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Diese
Erfindung betrifft metallisierbare Polyolefinfolien und spezieller
die Verbesserung von Metallbindungseigenschaften solcher Folien.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Für manche
Verpackungsfolien werden die Barriereeigenschaften durch Vakuumaufbringung
von Aluminium auf die Oberfläche
biaxial orientierter Polypropylenfolien stark verbessert. Metallaufbringung
kann auch zu Dekorationszwecken durchgeführt werden, um der Folie eine
reflektierende Beschichtung zu verleihen. Manchmal wird eine Laminierung
oder anderer sekundärer
Vorgang durchgeführt,
der die Metallbeschichtung beschädigen
kann. Somit wird eine starke Metallbindung zwischen der Metallschicht
und der Basis- oder Folienlage bevorzugt. Diese Bevorzugung erstreckt
sich genereller auf andere Polypropylenfolien, wo eine größere Metallbindungskraft
die Abnutzungshaltbarkeit und Qualität einer aufgebrachten Metallschicht
verbessert.
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Bei
Folien, bei denen eine Metallbeschichtung nach einer Oberflächenbehandlung
(wie etwa Corona-Behandlung (auch als Corona-Entladungsbehandlung
bekannt), Flammbehandlung usw.) direkt auf ein Homopolymer-Polypropylen aufgebracht
wird, wird nicht festgestellt, dass die Metallbindung sehr stark
ist. Oft sind jedoch die physikalischen und optischen Eigenschaften
eines Homopolymer-Polypropylens wünschenswerter im Hinblick auf
die Gesamtzwecke der Folie, die sie gegenüber der Verwendung eines Standard-Ethylen-Polypropylen-Copolymers oder Ethylen-Butyl-Polypropylen-Terpolymers
oder anderen multiplen Polymersystems, wovon bekannt ist, dass es über gute
Bindungseigenschaften verfügt,
erforderlich machen.
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Die
normalerweise bei der Herstellung biaxial orientierter Polypropylenfolien
eingesetzten Polymere sind isotaktische Polymere, wie etwa isotaktisches
Polypropylen, obwohl bei manchen Gelegenheiten die Verwendung syndiotaktischer
Polymere vorgeschlagen worden ist. Isotaktisches Polypropylen ist
eines aus einer Anzahl kristalliner Polymere, die in Begriffen der
Stereoregularität
der Polymerkette gekennzeichnet werden können. Verschiedene stereospezifische
strukturelle Beziehungen, die vor allem in Begriffen von Stereotaktizität und Isotaktizität bezeichnet
werden, können
an der Bildung stereoregulärer
Polymere für
verschiedene Monomere beteiligt sein.
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Isotaktisches
Polypropylen wird herkömmlich
bei der Produktion relativ dünner
Folien verwendet, wobei das Polypropylen erhitzt und dann durch
Düsen extrudiert
und durch Recken der Folie in sowohl einer Längsrichtung (als Maschinenrichtung
bezeichnet) als auch in einer Quer- oder seitlichen Richtung, die manchmal
als die „Spannrichtung" bezeichnet wird,
biaxialer Orientierung unterzogen wird. Die Struktur isotaktischen
Polypropylens ist gekennzeichnet in Begriffen der an den tertiären Kohlenstoffatomen
der aufeinanderfolgenden Propylenmonomereinheiten befestigten Methylgruppe,
die an der gleichen Seite der Hauptkette des Polymers liegt. Das
heißt,
die Methylgruppen sind als alle oberhalb oder unterhalb der Polymerkette
liegend gekennzeichnet. Isotaktisches Polypropylen kann durch die
folgende chemische Formel veranschaulicht werden:
- [Fettdruck
nur zur Hervorhebung]
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Eine
andere Art der Beschreibung der Struktur ist durch Verwendung von
NMR. Boveys NMR-Nomenklatur für
eine isotaktische Pentade ist ...mmmmm..., wobei jedes „m" eine „Meso"-Dyade oder aufeinanderfolgende
Methylgruppen an der gleichen Seite der Ebene der Polymerkette darstellt.
Wie in der Technik bekannt ist, senkt jede Abweichung oder Inversion
in der Struktur der Kette den Grad der Isotaktizität und Kristallinität des Polymers.
