DE60131758T2

DE60131758T2 - Verfahren und vorrichtung zum extrudieren von mikroporösen folien

Info

Publication number: DE60131758T2
Application number: DE60131758T
Authority: DE
Inventors: Robert A. Saint Paul YAPEL; Shannon K. Saint Paul HUGHES; William B. Saint Paul KOLB
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2000-09-24
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2008-11-06
Anticipated expiration: 2021-09-22
Also published as: BR0114028A; CN100464826C; JP4745594B2; DE60131758D1; EP1320452A2; CA2422261A1; US6790404B2; KR100770812B1; AU2001293302A1; US20050003033A1; EP1320452B1; WO2002024432A2; US6994533B2; ATE380108T1; MXPA03002502A; KR20040010529A; JP2004508979A; CN1466483A; US20020135087A1; WO2002024432A3

Description

Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Extrusion von Materialien und insbesondere ein Extrusionsverfahren und eine Extrusionsvorrichtung zum Extrudieren einer Bahn (z. B. eine Folie) in einer Umgebung, die die Kondensation und das Auffangen von Verdunstungsbestandteilen im extrudierten Material ermöglicht.
Mikroporöse Folien können mit wärmeinduzierten Phasentrennungsverfahren (TIPS) hergestellt werden. Die genannten Verfahren umfassen üblicherweise das Extrudieren von Materialien auf eine Gießfläche. Die gegossene Folie kann beispielsweise ein Vorläufer für eine mikroporöse Folie sein, wobei eine geschmolzene Lösung aus mindestens einem kristallisierbaren Polymer (z. B. Polyethylen) und einer mischbaren Verschnittverbindung (beispielsweise Mineralöl) bei einer höheren Temperatur (Beispiel 204°C, 400°F) aus dem Werkzeug auf eine Gießwalze mit einer niedrigeren Temperatur (Beispiel 66°C, 150°F) extrudiert wird. Die entstehende homogene Lösungsphase trennt sich, wenn sie nach der Extrusion auf der Gießfläche abgekühlt wird, um eine Zweiphasenfolie aus dem Polymer und der Verbindung zu bilden. Die mischbare Verbindung (z. B. Mineralöl) kann in Folgeprozessen wie der Solventextraktion usw. abgetrennt werden. Die entstehende Folie kann auch gespannt und in Folgeprozessen umgearbeitet werden, um ein Netz aus miteinander verbundenen Poren zu bilden. Das Dokument US-A-5,928,582 offenbart ein herkömmliches TIPS-Verfahren zum Herstellen mikroporöser Membranen.
Wir haben festgestellt, dass sich die Qualität der entstehenden mikroporösen Folie durch verschiedene Mechanismen verschlechtern kann. Erstens wird das gleichmäßige Abkühlen der Extrusionsfolie auf der Gießwalze verwendet, um ein fehlerfreies Folienprodukt zu erzeugen.
Im herkömmlichen Fachgebiet des Foliengießens ist es anerkannt, einen Fixierdraht bereitzustellen, der elektrostatisch aufgeladen ist, um das extrudierte Material auf die Gießfläche zu bringen. Bei einem Verfahren bewegt sich der Fixierdraht ununterbrochen über die Folienbreite, um einen reinen Fixierdraht bereitzustellen, was zu einer fehlerfreien Oberfläche auf dem extrudierten Material führt. Wenn jedoch der Fixierdraht verunreinigt oder beschädigt ist, kommt es zur ungleichmäßigen Aufladung der Folie, wodurch Fehler wie senkrechte Striche auf der Bahn verursacht werden, die als „Fließlinien" bekannt sind. Im Fall der Herstellung mikroporöser Folien ist die Verschnittmittelphase (z. B. Mineralöl), auch wenn sie bei Zimmertemperatur eine geringe Flüchtigkeit besitzt, bei der hohen Extrusionstemperatur ausreichend flüchtig, dass eine Teilmenge abdunstet oder verdunstet. Diese Abdunstung des schwerflüchtigen Lösungsmittels (üblicherweise Mineralöl usw.) kann mit ausreichend hoher Geschwindigkeit und in ausreichend großer Menge auf einem Fixierdraht kondensieren, dass es zu den „Fließlinien"-Fehlern kommen kann.
Zweitens wird das makroskopische Aussehen der mikroporösen Folie durch die Umgebung, wie sie in herkömmlichen Folienextruderköpfen zu finden ist, nachteilig beeinflusst. Der Luftstrom in diesen Köpfen ist entweder unkontrollierte Luft bei Zimmertemperatur oder noch ungünstiger, sogar eine stärkere Strömung wie aus Abluftkanälen und -kästen, die für die Entlüftung oder sogar eine teilweise Aufnahme des abgedunsteten schwerflüchtigen Verschnittmittels vorgesehen sind. Dieser Luftstrom und die sich daraus ergebende ungleichmäßige Wärmeübertragung kann in dem Endprodukt Folie sichtbare große Muster hervorrufen, die an die „Holzmaserung" oder „gesprenkelten" Muster erinnern, die bei getrockneten Beschichtungen zu beobachten sind. Dies ist die Folge ungleichmäßiger Bedingungen bei dem Phasentrennungs- oder Abkühlvorgang, zu dem es in der Extrusions folie kommt. Außerdem führen die ungleichmäßigen Bedingungen häufig zu unerwünschten Variationen der mikroskopischen Poreneigenschaften.
Schließlich ist es bei dem kontinuierlichen Ablauf des Vorgangs zum Gießen mikroporöser Folien eine unerwünschte Folge, dass das schwerflüchtige Lösungsmittel (z. B. Mineralöl), das von der Folie abdunstet, wieder auf der Ausrüstung und der Einrichtung in der Nähe des Vorgangs kondensiert und sie verunreinigt. Das Kondensat von einem schwerflüchtigen Verdunstungsbestandteil kann auch das Endprodukt mikroporöse Folie verunreinigen. Es ist zudem unvermeidlich, dass ein Teil von diesem Öl/Lösungsmittel an die Luft und die Umgebung abgegeben wird.
