NO772321L - Ekstruderbare termoplastiske filmer og fremgangsm}te for fremstilling derav - Google Patents

Abstract

Ekstruderbar termoplastisk sammensetning og fremgangsmåte for fremstilling av etylen-polymerfilmer.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår etylenpolymerfilmer og

mere spesielt en ekstruderbar termoplastisk harpikssammensetning for fremstilling av relativt tynne etylenpolymerfilmer med forbedret styrke og en forbedret fremgangsmåte for ekstrudering av termoplastiske etylenpolymerharpikser til filmer.

De termoplastiske filmer ifølge oppfinnelsen kan frem-stilles ved en hvilken som helst konvensjonell ekstruderings-prosess, slik som f.eks. spaltekstrudering eller ringekstrudering, ved bruk av harpikssammensetningen ifølge oppfinnelsen eller ved å gjennomføre den forbedrede fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen.

Ringekstrudering av en termoplastisk film gjennomføres karakteristisk ved å føre den ekstruderbare harpikssammensetning gjennom en konvensjonell ringdyse for å danne et sømløst rør. Røret blir, mens det befinner seg i formbar plastisk tilstand, underkastet ekspansjon, strekking og trekking. Etter ekspensjonen blir filmen ført mellom valser for å omdanne den til en flaklignende gjenstand. Trekkingen kan gjennomføres på dette punkt eller lenger nedstrøms ved å føre filmen en hastighet over den lineære hastighet med hvilken det termoplastiske materiale tvinges ut av ekstrusjonsdysen. Ekspansjonen og trekkingen tjener til longitudinelt og transverselt å-strekke filmen til en tykkelse som er bestemt av de ønskede fysikalske og andre egenskaper for den ferdige film. Å trekke filmen ytterligere vil forårsake forringelse av de fysikalske egenskaper og til slutt resultere i brudd. Spaltekstrudering kan gjennomføres ved å ekstrudere den termoplastiske film fra en spaltdyse for å danne et flatark som deretter kan trekkes eller strekkes transverselt og/eller i maskinretningen for å gi en tynnere film med uniaksial eller biaksial orientering, hvis ønskelig.

Utstyret, som benyttes ved ekstrudering og trekking av organiske termoplastfilmer, prosessparametrene, driftsbeting-elsene og sammensetningen av den termoplastiske harpiks, vil alle påvirke evnen til filmtrekking. Den såkalte "smelteindeks", for den termoplastiske harpiks, vil også influere på hastig-heten med hvilken den ekstruderte film kan trekkes under et gitt sett av ekstruderingsbetingelser. Smelteindeksen angis i henhold til "American Standard Procedures of Testing Materials", nemlig ASTM-D1238, som vekten i gram av den smeltede prøve av termoplastharpiks som et stempel ekstruderer gjennom en munning med en diameter på 2,1 mm i et 10 min. tidsintervall ved 190°C. Generelt kan man si at jo høyere smelteindeksen er, jo lettere er det å trekke filmen. Videre gjelder det at en lavere smelte-indekssammensetning vil øke de fysikalske egenskaper for filmen, men på bekostning av trekkingen. Bruken av en polymerharpiks med en lavere smelteindeks med en egnet molekylvekt og molekyl-fordeling, kan vanligvis foreslås for anvendelser der filmen skal omdannes til en gjenstand som krever relativt god fysikalsk styrke, slik som f.eks. poser. På grunn av trekkevanskelighet-ene har det imidlertid vært vanlig praksis i industrien ved fremstilling av slike poser å bruke en harpiks med relativt høy smelteindeks og å bruke en relativt tykk film for å tilfreds-stille de fysikalske egenskaper.

I henhold til dette er det en gjenstand for oppfinnelsen å frembringe en forbedret fremgangsmåte for ekstrudering av termoplastiske harpikser som tillater bruk av sammensetninger med meget lav smelteindeks uten de dermed vanligvis opptrendende tap av trekkingsevne.

