DE2341542C3 - Herstellen poröser Folien aus makromolekularen Stoffen - Google Patents
Herstellen poröser Folien aus makromolekularen StoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen poröser Folien aus makromolekularen Stoffen als elek
trisches Isoliermaterial durch Behandeln einer Folie aus einem Gemisch aus einem Polymeren (I), das dann die
poröse Folie bildet, und einem anderen Polymeren (H) mit einem Mittel zum Auswaschen des Polymeren (II).
E>as im folgenden verwendete Wort »Polymerisat« ist als synonym mit dem Wort »Polymeres« zu verstehen
und umfaßt alle Arten makromolekularer Stoffe, also Polymerisate im engeren Sinn, Polykondensate
sowie Polyadditionsverbindungen.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung poröser Polymerisatfolien, deren offene
Poren von einer Oberfläche der Folie sich bis in das Innere der Folie erstrecken, wobei sich die so hergestellten
Folien vor allem durch gute elektrische Isolationsfähigkeit und mechanische Festigkeit auszeichnen.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Porendurchmessers solcher poröser
Pol>merisatfolien.
Als Hochspannungsisolatormaterial wird vorwiegend ein mit einem Isolatoröl getränktes Isolatorpapier
verwendet. Mit solchen Papieren werden beispielsweise Kabel, Kondensatoren oder Transformatoren
für den Einsatz im Hochspannungsbereich isoliert. Versuche, die getränkten Isolatorpapiere durch PoIymerisatfolien
zu ersetzen, sind bislangjedoch praktisch alle gescheitert, nicht zuletzt allein daran, daß solche
Polymerisatfolien kaum mit einem Isolatoröl imprägniert werden konnten. Polymerisatfolien wurden
daher bislang zu Isolationszwecken im Verbund mit Isolationspapieren verwendet. Dem Problem der ungenügenden
Tränkbarkcit der Polymcrisatfolicn kann zwar im Prinzip relativ leicht dadurch begegnet werden,
daß man poröse Polymerisatfolien verwendet, jedoch haben alle Versuche an solchen porösen PoIymerisatfolien
bislang gezeigt, daß diese Folien nur eine unzureichende dielektrische Durchschlagfestigkeit
und eine unzureichende mechanische Festigkeit aufweisen, so daß sie die herkömmlichen Isolatorpapiere
nicht zu ersetzen vermochten.
Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung por&ser
Polymerisatfolien werden Folien aus einem Polymerisatgemisch hergestellt, dessen eine Komponente
dann ausgewaschen oder ausgelöst werden kann. Bei diesem Verfahren wird das Polymerisatgemisch cxtrudiert
oder kalandriert, wobei die zu entfernende PoIymensatkomponente durch ein Lösungsmittel aus der
Folie herausgelöst wird. Bei den bekannten Folien wurde als herauslösbare Komponente ein wasserlöslicher
Stoff oder ein wasserlösliches Polymerisat verwendet, beispielsweise ein Metailsalz, Polyvinylalkohol,
Polyäthylenoxid, Stärke, ein oberflächenaktives Mittel oder andere. Auch sind Versuche mit
Metallpulvern als auslösbare Komponente der Polymerisatfolie bekanntgeworden. Die aus solchen Gemischen
beispielsweise auf Extrudern hergestellten Folien wurden dann mit Wasser, Säuren oder Alkali
behandelt. Der Nachteil all dieser bekanntgewordenen Verfahren liegt in der Schwierigkeit des vollständigen
Herauslösens der die Poren erzeugenden Hilfskomponcnte. In der Folie verbleibende Reste dieser Komponente
vermindern die Durchschlagfestigkeit und erhöhen den dielektrischen Verlust der Folien spürbar.
Folien dieser Art haben daher als Isolatorfoüen keinen Eingang in der Praxis gefunden.
Ein weiterer Nachteil, der sich bei den Versuchen, solche porösen Polymerisatfolien als Isolatorfolien zu verwenden, herausgestellt hat, lag darin, daß die so erhaltenen Folien zwar porös, jetzt aber zu porös waren und nicht die Dichte und Festigkeit des Isolatorpapicrs aufwiesen.
Ein weiterer Nachteil, der sich bei den Versuchen, solche porösen Polymerisatfolien als Isolatorfolien zu verwenden, herausgestellt hat, lag darin, daß die so erhaltenen Folien zwar porös, jetzt aber zu porös waren und nicht die Dichte und Festigkeit des Isolatorpapicrs aufwiesen.
