DE2226670A1 - BIAXIAL ORIENTED FILM AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURING - Google Patents
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DIPL.-ING. HANS W. GROENING 222667QDIPL.-ING. HANS W. GROENING 222667Q
DIPL.-CHEM. DR-AlFRED SCHÖNDIPL.-CHEM. DR-ALFRED SCHÖN
S/G 20-18S / G 20-18
Crown Zellerbach International Inc., One Bush. Street, San Francisco, California 94119, USACrown Zellerbach International Inc., One Bush. Street, San Francisco, California 94119, USA
Biaxial orientierter Film und Verfahren zu seiner HerstellungBiaxially oriented film and process for its manufacture
Die Erfindung betrifft einen "biaxial orientierten Film.The invention relates to a "biaxially oriented film.
Es ist bekannt, "bestimmten OPypen von thermoplastischen Filmen dadurch eine verbesserte Festigkeit zu verleihen, dass an dem Film durch Verstrecken desselben eine Molekülorientierung vorgenommen wird. Im allgemeinen werden derartige Filme biaxial durch Verstrecken sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung orientiert. Es ist relativ einfach, in einer Achse Filme in einer Längsrichtung zu orientieren, ein Verstrecken des Films in der Querrichtung erfordert jedoch dann, wenn der Film aus einer Filmstrangpressdüse ausgepresst worden ist, die Verwendung von Spannrahmen, welche mit Problemen behaftet sind. Es ist bereits bekannt, ein biaxial orientiertes Element aus einer in einer Achse orientierten Folie in der Weise her-It is known "certain o types of thermoplastic films thereby imparting improved strength to the film by stretching the same molecular orientation is made. In general, such films become biaxial by stretching in both the longitudinal and transverse directions oriented. It is relatively easy to orient films in one axis in a longitudinal direction, stretching of the film in the transverse direction, however, if the film has been extruded from a film extrusion die, the use of tenter frames, which poses problems are. It is already known to produce a biaxially oriented element from a film oriented in an axis in the manner
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zustellen, dass die Folie einmal oder mehrere Male längs Linie oder längs paralleler Linien gefaltet wird, die gegenüber der Orientierungsachse geneigt sind, so dass die entsprechenden Achsen der Orientierung von zwei Flächen der Polie t welche sich längs einer Faltung erstrecken, gegenseitig geneigt sind. Die oberen Flächen der Folie werden dann verfestigt, so dass eine Struktur mit einer Längsrichtung erhalten wird, weiöhö die Richtung der Faltungen ist. Diese Struktur besitzt ©ine biaxiale Orientierung, wobei jede Orientierungsachse diagonal bezüglich der Längsrichtung der Struktur angeordnet ist.provide that the film is folded one or more times along a line or along parallel lines which are inclined with respect to the orientation axis, so that the corresponding axes of orientation of two surfaces of the polie t which extend along a fold are mutually inclined. The upper surfaces of the film are then solidified so that a structure is obtained with a lengthwise direction whatever the direction of the folds. This structure has a biaxial orientation, each orientation axis being arranged diagonally with respect to the longitudinal direction of the structure.
