DE2814108A1

DE2814108A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestrahlen von folien sowie bestrahlte folien

Info

Publication number: DE2814108A1
Application number: DE19782814108
Authority: DE
Inventors: Stephen Leroy Fowler
Original assignee: WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co Conn
Priority date: 1977-04-04
Filing date: 1978-04-01
Publication date: 1978-10-12
Also published as: NL7803371A; AU3461778A; SE426497B; IT1093942B; FR2386404B1; ZA781807B; SE7803617L; IT7821799A0; US4178220A; BE865510A; JPS53123474A; JPS6059926B2; NZ186828A; DE2814108C2; CA1107231A; FR2386404A1; AU517808B2; GB1584244A

Description

-4- 28U108

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestrahlen von Folien sowie nach dem Verfahren hergestellte Folien.

Folien aus Polyolefinen und insbesondere Polyethylen werden als Verpackungsmaterial und insbesondere nach Orientierung als unter Wärme schrumpfendes Verpackungsmaterial eingesetzt. Es ist z.B. aus der US-PS 3 144 399 bekannt, derartige Folien zur Verbesserung der Eigenschaften durch Bestrahlung zu vernetzen, indem man beispielsweise das Polymere mit einer Dosis von 1 bis 20 MW bestrahlt.

Bei der Herstellung derartiger orientierter Polyethylenfolien wird eine extrudierte Schlauchfolie derartig bestrahlt, anschließend erhitzt und auf bekannte Weise orientiert, wie es beispielsweise in der US-PS 3 741 253 für Folien aus Mischpolymeren aus Ethylen und Vinylacetat beschrieben ist.

Bei der Herstellung derartiger bestrahlter Folien ergeben sich jedoch Schwierigkeiten im Randbereich der Folie, der beachtlich weniger vernetzt ist als der Mittelbereich der Folie; aus irgendwelchen Gründen ist die tatsächliche Be-

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Strahlungsdosis im Randbereich der Folien geringer als die im Mittelbereich der Folie. Dadurch werden Folien mit ungleichartigen Eigenschaften quer zur Folienbreite erhalten.

Aus der US-PS 2 993 120 ist zwar ein Verfahren bekannt, bei dem die Elektronen während der Bestrahlung magnetisch auf eine dünne Folie konzentriert werden. Bei diesem Verfahren wird zwar die Wirksamkeit der Elektronenbestrahlung erhöht, jedoch wird nicht das Problem einer ungleichmäßigen Bestrahlungsdosis quer zur Folienbreite gelöst.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu beseitigen und ein neues Verfahren bzw. eine hierzu geeignete Vorrichtung vorzuschlagen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß Hauptanspruch bzw. eine Vorrichtung gemäß Anspruch 5 vorgeschlagen, wobei besonders bevorzugte Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale in den Unteransprüchen erwähnt sind.

Gemäß Erfindung wird ein Verfahren zur Bestrahlung einer Folie vorgeschlagen, bei dem die Folie durch eine Elektronen-Bestrahlungszone durchgeführt wird, wobei in dieser Bestrahlungszone nahe oder in Nachbarschaft zu den Randbereichen der Folie seitliche Ablenkelemente oder Deflektoren

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vorgesehen sind, die die Elektronen in Richtung auf einen Ablenkboden ablenken, der unterhalb der Folie angeordnet ist, um weiter diese abgelenkten Elektroden in Richtung auf die Randbereiche der Folie abzulenken.

Gemäß Erfindung wird auch eine derart bestrahlte Folie vorgeschlagen.

Bei dem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Bestrahlungsapparat mit einer Quelle, die beschleunigte Elektronen liefert und im Weg oder Strahlungsgang der beschleunigten Elektronen einen Raum zum Durchleiten der zu bestrahlenden Folie aufweist, ist ein Ablenkblock in Nachbarschaft zum Bestrahlungsbereich vorgesehen, um die Elektronen abzulenken und eine Ablenkfläche um die von dem Ablenkblock abgelenkten Elektronen aufzunehmen und weiter in Richtung auf den Randbereich des Films abzulenken.

