DE2502476C3

DE2502476C3 - Wäßrige Trennflüssigkeit zum Benetzen der Kontaktflächen von Walzen beim Beschichten eines Substrates mit Polyäthylen

Info

Publication number: DE2502476C3
Application number: DE2502476A
Authority: DE
Inventors: Erwin Dipl.-Chem. Dr. 7000 Stuttgart Wartenberg
Original assignee: Cordotex Sa Lausanne (schweiz)
Current assignee: Cordotex Sa Lausanne (schweiz)
Priority date: 1974-01-24
Filing date: 1975-01-22
Publication date: 1980-08-14
Also published as: IT1031161B; BR7500427A; NL185761B; DE2502476A1; SE7500553L; CH575254A5; AU7753775A; CA1038246A; FI58182C; FR2258955A1; NL7500749A; DE2502476B2; FI58182B; JPS5828093B2; NL185761C; SE421436B; JPS50107080A; FR2258955B1; GB1493511A; FI750159A

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 Kühiens 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 ■*<> vor, daß man eine Schicht aus thermoplastischen! 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 be- ·τ> findet, 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 ^r'⁽¹ 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 v> 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 'okalisiert zu sein braucht, vielmehr kann die Entschichtung auch auf w> das Substrat übergehen, wenn dieses beispielsweise aus Papier oder anderem Zellstoff besteht.

Man hat versucht, die vorerwähnten Mangel 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 Entschichiung 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 Trennflüssigkeit 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 Nässungsneigiing bei einer niedrigen kritischen Oberflächenspannung größer ist, als bei einer hohen. Das physikalische Mali für die kritische Oberflächenspannung ist niN/m und die Größe der kritischen Oberflächenspannung ist auf vielfache Weise experimentell feststellbar.

Man hat gefunden, daß die kritische Oberflächenspannung für reine Metalle (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 liegen-. de 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 Polytetrafluorethylen beschichteten Kühlwalze kann die kritische ii> 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/rn vermindert hat. Auf Grund experimenteller Untersuchun- r> gen kommt man zu dem Ergebnis, daß sich die kieinstmögliche 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 ·τ> Wasser eine Oberflächenspannung von ca. 30 mN/m e: gibt:

Wasser Äthylalkohol Kritische Ober-

(Siedepunkt 78,5%) flächenspannung "> <>

0%

10%

25%

50%

100%

72 mN/m 46 mN/m 34 mN/m 27 mN/m 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.

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 Kontaktfläche 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 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 die Walze 6 herum eine dünne Dampfhaut, die zur gleichmäßigen Oberflächenstruktur beiträgt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

t": ty

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.