En ytterligere gjenstand for oppfinnelsen er å frembringe en ekstruderbar harpiks som tillater en reduksjon av filmtykk-elsen under eller optimale driftsbetingelser uten en samtidig reduksjon av de fysikalske egenskaper for filmen, spesielt styrken.

Disse og andre gjenstander og fordeler ved oppfinnelsen

vil fremgå av den følgende beskrivelse.

Vanligvis omfatter den ekstruderbare harpikssammensetning ifølge oppfinnelsen en homogen blanding av etylenpolymerer med høy og lav tetthet kombinert med en på forhånd bestemt mengde polyetylenglykol på minst 0,005% og fortrinnsvis ikke mer enn ca. 0,10%, beregnet på den totale vekt av blandingen i sammensetningen, og hvor polymerblandingen har en smelteindeks på mindre enn 0,7 og fortrinnsvis mellom ca. 0,2

og 0,3 .

Den forbedrede fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen for ekstrudering av en termoplastisk harpikssammensetning av etylenpolymer med en smelteindeks under 0,7 til en relativt tynn film med en tykkelse på mellom 0,025 og 0,076 mm omfatter å tilsette polyetylenglykol til den termoplastiske harpikssammensetning i en mengde på minst 0,005%.

Foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til noen spesiell termoplastisk etylenpolymerharpikssammensetning og er ment å omfatte alle ekstruderbare homopolymerer og kopoly-merer av etylen selvom forsøkene ble gjennomført med sammensetninger av polyetylen med høy og lav tetthet. Uttrykket polyetylen med lav tetthet er heretter ment å omfatte enhver polyetylen med en tetthet innen området 0,91-0,93 g/cm 3 ved 25°C mens polyetylen med høy tetthet er ment å omfatte ethvert polyetylen med en tetthet innen området 0,94-0,98 g/cm 3 ved 25°C. Disse to typer polyetylenharpikser er angitt i tabellene i forkortet form som HDPE hhv. LDPE.

Etter å ha fastslått at tilsetning av polyetylenglykol bøter på de vanligvis foreliggende vanskeligheter i forbind-

else med trekkingen med en harpiksblanding med lav smelte-

indeks, ble det gjennomført forskjellige forsøk for å finne ut følgende: for å bestemme en foretrukket ekstruderbar formulering av polyetylen med høy og med lav tetthet som gir vesentlig forbedrede fysikalske egenskaper i forhold til van-

lig polyetylen med lav tetthet ved samme tykkelse; for å sammenligne seighetsegenskapene for poser som er fremstilt ved bruk av den foretrukne harpiksformulering inkludert polyetylenglykol i forhold til konvensjonelle poser av polyetylen med lav tetthet; og for å fastslå trekkingsevnen for forskjellige formuleringer under optimale ekstruderingsbetingelser.

Molekylvekten, for den etylenglykol som ble brukt i alle forsøkene, er 4000 og ble valgt blant et molekylvektsområde fra 190-20.000. Imidlertid antas det at etylenglykol med en hvilken som helst molekylvekt innenfor det ovenfor angitte om-

råde kan benyttes.

Tabell 1 viser en serie forsøksdata oppnådd ved bruk

av en 88,9 mm kommersielt tilgjengelig ekstruder med en 203,2 mm Egan's dyse med en 0,81 mm åpning oppnådd ved drift under standardbetingelser.

Harpiksformuleringene inneholdt alle et identisk 5% fargekonsentrat for å unngå enhver diskrepans hva angår egen-skapene mellom formuleringer basert på det spesielle fargekonsentrat som ble benyttet og på prosentandelen av konsen-tratet. Det skal imidlertid være klart at foreliggende oppfinnelse likeledes er anvendelig på formulering av fargeløse filmer eller ethvert fargekonsentrat av konvensjonell type. Prøvene ble gjennomført i grupper på varierende tykkelse ved forskjellige blandingsprosentandeler. Smelteindeksen er angitt ved bokstanve MI og vises både for polyetylen med høy og med lav tetthet og for blandinger. Det ble foretatt en forsøks-kontroll for en blanding med smelteindeks 0,2 og 0,7.for å

