DE3616328C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Querverstrecken und Thermofixieren einer Folie und insbesondere von thermoplastischen Polymerfolien, insbesondere Polyesterfolien, gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs. Der Ausdruck "Querverstrecken", wie er hierin verwendet wird, steht für das Verstrecken der Folie in der Breitenrichtung einschließlich des sich daran anschließenden Thermofixierens.

Polymerfolien, insbesondere Polyesterfolien, besitzen ausgezeichnete Eigenschaften und werden in großem Umfang als Materialien für Magnetbänder und elektrische Anwendungszwecke eingesetzt. Bei den Materialien, die für Magnetbänder, wie für Videobänder, eingesetzt werden, sind die Anforderungen bezüglich ihrer Eigenschaften in den letzten Jahren strenger und strenger geworden. Eines der Probleme ist die Abscheidung von Oligomeren auf der Oberfläche der Polymerfolie. Die Abscheidung von Oligomeren auf der Oberfläche der Folie ist unerwünscht, da dies zu Dropouts führt.

Es sind bereits verschiedene Methoden vorgeschlagen worden, die Verunreinigungen mit Oligomeren zu verhindern. Diese Methoden können grob in zwei Kategorien eingeteilt werden, eine Kategorie, gemäß der Polyestermaterialien verwendet werden, die nur geringe Mengen von Oligomeren enthalten. Die andere Kategorie umfaßt die Verhinderung der Abscheidung von aus dem Polymer absublimierten Oligomeren auf der Folienoberfläche bei der Herstellung der Folie, insbesondere während des Querverstreckens.

Das Querverstrecken einer Polyesterfolie, das häufig auch als "Recken in der Breitenrichtung" bezeichnet wird, wird beispielsweise mit Hilfe der Verfahrensweise durchgeführt, die durch die beigefügte Fig. 1 verdeutlicht wird. Die Fig. 1 zeigt die schematische Draufsicht auf das Gehäuse einer herkömmlichen Vorrichtung zum Querverstrecken. Wie in der Fig. 1 dargestellt, wird die Polyesterfolie 1 in des Gehäuse 2 in Querrichtung verstreckt und thermofixiert. Das Gehäuse ist in vier Zonen A bis D aufgeteilt, wobei jede Zone einen Ofen umfaßt, in dem heiße Luft im Kreislauf geführt wird. Die Zone A stellt die Vorheizzone dar, während die Zone B die Querverstreckzone bildet, die Zone C die Thermofixierzone darstellt und die Zone D eine Kühlzone ist. In jeder Zone wird die Temperatur gesteuert. Wie aus der Fig. 1 abzulesen ist, ist die Zone B weiter in zwei Unterzonen aufgeteilt. Auch die Zone C kann in eine Vielzahl von Unterzonen aufgeteilt sein, was auch auf die Zonen A und D zutrifft. Die vier Zonen können in einem einzigen Gehäuse vorliegen oder können auch bequem in zwei oder mehrere Gehäuse aufgeteilt werden. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Vorrichtung mit den vier Zonen A bis D als Vorrichtung zum Querverstrecken bezeichnet. Die Folie 1 wird an ihren seitlichen Rändern mit Hilfe von (nicht dargestellten) Klemmeinrichtungen gehalten und in Querrichtung oder der Breitenrichtung gereckt. Ein typisches Verfahren und eine typische Vorrichtung zum Querverstrecken sind in der US-PS 28 23 421 beschrieben.

Bei einem solchen Querverstreckverfahren sublimieren bei einigen thermoplastischen Polymeren Oligomere ab, d. h. in den Polymeren vorhandene niedermolekulare Substanzen. Die Luft, welche eine hohe Konzentration solcher Oligomere aufweist, wird in der Bewegungsrichtung der Folie stromabwärts mitgerissen, wobei die Oligomeren sich in der Kühlzone, die sich an die Thermofixierzone anschließt, und den sich daran anschließenden Aufwickelbereich außerhalb der Vorrichtung auf der Folie abscheiden. Die Abscheidungen verunreinigen die Folie in Form von Streifen oder pulverförmigen Materialien und beeinträchtigen den Handelswert des Produkts.

