DE2502476B2 - Wäßrige Trennflussigkeit zum Benetzen der Kontaktflächen von Walzen beim Beschichten eines Substrates mit Polyäthylen - Google Patents
Wäßrige Trennflussigkeit zum Benetzen der Kontaktflächen von Walzen beim Beschichten eines Substrates mit PolyäthylenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine wäßrige Trennflüssigkeit zum Benetzen der Kontaktfläche von Walzen beim Beschichten
eines Substrates, insbesondere einer Bahn aus Papier oder aus mit Metallfolie kaschiertem Papier, mit
Polyäthylen, das zu einem dünnen Film stranggepreßt, im noch warmen Zustand auf das Substrat aufgetragen
und während Kühlens auf eine unter der Erweichungstemperatur des Polyäthylens liegende Temperatur mit
dem Substrat durch wenigstens zwei Walzen zusammengepreßt wird, zwischen die das mit dem Polyäthylen
belegte Substrat geführt wird und von denen zumindest die mit dem Polyäthylen in Kontakt kommende Walze
gekühlt und auf ihrer ganzen Kontaktfläche mit der Trennflüssigkeit benetzt wird.
Bei der Herstellung einer beispielsweise für Verpackungszwecke geeigneten Verbundbahn kommt es tu
vor, daß man eine Schicht aus thermoplastischem Kunststoff, zum Beispiel aus Polyäthylen, auf ein Substrat
aufbringt, indem der Kunststoff zu einem dünnen Film stranggepreßt wird, der, während er sich noch im
geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand befindet, mit dem Substrat vereint wird.
Um hierbei zwischen dem stranggepreßten Film und dem Substrat eine gute Haftkraft zu erzielen, preßt man
das Substrat und den Film zwischen gekühlten Walzen zusammen, wobei der Film in guten Kontakt mit dem
Substrat gebracht und gleichzeitig durch Kühlung stabilisiert wird. Bei Ausführung des Beschichtungsprozesses
geschieht es oft, daß der Kunststoff an der gekühlten Walze haftet und daß dadurch die Verbundbahn einer
Kraft ausgesetzt wird, die hauptsächlich senkrecht zur Oberfläche der Verbundbahn gerichtet ist. Diese Kraft
kann leicht eine EntSchichtung der Verbundbahn verursachen, die nicht nur auf die Grenzzone zwischen dem
Film des Kunststoffes und dem Substrat lokalisiert zu sein braucht, vielmehr kann die EntSchichtung auch auf &o
das Substrat übergehen, wenn dieses beispielsweise aus Papier oder anderem Zellstoff besteht.
Man hat versucht, die vorerwähnten Mängel dadurch zu beheben, daß man die gekühlte Walze mit Wasser
oder Dampf benetzt oder einen Belag aus Polytetra- ^ fluoräthylen an der Außenfläche der Walze anbrachte.
Das beste Resultat erzielt man mit der beschichteten Walze; aber auch das Benetzen verhindert das Kleben
an einer solchen Walze, insbesondere bei hohen Drehzahlen, nicht vollständig und es kann eine EntSchichtung
eintreten. Außerdem ist erwiesen, daß das Polytetrafluoräthylen den mechanischen und thermischen Beanspruchungen,
zu denen es an der Außenfläche der Walze kommt, nicht hinreichend lange widersteht.
Bei dem aus der FR-PS 14 65 260 bekannten und im Zusammenhang mit der wäßrigen Trennflüssigkeit eingangs
näher beschriebenen Verfahren zum Benetzen der Kontaktfläche von Walzen beim Beschichten eines
Substrates wird auf die gekühlte Walze eine dünne Flüssigkeitsschicht aus einem Dampf-Luft-Gemisch geblasen.
Dem Gemisch ist keine weitere Flüssigkeit zugesetzt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine wäßrige Trennflüssigkeit zum Benetzen der Kontaktflächen
von Walzen beim Beschichten eines Substrates vorzuschlagen, durch die ein sicheres Loslösen des
Filmes aus Kunststoff von der Walze auch bei hohen Drehzahlen erreicht wird, so daß eine EntSchichtung
vermieden wird und sich eine sehr gleichmäßige Oberfläche des Filmes aus Kunststoff ergibt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Wasser 25 bis 50%, vorzugsweise 35% Äthylalkohol
zugemischt sind.
Die erfindungsgemäße Trennflüssigkeit hat eine Oberflächenspannung die gleich der Oberflächenspannung
des Polyäthylens ist oder nur unbedeutend von diesem Wert abweicht. Infolgedessen ist die Adhäsionskraft
zwischen der Trennflüssigkeil: und dem Polyäthylen gering. Die Beiden Medien trennen sich leicht
voneinander.
