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Verfahren zum Einmischen von Gleit- und Antihaftmitteln in Polyolefine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Einmischen von Gleit- und Antihaftmitteln
in Polyolefine, bei welchem die Zusatzmittel in Form eines Konzentrates zugesetzt
werden, um dem Polyolefinharz Gleitfähigkeit und Stabilität zu verleihen und zu
erreichen, daß Folien aus dem Polyolefinharz unter Druck nicht aneinanderhaften.
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Es ist bekannt, daß Polyolefinen, die zu verschiedenen Endprodukten
verarbeitet werden sollen, z. B. durch Gießen oder Formen, verschiedene Zusatzmittel
zugesetzt werden müssen. Diese Zusätze dienen dazu, den fertigen Polyolefinprodukten
Gleitfähigkeit aneinander und an anderen Materialien, Stabilität und andere wünschenswerte
Eigenschaften zu verleihen.
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Übliche Polyäthylenfolien, insbesondere dünne Polyäthylenfolien, weisen
einen hohen Reibungskoeffizienten auf, der verhindert, daß übereinanderliegende
Folien mit ausreichender Leichtigkeit und Geschwindigkeit aneinandergleiten, wenn
nicht ein geeignetes Zusatzmittel in dem Polyäthylenharz enthalten ist.
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Bei verschiedenen Bearbeitungsmethoden stellt diese geringe Gleitfähigkeit
der Folien aneinander einen schwerwiegenden Nachteil dar, so z. B. auf automatischen
Folienverarbeitungsmaschinen wie Verschlußmaschinen, Beutelherstellmaschinen und
Beutelfüllmaschinen.
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Ein weiteres schwieriges Problem ergibt sich aus der Eigenschaft
der üblichen Polyolefine, insbesondere der Polyäthylenfolien, unter Druck fest aneinanderzuhaften.
Dieses Problem spielt insbesondere bei der Herstellung von Polyäthylen folien nach
dem Folienblasverfahren eine Rolle. Nach der Bildung des &chlauches aus Polyäthylenfolie,
Aufschlitzen und Aufwickeln des entspannten Schlauches, läßt sich dieser nur schwierig
öffnen, da die Innenflächen des Polyäthylenschlauches aneinanderhaften.
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Diese Schwierigkeiten hat man bisher dadurch zu umgehen versucht,
daß man dem als Ausgangsmaterial verwendeten Polyäthylen vor der Verarbeitung auf
Folien oder Folienschläuchen bestimmte Zusatzmittel oder Zusatzmittelgemische zugesetzt
hat.
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Neben den Zusatzmitteln, die die Gleitfähigkeit der Folien erhöhen
und das Aneinanderhaften unter Druck vermindern sollen, hat man auch noch andere
gebräuchliche Zusatzmittel, die das Produkt färben und oxydationsbeständig machen,
zugesetzt.
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Die Einarbeitung der Zusatzmittel in das Polyolefinharz wirft verschiedene
Probleme auf. Es ist an sich möglich, die Zusatzmittel einzeln einer Mischvorrichtung,
z. B. einem homogenisierend wirkenden Extruder zuzusetzen; diese Arbeitsweise hat
sich jedoch in der Praxis nicht bewährt. Verschiedene Zusatzmittel
werden nämlich
nur in sehr kleinen Mengen zugesetzt, so daß es äußerst schwierig, wenn nicht unmöglich
ist, die Dosierung mit der notwendigen Genauigkeit vorzunehmen. Infolgedessen mußte
man hinnehmen daß die Zusatzmittelkonzentration in dem Polyolefin in weiten Grenzen
schwankte; auf diese Weise waren auch die als Endprodukt erhaltenen Folien und Folienprodukte
nicht einheitlich.
