NO821045L - Fremgangsmaate for reduksjon av smeltefrakturering under ekstrudering av en etylenkopolymer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for redusering av smeltefrakturering, spesielt haiskinn smeltefrakturering, ved ekstrudering av en smeltet, lineær etylen-kopolymer med snever molekylvektfordeling, under betingelser for strømningshastighet og smeltetemperatur som ellers ville gi slik smeltefrakturering.

Konvensjonell lavdensitetspolyetylen er vanligvis fremstilt i tykkveggede autoklaver eller rørreaktorer med trykk helt opp til 3500 kg/cm^ og temperaturer opptil 300°C. Molekylstrukturen for høytrykks lavdensitetspolyetyeln (HP-LDPE) er sterkt komplekst. Permutasjonene i arrangementet av

de enkelte oppbygningsblokker er i det vesentlige uendelige. HP-LDPE erkarakterisert veden intrikat, langkjedet, for-grenet molekylarkitektur. Disse langkjedede forgreninger har en dramatisk virkning på smeltereologien for disse harpikser. HP-LDPE har også et spektrum av kortkjedede forgreninger, vanligvis med lengder på 1 til 6 karbonatomer. Disse kortkjedede forgreninger forstyrrer krystalldannelse og senker harpiksdensiteten. I den senere tid er det tilveiebragt en lavtrykksteknologi hvorved det nu kan fremstilles lavdensitets polyetylen ved lave trykk og temperaturer ved kopolymeri-sering av etylen med forskjellige alfaolefiner. Disse lavtrykks-LDPE (LP-LDPE) harpikser har vanligvis kun liten hvis overhodet noen langkjedet forgrening. De har kortkjedet forgrening med kjedelengde og frekvens som er regulert av typen og mengden komonomer som benyttes under polymerisering.

US SN 892.325, inngitt på ny som US SN 014,414 beskriver at etylenkopolymerer med en densitet på 0,91 til 0,96, et smelte flyt forhold på - 22 til - 32, og et relativt lavt restkatalysatorinnhold som fremstilles i granulær form ved relativt høye produktiviteter hvis monomeren eller monomerene kopolymeriseres i gassfaseprosesser med en spesifik høyaktiv og Mg-Ti inneholdende kompleks katalysator som er blandet med et inert bærermateriale.

US SN 892.322, inngitt på ny som US SN 012,720 beskriver at etylenkopolymerer med en densitet på 0,91 til 0,96, et smelteflyt forhold på - 22 til - 32, og et relativt lav restkatalysatorinhold kan fremstilles i granulær form ved relativt høye produktivitet-er hvis monomeren eller monomerene kopolymeriseres i gassfaseprosess med en spesifik høyaktiv og Mg-Ti holdig kompleks katalysator som er impreg-nert i en porøs, inert bærer.

US SN 892.037, inngitt som US SN 014.412 beskriver at etylen homopolymerer med en densitet på ca. - 0,958 til - 0,972 og et smelte flyt forhold på ca. i 22 til s 32, og som har relativt lavt restkatalysatorinnhold, kan fremstilles i relativt høye produktiviteter for kommerislelle forhold ved en lavtrykks gassfaseprosess hvis etylenet homopolymeriseres i nærvær av en høyaktiv Mg-Ti holdig kompleks katalysator som er blandet med et inert bærermateriale. De granulære polymerer som således fremstilles er brukbare for et antall endelige anvendelser.

Polymerene fremstilles f.eks. ved prosessen ifølge de nevnte søknader ved bruk av Mg-Ti holdige komplekse kata-lysatorer med snever molekylvektfordeling, Mw/Mn på ca.s 2,7 til s 4,1.

I løpet av årene er filmekstruderingsutstyr optimali-sert for reologien av HP-LDPE. Den forskjellige molekylarkitektur for LP-LDPE resulterer i en filmbehandlingsoppførsel som krever forskjellige ekstruderingsparametere. Selv om LD-LDPE harpikser kan ekstruderes på utstyr som er konstru-ert for HP-LDPE harpikser, er visse utstyrsmodifikasjoner ofte nødvendige for å ekstrudere lavtrykksharpikser under op-timale betingelser og i mengder sammenlignbare med høytrykks-harpikser. Dette gjelder spesielt ved ekstruderings av LP-LDPE som behandles til film. Problemet synes å være at under ekstrudering av denne spesielle harpiks, er det to aspekter ved den reologiske oppførsel som spiller en betydelig rolle, nemlig skjærkraft og forlengelse. I en filmekstruder og ekstrusjonsdyse underkastes en polymersmelte alvorlig skjæredeformasjon. Etterhvert som ekstruderingsskruen pumper smeiten til og gjennom filmdysen, underkastes smeiten et vidt spektrum av skjærhastigheter. De fleste filmekstruderingsprosesser antas å underkaste smeiten skjærkraftpåvirkning i hastigheter 10 til 5000 sek . Polymer smeiten er kjent å