Zur Verhinderung dieses Phänomens sind verschiedene Maßnahmen ergriffen worden.

• (1) Zur Verminderung des Gehalts an sublimierten Substanzen in der mitgerissenen Luft werden Luftzuführungs- und -abführungseinrichtungen im oberen Bereich der Thermofixierzone vorgesehen;
• (2) zur Verminderung des Gehalts an sublimierten Substanzen in der Thermofixierzone wird eine katalytische Verbrennungseinrichtung in der Thermofixierzone vorgesehen, durch welche die zirkulierende Luft geführt wird;
• (3) zur Ventilierung der mitgerissenen Luft und zum Abziehen der verunreinigten Luft wird Kühlluft über den stromabwärts gelegenen Bereich der Thermofixierzone in eine Kühlzone eingeführt und die gesamte eingeführte Luft wieder abgezogen;
• (4) zur Entfernung der mitgerissenen Luft aus dem System wird zwischen der Kühlzone und der Thermofixierzone eine sogenannte "neutrale Zone" vorgesehen, über die das Abziehen erfolgt;
• (5) zur Verminderung des Gehalts an sublimierten Substanzen in der mitgerissenen Luft wird eine weitere Zone im Anschluß an die Thermofixierzone vorgesehen, in der die Luftzufuhr und -abfuhr erfolgt;
• (6) oder es ist möglich, die Menge der mitgerissenen Luft durch die Anordnung von Saugdüsen an einer Vielzahl von Stellen in der Nähe der Folie zu vermindern.

Diese Methoden besitzen jedoch die folgenden Nachteile:

• (1) Zwar läßt sich die Menge der sublimierten Substanzen durch die Anordnung einer Luftzuführungs- und -abführungseinrichtung in der Thermofixierzone verringern; allerdings läßt sich dadurch kein zufriedenstellender Effekt erreichen. Wenn ein ausreichender Effekt erreicht werden soll, ist dies mit erheblichen Wärmeverlusten verbunden.
• (2) Die katalytische Verbrennungseinrichtung ist zur Verminderung der Menge der sublimierten Substanzen geeignet. Allerdings ist hierbei die periodische Erneuerung und Reaktivierung des Katalysators erforderlich. Darüber hinaus ist der Effekt bei niedrigen Temperaturen gering.
• (3) Die Anordnung einer Kühlzone im stromabwärts gelegenen Bereich der Thermofixierung und das Einführen und Abziehen von Kühlluft verursacht eine Abschreckung der Folie, die die Ebenheit der Folie beeinträchtigt. Weiterhin erfolgt die Abscheidung der sublimierten Substanzen am Beginn der Kühlzone, in der die Luft abgeschreckt wird, so daß die Verunreinigung der Folie unvermeidbar ist.
• (4) Die Anordnung einer neutralen Zone vermindert die Verunreinigung in der Kühlzone, allerdings nicht in ausreichendem Ausmaß.
• (5) Das Vorsehen einer weiteren Zone im Anschluß an die Thermofixierzone führt zu einer stärkeren Beseitigung der sublimierten Substanzen als die Anordnung der neutralen Zone. Allerdings erhöhen sich hierdurch die Kosten der Vorrichtung, die für die Praxis wegen der gesteigerten Wärmeverluste ungeeignet ist.
• (6) Saugdüsen sind zum Abziehen der Luft aus der Thermofixierzone geeignet. Allerdings ist der Effekt der Verminderung der mitgerissenen Luft nicht besonders stark. Wenn die Düsen in der Nähe der Folie angeordnet sind, um den Saug-Effekt zu vergrößern, ergibt sich die Gefahr eines Kontakts der Düsen mit der Folie und einer Beschädigung der Folie.

Daher ist keine dieser Methoden wirtschaftlich zufriedenstellend.

Gegenstand der US-PS 28 23 421 ist ein Verfahren zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften einer Polyesterfolie durch Längsverstrecken, Querverstrecken und anschließendes Thermofixieren der Folie.