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Es ist auch schon bekannt, die sogenannte »Grundmischungstechnik«
anzuwenden, bei der man zunächst in getrenntem Arbeitsgang ein Konzentrat aus dem
Zusatzmittel bzw. aus der Zusatzmittelmischung und einem Polyolefin, z. B. Polyäthylen,
herstellt, das dann in die Hauptmenge des Polyäthylens eingearbeitet wird. Diese
Arbeitsweise ist den ausgelegten Unterlagen des belgischen Patents 614216 und in
der USA.-Patentschrift 2 956 035 beschrieben. Zu den notwendigen Arbeitsschritten
bei Anwendung der »Grundmischungstechnik« gehören die Zugabe des Zusatzmittels bzw.
der Zusatzmittelmischung zu dem Polymeren und das Vermahlen oder mechanische Vermischen
in einer geeigneten Apparatur, z. B. einem Banbury-Mischer. Gemäß USA.-Patentschrift
2 956 035 verwendet man für die Grundmischung vorzugsweise ein Äthylenpolymeres,
welches andere Schmelzfluß- oder Tieftemperatureigenschaften aufweist als das restliche
Polyäthylen, dem die Grundmischung zugesetzt wird.
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Bei Verwendung der für diese Arbeitsweise notwendigen Mischapparaturen
mit hohen Scherkräften, z. B. einem Banbury-Mischer, kann das - geschmolzene - Äthylenpolymere
während der Herstellung der Grundmischung, d. h. während der Zugabe der Zusatzmittel,
mechanisch abgebaut werden, so daß der Schmelzflußwert von dem des übrigen verwendeten
Polyäthylens abweicht. Es müssen große Mengen des Äthylenpolymeren, z. B. 95 bis
99 Gewichtsprozent, in Verbindung mit kleinen Mengen, z. B. etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent,
Zusatzstoffen verwendet werden.
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Sobald das mechanische Einmischen der Zusatzstoffe in das geschmolzene
Polymer abgeschlossen ist, wird die Grundmischung pelletisiert, d. h. zu kleinen
Teilchen verarbeitet.
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Bei der großtechnischen Durchführung der »Grundmischungstechnik«
ergeben sich eine Reihe von Nachteilen, so vor allem der, daß das Polyäthylen, welches
für die Grundmischung verwendet wird, andere physikalische Eigenschaften aufweist
als das Polyäthylen, welchem die Grundmischung zugesetzt wird.
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Da bei der »Grundmischungstechnik« sehr große Mengen Polyäthylen zum
Verdünnen für die Zusatzmittel verwendet werden müssen, kann die Zugabe von Teilen
der Grundmischung zu dem übrigen Harz die Eigenschaften des Endproduktes nachteilig
beeinflussen. Dies tritt vor allem dann ein, wenn der Schmelzindex und die Dichte
des Polyäthylenharzes der Grundmischung in erheblichem Maße von dem Schmelzindex
und der Dichte des übrigen Harzes, dem die Grundmischung zugesetzt wird, abweichen.
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Dieser Nachteil verstärkt sich, wenn die Menge an Zusatzmittel in
dem Endprodukt hoch sein muß.
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Außerdem sind - wie bereits gesagt - für die Durchführung der »Grundmischungstechnik«
besondere Mahlapparaturen sowie besondere Apparaturen zum Pelletisieren der fertigen
Mischung notwendig, wodurch das Verfahren kostspielig und zeitraubend wird.
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Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber ein Verfahren zum Einmischen
von Gleit- und Antihaftmitteln in Polyolefine unter Verwendung eines Konzentrates
aus den pulvrigen Gleit- und Antihaftmitteln und Polyolefinen, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß Konzentrate verwendet werden, in denen wenigstens 20, jedoch höchstens
50 Gewichtsprozent des feinzerteilten Polyolefins in einer durchschnittlichen Teilchengröße,
die geringer ist als einem DIN-Prüfsieb mit 4 Maschen/cm2 entspricht, vorliegen.
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Das Zusatzmittel oder Zusatzmittelgemisch, welches selbst in feinzerteilter
Form vorliegen muß, wird mit einem feinzerteilten oder gepulverten Polyolefin vermischt.
Das Vermengen der Zusatzmittel mit dem feinzerteilten Polyäthylen kann in einfachen
handelsüblichen Vorrichtungen, z. B. Doppelschalenmischern oder Kegelmischern, erfolgen.
Die erfindungsgemäß hergestellte Mischung, bei der es sich um ein frei fließendes
Pulver handelt, kann direkt weiterverarbeitet werden. Beispielsweise kann das Zusatzmittelkonzentrat
zusammen mit dem übrigen Polyolefin direkt in den Einfülltrichter eines Homogenisierextruders
eingefüllt werden.
