NO136881B - Fremgangsm}te til fremstilling av syntetisk papir (plastpapir) - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte

til fremstilling av syntetisk papir, hvor en bærerfoiie av propylenplast strekkes i lengderetningen, hvoretter det på

minst én overflate av bærerfolien anbringes et lag av en propylenplast med et fyllstoffinnhold på 2-25 volumprosent til dannelse av en laminert folie, og den laminerte folie strekkes i tverretningen. På denne måte oppnås det et plastpapir som har utmerket hvithet og opasitet og som oppviser svært lite varmerynking.

Ifølge DT-AS 1.914.972 er det fremskaffet et syntetisk papir som har laminert oppbygging. Dette kjente plastpapir fremstilles ved påføring av et papirliknende lag av termoplastisk harpiks, blandet med fra 0,5 til 65 vektsprosent av et findelt uorganisk fyllstoff, på minst den ene overflate av en bærerfilm av termoplastisk harpiks som er blandet med fra 0 til 20 vektsprosent av et findeltuorganisk fyllstoff og strukket minst 1,3 ganger i én retning (lengderetningen), oppvarming og strekking av det således oppnådde laminat minst 2,5 ganger i tverretningen, det vil si vinkelrett på lengderetningen, og avkjøling av laminatet slik at det beholdes stort sett i den strukkete tilstand.

I et plastpapir av denne art inneholder det endimensjo-nalt strukkete papirliknende lag med det findelte fyllstoff et stort antall mikrohulrom forårsaket av strekkingen av det samlede laminat. Disse mikrohulrom tilfører papiret utmerket opasitet eller hvithet. Videre vil bærerfilmen som er todimensjonalt strukket, bære det relativt tynne papirliknende lag og vil samtidig tilføre den mekaniske styrke som er nødvendig for anvendelsen av laminatet som papir.

Ved fremstillingen av plastpapir av denne art, hvor graden av hvitgjøring av det papirliknende lag hovedsakelig skyl-des mikrohulrommene, bør det velges strekkebetingelser som er fordelaktig for dannelsen av slike hulrom. Følgelig bør strekk-forholdet for det papirliknende lag gjøres høyt, og samtidig er det ønskelig at strekkingen utføres ved lavest mulig temperatur innenfor harpiksens optimale strekkeområde.

Akkumulering av strekkspenninger i plastpapir som omfatter strukkete filmer, vil generelt utgjøre et problem. Nærmere bestemt vil strekkspenningene som påføres under fremstillingen i mange tilfeller akkumuleres. Når plastpapiret avkjøles uten å avlastes tilstrekkelig, mens dets strukkete tilstand stort sett opprettholdes, vokser nemlig i mange tilfeller strekkspenningen. Når denne spenning blir for stor, gir den anledning til dårlig dimensjonsstabilitet og forårsaker rynker, bølger og krusninger og derved store vanskeligheter ved trykking.

Videre medfører generelt - i plastpapir av strukne filmer - visse egenskapers retningsavhengighet et problem. I et vanlig papir, som omfatter cellulosefibre i sammenflettet tilstand, er egenskaper såsom strekkfasthet, rivestyrke og stivhet avhengige av lengde- og sideretning i papirbanen, og slik retningsavhengighet er ønskelig i enkelte tilfeller. På den annen side er det tilfeller hvor retningsavhengighet er uønsket. Særlig i plastpapir er muligheten for på enkel måte å kunne fremstille isotropt papir av stor verdi, idet retningsavhengighet ikke er uunngåelig slik som ved vanlig papir.

Med den foreliggende oppfinnelse har det lykkes å finne

en løsning på de ovennevnte problemer ved å anvende en spesiell harpiksblanding til harpiksen i bærerfolien, med det formål å senke bærerfoliens optimale strekketemperatur.

Denne oppgave løses ved at det som bærerfolie anvendes

en propylenplastfolie som inneholder en mykgjørende harpiks, hvorved det oppnås en senkning av den nedre grense for det temperaturområde hvor strekking av bærerfolien er mulig.