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Die
normalerweise bei der Herstellung biaxial orientierter Polypropylenfolien
eingesetzten isotaktischen Polymere sind üblicherweise die durch die
Vewendung herkömmlicher
Ziegler-Natta-Katalysatoren des beispielsweise in den
US-Patenten 4 298 718 und
4 544 717 , beide an Myer
et al., offenbarten Typs hergestellten. Das
US-Patent 5 573 723 an Peiffer et
al. offenbart somit ein Verfahren zur Produktion biaxial orientierter
Polypropylenfolie auf Basis eines isotaktischen Polypropylen-Homopolymers
oder Propylen-Ethylen-Copolymers.
Andere Copolymere von Propylen und Alpha-Olefinen mit 4–8 Kohlenstoffatomen
können ebenfalls
in dem Peiffer-Verfahren eingesetzt werden.
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Bei
der Polymerisation von Alphaolefinen eingesetzte Katalysatoren können als
geträgerte
Katalysatoren oder ungeträgerte
Katalysatoren, manchmal als homogene Katalysatoren bezeichnet, gekennzeichnet werden.
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Herkömmliche
geträgerte
Katalysatoren sind die sogenannten „konventionellen" Ziegler-Natta-Katalysatoren, wie
etwa Titantetrachlorid geträgert
auf einem aktiven Magnesiumdichlorid, wie beispielsweise in den vorgenannten
Patenten an Myer et al. offenbart. Eine geträgerte Katalysatorkomponente,
wie in dem Myer '718-Patent offenbart,
umfasst Titantetrachlorid, geträgert
auf einem „aktiven" wasserfreien Magnesiumdihalid, wie
etwa Magnesiumdichlorid oder Magnesiumdibromid. Die geträgerte Katalysatorkomponente
in Myer '718 wird
in Zusammenwirken mit einem Cokatalysator eingesetzt, wie etwa einer
Alkylaluminiumverbindung, beispielsweise Triethylaluminium (TEAL).
Das Myer '717-Patent
offenbart eine gleichartige Verbindung, die auch eine Elektronendonatorverbindung
umfassen kann, welche die Form verschiedener Amine, Phosphene, Ester, Aldehyde
und Alkohole annehmen kann. Oft werden Metallocenkatalysatoren als
ungeträgerte
oder homogene Katalysatoren eingesetzt, obwohl sie, wie nachstehend
beschrieben, auch in geträgerten
Katalysatorkomponenten eingesetzt werden können.
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Alternative
Katalysatorarten, die isotaktische Polyolefine produzieren, sind
in den
US-Patenten 4 794 096 und
4 975 403 offenbart. Diese
Patente offenbaren chirale, stereorigide Metallocenkatalysatoren,
die Olefine polymerisieren, um isotaktische Polymere zu bilden,
und sind besonders nützlich
bei der Polymerisation hoch isotaktischen Polypropylens.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft metallisierte Polyolefinfolie, wie
durch Anspruch 1 vorgesehen. Die Folie umfasst eine aus einem Ethylen-Propylen-Copolymer
gebildete Folienlage, wo das Ethylen in einer Menge von zwischen
0,05 und 0,8 Gewichtsprozent und bevorzugt zwischen etwa 0,1 Gewichtsprozent
und etwa 0,7 Gewichtsprozent vorliegt. Die Folienlage ist an mindestens
einer Seite (d. h., mindestens einer Oberfläche) oberflächenbehandelt (bevorzugt coronabehandelt),
bevorzugt bis auf ein Niveau von mindestens etwa 48 dyn/cm, gleichzeitig
mit der Behandlung gemessen. Die Folienlage wird nach der Oberflächenbehandlung
mit auf der behandelten Oberfläche
der Folienlage aufgebrachtem Metall metallisiert. Die aufgebrachte
Metallschicht hat eine geringere Dicke als die Folienlage. Die resultierende
Folie hat eine Bindungskraft zwischen der Folienlage und der Metallschicht,
die mindestens 30 Prozent größer ist
als die Bindungskraft zwischen dem Metallschichtmaterial und einer übereinstimmend
oberflächenbehandelten
Folienlage, die aus Polypropylen-Homopolymer gebildet ist. Die vorliegende
Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung einer solchen
metallisierten Folie.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Diagramm zur Widerspiegelung eines beispielhaften Spannrahmenverfahrens
zur Herstellung biaxial orientierter Polypropylenfolien.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung bezieht die Verwendung eines Mini-statistischen
Ethylen-Propylen-Copolymers in Mengen von nicht mehr als etwa 1
Prozent in Kombination mit Propylen bei der Herstellung von Folien mit
verbesserten Metallbindungskräften
ein. Während
sie bei den meisten Propylenfolien, wo die grundlegenden physikalischen
und optischen Eigenschaften eines Propylen-Homopolymers benötigt werden,
jedoch eine erhöhte
Bindungskraft angestrebt wird, anwendbar ist, konzentriert sich
die vorliegende Beschreibung auf die Verwendung in biaxial orientierten
Polypropylenfolien. Die Fachleute in der Technik werden die Übertragbarkeit der
gleichen, von den Lehren der Erfindung vorgesehenen verbesserten
Bindungskraft erkennen, ungeachtet dessen, ob eine Folie in einer,
zwei oder keiner Richtung orientiert ist.
