CZ354096A3

CZ354096A3 - Polyethylene multi-layer film, process of its preparation and use

Info

Publication number: CZ354096A3
Application number: CZ963540A
Authority: CZ
Inventors: Giuseppe Brambilla
Original assignee: Pentacast Srl
Priority date: 1995-12-06
Filing date: 1996-12-03
Publication date: 1997-06-11
Also published as: PT778121E; PL317367A1; IT1277038B1; ES2153531T3; CA2191675A1; HU9603359D0; AU7415196A; DE69611662D1; DE69611662T2; NO965185D0; DK0778121T3; CN1084248C; NO965185L; JPH09174667A; AU709917B2; BR9605854A; EP0778121A2; ITMI952560A1; HUP9603359A2; EP0778121B1

Description

Oblast tecliniky

Tento vynález se týká polyethylenového vícevrstvého filmu, zvláště vhodného pro balení paletizovaných částic, jakož i odpovídájícího způsobu přípravy a výroby.

Dosavadní stav techniky

V předchozí italské patentové přihlášce jsou popisovány vícevrstvé filmy, vyznačujíví se dobrou houževnatostí a dobrou roztsžností, získané ze směsi lineárního polyethylenu o nízké hustotě a polyethylenu o nízké hustotě.

Způsob přípravy, popsaný v citované předchozí přihlášce, zahrnuje tyto stupně:

vytlačování z baterie šnekových protlačovacích strojů směsi lineárního polyethylenu o nízké hustotě a polyethylenu, o nízké hustotě a nejméně jednoho dalšího materiálu polymerního s adhezními vlastnostmi, vrstvení materiálu u vývodu z urotlačovacího zařízení v závislosti na použitém zařízení, vyvedení vrstveného materiálu do vzdušného prostředí hubičkou roztírajícího zhlaví a nanesení tohoto materiálu na. prvý chladící válec s vesokou rotační rychlostí, chlazeného vodou, udržovanou v rozmezí teplot 10 až 30°C, přenos listového materiálu z prvého válce na druhý válec, chlazený vodou teploty mižší, než je tomu v případě prvého válce, udržované v rozmezí 10 až 20 C, přičemž obvodová rychlost (tedy rychlost rotace) druhého válce je o 10 až 40% vyšší ve srovnání s prvým válcem.

Hubička roztíracího zařízení, vzdálenost mezi hubičkou tohoto zhlaví a prvým válcem, jakož i hubičkou a místem dotyku

-2na prvém válci, to vše je třeba respektovat v dobře definovaných rozmezích.

Takto připravený film je charakterizován neýí průtažnosti , * 1 o _{v v} v rozmezí 15 sž 35 íT/mm a.konečným prodloužením mezi 200 as bOO %,

Podstata vynálezu

Kyní bylo s překvapením nalezeno, že lze získat vícevrstvé filmy s charakteristickými vlastnostmi pevnosti a průtažnosti^ srovnatelnými s filmy dle dřívější italské přihlášky, ale dokonce filmy s novými charakteristickými vlastnostmi ve srovnání s citovanou přihláškou, tedy pevnější, ale stále protažitelné zs použití lineárního polyethylenu o nízké hustotě, ale bez přidávání polyethylenu o nízké hustotě.

Dále bylo zjištěno, že vhodnou úpravou chlazení a podmínek tažení filmu je možné získat vysoce pevné, ale stále protažitelné filmy, rovněž za použití lineárního polyethylenu o nízké hustotě ve směsi s malým podílem lineárního polyethylenu o nízké hustotě.

Způsob přípravy filmu je jinak podobný onomu, jak je popisován v předchozí italské přihlášce.

Avšak jsou zde některé rozdíly a novoty se zřetelem na přípravu velmi pevného filmu.

