DE1694034B2

DE1694034B2 - Polypropylen/polyaethylen-formmasse

Info

Publication number: DE1694034B2
Application number: DE19671694034
Authority: DE
Inventors: Ray Butler Gerald Eugene Longview Tex Edwards (V St A )
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1966-01-06
Filing date: 1967-01-05
Publication date: 1973-06-14
Also published as: DE1694034A1; US3418396A; GB1150801A

Description

Die Erfindung betrifft eine aus einer Mischung von 40 bis 90 Gewichtsprozent Polypropylen mit 60 bis 1 Gewichtsprozent Polyäthylen bestehende Formmasse.

Als Formmasse zur Herstellung von Formkörpern werden bekanntlich die verschiedensten Polyäthylene und Polypropylene sowohl kristalliner als auch amorpher Natur mit hohen und niedrigen Dichten und Gemische davon verwendet. Bei der Verarbeitung solcher Formmassen treten jedoch erhebliche Probleme auf, die nicht zuletzt auf die diesen Polyolefinen eigenen Eigenschaften zurückzuführen sind, die ihre Verwendbarkeit einschränken. Dies gilt insbesondere dann, wenn aus den Formmassen dünne Filme und andere Gegenstände hergestellt werden sollen, bei denen die Formmassen aufgeschmolzen, durch eine Düse gepreßt und erstarren gelassen werden.

Besondere Probleme treten auf beim Extrudieren von Filmen und Folien, insbesondere beim Beschichten von Bahnen aus Papier, Karton oder einem anderen Cellulosematerial, bei dem die extrudierte Folie noch im klebenden, weichen Zustand im Kontakt mit der Papier- oder Kartonbahn durch einen Luftspalt geführt und auf beide Schichten Druck ausgeübt wird. AS Wenn dieses Verfahren mit den bisher bekannten Polyäthylenen oder Polypropylen oder Gemischen davon durchgeführt wird, so tritt die Schwierigkeit auf, daß die extrudierte Folie zwischen dem Austritt aus dem Extruder und dem Berühren des Substrats, das beschichtet werden soll, sich »einschnürt«, d. h. ihre Breite vermindert. Dabei fallen dann Randwulste und Kanten an, die in umständlicher Handarbeit abgeschnitten werden müssen. Wenn beispielsweise in diesem Verfahren ein kristallines Polypropylen mit hoher Fließgeschwindigkeit eingesetzt wird, so ist die Extrusionsgeschwindigkeit stark eingeschränkt, weil bei hohen Verarbeitungsgeschwindigkeiten der Grad der Einschnürung der Polypropylenfolie untragbar wird und häufig sogar die frisch extrudierte Poly- <>o olefinbahn zerreißt. Weitere Schwierigkeiten bestehen darin, daß die Reißfestigkeit der aus den bisher bekannten Formmassen hergestellten Produkte zu wünschen übrig läßt ebenso wie der Aufrollgrad der aus solchen Formmassen hergestellten Folien und Schiebten, insbesondere bei Verwendung von Polyäthylen mit einer hohen Dichte.

Auf Grund der mangelhaften Verarbeitungseigenschaften von hochkristallinem Polypropylen mit eine hohen Fließgeschwindigkeit, wie es in dar Praxis ir großem Umfange zum Beschichten von Papierbahner verwendet wird, ergeben sich z. B. folgende Schwierig keiten:

Bei Beschichtungen mit einem Mmdestbeschich tungsgewicht von 3,63 kg/Ries Papier (entsprechend einer Beschichtungsdicke von etwa 0,0152 mm) be trägt die maximal mögliche Beschichtungsgeschwin digkeit nur etwa 91,44 m/Minute. Bei höheren Be Schichtungsgeschwindigkeiten treten Einschnürungen auf, und es besteht die Gefahr, daß der extrudieru überzug einreißt. Bei der Herstellung von dünner überzügen treten häufig Löcher auf, so daß die damii beschichteten Substrate z. B. nicht mehr zur Herste! lung von Kartonbehältern für Flüssigkeiten verwende werden können.

Es wurde nun bereits auf die verschiedenste Art und Weise versucht, diese Nachteile der bisher bekannien Formmassen zu beseitigen. Zwei von zahlreichen Mög lichkeiten, die Eigenschaften von Polypropylen Po h äthylen-Mischungen zu verbessern, sind in den USa Patentschriften 3 137 672 und 3 153681 beschrieber Mit den darin beschriebenen Verfahren ist es zu.ι gelungen, durch Zusatz von feinteiligen Feststoffen zu der Mischung bzw. durch Einstellung der PaHiUigröße der Komponenten der Mischung auf eine:, bestimmten Wert die Schlagfestigkeit, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, von Polypropylen Polyäthylen-Gemischen zu verbessern, besser verarbcubare und bearbeitbare Polypropylen/Polyäthylen-Mischungen, die zur Herstellung von dünnen überzügen bei hohen Beschichtungsgeschwindigkeiten verwendet werden können, werden dabei jedoch nicht erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Verarbeitbarkeit und die Bearbeitungseigenschaften von aus Polypropylen und Polyäthylen bestehenden Formmassen so zu verbessern, daß sie sich besser als die bisher bekannten Formmassen für die Herstellung von dünnen überzügen auch bei Anwendung hoher Beschichtungsgeschwindigkeiten eignen und insbesondere die vorstehend geschilderten Nachteile nicht aufweisen.