De nærmere enkeltheter ved oppfinnelsen vil fremgå kla-rere av den etterfølgende detaljerte beskrivelse som begynner med en betraktning av generelle aspekter og trekk og slutter med spesielle praktiske eksempler som illustrerer foretrukne utførelser.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal som nevnt

en propylenharpiks, som er fordelaktig når det gjelder opp-

nåelse av stor overflatehardhet, og når det gjelder oppnåelse av lettvint hvitgjøring (dannelse av mikrohulrom), anvendes som harpiks i det papirliknende lag. En blanding, som har en lavere optimal strekketemperatur enn materialet i det papirliknende lag, og som dessuten er fordelaktig med hensyn til å gi stor stivhet, av et propylen (A) og et tilsetningsmiddel

(B) anvendes som materiale for bærerfolien.

Dette tilsetningsmiddel (B) er som nevnt en polymer med

mykgjørende effekt på polypropylen-harpikser.

Plastpapir av denne type oppfyller de ovennevnte betingelser.

I det tilfelle hvor det papirliknende lag består av polypropylen blandet med et findelt uorganisk fyllstoff, er temperaturen for praktisk hvitgjøring som følge av dannelse av mikrohulrom av størrelsesorden 140-160°C. Dersom materialet i bærerfolien er en propylenplast uten tilsetninger, slik som i nevnte DT-AS, vil temperaturområdet for strekking i praksis være ca. 150-170°C. Følgelig er det temperaturområde hvori det samtidig på effektiv måte kan dannes mikrohulrom og en strukket laminert struktur, det vil si plastpapiret, relativt lite.

Men når bærerfolien består av en blanding av en propylenharpiks og en mykgjørende harpiks, kan temperaturområdet hvor strekking av bærerfolien er mulig bli bredt eller forskyve seg mot lavere temperatur, mens temperaturområdet hvori det er mulig å fremstille et plastpapir, hvor det spesielt tas sikte på dannelsen av mikrohulrom, øker med ca. 10-15°C, i noen tilfeller 10-30°C.

En senkning av den nedre grense med fra 10 til 15 eller 30°C er meget viktig, idet dette på effektiv måte kan forår-sake at det papirliknende lag gjennomgår ensartet, sterk hvitgjøring, og at det muliggjøres stabil, kontinuerlig drift uten vanskeligheter, såsom avriving av papirarket, som følge av uegnet strekketemperatur.

Begrepet "temperaturområde hvori strekking er praktisk mulig" anvendes heri for å betegne det temperaturområde som er lavere enn den temperatur hvor harpiksen som utgjør den frem-herskende bestanddel av filmen, blir flytende, men høyere enn de temperaturer hvor harpiksen kan deformeres under ytre på-virkning. I dette anvendbare temperaturområde kan filmen strekkes ensartet uten å briste med en hastighet som er tilstrekkelig høy for industriell utnyttelse.

Dette temperaturområde med strekkbarhet varierer med faktorer såsom strekkehastighet, tilsetningsmidlene til harpiksen, såsom myknere, samt blandingen av forskjellige harpikser. Men generelt, forutsatt at de andre betingelser er de samme, øker strekkspenningen mens temperaturområdet blir mindre, når strekkehastigheten øker.

Videre blir som tidligere nevnt produktets dimensjonsstabilitet eller varmerynking et problem idet tilfelle hvor plastpapiret omfatter en strukket film. Men strekkspenningen som akkumuleres i bærerfolien, og som har stor innflytelse på dimensjonsstabiliteten til laminert plastpapir, viser seg å bli betydelig- redusert i det tilfelle hvor det tidligere nevnte tilsetningsmiddel B er til stede.

Følgelig har et plastpapir ifølge denne oppfinnelse høy dimensjonsstabilitet til tross for den lave temperatur under strekkeprosessen, og dessuten er varmekrympingen liten. Videre unngås opptredende strekkavvikelser og uregelmessigheter etter som strekkingen utføres på ensartet måte.