ha noe å sammenligne de andre prøver med. Bedømmelsen av filmen skjedde ikke bare med henblikk på belastning og seighet til hulldannelse, begge standardmål for filmseighet og styrke, men også på .en empirisk bedømmelse ut fra erfaring og iakt-tagelse. Uttrykket "Splitty" er uttrykk i denne teknikk som i foreliggende beskrivelse spesielt henviser til filmens motstandsevne mot forplantning av små opprivninger forårsaket av en lokal punktering eller en svakhet i filmen. Hvis, i henhold til dette, filmen er splitty, vil enhver åpning for-plante seg i en film med liten motstandsevne. Fra de viste eksempler er det tydelig at forbedrede resultater oppnås når smelteindeksen for blandingen er under 0,7, forutsatt åt prosentandelen av polyetylen med høy tetthet i formuleringen er under ca. 15%. Når prosentandelen av polyetylen med høy tetthet er over ca. 15%, beregnet på den totale vekt av poly-etylenblandingen, er filmegenskapene dårlige uansett smelteindeks. De beste resultater oppnås med en polyetylenblanding som har en høytetthetspolyetylenkomponent på ikke mer enn ca. 15%, men fortrinnsvis mellom 5-15%, og en smelteindeks for blandingen på mellom ca. 0,2 og 0,3, og der resten av blandingen fortrinnsvis er lavtetthetspolyetylen. Således bør lavtetthetspolyetylenkomponenten foreligge i en mengde på

mer enn ca. 85% av blandingen. Selvom det ikke ble gjennomført

forsøk med en blanding med en smelteindeks på under 0,2, er det antatt at resultatene vil være omtrent så gode som for en smelteindeks på 0,2, i det minste ned til ca. 0,1.

I tabell II ble det gjennomført 5 prøver med varierende filmtykkelse for å sammenligne styrke og seighet for to foretrukne formuleringer av lavtetthets-og høytetthetspolyetylen med en smelteindeks på under 0,7 og omfattende 0,02% polyetylenglykol (PEG) med en molekylvekt på 4000, i forhold til en konvensjonell 100% lavtetthetspolyetylen med smelteindeks 2,0. Den foretrukne blanding inneholdende 8% høytetthetspolyetylen med en tykkelse på 0,063 mm var i det vesentlige ekvivalent hva angår styrke og seighet til hulldannelse i forhold til den konvensjonelle lavtetthetspolyetylenfilm med en tykkelse på 0,076 mm. Videre var den foretrukne blanding, inneholdende 15% høytetthetspolyetylen med en tykkelse på 0,034 mm, i det vesentlige ekvivalent en konvensjonell lavtetthetspolyetylenfilm med en tykkelse på 0,038 mm.

Posefallprøven, som er angitt i tabell II, ble gjennomført ved å fylle en pose med gitt størrelse, fremstilt fra den an-gjeldende filmsammensetning og med den angitte tykkelse, med 22,7 kg treflis, og lukke posen og deretter, ved hjelp av en

. løfte-og slippeinnreting, og løfte posen til en høyde på 3 m over gulvnivå, hvoretter den ble sluppet slik at den kunne falle fritt på gulvet. Denne fremgangsmåte ble gjentatt inntil posen gikk i stykker. Fremgangsmåten for å bestemme hulldann-elsesseigheten for filmen i tabell 2, omfattet å drive en sonde gjennom plastfilmen med en hastighet på 50 cm/min. og deretter å måle kraften som er nødvendig og det gjennomførte arbeid for perforering av filmen med et egnet måleutstyr, slik som en "Instron Model TM".

