專利名稱：含填料的雙軸取向聚合物薄膜的制造方法及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由一種可結(jié)晶的熱塑性聚合物生產(chǎn)單層或多層雙軸取向薄膜。此薄膜至少含有一層填料層，此發(fā)明還涉及實(shí)施此方法的設(shè)備，該設(shè)備在含填料聚合物熔體的生產(chǎn)和擠壓方面與常用設(shè)備有所區(qū)別。
由一種可結(jié)晶的熱塑性聚合物如聚丙烯制成單層或多層雙軸取向的薄膜，并在該薄膜中或至少在薄膜的一層中含有填料如碳酸鈣以及顏料如二氧化鈦，此種薄膜已為生產(chǎn)技術(shù)人員以及從大量的已發(fā)表的產(chǎn)品說明書、雜志文章和行業(yè)保護(hù)法中可獲知。
此種方法包括下列基本步驟首先制備至少一種由熱塑性聚合物和一種或多種填料(包括顏料)以及有時(shí)還有常用添加劑組成的均相混合物的融體，其中熱塑性聚合物與一種填料或幾種填料的重量比例，是由含填料聚合物薄膜所擬定的應(yīng)用或多層聚合物薄膜的層數(shù)所決定。
均相化的和已除氣的含填料聚合物熔體通過寬縫噴嘴擠出成為一種單層的簡(jiǎn)單的薄膜，由寬縫噴嘴所擠出的熔體經(jīng)冷卻凝固成一種單層的預(yù)薄膜。就此，用一種適宜的設(shè)備(如空氣刮板)將熔體表面壓到冷滾筒上，并通過水浴拉伸，以便制成預(yù)薄膜。通過適當(dāng)?shù)募訙刈饔檬蛊渚o接達(dá)到所需的結(jié)晶度，以及接下來的適合拉伸的溫度。對(duì)多層薄膜即采用一個(gè)或多個(gè)寬縫噴嘴，可將它安裝在設(shè)備的相鄰或不同的位置上，例如施加覆蓋層時(shí)，可在介于縱向和橫向拉伸之間安置其它噴嘴，通過擠出不同的熔體使其形成含有填料或不含填料的其它薄膜層。
然后用已知方法將這種單層或多層預(yù)薄膜以縱向和橫向拉伸成單層或多層雙軸取向的聚合物薄膜。用常用方法分步進(jìn)行拉伸，同時(shí)在縱向和橫向拉伸之間將薄膜進(jìn)行中間熱定形。在橫向拉伸后將已完成的拉伸膜再在寬拉伸爐中加溫定型以及經(jīng)常用的精整步驟后將其卷繞。精整步驟通常包括切除薄膜的未拉伸的由伸展框架的夾鉗鉗住的邊緣、測(cè)定薄膜厚度、以及有時(shí)用放電處理或用火焰處理，使薄膜表面具有壓縮性。當(dāng)然這種拉伸過的單層或多層薄膜還可和其它薄膜粘合或者另外涂敷護(hù)膜。
關(guān)于已知技術(shù)的基礎(chǔ)方法可由例如歐洲專利EP-0 004 633B2,EP-0 220 433 B1,FR-A-2 276 349和其它作為技術(shù)現(xiàn)狀所引用的文獻(xiàn)補(bǔ)充。
在本發(fā)明范圍內(nèi)從專業(yè)范圍講聚合物是已知的熱塑性可結(jié)晶的，即通過雙軸取向拉伸的聚合物，其中聚丙烯最好為等規(guī)均相聚丙烯或者是一種含直到15％(重量)乙烯或/和含4至8個(gè)碳原子的其它α-烯烴的丙烯共聚體。本發(fā)明“填料”的定義也包括顏料。填料可以是任何一種在專業(yè)領(lǐng)域已知的填料和/或顏料，通常是無機(jī)物。特別常用的填料/顏料是碳酸鈣，二氧化鈦，高嶺土，滑石粉，硫酸鋇，硫化鋅及其混合物。特別優(yōu)選的是碳酸鈣和二氧化鈦的混合物。
粉末狀填料，包括顏料，應(yīng)進(jìn)行表面預(yù)處理。它們可用含聚合物熔體的粘性介質(zhì)的浸漬作親合性處理，或進(jìn)行預(yù)處理以改善粉末狀填料的流動(dòng)性和/或其在聚合物熔體中的分布。
為了得到高質(zhì)量的雙軸向拉伸的含填料的聚合物薄膜，含填料的聚合物熔體必須是均質(zhì)的和無氣泡的。在EP-0 220 433 B1中已敘述目前熔體制備的常用方法，它是由無填料的聚合物粒料與帶相當(dāng)高填料含量的含填料的“主批”粒料混合并共同熔化。通過主批粒料中的聚合物對(duì)填料的預(yù)浸潤(rùn)而達(dá)到很好的混合，其相對(duì)粗的粒料可以使熔體很好的脫氣。
