Polyesterfolien - ein Tausendsassa unter den Polymeren

Von der High-Tech-Isolation bis zur Lebensmittelverpackung: Polyesterfolien sind unscheinbare, aber vielseitige Hochleistungsmaterialien, die unsere moderne Welt prägen. Was macht diese Folien so unverzichtbar? Wie schafft man es durch das raffinierte Verfahren der biaxialen Orientierung, dass die positiven Eigenschaften noch verstärkt werden und einen Werkstoff schafft, der extrem reißfest, hitzestabil und ein hervorragender Isolator ist?

Polyesterfolien bestehen aus Polyethylenterephthalat (PET), einem synthetischen Kunststoff, der zur Stoffklasse der Polyester gehört. PET ist ein thermoplastisches Polymer, das in einer Polykondensationsreaktion aus den Monomeren Ethylenglykol (ein Diol) und Terephthalsäure (eine Dicarbonsäure) hergestellt wird. Die chemische Struktur zeichnet sich durch die Ausbildung von Esterbindungen in der Hauptkette aus. Polyesterfolien sind hitzestabil, chemisch gegenüber vielen Chemikalien beständig, können vielseitig modifiziert werden, sind mechanisch stabil und haben hervorragende elektrische Eigenschaften.

Obwohl PET die mit Abstand wichtigste Folie dieser Klasse ist (insbesondere in der biaxial orientierten Form, BOPET), sind auch andere Polyester wie Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polybutylenterephthalat (PBT) in bestimmten technischen Anwendungsbereichen relevant.

Unterschiedliche Versionen und deren Eigenschaften

Polyesterfolien werden in zahlreichen Varianten gefertigt, um spezifische Anforderungsprofile zu erfüllen. Die Standardform ist die biaxial orientierte PET-Folie (BOPET). Durch die Streckung in Längs- und Querrichtung erhält sie ihre herausragenden Eigenschaften: hohe Reißfestigkeit, ausgezeichnete mechanische Belastbarkeit, sehr gute Dimensionsstabilität und eine hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit. Sie ist zudem thermisch stabil (bis ca. 150-200°C) und weist sehr gute Barriereeigenschaften gegen Gase und Feuchtigkeit auf. Spezielle Versionen sind für den direkte Kontakt mit Lebensmittel oder den Einsatz in der Medizintechnik geeignet.

Hinsichtlich der Optik unterscheidet man:

  • Glasklare Folien: Sie bieten hohe Transparenz und Glanz und werden typischerweise für Bedruckungen, Displays und Schutzfolien eingesetzt.
  • Trübe oder Transluzente Folien: Diese haben ein leicht milchiges Erscheinungsbild, weisen aber oft eine höhere Oberflächenrauigkeit auf, was die Handhabung und Verarbeitbarkeit in industriellen Prozessen erleichtert. Sie finden sich häufig in der elektrischen Isolation.
  • Weiße oder Opake Folien: Sie sind lichtundurchlässig und werden als synthetisches Papier, für Sichtschutz- oder spezielle Verpackungsanwendungen genutzt.

Durch Veredelung entstehen weitere wichtige Varianten:

  • Metallisiert: Eine dünne Metallschicht, meist Aluminium, wird im Vakuum aufgedampft. Dies verbessert die Barriereeigenschaften gegen Sauerstoff, Wasserdampf und Aromen erheblich und wird für reflektierende Folien genutzt.
  • Oberflächenbehandelt: Spezielle Beschichtungen oder Behandlungen (z.B. Corona oder Acryl) verbessern die Haftung von Druckfarben oder Klebstoffen (Bedruckbarkeit) oder verleihen dem Film eine bessere Siegelfähigkeit (Heißsiegel-Folien).
  • Spezialfolien: Hierzu zählen flammhemmende (FR) oder UV-stabilisierte Versionen für Sicherheits- oder Außenanwendungen sowie thermisch stabilisierte Folien für medizinische oder industrielle Zwecke.

Herstellmethoden

Die Herstellung hochwertiger Polyesterfolien (BOPET) ist ein mehrstufiger Prozess, der mit der Erzeugung des PET-Granulats beginnt.

