Matte, biaxial orientierte Polyesterfolie, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung
Die Erfindung betrifft eine matte, biaxial orientierte Polyesterfolie, die zu mindestens 60 Gew.-% aus einem thermoplastischen Polyester, den Mattgrad der Folie begünstigenden Pigmentsystemen sowie weiteren üblichen Additiven besteht, eine planare Orientierung Δp ≤ 0,164 besitzt und sich durch eine charakteristische matte Oberfläche bzw. Optik auszeichnet. Die Folie ist für die Verwendung als Verpackungsfolie oder für Anwendungen im industriellen Sektor gut geeignet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren für die Herstellung der Folie und ihre Verwendung.
In der EP-A-0 347 646 wird eine biaxial orientierte Polyesterfolie beschrieben, die mindestens eine Deckschicht (A) aufweist, die einen Füllstoff in einer Konzentration von 0,5 bis 50 % enthält, wobei der Durchmesser dieses Füllstoffes in einem bestimmten Verhältnis zur Schichtdicke der Deckschicht steht. Weiterhin weist die Deckschicht eine bestimmte Dicke und einen bestimmten Kristallisationsgrad auf, der mit Hilfe der Raman-Spektroskopie ermittelt wird. Auf Grund der Topographie der Deckschicht A eignet sich die Folie insbesondere für magnetische Aufzeichnungsbänder. Über den erzielten Glanz der Deckschicht A gibt die Schrift keine Auskunft.
In der EP-A-0 053 498 wird eine mehrschichtige, biaxial orientierte Polyesterfolie beschrieben, die eine transparente Basisschicht und auf mindestens einer Seite dieser Schicht eine matt scheinende weitere Schicht aufweist. Die matt scheinende Schicht besteht im wesentlichen aus einem Polyethylenterephthalat-Copolyester, dessen Copolymeres 1 bis 20 Mol-% H(-OCH2CH2-)n OH oder
H(-OCH2CH2-)fr10-CβH4-0-(CH2)CH20-)n-ι H oder
H(-OCH2CH2-)n.10-C6H4-X-C6H4-O-(CH2)CH2O-)n.1H
(n ist ein Integer von 2 bis 140, X steht für -CH2-, -C(CH3)2- oder -SO2- ) und inerte organische Partikel mit einem mittleren Durchmesser von 0,3 bis 20,0 μm in einer
Konzentration von 3 bis 40 % enthält, bezogen auf die matt scheinende Schicht. Die
Folie zeichnet sich durch einen hohen Mattgrad (Glanz < 15) und eine für gewisse
Anwendungen noch akzeptable Transparenz (≥ 60%) aus. Nachteilig an dieser Folie ist, dass sie im Fall einer ABA-Struktur nicht bedruckbar und im Fall einer AB-Struktur nicht (auf schnelllaufenden Maschinen) zu verarbeiten ist. Außerdem weist sie Mängel bei der Herstellung auf.
Ebenfalls sind nach dem Stand der Technik matte, milchig scheinende, biaxial orientierte Polyesterfolien bekannt.
In der DE-A 23 53347 wird ein Verfahren zur Herstellung einer ein- oder mehrschichtigen, milchigen Polyesterfolie beschrieben, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man ein Gemisch aus Teilchen eines linearen Polyesters mit 3 bis 27 Gew.-% eines Homo- polymeren oder Mischpolymeren von Ethylen oder Propylen herstellt, das Gemisch als Film extrudiert, den Film abschreckt und durch Verstrecken in senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen biaxial orientiert und den Film thermof ixiert. Nachteilig an dem Verfahren ist, dass das bei der Herstellung der Folie anfallende Regenerat (im wesentlichen ein Gemisch aus Polyesterrohstoff und Ethylen- oder Propylen-Mischpolymer) nicht mehr eingesetzt werden kann, da sonst die Folie gelb wird. Das Verfahren ist damit aber unwirtschaftlich und die mit Regenerat produzierte Folie konnte sich am Markt nicht durchsetzen. Bei Erhöhung der Konzentration des Mischpolymeren im Polyester verliert die Folie im allgemeinen ihren milchigen Charakter und wird weiß mit hoher Opazität.
In der US-A 3,154,461 wird ein Verfahren zur Herstellung einer biaxial orientierten Folie aus thermoplastischem Kunststoff (z.B. Polyethylenterephthalat, Polypropylen) mit matter Oberfläche beansprucht, bei dem die Folie inkompressible Partikel (z.B. Galciumcarbonat, Siliciumdioxid) in einer Größe von 0,3 bis 20,0 μm und in einer Konzentration von 1 ,0 bis 25,0 % enthält. Weiterhin ist in dieser Anmeldung eine matte Folie, hergestellt nach dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung, beansprucht. Für viele Anwendungen ist diese Folie jedoch zu trüb.
Die Verpackungsindustrie hat jedoch einen hohen Bedarf an transparenten, hochglän-
zenden Kunststofffolien wie biaxial orientierten Polypropylen- oder biaxial orientierten Polyesterfolien. Daneben besteht in zunehmendem Maße ein Bedarf an solchen transparenten Folien, bei denen zumindest eine Oberflächenschicht nicht hochglänzend ist, sondern sich durch ein charakteristisches mattes Erscheinungsbild auszeichnet und dadurch z.B. der Verpackung ein besonderes attraktives und damit werbewirksames Aussehen verleiht.
