DE3908690A1 - Verfahren zur herstellung einer biaxial verstreckten poly-(epsilon)-caproamid-folie - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines homogenisierten Polyamid Poly-ε-caproamid-Films bzw. -Folie unter Verwendung eines einzelnen Polymers aus ε-Caprolactam. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren, das eine Folie mit gleichmäßiger Dicke, ausgezeichneter Transparenz und niedrigem Kristallisationsgrad ergibt.

Es sind verschiedene Verfahren als biaxiale Streckverfahren für nichtorientierte Folien vorgeschlagen worden. Sie können ganz allgemein in ein gleichzeitiges biaxiales Streckverfahren und ein aufeinanderfolgendes biaxiales Streckverfahren eingeteilt worden.

Bei den gleichzeitigen biaxialen Streckverfahren ist die Vorrichtung, die die Spannkluppe (tenter clip) hält, sehr kompliziert, da die nichtorientierte Folie gleichzeitig biaxial (senkrecht und waagrecht) in einem Spannrahmen bzw. einer Spannvorrichtung verstreckt wird. Dieses Verfahren ist sehr teuer, da diese Vorrichtung im allgemeinen nicht verwendet wird. Sie zeigt ebenfalls einen Produktivitätsabfall, da es schwierig ist, die Verstreckungsrate zu ändern.

Bei dem aufeinanderfolgenden biaxialen Streckverfahren werden eine walzenförmige senkrechte Streckvorrichtung und eine waagrechte Streckvorrichtung von der Art einer Spannvorrichtung nacheinander verwendet, nachdem eine nichtorientierte Bahn geschmolzen und durch eine Extrudiervorrichtung mit einem T-Werkzeug extrudiert worden ist. Die Bahn wird dann routinemäßig gekühlt und auf der Oberfläche eines bewegbaren Kühlers, wie eines walzenförmigen Drehkühlers, gehärtet. Das nach diesem Verfahren erhaltene Produkt besitzt jedoch eine schlechte Wärmeleitung, weil eine dünne Luftschicht zwischen die geschmolzene, jedoch nichtgestreckte Bahn und den bewegbaren Kühler eingelagert wird, was eine Bahn ergibt, die einen höheren Kristallisationsgrad besitzt und eine schlechte Transparenz aufweist. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die geschmolzene Bahn mit schneller Geschwindigkeit zur Kristallisation gehärtet wird. Die Streckbarkeit der nichtverstreckten Bahn ist schlecht, und die Transparenz der gestreckten Folie ist ebenfalls schlecht.

Es wurde nun gefunden, daß, wenn eine nichtverstreckte Bahn aus geschmolzenem Polymer auf die Oberfläche eines Kühlers durch direkte Bewegung ohne Einschluß einer dünnen Luftschicht geklebt bzw. gehalten und gekühlt wird, eine Poly-ε-caproamidpolymerbahn mit niedrigerer Kristallisationsgeschwindigkeit und verbesserter Streckbarkeit erhalten wird.

Um zu ermöglichen, daß die extrudierte, geschmolzene Bahn selbst an der Oberfläche des Kühlers klebt, wird erfindungsgemäß eine elektrostatische Vertiefungs- bzw. Prägungsvorrichtung verwendet, die das entsprechende Bahnmaterial auf die Oberfläche des Kühlers klebt bzw. haftet und es durch Aufdrücken bzw. Einprägen einer hohen Spannung mit niedrigem Strom zwischen der Oberfläche der Elektrode und dem Kühler entweder mit einer schneidkantenförmigen (knife edge-shaped), drahtförmigen oder Mehrnadelelektode (5) zwischen dem T-Werkzeug und dem Kühler oder, soweit möglich, nahe dem Kühler, kühlt und eine nichtverstreckte Bahn zwischen der Elektrode und dem Kühler durchgeleitet wird. Es ist bevorzugt, eine drahtförmige Elektrodeneinprägvorrichtung anstelle einer teuren schneidkantenförmigen oder Mehrnadeleinprägeinrichtung zu verwenden.

Bezüglich des Polymerisationsgrads des als Ausgangsmaterials verwendeten Polyamidharzes ist ein Harz mit einer relativen Viskosität von mehr als 3,0, vorzugsweise 3,0 bis 4,5, erforderlich.

Das homogenisierte Poly-ε-caproamidharz mit einem Polymerisationsgrad mit einer relativen Viskosität von weniger als 3,0 wird leicht durch Temperatureinfluß zersetzt. Bei dem Folienherstellungsverfahren kontaminieren deshalb solche Harze die Vorrichtung mit Oligomer, wodurch sich nicht die gewünschten verschiedenen stabilisierten physikalischen Eigenschaften der biaxial verstreckten Folie ergeben. Wenn der Polymerisationsgrad größer als 4,5 ist, ist es schwieriger, Folien herzustellen, weil mehr Belastungen in dem Herstellungsverfahren verursacht werden.

