0,3 ■bis 2,0 μπι.

ι Die Herstellung der Folie wird anhand einer Zeichnung näher erläutert:

Die Zeichnung verdeutlicht an einem praktischen Beispiel ein auf dieser Erfindung beruhendes Folienherstellungsverfahren.

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Eine Schmelze 2 wird aus einer Düse 1 extrudiert und auf eine Kühlwalze 3 aufgegossen, auf der die Schmelze zu einer Vorfolie 4 für das anschließende Strecken abgekühlt wird. Die Vorfolie 4 wird durch mit niedrigerer Geschwindigkeit laufende Walzen 5 bis 7 und mit höherer Geschwindigkeit laufende Walzen 8 und 9 in Längsrichtung gestreckt Die biaxial gestreckte Folie entsteht dann durch Strecken im rechten Winkel zur ersten Richtung in einem nicht abgebildeten Querstreckrahmen. Mit der Bezugsziffer tO ist eine Heizvorrichtung für die Längsstreckung bezeichnet Die Folie verläßt in Pfeilrichtung das Längsstreckwerk und wird dann der Querstreckung zugeführt

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung soll das folgende Beispiel dienen:

Beispiel

Isotaktisches Polypropylen (Intrinsic-Viskosität in Tetralin bei 135°C = 2,20, r_c=116°C, r_m=160°C) wird mit 280° C aus einer Breitschlitzdüse als Schmelze extrudiert. Die Polymerschmelze wird bei unterschiedlieher Oberflächentemperatur und unterschiedlicher Verweildauer auf einer Kühlwalze abgekühlt und anschließend bei unterschiedlicher Temperatur irn Bereich zwischen 125 und 135°C mit gleichbleibendem Streckverhältnis von 4,5 uniaxial gestreckt

Die biaxial gestreckte Folie, die eine Enddicke von 6 μίτι besitzt, wird anschließend mit einem Streckverhältnis von 8,5, einer Strecktemperatur von 150" C und einer Temperatur von 165⁰C beim Thermofixieren hergestellt

In der Tabelle sind Ergebnisse für die vorgenannten Folien aufgeführt, die in bezug auf Oberflächenrauhigkeit, Trübung, Antiblockeigenschaften, Aussehen und Filmqualität miteinander verglichen wurden, wobei die Filmqualität eine Beurteilung hinsichtlich der Dickengleichmäßigkeit und der Abrißfreiheit der hergestellten Filme darstellt.

Tabelle

Abkühlungsgeschwindigkeit*), (' C/s)
Verweildauer**), (s)
Temperatur beim 1. Strecken, ( C)
Trübung, (%)

Blockscherkraft***) (blocking shear force),
(kg/12 cm²)

Oberflächenrauhigkeit, (μ)

Vergleichsversuche	(2)	Folien	nach der Erfindung	(3)
(1)	85	(D	(2)	40
85	0,25	80	40	0,80
0,25	135	0,35	0,80	135
125	0,50	125	125	3,50
0,20	700	1,00	2,10	250
2500	500	300

0,5

0,8

1,0

1,2

Fortsetzung

Vergleichsversuche (1) (2)

Folien nach der Erfindung (D (2)

Aussehen
Filmqualität

In der Tabelle bedeuten:

U = gleichförmig.

NU = nicht gleichförmig.

SB = weniger zufriedenstellend.

G = gut.

NU
G

U G

U G

Anmerkungen:

Abkühlungsgeschwindigkeit der Schmelzeoberfläche bei der Kristallisationstemperatur. Zeitspanne, innerhalb derer die Oberflächentemperatur der Folie zwischen i_c und (t_c - 20 C) liegt. nach der Coronabehandlung gemessener Wert. Die Messungen wurden wie folgt durchgeführt: Trübung: nach ASTM (D 1003-52, D 1003-61) Blockscherkraft: gemessen mit einem Zugmeßgerat nach dem Pressen von 30X40 mm großen

Folienstücken unter einer Last von 480 p/12 cm², bei einer Temperatur von 40 C und 85% relativer Luftfeuchtigkeit

für die Dauer von 24 Stunden.

Oberflächenrauhigkeit: nach JIS B 0601.

Aus den vorgenannten Ergebnissen geht hervor, daß die Oberflächenrauhigkeit der Folie 0,3 bis 2,0 μ betragen muß, die Trübung mehr als 1,0% ausmachen muß und die Abkühlungsbedingungen in dem vorge-

gleichförmiges Aussehen der Oberfläche zu erzielen.

Die erfindungsgemäß hergestellten Folien sind für elektrische Isolierzwecke geeignet, insbesondere zur Herstellung von Kondensatoren, da ihre Oberflächen

schriebenen Bereich gehalten werden müssen, um ein 30 ohne anorganische Zusätze aufgerauht sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung einer biaxial gestreckten Folie mit rauher Oberfläche aus Polypropylen oder eines Copolymeren des Propylens mit einem anderen a-Olefin, wobei man eine Schmelze des Folienmaterials aus einer Breitschlitzdüse extrudiert und auf einer Kühlwalze zu einer Vorfolie verfestigt und anschließend die Vorfolie in den orthogonalen Richtungen streckt und gegebenenfalls thermofixiert, dadurch gekennzeichnet, daß man das Abkühlen bei der Verfestigung der Vorfolie mit einer Abkühlgeschwindigkeit von <80°C/s vornimmt, wobei die Zeitspanne innerhalb der die Oberfiächentemperatur der Schmelze im Bereich zwischen der Kristallisationstemperatur (t_c) des Folienmaterials und (/c-20°C) liegt mindestens V3 s beträgt

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