Es wurde nun gefunden, daß Formmassen dann die gewünschten Verarbeitungs- und Bearbeitungseigenschaften aufweisen, wenn sie zu 40 bis 99 Gewichtsprozent aus Polypropylen und zu 60 bis 1 Gewichtsprozent aus Polyäthylen bestehen, und die beiden Komponenten der Mischung hinsichtlich Fließgeschwindigkeit, Schmelzindex, Dichte und Schmelzindexerholung bestimmten Bedingungen genügen.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Formmasse, die aus einer Mischung von 40 bis 90 Gewichtsprozent Polypropylen mit 60 bis 1 Gewichtsprozent Polyäthylen besteht und dadurch gekennzeichnet ist, daß das Polypropylen eine Fließgeschwindigkeit von 1,2 bis 12 g/Min, und das Polyäthylen einen Schmelzindex von mindestens 0,1 g/Min., eine Dichte von mehr als 0,912 g/cm³ und eine Schmelzindexerholung von mehr als 50% aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung enthält die Formmasse der Erfindung ein Polypropylen, das einen in Hexan unlöslichen Anteil von mindestens 88% besitzt.

Die Formmasse der Erfindung eignet sich besonders gut zum Beschichten und überziehen von Bahnen auf Cellulosebasis und sie ermöglicht die Anwendung einer hohen BeschichUingsgeschwindigkeit, ohne daß dabei die weiter oben geschilderten Probleme auf-

treten. Das in der Formmasse der Erfindung tnthaltene Polypropylen weist vorzugsweise eine Fließgeschwindigkeit von mindestens 4,5g/M.'n. auf. Das in der Formmasse der Erfindung enthaltene Polyäthylen besitzt vorzugsweise einen Schmelzindex von 0,1 bis 1,5 g/Min. Die Eigenschaften und das Verhalten der Formmasse der Erfindung sind in den Fi g. 1 bis 4 der Zeichnungen im Vergleich zu den Eigenschaften und dem Verhalten der Einzelkomponenten erläutert. Diese Figuren werden weiter unten in Verbindung mit den ebenfalls noch weiter unten folgenden Beispielen näher erläutert.

Die Formmasse der Erfindung eignet sich nicht nur zum überziehen bzw. Beschichten von Substraten, sondern sie kann in vorteilhafter Weise überall dort verwendet werden, wo Polypropylen eingesetzt werden kann, beispielsweise bei der Herstellung von Formkörpern nach dem Spritzgußverfahren, der Herstellung von Formkörpern, wie Rohren, durch Extrudieren, bei der Herstellung von Blasformkörpern, der Herstellung von sehr dünnen überzügen auf Einwickel

i₅ papieren, beispielsweise für Fleischwaren, der Her Stellung von Überzügen auf der Innenseite von gegen Feuchtigkeit beständigen, mehrschichtigen Papiersäcken bzw. -tüten und zum Aufbringen von Hochglanzüberzügen auf Papier.

Das zur Herstellung der Formmasse der Erfindung geeignete Polypropylen muß, wie oben angegeben, eine hohe Fließgeschwindigkeit von etwa 1,2 bis 12 g/Min., zweckmäßig von mehr als etwa 3,5 g/Min., vorzugsweise von ^ etwa 4,5 g/Min, aufweisen. Es muß ferner kristallin sein, und es ist vorzugsweise zu mindestens etwa 88% in Hexan unlöslich und somit durch Hexan nur in geringem Umfange, beispielsweise zu 4 bis 12%, extrahierbar.

Die Herstellung der die Formmasse der Erfindung aufbauenden Polyolefine ist an sich bekannt. Die Eigenschaften der dafür verwendbaren Polypropylene sind in den weiter unten folgenden Tabellen zusammengestellt. In diese Tabellen ist auch die im Beispiel 1 beschriebene erfindungsgemäße Formmasse (Mischung A) einbezogen.

Tabelle I

Charakteristische Eigenschaften der Polypropylenkomponente der Formmasse der Erfindung

und der Mischung A (Beispiel 1)

Fließgeschwindigkeit in g/Minute (bei 23O⁰C)

Dichte in g/cm³

Sprödigkeits- bzw. Brüchigkeitstemperatur in ⁰C . Eigenviskosität

Zug- bzw. Zerreißfestigkeit in kg/cm² (bei 21,1⁰C) in bezug auf den Bruch

In bezug auf das Strecken

Dehnung in %

Biegesteifigkeit in kg/cm²

Vicat-Erweichungspunkt in °C

Rockwell-Härte (R-Skala)

Schlagzerreißfestigkeit in cm · kg/cm

I zod-Schlagzähigkeit

gekerbt

ungekerbt

Die besonders wichtigen physikalischen Eigenschaften der Polypropylenkomponente sollen innerhalb der folgenden Bereiche liegen:

Fließgeschwindigkeit in

g/Minute 1,2 bis 12,0,

vorzugsweise 4,5 bis 12,0

Dichte in g/cm³ 0,89 bis 0,92

Eigen viskosität 0,50 bis 1,4

Vicat-Erweichungspunkt

in T 120 bis 155

Die Polyäthylenkomponente soll, wie bereits erwähnt, eine hohe Schmelzindexerholung (von mehr als 50%), eine Dichte von mehr als etwa 0,912 und einen verhältnismäßig hohen Schmelzindex von mindestens 0,1 g/Min, aufweisen. Die Verfahren zur Herstellung solcher Polyäthylene sind an sich bekannt. Die Eigenschaften typischer Polyäthylene sind in der folgenden Tabelle Il zusammengestellt:

	Polypropylen	Z	W
X	Y	3,3	1,7 .
8,6	5,4	0,911	0,912
0,917	0,916	+ 19	+ 12
+ 23	+ 20	1,13	1,21
0,89	0,98
325	345
325	345
0	0
10 194	12 239	142	141
143,7	147
96	101
42,14	34,4
0,73	1,29
47,3	30,1

Mischung A

6,6
0,917 + 23
0,93

292
292
0

8577
139,8
92
49,45

1,08

46,87

Tabelle II
Eigenschaften typischer Polyäthylenkomponenten

Polymer	Schmelzindex in g/Min.	Dichte in g/cm³	Schmelzindex erholung in %
	(bei 19O⁰C)
M	0,35	0,917	70
N	0,82	0,975	45
O	0,72	0,971	6!
P	0,17	0,918	70
Q	0,71	0,920
Bereich	3,1 bis 1,5	> 0,912	> M·

Wie sich aus der vorstehenden Tabcllell ergibt, besteht keine definierte Wechselbeziehung zwischen den drei angegebenen Eigensdiaiien Die Schmelzindexerholung ist besonders kritisch und muß über etwa 50% betracen.

Die Formmasse der Erfindung kann auf verschiedene Weise hergestellt werden, beispielsweise durch trockenes Vermischen, trockenes Vermischen und weiteres Vermischen in einem Extruder oder einer Mischschnecke, durch Mischen mittels Mischwalzen oder durch Mischen in einem Banbury-Mischer, durch Schmelzen oder durch Vermischen in Lösung.

Beispielsweise können Teilchen jedes Polymerisats mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 1,59 mm, wobei bis zu etwa 20% der Teilchen einen Durchmesser von etwa 3,18 mm haben und einige Teilchen kleiner als 1,59 mm sind, mechanisch vermischt werden, worauf die Mischung einem Extruder zugeführt wird, in dem sie aufgeschmolzen und aus dem sie extrudiert wird.

Die Schmelze kann bei Temperaturen von bis zu etwa 315,6°C verarbeitet werden, vorzugsweise werden Temperaturen von etwa 271,1 bis 304,4° C angewendet.

Die Formmassen der Erfindung können aus der Schmelze auf die verschiedensten Substrate aufgetragen oder aufgeschichtet werden. Besteht das Substrat aus Papier, so kann dieses beispielsweise ein Grundgewicht von etwa 2,268 bis 90,719 kg haben, d. h., es kann beispielsweise ein Seidenpapier oder Pappe oder Karton sein. Besonders günstig ist gebleichtes und ungebleichtes Kraft-Papier. Jedoch können auch Bahnen aus gebleichter und ungebleichter Sulfitpulpe, Mattholzpulpe oder Natronzellstoff- bzw. Sodapulpe damit beschichtet werden. Entsprechend können auch andere faserige oder nichtfaserige Substrate überzogen werden.

Die Formmasse der Erfindung kann weitere übliche Zusätze, wie z. B. Antioxydationsmittel, Stabilisatoren zur Verhinderung des Abbaues durch Wärme, UV-Licht und Witterung, trübend wirkende Pigmente, wie z. B. Titandioxyd und Ruß, Weichmacher und geringe Mengen (weniger als etwa 20%) anderer, damit verträglicher Polymerisate enthalten. Beispielsweise beeinträchtigen bis zu etwa 20% Äthylen, Propylen-Kautschuk die Spritzgußeigenschaften der Formmasse der Erfindung nicht. Es können auch geringe Anteile von anderen Polyolefinen, Copolymeren und Blockcopolymeren davon, z. B. von Äthylen und Propylen, der Formmasse beigemischt sein.

Die Formmasse der Erfindung besteht vorzugsweise zu 1 bis 35% aus Polyäthylen und zu 65 bis 99% aus Polypropylen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele

näher erläutert. _ . . , ,

B e 1 s ρ 1 e 1 1

Es wurde eine Polyäthylen/Polypropylen-Mischung (im folgenden Mischung A genannt) mit einer Fließgeschwindigkeit von 6,6 g/Minute (66 dg/Min.) durch Vermischen von 90 Gewichtsprozent des bereits beschriebenen PolypropylensX (Fließgeschwindigkeit: 8,6 g/Min. [86 dg/Min.])mit 10 Gewichtsprozent Polyäthylen M (Fließgeschwindigkeit: 0,35g/Min. [3,5 dg/ Min.], Dichte: 0,917 g/cm-¹, Schmelzindexerholung [MIR]: 70%), hergestellt. Die Mischung wurde wie folgt bewertet: Die Mischung wurde einem Egan-Extruder von 88,9 mm mit einem Verhältnis von Zylinderlänge zu Zylinderdurchmesser von 24: I zugeführt. Die vier Zonen des Extruders wurden von hinten nach vorne gesehen auf 232,2° C, 282,2'³C, 304,4'C bzw. 332,2°C aufgeheizt. Es wurde eine Schnecke vom Homogenisiertyp mit sechs Verdichtungsgewindegängen und zwölf Homogenisiergewindegängen verwendet. Vor Eintritt in die Gießform passierte die Schmelze zwei Siebe, und zwar eines mit einer Maschenweite von 0,701 χ 0,701 mm und eines mit einer Maschenweite von 1,168 x 0,162 mm. Die Gießform bestand aus einer Egan-Form mit 25,4 mm langen Führungskanälen mit einer öffnung von 609,6 x 0,508 mm. Die Temperatur der Gießform betrug 304,4°C. Die Extrudiergeschwindigkeit betrug konstant 97,523 kg pro Stunde. Der extrudierte Film wurde durch einen Luftspalt von 114,3 mm in einen durch eine mit Kautschuk bedeckte Druckwalze und eine Kühlwalze gebildeten Walzenspalt geleitet. Gleichzeitig wurde Kraft-Papier mit einem Grundgewicht von 18,144 kg in den Walzenspalt eingeführt, wobei die Druckwalze mit dem Kraft-Papier in Berührung stand. Der angewandte Walzenspaltdruck betrug 19,6 kg/cm. Die Kühlwalze bestand aus einer mit Chrom plattierten Hochglanzstahlwalze mit einem Durchmesser von 609,6 mm, die mit Wasser gekühlt wurde, so daß die Walzentemperatur 15,6 C betrug. Das beschichtete Papier wurde von der Kühlwalze an einer Stelle, die sich 180° vom durch die Druckwalze und Kühlwalze gebildeten Walzenspalt befand, abgenommen. Die Kühlwalze wurde mit Lineargeschwindigkeiten von 91,44 bis 441.96 m pro Minute betrieben.