In dieser Erfindung werden Mängel beim Gießen mikroporöser Folien bei wärmeinduzierten Phasentrennungsvorgängen durch die Bereitstellung einer kontrollierten Umgebung über einer Folie, die auf eine Gießwalze gegossen wird, angesprochen. Eine kontrollierte Umgebung ermöglicht die Verminderung von Fehlern und eine bessere Kontrolle über die Prozessausrüstung und Prozessbedingungen, die zu Fehlern führen. Die kontrollierte Umgebung wird durch Verwendung der Technologie von Kondensationsflächen mit Kapillarwirkung geschaffen. Die Kombination der Technologie von Kondensationsflächen mit Kapillarwirkung und von wärmeinduzierten Phasentrennungsvorgängen schafft ein verbessertes Verfahren zum Herstellen mikroporöser Folien.
Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen mikroporöser Folien, wie es in den Ansprüchen definiert ist. Bei dem Verfahren werden eine Gießfläche und eine Kondensationsfläche verwendet. Die Kondensationsfläche ist von der Gießfläche beabstandet, um einen Spalt zu bilden. Der Abstand zwischen den Flächen, die den Spalt bilden, ist verhältnismäßig klein und beträgt weniger als 3 cm. Ein Material wird auf die Gießfläche gegossen, vorzugsweise mit herkömmlichen Extrusionsverfahren. Das Material kann durch wärmeinduzierte Phasentrennung mikroporöse Folien bilden.
Die Gießfläche ist in der vorliegenden Erfindung in Bewegung, während das Material auf die Gießfläche gegossen wird. Die Gießfläche wird in einer Richtung relativ zur Kondensationsfläche bewegt, um das Material durch den Spalt zu bewegen. Das Material enthält mindestens einen Verdunstungsbestandteil, der bei der Bildung des mikroporösen Materials im Allgemeinen abdunstet und auf der Kondensationsfläche kondensiert. Die Temperatur der Kondensationsfläche kann geregelt werden, um die Kondensationsgeschwindigkeit mindestens eines Verdunstungsbestandteils im Material anzupassen.
Das Verfahren eignet sich zum Herstellen mikroporöser Folien ohne Fehler, die mit herkömmlichen Verfahren verbunden sind und mit der Kondensation des Verdunstungsbestandteils in Zusammenhang stehen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform eignet sich das Verfahren für freistehende mikroporöse Folien oder Strukturen, die mikroporöse Schichten der Erfindung aufweisen, die an einem Trägermaterial fixiert sind, beispielsweise Strukturen, die aus Materialien hergestellt sind, die je nach Anwendung Polymere, Gewebe, Vlies, Folien oder Schäume oder eine Kombination davon sind. Sie können beispielsweise in so verschiedenen Anwendungen wie der Ultrafiltration von Kolloiden, als Diffusionssperren, zum Reinigen des Gesichts, als Reflektoren für diffuses Licht oder als Separatoren in galvanischen Zellen verwendet werden. Sie können ferner auf verschiedene Trägermaterialien kaschiert werden und der Schichtstoff kann verwendet werden, um solche Gegenstände wie Regenmäntel oder andere Oberbekleidung oder Campingausrüstung wie Zelte und Schlafsäcke herzustellen. Die mikroporösen Schichten der vorliegenden Erfindung können auf ein Gewebe oder einen Vliesstoff wie einen ungewebten Gitterstoff kaschiert werden. Dieser Gitterstoff kann verwendet werden, um Schutzbekleidung für den Einmalgebrauch zur Verwendung in einem Krankenhaus oder in einem Elektronik-Reinraum oder in anderen Bereichen herzustellen, in denen beispielsweise verschüttete ätzende Chemikalien ein Problem sein können.
Die mikroporösen Schichtmaterialien können ferner als Filtermaterialien zum Reinigen von Antibiotika, Bier, Ölen, Nährlösungen für Bakterien, für die Probenahme bei der Luftanalyse und zur Entnahme mikrobiologischer Proben verwendet werden. Sie können auch verwendet werden, um Verbandsmittel und Bandagen herzustellen, und bei anderen medizinischen Anwendungen. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass es für mikroporöse Materialien, die gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, viele andere Verwendungsmöglichkeiten gibt. Siehe beispielsweise die gemeinsam übertragenen US-Patentschriften 4,726,989 und 4,539,256 .
Die vorliegende Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung zur Herstellung mikroporöser Folien durch wärmeinduzierte Phasentrennungsvorgänge. Die Vorrichtung weist eine Gießfläche auf, die sich für die Aufnahme eines gegossenen Materials eignet. Das Material kann durch wärmeinduzierte Phasentrennung mikroporöse Folien bilden. Im Allgemeinen enthält das Material mindestens einen Verdunstungsbestandteil bei der Entstehung der mikroporösen Folie. Eine Kondensationsfläche ist von der Gießfläche beabstandet, um einen Spalt zwischen der Gießfläche und der Kondensationsfläche zu bilden. Die Gießfläche kann sich in einer Richtung relativ zur Kondensationsfläche bewegen, um das gegossene Material durch den Spalt zu bewegen. Die Kondensationsfläche wird bei einer Temperatur gehalten, damit mindestens ein Teil des mindestens einen Verdunstungsbestandteils auf der Kondensationsfläche kondensiert.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind die folgenden Begriffe, die in dieser Anmeldung verwendet werden, folgendermaßen definiert:
„mikroporös" heißt ein Produkt oder Material, das durch eine Vielzahl von beabstandeten, zufällig angeordneten, ungleichmäßig geformten gleichachsigen Teilchen aus einem kristallisierbaren thermoplastischen Polymer gekennzeichnet ist, und
„Verdunstungsbestandteil" heißt ein Bestandteil oder Inhaltsstoff, der als eine Hauptphase (Verschnittmittel) in dem Folienbildungsschritt vorhanden ist oder als zusätzlicher Inhaltsstoff, der bei den Gießtemperaturen flüchtig ist.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen und aus den Ansprüchen ersichtlich.