vise det som vanligvis kalles skjærfortynningsoppførsel,

dvs. en ikke-Newtonsk strømningsoppførsel. Etterhvert som skjærhastigheten økes, reduseres viskositeten (forholdet mellom skjærspenning T, og skjærhastigheten y). Graden av viskositetsreduksjon avhenger av molekylvekten, dennes fordeling og molekylkonfigurasjonen, dvs. langkjedet forgrening av pclymermaterialet. Kortkjedet forgrening har liten virkning på skjærviskositeten. Generelt har høytrykks lavdensitets polyetylener en bred molekylvektsfordeling og viser øket sk jærf ordelingsoppf ørsel .i sk jærhastighet sområde soium er vanlig for filmekstrudering. Harpikser med snever mole-kylvektsf ordeling som benyttes ifølge oppfinnelsen, viser redusert skjærfortynningsoppførsel ved ekstruderings skjærhastigheter. Konsekvensen av disse forskjeller er at harpiksene med snever fordeling som brukes ifølge oppfinnelsen, krever høyere kraft og utvikler høyere trykk under ekstrudering enn høytrykks lavdensitets polyetylenharpikser med bred mole-kylvektsf ordeling og med ekvivalent midlere molekylvekt.

Reologien av polymermaterialene studeres vanligvis i skjærdeformering. Ved enkelt skjærkraftpåvirkning er has-tighetsgradienten for den deformerende harpiks loddrett på strømningsretningen. Deformeringsmåten er eksperimentelt hen-siktsmessig, men bringer ikke den vesentlige informasjon for å forstå materialresponsen ved filmfremstillingsprosesser. Som man kan definere en skjærviskositet uttrykt ved skjærspenning og skjærhastighet, nemlig:

n skjær = T12/-y

der n skjær = skjærviskositet i poise

2

T 12 = skjær spenning i dyn/cm

= skjærhastighet i sek

kan en forlengelsesviskositet defineres uttrykt ved vanlig spenning og tøyningshastighet, nemlig:

n f ori. = ir/é

ri f ori. = forlengelsesviskositet i poise ir = vanlig spenning i dyn/cm

-1

= tøyningshastighet, sek

På grunn av den høye skjærspenning som utvikles under ekstrudering av en høy molekylvekts etylenpolymer med snever molekylvektfordeling opptrer smeltefrakturering, spesielt haiskinn smeltefrakturering. Haiskinn smeltefrakturering er beskrevet i litteraturen for et antall polymerer. "Haiskinn" er et uttrykk som benyttes for å beskrive en spe-siell type overflateirregularitet som opptrer under ekstrudering av visse termoplastiske materialer under bestemte betingelser. Denne type frakturering karakteriseres ved en serie rygger eller kammer loddrett på strømningsretningen,

og er beskrevet av J.A. Brydson, "Flow Properties of Polymer Melts", Van Nostrand-Reinhold Company (1970), side 78-81.

I den foreliggende prosess bestemmes inntreden av haiskinn smeltefrakturering ved visuell observering av over-, flaten av filmen i den endelige form, dvs. etter filmopp-vikling. Spesielt er denne prosedyre for bestemmelse av haiskinn smeltefrakturering som følger: Filmen betraktes og undersøkes under en Nikon profilprojektor modell 6E med 20 gangers forstørrelse under anvendelse av transmittert lys. Denne observasjon viser en ikke-kantet overflate (uten smeltefrakturering) til kantet overflate under smeltefrakturerings-forhold. I en annen teknikk kan filmen holdes opp mot lyset og undersøkes visuelt med det blotte øye for å bestemme nær-været, alvorligheten eller fraværet av smeltefrakturering.

De heri beskrevne etylenpolymerer med snever mole-kylvektf ordeling viser karakteristisk haiskinn smeltefrakturering ved ekstrudering ved bruk av de tidligere kjente eks-truderingsprosesser. Disse karakteristika omfatter et mønster av bølgeforvrengning loddrett på strømningsretningen; opp-treden ved lave ekstruderingshastigheter (mindre enn det som forventes for elastisk turbulens); ikke bevirket av bruken av vanlig benyttede metalldysematerialer; bg mindre smeltefrakturering med økende temperatur.

