DE19806452A1 - Thermoplastische Folie mit elastischen Eigenschaften und Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung derselben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Folie mit elastischen Eigenschaften gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In vielen Anwendungsfällen sind elastische Eigenschaften der Folie in wenigstens einer Richtung der Folienbahn erforder­ lich. Die Folienherstellung mit vernetzenden Elastomeren auf Basis von Kautschuk oder anderen Gummiarten erfordert eine spezielle Anlagentechnik mit aufwendiger Heiztechnik um die Vernetzung zu bewirken. Um diese Probleme bei der Herstellung von Folien mit elastischen Eigenschaften zu vermeiden, ist es bekannt, solche Folien aus thermoplastischen Elastomeren (TPE) herzustellen. Thermoplastische Elastomere werden in gleichartiger Weise wie die thermoplastischen, zur Folienher­ stellung geeigneten Kunststoffe verarbeitet und es werden gleiche Anlagen zu Herstellung verwendet. Aus thermoplasti­ sche Elastomeren hergestellte Folien weisen hohe elastische Dehnungen von ca. 200% und Bruchdehnungen von ca. 800% auf.

Nachteilig ist jedoch für die Herstellung und Verarbeitung und für bestimmte Anwendungsfälle, daß die mechanischen Ei­ genschaften der bekannten Folie isotrop, d. h. in jeder Rich­ tung der Folienbahn, gleich sind.

Die Herstellung und Verarbeitung der bahnförmigen und in Ver­ arbeitungsrichtung elastischen Folie ist schwierig, da sich beim Abziehen der extrudierten Folienbahn hohe elastische Rückstellkräfte in Bahnrichtung aufbauen, die sich unkontrol­ liert abbauen und dabei Dickenänderungen und Einschnürungen im Randbereich hervorrufen, die ziehharmonikaförmig über die Bahnlänge verteilt sind.

Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstel­ lung einer thermoplastischen Folie mit elastischen Eigen­ schaften anzugeben, bei dem eine Folie geschaffen wird, bei dem die genannten Probleme bei der Verarbeitung nicht auftre­ ten, die also in Bahnrichtung einfach zu verarbeiten ist, und die quer zur Bahnrichtung eine hohe Elastizität aufweist.

Diese Aufgabe wird gelöst bei einem Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Folie mit elastischen Eigenschaften gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das dadurch gekenn­ zeichnet ist, daß das TPE zusammen mit wenigstens einem thermoplastischen Kunststoff und/oder einem weiteren TPE in parallelen Streifen coextrudiert wird und eine einschichtige Folie aus wenigstens zwei verschiedenen Kunststoffen erzeugt wird.

Bei einer auf diese Weise hergestellten Folie liegen Streifen eines elastischen und eines plastischen Kunststoffs nebenein­ ander vor, wobei beide Kunststoffe durch Wärme schmelz- und formbar sind. Es wird also ein Verbund verschiedener Kunst­ stoffe geschaffen, bei dem sich im Gegensatz zu den aufeinan­ der angeordneten Folienschichten bei den aus dem Stand der Technik bekannten Coextrusionsverfahren anisotrope mechani­ sche Eigenschaften ergeben, d. h. diese Eigenschaften sind in Herstellungsrichtung und quer dazu sehr unterschiedlich.

Soweit es die Herstellungsrichtung der Folienbahn betrifft, werden die bei der weiteren Verarbeitung auftretenden Kräfte durch die Streifen des Thermoplasten übertragen und die dabei auftretende Dehnung des Verbundes wird überraschenderweise nur von dessen mechanischen Eigenschaften bestimmt. Die ge­ nannten Nachteile einer bekannten thermoplastischen Folie mit elastischen Eigenschaften bei der Verarbeitung treten nicht auf. Eine spezielle Anlagentechnik ist nicht erforderlich. Da­ durch läßt sich die auf diese Weise "coextrudierte" Folie aus einer Kombination höchst verschiedener Kunststoffe wie eine bekannte thermoplastische Folie verarbeiten.

Die Kombination verschiedener Kunststoffe zu einer gut halt­ baren Folie, bei der die Materialstreifen gut aneinander haf­ ten, wird dadurch erreicht, daß wenigstens ein thermoplasti­ sches Elastomer (TPE) und wenigstens ein Thermoplast getrennt voneinander zu je einem Haupt-Schmelzestrom aufgeschmolzen werden und die so erhaltenen Haupt-Schmelzeströme in das Formgebungswerkzeug eingeführt werden und wenigstens teilwei­ se in dem Formgebungswerkzeug parallel geführt werden. Die Schmelzeströme kontaktieren sich im Formgebungswerkzeug seit­ lich in wenigstens einem Teil des Strömungsverlaufs. Die par­ allel verlaufenden Schmelzeströme durchströmen das Formge­ bungswerkzeug unter partieller Vermischung und Vereinigung der sich kontaktierenden Schmelzeströme.