Der Erfindung liegt angesichts dieses Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum
Herstellen poröser Polymerisatfolien zu schaffen, die das Hochspannungsisolatorpapier ersetzen können,
insbesondere eine hohe dielektrische Durchschlagsfestigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen,
wobei das zu schaffende Verfahren insbesondere auch eine Steuerung des in den Folien erhaltenen
Porendurchmessers und der Porentiefe ermöglichen soll, um die vorstehend beschriebenen Nachteile
insgesamt zu vermeiden.
Ertindungsgemäß wird zur Lösung dieser Aufgabe ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Folie in mindestens einer Richtung um das mindestens
l,5fache streckt und daß man die so gestreckte Folie mit einer Flüssigkeit oder einem Dampf
behandelt, die bzw. der das Polymere (I) aufquellen, aber nicht lösen kann, das Polymere (II) aber löst.
Nach einer vorteilhaften Ausbildung des Verfahrens gemäß der Erfindung kann der Durchmesser der
in den porösen Folien gebildeten Poren dadurch reguliert und eingestellt werden, daß man als mindestens
eines der Polymerisate (I) oder (II) ein Copolymerisat verwendet und den Porcndurchmesscr durch eine Veränderung
des Verhältnisses der Komponenten des Copolymerisats zueinander einstellt.
Die auf diese Weise hergestellten porösen PoIymcrisatfolien
weisen überraschenderweise dielektrische und mechanische Kennwerte auf, die sogar noch
die entsprechenden Werte der herkömmlichen Isolatorpapiere übertreffen.
Überraschend war auch die Feststellung, daß eine Folie, die nach der Strcckbchandlung porös ge-
macht worden war, eine dielektrische Durchschlagfestigkeit
aufwies, die mindestens zweimal, in der Regel drei- bis viermal so groß war wie die Durchschlagfestigkeit
sonst gleicher Folien, die ohne Strecken unmittelbar nach dem Schmelzextrudiertn oder dem
Schmelzkalandrieren porös gemacht worden waren.
Ein weiteres Merkmal der Erfindung liegt in der Wahl des Mittels, mit dem das Polymerisat (11) ausgewaschen
wird. Wenn ein herkömmliches Stoffgernisch, beispielsweise ein Polyolefin, als Komponente
(I) unri ein wasserlösliches Polyäthylenoxid als Komponente (11) extrudiert, gestreckt und mit Wasser
eluiert wird, wurde beobachtet, daß das Auslösen des Polyäthylenoxids eine für die Praxis untragbar lange
Zeit in Anspruch nahm, während die gleiche Elution vor dem Strecken durchaus leicht verlief. Auch für
andere Foliengemische als die vorstehend als Beis.piel genannte wurde diese Erscheinung beobachtet.
Der Grund für dieses Phänomen mag wahrscheinlich darin liegen, daß durch das Strecken der Polymerisatfolie
der Dispersions- und Orientierungszustand der Komponenten (1) und (II) wesentlich verändert wurde.
Oberflächenuntersuchungen gestreckter Folien legen jedenfalls nahe, daß durch das Strecken der Folien
eine Strukturumwandlung von einer Dispersion größerer Blöcke vor dem Strecken in ein Netz bzw. eine
netzartige Dispersion fasriger Elemente unter gleichzeitiger Verdichtung der Folien nach dem Strecken
stattfindet. Es hat den Anschein, daß auf Grund der durch das Strecken verdichteten Folienstruktur auf
der einen Seite zwar die dielektrische Durchschlagfestigkeit erhöht, auf der anderen Seite aber das Herauslösen
der Polymerisatkomponente (II) erschwert wird. Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines
Auswaschmittels, das das Polymerisat (I) zwar quellen, nicht aber lösen kann, wird auch nach dem Strecken
der Folie ein leichtes Herauslösen der Polymerisatkomponente (II) erreicht, ohne daß eine Einbuße an
dielektrischer Festigkeit in Kauf genommen werden muß. Als ein solches Auswaschmittel gemäß der Erfindung
kann vorteilhaft ein Gemisch aus Aceton und η-Hexan verwendet werden. Es kann vermutet werden,
daß durch das Anquellen des Polymerisats (I) rein mechanisch das Herauslösen und die Diffusion des
Polymerisats (II) gefördert werden.