Et annet fordelaktig trekk ved oppfinnelsen er at det ved fremstillingen av plastpapiret er mulig å frembringe for-lengelser i lengde- og sideretningene på innbyrdes uavhengig måte, og dessuten av betydelig størrelse.

Generelt oppheves lengdeorienteringen til en viss grad når sidestrekkingen utføres etterpå. Av denne grunn er det vanligvis nødvendig å gjøre lengdestrekkingen litt større for å oppnå en todimensjonalt strukket film med like sterk strekking i begge retninger. Følgelig er det i enkelte tilfeller også for plastpapir med laminert konstruksjon nødvendig å sørge for at forholdet mellom lengde- og sidestrekk blir-større enn én for å eliminere retningsfaktoren> dvs-, oppnå isotropt papir.

Men dersom lengdestrekkingen blir urimelig stor, minsker muligheten for sidestrekktilformingen påfallende meget. Følge-lig fastsettes det en grense for lengdestrekkingen. Derved be-grenses tilsvarende sidestrekkingen. Dersom lengdestrekkingen for eksempel medfører 7 gangers forlengelse, holdes sidestrekkingen vanligvis i størrelsesorden 5 gangers forlengelse. Ifølge oppfinnelsen, spesielt i det tilfelle hvor den nevnte mykgjørende polymer er en etylenharpiks, er det imidler-tid mulig å fremstille isotropt plastpapir med samme strekk,

for eksempel 7 x 7, i lengde- og sideretning. Et stort sidestrekk, det vil si den strekking som overføres til det papirliknende lag, betyr en-økning i hvitgjøringen og en forbedring i det papirliknende lags styrke.

Begrepet brettbarhet angir et arks egenskap med hensyn til å beholde sin brettett tilstand; Brettbarheten for kjente syntetiske harpikser har i alminnelighet vært utilfredsstil-lende. Derimot har plastpapir ifølge oppfinnelsen oppnådd vesentlig bedret brettbarhet. Årsaken til dette kan være at spenningen ved en brett avlastes på grunn- av de forekommende mikrohulrom ikke bare i det papirliknende lag, men også i bærerfolien .

Plastmaterialet i bærerfolien, som anvendes for å gi de ovenfor beskrevne, fordelaktige trekk, er en blanding av propylenharpiks og en mykgjørende harpiks.

Som propylenharpiks kan det anvendes homopolypropylen og slike kopolymerer av propylen som inneholder en komonomer i mindre mengde, slik at disse kopolymerer også kan kalles pro-pylenharpikser. Eksempler på slike kopolymerer er kopolymerer av propylen med of-olefiner som etylen og buten-1 og vinylmono-merer såsom vinylklorid, styren, samt estere av akrylsyre. Komonomerinnholdet i hver av disse kopolymerer er i størrelses-orden 10 vektsprosent eller mindre.

Et typisk eksempel på en foretrukket mykgjørende harpiks er HD-polyetylen. Disse HD-polyetylener har densitet på minst 0,9 5 g/cm 3. En slik polymer kan også være en kopolymer med en komonomer i mindre mengde, slik at polymeren kan kalles en etylenharpiks. Forutsatt at formålene ifølge oppfinnelsen oppnås, kan begge harpikser ha hvilken som helst molekylvekt eller smelteindeks (M.I.) og isotaktisk indeks (I.I.).

Blandingsforholdet mellom de to harpikser (propylenharpiks/etylenharpiks) er i vektsdeler fra 90/10 til 40/60, fortrinnsvis fra 90/10 til 70/30. Det har vist seg at når polyety-leninnholdet er mindre enn 10 vektsprosent, er det ikke tilstrekkelig blandingseffekt til stede, og på den annen side forårsaker et polyetyleninnhold på over 6 0 vektsprosent at formingstemperaturen blir for lav, hvorved området for prak-

tisk hvitgjøring blir lite.

Foruten HD-polyetylenene kan forskjellige termoplastiske harpikser og elastomerer som er gjensidig løselige (forenelige) med den ovennevnte propylenharpiks anvendes som mykgjørende polymer. Siden disse stoffer anvendes for å utvide strekke-temperaturområdet i retning mot den laveste temperatur, bør deres smelte- eller mykningspunkter generelt være lavere enn propylenharpiksens smelte- eller mykningspunkt.