Die obigen sowie weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bei Berücksichtigung angesichts der beigefügten Zeichnungen ohne Weiteres erkennbar. Es zeigen:
1 eine vereinfachte Darstellung der vorliegenden Erfindung,
2 eine vereinfachte Querschnittsdarstellung der vorliegenden Erfindung durch einen Abschnitt von 1, und
3 eine segmentierte Schnittdarstellung einer wahlweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung, wie sie in 1 und 2 dargestellt ist, ist ein wärmeinduzierter Phasentrennungsprozess 10, der eine Gießwalze 12 mit einer Gießfläche 14 umfasst. In unmittelbarer Nähe zur Gießfläche 14 sind Kondensationsplatten 16 angeordnet, um einen Spalt mit dem Abstand H zwischen der Gießfläche 14 und einer Kondensationsfläche 18 zu bilden. Es wird ein Extrudierwerkzeug 26 verwendet, um das Material 28 auf die Gießfläche 14 zu gießen. Das Material ist eine Zusammensetzung, die durch wärmeinduzierte Phasentrennungsvorgänge mikroporöse Folien bilden kann. Das Material wird beim Gießen auf die Gießfläche 14 in eine polymere mikroporöse Folie und eine Flüssigkeit aufgetrennt, die bei der Kristallisationstemperatur des Polymers nicht mit dem Polymer mischbar ist. Ein Teil der Flüssigkeit verdunstet üblicherweise bei Temperaturen nahe der Kristallisationstemperatur des Polymers. Die Kondensationsfläche kann dann mindestens einen Teil des Verdunstungsbestandteils V kondensieren.
Die Kondensationsfläche weist kapillare Rillen 20 auf, um den Transport kondensierter Flüssigkeit zu einer Außenkante 22 der Kondensationsfläche zu unterstützen. Es können Randplatten 24 verwendet werden, um das kondensierte Material von den Außenkanten 22 der Kondensationsplatte 16 zu beseitigen. Der Prozess 10 kann wahlweise einen geladenen Draht 29 beinhalten, um die Fixierung des gegossenen Materials 28 auf der Gießfläche 14 zu unterstützen.
Die Gießfläche ist im Allgemeinen jedes herkömmliche Trägermaterial, das sich für die Aufnahme eines Materials eignet, das durch wärmeinduzierte Phasentrennung eine mikroporöse Folie bilden kann. Zu herkömmlichen Trägermaterialien gehören beispielsweise Walzen, Bänder oder Scheiben. Es ist bevorzugt, dass sich die Gießfläche in einer Richtung relativ zur Kondensationsfläche bewegt, um das gegossene Material durch den Spalt zu befördern. Vorzugsweise ist die Gießfläche temperaturgeregelt, um die Bildung von mikroporösem Materials zu unterstützen. Der Fachmann erkennt, dass Oberflächeneigenschaften wichtig für die Verarbeitung und Endanwendungen konkreter Materialien sind. Weitere Beispiele für Gießflächen sind Polymerfolien und Vlies-Trägerma terialien.
Bei der vorliegenden Erfindung wird mindestens eine Kondensationsfläche in unmittelbarer Nähe zur Gießfläche verwendet. Die Kondensationsfläche ist angrenzend an die freiliegende Oberfläche des Materials angeordnet, das auf die Gießfläche gegossen wird. Die Kondensationsfläche stellt eine treibende Kraft für die Kondensation und den Lösemitteldampftransport über den Spalt bereit. Die Kondensation und das gleichzeitige Auffangen der Verdunstungsbestandteile erfolgen, wenn das Material durch den Spalt zwischen den beiden Flächen transportiert wird. Die vorliegende Erfindung kombiniert wärmeinduzierte Phasentrennungsverfahren mit Spalttrocknungsverfahren. Spalttrocknungssysteme sind ausführlich in den US-Patentschriften 6,047,151 , 4,980,697 , 5,813,133 , 5,694,701 , 5,581,905 und 6,134,808 beschrieben. Der Spalt der Kondensationsfläche bis zur Oberfläche der gegossenen Folie beträgt vorzugsweise weniger als 3 cm. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dieser Spalt kleiner als 0,3 cm, um die Luftströme und das Auffangen der Verdunstungsbestandteile besser zu steuern.
Die Kondensationsfläche der vorliegenden Erfindung kann wahlweise offene Querrillen oder quer verlaufende Kanäle aufweisen (nachfolgend „Flächen mit Kapillarwirkung"), die Kapillarkräfte nutzen, um zu verhindern, dass die kondensierte Flüssigkeit zur freiliegenden Oberfläche des gegossenen Materials zurückfließt. Mit den Kapillarkräften wird die kondensierte Flüssigkeit auch seitlich zu den Rändern der Fläche befördert. Die Kapillarkraft oder der Kapillardruck kann als die Resultierende der Oberflächenspannung beschrieben werden, die in bogenförmigen Menisken wirkt, und wird von der Grundgleichung der Kapillarität bestimmt, die als Young-Laplace-Gleichung bekannt ist. Die Young-Laplace-Gleichung lautet: Δpc = σ(1/R1 + 1/R2)wobei Δp_c der Druckabfall über die Grenzfläche ist, σ die Oberflächenspannung ist und R₁ und R₂ die Hauptkrümmungsradien an der Grenzfläche sind. Die Kapillarität wird ausführlich in Adamson, A. W. „Physical Chemistry of Surfaces, 4th Edition", John Wiley & Sons Inc. (1982), erörtert.
