DE2346385C2

DE2346385C2 - Verfahren zur Herstellung einer biaxial orientierten, geprägten Polypropylenpolymerisatfolie

Info

Publication number: DE2346385C2
Application number: DE2346385A
Authority: DE
Inventors: Chia-Sen Newark Del. Liu
Original assignee: Hercules LLC
Current assignee: Hercules LLC
Priority date: 1972-09-19
Filing date: 1973-09-14
Publication date: 1984-08-30
Also published as: BR7307245D0; SE399659B; CA1027723A; NL7312919A; US3832267A; DK134887C; ES418695A1; BE805039A; FR2200307B1; AU6036073A; DE2346385A1; GB1438984A; IL43097A; IL43097A0; JPS5211695B2; JPS4969776A; DK134887B; FR2200307A1; IT995434B

Description

Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine biaxial orientierte, geprägte Polypropylenpolymerisatfolie der im Oberbegriff des Patentanspruchs bezeichneten Gattung.

Bei der aus der DE-OS 19 61815 bekannten Folie sind zwar in besonderer Weise gestaltete Bereiche mit erhabenen Teilen vorgesehen, hierbei handelt es sich jedoch keinesfalls um von einem Grat umschlossene Mulden, sondern vielmehr um ausschließlich erhabene Flächenelemente, die zumindest in der Regel im Wege des Vakuumziehens hergestellt sind, ohne da3 dabei besondere Grate vorgesehen sind. Die erhabenen Flächenelemente, die also aus der Hauptebene der Folie erhoben vorstehen, sind also lediglich von einem Rand umgeben, über den die Oberfläche der Folie in deren von Talflächen gebildete Hauptebene »abstürzt«. Das bereits erwähnte Vakuumziehen der Folie zur Ausbildung der Prägungen beginnt praktisch im Augenblick des Aufgießens entsprechend heißer Folienmasse auf Formwalzen, die mit an Saugleitungen angeschlossenen Formnestern zur Ausbildung von Prägungen ausgestattet sind. Das also bereits während der eigentlichen Folienhersteilung stattfindende Vakuumziehen gewährleistet entsprechend der dort gestellten Aufgabe die Erreichung einer Folie von durchgängig gleichmäßiger Stärke bei Vorsehung eines bestimmten Musters und biaxialer Orientierung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs hinsichtlich seiner Gattung bezeichnete Verfahren so auszubilden, daß eine biaxial orientierte, geprägte Propylenpolymerisatfolie mit hoher Laschenreißfestigkeit und gutem äußeren Erscheinungsbild mit zugleich hoher Sauerstoff- und Wasserdampfpermeabilität herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindiingsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die so hergestellte Folie hat ein sehr ansprechendes Aussehen und eine höhere Gasdurchlässigkeit als bisher bekannte Folien entsprechender Festigkeit. Sie besitzt eine größere Reißfestigkeit, raschelt weniger und ist weicher als biaxial orientierte Flachfolien desselben Gewichts. Auch ist ihre Laschenreißfestigkeit um ein Vielfaches, oftmals um das 10- oder 20fache, größer als die nicht geprägter Flachfolien gleichen Gewichts und gleicher Poiymerisatzusammensetzung. Im übrigen ist eine gleich große oder größere Laschenreißfestigkeit auch bei bekannten Prägefolien bisher nicht erreicht worden. Die Folie ist insbesondere zur Verwendung als Barrierefolie bei chirurgischer Watte und bei Wattekissen für die Damenhygiene, zur Abpackung von mit Äthylenoxidgas zu sterilisierenden Teilen und für eine dekorative Verpackung vorteilhaft
Die erreichten Vorteile der erfindungsgemäß hergestellten Folie machen die Einhaltung bestimmter Voraussetzungen erforderlich, nämlich:

1) Neben der genannten prozentualen Kristalliniiät des Polypropylenpolymerisats sollte dieses wenigstens 80%, bevorzugt 90%, von wiederkehrenden, von Poiypropylenmonomerem abgeleitete Einheiten enthalten. Obwohl Polypropylen bevorzugt wird, können bis zu 10% von wiederkehrenden, von anderen alpha-Olefinmonomeren abgeleitete Einheiten enthaltende, statistische Copolymerisate und bis zu 20% von wiederkehrenden, von anderen alpha-Olefinmonomeren abstammende Einheiten enthaltende Blockcopolymerisate verwendet werden, wobei die anderen alpha-Olefinmonomere Äthylen, Butylen usw. sein können. Liegt die Kristallinität viel höher als 65%, so neigt die geprägte Folie zum Aufreißen und zur Bildung eines Netzes beim biaxialen Recken. Ist die Kristallinität viel niedriger als 40%, so fehlen der gereckten Folie scharf definierte Grate, Mulden und Talflächen, und besitzt die Folie nur eine geringe Reißfestigkeit.

