DE1264746B

DE1264746B - Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffolien mit rauher Oberflaeche

Info

Publication number: DE1264746B
Application number: DET24669A
Authority: DE
Inventors: Kazuya Harada; Masaaki Itoga; Koichi Kato; Hirosuke Yumoto
Original assignee: NIHONBASHI MUROMACHI; Toyo Rayon Co Ltd
Current assignee: NIHONBASHI MUROMACHI; Toray Industries Inc
Priority date: 1962-09-11
Filing date: 1963-09-07
Publication date: 1968-03-28

Description

Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffolien mit rauher Oberfläche Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffolien mit rauher, gleitfähiger Oberfläche, bei dem die Folien bei erhöhter Temperatur in zwei getrennten Streckvorgängen biaxial molekular orientiert und an der Oberfläche unter Wärmeeinwirkung aufgerauht werden.
Es wurden bereits verschiedene Verfahren entwickelt, um bei der Herstellung von Thennoplastfolien zu einer gleitfähigen Oberfläche zu gelangen.
Im allgemeinen sind die nach bekannten Verfahren hergestellten Folien an der Oberfläche zu glatt, wodurch starke Adhäsion oder Reibung zwischen Folienlagen oder zwischen der Folie und den entsprechenden Berührungsflächen der Verarbeitungsmaschinen verursacht wird. Zum Beispiel bei Maschinen zum Bedrucken, zum Verpacken oder Herstellen von Verpackungsmaterial, bei der Zusammen legung von zwei Folienflächen oder bei anderen Bearbeitungsvorgängen vermindert diese Adhäsion bzw. unerwünschtes Kleben oder Reibung bzw. mangelnde Gleitfähigkeit die Verarbeitungsmöglichkeiten und die Leistung der Maschinen.
Zur Vermeidung der genannten Nachteile wurden bisher folgende Maßnahmen angewandt: A. Es wurden ölige Stoffe auf die Oberfläche aufgebracht.
B. Feine Pulverteilchen wurden auf der Oberfläche verteilt.
C. Inerte feine Pulver wurden beim Extrudieren dem geschmolzenen Folienmaterial beigemischt.
D. Niedermolekulare Komponenten oder andere Zusätze wurden durch Wärmebehandlung aufgelagert.
E. Die Oberfläche wurde durch Pressung gerauht.
Bei dem bekannten Verfahren nutzt man die Schmierwirkung öliger Stoffe. Dies hat den Nachteil, daß Ö1 herabrinnt bzw. an unerwünschte Stellen gelangt und die Folieneigenschaften, z. B. für die Bedruckung, die Vakuummetallisierung und Isolierung, beeinträchtigt werden.
Zu Verfahren B ist festzustellen, daß die Pulverteilchen nicht gleichmäßig verteilt an der Oberfläche haften, leicht abfallen und außerdem die Transparenz der Folie vermindern.
Bei Verfahren C gelingt es nicht, die Teilchen in der Folie gleichmäßig zu verteilen, da sie sich zusammenballen, wodurch das Aussehen der Folie beeinträchtigt wird.
Bei Verfahren D werden Stoffe, die kein Füll- material enthalten oder niedrigmolekulare Komponenten aufgetragen.
Nach Verfahren E werden oft die physikalischen Eigenschaften der Folien beim Pressen und durch Wärmeeinwirkung während der Prägezeit verändert, was sich auf Aussehen und Eigenschaften des Endproduktes auswirkt.
Bei allen diesen Verfahren ist eine nachträgliche Behandlung erforderlich, bzw. es werden Fremdstoffe auf die Oberfläche gebracht oder der Extrudiermasse beigemischt, um die gewünschte Rauheit zu erzielen. Es war noch nicht gelungen, die Oberflächenstruktur von Grund aus, d. h. in einem der Natur und dem Verarbeitungsweg des Kunststoffes entsprechenden, keine Fremdstoffe verwendenden Verfahren zu ändern.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, der Oberfläche einer orientierten Thermoplastfolie die zur Erzielung einer ausreichenden Gleitfähigkeit erforderliche Rauhigkeit ohne Durchführung eines besonderen Arbeitsganges und ohne Verwendung von Fremdstoffen zu verleihen.
Der Gegenstand der Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffolien mit rauher Oberfläche, bei dem die Folien bei erhöhter Temperatur in zwei getrennten Streckvorgängen biaxial orientiert und an der Oberfläche unter Wärmeeinwirkung aufgerauht werden.
Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß beim zweiten Streckvorgang eine sehr dünne Oberflächenschicht auf einer oder auf beiden Folienseiten auf niedrigerer Temperatur als im Folieninnern gehalten wird.
Wenn ein gewisser Unterschied zwischen der Temperatur im Innern und an der Oberfläche der Folie herbeigeführt wird, entstehen beim Strecken im Innern und an der Oberfläche verschiedene Strukturen mit verschiedenen Eigenschaften, und wenn in einem bestimmten Temperaturbereich orientiert wird, entsteht eine besondere Oberflächengestaltung mit einer Rauheit von 0,03 bis 0,1 Mikron oder darüber und mit gewebeartigem Aussehen.
Zur leichten und sicheren Ausführung der Erfindung kann gekühltes Gas auf eine oder auf beide Seiten der Folie, die auf eine bestimmte Orientierungstemperatur erwärmt ist, aufgeblasen werden, gerade wenn die vorher in einer Richtung orientierte Folie dann in der anderen Richtung orientiert wird.
Man kann auch eine oder beide Seiten der Folie mit Gas, Flüssigkeiten oder einer Kühlwalze in Berührung bringen und mit einem entsprechend ausgebildeten Infrarotheizer durch Strahlung erwärmen.
Während dieses Verfahrens wird die Folie gleichmäßig durch ihre gesamte Schichtdicke durch Strahlung erwärmt, während die Oberfläche gekühlt wird.
Hierbei entsteht ein Temperaturgefälle zwischen dem Innern und der Oberfläche der Folie. Der Temperaturgradient ist besonders steil, da thermoplastische Kunststoffe im Vergleich mit anderem Material, z. B.
Metall, eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben.
Bei einer solchen Behandlung wird das Folieninnere auf einer für die Orientierung geeigneten Temperatur gehalten, während eine sehr dünne Oberflächenschicht unterhalb des Orientierungspunktes bleibt. Wenn die Folie, in der solche Temperaturdifferenzen vorhanden sind, verstreckt wird und ihr Inneres auf der richtigen Temperatur bleibt, die Oberfläche jedoch niedrigere Temperatur hat, werden beide Schichten mit verschiedenem Ergebnis verstreckt. Man erhält an der Oberfläche Ungleichmäßigkeiten, die Risse, Brüche od. dgl. sein können.
Bei Polypropylenfolien ist es am vorteilhaftesten, wenn die Oberflächentemperatur um 10 bis 450 C gegenüber der Folieninnentemperatur erniedrigt wird.
Mikrofotografien der so entstandenen Folienoberflächen zeigen solche Erscheinungen in Form einer gewebeartigen oder rindenartigen Oberfläche.
Die Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen erläutert.
F ig. 1 und 2 sind Mikrofotografien von erfindungsgemäß hergestellten Folien.
F i g. 3 zeigt in einem Querschnitt das Oberflächenprofil.
Im Diagramm der F i g. 4 ist die Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten von der Behandlungstemperatur dargestellt.
Im Diagramm der F i g. 5 ist die Abhängigkeit der Oberflächenrauheit von der Behandlungstemperatur dargestellt.
Die F i g. 1 und 2 sind Mikrofotos von Polypropylenfolien, die nach vorheriger Orientierung in Längsrichtung auf etwa 1550 C von oben mit einem Infrarotstrahler erhitzt und an der Unterseite mit einem Luftstrom von 700 C gekühlt wurden.
Die Fig. 1 und 2 zeigen die Unterseite bzw. die gekühlte Fläche. Es ist eine ausgesprochen gewebeartige Oberflächenstruktur zu sehen. Die Oberflächenrauheit der Folie von F i g. 2 betrug 0,1 bis 9 Mikron.
Im vorstehenden wurden Erläuterungen des Kühlungseffektes auf der dem Infrarotstrahler abgewandten Folienfläche gegeben. Selbstverständlich kann man mit den Erfindungsmaßnahmen auch auf beiden Oberflächen Gewebestrukturen u. dgl. erzielen.
Die spezifische Struktur gemäß der Erfindung läßt sich in gleicher Weise durch Folienorientierung mittels des Einblassystems wie durch das erwähnte Spannsystem erzeugen.
Tabelle I zeigt zum Vergleich die Reibungskoeffizienten von orientierten und nicht orientierten Polypropylenfolien.
Tabelle I