Vlastní příprava filmů probíhá ve velmi dobře známých zařízeních postupem vytahování z taveniny» Využívá se přitom baterie šnekových protlačovacích strojů (dva nebo i více), obvykle s {jednou šroubovici s měnitelnou roztečí k dosažení dobré materiálové homogenizace s tím, že tyto protlačovací strojzásobují další zařízení, jež mechanickým působením protahuje materiál, vycházející z protlačovacích strojů ve funkci tohoto zásobovacího zařízení»

Předvalek z přísunu se tvaruje do několika vrstev, z nichž prostřední vychází z protlačovacího stroje o větším průměru a postranní vrstvy jsou z jiných vývodů_e

-3zce

Předvalek se potom posunuje do rozšiřovacího zhlaví je nucen působením mechanických vlivů dostat se do vnějšího prostředí, tedy atmosféry hubičkou malého otvoru, čímž se vy tvá ří plastický film, jehož šíře silné převažuje ns tlouštkou.

Plastický film se ukládá na prvý chlazený válec, otáčející se velkou rychlostí, kde dochází k orientování materiálu. Film' se potom přenáší z prvého válce na druhý takový, rovněž -chlazený V0d0Uo v

Pro stejnou výpust z vytlsěovscího Zařízení s přihlédnutím k dalším podmínkám záleží (tlouštka filmů, ns periferální rychlosti (tedy rychlosti otáčení) prvého válce. Čím vyšší je rychlost takového válce, tím menší je tlouštka filmu.

Piln, jak se dostává ven ze skupiny rotujících válců se navíjí na motajcr stroj potřebné šířky i délky.

Jednotný pohyb filmu na navíjecích válcích se ovládá konstantním napínáním filmu pomocí serie ovládaných válců, z nichž každý představuje relativní kladný přínos.

Podle postupu dle tohoto vynálezu se vytlačuje z baterie šnekových výtlacníků lineární polyethylen o nízké hustotě a nejméně jeden polymerní materiál, kompatibilní s předchozím za vzniku filmu s adhezními vlastnostmi a případně další materiály, kompatibilní s lineárním polyethylenem s nízkou hustotou. Materiál, vycházející z vytlačovacího zařízení se vrství ve funkci vytlačovacího zařízení, ze kterého vychází a vrstvený pruh se násilně protáhne otvorem rozšiřujícího zhlaví za vzniku plastického filmu, který se přenáší na prvý válec, rotující vysokou obvodovou rychlostí (300 až 450 m/sek) ga chla zení vodou, udržovanou v teplotním rozmezí 10 až 25 C s tím, že se přenáší na druhý válec, chlazený vodou za teploty nižší, než jak je tomu v případe prvého válce, tedy například v rozmezí od 10 do 20°C_o

Periferní rychlost (tedy rotační rychlost) druhého válce je o 10 až 40% vyšší ve srovnání s rychlostí válce prvého.

4Teplota materiálu, vycházejícího z rozšiřovacího zhlaví, se obvykle pohybuje mezi 230 až 26O°C.

Tlouštka otvoru kolísá mezi 0,3 až 0,5 mm, vzdálenost výoustě z rosšiřovacího zhlaví s prvým válcem se pohybuje 5 mm a vzdálenost mezi 2 až 5 mm.

výhodou 3 ai mezi uvedenou výpustí a místem styku na prvém válci činí mezi 10 až 15 cn«

Tlouštka otvoru se reguluje ve funkci konečné tlouštky filmu a napětí, kterému má být film vystaveno

Vzdálenost mezi výpustí rozšiřujícího zhlaví a místem styku materiálu na prvém válci se reguluje jak přibližováním (Si vzdalováním) válce od vývodu z rozšiřovacího zhlaví, tak i snížením tlaku, což se docílí použitím zařízení, dmychajícího vzduch v blízkosti místa styku filmu s rotujícím válcem. Takto vyvolaný pokles tlaku umožňuje dobrou přilnavost filmu n válec«,

Měněním přívodu vzduchu lze měnit profil materiálu, jak s pohybuje od výpuste rozšiřovacího zhlaví směrem k chladícímu válci, současně lze také měnit místo dotyku.