Durch die sorgfältige parallele Führung wird eine frühzeitige Vermischung der Schmelzeströme vermieden. Die Schmelzeströme werden so geführt, daß sie sich erst kontaktieren, wenn ihre Temperatur und damit die Viskosität so weit herabgesetzt sind, daß eine Vermischung nur in einem kleinen Überlappungs­ bereich stattfindet. Hierdurch wird eine gute Haftung der un­ terschiedlichen Kunststoffschmelzen aneinander erreicht, zu­ gleich bleibt jedoch der Großteil jedes Schmelzestroms homo­ gen, so daß in der fertigen Folie wenigstens ein Streifen ei­ nes reinen Thermoplasten neben wenigstens einem Streifen ei­ nes thermoplastischen Elastomeren vorliegt. Der dazwischen liegende Vermischungs- und Haftungsbereich beträgt vorzugs­ weise weniger als 10% jeder Streifenbreite.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante werden jeweils die Schmelzeströme des Thermoplasten und des thermoplastischen Elastomers vor dem Einführen in das Formwerkzeug oder während des Durchströmens des Formwerkzeugs in mehrere Teil-Schmelze­ ströme aufgeteilt. Die Teil-Schmelzeströme des Thermoplasten und die Teil-Schmelzeströme des TPE werden wie zwei ineinan­ dergreifende Kämme im Formgebungswerkzeug parallel nebenein­ ander geführt und durchströmen dieses, so daß jeweils ein Teil-Schmelzestrom der thermoplastischen Schmelze wenigstens einen Teil-Schmelzestrom der TPE-Schmelze kontaktiert. Hier­ durch wird eine Folie erzeugt, bei der eine Vielzahl von thermoplastischen Streifen jeweils neben einem elastomeren Streifen alternierend angeordnet ist. Die Anordnung eine Vielzahl von Streifen nebeneinander verbessert die mechani­ schen Eigenschaften der Folie noch weiter, da plastische und elastische Anteile feiner verteilt sind.

Das aufzuschmelzende thermoplastische Elastomer (TPE) kann auf einem der nachfolgenden Kunststofftypen basieren: unver­ netzte Olefine (TPE-O), vernetzte Olefine (TPE-V), Styrole (TPE-S), Polyamide (TPE-A), Polyurethane (TPE-U), Polyester (TPE-E). Das TPE kann ein Block-Copolymer oder ein Blend sein. Blends zeigen ein hohes Viskositätsniveau bei niedriger Schergeschwindigkeit, wohingegen das Viskositätsniveau von Block-Copolymeren auch bei geringen Schwergeschwindigkeiten in den Bereich von Thermoplasten hineinreicht.

Als besonders geeignet haben sich ein Styrol-Butadien-Styrol- Copolymer (SBS) oder ein Styrol-Ethenbuten-Styrol-Copolymer (SEBS) als thermoplastisches Elastomer erwiesen, da Styrol- Copolymere in vielen als Haftvermittler oder Klebstoffe ein­ gesetzt werden und somit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gute Haftung mit den meisten Thermoplasten ermöglichen.

Als Thermoplast wird ein homogener Kunststoff oder ein Copo­ lymer von Kunststoffen aus der Gruppe der Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polyamide (PA), Polyurethane (PU), Polye­ thylenterephtalate (PET) gewählt.

Hier richtet sich die Auswahl nach den mechanischen Anforde­ rungen an die Folie, wobei für Verpackungsfolien und Einweg­ hygieneartikel kostengünstige Polyolefine, vorzugsweise ein Polypropylen-Homopolymer, gewählt werden.

Hinsichtlich der Recyclingfähigkeit der Folie werden Thermo­ plast und thermoplastisches Elastomer aus der gleichen Gruppe von Kunststoffen, beispielsweise aus der Gruppe der Polyole­ fine, gewählt.

Die Verträglichkeit bei der Verarbeitung und die Haftung der Komponenten im fertiggestellten Verbund wird dadurch deutlich verbessert, daß wenigstens einem der Kunststoffe ein die Ver­ träglichkeit der miteinander zu extrudierenden Schmelzeströme erhöhender, insbesondere auf einem Maleinsäureanhydrid basie­ render Zusatz beigefügt ist.

Eine gute Haftung wird ebenfalls erreicht, wenn beim Herstel­ lungsverfahren die Polarität der miteinander zu verbindenden Kunststoffe berücksichtigt wird, wenn also das thermoplasti­ schen Elastomer und der Thermoplast jeweils polare Kunststof­ fe sind. Das gleiche gilt für eine Kombination, bei der das TPE und der Thermoplast jeweils unpolare Kunststoffe sind.

In jedem Fall müssen auch die rheologischen Eigenschaften der Schmelze annähernd gleich sein, um insbesondere im Formge­ bungswerkzeug gleiches Fließverhalten zu erreichen. Dazu wird bei der Schmelze des Thermoplasten und bei der Schmelze des thermoplastischen Elastomer jeweils eine Viskosität entspre­ chend einem Schmelzindex (MFI) von 2 bis 100 g (230/2,16 nach DIN 53 735) eingestellt.

