DE68920105T2

DE68920105T2 - Metallisierte durchlässige Folien, hergestellt aus schmelzgeprägten Polyolefin/Füllstoff-Ausgangsfolien.

Info

Publication number: DE68920105T2
Application number: DE68920105T
Authority: DE
Inventors: Paresh Jaswantlal Sheth; Francis Murphy Thompson
Original assignee: Exxon Chemical Patents Inc
Current assignee: ExxonMobil Chemical Patents Inc
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1989-09-26
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2009-09-27
Also published as: DE68920105D1; AU4179589A; AU621151B2; ES2065390T3; EP0361865A3; ATE115912T1; EP0361865A2; JPH02145334A; US5055338A; EP0361865B1; CA1324710C

Description

Hintergrund

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft metallisierte atmungsaktive Polymerfolien - Polymerfolien, die gas/dampfdurchlässig und undurchlässig für flüssiges Wasser sind - , welche aus in hohem Maße gefüllter Polyolefinfolie hergestellt und mit einem geeigneten Metall beschichtet sind.

Verwandte Technik

Es ist bekannt, poröse Polyolefinfolien durch Strecken einer mit Calciumcarbonat gefüllten Vorläuferfolie herzustellen. "Atmungsaktive" Folien, die durchlässig für Gas/Dampf und flüssigkeitsdicht gegenüber wäßrigen Flüssigkeiten sind, sind in US-A- 4 472 328 von Mitsubishi Chemical Industries, Ltd., beschrieben worden. Das Mitsubishi-Patent beschreibt eine atmungsaktive Polyolefinfolie, die aus einer Polyolefin/Füllstoffzusammensetzung mit 20 bis 80 Gew.% Füllstoff wie oberflächenbehandeltem Calciumcarbonat hergestellt ist. Es wurde gefunden, daß ein flüssiges oder wachsartiges Kohlenwasserstoffpolymerelastomer wie endständige Hydroxygruppen enthaltendes flüssiges Polybutadien eine Vorläuferfolie erzeugt, die monoaxial oder biaxial gestreckt werden kann, um eine Folie atmungsaktiv zu machen. Die von Mitsubishi beschriebene atmungsaktive Folie wird auch in dem britischen Patent Nr. 2 115 702 von Kao Corporation beschrieben. Das Kao-Patent beschreibt außerdem eine Wegwerfwindel, die mit einer atmungsaktiven Folie wie von dem Mitsubishi-Patent offenbart ist, hergestellt ist. Die atmungsaktive Folie wird als Rückseite für die Windel verwendet, um Flüssigkeit zu enthalten.
US-A-4 350 655 von Biax Fiber Film beschreibt eine poröse Polyolefinfolie, die mindestens 50 Gew.% eines beschichteten anorganischen Füllstoffs enthält. Die Vorläuferfolie wird ohne Zugabe eines Elastomers unter Verwendung eines anorganischen Füllstoffs hergestellt, dessen Oberfläche mit einem Fettsäureester von nur Silicium oder Titan beschichtet ist. Die Vorläuferfolie wird dann zwischen horizontal geriffelten Walzen gewalzt. Kaltstrecken der Vorläuferfolie bei einer Temperatur unter 70ºC ergibt eine poröse Folie. Einige der resultierenden Folien wurden als sowohl dampf- als auch flüssigkeitsdurchlässig angegeben, wobei von mindestens einer Folie gesagt wurde, daß sie luftdurchlässig sei.
EP-A-0 283 200 lehrt eine atmungsaktive Folie und ein Verfahren zur Herstellung der atmungsaktiven Folie. Zur Verdeutlichung und Kontinuität ist viel von der Offenbarung dieser Anmeldung unter dar Überschrift "Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung" wiederholt. Die vorliegende Erfindung wendet eine dünne metallische Beschichtung auf die in US-A-024 503 gelehrte Folie an und erzeugt eine metallisierte Folie mit im wesentlichen den gleichen Atmungseigenschaften wie die nicht metallisierte Folie.
Metallisierte Folien besitzen viele Eigenschaften von großer wirtschaftlicher Bedeutung. Diese Eigenschaften schließen ein:
1) Reflektionseigenschaften, die die Verwendung von metallisierten Folien als Reflektoren zur Regelung der Energie gestatten, üblicherweise als Isolatoren, aber auch als Verteiler,
2) Elektrische Leitfähigkeit, die die Kontrolle der statischen Elektrizität in Verpackungen entweder während des Verpakkens oder zum Schutz der verpackten Ware unterstützt. Elektrische Leitfähigkeit ist auch in Kondensatoren und Kondensoren wichtig, wo dies die Haupteigenschaft ist.
3) Leuchtkraft - eine "Greif"eigenschaft, wenn die Folie als Verpackungsmaterial verwendet wird. Dies liefert eine Verstärkung für Spontanartikel und ist auch eine Eigenschaft, die die Aura von Qualität verbreitet,
4) Sperreigenschaften - nicht nur eine variable Kontrolle von ultraviolettem und sichtbarem Licht, sondern auch in einigen Fällen eine Gassperre,
5) die metallisierte Schicht ist sehr leichtgewichtig, weil sie so dünn ist - 500 Å wird als ziemlich dicke Beschichtung betrachtet,
6) die ultradünne Beschichtung neigt dazu, eine bessere Biegerißfestigeit aufzuweisen als eine Folie mit den gleichen Eigenschaften, und
7) relativ niedrige Produktionskosten. Wenn die Kosten nicht attraktiv wären, würde die Höhe der tatsächlichen geschäftlichen Aktivitäten der Verwendung von metallisierter Folie nicht existieren.
