DE3884918T2

DE3884918T2 - Verfahren zum Herstellen einer schrumpfbaren Folie.

Info

Publication number: DE3884918T2
Application number: DE88403007T
Authority: DE
Inventors: Jean Philippe Coste; Robert Diemunsch
Original assignee: Bollore Technologies SA
Current assignee: Bollore Technologies SA
Priority date: 1987-11-30
Filing date: 1988-11-30
Publication date: 1994-02-17
Anticipated expiration: 2008-12-01
Also published as: EP0319401B1; EP0319401A3; EP0319401A2; DE3884918D1; ATE95754T1; FR2623744B1; ES2045168T3; FR2623744A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer unter Wärmeeinfluß schrumpfbaren thermoplastischen Folie, welche insbesondere im Bereich der Verpakkung vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft Folien aus linearen Ethylencopolymeren mit wenigstens einem α-Olefin mit C&sub4; bis C&sub8;.
Schrumpfbare Folien auf der Basis von Ethylencopolymeren mit einem α-Olefin mit C&sub8; bis C&sub1;&sub8; sind aus dem Patent US 4597920 bekannt.
In dieser Patentschrift ist insbesondere erwähnt, daß das verwendete Material wenigstens 5 Gew.-% eines solchen Polymers mit den folgenen Eigenschaften aufweisen muß:
- eine Fließzahl im geschmolzenen Zustand von 0,1 - 4,0 g/10 mn
- eine Dichte von 0,9 bis 0,94 g/cm³
- einen Festikeitsexponent von mehr als 1,3
- zwei verschiedene Kristallitschmelzbereiche unterhalb von 128ºC, die durch differentielle kalorimetrische Analyse unter Leistungsausgleich (DSC) bestimmt sind, wobei die Temperaturdifferenz wenigstens 15ºC beträgt.
Die Streckung muß ferner in dem Temperaturintervall durchgeführt werden, welches durch die beiden Schmelzpunkte der Kristallite definiert ist.
Die vorgesehene Herstellungsweise ist die an sich bekannte Schlauchfolienextrusion, welche aus einem Extrudieren des Materials quer zu einer Düse bzw. einem Spritzmundstück besteht, wobei ihm eine röhrenförmige Form verliehen wird, ihrer Abkühlung in einer ersten Zeit und dann ihrer Wiedererwärmung auf eine geeignete Temperatur, wobei sie in Längsrichtung gestreckt wird, dies gleichzeitig mit einer Vergrößerung der Querdimension der Hülle durch einen inneren Luftstrom.
Ein solches Verfahren verlangt die Verwendung leichter zu verarbeitender Produkte als für andere Techniken. Dies impliziert die Verwendung von Copolymeren, deren Olefin- Comonomer schwer ist, wenigstens C&sub8; aufweist.
Es verlangt ferner eine Wahl von Komponenten, die zu einer geringen Fließzahl im geschmolzenen Zustand, von weniger als 4g/10mn führt. Schließlich gestattet es gemäß dem verwendeten Produkt nicht den Erhalt von Folien mit einer Dicke von weniger als 10 oder 12 µm.
Ferner ist die Patentanmeldung EP 171733 bekannt, welche sich auf die Herstellung eines schrumpfbaren Films (Folie) aus einem Polypropylenpolymer unter Verwendung von zwei Streckstufen in senkrechten Richtungen bezieht, jedoch eine intermediäre bzw. zwischenliegende Wärmebehandlung verlangt, welche bei einer Temperatur durchgeführt wird, die höher als diejenige der ersten Streckungsstufe ist. Außer der Tatsache, daß sie nur auf Polypropylen abzielt, betrifft die in diesem Dokument beschriebene Erfindung einen im wesentlichen in einer Richtung schrumpfbaren Film.
Ferner ist die Patentanmeldung EP240705 bekannt, die sich auf einen schrumpfbaren Film (Folie) bezieht, der durch Zweifachstreckung eines Polymers, welches wenigstens ein lineares Ethylencopolymer mit einem Alpha-Olefin enthält, erhalten wird. Es wird Bezug genommen auf die Eigenschaft bzw. Charakteristik der differentiellen kalorimetrischen Kurve der unter Leistungsausgleich (DSC) der Polymerzusammensetzung, gemäß der die endotherme Fläche 10ºC unterhalb ihres Schmelzpunkts wenigstens 55% der gesamten endothermen Fläche darstellt.
Man bemerkt, daß das Charakteristische der durch diese Anmeldung abgedeckten Erfindung auf den Erhalt eines Filmes abzielt, der eine geringe Dickenvariation und eine gute Wärmeschrumpfbarkeit aufweist. Indessen wurde dieses Ziel als Funktion (Ergebnis) des gleichen Streck-Blasziehverfahrens, das in US 4597920 beschrieben ist, erreicht. Es folgt, daß die Lehre dieses Dokuments sich auf ein Erzeugnis mit geringer Fließzahl im geschmolzenen Zustand und eine Folie, deren Dicke nicht geringer als 16 µm ist, bezieht.
