DE1504421C

DE1504421C - Verfahren zur Herstellung von uniaxial orientierten Polypropylenfilmen oder -bändern

Info

Publication number: DE1504421C
Authority: DE
Inventors: Denis J.H. Welwyn Sandiford (Großbritannien)
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Publication date: 1972-02-03

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von uniaxial orientierten Polypropylenfilmen oder-bändern, bei welchem ein extrudierter Film oder ein extrudiertes Band aus Polypropylen unmittelbar nach der Extrusion rasch auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der ein gleichförmiges Verstrecken nicht mehr möglich ist, der Film oder das Band dann wieder auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der ein Verstrecken möglich ist, und das Band dann bei einem Verstreckverhältnis von mindestens 6:1 verstreckt wird.

Unter dem Ausdruck »Polypropylen« ist hier stereoreguläres und daher kristallines Polypropylen zu verstehen. Dieser Ausdruck umfaßt weiterhin Mischpolymere von Propylen, die auf Grund der stereoregulären Natur des Polypropylens eine kristalline Struktur aufweisen. Beispiele hierfür sind Blockmisclipolymere von Propylen und Äthylen. Das Polypropylen kann auch die üblichen Zusätze enthalten, wie z. B. Farbstoffe, Pjgmente, Antistatikmittel, Gleitmittel, Antioxydationsmittel und Modifizierungsmittel.

Polypropylen wird normalerweise in kristalliner Form erhalten. Bei der Extrusion von sehr dünnen Folien ist es üblich, das extrudierte Polymer sehr rasch abzuschrecken, wobei man es in einem »smektischen« Zustand erhält. Bei diesem Zustand liegen kristalline Aggregate vor, die kleiner sind als bei der normalen kristallinen Form. Dieser Zustand ist bei Zimmertemperatur verhältnismäßig stabil, wird jedoch bei höheren Temperaturen rasch in die normale kristalline Form überführt. Eine Folie kann in diesem >>smektischen« Zustand bei Temperaturen von etwa 80 bis etwa 110° C gereckt werden. Bei 80° C erfordert die Umwandlung vom »smektischen« Zustand in die normale Form etwa JO Minuten. Über HO⁰C ist der »smektische« Zustand nur wenige Sekunden stabil.

Es ist auch bekannt, daß geeignete Reckverhältnisse zur Orientierung von Polypropylen zwischen 6: I und 15:1 und insbesondere zwischen 6 : I und 10: 1 liegen. Bei höheren Reckverhältnissen sind die zufriedenstellenden Recktemperaturen schwieriger zu kontrollieren. Wenn Polypropylen in einer Richtung gereckt wird, dann neigt es dazu, Folien oder Bänder mit mangelnder Festigkeit in der zur Reckrichtung senkrechten Richtung zu bilden. Dies ist ein schwerwiegender Nachteil, da bei Verpackungsanwendungen solche uniaxial gereckten Folien oder Bänder dazu neigen, sich in Längsrichtung zu spalten. Es ergeben sich auch Schwierigkeiten bei der biaxialen Reckung der Folie, wenn die Reckung in Längsrichtung und Querrichtung aufeinanderfolgend durchgeführt wird, da die Folie leicht reißt, wenn sie in der zweiten Richtung gereckt wird. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von uniaxial orientierten Polypropylenfilmen oder -bändern zu schaffen, die auch in der Querrichtung zur Reckrichtung eine ausreichende Festigkeit aufweisen.

Die Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs bezeichneten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verstrecken mit einer Verstreckgeschwindigkeit von mindestens 70 000°/₀/Min. ausgeführt wird.

Es hat sich herausgestellt, daß bei der Reckung einer Polypropylenfolie oder eines Polypropylenbands in einer Richtung eine Folie bzw. ein Band mit einer ausreichenden Festigkeit auch in der Richtung im rechten Winkel zur Reckrichtung erhalten wird, wenn man das Recken bei einer sehr hohen Reckgeschwindigkeit durchführt. Unter dem Ausdruck »Reckgeschwindigkeit« (°/₀/Min.) ist folgender Ausdruck zu verstehen:

2(7

(R - D,

worin Su die Geschwindigkeit der Streckwalze in m/Min, darstellt; S_f die Geschwindigkeit der Zuführwalze in m/Min, darstellt: G die Länge der Reckzone in

m/Min, darstellt und R das Keckverhältnis '''

stellt.