Um die besten Zusammenstellung dieser metallisierten Eigenschaften zu erreichen, muß eine sachkundige Auswahl des Foliensubstrats vorgenommen werden. Orientierte Polyesterfolien werden am weitesten verbreitet verwendet, und mindestens zehn Substrate werden zur Zeit kommerziell metallisiert: Polyethylen (PE), gegossenes Polypropylen (PP), orientiertes Polypropylen (OPP), Polyethylenterephthalat (PET), Polycarbonat, Hart-Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol, Polyimid, Polyamid, Papier und Cellophan. Dies ist keine erschöpfende Liste, sondern soll die Vielzahl von metallisierten Substraten aufzeigen.
Orientiertes Polypropylen wird in Kondensatoren, Kondensoren und Transformatoren verwendet. Polyester wird als Walzblätter, Prägefolien, Kondensoren, Wandbedeckungen, Sonnenregulierung und Verpackungen verwendet. Polycarbonat wird in einigen graphischen Anwendungen verwendet. PVC (es kann nur Hart-PVC verwendet werden, da während der Metallisierung Weichmacher verdampft) wird zur Herstellung von flammenfestem Weihnachtsschmuck und Partygirlanden verwendet. Polycarbonat, PVC und Polystyrol werden in größeren Dicken verwendet, um warmgeformte Tabletts herzustellen. Polyimid wird in Weltraumanwendungen verwendet - üblicherweise mit reinem Gold metallisiert. Nylon findet einige eingeschränkte Verwendung, Papier wird in Etiketten und Cellophan in Verpackungen verwendet.
Polyethylen und gegossenes Polypropylen sind zwei Folien, die der Veredelungsindustrie, aber nicht der Metallisierungsindustrie, sehr vertraut sind. Im Vergleich zu Polyester und OPP ist Polyethylen wärmeempfindlich, dehnbar und weich, so daß es vorsichtig behandelt werden muß. Dieser Unterschied ist der Veredelungsndustrie vertraut, wo Polyethylen routinemäßig mit hohen Geschwindigkeiten bedruckt wird. Obwohl Polyethylen der Metallisierungsindustrie nicht vertraut ist, wird es von etlichen Metallisierern als metallisiertes Substrat auf kommerzieller Basis verwendet.
Metallisiertes Polyethylen ist glänzend, es liefert eine schimmernde metallische Oberfläche ähnlich den glänzendsten Folien, wenn auch weniger glänzend als die Oberfläche, welche mit metallisiertem Polyester erreicht wird.
Polyethylen ist viel weicher als die üblicherweise verwendeten orientierten Folien. Diese Weichheit trägt zu größerer Flexibilität bei und bei Textilersatzanwendungen zu weniger Knittergeräusch und einem angenehmeren Griff. Polyethylen ist heißsiegelbar und kann so zu Beuteln oder Taschen geformt werden oder kann auf ein anderes Substrat laminiert werden, das spiegelbildlich bedruckt ist. Die Kombination von brillianter geschützter Grafik und Heißsiegelbarkeit kann daher in einer einzigen Bahn kombiniert werden. Metallisiertes Polyethylen ist im Vakuum formbar und kann, wenn es auf Nylon laminiert wird, die formbare Bahn einer Fleischverpackung bilden.
Die niedrigen Infrarot-Absorptionscharakteristika von Polyethylen machen es zu einer hervorragenden Reflektorsubstanz. Als Infrarotstrahlung (IR) abgegebene Körperwärme wird von einer metallisierten PE-Folie reflektiert und zurückgegeben, anstatt absorbiert zu werden, wo sie abgeleitet oder abgeführt werden kann. Dies trifft besonders auf IR-Strahlung in den Frequenzen zu, die mit der normalen Körpertemperatur verbunden sind.
Geprägtes Polyethylen ermöglicht verschiedene Oberflächen, die einen attraktiven optischen Eindruck hinterlassen, wenn sie metallisiert sind. Die optische Qualität macht es geeignet zur Verwendung in vielen kommerziellen Anwendungen.
Daher werden metallisierte Folien schon weitverbreitet verwendet. Das zusätzliche erfindungsgemäße Merkmal der Atmungsaktivität führt sogar zu noch größerem Nutzen der metallisierten Folie. Beispielsweise liefert eine metallisierte atmungsaktive Polyolefinfolie eine sehr effektive leichtgewichtige Campingdekke. Eine solche Folie kann auch als attraktive Außenhaut in Kombination mit einem Isoliermaterial in beispielsweise Skiausrüstungen und anderer Sportaußenbekleidung für kalte Klimata verwendet werden.
Obwohl metallisierte Folien sowohl brauchbar als auch attraktiv sind, ist es schwierig, eine gute Adhäsion eines Metalls an ein relativ unpolares Substrat wie ein Polyolefin zu erhalten. Es sind hohe elektrostatische Behandlungsniveaus notwendig. In der Tat nahmen vor 10 Jahren die Industrieexperten allgemein an, daß LDPE nicht mit guter Metalladhäsion metallisiert werden kann.
Wenn die erfindungsgemäße atmungsaktive Folie metallisiert wurde, wurde eine wesentlich bessere Adhäsion als erwartet erhalten. Ohne sich auf eine Theorie festzulegen wird angenommen, daß die bessere Adhäsion als erwartet auf die größere ausgesetzte Oberfläche aus den atmungsaktiven Porenräumen und/oder die von den Füllstoffen in ihrer Zusammensetzung verursachte erhöhte Polarität der atmungsaktiven Folie zurückgeführt werden kann. Natürlich können die gute Metalladhäsion und der wesentliche Erhalt der Atmungseigenschaften auf ein anderes Phänomen zurückzuführen sein.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine atmungsaktive metallisierte Folie, die durch Aufbringen einer feinen metallischen Schicht auf eine atmungsaktive Folie hergestellt wird. Das Produkt zeigt hervorragende Metalladhäsionseigenschaften, ist flexibel, hat ein angenehmes, glitzerndes, metallisches Aussehen und behält im wesentlichen die Atmungseigenschaften der nicht metallisierten Folie bei.

