DE906267C

DE906267C - Verfahren zur Oberflaechenbehandlung von organischen thermoplastischen Stoffen

Info

Publication number: DE906267C
Application number: DEI5343A
Authority: DE
Inventors: John Browning
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1950-12-22
Filing date: 1951-12-23
Publication date: 1954-03-11
Also published as: US2678285A; GB707549A; CH306392A; FR1050523A; BE507814A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Behandlung von Oberflächen von Filmen, Platten und Überzügen, die aus organischen, thermoplastischen Materialien bestehen.

Gegenstände, die aus verschiedenen synthetischen Harzen hergestellt sind, haben die Neigung, starke elektrostatische Ladungen zu entwickeln, die es schwierig machen, sie zu handhaben, und Anhäufungen von Staubablagerungen auf ihren Oberflächen zur Folge haben. Die Schwierigkeit der Handhabung ist besonders in den Fällen bemerkbar, bei denen ebene Oberflächen der Artikel einander berühren, wie z. B. bei der Verwendung von Platten und Filmen aus dem thermoplastischen Material. Das ist besonders nachteilig im Fall dünner hydrophober thermoplastischer Filme der Art, wie sie in der Verpackungsindustrie weit verbreitet sind, da hierbei die Filmblätter schwierig zu trennen sind und eine befriedigende Gleitfähigkeit des Films in automatischen Packmaschinen verhindert wird. Thermoplastische Filme mit glatter Oberfläche, wie Polyäthylen, Polyäthylenterephthalat, oder plastifizierte Polyvinylchloridfilme haben darüber hinaus noch den zusätzlichen Nachteil, daß Luft leicht zwischen den Platten des Films herausgedrückt wird, besonders wenn der Film schlaff oder wenn leichter Druck angewendet worden ist. Dieses ist z. B. der Fall, wenn der Film straff aufgewickelt wurde, und daher wird die Gleitfähigkeit des Films hierdurch noch weiter verringert.

Es sind verschiedene Substanzen als Oberflächenverbesserungsmittel für die Behandlung von Gegenständen aus synthetischen thermoplastischen Stoffen vorgeschlagen worden in dem Bestreben, die Neigung ihrer Oberflächen zum Aufbau von elektrostatischen

Ladungen zu verringern. Es wurde jedoch gefunden, daß, während einige der vorgeschlagenen Substanzen ausgezeichnete Ergebnisse bei Anwendung auf rauhen Oberflächen, wie den Oberflächen von wellig liegenden dekorativen Platten und Blättern und trüben Filmen, deren Trübung auf schwach aufgerauhte Oberflächen zurückzuführen ist, besitzen, es schwierig wurde, diese erfolgreich bei sehr glatten Oberflächen und besonders bei Oberflächen aus hydrophoben Materialien anzuwenden. Die charakteristischen Eigenschaften solcher Oberflächen haben zur Folge, daß die die Oberfläche verbessernde Lösung sich beim Trocknen zu isolierten Tröpfchen zusammenzieht. So bekommt der Film ein fleckiges Aussehen, schlechtes Gleitvermögen und unbefriedigende elektrostatische Eigenschaften. Es wurde weiter bereits vorgeschlagen, das Gleitvermögen zu steigern und die Trennung der Filmblätter zu erleichtern, indem auf seine Oberfläche Talk, Kreide oder ein ähnliches Material aufgetragen wurde. Diese Substanzen zerkratzen jedoch die Oberfläche des Films und beeinträchtigen sein Aussehen und die Klarheit.