Die Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen
näher beschrieben. Es zeigen
Fig. la, Ib, Ic Mikrophotographien von Folien,
die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung und nach dem Stand der Technik hergestellt wurden, und
F i g. 2 und 3 charakteristische Kurven verschiedener Proben für die Abhängigkeit der Elutionsrate von
der Dauer, während der die Probe in das Auswaschmittel getaucht wurde.
Nach einem vorläufigen Mischen wurden 100 Gewichtsteile
isotaktisches Polypropylen und 100 Gewichtsteile Polystyrol in einem 30-mm-Extruder unter
Aufschmelzen gemischt und zu einem 0,2 mm dicken Film extrudiert. Der erhaltene Film wurde biaxial
um das 2,5fache in jeder Richtung gestreckt. Die gestreckte Folie wurde 20 Minuten lang bei 50 C in
Chloroform getaucht und anschließend unter geringer Spannung getrocknet. Auf diese Weise wurde eine als
Probe S bezeichnete poröse Folie mit einer Stärke von 35 um erhalten.
Zum Vergleich wurde die verstehend erhaltene ungestreckte 0,2 mm dicke Fblie zwischen Heizwalzen
zu einem etwa 40 μηι dicken Film schmelzkalandert. Die so erhaltene Folie wurde unter den gleichen Bedingungen,
wie vorstehend beschrieben, durch Eintauchen in Chloroform vom Styrol befreit (Probe M).
In der F i g. 1 sind Mikrophotographien der Oberflächen der so erhaltenen Folien wiedergegeben. Die
Abbildung (a) zeigt die Oberfläche der Probe M,
ίο während F i g. 1 b die Oberfläche der Probe S zeigt.
Auch die F i g. Ic zeigt die vergrößerte Oberfläche der Probe S, jedoch im Randbereich. Auf Grund der
gleichzeitigen biaxialen Streckung treten in den Randbereichen der Folien lineare Orientierungen auf. Bereits
den Mikrophotographien kann entnommen werden, daß die Probe S eine dichtere Struktur als die
Probe M aufweist.
In der nachstehenden Tabelle 1 sind die dielektrische
Durchschlagfestigkeit und die mechanische Festigkeit der Proben dargestellt.
Probe | 61 — 145 | M | |
S | |||
Durchschlagfestigkeit | 120 — 188 | 18—27 | |
Gleichspannung in Luft | |||
(V/μηι) | 4,05 | 35—62 | |
30 Wechselspannung in Öl | 44 | ||
(V/μηι) | 1,93 | ||
Zugfestigkeit (kg/15 mm) | 240,0 | ||
Dehnung ("·,;) |
In den F i g. 2 und 3 ist für die beiden Proben S und M die Abhängigkeit der Elutionsrate, d. h. der
Grad, in dem das Polystyrol aus der Folie ausgelöst wird, als Funktion der Tauchdauer der Folie dargestellt.
Die F i g. 2 zeigt die für Chloroform als Eluent erhaltenen Kurven, während in F i g. 3 die für
Aceton erhaltenen Kurven wiedergegeben sind.
Beim Eintauchen in Chloroform von 25" C oder in Aceton von 6O0C quillt Polypropylen im Verlauf
einer Stunde praktisch überhaupt nicht, was dazu führt, daß aus der gestreckten Folie der Probe S das
Polystyrol unter diesen Bedingungen praktisch nicht oder nur sehr schwer auszuwaschen ist. Dagegen
quillt das Polypropylen in Chloroform bei 50"C bereits recht gut, so daß das Polystyrol auch aus den gestreckten
Folien der Probe S gut ausgewaschen werden kann.
Das vorstehende Beispiel zeigt, daß das Auswaschen gemäß der Erfindung nicht allein eine
Funktion der Art des gewählten Lösungsmittels, sondern auch eine Funktion der Temperatur ist. Das
Beispiel 1 zeigt dazu deutlich, daß Chloroform bei 50°C ein gutes Auswaschmittel (Eluent) ist, während
es bei 25"C als Eluent unbrauchbar ist.