Auch durch Materialunverträglichkeit sind im Sinne der Erfin­ dung weitere Varianten zur Herstellung einer Folie mit rich­ tungsabhängigen Materialeigenschaften denkbar. So können mit­ einander schlecht verträgliche Kunststoffe gewählt werden, so daß zwischen den sich kontaktierenden Materialbereichen nur adhäsive Verbindungen ausgebildet werden. Hierdurch werden die Streifen unterschiedlichen Materials quer zur Bahn nur schwach miteinander verbunden. Eine in dieser Richtung wir­ kende Kraft löst die Verbindung, so daß man eine Fadenschar erhält. Auf diese Weise ist es möglich, Trennlinien, bei­ spielsweise bei Verpackungsfolien, schon bei der Fertigung vor zugeben, so daß ein hinteres Schwächen der Trennlinie durch Schneiden oder Perforieren nicht mehr erforderlich ist.

Auch kann eine Folie mit einer Vielzahl von plastischen und elastischen Streifen hergestellt werden wie zuvor beschrie­ ben, wobei lediglich an einer oder mehreren definierten Trennlinien ein Schmelzestrom eines zusätzlichen Thermoplast zwischen einen Teil-Schmelzestrom des thermoplastischen Ela­ stomers und einen Teil-Schmelzestrom des Thermoplasten einge­ fügt wird. Der Schmelzestrom des zusätzlichen Thermoplasten ist mit wenigstens einem der anderen Teil-Schmelzeströme schlecht verträglich und es werden zwischen den sich kontak­ tierenden Materialbereichen nur adhäsive Verbindungen ausge­ bildet. Beim Gebrauch kann eine Trennung an einer oder mehre­ ren auf diese Weise hergestellten Trennlinien erfolgen.

Eine weitere Variante sieht vor, daß wenigstens einem der Kunststoffe ein die Haftung vermindernder Zusatz, insbesonde­ re ein Füllstoff, zugesetzt ist und entlang der sich kontak­ tierenden Schmelzeströme partiell nur adhäsive Verbindungen ausgebildet werden. Damit erfolgt die Trennung bei einer quer zu einem Folienabschnitt wirkenden Kraft nicht über die ge­ samte Länge, sondern nur partiell. Zwischen den gelösten Kon­ taktstellen der Kunststoffstreifen können feste, kohäsive Verbindungen vorhanden sein, so daß sich eine Gitterstruktur ergibt.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 1.

Coextrusionswerkzeuge sind zur Herstellung von Verbundfolien aus unterschiedlichen Kunststoffen bekannt, wobei unter­ schiedliche Polymerschmelzen übereinandergeschichtet werden. Es ergibt sich jedoch wiederum eine Verbundfolie, die in al­ len Richtungen in der Folienbahnebene die gleichen mechani­ schen Eigenschaften hat.

Es stellt sich daher die weitere Aufgabe, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein sukzessives, alternierendes Nebeneinander­ schichten in einer Ebene von wenigstens zwei verschiedenen Schmelzeströmen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10, wobei das Formgebungswerkzeug folgende Merkmale aufweist:

• - eine Zuführungszone mit je einem Zuführungskanal für wenig­ stens einen Haupt-Schmelzestrom eines Thermoplasten und we­ nigstens einen Haupt-Schmelzestrom eines thermoplastischen Elastomers;
• - eine Teilungszone mit wenigstens einem Schmelzestromteiler und einer kammartigen Teil-Schmelzestrom-Führung für jeden Haupt-Schmelzestrom;
• - eine Vereinigungs- und Austragszone, in der die Teil- Schmelzestrom-Führungen parallel zueinander und ineinander kämmend angeordnet sind, wobei jeweils eine Teil- Schmelzestrom-Führung eines TPE neben einer Teil- Schmelzestrom-Führung eines Thermoplasten angeordnet ist, so daß jeweils ein Teil-Schmelzestrom eines TPE einen Teil- Schmelzestrom eines Thermoplasten kontaktiert.

Durch eine solche Vorrichtung erfolgt eine separate Auftei­ lung der Haupt-Schmelzeströme ohne frühzeitige Vermischungen der Kunststoffe. Die bei der Teilung der Haupt-Schmelzeströme auftretenden Strömungswirbel führen somit keine unerwünschten Materialvermischungen herbei. Die Geometrie der Zuführungs- und Teilungszonen kann individuell an die Eigenschaften der jeweiligen dort geführten Polymerschmelze angepaßt werden.

Die Anordnung der Zonen ist mit Vorteil so gewählt, daß we­ nigstens die Teilungszonen in übereinanderliegenden und vor­ zugsweise zur extrudierten Bahn planparallelen Ebenen ange­ ordnet sind. Eine derartige Anordnung läßt sich durch ein Formwerkzeug, bestehend aus mehreren übereinanderliegenden Platten, von den ein Teil mit nutenförmigen Kanälen versehen ist, in einfacher Weise herstellen. Wie zwei schräg zueinan­ der gestellte und mit den Spitzen ihrer Zinken ineinander­ greifende Kämme greifen die Schmelzestromteiler ineinander und führen die Teilströme der unterschiedlichen Kunststoffe alternierend ineinander, so daß in der Vereinigungszone pa­ rallele Teilströme vorliegen.