Das Verfahren wurde wiederholt, wobei die Extruderzonen von hinten nach vorne gesehen auf 260. 279,4. 282.2 bzw. 287,8°C aufgeherzt wurden und die Gießform eine Temperatur von 287,8 C besaß

In einem weiteren Versuch wurden die Extruderzonen von hinten nach vorne gesehen auf 260. 293Λ 312,8 bzw. 354.4' C aufgeheizt und die Gießform auf 315.6 C gehalten.

Die Eigenschaften der Formmasse A und des nicht modifizierten Polypropylens ergeben sich aus dci folgenden Tabelle:

Polymer	Mischung A	Polypropylen X	Polypropylen >
1. Fließgeschwindigkeit in g/Minute [dg/Min.]	6,6 [66]	8.6 [86]	5,4 [54]
2. Fähigkeit zum überziehen mit hoher
Geschwindigkeit in m pro Minute/kg/m²	0,759	0,082	0.101
3. Einschnürung pro Kante bei 121,92 m pro Minute
und mit der Strangpreßform bei 304,4⁰C in mm ..	69,85	83,82	103.38
4. Löcher/929 cm² bei überzügen von 0,0381 mm
mit der Strangpreßform bei 304,4⁰C	0	25	100

Die Mischung A bietet Vorteile hinsichtlich der Einschnürung, der Fähigkeit zum überziehen mit hoher jeschwindigkeit und der Beständigkeit gegenüber der Lochbildung. Hinsichtlich anderer Uberzugseigenschaften, beispielsweise der Haftung, der Fähigkeit zur Aufnahme von Druckfarbe bzw.Tintp wh »i«.i

(ο

694

tronischer Behandlung und der Felldichtheil bzw. Fettbeständigkeil war die Mischung A mindestens so gut wie das nichl modifizierte Polypropylen.

Der Grad der Einschnürung ergibt sich aus dem Unterschied in Zentimetern zwischen der Gießformbreite und der Filmübcrzugsbreilc. Die Einschnürung soll so gering wie möglich sein, um die Randwulst zu vermindern.

Die Fähigkeit zum überziehen mit hoher Geschwindigkeit wurde durch Erhöhen der Geschwindigkeit der to Kühlwalze unter Aufrechterhalten einer konstanten Exlrudergeschwindigkeit ermittelt. Die Geschwindigkeit, bei der erste Anzeichen einer Ungleichmäßigkeit in der Beschichtung (beispielsweise Streifen oder Schlieren, Ungleichmäßigkeit der Breite oder Ein- is reißen) festgestellt wurden, wurde als maximale Beschichtungsgeschwindigkeit bezeichnet.

Die MischungA zeigte Anzeichen einer Kantenpendelung bzw. Ungleichmäßigkeit der Breite bei einer Geschwindigkeit von 441,96 m pro Minute, während bei nicht modifizierten Polypropylenen eine Ungleichmäßigkeit der Breite bei 152,4 m pro Minute auftrat.

Die Lochbildung wurde durch Aufbringen eines in einer Waschmittellösung gelösten grünen Farbstoffes auf die überzogene Oberfläche und Auszählen der Zahl der Löcher pro 929 cm², durch welche die Farbe in die Unterlage lief, ermittelt.

Die Dichte wurde bestimmt nach der Plastics Laboratory Test Procedure Nr. 27-307. Issue 1, in obereinslimmung mit der ASTM-Bestimmungsmethode D1505-57T. Die für die Dichtebestimmung bestimmten Proben wurden zuerst bei einem verminderten Druck von 635 mm Hg-Säulcodcr einem noch geringeren Druck 1 Stunde lang auf 150 bis 155 C erhitz! und darauf bei dem verminderten Druck um nicht mehr als 20 C pro Stunde auf eine Endtemperatur von weniger als 50 C abgekühlt. Durch diese Konditionierung sollte die maximale Dichte erreicht werden.

Der Schmelzindex wurde bestimmt nach Plastics Laboratory Test Procedure Nr. 27-7, Issue 3. in Übereinstimmung mit der ASTM-Bestimmungsmethode D I238-62T.

Die Schmclzindcxerholung bzw. plastische Erholung wurde bestimmt nach Plastics Laboratory Test Procedure Nr. 27-5, Issue 1. Die Schmelzindexerholimg ist die Erhöhung des Durchmessers des Extruderpreßlings gegenüber dem Durchmesser der Öffnung des Extruderplastometers gemäß der ASTM-Bestimmungsmethode D1238-62T. Der Durchmesser des Extruderpreßlings wurde im Bereich zwischen 1,59 und 9,53 mm des Anfangsstückes des Preßlings, der aus dem Plastometer austrat, gemessen. Die Messungen wurden nach der ASTM-Methode D-374 durchgeführt.