Es wurde nunmehr gefunden, dass eine derartige Struktur in sehr vorteilhafter Weise aus einer thermoplastischen Folie hergestellt werden kann, die eine Nonwoven-Bahn aus Fasern aus einem thermoplastischen Polymeren aufweist.It has now been found that such a structure is produced in a very advantageous manner from a thermoplastic film comprising a nonwoven web of fibers made from a thermoplastic polymer.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines biaxial orientierten Films besteht darin, eine Honwoven-Bahn aus einem faserförmigen thermoplastischen Polymeren herzustellen, die Bahn unter Bildung eines Filmes thermisch zu verfestigen, den auf diese Weise erhaltenen Film in der Längsrichtung zu seiner Orientierung in eine Achse zu verstrecken, den Film spiralenförmig aufzuwickeln oder zickzackförmig zu falten, und sich gegenüberstehende Flachen des quergefalteten Filmes durch Heids-' siegeln oder mittels eines Klebstoffes miteinander zu verbinden. In dem auf diese Weise gebildeten laminierten Film verläuft die Orientierungsrichtung eines jeden Laminatblattes diagonal bezüglich der Längsrichtung des Films, wobei die Orientierungsrichtung eines Blattes unter einem QuerwinJcel zu der Orientierung^* richtung des sich darüber befindlichen Laminatblattes verläuft.The inventive method for producing a biaxial oriented film is to make a Honwoven web from one fibrous thermoplastic polymers to manufacture the To thermally solidify the web to form a film, the film thus obtained in the longitudinal direction thereof Orientation in one axis to stretch the film in a spiral to roll up or to fold in a zigzag, and up opposing surfaces of the cross-folded film by Heids- ' seal or connect to one another by means of an adhesive. Runs in the laminated film thus formed the direction of orientation of each laminate sheet diagonally with respect to the longitudinal direction of the film, the direction of orientation of a sheet under a transverse angle to the orientation ^ * direction of the laminate sheet above it.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein biaxial orientierter Kompositfilm geschaffen, der aus wenigstens zwei Schichten be-The present invention creates a biaxially oriented composite film which consists of at least two layers
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steht, die übereinander angeordnet sind. Die Schichten bestehen aus einem in einer Achsrichtung orientierten Film aus einem thermoplastischen Polymeren. Die- einachsige Orientierung in jeder der Schichten verläuft in einer Richtung unter einem Winkel zu der Längsachse des Kompositfilms. Die Richtung der einachsigen Orientierung einer der Schichten verläuft unter einem Querwinkel zu der Richtung der einachsigen Orientierung der anderen Schicht. Der PiIm zeichnet sich dadurch aus, dass jede Schicht aus einer thermisch verfestigten Bahn aus thermoplastischen polymeren Pasern besteht.stands, which are arranged one above the other. The layers exist made of an axially oriented film made of a thermoplastic polymer. The uniaxial orientation in each of the layers extends in a direction at an angle to the longitudinal axis of the composite film. the The direction of the uniaxial orientation of one of the layers is at a transverse angle to the direction of the uniaxial Orientation of the other layer. This is what distinguishes the PiIm characterized in that each layer consists of a thermally bonded sheet of thermoplastic polymeric fibers.
Die erfindungsgemäss eingesetzten Pasern können nach üblichen Schmelzspinn- oder Lösungsspinnverfahren hergestellt werden, d.h. nach Verfahren, die zu einem endlosen Filament führen, der unter Bildung von Stapelfasern zerschnitten wird. Es ist jedoch vorzuziehen, Pasern zu verwenden, die durch Ausfällung aus einer Lösung aus einem thermoplastischen Polymeren unter der Einwirkung einer hohen Scherkraft erhalten worden sind. Derartige Pasern kann man dadurch erhalten, dass man gleichzeitig die Lösung abkühlt und mechanisch eine Scherkraft auf sie einwirken lässt, oder dass man die Lösung schnell verdampft, beispielsweise durch Expandieren einer wässrigen Emulsion, welche die Lösung als disperse Phase enthält, durch eine Düse bei einer Temperatur oberhalb des atmosphärischen Siedepunkts des Lösungsmittels. Derartige Methoden ermöglichen die Bildung von Pasern mit einem sehr hohen Molekulargewicht, die unter Anwendung üblicher Extrusionsmethoden infolge ihrer hohen Viskosität nur schwer, wenn überhaupt, herzustellen sind. Besonders bevorzugte thermoplastische Polymere sind die kristallinen Polyolefine, insbesondere Polyäthylen und Polypropylen. Bevorzugte Molekulargewichte derartiger kristalliner Polyolefine sind solche, die eine Intrinsicviskosität von mehr als ungefähr 2,0 dl/g ergeben (Schmelzindex von weniger als unge-The fibers used according to the invention can according to conventional Melt spinning or solution spinning processes are produced, i.e. processes that lead to a continuous filament, which is cut to form staple fibers. However, it is preferable to use pasers made by precipitation from a solution of a thermoplastic polymer under the action of a high shear force. Such lines can be obtained by simultaneously the solution cools down and a shear force is applied to it mechanically, or the solution is quickly evaporated, for example by expanding an aqueous emulsion which contains the solution as a disperse phase a nozzle at a temperature above the atmospheric boiling point of the solvent. Make such methods possible the formation of fibers with a very high molecular weight, which using conventional extrusion methods as a result of their high viscosity are difficult, if at all, to produce. Particularly preferred thermoplastic polymers are the crystalline ones Polyolefins, especially polyethylene and polypropylene. Preferred molecular weights of such crystalline polyolefins are those that result in an intrinsic viscosity of more than approximately 2.0 dl / g (melt index of less than approx.