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Folienbildende Zusammensetzungen

Atmungsaktive Folien, die die Grundlage der vorliegenden Erfindung bilden, werden aus einer Vorläuferfolie gefertigt, die aus einer Polymerzusammensetzung hergestellt ist, die mindestens eine Polyolefinkomponente und einen Füllstoff umfaßt. Die Polyolefinkomponente kann jedes Polyolefin sein, das zur Folienherstellung geeignet ist, wie Polypropylen, Copolymere aus Propylen, Homopolymere und Copolymere aus Ethylen oder Mischungen daraus. Ein bevorzugtes Polyolefin ist ein Copolymer aus Polypropylen und Polyethylen mit niedriger Dichte, besonders bevorzugt ist lineares Polyethylen mit niedriger Dichte.
Lineares Polyethylen mit niedriger Dichte (LLDPE) wird durch Copolymerisieren von Ethylen mit einem C&sub4;- bis C&sub1;&sub0;-α-Olefin hergestellt. Im allgemeinen schließen die bevorzugten α-Olefine solche ausgewählt aus der Gruppe ein, die Buten-1, Penten-1, Hexen-1, 4-Methylpenten-1, Hepten-1 und Octen umfaßt. Die Comonomere sind in Mengen bis zu 20 Gew.%, normalerweise zwischen 3 und 14 Gew.% vorhanden. Die Polymerisation wird bei niedrigem Druck unter Verwendung eines Chromkatalysators oder Zieglerkatalysators durchgeführt und kann in der Gasphase durchgeführt werden. Das nach solchen Verfahren hergestellte LLDPE hat eine Dichte zwischen 0,900 und 0,935 g/cm³ und einen Schmelzindex (MI) zwischen 0,1 und 5,0 g pro 10 Minuten. Herstellungsverfahren zur Produktion von LLDPE sind bekannt, wie die in US-A-4 076 698 und US-A-4 205 021 offenbarten. LLDPE ist als die Polyolefinkomponente aufgrund seiner hohen Zerreißfestigkeit, Leichtigkeit der Aufbereiten (Kompoundierens) und niedriger Kosten zur erfindungsgemäßen Verwendung bevorzugt.
Erfindungsgemäß brauchbare Füllstoffe können ein beliebiges anorganisches oder organisches Material mit einer niedrigen Affinität zu der Polyolefinkomponente und einer signifikant niedrigeren Elastizität als die Polyolefinkomponente sein. Vorzugsweise sollte der Füllstoff ein starres Material mit einer ungleichmäßigen hydrophoben Oberfläche oder ein Material sein, das behandelt ist, um seine Oberfläche hydrophob zu machen. Die bevorzugte mittlere Durchschnittsteilchengröße des Füllstoffs liegt zwischen etwa 3 und 5 um für Folien mit einer Dicke zwischen 102 und 152 um (4 bis 6 mil) vor dem Strecken. Beispiele für die anorganischen Füllstoffe schließen Calciumcarbonat, Talk, Kaolin, Siliciumdioxid, Kieselerde, Magnesiumcarbonat, Bariumcarbonat, Magnesiumsulfat, Bariumsulfat, Calciumsulfat, Aluminiumhydroxid, Zinkoxid, Magnesiumhydroxid, Calciumoxid, Magnesiumoxid, Titanoxid, Aluminiumoxid, Glimmer, Glaspulver, Zeolith, Siliciumdioxid-Ton, etc. ein. Calciumcarbonat ist wegen der geringen Kosten, der Weißheit, der Inertheit und Erhältlichkeit besonders bevorzugt. Die anorganischen Füllstoffe wie Calciumcarbonat sind vorzugsweise oberflächenbehandelt, so daß sie hydrophob sind, damit der Füllstoff Wasser abstoßen kann, um die Agglomerierung des Füllstoffs zu verhindern. Die