CH361398A

CH361398A - Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von nichttextilen Flächengebilden aus hochkristallinem Polypropylen

Info

Publication number: CH361398A
Authority: CH
Inventors: Rusignolo Vincenzo
Original assignee: Montedison Spa
Priority date: 1956-10-24
Filing date: 1957-10-21
Publication date: 1962-04-15

Description


  
 



  Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von nichttextilen
Flächengebilden aus   hochkristallinem    Polypropylen
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von nichttextilen Flächengebilden aus hochkristallinem Polypropylen bzw. welche in einer Querrichtung im Vergleich zur Ausdehnung in der Längsrichtung eine geringe Ausdehnung besitzen, d. h. also z. B. von Folien, Bändern und dergleichen aus hochkristallinem Polypropylen. Derartige Produkte werden gewöhnlich durch Strangpressen oder Verspinnen hergestellt, insbesondere im Falle von Bändern und Folien, manchmal aber auch durch Kalandern.



   Es ist bekannt, dass die mechanischen Eigenschaften von Folien aus Hochpolymeren erheblich verbessert werden können, wenn man sie in einer Richtung oder in zwei zueinander orthogonal stehenden Richtungen streckt. Diese Operation wird gewöhnlich bei einer Temperatur nahe der   Übergangstemperatur    zweiter Ordnung an amorphen Folien durchgeführt und erzeugt einen hohen Grad von Orientierung der vorhandenen Makromoleküle.



   Es gibt indessen einige Polymere, deren Übergangstemperatur zweiter Ordnung wesentlich unterhalb Zimmertemperatur liegt. Es ist praktisch unmöglich, von solchen nach den üblichen Strangpress- und Abschreckoperationen amorphe Folien zu erhalten. In der Praxis erhält man teilweise kristalline Folien, welche sphärolitische Kristallite enthalten, die das Strecken wesentlich erschweren.



   Im besonderen Falle des Polypropylens, welches eine Übergangstemperatur zweiter Ordnung von etwa   35o C    besitzt (vergl.  Gaylord and Mark. Linear and stereoregular addition polymers  Ausgabe 1959, Seite 322), hat sich gezeigt, dass durch Strangpressen und Abschrecken des geschmolzenen Polymers erhaltene Folie trotz teilweiser Kristallinität gestreckt werden können, wobei das Strecken vorzugsweise in der Längsrichtung zwischen langsam und schnell rotierenden Walzen, deren Geschwindigkeitsverhältnis das Streckverhältnis bestimmt, in einem Temperaturbereich zwischen Zimmertemperatur und einer Temperatur nahe dem Schmelzpunkt erfolgt.



   Die erhaltenen Folien besitzen in der Streckrichtung eine sehr hohe Zugfestigkeit. Diese Werte nehmen mit dem Streckverhältnis zu und zeigen ein Maximum bei Strecktemperaturen von etwa   900 C.   



  In einem typischen Fall zeigt eine durch Strangpressen erzeugte Folie aus kristallinem Polypropylen in allen Richtungen die folgenden mechanischen Eigenschaften:
Zugfestigkeit 3,3 kg/mm2
Streckgrenze 3,0 kg/mm2
Dehnung bei Bruch 5200/0
Nach dem Strecken in Längsrichtung mit einem Streckverhältnis von   1 : 5    besitzt die Folie die folgenden mechanischen Eigenschaften: Zugfestigkeit in der Streckrichtung 17,8 kg/mm2 Dehnung bei Bruch in der Streckrichtung   17,2 O/a    Streckgrenze in der Streckrichtung 17,7 kg/mm2
Folien dieser Art lassen sich für Zwecke anwenden, wo eine sehr hohe Zugfestigkeit und Streckgrenze in der Längsrichtung gefordert wird.



   Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet nun ein Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von nichttextilen Flächengebilden aus hochkristallinem Polypropylen, insbesondere von zweidimensionaler Ausdehnung, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man die nichttextilen Formgebilde in Gegenwart einer Substanz streckt, welche auf das Polypropylen eine weichmachende oder quellende Wirkung ausübt.