Die Schmelzindexerholung ist von dem Ausmaß der Kettenverzweigung im Polyäthylen unabhängig. Beispielsweise haben Polyäthylene mit einer Keltenverzweigung von 2,4, 1,75, 2,3, 1,75 bzw. 2,8 Methylgruppen pro 100 Kohlenstoffatome Schmelzindexerholungen von 54, 52, 45, 32 bzw. 28.

Die Fließgeschwindigkeit wurde bestimmt nach Plastics Laboratory Test Procedure Nr. 27-204 in Übereinstimmung mit der ASTM-Bestimmungsmethode D1238.

Beispiel 2

Es wurden verschiedene Formmassen auf ihre Be Schichtungseigenschaften beim Beschichten durch einen Extruder auf Grund derselben Bewertunesreeeln welche im Beispiel 1 beschrieben sind, verliehen Die Polyathylenprozente sind Gewichtsprozente bezogen auf die Gesamtmenge der beiden Polymeren Die Zusammensetzung der getesteten Formmassen sowie ihre Beschichtungseigenschaften ergeben sich aus der folgenden Tabelle III.

Tabelle

Mischungen bzw.	Polyethylen	[ KlicHycdiwiniiigki'it \	ί hmti/ni'iexcrhoh]	! Fähigkeit zum C'ber-	I	Temperatur der	Einschnürung pro
Materialien	Kein	I der PoKpriip\lcn- !	di-. !Vrh.V.fnlen-	¹^ ι ziehen mit hoher		ι Kante bei 121,92m
	+ 5% N		ki»rnpiⁱncr.!e in "«
!'■ l\- prop\len	+ 5% Q	i> Min (di.· Viii \| : j		wcscnvvinuijzkeii in m pro Min. kg m"	304,4	Schmelze von 104 4¹ C \|58O°F}inmm
X	+ 5% O	8.6 ^:	45	ι 0.082	304,4	83.82
\	+ 5% P		53	■^: 0.052	304.4	85,09
χ	+ 5% M	8.6	61	I 0,124	304,4	78,74
X	+ 25% M	8.6 ;	70	0.166	304.4	83,82
X	Kein	8.6 ]	70	j 0,443	304,4	76,96
χ	+ 5% M	8.6 ',	10	: 0.443	326.7	81,28
X	8.6 ;		: 0.747	304,4	31,75
W	1-7 ^!	70	: o,oi3	304.4
H'	1.7	! 0.031

Aus Tabelle III ergibt sich, daß das Polypropylen lit geringer Fließgeschwindigkeit 11.2 g Min. Π-dg lin.]) mit dem Polypropylen mit hoher Fließge-Awindigkeit (8,6g/Min. [86dg Min.]) bezüglich der ahigkeit zum überziehen mit hoher Geschwindigkeit 65 icht vergleichbar war. Die Zugabe von Polyäthylen lit hoher Schmelzindexerholung verbesserte seine ähigkcit zum überziehen mit hoher Geschwindigkeit.

jedoch nicht in dem Ausmaß, wie sie durch Zugabe von Polyäthylen mit hoher Schmelzindexerholune zu Polypropylen mit hoher Fließgeschwindigkeit erzielt wird. Aus der Tabelle ergibt sich ferner,"" daß dann wenn 25% Polyäthylen M mit Polypropylen X ver" mischt wird, die Fähigkeit zum überziehen mit hoher Geschwindigkeit nicht beeinträchtigt wird und die Einschnürung sich nennenswert vermindpri n;_ai.=

Formmasse muß jedoch bei einer heißeren Schmelztemperatur als eine Formmasse mit einem geringen Anteil Polyäthylen mit hoher Schmelzindexerholung verarbeitet werden.

B e i s ρ i e 1 3

Die Vorrichtung und Verfahrensweise waren dieselben wie im Beispiel 1, ausgenommen daß kürzere Führungskanäle bzw. Düsen (3,175 mm) verwendet wurden. Es wurde ein Extruder mit einem Längen zu Durchmesser-Verhältnis von 24 und einem Verdichtungsverhältnis von 4:1 verwendet.

Die Formmasse A und die Polypropylene X und Y wurden bei verschiedenen Bedingungen extrudiert, um die optimalen Extruderbedingungen zu bestimmen. Die Versuche wurden zur Bestimmung der maximalen Extrudergeschwindigkeit, der Einschnürung, der Lochbildung und der Heißsiegeltemperatur durchgeführt.

Zur besseren Veranschaulichung der Beziehungen zwischen den drei Formmassen werden die Ergebnisse hinsichtlich jeder Eigenschaft beim Extruder-Beschichten getrennt angegeben.

Abzug

Ein Hauptnachteil der bisher verwendeten Polypropylene besteht darin, daß die Geschwindigkeit, mit der sie auf einen Träger geschichtet werden können (Beschichtungsgeschwindigkeit), begrenzt ist und daß sie sich nicht zum Extrudieren sehr dünner Filme oder überzüge eignen. So war der Verarbeiter bisher gezwungen, bei Geschwindigkeiten von unterhalb 152,4 m pro Minute (500 fpm) und mit Uberzugsgewichten von über 6,35 kg/Ries zu arbeiten.

Aus der folgenden Tabelle IV ergeben sich die erreichbaren maximalen Abzugsgeschwindigkeiten und Mindestüberzugsgewichte der getesteten Formmassen.

