DE1239085B

DE1239085B - Verfahren zur Herstellung von UEberzuegen und Folien aus Kunststoffen

Info

Publication number: DE1239085B
Application number: DE1960P0025103
Authority: DE
Inventors: Dr Paul Hittmair; Dr Jacob Pomeraniec; Alfred Stern
Original assignee: POLYCHEM AG
Current assignee: POLYCHEM AG
Priority date: 1959-06-03
Filing date: 1960-05-31
Publication date: 1967-04-20
Also published as: CH1381060A4; FR1288034A; CH412779A; CH362628A; GB956564A; BE591481A; NL252274A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

B29d

Deutsche Kl.: 39 a3 - 9/00

Nummer: 1 239 085

Aktenzeichen: P 25103 X/39 a3

Anmeldetag: 31. Mai 1960

Auslegetag: 20. April 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Überzügen und Folien aus Kunststoffen durch Aufsprühen normalerweise fester thermoplastischer oder hitzehärtbarer Polymere in Form einer Lösung, Dispersion, Schmelze oder feiner Teilchen im elektrostatischen Feld auf einen Träger.

Es ist bereits bekannt, das Aufsprühen von Kunststoffen durch Einstellung eines bestimmten Potentialgradienten des Niederschlagsfeldes zu beeinflussen, um insbesondere eine spezielle Teilchenform des aufgetragenen Elastomers zu erzeugen.

Es ist ferner bekannt, den Niederschlag durch Wahl einer erhöhten Temperatur oder durch eine besondere mechanische Zerstäubung des zu versprühenden Materials zu beeinflussen, insbesondere durch die Verwendung von Preßluft.

Diese Verfahren weisen den Nachteil auf, daß sie zu einer relativ großen Schichtdicke führen und keinen absolut gleichmäßigen Auftrag ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem sich dünne, gleichmäßige Schichten erzeugen lassen, wie es mit den bekannten Verfahren nicht möglich ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist darin zu sehen, daß dem Kunststoff ein Salz, ein Ester oder ein Amid einer organischen Säure mit einem langkettigen aliphatischen Rest zugemischt wird, daß die Leitfähigkeit auf einen Wert im Bereich von 0,3 · 10^e bis 5,5 · 10¹⁰ Ohm/cm³ eingestellt und daß diese Mischung versprüht wird.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen ergänzend beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein erstes Beispiel einer Anlage zur Erzeugung bandförmiger Schichten;

F i g. 2 zeigt ein zweites Beispiel einer Anlage zur Erzeugung bandförmiger Schichten.

In F i g. 1 der Zeichnung ist 1 ein Maschinengestell, mit 2 sind die im Gestell gelagerten Auf- bzw. Abwickelrollen für ein Trägerband 3, ζ. Β. aus Papier, Metall, Kunststoff, Textilmaterial od. dgl. bezeichnet. Ein Elektromotor 4 dient dem Antrieb der einen Bandrolle 2. Das Trägerband 3 führt von der nicht angetriebenen Rolle 2 über eine Bandführung 5, überquert dann den eigentlichen Arbeitsbereich der Einrichtung und gelangt über eine zweite Bandführung 5 zur angetriebenen Bandrolle 2. Innerhalb des zwischen Führungen 5 liegenden Arbeitsbereiches der Einrichtung sind der Unterseite des Trägerbandes 3 zugekehrte Heizlampen 6 vorgesehen. Ferner ist ein am Gestell 1 in nicht näher dargestellter Weise

Verfahren zur Herstellung von Überzügen und
Folien aus Kunststoffen

Anmelder:

Polychem Aktiengesellschaft,
Vaduz (Liechtenstein)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Bohr, Dipl.-Ing. S. Staeger
und Dr.-Ing. H. Fincke, Patentanwälte,
München 5, Müllerstr. 31

Als Erfinder benannt:

Dr. Jacob Pomeraniec, London;

Alfred Stern,

Newcastle-upon-Tyne, Northumberland

(Großbritannien);

Dr. Paul Hittmair, Feldkirch (Österreich)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 3. Juni 1959 (73 943)

Großbritannien vom 29. Juli 1959 (26009)

höhenverstellbar angeordneter Träger für einen Materialbehälter 7 vorgesehen, der mit einer Heizvorrichtung 8 versehen ist. Der Behälter 7 ist über eine Leitung 9 mit einer Schlitzdüse 10 verbunden, die mit Abstand unter dem Trägerband 3 angeordnet ist. Die Schlitzdüse 10 steht mit einem Hochspannungsgerät 11 in Verbindung.