Det er forskjellig kjente metoder for eliminering av haiskinn smeltefrakturering i polymeren. Disse metoder omfatter økning av harpikstemperaturen. Imidlertid er denne metode ved filmfremstilling ikke kommersielt brukbar fordi økning av harpikstemperaturen vanligvis forårsaker lavere grader av filmdannelse på grunn av bobleustabilitet eller varmeoverføringsbegrensninger. En annen metode for å elimi-nere haiskinn beskrevet i US PS 3.920.782. Ved denne metode kontrolleres eller reguleres haiskinndannelse under ekstrudering av polymermaterialer ved avkjøling av et ytre sjikt av materialet til nær smeltetemperaturen, slik at den kommer ut fra dysen med redusert temperatur, mens den bibeholder massen av smeiten ved optimal arbeidstemperatur. Imidlertid er denne metode vanskelig å benytte og å kontrollere.

Oppfinnelsen ifølge US PS 3.920.782 er tilsynelat-ende basert på oppfinnerens konklusjoner at inntreden av haiskinn smeltefrakturering under hans driftsbetingelser med hans harpikser prinsipielt er en funksjon av å overskride en kritisk lineær hastighet med hans harpikser gjennom hans dyser ved hans driftstemperaturer. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er imidlertid inntreden av haiskinn smeltefrakturering i foreliggende søknads harpikser under deres driftsbetingelser primært en funksjon av å overskride en kritisk skjærspenning, og i en mindre grad en funksjon av å overskride en kritisk lineær hastighet.

Senere forsøk har vært gjort på å redusere haiskinn smeltefrakturering under ekstrudering av de spesielle etylenpolymerer som her beskrives ved en geometrisk forandring av dysen. F.eks. beskriver US SN 099.061 og som er en c-i-p- av US SN 001,932, en fremgangsmåte for å redusere haiskinn smeltefrakturering under ekstrudering av en smeltet lineær etylenpolymer med snever molekylvektsfordeling ved å ekstrudere polymeren gjennom en dyse med et dysegap større enn ca. 1,2 7 mm, og hvori minst en del av en flate av dyseleppen og/eller dysesteget i kontakt med den smeltede polymer, har en diver-gens- eller konvergens vinkel i forhold til strømningsaksen for den smeltede polymer gjennom dysen. I tillegg beskriver US SN 012.793 en fremgangsmåte for å danne blåste rørfilmer

i det vesentlige frie for smeltefrakturering ved å ekstrudere den spesielle polymer gjennom en ekstruderingsdyse med et dysegap på større enn ca. 1,27 mm, og med et nedtrekksforhold

på større enn ca. 2 til mindre' enn ca. 250.

Til slutt reduseres haiskinn smeltefrakturering i-følge US-SN 192.701 ved ekstrudering av polymeren gjennom en dyse med en utløpsåpning som definerer et dysegap dannet av mot hverandre stående dyseleppeflater der en overflate av dyseleppen og/eller dysestegen i kontakt med den smeltede polymer, strekker seg ut over den overfor liggende overflate av dyseleppen og/eller dysesteget i retning av aksen for strømningen av det smeltede polymer gjennom dyseutløpet, hvorved smeltefrakturering reduseres på overflaten av polymeren som forlater den utvidede dyseleppeoverflate.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan smeltefrakturering og spesielt haiskinn smeltefrakturering vesentlig elimineres på begge overflater av en ekstrudert film som dannes fra de heri nevnte polymerer, ved geometriske forandrin-ger av dysen, ved ekstrudering av etylenpolymerer med snever molekylvektfordeling ved vanlige filmekstruderingstemperaturer gjennom en dyse med en utløpsåpning som definerer et dysegap og der en overflate av dyseleppen og/eller dysesteget i kontakt med den smeltede polymer, strekker seg ut over den overfor liggende overflate av dyseleppen og/eller dysesteget i retning av strømningsaksen for den smeltede polymer gjennom dyseåpningen, og hvor nevnte forlengede dyseleppe har et spor som strekker seg rundt nevnte forlengede dyseleppe, idet sporet befinner seg motsatt overflaten av den overforliggende dyseleppe, og fortrinnsvis motsatt den ledende kant av den overforliggende dyseleppeflate, hvorved smeltefrakturering reduseres på begge overflater av polymeren som forlater dysemunningen. Anvendbarheten av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skyldes det faktum at påkjenningsfeltet ved utløpet av dysen bestemmer dannelsen av haiskinn smeltefrakturering. Således kan haiskinn smeltefrakturering kontrolleres eller elimineres ved hjelp av geometrien ved dyseutløpet.

