DE2125978A1

DE2125978A1 - Unorinted amorphours polyethylene terephthalate films - heat-moulded - to transparent packagings and containers

Info

Publication number: DE2125978A1
Application number: DE19712125978
Authority: DE
Inventors: Vraj Abhechand Lake Hiawatha Sacks William Cillette N J Lathiya (V St A )
Original assignee: Allied Chemical Corp
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 1970-06-11
Filing date: 1971-05-26
Publication date: 1971-12-16

Abstract

Moulded polyethylene terephthalate articles are produced by (a) fixing an unoriented film of amorphous polyethylene terephthalate with a molecular wt. of is not 15,000 onto a frame, (b) heating the film to 75 - 220 degrees C for 1-60 secs., and (c) applying different pressures to the film, so that the film takes on the shape of the frame. Use can be made of unoriented polyethylene terephthalate films. The shaped articles can be used for the blister packing of goods, and as containers for goods including foods. Considerable deformation of the film can be attained, e.g. for making deep dishes or articles of complex shape.

Description

Verfahren zur Herstellung von Formlingen aus Polyäthylenterephthalatfilm Priorität: v.ll.Juni 1970 in USA Serial Nos 45 534 Die Erfindung betrifft die Herstellung von in der Wärme geformten Gegenständen als Polväthylenterephthalatfilm. Process for the production of molded articles from polyethylene terephthalate film Priority: June 1970 in USA Serial Nos 45 534 The invention relates to manufacture of heat-molded objects as poly ethylene terephthalate film.

Gemäß der Erfindung werden die Formlinge in der Weise hergestellt, daß man a) in einen Rahmen einen unorientierten Film von im wesentlichen amorphem Polyäthylenterophthalat mit einem Molekulargewicht von wenigstens 15 000 befestigt, b) den Film auf eine Temperatur zwischen 75 und 22000 1 bis 60 Sekunden lang erhitzt und c) unterschiedlichen Druck derart auf den Film ausübt, das der Film sich der Gestalt einer dem Rahmen benachbarren Form anpaßt.According to the invention, the moldings are produced in such a way that a) in a frame an unoriented film of essentially amorphous Polyethylene terophthalate with a molecular weight of at least 15,000 attached, b) heating the film to a temperature between 75 and 22,000 for 1 to 60 seconds and c) applying differential pressures to the film such that the film conforms to the Shape of a shape adjacent to the frame adapts.

Das grundsätzliche Verfahren einer Verformung eines thermoplastischen Filmes zu eine geformten dreidimensionalen Gegenstand durch Bafestigung des Filmes in einem Rahmen, Erhitzen des Filmes zu dessen Erwaichung und anschließende Aufbringung unterschiedlichen Druckes auf den Film, so daß der Film sich der Gestalt einer dem Rahmen benachbarten Form anpaßt, ist alt und als Thermoformverfahren bekannt. Der unterschiedliche Druck kann mechanisch aufgebracht werden, wie beim Verformen mit aufeinanderpassenden Metallformen, oder dur schiene im Luftdruck, wie beim Vakuumverformen oder beim Vakuumverformen mit Unterstiltzung durch Luft. Das wesentliche Merkmal dieser Erfindung ist die Verwendung eines unorientierten Filmes von im wesentlichen amorphem Polyäthylenterephthalat mit einem Molekulargewicht von wenigstens 15 000 bei diesen grundsätzlich bekannten Thermoformverfahren. Aus Grtinden der Bequemlichkeit wird Polyäthylenterephthalat hier manchmal als PET abgekürzt.The basic process of deforming a thermoplastic Film into a shaped three-dimensional object by strengthening the film in a frame, heating the film to warm it up and then applying it different pressure on the film, so that the film takes the shape of one of the Adjusting the frame to the adjacent shape is old and known as the thermoforming process. Of the different pressure can be applied mechanically, such as when using deforming metal molds that match one another, or by means of air pressure, as in vacuum forming or for vacuum forming with air assistance. The essential feature This invention is the use of an unoriented film of essentially amorphous polyethylene terephthalate having a molecular weight of at least 15,000 in these fundamentally known thermoforming processes. For the sake of convenience Polyethylene terephthalate is sometimes abbreviated as PET here.

