DE2439985A1

DE2439985A1 - Verfahren zur herstellung von polyaethylenterephthalatfolien

Info

Publication number: DE2439985A1
Application number: DE2439985A
Authority: DE
Inventors: James Ross Curtis; Thomas Allen Palmer; Billy Joe Wilson
Original assignee: Celanese Corp
Current assignee: Celanese Corp
Priority date: 1973-08-29
Filing date: 1974-08-21
Publication date: 1975-03-06
Also published as: FR2242216B1; JPS5051174A; DE2439985C2; CA1031921A; DK136462B; FR2242216A1; NL7411380A; US3873664A; NO743070L; IT1020246B; JPS5731976B2; DK456474A; BE819326A; NO142894B; NO142894C; DK136462C; GB1444035A; SE7410910L

Description

PATENTA NVM'id

DR.-ING.VOh4 KkciSL£R ÜR.-ING. SCHUNWALD 2439985 DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL.-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH 'DIPL-ING. SELTING

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 20.August Ke/Ax

CELAMESE CORPORATION,

1211 Avenue of the Americas, New York, Ν.Ϋ. 10036 (U.S.A.)

Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenterephthalat-

folien

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von verbesserter Polyäthylenterephthalatfolie, insbesondere ein Verfahren zur Verbesserung der Beschaffenheit und Eigenschaften der ,Oberfläche von Polyäthylenterephthalatfolie durch Erhitzen der Folienrollen nach dem Auf- . wickeln der Folie zu Rollen.

Die hervorragenden physikalischen Eigenschaften von Polyäthylenterephthalatfolie führten "zu" weitverbreiteter Verwendung dieser Folie für zahlreiche technische Zwecke. Eine dieser Hauptanwendungen ist die Verwendung von Polyäthylenterephthalatfolie als Schichtträger für magnetische Schichten bei der Herstellung von Magnetbändern für Audio-, Video- und Computerzwecke_o Ein weiteres größeres Anwendungsgebiet von Polyesterfolien ist die Verwendung dieser Folien als Schichtträger für die Abscheidung von Metallüberzügen im Vakuum (metallisierte Folie). Bei diesen Anwendungen sowie zahlreichen hier nicht genannten Anwendungen muß die Oberfläche der Folie fehlerfrei sein, d.h. sie muß glatt ohne jegliche Furchen, Einkerbungen, Vertiefungen o.dgl. sein.

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Ein besseres Verständnis dieses Problems vermittelt eine kurze Betrachtung des Verfahrens, nach dem Polyäthylenterephthalatfolien im allgemeinen hergestellt werden. PoIyäthylenterephtbalatfolie wird wie folgt hergestellt: Zunächst wird geschmolzenes Polyäthylenterephthalat durch eine Breitschlitzdüse extrudiert, wobei eine gegossene Schmelze aus Polyäthylenterephthalat gebildet wird. Die Schmelze wird auf einer Kühlwalze abgeschreckt, wobei ein gegossenes Flächengebilde entsteht. Das gegossene Flächengebilde wird in Längs- und Querrichtung biaxial zur Folie gereckt. Das Ausmaß des Reckens der Folie in diesen beiden senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen hängt von den gewünschten Festigkeitseisenschaften und der Maßhaltigkeit ab, die der Hersteller der Folie verleihen will. Die biaxial gereckte Folie wird anschließend bei erhöhten Temperaturen heißfixiert,· wobei die Folie kristallisiert und ihr die gewünschte thermische Stabilität verliehen wird. Die Folie wird unmittelbar nach dem Heißfixieren gekühlt und nach dem Beschneiden der Kanten zu einer Hauptrolle gewickelt. Die Hauptrolle wird im allgemeinen zu Folien von Standardbreite aufgeschlitzt. Diese Folien werden aufgewickelt, wobei die "Teilrollen" gebildet werden. In den meisten Fällen werden die Teilrollen vor dem Gebrauch gelagert und/oder zum Versand gebracht. Von diesen Hauptrollen und Teilrollen rühren die Oberflächenfehler her. Die Oberflächenfehler sind eine Folge einer komplizierten Kombination von Wirkungen, z.B. Innendruck, Zugkräften, Wärmeausdehnungserscheinungen, Schwankungen der Dicke der Folie in Querrichtung u.dgl.