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Unter »Polyolefinen« werden im vorliegenden Zusammenhang Polyäthylen,
Polypropylen, Polybutylen und höhere a-Olefln-Polymere sowie -Mischpolymere, die
sich sowohl von geradkettigen als auch verzweigtkettigen Monoolefinen ableiten,
verstanden. Insbesondere wird im vorliegenden Zusammenhang auf Polyäthylen Bezug
genommen, da die mit Hilfe der
Erfindung erzielbaren Vorteile bei diesem Material
am größten sind.
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Das feinzerteilte bzw. gepulverte Polyäthylen, welches zur Herstellung
des Zusatzmittelkonzentrates verwendet wird, soll im allgemeinen eine Teilchengröße,
die geringer ist als einem Prüf sieb mit weniger als 4 Maschen/cm2 entspricht, aufweisen.
Grundsätzlich braucht die Teilchengröße des Polyäthylenpulers nur so klein zu sein,
daß ein fließfähiges pulvriges Zusatzmittel-Polyäthylen-Produkt erhalten werden
kann. Polyäthylenpulver mit einer Teilchengröße, die geringer ist als einem DIN-Prüfsieb
mit 6400 Maschen/cm2 entspricht, ist im allgemeinen ungeeignet; vorzugsweise soll
die Teilchengröße einem Prüfsieb mit 16 bis 250 Maschen/cm2 entsprechen. Man verwendet
wenigstens 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise 25 bis 40 Gewichtsprozent feinzerteiltes
Polyäthylen, bezogen auf das Gesamtgewicht des Zusatzmittelkonzentrates. Die Menge
an Polyäthylen in dem Zusatzmittelkonzentrat kann jedoch bis zu 50Gewichtsprozent
erhöht werden, insbesondere dann, wenn für die Herstellung des Zusatzmittelkonzentrates
dasselbe Polyäthylenharz verwendet wird, wie für das herzustellende Produkt eingesetzt
wird. Andererseits können die physikalischen Eigenschaften des für die Herstellung
des Zusatzmittelkonzentrates verwendeten Polyäthylens hinsichtlich der Dichte, der
Schmelzindizes beträchtlich von den entsprechenden Eigenschaften der Hauptmenge
des Harzes abweichen, ohne die Eigenschften des letzteren nachträglich zu beeinflussen.
Dieser Vorteil wird mit Hilfe der Erfindung dadurch erreicht, daß das gepulverte
Polyäthylen, bezogen auf die Zusatzstoffe, in verhältnismäßig kleinen Mengen verwendet
wird. Obwohl es möglich ist, die verschiedensten Polyäthylenharztypen in dem Zusatzmittelkonzentrat
als Hauptmenge zu verwenden, setzt man vorzugsweise Polyäthylene niedriger oder
mittlerer Dichte ein. Besonders geeignet sind sogenannte folienbildende Polyäthylene.
Das feinzerteilte bzw. gepulverte Polyäthylen kann mit Hilfe einer geeigneten Mahlvorrichtung
in an sich bekannter Weise hergestellt werden.
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Wie oben bereits ausgeführt worden ist, können solche Zusatzmittel
zusammen mit dem feinzerteilten Polyäthylen zur Herstellung der Zusatzmittelkonzentrate
verwendet werden, die dem Endprodukt die gewünschte Gleitfähigkeit geben und es
von dem unerwünschten Aneinanderhaften unter Druck befreien.
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Diese die Gleitfähigkeit erhöhenden bzw. das Aneinanderhaften herabsetzenden
Zusatzmittel können auch in Verbindung mit gebräuchlichen Polyolefinzusatzmitteln
verwendet werden, beispielsweise mit Antioxydantien, Füllstoffen wie CaCO3, Farbstoffen,
Pigmenten und UV-Stabilisatoren. Das Gesamtgewicht des Zusatzmittels bzw. der Zusatzmittel
in dem Konzentrat kann vorzugsweise etwa 60 bis 75 Gewichtsprozent oder sogar bis
zu 80 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht des Zusatzmittelkonzentrates,
betragen. Es ist andererseits auch möglich, Mengen unter 60 Gewichtsprozent zu verwenden,
ohne daß das Endprodukt nachteilig beeinflußt wird.
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Die genaue Teilchengröße der Zusatzmittel ist nicht kritisch, vorausgesetzt,
daß das fertige Zusatzmittelgemisch ein frei fließendes Produkt bleibt.