在EP-0 220 433 B1中敘述，在所描述方法引入前，通常的方法是，為了得到含填料的預(yù)想層，在原料制備的特定步驟中，給聚合物單配入所要求重量的填料，然后在薄膜制備時(shí)加入達(dá)最終填料含量的均勻粒料。此方法的缺點(diǎn)是，從改進(jìn)配方看很不靈活，因此在實(shí)際中這種方法已由沿用已久的、已知的主批粒料技術(shù)所取代。按主批粒料技術(shù)，具有高填料含量(填料含量高于30％(重量)，優(yōu)選高于40％(重量))的主批粒料的制備，一般在雙螺桿擠出機(jī)中將粉末直接加到聚合物中。在制備主批粒料時(shí)，不需要如制備薄膜時(shí)那樣，使混合物均質(zhì)化和脫氣，因?yàn)榭稍谟芍髋Ａ虾脱a(bǔ)加的純聚合物制備熔體時(shí)，在制備薄膜前進(jìn)行最終的熔體均質(zhì)化和脫氣。
所述現(xiàn)有技術(shù)有其缺點(diǎn)，即聚合物在隨后的熔體制備和擠出前的特定的制備主批粒料時(shí)經(jīng)受二次熱負(fù)荷，并且主批粒料要經(jīng)特殊制備和制造商必須預(yù)先制好。此外還須對(duì)最終的填料含量設(shè)置上限。
本發(fā)明的任務(wù)是要避免現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種從熱塑性聚合物制備單層或多層雙軸取向薄膜的方法，既可保護(hù)物料又具有靈活性，同時(shí)又能經(jīng)濟(jì)的和高效率的生產(chǎn)單層或多層的含填料的不透明薄膜。
本任務(wù)按權(quán)利要求1總概念中提出的一種方法來解決，該方法中，由熱塑性聚合物和直接由無填料的聚合物與一種和多種粉末狀填料形成的一種和多種填料來制成的至少一種熔體，并使用此種熔體直接生產(chǎn)薄膜。
在從屬權(quán)利要求2至9中描述了此種方法的有利方案。其中當(dāng)填料含量達(dá)40％(重量)時(shí)，一種有利的方案在于，將粉末狀填料在單或雙螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)加到聚合物粒料中，當(dāng)填料含量高于所需量時(shí)，將粉末狀填料在雙螺桿擠出機(jī)中加到熔體流中，也就是加到先前所形成的聚合物熔體為無壓輸送的區(qū)域。在加料位置和擠出位置之間，聚合物熔體和填料的混合物可達(dá)足夠的浸潤(rùn)、均質(zhì)化和脫氣作用。
實(shí)施此種方法的設(shè)備與已知的設(shè)備主要區(qū)別如下，聚合物熔體的擠出機(jī)與粉末狀固體(填料和顏料)加料設(shè)備在功能上相結(jié)合。此種加料設(shè)備是一種粉末計(jì)量加料設(shè)備，可設(shè)置在擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)以使與顆粒狀無填料聚合物混合，特別是在填料含量較高時(shí)，也可包括一臺(tái)或多臺(tái)粉末計(jì)量加料設(shè)備，該設(shè)備能一次性或多次性的添加粉未到螺桿擠出機(jī)的熔體流中。
由于原料操作費(fèi)用較高以及粉末狀填料加入時(shí)的粉塵危險(xiǎn)性所帶來的某些缺點(diǎn)，會(huì)通過上述的以一步工作程序達(dá)到保護(hù)物料的生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)所抵償。
下面將詳細(xì)敘述本發(fā)明方法的二個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案。