2) Die Propylenpolymerisatfolie muß bis zu einer Tiefe von etwa 50% bis etwa 75% ihrer Dicke geprägt werden. Ist der Grad der Prägung viel größer als 75%. so werden die Vorsprünge nicht gereckt und/ oder reißt die Folie während des Orientierens. Ist der Grad der Reckung viel geringer als 50%, so wird unzureichend Polymerisat zur Bildung starker Lippen oder Grate rund um die Kanten der Vorsprünge verschoben, und ist die Reißfestigkeit der gereckten Folie gering.

3) Die Folie muß solchermaßen geprägt werden, daß eine starke Lippe oder ein starker Grat gebildet

so wird, der jeden erhabenen Vorsprung umschließt. Dies ist normalerweise der Fall, wenn die Folie bis zu einer Tiefe von etwa 50% bis etwa 75% geprägt wird, vorausgesetzt, daß das Polymerisat nicht dauernd auf den Boden der Prägungsvertiefung während des Prägens gepreßt wird. Unter dem hier verwendeten Ausdruck »starke Lippe oder starker Grat« ist eine Fläche zu verstehen, die jeden Vorsprung einschließt und eine Dicke von wenigstens dem l,2fachen der Dicke im Mittelpunkt des Vor-

bo sprungs aufweist.

4) Die geprägte Folie soll nicht mehr als etwa 600 gleichförmig erhaben gestaltete Vorsprünge pro 6.452 cm^: vor dem Recken aufweisen. Obwohl eine geringere Anzahl von Vorsprüngen nicht kritisch

ti") /.u sein scheint, erweisen sich Prägungen von weniger als etwa 4 pro 6.452 cm- unzweckmäßig, da die Grate dann zu weil voneinander entfernt sind, um noch als .Stoppstellen beim Reißen wirken zu kön

nen. Mit dem Anwachsen der Anzahl der Prägungen auf mehr als 600 pro 6,452 cm² nimmt die Reißfestigkeit der gereckten Folie wieder ab.

5) Die die einzelnen Vorsprünge voneinander trennenden Talflächen sollen in ihrer Gesamtheit etwa 20% bis etwa 40% der Oberfläche der geprägten Folie vor dem Recken ausmachen. Im Falle von viel weniger als 20% kann nur unzureichend Polymerisat zur Bildung einer starken Lippe oder eines starken Grates verschoben werden. Im Falle vo;i viel mehr als 40% stellen sich zu hohe notwendige Prägedrücke ein.

6) Die geprägte Folie soll vor dem Recken eine Dicke von nicht mehr als etwa 0,4572 mm an der dicksten Stelle aufweisen. Im Falle von viel mehr als 0,4572 mm tritt ein unzureichendes Abschrecken auf, und wird die gewünschte Reck- bzw. Orientierungsart nicht erreicht. Eine minimale Dicke scheint dagegen nicht kritisch zu sein. Jedoch ist eine Dicke von wenigstens etwa 0,0254 mm erwünscht bzw. vorteilhaft.

7) Die geprägte Folie muß im Bereich von etwa dem 2,5fachen bis zu dem etwa 5,0fachen biaxial gereckt werden. Obwohl eine gleich starke Reckung der Folie in deren beiden zueinander orthogonalen Hauptrichtungen vorteilhaft ist, lassen sich auch gute Ergebnisse beispielsweise dann erreichen, wenn in der einen Richtung um das 4fache und in der anderen Richtung lediglich um· das 3fache gereckt wird. Eine Reckung um weniger als das 2,5fache ergibt eine nicht gleichförmige Orientierung mit nicht orientierten Vorsprüngen sowie ein-.; geringe Reißfestigkeit, während ein Recken um viel höhere Werte als etwa das 5fache bereits zur Ausbildung von vielen Folienrissen führt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen weiter ins Einzelne gehend erläutert: die Beispiele erfindungsgemäß hergestellter Folien zeigen im einzelnen

F i g. 1 die Draufsicht auf einen Teil einer hexagonal geprägten Folie in vergrößertem Maßstab vor dem biaxialen Recken,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A-A der Fig.i,

Fig.3 die Draufsicht auf einen Teil der Folie der F i g. 1 nach dem biaxialen Recken um das etwa 4fache in jeder Richtung,

Fig.4 einen Querschnitt nach der Linie A'-A' der F i g. 3 und

F i g. 5, 6 und 7 Draufsichten auf Teile geprägter Folien mit kreisförmigen, quadratischen und dreieckigen Konfigurationen der Prägungen in vergrößerter Darstellung vordem biaxialen Recken.