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Biaxial
orientierte Folien sind in Begriffen bestimmter wohldefinierter
Merkmale gekennzeichnet, die sich auf ihre stereoregulären Strukturen
und physikalischen Eigenschaften beziehen, einschließlich Schmelztemperaturen
und Schrumpfmerkmalen, sowie in relativ niedrigen Reibungskoeffizienten
und relativ hohen Zugmodulen und guten Barriereeigenschaften, einschließlich relativ
niedriger Permeationsraten für
Sauerstoff und Wasser. Die biaxial orientierten Folien der vorliegenden
Erfindung werden unter Verwendung eines speziell konfigurierten
Polyolefinpolymers gebildet, wie nachstehend detaillierter beschrieben,
und durch Anwendung jeder geeigneten Technik zur Herstellung orientierter
Folie, wie etwa des herkömmlich
verwendeten Spannrahmenverfahrens.
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Die
vorliegende Erfindung spricht die Verwendung eines Propylen-Ethylen-Mini-statistischen
Copolymers mit einer Menge an Ethylen von zwischen 0,05 und 0,8
Gewichtsprozent an. Das bevorzugte Verfahren umfasst Polymerisation
des Ethylens und Propylens in Gegenwart eines isospezifischen Katalysators,
wie in der Technik bekannt. Das resultierende Polymer integriert
das Ethylen in der isotaktischen Struktur und dem Muster des Propylens.
Alternative Anwendungen könnten
das Ethylen in ein isotaktisches/syndiotaktisches Polypropylengemisch
integrieren, während
viele der Vorteile der vorgeschlagenen Erfindung erhalten bleiben.
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Die
polymerisierte Mischung umfasst oft weiter kleinere Mengen (typisch
weniger als 1 Gewichtsprozent, und typischer weniger als 0,5 Gewichtsprozent)
Additive, die dazu gestaltet sind, andere physikalische oder optische
Eigenschaften zu verbessern. Solche Mischungen können beispielsweise ein oder
mehrere Antioxidantien in einer Menge aufweisen, die sich auf nicht
mehr als etwa 0,25 Gewichtsprozent beläuft (in den getesteten nachstehenden
Beispielen nicht mehr als etwa 0,15 Gewichtsprozent) und einen oder
mehrere Säureneutralisatoren
in einer Menge aufweisen, die sich auf nicht mehr als etwa 0,25
Gewichtsprozent beläuft (in
den getesteten nachstehenden Beispielen nicht mehr als etwa 0,05
Gewichtsprozent). Obwohl sie in den getesteten Beispielen nicht
vorhanden sind, können
auch Additive, die als „Anti-Block"-Mittel wirken, vorhanden
sein, wiederum in relativ niedrigen Prozentsätzen, wie etwa nicht mehr als
etwa 1 Gewichtsprozent, bevorzugter nicht mehr als etwa 0,5 Gewichtsprozent,
oder alternativ nicht mehr als etwa 0,25 Gewichtsprozent.