Filmer egnet for pakningsanvendelse må ha en balanse av nøkkelegenskaper for generell sluttbruk og generell kommer-siell godtagbarhet. Disse egenskaper inkluderer filmens optiske kvalitet, f.eks. uklarhet, glans og gjennomsiktighet. Mekaniske styrkeegenskaper, slik som gjennomhullingmotstands- evne, strekkstyrke, slagstyrke, stivhet og rivfasthet er viktig. Dampgjennomgang- og gasspermeabilitetsegenskaper er viktige elementer når det gjelder innpakning av forskjellige varer. Ytelse med henblikk på omdanning til film- og paknings-utstyr påvirkes av filmegenskaper, slik som friksjonskoeffe-sient, tilstopping, varmforseglbarhet og bøyemotstandsevne. Lavdensitetspolyetylen har et vidt anvendelsesområde, slik som næringsmiddelinnpakning og innpakning av andre varer. Sekker som vanligvis fremstilles fra lavdensitetspolyetylen, omfatter transportsekker, tekstilvæsker, vaskeri- og tørrensings-poser og avfallsposer. Lavdensitetspolyetylenfilm kan benyttes som utforing i beholdere for et antall flytende og faste kjemikalier, og som beskyttende omhylling inne i trekasser. Lavdensitets polyetylenfilm kan benyttes i et antall land- og hagebruksanvendelser, slik som beskyttelse av planter og skudd, som tildekningsmateriale og for lagring av frukt og grønnsaker. Videre kan lavdensitets polyetylenfilmer benyttes i bygnings-bransjen som fuktighets- eller dampsperre. Videre kan lavdensitets polyetylenfilm belegges og påtrykkes for bruk i aviser, bøker osv.

Med en unik kombinasjon av de ovenfor nevnte egenskaper, er høytrykks lavdensitets polyetylen den viktigste av de termoplastiske innpakningsfilmer. Dette materialet står for ca. 50% av den totale anvendelse av slike filmer ved pakningsformål. Filmer fremstilt fra polymerene ifølge oppfinnelsen, fortrinnsvis etylenhydrokarbonkopolymerene, tilbyr en forbedret kombinasjon av sluttbruksegenskaper, og er spesielt egnet for mange av de anvendelser som allerede dekkes av høy-trykks lavdensitetspolyetylen. En forbedring i en hvilken som helst av egenskapene for en film, slik som eliminering eller reduksjon av haiskinn smeltefrakturering, eller en forbedring i ekstruderingsegenskapene for harpiksen, eller en forbedring i filmekstruderingsprosessen i seg selv, er av ytterst viktighet med henblikk på godkjennbarheten av filmen som en erstatning for høytrykks lavdensitets polyetylen i mange sluttanvendelser. I det tilfelleder en enkelt film ekstruderes, og som kun består av LP-LDPE harpiks, vil reduk-sjonen av smeltefrakturering opptre på begge overflater av

filmen i kontakt med dyseleppene.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere ved hjelp av

de ledsagende tegninger, der:

Fig. 1 er et riss av en ringdysj for fremstilling

av en mono-sjikt-film,

fig. 2 viser et tverrsnitt av spiraldysen med den forskutte konfigurasjon og sporet, og

fig. 3 er et forstørret riss av spordelen og dyseleppene som vist i fig. 2, og viser videre i stiplet linje filmen som passerer gjennom dysen.

Det er nu funnet at smeltefrakturering og spesielt haiskinn smeltefrakturering som oppstår under ekstrudering av en smeltet lineær etylenpolymer med snever molekylvektfordeling ved vanlige filmekstruderingstemperaturer, i det vesentlige kan elimineres eller betraktelig reduseres ved å ekstrudere nevnte polymer i gjennom en dyse med en utløpsåpning som definerer et dysegap, dannet av overfor hverandre liggende dyse-leppef later, og der en overflate av dyseleppen og/eller dysesteget i kontakt med den smeltede polymer strekker seg ut over den motsatte overflate av dyseleppen og/eller dysesteget i retning av strømningsaksen for den smeltede polymer gjennom dysemunningen, idet den forlengede dyseleppe har et spor som strekker seg rundt nevnte forlengede dyseleppe, idet sporet er anordnet motsatt overflaten av den overfor liggende dyseleppe og fortrinnsvis motsatt den ledende kant av den overfor liggende dyseleppeflate, hvorved smeltefraktureringen reduseres på overflaten av filmen som forlater den forlengede dyseleppeflate.

Den smeltede etylenpolymer ekstruderes gjennom en dyse, fortrinnsvis en ringdyse, med en forlenget dyseleppe og et spor i den forlengede del. Dysen som kan benyttes ifølge oppfinnelsen, kan være en spiralringdyse, en slissdyse o.s.v.

Fig. 1 er et tverrsnitt av en spiralring dyse 10 gjennom hvilken den smeltede termoplastiske etylenpolymer ekstruderes for å danne en monosjiktfilm, rør eller slange. Dyseblokken 12 inneholder kanaler 14 for å rette polymeren mot dysemunningen. Når smeltet termoplastisk etylenpolymer ekstruderes, spres den ut når den passerer inn i dysekanalené 14. Under henvisning til fig. 2, som er et tverrsnitt av en spiraldyse, vises det en spiraldel J, en steginngangsdel H, og dysesteget G. Under henvisning til fig. 1 og 2 ved utløpet av dysen, er det en ututslissåpning som generelt an-gis med henvisningstallet 16. Utløpsåpningen definerer et dysegap 18 som dannes av overfor hverandre liggende dyseover-flater 20 og 20'.