Die DE-AS 24 43 395 beschreibt eine Vorrichtung zum Wärmebehandeln von flachen Materialbahnen mittels eines strömenden Mediums im Kreislaufverfahren quer zur Bahnlaufrichtung. Dabei zielt diese Vorrichtung darauf ab, das Ausströmen von gasförmigen Behandlungsmedien am Materialbahneintrittsschlitz und -austrittsschlitz von ansonsten relativ dichten Behandlungskammern zu verhindern oder zumindest stark zu verringern. Dies wird nun dadurch erreicht, daß man über quer oberhalb sowie unterhalb zur Materialbahn angeordnete Schlitzdüsen ein gasförmiges Behandlungsmedium ausströmen läßt, das seine gespeicherte Wärmeenergie an die Materialbahn abgibt. Das angekühlte Behandlungsmedium, das vorzugsweise Luft ist, wird dann im Kreislauf mittels Umluftventilatoren über untereinander in Verbindung stehende Saugräume eingesaugt, aufgeheizt und schließlich erneut wieder der Materialbahn zugeführt. Mit dieser Vorrichtung ist es daher ebenfalls nicht möglich, die Abscheidung von Oligomeren auf der Folie zu verhindern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren der eingangs angegebenen Gattung in der Weise zu verbessern, daß die Abscheidung von sublimierten Substanzen bei der Behandlung der Folie, namentlich in der Thermofixierzone verhindert wird. Es hat sich gezeigt, daß dies in wirksamer Weise dadurch erreicht werden kann, daß erhitzte frische Luft in mindestens einer Zone auf einen Bereich der Folie aufgeblasen und wieder abgesaugt wird, so daß sich ein Luftvorhang in der Nähe einer Trennwand des Gehäuses bildet.

Die oben bezeichnete Aufgabe wird daher gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale gemäß Hauptanspruch. Der Unteranspruch betrifft eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Querverstrecken und Thermofixieren einer Folie unter Anwendung einer Vorrichtung mit einer Zone zum Verstrecken in Querrichtung in der die Folie durch Festhalten der seitlichen Ränder bei der Vorwärtsbewegung in Querrichtung gereckt und die querverstreckte Folie in einer Thermofixierzone thermofixiert wird, wobei die Querverstreckungszone und die Thermofixierzone in zwei oder mehreren Unterzonen aufgegliedert sein können, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß erhitzte Luft, die im wesentlichen keine Oligomere enthält, in einer getrennten Zone in der Querverstreckungszone und/oder der Thermofixierzone unter Bildung eines Luftvorhangs in der Nähe der Trennwand der Zone in bezug auf die Bewegungsrichtung der Folie auf die stromabwärts gelegene Seite der Folie in der Breitenrichtung über die Oberfläche der Folie geblasen und über einen stromaufwärts des Luftzufuhrbereichs gelegenen Abziehbereich abgezogen wird.

Die Erfindung sei im folgenden näher unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf das Gehäuse einer herkömmlichen Querverstreckvorrichtung;

Fig. 2 und 3 schematische Schnittansichten in der Querrichtung und der Längsrichtung einer Zone einer herkömmlichen Querverstreckvorrichtung;

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht in der Längsrichtung einer bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Vorrichtung; und

Fig. 5 die Ausbildung der Luftzuführungsdüse.

Die Polymerfolien, auf die das erfindungsgemäße Verfahren angewandt werden kann, sind nicht besonders eingeschränkt, wenngleich Polyesterfolien und insbesondere Polyethylenterephtalatfolien oder Polyethylennaphthalatfolien besonders bevorzugt sind.

Die erfindungsgemäß eingesetzte Querverstreckvorrichtung ist an sich bekannt und besteht aus einer Vorheizzone, einer Verstreckungszone, einer Thermofixierzone und einer Kühlzone, wie oben bereits ausgeführt worden ist, wobei die Zonen voneinander getrennt sind mit Ausnahme einer schlitzförmigen Öffnung, durch welche die Folie geführt ist. In jeder Zone zirkuliert Luft, die auf die für diese Zone geeignete Temperatur erhitzt ist.

Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Schnittansicht einer Zone in der Querrichtung bzw. der Längsrichtung. Die Querverstreckungsvorrichtung besteht aus einer Vielzahl solcher Einheiten, die in Längsrichtung miteinander verbunden sind.

Die Folie 1 wird durch das Gehäuse 2 geführt und wird dabei von den Klemmeinrichtungen 3 gehalten. Die Luft in der Zone wird mit Hilfe einer Heizeinrichtung 4 erhitzt und mit Hilfe eines von dem Motor 5 angetriebenen Gebläses 6 in der Pfeilrichtung zirkuliert. Die heiße Luft wird über die Heißluftdüsen 7 auf die Folie 1 aufgeblasen. Die Zone ist mit einer Luftversorgung 8 und einer Abgasleitung 9 versehen. Die Zone wird durch Trennwände 10 von den benachbarten Zonen getrennt.

In der Querverstreckvorrichtung kann eine neutrale Zone, in der keine Heißluft zirkuliert wird, zwischen benachbarten Zonen angeordnet werden.

Die Temperaturen der Zonen variieren in Abhängigkeit von den Reckbedingungen, wobei im allgemeinen die Temperatur in der Verstreckungszone 80 bis 150°C und in der Thermofixierzone 150 bis 250°C beträgt. Wenn diese Zonen ihrerseits unterteilt sind, ist die Temperatur im allgemeinen in der folgenden Stufe höher, mit Ausnahme der Kühlzone. Die Temperatur der Vorheizzone ist natürlich geringer als die der Verstreckungszone. Die Vorheizzone wird vorzugsweise in eine Vielzahl von Unterzonen in der Weise aufgeteilt, daß die Temperatur in den folgenden Unterzonen jeweils höher ist als in der vorausgehenden Zone. Die Kühlzone wird vorgesehen, um einen plötzlichen Kontakt der Thermofixierzone mit der Atmosphäre zu verhindern, wobei auch diese Zone vorzugsweise derart in eine Vielzahl von Unterzonen aufgegliedert ist, daß die Temperatur einer jeden Unterzone geringer ist als in der vorausgehenden Unterzone.

Erfindungsgemäß wird ein Mechanismus vorgesehen, mit dem erhitzte bzw. heiße Luft quer derart auf die Folie aufgeblasen wird, daß auf der stromabwärts gelegenen Seite und/ oder der stromaufwärts gelegenen Seite einer getrennten Zone ein Luftvorhang gebildet wird. Die Zone kann die Querverstreckungszone und/oder Thermofixierzone sein. Wenn die Zone weiter aufgeteilt ist, muß der Mechanismus lediglich in einer der Unterzonen vorgesehen sein. Je höher die Temperatur ist, auf die die Folie erhitzt wird, um so größer ist die Menge der gebildeten Oligomeren, so daß der oben angesprochene Mechanismus vorzugsweise in der Thermofixierzone vorgesehen wird. Weiterhin ist es bevorzugt, den Mechanismus in einer Zone anzuordnen, in der die Temperatur höher ist als in der anschließenden Zone. Dies verhindert die Abscheidung von Oligomeren in der anschließenden Zone.

Vorzugsweise wird die Luft mit Hilfe von Düsen auf die Folie aufgeblasen, die in der Breitenrichtung über der Folie verteilt angeordnet sind. Die Düsen können in Form eines länglichen, die Breitenrichtung überspannenden Schlitzes oder in Form einer geraden Linie von Öffnungen vorliegen. Ein Luftvorgang, der in wirksamer Weise in der Breitenrichtung einer geteilten Zone angeordnet ist, kann ausreichend sein. Die Düse oder die Düsen können an der stromaufwärts gelegenen Seite oder der stromabwärts gelegenen Seite einer Zone oder auch beiden Seiten angeordnet werden, wobei es jedoch wirksamer ist, die Düsen an der stromabwärts gelegenen Seite vorzusehen.