Tabelle IV

auf, d. h., die Breiten der extrudierten Filme waren ungleichmäßig. Unter keinen Bedingungen konnten diese Formmassen derart abgezogen werden, daß Überzugsgewichte von weniger als 6,35 kg/Ries erhalten weiden konnten. Die FormmasseA konnte demgegenüber zum gleichmäßigen überziehen von Papier mit einem Grundgewicht von 18,14 kg unter Erzielung von 1,81 bis 2,72 kg/Ries bei Geschwindigkeiten von über 609,6 m pro Minute ohne Kantenpendelung bzw. ungleichmäßige Breite verwendet werden.

Thermische Stabilität der Einschnürung

Die Einschnürung wurde bei Schmelztemperaturen von 279,4 und 304,4⁰C gemessen. Die folgende Tabelle zeigt die mit der Temperaturänderung der Schmelze verbundene Änderung der Einschnürung. Die Messungen erfolgten bei Beschichtungsgeschwindigkeiten von 83,82 m pro Minute.

Material

Formmasse A ..
Polypropylen X
Polypropylen Y

Maximale Abzugsgeschwindigkeit in m Min.

441,96
152,40
167,64

Mindestüberzugsgewicht in kg Ries

2,04 6,89 6,53

40

45

Aus der i abelle IV ergibt sich, daß die Formmasse A den Polypropylen bezüglich der Abzugsgeschwindigkeit (drawdown ability) und des Mindestüberzugsgewichtes überlegen ist.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß der Abzug eine Funktion der Temperatur ist. In F i g. 1 ist die Beziehung zwischen Abzug und Temperatur dargestellt.

Aus F i g. 1 ergibt sich, daß die optimale Temperatur der Schmelze für den Abzug oder die Entnahme in der Nähe von 304,4° C oder darunter liegt. Die Lochbildung wird durch eine ein wenig niedrigere Temperatur der Schmelze vermindert. Es wurde festgestellt, daß bei Schmelztemperaturen von etwa 271,1 bis 304,4°C ausgezeichnete Ergebnisse erhalten werden. Bei einer Schmelztemperatur von 293,3° C in einer Vorrichtung von handelsüblicher Größe liegt die maximale Beschichtungsgeschwindigkeit der Formmasse A bei über 609,6 m pro Minute. Dies wird jedoch in Fig. 1 wegen des Unterschiedes in der Vor- (>5 richtung nicht gezeigt.

Bei Verarbeitung der Polypropylene trat bei 152,4 m/Min, bzw. 167,6 m/Min. Kantenpendelung Material

Mischung A ...
Polypropylen X
Polypropylen Y

Änderung in der Kinschnürung in mm/25" C

2,03
2,79
5,08

ist es vernur

Aus den erhaltenen Ergebnissen ergibt sich, fr.\ ß die erfindungsgemäß verwendete Formmasse A chic gute thermische Stabilität der Einschnürung hat. I>:· Polypropylene konnten nicht schneller als mit 83,8~ ,n pro Minute bei einer Schmelztemperatur von .i 0,4°C verarbeitet werden. Wurde die Formmas; Λ bei 213,36 m pro Minute verarbeitet, so war die -ermische Änderung der Einschnürung nur 1,27 i:rn pro 25 C Schmelztemperaturänderung.

Einschnürung

Die Einschnürung ist bei Beschichtungsve, ^ren mit dem Extruder bzw. beim Befilmen mit cmv.viertem Material aus einem besonderen Grunde - ^;i;" Dieser Grund besteht darin, daß bei Erhöh;
Einschnürung sich ebenfalls die Dicke des Ran« s
erhöht. Dieser Randwulst muß abgeschnitten ·
worfen werden, weswegen angestrebt wird, ;
ein möglichst dünner Randwulst entsteht.

Fig. 2 zeigt die erhaltene Einschnürung ab
tion der Beschichtungsgeschwindigkeit.

Aus Fig. 2 ergibt sich, daß bei Verwendung der FormmasseA bei Erhöhung der Beschichlur,','geschwindigkeit die Einschnürung vermindert wird und daß sich bei den Polypropylen die Einschnürung mit der Erhöhung der Geschwindigkeit erhöh!. Aus r ι g. 2 ergibt sich ferner, daß die Formmasse Λ viel weniger Einschnürungen aufweist und so bei weitem weniger Abfallmaterial ergibt.

Lochbildung

Ergebnisse einer Untersuchung der Wirkunu von Überzugsgewicht und Temperatur der Schmelze auf die Lochbildung bei Polypropylenüberzügen zeigen,

1. die Formmasse A hinsichtlich der Lochbildungseigenschaften den Polypropylen überlegen ist und daß

2. sich mit der Erhöhung der Temperatur der schmelze die Lochhäufigkeit erhöht.

Auf Grund dieser Ergebnisse empfiehlt es sich, daß in den Fällen, in denen eine geringe Lochbildung erforderlich ist, eine Schmelztemperatur von unterhalb 304,4, beispielsweise bei 279,4" C, vorzugsweise 271,1 bis 298,9°C, angewandt wird. Hierdurch wird zwar die Abzugsgeschwindigkeit vermindert, gleichzeitig wird jedoch die Herstellung von überzügen von unterhalb 4,536 kg/Ries (bei 279,4 C) mit verhältnismäßig hohen Geschwindigkeiten ermöglicht.

Die Formmassen der Erfindung sind auch hinsiehtlieh der Heißsiegeltemperatur, Haftung und E.xtrudierbarkeit (kg/Kilowattslunde) mindestens so gut wie die Polypropylene X und Y.