Eine nach der EP-A-0 347 646 (Beispiel 1) hergestellte Folie hatte nicht eine derart gewünschte matte Oberfläche. Der Glanz dieser Oberfläche liegt außerhalb dem in der vorliegenden Anmeldung beanspruchten Bereich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine matte, biaxial orientierte Polyesterfolie bereitzustellen, die die Nachteile der genannten Folien nach dem Stand der Technik nicht aufweist.
Gegenstand der Erfindung ist eine matte, biaxial orientierte Polyesterfolie, die zu mindestens 60 Mol-% aus einem thermoplastischen Polyester, den Mattgrad der Folie begünstigenden Pigmentsystemen sowie weiteren üblichen Additiven besteht und dadurch gekennzeichnet ist, dass die planare Orientierung Δp der Folie ≤ 0,164 ist.. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung dieser Folie und ihre Verwendung.
Die Folie gemäß der Erfindung ist zumindest einseitig mattiert und zeichnet sich insbesondere durch hervorragende optische Eigenschaften, d. h. durch einen hohen Mattgrad (d. h. einen niedrigen Glanz) bei gleichzeitig guter Transparenz, eine sehr gute Herstellbarkeit und eine sehr gute Verarbeitbarkeit aus. Sie kann daher auch auf schnelllaufenden Verarbeitungsmaschinen verarbeitet werden. Es ist weiterhin möglich, dass bei der Folienherstellung anfallendes Verschnittmaterial als Regenerat in einer Menge von bis zu 60 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Folie, wieder dem Herstellungsprozess zugeführt werden kann, ohne dass dabei die physikalischen und optischen Eigenschaften der Folie nennenswert negativ beeinflusst werden.
Zur Erzielung eines hohen Mattgrades, einer sehr guten Herstellbarkeit und einer sehr guten Verarbeitbarkeit der Folie muss entsprechend der Lösung der Aufgabe die planare Orientierung Δp der Folie gemäß der Erfindung kleiner als ein vorgegebener Zahlenwert sein. Dieser Zahlenwert ist durch Δp = 0,164 festgelegt.
Für die Herstellung einer Folie mit geringem Glanz ist demzufolge eine vergleichsweise niedrige planare Orientierung Δp erforderlich. Ist die planare Orientierung Δp der Folie größer als der oben angegebene Wert, so ist der erzielte Mattgrad der Folie und die Herstellbarkeit der Folie im Sinne der vorliegenden Erfindung schlecht. Ist dagegen die planare Orientierung Δp der Folie wie in der vorliegenden Erfindung kleiner, so ist der Mattgrad der Folie und die Herstellbarkeit der Folie Erfindung gut.
In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die planare Orientierung Δp der Folie gemäß der Erfindung vorzugsweise weniger als 0,161 und insbesondere weniger als 0,158.
In den bevorzugten Ausführungsformen zeichnet sich die Folie durch besonders hohe Eigenschaftswerte aus.
Die Folie gemäß der Erfindung besteht zu mindestens 60 Gew.-%, vorzugsweise zu mindestens 80 Gew.-%, aus einem thermoplastischen Polyester. Dafür geeignet sind Polyester aus Ethylenglykol und Terephthalsäure (= Polyethylenterephthalat, PET), aus Ethylenglykol und Naphthalin-2,6-dicarbonsäure (= Polyethylen-2,6-naphthalat, PEN), aus 1 ,4-Bis-hydroxymethyl-cyclohexan und Terephthalsäure [= Poly(1 ,4-cyclohexan- dimethylenterephthalat), PCDT] sowie aus Ethylenglykol, Naphthalin-2,6-dicarbonsäure und Biphenyl-4.4'-dicarbonsäure (= Polyethylen-2,6-naphthalatbibenzoat, PENBB) oder Mischungen daraus, wobei PET, PEN und PENBB bevorzugt sind. Die restlichen Monomereinheiten stammen aus anderen aliphatischen, cycloaliphatischen oder aromatischen Diolen bzw. Dicarbonsäuren.
Geeignete andere aliphatische Diole sind beispielsweise Diethylenglykol, Triethylen-
glykol, aliphatische Glykole der allgemeinen Formel HO-(CH2)n-OH, wobei n eine ganze Zahl von 3 bis 6 darstellt (insbesondere Propan-1 ,3-diol, Butan-1 ,4-diol, Pentan-1 ,5-diol und Hexan-1 ,6-diol) oder verzweigte aliphatische Glykole mit bis zu 6 Kohlenstoff- Atomen. Von den cycloaliphatischen Diolen sind Gyclohexandiole (insbesondere Cyclohexan-1 ,4-diol) zu nennen. Geeignete andere aromatische Diole entsprechen beispielsweise der Formel HO-C6H4-X-C6H4-OH, wobei X für -CH2-, -C(CH3)2-, -C(CF3)2-, -O-, -S- oder-SO2- steht. Daneben sind auch Bisphenole der Formel HO-C6H4-C6H4-OH gut geeignet.
Andere aromatische Dicarbonsäuren sind Benzoldicarbonsäuren, Naphthalindi- carbonsäuren, beispielsweise Naphthalin-1 ,4- oder 1 ,6-dicarbonsäure, Biphenyl-x,x'- dicarbonsäuren, z.B. Biphenyl-4,4'-dicarbonsäure, Diphenylacetylen-x,x'-dicarbonsäu- ren, z. B. Diphenylacetylen-4,4'-dicarbonsäure, oder Stilben-x,x'-dicarbonsäuren. Von den cycloaliphatischen Dicarbonsäuren sind Cyclohexandicarbonsäuren, vorzugsweise Cyclohexan-1 ,4-dicarbonsäure, zu nennen. Von den aliphatischen Dicarbonsäuren sind die (C3 bis C19) Alkandicarbonsäuren besonders geeignet, wobei der Alkanteil geradkettig oder verzweigt sein kann.