Dieses Problem wurde zwar in der Literatur des Standes der Technik erkannt und gekennzeichnet, jedoch wurde bisher keine völlig befriedigende Lösung des Problems der Ausschaltung der Bildung von Oberflächenfehlern bei Hauptrollen und Teilrollen gefunden. Wahrscheinlich die nächstliegende Veröffentlichung, die sich mit einer ähnlichen Erscheinung gefaßt, ist die USA-Patentschrift 3 061 886. Diese USA-

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Patentschrift lehrt die Entspannung einer Rolle von breitem "beschichteten Band durch Erhitzen der Rolle auf eine Temperatur zwischen 32° und 60⁰G für wenigstens 20 Stunden und anschließendes Aufwickeln zu kleinen RoI- ■ len unter Spannung bei einer Temperatur von etwa 32 bis

Die vorstehend genannte Patentschrift stellt zwar einen bedeutenden technischen Fortschritt dar, löst jedoch nicht die Probleme, die bei Hauptrollen und Teilrollen von unbeschichteter Polyathylenterephthalatfolie auftreten. Zunächst einmal ist sie ausschließlich auf beschichtete Folien gerichtet. Wie dem Fachmann bekannt ist, sind die bei beschichteten Folien auftretenden Probleme verschieden von den Problemen, auf die das Verfahren gemäß der Erfindung gerichtet ist. Bevor Polyathylenterephthalatfolie beschichtet wird, können keine Oberflächendeformierungen auftreten, die für viele unbeschichtete Polyäthylenterephthalatfolien des Standes der Technik charakteristisch sind. :

Zwar wird bei dem Verfahren der vorstehend genannten USA-Patentschrift ein verbessertes Produkt erhalten, jedoch erfordert es die Einfügung einer neuen Verarbeitungsstufe, die darin besteht, daß die entspannte beschichtete Folie bei diesem bekannten Verfahren unter Spannung bei einer bestimmten Temperatur aufgewickelt werden muß. Dies ist notwendig, um eine Deformierune des aufgewickelten beschichteten Bandes während der Lagerung, des Versandes und des Gebrauchs zu verhindern. Dieses Neuwickeln bei einer vorgeschriebenen erhöhten Temperatur erhöht die Kosten des Gesamtverfahrens erheblich.

Zusammenfassend ist zu sagen, daß das in der genannten USA-Patentschrift beschriebene Verfahren zur Verhinderung der Deformierung von beschichtetem Band die Probleme ausschaltet, die eine Folge der verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Schicht und der Trägerfolie sind.

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Da dieses Problem bei unbeschichteten Folien nicht vorhanden ist, ist das zum Entspannen von beschichtetem Band angewendete komplizierte Verfahren nicht auf die Probleme anwendbar, die bei unbeschichteter Polyäthylenterephthalatfolie auftreten.

Die Erfindung ist auf ein Verfahren zur Verhinderung von Oberflächendeformierungen, Oberflächenfehlern u.dgl. gerichtet, die bei der Herstellung von Polyäthylenterephthalatfolie entstehen. Mit Folien, die nach diesem Verfahren hergestellt werden, werden gute beschichtete Bänder für Audio-, Video- und Computeranwendungen sowie für andere Anwendungen erhalten, bei denen Polyäthylenterephthalatfolioi mit fehlerfreien Oberflächen erforderlich sind.