Da die Klarheit des thermoplastischen Films hauptsächlich von der Glätte seiner Oberfläche abhängt und da es offensichtlich wünschenswert ist, daß zur Verpackung und dergleichen Zwecken verwendete Filme einen hohen Grad an Klarheit aufweisen sollen, stellt die Unkenntnis an geeigneten, die Oberflächen verbessernden Stoffen für thermoplastische Filme mit einer sehr glatten Oberfläche ein ernsthaftes Problem für die derartige Filme herstellende Industrie dar. Zweck der Erfindung ist nunmehr, Platten, Filme und Überzüge aus organischen thermoplastischen Materialien herzustellen, welche verbesserte Oberflächeneigenschaften besitzen. Ein weiterer Zweck ist, ein Verfahren zur Behandlung von Filmen, Platten und Überzügen, die aus organischen thermoplastischen Materialien bestehen, vorzuschlagen, um ihre Oberflächeneigenschaften zu verbessern, ihr Gleitvermögen zu erhöhen und die Anhäufung elektrostatischer Ladungen darauf zu verhindern.

Gemäß der Erfindung besteht ein Verfahren zur Behandlung der Oberfläche einer Platte, eines Films oder Überzuges aus einem organischen thermoplastischen Material darin, daß die Oberfläche mit der Lösung eines oberflächenaktiven Mittels benetzt, aber nicht aufgelöst wird, in der ein feinverteiltes polymerisiertes Material dispergiert ist.

Die Teilchen des polymerisierten Materials haften vorzugsweise an der genannten Oberfläche oder den Oberflächen. Eine genügende Haftung kann z. B. durch Abscheiden der Teilchen aus einer Dispersion des polymerisierten Materials in der vorher beschriebenen Art erfolgen.

Die beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Lösung des oberflächenaktiven Mittels besteht gewöhnlich aus einer wäßrigen Lösung. Es können auch andere Lösungsmittel verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Lösung die zu behandelnde Oberfläche nicht auflöst.

Das polymerisierte Material ist vorzugsweise nicht härter als die gemäß der Erfindung zu behandelnde Oberfläche. Wenn diese Oberflächen dann aufeinandergelegt und gerieben werden, werden sie durch die Teilchen des polymerisierten Materials nicht zerschrammt. Bei. Anwendung härterer polymerisierter Materialien entstehen Oberflächen, die bei kontinuierlichem Reiben gegeneinander etwas zerschrammt werden. Dieses Zerschrammen ist jedoch praktisch unbedeutend, verglichen mit der abschleifenden Wirkung von Kreide und Talk. Das polymerisierte Material besitzt vorzugsweise eine durchschnittliche Teilchengröße von 1 bis 20//, wobei Größen von 1 bis 15/i besonders vorgezogen werden. Geeignete polymerisierte Materialien sind Polyäthylen, Polytetrafluoräthylen, Polytrifluormonochloräthylen, Zwischenpolymeren von Äthylen mit anderen polymerisierbaren Materialien, Vinylpolymeren, wie Polyvinylchlorid und Polyvinylacetat und Superpolyamide.

Die Dispersionen können zusätzlich zu dem dispergierten polymerisierten Material ein emulgierendes Wachs enthalten. Dieses unterstützt die Beständigkeit der durch das Verfahren verbesserten Oberflächeneigenschaften, wenn die Teilchen des dispergierten Polymeren nicht genügend an der Oberfläche haften. Geeignete Wachse sind mikrokristalline Petroleumwachse, Bienenwachs, Paraffinwaehse und Polyäthylen- und Polyisobutylenwachse. Gewöhnlich haften jedoch die Polymerenteilchen genügend fest an der Oberfläche ohne die Verwendung von Wachsen.