為生產(chǎn)一種填料和/或顏料含量達(dá)總混合物量的40％(重量)的含填料的薄膜或含填料的薄膜層，將粉末狀填料和顏料(特別是無機(jī)物如碳酸鈣和二氧化鈦)與純粒狀聚合物一起通過適宜的計(jì)量裝置(如帶螺桿送料器或送料槽的微分計(jì)量秤)加到擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)，此擠出機(jī)擠壓出含填料的不透明層。為均質(zhì)化和擠出這時(shí)也可使用單螺桿擠出機(jī)或雙螺桿擠出機(jī)。
當(dāng)填料和顏料含量高達(dá)總混合物量的80％(重量)時(shí)，從需要知道，應(yīng)采用雙螺桿擠出機(jī)加工，同時(shí)應(yīng)將填料和顏料直接加進(jìn)擠出機(jī)的融體流中。此工藝方案對(duì)填料和顏料含量為20-80％(重量)時(shí)特別優(yōu)越。
填料是這樣加到熔體流中的，在擠出機(jī)加料區(qū)只加入聚合體而不加入填料和顏料，然后再在螺桿的進(jìn)粒區(qū)中熔融。當(dāng)聚合體呈熔融態(tài)時(shí)，用適宜的設(shè)備(如雙螺桿用于粉末輸送)直接將填料壓到熔體流中。每次加料量最好達(dá)總混合物量的40％(重量)范圍內(nèi)。雙螺桿擠出機(jī)的螺桿幾何尺寸是這樣選擇的，使粉料加入?yún)^(qū)內(nèi)熔體流為無壓力輸送。熔融的聚合物在擠壓機(jī)中與計(jì)量加入的填料混合物均質(zhì)化。在均質(zhì)化的混合物中為提高填料的含量，可再用其它填料/顏料加料器將附加粉末加到先前均質(zhì)化的含填料的混合物(熔融的聚合物)中，該混合物已含有達(dá)40％(重量)的填料。在此步驟中還可再次加入達(dá)40％(重量)的填料/顏料，這樣可使填料達(dá)到很高含量。當(dāng)所希望的填料/顏料完全加入后，混合物在雙螺桿擠出機(jī)最近處(前面部分)達(dá)完成均質(zhì)化。
為制備薄膜，由擠出機(jī)所得的填料/顏料-聚合物混合物最好再一次經(jīng)接在雙螺桿擠出機(jī)反面的熔體泵，通過熔體過濾器擠壓，然后才輸送至各噴嘴。通過預(yù)膜的中間生產(chǎn)和接著的雙向拉伸來進(jìn)一步生產(chǎn)雙軸向拉伸薄膜是以本文開頭所綜述的現(xiàn)有技術(shù)的已知方法完成的。
下面藉助于一個(gè)實(shí)施例子再更詳細(xì)闡述本發(fā)明的方法。
實(shí)例按本發(fā)明方法直接將熱塑性聚合物和填料加到薄膜擠出機(jī)中，以制備三層雙軸取向聚丙烯薄膜，它是在由無填料的聚丙烯形成的兩覆蓋層之間夾有一層含填料的聚丙烯芯層構(gòu)成，其中所有三層均采用相同的聚丙烯市售產(chǎn)品。
用一種MFR值(MFR=在230℃/2.16公斤下的熔融流量)為3.0的聚丙烯-均質(zhì)聚合物(貨源Montell；Typ:KF 6190H)作為聚丙烯原料。
以表面經(jīng)處理的二種不同質(zhì)量的碳酸鈣作為含填料的中間層；其中一種碳酸鈣的粒度為2.0μm，另一種粒度為2.4μm，(供貨商FirmaOmya；Typ EX-HI；平均粒度2.0μm；Typ BSH；平均粒度2.4μm)。
薄膜在試驗(yàn)室裝置上生產(chǎn)，該裝置具有寬為260mm的三層噴嘴；直徑為400mm的冷卻滾筒，它配有低位水浴和熔體空氣刀；一臺(tái)薄膜呈雙軸取向的拉伸機(jī)，以先后接連進(jìn)行拉伸，首先在縱向(MDO；6個(gè)預(yù)熱滾筒，6個(gè)拉伸滾筒，4個(gè)繼續(xù)加熱滾筒)，然后在橫向(TDO；2m預(yù)熱區(qū)，2m拉伸區(qū)，2m繼續(xù)加熱區(qū)，0.75m冷卻區(qū))；以及通常的帶邊緣切割的卸料支架和一臺(tái)厚度測(cè)定儀以及一臺(tái)卷繞機(jī)。
為了實(shí)施本發(fā)明方法，為制備含填料的聚丙烯熔體及其均質(zhì)化和脫氣，擠出機(jī)按如下選擇采用同方向轉(zhuǎn)動(dòng)的雙螺桿擠出機(jī)，其螺桿直徑為43mm，長(zhǎng)/徑比為48，在擠出機(jī)的熔體流處設(shè)有粉末進(jìn)料孔，并備有真空脫氣。