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Im
allgemeinen kann die Herstellung biaxial orientierter Folie jede
geeignete Technik umfassen, wie in der
kanadischen Patentanmeldung 2,178,104 an
Peiffer et al. offenbart. Wie in der Anmeldung von Peiffer et al.
beschrieben, wird bzw. werden das bzw. die zur Herstellung der Folie
verwendete(n) Polymer bzw. Polymere geschmolzen und dann durch einen
Extruder zu einem Schlitzdüsenmechanismus
geführt,
wonach sie über eine
erste Walze, als Kühlwalze
gekennzeichnet, geführt
wird, was dazu neigt, die Folie zu verfestigen. Die Folie wird dann
orientiert, indem sie in einer Längsrichtung,
als Maschinenrichtung gekennzeichnet, und in einer Querrichtung
gereckt wird, um zu einer Folie zu kommen, die in Begriffen von
Orientierungsverhältnissen, manchmal
auch als Reckverhältnisse
bezeichnet, in sowohl Längs-
als auch Querrichtung gekennzeichnet sein kann. Die Orientierung
in Maschinenrichtung wird durch die Verwendung zweier sequentiell
angeordneter Walzen vollzogen, wobei die zweite oder schnelle Walze
auf einer Geschwindigkeit in Bezug zu der langsameren Walze betrieben
wird, die dem gewünschten
Orientierungsverhältnis
entspricht. Das kann alternativ durch eine Serie von Walzen mit
steigenden Geschwindigkeiten vollzogen werden, manchmal mit zusätzlichen
Zwischenwalzen zur Temperaturkontrolle und für andere Funktionen. Nachdem
die Folie in der Maschinenrichtung gereckt worden ist, wird sie
wieder abgekühlt
und dann vorgeheizt und in einen seitlichen Reckabschnitt geführt, beispielsweise
einen Spannrahmenmechanismus, wo sie wieder gereckt wird, diesmal
in Querrichtung. Die Orientierung in Querrichtung wird oft von einem
Temperabschnitt gefolgt. Anschließend wird die Folie dann gekühlt und
kann weiterer Behandlung unterzogen werden, wie etwa einer Oberflächenbehandlung
(beispielsweise Corona-Behandlung oder Flammbehandlung), wie beispielsweise
in der vorgenannten
kanadischen
Patentanmeldung 2,178,104 oder in dem
US-Patent 4,692,380 an Reid beschrieben.
Die Folie kann auch metallisiert werden, wie in dem vorgenannten
US-Patent 4,692,380 an Reid
beschrieben. Während
Corona- und Flammbehandlung typischerweise unmittelbar anschließend an
die Orientierung und vor dem anfänglichen Aufrollen
stattfindet, wird das Metallisieren typischerweise an einem getrennten
Zeitpunkt und Ort durchgeführt.
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Die
Metallbeschichtung (die, wenn sie angebracht ist, die Metallschicht
bildet) kann an einer oder beiden Oberflächen der Folie angebracht werden,
durch jedes bekannte Verfahren, wie etwa Sputtern, Vakuumaufbringung
oder Elektroplattieren (welche alle unter die Definition des „Metallisierens" der Folie fallen
und einen Vorgang oder ein Verfahren des „Aufbringens" eines Metalls auf
die Oberfläche
der Folienlage einbeziehen). Vakuumaufbringung ist ein bevorzugtes
Verfahren. Bevorzugte Werte für
die durchschnittliche Dicke der Metallüberzugsschicht liegen im Bereich
von etwa 20 bis 100 Nanometer, wobei die bevorzugte durchschnittliche
Dicke für
die zu metallisierende Folie im Bereich von etwa 0,3 Mikron bis
150 Mikron liegt. Ungeachtet dessen hat die Metallschicht bevorzugt
eine geringere Dicke als die Folienlage, bevorzugt wesentlich geringer als
die Folienlage.
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Es
wird bevorzugt, die Oberfläche
der zu beschichtenden (oder zu metallisierenden) Folie entweder durch
eine Corona-Entladungsbehandlung oder eine Flammbehandlung oberflächenzubehandeln,
um die Metallbindungskraft zu verbessern. In Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung wird durch Oberflächenbehandeln
(bevorzugt Coronabehandeln) des Ethylen-Propylen-Copolymers die
Metallbindungskraft weiter verbessert. Bevorzugt wird bei der Ausführung der
vorliegenden Erfindung die Ethylen-Propylen-Folienlage bis zu einem
Niveau von etwa 48 dyn/cm oder mehr oberflächenbehandelt, wodurch die
drastischsten Resultate erzielt werden, wie durch das nachstehende
Beispiel veranschaulicht wird.