Die Herstellung der Polyester kann beispielsweise nach dem Umesterungsverfahren erfolgen. Dabei wird von Dicarbonsäureestern und Diolen ausgegangen, die mit den üblichen Umesterungskatalysatoren, wie Zink-, Calcium-, Lithium-, Magnesium- und Mangan-Salzen, umgesetzt werden. Die Zwischenprodukte werden dann in Gegenwart allgemein üblicher Polykondensationskatalysatoren, wie Antimontrioxid oder Titan- Salzen, polykondensiert. Die Herstellung kann ebenso gut nach dem Direktver- esterungsverfahren in Gegenwart von Polykondensationskatalysatoren erfolgen. Dabei wird direkt von den Dicarbonsäuren und den Diolen ausgegangen.
Zur Erzielung der gewünschten Mattheit/des gewünschten Mattgrades enthält die Folie im allgemeinen ein bestimmtes Pigmentsystem in einer wirksamen Menge von 1 ,0 bis 10,0 Gew.-%, bezogen auf die Schicht. Vorzugsweise beträgt die Partikelkonzentration 1 ,1 bis 9,0 Gew.-% und inbesondere 1,2 bis 8,0 Gew.-%. Typische, den Mattgrad der
Folie begünstigende Partikelsysteme sind anorganische und/oder organische Partikel, beispielsweise Calciumcarbonat, amorphe Kieselsäure, Talk, Magnesiumcarbonat, Bariumcarbonat, Calciumsulfat, Bariumsulfat, Lithiumphosphat, Calciumphosphat, Magnesiumphosphat, Aluminiumoxid, Lithiumfluorid, Calcium-, Barium-, Zink- oder Mangan-Salze der eingesetzten Dicarbonsäuren, Ruß, Titandioxid, Kaolin oder vernetzte Polymerpartikel, z.B. Polystyrol- oder Arcrylat-Partikel.
Daneben können auch Mischungen von zwei und mehreren verschiedenen Partikelsystemen oder Mischungen von Partikelsystemen in gleicher Zusammensetzung, aber unterschiedlicher Partikelgröße gewählt werden. Die Partikel können den Polymeren der Folie in den jeweils vorteilhaften Konzentrationen, z. B. als glykolische Dispersion während der Polykondensation oder vorzugsweise über Masterbatche bei der Extrusion zugegeben werden.
Bevorzugte Partikel sind SiO2 in kolloidaler und in kettenartiger Form. Diese Partikel werden sehr gut in die Polymermatrix eingebunden.
Die eingesetzten Pigmente besitzen einen mittleren Durchmesser (d50-Wert) im Bereich von 2,0 bis 8,0 Im, wobei die Streuung des Durchmessers (ausgedrückt durch den SPAN 98) ≤ 1,8 ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Folie gemäß der vorliegenden Erfindung ein Pigmentsystem, bei dem der mittlere Durchmesser im Bereich von 2,1 bis 7,9 μm liegt und die Streuung kleiner als 1,7 ist. Insbesondere liegt der mittlere Durchmesser im Bereich von 2,2 bis 7,8 μm, und die Streuung beträgt ≤ 1 ,6.
In einer anderen günstigen Ausführungsform enthält die Folie neben dem Polyethylen- terephthalat-Homopolymer oder dem Polyethylenterephthalat Copolymer eine weitere polymere Komponente I. Diese Komponente I ist ein Polyethylenterephthalat-Copoly- mer, welches aus dem Kondensationsprodukt der folgenden Monomeren bzw. deren zur Bildung von Polyestem befähigten Derivaten besteht:
65 bis 95 Mol-% Isophthalsäure;
0 bis 30 Mol-% wenigstens einer aliphatischen Dicarbonsäure mit der Formel
HOOC(CH2)nCOOH, wobei n im Bereich von 1 bis 11 liegt; 5 bis 15 Mol-% wenigstens eines Sulfomonomeren enthaltend eine Alkalimetall- sulfonatgruppe an dem aromatischen Teil einer Dicarbonsäure; die zur Bildung von 100 Mol-% Kondensat notwendige stöchiometrische Menge eines copolymerisierbaren aliphatischen oder cycloaliphatischen Glykols mit 2 bis 11 Kohlenstoffatomen; wobei die Prozentangaben jeweils bezogen sind auf die Gesamtmenge der die Komponente I bildenden Monomeren. Zur ausführlichen Beschreibung der Komponente I siehe auch die EP-A-0 144 878, auf die hier Bezug genommen wird.
Komponente I wird zweckmäßigerweise als eine weitere polymere Komponente der Folie zugefügt, wobei der Gewichtsanteil bis zu 30 Gew.-% ausmachen kann. Die Komponente I bildet in diesem Fall mit den anderen in dieser Schicht vorhandenen Polymeren ein Blend oder eine Mischung oder aber auch ein Copolymeres durch Umesterung während des Extrusionsvorganges.
