DK163065B - Fremgangsmaade til fremstilling af orienterede folier af termoplastisk formstof beskyttet mod indvirkning af uv-lys - Google Patents

Description

i

DK 163065 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde af den i krav 1' s indledning angivne art til fremstilling af orienterede folier af termoplastisk formstof, der er beskyttet mod indvirkning af ultraviolette stråler. Det er kendt, at det er muligt at forbedre især de mekaniske egenskaber af termoplastiske formstoffolier ved at under-5 kaste dem en orienteringsbehandling.

En teknik til direkte fremstilling af orienterede folier af termoplastisk formstof består i at ekstrudere en tyk folie ud fra dette formstof, konditionere denne folie ved *0 en temperatur, der er favorabel for foliens orientering ved strækning, strække den konditionerede folie i mindst én retning, således at der fremkaldes orienteringsspændinger, og afkøle folien, medens den holdes under spænding, til en temperatur, der er lavere end formstoffets anden overgangstemperatur, således at man fikserer de fremkaldte orienteringsspændinger. Under trækningsbehandlingen eller fortrinsvis umiddelbart efter denne kan man iøvrigt bibringe folien en speciel form, f.eks. en bølgeform, som beskrevet i de franske patentskrifter nr. 2 073 20 691 og 2 137 514. Disse folier anvendes især til afdæk ning og facadebeklædning.

Man ved endvidere, at de ultraviolette stråler udøver en meget skadelig virkning på de mekaniske egenskaber hos 25 folier af termoplastisk formstof, der er udsat for påvirkning af sollys.

Man er således nødt til at beskytte folier af termoplastisk formstof, der skal udsættes for sollys under brugen, 50 mod dettes virkninger.

En anvendelig teknik til at gennemføre en beskyttelse består i at inkorporere anti-UV-midler, såsom derivater af benzophenon eller benzotriazin, i de blandinger, der an-55 vendes til fremstilling af folierne.

DK 163065 B

2

Eftersom disse anti-UV-midler er kostbare og vanskelige at syntetisere, og eftersom alene de anti-UV-midler, der er tilstede i overfladelaget i folierne, er aktive med hensyn til beskyttelse mod de ultraviolette stråler, har 5 man forsøgt at udvikle anvendelige metoder på formede folier, hvorved man kan koncentrere anti-UV-midlet i disse overfladelag.

Man har således foreslået at overtrække de færdige folier 10 med en beskyttelsesfernis indeholdende anti-UV-midlet, og denne teknik nødvendiggør en besværlig anvendelse af særlige fernisser, som er særdeles kostbare, for at opnå en holdbar vedhæftning af beskyttelseslaget.

15 I US patentskrift nr. 3 043 709 er det foreslået at behandle folier ved på disses overflade at påføre en hinde af et anti-UV-middel og derefter foretage en varmebehandling af folierne ved en temperatur, der er højere en anti -UV-midlets smeltetemperatur, men som ligger under fo-20 liens smeltepunkt. Denne fremgangsmåde kræver imidlertid en relativt langvarig varmebehandling, og den kræver også, at man kun anvender sådanne anti-UV-midler, som har et smeltepunkt, der ligger væsentligt under smeltepunktet af det materiale, som udgør den behandlede folie.

25

Man har ligeledes foreslået at neddyppe folierne i midler, der opløser anti-UV-midlet og er i stand til at udøve en begrænset opkvældende virkning på formstoffets overfladelag. På denne måde trænger anti-UV-midlet ind i 30 overfladen i den blødgjorte del af folierne og forbliver dispergeret deri efter afdampning af opløsningsmidlet.

Denne sidste teknik implicerer ikke desto mindre en behandling af de to sider af folien, hvilket hverken er nødvendigt eller ønskeligt og kræver betydelige tørrings-35 anlæg. Den er endvidere meget vanskelig at gennemføre, eftersom det drejer sig om en kontinuerlig behandling af relativt stive folier.

DK 163065 B

3

Man har endelig foreslået at overtrække overfladen af mindst den ene side af folierne ved hjælp af en opløsning af samme type som anvendt ved neddypningsteknikken. Denne teknik, der har vist sig særligt økonomisk og effektiv, 5 kan imidlertid ikke anvendes til behandling af folier, der har været udsat for en orienteringsbehandling. Man har således konstateret, at denne teknik fremkalder en frigivelse af orienteringsspændingerne, der er fremkaldt i foliernes overfladelag, med en deraf afledt forekomst 10 af revner, der danner kim og brud og gør folierne skrøbelige. Resultatet heraf er en betydelig nedgang i de mekaniske egenskaber, der er opnået under orienteringen, og en sammentrækning af folien. Endelig er denne teknik vanskelig at udnytte på orienterede folier, der ikke er pla-15 ne, såsom bølgeformede folier.