Eine konkrete Art einer Fläche mit Kapillarwirkung ist als geometrisch bestimmte Fläche definiert, die die Concus-Finn-Ungleichung erfüllt, die α + θ_s < 90° lautet, wobei α der halbe eingeschlossene Winkel jeder beliebigen Ecke ist und θ_s der statische Kontaktwinkel Gas/Flüssigkeit/Feststoff ist. Der statische Kontaktwinkel wird durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bei einem bestimmten Oberflächenmaterial in Gas bestimmt. Diese Art einer Fläche mit Kapillarwirkung ist nützlich, wenn die kondensierte Flüssigkeit eine hohe Oberflächenspannung aufweist. Flächen mit Kapillarwirkung sind sehr ausführlich in Lopez de Ramos, A. L., „Capillary Enhanced Diffusion of CO₂ in Porous Media", Doktorarbeit, University of Tulsa (1993), erörtert.
Über Kapillarkräfte wird die Flüssigkeit, die auf der Fläche 18 kondensiert ist, in die Rillen gesaugt und dann dazu gebracht, seitlich zu den Randplatten 24 zu fließen (in 2 dargestellt). Wenn die Flüssigkeit das Ende der Rillen 20 erreicht, überschneidet sie sich mit dem Winkel zwischen den Randplatten 24 und der Kondensationsfläche 18. Es bildet sich ein Flüssigkeitsmeniskus und er erzeugt einen Niederdruckbereich, der die Flüssigkeit von der Fläche mit Kapillarwirkung zu mindestens einer Randplatte 24 zieht. Die Schwerkraft überwindet die Kapillarkraft im Meniskus und die Flüssigkeit fließt als Film oder Tröpfchen die Seite der Randplatten hinunter. Die kondensierte Flüssigkeit kann zur Analyse, Wiederverwendung, Entsorgung oder Ähnlichem an den Randplatten 66 aufgefangen werden. Durch diesen Strom aus kondensierter Flüssigkeit von der Platte herab kann verdampftes Material kontinuierlich an der Fläche der Kondensationsplatte kondensieren, ohne dass die kondensierte Flüssigkeit zurück auf die freiliegende Materialfläche tropft.
Die Rillen in der Kondensationsfläche können dreieckig, rechteckig, kreisförmig sein oder andere komplexere Formen aufweisen. Material, Geometrie und die Abmessungen der Rillen sind dafür ausgelegt, den erforderlichen Mengendurchfluss zu berücksichtigen, der von der Abtrennungsgeschwindigkeit und den physikalischen Eigenschaften des Kondensats, hauptsächlich Oberflächenspannung, Zähflüssigkeit und Dichte, vorgegeben wird. In der vereinfachten Darstellung sind nachstehend rechteckige und dreieckige Rillen dargestellt.
Auch wenn als Kondensationsflächen mit Kapillarwirkung andere Arten von Materialien verwendet werden können, beispielsweise poröse Medien, sorgen die Querrillen für hohe Flüssigkeitstransportgeschwindigkeiten und dafür, dass keine Anforderungen an die Plattenlänge zu stellen sind, da die Lösungsmittelabtrennung in Bahnrichtung ausgeschlossen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kondensationsplatte in mehreren Bereichen vorgesehen sein. Mehrere Bereiche bedeutet, dass mehr als eine Kondensationsplatte angeordnet sind, um die Gießfläche zu umgeben. Jeder Bereich könnte getrennte Einstellungen für jeden der Parameter zur Steuerung des Prozesses aufweisen, wie beispielsweise Spaltabstand, Temperatur der Kondensationsplatte und andere. Dies kann eine umfangreichere Steuerung des Prozesses ermöglichen, für eine höhere Produktivität und Produktqualität bei unterschiedlichen Betriebsparametern des Prozesses.
Bei einer weiteren wahlweisen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Dampfauffangvorrichtung am hinteren Ende einer Kondensationsplatte verwendet. Die Vorrichtung befindet sich in unmittelbarer Nähe der Oberfläche des Materials, um Dampf aufzufangen, der nicht an der Kondensationsplatte kondensiert ist. Im Allgemeinen werden die Dämpfe von der Bewegung der Bahn in den angrenzenden Gasphasenabschnitt der Oberfläche des Materials befördert. Ein Dampfauffangsystem, das sich für den bezeichneten Zweck eignet, ist ausführlich in der US-Patentschrift 6,553,689 beschrieben.
Konkrete Bestandteile der mikroporösen Folie sind ein kristallisierbares Polymer, ein Verschnittmittel und ein keimbildendes Mittel. Beispiele für geeignete kristallisierbare Polymere, keimbildende Mittel und Verschnittmittel umfassen die, die einzeln in der US-Patentschrift 4,726,989 aufgeführt sind. Weitere keimbildende Mittel umfassen: Gamma-Chinacridon, das Aluminiumsalz der Chinizarinsulfonsäure, Dihydrochinacridindion und Chinaridin-tetron, Triphenenolditriazin, Zweikomponenteninitiatoren wie Calciumcarbonat und organische Säuren oder Calciumstearat und Pimelinsäure, Calciumsilikat, Dicarbonsäuresalze von Metallen aus der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems, Delta-Chinacridon, Diamide der Adipin- oder Suberinsäure, Calciumsalze der Suberin- oder Pimelinsäure, verschiedene Arten von organischen Indigosol- und Carbantinpigmenten, Chinacridonchinon, N',N'-Dicyclohexyl-2,6-naphthalendicarboxamid sowie Antrachinonrot- und Bis-Azogelb-Pigmente. Bevorzugte Mittel umfassen Gamma-Chinacridon, ein Calciumsalz der Suberinsäure, ein Calciumsalz der Pimelinsäure sowie Calcium-, Zink- und Bariumsalze von Polycarbonsäuren.
Wahlweise können zusätzliche Bestandteile im Material verwendet werden. Nicht umfassende Beispiele für zusätzliche Bestandteile umfassen oberflächenaktive Stoffe, grenzflächenaktive Stoffe, Antistatika, UV- Strahlung absorbierende Mittel, Antioxidanzien, organische oder anorganische Farbstoffe, Stabilisatoren, Flammverzögerungsmittel, Duftstoffe, Weichmacher, antimikrobielle Mittel, Mittel mit abstoßender Wirkung und bewuchsverhindernde Verbindungen.