Som det fremgår av fig. 3, er dyseleppen 2 0 forskutt i forhold til den ytre kan av dyseleppen 20' i en avstand X. Generelt kan X være en avstand på ca. 0,25 til ca. 10,1 mm og fortrinnsvis ca. 1,27 til ca. 6,35 mm. Således er den ledende kant A av dyseleppen 20' forskutt fra den ledende kant B av dyseleppen 20. I den foretrukkede utførelsesform faller den ledende kant som definerer den ytterste del av sporet 2 2 sammen med den ledende kant B. Imidlertid skal det være klart at de ikke behøver å falle sammen, og at den ledende kant som definerer sporet, kan være en viss avstand bort fra den ledende kant B.

Avstanden W representerer det effektive dysegap som kan ligge innen området 0,38 til 3,17 mm, mens Y representerer avstanden mellom den ledende kant A og den største innover-rettede avstand i dysesporet i linje med nevnte ledende kant. Generelt er denne avstand fra ca. 0,76 til 6.35 mm, og fortrinnsvis 1,27 til 3,17 mm. Slik det best fremgår av fig. 2 . og 3, har sporet fortrinnsvis en generelt trapesoid konfigurasjon (uten bunn). Selv om andre former har hatt en viss suksess, slik som halvsirkulær, krummet osv., er det funnet at den trapesoide konfigurasjon gir de beste resultater.

Lengden av dysesporet kan være fra den ledende kant B eller noe under den ledende kant B til et punkt under den motsatt liggende ledende kant 20'.

Selv om den forlengede dyseleppe 20 er vist i for-bindelse med den ytre overflate, skal det være klart at den forlengede dyseleppe kan være på den indre overflate, i det tilfellet vil dyseutløpets_geometri være omvendt.

Som nevnt tidligere, er foreliggende fremgangsmåte egnet for fremstilling av en monosjiktfilm selv om flersjikts-

filmer også effektivt kan fremstilles.

Filmer som fremstilles som heri beskrevet, kan ekstruderes ved rørblåslings filmekstruderingsprosesser. Ved denne prosess blir en polymer med snever molekylvektsfordeling ekstrudert gjennom en ekstruder. Denne ekstruder kan ha en ekstruderingsskrue med et forhold mellom lengde og diameter på mellom 15:1 og 21:1, slik det er beskrevet i US SN 940.005, inngitt på ny som US-SN 064.399. Denne søknad beskriver at denne ekstruderingsskrue inneholder en tilmatnings-, overfør-ings- og doseringsseksjon. Eventuelt kan ekstruderingsskruen inneholde en blandeseksjon slik som beskrevet u US-PS 3.486.192, 3.730.492 og 3.756.574. Fortrinnsvis er blande-seks jonen anordnet ved skruespissen.

Ekstruderen som her kan benyttes har et forhold mellom lengde og indre diameter i løpet på 18:1 til 32:1. Ekstruderingsskruen som benyttes ifølge foreliggende oppfinnelse kan ha et forhold mellom lengde og diameter på 15:1

til 32:1. Når det f.eks. benyttes en ekstruderingsskrue med et forhold mellom lengde og diameter på 18:1 i en 24:1 ekstruder, kan det gjenværende rom i ekstruderingsløpet partielt fylles med forskjellige typer plugger, torpedoer eller statiske blandere for å redusere oppholdstiden for polymersmelten.

Den smeltede polymer ekstruderes deretter gjennom en dyse slik det skal beskrives nedenfor.

Polymeren ekstruderes ved en temperatur på ca.

162 til 260°C. Polymeren ekstruderes i en retning av verti-kalt oppover i form av et rør, selv om den kan ekstruderes nedover eller sågar til siden. Etter ekstrudering av den smeltede polymer gjennom ringdysen, ekspanderes rørfilmen i ønsket grad, den avkjøles eller tillates å avkjøle, og flat-gjøres. Rørfilmen gjøres flat ved å føre filmen gjennom en ramme og et sett valser. Disse valser drives og tilveiebringer derved midler for å trekke rørfilmen bort fra rørdysen.