Der Eluent braucht nicht notwendigerweise eine Flüssigkeit zu sein, sondern kann ebensogut eine Gasphase,
beispielsweise ein Lösungsmitteldampf, sein. Im Einzelfall werden sich die Art des Auswaschmittels
und die jeweils gewählten Bedingungen der Elution nach den Bedingungen richten, unter denen das PoIymeiisat(II)
gelöst wird, und das Polymerisat (I) quillt. Bei der Auswahl eines geeigneten Eluentcn
sollte berücksichtigt werden, daß sowohl die poröse Folie als auch die gestreckte Folie vor der Elution
eine höhere Quellfähigkeit aufweisen als eine Folie,
die aus dem Polymerisat (I) allein besteht. Diese Unterschiede scheinen auf das deutlich vergrößerte
Verhältnis der Oberfläche 7um \ olumen im Falle einer aus einem Gemisch der Polymerisate (I) und (II)
hergestellten Folien zurückzuführen sein. In diesen Folien liegt das Polymerisat (I) in Form relativ dünner
Fasern bzw. in Form einer Faserneizstruktur dispergiert
vor. während das gleiche Polymerisat in nur aus diesem Polymerisat bestehenden Folien in Form einer
wesentlich gröberen Dispersion vorliegt.
So ist also der Fluent bzw. das Mittel, die Flüssigkeit oder der Dampf, die das Polymerisat.(I) aufquellen
können, ein Mittel, das die zuvor beschriebene Struktur des Polymerisats!!) leicht aufquellen kann.
Es ist dabei jedoch nicht wünschenswert, daß diese Quellung so weit fortschreitet, daß bereits ein Lösen
oder Anlösen des Polymerisats einsetzt. Der im Einzellfall erforderliche Quellgrad kann vom Fachmann
auf Grund der vorstehend genannten Grenzen leicht bestimmt werden. Wenn beispielsweise eine poröse
Folie aus dem Polymerisat (I) eine lineare Dehnung im Bereich von 1 bis 200^ der Oberfläche beim Eintauchen
in eine Flüssigkeit zeigt, so kann diese Flüssigkeit als Eluent bzw. Quellmittel im Rahmen der Erfindung
bezeichnet und angesehen werden.
Im Falle biaxial gestreckter Folien im gequollenen Zustand ist die lineare Oberflächendehnung relativ
gering, d. h. liegt im Bereich von 1 bis 10",'. während
die Zunahme der Folienstärke relativ groß ist. d. h. im Bereich von 10 bis 300'\ liegt. Beim Trocknen nach
der Elution durch Entfernen des Auswaschmittcls bzw. des Eluenten tritt in Richtuns der Filmdicke eine
merkliche Schrumpfung ein, so daß die Schichtdicke der Endproduktfolie im Bereich von 90 bis 60°o der
ursprünglichen Folienstärke liegt. Das heißt also, daß die Verdichtung der Folienstruktur in Richtung der
Folienstärke stattfindet Diese Art der Strukturverdichtung scheint einer der Gründe für die verbesserten
elektrischen Eigenschaften der Folien gernäß der Erfindung zu sein.
Jede Ger zuvor genannten Komponenten, also sowohl
das Polymerisat (1) als auch das Polymerisat (II) als auch das Auswaschmittel (Eluent) braucht nicht
notwendigerweise eine einzige Verbindung oder ein einziger Stoff zu sein, sondern kann ebensogut ein
Gemisch aus zwei oder mehreren Stoffen oder Verbindungen oder ein Copolymerisat aus zwei oder mehreren
Komponenten sein. Die Polymerisate (I) und (II) werden
in an sich bekannter Weise gemischt, beispielsweise auf Knetwalzen, in Schraubenmischern. Knetern oder
im Extruder. Diese Polymerisatmischungen werden dann zu relativ dicken Folien ausgeformt, beispielsweise
durch einen Extruder oder durch Gießen einer Lösung des Polymerisatgemisches. Die so ausgeformten
Folien werden auf ebenfalls bekannten Vorrichtungen gestreckt, beispielsweise auf Spannrahmen oder
Blasvorrichtungen. Das Streckverhältnis sollte mindestens das l,5fache betragen, vorzugsweise im Bereich
von 2 bis 20 liegen. Der im Einzelfall vorzunehmende Grad der Streckung hängt nicht zuletzt von
der An des Polymerisats, vom Grad der Mischung
ίο und de η Verfahren der Streckung ab. Dabei sind in
der Regel höhere, meist so hohe wie mögliche Strcckverhältiiisse
wünschenswert. Gegebenenfalls kann die gestreckte Folie einer thermischen Härtung oder Verfestiguig
unterworfen werden. Als Mindestanforderung
an die Streckung zur Erzielung der angestrebten hohen dielektrischen Durchschlagsfestigkeit und der
hohen mechanischen Festigkeit ist eine Streckung um das mindestens l.Sfache in mindestens einer Richtung
erforderlich.