Die vorliegende Erfindung schlägt ein Verfahren vor, welches diese Nachteile nicht aufweist. Das Verfahren zum Herstellen einer unter Wärmeeinfluß schrumpfbaren thermoplastischen Folie aus einem Ethylencopolymer geringer Dichte unter Anwendung von zwei Streckungsstufen des Polymers, wobei die zweite Streckungsstufe in einer Richtung senkrecht zur ersten durchgeführt wird, ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet:
- Erwärmung über der Schmelztemperatur und Querextrusion aus einer Breitschlitzdüse eines linearen Ethylencopolymeren mit einem α-Olefincomonomeren mit C&sub4; bis C&sub8; einer Dichte von 0,9 bis 0,94, dessen Fließzahl in geschmolzenem Zustand zwischen 1 und 7 g/10 mn liegt,
- Aufgießen des Copolymeren auf eine auf Abschrecktemperatur gekühlte Trommel, wobei die Temperatur als Funktion der Dicke der zu erhaltenden Folie gewählt ist,
- Wiedererwärmung auf eine erste Temperatur,
- Streckung der Folie in Bewegungsrichtung auf wenigstens dreifache Dimension der ursprünglichen, nicht gestreckten Folie,
- Erwärmung auf eine zweite Temperatur, die höher als die erste, jedoch niedriger als die Schmelztemperatur ist, wobei die Folie mit Hilfe von Klammern in Querrichtung gestreckt wird, auf das wenigstens fünffache ihrer ursprünglichen Dimension,
- schließlich Abkühlung der erhaltenen Folie auf die Zimmertemperatur.
Die Temperatur, auf die das Material am Ausgang des Extrusionskopfes abgekühlt wird, ist ausreichend niedrig, um es in einen festen Zustand zu führen. Sie liegt in der Praxis für durch dieses Verfahren umgeformte Produkte in einem Bereich von 20 bis 90ºC.
Ferner ist die erste Temperatur, auf die das Material erwärmt wird, hoch genug, daß man es in Bewegungsrichtung ohne Gefahr eines Bruches oder eines Festklebens auf den zur Streckung dienenden Stützen, welche im allgemeinen Zylinder sind, strecken kann. Sie liegt in der Praxis in einem Bereich von 90 bis 115ºC.
Diese Temperatur ist der Solltemperatur der Zylinder benachbart. Der Abstand zwischen tatsächlicher Temperatur der Folie und der Solltemperatur hängt ab von ihrer Dicke, der Anzahl und den Ausmaßen der Zylinder, der Kontaktzeit zwischen Folie und Zylindern, dem Wärmeaustauschkoeffizienten zwischen dem Wärmeübertragungsmittelfluid und der Zylinderoberflächen und der Herstellungsgeschwindigkeit.
Die zweite Temperatur, welche höher ist als die erste, bei der man die Folie in Querrichtung streckt, ist höchstens um 25ºC niedriger als die Schmelztemperatur des Copolymeren. Sie wird vorzugsweise nahe genug an dieser letzteren gewählt und hängt derart von dem Verhalten bzw. der Widerstandsfähigkeit der Folie während der Streckung ab, daß ein Bruch wegen einer zu schwachen Elongationsviskosität vermieden wird.
Nach jeder der beiden Streckungsstufen wird die Folie vorzugsweise einer gemäßigten Wärmebehandlung zur Stabilisierung unterzogen.
Dieses Verfahren gestattet die Verwendung von Copolymeren, deren Olefin-Monomer auch 1-Octen, 1-Buten oder auch 1- Hexen sein kann, welche als schwerer umzuwandelnde Produkte bekannt sind. Sie sind wegen ihres geringen Preises interessant.
Ein wichtiger Vorteil dieses Verfahrens ist, daß es die Realisierung von Folien mit sehr kleiner Dicke, in der Größenordnung von 4 µm, gestattet, dies zusammen mit einer großen Produktionsgeschwindigkeit, die über 100 m pro Minute betragen kann.
Zur Durchführung des Verfahrens kann man eine an sich bekannte biaxiale Streckungseinrichtung verwenden, wobei die Streckung in Bewegungsrichtung durch Durchgang des Materials durch eine Anzahl von erwärmten Rollen durchgeführt wird, und die Streckung in Querrichtung mittels Klemmen bzw. Zangen realisiert wird, welche die Seitenkanten der Folie greifen bzw. spannen und entlang von Schienen angetrieben werden, deren Abstand bis zur abschließenden Quer-Dimension (Quermaß), welche der Folie gegeben werden soll, zunehmend ist. Die Erwärmung für diese Verfahrensstufe wird meistens durch einen warmen Luftstrom gewährleistet.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben.
In diesem Beispiel wird ein lineares Copolymer mit 1- Octen verwendet (von der Firma DOW CHEMICAL unter der Marke DOWLEX 2035 vertrieben). Dieses Produkt weist eine Fließzahl von 6 g/10 mn auf und seine Dichte beträgt 0,919.
Man erwärmt das Polymer auf eine Temperatur in einem Bereich von 240 bis 265ºC und extrudiert es quer aus einem Spritzmundstück einer Breite von 880 mm. Die Extrusionstemperatur hängt von der Fließzahl und dem Stabilisationsgrad des Materials ab.
Das Material wird auf eine Schmelztrommel gegeben, deren Temperatur durch innere Kühlung auf 70ºC gehalten wird.