Et positivt gasstrykk, f.eks. luft eller nitrogen, opprettholdes inne i den rørformede boble. Som kjent ved gjennomføring av konvensjonellefilmprosesser, kontrolleres trykket i gassen for å gi denønskede grad av utvidelse for rørfilmen. Ekspansjonsgraden, målt som forholdet mellom om kretsen for det fullt ekspanderte rør, og omkretsen av ringdysen, er innen området 1:1 til 6:1, og fortrinnsvis 1:1

til 4:1. Det rørformede ekstrudat avkjøles ved konvensjonelle teknikker, slik som luftkjøling, vannspyling eller en spindel.

"Drawdown"-egenskapene for de heri beskrevne polymerer er utmerket. "Drawdown" som defineres som forholdet mellom dysegap og produktet av filmtykkelse og oppblåsings-forhold, holdes større enn 2 til mindre enn ca. 250, og fortrinnsvis større enn ca. 25 til mindre enn ca. 150.<:>Meget tynne filmer kan fremstilles med høy "drawdown" fra disse polymerer selv når nevnte polymer er sterkt forurenset med fremmredpartikler og/eller gel. Tynne filmer på ca. 0,24

til 0,076 mm kan behandles til å vise endelige forlengelser MD på over ca. 400% til ca. 700%, og TD større enn ca. 500%

til ca. 700%. Videre anses disse filmer ikke som "splitty". Dette er et kvalitativs uttrykk som beskriver opprivnings-responsen for en film ved høye deformasjonshastigheter. Be-grepet reflekterer fremskridelseshastighet for et riss. Det er et sluttbrukkarakteristikum for visse typer filmer, og er ikke helt ut forstått fra et fundamentalt synspunkt.

Når polymeren forlater ringdysen, avkjøles ekstrudatet og temperaturen faller til under smeltepunktet og det blir fast. De optiske egenskaper for ekstrudatet forandres når krystallisering: inntrer, og det dannes frostlinje. Posi-sjonen for denne frostlinje over ringdysen er et mål på av-kjølingshastigheten for filmen. Denne avkjølingshastighet har en meget markert virkning på de optiske egenskaper for filmen som her fremstilles.

Etylenpolymeren kan også ekstruderes i form av en stav eller et annet fast tverrsnitt ved bruk av den samme dysegeometri kun for den ytre overflate. I tillegg kan etylenpolymeren også ekstruderes til rør gjennom ringdyser.

Filmer fremstilt som beskrevet heri kan også ekstruderes ved spaltfilmekstrudering. Denne filmekstruderingsmetode er velkjent i denne teknikk, og omfatter ekstrudering av en folie av smeltetpolymer gjennom en spaltdyse, og deretter av- kjøle ekstrudatet, f.eks. ved bruk av en avkjølt støpevalse eller et vannbad. Ved kjølevalseprosessen kan filmen ekstruderes horisontalt og legges på toppen av kjølevalsen eller den kan ekstruderes nedover og trekkes under kjølevalsen. Ekstru-datavkjølingshastigheten i spaltstøpeprosessen er meget høy. Kjølevalsen eller vannbadkjølingen er så hurtig at ekstrudatet avkjøles til under smeltepunktet, krystallitter kjernedannes meget hurtig, og supramolekylstruktur har liten tid til å vokse og sferulitter holdes på meget liten størrelse. De optiske egenskaper for spaltstøpefilmen er sterkt forbedret i forhold til de karakteristiske filmer som benytter langsomme avkjølingshastigheter, rørblåseekstruderingsprosessen. For-bindelsestemperaturene i spaltestøpefilmekstruderingen ligger vanligvis meget høyere enn de som er karakteristiske for rørblåslingsprosessen. Smeltestyrken er ikke en prosentbe-grensning i denne filmekstruderingsmetode. Både skjærviskositet og forlengelsesviskositet reduseres. Filmen kan generelt ekstruderes ved høyere utløpshastighet enn det som praktiseres ved filmblåsing. De høyere temperaturer reduserer skjærspen-ningen i dysen, og hever terskelen for smeltefrakturering.

Filmen som fremstilles ifølge oppfinnelsen har en tykkelse på over ca. 0,0025 mm til ca. 0,5 mm, fortrinnsvis større enn 0,0025 til 0,25 mm, og aller helst 0,0025 til 0,1 mm. Denne sistnevnte karakteriseres ved følgende egenskaper: En punkteringsmotstandsveri på over 7,0 tommer punt/ mil; en endelig forlengelse på over 400%, en termisk krymping på mindre enn 3% etter oppvarming til 105 til 110°C, og av-kjøling til romtemperatur; strekkslagstyrke på over ca. 500 til ca. 2000 fot pund/tomme 3 og strekkstyrke større enn ca.

14 0 til ca. 4 90 kg/cm<2>.

Forskjellige konvensjonelle additiver, slik som slippmidler, antiblokkeringsmidler og antioksydanter kan inn-arbeides i filmen i henhold til konvensjonell praksis.