Polyäthylenterephthalat ist ein wertvolles Polymer mit vielen erwünschten Eigenschaften, doch vor dieser Efindung waren keine Verwendungen für unorientierten Polyäthylentersphthalatfilm bekannt (siehe Encyolopedia of Polymer Scienoe and Technologv, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1965, Band 2, Seite 351). Diese Erfindung liefert eine besonders vorteilhafte Verwendung für unorientieren Polyäthylenterephthalatfilm bei der Herstellung von in der Wärme geformten Gegenständen. Solche Gegenstände sind besonders brauchbar Mir Verpakungszwecke.Polyethylene terephthalate is a valuable polymer with many desirable ones Properties, but prior to this invention, there were no uses for the unoriented Polyethylene tersphthalate film known (see Encyolopedia of Polymer Science and Technologv, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1965, Volume 2, Page 351). This invention provides a particularly advantageous use for unoriented polyethylene terephthalate film in the manufacture of thermoformed articles. Such items are especially useful for packaging purposes.

Beispielsweise können die Gegenstände bei der Herstellung sogenannter "Blist-r-Packungen" zur Schaustellung on Waren verwendet werden, und sie können auch als Behälter fUr Waren einshließlich Nahrungsmitteln benützt werden.For example, the objects in the production of so-called "Blist-r-packs" are used to display goods, and they can Can also be used as a container for goods including food.

Ein besonders vorteilhaftes Merkmal dieser Erfindung ist jenes, das die Verwendung von unorientiertem PolyäthylentXerephthalatfilm die Herstellung von Gegenständen gestattet, die eine wesentliche Deformierung des Filmes erfordern, wie von Behältern in der Form tiefer Schüssen oder von Gegenständen komplizierter Formgebung. Orientierter Polyäthylenterephthalatfilm ist nicht geeignet für diesen Zweck, da er bereits verstreckt wurde und doszufolge eine beschränkte zusätzliche Deformierbarkeit besitzt.A particularly advantageous feature of this invention is that the use of unoriented polyethylene txerephthalate film the manufacture of Objects that require significant deformation of the film, like vessels in the shape of deep shots or objects more complex Shaping. Oriented polyethylene terephthalate film is not suitable for this Purpose, since it has already been stretched and, as a result, a limited additional Has deformability.

Der hier verwendete Ausdruck "Orientierung" bedeutet das bewußte Verstrecken von Polyäthylenterephthalatfilm in ein oder mehreren Richtungen in der Ebene des Filmes.As used herein, "orientation" means deliberate stretching of polyethylene terephthalate film in one or more directions in the plane of the Films.

Alle Polyäthylenterephthalatfilme, die gegenwärtig im Handel erhältlich sind, sind biaxial orientiert. Obwohl der Polyäthylenterephthalatfilm nach der Erfindung unorientiert ist, da er vor dem Thermoformen nicht terstreckt wurde, tritt während des Extrudierens des Polyäthylenterephthalatherzem zu dem Film notwendigerweise ein gewisser Grad an Orientierung auf. Es wurde jedoch gefunden, daß der Orientierungsgrad auf ein Minimum reduziert werden kann, wenn man das Harz durch eine übliche Schlitzdüse bei einer Temperatur von 266 bis 282 0c (510 bis 540°F), vorzugsweise von 266 bis 271°$C (510 bis 520 F) extrudiert und den geschmelzenen Film auf einer 0 0 polierten Walze bei 16 bis 93 C (60 bis 200 F), vorzugsweise bei 82 bis 930C (180 bis 2000F) abkühlt. Der unter diesen Bedingungen produzierte Film ist hochtransparent und in wesentlichen amorph. Der hier verwendete Ausdruck "im wesentlichen amorph" meint einen Film mit weniger als etwa 5 % Kristallinität.All of the polyethylene terephthalate films currently commercially available are biaxially oriented. Although the polyethylene terephthalate film of the invention is disoriented as it was not stretched prior to thermoforming occurs during of extruding the polyethylene terephthalate heart into the film a certain degree of orientation. However, it was found that the degree of orientation Can be reduced to a minimum if you pass the resin through a usual Slot nozzle at a temperature of from 266 to 282 ° C (510 to 540 ° F), preferably from 266 to 271 ° C (510 to 520 F) and polished the melted film to a 0 0 Roll at 16 to 93 C (60 to 200 F), preferably at 82 to 930C (180 to 2000F) cools down. The film produced under these conditions is highly transparent and in essentially amorphous. The term "substantially amorphous" as used herein means a film with less than about 5% crystallinity.