Aus der obigen Formel ist ersichtlich, daß eine hohe Reckgeschwindigkeit durch Verwendung eines hohen Reckverhältnisses, durch Verwendung einer kurzen Reckzone und/oder durch Hindurchführung des Films oder des Bands durch die Reckmaschine mit hoher Geschwindigkeit erzielt werden kann. Es können Reckgeschwindigkeiten angewendet werden, die beträchtlich höher als 70()00°/_n/Min.. beispielsweise 10(X)OOO⁰/,,' Min., betragen. Fe höher die Reckgeschwindigkeit ist, um so höher ist auch die Mindesttemperatur, die zur Erzielung von stabilen Reckbedingungen angewendet werden kann. Es ist jedoch nur erforderlich, eine solche Mindesttemperatur anzuwenden, wenn in der Folie oder in dem Band die maximale Längsfestigkeit erfor-

^a5 derlich ist. Um diese maximale Festigkeit zu erzielen, sollte das Reckverhältnis verhältnismäßig hoch oder die Recktemperatur verhältnismäßig niedrig sein. Es kann auch die richtige Balance dieser Bedingungen angewendet werden. Wenn die Folie durch Infrarot erhitzt wird, ist die Temperatur der Folie nicht leicht bestimmbar, und man kontrolliert dann die Temperatur durch die Wärmezufuhr. Die Anforderungen dafür werden natürlich auch durch die Geschwindigkeit beeinflußt, mit der die Folie oder das Band durch die Reckmaschine hindurchgeführt wird, sowie auch durch die Dicke der Folie oder des Bands. Die Reckung innerhalb einer kurzen Zone kann durch Reckung zwischen nahe beieinanderliegenden Walzen erfolgen, wobei die erste Walze während des Durchgangs die Folie oder das Band auf die Recktemperatur erhitzt und die zweite Walze das Band bzw. die Folie weder auf eine Temperatur unterhalb der Recktemperatur abkühlt. Man kann auch ein Paar Walzen, von denen eine für die Zuführung von Wärme und die andere für die Abführung von Wärme sorgt, zwischen Zuführ- und Quetschrollen anordnen, welche die Verstreckung der Folie bzw. des Bandes besorgen. Bei dicken Folien oder Bändern kann die Erhitzung durch die Zuführwalze mittels Tnfrarotheizer verbessert werden. Auch kann eine hohe Kühlgeschwindigkeit, wie sie für dicke Folien oder Bänder erwünscht ist, dadurch erhalten werden, daß man die Folie bzw. das Band in ein Kühlbad einführt.

Die F i g. 1 und 2 zeigen diese Arbeitsweisen. In

diesen Figuren bedeutet F die Folie bzw. das Band. Tn F i g. 1 bedeuten 1, 2 und 3 ein Zuführwalzensystem. Die Walze 3 wird erhitzt, beispielsweise durch Dampf, um die Folie oder das Band F auf die Reckungstemperatur zu bringen. Es können aber auch die Walzen 1 und 2 erhitzt werden, um eine hohe Zuführgeschwindig-

keit für die Folie oder das Band F zu ermöglichen. Die Bezugsziffern 4, 5 und 6 bedeuten Walzen für ein Walzenabzugssystem zur Reckung der Folie oder des Bands F. Die Walze 4 wird gekühlt, so daß die Folie oder das Band F auf eine Temperatur unter derjenigen

abgekühlt wird, bei dereine Reckung erfolgt. Bei diesem System ist der Abstand, über welchen die Folie oder das Band F gereckt wird, die Laufstrecke zwischen der Walze 3 und der Walze 4. In F i g. 2 bedeuten die Be-

zugsziffern 7, 8 und 9 Walzen eines geheizten Walzenzuführsystems ähnlich den Walzen 1, 2 und 3 des Walzenzuführsystems von F i g. I. Die Erhitzung durch die Walze 9 wird durch Infrarotheizer 10' und 10" unterstützt. Die Bezugszahl 11 bedeutet ein Bud, in welchem Kühlwasser in Umlauf gehalten wird. 12 ist eine Umlenkrolle, und 13 ist ein Walzensystem, welches die Reckung der Folie oder des Bandes F bewirkt. In diesem System ist der Abstand, über weichen die Folie ' oder das Band F gereckt wird, die Laufstrecke von der Walze 9 bis zum Wasser.

Eine weitere sehr zufriedenstellende Arbeitsweise ist eine solche, bei welcher die Folie oder das Band mittels Zuführwalzen erhitzt wird und durch ein System von Walzen über eine Abkühlwalze gezogen wird, wobei mittels Infrarotstrahlung die Folie oder das Band noch weiter auf die Recktemperatur erhitzt wird, und zwar kurz bevor die Folie oder das Band das zweite Walzenpaar erreicht. Die Strecke, innerhalb der die Folie bzw. das Band Recktemperatur aufweist, ist somit verhältnismäßig kurz.

F i g. 3 zeigt diese Arbeitsweise. In F i g. 3 bedeutet F wiederum eine Folie oder ein Band aus Polypropylen. Mit 14 sind Walzen eines Zuführwalzensystems für die Zufuhr der Folie oder des Bands F bezeichnet, wobei die Walzen 14 erhitzt werden können. 15 kennzeichnet Walzen eines weiteren Walzensystems zum Abziehen der Folie oder des Bands F, wobei mindestens die erste Walze mit Wasser gekühlt wird. Die Walzen 15 ziehen die Folie oder das Band F etwa 6- bis lOmal so schnell ab, wie die Folie oder das Band F durch die Walzen 14 zugeführt wird. 16 bedeutet einen Infrarotheizer. 17 und 18 sind Spiegel und eine Linse zur Bündelung der Strahlung von einem Heizer auf einem engen Streifen der Folie oder des Bands F bei 19. Der Heizer 16 wird so eingestellt, daß die Folie oder das Band F auf eine Temperatur gebracht wird, bei der die Reckung durchgeführt werden kann. 20 und 21 sind weitere Infrarotheizer, die ebenfalls dazu verwendet werden können, die Folie oder das Band Fin die Nähe der Recktemperatur zu bringen. In diesem System ist der Abstand, über welchen die Folie oder das Band F gereckt wird, gleich dem Abstand von der Stelle, wo die Reckung beginnt, bis zu der Stelle, wo die Folie oder das Band F die Kühlwalze berührt.