Polymerene som kan benyttes ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er lineære homopolymerer av etylen eller lineære kopolymerer med en hovedmol-% (^90%) av etylen og en mindre mol-% andel (£ 10%) av en eller flere C3til Cg alfaolefiner. Disse Cn- s til CoQalfaolefiner bør ikke inneholde noen forgrening på noen av karbonatomene som er nærmere enn det 4. kar-bonatom. De foretrukne C., til Cg alfaolefiner er propylen, buten-1, penten-1, heksen-1, 4-metylpenten-l og okten-1.

Etylenpolymerene har et smelte-flyt-forhold på

<>>22 til <32, og fortrinnsvis<>>25 til ^ 30. Verdien for smelte-flyt-forholdet er ytterligere en måte for indikering av molekylvektsfordeling for en polymer. Et smelte-flyt-forhold (MFR) på ? 22 til - 32 tilsvarer således en Mw/Mn verdi på ca. 2,7 til ca. 4,1.

Homopolymerene har en densitet på ca. 2 0,958 til 0,972 og fortrinnsvis ca.2-0,961 til ± 0,968.

Kopolymerene har en densitet på ca. Z 0,91 til

0,96, helst20,917 til ± 0,915, og aller helst ca. > 0,917 til - 0,935.Densiteten for kopolymeren ved et gitt smelte-indeksnivå for kopolymeren reguleres primært av mengden av C^til Cg komonomerer som kopolymeriseres med etylen. I fra-vær av komonomerer vil etylenhomopolymerisere med katalysa-toren ifølge oppfinnelsen for å gi homopolymerer med en densitet på ca. 2 0,96. Således resulterer tilsetning av pro-gresivt større mengder komonomerer til kopolymeren i en progresiv reduksjon av densiteten i kopolymeren. Mengden av hver av de forskjellige C^til Cg kopomonomerer som er nød-vendig for å oppnå det samme resultat, vil variere fra monomer til monomer under de samme reaksjonsbetingelser.

For således å oppnå de samme resultater i kopoly-mernee, uttrykt ved en gitt densitet, ved et gitt smelteindeks-nivå, må størré mengder forskjellige mengder komonomerer være nødvendige i størrelsesorden C-,>C >C >C,^C_^C0 .

3 4 5 6 7 8

Melteindeksen for en homopolymer eller kopolymer

er en refleks av molekylvekten. Polymerer med relativt høy molekylvekt har relativt høye viskositeter og lav smelteindeks. Etylenpolymerer med ultrahøy molekylvekt har en høy belastnings (HLMI) smelteindeks på ca. 0,0 og etylenpolymerer med meget høy molekylvekt har en (HLMI) på ca. 0,0 til ca.

1,0. Polymerene ifølge oppfinnelsen har en standard eller vanlig belastningssmelteindeks på 2 0,0 til ca. 50, og fortrinnsvis ca. 0,5 til 35, og en (HLMI) på ca. 11 til ca. 950.

Smelteindeksen for polymerene er en funksjon av en kombinasjon av polymeriseringstemperaturen for reaksjonen, densiteten for kopolymeren og forholdet mellom hydrogen og monomer i reaksjonssystemet. Således heves smelteindeksen ved å øke polymeriseringstemperaturen og/eller ved å redusere densiteten for polymeren og/eller ved å øke forholdet mellom hydrogen og monomer.

Etylenpolymerene ifølge oppfinnelsen har et innhold av umettede grupper på 1, og vanligvis<>>0,1 til ^ 0,3, C=C/1000 karbonatomer og et innhold av cykloheksen-ekstraher-bare stoffer på mindre enn ca. 3 og fortrinnsvis mindre enn ca. 2 vekt-%.

Etter å ha forklart den generelle art av oppfinnelsen, skal de følgende eksempler illustrere spesielle utførel-sesformer av denne. Det skal imidlertid være klart at oppfinnelsen ikke er begrenset til eksemplene fordi oppfinnelsen kan praktiseres ved bruk av forskjellige modifikasjoner.

Eksempel 1.

Dette eksempel viser konvensjonelle prosedyrer for ekstrudering av etylenpolymerer til rør.

En etylen-buten kopolymer ble fremstilt i henhold til det som er beskrevet i US-SN 852.325 og som er kommersielt tilgjengelig under betegnelsen "Bakelitt" GRSN 7040, ble. omdannet til et rør ved bruk av en ekstruder med diameter 63,5 mm med en standard polyetylenskrue med én Maddocks blandeseksjon. Kopolymeren hadde en densitet på 0,9197 g/cm 3 og en smelteindeks på 217 decigram/min.Kopolymeren ble omdannet til et rør som hadde en filmtykkelse på 0,038 mm og et dysegap på 1,016 mm. Sidene av dysesteget var parallelle med strømningsaksen for polymersmeiten. Det var ingen forskutt konfigurasjon og heller ikke spor i én overfor liggende dyseleppeoverflate. Harpiksen ble ekstrudert gjennom dysen i forskjellige hastigheter ved bruk av ekstruderskruehastigheter i området til 10 til 42 omdreininger/min. Det var alvorlige haiskinn smeltefrakturer for alle skruehastigheter der alvorligheten økte med økende skruehastigheter. Smeltefrakturering ble bestemt visuelt ved å holde filmen mot lyset.