Beim Betrieb der beschriebenen Einrichtung wird der zu einem Flächengebilde zu verarbeitende Feststoff im Behälter 7 auf die für ein einwandfreies Zersprühen notwendige Plastizität und Leitfähigkeit gebracht. Dies kann außer durch Erwärmen durch Zusätze auch auf chemischem Wege, durch Mischen, durch geeignete Lösungsmittel oder durch Weichmacher geschehen. Der durch entsprechende HÖheneinstellung des Behälters 7 bis unmittelbar über die Mündung der als Überlauf wirkenden Düse 10 hinaus vordringende, fließbare Stoff wird dort durch das starke, mittels Spannungen von mindestens kV zwischen Düse und geerdetem Trägerband erzeugte elektrostatische Feld in Form feiner Tröpfchen hochgerissen und gegen die Unterseite des Trägerbandes 3 geschleudert. Es hat sich als beson-

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ders zweckmäßig erwiesen, mit Spannungen von 30 bis 60 kV zu arbeiten, da dann eine besonders starke, weitere Aufspaltung der vom Feld hochgerissenen Stoffpartikeln eintritt, bevor diese auf das Trägerband 3 auftreffen und dort haften. Die Wahl der jeweils günstigsten Spannung hängt natürlich auch vom gegenseitigen Abstand zwischen Düse und Träger ab. Durch die dadurch erzielte Feinheit der auftreffenden Partikeln wird ein besonders gleichmäßiger homogener Belag auf dem Trägerband 3 erhalten. Durch geeignete Dosierung des aus der Düsenmündung austretenden Materials, durch Wahl einer geeigneten Düsengröße und durch Anpassung der Bandgeschwindigkeit lassen sich auf dem Trägerband Schichten von praktisch beliebiger Dicke, d. h. bis zu kleinsten Schichtdicken von nur wenigen Moleküldurchmessern erreichen.

Je nach Art des Auftragmaterials muß das Trägerband im Bereich der Auftreffstelle der Partikeln mehr oder weniger beheizt werden; dies geschieht mittels der Heizlampen 6, deren Heizleistung z. B. regulierbar sein kann. Das Abkühlen und Aushärten der Schicht tritt meist selbsttätig ein, nachdem sich der beschichtete Bandteil aus der Heizzone herausbewegt hat.

Wie schon erwähnt, ist es möglich für das Trägerband 3 die verschiedensten Materialien, z. B. Metall, Papier, Kunststoff, Textilmaterial od. dgl. zu verwenden. An Stelle von Bändern könnten auch Trommeln oder andere mit einer Auffangfläche versehene Träger verwendet werden. Metallträger werden meist dann verwendet, wenn das zu erzeugende Flächengebilde nachträglich vom Träger abgetrennt werden soll. Es werden dabei für die verschiedensten Verwendungszwecke; geeignete Bandfolien erhalten, wie sie z. B. als Verpackungsmaterial, als Membran oder als Basisfolie zum nachträglichen Beschichten mit anderen Stoffen verwendet werden können. Es ist aber auch möglich, den Träger aus einem elektrisch isolierenden Material herzustellen. In diesem Fall wird zweckmäßig: ^sjiber. der Auffangfläche, des Trägeis eine¹* metallische Gegenelektrode, z.B. eine Bandfolie 12, angeordnet, wie dies bei der gezeichneten Einrichtung vorgesehen ist. Im vorliegenden Fall ist diese Bandfolie 12 über am Gestell! abgestützte: Umlenkrollen13 ,.gelegt und z.B. synchron mit^; dem Trägerbänd-antreibbär. Es dient gleichzeitig dem^: Planhalten .des darunter befindlichen -Trägerbandes,· das gern ζμηι Querwölben neigt, wodurch der Abstand der' Bandrander von der als spannungsführenden Elektrode ■'wirkenden Düse so gering werden kann, daß Übersehläge auftreten. Überschläge und der dadurch momentan bedingte Feldzusammen-. bruch führen dann · fast zwangläufig zu Ungleichmäßigkeiten in der Bandbeschichtung. Es versteht sich, daß auch andere Mittel zur Planhaltung des Trägerbandes 3 vorgesehen sein könnten. An Stelle einer metallischen Gegenelektrode könnte auch eine "solche aus einem anderen leitenden Material z. B. aus Kohlenstoff, verwendet werden.

Durch Verwendung eines Gegenbandes 12 lassen sich nach dem beschriebenen Verfahren nicht nur kontinuierliche, sondern auch gemusterte, d. h. mit Auslassungen versehene oder andere von der Trägerbandform abweichende Formen aufweisende Flächengebilde erzeugen. Wird z. B. als Gegenband 12 ein Metallband verwendet, daß an den Stellen, an welchen das Trägerband 3 belagfrei bleiben soll, Ausschnitte aufweist, so wird bei synchronem Mitbewegen des Gegenbandes eine diesem Musterband entsprechend gemusterte Beschichtung des Trägerbandes 3 erzielt.

Außer sehr dünnen Schichtkörpern lassen sich nach dem beschriebenen Verfahren auch mehrlagige Schichtkörper herstellen, indem das Trägerband 3 in zeitlichen Unterbrechungen oder kontinuierlich mehrmals an der Düse 10 vorbeigeführt wird. Es

ίο kann dabei für aufeinanderfolgende Lagen das gleiche oder ein anderes Material verwendet werden. Dadurch können z. B. relativ dicke Flächengebilde mit einer gewünschten Oberfläche aus hochwertigem Material und einer Basis aus weniger hochwertigem, billigerem Material vollständig nach ein und demselben Verfahren hergestellt werden. Dies ist besonders dort von Vorteil, wo auch das Basismaterial sich auf andere Weise nicht in der gewünschten Qualität dünnschichtig genug herstellen läßt. Andererseits können auch mehrere hintereinander angeordnete Düsen zur Wirkung gebracht werden. Dadurch wird es möglich, in ein und demselben Arbeitsgang auch einen mehrlagigen Schichtkörper herzustellen.