Um auch die Druckverhältnisse im Formgebungswerkzeug regulie­ ren zu können, ist in der Teilungszone ein erster Staubalken angeordnet ist, der wenigstens eine Schmelzeführungs- Ausnehmung und wenigstens eine Schmelzeteiler-Zunge aufweist, sowie einen darüberliegenden zweiten Staubalken mit wenig­ stens einer Ausnehmung und wenigstens einer Schmelzeteiler- Zunge, wobei die Ausnehmung jedes Staubalkens komplementär zu der gegenüberliegenden Schmelzeteiler-Zunge des jeweils ande­ ren Staubalkens ist. Die Staubalken sind, beispielsweise durch von außerhalb der Vorrichtung zugängliche Schrauben heb- und absenkbar. Die Strömung der Haupt-Schmelzeströme kann somit reguliert werden. Über die individuelle Steuerung des Staudrucks können auf möglicherweise vorhandenen Viskosi­ tätsunterschieden zwischen der Schmelze des Thermoplasten und der Schmelze des thermoplastischen Elastomer beruhende Abwei­ chungen der Strömung ausgeglichen werden.

Vorzugsweise laufen die alternierend und parallel nebenein­ ander vorliegenden Teil-Schmelzeströme in eine kleiderbügel­ förmige Breitschlitzdüse, die die Vereinigungs- und Austrags­ zone bildet. Die Geometrie einer solchen Düse ist besonders gut geeignet, die einzelnen Fäden von Teil-Schmelzeströmen nebeneinander wirbelfrei zu führen und die partielle Vereini­ gung der Teil-Schmelzeströme an den Berührungslinien zu be­ wirken. Auch wird bei einem solchen Werkzeug eine über die gesamte Breite der Düsenlippe gleiche Austrittsgeschwindig­ keit erreicht.

Da der Folienanteil des thermoplastischen Elastomers evtl. durch große Verformungen belastet wird, muß eine sehr gute Homogenisierung beim Aufschmelzen erfolgen. Noch vorhandene nicht aufgeschmolzene Feststoffpartikel könnten zum Bruch des gummielastischen Folienteils führen. Bei den meisten Type von thermoplastischen Elastomer wird eine gute Homogenisierung und Plastifizierung durch herkömmliche Extruder, beispiels­ weise mit einer Drei-Zonen-Schnecke, erreicht.

Es hat sich gezeigt, daß eine herkömmliche Extruderschnecke für die Durchführung eines Verfahren gemäß der Erfindung ge­ eignet ist, wenn die Länge der Schnecke der Plastifizierein­ heit zum Aufschmelzen des thermoplastischen Elastomers das 15- bis 30fache des Durchmessers, vorzugsweise das 24fache des Durchmessers, beträgt.

Insbesondere bei schlecht aufschmelzenden thermoplastischen Elastomeren wird eine gute Plastifizierung erreicht, wenn die Plastifiziereinheit ein fördersteifer Extruder ist, der mit einer Barriereschnecke ausgerüstet sein kann.

Außerdem betrifft die Erfindung eine thermoplastische Folie mit elastischen Eigenschaften.

Thermoplastische Folien mit elastischen Eigenschaften der be­ kannten Art sind auch in Richtung der Folienbahn gummiela­ stisch, wodurch sich bei der Weiterverarbeitung der aufge­ wickelten Folienbahn Schwierigkeiten ergeben.

Ahnliche Schwierigkeiten ergeben sich auch bei der Anwendung der bekannten thermoplastischen Folie mit elastischen Eigen­ schaften: falls größere Kräfte in einer Richtung zu übertra­ gen sind, ist es erforderlich, zusätzliche Verstärkungsstrei­ fen aus nichtelastischen Folienabschnitten in Kraftrichtung anzubringen, wodurch Fertigungsaufwand und -kosten erhöht werden.

Daher ist es auch Aufgabe der Erfindung, eine thermoplasti­ sche Folie zu schaffen, die elastische Eigenschaften auf­ weist, die sich nach Anlieferung als Bahnware gut weiterver­ arbeiten läßt und die einachsige Belastungen bei nur gerin­ ger Dehnung ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer thermoplastische Folie mit elastischen Eigenschaften, die nach dem Verfahren nach Anspruch 1 und gegebenenfalls weiteren Unteransprüchen herge­ stellt ist und die aus wenigstens zwei verschiedenen Kunst­ stoffen coextrudiert ist und einschichtig ist, wobei die Fo­ lie in Extrusionsrichtung verlaufende parallele Materialbe­ reiche aufweist, die alternierend aus einem ersten und einem zweiten Kunststoff bestehen.

Einer der Kunststoffe ist so ausgewählt, daß die Verarbeitung als Bahnware erheblich erleichtert ist und die Folie in Bahn­ richtung die mechanischen Eigenschaften eines thermoplasti­ schen Folienhalbzeugs aufweist. Der andere Kunststoff kann gemäß weiteren Anforderungen an die Folie gewählt sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Folie paralle­ le, in Extrusionsrichtung verlaufende Materialbereiche auf, die alternierend aus einem elastischen und einem unelasti­ schen Kunststoff bestehen und daß die Folie quer zur Extrusi­ onsrichtung elastisch verformbar ist und in Extrusionsrich­ tung plastisch verformbar ist.