Unter Mischungen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind mechanische Mischungen zu verstehen, welche aus den Einzelkomponenten hergestellt werden. Im allgemeinen werden hierzu die einzelnen Bestandteile als gepresste Formkörper kleiner Größe, z. B. linsen- oder kugelförmiges Granulat, zusammengeschüttet und mit einer geeigneten Rüttelvorrichtung mechanisch miteinander gemischt. Eine andere Möglichkeit für die Erstellung der Mischung besteht darin, dass die Komponente I und das entsprechende Polymere für die jeweilige Schicht jeweils für sich getrennt dem Extruder zugeführt werden und die Mischung im Extruder, bzw. in den nachfolgenden schmelzeführenden Systemen durchgeführt wird.
Ein Blend im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein legierungsartiger Verbund der einzelnen Komponenten, welcher nicht mehr in die ursprünglichen Bestandteile zerlegt werden kann. Ein Blend weist Eigenschaften wie ein homogener Stoff auf und kann entsprechend durch geeignete Parameter charakterisiert werden.
Die matt scheinende Folie wird in einer günstigen Ausführungsform durch folgendende Parameter gekennzeichnet a) die Rauigkeit der Folie, gekennzeichnet durch den Ra-Wert, liegt im Bereich von 150 bis 1000 nm, vorzugsweise 175 bis 950 nm und insbesondere 200 bis 900 nm. Kleinere Werte als 150 nm haben negative Auswirkungen auf den Mattheitsgrad der Oberfläche, größerer Werte als 1000 nm beeinträchtigen die optischen Eigenschaften der Folie. b) Der Messwert der Gasströmung liegt im Bereich von 1 bis 50 s, bevorzugt im Bereich von 1 bis 45 s. Bei Werten oberhalb von 50 wird der Mattheitsgrad der Folie negativ beeinflusst.
Die Folie kann ebenfalls zusätzlich übliche Additive, wie beispielsweise Stabilisatoren und/oder Pigmente (= Füller) enthalten. Als Stabilisatoren werden vorteilhaft beispielsweise Phosphorverbindungen, wie Phosphorsäure oder Phosphorsäureester, eingesetzt.
Die Gesamtdicke der Folie gemäß der Erfindung kann innerhalb bestimmter Grenzen variieren. Sie beträgt 3 bis 500 μm, vorzugsweise 4 bis 300 μm, insbesondere 5 bis 250 μm.
Bei der Herstellung der Folie wird die entsprechende Schmelze durch eine Flachdüse extrudiert, die so erhaltene Folie zur Verfestigung auf einer oder mehreren Walze/n abgezogen, anschließend biaxial gestreckt (orientiert), danach thermofixiert und gegebenenfalls an der zur Behandlung vorgesehenen Oberflächenschicht noch corona- oder flammbehandelt.
Die biaxiale Streckung (Orientierung) wird im allgemeinen aufeinanderfolgend durchgeführt, wobei diese Streckung, bei der zuerst längs (in Maschinenrichtung) und dann quer (senkrecht zur Maschinenrichtung) gestreckt wird, bevorzugt ist. Die biaxiale Streckung der Folie kann daneben aber auch in einer besonderen Ausführungsform simultan erfolgen.
Zunächst wird/werden, wie beim Extrusionsverfahren üblich, das Polymere bzw. die Polymermischungen in einem Extruder komprimiert und verflüssigt, wobei die gegebenenfalls als Zusätze vorgesehenen Additive bereits im Polymer bzw. in der Polymermischuiig enthalten sein können. Die Schmelze wird dann durch eine Flachdüse (Breitschlitzdüse) gepresst, und die ausgepresste Schmelze wird auf einer oder mehreren Abzugswalzen abgezogen, wobei die Schmelze abkühlt und sich zu einer Vorfolie verfestigt.
Die biaxiale Streckung wird im allgemeinen sequentiell durchgeführt. Dabei wird die Vorfolie vorzugsweise zuerst in Längsrichtung (d. h. in Maschinenrichtung, = MD- Richtung) und anschließend in Querrichtung (d. h. senkrecht zur Maschinenrichtung, = TD-Richtung) gestreckt. Dies führt zu einer räumlichen Ausrichtung (Orientierung) der Polymerketten. Das Strecken in Längsrichtung lässt sich mit Hilfe zweier, entsprechend dem angestrebten Streckverhältnis verschieden schnell rotierender Walzen durchführen. Zum Querstrecken benutzt man allgemein einen entsprechenden Kluppenrahmen, in dem die Folie an beiden Rändern eingespannt und dann bei erhöhter Temperatur nach beiden Seiten gezogen wird.
Die Temperatur, bei der die Streckung durchgeführt wird, kann in einem relativ großen Bereich variieren und richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften der Folie. Im allgemeinen wird die Längsstreckung bei einer Temperatur im Bereich von 80 bis 130 °C und die Querstreckung im Bereich von 90 bis 150 °C durchgeführt. Das Längsstreck- verhältnis liegt allgemein im Bereich von 2,5:1 bis 6:1 , bevorzugt von 3:1 bis 5,5:1. Das Querstreckverhältnis liegt allgemein im Bereich von 3,0:1 bis 5,0:1 , bevorzugt von 3,5:1 bis 4,5:1. Vor der Querstreckung kann man eine oder beide Oberfläche(n) der Folie nach den bekannten Verfahren in-line beschichten. Die in-line-Beschichtung kann beispielsweise zu einer verbesserten Haftung einer Metallschicht oder einer eventuell später aufzubringenden Druckfarbe, aber auch zur Verbesserung des antistatischen Verhaltens oder des Verarbeitungsverhaltens dienen.