Erfindungsgemäß wird ein homogenisiertes Poly-ε-caproamid verwendet, wodurch es möglich ist, eine biaxial verstreckte Poly-ε-caproamid-Folie herzustellen, die eine ausgezeichnete Transparenz, eine gleichmäßige Dicke, einen niedrigen Kristallisationsgrad und eine geringe Abweichung des Kristallisationsgrads besitzt aufgrund der Verwendung einer elektrostatischen Prägungsvorrichtung wie vorstehend beschrieben.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als Ausgangsmaterial ein einzelnes Polymer von ε-Caprolactam, das allgemein Nylon-6 genannt wird, verwendet. Um die Aktivität, die Gleitfähigkeit bzw. den Blockwiderstand, die Verstreckbarkeit, die Wärmebeständigkeit und die elektrizitätsentfernende Eigenschaft der gestreckten Polymerfolie zu verbessern, können Additive, wie aktive Mittel, Antioxidantien, UV-Adsorptionsmittel und statische Elektrizität verhindernde Mittel, in die entsprechende Polymerisationsreaktion bis zu einem solchen Ausmaß, daß die Natur der Folie nicht nachteilig beeinflußt wird, zugemischt werden.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine nichtgestreckte Bahn hergestellt, die nicht orientiert und amorph ist, durch Erwärmen des Poly-ε-caproamidpolymers oberhalb seines Schmelzpunkts, Extrudieren und elektrostatisches Kleben zwischen der Oberfläche eines walzenförmigen Drehkühlers und einer Elektrode, eingeprägt mit einer hohen Spannung von 4,0 bis 7,0 kV und einem niedrigen Strom, und anschließendes Härten nach dem Kühlen. Wenn die Spannung höher als 10,0 kV ist, sprüht ein Funke und der Draht bricht, wodurch er elektrostatisch geprägt werden kann. Wenn die Spannung niedriger als 4,0 kV ist, erreicht die biaxial verstreckte Polyamidfolie nicht ihre Produktivität, weil die elektrostatische Prägungskraft niedrig ist. (Im Falle einer biaxial verstreckten Polyamidfolie muß die Ziehgeschwindigkeit der nichtverstreckten Bahn im allgemeinen mehr als 20 m/min betragen, um ihre Produktion zu erreichen.) Bezüglich der nichtverstreckten Bahn, die durch ein solches elektrostatisches Klebverfahren hergestellt wird, ist ein Kristallisationsgrad von weniger als 5% wünschenswert, weil dies das biaxiale Verstrecken in dem nachfolgenden Streckverfahren erleichtert.

Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren mit Bezug auf die Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Herstellungsverfahren unter Verwendung einer aufeinanderfolgenden biaxialen Verstreckung.

Fig. 2 zeigt das Kühlungsverfahren einer nichtverstreckten Bahn unter Verwendung einer elektrostatischen Haftung.

Eine elektrostatische Prägungsvorrichtung wird schematisch in Fig. 2 gezeigt. Eine drahtförmige Einzelsystemelektrode (5) ist in der Nähe der Oberfläche eines walzenförmigen Drehkühlers (2) angeordnet, und 4,0 bis 10,0 KV-Hochspannung mit niedrigem Strom werden zwischen der Elektrode (5) und dem geerdeten Kühler (2) eingeprägt. Die elektrostatische Kraft wird zwischen der Elektrode und der Oberfläche des Kühlers hergestellt. Wenn sich eine Schmelzextrusion dazwischen bewegt, wird sie auf zufriedenstellende Weise auf die Oberfläche des Kühlers geklebt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird die nichtverstreckte Bahn (S) dann senkrecht oberhalb einer senkrechten Streckrate

von 2,0 in der senkrechten Streckvorrichtung (3) verstreckt und waagrecht oberhalb einer waagrechten Streckrate

von 2,0 in der spannvorrichtungsartigen waagrechten Streckvorrichtung (4) verstreckt. Nachdem sie auf eine spezifische Breite durch Halten durch das Wärmefixierteil bzw. -befestigungsteil (6) gezogen worden ist, werden ihre beiden Ränder bzw. Kanten aufgeschnitten. Dadurch wird eine vollständige Folie aufgerollt.

Obwohl eine biaxial verstreckte Poly-ε-caproamid-Folie (F), die auf die vorstehend beschriebene Weise erhalten wurde, zufriedenstellend ist, kann sie weiter senkrecht oder waagrecht verstreckt werden, um eine spezifische physikalische Eigenschaft zu verbessern.

Ein Verfahren zum Messen eines besonderen Werts der Folie (F), die erfindungsgemäß erhalten wird, ist das folgende:

(B) Relative Viskosität:
Harz wird in 96,3%iger Schwefelsäure in einer Konzentration von 1,0 g/100 ml gelöst und in einem Thermostaten von 20°C mit einem Oswald-Viskosimeter gemessen.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiele 1 bis 6