Aus Polyäthylen kann durch Auspressen seiner Schmelze ein weicher Film hergestellt werden, der in hohem Maße glatt und klar und gegen Wasser und Wasserdampf äußerst widerstandsfähig ist. Da diese Eigenschaften bei Filmen, die zur Verpackung und dergleichen Anwendungen verwendet werden, äußerst wünschenswert sind, haben sie tatsächlich zu einer großen Nachfrage nach Polyäthylenfilmen für derartige Verwendungszwecke geführt. Diese Filme weisen jedoch elektrostatische Eigenschaften auf, die zu Schwierigkeiten bei der Handhabung führen, und eine befriedigende Behandlung des Films mit antistatischen Mitteln durch bisher bekannte Methoden ist nicht möglich. Darüber hinaus schließt die Glätte der Oberfläche des Polyäthylens die Verwendung von Kreide, Talk und ähnlichen Materialien als Zwischenmittel für glatte Filme aus. Daher ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung besonders nützlich in seiner Anwendung bei der Behandlung klarer Polyäthylenfilme. In diesem Fall weist das Verfahren noch einen zusätzlichen Vorteil dadurch auf, daß die Oberfläche des behandelten Polyäthylenfilms leichter durch übliche Methoden bedruckt werden kann als die Oberfläche eines unbehandelten Polyäthylenfilms. Ein anderer Film, dessen Eigenschaften, besonders die der Biegsamkeit, Klarheit und des Oberflächenglanzes, ihn besonders als Verpackungsmaterial geeignet machen, ist der Polyäthylenterephthalatfilm. Bei Anwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung wurde gefunden, daß hierdurch eine wesentliche Verringerung der elektrostatischen Aufladung und des Reibungskoeffizienten des Polyäthylenterephthalatfilms auftritt. Bei der Behandlung dieser und anderer Filme, die einen hochgradigen Oberflächenglanz aufweisen, wird es vorgezogen, nur so wenig von dem dispergierten Material zu verwenden, wie notwendig ist, um

die entsprechende Verbesserung der elektrostatischen Eigenschaften und des Reibungskoeffizienten zu erhalten. Weitere Verbesserungen können es notwendig machen, etwas von den vorhandenen Vorzügen des Films zu opfern. Es ist jedoch noch möglich, maximale Verbesserungen dieser Oberflächeneigenschaften zu erreichen und dennoch einen behandelten Film von sehr gutem Aussehen zu erhalten.
Auf Grund ihrer Weichheit sind Polyäthylen und

ίο Polytetrafluoräthylen polymerisierte Materialien, die besonders für die beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendeten Dispersionen geeignet sind. Sie werden besonders bei der Oberflächenbehandlung von Polyäthylen vorgezogen, das eine glattere Oberfläche als die meisten organischen thermoplastischen Materialien besitzt. Wenn dispergiertes Polyäthylen für die Oberflächenbehandlung von Polyäthylenfilmen-, -platten oder -Überzügen verwendet wird, besitzt dies vorzugsweise ein niedrigeres Molekulargewicht als das PoIyäthylen der Oberfläche.