Die bekannten Arten zum Benetzen der Kühlwalze haben zwar schon zu einer Verbesserung des Ablösens
des Films aus Kunststoff geführt. Das reichte jedoch nicht aus, um die für einen hohen Produktionsausstoß
erforderlichen Geschwindigkeiten verwirklichen zu können. Die Adhäsion zwischen Film und Trennflüssigkeit
ist hier der die Geschwindigkeit begrenzende Faktor. Diese Grenze wurde erst durch die Anwendung der erfindungsgemäßen
Trennflüssigkeit überwunden, so daß die Geschwindigkeit der Kaschiermaschine um 50%
und mehr erhöht werden konnte. Dabei beträgt der Äthylalkoholgehalt der Trennflüssigkeit etwa 25 bis
50%. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen wird jedoch angestrebt, den Anteil des Äthylalkohols so niedrig wie möglich
zu halten, um gleichwohl noch die gewünschte Wirkung zu erzielen. Die besten Ergebnisse werden mit
einem Äthylalkoholgehalt von 35% der Trennflüssigkeit erreicht. In der Nähe dieses Optimums ändert sich die
kritische Oberflächenspannung praktisch nicht. Das bedeutet, daß mit einem Äthylalkoholgehalt von etwa 25%
noch recht zufriedenstellende Ergebnisse erreicht werden, die dem Optimum bei 35% sehr nahe kommen.
Eine Verringerung des Äthylalkoholgehalts auf 10% bringt allerdings eine erhebliche Verschlechterung auf
Werte, die kaum besser sind als die mit reinem Wasser erreichten Werte.
Die kritische Oberflächenspannung eines Werkstoffes ist ein Maß für die Neigung zum Nassen, wobei
die Nässungsneigung bei einer niedrigen kritischen Oberflächenspannung größer ist, als bei einer hohen.
Das physikalische Maß für die kritische Oberflächenspannung ist mN/m und die Größe der kritischen Oberflächenspannung
ist auf vielfache Weise experimentell feststellbar.
Man hat gefunden, daß die kritische Oberflächenspannung für reine Me.alle (im Vakuum gemessen) sehr
hoch ist, ca. 1000 bis 4000 mN/m. Bei den Verhältnissen, die im Zusammenhang mit dem Beschichten eines Substrates,
beispielsweise aus Papier, mit einem stranggepreßten Film aus einem thermoplastischen Kunststoff
herrschen, hat man jedoch festgestellt, daß die kritische Oberflächenspannung bei einer polierten Walze aus
Metall bedeutend niedriger ist, nämlich etwa 100 mN/m.
Durch Benetzung einer blankpolierten Walze mit Wasser kann die kritische Oberflächenspannung der
Walze auf die kritische Oberflächenspannung von Wasser reduziert werden, die etwa 73 mN/m entspricht, da
der stranggepreßte Film nicht mit der Walze in Berührung kommt, sondern nur mit dem Wasser, das die
Walze bedeckt.
Falls man an der Walze eine Schicht aus Polytetrafluoräthylen anbringt, so wird die kritische Oberflächenspannung
herabgesetzt.
Der Kunststoff der Verbundbahn hat im allgemeinen eine kritische Oberflächenspannung von etwa 30 mN/m,
(Polyäthylen hat, abhängig von Feuchtigkeit, Temperatur und anderen beim Strangpressen herrschenden
Bedingungen, eine zwischen 29 und 32 mN/m liegende kritische Oberflächenspannung).
Die Haftkraft des Filmes aus Polyäthylen an der Walze ist am größten, wenn diese aus trockenem, poliertem
Stahl besteht. Benetzt man die Walze mit Wasser, so wird die kritische Oberflächenspannung von
anfangs beispielsweise 100 mN/m auf etwa 73 mN/m vermindert. Durch Benutzung einer mit Polytetrafluoräthylen
beschichteten Kühlwalze kann die kritische Oberflächenspannung noch weiter vermindert werden,
und zwar bis auf etwa 17 mN/m, wobei die Haftkraft nur geringfügig herabgesetzt wird, obgleich sich die kritische
Oberflächenspannung von 73 auf 17 mN/m vermindert hat. Auf Grund experimenteller Untersuchungen
kommt man zu dem Ergebnis, daß sich die kleinstmögliche Haftkraft ergibt, wenn die Oberfläche der
Kühlwalze eine kritische Oberflächenspannung von etwa 30 mN/m hat, d. h. die gleiche kritische Oberflächenspannung
wie Polyäthylen.