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Das
am häufigsten
verwendete Beschichtungsmaterial ist Aluminium, obwohl gelegentlich
auch andere Metalle, wie etwa Gold, Silber und Kupfer, eingesetzt
werden. Es ist in der Technik anerkannt, dass, während die Metallbeschichtung
vorwiegend aus dem identifizierten Metall (wie etwa Aluminium) besteht,
bestimmte Mengen anderer Additive vorhanden sein können, um
verschiedene physikalische und optische Eigenschaften der aufgebrachten
Metallschicht zu verbessern. In manchen Fällen kann reines Aluminium
(oder das Metall der Wahl) verwendet werden. Andere Additive können in
kleineren Mengen verwendet werden, sodass Aluminium (oder das Metall
der Wahl) die Hauptkomponente ist. Bevorzugt ist Aluminium (oder
das Metall der Wahl) in der Beschichtung auf Niveaus von mindestens
etwa 90 Gewichtsprozent, mindestens etwa 95 Gewichtsprozent und
mindestens etwa 99 Gewichtsprozent der Metallbeschichtung vorhanden.
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In
Hinwendung zu 1 ist dort eine schematische
Veranschaulichung eines geeigneten „Spannrahmen"-Orientierungsverfahrens gezeigt, das
bei der Herstellung biaxial orientierter Polypropylenfolie („BOPP"-Folie) nach der
vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann. Spezieller und unter
Bezugnahme auf 1 wird eine Quelle geschmolzenen
Polymers von einem Einfülltrichter 10 zu
einem Extruder 12 und von dort zu einer Schlitzdüse 14 zugeführt, welche
an ihrem Auslass eine flache, relativ dicke Folie 16 produziert.
Die Folie 16 wird über
einer Kühlwalze 18 angebracht
und wird auf eine geeignete Temperatur im Bereich von etwa 30–60°C gekühlt. Die
Folie wird von der Kühlwalze 18 zu
einem Reckabschnitt 20 abgezogen, an dem die Orientierung
in Maschinenrichtung mittels Umlenkwalzen 22 und 23 stattfindet,
die zu Vorheizwalzen 25 und 26 führen.
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Beim
Abziehen der Folie von der Kühlwalze 18 und
Laufen über
die Umlenkwalzen wird sie auf eine Temperatur von etwa 30–60°C gekühlt. Beim
Recken der Folie in der Maschinenrichtung wird sie durch Vorheizwalzen 25 und 26 auf
einen schrittweisen Temperaturanstieg von etwa 60–100°C erhitzt
und dann zu der langsamlaufenden Walze 30 des Längsrichtungsorientierungsmechanismus
geführt.
Die langsamlaufende Walze kann auf jeder geeigneten Geschwindigkeit
betrieben werden, üblicherweise
etwa 20–40
Fuß pro
Minute bei diesem Typ von Pilotproduktionslinie. Die schnelllaufende
Walze 31 wird auf einer geeigneten Geschwindigkeit betrieben,
typischerweise etwa 150 Fuß pro
Minute in einer Pilotanlage, um eine Oberflächengeschwindigkeit am Umfang
von etwa 4–7
Mal der der langsamlaufenden Walze vorzusehen, um die Folie in der
Maschinenrichtung zu orientieren. In einer kommerziellen Produktionslinie
können
die Gießgeschwindigkeiten
viel höher
sein, wie etwa 20 bis 60 Meter pro Minute, mit 120 bis 360 Metern
pro Minute an Endgeschwindigkeiten.
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Wenn
die orientierte Folie von der schnelllaufenden Walze abgezogen wird,
wird sie auf Zimmertemperaturbedingungen über eine Walze 33 geführt. Von
hier wird sie über
Tandem-Umlenkwalzen 35 und 36 zu einem lateralen
Reckabschnitt 40 geführt,
wo die Folie durch Recken in der Querrichtung orientiert wird. Der Abschnitt 40 umfasst
einen Vorheizabschnitt 42, der eine Vielzahl von Tandem-Heizwalzen
(nicht gezeigt) umfasst, wo sie wieder auf eine Temperatur im Bereich
von 130–180°C erhitzt
wird. Von dem Vorheizabschnitt 42 des Spannrahmens wird
die Folie zu einem Reck- oder Ziehabschnitt 44 geführt, wo
sie progressiv mittels (nicht dargestellter) Spannklemmen gereckt
wird, welche die entgegengesetzten Seiten der Folie ergreifen und sie
progressiv seitwärts
recken, bis sie ihre maximale laterale Abmessung erreicht. Laterale
Reckverhältnisse sind
typischerweise größer als
Reckverhältnisse
in Maschinenrichtung und können
sich auf irgendwo im Bereich von 5–12 mal die Originalbreite
belaufen. Verhältnisse
von 8–10
mal werden üblicherweise
bevorzugt. Der abschließende
Teil der lateralen Reckphase umfasst einen Temperabschnitt 46,
wie etwa ein Ofengehäuse,
wo die Folie für
eine geeignete Zeitspanne, etwa 1–10 Sekunden, auf eine Temperatur
im Bereich von 130–170°C erhitzt
wird. Die Temperzeit hilft, gewisse Eigenschaften zu steuern, und
erhöhtes
Tempern wird oft spezifisch zum Reduzieren von Schrumpfung verwendet.