Die besonders nachteiligen und schwierig zu kompensierenden Resonanzschwingungen, wie sie durch die in Bahnrichtung hohe Elastizität bekannter thermoplastische Folien mit elastischen Eigenschaften mit einer gummielastischen Trägerfolie verur­ sacht werden, treten bei der hier angegebenen mehrschichti­ gen, voluminösen Verbundfolie nicht auf. Der Aufwand bei der Auslegung und beim Betrieb der Anlage wird durch die Verwen­ dung einer erfindungsgemäßen Folie vermindert und Regleraus­ legungen werden vereinfacht. Schwankungen in der Produktqua­ lität über der Folienlänge, wie sie durch ungleichmäßige Ab­ zugsgeschwindigkeit infolge des elastischen Verhaltens der Bahn auftreten, werden vermieden.

Eine erfindungsgemäße Folie verhält sich in Bahnrichtung wie eine nicht-elastische Kunststoffolie. Sie besitzt in Extru­ sionsrichtung eine elastische Dehnung von kleiner als 5%, vorzugsweise 1% bis 2%, bei einer Prüfkraft von 5 N/25 mm, wo­ durch sich sehr gute Verarbeitungseigenschaften der Folien­ bahn ergeben.

Quer zur Extrusionsrichtung besitzt die Folie eine elastische Dehnung von 50% bis 200%, vorzugsweise 100%, bei einer Prüf­ kraft von 5 N/25 mm, und eine bleibende Dehnung von kleiner als 20% nach einer vorausgegangenen Verformung von 100%. Solche elastischen Eigenschaften in der Querrichtung machen sie für die meisten Anwendungsfälle geeignet.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Folie quer zur Extrusionsrichtung eine Bruchdehnung von 800% auf. Eine solch hohe Bruchdehnung entspricht einem Vielfachen der im Gebrauch von Folien mit elastischen Eigenschaften auftretenden Dehnun­ gen, so daß bei einer solchen Folie eine große Sicherheitsre­ serve gegen Materialversagen gegeben ist.

Die einschichtige und aus nebeneinander angeordneten Streifen verschiedener Kunststoffen hergestellte Folie kann auch mit wenigstens einer homogenen Deckschicht versehen sein. Eine Folie, deren streifenförmiger Kern in eine Richtung gummiela­ stisch ist, kann eine dünne Deckschicht aus einem plastischen Kunststoff aufweisen. Nach einer Dehnung zieht sich der Kern der Folie infolge seiner elastischen Rückstellkraft zusammen, wohingegen die plastische Deckschicht eine bleibende Dehnung erfahren hat, so daß sich die Deckschicht aufbauscht und eine strukturierte Oberfläche erzeugt ist.

Die Erfindung schließt zudem die Verwendung einer thermopla­ stischen Folie mit elastischen Eigenschaften aus Anspruch 14 und gegebenenfalls weiteren Unteransprüchen ein.

Geeignet ist eine thermoplastischen Folie mit monoaxialen elastischen Eigenschaften insbesondere zur Verpackung von in wenigstens einer Richtung komprimierbaren Packgütern. Dazu wird eine elastisch gedehnte Folie so um den Packgutstapel gelegt, daß die elastische Rückstellkraft in Richtung der zu bewirkenden Kompression wirkt. Auf diese Weise sind bei der Verpackung von Einweghygieneartikeln wie Windeln oder Ta­ schentücher kleinere Packungsabmaße zuerreichen.

Eine weitere günstige Verwendung einer thermoplastischen Fo­ lie ist bei der Herstellung von sich wenigstens teilweise an die Körpermaße anpassenden Hygieneartikeln, vorzugsweise Ein­ weg-Windeln, gegeben. Durch eine erfindungsgemäße Folie kön­ nen hierbei in einer Richtung Kräfte für einen festen Sitz übetragen werden und in der dazu senkrechten Richtung kann sich der Hygieneartikel an die Körperform anpassen.

Die Erfindung wir anhand von Beispielen und mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im einzelnen:

Fig. 1 die Schmelzeführung in einem Formgebungswerkzeug in schematischer, perspektivischer Ansicht,

Fig. 2 einen seitlichen Schnitt durch ein Formgebungswerk­ zeug.

Beispiel 1

Eingesetzt wird ein für die Folienherstellung geeigneter thermoplastischer Polypropylen-Kunststoff (PP) mit einem MFI- Wert (230/2,16) von 60, sowie als thermoplastisches Elastomer (TPE) ein Styrol-Butadien-Styrol-Copolymer (SBS), das beson­ ders gute Haftungseigenschaften auch an unpolaren Polymeren aufweist.

In einer Gießfolien-Coextrusionsanlage mit zwei Extrudern werden das PP und das SBS gleichzeitig aufgeschmolzen. Die Schnecke des Extruders für SBS weist eine Schneckenlänge vom 24fachen Durchmesser auf, um eine ausreichende Homogenisie­ rung zu bewirken. Der Extruder des Polyolefins ist mit einer Drei-Zonen-Schnecke ausgerüstet, deren Länge dem 18fachen Durchmesser entspricht.