Beispiel 4

15

Es wurde gezeigt, daß das erfindungsgemäße Produkt in allen Eigenschaften mindestens so gut wie Polypropylen ist und diesem hinsichtlich der Lochbildung und der Widerstandsfähigkeit in bezug auf die Spannungsrißbildung bzw. -bruchbildung überlegen ist.

Im Vergleich zu Polyäthylenen hoher Dichte (0,951) besitzen die Formmassen nach der Erfindung eine verminderte Spannungsrißbildung oder -bruchbildung, eine bessere Beständigkeit gegenüber rauher Behandlung durch Abschurren oder Abrieb, eine bessere Härte, Hitzebeständigkeit und ein günstigeres Kräuselverhalten. Das Polypropylen ist dem Polyäthylen hoher Dichte hinsichtlich der Wasserdampfsperr- und Fettsperreigenschaften gleich.

Aus diesem Beispiel ergeben sich zusätzliche vor-

teilhafte Eigenschaften von überzügen, hergestellt aus den Formmassen der Erfindung, im Vergleich zu überzügen aus Polypropylen und überzügen aus Polyäthylen hoher Dichte. Zu diesen Eigenschaften gehören die Fetldichtheit bzw. Fettbeständigkeit (MlL-B-121 B), Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR), Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungsrißbildung bzw. -bruchbildung, Beständigkeit gegenüber rauher Behandlung durch Abschurren bzw. Abrieb, die Widerstandsfähigkeit gegenüber Lochbildung, die Härte, die Hitzebeständigkeit, die Kräuselung, der Reibungskoeffizient, die Heißverklebbarkeit bzw. Heißsiegelbarkeit und Nahtfestigkeit (seam strength). Es wurden durch Extruderbeschichten erzeugte überzüge aus folgenden Formmassen geprüft:

Formmasse	Fließgeschwindig- keil in g/Min.	Dichte
Formmasse A Polypropylen Y Polyäthylen hoher Dichte	6,6 bei 230⁰C 5,4 bei 230⁰C 0,8 bei 190° C	0,917 0,916 0,951

Verfahrensweise und Vorrichtung

überzüge der drei Materialien wurden unter Verwendung derselben beschriebenen Vorrichtung auf Kraft-Papier mit einem Grundgewicht von 18,14 kg aufgebracht. Das Polypropylen und die Formmasse A wurden bei 293,3°C und das Polyäthylen wurde bei 326,7° C extrudiert. Es wurden Uberzugsgewichte von etwa 18,14, 13,61, 11,34, 9,07, 6,80 bzw. 4,54 kg/Ries erhalten. Die Extrudierbedingungen waren wie folgt:

Zylinderzone 1 bei ⁰C

Zylinderzone 2 bei "C

Zylinderzone 3 bei ⁰C

Zylinderzone 4 bei °C

Formzone 1 bei ⁰C

Formzone 2 bei ° C

Formzone 3 bei ⁰C

Befestigung bzw. Einsatz (Adapter) bei °C

Formlippen (Die Lips) bei ⁰C

Temperatur der Schmelze in ° C

Zylinderdruck in kg/cm²

Kühl walzen temperatur in °C

Schneckengeschwindigkeit in Umdrehungen

pro Minute

Leistungen des Extruders in kW

Extrudiergeschwindigkeit in kg/Stunde

Leitungsgeschwindigkeit bzw. lineare Geschwindigkeit

(Line Speed) in m/Minute

Formmasse A	Polypropylen Y	Polyäthylen hoher Dichte
260	260	204,4
282,2	282,2	262,8
298,9	298,9	323,9
321,1	323,9	364,4
293,3	293,3	326,7
293,3	293,3	326,7
293,3	293,3	326,7
293,3	293,3	326,7
293,3	293,3	326,7
293,9	292,8	326.7
218	207	492
18,3	17,8	17,2
90	90	90
12,0	12,5	27,0
99,⁷9	101,15	110,68
48,77 bis 198,12	48,77 bis 198,12	48,77 bis 198,12

Spannungsrißbildung oder -bruchbildung

Es wurden Beschichtungen von 11,34 kg/Ries bei 65 mittellösung auf Alkylphenolpolyglykolätherbasis geTemperaturen von 40°C oberhalb der Mindestheiß- füllt, worauf die Zeiten bis zum Reißen der Beutel besiegeltemperatur zu flachen Beuteln von 38,71 cm² stimmt wurden, heißversiegelt. Die Beutel wurden mit einer Wasch-

I 694034

Formmasse

Formmasse A

Polypropylen Y

Polyäthylen hoher Dichte

Zeit bis zum Reißen der Beutel in Tagen

6
1
1

Die Formmasse A besaß demzufolge eine etwa 6mal so gute Widerstandsfähigkeit gegenüber Spannungs- ι ο rißbildung wie die damit verglichenen Polypropylen- und Polyäthylen-Formmassen.

Lochbildung

Obwohl die Lochbildung eine Funktion der Exlrudiertemperatur ist und das Polypropylen und die Formmasse A bei einer um 33,4° C (6O⁰F) geringeren Temperatur als das Polyäthylen hoher Dichte extrudiert wurden, wurde die Lochbildung dennoch im Diagramm der F i g. 3 verglichen.

Die Formmasse A ist dem Polypropylen bezüglich der Widerstandsfähigkeit gegenüber Lochbildung bei weitem überlegen. Sie ist genauso gut wie die von Polyäthylen hoher Dichte bei Uberzugsgewichten von über 0,025 mm (6,80 kg/Ries).