Ein weiteres Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung ist die Einfachheit gegenüber den bisher angewendeten Verfahren. Ein einstufiges Verfahren ist alles, was für die Behandlung dieser Folienrollen erforderlich ist. Keine Spezialapparaturen oder zusätzlichen Arbeitsstufen zur Behandlung der Folie außer der einstufigen Behandlung gemäß der Erfindung sind erforderlich.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenterephthalatfolie mit fehlerfreien Oberflächen verfügbar. Das Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem man Polyäthylenterephthalat schmilzt und durch eine Düse auf eine Kühlwalze unter Bildung einer Gießfolie extrudiert, die Gießfolie in Längsrichtung : und Querrichtung zu einer biaxial orientierten Folie reckt, die man anschließend heißfixiert, die heißfixierte Folie, die eine maximale Schwankung der Dicke von nicht mehr als 7$ hat, zu einer Hauptrolle wickelt und die Folie dieser Hauptrolle zu einer oder mehreren Teilrollen aufschlitzt, ist dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilrollen wenigstens 24 Stunden in einer Umgebung hält, die bei einer Temperatur ge-

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halten wird, die um 15° bis 35⁰C über der Temperatur liegt, bei der die Folie zu den Teilrollen gewickelt wird.

Bei Polyäthylenterephthalatfolie und anderen thermo- * plastischen Polymerfolien, die nach einem Verfahren hergestellt werden, das dem Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenterephthalatfolie analog ist, treten nach dem Aufwickeln der Folie zu Teilrollen' Oberflächendeformierungen auf. ^:

Polyäthylenterephthalatfolie wird üblicherweise wie folgt hergestellt: Zunächst wird Polyäthylenterephthalat geschmolzen und die Schmelze durch eine Düse auf eine Kühlwalze extrudiert. Das in dieser Weise gebildete gegossene flächige Material wird in Längsrichtung und Querrichtung gereckt, wobei eine biaxial orientierte Folie gebildet wird. Diese orientierte Folie wird anschließend heißfixiert. Die heißfixierte Folie, deren Dicke um nicht mehr als ']'^J/o schwankt, wird zu einer Hauptrolle auf ge—. wickelt. Die Hauptrolle wird dann zu Folien von handelsüblichen Breiten aufgeschlitzt. Die aufgeschlitzte Folie wird zu einer oder mehreren Teilrollen aufgewickelt. Das Aufschlitzen und Aufwickeln werden in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt.

Obwohl nicht eindeutig nachgewiesen, wird angenommen, daß die grundlegende Ursache für die Ausbildung von Oberflächendeformierungen bei Polyäthylenterephthalatfolien und in ähnlicher Weise hergestellten Folien die Kombination der Schwankung der Dicke, d.h. der ungleichmäßigen Dicke der Folie über die Breite der Folie, mit komplexen Wirkungen ist, die durch das Aufwickeln und die Lagerung der Folie in Form von Teilrollen entstehen. <

Die Lösung des Problems der Oberflächendeformierung wurde bereits vom Standpunkt der Verbesserung des Ausmaßes der Schwankung der Dicke der Folie in Erwägung gezogen. Bei-

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spielsweise ist die deutsche Patentschrift (Patentanmeldung P 22 29 924.7) der Anmelderin auf ein Verfahren gerichtet, bei dem eine biaxial gereckte .thermoplastische Folie, die im wesentlichen gleichmäßige Dickie über die gesamte Breite aufweist, 'durch Regelung der Wärmemenge am Düsenaustritt hergestellt wird. Durch dieses Verfahren sowie zahlreiche andere technischen Fortschritte wurde die Gleichmäßigkeit der Dicke von Polyäthylenterephthalatfolien und anderen in ähnlicher V/eise hergestellten thermoplastischen Folien wesentlich verbessert« Beispielsweise wurden Polyäthylenterephthalatfolien entwickelt, bei denen die Dicke über die gesamte Breite ;um maximal 7$ schwankt. Bevorzugt wird eine erfindungsgemäß erreichbare Schwankung der Dicke der Polyätbylenterephthalatfolie zwischen etwa 2°J> und 4$. Die Schwankung der Dicke in Querrichtung wird als die maximale Abweichung von der Nenndicke definiert. Beispielsweise bedeutet, eine Abweichung von 7$ bei einer Folie von 25,4 ja Dicke, daß die maximale Dicke nicht größer als 27,18 ja und die geringste Dicke -nicht kleiner als 23,6 ^u ist.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird den erfindungsgemäß hergestellten Folien eine weitere Begrenzung der Schwankung der Dicke in Querrichtung auferlegt. Hierbei beträgt die maximale plötzliche Änderung der Dicke 0,59$ pro cm in Querrichtung.