Proben aus Poly-ε-caproamidharz mit relativen Viskositäten von 2,0 bis 4,5 werden bei 110°C in einem Vakuumdrehtrockner getrocknet. Nach Einstellung des Feuchtigkeitsgehalts jeder Probe auf 0,1 Gew.-%, wird die Probe geschmolzen und bei 260°C durch eine Extrudiervorrichtung mit einem Durchmesser von 90 mm, ausgestattet mit einem T-Werkzeug (1), extrudiert. Das geschmolzene und extrudierte Polymerharz wird zwischen einem walzenförmigen Drehkühler (2) bei 25°C und einer drahtförmigen Einzelsystemelektrode (5), geerdet an diesen Kühler, mit 5,0 kV Hochspannung und niedrigem Strom gekühlt. Das Polymerharz wird auf den Kühler eingeprägt, und es wird eine amorphe und nichtverstreckte Bahn (S) mit einer Dicke von etwa 150 µm und einer Breite von 1 m erhalten. Diese nichtverstreckte Bahn (S) wird unter Verwendung einer walzenförmigen senkrechten Streckvorrichtung (3) in einem Verhältnis, das dreimal so groß ist wie in einer normalen senkrechten Streckvorrichtung senkrecht verstreckt und in einer spannvorrichtungsartigen waagrechten Streckvorrichtung (4) in einem Verhältnis, das 3,5mal so groß ist wie in einer normalen waagrechten Streckvorrichtung vom Spannungsvorrichtungstyp, waagrecht verstreckt. Wenn die Wärme eingestellt wird, wird eine biaxial verstreckte Folie (F) mit einer Dicke von 15 µm aufgerollt.

Tabelle 1 zeigt die Verstreckbarkeit jeder hergestellten Folie. Die Dickenabweichungsrate jeder verstreckten Folie hängt von ihrer relativen Viskosität ab, die durch Einstellen der Spannung der elektrostatischen Prägungsvorrichtung auf 5,0 kV und der Ziehgeschwindigkeit des walzenförmigen Drehkühlers auf 20 oder 40 m/min gemäß den Beispielen 1 bis 6 hergestellt wird.

Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß eine relative Viskosität von 3,0 bis 4,5 eine Folie mit zufriedenstellender Verstreckbarkeit und einer Dickenabweichungsrate von weniger als 10% ergab.

Tabelle 1

elektrostatische Prägungsspannung; 5,0 kV

Beispiele 7 bis 13

Die Trocknungs-, elektrostatischen Prägungs- und Streckbedingungen sind wie in Tabelle 1 gezeigt. Eine nichtverstreckte Bahn und eine verstreckte Folie werden durch Einstellen der Prägungsspannung auf 10,0 kV und der Ziehgeschwindigkeit des walzenförmigen Drehkühlers auf 5 bis 70 m/min für ein homogenisiertes Polyamid Poly-ε-caproamidharz mit einer relativen Viskosität von 3,5 hergestellt. Das Ausmaß, in dem das geschmolzene Polymerharz auf der Oberfläche des walzenförmigen Drehkühlers haftet, bestimmt die Dickenabweichungsraten, die Verstreckbarkeit der unverstreckten Bahn und die Dickenabweichungsraten der verstreckten Folien (Tabelle 2). Die Ziehgeschwindigkeit der unverstreckten Bahn von mehr als 20 m/min innerhalb der Grenzen von 4,0 bis 1,0 kV ist gezeigt. Eine zufriedenstellende Streckbarkeit und Dickenabweichungsraten einer gestreckten Folie von weniger als 10% sind ebenfalls gezeigt.

Erfindungsgemäß wird auf sehr wirksame Weise eine biaxial verstreckte Poly-ε-caproamid-Folie hergestellt, die eine gleichmäßige Dicke, eine ausgezeichnete Transparenz und einen niedrigen Kristallisationsgrad aufweist. Der Kristallisationsgrad wird erniedrigt, indem die homogenisierte Polymaid Poly-ε-caproamidbahn, die ein einzelnes Polymer aus ε-Caprolactam verwendet, auf eine relative Viskosität von mehr als 3,0, vorzugsweise 3,0 bis 4,5, eingestellt wird. Die Polymerisationsgrade werden durch das elektrostatische Klebverfahren eingestellt, worin eine 4,0 bis 10,0 kV-Hochspannung und ein niedriger Strom das Harzmaterial, eingeprägt zwischen der Oberfläche eines walzenförmigen Drehkühlers und einer drahtförmigen Einzelsystemelektrode, auf den Drehkühler klebt.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung einer biaxial verstreckten Poly-ε-caproamid-Folie, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem biaxialen Streckverfahren durch ein aufeinanderfolgendes biaxiales Streckverfahren, eine unverstreckte Bahn aus einer Poly-ε-caproamid-Folie gebildet wird durch Erwärmen des Poly-ε-caproamids oberhalb seines Schmelzpunkts, Extrudieren und elektrostatisches Kleben der Bahn auf die Oberfläche eines walzenförmigen Drehkühlers mittels einer Elektrode, eingeprägt mit 4,0 bis 10,0 kV Hochspannung und niedrigem Strom, gefolgt von Härten nach dem Kühlen, wobei die relative Viskosität des Poly-ε-caproamid-Polymers aus ε-Caprolactam oberhalb 3,0 liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die relative Viskosität des Poly-ε-caproamids 3,0 bis 4,5 beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine Einzelsystemdrahtelektrode ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine schneidkantenförmige oder Mehrnadel-Einprägungselektrode ist.