Verfahren zur Herstellung biaxial orientierter Filme
Die Erfindung betrifft ein kontinuierlich durchführbares Verfahren zur Herstellung biaxial orientierter Filme aus orientierbaren, kristallisierbaren, li- nearen, organischen Polymeren, insbesondere aus Polyäthylenterephthalat.
Es ist bereits bekannt, Polyesterfilme sowohl in der Längs- als auch in der Querrichtung beispielsweise bei 70 bis 1200 C zu verstrecken und dann, z. B. im Falle von Polyäthylenterephthalatfilmen, bei Temperaturen oberhalb 150 bis zu 2000 C warm zu fixie ren; gegebenenfalls kann sich bekannterweise noch eine Wärmeentspannung anschliessen, indem man z. B. den Film bei etwa 1200 C unter leichter Spannung hält. Da bei den gesamten, die Herstellung des Polymeren, das Giessen des Films und die biaxiale Orientierung umfassenden bekannten Verfahren Ein derungen in der Zusammensetzung der Polymeren auftreten, lassen sich nur schwer fertige Filme mit gleichmässiger Stärke, Orientierung und ausgeglichenen Eigenschaften erhalten.
Es wurde beobachtet, dass während der seitlichen Streckung einer in Längsrichtung gestreckten Bahn eines Polyesterfilms der Mittelteil der Bahn hinter den unter Spannung geführten Rändern des Films zurückbleibt, so dass man quer über die Bahn keine Gleichmässigkeit der Eigenschaften erzielt. Diese Ungleichmässigkeit der Eigenschaften des Films wird bei der anschliessenden Wärmefixierung oder bei einer etwa folgenden Wärmeentspannung nicht verbessert.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung biaxial orientierter Filme aus orientierbaren, kristalli- sierbaren, linearen, organischen Polymeren, insbesondere aus Polyäthylenterephthalat, unter aufeinanderfolgender Wärmestreckung der zu orientierenden Filme in zwei verschiedenen Richtungen und anschlie ssender Wärmefixierung bei 150-2500 C, gegebenenfalls gefolgt von einer Wärmeentspannung, ist dadurch gekennzeichnet, dass der orientierte Film zwischen der Streckung und der Wärmefixierung 0,01 bis 5 Minuten auf einer Temperatur, die niedriger als die Wärrnefixierungstemperatur ist und im Bereich von 20-1500 C liegt, gehalten wird, wobei man eine merkliche änderung seiner Abmessungen verhindert.
Auf diese Weise kann man hochwertige, biaxial orientierte Filme aus orientierbaren, kristallisierbaren, linearen, organischen Polymeren erhalten, die eine ganz wesentlich gleichmässigere Orientierung zeigen als die bisher bekannten Filme. Zur Durchführung der Erfindung sind keine kostspieligen zusätzlichen Einrichtungen erforderlich. Als Filme werden dabei sowohl selbsttragende als auch nichtselbsttragende Filme verstanden.
Die Erfindung eignet sich besonders zur Herstellung biaxial orientierter Filme mit einer Endstärke von 0,05-0,25 mm aus Polyäthylenterephthalat.
Die Erfindung eignet sich besonders für Verfah- ren, bei welchen der Film zuerst in der Längsrichtung und dann seitlich verstreckt wird. Das Verfahren wird durch die beiliegende schematische Zeichnung erläutert. Dort wird gemäss einer beispielsweisen Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung ein gegossener Polyäthylenterephthalatfilm mit Randwülsten und mit einer dünnen Schicht aus einem Vinylidenchloridmischpolymer auf jeder Oberfläche wie in der USA Patentschrift Nr. 2 779 684 hergestellt und getrocknet.
Die getrocknete Bahn W wird dann durch eine auf 70 bis 1200 C gehaltene Längsstreckungszone A, durch eine auf 70 bis 1200 C gehaltene seitliche Streckungszone B, durch eine auf 20 bis 1500 C gehaltene Pufferzone C, durch eine Wärmefixierungszone D in den Raum E geführt, in welchem eine wasserdurchlässige Schicht aufgebracht wird, worauf sie in eine Trocknungszone F, durch eine Wärmeent spannungszone G und von da zu einer Aufwickelstelle geführt wird. Die Wärmefixierungszone wird auf 150 bis 2300 C gehalten.