Erfindungsgemäß ist ein Auslaß, über den die mit den Düsen eingeblasene Luft abgezogen wird, vorgesehen, da lediglich beim Einblasen der erhitzten Luft der Luftstrom sich in der Zone verteilt. Beispielsweise kann, wie es in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, eine Luftzuführ- und abführleitung 9 vorgesehen werden, die auch als Abgasleitung verwendet werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dann, wenn Luftzuführungsdüsen an der stromabwärts gelegenen Seite einer Zone vorgesehen werden, eine spezielle Abgasleitung unmittelbar stromaufwärts der Zuführungsdüsen angeordnet, wie es in der Fig. 4 gezeigt ist und später erläutert werden wird. Wenn eine Luftzuführungsleitung stromaufwärts einer Zone angeordnet wird, kann die spezielle Abgasleitung unmittelbar an der stromabwärts gelegenen Seite davon vorgesehen werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sei im folgenden anhand der Fig. 4 erläutert. Die Bezugsziffern 1 bis 10 stehen für die gleichen Bestandteile und Elemente, wie sie auch in den Fig. 1, 2 und 3 angegeben sind.

Über eine Luftzuführungsleitung 17 wird mit Hilfe eines von einem Motor 9 angetriebenen Gebläses 18 erhitzte Luft zugeführt, wobei die Luft mit Hilfe einer Heizeinrichtung 16 erhitzt und über die Luftzuführungsdüse 15 auf den Film aufgeblasen wird, so daß sich ein Luftvorhang in der Nähe der Trennwand ausbildet. Die in dieser Weise aufgeblasene Luft wird mit Hilfe eines von einem Motor 13 angetriebenen Gebläses 12 über eine Leitung 11, 14 abgesaugt.

Die Spitze (Öffnung) der Luftzuführungsdüse ist vorzugsweise gegenüber der stromaufwärts gelegenen Seite der Filmbewegung geneigt. Die Fig. 5 verdeutlicht eine Form der Düse. Die Spitze (Öffnung) der Düse ist vorzugsweise gegen die stromaufwärts gelegene Seite geneigt, wenn die Düse an der stromabwärts gelegenen Seite angeordnet ist, und umgekehrt zu der stromabwärts gelegenen Seite geneigt, wenn die Düse stromaufwärts angeordnet ist. Der Neigungswinkel R liegt zwischen 5 und 50°C.

In der in dieser Weise ausgelegten Querverstreckungsvorrichtung sollte die Temperatur der aus der Düse ausgeblasenen Luft gleich groß sein wie die in dieser Zone eingestellte Temperatur. Es wird Luft, die im wesentlichen frei ist von Oligomeren oder Luft, deren Oligomerengehalt geringer ist als der der Atmosphäre in der Zone, eingeblasen und ersetzt in dieser Weise die Luft, die eine hohe Oligomerenkonzentration aufweist. Der in der Nähe der Trennwand gebildete Luftvorhang verhindert die Strömung der Oligomeren in die stromabwärts gelegene Seite der Zone oder die stromaufwärts gelegene Seite der Zone.

Vorzugsweise wird Frischluft, die im wesentlichen frei ist von Oligomeren von außen in die verwendete Verstreckungsvorrichtung eingebracht. Man kann jedoch auch die Luft einer Zone mit niedriger eingestellter Temperatur oder Luft verwenden, die einer Behandlung zur Verbrennung der darin vorhandenen Oligomeren unterworfen worden ist.

Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft aus den Düsen hängt von dem Abstand zwischen der Spitze der Düse und der Folie (vorzugsweise zwischen 5 und 20 cm) und dem Neigungswinkel des Düsenendes ab. Die Strömung darf jedoch nicht so groß sein, daß sie zu einer Verbiegung der Folie führt. Sie sollte vorzugsweise im Bereich von 3 bis 20 m³/min pro m Breite der Folie liegen. Vorzugsweise sollte die Einblasgeschwindigkeit der Luft größer sein als die Geschwindigkeit der heißen Luft, die aus den Heißluftdüsen (Bezugsziffer 7 der Fig. 2) ausgeblasen wird und die heiße Luft in der Zone zur Zirkulation bringt.

Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der Erfindung.

Beispiele

Polyethylenterephthalat wird zur Bildung einer Folie extrudiert, abgekühlt und verfestigt. Die Folie wird bei 100°C um einen Faktor von 3,7 in der Längsrichtung und dann mit Hilfe des oben beschriebenen Querverstreckungsverfahrens um einen Faktor von 3,7 in der Querrichtung verstreckt und schließlich thermofixiert. In dieser Weise erhält man eine Folie mit einer Breite von 2000 mm und einer Dicke von 6 µm.

In der Querverstreckungsvorrichtung beträgt die Temperatur der Vorheizzone 80°C, die der Querverstreckungszone 100°C und die der Thermofixierzone 230°C, während die Temperatur der Kühlzone 60°C beträgt. Die Geschwindigkeit der Folienbewegung beträgt 100 m/min, während die Zeitdauer der Thermofixierung 3 Sekunden beträgt.

Über die Breite der Folie wird in einem Abstand von 30 cm von der stromabwärts gelegenen Trennwand der Thermofixierzone eine schlitzartige Luftzuführungsdüse vorgesehen. Die Anordnung der Düse und die Luftströmungsgeschwindigkeiten sind in der nachfolgenden Tabelle I angegeben. Der Abstand zwischen dem Ende der Düse und der Folie beträgt 120 mm. Wenn ein Absaugbereich vorgesehen ist, wird eine Abgasleitung, wie sie in der Fig. 4 dargestellt ist, an der stromabwärts gelegenen Seite in der Nähe der Luftzuführungsdüse angeordnet. Die Absauggeschwindigkeit wird derart eingestellt, daß das Entweichen der Luft durch die Öffnung der stromabwärts gelegenen Trennwand gleich ist wie im Fall eines üblichen Streckverfahrens. Die Konzentration der sublimierten Substanzen wird wie folgt gemessen. 500 mm stromabwärts der Luftzuführungsdüse und in einem Abstand von 10 mm von der Folienoberfläche wird ein Absauger vorgesehen. Diesem Absauger wird Luft abgesaugt und in Methanol aufgefangen. Die Konzentration der Lösung wird durch UV-Spektrometrie gemessen. Die Luftgeschwindigkeit wird mit einem Heißdraht-Anemometer bestimmt.

Die Ergebnisse der Messungen sind ebenfalls in der Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Erfindungsgemäß wird durch die Zufuhr von heißer Luft an der stromabwärts gelegenen Seite und/oder der stromaufwärts gelegenen Seite mindestens einer Zone der Querverstreckungsvorrichtung die Abscheidung von Oligomeren auf der Folie während des Streckvorgangs in bemerkenswerter Weise vermindert.

Claims (2)

1. Verfahren zum Querverstrecken und Thermofixieren einer Folie unter Anwendung einer Vorrichtung mit einer Zone zum Verstrecken in Querrichtung, in der die Folie durch Festhalten der seitlichen Ränder bei der Vorwärtsbewegung in Querrichtung gereckt und die querverstreckte Folie in einer Thermofixierzone thermofixiert wird, wobei die Querverstreckungszone und die Thermofixierzone in zwei oder mehrere Unterzonen aufgegliedert sein können, dadurch gekennzeichnet, daß erhitzte Luft, die im wesentlichen keine Oligomere enthält, in einer getrennten Zone in der Querverstreckungszone und/oder der Thermofixierzone unter Bildung eines Luftvorhangs in der Nähe der Trennwand der Zone in bezug auf die Bewegungsrichtung der Folie auf die stromabwärts gelegene Seite der Folie in der Breitenrichtung über die Oberfläche der Folie geblasen und über einen stromaufwärts des Luftzufuhrbereichs gelegenen Abziehbereich abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erhitzte Luft mit Hilfe von Düsen, deren Spitzen (Öffnungen) gegen die stromaufwärts gelegene Seite mit einem Neigungswinkel von 5 bis 50° geneigt sind, aufgeblasen wird.