   Durch die Gegenwart einer solchen Substanz wird die Neigung des Polypropylens, in kristalliner Form    vorzuliegen, herabgesetzt und die e Verarbeitbarkeit des      Gegenstandes beträchtlich verbessert, nicht nur mit Bezug auf das Strecken in einer Richtung, sondern auch, im Falle von Folien, mit Bezug auf das Strecken in zwei zueinander orthogonal stehenden Richtungen, wodurch die Herstellung von Folien möglich wird, welche in allen Richtungen die gleichen verbesserten mechanischen Eigenschaften besitzen und deshalb einem weiteren Bereich von Anwendungen zugänglich sind.



   Unter den als Weichmacher verwendbaren Substanzen seien erwähnt: aromatische und aliphatische Kohlenwasserstoffe, z. B. die verschiedenen Petroleum-Fraktionen, insbesondere solche, welche zwischen 140 und   2500 C    sieden, Petrolatum, Paraffinwachse, Toluoyl, Xylol, Tetrahydronaphthalin, Decahydronaphthalin und Diphenyl; halogenierte Kohlenwasserstoffe, wie Tetrachloräthan, Chlorbenzol, o Dichlorbenzol,   a-Chlornaphthalin    und Dibromäthylen; Alkohole und Ketone, wie Methyläthylketon, Cyclopentanon, Cyclohexanon, Cetylalkohol, Cyclohexanol, Mono-, Die oder Triäthylenglykol oder Buty  lenglykol;    Ester, wie Butyl- oder   Isoamylacetat;    sowie Stickstoff- oder Schwefel enthaltende Verbindungen, wie Nitrobenzol, Benzonitril oder Thiophen.



   Die Weichmacher-Substanz kann dem Polypropylen zugesetzt werden, bevor daraus, beispielsweise durch Strangpressen, das Flächengebilde geformt wird.



  Anderseits kann man das Flächengebilde vor dem Strecken mit der Substanz behandeln oder das Strekken vornehmen, während das Gebilde in die Substanz eingetaucht ist.



   Nach dem Strecken des Flächengebildes kann die Weichmacher-Substanz durch Extrahieren mit Lösungsmitteln daraus entfernt werden. Das Flächengebilde kann ferner zur Vervollständigung der Kristallisation und zur Dimensionsstabilisierung einer Wärmebehandlung unter Zugspannung unterworfen werden.



  Manchmal genügt diese Wärmebehandlung allein zur Entfernung des Weichmachers und zum Kristallisieren der Folie. Die Weichmacher-Substanz kann aber auch im Flächengebilde belassen werden, insbesondere wenn sie im festen Zustand vorliegt und keine wesentlichen Änderungen der mechanischen, optischen oder ästhetischen Eigenschaften verursacht.



   Gewünschtenfalls kann man die Weichmacher Substanz in Zusammenwirkung mit mindestens einer weiteren weichmachenden oder quellenden Substanz verwenden, welche vorzugsweise ebenfalls der oben angeführten Gruppe angehören; diese weiteren Substanzen können vor, gleichzeitig mit oder nach dem ersten Weichmacher mit dem Polypropylen in Berührung gebracht werden. Es ist zu bemerken, dass einige der oben aufgeführten Substanzen kristallines Polypropylen oberhalb einer gewissen Temperatur auflösen, weshalb das Strecken, wenn sie allein verwendet werden,   znveckmässigerweise    unterhalb dieser Temperatur durchgeführt wird, welche somit eine obere Temperaturgrenze darstellt.

   Diese Einschränkung kann indessen vermieden werden, wenn bei Verwendung einer weichmachenden Substanz, welche Polypropylen bei der Strecktemperatur zu lösen vermag, eine weitere Substanz zugesetzt wird, die dazu dient, die Lösungswirkung der ersteren zu unterdrücken.



   Die in den nachfolgenden Beispielen angegebenen Werte für die Grenzviskosität von kristallinem Polypropylen verstehen sich auf Grund der Bestimmung in Tetrahydronaphthalin bei   135     C.