Et tredje sett forsøk ble gjennomført for å fastslå trekkingskapasiteten for forskjellige formuleringer og resultatene er vist i tabell III. Blandingen inneholdende 15% høy-tetthetspolyetylen hadde en noe bedre trekkingsevne enn både filmen av 100% lavtetthetspolyétylen og filmblandingen som inneholdt 8% høytetthetspolyetylen. Imidlertid oppnås en virk-elig vesentlig økning av trekkingskapasiteten for de formuleringer som inneholder polyetylenglykol. Polyetylenglykoladditi-vet kan tilføres.syntesen av etylenpolymeren, under eller etter blandingen eller i smeiten under selve ekstruderingen. Den minimale"mengde polyetylenglykol, som er nødvendig for å reali-sere forbedret trekking, antas å være minst 0 ,005%', beregnet på den totale vekt åv blandingen, mens 0,02% er foretrukket.

En videre økning av polyetylenglykoltilsetningen på opptil 0,1, vil ikke vesentlig forbedre trekkingskapasiteten videre, selvom det utover 0,1% foreligger en øvre grense på ikke mer enn 5,0%, basert på praktiske betraktninger utenfor rammen av foreliggende oppfinnelse.'

Claims (11)

1. Ekstruderbar termoplastisk harpikssammensetning omfattende i kombinasjon en blanding av etylenpolymer med høy og lav tetthet, karakterisert ved at den har en smelteindeks på mindre enn ca. 0,7 og der nevnte høytetthets-polymerkomponent representerer mindre enn ca. 15% blandingen på vektbasis og har én tetthet i området ca. 0,94 til ca. 0,98 g/ cm^ ved 25°C og der nevnte lavtetthetspolymerkomponent representerer minst ca. 8 5 vekt-% av blandingen og har en tetthet innen området ca. 0,91-0,93 g/cm^.ved 25°C og videre at polyetylenglykol er tilstede i en vektmengde på minst 0,005% av vekten av polymerblandingen.

2. Ekstruderbar sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at nevnte høyetetthetskomponent er tilstede i en mengde på ca. 5-15 vekt-%, beregnet på blandingens totale vekt.

3. Ekstruderbar sammensetning ifølge krav 2, karakterisert ved at nevnte polyetylenglykol er til stede i en mengde innen området ca. 0,005 til 0,1 vekt-%, beregnet på blandingens totale vekt.

4. Ekstruderbar sammensetning ifølge krav 3, karakterisert ved at nevnte blanding av høytetthets-og lavtetthetsetylenpolymer har en smelteindeks på mellom ca.

0 , 2 og 0 , 3 .

5. Ekstruderbar sammensetning ifølge krav 1, karakterisert ved at molekylvekten for polyetylenglykolen er ca. 4000.

6. Fremgangsmåte for ekstrudering av en termoplastisk harpikssammensetning av etylenpolymerer med en smelteindeks under 0,7 til en tynn film med en tykkelse på mellom 0,025 og 0,076 mm, karakterisert ved at polyetylenglykol tilsettes til sammensetningen i en vektmengde på minst 0,005%.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at blandingen omfatter en blanding av høytetthets- og lavtetthetsetylenpolymerer der høytetthetskomponenten representerer mindre enn ca. 15% av blandingen og lavtetthetskompo-nenten representerer minst ca. 85% av blandingen, alt på vektbasis..

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert .ved at nevnte polyetylenglykol tilsettes til blandingen i en mengde innen området ca. 0,005 til 0,1 vekt-%.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at det anvendes en polyetylenglykol med en molekylvekt på ca. 4000 .

10. Fast film, karakterisert ved at den består av en etylenpolymerblanding bestående av minst ca. 85% av en første etylenpolymer med en tetthet innen området 0,91 til ca. 0,9 3 g/cm ved 25°C og mindre enn ca. 15% av en andre etylenpolymer med tetthet innen området ca. 0,94 til ca. 0,98 g/ crn^ ved 25°C og videre polyetylenglykol i en mengde, beregnet på polymerblandingens totale vekt, på minst 0,005%.

11. Film ifølge krav 10, karakterisert ved at polyetylenglykolen har en -molekylvekt på ca. 4000.