Die so gestreckte Folie wird durch ein In-Berührung-Biingen
mit dem Eluenten für eine bestimmte Zeil bei einer bestimmten Temperatur porös gemacht.
Bei dieser Behandlung dehnt sich die Folie in der Länge um einen Betrag von 1 bis 2O0/, wobei das PoIymerisat
(II) leicht herausgewaschen wird. Unter einer geeigneten Vorspannung wird die Folie dann vom restlichen
inhaftenden Auswasch- bzw. Quellmittel befreit u'id gegebenenfalls erneut zur Festigung thermisch
behandelt. Durch eine geeignete Auswahl der Polymerisate und der Behandlungsbedingungcn können
auf diese Weise leicht poröse Folien erhalten werden deren Stärke im Bereich von 5 bis 500 um
liegt und deren mittlerer Porendurchmesser im Bereich
von 0.05 bis etwa 50 μιη liegt.
In den Tabellen 2 und 3 sind die Ergebnisse von Versuchen
zusammengestellt, die in einer dem Beispiel 1 entsprechenden Weise durchgeführt wurden. Dabc
sind die verwendeten StofTkombinationen in dei Tabelle 2 und die mit diesen Stoffkornbinationen er
haltencn Kenndaten der entsprechenden poröser
Folien in der Tabelle 3 wiedergegeben.
Die Messungen der dielektrischen Durchschlag festigkeit, wie sie in den Tabellen 1 und 3 angegeber
sind, viurden mit einer zylindrischen Elektrode mi
einem Durchmesser von 20 mm gemessen. Der di elektrische Verlust wurde bei 60 Hz in Luft gemessen
Der Versuch Nr. 3 der Tabelle 3 wurde zum Vergleich nach dem Stand der Technik durchgeführt, wöbe
Wasser als ein keine Quellung des Polymerisats (I verursachendes Mittel zum Auswaschen der Kompo
nente(ll) verwendet wurde.
Nr. | Polymerisat fl) | Polymerisat (11) | Eluent | Elutions- |
tempe- | ||||
ratur | ||||
CC) | ||||
1 | Polyäthylen | Polymethylmethacrylat | Chloroform (fl. 0. d.) | 35—61 |
Aceton (fl. 0. d.) | 35—57 | |||
Benzol (fl.) | 40—70 | |||
2 | Polypropylen | Polystyrol | Toluol (fl.) | 40—90 |
Benzol (fl. 0. d.) | 40—81 | |||
Chloroform (fl. 0. d.) | 35—61 |
Tabelle 2 (Fortsetzung)
Nr. | Polymerisat (I) | Polymerisat III) | lilucnt | Klutions- | |
tempe- | |||||
ralur CC) |
|||||
3 | Polystyrol | Polymelhylmcthacrvlat | Aceton (Π. o. d.) | 35—57 | |
Mcthyläthylketon (fl.) | 40—60 | ||||
4 | Polyvinylchlorid | Polystyrol | Toluol (fl.) | 40—60 | |
Xylol (Π.) | 40—60 | ||||
5 | Polycarbonat | Polvmethylacrylat | Äthylacetat (11.) | 40—60 | |
Methylacetat (fl. o. d.) | 40—58 | ||||
t | 6 | Polysulfon | Polystyrol | Toluol (fl.) | 40—80 |
j | Benzol (fl. o. d.) | 40-81 | |||
T
* |
7 | Polyamid | Polystyrol | Kresol-Bcnzol-Gemisch (fl.) | 50-70 |
i | 8 | Äthylen-Vinylacetat- | Polymethyl met hacrylat | Mcthyläthylkelon (fl.) | 35—50 |
ί | Copolymerisat | Aceton (fl.) | 35—50 | ||
I | 9 | Polyvinylchlorid | Äthylen-Vinylacetet- | Benzol (fl.) | 45—70 |
I | Copolymerisat | Toluol (fl.) | 45—70 | ||
's | 10 | Polypropylen | Polyäthylciioxid | Aceton-n-Hexan-Gemisch (fl.) | 40—50 |
! | Poly methylmethacry lai | ||||
3 | 11*) | Polypropylen | Polyäthylciioxid | Wasser (fl.) | 70—85 |
! | Polystyrol |
*) Vcrgleichsbeispiel nach dem Stand der Technik.