Im Hinblick auf eine bessere Darstellbarktit und Beschreibbarkeit wurde die Dicke der in den Figuren gezeigten Materialien, bezogen auf die anderen Abmessungen, vergrößert dargestellt.

In den Fig. 1, 2, 3 und 4 besitzt die geprägte Folie gleichförmige, hexagonale, in parallelen Reihen angeordnete Vorsprünge, wobei jeder Vorsprung Y durch eine Lippe odf '■ einen Grat X eingeschlossen und von den anderen Vorsprüngen durch eine Talfläche Z getrennt ist. Dies^e Folie wird um etwa das 4fache in jeder Richtung unier Bildung einer geprägten Folie gereckt, welche eingeschlossene, hexagonale Mulden V" besitzt, wobei jede Mi'ldii durch einen Grat A" eingeschlossen ist und von den in'deren eingeschlossenen Mulden durch eine Talfläche Z'getrennt ist. Das Verhältnis der Dicke X zu der Dicke Kbeträgt mindestens 1,2. Das Verhältnis der Dicke X' zu der Dicke Y' beträgt mindestens 3,0.

Obwohl lediglich hexagonal, kreisförmig, quadratisch und dreieckig erhobene Vorsprünge in den Zeichnungen dargestellt sind, können selbstverständlich auch andere Konfigurationen vorgesehen werden.

Die mechanischen Vorrichtungen zum Prägen einer Propylenpolymerisatfolie und zum biaxialen Recken der

ίο so geprägten Folie sind an sich bekannt und müssen daher nicht im einzelnen näher erläutert werden. Zur Beschreibung der Erfindung reicht der Hinweis aus, daß die zu prägende Flachfolie entweder eine Folie in der Schmelze, wie sie aus einem Extruder herauskommt, oder eine zuvor extrudierte. vorerhitzte Folie oder eine gegossene Flachfolie sein kann. Im allgemeinen wird die Folie geprägt, indem die geschmolzene Folie zwischen dem Spalt von zwei Walzen durchgeführt wird, deren eine eine Prägewalze und deren andere eine Kühlwalze mit einer glatten Oberfläche ist Die Kühlwalze wird bei etwa 30⁰C und die Prägewalze bei etwa 40° C gehalten. Die so geprägte Folie wird im allgemeinen bei Temperaturen im Bereich von etwa 130⁰C bis etwa 150⁰C unter Anwendung von Walzen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zum Recken in der Maschinenrichtung und von Spannrahmen zum Recken in der Richtung quer zur Maschinenrichtung biaxial gereckt. Besonders bevorzugt wird das Recken in der Maschinenrichtung und der Richtung quer hierzu aufeinanderfolgend durchgeführt, jedoch kann dies auch gleichzeitig erfolgen.

Beispiel

In diesem Beispiel wird die Herstellung einer biaxial gereckten, geprägten Folie und das wesentliche Merkmal der Verwendung von Propylenfolie mit einer Kristallinität zwischen 40% und 65% gezeigt.

Eine Probe aus einem Äthylen-Propylencopolymerisat mit einem Molekulargewicht von etwa 290 000 und einer Kristallinität von 50%, welches annähernd 97% aus Propylenmonomerem abstammende, wiederkehrende Einheiten und 3% aus Äthylenmonomerem abstammende Einheiten enthielt, wurde durch eine Schlitzdüse von 0,381 mm bei einer Temperatur von 250°C direkt in den Spalt zwischen einer Prägewalze mit einem hexagonalen Muster von 100 Zellen, d.h. Vorsprüngen pro 6,452 cm², und einer Kühlwalze mit glatter Oberfläche aus der Schmelze extrudiert. Der Spalt befand sich etwa 63,5 mm unterhalb den Düsenlippen, und die Prägewalze wurde auf einer Temperatur von etwa 40⁰C und die Kühlwalze auf 3O⁰C gehalten. Der Druck im Spalt betrug 1,48 kg/cm² pro 2,54 cm linear, und die Gieß-Prägegeschwindigkeit betrug 15,24 m/ min. Die entstandene, geprägte Folie besaß eine Dicke von etwa 0,1524 bis 0,2286 mm an der dicksten Stelle, d. h. dem Grat X, und sie besaß eine Prägetiefe von 67%. d. h. die Dicke der Folie in der Talfläche Z, welche die Vorsprünge voneinander trennt, betrug etwa 33% der Gesamtdicke, wobei die Talfläche 36% der Gesamtfläche betrug. Das Verhältnis der Dicke der Folie an dem Grat X zu der Dicke im Mittelpunkt eines Vorsprunges Y betrug 1.33. Die geprägte Folie wurde dann das 3fache quer zur Maschinenrichtung auf einem Spannrah·