Formålet med den foreliggende opfindelse er at angive en fremgangsmåde til beskyttelse af orienterede folier af termoplastisk formstof mod indvirkning af ultraviolette 20 stråler, hvilken fremgangsmåde er særlig effektiv og økonomisk og ikke udviser de ovennævnte ulemper ved de kendte metoder.

Opfindelsen angår således en fremgangsmåde til fremstil-25 ling af orienterede folier af termoplastisk formstof, der er beskyttet mod indvirkning af UV-lys, hvorved man ekstruderer en folie af formstoffet, konditionerer denne folie ved en temperatur, der favoriserer en orienteringsudstrækning, strækker den konditionerede folie i mindst én 30 retning til fremkaldelse af molekylære orienteringsspændinger og afkøler den strakte folie under spænding ved en temperatur, der er lavere end formstoffets anden ordens overgangstemperatur. Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at man før strækningen af den kondi-35 tionerede folie på mindst én af dens sider påfører en opløsning indeholdende mindst ét opløsningsmiddel, der udviser en opkvældende virkning på formstoffet, og mindst

DK 163065 B

4 ét anti-UV-middel, der er opløseligt i opløsningsmidlet, hvorefter man fremkalder en afdampning af opløsningsmid let.

5 Ved at anvende fremgangsmåden ifølge opfindelsen har man konstateret, at strækningen af folien efter overtrækning på ingen måde ændrer dennes bibragte modstandsdygtighed mod ultraviolette stråler, og især at tykkelsen af overfladelaget eller -lagene indeholdende anti-UV-midlet for-10 bliver tilstrækkelig efter strækningen til at bibringe folien en effektiv beskyttelse.

Man har endvidere konstateret, at strækningen af folien efter overtrækningen ikke skaber nogen overfladerevner og 15 ej heller forekomst af andre fejl.

Den mængde anti-UV-middel, der afsættes på folien i form af en opløsning vælges under hensyn til de anvendte strækningsforhold ved den efterfølgende produktion af de 20 orienterede folier, samt den endelige mængde, som man ønsker at fordele på overfladen af de orienterede folier.

2

Den afsatte mængde anti-UV-middel pr. m behandlet overflade af folien før strækningen under overtrækningen er 2 fortrinsvis 10-30 g/m .

25

Man kan anvende et vilkårligt anti-UV-middel. Det vælges især som funktion af arten af det termoplastiske formstof, der udgør folien, og hårdheden af foliens anvendelsesbetingelser. Som eksempler på anvendelige anti-UV-mid-30 ler kan man nævne derivater af benzophenon, såsom hydro-xylerede og alkoxylerede derivater, derivater af benzo-triazol, substituerede acrylonitriler og arylestere. Det foretrækkes imidlertid, når folien er på basis af PVC, at anvende benzophenonderivater, såsom 2,2-dihydroxy-4-me-35 thoxybenzophenon, 2-hydroxy-4-methoxybenzophenon og 2-hy-droxy-4-n-octyloxybenzophenon. Man kan også anvende forskellige anti-UV-midler.

DK 163065 B

5

Den tilstedeværende mængde anti-UV-middel i- behandlingsopløsningen varierer i reglen mellem 5 og 40 vægt-% af opløsningen, fortrinsvis 10-30 vægt-%. Mængden vælges især som funktion af den mængde anti-UV-middel, som man 5 ønsker af afsætte, og egenskaberne af det termoplastiske formstof, hvoraf folien er fremstillet.

Valget af opløsningsmidlet eller opløsningsmidlerne til overtrækning sker under hensyn til følgende betingelser: 10 (1) det skal kunne opløse det anvendte anti-UV-middel, (2) opløsningsmidlet skal under behandlingsbetingelserne udøve en kvældende virkning på formstofoverfladen for 15 at muliggøre en penetrering af anti-UV-midlet.

Endelig er det af let forståelige grunde ønskeligt, at opløsningsmidlerne er så billige som muligt, at de fortrinsvis er ikke-toxiske og ikke-antændelige under anven-20 delsesbetingelserne, og at de ikke udøver en skadelig virkning på foliens ældningsbestandighed.