Die Temperaturführung in den Extrudern ist so gewählt, daß für jeden Kunststoff ein günstiges Aufschmelzverhalten er­ reicht wird und zugleich die erzeugten Schmelzeströme beim Austritt aus dem Extruder eine annähernd gleiche Temperatur aufweisen, damit beim Zusammenführen des Schmelzestroms des PP mit dem des SBS ein annähernd gleiches Abkühlverhalten er­ reicht wird. Schrumpfspannungen werden dadurch vermieden.

Der Haupt-Schmelzestrom 4 des thermoplastischen Elastomers und der Haupt-Schmelzestrom 3 des Thermoplasten werden einem Formgebungswerkzeug 10 zugeführt, das in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Das Formgebungswerkzeug 10 gliedert sich in eine Zuführungszone 18, eine Teilungszone 16 und eine Verei­ nigungs- und Austragszone 14. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, werden die Hauptschmelzeströme 3, 4 in übereinanderliegenden Ebenen zugeführt und in diesen geteilt.

Die Teilung jedes Haupt-Schmelzestroms in mehrere Teil- Schmelzeströme erfolgt bei diesem Beispiel durch kammartig gezinkte Staubalken. Der erste, obere Staubalken 26 für den thermoplastischen Elastomer 2 weist alternierend Schmelzefüh­ rungs-Ausnehmungen und Schmelzeteiler-Zungen auf. Es ergibt sich eine fächerartige Schar von einzelnen Teil- Schmelzeströmen 4.1, 4.2. Der zweite Staubalken 24 des Thermo­ plasten 1 in der Teilungszone ist in gleicher Weise geformt, wobei Schmelzeführungs-Ausnehmungen und Schmelzeteiler-Zungen komplementär zu der entsprechenden Form des ersten Staubal­ kens sind. Dadurch wird auch der zweite Haupt-Schmelzestrom 3 in Teil-Schmelzeströme aufgefächert, wobei diese zwischen den Teil-Schmelzeströmen 4.1, 4.2 des thermoplastischen Elastomers geführt sind, jedoch in einer unter der Ebene 20 der Teil- Schmelzeströmen 4.1, 4.2 liegenden Ebene 22. Erst in der Ver­ einigungs- und Austragszone 14 laufen die Teil-Schmelzeströme in einer Ebene kämmend ineinander. Es liegen alternierend ein Teil-Schmelzestrom des thermoplastischen Elastomer 2 neben einem solchen des Thermoplasten 1. Die Ströme werden in dem zur Düsenlippe 12 zulaufenden Formgebungswerkzeug ausgewalzt und vermischen und verbinden sich an ihren Berührungslinien, so daß hier eine feste Verbindung geschaffen ist, anderer­ seits jedoch die Homogenität der Teil-Schmelzeströme zu einem überwiegenden Teil erhalten bleibt. Die Breite der Teil- Schmelzeströme kann für alle Materialien gleich sein, sie kann aber auch variiert werden. Schon schmale Streifen eines Thermoplasten 1 von ca. 1/3 der Breite des Streifens des thermoplastischen Elastomers 2 bewirken die günstigen Verar­ beitungs- und Gebrauchseigenschaften der Folie in Bahnrich­ tung.

Beispiel 2

Bei der Herstellung einer Folie nach Beispiel 2 wird im Form­ gebungswerkzeug eine weitere Zuführungs- und Trennungszone in einer weiteren Ebene vorgesehen. Es werden neben SBS und PP ein Polyethylen (PE) jeweils in separaten Plastifiziereinhei­ ten aufgeschmolzen. Das PE ist zudem durch einen Farbstoff eingefärbt. Auch der PE-Haupt-Schmelzestrom wird in Teil- Schmelzeströme geteilt, wie zuvor beschrieben. In der Verei­ nigungs- und Austragszone wird zwischen jeweils 10 Teilströme des PP und des SBS ein Teil-Schmelzestrom der PE-Schmelze eingefächert. Zwischen PE und SBS werden in den Kontaktberei­ chen der Schmelzeströme nur adhäsive Bindungen ausgebildet, deren Festigkeit größer ist als die bei der weiteren Verar­ beitung auftretenden Belastungen. Die erhaltene Folie weist somit farbige Markierungslinien auf. Bei der Verwendung einer solchen Folie können durch eine Kraft senkrecht zur Markie­ rungslinie die adhäsiven Verbindung gelöst werden, so daß hierdurch eine Sollbruchstelle geschaffen ist.

Beispiel 3

Ein Polypropylen-Homopolymer wird mit einem thermoplastischen Elastomer auf Basis der unvernetzten Polyolefine, beispiels­ weise durch ein metallocenes PP-Copolymer durch Folienblasen verarbeitet. Da beide Kunststoffe aus der Gruppe der Polyole­ fine gewählt sind, ist ein sortenreines Recycling der Kunst­ stoffe möglich.