   Beispiel 1
Man stellt ein Gemisch aus kristallinem Polypropylen mit einer Grenzviskosität von 1,5 mit 5 Gewichtsprozent Paraffin her und homogenisiert in einem Mischer während 30 Minuten.



   Ein durch Strangpressen aus der homogenisierten Masse erhaltene Folie wird in Wasser von   90O    C mit einem Streckverhältnis von   1 : 5    in Längsrichtung gestreckt. Nach dem Strecken besitzt die Folie die folgenden Eigenschaften: Zugfestigkeit in Längsrichtung 16   kg/mm2;    Bruchdehnung in Längsrichtung 14   ;    Zugfestigkeit in Querrichtung 2   kg/mm2;    Bruchdehnung in Querrichtung   600/ei;    Schrumpfung bei   1000 C    nach Stabilisierung bei   130"C    in Längsrichtung 1   O/ol,    in Querrichtung keine Schrumpfung.



   Beispiel 2
Man taucht eine 80   u    dicke Folie aus isotaktischem Polypropylen mit einer Grenzviskosität von 1,1 60 Sekunden lang in eine auf   70     C erhitzte, bei   180-200"    C siedende Petroleum-Fraktion ein. Diese Folie wird sodann in Wasser von   80"    C in Längsrichtung mit einem Streckverhältnis von   1 : 4    gestreckt, wobei sie   die    folgenden Eigenschaften erhält: Zugfestigkeit in Längsrichtung 10,5   kgjmm2;    Bruchdeh  nung in Längsrichtung 35 ; O/o; Zugfestigkeit in Quer-    richtung 2,3   kg/mm2;    Bruchdehnung in Querrichtung 1500/0;

   Schrumpfung bei   100"C    nach Stabilisierung bei   130  C    in Längsrichtung   0,7 0/o,    in Querrichtung keine Schrumpfung.



   Beispiel 3
Man stellt ein Gemisch aus kristallinem Polypropylen mit einer Grenzviskosität von 2,2 mit 5 Gewichtsprozent einer in einem Temperaturbereich von 200 bis   250  C    siedenden Petroleum-Fraktion her und homogenisiert dieses Gemisch 30 Minuten lang kalt in einem Mischer. Die erhaltene homogenisierte Masse wird der Beschickungszone einer Extruderschnecke zugeführt.



   Aus dem Extruder erhält man eine transparente und homogene Folie, welche in den beiden orthogonalen Richtungen in Luft von   90O    C mit einem Verhältnis von   1    3 gestreckt wird, ohne dass Brüche eintreten.



   Die Folie wird dann unter Zugspannung durch einen Ofen von   130     C geführt mit einer Verweilzeit von 6 Minuten, um die Petroleum-Fraktion zu entfernen.



   Die so erhaltene Folie ist homogen, transparent und von konstanter Dicke; sie hat die folgenden Eigenschaften: Zugfestigkeit 8   kg/mm2;    Dehnung bei Bruch   90Q/,;    Schrumpfung bei   100"    C   0, 5 /o.     



   Beispiel 4
Eine Folie aus isotaktischem Propylen mit einer Grenzviskosität von 1,3 wird in den beiden orthogonalen Richtungen mit einem Streckverhältnis von 1 : 5 in einem Bad gestreckt, welches aus einer bei 140 bis   160     C siedenden Petroleum-Fraktion besteht, die bei   60"C    gehalten wird. Die Folie wird dann unter Zugspannung 2 Minuten lang auf   130     C erhitzt. Man erhält eine homogene, transparente Folie mit folgenden Eigenschaften:
Zugfestigkeit 15 kg/mm2
Dehnung bei Bruch 500/0
Schrumpfung bei   100"    C   10/o   
Beispiel 5
Eine Folie aus isotaktischem Polypropylen mit einer Grenzviskosität von 1,5 wird kontinuierlich durch ein bei   70O    C gehaltenes Bad aus Toluol geleitet.