Während des Betriebs sollte die Temperatur der Kondensationsfläche mit Kapillarwirkung niedriger als die Temperatur des Extrusionswerkzeugs eingestellt sein. Die Temperatur der Kondensationsfläche mit Kapillarwirkung sollte auch niedriger als die Siede- oder Rußpunkttemperatur des Lösungsmittels/Öls in der mikroporösen Folie eingestellt sein. Die Temperatur der Kondensationsfläche mit Kapillarwirkung ist vorzugsweise höher als der Taupunkt des Wassers in der umgebenden Umgebungsluft eingestellt, um ein unerwünschtes „Ausschwitzen" des Wassers an der Vorrichtung zu verhindern. Der Fachmann ist in der Lage, das System für bestimmte Bedingungen und Materialien zu bemessen.
Das entstehende mikroporöse Produkt ist durch eine Vielzahl von beabstandeten, zufällig angeordneten, ungleichmäßig geformten gleichachsigen Teilchen aus einem kristallisierbaren thermoplastischen Polymer gekennzeichnet. Diese Polymerteilchen sind von einem Verschnittmittelmaterial umgeben und voneinander getrennt, um ein Netz aus Mikroporen zu schaffen, die durch Fibrillen miteinander verbunden sind. Größe und Form der Mikroporen werden durch das Gießverfahren gesteuert, das oben umrissen ist. Die entstehende Folie kann uniaxial oder biaxial gereckt werden, um die Porengröße zu beeinflussen. Außerdem kann das Verschnittmittel entfernt werden, um eine ähnliche Kontrolle über die Porenstruktur zu erreichen.
Diese Kondensationsplatten können gebaut werden, damit sie einen Spalt oder Zwischenraum bereitstellen, in dem der Fixierdraht angeordnet werden kann. Die Flächen der Vorrichtung mit den Kondensationsflächen mit Kapillar- Wirkung können wahlweise mit einem elektrisch isolierenden Material konstruiert oder bedeckt sein, um unerwünschte Funkenüberschläge oder Störungen des elektrostatischen Fixiervorgangs zu verhindern. Wahlweise kann in der Umgebung des elektrostatischen Fixierdrahts ein geringes Volumen Spülluft oder Spülgas zugeführt werden, damit die Umgebung dort beinahe frei von dem schwerflüchtigen Öl oder Lösungsmittel bleibt. Dies ist in den 1 und 3 dargestellt. Der Luftstrom muss gleichmäßig und kontrolliert sein, um die Entstehung unerwünschter Muster im TIPS-Material aufgrund einer ungleichmäßigen Wärmeübertragung auf die Oberfläche der gegossenen Folie durch den ungleichen Luftstrom auf ein Mindestmaß zu senken. Erwünscht ist ein Luftstrom von unter 1 m/s (200 fpm), wobei ein niedrigerer Luftstrom von unter 0,15 m/s bevorzugt ist. Der Luftstrom sollte so gleichmäßig und laminar wie möglich sein.
Mit Bezug auf 3 weist die Vorrichtung 30 der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen eine Gießfläche 32, die Kondensationsplatten 34 und 36 und die Gasspülvorrichtung 38 auf. Das Material 42 läuft unterhalb der Kondensationsplatten 34 und 36 entlang. Verdunstungsmaterial kondensiert an den Kondensationsflächen 44 und wird, wie oben beschrieben, von den Flächen mit Kapillarwirkung 46 transportiert.
Ein Fixierdraht 48 wird verwendet, um das Material auf die Gießfläche 32 zu bringen. Die Gasspülvorrichtung 38 leitet einen Luftstrom F an dem Fixierdraht 48 vorbei, um die Kondensation des Verdunstungsmaterials an dem Fixierdraht 48 zu verhindern. Wahlweise ist ein Strömungsverteilungsmittel 40 enthalten, um für einen gleichmäßigen Luftstrom zu sorgen.
Ein Weg, diesen geringen Luftstrom zu erreichen, ist die Verwendung eines porösen Mediums. Die poröse Platte kann aus verschiedenen Materialien aufgebaut sein, beispielsweise Sintermetall, gesinterter Kunststoff oder Sinterkeramik, Papier oder synthetische Filtermaterialien, Siebe, perforierte Platten oder jede Kombination davon, um einen im Allgemeinen gleichmäßigen Luftströmungswiderstand zu erzeugen, der für eine laminare Luftströmung erforderlich ist. Befindet sich die Gasspülvorrichtung für den Fixierdraht zwischen Kondensationsflächen mit Kapillarwirkung, wird erwogen, dass elektrisch isolierende Beschichtungen verwendet werden könnten, um die Enden der Kondensationsplatten abzuschirmen, sowie zum Beschichten oder für die Konstruktion der Verteilerbaugruppe selbst, da metallische geerdete Flächen die geladenen Ionen, die der Fixierdraht aussendet, auf nachteilige Weise verbrauchen könnten, wodurch seine Wirksamkeit herabgesetzt wird. Dies könnte mit Beschichtungen aus Polymeren oder Keramiken, Überzügen aus Nichtleitern oder durch die Konstruktion aus Isolatoren erreicht werden. Das Gas könnte jeder Gasstrom sein, der nicht auf unerwünschte Weise chemisch mit dem gegossenen Material oder der Vorrichtung reagiert und auch keine unerwünschten Teilchenverunreinigungen oder kondensierbaren Verunreinigungen enthält. Diese Gase könnten Luft, Stickstoff, Kohlendioxid, Helium, weitere Inertgase usw. umfassen.