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Es können die üblichen für die Verarbeitung von Polyäthylen bekanntgewordenen
Gleitmittel für die Herstellung der Zusatzmittelkonzentrate gemäß der Erfindung
verwendet werden. Damit das Gleitmittel
seine Wirksamkeit voll enthalten
kann, muß es bei Raumtemperatur an der Folienoberfläche aus schwitzen, leicht in
Polyäthylen dispergierbar sein und den Reibungskoeffizienten der Folie in wirksamer
Weise reduzieren. Zu den Materialien, die für diesen Zweck verwendet werden können,
gehören die Amide höherer gesättigter und ungesättigter Fettsäuren, die 10 bis 22,
vorzugsweise 18 bis 22 Kohlenstoffatome enthalten. Vor allem die Amide der Ölsäure
und der Erucasäure sind für den genannten Zweck geeignet.
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Es ist möglich, ein einzelnes bestimmtes Fettsäureamid oder auch eine
Mischung von Fettsäureamiden zu verwenden. So können beispielsweise handelsübliche
Fettsäureamide, bei denen es sich stets um eine Mischung verschiedener Fettsäureamide
handelt und die bis zu etwa 5 Gewichtsprozent freie Fettsäure enthalten, mit gutem
Erfolg eingesetzt werden. Die Menge des zugesetzten Gleitmittels kann, wie bereits
weiter oben angedeutet, in verhältnismäßig weiten Grenzen verändert werden. Das
Gleitmittel sollte jedoch der Hauptmenge des Harzes in einer solchen Menge zugesetzt
werden, daß sich eine Konzentration von 0,01 bis 0,40/0, vorzugsweise 0,025 bis
0,3 0/o, ergibt. Unabhängig von diesen Werten muß die Menge des Zusatzmittels so
groß sein, daß eine ausreichende Verminderung des Reibungskoeffizienten des Materials
erreicht wird.
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Als bekanntes Mittel zur Verhinderung des Aneinanderhaftens der Folien
können solche mit einer Teilchengröße im Bereich von etwa 0,01 bis 10 Mikron herangezogen
werden. Besonders geeignet sind Calciumoxyd und Siliciumdioxydmaterialien. Zu den
geeigneten Siliciumdioxydmaterialien gehören Diatomeenerde, handelsübliche Kieselerden
und Silicagele. Die Mittel werden in solchen Mengen eingesetzt, daß der gewünschte
Effekt gerade erreicht wird.
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Im allgemeinen liegen diese Mengen bei etwa 0,01 bis 0,5 0/o, vorzugsweise
etwa 0,025 bis 0,4 0/o, bezogen auf die Gesamtmenge des Harzes, sind also innerhalb
weiter Grenzen veränderlich.
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Wirksame Antioxydantien für Polyäthylen, die mitverwendet werden
können, sind sterisch gehinderte Phenole, z. B. 2,6-Di-tert.-butyl-4-methyl phenol
und sekundäre aromatische Amine, beispielsweise N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin und
N,N'-Dinaphthyl-p-phenylendiamin.
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Die Konzentration des Antioxydationsmittels in dem Polyäthylenharz
kann zwischen 0,01 und 2 Gewichtsprozent liegen. Vorzugsweise verwendet man Mengen
zwischen 0,005 und 0,3 Gewichtsprozent.
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Alle üblicherweise für das Färben von Polyolefinen verwendeten Farbstoffe
und Pigmente können auch zusätzlich Anwendung finden. Farbstoffe oder Pigmente werden
in Mengen von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 1 bis 3 Gewichtsprozent,
bezogen auf die Gesamtmenge des Polyäthylen, verwendet.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Konzentrat
folgende Zusammensetzung auf: Etwa 20 bis 30 Gewichtsprozent feinzerteiltes Polyäthylen,
etwa 30 bis 40 Gewichtsprozent Gleitmittel und etwa 40 bis 50 Gewichtsprozent des
das Aneinanderhaften verhindernden Mittels. Werden auch noch andere Zusätze verwendet,
so machen sie etwa 10 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise etwa 5 bis 15 Gewichtsprozent,
in der Mischung aus.