Die biaxial orientierte Folie wird dann von dem Spannrahmen abgezogen
und über
eine Kühlwalze 48 geführt, wo
sie auf eine Temperatur von weniger als etwa 50°C reduziert und dann auf Aufnahmespulen
auf einem Aufnahmemechanismus 50 angebracht wird. Aus der
vorangehenden Beschreibung ist erkennbar, dass die anfängliche
Orientierung in der Maschinenrichtung auf einer etwas niedrigeren
Temperatur durchgeführt
wird als die Orientierung in der lateralen Dimension. Beispielsweise
wird die die Vorheizwalzen verlassende Folie in der Maschinenrichtung
bei einer Temperatur von etwa 120°C
gereckt. Die Folie kann auf eine Temperatur von etwa 50°C gekühlt und
danach auf eine Temperatur von etwa 160°C erhitzt werden, bevor sie
der progressiven Orientierung in der lateralen Dimension in dem
Spannabschnitt unterzogen wird.
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Die
folgenden Beispiele veranschaulichen die unerwarteten Vorteile in
der Metallbindungskraft bei erhöhten
Niveaus von Oberflächenbehandlung.
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Beispiel 1
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Harze
mit und ohne ein Mini-statistisches Ethylen-Propylen-Copolymer wurden durch ein
Herstellungsverfahren für
biaxial orientierte Polypropylenfolie unter Verwendung eines Spannrahmensystems
bearbeitet und die resultierenden Eigenschaften dann gemessen.
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Der
Versuchslauf wurde in einer 60 Zoll-Durchlauf-Pilotspannproduktionslinie vollzogen.
Die Produktionslinie war zu einem Ausstoß von 76,2 Meter pro Minute
und zweiseitiger Corona-Entladungsbehandlung in der Lage. Die biaxiale
Orientierung flacher Folien wurde in zwei aufeinanderfolgenden Schritten
ausgeführt. Die
gegossene Bahn, die auf einer rotierenden kalten Stahlwalze abgekühlt war,
wurde zuerst in Längsrichtung (in
der Maschinenrichtung oder „MD") in dem tangentiellen
Spalt zwischen Walzensätzen,
die auf verschiedenen Geschwindigkeiten rotierten, gereckt. Anschließend wurde
die Folie quer (in der Querrichtung oder „TD") in einem Spannrahmen gereckt, worin
die Kanten der Folie von einer Serie von Klemmen ergriffen und in
Querrichtung (TD) auseinandergezogen wurden. Das Standard-MD-Zugverhältnis betrug
5 auf einer Stufe (5x:1x) und das in TD betrug konsistent 9 (1x:9x).
Die Folien wurden mittels Corona-Entladungsbehandlung (Corona-Behandlung)
behandelt, wobei das Behandlungsniveau gleichzeitig damit dicht
im Anschluss an die Behandlung gemessen wurde. Die Temperatureinstellungen
sind in Tabelle 1 nachstehend aufgeführt: TABELLE 1
| Temp. | Schmelzen | Gießwalze | Kühlwalze | Orientierung
in Maschinenrichtung | Orientierung
in Querrichtung |
| | | | | Kond. | Reck. | Tempern | Kond. | Reck. | Tempern |
| °C | 221 | 43 | 49 | 116 | 121 | 127 | 166 | 160 | 154 |
| °F | 430 | 110 | 120 | 240 | 250 | 260 | 330 | 320 | 310 |
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Dieses
Verfahren wurde verwendet, um zwei einlagige BOPP-Folienproben herzustellen.