Cín vetší je vzdálenost od výpuste a bodu dotyku, tím vyšší je elasticita materiálu.

Postup se provádí tak, že nedojde k skluzu materiálu mezi prvým* θ (3_ruhýn.· válceíjj. Takový případ nastane například, dostane-li se film do oblasti protitlaku.

Pro přípravu filmu s vysokou mezí průtažnosti (mezi 40 až S0 S/min a sf stále ještě vysokou konečnou průtažnosti (mezi 50 až 100%) se pracuje za teploty prvého chladícího válce mezi 15 až 18°, zatím co teplota chladící vody druhého válce se udržuje mezi 12 až 15°C₀ Periferní rychlost (rychlost otáče ní) druhého válce je o 20 až 30% vyšší ve srovnání s prvým válcem.

'výše uvedených podmínek lze využít také pro přípravu vícevrstvých filmů s vysokou mezí průtažnosti (mezi 35 až 70

N/mrn) a konečným prodloužením mezi 60 až 200%, získaných z lineárního polyethylenu o nízké hustotě s obsahuje 8 až 40% hmotnostně polyethylenu s nízkou hustotou.

-5e srovnání s filmem získaným ss samotného lineárního polyethylenu hustotou vyžadují filmy,'získané z téhož podkladu a polyethylenu o nízké hustotě za předpokladu týchž podmínek a stejné meze průtsžnosti větší rozdíly mezi rychlostmi chladí ící cln válců»

Tlouštka vícevrstvého filmu podle tohoto vynálezu sa pohybuje mezi 2 až 100 mikrometrů, výhodným rozmezím pak je 8 až 20 mikrometrů.

Lineární polyethylen s nízkou hustotou pro přípravu předmětných filmů je dobře známým polymerem» Dá se připravit buď použitím katalyzátorů typu Ziegler-Katta nebo metalocenových.

Lineární polyethylen s nízkou hustotou lze mísit s dalšími jinými polymerními materiály se zřetelem na zlepšení jeho zpracovatelnosti» Mezi takové materiály patří například částečně krystalický kopolymery propylénu ε menšími podíly butenu a/nebo ethylenu»

Hustot#, lineárního polyethylenu s nízkou hustotou se s výhodou pohybuje v rozmezí 0,915 až 0,935 g/ciP (dle ASTM D 1505).

Tavný index činí s výhodou 2 až 3 g/10 (dle ASTM D-238-o5'T, podmínka Ξ).

Polyethylen s nízkou hustotou je rovněž známým polymerem.

Se zřetelem na získání filmu s adhezními vlastnostmi se lineární polyethylen s nízkou hustotou vytlačuje spolu s vrstvou polymerního materiálu, s ním kompatibilního, přičemž se s výhodou používají lineární polyethyleny s nízkou hustotou v rozsahu od 0,895 do 0,910 g/cm\

Při některých aplikacích je třeba, aby film mel kluzné vlastnosti, aby se tím zabránilo přilnutí k podložce, pokud tyto dve složky jsou uváděny vzájemně do styku»

Kluzcá schopnost může být ve spojitosti s vnitřní nebo vnější strabou filmu a s výhodou se dosahuje použitím lineárního polyethylenu s nízkou hustotou asi 0,930 g/cm ·

Film podle tohoto vynálezu zahrnuje tedy hlavní vrstvu,

-6obvykle prostřední, vrstvu materiálu s adhezními vlastnostmi a případně vrstvu lineárního polyethylenu s nízkou hustotou, ale s hustotou vyšší, než je hustota lineárního polyethylenu s nízkou hustotou ve střední vrstvě.