Ved en foretrukken udførelsesform for fremgangsmåden vælger man et opløsningsmiddel, der har en tendens til at 25 forbedre ældningsbestandigheden. Hvis der er tale om folier af polyvinylchlorid, foretrækker man et chloreret opløsningsmiddel, især en blanding af 1,1,2-trichlorethan og tetrachlorethylen. Det ses heraf, at valget af opløsningsmidlerne er en funktion af arten af formstoffet og 30 kan bestemmes i hvert enkelt tilfælde ved forudgående forsøg.

Når således folien udgøres af et formstof på basis af en PVC, såsom en vinylchlorid-homopolymer eller en copolymer 35 indeholdende mindst 50 mol-% vinylchloridenheder, foretrækkes det som opløsningsmiddel af anvende chlorerede opløsningsmidler afledt af carbonhydrider indeholdende 1-

DK 163065 B

6 3 carbonatomer, såsom methylenchlorid og dichlorethaner- ne. De bedste resultater i henseende til ældningsbestan- dighed opnås med en opløsning bestående af en blanding af tetrachlorethylen og 1,1,2-trichlorethan i et vægtforhold 5 på 1,5-3, hvor denne opløsning indeholder 10-40 g anti- UV-middel pr. 100 g opløsning. I dette tilfælde kan den 2 afsatte mængde opløsning pr. side af folien og pr. m med fordel være 20-200 g.

10 For at lette opløsningen af anti-UV-midlet eller -midlerne i opløsningsmidlet eller -midlerne samt opløsningens penetrering i overfladelaget af de behandlede folier er det fordelagtigt at anvende opløsningen ved en temperatur over omgivelsestemperaturen, men lavere end kogepunk-15 tet, fortrinsvis ved normalt tryk.

Ligeledes lettes opløsningens penetrering ved at folierne befinder sig ved en relativ høj temperatur, i reglen ved en temperatur over deres anden ordens overgangstempera-20 tur. For at penetreringen af opløsningen kan have tid til at foregå på tilfredsstillende måde, er det fordelagtigt at vælge opløsningsmidler eller opløsningsmiddelblandinger, hvis kogepunkt fortrinsvis ved normalt tryk er højere end temperaturen af de folier, der skal behandles.

25

Under hensyn til kogepunkterne for 1,1,2-trichlorethan, der er 114 °C, og tetrachlorethylen, der er 121 °C, kan opløsninger på basis af denne opløsningsmiddelblanding anvendes til behandling af folier ved en temperatur på 30 90-115 °C. Inden for dette temperaturområde kan man frem kalde orienteringsspændinger ved strækning af folier af formstoffer på basis af polyvinylchlorid.

Man foretrækker at foretage påføringen af opløsningen på 35 folier, der befinder sig ved en temperatur, der favoriserer orienteringen ved strækning, idet denne temperatur f.eks. nås ved forinden at lade den ekstruderede folie

DK 163065 B

7 passere hen over en eller flere afkølingsvalser. Det er dog på ingen måde udelukket at foretage behandlingen på folier, der befinder sig ved en temperatur, der er lavere eller højere end deres orienteringstemperatur, når blot 5 naturligvis disse folier indstilles til deres orienteringstemperatur efter anti-UV-behandlingen og under alle omstændigheder før strækningsbehandlingen.

Behandlingsopløsningen påføres fortrinsvis ved oversmø-10 ring af den eller de sider, der skal behandles, hvilket ikke fremkalder nogen specielle problemer, når blot siderne er plane, og opløsningerne er lavviskose. Til dette formål kan man f.eks. anvende en eller to rækker af forstøvningsorganer eller tilsvarende organer. Påføringen 15 kan med fordel foretages kontinuerligt og kan således let integreres i et anlæg til kontinuerlig fremstilling af orienterende folier.

Efter at behandlingsopløsningen er afsat, fremkalder man 20 en afdampning af opløsningsmidlet. Denne afdampning skal imidlertid først fremkaldes, når opløsningen har kunnet penetrere tilstrækkeligt ind i overfladelaget på den eller de behandlede sider af folien. Tiden mellem påføringen og fordampningen kan variere i stor udstrækning, især 25 som funktion af den ønskede penetreringsdybde, arten af opløsningsmidlet eller opløsningsmidlerne, arten af anti-UV-midlerne og formstoffet, samt af folietemperaturen. I reglen er tiden under 60 sekunder, fortrinsvis 10-40 sekunder .

30

For at sikre afdampningen er det en fordel at lade folien passere gennem en beholder, hvor opløsningsmidlet fordampes. Opløsningsmidlet kan således genvindes ved kondensation og recirkuleres. I det tilfælde, hvor opløsningsmid-35 deldampene har vist sig at være toxiske, kan man gøre denne beholder tæt eller sætte den under undertryk. Beholderen holdes fortrinsvis ved den valgte temperatur til

DK 163065 B

8 senere stræknings- og orienteringsbehandling. Man kan dog holde temperaturen ved en værdi, der er forskellig fra temperaturen for den senere strækning, når blot den er efterfulgt af et apparat til termisk konditionering, der 5 indstiller folien på den optimale temperatur med henblik på orienteringen. Operationsbetingelserne under fordampningen, såsom temperatur, tryk og varighed, kan let fastlægges ad eksperimentel vej i hvert enkelt tilfælde.

10 Når opløsningsmidlet er i de væsentlige fjernet, føres folien om nødvendigt ind i et apparat til termisk kondi-tionering og derpå i et apparat til mono- eller biaksial strækning, og den således strakte folie sættes derpå under spænding ved en lavere temperatur end anden ordens 15 overgangstemperatur for det pågældende formstof. Om ønsket kan den ved strækning orienterede folie eventuelt gøres bølgeformet, f.eks. som beskrevet i de franske patentskrifter nr. 2 073 691.og nr. 2 137 514. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Ved den foretrukne udførelsesform for fremgangsmåden 2 ifølge opfindelsen ekstruderer man kontinuerligt en folie 3 af et termoplastisk plastmateriale, indstiller den eks 4 truderede folie på sin orienteringstemperatur ved passage 5 mellem valser til termisk konditionering, påsmører den 6 konditionerede folie kontinuerligt med en opløsning af 7 anti-UV-midlet og fordamper opløsningsmidlet, fortrinsvis 8 efter 10-40 sekunder ved passage af den oversmurte folie 9 gennem en beholder holdt ved orienteringstemperaturen for 10 den behandlede folie, hvorpå man lader folien passere ind 11 i et apparat til orientering af folien ved strækning. Som 12 forklaret ovenfor kan man variere talrige parametre under 13 anvendelse af fremgangsmåden ifølge opfindelsen. Disse 14 har for størstedelens vedkommende en indvirkning på ind 15 trængningsdybden af anti-UV-midlet ved de behandlede 16 folier. Af denne årsag disponerer man over talrige midler til opnåelse af den tykkelse, som man ønsker. I reglen er tykkelsen større end 30 um, fortrinsvis 60-150 μπι.

DK 163065 B

9

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan som nævnt anvendes til talrige formål. Et af de mest interessante er en beskyttelse af gennemsigtige, gennemskinnelige eller uigennemsigtige bølgeplader på basis af PVC, der finder talri-5 ge anvendelser inden for byggeriet, mod UV-stråling. Det er endvidere evident, at fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan anvendes til fremstilling af alle mulige andre genstande, der er orienteret ved strækning, såsom film, plader, profiler og bånd, og ikke bare til fremstilling 10 af folier i dette udtryks snævre forstand. Med folier forstås således her alle genstande, i reglen af stor længde, der har mindst én plan overflade før orienteringen ved strækning.

15 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen illustreres ved nedenstående eksempel.

EKSEMPEL

20 Ved hjælp af en ekstruder udstyret med en flad dyse med 82 cm bredde ekstruderes kontinuerligt en PVC-folie, idet dysetemperaturen er 200-220 °C. Den ekstruderede folie poleres og afkøles derpå ved passage mellem tre påfølgende valser, der holdes ved en temperatur på 115 °C. Folien 25 har ved udgangen fra valserne en tykkelse på 4,45 mm og en overfladetemperatur på 120 °C, og den fremføres med en hastighed på 1,3 m/min.