Die Kondensationsfläche angrenzend an das Werkzeug weist vorzugsweise eine sehr gute Abdichtung zum Werkzeug auf, um das unerwünschte Entweichen von Gas mit dem lösungsmittel-/ölhaltigen Dampf zu verhindern. Gefördert wird dieses Entweichen durch den Kamineffekt der natürlichen Konvektion, die durch das heiße Werkzeug selbst veranlasst wird. Diese Abdichtung kann erreicht werden, indem der enge Spalt zwischen Kondensationsfläche und Werkzeugseite präzise angepasst wird oder geeignete temperatur- und ölbeständige Abdichtmaterialien wie Metallfolien, Teflon^TM, Dichtungsmaterialien aus expandiertem Teflon^TM wie von W. L. Gore and Associates, Keramik und Bahnen oder Seile aus Keramikfasern usw. verwendet werden. Wegen der unerwünschten Abkühlung des Werkzeugs und der unerwünschten Erwärmung der Platte ist es unerwünscht, zwischen der kühlen Kondensationsplatte mit Kapillarwirkung und dem Werkzeug einen unmittelbaren Kontakt herzustellen. Aufgrund dessen sind zum Abdichten Materialien mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit erwünscht. Wahlweise könnte an dieser Stelle ein zusätzlicher Vakuumauffangschlitz vorgesehen sein.
BEISPIELE
Beispiel 1
Dieses Beispiel veranschaulicht die Auswirkung des kontrollierten Gießverfahrens auf die Herstellung mikroporöser TIPS-Folien.
Für die Probe 1A wurde eine Schmelzezusammensetzung hergestellt, indem (1) 45 Teile kristallisierbares Polymer (Polypropylen DS 5D45, Schmelzindex 0,6 bis 0,8, erhältlich von Union Carbide Corp., Danbury, Connecticut), (2) 55 Teile Verschnittmittel (Mineralöl, erhältlich als White Mineral Oil #31, erhältlich von Chevron Products Company, San Francisco, Kalifornien) und (3) eine zusammengeschmolzene Mischung, die 0,2 Teile eines keimbildenden Mittels (Dibenzylidensorbitol, erhältlich als Millad 3988 von Milliken Chemical) enthielt, auf 100 Teile kristallisierbares Polymer in einen gleichläufigen 25 mm Doppelschneckenextruder (erhältlich als Modell ZE 25A von Berstorff, Charlotte, Nordkarolina) gegeben wurden. Das Verschnittmittel wurde durch eine Einspritzöffnung in den Extruder gegeben. Die zusammengeschmolzene Mischung war ein Masterbatch, das hergestellt wurde, indem vorher 97,5 Teile eines Trägerpolymers (Polypropylen DS 5D45, Schmelzindex 0,6 bis 0,8, erhältlich von Union Carbide Corp., Danbury, Connecticut) und 2,5 Teile des keimbildenden Mittels im geschmolzenen Zustand vermischt wurden. Die Gesamteinspeisungsrate aller Bestandteile betrug 6,8 kg/h. Die Temperatur in den Bereichen 1 bis 3 des Extruders wurde bei ungefähr 204°C, 271°C beziehungsweise 271°C gehalten. Die Temperatur in den Bereichen 4 bis 9 des Extruders wurde bei 227°C gehalten. Die Schneckengeschwindigkeit betrug 150 U/min.
Die Schmelzezusammensetzung wurde anschließend zu einer mikroporösen Folie geformt, indem die Zusammensetzung einen Filter passierte und durch ein Folienwerkzeug (381 mm), das bei 227°C gehalten wurde, auf ein 93°C heißes, gemustertes Gießrad gepumpt wurde, das sich mit ungefähr 4,3 Metern/Minute (mpm) drehte. Dadurch wurde eine Folie mit einer Dicke von ungefähr 114 Mikrometern hergestellt.
Nachdem sie das Folienwerkzeug verlassen hatte, jedoch vor der Umkristallisation, lief die Folie unter einer Kondensationsflächenstruktur mit Kapillarwirkung hindurch, die ungefähr 3 cm von der Oberfläche des Gießrads entfernt war. Die Kondensationsflächenstruktur mit Kapillarwirkung saß direkt an dem Folienwerkzeug, so dass aus dieser Position kein Mineralölverdunstungsmaterial entweichen konnte. Die Kondensationsflächenstruktur mit Kapillarwirkung bestand aus zwei Platten mit einem Abstand von 8 cm zwischen den Platten für eine elektrostatische Fixierbaugruppe. Bei diesem Beispiel wurde kein elektrostatischer Fixierdraht verwendet, deshalb wurde ein 50 Mikrometer dickes Stück einer durchsichtigen Polyesterfolie verwendet, um den Raum zwischen den Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung derart abzudecken, dass aus dieser Position kein Mineralölverdunstungsmaterial entweichen konnte.
Die Kondensationsflächenstruktur mit Kapillarwirkung wurde unter Verwendung von umlaufendem Betriebswasser gekühlt. Die Temperatur der Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung betrug 10°C.
Probe 1B wurde wie Probe 1A hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Temperatur der Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung auf 34°C erhöht wurde.
Probe 1C wurde wie Probe 1A hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Temperatur der Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung auf 57°C erhöht wurde.
Das Vergleichsbeispiel 1 (C1) wurde wie Probe 1A hergestellt, mit der Ausnahme, dass während des Gießens der mikroporösen Folie keine Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung verwendet wurden. Das bedeutet, dass sich in dem Raum über dem Gießrad keinerlei Ausrüstung befand.
Die Proben 1A bis 1C wiesen im Vergleich zu Probe C1 weniger flüchtiges Mineralölverdunstungsmaterial auf. Die Luftmenge um den Gießradbereich herum wurde verringert, wenn die Kondensationsflächenplatten vorhanden waren. Dadurch konnte das verdunstende Mineralöl der Richtung des Gießrads folgen und sich an den Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung sammeln. Aufgrund der geringen Gesamtdurchsatzmenge und demgemäß einer geringen Menge Mineralölverdunstungsmaterial waren die ersten beiden Rillen in der Kondensationsflächenstruktur mit Kapillarwirkung, die dem Folienwerkzeug am nächsten lagen, mit Mineralöl gefüllt, während die anderen Rillen größtenteils frei von Mineralölkondensat waren.