Oberflächenbeschichtung soll auch das Binden des Füllstoffs an das Polymer verbessern, während der Füllstoff aus dem Polyolefin unter mechanischer Beanspruchung herausgezogen werden kann. Eine bevorzugte Beschichtung ist Calciumstearat, das von der FDA für Lebensmittel zugelassen sowie leicht erhältlich ist. Organische Füllstoffe wie Holzmehl, Pulpepulver und andere Pulver von Cellulosetyp können verwendet werden. Polymerpulver wie Teflon - Pulver und Kevlar -Pulver können auch verwendet werden.
Die Menge an zu dem Polyolefin gegebenen Füllstoff hängt von den gewünschten Eigenschaften der atmungsaktiven Folie einschließlich Zerreißfestigkeit, Wasserdampfdurchtrittsgeschwindigkeit und Verstreckbarkeit ab. Es wird allerdings angenommen, daß eine atmungsaktive Folie wie hier gelehrt nicht mit einer Füllstoffmenge von weniger als etwa 15 Volumenprozent der Polyolefin/Füllstoff-Zusammensetzung hergestellt werden kann (z. B. LLDPE/CaCO&sub3; mit weniger als etwa 38 Gew.% CaCO&sub3;). Die minimale Füllstoffmenge wird gebraucht, um die Verbindungen zwischen den Hohlräumen innerhalb der Folie sicherzustellen, die an den Stellen des Füllstoffs insbesondere durch die Verfahrensweise des Streckens, die nachfolgend mit der Vorläuferfolie durchgeführt wird, erzeugt werden. Außerdem wird angenommen, daß brauchbare Folien nicht mit einer Füllstoffmenge von über etwa 35 Volumenprozent der Polyolefin/Füllstoff-Zusammensetzung hergestellt werden können (z. B. LLDPE/CaCO&sub3; mit mehr als etwa 65 Gew.% CaCO&sub3;). Größere Mengen an Füllstoff können Probleme beim Kompoundieren und bedeutsame Verluste der Festigkeit der am Ende vorhandenen atmungsaktiven Folie verursachen.
Erfindungsgemäß brauchbare Polyolefin/Füllstoff-Zusammensetzungen können auf mehrere verschiedene Arten kompoundiert werden. Die Komponenten können in innigen Kontakt gebracht werden, indem beispielsweise diese Materialien trocken gemischt und dann die Gesamtmischung durch einen Kompoundierextruder geschickt wird. Alternativ können die Polyolefin- und die Füllstoffkomponenten direkt in eine Mischvorrichtung wie einen Kompoundierextruder, einen kontinuierlichen Mischer mit hoher Scherung, eine Zweiwalzenmühle oder einen Innenmischer wie einen Banbury-Mischer eingespeist werden. Insgesamt ist die Aufgabe, eine gleichförmige Verteilung des Füllstoffs in dem Polymer ohne Agglomerierung zu erhalten, und dies wird leicht erreicht, indem ausreichend Scherung und Wärme angewendet wird, um die Polyolefinkomponente zum Schmelzen zu bringen. Allerdings sollten Zeit und Temperatur des Mischens gesteuert werden, wie normalerweise getan wird, um einen Abbau des Molekulargewichts zu vermeiden. Das Kompoundieren von LLDPE und mit Calciumstearat oberflächenbehandeltem Calciumcarbonat ist durch Vakuumtrocknen der Mischung in dem Extruder verbessert worden.
Die Zerreißfestigkeit und Weichheit einer Folie, die aus der Polyolefin/Füllstoffzusammensetzung hergestellt worden ist, kann durch Zugabe kleiner Mengen an olefinischem Elastomer gebessert werden.