fi5 men bei 13(V C gereckt, und dann das 3fache linear zwischen Walzen unter Verwendung einer heißen Zuführungswalze bei 160 C. Die entstandene, biaxial gereckte, nicht durchlöcherte Folie besaß ein anziehendes Aus-

sehen, ähnlich wie die in den F i g. 3 und 4 der Zeichnung dargestellte Folie, und sie besaß ein Verhältnis der Dikke bei dem Grat X' zu der Dicke im Mittelpunkt einer Mulde Y' von 6,6. Die Dicke der Folie an der dicksten Stelle betrug etwa 0,04572 mm. Sie war relativ weich, gab beim Schütteln kein Geräusch von sich, besaß eine Laschenreißfestigkeit von 160 g/254 mm (160 g/ 100 gage), eine Sauerstoffpermeabilität von 650 ecm/ 645,2 cm²/24 h, und eine Wasserdampfpermeabilität von 1,5 g/645,2 cm²/24 h. Eine Probe desselben Copolymerisates, welche als Flachfolie ausgegossen worden war, um das 3fache in jeder Richtung biaxial gereckt worden war und dasselbe Gewicht pro Einheitsfläche wie die oben beschriebene, biaxial geprägte Folie besaß, wies eine Laschenreißfestigkeit von 7 g/2,54 mm, eine Sauer-Stoffpermeabilität von 350 ccm/645,2 cm²/24 h und eine Wasserdampfpermeabilität von 0,6 g/645,2 cm²/24 h auf (Laschenreißfestigkeit entspricht ASTM-D 2261).

Eine Probe von Äthylen-Propylencopolymerisat mit einer Kristallinität von etwa 25% und einem Molekulargewicht von etwa 200 000, das etwa 70% aus Propylenmonomerem abstammende, wiederkehrende Einheiten und 30% aus Äthylenmonomerem abstammende Einheiten aufwies, wurde in genau derselben Weise, wie zuvor beschrieben, geprägt und biaxial gereckt. Die entstandene Folie besaß insgesamt ein gesprenkeltes Aussehen ohne scharf definierte Grate, Mulden und Talflächen. Die Folie besaß eine Laschenreißfestigkeit von 19 g/2,54 mm und eine Sauerstoffpermeabilität von 450 ccm/645,2 cm²/24 h.

Eine Probe aus Polyäthylen hoher Dichte mit einem Molekulargewicht von annähernd 150 000 und einer Kristallinität von 78% wurde, wie zuvor beschrieben, geprägt und biaxial gereckt. Die Folie riß während des Reckens und bildete ein offenes Netz.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

45

60

65

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung einer biaxial orientierten, geprägten Propylenpolymerisatfolie mit in einem regelmäßigen Muster angeordneten besonders gestalteten Bereichen mit erhabenen Teilen, die in einer Vielzahl von gleichförmigen Reihen angeordnet und durch Talflächen voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsprodukt eine Propylenpolymerisatfolie mit einer Kristalliniiät von etwa 40 bis 65% und einem Gehalt von wenigstens 80% aus Propyienmonomerem stammenden, wiederkehrenden Einheiten verwendet wird, diese Ausgangsfolie bis zu einer Tiefe von etwa 50 bis 75% der maximalen Dicke der Ausgangsfolie von 0,4572 mm mit mindestens etwa 4 und höchstens etwa 600 der besonders gestalteten Bereiche pro 6,452 cm² in Form von Mulden, die von einem Grat eingeschlossen sind, geprägt wird und wobei die Talflächen 20 bis 40% der Oberfläche der geprägten Folie bilden und die Folie anschließend um wenigstens das 2,5fache bis zum 5,0fachen gerecht wird.