Da Filme, Platten und Überzüge aus organischen thermoplastischen Materialien als eine wertvolle Eigenschaft die Fähigkeit aufweisen, aneinander durch Wärmeeinwirkung gebunden zu werden, soll das beim Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendete oberflächenaktive Mittel vorzugsweise ein solches sein, das bei der hierfür üblichen Verbindungstemperatur nicht zersetzt wird, so daß die Festigkeit des Verbundes nicht verringert wird. In dieser Hinsicht sind für Polyäthylen- und Polyäthylenterephthalatfilme besonders geeignete oberflächenaktive Mittel wasserlösliche Alkylarylpolyglykoläther der allgemeinen Formel R-O(CH₂-CH₂-O)^-H, in der R einen mindestens einmal durch eine Alkyl- oder Cycloalkylgruppe substituierten Benzolring darstellt und χ der Zahl 8 bis 14 einschließlich entspricht. Diese Äther sind leicht durch Umsetzen von Äthylenoxyd mit einer alkyl- und bzw. oder cycloalkylsubstituierten phenolhaltigen Verbindung, wie Di-butylphenol, Diamylphenol, Cyclohexylphenol, Octylphenol, Isooctylphenol, Dodecylphenol, einem Di-tert.-butylkresol oder Di-tert.-hexylphenol, herzustellen. Wenn eine Verklebung der Oberfläche durch Wärmeeinwirkung nicht beabsichtigt ist, sind Salze von Sulfonaten fetter Alkohole, wie Natriumlaurylsulfonat und Natriumcetylsulf onat, und Kondensationsprodukte des Äthylenoxyds mit fetten Alkoholen mit langen Ketten, wie Cetylalkohol, geeignet.
Die Herstellung der Dispersionen des polymerisierten Materials kann durch jegliche bekannte Arbeitsweise erfolgen, und zwar in der Form, daß das genannte oberflächenaktive Mittel im Wasser vor oder nach dem polymerisiert en Material dispergiert wird. In einigen Fällen kann das oberflächenaktive Mittel, das zur Verringerung der elektrostatischen Aufladung des Films verwendet wird, auch als Dispersionsmittel für das polymerisierte Material verwendet werden. Es wurde jedoch oft festgestellt, daß ein oberflächenaktives Mittel nicht immer mit Vorteil diese beiden Funktionen ausüben kann. In diesen Fällen wird es vorgezogen, für die beiden Funktionen verschiedene oberflächenaktive Mittel zu verwenden, und es ist im allgemeinen meist zweckmäßig, eine konzentrierte Dispersion des polymerisierten Materials in Gegenwart eines Dispersionsmittels herzustellen und berechnete Mengen dieser Dispersion und des gewählten oberflächenaktiven Mittels, mit dem die Oberfläche behandelt wird, um die elektrostatische Aufladung zu verringern, mit Wasser zu mischen. Die optimalen Mengen des in der Dispersion vorliegenden oberflächenaktiven Mittels und des polymerisierten Materials hängen teilweise von dem Verfahren ab, durch das die Stoffzusammensetzung auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht wird. Im allgemeinen wird es vorgezogen, 0,25 bis 10 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven Mittels und 0,1 bis 5 Gewichtsprozent des polymerisierten Materials zu verwenden. Wie vorher festgestellt, wird es bei der Behandlung von Filmen mit besonders glänzenden Oberflächen vorgezogen, sowenig wie möglich von dem polymerisierten Material zu verwenden. Wenn Wachs in der Stoffzusammensetzung verwendet wird, kann es mit dem polymerisierten Material dispergiert sein. Gewöhnlich ist eine Menge von 0,01 bis 0,1 ⁰J₀ befriedigend.

Die Stoffzusammensetzung kann auf die Oberfläche des Gegenstandes durch jedes geeignete Verfahren, wie Eintauchen, Versprühen, Anstreichen oder Walzenauftrag, aufgebracht werden. Wenn bei der Herstellung der Gegenstände eine Wasserkühlungsstufe verwendet wird, kann das Wasser durch die die Oberfläche verbessernde Dispersion ersetzt werden, oder der Gegenstand kann nach der Kühlung durch ein zusätzliches Bad der betreffenden, die Oberfläche verbessernden Dispersion geführt werden. Nach dem Aufbringen des Oberflächenbelages wird der Gegenstand getrocknet, indem er durch ein Paar Preßwalzen durchgeführt wird, und dann, wenn nötig, einem Luftstrom ausgesetzt, der erwärmt sein kann.

Die Erfindung ist in den folgenden Beispielen erläutert, durch welche sie jedoch nicht beschränkt wird. Die Prozente sind Gewichtsprozente.

Beispiel 1

Ein stark durchsichtiger Film von 0,05 mm Stärke aus Polyäthylen mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 18 000 wurde durch ein Wasserbad geführt, das 0,5 % eines Kondensationsproduktes von Isooctylphenol und Äthylenoxyd der Formel

C₈H₁₇-C₆H₄-O(CH₂CH₂O)₁₂-H

und 0,5 % einer wäßrigen Emulsion, die 6 °/₀ Triäthanolaminstearat und 30 % Polyäthylen enthält, wobei das Polyäthylen eine durchschnittliche Teilchengröße von annähernd j/.i und ein durchschnittliches Molekulargewicht von 13 000 besitzt. Nach dem Entfernen aus dem Bad wurde der Film zwischen einem Paar Preßwalzen durchgeführt und durch einen warmen Luftstrom getrocknet. Der behandelte Film besaß eine elektrostatische Aufladungsfähigkeit von 0,0009 kV/cm, verglichen mit 0,033 kV/cm des unbehandelten Films, und einen Reibungskoeffizienten von 0,4, verglichen mit 0,9 des unbehandelten Films. Unter den gleichen Bedingungen mit dem behandelten und unbehandelten Film erhaltene Verbindungen durch Wärmeeinwirkung besaßen gleiche Festigkeit und sahen gleich aus. Es bestand zwischen dem

behandelten und unbehandelten Film kein wesentlicher Unterschied in Klarheit und allgemeinem Aussehen.