Für die Herstellung einer Folie mit einem sehr hohen Mattgrad und einer verbesserten
Herstellbarkeit (die Folie neigt beim Verstrecken weniger zu Abrissen) hat es sich als erfindungswesentlich erwiesen, wenn die planare Orientierung Δp der Folie kleiner ist als Δp = 0,164, bevorzugt ≤ Δp = 0,161 und insbesondere < Δp = 0,158. In diesem Fall wird die Rauigkeit der Folie erhöht. Dies äußert sich in einem verbesserten Mattgrad, einer besseren Einbindung der Pigmente in die Polymermatrix und in einer verbesserten Transparenz. Auch wird die Festigkeit der Folie in Dickenrichtung größer, was sich wiederum in einer verbesserten Prozesssicherheit der Folie beim Herstellprozess zeigt. Aufgrund der erhöhten Festigkeit in Dickenrichtung neigt die Folie während des Herstellprozesses weniger zum Ein- und Weiterreißen.
Es hat sich herausgestellt, dass die wesentlichen Einflussgrößen auf die planare Orientierung Δp die Verfahrensparameter in der Längsstreckung und in der Querstreckung sind, sowie der SV-Wert des verwendeten Rohstoffes. Zu den Verfahrensparametern gehören insbesondere die Streckverhältnisse in Längs- und in Querrichtung (λMD und λTD), die Strecktemperaturen in Längs- und in Querrichtung (TMD und TTD), die Folienbahngeschwindigkeit und die Art der Streckung, insbesondere diejenige in Längsrichtung der Maschine.
Erhält man beispielsweise auf einer Folienanlage Δp -Werte, die oberhalb der Werte gemäß der Erfindung liegen (z. B. planare Orientierung Δp = 0,171), so können Folien gemäß der Erfindung hergestellt werden, indem man in der Längsstreckung und in der Querstreckung die Temperaturen erhöht und/oder in Längsstreckung und in der Querstreckung die Streckverhältnisse erniedrigt. Übliche Werte für die genannten Parameter bei Folien, die nicht für Mattfolien gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, sind z.B.
Bei den Folien gemäß der Erfindung liegen die Temperaturen und Streckverhältnisse im allgemeinen innerhalb von Bereichen, wie sie die untenstehende Tabelle wiedergibt:
Ein weiteres Absenken des Streckverhältnisses λMD ist nicht möglich, da sich sonst in der Folie Defekte zeigen, die unerwünscht sind. Wird beispielsweise das Längsstreck- verhältnis λMD unterhalb einem Wert von 2,5 abgesenkt, so erhält man in der Folie Querschläge, die man z.B. nach dem Metallisieren der Folie deutlich in der Metallschicht sieht.
Wird beispielsweise mit einer Maschine ein Δp - Wert von 0, 173 mit dem Parametersatz λMD = 4,5 und λTD = 4,2, den Strecktemperaturen in Längs- und in Querrichtung TMD = 114 °C und TTD = 121 °C erzielt, so erhält man durch Erhöhung der Längsstrecktempe- ratur auf TMD = 125 °C oder durch Erhöhung der Querstrecktemperatur auf TTD = 135 °C oder durch Absenkung des Längstreckverhältnisses auf λMD = 3,8 oder durch Absenkung des Querstreckverhältnisses auf λTD = 3,7 einen Δp - Wert von 0,162. Die Folienbahngeschwindigkeit betrug hierbei 340 m/min und der SV-Wert des Materials etwa 730. Die angegeben Temperaturen beziehen sich bei der Längsstreckung auf die jeweiligen Walzentemperaturen und bei der Querstreckung auf die Folientemperaturen, die mittels IR (infrarot) gemessen wurden.
Generell werden die gewünschten Werte dann errreicht, wenn von einem Parametersatz ausgegangen wird, bei dem die Folie nicht die Δp-Werte gemäß der Erfindung besitzt, indem entweder a) die Strecktemperatur in MD-Richtung um ΔT = 3 bis 15 K erhöht, bevorzugt um ΔT = 5 bis 12 K erhöht und insbesondere um ΔT = 7 bis 10 K erhöht oder
b) das Streckverhältnis in MD-Richtung um Δλ = 0, 3 bis 0,8 erniedrigt, bevorzugt um Δλ = 0,35 bis 0,7 erniedrigt und insbesondere um Δλ = 0, 4 bis 0,6 erniedrigt oder c) die Strecktemperatur in TD-Richtung um ΔT = 4 bis 15 K erhöht, bevorzugt um ΔT = 5 bis 12 K erhöht und insbesondere um ΔT = 6 bis 10 K erhöht oder d) das Streckverhältnis in TD-Richtung um Δλ = 0, 3 bis 0,8 erniedrigt, bevorzugt um Δλ = 0,35 bis 0,7 erniedrigt undinsbesondere um Δλ = 0, 4 bis 0,6 erniedrigt wird.