Eksempel 2.

Dette eksempel viser anvendelse av en forskutt

dyse uten spor. Harpiksen som ble bennyttet i eksempel 1

ble ført gjennom det samme ekstruderingssystem som eksempel 2. Dysen som ble benyttet var lik den i eksempel 1, bortsett fra at den ene dyseleppe var forskutt 1,27 mm. Harpiksen ble ekstrudert gjennom dysen i forskjellige hastigheter opp til 4 6 omdreininger pr. min. for ekstruderskruen. Alvorlig smeltefrakturering ble observert ved visuell observasjon,

selv om ikke noe forsøk ble. gjort på å skille mellom smelte-fraktureringsnivåer på begge sider av filmen.

Eksempel 3.

Dette eksempel viser den vesentlig reduserte smeltefrakturering som observeres ved å benytte dysen med forskutt dyseleppe og spor ifølge oppfinnelsen.

Harpiksen som ble benyttet i eksempel 1 ble ført gjennom det samme ekstruderingsystem som i eksempel 1. Dysen var tilsvarende den i eksempel 1, bortsett fra forskjeller som vist i fig. 1 til 3. Avstanden X (fig. 3) var 1,27 mm. Avstanden Y var 2,28 mm. Ekstruderhastighetene ble tatt fra lave hastigheter, under 34 omdreininger pr. minutt, opp til ca. 5 6 omdreininger pr. minutt på ekstruderen. Meget lave nivåer av smeltefrakturering ble observert ved den visuelle metode ved ekstruderhastigheter opp til 56 omdr./min. Ved 56 omdr./min. (noe som er ca. 25% mer enn i de foregående eksempler) var smeltefraktureringen på et meget lavt nivå.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for reduksjon av smeltefrakturering ved ekstrudering av en smeltet lineær etylenpolymer med snever molekylvektsfordeling, under betingelser for strømningshastig—. het og smeltetemperatur som ellers ville gi høye nivåer for smeltefrakturering, og som omfatter å ekstrudere polymeren gjennom en dyse med en utløpsåpning som definerer et dysegap, dannet av overfor hverandre liggende dyseleppeoverflater, og hvori en overflate av dyseleppen og/eller dysesteget i kontakt med den smeltede polymer, strekker seg ut over den overforliggende overflate av dyseleppen og/eller dysesteget i retning av strømningsaksen for den smeltede polymer gjennom dysemunningen, karakterisert ved at den forlengede dyseleppe har et spor som strekker seg rundt den forlengede dyseleppe, idet sporet befinner seg motsatt overflaten av den overforliggende dyseleppe, hvorved smeltefrakturering reduseres på overflaten av filmén som forlater den forlengede dyseleppe-overf late.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den forlengede dyseleppe strekker seg fra ca. 0,25 til ca. 10,1 mm ut over den overforliggende dyseleppe-overf late .

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at sporet har en ledende kant som faller sammen med den ledende kant for den forlengede dyseleppe.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert ved at lengden av sporet strekker seg fra den ledende kant av den forlengede dyseleppe til et punkt opp-strøms den ledende kant av den overforliggende dyseleppe.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at nevnte spor er av generelt trapesoid konfigurasjon.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at avstanden mellom nevnte ledende kant av den overforliggende dyseleppeoverflate og den største avstand til bunnen av sporet i linje med nevnte ledende kant, er ca. 0,76 mm til 6.35 mm.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at etylenpolymeren omdannes til blåst film.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at etylenpolymeren spaltblåses til film.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at etylenpolymeren omdannes til rør.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at etylenpolymeren er en lineær lavdensitets etylenhydrokarbon kopolymer.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kopolymeren er en kopolymer av etylen og minst et C ■_ i , til Cg alfaolefin med en smelteindeks fra ca.

0,1 til ca. i 20.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert , ved at nevnte kopolymer er en kopolymer av 90 mol-% etylen og £ 10 mol-% av minst et C3 til Cg alfa-olef in ..

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12, karakterisert ved at nevnte kopolymer ha en molekylvektsfordeling på ca. 2 2,7 til ^ 6,0, og et totalt innhold av umettethet på . ca. £ 0,1 til 0,3 C=C/1000 C-atomer.