  • Extrusion: Das PET-Granulat wird eingeschmolzen und durch eine Breitschlitzdüse gepresst, wodurch ein heißer, flüssiger Film entsteht.
  • Kühlen (Gießen): Der Film wird auf eine gekühlte Walze (Gießwalze) gegossen, um ihn schnell zu einem amorphen (nicht kristallinen) Zustand zu verfestigen.
  • Biaxiale Orientierung (Streckung): Dieser Schritt ist entscheidend für die mechanischen Eigenschaften. Der Film wird zunächst in Längsrichtung (Maschinenrichtung) und anschließend in Querrichtung in einer sogenannten Tenter-Frame-Anlage unter kontrollierter Temperatur gestreckt. Die Ausrichtung der Polymerketten in beiden Achsen (biaxiale Orientierung) verleiht der Folie ihre hohe Festigkeit und Dimensionsstabilität.
  • Fixierung (Tempern): Nach der Streckung wird die Folie thermisch fixiert (getempert), um die erzielte Orientierung zu stabilisieren und die thermischen Schrumpfungseigenschaften (möglichst gering) zu optimieren.
  • Aufrollen: Die fertige Polyesterfolie wird abschließend auf Rollen (Jumbo-Rollen) aufgewickelt.

Unterschiede zwischen PET-A, PET-C und PET-G

Polyethylenterephthalat (PET) ist ein thermoplastischer Kunststoff, der je nach molekularer Struktur und Herstellungsprozess in verschiedenen Formen auftritt. Die Unterscheidung in PET-A, PET-C und PET-G bezieht sich primär auf den amorph/kristallinen Zustand der Vernetzung und eine chemische Modifikation.

PET-A (Amorphes PET): Das PET-A ist die amorphe (nicht-kristalline) Form des PET. Es entsteht, wenn geschmolzenes PET schnell abgekühlt wird, beispielsweise beim Gießen von Folien oder beim Blasformen von Flaschen. Die Polymermoleküle haben keine geordnete Kristallstruktur, weshalb PET-A glasklar und transparent ist (bis zu einer gewissen Wandstärke). Ein wesentlicher Vorteil von PET-A ist die verbesserte Schlagzähigkeit und Dimensionsstabilität im Vergleich zur kristallinen Form. Allerdings neigt amorphes PET zur Kristallisation, wenn es über eine bestimmte Temperatur erhitzt wird, was zu einer Trübung führt. Es wird häufig für Getränkeflaschen, Klarsichtfolien und technische Bänder verwendet.

PET-C (Kristallines PET): Das PET-C steht für kristallines PET, das entweder durch langsames Abkühlen oder durch eine thermische Behandlung (Kristallisation) von amorphem PET entsteht. Durch die geordnete Kristallstruktur ist PET-C in der Regel trübe bis rein-weiß und weist eine höhere Dichte auf. Die Kristallisation führt zu einer erheblich höheren Steifigkeit, Festigkeit und Abriebfestigkeit. PET-C ist thermisch höher belastbar als PET-A und neigt nicht zum Kriechen. Es eignet sich für technische Formteile im Maschinenbau und für temperaturbelastbare Industriefolien.

PET-G (Glykol-modifiziertes PET); Das PET-G ist eine spezielle chemische Modifikation des PET, bei der während der Polykondensation Glykol-Komponenten (meist Cyclohexandimethanol, CHDM) hinzugefügt werden. Das „G“ steht dabei für Glykol. Diese Modifikation unterdrückt die Kristallisationsneigung des Materials. PET-G bleibt auch beim Erhitzen transparent und glasklar und ist dadurch optimal für das Thermoformen (Tiefziehen) geeignet. Es zeichnet sich durch eine sehr hohe Transparenz, gute Zähigkeit und eine geringere Viskosität aus. Im Vergleich zu reinem PET ist es etwas weicher und hat eine niedrigere Wärmeformbeständigkeit, bietet aber eine ausgezeichnete Chemikalienbeständigkeit und eben eine leichtere Verarbeitbarkeit beim Tiefziehen.

Abgrenzung zu PEN und PBT

Neben PET gibt es weitere wichtige Polyester, die sich chemisch von PET ableiten und für anspruchsvolle Anwendungen genutzt werden: PEN und PBT.

Polyethylennaphthalat (PEN): PEN unterscheidet sich von PET durch die Verwendung von Naphthalindicarbonsäure anstelle der Terephthalsäure. Diese Strukturveränderung macht PEN zu einem Hochleistungspolyester. PEN-Folien bieten eine deutlich verbesserte thermische Beständigkeit und können bei höheren Temperaturen eingesetzt werden als PET. Zudem weist PEN überlegene Barriereeigenschaften gegen Gase auf und besitzt eine höhere Dimensionsstabilität und Hydrolysebeständigkeit. Obwohl es teurer ist als PET, wird es oft als Brücke zwischen dem Standard-PET und sehr teuren Hochleistungspolymeren wie Polyimiden gesehen. Es findet Anwendung in anspruchsvollen Elektronikkomponenten, Kondensatoren und temperaturbelasteten Spulen und Transformatoren.