Sofern zweckmäßig, können auch eine oder mehrere der obigen Maßnahmen a) bis d) miteinander kombiniert werden. Als besonders günstig hat es sich dabei erwiesen, die Maßnahmen a) und b) miteinander zu kombinieren.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden zur Herstellung der Folie mit einer planaren Orientierung von Δp ≤ 0,164 die Maßnahmen a) und b) derart miteinander kombiniert, dass zwischen der Strecktemperatur in MD-Richtung TMD und dem Streckverhältnis in MD- Richtung folgender Bereich eingehalten wird:
110 + 3,0 - λMD ≤ TMD ≤ 110 + 5,0 - λMD Gl. 1
In Figur 1 ist dieser Bereich durch den Streifen zwischen der oberen Geraden und der unteren Geraden dargestellt. Bei der Festlegung der Bedingungen kann man dabei wie oben angegeben vorgehen. Bei Einhaltung von Gl. 1 ist gewährleistet, dass die Δp -Werte immer kleiner als 0, 164 sind und eine Folie mit optimiertem Mattgrad hergestellt wird.
Bei der nachfolgenden Thermofixierung wird die Folie über eine Zeitdauer von etwa 0,1 bis 10 Sekunden bei einer Temperatur von 150 bis 250 °C gehalten. Anschließend wird die Folie in üblicher Weise aufgewickelt.
Gegebenenfalls wird/werden nach der biaxialen Streckung eine oder beide Oberfläche/n der Folie nach einer der bekannten Methoden corona- oder flammbehandelt. Die Behandlungsintensität liegt im allgemeinen im Bereich von über 45 mN/m.
Zur Einstellung weiterer gewünschter Eigenschaften kann die Folie nach bekannten Verfahren zusätzlich beschichtet werden. Typische Beschichtungen sind haftvermittelnd, antistatisch, schlupfverbessernd oder dehäsiv wirkende Schichten. Es bietet sich an, diese zusätzliche Schichten über in-line-Beschichtung mittels wässriger Dispersionen vor dem Streckschritt in Querrichtung auf die Folie aufzubringen.
Die Folie eignet sich hervorragend für den Einsatz als Verpackungsfolie - z. B. als flexible Verpackung - oder für Anwendungen im industriellen Sektor - z. B. im Prägefolien- oder Trennfolienbereich-, und zwar speziell dort, wo ihre ausgezeichneten optischen Eigenschaften und ihre gute Verarbeitbarkeit voll zum Tragen kommen. Ganz besonderes ist sie für den Einsatz auf schnelllaufenden Verpackungsmaschinen geeignet.
Die nachstehende Tabelle 1 fasst die wichtigsten Folieneigenschaften zusammen.
Die einzelnen Eigenschaften wurden wie folgt geprüft:
SV-Wert (Standard viscosity)
Die Standardviskosität SV (DCE) wird in Anlehnung an DIN 53726 in Dichloressigsäure gemessen.
Die intrinsische Viskosität (IV) berechnet sich wie folgt aus der Standardviskosität IV (DCE) = 6,907- 10"4 SV (DCE) + 0,063096
Reibung
Die Reibung wird nach DIN 53375 bestimmt. Die Bestimmung der Gleitreibungszahl (COF) erfolgt 14 Tage nach der Produktion.
Oberflächenspannung
Die Oberflächenspannung wird mittels der sogenannten Tintenmethode (DIN 53364) bestimmt.
Trübung
Die Trübung nach Holz wird in Anlehnung an ASTM-D 1003-52 bestimmt, wobei jedoch zur Ausnutzung des optimalen Messbereichs an vier übereinanderliegenden Folienlagen gemessen und anstelle einer 4°-Lochblende eine 1 °-Spaltblende eingesetzt wird.
Glanz
Der Glanz wird nach DIN 67 530 bestimmt.. Gemessen wird der Reflektorwert als optische Kenngröße für die Oberfläche einer Folie. Angelehnt an die Normen ASTM-D 523-78 und ISO 2813 wird der Einstrahlwinkel mit 20° oder 60° eingestellt. Ein Lichtstrahl trifft unter dem eingestellten Einstrahlwinkel auf die ebene Prüffläche und wird von dieser reflektiert bzw. gestreut. Die auf den photoelektronischen Empfänger auffallenden Lichtstrahlen werden als proportionale elektrische Größe angezeigt. Der Messwert ist dimensionslos und muss zusammen mit dem Einstrahlwinkel angegeben werden.
Oberflächengasströmungszeit
Das Prinzip des Messverfahrens basiert auf der Luftströmung zwischen einer Folienseite und einer glatten Silizium-Wafer-Platte. Die Luft strömt von der Umgebung in einen evakuierten Raum, wobei die Grenzfläche zwischen Folie und Silizium-Wafer- Platte als Strömungswiderstand dient.
Eine runde Folienprobe wird auf einer Silizium-Wafer-Platte, in deren Mitte eine Bohrung die Verbindung zu dem Rezipienten gewährleistet, gelegt. Der Rezipient wird auf einen Druck kleiner 0,1 mbar evakuiert. Bestimmt wird die Zeit in Sekunden, die die Luft benötigt, um in dem Rezipienten einen Druckanstieg von 56 mbar zu bewirken.
Messbedingungen:
Messfläche 45,1 cm2
Anpressgewicht 1276 g
Lufttemperatur 23 °C
Luftfeuchte 50 % relative Feuchte
Gassammeivolumen 1 ,2 cm3
Druckintervall 56 mbar
Bestimmung der planaren Orientierung Δp
Die Bestimmung der planaren Orientierung erfolgt über die Messung der Brechungsindizes mit dem Abbe-Refraktometer nach einer internen Betriebsvorschrift. Probenvorbereitung:
Probengröße und Probenlänge: 60 bis 100 mm
Probenbreite: entspricht Prismenbreite von 10 mm
Zur Bestimmung von nMD und a (= nz) wird die jeweils zu messende Probe aus der Folie ausgeschnitten, wobei die Laufkante der Probe exakt mit der TD-Richtung übereinstimmen muss (Probe a), während zur Bestimmung von nTD und na (= nz) die Laufkante der zu messenden Probe exakt mit der MD-Richtung übereinstimmen muss (Probe b).