Der Prozentsatz Kristallinität wird nach der folgenden Gleichung berechnet Prozent Kristallinität 2 worin d die beobachtete Dichte, , die Dichte der amorphen a Phase und dc die Dicht der kristallinen Phase ist. Da 3 die Dichte der amorphen Phase 1,33 g/cm und die Dichte der kristallinen Phase 1,435 g/cm3 ist, ist der Prozentsatz Kristallinität r 1164 - dem Quotienten, den man durch Teilen von 1348 durch die beobachtete Dichte errechnet, d.h., der Prozen6tzatz der Kristallinität ist 1164 - 1148/d.Percent crystallinity is calculated according to the following equation Percent Crystallinity 2 where d is the observed density,, the density of the amorphous a phase and dc is the density of the crystalline phase. Since 3 is the density of the amorphous phase 1.33 g / cm3 and the density of the crystalline phase is 1.435 g / cm3, the percentage crystallinity r is 1164 - the quotient calculated by dividing 1348 by the observed density, that is, the Percentage of crystallinity is 1164 - 1148 / d.

Formlinge wurden aus unorientiertem, im wesentlichen amorphem Polyäthylenterephthalatfilm variierenden Molekulargewichtes hergestellt. Filme mit Dicken von 0,25 und 1,78 u (1 und 7 mil) wurden verwendet. Die Eigenschaften der Filme vor dem Thermoformen sind in Tabelle I und II zusammengestellt. Die Gegenstände wurde auf einer Comet-Thermoformmaschine unter den folgenden typischen Bedingungen hergestellt: Erhitzungstempereratur 75 bis 2200C, Luf6tdruck 5 atm (73 psi), Vakuum 381 bis 711 mm (15 bis 28 ") Hg.Moldings were made from unoriented, essentially amorphous, polyethylene terephthalate film varying molecular weight produced. Films with thicknesses of 0.25 and 1.78 u (1 and 7 mils) were used. The properties of the films before thermoforming are compiled in Tables I and II. The items were made on a Comet thermoforming machine manufactured under the following typical conditions: heating temperature 75 to 2200C, air pressure 5 atm (73 psi), vacuum 381 to 711 mm (15 to 28 ") Hg.

Erhitzungszeit 1 bis 60 Sekunden und Kühlzeit 20 bis 90 Sekunden. Heating time 1 to 60 seconds and cooling time 20 to 90 seconds.

