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Kratzfeste Polypropylen-Mehrschichtfolie, Verfahren zu
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ihrer Herstellung und ihre Verwendung Die Erfindung betrifft eine
Polypropylenfolie mit hoher Kratzfestigkeit, bestehend aus einer Basis schicht aus
im wesentlichen Polypropylen und mindestens einer Deckschicht aus im wesentlichen
Polypropylen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung dieser
Mehrschichtfolie und ihre Verwendung.
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Aufgrund ihrer guten physikalischen Eigenschaften, wie gute Transparenz,
gutenmechanichenEigenschaften und Barriereeigenschaften finden orientierte Polypropylenfolien
vielfältige Anwendungen. Sehr wichtig für den Einsatz der Folien (als Kaschierfolie,
Trennfolie oder Verpackungsfolie) ist ihre Kratzfestigkeit, da ein Verkratzen der
Folienoberflächen zu einem optisch unattraktiven Aussehen führt.
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Es ist auch bekannt, daß man das Blocken (Kleben) von orientierten
Polypropylenfolien dadurch herabsetzen oder ausschalten kann, wenn man in die Polypropylenmasse
Antiblockmittel einarbeitet. Als Antiblockmittel werden Komponenten, wie Aluminiumoxid,
Siliciumdioxid, Titandioxid, Mikroglasperlen sowie unverträgliche thermoplastische
Polymere beschrieben (vgl. deutsche Offenlegungsschrift 24 35 220 und deutsche Auslegeschrift
22 44 703). Diese Folien weisen zwar eine gewisse Kratzfestigkeit auf, sie ist jedoch
noch immer ungenügend.
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Es sind ferner eine Vielzahl siegelbarer orientierter Polypropylenfolien
bekannt. Siegelbare orientierte Polypropylenfolien besitzen aber eine ungenügende
Kratzfestigkeit, da es sich bei den Siegelrohstoffen um weiche Polymere handelt
(niedrigerer Schmelzpunkt als Polypropylen, geringere Kristallinität), die bei reibender
Beanspruchung leicht verkratzen.
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Es stellt sich somit die Aufgabe, eine Polypropylenfolie mit besonders
hoher Kratzfestigkeit zur Verfügung zu stellen.
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Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch eine Polypropylenfolie der
eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Deckschicht (oder
die Deckschichten) eine Additivkombination aus den Komponenten a) 0,02 bis 1 Gew.-%,
bezogen auf die Deckschicht, von einem Alkalimetall- oder Erdalkalimetallbenzoat
und b) 0,1 bis 1,5 Gew.-%, bezogen auf die Deckschicht, von einem blattförmigen
Silikat, enthält.
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Es war überraschend, daß mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Additivkombination
eine sehr hohe Kratzfestigkeit erreicht wird. Dieses unerwartete Ergebnis dürfte
auf den Einsatz der beiden speziellen Komponenten a) und b) in einer jeweils speziellen
Menge beruhen.
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Von dieser Kombination geht offensichtlich ein besonders hoher synergistischer
Effekt bezüglich Kratzfestigkeit aus.
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Die Komponente a) der erfindungsgemäß einzusetzenden Additivkombination
besteht aus Alkalimetallsalzen oder Erdalkalimetallsalzen der Benzoesäure oder aus
einer Mischung aus diesen Salzen. Die Alkalimetallsalze sind bevorzugt. Von diesen
werden aus Zweckmäßigkeitsgründen vorzugsweise Natrium- und/oder Kaliumbenzoat eingesetzt.
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Die Salze liegen im allgemeinen als feines Pulver vor.
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Die Teilchen, die so fein wie möglich sein sollen, sollen kleiner
als 20 ßm, vorzugsweise kleiner als 10 Wm sein. Der mittlere Teilchendurchmesser
soll weniger als 4 ßm, vorzugsweise weniger als 2 ßm betragen.
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Die einzusetzende Menge beträgt vorzugsweise 0,05 bis 0,5 Gew.-%,
bezogen auf die Deckschicht.
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Die Komponente b) ist ein Silikat mit Blattstruktur (Schichtengitter).
Die Form der Plättchen ist nicht kritisch. Die Form der Plättchen, die durch den
sogenannten Aspect Ratio, das ist das Verhältnis Fläche zu Dicke (Partikelgeometrie-Wert)
angegeben wird, liegt im allgemeinen im Bereich von 2 bis 12, vorzuasweise im Bereich
von 4 bis 8. Geeignete Silikate mit blattförmiger Struktur sind Alkali- oder Erdalkalimetallsilikate,
wie Anorthit und Apophyllit; Aluminiumsilikate (die auch Alkali- und/oder Erdalkalimetalle
enthalten können), wie Kaolinit, Montmorillonit, Pyrophyllit und Glimmerarten, beispielsweise
Muskowit und Margarit; und Magnesiumsilikate, wie Antigorit (blätteriger Serpentin),
Hectorit und Talk. Aluminiumsilikate sind bevorzugt. Die Teilchen, die auch hier
so fein wie möglich sein sollen, sollen kleiner als 10 ßm sein, wobei die mittlere
Partikelgröße weniger als 2 ßm, vorzugsweise weniger als 1 ßm betragen soll.