Diese Entwicklungen führten zu einer wesentlichen Verringerung der Schrumpfung von Polyäthylenterephthalatfolien als Folge der Bildung von Oberflächendeformationen. Das Problem der Deformierungen der Oberfläche kann jedoch allein durch Verbesserungen der Schwankungen der Dicke in Querrichtung nicht vollständig gelöst werden, es sei denn, daß die Folie absolut frei von Schwankungen der Dicke in Querrichtung ist. Viele neuere Entwicklungen konzentrieren sich daher darauf, Deformierungen der Ofcer-

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fläche durch entsprechende Verarbeitung "bekannter Folien, d.h. Folien, die hinsichtlich der Schwankung der Dicke in Querrichtung zwar gut, aber in dieser Hinsicht nicht vollkommen einwandfrei sind, auszuschalten.

Der Fachmann ist sich dessen bewußt, daß auch die verbesserten Polyäthylenterephthalatfolien der heutigen Zeit, bei denen die Schwankung der Dichte in Querrichtung nicht mehr als 7$, vorzugsweise nur 2 bis 4$ beträgt, einer Deformierung der Oberfläche durch die kombinierten Wirkungen von Druck, Spannung und Temperatur 'unterliegen, wenn sie als Rolie aufgewickelt sind« Eine Erörterung dieser Wirkungen würde lang und kompliziert sein. Es genügt hier die Feststellung, daß zwei Arten von Oberflächenfehlern sich bei langer Lagerung-von thermoplastischen Folien, z.B. Polyäthylenterephthalatfolien, die als Schmelze extrudiert werden und somit für Schwankungen der Dicke empfänglich sind, einstellen. Der erste dieser Fehler läßt sich mit dem Ausdruck "Reckbahnen" oder "Reckstreifen" kurz zusammenfassen. Reckstreifen stellen einen bleibenden Oberflächenfehler dar, der normalerweise transparente Polyäthylenterephthalatfolien undurchsichtig macht. Die Reckstreifen treten beispielsweise als' weiße undurchsichtige Linien auf, die sieh über verhältnismäßig lange Strecken in Längsrichtung der Folien erstrecken. Wenn eine Kurve des' Dickenprofils in Querrichtung von einem Rand zum anderen längs der Breite der Folie aufgenommen wird, ist festzustellen, daß die erhöhten Punkte der Folie, d.h. die Punkte längs der Breite der Folie mit der größten Amplitude, den Stellen entsprechen, an denen die Reckstreifen auftreten. Es wird angenommen, daß' Reckstreifen beim Aufrollen der Folie als Folge der Spannung durch die "Beulen" gebildet werden, die durch diese erhöhten Punkte entstehen und eine Rekkung der Folie zur Folge haben, die sich durch das Auftreten von Reckstreifen bemerkbar macht. Glücklicherweise

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wurde festgestellt, daß "bei Folien mit einer Schwankung ^! der Dicke von nicht mehr als Tfo diese Reckstreifen nicht gebildet werden, weil ausgesprochen erhöhte Punkte nicht vorhanden sind. Wie nachstehend näher erläutert werden wird, ist die Möglichkeit der Ausschaltung von Reckstreifen durch gute Regelung der Dicke entscheidend wichtig für das Verfahren gemäß der Erfindung. j