Die Kühlwalze kann mit einer Trennflüssigkeit benetzt werden, deren kritische Oberflächenspannung
dadurch regulierbar ist, daß Äthylalkohol mit Wasser gemischt wird. Aus nachstehender Tabelle ist ersichtlich,
daß eine Beimischung von ca. 35% Äthylalkohol zu Wasser eine Oberflächenspannung von ca. 30 mN/m
ergibt:
Wasser
Äthylalkohol
(Siedepunkt 78,5%)
(Siedepunkt 78,5%)
Kritische Oberflächenspannung
| 100% | 0% | 72 mN/m |
| 90% | 10% | 46 mN/m |
| 75% | 25% | 34 mN/in |
| 50% | 50% | 27 mN/m |
| 0% | 100% | 21 mN/m |
Der Gegenstand der Erfindung wird nachstehend beispielsweise unter Hinweis auf die schematische
Zeichnung und die fotografischen Abbildungen beschrieben. Es zeigen
F i g. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zum Beschichten eines Substrates, mit einer Einrichtung zum
Benetzen der Kontaktfläche einer der Walzen,
F i g. 2 eine vergrößerte fotografische Aufnahme eines Querschnittes durch eine hergestellte Verbundbahn
und
F i g. 3 eine vergrößerte fotografische Aufnahme der Oberfläche des Filmes aus Polyäthylen der Verbundbahn
gemäß F i g. 3.
Die Vorrichtung hat eine Aufnahmeeinrichtung für eine Vorratsrolle 1 mit einer Bahn 2 aus mit Metallfolie
beschichtetem Papier, auf die eine Schicht aus Polyäthylen im noch geschmolzenen Zustand mit Hilfe einer
Strangpresse 4, in der das Polyäthylen zum Schmelzen erhitzt und durch eine Flachdüse 5 zur Bildung eines
dünnen Films 3 ausgepreßt und auf die Bahn 2 aufgebracht wird. Die mit dem Film 3 beschichtete Bahn 2
wird zwischen zwei zusammenwirkende Walzen 6 und 7 geführt, von denen die eine Walze 6 durch ein in ihrem
Innern zirkulierendes Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, gekühlt ist. Durch eine Sprühvorrichtung 8 wird auf die
Kontaktfläche 10 der Walze 6 eine Trennflüssigkeit in feinverteilter Form gesprüht, wobei man dafür sorgt,
daß die ganze Kontaktfläche 10 der Walze 6 von einer gleichdicken Schicht der Trennflüssigkeit bedeckt ist.
ω Wenn der durch Kühlung stabilisierte Film 3 die
gekühlte Walze 6 passiert hat, muß der Kontakt zwischen der Kontaktfläche 10 der Walze 6 und dem Film 3
unterbrochen werden, und da es stets zu einem gewissen Anhaften zwischen Film 3 und Walze 6 kommt, entsteht
im rechten Winkel zur Kontaktfläxhe 10 der hergestellten Verbundbahn 11 eine Zugspannung.
Wenn der Walze 6 in gleichmäßiger und ununterbrochener Schicht eine Mischung zugeführt wird, die
aus 65% Wasser und 35% Äthylalkohol besteht, wird die Haftkraft zwischen der Walze 6 und dem Film 3 der
Verbundbahn 11 so gering wie möglich und eine Entschichtung kann verhindert werden. Ein lOOfach vergrößerter
Querschnitt der Verbundbahn 11 zeigt daher keine EntSchichtung (F i g. 2).
Mittels der Trennflüssigkeit wird zudem die Oberflächenstruktur des Filmes 3, im Vergleich zur Oberflächenstruktur
einer in traditioneller Weise hergestellten Verbundbahn, sehr gleichmäßig (F i g. 3).
Der Grund, warum sich die Oberflächenstruktur so
Der Grund, warum sich die Oberflächenstruktur so
V) wesentlich verbessert, ist nicht ganz geklärt, alles deutet
aber darauf hin, daß der Äthylalkohol, der einen Siedepunkt von 78,5°C hat, von dem heißen Film 3 zum
Kochen gebracht wird, wenn er mit der Walze 6 in Kontakt kommt. Dadurch offensichtlich bildet sich um
η die Walze 6 herum eine dünne Dampfhaut, die zur
gleichmäßigen Oberflächenstruktur beiträgt.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Wäßrige Trennflüssigkeit zum Benetzen der Kontaktflächen von Walzen beim Beschichten eines Substrates, insbesondere einer Bahn aus Papier oder aus mit Metallfolie kaschiertem Papier, mit Polyäthylen, das zu einem dünnen Film stranggepreßt, im noch warmen Zustand auf das Substrat aufgetragen und während Kühlens auf eine unter der Erweichungstemperatur des Polyäthylens liegende Temperatur mit dem Substrat durch wenigstens zwei Walzen zusammengepreßt wird, zwischen die das mit dem Polyäthylen belegte Substrat geführt wird und von denen zumindest die mit dem Polyäthylen in Kontakt kommende Walze gekühlt und auf ihrer ganzen Kontaktfläche mit der Trennflüssigkeit benetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wasser 25 bis 50%, vorzugsweise 35% Äthylalkohol zugemischt sind.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |