DE1504421C - Verfahren zur Herstellung von uniaxial orientierten Polypropylenfilmen oder -bändern - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von uniaxial orientierten Polypropylenfilmen oder -bändernInfo
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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; Sf 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.
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.
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.
Vergleichsprobe
Zerreißfestigkeiten, kg/cm* Reckungs- | Querrichtung richtung
2077
2858
2858
183
gerissen
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 (1)
- 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.
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