Eine zweite Art von Oberflächenfehler oder -deformierung ist als "MD"-Linien bekannt. Dieser Fehler ist auch unter dem Ausdruck "Bienenwabe" bekannt und durc-h Oberflächen*» fehler gekennzeichnet, die die Transparenz der Folie an den Fehlerstellen nicht beeinträchtigen. Die zur Beschreibung dieses Oberflächenfehlers gebrauchten Ausdrücke weisen darauf hin, daß der Oberflächenfehler in Form von Vertiefungen mit einem Linien- oder Wabenmuster auftritt. Die genaue Ursache für diesen Fehler ist nicht mit Sicherheit bekannt, jedoch wird angenommen, daß ! Schwankungen der Dicke in Querrichtung in Kombination mit Druck- und Temperatureffekten, die auftreten, während die Folie zur Rolle gewickelt ist, diesen Oberflächenfehler verursachen. Es wurde gefunden, daß Längslinien und/oder Waben im allgemeinen in Längsrichtung an einer Stelle längs der Breite, die den vertieften Punkten im Dickenprofil in Querrichtung entsprechen, auftreten. Mit anderen Worten, diese Oberflächenfehler treten an Stellen längs der Breite der Folie auf, die Punkten des Dickenprofils mit niedriger Amplitude zwischen umgebenden Punkten des Dickenprofils mit hoher Amplitude entsprechen. In vielen Fällen wurde festgestellt, daß der Oberflächenfehler um so stärker ist, je größer die Amplitude des erhöhten ^: Punktes ist, der einem vertieften Punkt in der Folie entspricht. Im Gegensatz zu den Recklinien läßt sich der als MD-Linien oder Wabe bezeichnete Oberflächenfehler durch sorgfältige Ausschaltung der Schwankung der Dicke nicht beseitigen. Selbst Folien mit einer Schwankung der Dicke

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von nicht mehr als T/° zeigen MD-Linien und Waben nach der Lagerung auf einer Rolle.

Ea wurde nun refunden, daß die Probleme der MD-Linien und Waben durch das Verfahren gemäß- der-Erfindung ausgeschaltet werden können» Es hat sich gezeigt, daß das Problem, das die MD-Linien und Waben aufwerfen, ausgeschaltet ist, wenn die Polyäthylenterepbthalatfolie unmittelbar nach dem Aufwickeln der durch Aufschlitzen gebildeten Bahnen zu Teilrollen erhitzt wird und diese Rollen sich wieder auf Raumtemperatur abgekühlt haben» Bei diesem Verfahren besteht die Wärmebehandlung aus einer Einwirkung einer Temperatur, die um etwa 15 bis 35⁰C über der Temperatur liegt, bei der die durch Aufschlitzen gebildete Folienbahn zu Rollen gewickelt wurde. Diese erhöhte Temperatur wird wenigstens 24 Stunden aufrecht erhalten. Vorzugsweise besteht die Wärmebehandlung darin, daß die Rollen der durch Aufschlitzen gebil-? deten Folienbahn bei einer um 20 bis 25 C über der Aufwickeltemperatur liegenden Temperatur gehalten werden. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt die Lauer, während der die Teilrollen der erhöhten Temperatur ausgesetzt werden, 48 bis 72 Stunden.

Die Behandlung gemäß der Erfindung führt zur Ausschaltung von MD-Linien oder Waben, jedoch kann eine Wärmebehandlung bei Temperaturen, die oberhalb des vorstehend genannten Bereichs liegen, die Bildung von Reckstreifen zur Folge haben, auch wenn diese Form der Oberflächendeformierung ohne Anwendung einer Wärmebehandlung nicht auftritt« Es wird angenommen, daß diese Erscheinung durch die Ausdehnung der Folie insbesondere an den Stellen des Dickenprofils mit hoher Amplitude in Querrichtung verursacht wird. Diese Ausdehnung steigert die Schwankung der Dicke und führt zur Bildung der Reckstreifen. Es ist zu bemerken, daß diese unerwünschte Wirkung nicht eintritt, wenn die Schwankung der Dicke der Folie nicht mehr als

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I⁰Ja betragt und die Folie auf eine Temperatur erhitzt wird, die um nicht mehr als 35°0 über der Temperatur liegt, "bei der die durch Aufschlitzen gebildeten Folienbahnen zu Rollen gewickelt v/erden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird durch das folgende Beispiel weiter erläutert. ι