Die gebildete Folie wird dann durch die auf 93ºC bis 112ºC erwärmten Rollen aufgenommen und einer Vorerwärmung bis zu der genannten ersten Temperatur unterzogen, und dann durch Durchgang zwischen den Rollen mit kleinem Durchmesser, deren Geschwindigkeitsverhältnis zu denjenigen der Vorwärmung die Streckung bestimmt, in Maschinenrichtung gestreckt. Dieses beträgt im vorliegenden Fall 4/1.
Bei dieser Verfahrensstufe wird die in Längsrichtung gestreckte Folie mittels Trommeln bzw. Walzen, welche auf einer Temperatur über 100ºC gehalten werden, thermisch stabilisiert.
Beim Ausgang aus diesen Walzen wird die Folie mittels Zangen zwischen zwei Schienen, welche horizontal in einer gleichen Ebene angeordnet sind, geführt. Die Zangen (Klammern) sind fortlaufend entlang der Schienen durch Ketten angetrieben, welche einen Riemen bzw. eine Schlaufe bilden. Sie sind stromaufwärts von dem Ort, wo ihre Klemmbacken sich auf den Kanten der Folie schließen, in ausgefahrenem bzw. entfaltetem Zustand. Die Schienen spreizen sich von der Stromaufwärtsrichtung zur Stromabwärtsrichtung immer weiter gemäß einer genau untersuchten Geometrie, um eine seitliche Streckung in einem Verhältnis zwischen 7/1 und 9/1 zu erhalten.
Diese Streckung findet in einem Ofen statt, beispielsweise einem Heißluftofen, der eine Anzahl von Heizbereichen aufweist, die unabhängig voneinander geregelt werden können.
Er weist an seinem Eingang eine erste Vorwärmungszone auf, in der die Schienen parallel sind und wo die Folie nach und nach auf die zweite Temperatur erwärmt wird. Die Folie durchquert dann eine Querstreckungszone, in der sich die Schienen gemäß einer definierten Geometrie spreizen und wo sie auf dieser zweiten Temperatur gehalten wird. In einer dritten Zone, wo die Schienen wieder parallel sind, kann die Folie einer gemäßigten Wärmebehandlung zur Stabilisierung unterzogen werden. Die Verweilzeit in dieser letzteren Zone des Ofens wird derart gewählt, daß die Relaxation innerer Spannungen vermieden wird und eine gute Schrumpfbarkeit der Folie erzielt wird.
Die Einstelltemperaturen der verschiedenen Abschnitte werden als Funktion der Produktionsgeschwindigkeit, der Geschwindigkeit der Heizluft und der Dicke des Blattes bzw. der Folie derart eingestellt, daß das Material zur Zeit der Streckung die zweite Temperatur aufweist. Diese wird ausreichend nahe der Schmelztemperatur gewählt. Sie darf auf keinen Fall um mehr als 25ºC abweichen.
Außerhalb des Ofens wird die Folie von den Klammern über eine Strecke angetrieben bzw. bewegt, welche ihr erlaubt, auf die Umgebungstemperatur zurückzukehren. Ihre Abkühlung kann unter Umständen mittels einer Luftdusche beschleunigt werden. Nach Entfernung der Klammern wird die Folie dann auf eine Rolle aufgewickelt.
Gemäß diesem Verfahren sind verschiedene schrumpfbare Folien realisiert worden, deren Eigenschaften in der folgenden Tabelle zusammengefaßt sind. Extrusionstemperatur Temperatur der Kühltrommel Einstelltemperatur der Streckzylinder, Bewegungsrichtung Einstelltemperatur des Ofenabschnitts zur Streckung, Querrichtung Streckungsgrad, Bewegungsrichtung Streckungsgrad, Querrichtung Standardbreite einer Folienbahn am Ausgang des Ofens Mittlere Dicke der Folie Dicke der Folie in der Mitte Dicke der Folie in Randnähe Abspulgeschwindigkeit Schrumpfungsmaß bei 120ºC - Bewegungsrichtung - Querrichtung
Material A ist ein lineares Ethylencopolymer mit 1- Octen mit einer Dichte von 0,919 und einer Fließzahl im geschmolzenen Zustand von 6g/10 mn welches unter der Marke DOWLEX 2035 durch die Firma DOW CHEMICAL vertrieben wird. Material B ist ein lineares Copolymer mit dem 1-Octen mit einer Dichte von 0,917 und einer Fließzahl im geschmolzenen Zustand von 2,3 g/10 mn, welches unter der Marke DOWLEX 2047 durch die Firma DOW CHEMICAL vertrieben wird.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer unter Wärmeeinfluß schrumpfbaren thermoplastischen Folie aus einem Ethylencopolymeren geringer Dichte unter Anwendung von zwei Streckungsstufen des Polymeren, wobei die zweite Streckungsstufe in einer Richtung senkrecht zur ersten durchgeführt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Erwärmung über der Schmelztemperatur und Querextrusion aus einer Breitschlitzdüse eines linearen Ethylencopolymeren mit einem α-Olefincomonomeren mit C&sub4; bis C&sub8; einer Dichte von 0,9 bis 0,94, dessen Fließzahl in geschmolzenem Zustand zwischen 1 und 7 g/10 mn liegt,