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Die einzusetzende Menge an blattförmigem Silikat beträgt
vorzugsweise
0,3 bis 1 Gew.-%, bezogen auf die Deckschicht.
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Die erfindungsgemäße Polypropylenfolie besteht aus einer Basisschicht
und mindestens einer Deckschicht, vorzugsweise zwei Deckschichten, das heißt, die
Basisschicht ist einseitig, vorzugsweise beidseitig beschichtet.
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Sowohl die Basis schicht als auch die Deckschicht bestehen im wesentlichen
aus Polypropylen. Die Basisschicht kann neben Polypropylen als Hauptkomponente zweckmäßige
Zusätze, wie Antistatika, Gleitmittel, Stabilisatoren und andere, in einer jeweils
wirksamen Menge enthalten.
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Auch die Deckschichten, die ebenfalls aus Polypropylen als Hauptkomponente
gebildet sind, können neben der erfindungsgemäß vorliegenden Additivkombination
die erwähnten Zusätze enthalten.
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Unter Polypropylen werden Propylenhomopolymere verstanden.
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Es wird bevorzugt ein solches Polypropylen eingesetzt, das einen Schmelzpunkt
von 150 OC und mehr und einen Schmelzindex von 0,5 g/10 min bis 8 g/10 min, vorzugsweise
1,5 g/10 min bis 4 g/10 min, bei 230 OC und 2,16 kp Belastung (DIN 53 735) hat.
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Die erfindungsgemäße Polypropylen-Mehrschichtfolie ist etwa 10 bis
50 ßm, vorzugsweise 15 bis 35 ßm dick (Gesamtdicke), wobei die Dicke einer Deckschicht
< 3 ßm, vorzugsweise 0,1 bis 1 ßm ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Polypropylen-Mehrschichtfolie handelt es
sich vorzugsweise um eine solche, die biaxial
gestreckt worden ist,
wobei das Längsstreckverhältnis vorzugsweise 4 bis 7 : 1 und das Querstreckverhältnis
vorzugsweise 8 bis 10 : 1 beträgt.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Folie kann nach einem der an
sich bekannten Verfahren vorgenommen werden.
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So können die Folien durch Coextrusion und gegebenenfalls anschließendes
Verstrecken hergestellt werden, durch nachträgliches Beschichten einer gegebenenfalls
verstreckten Folie (Basisfolie), durch Beschichten einer unverstreckten Folie und
gegebenenfalls anschließendes Verstrecken.
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Die Herstellung der erfindungsgemäßen Mehrschichtfolie erfolgt vorzugsweise
nach dem Coextrusionsverfahren, wobei man die den Schichten der Folie entsprechenden
Schmelzen durch eine Flachdüse coextrudiert, die durch Coextrusion erhaltene Folie
zur Verfestigung abkühlt und die verfestigte Folie thermofixiert. Nach einer bevorzugten
Ausführungsform wird so vorgegangen, daß man die den Schichten der Folie entsprechenden
Schmelzen durch eine Flachdüse coextrudiert, die durch Coextrusion erhaltene Folie
zur Verfestigung abkühlt, die verfestigte Folie biaxial verstreckt, in Längsrichtung
vorzugsweise um das 4- bis 7fache und in Querrichtung vorzugsweise um das 8- bis
10fache, und die biaxial gestreckte Folie thermofixiert. Zunächst wird also das
Polymere oder die Polymermischung entsprechend der Basisschicht beziehungsweise
der Deckschicht oder den Deckschichten in einem Extruder verflüssigt und komprimiert.
Die Schmelzen werden dann gleichzeitig durch eine Flachdüse (Breitschlitzdüse) gepreßt
und die ausgepreßte
mehrschichtige Folie wird auf einer oder mehreren
Walzen, die durch Kühlung auf etwa 30 bis 50 "C gehalten werden, abgekühlt und verfestigt.
Die so erhaltene Folie wird dann längs und quer zur Extrusionsrichtung gestreckt,
was zu einer Orientierung der Molekülketten führt. Das Verhältnis (Gesamtverhältnis)
der Streckung beträgt in Längsrichtung vorzugsweise 4 bis 7 : 1 und in Querrichtung
vorzugsweise 8 bis 10 : 1.
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Die Längs streckung wird vorzugsweise bei einer Folientemperatur von
120bis 130 OC und die gegebenenfalls weiteren Längsstreckungen sowie die Querstreckung
vorzugsweise bei einer Folientemperatur von 160 bis 175 OC durchgeführt. Die biaxiale
Streckung kann simultan oder nacheinander vorgenommen werden. Das Längs strecken
wird man zweckmäßigerweise mit Hilfe zweier, entsprechend dem angestrebten Streckverhältnis
verschieden schnell laufender Walzen durchführen und das Querstrecken mit Hilfe
eines entsprechenden Kluppenrahmens. Zur Thermofixierung (Wärmebehandlung) wird
die Folie etwa 0,5 bis 10 s lang bei einer Temperatur von 150 bis 160 OC gehalten.