Eine Abnahme des Mineralölverdunstungsmaterials war zu erkennen, nachdem die Temperatur der Kondensationsflächenplatte mit Kapillarwirkung erhöht wurde. Dies entspricht mehr Mineralöl, das an den Platten kondensiert wurde, als die Temperatur erhöht wurde.
Die „Kristallisationsgrenze", die das Abkühlen der Folie anzeigt, wanderte auf dem Gießrad weiter nach unten (zur Fünf-Uhr-Position), wenn die Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung vorhanden waren, gegenüber Vergleichsbeispiel 1, bei dem sich die „Kristallisationsgrenze" nahe am Werkzeug befindet (Ein-Uhr-Position). Die mikroporöse Folie, die bei den Proben 1A bis 1C gebildet wurde, ist nach gängigen Standards akzeptabel.
Beispiel 2
Dieses Beispiel veranschaulicht die Fähigkeit der Kondensationsflächenstruktur mit Kapillarwirkung, weitere Zusätze der mikroporösen Folie zu kondensieren.
Probe 2A wurde auf dieselbe Weise hergestellt wie Beispiel 1A, außer dass eine andere Schmelzezusammensetzung und Einspeisungsgeschwindigkeit verwendet wurden. Die Gießradgeschwindigkeit und die sich ergebende Foliendicke unterschieden sich ebenfalls von Beispiel 1A. Für die Probe 2A wurde eine Schmelzezusammensetzung hergestellt, indem (1) 63 Teile kristallisierbares Polymer (Polypropylen DS 5D45, Schmelzindex 0,6 bis 0,8, erhältlich von Union Carbide Corp., Danbury, Connecticut), (2) 35 Teile Verschnittmittel (Mineralöl, erhältlich als White Mineral Oil #31, erhältlich von Chevron Products Company, San Francisco, Kalifornien), (3) eine zusammengeschmolzene Mischung, die 0,02 Teile eines keimbildenden Mittels (ein Gamma-Chinacridon, das als dauerhaftes Pigment Hostaperm E3B Rot von Clariant, Minneapolis, Minnesota, erhältlich ist) enthielt, und (4) 2,0 Teile eines Schmelzezusatzes (erhältlich als Span-20 von Ruger Chemical Company, Irvington, New Jersey) auf 100 Teile kristallisierbares Polymer in einen gleichläufigen 25 mm Doppelschneckenextruder (erhältlich als ZE 25A von Berstorff, Charlotte, Nordkarolina) gegeben wurden. Das Verschnittmittel wurde durch eine Einspritzöffnung in den Extruder gegeben. Die zusammengeschmolzene Mischung war ein Masterbatch, das hergestellt wurde, indem vorher 96 Teile eines Trägerpolymers (Polypropylen, Schmelzindex 2,5, erhältlich als Fina 3374 von Fina Oil & Chemical, Dallas, Texas) und 4,0 Teile des keimbildenden Mittels im geschmolzenen Zustand vermischt wurden. Die Gesamteinspeisungsrate aller Bestandteile betrug 4,5 kg/h. Die Gießradgeschwindigkeit bei Probe 2A betrug 2,3 mpm, wodurch sich eine Dicke der mikroporösen Folie von 178 Mikrometern ergab. Die Kondensationsflächenstruktur mit Kapillarwirkung wurde bei einer Temperatur von 10°C gehalten.
Probe 2B wurde wie Probe 1A hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Temperatur der Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung auf 36°C erhöht wurde.
Probe 2C wurde wie Probe 1A hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Temperatur der Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung auf 56°C erhöht wurde.
Das Vergleichsbeispiel 2 wurde wie Probe 2A hergestellt, mit der Ausnahme, dass während des Gießens der mikroporösen Folie keine Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung verwendet wurden. Das bedeutet, dass sich in dem Raum über dem Gießrad keinerlei Ausrüstung befand.
Die Zugabe von Span-20 erhöht herkömmlicherweise die Menge flüchtiger Bestandteile um den Gießbereich herum um ungefähr 75 bis 100 Die Entwicklungen, die in Beispiel 1 zu sehen sind, beispielsweise dass die Erhöhung der Temperatur der Kondensationsflächenstruktur mit Kapillarwirkung zu einer stärkeren Kondensation der flüchtigen Bestandteile führte, gelten auch für Beispiel 2. Wie bei Beispiel 1 beschränkte der Gesamtdurchsatz des Extruders die Menge zurückgewonnener flüchtiger Bestandteile. Es war daher schwierig, die Menge Span-20, die zurückgewonnen wurde, gegenüber der Menge flüchtigen Mineralöls mengenmäßig zu bestimmen.
Es schien jedoch keine Zunahme des Rauchs am Ende der Kondensationsflächenplatten mit Kapillarwirkung zu geben. Dies führt zu der Annahme, dass die Platten den zusätzlichen flüchtigen Stoff wirksam kondensierten.
Der Anwendungsbereich der Erfindung sollte lediglich durch die folgenden Ansprüche und deren Entsprechungen beschränkt werden.