- Aufgießen des Copolymeren auf eine auf Abschrecktemperatur gekühlte Trommel, wobei die Temperatur als Funktion der Dicke der zu erhaltenden Folie gewählt ist,

- Wiedererwärmung auf eine erste Temperatur, die ausreichend hoch ist, so daß man die Folie in Bewegungsrichtung ohne Gefahr eines Bruches oder eines Festklebens auf den zur Streckung dienenden Stützen strecken kann,

- Streckung der Folie in Bewegungsrichtung auf wenigstens dreifache Dimension der ursprünglichen, nicht gestreckten Folie,

- Erwärmung auf eine zweite Temperatur, die höher als die erste, jedoch niedriger als die Schmelztemperatur ist, wobei die Folie mit Hilfe von Klammern in Querrichtung gestreckt wird, auf das wenigstens fünffache ihrer ursprünglichen Dimension,

- schließlich Abkühlung der erhaltenen Folie auf die Zimmertemperatur.

2. Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Temperatur in einem Bereich von 90º bis 115º C liegt.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Temperatur höchstens um 25º C niedriger ist als die Schmelztemperatur des linearen Ethylencopolymeren.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie nach jeder der beiden Streckungsstufen einer gemäßigten Wärmebehandlung zur Stabilisierung unterzogen wird.