Polybutylenterephthalat (PBT): PBT ist dem PET chemisch sehr ähnlich, jedoch wird bei seiner Herstellung 1,4-Butandiol anstelle von Ethylenglykol verwendet. Dies führt zu einer abweichenden molekularen Kette. PBT ist ein teilkristalliner Thermoplast, der im Vergleich zu PET schneller kristallisiert. Dieser Umstand macht PBT besonders gut geeignet für das Spritzgussverfahren, da es kürzere Zykluszeiten ermöglicht. Im Vergleich zu kristallinem PET (PET-C) weist PBT in der Regel eine etwas geringere Festigkeit und Steifigkeit auf, bietet jedoch eine bessere Schlagzähigkeit, insbesondere bei tiefen Temperaturen. PBT wird aufgrund seines guten Gleit- und Reibverhaltens sowie seiner elektrischen Isolationseigenschaften bevorzugt für technische Formteile, Steckverbinder und im Automobilbau eingesetzt. Es ist besser als PET im Spritzguß- und Tiefzugverfahren verarbeitbar wie PET.

Verwendungen

Polyesterfolien werden aufgrund ihrer vielseitigen mechanischen, thermischen und chemischen Eigenschaften in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt:

  • Verpackungsindustrie: Den häufisten Einsatz finden Polyesterfolien in diesem Bereich. Hier dienen sie als hochfeste und barrierewirksame Komponente, insbesondere in flexiblen Lebensmittelverpackungen, wo sie oft in Laminaten zum Einsatz kommen oder metallisiert werden. Sie werden auch für Deckelfolien sowie hitzebeständige Mikrowellen- und Kochverpackungen verwendet. Wegen der guten Metallbedampfbarkeit und hervorragenden Gasdiffusionsdichtigkeit werden sie z.B. als Verpackung für ChioChips eingesetzt.
  • Elektro- und Elektronikindustrie: Die hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit macht PET-Folien zu einem hervorragenden Isolationsmaterial in Motoren, Transformatoren und Kabeln. Zudem dienen sie als Basismaterial für flexible Leiterplatten (FPC) und als Dielektrikum in Kondensatoren. Die massenhafte Herstellung macht den Kunststoff auch aufgrund seines Preise zur ersten Wahl in der Elektrotechnik.
  • Grafische Industrie und Druck: Polyesterfolien werden auch häufig als Träger für hochwertige Druckprodukte wie Plakate, Ausweise und Spezialkarten eingesetzt. Sie werden auch als Laminierfolien zum Schutz und zur Veredelung von Druckerzeugnissen verwendet.
  • Kennzeichnung: Ihre chemische und mechanische Beständigkeit prädestiniert sie für robuste, langlebige Etiketten und Aufkleber, beispielsweise in der Automobil- oder Maschinenbauindustrie.
  • Spezialanwendungen: Weitere Einsatzgebiete umfassen Schutzfolien (z.B. Solar- und Sicherheitsfolien), Trennschichten, Basismaterial für fotografische und medizinische Filme sowie in akustischen Membranen.

 Die größten Hersteller

In den letzten Jahren sind in China mehrere große Hersteller für Polyesterfolien entstanden bzw. groß geworden. Langjährige Anbieter aus anderen Ländern sind zum Beispiel:

  • Mylar Specialty Films Limited, zuvor DuPont Teijin Films (DTF): Ein Joint Venture zwischen DuPont und Teijin, das weltweit als einer der größten Hersteller von PET-Folien bekannt ist. Mit dem Produkt Mylar® beherrscht DTF seit langem den Markt der elektrischen Isolationsfolien. Der Bereich wurde Anfang 2024 umbenannt - das Unternehmen selbst blieb unverändert.
  • Mitsubishi Chemical Group (früher Mitsubishi Polyester Film): Ein weiterer globaler Akteur mit einer breiten Palette an Polyesterfolienprodukten für verschiedene industrielle Anwendungen. Die Folien sind unter dem Handelsname Hostaphan® bekannt.
  • Toray Industries, Inc.: Ein japanisches multinationales Unternehmen, das ebenfalls ein bedeutender Hersteller von Polyesterfolien und anderen Hochleistungsmaterialien ist. Die Folien sind unter dem Namen Lumirror® bekannt.
  • Kolon Industries: Ein südkoreanisches Unternehmen, das eine breite Palette von Filmen, einschließlich Polyester, herstellt.
  • FWG Folienwerk Wolfen: Hersteller von Bio-basierten Folien und vor allem PET-G aus Deutschland