Die thermofixierte Folie wird in üblicher Weise mit Hilfe einer Aufwickeleinrichtung
aufgewickelt.
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Die erfindungsgemäße Polypropylen-Mehrschichtfolie wird vorteilhaft
überall dort eingesetzt, wo hohe Kratzfestigkeit gefordert wird. Diese Forderung
gilt vor allem beim Einsatz als Kaschierfolie, Trennfolie, Verpackungsfolie, wie
zum Beispiel bei geklebten Beuteln.
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Die Erfindung wird nun an Beispielen noch näher erläutert.
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Für die Bestimmung der Kratzfestigkeit, die in Anlehnung an DIN 53
1754 erfolgte, wurde das Abriebmeßgerät 11 671 der Firma Frank (Bundesrepublik Deutschland)
benutzt, wobei Reibräder der Marke Calibrase CS lOF eingesetzt wurden, die mit 250
g belastet waren. Unter Kratzfestigkeit oder Kratzempfindlichkeit versteht man die
Trübungszunahme der verkratzten Folie im Vergleich zur Originalfolie nach 50 Umdrehungen
des Probentellers.
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Beispiele Mit Hilfe des Coextrusionsverfahrens wurden aus einer Breitschlitzdüse
von 280 mm Breite und 1,8 mm Spalthöhe bei einer Extrusionstemperatur von 260 CC
und einer Fördermenge von 70 kg/h als Summe 1 mm dicke dreischichtige Folien extrudiert,
wobei die Basisschicht jeweils aus Polypropylen mit einem Schmelzflußindex von 2
g/10 min (bei 230 OC und 2,16 kp Belastung) und die zwei Deckschichten jeweils verschieden
zusammengesetzt waren. Die coextrudierten Folien wurden nach Durchlaufen einer 20
mm langen Luftstrecke auf einer 30 CC warmen Kühlwalze des Durchmessers 600 mm abgeschreckt,
die mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 4,5 m/min lief. Danach wurden die Folien
von der Kühlwalze auf ein Walzentrio von ebenfalls 30 CC und einer Umfangsgeschwindigkeit
von ebenfalls 4,5 m/min übergeben und dann nach Erwärmung auf 130 CC von einem weiteren
Walzentrio um den Faktor 5 längsgestreckt.
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Anschließend wurden sie bei 175 CC auf das Zehnfache in Querrichtung
verstreckt. Die Thermofixierung erfolgte
bei 160 CC 5 s lang.
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Die Basisschicht der erhaltenen Mehrschichtfolien war jeweils 19 iim
dick und die auf den beiden Seiten vorhandenen Deckschichten hatten eine Dicke von
jeweils 0,5 bis 0,8 ßm.
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In der nachstehenden Tabelle sind die Eigenschaften der hergestellten
Mehrschichtfolien zusammengestellt.
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Beispiel 1 Die Deckschichten bestanden aus einem Polypropylen mit
einem Schmelzindex von 4 g/10 min (bei 230 CC und 2,16 kp Belastung), 0,2 Gew.-%
Natriumbenzoat (die Teilchen sind kleiner als 10 ßm und der mittlere Teilchendurchmesser
ist 1,6 wm) und 0,4 Gew.-% Aluminiumsilikat mit einem Aspect Ratio von 6 (die Teilchen
sind kleiner als 10 ßm und die mittlere Partikelgröße ist 0,55 ßm).
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Vergleichsbeispiel 1 Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch enthielten
die Deckschichten im Unterschied zu Beispiel 1 kein Natriumbenzoat und kein Aluminiumsilikat.
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Vergleichsbeispiel 2 Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch enthielten
die Deckschichten im Unterschied zu Beispiel 1 lediglich 0,4 Gew.-% Aluminiumsilikat.
Es wurde kein Natriumbenzoat zugesetzt.
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Vergleichsbeispiel 3 Beispiel 1 wurde wiederholt, jedoch enthielten
die Deckschichten im Unterschied zu Beispiel 1 lediglich 0,2 Gew.-% Natriumbenzoat.
Aluminiumsilikat wurde nicht zugesetzt.
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Tabelle:
| Beispiel Kratzempfindlich- Reibung Konfektio- |
| keit nierbarkeit |
| Seite 1 + Seite 2 Seite 1 + Seite 2 |
| 2 2 |
| in % in % |
| Beispiel 1 16 31 ++ |
| Vergleichs- |
| beispiel 1 23 50 -- |
| Vergleichs- |
| beispiel 2 27 45 ++ |
| Vergleichs- |
| beispiel 3 21 44 -+ |
Die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Polypropylen-Mehrschichtfolie des Beispiels
1 bezüglich Kratzfestigkeit bei gleichzeitig sehr guter Konfektionierbarkeit (Wickelbarkeit)
und guten Reibungswerten geht aus der obigen Tabelle deutlich hervor.
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In der Tabelle bedeuten: ++ sehr gut -- sehr schlecht -+ mäßig