Eksempler på slike mykgjørende polymerer er LD-polyetylener med densitet i størrelsesordenen 0,90 - 0,94 g/cm , etylenkopolymerer, det vil si etylen/propylen-kopomylerer med etyleninnhold på 5 vektsprosent eller mindre, etylenvinyl-esterkopolymerer, det vil si kopolymerer med et vinylacetat-innhold på mindre enn 4 0 vektsprosent, etylen/vinylkloridko-plymerer, styrener og kopolymer av disse, idet begrepet "styrener" omfatter sidekjede- og/eller kjernesubstituerte styrener, såsom metylstyren og vinyltoluener, og kopolymerene er kopolymerer av disse styrener med stoffer såsom akrylnitril og metakrylsyreestre, vinyl-halogenid-mono- og kopolymerer, det vil si polyvinylklorid og poly(vinylklorid-vinyliden-klorid), samt ataktiske polypropylener, såsom de som oppnås som biprodukter ved fremstillingen av polypropylen, fortrinnsvis de som er løselige i kokende n-heptan i over 50 vektsprosent.

De optimale blandingsforhold for slike mykgjørende harpikser varierer med type polymer. For eksempel har det vist seg at for ataktisk polypropylen gir ikke en mengde av blan-dingstilsetningsmidlet på mindre enn 5 vektsprosent noen blandingseffekt. På den annen side blir harpiksens formbarhet dårlig dersom denne mengde overstiger 20%, og samtidig blir produktets styrke (det vil si stivhet og strekkfasthet) dårlig.

Det har videre vist seg at for etylen/propylen-kopolymerer er det ønskelig med en innblanding på ca. io - 50%.

For LD-polyetylen er dette område 10 - 30%, mens dette område for etylenvinylacetatkopolymerer er ca. 10 - 30%.

Den mykgjørende harpiks kan om nødvendig inneholde en mindre mengde av andre hjelpestoffer, såsom for eksempel en stabilisator, en ytterligere mykner, et pigment, et fyllstoff og harpikser. For eksempel er det mulig å tilsette et findelt fyllstoff i en mengde av opp til 20 vektsprosent. Ved denne fremgangsmåte kan det forventes en medvirkning av bærerfolien med hensyn til graden av hvitgjøring av det fremstilte syntetiske papir eller en forbedring av adhesjonen av bærerfolien til det papirliknende lag.

Harpiksen i det papirliknende lag er en propylenharpiks som kan være den samme som eller forskjellig fra propylenharpiksen i bærerfolien. Denne harpiks er tilblandet et findelt fyllstoff. Selv om dette findelte fyllstoff kan være organisk, såsom en pulverisert harpiks som ikke er gjensidig løselig med den ovennevnte propylenharpiks, anvendes det vanligvis et uorganisk fyllstoff.

Eksempler på egnete uorganiske fyllstoffer er kaolin, talkum, asbest, gips, bariumsulfat, kalsiumkarbonat, magne-siumkarbonat, titandioksyd, sinkoksyd, magnesiumoksyd, diatomé-jord, silisiumdioksyd samt blandinger av disse. Det er nødven-dig at disse fyllstoffer anvendes i findelt tilstand, det vil si med en partikkelstørrelse i området 0,5 - 30 ^om. Det har vist seg at et passende innhold av findelt fyllstoff er fra 2 til 25 vektsprosent.

Ved behov kan dette findelte uorganiske fyllstoff anvendes sammen med andre tilsetningsmidler, såsom pigmenter og animalske, vegetabilske og mineralske fibrer. Dessuten kan plasten i det papirpiknende lag inneholde en liten mengde av andre harpiksbestanddeler.

Det er nødvendig at fyllstoffinnholdet (Fb) i bærerfolien er mindre enn fyllstoffinnholdet (Fp) i det papirliknende lag.