Die Probe CS-1 war eine kontrollierte Probe, die isotaktisches Polypropylen
enthielt, das unter Verwendung von standardgemäßer Ziegler-Natta-Katalyse
erzeugt worden war und weiter die folgenden Additive enthielt: Irganox 1010
(ein Antioxidans) in einer Menge von 0,1 Gewichtsprozent, Irgafos
168 (ein Antioxidans) in einer Menge von 0,05 Gewichtsprozent, und
Calciumstearat (ein Säureneutralisator)
in einer Menge von 0,05 Gewichtsprozent. Die Probe RE-1 war identisch
zusammengesetzt, mit der einzigen Ausnahme, dass das Polypropylen-Homopolymer
durch ein Propylen-Ethylen-Copolymer
ersetzt wurde, das etwa 0,6 Gewichtsprozent Ethylen enthielt.
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Die
Metallbindungskraft jeder der bearbeiteten Probenfolien wurde wie
folgt ausgewertet. Die einlagigen Folien wurden produziert und orientiert
und dann entweder auf einem „niedrigen
Niveau" (d. h. 43–47 dyn/cm)
oder einem „hohen
Niveau" (d. h. 52–56 dyn/cm)
coronabehandelt. Nach Produktion, Orientierung und Corona-Behandlung
wurden die Folien dann durch Vakuumaufbringung von Aluminiummetall
auf eine Oberfläche
der Folien metallisiert. Die Folien wurden dann mit LDPE (Polyethylen
niedriger Dichte) auf der metallisierten Seite auf eine andere Folie
extrusionslaminiert. Die resultierende Laminierung wurde in einem
Instron auseinandergeschält.
Aufgrund seiner höheren
Bindungskraft mit Polyethylen als mit Polypropylen haftet das Metall üblicherweise
an dem Polyethylen. Somit ist die zum Delaminieren erforderliche
Kraft das Maß der
Bindungskraft des Metalls an dem Polypropylensubstrat (der Basisfolie).
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Selbst
wenn ein Versagen in einem anderen Modus auftreten würde, würden die
Ergebnisse noch stets eine Mindestgrenze für die Kraft der Bindung des
Polypropylens an Metall darstellen, da diese Bindung noch nicht
versagt hätte,
wenn der alternative Versagensmodus auftreten würde.
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Die
Ergebnisse sind in Tabelle 2 nachstehend zusammengefasst. TABELLE 2
| | Vergleichsbeispiel
1 | Beispiel |
| Harzetikett | CS-1 | RE-1 |
| Ethylen,
Gewichtsprozent | 0,0 | 0,6 |
| Laminierbindungskraft | | |
| Maximum,
N/m [Hohes Coronaniveau] | 54 | 87 |
| Durchschnittlich,
N/m [Hohes Coronaniveau] | 39 | 66 |
| Maximum,
N/m [Niedriges Coronaniveau] | 90 | 75 |
| Durchschnittlich,
N/m [Niedriges Coronaniveau] | 59 | 56 |
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Diese
Ergebnisse demonstrieren, dass die Verwendung eines Ethylen-Propylen-Copolymers,
das 0,6 Gewichtsprozent Ethylen enthält, in Folien, die auf einem
Niveau zwischen 52–56
dyn/cm coronabehandelt wurden, eine Verbesserung in der Metallbindungskraft
verschafft, die durchschnittlich etwa 70 Prozent größer ist
als die Metallbindungskraft der gleichen Metallschicht an einer
entsprechend oberflächenbehandelten
(d. h. oberflächenbehandelt
unter Verwendung des gleichen Behandlungsverfahrens bis auf etwa
das gleiche Niveau) Folie, die aus nicht-gemischtem Polypropylen-Homopolymer
(d. h. ohne Zusatz/Vorhandensein von Ethylen) gebildet worden war.
Weiter war die für
das Mini-statistische Ethylen-Propylen-Copolymer gemessene Höchstbindungskraft,
wenn die Folien bis auf ein Niveau zwischen 52–56 dyn/cm coronabehandelt
wurden, etwa 60 Prozent größer als
die Metallbindungskraft der gleichen Metallschicht bei einer entsprechend
oberflächenbehandelten
Folie, die aus nicht-gemischtem Polypropylen-Homopolymer gebildet
war. Eine zusätzliche Verbesserung
der Kraft wäre
bei Ethylenprozentsätzen
von bis zu etwa 0,8 vorauszusehen, über etwa 1 Prozent jedoch glaubt
man, dass die Verschlechterung physikalischer und optischer Eigenschaften
des Copolymers die potentiellen Nutzen fortgesetzter Verbesserung
der Metallbindungskraft überwiegen
wird.