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Die Bestandteile des Zusatzmittelkonzentrates, nämlich das gepulverte
Polyäthylen, das Gleitmittel und
das das Aneinanderhaften verhindernde Mittel sowie,
gegebenenfalls, die anderen Zusätze können leicht miteinander vermischt werden.
Für diesen Zweck können übliche Vorrichtungen verwendet werden, die gewährleisten,
daß ein sorgfältig durchgemischtes frei fließendes pulvriges Produkt anfällt. Die
verschiedenen Materialien können beispielsweise aus den Vorratsbehältern in eine
geeignete Mischvorrichtung übergeführt werden. Das einheitlich durchgemischte Produkt
kann wiederum gelagert und danach direkt mit der Hauptmenge des Polyäthylens, und
zwar entweder portionsweise oder kontinuierlich, in den Einfülltrichter eines Homogenisierextruders
zur Vermischung mit dem Harz gegeben werden. Die vorstehend beschriebene Arbeitsweise
ist zur Durchführung der Erfindung besonders geeignet; es ist aber auch möglich,
die Herstellung der Zusatzmittelkonzentrate und die weitere Vermischung des Zusatzmittelkonzentrates
mit der Hauptmenge des Harzes in beliebiger anderer Weise vorzunehmen. So ist es
beispielsweise möglich, das Zusatzmittelkonzentrat mit Hilfe eines kalibrierten
Schneckenförderers, der zuvor auf Förderung einer bestimmten Menge Zusatzmittel
eingestellt worden ist, in den unteren Teil eines Extrudertrichters einzudosieren,
der dem Extruder eine konstante Menge des zusatzmittelfreien Polymerisates zuführt.
Ist die Fördergeschwindigkeit des Extruders bekannt, so kann durch Einstellung der
(veränderlichen) Fördergeschwindigkeit des kalibrierten Schneckenförderers eine
bestimmte Gleitmittel- und Antihaftmittelkonzentration in dem Polyäthylenharz erreicht
werden. Das Verhältnis von Gleitmittel zu Antihaftmittelkonzentration in dem Endprodukt
hängt von dem ursprünglichen Verhältnis von Gleitmittel zu Anti-Haftmittel in dem
Zusatzmittelkonzentrat ab.
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Das nachstehende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung.
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Beispiel Man stellt ein Zusatzmittelkonzentrat her, indem man 45,4
kg eines handelsüblichen Ölsäureamids als Gleitmittel, 45,4 kg einer handelsüblichen
Diatomeenerde als Antihaftmittel und 22,7 kg eines Polyäthylens niedriger Dichte
mit einer Teilchengröße entsprechend einem DIN-Prüfsieb mit 56 Maschen/cm2 in einem
Mischer zusammengemischt. Das entstandene frei fließende pulvrige Zusatzmittelkonzentrat
wird kontinuierlich zusammen mit zusatzmittelfreiem Polyäthylen niedriger Dichte
in den Trichter eines Extruders eingeführt. Die in den Trichter des Extruders eingeführte
Menge an Zusatzmittel wird so bemessen, daß sich in dem fertigen Produkt ein Gehalt
von etwa 0,1 °/o Gleitmittel und 0,09 0/o des Antihaftmittels ergibt. Das Endprodukt
wurde in gewissen Abständen analysiert, um die Gleichmäßigkeit der Zusatzmittelkonzentration
zu bestimmen. Folgende Ergebnisse wurden erhalten:
| Proben |
| IAIB/CIDIE |
| Schmelzindex 1,80 1,89 1,82 1,94 1,85 |
| Gelteilchen, |
| Anzahl/0,0929 m2 2,8 0 2 2,6 1 |
| Schleierbildung, 0/o 6,1 5,7 6,0 5,5 5,7 |
| Antihaftmittel, 0/o 0,084 0,89 0,879 0,935 0,892 |
| Gleitmittel, 0/o 0,95 0,985 0,9 0,95 0,95 |
Aus den vorstehenden Werten ergibt sich, daß die ZusatzmitteLkonzenteation
während des gesamten Mischvorganges mit der Hauptmenge des Harzes gleichmäßig bleibt
und daß die übrigen Eigenschaften des Endproduktes nicht nachteilig beeinflußt werden
Diese Werte lassen sich ohne Anwendung komplizierter und kostspieliger Apparaturen
erreichen.