Im folgenden soll die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden; es zeigen:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer bislang üblichen Bestrahlungsvorrichtung;

Figuren eine schematische Ansicht, wie die Folie nach dem ^un erfindungsgemäßen Verfahren bestrahlt wird; und

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Figur 4 eine graphische Darstellung des Bestrahlungsprofils einer Folie, die einmal gemäß Erfindung und zum anderen nach dem Stand der Technik behandelt wurde.

Es wurde festgestellt, daß die Folie in einem Trog bestrahlt werden kann, der in Nachbarschaft zu den Folienrändern Elektronen-Deflektoren besitzt, um die Elektronen in Richtung auf den Boden des Troges oder der Wanne abzulenken, damit sie von dort aus zurück in Richtung auf die Filmkanten abgelenkt werden.

Bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform einer konventionellen Bestrahlungsvorrichtung für Folien wird die Folie 1 unter einem Elektronengenerator 3 hindurchgeführt, wobei die Elektronenwege durch die divergierenden Linien 5, 7 und 9 gekennzeichnet sind. Bei dieser üblichen Vorrichtung gelangen die Elektronen durch die Folie 1 hindurch und werden von der umgebenden Atmosphäre absorbiert oder verteilt. Aus noch nicht ganz geklärten Gründen hat diese Vorrichtung nicht die gleiche Wirksamkeit hinsichtlich der Bestrahlung der Randbereiche der Folie verglichen mit dem Mittelbereich derselben. Dieses mag vielleicht dem Winkel zuzuschreiben sein, unter welchem die Elektronen auf die Randbereiche der Folie auftreffen; gegebenenfalls kann dieses auch durch die geometrische Ausbildung der Folienkanten bedingt sein. Unabhängig von der Ursache erhält man mit dem bekannten Verfahren eine Folie, welche im allge-

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meinen eine um 20 bis 50 % niedrigere Dosis im Randbereich als im übrigen Folienkörper hat.

Es wurde festgestellt, daß, wenn die Folie innerhalb eines Troges oder einer Wanne bestrahlt wird, die Dosierung quer zur Folienbreite erheblich gleichmäßiger ist. Figur 2 zeigt, daß der Trog, in der die Folie 1 bestrahlt wird, Ablenkelemente, in diesem Fall Blöcke 13, besitzt, die den auftreffenden Elektronenstrahl an den Kanten der Bestrahlungszone in Richtung auf den Boden des Troges oder der Wanne lenken, wo die Elektronen dann wieder zurück in Richtung auf die Folienränder abgelenkt werden. Die Elektronenwege sind durch divergierenden Linien 15 in Figur 2 wiedergegeben. Selbstverständlich entsprechen diese Linien nicht genau den Elektronenwegen, sondern sind zur Verdeutlichung der Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinfacht dargestellt. Die tatsächliche Elektronenverteilung, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren festgestellt worden ist, ist schematisch in Figur 3 wiedergegeben. Sie zeigt, daß die wahrscheinliche Elektronendichte als Keule (lobes) auftritt, durch die der Hauptanteil des Randbereiches der Folie während der Bestrahlung hindurchgeführt wird. Diese Keulen 17 sind groß genug, so daß die Folie, falls gewünscht, sinusartig sinusartig gebogen sein kann, um zwei getrennte Durchgänge zu machen, wobei die Randbereiche immer noch durch die Keulen geführt

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werden, so daß mehr als ein Abschnitt der Folie von den durch die Ablenkkästen 13 zurückgeworfenen Elektronen bestrahlt werden.