Beispiel 1
Ein nichtorientierter Polyäthylenterephthalatfilm von etwa 39 cm Breite und etwa 0,91 mm Dicke mit etwa 2,8 mm dicken und etwa 3,2 mm breiten Rändern wurde bei 80 bis 1000 C jeweils um das Dreifache biaxial gestreckt. Der biaxial gestreckte Film wurde dann bei etwa 1850 C wärmefixiert und bei etwa 1200 C während der in der deutschen Auslegeschrift Nr. 1 095 514 angegebenen Zeiten und unter den dortigen Temperaturbedingungen wärmeentspanat. Eine Probe des fertigen Films zeigte einen Unterschied der Brechung von Rand zu Rand von 0,03.
Eine zweite Probe des vorstehend beschriebenen nichtorientierten Films wurde dann nach dem gleichen Verfahren behandelt, wobei jedoch der Film nach der seitlichen Streckung etwa 8 Sekunden auf 880 C gehalten wurde. Dann wurde er wie vorher wärmefixiert und wärmeentspannt. Eine Probe des fertigen Films zeigte von Rand zu Rand einen Unterschied der Brechung von nur 0,01.
Ahrliche Ergebnisse erzielt man bei Aufbringung einer Schicht aus wässriger Gelatine und Trocknung dieser Schicht vor der Behandlung des wärmefixierten Films.
Beispiel 2
Ein nichtorientierter Polyäthylenterephthalatfilm mit einem solchen Querschnitt, dass der Filmkörper eine Breite von etwa 39 cm und eine Stärke von etwa 0,9 mm mit Randstärken von etwa 2,80 mm in einer Breite von etwa 3,2 mm aufweist, wird bei 80 bis 1000 C biaxial jeweils um das Dreifache verstreckt.
Der biaxial gestreckte Film wird dann bei etwa 1850 Celsius wärmefixiert und während der in der DAS Nr. 1 095 514 angegebenen Zeiten und unter den dortigen Bedingungen bei etwa 1200 C modifiziert. Eine Probe des erhaltenen Films zeigte eine Änderung der Doppelbrechung von Rand zu Rand von 0,03.
Eine zweite Probe des vorstehend beschriebenen nichtorientierten Films wurde nach dem gleichen Verfahren behandelt, wobei man jedoch nach der seitlichen Streckung den Film etwa 8 Sekunden auf einer Temperatur von 250 C hielt. Der Film wurde dann, wie in dem vorhergehenden Absatz beschrieben, wärmefixiert und wärmeentspannt. Eine Probe des erhaltenen Films zeigte eine Änderung der Doppelbrechung von Rand zu Rand von nur 0,01.
Ähnliche Ergebnisse erzielt man, wenn man eine wässrige Gelatineschicht aufbringt und diese vor Modifizierung des wärmefixierten Films trocknet.
Beispiel 3
Ein nichtorientierter Polyäthylenterephthalatfilm mit einer Breite von etwa 58,70 cm und einer Stärke von etwa 0,229 mm wird bei einer Temperatur von 80 bis 900 C zunächst in der Längsrichtung und dann in seitlicher Richtung jeweils um das Dreifache biaxial verstreckt. Der biaxial gestreckte Film wird dann 0,2 Minuten bei etwa 2150 C wärmefixiert.
Eine Probe des erhaltenen Films. zeigte die folgenden Unterschiede der physikalischen Eigenschaften, gemessen an den Rändern des Films in Richtungen von + 45 bzw. -450 zur Längsrichtung der Hauptebene des Films:
915 kg/cm2 in bezug auf die Festigkeit
22 500 kg/cm2 in bezug auf Young's Modulus
110% in bezug auf die Dehnung
Eine zweite Probe des gleichen Films wurde wie vorstehend beschrieben behandelt, wobei jedoch nach der seitlichen Streckung und vor der Wärmefixierung der Film 0,1 Minute auf 1200 C gehalten wurde. Dabei blieben die seitliche Spannung und die Längsspannung im wesentlichen die gleiche, wie sie am Ende der zweiten Streckungsstufe herrschten (d. h. der biaxial gestreckte Film wurde so gehalten, dass er seine seitliche Abmessung beibehielt, während man ihn so vorrücken liess, dass seine Längsabmessung nicht beeinflusst wurde).
Eine Probe des erhaltenen Films zeigte Unterschiede der physikalischen Eigenschaften, gemessen an den Rändern des Films unter Winkeln von +45 bzw.-45 zur Längsrichtung in der Hauptebene des Films wie folgt:
490 kg/cm2 in bezug auf die Festigkeit
12 000 kg/cm" in bezug auf Young's Modulus
90% in bezug auf die Dehnung
Beispiel 4
Ein nichtorientierter Polyäthylenterephthalatfilm mit einer Breite von etwa 58,70 cm und einer Stärke von etwa 0,178 mm wurde zunächst in der Längsrichtung und dann in seitlicher Richtung bei 80 bis 900 jeweils um das Dreifache biaxial verstreckt. Der biaxial gestreckte Film wurde dann 0,2 Minuten bei etwa 2000 C wärmefixiert.