Reibungs-

Probe | Orientierung Reibungs-

Nr.

1 nicht orientiert größer als 2,0

2 uniaxial etwa 1,6

3 biaxial 1,5

4 biaxial, erfindungsgemäß etwa 0,4

behandelt

Gemäß Tabelle 1 ist also der Reibungskoeffizient bei nicht orientierten Folien größer als 2,0. Sie sind daher von schlechter Qualität und auf einer gebräuchlichen Cellophanverarbeitungsmaschine nicht zu verarbeiten. Bei den auf andere Art als erfindungsgemäß einachsig oder zweiachsig orientierten Folien findet man einen niedrigeren Reibungskoeffizienten, wahrscheinlich deshalb, weil durch die Orientierung die Starrheit erhöht wurde. Erfindungsgemäß hergestellte Folien haben jedoch einen sehr viel kleineren Reibungskoeffizienten, durch welchen es möglich ist, die Endverarbeitung auf normalen Cellophanverarbeitungsmaschinen vorzunehmen.
Die vorteilhaften Ergebnisse des Verfahrens sind auch aus den folgenden Beispielen zu ersehen.
Beispiel 1 Polypropylen mit einer in Tetralinlösung bei 1350 C gemessenen grundmolaren Viskositätszahl 2,5 und mit 95 °/o Rückstand bei der n-Heptanextraktion wurde bei 2800 C geschmolzen und extrudiert.
Nach der Kühlung hatte die Folie eine Dicke von 1,0 mm. Sie wurde zunächst bei 1350 C in Längsrichtung auf das 4,5fache verstreckt. Dann wurde mit der Spannvorrichtung und dem Infrarotheizer in Querrichtung orientiert, wobei die Orientierungstemperatur T, ständig bei 1550 C lag. In der ganzen Orientierungskammer ließ man einen Heißluftstrom umlaufen, dessen Temperatur T2 auf verschiedene Grade eingestellt wurde. Es wurden Prüfungen bezüglich des Reibungskoeffizienten, der mikroskopischen Werte, der Oberflächenrauheit, des Aussehens und des unerwünschten Klebens bzw. der Gleitfähigkeit durchgeführt.
Die Oberflächenrauhheit wurde nach folgender Methode gemessen: Die Folienoberfläche wurde im Vakuum mit Kohle beschichtet, und dann wurde die Folie mit dem Mikrotom aufgeschnitten. Von den Schnitten wurden Mikrofotos in 600facher Vertößerung gemacht. Fig.3 zeigt die zeichnerische Darstellung einer solchen Probe. Die Oberflächenrauheit war ziemlich ungleichmäßig. Ein Hauptwert von 1 Mikron wurde als Durchschnittswert genommen.
In F i g. 3 ist a die Höhe der Erhebung, und b zeigt zum Vergleich die 1 Mikron entsprechende Höhe.
Durch Fremdstoffe verursachte Unebenheiten wurden nicht berücksichtigt.
Aus F i g. 4 ist in Ordinatenrichtung der Reibungskoeffizient zu entnehmen, welchen die Folie bei verschiedenen Behandlungstemperaturen T2 von 100 110, 120, 130, 140, 150 und 1550 C bekommt.
Die Anderungen der Oberflächenrauheit bei diesen T2-Werten zeigt F i g. 5.
Tabelle bezieht sich auf die Erscheinungsform der Folien bei verschiedener Behandlungstemperatur.

Tabelle II

Aussehen

1000 C .. . die Lichtdurchlässigkeit der Ober-

fläche war nicht gut und die Trans-

parenz beeinträchtigt. Verwendbar

z. B. als Verpackungsmaterial

110 bis 1550 C beide Oberflächen ohne Trübung,

gute Transparenz

Beispiel 2 Das gleiche Material wie im Beispiel 1 wurde bei der gleichen Temperatur und im gleichen Maße verstreckt. Der Heißluftstrom lief nicht durch die Spannvorrichtung gemäß Beispiel 1, und es wurde von oben mit einem Infrarotstrahler erhitzt. Die Temperatur in der Orientierungskammer betrug etwa 500 C. Bei der so behandelten Folie wurde durch mikroskopische Untersuchung eine Gewebestruktur nur an der Unterfläche, d. h. der dem Infrarotstrahler abgewandten Fläche, festgestellt. Die obere Fläche war glatt. Der Reibungskoeffizient zwischen zwei Unterseiten betrug 0,43 und der zwischen Oberseite und Unterseite 0,55.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Kunststoffolien mit rauher Oberfläche, bei dem die Folien bei erhöhter Temperatur in zwei getrennten Streckvorgängen biaxial molekular orientiert und an der Oberfläche unter Wärmeeinwirkung aufgerauht werden, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß beim zweiten Streckvorgang eine sehr dünne Oberflächenschicht auf einer oder auf beiden Folienseiten auf niedrigerer Temperatur als das Folieninnere gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienoberfläche durch Kühlung mittels eines Luft-, Gas- oder Flüssigkeitsstromes auf niedrigerer Temperatur gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienoberfläche mittels Kühlwalzen auf niedrigerer Temperatur gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 zur Herstellung von Polypropylenfolien, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächentemperatur um 10 bis 450 C gegenüber der Folieninnentemperatur erniedrigt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschnft Nr. 2976567.