Die Proben sind aus der Mitte der Folienbahn zu entnehmen. Es ist dafür Sorge zu tragen, dass das Abbe-Refraktometer eine Temperatur von 23 °C hat. Auf das vor der Messung gut gesäuberte untere Prisma wird mit Hilfe eines Glasstabes ein wenig Dijodmethan (n = 1 ,745) bzw. Dijodmethan-Bromnaphthalin-Gemisch aufgetragen. Der Brechungsindex des Gemisches muss größer als 1 ,685 sein. Darauf wird zuerst die in TD-Richtung ausgeschnittene Probe aufgelegt, so dass die gesamte Prismenoberfläche bedeckt ist. Mit Hilfe eines Papiertaschentuches wird nun die Folie fest auf das Prisma aufgebügelt, so dass die Folie fest und glatt aufliegt. Die überflüssige Flüssigkeit muss abgesaugt werden. Danach wird ein wenig von der Messflüssigkeit auf die Folie getropft. Das zweite Prisma wird heruntergeklappt und fest angedrückt. Nun wird mit Hilfe der rechten Rändelschraube die Anzeigeskala soweit gedreht, bis im Bereich 1 ,62 bis 1 ,68 ein Übergang von hell auf dunkel im Sichtfenster zu sehen ist. Ist der Übergang von hell auf dunkel nicht scharf, werden mit Hilfe der oberen Rändelschraube die Farben so zusammengeführt, dass nur eine helle und eine dunkle Zone sichtbar ist. Die scharfe Übergangslinie wird mit Hilfe der unteren Rändelschraube in den Kreuzungspunkt der beiden (im Okular) diagonalen Linien gebracht. Der nun in der Messskala angezeigte Wert wird abgelesen und in das Messprotokoll eingetragen. Dies ist der Brechungsindex in Maschinenrichtung nMD. Nun wird die Skala mit der unteren Rändelschraube soweit verdreht, dass der im Okular sichtbare Bereich zwischen 1 ,49 und 1 ,50 zu sehen ist.
Jetzt wird der Brechungsindex in nabzw. nz (in Dickenrichtung der Folie) ermittelt. Damit der nur schwach sichtbare Übergang besser zu erkennen ist, wird auf das Okular eine Polarisationsfolie gelegt. Diese ist solange zu drehen, bis der Übergang deutlich zu sehen ist. Es gilt das gleiche wie bei der Bestimmung von nMD. Ist der Übergang von hell auf dunkel nicht scharf (farbig), dann werden mit Hilfe der oberen Rändelschraube die Farben zusammengeführt, so dass ein scharfer Übergang zu beobachten ist. Diese scharfe Übergangslinie wird mit Hilfe der unteren Rändelschraube in den Kreuzungspunkt der beiden diagonalen Linien gebracht, der auf der Skala angezeigte Wert abgelesen und in die Tabelle eingetragen.
Anschließend wird die Probe gedreht und die entsprechenden Brechungsindizes nMD und na (= nz) der anderen Oberflächenseite gemessen und in eine entsprechende Tabelle eingetragen.
Nach der Bestimmung der Brechungsindizes der Probe a) wird der in MD-Richtung herausgeschnittene Probenstreifen aufgelegt und entsprechend die Brechungsindizes nTD und na (= nz) der Probe b) bestimmt. Der Streifen wird umgedreht und die Werte für die B-Seite gemessen. Die Werte für die A-Seite und die B-Seite werden zu mittleren Brechungswerten zusammengefasst. Die Orientierungswerte werden dann aus den Brechungsindizes nach den folgenden Formeln berechnet:
Δn = nMD - nTD
Δp = (nMD + nTD)/2 - nz
"av = ("MD + nτo + n z)/3
Falls die planare Orientierung Δp an der matten Folie nicht direkt messbar ist, wird sie dadurch bestimmt, dass man die Messung an einer weniger trüben Folie vornimmt, die direkt vor oder nach der matten Folie mit den identischen Verfahrensparametern produziert wurde.
Messung des mittleren Partikeldurchmessers d50
Die Bestimmung des mittleren Partikeldurchmessers d50 wird mittels Laser auf einem ®Malvern MasterSizer nach der Standardmethode durchgeführt (andere Messgeräte sind z.B. ®Horiba LA 500 oder ®Sympathec Helos, welche das gleiche Messprinzip verwenden). Die Proben werden dazu in eine Küvette mit Wasser gegeben und diese dann in das Messgerät gestellt. Der Messvorgang ist automatisch und beinhaltet auch die mathematische Bestimmung des d50-Wertes.
Der d50-Wert wird dabei definitionsgemäß aus der (relativen) Summenkurve der Partikelgrößenverteilung bestimmt: Der Schnittpunkt des 50 % Ordinatenwertes mit der Summenkurve liefert auf der Abszissenachse sofort den gewünschten d50-Wert (vgl. Figur 2).