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Eine Überprüfung des
Testens bei niedrigeren Niveaus von Corona-Behandlung (43–47 dyn/cm, gleichzeitig
mit der Behandlung gemessen) enthüllt, dass die gewonnenen Vorteile
einen unerwarteten Trend der Metallbindungskraft auf den erhöhten Niveaus
der Corona-Behandlung
verschaffen. Die Kontrollprobe von Polypropylen-Homopolymer zeigt
eine Abnahme der Bindungskraft um durchschnittlich 33 Prozent und
eine Abnahme der maximalen Bindungskraft von 40 Prozent, wenn seine
Corona-Behandlung von dem „niedrigen Niveau" zu dem „hohen
Niveau" angehoben
wird. In deutlichem Kontrast dazu zeigt das Propylen-Ethylen-Copolymer,
das kleine Prozentsätze
Ethylen integriert, deutliche Anstiege der Metallbindungskraft.
Diese Ergebnisse zeigen, dass im Gegensatz zu dem normalen Trend,
wo größere Metallbindungskraft
bei steigenden Niveaus von Oberflächenbehandlung (bevorzugt Corona-Behandlung) über 43–47 dyn/cm,
wie etwa mindestens rund 48 dyn/cm, zwischen etwa 48–56 dyn/cm
oder bevorzugter zwischen etwa 52–56 dyn/cm (alles gleichzeitig
mit der Behandlung gemessen) erwünscht
ist, der Zusatz kleiner Prozentsätze
von Ethylen besonders vorteilhaft ist.
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Zusätzlich ist
beobachtet worden, dass unter Verwendung überraschend niedriger Niveaus
von Ethylen, wie etwa zwischen rund 0,1–0,2 Gewichtsprozent, oder
sogar so wenig wie etwa 0,05 Gewichtsprozent, erhöhte Bindungsvorteile
ohne erhebliche Veränderungen
physikalischer oder optischer Eigenschaften gegenüber den
für Propylen-Homopolymer
beobachteten erhalten werden können.
Somit glaubt man, dass die Verwendung von 0,05–0,8 Gewichtsprozent, bevorzugter
zwischen etwa 0,1–0,7
Gewichtsprozent, und höchstbevorzugt
zwischen etwa 0,3–0,5
Gewichtprozent, eine Verbesserung der Metallbindungskraft von mindestens etwa
40 Prozent gegenüber
der Kraft der Bindung zwischen dem Metallmaterial und einer entsprechend
oberflächenbehandelten,
aus Polypropylen-Homopolymer gebildeten Folie verschafft. Für einen
Ethylengehalt zwischen etwa 0,5–0,7
Gewichtsprozent, und spezifisch etwa 0,6 Gewichtsprozent, wird vorausgesehen,
dass diese Vorteile mindestens etwa 50 Prozent betragen und potentiell
durchschnittlich mindestens etwa 60 Prozent betragen. Insbesondere
bei den niedrigeren Niveaus von Ethylengehalt, speziell zwischen
etwa 0,05–0,4 Gewichtsprozent,
spezifischer zwischen etwa 0,1–0,2
Gewichtsprozent, glaubt man, dass die Vorteile in der Metallbindungskraft
sich bis zu sogar noch niedrigeren Niveaus der Corona-Behandlung
erstrecken können, als
den in den obigen Testergebnissen gezeigten. Die Verbesserungen
können
lediglich im Bereich von etwa 15 Prozent bis etwa 30 Prozent gegenüber der
Bindungskraft unter Verwendung einer aus Polypropylen-Homopolymer
gebildeten Folie betragen, oder sie können sich sogar bis zu etwa
40 Prozent erstrecken oder sogar mindestens etwa 50 Prozent Verbesserungen,
wobei sie sich den bei den 0,6 Gewichtsprozent Ethylen des Beispiels
angetroffenen annähern.
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Nachdem
spezifische Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, versteht es sich,
dass Modifikationen davon für
die Fachleute in der Technik naheliegend sind, und es ist beabsichtigt, alle
solche Modifikationen, die in die Reichweite der beigefügten Ansprüche fallen,
abzudecken.