Bei der Herstellung dieser Gegenstände wurde gefunden, daß das Molekulargewicht des Polyäthylenterephthalatfilmes wichtig ist. Gegenstände, die aus einem Film mit höherem Molekulargewicht hergestellt wurden, besitzen bessere physikalische Eigenschaften, besonders Festigkeitseigenschaften, wie Widerstandsfähigkeit gegen Brüche auf Grund von Sprödigkeit. Wichtiger ist jedoch, daß gefunden wurde, daß ein Film mit eine Molekulargewicht größer als etwa 15 000 eine wesentlich bessere Thirsoformbarkeit besitzt. Beispielsweise mußtemin Film mit einem Molekulargewicht von etwa 12 000 wenigstens 4 Sekunden in dem Thermoformverfahren erhitzt werden, während ein Film mit einem Molekulargewicht ven etwa 15 500 eine minimale Heisdauer von nur etwa 1 Sekunde erforderte. Eine kürzere Zrhitzungszeit ist ein wesentlicher Vorteil, da sie einen kürzen Thermoformzyklus gestattet, was bei einer Massenproduktion wichtig ist. Wenn ein Film mit eine Molekulargewicht von 12 000 mehr als etwa 15 Sekunden erhitzt wurde, war außerdem ein Thermoformen schwierig, da der Film dazu negt, leicht zu kristallisieren, und als Ergebnis hiervon besaß er keine genügende Deormierbarkeit, um sich der Gestalt der Form voll anzupassen. Ein Film mit einem Molekulargewicht von 15 500 Jedoch konnte bis zu etwa 60 Sekunden mit vollständig zufridenstllenden Ergebnissen erhitzt werden. Höhere Erhitzungszeiten sind vorteilhaft, da sie die Herstellung einer größeren Variationsbreite thermogeformter Gegenstände gestatten.In making these articles, it was found that the molecular weight of the polyethylene terephthalate film is important. Items that feature from a movie higher molecular weight, have better physical properties, especially strength properties, such as resistance to breakage due to reasons of brittleness. More importantly, a film has been found to have a Molecular weight greater than about 15,000, significantly better thirsoformability owns. For example, you had to have a film with a molecular weight of about 12,000 at least 4 seconds in the thermoforming process while a film is heated with a molecular weight of about 15,500 a minimum heating time of only about 1 second required. A shorter heating time is a major advantage, since it allows a shorter thermoforming cycle, which is important in mass production is. When a film with a molecular weight of 12,000 more than was heated for about 15 seconds, thermoforming was also difficult because of the Film tends to be easily crystallized and as a result it has none Sufficient deformability to fully adapt to the shape of the mold. A film with a molecular weight of 15,500, however, could take up to about 60 seconds with heated to completely satisfactory results. Longer heating times are advantageous as they allow the manufacture of a wider range of thermoformed Allow objects.

Ungeachtet des Molekulargewichts resultierte bei spielsweise eine Erhitzungszeit von weniger als etwa 10 Sekunden in im wesentlichen amorphen, thermogeformten Gegenständen.Regardless of the molecular weight, for example, one resulted Heating time of less than about 10 seconds in substantially amorphous, thermoformed Objects.

Obwohl amorphe, thermogeformte Gegenstände die ursrUngliche Klarheit des Filmes behalten und für viele Anwendungsbereiche geeignet sind, deformieren sie sich und fallen zusammen, wenn sie Temperaturen oberhalb etwa 70 C, der Glasübergangstemperatur von Polyäthylenterephthalat, ausgesetzt werden. Teilweise kristalline, thermogeformte Gegenstände, die hitzebeständig sind und ihre Grundform bei erhöhten Temperaturen bis zu etwa 200 bis 22500 behalten, können aus unorientiertem, im wesentlichen amorphem Polyäthylenterephtflalatfilm mit einem Molekulargewicht größer als etwa 15 000 unter Verwendng von Erhitzungszeiten von 15 bis 60 Sekunden hergestellt werden.Although amorphous, thermoformed objects have the original clarity of the film and are suitable for many areas of application, deform they expand and collapse when they reach temperatures above about 70 C, the glass transition temperature of polyethylene terephthalate. Partly crystalline, thermoformed Objects that are heat-resistant and their basic shape at elevated temperatures up to about 200 to 22,500 can be made of unoriented, essentially amorphous Polyethylene terephthalate film having a molecular weight greater than about 15,000 below Heating times of 15 to 60 seconds can be used.