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fähr 0,5 und vorzugsweise im wesentlichen O, bestimmt nach der ASTM-Testmethode 1238). Man kann jedoch auch Polymere mit niedrigerem Molekulargewicht verwenden, falls die zusätzliche Festigkeit, die durch Polymere mit hohem Molekulargewicht erzielt wird, nicht wesentlich ist.about 0.5 and preferably essentially 0, determined after ASTM test method 1238). However, one can also use polymers Use lower molecular weight if the added strength provided by high molecular weight polymers is achieved is not essential.
Verfahren zur Herstellung derartiger Pasern werden beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen P 19 51 576.5 und P 21 173 70.6 beschrieben. Diese Fasern besitzen eine Grobniorphologie und eine Grosse ähnlich natürlichen zellulosehaltigen Papierherstellungsfasern.Processes for producing such fibers are for example in the German patent applications P 19 51 576.5 and P 21 173 70.6. These fibers have a coarse niorphology and a size similar to natural cellulosic papermaking fibers.
Die Nonwoven-Bahn kann aus derartigen Fasern nach jeder üblichen Methode hergestellt werden, beispielsweise durch Aufbringung einer Aufschlämmung der Fasern auf einer durchlöcherten Oberfläche in der Weise, wie sie normalerweise zur Herstellung von Papier eingehalten wird. The nonwoven web can be made of such fibers in any conventional manner Method can be produced, for example, by applying a slurry of the fibers to a perforated Surface in the way that it is normally observed for the manufacture of paper.
Zur Herstellung eines Films aus einer derartigen Nonwoven-Bahn ist es im allgemeinen vorzuziehen, die Bahn thermisch zu verfestigen, beispielsweise durch Verwendung einer erhitzten Walze. Die Bahn kann vollständig thermisch in einem solchen Ausmaß verfestigt werden, dass das faserförmige Material nicht mehr als solches erkennbar ist. Es kann jedoch zur Erzeugung einiger Produkte zweckmässig sein, eine unvollständige thermische Verfestigung der Nonwoven-Bahn durchzuführen, so dass der Film einen porösen Charakter beibehält. Bestehen die Fasern aus Polyäthylen, dann erfolgt eine vollständige thermische Verfestigung, wenn.die Filmdichte ungefähr 0,8 g/ccm übersteigt. In order to make a film from such a nonwoven web, it is generally preferable to thermally bond the web, for example by using a heated roller. The web can be fully thermally set to such an extent that the fibrous material cannot is more recognizable as such. However, for some products it may be useful to have an incomplete thermal Perform consolidation of the nonwoven web so that the film retains a porous character. If the fibers are made of polyethylene, then a complete thermal one takes place Solidification when the film density exceeds approximately 0.8 g / cc.
Die einachsige Orientierung des auf diese Weise erhaltenen Films erfolgt durch Verstrecken des Films in der Längsrichtung in der üblichen Weise. Ein derartiges Verstrecken wirdThe uniaxial orientation of the film obtained in this way is carried out by stretching the film in the longitudinal direction in the usual way. Such stretching will
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normalerweise ±n einem solchen Ausmaß durchgeführt, dass der £ilm um das 2- bis 8-fache seiner ursprünglichen Länge verstreckt wird. Es kann zweckmässig sein» den Film während des Verstreckens oder Örientierens zu erhitzen. Der auf diese Weise erhaltene orientierte EiIm "besitzt vorzugsweise eine , Dicke zwischen 13 und 508 u (0,5 und 20 mils).usually ± n such an extent performed such that the £ ilm by 2 to 8 times its original length stretched is. It can be useful to heat the film during stretching or orienting. The oriented egg Im "obtained in this way preferably has a thickness between 13 and 508 µm (0.5 and 20 mils).
