1
Изобретение относится к области получения полиамидных пленок.
Известен способ получения полиамидных пленок путем экструзии с последующим растяжением пленки одновременно и двуосно в продольном и поперечном направлениях. Однако, такие пленкн обладают рядом существенных недостатков.
В отличие от пленок, выполненных из полиэфиров, полипропиленов и т. п., трудно получить просто экструзией полиамидные пленки, практически целиком находящиеся в аморфном состоянии. На поверхности экструдированной полиамидной пленки и под ней образуются довольно большие участки сферической кристаллической структуры. Далее, вследствие наличия сильных водородных связей полиамиды подвержены образованию сужений. По выщеупомяпутым причинам трудно сохранить равновесие между параметрами процесса растягивания пленки, особенно при возрастании щирины пленки. Вероятно, сферическая кристаллическая структура и выступы на поверхности, пленки, полученной экструзией, разрушаются растягиванием пленки в поперечном и продольном направлениях, но когда параметры процесса растягивания не сбалансированы с другими параметрами растягивания, поверхностная структураа может быть
разрушепа, что приведет к получению неоднородной поверхности.
Поверхность пленки более неоднородна у краев, расположенных вблизи зажимных устройств, применяемых для поддержания пленки во время растягивания, вследствие чего блеск указанных краевых зон пленки больше, чем в центральной части. Разрушение сферической кристаллической структуры и поверхностных выступов осуществляется посредством так называемого нарушенного баланса между параметрами процесса растягивания. Вследствие такого нарушения возникают местные сужения и другие нежелательные явления, такие
как чрезмерно большая скорость Hia отдельных участках растягивания, колебания скоростей растягивания в продольном и поперечном направлениях.
При растягивании краевые зоны полиамидной пленки подвержены большему усилию растягивания, чем центральная часть, так как краевые зоны расположены вблизи зажимных средств, посредством которых пленка поддерживается во время растягивания, вследствие
чего растягивание краевых зон предшествует растягиванию центральной части (сдвигающие или огибающие эффекты). В результате этого поверхностная структура в краевых зонах разрушается больше, чем в центральной части, вследствие чего нарушается постоянство
в степени блеска, что в свою очередь ведет к снижению коммерческой ценности Пленки. Более того, степень разрушения сферической кристаллической структуры и поверхностных выступов сказывается на слеживаембстй (прилипаемости) растянутой пленки. Другими словами, неравномерное разрушение поверхностной структуры ведет к непостоянной слеживаемости, что плохо отражается на последуюшей обработке плевки.
Необходимо отметить, что края растянутой пленки, имеюшие неодинаковую толш,ину, иногда отрезаются с целью увеличения коммерческой ценности пленки, так как выравнивание краев пленки с целью получения одинаковой толщины может вызвать соответствующее уменьшение текучести пленки, что не рекомендуется.
Предлагаемый снособ получения полиамидных пленок позволяет избавиться от указанных недостатков. Нерастянутую пленку перед одновременным двухосным растягиванием подвергают предварительной обработке, вследствие чего блеск пленки в ценггральной части будет больше, чем в краевых зонах.
В приводимом описании свойства поверхности характеризуются «зеркальным глянцем или блеском (обозначенным как GS). В соответствии с ASTMD-2457-65-T зеркальный глянец или блеск есть отношение, выраженное в процентах, света отраженного от какой-либо поверхности пленки к свету отраженному от поверхности черного стекла с показателем преломления 1,567, причем в обоих случаях измеряется отражение луча света, падающего на поверхность указанных материалов под углом 20°.
Чем меньше величина GS, тем грубее поверхность пленки и соответственно лучше характеристики антислеживаемости.
Предпочтительный предел значений GS, требуемый для пленок, применяемых для упаковки и имеющих хорошие характеристики антислеживания, составляет 100-150%, а для металлизированиых пленок 140-180%. Идеальным случаем является постоянное значение GS по всей поверхности растянутой пленки. Однако практически необходимо, чтобы разница значения зеркального глянца краевых зон и центральной части DG составляла менее 20%, предпочтительно менее 10%. Когда разница DG составляет больше 20%, на поверхности растянутой пленки могут появиться полосы, которые придают пленке плохой вид и которые указывают на существования мест с заниженными характеристиками антислеживания. В таких случаях на растянутой пленке могут возникнуть складки и соответственно пленка будет обладать плохой текучестью в последующей обработке. Замечено, что участки с низкими характеристиками антислеживания расположены рядом с краевыми зонами, которые в процессе растягивания проходят между зажимными устройствами, вследствие чего сферическая кристаллическая
структзфа и поверхностные выступы разрушаются. Несмотря на то, что предпочтительные значения разиицы DG краевых и центральной зон известны, очень трудно определить услоВИЯ растягивания и участок растягивания таким образом, чтобы было возможно поддерживать баланс растягивания между краевыми и центральной зовами, принимая во внимание свойства полиамидов.