Tabelle I Eigenschaften von Filmen mit einer Dicke von 0,25 mm Molekulargewicht 12 300 14 000 15 500 16 600 17 000 Doppelbrechung x 10³ 0,29 0,49 2,95 1,46 3,53 Dichte g/cm³ 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 Fließspannung kg/cm² MD 451 450 423 415 457 TD 415 423 415 323 423 Zugbeanspruchung kg/cm² MD 591 555 766 696 717 TD 647 B.R. 626 436 668 Dehnung % MD 390 360 350 370 350 TD 370 <10 350 330 425 B.R. = Bruch durch Sprödigkeit Tabelle I Eigenschaften von Filmen mit einer Dicke von 1,78 mm Dicke Molekulargewicht 12 300 14 000 15 500 16 600 17 000 Doppelbrechung x 10³ 0,29 0,43 1,62 0,88 2,55 Dichte g/cm³ 1,33 1,33 1,33 1,33 1,33 Fließspannung kg/cm² MD 513 352 485 584 478 TD 562 445 478 485 485 Zugbeanspruchung kg/cm² MD 584 577 829 1125 703 TD 577 B.R. 612 555 710 Dehnung % MD 400 300 400 300 400 TD 400 <10 400 400 425 B.R. = Bruch durch Sprödigkeit Wenn hier der Ausdruck "Molekulargewicht" verwendet wird, bedeutet dieser das numarische" mittlere Molekulargewicht, berechnet nach der Mark-Houwink-Gleichung = 9,2 x 10 (Mn) -,, worin [a] die grundmolare Viskositätszahl, gemessen bei 2500 unter Verwendung eines Gemisches von gleichen Volumenteilen Trifluosessigsäure und Methylenchlorid als Lösungsmittel, bedeutet.Table I Properties of films with a thickness of 0.25 mm molecular weight 12 300 14 000 15 500 16 600 17 000 birefringence x 10³ 0.29 0.49 2.95 1.46 3.53 Density g / cm³ 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 Yield stress kg / cm² MD 451 450 423 415 457 TD 415 423 415 323 423 Tensile load kg / cm² MD 591 555 766 696 717 TD 647 B.R. 626 436 668 Elongation% MD 390 360 350 370 350 TD 370 <10 350 330 425 B.R. = Break by brittleness Table I Properties of films with a thickness 1.78 mm thick molecular weight 12,300 14,000 15 500 16 600 17,000 birefringence x 10³ 0.29 0.43 1.62 0.88 2.55 density g / cm³ 1.33 1.33 1.33 1.33 1.33 yield stress kg / cm² MD 513 352 485 584 478 TD 562 445 478 485 485 tensile load kg / cm² MD 584 577 829 1125 703 TD 577 B.R. 612 555 710 Elongation% MD 400 300 400 300 400 TD 400 <10 400 400 425 B.R. = Breakage due to brittleness If here the term "molecular weight" is used, this means the numeric " mean molecular weight, calculated according to the Mark-Houwink equation = 9.2 x 10 (Mn) - ,, where [a] is the intrinsic viscosity measured at 2500 using a mixture of equal parts by volume of trifluoroacetic acid and methylene chloride as a solvent, means.

Bei den bevorzugtenAusfühüungsformen nach der Erfindung besitzt der Polyäthylenterephthalatfilm ein Molekulargewicht im Bereich von 15 000 bis 30 000, mehr bevorzugt von 15 000 bis 20 000, und eine Dicke von 0,25 bis 12,5 mm (1 bis 50 mil), stärker bevorzugt von 0,25 bis 5 mm (1 bis 20 mil). Der Film wird vorzugsweise auf eine Temperatur von 85 bis 19000 erhitzt.In the preferred embodiments of the invention, the Polyethylene terephthalate film having a molecular weight in the range from 15,000 to 30,000, more preferably from 15,000 to 20,000, and a thickness of 0.25 to 12.5 mm (1 to 50 mils), more preferably from 0.25 to 5 mm (1 to 20 mils). The film is preferred heated to a temperature of 85 to 19,000.

Claims

Vl.)) V-rfahr-n for the production of a molding from a polyethylene terephthalate film, characterized in that a) an unoriented film of essentially amorphous polyethylene terephthalate with a molecular weight of at least 15,000 attached, b) the film for a time of 1 to 60 seconds heated to a temperature between 75 and 22000 and c) different pressures so applied to the film that the film is in the shape of an adjacent frame Adjusts shape.

2.) The method according to claim 1, characterized in that one Film 0.25 to 12.5 µm (1 to 50 µl) thick was used.

3.) Process according to claim 1 and 2, characterized in that one a film aus'Polyäthylenterephthalat with a molecular weight of 15,000 to 30,000 used.

4.) Method according to claim 1 to 3, characterized in that that the film is heated for 15 to 60 seconds.

5.) Polyethylene terephthalate film for carrying out the process according to Claims 1 to 4, characterized in that it consists essentially of amorphous polyethylene terephthalate having a molecular weight of at least 15,000 and a thickness of 0.25 to 12.5 liters (1 to 50 mils).

6.) polyethylene terephthalate film according to claim 5, characterized in, that it has a molecular weight of 15,000 to 30,000 and a thickness of 0.25 to 5 mm (1 to 20 nil).