Den således konditionerede folie påføres på oversiden en 30 opløsning indeholdende 30% 1,1,2-trichlorethan, 50% te- trachlorethylen og 20% 2-hydroxy-4-methoxybenzophenon, hvor de nævnte procenter er vægt-%. Opløsningen afsættes 2 i en mængde på 17,5 g/m folieoverflade. 1

Folien ledes derpå gennem en lukket beholder med en længde på 2 m, hvor indgangen er 20-50 cm fra det sted, hvor påføringen sker. Denne beholder er forsynet med en cirku- 10

DK 163065 B

lationsventilator og en ekstraktionsventi la-tor og holdes ved en temperatur på 120 °C. Opløsningsmiddeldampene udtages fra beholderen og kondenseres med henblik på recirkulering.

5

Den tørrede folie passerer derpå gennem en ramme af længdestrækkevalser, hvis hastigheder er indstillet, så folien strækkes i længderetningen med 100%, idet strækkevalserne holdes på 115 °C. Kanterne af de således strakte 10 folier gribes derpå af kløer anbragt på et tværstrækkeapparat, der strækker folien på tværs i et omfang på 100%. Tværstrækkeoperationen af folien gennemføres i en lukket og ventileret beholder ved 106 °C. Endelig indføres den biaksialt strakte folie, hvis kanter stadigvæk 15 fastholdes af tværstrækkekløer i et bølgeapparat som beskrevet i fransk patentskrift nr. 2 136 514 ovenfor og som er udformet således, at folien bølges i længderetningen med en sinusprofil til en slutbredde på 1,097 m og med en sinusgrad på 1,2. Medens folien bølges,· bliver den 20 afkølet under spænding.

Den således fremstillede bølgefolie har en trækspænding 2 på 1.764.000 Nm/m ved 20 °C, der forbliver uforandret efter 36 måneders eksponering af den behandlede overflade 25 for sollys. Trækspændingen er målt efter normen DIN 53448.

Til sammenligning har en identisk, men ubehandlet biorienteret folie, der til at begynde med har en identisk 30 trækspænding, efter 36 måneders eksponering for sollys i Belgien kun en trækspænding på 705.600 Nm/m ved 20 °C.

35

Claims (10)

1. Fremgangsmåde til fremstilling af orienterede folier 5 af termoplastisk formstof, der er beskyttet med indvirkning af ultraviolette stråler, hvorved man ekstruderer en folie af formstoffet, konditionerer denne folie ved en temperatur, der favoriserer en orienteringsudstrækning, strækker den konditionerede folie i mindst én retning til 10 fremkaldelse af molekylære orienteringsspændinger og afkøler den strakte folie under spænding ved en temperatur, der er lavere end formstoffets anden ordens overgangstemperatur, kendetegnet ved, at man før strækningen af den konditionerede folie på mindst én af dens si-15 der påfører en opløsning indeholdende mindst ét opløsningsmiddel, der udviser en opkvældende virkning på formstoffet og mindst ét anti-UV-middel, der er opløseligt i opløsningsmidlet, hvorefter man fremkalder en afdampning af opløsningsmidlet. 20

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at man ved oversmøring påfører en sådan opløsningsmiddelmængde på den ene side af folien, at den afsatte 2 mængde anti-UV-middel pr. m folie før strækningen er 2-25 50 g.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at den anvendte opløsning indeholder 5-40 vægt-% anti-UV-middel. 30

4. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-3, kendetegnet ved, at opløsningsmidlet er valgt blandt chlorerede carbonhydrider indeholdende 1-3 carbonatomer. 1

5. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-4, ken detegnet ved, at folien, der skal behandles, består af et formstof på basis af polyvinylchlorid. DK 163065 B

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kende-tegnet ved, at opløsningen består af en blanding af 1,1,2-tri-chlorethan og tetrachlorethylen i et vægtforhold på 1,5-3 indeholdende 10-40 g anti-UV-middel pr. 100 g opløsning. 5

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet 2 ved, at den afsatte mængde opløsning pr. m folieoverflade er 20-200 g.

8. Fremgangsmåde ifølge krav 5-7, kendetegnet ved, at der som anti-UV-middel anvendes et benzophenonde-rivat.

9. Fremgangsmåde ifølge krav 1-8, kendetegnet 15 ved, at de sider af folien, hvorpå man påfører opløsningen, på påføringstidspunktet befinder sig ved en temperatur, der favoriserer en orientering ved strækning

10. Fremgangsmåde ifølge ethvert af kravene 1-9, k e n -20 detegnet ved, at opløsningsmidlet af dampes ved passage gennem en beholder under tryk holdt ved den valgte temperatur til orienteringsbehandlingen ved strækning. 25 1 35