Tabelle | 3 | Nr. in | Strcckvcrhä'llnis | ■- 4 | Foliendicke | Wcchsel- | Dielektrischer | Zug |
Nr. | Polymerisat I | Tabelle 2 | ■ 3 | spannungs- | Verlust | festigkeit | ||
durchschlag- | tan | |||||||
fcstigkeit | ||||||||
·· 3 | (μπι) | <ν/μΐη) | (/O) | (kg/ | ||||
. 5 | 15 mm) | |||||||
2 | 4 | s 2 | 20 | 180 | 0,02 | 2,10 | ||
1 | Polypropylen | 10 | 3 | ■■ 1.5 | 35 | 170 | 0,04 | 3,85 |
2 | Polypropylen | 11 | 35 | 60 | 2,2 | 0,75 | ||
3 | Polypropylen | |||||||
Polystyrol | 3 | 3 : | 35 | — | 0,03 | 1,40 | ||
4 | Polystyrol | 1 | 5 . | 10 | 120 | 0,04 | 0,50 | |
5 | Polyäthylen | 6 | 2 | 50 | 160 | 0,08 | 2,80 | |
6 | Polysulfon | 5 | 1.5 | 85 | 150 | 0,09 | 3,20 | |
7 | Polycarbonat | — | 12 | 150 | 0,08 | 1,85 | ||
8 | Kondensatorpapier | |||||||
Der Tabelle 2 kann entnommen werden, daß durch eine entsprechende Auswahl der Kombination die
meisten der an sich bekannten Polymerisate als Polymerisat (I) verwendet werden können. Vorzugsweise
ist das Polymerisat (II) zumindest bis zu einem gewissen Grad mit dem Polymerisat (I) verträglich.
Dennoch können auch solche Polymerisate, die mit dem Polymerisat (1) kaum verträglich sind, durch
Mischen mit einer dritten Komponente, die ihrerseits sowohl mit dem Polymerisat (!) als auch mit dem
Polymerisat (H) verträglich ist. als Polymerisatkomponente (II) verwendet werden. Die Komponenten
werden ebenfalls mit an sich bekannten Mischverfahren gemischt. Zusammengefaßt kann also gesagt
werden, daß das Verfahren gemäß der Erfindung auf praktisch alle Fälle anwendbar ist, in denen gestreckte
Folien, die aus Polymerisatgemischen hergestellt worden sind, eine Struktur mit getrennten
Phasen von fasriger, gestreifter oder netzartiger Ausbildung aufweisen.
?. 5,- Geeigneferweise werden je 100 Teilen Polymerisat (I)
30 bis 250 Teile Polymerisat (II) dem Polymerisat (I) zugemischt. Bei einem Anteil von weniger als 30 Teilen
wird die Elution schwieriger, wohingegen bei mehr als
250 Teilen die Festigkeit der erhaltenen porösen Folie merklich abnimmt.
Ausführliche Versuche haben gezeigt, daß der mittlere
Porendurchmesser der erhaltenen porösen Folien hauptsächlich von der Art und der Kombination der
verwendeten Polymerisate abhängt, solange die beiden Komponenten ausreichend gut miteinander vermischt
sind. Zur gezielten Herstellung poröser Folien mit einem gewünschten Porendurchmesser wird der Fachmann
mit der Kenntnis des Standes der Technik hin-
sichtlich der Auswahl geeigneter StofTkombinulioncn
auf seine Erfahrung und auf ein Trial-and-error-Verfahien
angewiesen sein. Durch die Merkmale der Frfindiing kann aber auch diese Schwierigkeit umgangen
werden: Als Polymerisat (I) oder (II) wird ein hochmolekulares Copolymerisal verwendet. Zur gezielten
Herstellung, Steuerung und Regelung des gewünschten Porcndurchincssers in der erhaltenen porösen Folie
braucht dann lediglich das Verhältnis der Komponenten des Copolymerisats zueinander geändert zu
werden. Dieses Verfahren sei nachstehend an Hand eines Beispiels erläutert.