Folienextrusion und Schmelzprägen

Die folienbildende Zusammensetzung kann durch konventionelle Schlauchextrusion (Folienblasverfahren, Blown bubble process) oder Flachfolienextrusion zu einer Vorläuferfolie verarbeitet werden. Die Folienerzeugung durch Flachfolienextrusion ist bevorzugt, da die Flachfolie (gegossene Folie) sofort wie unten beschrieben schmelzgeprägt werden kann.
In dem Flachfolienextrusionsverfahren wird das geschmolzene Harz aus einer langgestreckten Düse in Form einer Bahn extrudiert. Die Bahn wird über mindestens eine gemusterte Prägewalze gezogen, um die Folie mit einem eingeprägten Muster aus weiter unten diskutierten Gründen zu kühlen und zu verfestigen. Die Vorläuferfolie wird vorzugsweise auf eine Dicke von 102 bis 152 um (4 bis 6 mil) hergestellt, die weiteres Strecken wie unten beschrieben gestattet. Die Extrusionstemperaturen, Düsentemperaturen und Prägewalzentemperaturen hängen von der verwendeten Zusammensetzung ab, liegen aber im allgemeinen für erfindungsgemäße Zusammensetzungen, die durch Flachfolienextrusion hergestellt worden sind, in den folgenden Bereichen: Schmelztemperatur Düsentemperatur Prägewalzentemperatur
Die Folienbildung durch Schlauchextrusion erzeugt ausgeglichene Folien mit erhöhter Folienfestigkeit sowohl in Maschinenrichtung als auch in Querrichtung. In dem Verfahren zur Herstellung schlauchgeblasener Folien wird die folienbildende Zusammensetzung zuerst geschmolzen und dann durch eine Ringdüse extrudiert. Die Düse sollte vorzugsweise einen Düsenspalt aufweisen, der zum Extrudieren von LLDPE-Harz geeignet ist und normalerweise größer als etwa 0,5 mm und vorzugsweise größer als etwa 0,75 mm ist. Die folienbildende Zusammensetzung wird bei einer Schmelztemperatur von etwa 150 bis 300ºC, vorzugsweise zwischen 190 und 240ºC extrudiert. Die geschmolzene Zusammensetzung wird vorzugsweise in einer aufwärts vertikalen Richtung in Form von entweder einer Blase oder einem Schlauch extrudiert, obwohl sie auch entweder abwärts oder horizontal extrudiert werden kann. Das schlauchförmige Extrudat wird auf die gewünschten Abmessungen expandiert und dann durch eine von mehreren konventionellen Techniken abgekühlt, die im Stand der Technik wohlbekannt sind, z. B. Druckluft, Blasdorn und Abschrecken mit Wasser. Die Schlauchfolie oder Blase wird dann flach gemacht, indem die Folie durch einen Gleitrahmen und ein Paar Quetschwalzen geleitet wird. Die Quetschwalzen werden angetrieben, wodurch für eine Einrichtung zum Wegziehen der Schlauchfolie oder Blase von der Ringdüse gesorgt ist.
Ein positiver Druck eines Gases wie Luft oder Stickstoff wird im Inneren der Schlauchblase aufrechterhalten. Wie aus der Betriebsweise von konventionellen Blasfolienverfahren bekannt ist, wird die Anwesenheit des Gases reguliert, um dem Folienschlauch oder der Folienblase eine gewünschte Orientierung der Abmessungen zu verleihen. Der Expansionsgrad der Schlauchblase kann als Verhältnis des Umkreises der expandierten Blase zu dem Umfang des Düsenrings gemessen werden. Dieses Verhältnis liegt im allgemeinen im Bereich von 1:1 bis 6:1 und für eine Vorstufe einer atmungsaktiven Folie vorzugsweise von 2:1 bis 4:1.
Die Prägung wird typischerweise auf der Oberfläche von Polyolefinfolien verwendet, um den Glanz zu verringern. Die Prägung kann auf der Oberfläche der Vorläuferfolie zum Zeitpunkt der Folienherstellung für die Flachfolienextrusion oder zu einem spateren Zeitpunkt für Flachfolienextrusion oder Schlauchextrusion nach im Stand der Technik wohlbekannte Verfahren erfolgen. Bei der vorliegenden Erfindung verleiht die Prägung der Vorläuferfolie ein Muster aus verschiedenen Foliendicken und kann mit einem beliebigen Mikro/Makromuster durchgeführt werden, z. B. kreuzgerippt, Punkte, Linien, Kreise, Rauten, Sechsecke, etc. Das Muster kann entweder in Reihen und/oder nicht in Reihen angeordnet sein, und die Walzen können mit Anordnungen entweder in Form von Erhebungen (pin-up) und/oder in Form von Vertiefungen (pin- down) graviert sein.