Поэтому трудно определить такие условия растягивания, при которых было бы возможно препятствовать разрушению сферической кристаллической структуры и поверхностных выступов по краевым зонам растягиваемой пленки. Однако, практически возможно осуществить перед одиовременным двуосным растягиванием пленки равное распределение GS по всей зоне пленки.
Изобретение дает возможность получить
усовершенствованные растянутые пленки , если перед растягиванием на краевых зонах нерастянутой пленки создать сферическую кристаллическую структуру и поверхностные выступы, которые при последующем протягиваНИИ пленки будут разрушаться, получая при этом меньшее рассредоточение величин GS чем в центральной части, после чего следует растягивание пленки, в результате чего по всей зоне таким образом протянутой пленки получается равномерное распределение значений GS. Уровень значений GS нерастянутой пленки может меняться вместе с условиями образования пленки и устанавливаться, например посредством регулирования воздушного зазора
между экструдером и охлаждающим роликом и/или влажности воздуха на стадии отверждения, т. е. чем больше воздушный зазор и/или чем выше влажность воздуха, тем меньше получаются величины GS. Рассредоточение величин G,:; на невытянутой пленке может устанавливаться, например посредством обработки паром во время отверждения обоих краев экструдированной пленки путем обдува паром с использованием сопел; тепловой обработки
обоих краев уже отвержденной после экструзии плен1ки горячим воздухом, в частности с использованием сопел; локальной воздушной обработки поверхности экструдированной пленки во время отверл дения, например с использованием узких щелевых сопел. Термин «локальная воздушная обработка означает, что скорость воздуха, подаваемого к поверхности пленки, наиболее высокая в центральной части пленки и становится все ниже и ниже по направлению к краям. Степень такой предварительной обработки краев пленки зависит от требуемого уровня величин GS на растянутой пленке, толщины нерастянутой пленки, условий растяжения, таких как коэффициент растягивания и т. д., причем о степени такой предварительной обработки можно судить по величинам GS растянутой пленки.
Ширина предварительно обрабатываемых краевых зон пленки зависит от конечной ширины пленки, желательно, чтобы ширина была приблизительно более 50 мм. Предварительная обработка дает возможность осуществить дальнейшее развитие сферической кристаллической структуры и поверхностных выступов, причем уровень значений GS распределяется таким образом, что значения GS краевых зон должны быть, по крайней мере, на 5% (лучше на 10%) ниже, чем в центральной части. Трудно получить постоянные значения GS по всей пленке, если разница между значениями GS в центральной части и в краевых зонах DG чрезвычайно мала. Усовершенствованная растянутая полиамидная пленка может быть получена, когда на нерастянутой пленке получают вышеупомянутое распределение значений GS и пленку далее подвергают одновременному двуосному растягиванию в продольном и поперечном направлениях при следующих условиях:
Температура растягивания, 70 - т. пл. °Спленки
Скоростирастягивания, 6000-100000
%/жин
Отношение скоростей растя- 0,5-2,0 гивания в продольном и поперечном направлениях
Коэффициент растягивания 4,5 в продольном и поперечном направлениях
Ввиду способности полиамидов к поглощению воды, желательно, чтобы пленка перед растягиванием адсорбировала бы 2 вес. % воды (в пересчете на вес пленки). В таком состоянии пленка может быть легко нагрета, что в конечном счете ведет к получению растянутой пленки хорошего качества.
Также возможно осуществлять регулирование распределения GS на протянутой пленке после адсорбции воды.
Пример 1. Две нерастянутые пленки из поли-е-капроамида (толщин1а 150 мк, ширина 500 мм) были погружены в воду. Адсорбция воды составляла 6 вес. % (в пересчете на вес пленки). Одна пленка А по всей зоне имела значения GS около 35%. Другая пленка В была обработана способом, подобным описанному выше, за исключением того, что пленка после адсорбции воды шла со скоростью 12 м/мин, причем одновременно края пленки шириной около 100 мм каждый обдували горячим воздухом с температурой 400°G и давлением 0,5 кг/см через сопла с шириной щели 3 мм. В результате такой обработки были получены следующие результаты, %:
GS в центральнойзоне
(пленка В)около 35
GS по краям„ 20
DG,, 15
Пленки А и В были одновременно двуосно растянуты в продольном и поперечном направлениях. Указанное растягивание осуществляли при следующих условиях:
Температура растягивания, °С100
Скоростьрастягивания,
%/мин 16000
Отношение скоростей растягивания1,0-1,5
Коэффициент растягивания:
в продольном направлении3,0
в поперечном направлении3,3
Растянутая пленка, полученная из нерастянутой пленки А, имеющей приблизительно равные значения G имела разницу DG, составляющую около 30%, причем около 70% всей ширины растянутой пленки имели по существу равномерное распределение значений GS. С другой стороны, растянутая пленка, полученная из нерастянутой пленки В (предварительно обработанной) с неравномерным распределением значений GS, имела по существу
по всей ширине (более 95%) равные значения GS.