  Die Verweilzeit im Bad beträgt 30 Sekunden. Die Folie wird dann in zwei orthogonalen Richtungen in Luft von   90"    C mit einem Streckverhältnis von   1 : 6    gestreckt und hierauf einer lminütigen Wärmebehandlung bei   130  C    unterworfen.



   Die fertige Folie hat folgende Eigenschaften:
Zugfestigkeit 20 kg/mm2
Dehnung bei Bruch   32 O/o   
Beispiel 6
30 Teile kristallines Polypropylen mit einer Grenzviskosität von 4,3 werden in 70 Teilen einer bei 180 bis   200     C siedenden Petroleum-Fraktion kalt dispergiert. Die erhaltene Dispersion wird durch Erhitzen auf   160  C    in eine Lösung übergeführt. Die Lösung wird auf ein laufendes endloses Band gegossen, auf welchem das Lösungsmittel bei   170  C    abgedampft wird. Das Abdampfen erfolgt bis zu einem Restgehalt an Lösungsmittel von 8 Gewichtsprozent.



   Die so erhaltene Folie wird mit einem Streckver  hältnis    von   1 : 4    in einem Wasserbad von   90  C    gestreckt. Hierauf wird die Folie unter Zugspannung mit einer Verweilzeit von 3 Minuten durch einen bei    130     C gehaltenen Ofen geführt zur Verdampfung des Restes der Petroleum-Fraktion. Die so hergestellte Folie zeigt folgende Eigenschaften:
Zugfestigkeit 13 kg/mm2
Dehnung bei Bruch   55.  /o   
Schrumpfung bei   100"    C   0,6 O/o   
Beispiel 7
Man stellt eine Folie in gleicher Weise wie in Beispiel 3 her, setzt jedoch dem Polypropylen anstelle der Petroleum-Fraktion 4 Gewichtsprozente Paraffin zu. Die Wärmebehandlung bei   130  C    am Schluss dauert 1 Minute.

   Die erhaltene Folie besitzt die folgenden Eigenschaften :
Zugfestigkeit 14 kg/mm2
Dehnung bei Bruch 60    < )/o   
Schrumpfung bei   100"    C   1 0/o

Claims

PATENTANSPRUCH Verfahren zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von nichttextilen Flächengebilden aus hochrrristallinem Polypropylen, dadurch gekennzeichnet, dass man die nichttextilen Formgebilde in Gegenwart einer Substanz mit weichmachender oder quellender Wirkung auf Polypropylen streckt.

UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde durch Strangpressen bzw. Schmelzspinnen eines Gemisches aus dem Polypropylen und der weichmachenden Substanz hergestellt wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man das Flächengebilde vor dem Strecken mit der weichmachenden Substanz behandelt.

3. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Strecken des Flächengebildes erfolgt, während dieses in der weichmachenden Substanz eingetaucht ist.

4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die weichmachende Substanz nach dem Strecken durch Extrahieren oder Wärmebehandlung aus dem Flächengebilde entfernt wird.

5. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als weichmachende Substanz einen aliphatischen oder aromatischen Kohlenwasserstoff verwendet.

6. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als weichmachende Substanz ein Paraffin verwendet.

7. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als weichmachende Substanz Toluol verwendet.

8. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man als weichmachende Substanz eine zwischen 140 und 250"C siedende Petroleum Fraktion verwendet.

9. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man die weichmachende Substanz zusätzlich in Zusammenwirkung mit mindestens einer weiteren weichmachenden oder quellenden Substanz verwendet, welche vor, gleichzeitig mit oder nach der ersten weichmachenden Substanz mit dem Polypropylen in Berührung gebracht wird.

10. Verfahren nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weichmachende Substanz Polypropylen bei der Strecktemperatur zu lösen vermag, während die weitere Substanz dazu dient, die Lösewirkung zu unterdrücken.

11. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengebilde ein Band oder eine Folie ist und dass das Strecken desselben bzw. derselben in zwei zueinander orthogonal stehenden Richtungen erfolgt.