Die erfindungsgemäß hergestellten Folien sind überall dort brauchbar, wo man von einer Folie eine besonders hohe Festigkeit in einer Richtung und eine ausreichende Festigkeit der Querrichtung verlangt. Solche Anwendungen sind beispielsweise fotografische Filme, Tonbänder, Bänder für Rechenmaschinen, Verpakkungsbänder und -schnüre, Klebebänder, Riemenmaterial, wie z. B. Förderbänder, Gurte, Bänder für elektrische Zwecke, wie z.B. zum Umwickeln von Kabeln, Schreibmaschinenbänder, Bänder für Kondensatorwicklungen usw. Filme, die aus Mischungen aus Polypropylen und Polyterpenen hergestellt sind, eignen sich besonders für Einwickelvorgänge, wo die Folie zusammengedreht wird, da sie diese Verdrehungen leicht beibehalten.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert.

B e i s ρ i e 1 1

Unter Verwendung der in F i g. I dargestellten Vorrichtung wurde ein Polypropylenfilm, der auf eine auf 2O⁰C (nicht gezeigt) gehaltene Gießtrommel extrudiert worden war und sich im »srnektischen« Zustand befand, mit einer Geschwindigkeit von 1,5 m/Min, über die Walzen 1, 2 und 3 zugeführt, wobei die Walze 3 mit Dampf auf 85 bis 95°C erhitzt war. Die Strecke, über welcher die Folie mit einem Verhältnis von 7: I gereckt wurde, war 6,3 mm lang, was eine Reckgeschwindigkeit von 576 0OO°/_o/Min. bedeutet.

Beispiel 2

Eine Polypropylenfolie, die auf eine auf 70 ¹C gehaltene Gießtrommel extrudiert worden war und somit die übliche kristalline Form aufwies, wurde auf der in F i g. 1 gezeigten Vorrichtung gereckt, mit dem Unterschied, daß eine Zuführgeschwindigkeit von 0,9 m/Min, und ein Reckverhältnis von ⁽): 1 angewendet wurde. Die Temperatur der Walze 3 wurde durch Glycerin auf 140" C gehalten, und die Länge der Reckzone betrug ebenfalls 6,3 mm. Diese Bedingungen entsprachen einer Reckgeschwindigkeit von 576 0(K)"',, Min.

Beispiel 3

Unter Anwendung der in F i g. 3 gezeigten Vorrichtung wurde eine Polypropylenfolie, die auf eine auf 80°C gehaltene Giei3trommel extrudiert worden war, gereckt. Die Zuführung erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 4,3 m/Min., und das Reckverhältnis betrug 7:1. Der Abstand zwischen dem Beginn der Reckung und der gekühlten Walze betrug 5,1 cm. Dies entspricht einer Reckgeschwindigkeit von 201 600°/₀/Min.

Zur Kontrolle wurde die gleiche Folie unter den gleichen Bedingungen wie für Beispiel 3, jedoch mit einer Zuführgeschwindigkeit von 1,2 m/Min, gereckt. Dies ergab eine Reckgeschwindigkeit von 57 60O⁰V Min.

Die Zerreißfestigkeiten der Folie von Beispiel 2 und der Vergleichsprobe in Reckrichtung und Querrichtung wurden bestimmt.

Es wurden dabei die in der folgenden Tabelle angegebenen Werte erhalten.

Beispiel 2

Vergleichsprobe

Zerreißfestigkeiten, kg/cm* Reckungs- | Querrichtung richtung

2077
2858

183
gerissen

Auch die in den Beispielen 1 und 3 erhaltenen Folien waren von einer hohen Festigkeit in der Reckrichtung und zeigten auch in Querrichtung keinerlei Neigung zur Fibrillenbildung.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von uniaxial orientierten Polypropylenfilmen oder -bändern, bei welchem ein extrudierter Film oder ein extrudiertes Band aus Polypropylen unmittelbar nach der Extrusion rasch auf eine Temperatur abgekühlt wird, bei der ein gleichförmiges Verstrecken nicht mehr möglich ist, der Film oder das Band dann wieder auf eine Temperatur erhitzt wird, bei der ein Verstrecken möglich ist, und das Band dann bei einem Verstreckverhältnis von mindestens 6: 1 verstreckt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstrecken mit einer Verstreckgeschwindigkeit von mindestens 70 000%/Min. ausgeführt wird.