Beispiel

Eine Polyäthylenterephthalatfolie wurde durch Schmelzen von Polyäthylenterephthalat und Extrudieren der Schmelze durch eine Breitschlitzdüse hergestellt. Die Schmelze wurde auf einer Kühlwalze abgeschreckt, wobei ein gegossenes flächiges Material in Form einer G-ießfolie gebildet wurde. Aus der Gießfolie wurde durch Recken in Längsrichtung und Querrichtung eine biaxial orientierte Folie gebildet. Die Folie wurde anschließend heißfixiert und zu einer Hauptrolle gewickelt. Die Hauptrolle wurde aufgeschlitzt, und die hierbei gebildeten Bahnen wurden zu Teilrollen gewickelt. Die Folie hatte während des Aufschlitzens und Wickeins eine Temperatur von 25⁰C.

In der vorstehend beschriebenen Weise wurden 219 Teilrollen mit einer Dicke von 22,35 JX hergestellt. Alle Rollen hatten eine Schwankung der Dicke in Querrichtung von etwa A°/o. Bei keiner Rolle war eine plötzliche Änderung der Dicke in Querrichtung von mehr als O,59$/?^m "

Zoll), vorhanden. ■

Von den hergestellten 219 Teilrollen wurden 199 Rollen ohne jede weitere Behandlung gelagert. Die übrigen 20 Rollen wurden nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelt, d.h. sie wurden in einem bei einer Temperatur von 45 C (20⁰C über der Temperatur der Folie während des Aufwickeins der durch Aufschlitzen gebildeten Bahnen) gehaltenen Ofen gelegt. Die 20 Rollen wurden 72 Stunden im Ofen bei 45⁰C gehalten.

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Von den 199 unbehandelten Rollen wurden 108 Rollen als Polge der Bildung von Linien in Längsrichtung (MD-Linien) und Waten auf der Folie verworfen. Dies stellte einen Ausschußanteil· von 54$ dar. Bei 17 von den 20 erfindungsgemäß behandelten Rollen traten keine Längslinien (MD-Linien) oder Waben auf. Drei Rollen zeigten Längslinien oder Waben. Dies entspricht einem Ausschußanteil von 15$. Durch Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung stieg somit der Anteil brauchbarer Rollen von 45$ auf 85$.

Es ist zu bemerken, daß bei keiner der 219· Rollen Reckstreifen ausgebildet wurden. Dies läßt erkennen, daß bei Folien, deren Schwankung der Dicke in Querrichtung nicht mehr als 7$, vorzugsweise 2 bis 4$ beträgt, allgemein keine Reckstreifen entstehen. Ferner ist hieraus eriehtlich, daß Reckstreifen in Polyäthylenterephthalatfolien nicht entstehen, wenn die Schwankung der Dicke der Folie in Querrichtung innerhalb des erfindunsgemäß begrenzten Bereichs liegt und die Folie nach dem Verfahren gemäß der Erfindung behandelt wird.

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Claims

Patentansprüche '■

1) Verfahren zur Herstellung von Polyäthylenterepbthalatfolien, wobei man Polyethylenterephthalat schmilzt und durch eine Düse auf eine Kühlwalze unter Bildung einer Gießfolie extrudiert, die Grießfolie in Längsrichtung und Querrichtung zu einer biaxial orientierten Folie reckt, die man anschließend heißfixiert, die heißfixierte Folie, die eine maximale Schwankung der Dicke um nicht mehr als l°ß> hat, zu einer Hauptrolle wickelt und die Folie dieser Hauptrolle aufschlitzt und zu einer oder mehreren Teilrollen aufwickelt, dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilrollen wenigstens 24 Stunden in einer Umgebung hält, die bei einer Temperatur gehalten wird, die um 15° bis 35°C über der Temperatur liegt, bei der die durch Aufschlitzen gebildeten Folienbahnen zu den Teilrollen gewickelt werden. ^:

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen 48 bis 72 Stunden bei der erhöhten Temperatur gehalten werden.

5) Verfahren nach Anspruchl oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilrollen einer Temperatur ausgesetzt werden, die um 20° bis 25⁰C über der Temperatur liegt, bei der die Folie aufgeschlitzt und die Teilbahnen zu Rollen gewickelt werden.

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