Eine Probe des erhaltenen Films zeigte Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften, gemessen an den Rändern des Films, unter Winkeln von + 45 bzw. -450 zur Längsrichtung in der Hauptebene des Films wie folgt:
900 kg/cm2 in bezug auf die Festigkeit
17 700 kg/cm2 in bezug auf Young's Modulus
92% in bezug auf die Dehnung
Eine zweite Probe des gleichen Films wurde wie vorstehend beschrieben behandelt, mit der Ausnahme, dass nach der seitlichen Streckung und vor der Wärmefixierung (die nur 0,1 Minute dauerte) der Film 0,1 Minute auf 1400 C gehalten wurde, wobei man die seitliche Spannung und die Längsspannung im wesentlichen auf dem Wert hielt, wie er am Ende der zweiten Streckung erreicht wurde (d. h.
der biaxial gestreckte Film wurde so gehalten, dass er seine seitliche Abmessung beibehielt, während man ihn so vorrücken liess, dass seine Längsabmessung nicht beeinflusst wurde).
Eine Probe des erhaltenen Films zeigte Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften, gemessen an den Rändern des Films unter Winkeln von +45 bzw. 450 zur Längsrichtung in der Hauptebene des Films wie folgt:
590 kg/cm" in bezug auf die Festigkeit
1125 kg/cm2 in bezug auf Young's Modulus 67 S in bezug auf die Dehnung
Beispiel 5
Ein nichtorientierter Polyäthylenterephthalatfilm mit einer Breite von etwa 58,70 cm und einer Stärke von etwa 0,178 mm wurde bei 80 bis 900 C zunächst in der Längsrichtung und dann in seitlicher Richtung jeweils um das Dreifache biaxial verstreckt. Der biaxial gestreckte Film wurde dann 0,2 Minuten bei etwa 2150 C wärmefixiert.
Eine Probe des erhaltenen Films zeigte Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften, gemessen an den Rändern des Films unter Winkeln von + 45 bzw. -450 zur Längsrichtung in der Hauptebene des Films wie folgt:
915 kg/cm2 in bezug auf die Festigkeit
22 500 kg/cm2 in bezug auf Young's Modulus
110% in bezug auf die Dehnung
Eine zweite Probe des gleichen Films wurde wie vorher beschrieben behandelt, wobei man jedoch nach der seitlichen Streckung und vor der Wärmefixierung (die nur 0,1 Minute dauerte) den Film 0,1 Minute auf 600 C und dann 0,1 Minute auf 1350 C hielt, wobei die Spannung in seitlicher und in Längsrichtung im wesentlichen die gleiche blieb, wie sie nach der zweiten Streckungsstufe erreicht worden war (d. h.
der biaxial gestreckte Film wurde so gehalten, dass er seine seitliche Abmessung beibehielt, während man ihn so vorrücken liess, dass die Längsabmessung nicht beeinflusst wurde).
Eine Probe des erhaltenen Films zeigte Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften, gemessen an den Rändern des Films unter Winkeln von +45 bzw. -450 zur Längsrichtung in der Hauptebene des Films wie folgt:
550 kg/cm2 in bezug auf die Festigkeit
8440 kg/cm2 in bezug auf Young's Modulus 56S in bezug auf die Dehnung
Die Erfindung eignet sich besonders zur Behandlung von Polyesterfilmen aus einem der hochschmelzenden, schwer löslichen, in der Regel mikrokristallinen, kaltstreckbaren, linearen, hochpolymeren Ester aus Terephthalsäure und Glycolen der Reihe HO(CH2)nOH, worin n eine ganze Zahl zwischen 2 und 10 bedeutet. Diese Ester sind in der US-Patentschrift Nr. 2 465 319 beschrieben.
Die Erfindung besitzt den Vorteil, ein einfaches und zuverlässiges Verfahren zur Herstellung orientierter polymerer Filme mit ausgeglichener Orientierung zu schaffen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zur Durchführung des Verfahrens keine zusätzliche komplizierte Einrichtung erforderlich ist. Man erhält dabei einen orientierten polymeren Film mit viel ausgeglicheneren physikalischen Eigenschaften quer über die Bahn, z. B. in bezug auf die Dicke, den Fliesspunkt, den Modul, die Doppelbrechung, den Zerreisspunkt usw. Unter Doppelbrechung ist der Unterschied zwischen dem höchsten und dem niedrigsten Brechungsindex in jeder gegebenen Ebene eines anisotropen, lichtdurchlässigen Materials zu verstehen.