Пример 2, Две нерастянутые пленки из поли-8-капроамида (толщина 250 мк, ширина 500 мм) погружали в ванну с водой с целью
адсорбции воды (около 6,5% от веса пленки). Одна пленка С практически по всей ширине имела значения GS около 30%. Другая плен-; ка D была обработана способом, подобным описанному выше, за исключением того, что
погруженная пленка шла со скоростью 12 м/мин, причем одновременно края пленки шириной около 100 мм каждый обдували горячим воздухом с температурой 400°С и давлением 0.5 кг/см2 посредством сопел с шириной щели 3 мм. В результате такой обработки полученная пленка имела в центральной части значение GS около 30%, а по краям - около 10%. Затем обе пленки С и D были каждая одновременно двуосно растянуты в
продольном и поперечном направлениях. Растягивание осуществлялось при следующих условиях:
Температура растягивания, °С 120 Скорость растягивания, %/мин 24000 Отношение скоростей растягивания1,0-1,5 Коэффициент растягивания:
в продольном направлении 3,0 в поперечном направлении 3,3
Распределение G,, на пленке С было практически одинаковым по всей ширине пленки, а пленка, полученная растягиванием нерастянутой пленки С, имела разницу GS центральной части и краев, т. е, DG, 40%. Значения GS были одинаковыми в зоне, составляющей более 50% общей ширины растянутой пленки.
Из пленки D, которая была предварительно обработана с целью изменения распределения Gsn с целью получения разницы DG 20%, была получена превосходная растянутая пленка с практически равными значениями Gs, составляющими около 110% по всей ширине пленки.
КзК показано выше можно получить одновременно двуосно растянутые полиамидные пленки с усовершенствованной поверхностью, имеюшей- одинаково распределенные зеркальные глянцы, н обладаюш,их неслеживаемостыо при высокой текучести. Для этого перед растягиванием полиамидные пленки предварительно обрабатывают с целью получения такого распределения Gs, т. е. зеркальных глянцев или блеска, при котором значения GS по краям пленки меньше, чем в центральной части.
Пример 3. Для экструдирования пленки из поли-8-капроамида (ширина 700 мм, толшина 150 мк) со скоростью 10 м/мин был применен экструдер (диаметр 115 мм) с Т-образвым мундштуком. Температура экструдированной смолы составляла 270°С. Охлаждающий ролик (диаметр 900 мм) охлаждали циркулирующей внутри ролика водой, имеюш,ей температуру 40°С. Экструдированную пленку отверждали и погружали в водяную ванну с целью адсорбции воды (6,5% от веса пленки). Оба края на участке шириной 10 мм каждый имели практически одинаковые значения зеркального глянца GS 30%. Оба края этой пленки, шириной каждый 100 мм были предварительно обработаны горячим воздухом с температурой 400°С и давлением 0,5 кг/см, подаваемым через сопла с шириной щели 3 мм. Оба края пленки с целью осуществления одновременного двуосного растягивания пропускали между зажимными устройствами. Растягивание осуществляли нри следующих условиях:
Температура растягивания, °С90
Коэффициент растягивания:
в продольном направлении3
в поперечном направлении3,5
Скорость растягивания, %/мин12
Отношение скоростей растягивания0,6-1,5
Растянутую пленку затем подвергали в натянутом состоянии теплообработке в течение 8 сек при 210°С с целью получения растянутой пленки толщиной 15 ж/с и шириной 1570 мм. Оба края пленки шириной 40 м.м каждый, которые проходили непосредственно между зажимными устройствами, отрезали с целью получения окончательной пленки шириной 1490 мм. Зеркальные глянцы или блеск в соответствующих зонах пленки были одинаковыми и распределялись следующим образом: в центральной зоне Gs составляло 120%, а по краям 125%.
Пример 4. Для экструдирования пленки из поли-8-капроамида (щирина 900 мм, толщина 252 мк) со скоростью 20 м/мин при 270°С на поверхность охлаждающего ролика (диаметр 900 мм), охлаждаемого водой, имеющей температуру 35°С, применяли экструдер (диаметр 150 мм) с Т-образным мундщтуком. Во время экструзии между экструдером и поверхностью охлаждающего ролика поддерживали воздушный зазор 120 мм, причем пленку
непрерывно обдували воздухом, имеющим температуру 20°С. Максимальная скорость воздуха 5 м/сек была в центральной части пленки и постепенно снижалась к краям пленки, в силу чего пленка приобретала определенный блеск. Пленка, полученная таким образом, была пропущена через водяную ванну с целью адсорбции воды (6,5-% от веса пленки), после чего оба края пленки щириной 20 мм Каждый были отрезаны с целью получения более равномерного блеска.