Polymery, použité k přípravě filmu, mohou obsahovat přísady, obvykle používané na tomto úseku, jako jsou pigmenty, antioxidační prostředky, nuklasční činidla. lichou se rovněž použít polymery, kompatibilní s lineárním polyethylenem s nízkou hustotou, a to v takovém množství, jež je vhodné pro zlepšení vlastností lineárního polyethylenu s nízkou hustotou.

Film podle tohoto vynálezu je charakterizován vysokou tuhostí a také dobrou průtažnosti.

Se zřetelem na běžné filmy z lineárních polyethylenů s nízkou hustotou, získaných za normálních podmínek vytlačováním z taveniny, pak u filmů podle tohoto vynálezu se dosahuje hodnot výtěžků, jež předčí předchozí třikrát nebo i více, to z hlediska meze průtažnosti, kde rozsah této hodnoty může dosáhnout hodnot mezi 15 až 80 IT/mm^.

Hodnota konečného prodloužení je zahrnuta do rozsahu, to z hlediska praktické upotřebitelnosti, mezi 50 až 500%.

Vícevrstvé filmy na podkladu lineárního polyethylenu s nízkou hustotou, které jsou pevné a protažitelné, jsou známé.

Tyto filmy lze však získat jen tak, že se film, připravený vytažením z taiveniny, vystaví pnutí. Postup přípravy takových filmů je spíše komplexní, protože zahrnuje převinutí filmu, vyrobeného vytažením z taveniny ajeho následné opětné navinutí po napnutí. K dosažení vysokých výtěžků jsou nutné velmi vysoké poměry napínání,,

Takto získané filmy jsou tedy charakterizovány hodnota2 ni meze průtažnosti asi 50 IT/mm a konečným prodloužením asi 60-70%.

Příklady

Další příklady jsou připojeny k bližšímu porozumění,

-7Λ» nikoli všakk k omezení rozsahu tohoto .vynálezu.

Příklad 1

Do baterie jednosnekových vytlscovscích zařízení A-C se šroubovnicí s měnitelnouu roztečí se zavádí v uvedeném, pořadí lineární polyethylen s nízkou hustotou Doví 2100 (hustota 0,918 g/cm³/ (vy

4104 (hustota 0,904 g/cm /tlačovaci zařízeni A) s polyethylenem Doví o (vytlačovací zařízení h) a lineár polyethylen s nízkou hustotou Dow 22376 (hustota 0,928 g/cm?) (vytlačovací zařízení C).

Průnik hmoty ve vývodu z různých vy tlačovacích zařízení činí v tom kterém případě 70%, 7% a 15%. Otáčky sroubovnic ve vy tlečovscích zařízeních A-C byly v tom kterém případě rovny 57, 63 a 85 otáček za minutu a hodnoty teplot vytaveného materiálu u vývodu z vytlačovacích zařízení byly v tom kterém případě 265°, 180° a 265°C.

Materiál, jak vychází z vytlačovacího zařízení se vede do posuvové skříně, kde se materiál vrství pro rozprostírací zhlaví ve funkci vytlačovacího zařízení, ze kterého vychází.

Rozprostírací zhlaví má otvor 0,5 mm a vzdálenost mezi tímto otvorem zhlaví a místem styku na prvém otáčejícím se válci se upraví na 15 mm. Teplota materiálu, který se vypouští z otvoru, činí 235°C_O

Teplota vody na prvém navíjecím válci odpovídá 18 0, peferní rychlost: 340 m/sek.

Teplota materiálu z prvého válce je nižší než 90°C, materiál se vede na druhý válec, chlazený vodou teploty 12°C. Rychlost rotace druhého válce: 430 m/sek.