Die Anordnung der seitlichen Ablenkblöcke 13 bezüglich des auftreffenden Elektronenstrahls 15 ist so bemessen, daß die abgelenkten Elektronen auf den Boden 19 des Troges oder der Wanne unter einem nahezu rechtwinkligen oder möglichst rechtwinkligen Winkel auftreffen. Durch diese möglichst rechtwinklige Ablenkung werden die Keulen 17 gebildet. Bei Elektronen, die mit einer Spannung von 500 kV beschleunigt worden sind, ist der Ablenkblock 13 am besten in einem Abstand von etwa 5 cm von dem Folienrand angeordnet, und der Folienrand ist etwa 2,5 cm von dem Boden 19 des Troges entfernt. Die Ablenkfläche, die durch den Boden 19 der Wanne gebildet wird, braucht nicht rechtwinklig von der einen Seite des Troges zur anderen als kontinuierliche Fläche zu verlaufen, sondern kann nur unterhalb der zu bestrahlenden Randbereiche vorgesehen sein, die von den zurückgeworfenen Elektronen bestrahlt werden.

Vorzugsweise ist der Winkel zwischen jedem Ablenkblock 13 und der Bodenfläche der Wanne rechtwinklig. Es können jedoch auch andere Winkel gewählt werden, solange die Elek-

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tronen von dem Block 13 so abgelenkt werden, daß sie nach dem Ablenken vom Boden 19 auf den Folienrand auftreffen.

Figur 4 zeigt das Bestrahlungsprofil, das beim Bestrahlen einer Folie mit dem erfxndungsgemaßen Verfahren und mit Verfahren gemäß Stand der Technik erhalten wird. Die im oberen Teil der Figur wiedergegebene Bestrahlungsdosis ist am Folienrand E sehr viel geringer als im Mittelbereich der Folie, während im unteren Teil der Figur 4 die Gleichmäßigkeit der erhaltenen Bestrahlung durch den Ablenkblock 13 deutlich zutage tritt.

Durch angemessene Anordnung der Ablenkblöcke kann das Bestrahlungsprofil so ausgebildet werden, daß es nahezu eine Gerade ist, d.h. daß eine gleichmäßige Dosierung quer zur Folienbreite erfolgt.

Mit dem erfxndungsgemaßen Verfahren erhält man demzufolge eine mit einer Dosis bestrahlte Folie, die von der mittleren Dosierung der Bestrahlung der Folie nur um -15 % abweicht. Dieses steht in erheblichem Gegensatz zu Folien, die nach bekannten Verfahren bestrahlt worden sind, bei denen man ohne derartige Ablenkblöcke Abweichungen in der Bestrahlung quer zur Folienbreite von 30 bis 50 % gegenüber der mittleren Bestrahlungsdosis hat. Mit dem erfin-

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dungsgemäßen Verfahren wird also eine bestrahlte Folie mit einer sehr viel gleichmäßigeren Bestrahlung quer zur Folie erreicht.

Zur Veranschaulichung der gleichmäßigen Bestrahlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurde ein Polyethylenschlauch mit einer Folienwandstärke im Bereich von 0,25 bis 1 mm mit einer mittleren Dosis von etwa 8 megarad bestrahlt, wobei die gemessene Änderung quer zur Folie nur 1 megarad betrug. Dieses ist eine erhebliche Verbesserung gegenüber Folien, die nach bekannten Verfahren bestrahlt wurden und Schwankungen bis zu 4 megarad quer zur Folie zeigen.

Die Ablenkblöcke 13 bestehen aus Werkstoffen mit hohem Molekulargewicht, wie sie gewöhnlich zur Elektronenablenkung verwendet werden, wie beispielsweise Wolfram, Gold, Blei oder Uranium, während bei Verwendung von leichteren Werkstoffen eine Abnahme in der Ablenkungswirksamkeit beobachtet werden kann, wenngleich derartige leichtere Materialien ebenfalls erfindungsgemäß verwendet werden können.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können praktisch alle Werkstoffe bestrahlt werden, die vorher auch bestrahlt wurden, insbesondere Folien auf Basis von Polyethylen oder anderen Polyolefinen. Besonders gut lassen sich bei dem

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erfindungsgemäßen Verfahren Mischpolymere von Ethylen und Vinylacetat verwenden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für andere Werkstoffe eingesetzt werden wie Silikonkautschuk, Ethylen/Propylen-Kautschuk und Polyvinylchloride. Die betreffenden Materialien und Dosierungen sind in "Radiation Processing" von Thomas G. Mysiewicz in Plastics Technology, Band 23, Nr. 3, März 1977, beschrieben.

Wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren in Zusammenhang mit der Bestrahlung einer Flachfolie erläutert worden ist, kann es mit großem Vorteil auch zur Bestrahlung von flach liegenden Folienschläuchen eingesetzt werden, die beispielsweise gemäß US-PS 3 741 253 hergestellt werden. Bei diesem Verfahren wird die Schlauchfolie zu einem Band abgeflacht, das leichter durch einen Bestrahlungsspalt geführt werden kann. Die Schwierigkeiten aufgrund der ungleichmäßigen Bestrahlung sind bei den flachgelegten Schlauchfolien sehr viel größer, so daß das erfindungsgemäße Verfahren bei derartigen Folien die früheren Ungleichmäßigkeiten bei der Dosierung noch besser beseitigt. Es werden Dosierungsprofile bei derartigen flachgelegten Schlauchfolien erhalten, die nur um -15 % von der mittleren Dosierung abweichen.

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Leerseite

Claims

UEXKÜLL ii STOLBERG PATENTANWÄLTE

BESELERSTRASSE 4
2000 HAMBURG 52

DR. J.-D. FRHR. von UEXKÜLL

<£0 1*1 IUM DR. ULRICH GRAF STOLBERG

D1PL.-ING. JÜRGEN SUCHANTKE

W.R. Grace & Co. (Prio: 4. April 1977

US 784 184 - 14863) Avenue of the Americas
New York, N.Y. 10036 / V.St.A. Hamburg, 30. März 1978

Verfahren und Vorrichtung zum Bestrahlen von Folien sowie bestrahlte Folien

Ansprüche

Verfahren zum Bestrahlen von Folien, bei dem man die Folie durch eine Elektronen-Bestrahlungszone führt, dadurch gekennzeichnet, daß man innerhalb der Bestrahlungszone im Randbereich der Folie (1) Elektronen in Richtung auf einen Deflektor (19) hinter der Folie ablenkt und die Elektronen dann weiterhin durch diesen Deflektor zurück in Richtung auf die Ränder der Folie ablenkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen mit einer Spannung im Bereich von 300 KV bis 1,5 MV beschleunigt werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie mit einer Dosis im Bereich von 1 bis etwa 30 megarad bestrahlt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man die Folie noch ein zweites Mal durch die Bestrahlungszone führt.
5. Vorrichtung zur Bestrahlung einer Folie zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mittels einer beschleunigte Elektronen abgebenden Quelle und einem Zwischenraum in dem Weg der beschleunigten Elektronen zum Durchleiten der zu bestrahlenden Folie, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ablenkungsblock (13) neben dem Zwischenraum zum Ablenken der Elektronen im Randbereich der Folie (1) in diesen Zwischenraum vorgesehen ist und daß eine ablenkende Fläche (19) zur Aufnahme der von dem Ablenkblock abgelenkten Elektronen so angeordnet ist, daß diese Elektronen weiter in Richtung auf den Rand der Folie in dem Bestrahlungsraum abgelenkt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Ablenkblock (13) und eine zweite Ablenkfläche (19) zum Ablenken der Elektronen in Richtung auf den anderen Randbereich der Folie (1) vorgesehen ist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenkblock (13) und die Ablenkfläche (19) im wesentlichen senkrecht zueinander angeordnet sind.
8. Polymerfolie, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren der Ansprüche 1 bis 4 bestrahlt worden ist.
9. Folie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Folie eines Polymeren des Ethylens ist.
10. Folie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymere ein Mischpolymeres aus Ethylen und Vinylacetat ist.
11. Folie nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie einen Dosierungsbereich von weniger als -15 % der mittleren Dosis hat.
12. Folie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie als flache, extrudierte Schlauchfolie vorliegt.

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