Затем нерастянутая пленка была одновременно двуосно растянута в продольном и поперечном направлениях, для чего края пленки пропускали между зажимными устройствами, причем нленка проходила по участку, ширина которого на входе составляла 800 мм. Растягивание осуществляли при следующих условиях:„
Температура предварительного нагрева, °С100 Длина зоны предварительного нагрева, м2 Температура растягивания,
°С120
Скорость растягивания, %/жын 24000 Отношение скоростей растягивания0,6-1,5 Коэффициент растягивания:
в продольном направлении 3,0 в поперечном направлении 3,5 Температура тепловой обработки, °С210 Врел-гя теплообработки, сек10
Растянутая пленка имела ширину 2800 мм, причем оба края шириной 50 мм каждый, которые непосредственно проходили между зажимными устройствами, отрезали, в результ-зте чего получали окончательную пленку щириной 2700 мм. Зеркальные глянцы распоеделялись по пленке следующим образом: 160% в ценггральной зоне и 165% по краям, что говорит о более высоких свойствах пленки, полученной таким образом.
Пример 5. Для экструдирования пленки из полилауринамида (щирина 700 мм.. т.лтт1ина 150 мк} со скоростью 20 м/мин при 250°С на поверхность охлаждающего ролика (диаметр 700 мм), охлаждаемого водой, имеющей температуру 40°С, применяли экструдер (диаметр 115 мм) с Т-образным мундштуком. Между экструдером и поверхностью охлаждающего ролика поддерживали воздущный зазор
60 мм. Для продувания воздуха, имеющего температуру 20°С, применяли узкое щелевое сопло. Максимальная скорость воздуха 3 м/сек была в центральной зоне, к краям она постепенно понижалась, вследствие чего на пленке
было получено определенное распределение зеркальных глянцев, т. е. GS. Оба края пленки каждый шириной по 20 мм были отрезаны с целью получения нерастянутой пленки шириной 660 мм. Далее, на участке со входом шириной 660 мм пленку предварительно нагревали, растягивали одновременно двуосно в продольном и поперечном направлениях, подвергали теплообработке при следующих условиях:
Длина зоны предварительного
нагрева, м2
Температура предварительного нагрева, °С120
Температура растягивания, ° С 100
Скорость растяжения, °/о/мин 20000
Коэффициент растяжения: в продольном направлении3,0
в поперечном направлении3,5
Температура тепловой обработки, °С170
Время теплообработки (при
натяжении пленки), секб
Оба края растянутой пленки, проходившие непосредственно между зажимными устройствами были отрезаны, вследствие чего была получена окончательная пленка шириной 1980 мм со степенями блеска в поперечном направлении 166-170%, что говорит об улучшении качества пленки.
Пример 6. Для экструдирования плепки из поли-8-капроамида (ширина 700 ,толш,ина 150 мк) со скоростью 20 м/мин при 200°С Hia поверхность охлаждаюш,его ролика (диаметр 700 мм), охлаждаемого водой, имеюш,ей температуру 35°С, применяли экструдер (диаметр 115 мм) с Т-образным мундштуком. Когда температура пленки, экструдированной на поверхность охлаждаюш,его ролика достигала 100°С, края пленки каждый шириной 50 мм обрабатывали паром. Затем пленку пропускали через водяную ванну с целью адсорбции воды (5,5% от веса пленки), после чего оба края каждый шириной 20 мм отрезали, в результате чего получали нерастянутую плевку шириной 660 мм. Для растягивания пленки одновременно двуосно в продольном и поперечном направлениях применяли участок с шириной входа 600 мм. Растягивание пленки осуш,ествляли при следующих условиях: Длина зоны предварительного нагрева, м2 Температура предварительного нагрева, °С 90 Температура растяжения, °С 90 Скорость растяжения, °/о/мин 20000 Коэффициент растяжения: в продольном направлении 3,0 в поперечном направлении 3,3 Температура теплообработки,
°С210
Время теплообработки (при натяжении пленки), сек6
Оба края пленки, проходившие непосредственно между зажимами, отрезали, в результате чего получали окончательную пленку шириной 1880 мм со степенью блеска в поперечном направлении 150 + 5%.
Предмет изобретения Способ получения полиамидной пленки путем экструзии с растял ением экструдированной пленки одновремевно в продольном и поперечном направлениях, отличающийся тем, что перед растяжением края экструдированпой пленки подвергают обработке паром во время отверждения .пленки или горячим воздухом после ее отверждения, или поверхность экструдированной пленки подвергают обдуву воздухом со скоростью, уменьшаюшейся от центра пленки к ее краям, до достижения «зеркального блеска GS в центре пленки большего, чем у ее краев.