Beispiel 2

Ein stark durchsichtiger Film von 0,05 mm Stärke aus Polyäthylen mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 18 000 wurde durch ein Wasserbad, das o,5 °/₀ eines Kondensationsproduktes des Isooctylphenols und Äthylenoxyds der Formel

C₈H₁₇ · C₆H₄ · 0 (CH₂ CH₂ O)₁₂ · H

und 0,15 °/₀ dispergiertes Polytetrafluoräthylen einer durchschnittlichen Teilchengröße von annähernd η μ enthielt, geführt. Beim Auftauchen aus dem Bad wurde der Film durch ein Paar Preßwalzen geführt und durch Heißluft getrocknet. Der behandelte Film wies eine elektrostatische Aufladungsfähigkeit von 0,0009 kV/cm, verglichen mit 0,033 kV/cm des unbehandelten Films, und einen Reibungskoeffizienten von 0,3, verglichen mit 0,9 des unbehandelten Films, auf. Es bestand kein bedeutender Unterschied in Klarheit und allgemeinem Aussehen des behandelten und des unbehandelten Films, und die Behandlung hatte keine Wirkung auf die Verbindungsfähigkeit des Films durch Wärmeeinwirkung.

Beispiel 3

Ein Polyäthylenterephthalatfilm von 0,05 mm Stärke wurde in der gleichen Weise wie der Poly- j äthylenfilm des Beispiels 1 behandelt. Der behandelte Film besaß einen Reibungskoeffizienten von 0,2, verglichen mit 0,3 des unbehandelten Films, und eine elektrostatische Aufladungsfähigkeit von 0,03 kV/cm, verglichen mit 0,17 kV/cm des unbehandelten Films. Der Unterschied im Glanz zwischen dem behandelten und unbehandelten Film war kaum bemerkbar.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Verfahren zur oberflächlichen Behandlung von Platten, Filmen oder Überzügen aus organischem thermoplastischem Material, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebilde mit der Lösung eines oberflächenaktiven, die Oberfläche benetzenden, aber nicht auflösenden Mittels behandelt werden, in der eine feinpulvrige polymere Verbindung mittels eines Emulgators dispergiert ist.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung eine wäßrige Lösung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das dispergierte polymerisierte Material nicht härter ist als die behandelte Oberfläche.
4. Verfahren nach den vorhergehenden An-Sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das dispergierte polymerisierte Material eine Teilchengröße von 0,1 bis 20/1, vorzugsweise von 1 bis 15//, besitzt.
5. Verfahren nach den vorhergehenden An-Sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das oberflächenaktive Mittel aus einem wasserlöslichen Alkylarylpolyglykoläther der allgemeinen Formel

R-O(CH₂CH₂O)^-H g₅

besteht, in der R ein mindestens einmal durch eine Alkyl- oder Cycloalkylgruppe substituierter Benzolring ist, wobei χ vorzugsweise einer Zahl von 8 bis 14 entspricht.
6. Verfahren nach den vorhergehenden An-Sprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Dispersion 0,25 bis 10 Gewichtsprozent des oberflächenaktiven Mittels und 0,1 bis 5 Gewichtsprozent des dispergierten polymerisierten Materials enthält.
7. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoffzusammensetzung ein als Emulsion vorhegendes Wachs von vorzugsweise 0,01 bis 0,1 Gewichtsprozent enthält.
8. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß als feinverteiltes polymerisiertes Material Polyäthylen oder Polytetrafluoräthylen verwendet wird.

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