Der einachsig orientierte Film wird dann spirälenförmig aufgewickelt und flachgemacht, worauf die sich gegenüberstehenden Flächen unter Bildung eines Kompositfilms mit einer biaxialen Orientierung laminiert werden. Die Orientierungsrichtung verläuft dabei unter einem Winkel zu der Längsachse des Films, und die Orientierungsrichtung einer Schicht steht unter Querwinkeln zu der Orientierungsrichtung der gegenüberliegenden Schicht. Der Film kann wahlweise durch Zickzackfalten des einachsig orientierten Films hergestellt werden,The uniaxially oriented film is then wound up in a spiral shape and flattened, whereupon those facing each other Areas to form a composite film with a biaxial Orientation to be laminated. The direction of orientation runs at an angle to the longitudinal axis of the film, and the direction of orientation of a layer is at transverse angles to the direction of orientation of the opposite layer. The film can optionally through Zigzag folds of the uniaxially oriented film are made,
Der auf diese Weise erhaltene biaxial orientierte Film besitzt eine ausgezeichnete Schlagfestigkeit, Reissfestigkeit und Zugfestigkeit.The biaxially oriented film obtained in this way has excellent impact resistance, tear resistance and tensile strength.
Es ist vorzuziehen, die Orientierungsrichtung der übereinanderliegenden Schichten unter im wesentlichen rechten Winkeln zueinander verlaufen zu lassen, obwohl dies nicht zur Erzielung der erfindungsgemässen Vorteile unbedingt nötig ist. ...It is preferable to use the direction of orientation of the superimposed To have layers run at substantially right angles to one another, although not to It is absolutely necessary to achieve the advantages according to the invention is. ...
Die sich gegenüberstehenden Schichten des gefalteten Kpmpositfilms können durch Heissiegeln miteinander verfestigt oder laminiert werden (beispielsweise durch Anwendung einer Hochfrequenzheizung). Man kann auch geeignete Klebstoffe verwenden, unabhängig davon, welche Laminierungsmethode angewendet wird, sollte diese Methode derart sein, dass nicht . The facing layers of the folded Kpmpositfilms can be solidified or laminated together by heat sealing (for example by using a High frequency heating). Suitable adhesives can also be used, regardless of which lamination method is used, this method should be such that not.
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- 6 die Orientierung des Films zerstört wird.- 6 the orientation of the film is destroyed.
Ein "biaxial orientierter Film, der nach dem vorstehend geschilderten Verfahren unter Verwendung eines thermoplastischen Polymeren mit einem ultrahohen Molekulargewicht hergestellt worden ist, "besitzt ausgezeichnete Festigkeitseigenschaften, die bei Einhaltung der üblichen Verarbeitungsmethoden nicht erzielt werden können.A "biaxially oriented film produced according to the above Process using an ultra-high molecular weight thermoplastic polymer is, "has excellent strength properties that cannot be achieved if the usual processing methods are followed.
Derartige Filme können verschiedenen Verwendungszwecken zugeführt werdön, "bei denen es auf eine hohe Festigkeit ankommt, beispielsweise zur Herstellung von hochfesten Beuteln für.verschiedene zu verpackende Materialien, wie beispielsweise Reis, Mais, Düngemittel und Zement.Such films can be used for various purposes "where high strength is important, e.g. for the production of high-strength bags for various materials to be packaged such as rice, corn, fertilizers and cement.
Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von 500 000 (.%= 11,0) wird in Hexan bei erhöhter Temperatur gelöst. Die Lösung wird unter Rühren abgekühlt. Dabei fällt das Polyäthylen in faserförmiger Form aus. Das faserförmige, in dem Hexan suspendierte Polyäthylen wird in eine papierähnliche Nonwoven-Bahn mit einer Breite von 30 cm auf einer Papierherstellungsmaschine überführt. Nach dem !Trocknen der Nonwoven-Bahn bei einer Temperatur von 800C wird sie zwischen Rollen hindurchgeführt, die auf eine Temperatur von 1800C erhitzt sind, um die Bahn thermisch zu einem Film mit einer Dicke von 0,1 mm zu verfestigen. Der Film wird während einer Zeitspanne von 5 Minuten, bei einer Temperatur von 1600C erhitzt und in einer Längs4: richtung um das 4-fache seiner.ursprünglichen Länge verstreckt. Der auf diese Weise erhaltene einachsig orientierte Film wird dann spiralenförmig zu einem Rohr mit einem Durchmesser von 20 mm aufgewickelt. Das spiralenförmig aufgewickelte Rohr wird dann flachgemacht. Die sich gegenüberliegenden Schichten werdenPolyethylene with a molecular weight of 500,000 (.% = 11.0) is dissolved in hexane at an elevated temperature. The solution is cooled while stirring. The polyethylene precipitates in a fibrous form. The fibrous polyethylene suspended in the hexane is converted into a paper-like nonwoven web with a width of 30 cm on a paper-making machine. After the nonwoven web has been dried at a temperature of 80 ° C., it is passed between rollers which are heated to a temperature of 180 ° C. in order to thermally consolidate the web into a film with a thickness of 0.1 mm. The film is heated for a period of 5 minutes, at a temperature of 160 0 C and in a Längs4: direction stretched to 4 times seiner.ursprünglichen length. The uniaxially oriented film obtained in this way is then wound up in a spiral shape to form a tube with a diameter of 20 mm. The helically wound tube is then flattened. The facing layers will be
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durch Anwendung einer Hochfrequenzheizung miteinander laminiert. laminated together by applying high frequency heating.
Der auf diese Weise erhaltene Film wird in zwei Richtungen orientiert, wobei jede Richtung unter einem Winkel zu der Längsrichtung des Kompositfilms verläuft. Die Orientierung in einer Schicht steht senkrecht zu der Richtung der Orientierung der gegenüberliegenden Schicht.The film obtained in this way is oriented in two directions, each direction at an angle to the The longitudinal direction of the composite film runs. The orientation in a layer is perpendicular to the direction of the orientation the opposite layer.
Die verschiedenen Festigkeitseigenschaften des bei der Durchführung des vorstehenden Beispiels erhaltenen Films sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst. Sie werden mit den Ergebnissen verglichen, die unter Verwendung eines hoöhdichten Polyäthylenfilms (Hi-Zex, Gütezahl 7 000 F, hergestellt von Mitsui Petrochemical Industries Ltd.) erhalten worden sind. Der Film wird nach der Aufblasmethode hergestellt (Expansionsgeschwindigkeit 4).The various strength properties of the when carrying out of the film obtained in the above example are summarized in the following table. You will be using the Results compared using a high density Polyethylene film (Hi-Zex, 7,000 F grade, manufactured by Mitsui Petrochemical Industries Ltd.) are. The film is produced by the inflation method (expansion rate 4).
Eigenschaften Beispiel, Film- Vergleichsbeispiel,Properties example, film comparative example,
dicke 50 u durch Aufblasen hergestellter Film mit ■_ einer Dicke von 50 U thick 50 u blown film with a thickness of 50 u
Zugfestigkeit beim
Bruch (kg/cm2) gegenüber der Längsrichtung
(JIS K6301-62) 1 000 230Tensile strength at
Break (kg / cm2) against the longitudinal direction
(JIS K6301-62) 1,000 230
SchlagfestigkeitImpact resistance
(kg^cm/cm (ASTM D1894-(kg ^ cm / cm (ASTM D1894-
63) 3 000 1 50063) 3,000 1,500
Elmendorf-Reissfestigkeit (kg-cm/cmO gegenüber
der Querrichtung
(JIS P-8116) 500 200Elmendorf tear strength (kg-cm / cmO in relation to the transverse direction
(JIS P-8116) 500 200
20988 4/118420988 4/1184
Claims (8)
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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-
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