Ifølge denne oppfinnelse fremstilles det på kjent måte først en bærerfolie,strukket i lengderetningen, av den ovenfor beskrevne blanding av en propylenharpiks og en mykgjørende harpiks. Strekket ved denne prosess fremkaller en forlengelse av 1,3 - 10 ganger, fortrinnsvis 2,5 - 7 ganger.

På minst den ene overflate av bærerfolien påføres deretter plasten for det papirliknende lag ved kalendrering under- smelting av plasten, ved smelte-ekstrudering eller ved en annen egnet prosess. Det er også mulig å anbringe et for-ankringsbelegg på basisfilmen. Selv om det papirliknende lag inneholder et findelt fyllstoff, er det mulig å la fyllstoff-konsentrasjonen være lav eller lik null i områdene nær de to

langsgående kanter av bærerfolien.

Laminatet som således oppnås strekkes deretter under oppvarming i sideretningen. Ved dette strekketrinn hvitgjøres det papirliknende lag, og det er dessuten mulig å sikre en sterk binding mellom bærerfolien og det papirliknende lag og samtidig gjøre begge lag ekstremt tynne. Denne strekking ut-føres til en forlengelse på ca. 2,5 - 12 ganger, fortrinnsvis 3,5 - 10 ganger. Strekketemperaturen er høyere enn myknings-punktene og lavere enn smeltepunktene for de anvendte harpikser, fortrinnsvis 110 - 165°C.

Det er nødvendig å utføre den ovenfor beskrevne strekking i to retninger på en måte slik at produktet av forlengelses-gradene, altså lengdeforlengelsen av bærerfolien multiplisert med tverrforlengelsen av laminatet, er minst 3,5.

Etter at laminatet er strukket i tverretningen, avkjøles det slik at den strukkete tilstand stort sett bibeholdes, og deretter klippes sidekantene vekk, hvorved det oppnås et plastpapir ifølge oppfinnelsen.

I det tilfelle hvor konsentrasjonen av fyllstoffet nær sidekantene er lav eller lik null, og de avklippete kanter gjenvinnes og gjenanvendes i utangsmaterialet, er kontrollen av fyllstoffinnholdet i utgangsmaterialet særlig lettvint.

Et plastpapir fremstilt på den ovenfor beskrevne måte kan om nødvendig underkastes en egnet behandling, såsom for eksempel en koronabehandling eller en oksydasjon for derved å bedre overflateegenskapene.

Oppfinnelsen forklares.enda mer fullstendig i de føl-gende eksempler.

Eksempel 1.

20 deler av et HD-polyetylen med smelteindeks på 1,00 i pulverform ble blandet i en superblander med 80 deler av et polypropylen med smelteindeks på 0,8, og den resulterende blanding ble granulert i en granuleringsmaskin. De således oppnådde pellets ble oppvarmet og eltet i ekstruderingsmaskin som arbeidet ved 270°C, og deretter ekstrudert. Den således dannete folie ble avkjølt til under 4 0°C og strukket i lengderetningen ved hjelp av en maskin som ga den 6 gangers forlengelse. 4 0 deler kaolin ble blandet med 6 0 deler av et polypropylen med smelteindeks 4,0, og denne blanding ble ekstruderingslaminert på en overflate av den ovenfor beskrevne folie Det resulterende laminat ble strukket med 7 gangers forlengelse i tverretningen ved 14 5°C og deretter avkjølt i strukket tilstand. Sidekantene av arkmaterialet ble deretter klippet vekk, og det resulterende plastpapir ble spolet opp på rull.

Dette plastpapir utgjorde en laminert struktur av en bærerfolie med 50 pm tykkelse og et papirliknende lag med 40 pm tykkelse. Heftstyrken mellom de to lag var stor, og de kunne ikke skrelles fra hverandre med trykkfølsomt heftende cellofantape som ble festet til laminatet. Det ble funnet at dette plastpapir kunne anvendes til nøyaktig samme formål som vanlig papir på grunn av dets utmerkete egenskaper. Det hadde høy styrke, var lett å behandle og godt å betrykke og skrive på. Dets viktigste karakteristika var følgende:

Tykkelse: 90 pm.