Film, odebíraný z chladícím válců se jímá za konstanta ho tlaku na navijácích dané šířky i délky. Film ma tlouštku 12 mikronů a je charakterizován těmito vlastnostmi:

	Směr v e srny s 1 u po hy bu stroje	Směr příčný
Young-ův modul n/mríf (ASTm D 882-88)	81	160
o mez průtažnosti ii/mif (ASTIď D 882-88)	72	ic
mez pevnosti il/mm⁴ (ASTH D 882-88)	72	28
ilaximální prodloužení % (ASTLI D 882-88)	88	480
Pevnost proti natržení mil (ASTM D 1922-67)	150	300
Rázová houževnatost g (Α3ΪΪ.Ι D 1709-75)	50	50
Součinitel tření g	330	6p0

(ASTM D 1784-78)

Příklad 2

Opakuj!

ss postup ale příkladu 1 ε tím rozdílem, že se cUvytlacovscího zařízení lineární polyethylen o nízké hustotě o

Dow 2100 (hustota 0,918 g/cm ) a polyethylen o nízké hustotě LD 150 (rovněž Dow) otvorem, v násypném zásobníku, poslední látka v množství 8% hmotnostně.

Získaný film má mez průtažnosti 60 H/mm^ a maximální prodloužení 90% (ve směru stroje).

Srovnávací příklad 1

Opakuje se postup dle příkladu 1 s tím rozdílem, že teplota chladící vody na prvém válci je 30 až 35°C, teplota vod;

na druhém válci se udržuje v rozmezí 28° až 30°G, rozdíl rychlostí mezi prvým a druhým válcem činí 5%.

-yMechanické charakteristické· vlastnosti filmu isou ty to :

ve

Young-ův modul M/mní (ASTM L 882-8S)

O

Mez orůtažnosti M/nm~ (ASTM 882 D-8S)

Maximální prodloužení % (ASTM B-882-88) _v , levnost proti natrženi mM (ASTM 882-88)

Házová houževnatost g (ASTM B 1709-75)

Směr Směr smyslu pohybu příčný

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

Ιο Způsob přípravy polyethylenového vícevrstvého filmu vytlačováním folie, kde střední vrstva obsahuje lineární polyethylen o níské hustotě, zahrnující tyto stupně:

a) vytlačení lineárního polyethylenu o níské hustotě mezi 0,915 až 0,935 g/cm a nejméně jednoho polymerního materiálu s adhezními vlastnostmi použitím baterie vytlanovacích zařízení,

b) vrstvení vytlačeného materiálu ve funkci vytlačovacího zařízení, ze kterého vychází,

c) vypuzení vrstveného materiálu do vnější atmosféry průchodem otvorem v rozptylovácím zhlaví,

d) jímáním materiálu z rozptylovacího zhlaví na chlazeném válci za chlazení vodou teploty maži 10 až 25°C, a

e) přepravu filmu z prvého chlazeného válce na druhy chlazený válec, chlazen;/ vodou za teploty nižší ve srovnání s teplotou prvého válce a udržovanou v rozmezí 10 až 20°G s tím, že periferní rychlost rotace druhého válce je o 10 až 40% vyšší než v případě prvého válce.
2 o Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se teplota chladící vody pro prvý válec udržuje mezi 15 až 18°G a teplota druhého válce mezi 12 až 15°C s tím, že periferní rychlost druhého válce je o 20 až 30% vyšší než prvého válce.
3. Způsob podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že rychlost válců se pohybuje mezi 300 až 450 m/min₀
4. Způsob podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že vzdálenost mezi výpustním otvorem rozšiřujícího zhlaví a prvým válcem činí 2 až 5 nm a vzdálenost uvedeného otvoru a místem styku vytlačeného materiálu s prvým válcem se pohybuje v rozmezí 10 až 15 mm_o

-11Spusob podle nároku, l.aa.4, vyznačující se tím, ze otvor v rozšiřujícím zhlaví je velikosti mezi 0,3 až 0,5 mm.