Wenn als Polymerisat (I) Polyäthylen oder PoIypropyicn
und als Polymerisat (H) ein Äthyien-Vinyiacelat-Copolymcrisat verwendet wird, ist der Porendurchmesser
und das Porenvolumen in der erhaltenen
10
porösen Folie eine Funktion des Vinylacetatgehaltcs im Copolymerisat.
Die erhaltenen experimentellen Ergebnisse sind in der Tabelle 4 zusammengestellt. Die zusammengegebenen
Polymerisate wurden dreimal im Temperaturbereich von 180 bis 250 C auf einem 30-mm-Exlruder
gemischt und anschließend zu einer 0,1 mm starken Folie ausgeformt. Die Folie wurde in einer
Heizplattenpresse ausgeformt. Die so erhaltene Folie
ίο wurde gestreckt, und zwar in der Weise, daß die
Kantcnlüngc je um das Dreifache, die Fläche also um
das Neunfache der Ursprungsbeträge, zunahmen. Der so erhaltene gestreckte Film wurde bei einer Temperatur
von 40 bis 50 C in Chloroform getaucht. Dabei
wurde das Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat herausgeiöst, so daß die poröse Folie entstand. Die
Porendurchmcsservcrtcilung wurde mit einem Quccksilbereindringporosimeter gemessen.
Tabelle 4 | Vinylacetal-Gehalt | (I): (II) | 1 | Poröses Material | Bereich der |
Gemischzusammensetzung | im Copolymerisat | 5 | mittlerer Poren- | Porendurch- | |
Polymerisat I | 1 | durchmesser | messerver- | ||
(0Zo) | (Gewichtsverhültnis) | 1 | tcilung | ||
19 | 1 | 1 | (fim) | 0,01 bis 5,0 | |
25 | 4 | 1 | 0,1 | 0,01 bis 10 | |
Hochdichtes Polyäthylen | 25 | 1 | 1 | 0,5 | 0,01 bis 10 |
33 | 1 | 1 | 0,5 | 0,1 bis 30 | |
25:33(1: 1)*) | 1 | 1 | 1,0 | 0,05 bis 30 | |
19 | 1 | 0,9 | 0,005 bis 5 | ||
25 | 1 | 0,1 | 0,01 bis 10 | ||
[sotaktisches Polypropylen | 33 | 1 | 0,5 | 0,1 bis 20 | |
19:25(1 : 1)**) | 1 | 1,5 | 0,01 bis 10 | ||
0,2 | |||||
*) Gemisch eines Copolymerisats mit 25",', Vinylacetat und eines Copolymerisats mit 33% Vinylacetat im Gewichtsverhältnis 1:1.
**) Gemisch eines Copolymerisats mit 19% Vinylacetat und eines Copolymerisats mit 25% Vinylacetat im Gewichtsverhältnis 1 : 1.
Der Tabelle 4 kann entnommen werden, daß der mittlere Porendurchmesser eine Funktion des Vinylacetatgehaltes
im Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat und nicht eine Funktion des Mischungsverhältnisses
der Polymerisate (I) und (II) ist. Bei der Verwendung eines Gemisches von Copolymerisate!! mit unterschiedlichen
Vinylacetatgehalten als Polymerisat (II) werden poröse Folien erhalten, deren mittlerer Porendurchmesser
zwischen den mittleren Porendurchmessern poröser Folien liegt, die unter Verwendung
jedes der Copolymerisate für sich erhalten werden. Aus diesem Ergebnis kann gesehen werden, daß bei
vorgegebenen Misch- und Verarbeitungsbedingungen der Porendurchmesser der erhaltenen porösen Folien
lediglich eine Funktion des Vinylacetatgehaltes im Copolymerisat ist.
Als Copolymerisate zur Durchführung dieses Verfahrens können statistische Copolymerisate, Blockcopolymerisate und Pfropfcopolymerisate verwendet
werden. Bevorzugt werden solche Copolymerisate, die in beliebigen Zusammensetzungsverhältnissen oder
doch zumindest in Zusammensetzungsverhältnissen innerhalb breiter Bereiche hergestellt werden können.
Beispiele für solche Copolymerisate sind Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisat, Athylen-Propylen-Copolymerisate, Propylen-Vinylchlorid-Copolymerisate, Sty
rol- Acrylnitril-Copolymcrisate, Styrol-Butadien-Copolymerisate,
Styrol -Methylacrylat - Copolymerisate und Vinylacetat-Äthylacrylat-Copolymerisate.