Clark-stivhet (S-verdi):

i lengderetningen/i tverretningen = 25/30.

Forhold i lengderetningen/tverretningen av Youngs moduli: 1/1,3.

Stivhet/styrke-forhold: 1/1,2.

Hvithet: 89% (Hunter).

Densitet: 0,75.

Eksempel 2.

Den samme fremgangsmåte ble utført med varierende mengder polyetylen. Resultatene var som angitt i tabell 1.

Eksempel 3.

Sju harpiksprøver ble fremstilt ved å blande 0, 10, 30, 40, 50, 60 og 80 vektsprosent av en etylen/propylen-kopolymer (etyleninnhold 3 vektsprosent) med et polypropylen med smelteindeks 0,8. Hver harpiksprøve ble deretter oppvarmet og eltet i en ekstruderingsmaskin som arbeidet ved 270°C, og deretter ekstrudert. Den resulterende folie ble avkjølt med vann som ble holdt på en temperatur på under 40°C og strukket til 6 gangers forlengelse i lengderetningen.

Deretter ble en blanding av 60 deler av et polypropylen med smelteindeks på 4,0 og 40 deler kaolin laminert ved ekstrudering til den ene flate av folien. Det resulterende laminat ble strukket til 7 gangers forlengelse i tverretningen.

Hvert av de resulterende plastpapirark ble funnet å være sammensatt av et bærerlag med tykkelse 50 pm og et papirliknende lag på 4 0 ^im. Adhesjonen mellom de to lag var sterk,og de kunne ikke trekkes fra hverandre når tapebiter, som var festet til dem, ble trukket fra hverandre.

Dette plastpapir ble funnet å ha de i tabell 2 angitte egenskaper,og også dette kunne anvendes til de samme formål som vanlig papir, idet det hadde tilsvarende utmerkede egenskaper .

Eksempel 4.

Fem plastprøver ble fremstilt ved å blande 0, 5, 10,

20 og 30 vektsprosent av et ataktisk polypropylen, oppnådd som biprodukt ved fremstillingen av polypropylen, med et polypropylen med smelteindeks 0,8. Hver prøve ble deretter oppvarmet og eltet i en ekstruder ved 270°C, og ble ekstrudert til dannelse av en folie som ble avkjølt med temperatur under 4 0°C. Denne folie ble strukket til 6 gangers forlengelse i lengderetningen.

Deretter ble en blanding av 40 deler kaolin og 60 deler av et propylen med smelteindeks 4,0 ekstruderingslaminert på den ene overflate av folien. Det resulterende laminat ble strukket i tverretningen til 7 gangers forlengelse.

Hvert av de således oppnådde produkter ble funnet å være et laminat sammensatt av et bærerlag med 50 um tykkelse og et papirliknende lag med 40 um tykkelse. Adhesjonen mellom disse to lag var sterk. I likhet med de foregående plastpapirer kunne det ikke splittes ved hjelp av tapebiter.

Det således fremstilte plastpapir ble funnet å ha de i tabell 3 angitte verdier og å være anvendbart til de samme formål som vanlig papir.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av syntetisk papir, hvor en bærerfolie av propylenplast strekkes i lengderetningen, hvoretter det på minst én overflate av bærerfolien anbringes et lag av en propylenplast med et fyllstoffinnhold på 2-25 volumprosent til dannelse av en laminert folie, og den laminerte folie strekkes i tverretningen, karakterisert ved at det som bærerfolie anvendes en propylenplastfolie som inneholder en mykgjørende harpiks, hvorved det oppnås en senkning av den nedre grense for det temperaturområde hvor strekking av bærerfolien er mulig.

2. Fremgangsmåte i samsvar med krav 1, karakterisert ved at det som mykgjørende harpiks anvendes en etylenharpiks med densitet pa 3 over 0,95 g/cm 3, og at vektforholdet mellom propylenharpiksen og etylenharpiksen er fra 40/60 til 90/10.