在擠出機(jī)和三層噴嘴之間配置熔體泵，該泵具有直徑為60mm的熔體過濾器，其過濾粒度為450μm。
試驗(yàn)薄膜的制備各批試驗(yàn)中取相同的擠出條件和拉伸條件。通過下列所述的碳酸鈣的不同進(jìn)料量和不同品質(zhì)，達(dá)到芯層中的不同空泡形粘結(jié)，由此引起薄膜的密度和厚度改變。
總是將純的聚丙烯-均質(zhì)聚合物KF6190H加到擠出機(jī)中以制備覆蓋層。
制備芯層時(shí)，顆粒料的KF6190H的聚丙烯-均質(zhì)聚合體以重力計(jì)量秤稱量的重量以及在自重下被加到雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)料區(qū)中。在進(jìn)料區(qū)下游，填料粉(碳酸鈣粉)也同樣以重量稱量并由擠出機(jī)上部進(jìn)料孔計(jì)量的加到聚丙烯在擠出機(jī)已熔融和由螺桿構(gòu)型不形成壓力的位置處。利用此方法所加入的填料粉當(dāng)其在擠出機(jī)中輸送至相連接的真空脫氣段時(shí)均勻的與聚丙烯熔體混合，同時(shí)均質(zhì)化。真空脫氣在壓力為1mbar下進(jìn)行。接在擠出機(jī)反面的熔體過濾器的過濾篩的大小選擇為不必起均化作用，而僅僅只起過濾掉粗的沾污物。在整個(gè)試驗(yàn)日中，未出現(xiàn)由于沾污造成過濾器前的壓力上升。
在不同試驗(yàn)時(shí)，在雙螺桿擠出機(jī)頂端的熔體溫度為256℃至262℃范圍內(nèi)。產(chǎn)量在82公斤/小時(shí)至98公斤/小時(shí)范圍內(nèi)變動(dòng)。
由于在芯層中含有碳酸鈣而呈白色的/混濁的熔體由三層噴嘴澆注到冷滾筒上，并用空氣刀加壓，再以已知方法經(jīng)過水浴拉出并在結(jié)晶溫度下冷卻。
然后用已知方法將澆注膜加熱到拉伸溫度并在縱向(MDO-方向)拉伸五倍。接下來在加熱滾筒上將縱向拉伸膜松弛，然后轉(zhuǎn)到擴(kuò)幅拉伸機(jī)上，并以適宜的方法為寬向拉伸加熱薄膜，然后寬向拉伸約9.2倍，然后接著進(jìn)行已知的松弛步驟。
對(duì)各種薄膜配方進(jìn)行了研究，采用二種不同質(zhì)量和數(shù)量的碳酸鈣(平均粒度為2.0μm和2.4μm)作為芯層的填料。
各批試驗(yàn)配方的結(jié)果見表1。
在所列條件下，將各批試驗(yàn)所得的薄膜性能綜合列于表2中。
所有制成的薄膜均為完善無缺，光學(xué)均勻的。所有薄膜的厚度斷面也很好；從表2中數(shù)據(jù)可知，所有薄膜的光學(xué)和強(qiáng)度性能均為好和很好，碳酸鈣填料的添加量直接影響薄膜的密度。從1/1批所得薄膜密度為0.75克/厘米2，它是按本發(fā)明的直接在線添加粉末方法制成，其質(zhì)量相當(dāng)于市售具有珍珠色效果的商品薄膜(珍珠色化)。
實(shí)施例為在雙螺桿擠出機(jī)中制造高質(zhì)量薄膜，該膜含碳酸鈣填料量為5至20％(重量)，碳酸鈣粉末以自由下落式配料。
假如用強(qiáng)制輸送粉料進(jìn)料代替自由下落進(jìn)料則填料量會(huì)明顯增加。
表1生產(chǎn)薄膜的配方
表2薄膜性能
權(quán)利要求
1．一種由可結(jié)晶的熱塑性聚合物制備單層或多層雙軸取向薄膜的方法，該薄膜至少有一層含填料層，該方法中-制備至少一種由熱塑性聚合物與一種或多種填料以及有時(shí)還有其它通常的添加劑的均勻混合物而組成的熔體，其熱塑性聚合物與一種或多種填料的重量比同含填料的聚合物薄膜或多層聚合物薄膜的預(yù)計(jì)情況相同，-將熔體經(jīng)寬縫噴嘴擠出，以形成以單層預(yù)薄膜或多層預(yù)薄膜的層，-使單層或多層預(yù)薄膜經(jīng)過冷卻固化，同時(shí)達(dá)到為下一步拉伸所需要的結(jié)晶度和適宜于拉伸的溫度，-以已知的方法在縱向和橫向拉伸預(yù)薄膜，以形成單層或多層雙軸取向的聚合物薄膜，再將其加熱定形和盤繞，其特征在于，制備至少一種由熱塑性聚合物和一種或多種填料組成的熔體，它是直接由無填料的聚合物和一種或多種粉末狀填料組成。