Strecken und Thermofixieren

Die Fertigstellung einer atmungsaktiven Folie wird durch Strecken der Vorläuferfolie unter Bildung von miteinander verbundenen Hohlräumen erreicht. Das Strecken oder die "Orientierung" der Folie kann monoaxial in Maschinenrichtung (MD) oder in Querrichtung (TD) oder in beiden Richtungen (biaxial) entweder gleichzeitig oder aufeinanderfolgend unter Verwendung von konventionellen Gerätschaften und Verfahren nach dem Abkühlen der Vorläuferfolie durchgeführt werden.
Geblasene Folien werden vorzugsweise in Maschinenrichtung oder in beide Richtungen gestreckt, während Flachfolien vorzugsweise in Querrichtung gestreckt werden. Zur Orientierung in MD wird die Vorläuferfolie um zwei Walzen herum, die mit verschiedenen Oberflächengeschwindigkeiten angetrieben werden, und schließlich zu einer Aufnahmewalze geführt. Die zweite angetriebene Walze, die am nächsten an der Aufnahmewalze ist, wird schneller angetrieben als die erste angetriebene Walze. Als Folge davon wird die Folie zwischen den angetriebenen Walzen gestreckt.
Die Folienorientierung kann auch in einer Spannvorrichtung mit oder ohne Orientierung in MD durchgeführt werden, um der Folie Orientierung in TD zu verleihen. Die Folie wird zur Verarbeitung durch die Spannvorrichtung an den Kanten gehalten.
Das Strecken der schmelzgeprägten Vorläuferfolien mit einer Spannvorrichtung bei einer Foliengeschwindigkeit von etwa 60 Metern pro Minute erzeugte atmungsaktive Folien mit der gewünschten Wasserdampfdurchlässigkeit. Die resultierenden Folien wiesen in den Flächen mit verringerter Dicke im Vergleich zu den Flächen mit größerer Dicke eine größere Durchlässigkeit auf.
Obwohl noch nicht gründlich untersucht, wird angenommen, daß die Steuerung der mechanischen Spannung (Beanspruchung) der Folie während des Streckens wichtig für die Steuerung der Durchlässigkeit ist. Zum Strecken in Querrichtung wird die mechanische Spannung für ein gegebenes Streckverhältnis durch Einstellung der Foliengeschwindigkeit und der Reckstrecke gesteuert. Die Reckstrecke wird zwischen dem Punkt, an dem die Folie beginnt, an Breite zuzunehmen, bis zu dem dichtesten Punkt, an dem die Folie voll gestreckt ist, gemessen. Zum Strecken in der Maschinenrichtung wird die mechanische Spannung für ein gegebenes Streckverhältnis durch Steuerung der Foliengeschwindigkeit und des Spalts zwischen der ersten und der zweiten angetriebenen Walze gesteuert.
Ein Bereich von Streckverhältnissen von 1:2 bis 1:5 hat sich für das Strecken in MD als befriedigend erwiesen, wobei ein Streckverhältnis von 1:4 bevorzugt ist. Ein Bereich von Streckverhältnissen von 1:2 bis 1:5 hat sich für das Strecken in TD als befriedigend erwiesen, wobei ein Streckverhältnis von 1:4 bevorzugt ist.
Es wurde gefunden, daß die Wasserdampfdurchlässigkeit der geprägten Folie nach dem Strecken, gemessen durch die am Ende vorhandene WVTR (water vapor transmission rate, Wasserdampfdurchtrittsgeschwindigkeit), auf inverse Weise mit der Strecktemperatur verknüpft war. Strecken bei einer Temperatur von etwa 45ºC ergab eine Folie mit einer etwas höheren WVTR als Strecken bei einer Temperatur von etwa 60ºC.
Die gestreckte Folie kann bei Temperaturen über der Strecktemperatur thermofixiert werden, um die Folie für eine beliebige nachfolgende Verarbeitung zu stabilisieren. Die Folie kann bei einer beliebigen Temperatur über der Strecktemperatur und unter der Erweichungstemperatur thermofixiert werden, um die Stabilität zu erhöhen. Allerdings verursachen höhere Temperaturen Steifheit und eine leichte Verringerung der WVTR. Thermofixieren bei etwa 80ºC ergab eine weichere Folie mit wesentlich höherer WVTR im Vergleich zu Thermofixieren bei etwa 95ºC.
Es ist bevorzugt, daß die Zugspannung auf der Folie während des Thermofixierens und Abkühlens aufrechterhalten wird, um das Zurückschrumpfen zu minimieren. Nach Abkühlen auf Umgebungstemperatur (d. h. Raumtemperatur) oder nahe Umgebungstemperatur kann die Haltekraft entspannt werden. Die Folie kann möglicherweise in Querrichtung etwas kontrahieren (zurückschnellen), behält aber einen wesentlichen Teil ihrer gestreckten Abmessung.
Das Thermofixieren kann durch Halten der Folie unter Zugspannung in dem gestreckten Zustand für 1 bis 2 Minuten bei der Thermofixiertemperatur bewirkt werden. Vorzugsweise wird das Thermofixieren und Abkühlen durchgeführt, während man die Folie geringfügig kontrahieren läßt, aber noch unter Belastung. Das kontrollierte Schrumpfen von 5 bis 30 %, vorzugsweise zwischen 15 und 25 % der maximalen gestreckten Breite hat besonders gute Ergebnisse bei der Eliminierung von Schrumpf während der Lagerung ergeben.