Das Formgebungswerkzeug ist ein Blaskopf, bei dem der Haupt- Schmelzestrom durch Verteilerkanäle in einzelne Teil- Schmelzeströme aufgeteilt und über den Umfang des Blaskopfes verteilt wird. In einem weiteren, außen anliegenden Ring wird der Haupt-Schmelzestrom des zweiten Kunststoffs aufge­ teilt. Im Bereich vor der Düsenlippe des Formgebungswerkzeugs laufen die am Umfang verteilten Teil-Schmelzeströme kämmend ineinander. Insbesondere bei den beim Folienblasen auftreten­ den hohen Abzugsgeschwindigkeiten und der mehrfachen Führung des erzeugten Folienschlauchs über Rollen zeigen sich die günstigen Verarbeitungseigenschaften in Bahnrichtung der er­ findungsgemäß hergestellten Folie.

Claims (28)

1. Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Folie mit elastischen Eigenschaften durch Folienblasen oder Fo­ liengießen unter Verwendung eines thermoplastischen elastomeren Kunststoffes (TPE), mit folgenden Verfahrens­ schritten:

• - Aufschmelzen eines Kunststoffs zu einer fließfähigen Schmelze,
• - Extrusion der Schmelze durch ein Formgebungswerkzeug,
• - Abzug des aus dem Formgebungswerkzeug austretenden Schmelze-Fells,
• - Kühlen und/oder Kalibrieren,
• - Nachbearbeiten und
• - Zuschneiden und/oder Aufwickeln, dadurch gekennzeichnet,
• - daß das TPE zusammen mit wenigstens einem weiteren thermoplastischen Kunststoff und/oder einem weiteren TPE in in Austrittsrichtung parallel verlaufenden Streifen coextrudiert wird und eine einschichtige Folie aus wenigstens zwei verschiedenen Kunststoffen erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - daß wenigstens ein thermoplastisches Elastomer (TPE) und wenigstens ein Thermoplast getrennt voneinander zu je einem Haupt-Schmelzestrom aufgeschmolzen werden und die so erhaltenen Haupt-Schmelzeströme in das Formge­ bungswerkzeug eingeführt werden und wenigstens teilwei­ se in dem Formgebungswerkzeug parallel geführt werden,
• - daß sich die Schmelzeströme im Formgebungswerkzeug in wenigstens einem Teil des Strömungsverlaufs seitlich kontaktieren,
• - daß die parallel verlaufenden Schmelzeströme das Form­ gebungswerkzeug unter partieller Vermischung und Verei­ nigung der sich kontaktierenden Schmelzeströme durch­ strömen.

3. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Schmelzeströme des Thermoplasten und des TPE vor dem Einführen in das Formwerkzeug oder während des Durchströmens des Formwerkzeugs in mehrere Teil- Schmelzeströme aufgeteilt werden und daß die Teil- Schmelzeströme des Thermoplasten und die Teil- Schmelzeströme des TPE wie zwei ineinandergreifende Kämme im Formgebungswerkzeug parallel nebeneinander geführt werden und dieses durchströmen, so daß jeweils ein Teil- Schmelzestrom der thermoplastischen Schmelze wenigstens einen Teil-Schmelzestrom der TPE-Schmelze kontaktiert.

4. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein thermoplastisches Elasto­ mer (TPE) aufgeschmolzen wird, das auf einem der nachfol­ genden Kunststofftypen basiert: unvernetzte Olefine (TPE- O), vernetzte Olefine (TPE-V), Styrole (TPE-S), Polyamide (TPE-A), Polyurethane (TPE-U), Polyester (TPE-E).

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Elastomer (TPE) ein Styrol- Butadien-Styrol-Copolymer (SBS) oder ein Styrol- Ethenbuten-Styrol-Copolymer (SEBS) ist.

6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermoplast aufgeschmol­ zen wird, dem ein Copolymer von Kunststoffen oder ein ho­ mogener Kunststoff ist, wobei die Kunststoffe gewählt sind aus der Gruppe der Polyethylene (PE), Polypropylene (PP), Polyamide (PA), Polyurethane (PU), Polyethylentere­ phtalate (PET).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Thermoplast ein Polypropylen-Homopolymer ist.

8. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Kunst­ stoffe ein die Verträglichkeit der miteinander zu extru­ dierenden Schmelzeströme erhöhender, insbesondere auf ei­ nem Maleinsäureanhydrid basierender Zusatz beigefügt ist.

9. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das TPE und der Thermoplast jeweils polare Kunststoffe sind.

10. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das TPE und der Thermoplast jeweils unpolare Kunststoffe sind.

11. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze des Thermopla­ sten und die Schmelze des thermoplastischen Elastomer je­ weils eine Viskosität entsprechend einem Schmelzindex (MFI) von 2 bis 100 g pro 10 Minuten bei einer Temperatur von 230°C und einer Prüfgewichtmasse von 2,16 kg aufwei­ sen.

12. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß miteinander schlecht verträg­ liche Kunststoffe gewählt werden und zwischen den sich kontaktierenden Materialbereichen nur adhäsive Verbindun­ gen ausgebildet werden.

13. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Schmelzestrom eines zusätzlichen Thermoplast zwischen einen Teil- Schmelzestrom des thermoplastischen Elastomers und einen Teil-Schmelzestrom des Thermoplasten eingefügt wird, wo­ bei der Schmelzestrom des zusätzlichen Thermoplasten mit wenigstens einem der Teil-Schmelzeströme schlecht ver­ träglich ist und zwischen den sich kontaktierenden Ma­ terialbereichen nur adhäsive Verbindungen ausgebildet werden.