Způsob podle kteréhokoli s' , ✓ z cunici se •crm, ze se použiji z předchozích nároků, vyzn adhezní polymerní materiál, kompatibilní s polyethylenem, cos je lineární polyethylen s nízkou hustotou mezi 0,895 až 0,910 g/cmf^>.
7_O Způsob podle nároku 6, vyznačující se tím, že se adhezní materiál používá v množství mezi 5 až 15% hmotnostně, přepočteno na lineární polyethylen o nízké hmotnosti použitý ve střední vrstvě„
8o Způsob přípravy polyethylenového vícevrstvého filmu, kde střed filmu obsahuje lineární polyethylen o nízké husto tě ve směsi s polyethylenem o nízké hustotě, a film má mez průtažnosti mezi 35 až 70 protažení při přetržení mezi

60 až 200% vytlačováním z taveniny dle stupňů způsobu nároku 1, vyznačující se tím, že se teplota chladící vody na prvém válci udržuje v rozmezí mezi 15 až 18°C a teplota chladící vody na druhém válci, nižší ve srovnání s teplotou na prvém válci, se udržuje v rozmezí 12 až 15°C s tím, že periferní rychlost rotace druhého válce je o 20 až 30% vyšší než prvého válce.
9. Způsob podle nároku 8, vyznačující se tím,, že se rychlost válců pohybuje od 300 do 450 m/min, vzdálenost otvoru v rozšiřujícím zhlaví od prvého válce činí 2 až 5 mm a vzdáleno téhož otvoru od místa styku vytlačeného materiálu na prvém válci činí 10 až 15 mm s tím, že velikost otvoru se pohybuje od 0,3 do 0,5 mm.
10_o Způsob podle nároků 8 a 9, vyznačující se tím, že se použije jako adhezní materiál lineární polyethylen o nízké hustotě s hustotou mezi 0,895 až 0,910 g/cm?_o
11. Vícevrstvý film, zvláště vhodný pro balení palet! zovaných částic, vyznačující se tím, že obsahuje hlavní vrstvu,

-12tím, že nsz průtažnosti protažení při přetržení..

odpovídá 50 kterou tvoří lineární polyethylen o nízké hustotě s hustotou mezi 0,915 až 0,935 g/cm , který se získává vytlačováním z taveniny a ná mez průtažnosti mezi 15 až 80 ii/mm a a hodnotu protažení při přetržení mezi 50 až 500%_e
12.Film podle nároku 11, vyznačující : ná hodnotu mezi 40 až 80 ÍT/mn^e a hodnotí ž 100%o
13. Film podle nároku 11, vyznačující se tím, že se lineární polyethylen o nízká hustotě míchá s polyethylenem o nízké hustotě, jehož množství činí mezi 8 až 40% hmotnostně s tím, že film má mez průtažnosti mezi 35 až 70 ϊϊ/mm a hodnotu protažení při přetržení mezi 60 až 200%_o
14o Film podle nároků 11, 12 nebo 13, vyznačující se tím, že obsahuje vrstvu materiálu s adhezními vlastnostmi kompatibilními! s lineárním polyethylenem o nízké hustotě·
15 o Film podle nároku 14, vyznačující se tím, že se vytváří na lineárním polyethylenu o nízké hustotě vrstva scO hezčího materiálu o hustotě mezi 0,895 až 0,910 g/cm *
16 o Film podle nároků 14 nebo 5, vyznačující se tím, že podíl vrstvy adhezního materiálu činí se zřetelem na hlavní vrstvu lineárního polyethylenu o nízké hustotě 5 as 15% hmotnostně o
17o Film podle nároků 11 až l6, vyznačující se tím, že jeho tlouštka se pohybuje v rozmezí 2 až 100 mikrometrů·

Použití „ _{v v} , ,
18. film podle nároku 11 az 17, vyznačující se tím, ze se použije pro balení palgtizovaných částic.
19· Použití filmu podle nároků 11 až 17 pro balení paletizov_sných jednotek, vyznačující se tím, že jako předměty paletizovaných částic přicházejí v uvahu zásobníky minerální vody, lepenková krytina, cihly, mechanické Částice, keramika, potravinářské a farmaceutické produkty, lamináty a jcojeďilované zboží·