Aufbringung des Metalls auf die Folie

Bei dem bevorzugten Metallisierungsverfahren werden Rollen atmungsaktiver Folie in eine Kammer getan, die auf einen sehr niedrigen Druck evakuiert wird. Das Metall (üblicherweise Aluminium) wird dann auf etwa 1400ºC erhitzt, wobei an diesem Punkt Metalldämpfe aufsteigen und auf die Oberfläche der Folie treffen, die durch den Dampf hindurch aufgewickelt wird.
Der sehr niedrige Druck von 10&supmin;&sup4; bis 10&supmin;&sup5; Torr (1 Torr = 1 mm Hg) ist notwendig, um eine lange mittlere freie Weglänge der Moleküle zu ergeben, so daß die Metallmoleküle auf der Folie mit ausreichender Kraft aufkommen, um zu haften. Die Temperatur von 1400ºC wird geringfügig variiert, um den Dampfdruck des Metalls und so die Metallaufbringungsrate zu steuern. Während die Gesamtcycluszeit durch die Bahngeschwindigkeit beeinflußt wird, ist die Cycluszeit mehr eine Funktion der Pumpzeit, um die für die Metallisierung benötigten verminderten Drücke zu erreichen.
Aluminium ist das am meisten verwendete Metall, weil es effektiv und preisgünstig ist und einen niedrigen Schmelzpunkt hat. Andere Metalle wie Gold liefern auch eine reflektierende Oberfläche, aber mit höheren Kosten. Ein Metall kann zu wegen einer speziellen Eigenschaft ausgewählt sein, wie Beständigkeit gegen die Umgebung, elektrische Leitfähigkeit oder einer anderen wünschenswerten Eigenschaft.
Die Metalldicke wird sowohl optisch als auch elektrisch gemessen. Die Dicke kann optisch als Prozentsatz von durch eine metallische Folie hindurchtretendem Licht ausgedrückt werden, oder sie kann elektrisch als Widerstand in Ohm pro Fläche ausgedrückt werden. Typische Beschichtungen haben 3 bis 4 Ohm/Fläche, wobei schwere Beschichtungen weniger als 1 Ohm/Fläche aufweisen. Eine erfahrene Metallisierungsbedienungsperson kann die Metallaufbringung sehr genau durch visuelle Bewertung der Lichtdurchlässigkeit durch die Folie kontrollieren, wenn sie über eine Leuchtstoffröhre in der Kammer geführt wird. Die Gleichförmigkeit der Beschichtung kann zusätzlich zu anderen Parametern wie der Temperatur der Quelle und der Bahngeschwindigkeit auch visuell überwacht werden. Alternativ zu der visuellen Überwachung der Lichtdurchlässigkeit durch die Bedienungsperson verwendet die Metallisierungsindustrie ein Instrument, das die optische Dichte (O.D.) mißt, die umgekehrt mit der Lichtdurchlässigkeit korreliert. Zur Isolierung ist eine O.D. von etwa 3,0 wünschenswert und wenn die O.D. auf unter etwa 2,0 absinkt, nehmen diese Isoliereigenschaften ab.
Eine hervorragende Metalladhäsion ist für eine gute Leistung einer metallisierten Folie wichtig, insbesondere in einem Laminat. Die Metalladhäsion wird in der Industrie durch Verwendung eines besonderen Typs von Cellophan-Klebeband getestet. Das Band wird auf die Metalloberfläche aufgebracht und dann entfernt. Das Band wird dann auf Zeichen von Metallablösung untersucht. Eine Ablesung von 50 % Adhäsion entspricht der halben Bedeckung der Fläche des Bandes. 100 % Adhäsion bedeutet, daß kein Metall entfernt worden war. Kommerziell metallisiertes Polyethylen hat 100 % Metalladhäsion.
Das beschriebene Metallisierungsverfahren ist das bevorzugte Verfahren, es können für eine gute Wirkung aber Variationen dieses Grundverfahrens verwendet werden. Zur Aufbringung von Legierungen werden im Stand der Technik bekannte Elektronenstrahlverfahren verwendet, weil die unterschiedlichen Dampfdrükke der Komponenten in einer Legierung das oben beschriebene Heißtopfverfahren ungeeignet machen.