14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einem der Kunst­ stoffe ein die Haftung vermindernder Zusatz, insbesondere ein Füllstoff, zugesetzt ist und entlang der sich kontak­ tierenden Schmelzeströme partiell nur adhäsive Verbindun­ gen ausgebildet werden.

15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen 2 bis 13, bestehend aus wenigstens einer Plastifiziereinheit für jeden Kunststoff, einem Formgebungswerkzeug und einer Ab­ zugsvorrichtung und/oder einer Kühlstrecke und/oder einer Konfektioniereinheit und/oder einer Aufwickelvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, das Formgebungswerkzeug folgende Merkmale aufweist:

• - eine Zuführungszone mit je einem Zuführungskanal für wenigstens einen Haupt-Schmelzestrom des Thermoplasten und für wenigstens einen Haupt-Schmelzestrom des TPE;
• - eine Teilungszone mit wenigstens einem Schmelzestrom­ teiler und einer kammartigen Teil-Schmelzestrom-Führung für jeden Haupt-Schmelzestrom;
• - eine Vereinigungs- und Austragszone, in der die Teil- Schmelzestrom-Führungen parallel zueinander und inein­ ander kämmend angeordnet sind, wobei jeweils eine Teil- Schmelzestrom-Führung eines thermoplastischen Elasto­ mers neben einer Teil-Schmelzestrom-Führung eines Thermoplasten angeordnet ist, so daß jeweils ein Teil- Schmelzestrom eines TPE einen Teil-Schmelzestrom eines Thermoplasten kontaktiert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Teilungszonen in übereinanderliegenden und vorzugsweise zur extrudierten Bahn planparallelen Ebenen angeordnet sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Teilungszone ein erster Staubalken angeordnet ist, der wenigstens eine Schmelzeführungs-Ausnehmung und we­ nigstens eine Schmelzeteiler-Zunge aufweist, sowie einen darüberliegenden zweiten Staubalken mit wenigstens einer Ausnehmung und wenigstens einer Schmelzeteiler-Zunge, wo­ bei die Ausnehmung jedes Staubalkens komplementär zu der gegenüberliegenden Schmelzeteiler-Zunge des jeweils ande­ ren Staubalkens ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 12 bis 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vereinigungs- und Austragszone eine kleider­ bügelförmige Breitschlitzdüse ist.

19. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Pla­ stifiziereinheit zum Plastifizieren des TPE ein förder­ steifer Extruder ist.

20. Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 11 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Schnecke der Plastifiziereinheit zum Aufschmelzen des thermopla­ stischen Elastomers das 15- bis 30fache des Durchmessers, vorzugsweise das 24fache des Durchmessers, beträgt.

21. Thermoplastische Folie mit elastischen Eigenschaften, hergestellt nach dem Verfahren nach Anspruch 1 und gege­ benenfalls weiteren Ansprüchen 2 bis 13, welche Folie aus wenigstens zwei verschiedenen Kunststoffen coextrudiert ist und einschichtig ist, wobei die Folie in Extrusions­ richtung verlaufende parallele Materialbereiche aufweist, die alternierend aus einem ersten und einem zweiten Kunststoff bestehen.

22. Thermoplastische Folie nach Anspruch 20, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Folie parallele, in Extrusionsrichtung verlaufende Materialbereiche aufweist, die alternierend aus einem elastischen und einem unelastischen Kunststoff bestehen und daß die Folie quer zur Extrusionsrichtung elastisch verformbar ist und in Extrusionsrichtung pla­ stisch verformbar ist.

23. Thermoplastische Folie nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie quer zur Extrusionsrichtung eine elastische Dehnung von 50% bis 200%, vorzugsweise 100%, bei einer Prüfkraft von 5 N/25 mm, und eine bleibende Dehnung von kleiner als 20% nach einer Verformung von 100% besitzt.

24. Thermoplastische Folie nach wenigstens einem der Ansprü­ che 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie quer zur Extrusionsrichtung eine Bruchdehnung von 800% be­ sitzt.

25. Thermoplastische Folie nach wenigstens einem der Ansprü­ che 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie in Extrusionsrichtung eine elastische Dehnung von kleiner als 5%, vorzugsweise 1% bis 2%, bei einer Prüfkraft von 5 N/25 mm besitzt.

26. Thermoplastische Folie nach wenigstens einem der Ansprü­ che 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die einschich­ tige und aus nebeneinander angeordneten Streifen ver­ schiedener Kunststoffen hergestellte Folie mit wenigstens einer homogenen Deckschicht versehen ist.

27. Verwendung einer thermoplastischen Folie nach Anspruch 20 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen 21 bis 25 zur Ver­ packung von in wenigstens einer Richtung komprimierbaren Packgütern.

28. Verwendung einer thermoplastischen Folie nach Anspruch 20 und gegebenenfalls weiteren Ansprüchen 21 bis 25 zur Her­ stellung von sich wenigstens teilweise an die Körpermaße anpassenden Hygieneartikeln, vorzugsweise Einweg-Windeln.