Das im Beispiel 3 verwendete Copolymerisat wurde als Polymerisat (II) verwendet. Es ist jedoch mit
gleichem Erfolg möglich, das Copolymerisat auch als Polymerisat (I) zu verwenden, wobei das Copolymerisat
dann die poröse Folie bildet. Alle Kombinationen von Copolymerisaten und Polymerisaten können so
lange im Rahmen der Erfindung verwendet werden, wie das aus ihnen erhaltene Gemisch vermählen und
bearbeitet werden kann und wie eine Komponente nach der Formgebung, dem Strecken und Quellen mit
Hilfe eines Eluenten ausgewaschen bzw. herausgelöst werden kann.
Ein geeignetes Verfahren zur Steuerung der Porendurchmesserverteilung besteht darin, daß man zu-
nächst orientierend die mittlere Porendurchmesserverteilung eines porösen Formkörpers bestimmt, die
mit einer bestimmten StofTkombination erhalten wurde. Mit anderen Worten, man bestimmt zunächst
vorläufig experimentell die Funktion zwischen der
Verteilung der Porendurchmesser und der Zusammensetzung des Copolymerisats, wie im Beispiel 3 gezeigt.
Unter Zugrundelegung der so erhaltenen Rieht- bzw. Eichwerte kann dann in gezielter Weise eine bestimmte
Porendurchmcsserverteilung im porösen Endprodukt eingestellt und hergestellt werden. Wenn die Beziehung
zwischen der Porendurchniesservcrteilung und der Zusammensetzung der verwendeten Stoffe einmal bestimmt
ist, so kann unter Benutzung der aufgenommenen Werte jede beliebige andere Verteilung gezielt
hergestellt werden.
Zusammenfassend wird also festgestellt, daß nach dem Verfahren gemäß der Erfindung dünne poröse
F1OHeIi in leichter Weise zuverlässig und reproduzierbar
hergestellt werden können, die sich durch eine außerordentlich hohe dielektrische Durchschlagfestigkeit
auszeichnen, wobei die Durchschlagfestigkeit diejenige bekannter Isolatorpapicre übertrifft. Außerdem
weisen die Folien mechanische Festigkeiten auf, die derjenigen des Papiers gleich kommt oder' diejenige
des Papiers übertrifft. Die Porcndurchmesser bzw. die Verteilung der Porendurchmesser in den porösen
Folien kann in einfacher Weise unter Verwendung eines Copolymerisats und Steuerung seiner Komponenten
eingestellt und überwacht werden.
Die auf diese Weise hergestellten porösen Folien sind jedoch nicht ausschließlich auf die Verwendung
als Isolatormaterialien eingeschränkt. Sie können als Filter oder in anderer Weise zu Trennzwecken verwendet
werden. Außerdem braucht das poröse Material nicht eine Folie in Bahnform zu sein, sondern
kann einstückig als Teil eines komplizierten Formkörpers ausgeformt sein. Die Folie kann beim Ausformen
aus dem Formkörper gestreckt werden und mit diesem dann dem Auswaschen der Komponente
(II) unterworfen werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Verfahren zum Herstellen poröser Folien aus makromolekularen Stoffen als elektrisches Isoliermaterial
durch Behandeln einer Folie aus einem Gemisch aus einem Polymeren (I), das dann die
poröse Folie bildet, und einem anderen Polymeren (II) mit einem Mittel zum Auswaschen des Polymeren
(II), dadurch gekennzeichnet, daß man die Folie in mindestens einer Richtung um das
mindestens l,5fache streckt und daß man die so gestreckte Folie mit einer Flüssigkeit oder einem
Dampf behandelt, die bzw. der das Polymere (I) aufquellen, aber nicht lösen kann, das Polymere (II)
aber löst.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Porendurchmesser der
porösen Foiien in der Weise gezielt herstellt, daß man ein Copolymeres als mindestens eines der
Polymeren (I) oder (II) verwendet und die jeweils gewünschte Porendurchmesserverteilung durch Veränderung
des Verhältnisses der Komponenten des Copolymeren einstellt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eluierte Film
unter einer geringen mechanischen Vorspannung getrocknet wird.
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