Beispiel 1

Eine metallisierte Folie wurde nach den folgenden Stufen hergestellt.
1) Ein Polyolefin, LLDPE, wurde mit Calciumcarbonat als Füllstoff in einem Mischverhältnis von 50/50 (Gewicht) kompoundiert. Polyisobutylen mit einem mittelhohen Molekulargewicht von mehr als 1 Million wurde in der zuvor kompoundierten Mischung dispergiert.
2) Die in Stufe 1 beschriebene Formulierung wurde dann unter Bildung einer Folie mit 102 bis 152 um (4 bis 6 mil) Dicke flachfolienextrudiert.
3) Diese Folie wurde in Querrichtung mit einem Streckverhältnis von 4 zu 1 einer Spannbeanspruchung unterworfen. Die Folie wurde weißer und atmungsaktiver, als sie bei 43ºC gestreckt und nachfolgend einer Thermofixierungsbehandlung zwischen 65 und 95ºC unterzogen wurde.
4) Diese atmungsaktive Folie wurde mit Aluminiummetall im Hochvakuum metallisiert und führte zu einer metallisierten Struktur mit einem WVTR von ungefähr 6900 g/m² pro Tag bei 38ºC und einem Gurley-Wert von ungefähr 800 Sekunden. Tabelle I nicht metallisiert metallisiert Gurley
Die Erfindung ist in Bezug auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden. Fachleute mögen aus der Beschreibung Veränderungen und Modifikationen erkennen. die auf die Erfindung angewendet werden können und den Bereich der Erfindung wie oben oder nachfolgend in den Patentansprüchen beschrieben nicht verlassen.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von metallisierter atmungsaktiver Folie, bei dem

ein Polyolefin mit einem Füllstoff gemischt wird;

eine Vorläuferfolie aus der Polyolefin/Füllstoffmischung extrudiert wird,

die Vorläuferfolie schmelzgeprägt wird, um ihr ein Muster mit unterschiedlichen Foliendicken zu verleihen,

die schmelzgeprägte Vorläuferfolie gestreckt wird, um ihr in den Bereichen verringerter Dicke eine größere Durchlässigkeit im Vergleich zu den Bereichen größerer Dicke zu verleihen, und

die gestreckte Folie mit einem Metall beschichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem außerdem die gestreckte Folie bei einer Temperatur über der Strecktemperatur und unter der Erweichungstemperatur der gestreckten Folie thermofixiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem das Polyolefin ein Copolymer aus Ethylen und einem C&sub4;- bis C&sub1;&sub0;-α- Olefin ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Füllstoff mit Calciumstearat oberflächenbehandeltes Calciumcarbonat ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Vorläuferfolie mit einem Rautenmuster schmelzgeprägt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Polyolefin/Füllstoffmischung zwischen 15 und 35 Vol.% Füllstoff enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Metall Aluminium ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vorläuferfolie aus der Polyolefin/Füllstoffmischung extrudiert und nachfolgend schmelzgeprägt wird, um ihr ein Muster mit unterschiedlichen Foliendicken zu verleihen, oder bei dem eine Vorläuferfolie aus der Polyolefin/Füllstoffmischung auf mindestens eine Schmelzprägewalze gießextrudiert wird, um ihr ein Muster mit unterschiedlichen Foliendicken zu verleihen.

9. Metallisierte atmungsaktive Folie, die

ein Polyolefin und einen Füllstoff,

ein Muster mit unterschiedlichen Foliendicken mit größerer Durchlässigkeit in den Bereichen verringerter Dicke im Vergleich zu den Bereichen mit größerer Dicke, und

eine Metallbeschichtung umfaßt.

10. Metallisierte atmungsaktive Folie gemäß Anspruch 9 mit den Merkmalen der Ansprüche 3, 4, 5, 6 und/oder 7.