Kräuseln

Die Neigung eines Überzuges oder einer Beschichtung zum Schrumpfund Kräuseln kann zu Problemen in der Verarbeitungsvorrichtung führen. Je weniger ein überzug zum Kräuseln neigt, um so besser verhält er sich in den Verarbeitungsvorrichtungen, überzüge und Beschichtungen aus Polyäthylen hoher Dichte sind für ihre Neigung zum Kräuseln bekannt. Dies ist bei Polypropylen nicht der Fall.

Das Kräuseln wurde an Proben einer Breite von 152,4 mm (in der Querrichtung) durch Messen des Abstandes der Außenkanten nach vollständigem Schrumpf ermittelt. Eine völlig flache Probe (kein Kräuseln) hat beispielsweise einen Abstand von 152,4 mm von Kante zu Kante. Mit der Zunahme des Kräuselgrades vermindert sich dieser Abstand, bis sich schließlich die Kanten berühren (0 mm) und dann überlappen (negativer Wert). Je näher der ermittelte Wert bei dem Wert von 152.4 mm liegt, um so geringer ist der Kräuselgrad. Im Diagramm der Fig. 4 wird die Neigung zum Kräuseln der Formmasse nach der Erfindung mit der von Polyäthylen hoher Dichte verglichen.

Nahtfestigkeit

Es wurden 25,4 mm breite Streifen von überzügen von 15,88 kg/Ries und 3,86 kg/Ries in eine;· (Sentinel-)-Heißsiegelvorrichtung bei 2,10 kg/cm² und einer Temperatur von 4,4°C über dem für das spezielle überzugsgewicht erforderlichen Minimum während '/₂ Sekunde miteinander versiegelt. Anschließend wurde die zur Trennung der heißgesiegelten Nähte erforderliche Kraft gemessen. Es wurden folgende Ergebnisse erhalten: (10

D berzugsgewich ι
in kg/Ries

15,88
3,86

Nahtfestigkeit in g/cm (g/in)

Formmasse A

433,1
263,8

Polypropylen Y

318,9

Polyäthylen hoher Dichte

322,8
263,8

Aus den erhaltenen Ergebnissen ergibt sich eindeutig die bessere Nahtfestigkeit bei schwereren überzügen, hergestellt aus Formmassen nach der Erfindung.

Filme und Folien aus Formmassen nach der Erfindung, wie sie durch die Formmasse A dargestellt sind, sind hinsichtlich der Wasserdampfdurchlässigkeit, der Beständigkeit gegenüber rauher Behandlung durch Abschurren bzw. Abrieb, der Härte, der Hitzebeständigkeit, der Fettbeständigkeit (durch military specification MIL-B-12J B geprüft) und des Reibungskoeffizienten mit Polypropylen Y und Polyäthylen hoher Dichte vergleichbar oder besser als diese. Die Heißsiegeltemperatur war bei Polyäthylen hoher Dichte etwas niedriger als bei den anderen Formmassen.

Mit Formmassen nach der Erfindung beschichtete oder überzogene Träger, insbesondere auf Cellulosebasis, wie denjenigen der Beispiele eignen sich hervorragend zur Herstellung von Behältern für Flüssigkeiten, wie Milch oder andere Lebensmittel und sogar Kohlenwasserstofföle, beispielsweise Motorenöle (high detergent automobile engine oil).

Gegebenenfalls können Innenoberflächen von Kartons für Milch und andere Lebensmittel, die mit einer Formmasse nach der Erfindung beschichtet sind, noch zusätzlich mit einer Polyäthylenschicht überzogen werden. Die Polyäthylenschicht, weiche bei einer niedrigeren Temperatur als die darunter liegende Polypropylen/Polyäthylen-Schicht schmilzt, läßt sich durch Erhitzen leicht versiegeln. Die Polypropylen/Polyäthylen-Schicht, welche bei einer höheren Temperatur als die Polyäthylenschicht schmilzt, bleibt dabei im festen Zustand, wodurch die Ausdehnung und das Eindringen von in den Kartons befindlichem, erhitztem Wasserdampf in die Polyolefmüberzüge und die Bildung von Löchern und Undichtigkeiten sowie Rissen verhindert wird. Diese durch das Eindringen von Wasserdampf herbeigeführte Lochbildung ist ein Hauptproblem bei mit Polyäthylen überzogenen Kartons, z. B. Tür Milch. Der überzug aus der PoIypropylen/Polyäthylen-Formmasse verbessert auch die Sperreigenschaften der überzüge.

Ein anderes Anwendungsgebiet ist z. B. das überziehen von hochempfindlichen photographischen Papieren, welche einer Hitze von 135°C widerstehen.

Ein überzug aus einer Formmasse nach der Erfindung auf Unterlagen, wie Papier, Pappe, Folien und Cellophan, führt zu gegenüber Spannungsrißbildung und Spannungsbruchbildung ausgezeichnet beständigen Materialien, insbesondere Verpackungsmaterialicn, wie z. B. Kartons für Säfte von Zitrusfrüchten und Behälter für Shampoos.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Formmasse, bestehend aus einer Mischung von 40 bis 99 Gewichtsprozent Polypropylen mit 1 bis 60 Gewichtsprozent Polyäthylen, dadurch gekennzeichnet, daß das Polypropylen eine Fließgeschwindigkeit von 1,2 bis 12 g/Min, und das Polyäthylen einen Schmelzindex von mindestens 0,1 g/Min., eine Dichte von mehr als 0,912 g/ cm³ und eine Schmelzindexerholung von mehr als 50% aufweisen.

2. Formmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polypropylen einen in Hexan unlöslichen Anteil von mindestens 88% besitzt.