2．按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，熔體是如此制成的一種或多種粉末狀填料與無填料的聚合粒料相混合，該混合物熔融，并在擠出機(jī)中在均質(zhì)化下擠出。
3．按權(quán)利要求1的方法，其特征在于，含填料的熔體是如此制成的制備聚合物的無填料熔體，并在擠出機(jī)中當(dāng)熔體輸送時(shí)再將一種或多種粉末狀填料加到熔體中。
4．按權(quán)利要求1至3任一的方法，其特征在于，使用雙螺桿擠出機(jī)將含填料的熔體均質(zhì)化和擠出。
5．按權(quán)利要求3和4的方法，其特征在于，用粉末狀輸送裝置將一種或多種粉末狀填料加到雙螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)，在該區(qū)聚合物熔體處于無壓力下輸送。
6．按上述權(quán)利要求之一的方法，其特征在于，聚合物選自可結(jié)晶的聚丙烯-均相聚合物或含直至15％(重量)的乙烯或含4至8個(gè)碳原子的α-烯烴的聚丙烯共聚體。
7．按權(quán)利要求1至6之一的方法，其特征在于，填料選自無機(jī)填料和顏料，它包括碳酸鈣，二氧化鈦，高嶺土，滑石粉，硫酸鋇，硫化鋅或其混合物。
8．按權(quán)利要求2和4至7之一的方法，其特征在于，熔體中的填料含量為1-40％(重量)。
9．按權(quán)利要求3至7之一的方法，其特征在于，熔體中的填料含量為1-80％(重量)。
10．實(shí)施權(quán)利要求1至9之一的方法的設(shè)備，其特征在于，除了為制備雙軸取向聚合物薄膜的設(shè)備中已知的設(shè)備部件外，尚有添加粉末狀填料的計(jì)量加料裝置，能將至少一種粉末狀填料加到為制備含填料聚合物熔體及其擠壓用的擠出機(jī)中。
11．按權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于，計(jì)量加料裝置與單或雙螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)相聯(lián)。
12．按權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征在于，計(jì)量加料裝置是一種粉末輸送裝置，它與雙螺桿擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)相聯(lián)，在此區(qū)內(nèi)無填料聚合物熔體處于無壓力下輸送。
全文摘要
本文涉及一種由可結(jié)晶的熱塑性聚合物生產(chǎn)單層或多層雙軸取向薄膜的方法,此薄膜至少具有一層含填料層,該方法中,制備至少一種由熱塑性聚合物與一種或多種填料的均勻混合物而組成的熔體,該熔體經(jīng)擠出以形成預(yù)薄膜,再經(jīng)雙軸向拉伸,其中,按本發(fā)明制備至少一種由熱塑性聚合物和一種或多種填料組成的熔體,它是直接由填料的聚合物和一種或多種粉末狀填料組成,優(yōu)選使用雙螺桿擠出機(jī)。粉末狀填料可在擠出機(jī)的進(jìn)料區(qū)與無填料的聚合物粒料混合或者將其加到在擠出機(jī)中的聚合物熔體物流中。
文檔編號(hào)B29C55/00GK1210486SQ97192148
公開日1999年3月10日 申請(qǐng)日期1997年2月6日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月8日
發(fā)明者U·薩爾, R·施烏曹 申請(qǐng)人:布魯克納爾機(jī)器制造股份有限公司