Messung der SPAN 98
Die Bestimmung der SPAN 98 wird mit dem gleichen Messgerät durchgeführt, wie oben bei der Bestimmung des mittleren Durchmessers d50 beschrieben. Die SPAN 98 ist dabei wie folgt definiert:
SPAN 98 = (d98 - d10) / d50 Gl. 2
Für die Ermittlung von d98 und d10 wird wiederum die (relative) Summenkurve der Partikelgrößenverteilung zu Grunde gelegt. Der Schnittpunkt des 98 % Ordinatenwertes mit der Summenkurve liefert auf der Abszissenachse sofort den gewünschten d98-Wert und der Schnittpunkt des 10 % Ordinatenwertes der Summenkurve liefert auf der Abszissenachse sofort den gewünschten d10-Wert (vgl. Figur 3).
Beispiele
Bei den nachstehenden Beispielen und dem Vergleichsbeispiel handelt es sich jeweils um einschichtige, matte biaxial orientierte Folien, die auf der beschriebenen Extrusions- straße hergestellt wurden. Als Grundmaterial für die Folie und für den Einsatz im Masterbatch wurde ein Polyethylenterephthalat mit einem SV-Wert von 800 eingesetzt. Als Füllstoff wurden Kieselsäurepartikel (®Sylysia 430 der Fa. Fuji / Japan) mit einem d50-Wert von 3,4 Im und einer SPAN 98 von 1 ,4 verwendet.
Beispiel 1
Chips aus Polyethylenterephthalat (PET, hergestellt über das Umesterungsverfahren mit Mn als Umesterungskatalysator, Mn-Konzentration: 100 ppm) wurden bei einer Temperatur von 150 °C auf eine Restfeuchte von unterhalb 100 ppm getrocknet und zusammen mit dem Füllstoff dem Extruder zugeführt.
Dann wurde durch Extrusion und anschließende stufenweise Orientierung in Längs- und Querrichtung eine Folie mit einer Gesamtdicke von 12 μm hergestellt.
Mischung aus:
40 Gew.-% PET
60 Gew.-% Masterbatch aus 95 Gew.-% PET und 5,0 Gew.-% Kieselsäurepartikel.
Die Herstellungsbedingungen in den einzelnen Verfahrensschritten waren:
Extrusion: Temperaturen 287 °C
Temperatur der Abzugswalze 25 °C
Längsstreckung: Strecktemperatur: 125 °C
Längsstreckverhältnis: 4,1
Querstreckung: Strecktemperatur: 130 °C
Querstreckverhältnis 3,9
Fixierung: Temperatur: 230 °C
Dauer: 3 s
Die planare Orientierung lag mit Δp = 0,159 im Bereich der Erfindung. Die Folie hatte den geforderten niedrigen Glanz und die geforderte niedrige Trübung. Weiterhin konnte die Folie sehr gut, d. h. abrissfrei hergestellt werden und zeigte außerdem das gewünschte Verarbeitungsverhalten. Der Folienaufbau und die erzielten Eigenschaften derart hergestellter Folien sind in den Tabellen 2 und 3 dargestellt.
Beispiel 2
Gemäß Beispiel 1 wurde eine 23 μm dicke Folie hergestellt. Hierdurch bedingt wurde die Geschwindigkeit der Maschine um den Dickenfaktor abgesenkt (Ausstoß ist konstant geblieben). Um die gewünschte planare Orientierung zu erhalten, wurden die Verfahrensbedingungen leicht modifiziert. Hierdurch konnte der Glanz der Folie weiter herabgesenkt werden.
Extrusion: Temperaturen 287 °C
Temperatur der Abzugswalze 25 °C Längsstreckung: Strecktemperatur: 124 °C
Längsstreckverhältnis: 4,0 Querstreckung: Strecktemperatur: 129 °C
Querstreckverhältnis 3,9 Fixierung: Temperatur: 230 °C
Dauer: 3 s
Beispiel 3
Gegenüber Beispiel 2 wurde die Zusammensetzung der Folie geändert. Neben dem
Polyethylenterephthalat wurden jetzt 20 Gew.-% der polymeren Komponente I
dazugegeben. Die Komponente I setzte sich wie folgt zusammen:
90 Mol-% Isophthalsäure;
10 Mol-% Na-5-Sulfoisophthalsäure
Durch die Zuführung der Komponente I in die Folie wurde die Transparenz der Folie weiter verbessert.
Mischung aus:
20 Gew.-% PET
20 Gew.-% Komponente I
60 Gew.-% Masterbatch aus 95 Gew.-% PET und 5,0 Gew.-% Kieselsäurepartikel.
Vergleichsbeispiel 1
Im Vergleich zu Beispiel 1 wurde die Folie derart hergestellt, dass der Wert Δp nicht den Erfordernissen der vorliegenden Erfindung erfüllte. Die Herstellungsbedingungen in den einzelnen Verfahrensschritten waren:
Extrusion: Temperaturen 287 °C
Temperatur der Abzugswalze 25 °C Längsstreckung: Strecktemperatur: 115 °C
Längsstreckverhältnis: 4,4 Querstreckung: Strecktemperatur: 121 °C
Querstreckverhältnis 4,2
Dauer: 3 s
Der Mattgrad der Folie, die Transparenz der Folie und die Herstellbarkeit sind deutlich schlechter geworden.
Tabelle 2
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Tabelle 3
Zeichenerklärung für das Herstelllverhalten der Folien: ++ kein Abrisse, niedrige Herstellkosten häufige Abrisse, hohe Herstellkosten der Folie