Claims

Gießverfahren, aufweisend: (a) Bereitstellen einer Gießfläche (14, 32) und einer Kondensationsfläche (18, 44), die von der Gießfläche (14, 32) beabstandet ist, um einen Spalt von nicht mehr als 3 cm zwischen der Gießfläche (14, 32) und der Kondensationsfläche (18, 44) zu bilden, wobei die Kondensationsfläche (18, 44) mehrere kapillare Rillen aufweist, (b) Gießen eines Materials (28, 42) auf die Gießfläche (14, 32), wobei das Material (28, 42) durch wärmeinduzierte Phasentrennung mikroporöse Folien bilden kann, wobei das Material bei der Bildung der mikroporösen Folie mindestens einen Verdunstungsbestandteil aufweist, (c) Bewegen der Gießfläche (14, 32) in einer Richtung relativ zur Kondensationsfläche (18, 44), um das Material (28, 42) durch den Spalt zu bewegen, und (d) Aufrechterhalten der Temperatur der Kondensationsfläche, damit mindestens ein Teil des mindestens einen Verdunstungsbestandteils auf der Kondensationsfläche (18, 44) kondensiert.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Anpassen des Spalts aufweist, um die Kondensationsgeschwindigkeit des mindestens einen Verdunstungsbestandteils zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Material (28, 42) mit einer Temperatur auf die Gießfläche (14, 32) extrudiert wird, die höher als die Temperatur der Gießfläche (14, 32) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gießfläche (14, 32) auf einer Walze, einem Band oder einer Scheibe vorgesehen ist und das Bewegen der Gießfläche (14, 32) das Drehen der Walze, des Bands oder der Scheibe aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Anpassen der Temperatur der Kondensationsfläche (18, 44) aufweist, um die Kondensationsgeschwindigkeit des mindestens einen Verdunstungsbestandteils zu verändern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Material (28, 42) ein thermoplastisches Polymer, ein Verschnittmittel und ein keimbildendes Mittel aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Entfernen des Kondensats von der Kondensationsfläche (18, 44) aufweist, während das Kondensat im flüssigen Zustand bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kondensationsfläche (18, 44) eine Fläche (20, 46) mit Kapillarwirkung aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kondensationsfläche (18, 44) in Bezug auf die Bewegung der Gießfläche (14, 32) eine hintere Kante aufweist und neben der hinteren Kante ein Auslasskanal vorgesehen ist, wobei das Verfahren ferner das Aufnehmen von Abluft aufweist, die den Spalt durch den Auslasskanal verlässt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Fixieren des Materials (28, 42) an der Gießfläche (14, 32) nach dem Extrudieren des Materials (28, 42) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Fixieren mit einem elektrisch geladenen Draht (29, 48) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Kondensationsfläche (18, 44) zwei Kondensationsflächenabschnitte aufweist, die durch einen Schlitz getrennt sind, der das Material einem elektrischen Feld des elektrisch geladenen Drahts (29, 48) aussetzt.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner das Strömenlassen von Gas vorbei an dem elektrisch geladenen Draht (29, 48) aufweist, um die Konzentration von Verdampfungsbestandteilen in der Umgebung des elektrisch geladenen Drahts (29, 48) zu verringern.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Extrudierens des Materials (28, 42) auf eine Gießfläche (14, 32) ferner das Herstellen einer Bahn auf der Gießfläche (14, 32) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner das Anpassen der Temperatur der Gießfläche, der Temperatur des Materials oder Kombinationen davon aufweist, um die Verdampfungsgeschwindigkeit des Verdampfungsbestandteils zu verändern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gießen durch Extrudieren erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gießen über ein Folienwerkzeug erfolgt.
Vorrichtung zur Herstellung mikroporöser Folien, aufweisend: (a) einen Extruder, (b) eine Gießfläche (14, 32), die sich für die Aufnahme eines extrudierten Materials (28, 42) eignet, wobei das Material (28, 42) durch wärmeinduzierte Phasentrennung mikroporöse Folien bilden kann, wobei das Material (28, 42) bei der Entstehung der mikroporösen Folie mindestens einen Verdunstungsbestandteil aufweist, und (c) eine Kondensationsfläche (18, 44), die von der Gießfläche (14, 32) beabstandet ist, um einen Spalt von nicht mehr als 3 cm zwischen der Gießfläche (14, 32) und der Kondensationsfläche (18, 44) zu bilden, wobei sich die Gießfläche (14, 32) in einer Richtung relativ zur Kondensationsfläche (18, 44) bewegen kann, um das Material (28, 42) durch den Spalt zu bewegen, wobei die Kondensationsfläche (18, 44) mehrere kapillare Rillen aufweist, wobei die Kondensationsfläche (18, 44) bei einer Temperatur gehalten wird, damit mindestens ein Teil des mindestens einen Verdunstungsbestandteils auf der Kondensationsfläche (18, 44) kondensiert.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Gießfläche (14, 32) auf einer Walze, einem Band oder einer Scheibe vorgesehen ist und das Bewegen der Gießfläche (14, 32), das Drehen der Walze, des Bands oder der Scheibe aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Spalt angepasst werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Temperatur der Gießfläche (14, 32) niedriger ist als die Temperatur, bei der das Material (28, 42) auf die Gießfläche (14, 32) extrudiert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Spalt oder die Temperatur der Kondensationsfläche angepasst werden kann, um die Verdampfungsgeschwindigkeit des mindestens einen Verdunstungsbestandteils zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei das Material (28, 42) ein thermoplastisches Polymer, ein Verschnittmittel und ein keimbildendes Mittel aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, das ferner eine Einrichtung zum Entfernen des Kondensats von der Kondensationsfläche (18, 44) aufweist, während das Kondensat im flüssigen Zustand bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 24, wobei die Kondensationsfläche (18, 44) eine Fläche (20, 46) mit Kapillarwirkung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Kondensationsfläche (18, 44) in Bezug auf die Bewegung der Gießfläche (14, 32) eine hintere Kante aufweist und neben der hinteren Kante ein Auslasskanal vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, das ferner einen Fixierdraht (29, 48) aufweist, um das Material an der Gießfläche (14, 32) zu fixieren.
Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei die Kondensationsfläche (18, 44) zwei Kondensationsflächenabschnitte aufweist, die durch einen Schlitz getrennt sind, der das Material einem elektrischen Feld des Fixierdrahts (29, 48) aussetzt.
Vorrichtung nach Anspruch 28, das ferner das Strömenlassen von Gas vorbei an dem elektrisch geladenen Draht aufweist, um die Konzentration von Verdampfungsbestandteilen in der Umgebung des Fixierdrahts (29, 48) zu verringern.