Das beschriebene Verfahren eignet sich auch zur Herstellung von bisher durch Zusammenschweißen mehrerer Lagen erzeugten Flächengebilden aus Kunstharzen, die sich nach erfolgter Reckung bzw. Verfestigung nicht mehr ohne weiteres schweißten lassen; ein solches Material ist z.'B. Polyäthylenterephthalat. Auf die gereckte Folie wird dann nach dem beschriebenen Verfahren die zweite Lage aufgesprüht, und Versuche beweisen, daß dadurch ein einwandfreier Verbund der beiden Lagen erzielt werden kann.

Das beschriebene Verfahren eignet sich aber nicht nur zur Erzeugung ebener Flächengebilde; es kann bei geeigneter Anordnung und Ausbildung der Düse 10 auch zum Überziehen fester Formkörper beliebiger Oberflächenform mit einem festhaltenden Überzug aus plastiflzierbarem oder pulverisierbarem Material verwendet werden, und zwar derart dünnschichtig, wie dies bisher mit den üblichen Beschichtungsverfahren unmöglich war.

Wird als Ausgangsmaterial ein pulverisierbarer

Feststoff verwendet, so wird! das Pulver an Stelle der Düse 10 auf eine geeignete, als Elektrode dienende Unterlage aufgebracht, von wo es durch das Hochspannungsfeld gegen die Unterseite des Trägerbandes 3 hochgerissen wird. Bei geeigneter Wahl der Spannung,, die bei geeignetem Elektrodenabstand z.B. über 100 kV, z.B. bei 120 kV, liegt, wird erreicht, daß zwischen Unterlage und Trägerband durch unterschiedliche, dem Feld entgegenwirkende Schwerkraftwirkung eine Art Siebung der Stoffpartikeln erreicht wird, indem nur die feinsten Partikeln bis zum Trägerband gelangen, während die gröberen Partikeln nicht genügend Bewegungsenergie erhalten und wieder auf die Unterlage zurückfallen. Damit lassen sich homogene Schichten aus derart kleinen Partikeln erzeugen, wie sie durch kein mechanisches Siebungsverfahren separiert werden könnten. Es versteht sich, daß bei Verwendung von Pulvermaterial Maßnahmen zur Verschmelzung und zum Haften der am Trägerband auftreffenden Partikeln getroffen werden müssen. Zur Durchführung dieses Verfahrens eignen sich deshalb thermoplastische Feststoffe, wobei z. B. mittels der Heizlampen 6 das Trägerband' auf die erforderliche Temperatur gebracht werden

kann. Auch heizbare Trommeln eignen sich hier als Träger.

Wenn dem elektrischen Feld das verflüssigte Material in feinverteilter Form zugeführt werden soll, werden die physikalischen Eigenschaften des Materials so gewährt oder geändert, daß die Partikelgröße durch das Feld vermindert wird. Um dies zu erreichen, muß besonders die elektrische Leitfähigkeit des Materials richtig gewählt werden. Zweckmäßig besitzt das Material eine zwischen 0,3 und 20 · ΙΟ⁶ ίο Ohm/cm³ bei 22⁰C liegende Leitfähigkeit, wobei Werte zwischen 0,3 und 15 · 10^c Ohm/cm³ sich als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Die Viskosität des Materials sollte nicht größer als 80 dyn sec/cm² bei 21° C sein.; zweckmäßige Werte liegen um 50 dyn sec/cm².

Die Eigenschaften des Ausgangsmaterials können durch Zusätze, wie Plastifikatoren, Lösungsmittel oder andere chemische Additive auf die gewünschten Werte gebracht werden. Andererseits kann ein Material mit zu großer bzw. zu kleiner Leitfähigkeit auch mit einem Material mit geringer bzw. größerer Leitfähigkeit gemischt werden. Die physikalischen Eigenschaften gewisser Materialien lassen sich auch durch physikalische Behandlung mit oder ohne zusätzliche chemische Beeinflussung in der gewünschten Weise verändern. So lassen sich die Eigenschaften von gewissen Kohlenwasserstoff-Materialien durch Bestrahlung verändern.

Es hat sich gezeigt, daß gute Resultate mit Spannungen zwischen 15 und 150 kV, zweckmäßig zwischen 20 und 50 kV, erreichbar sind; zum Versprühen von Pulvermaterial hat sich eine Spannung von mindestens 60 kV als zweckmäßig erwiesen.

Die in F i g. 2 gezeigte Anlage besitzt einen ummantelten Behälter 15 für das zu versprühende flüssige Material. Im Behälter 15 ist ein Rührwerk 16 angeordnet. Vom Behälter 15 führt eine Leitung über einen Haupthahn 17 zu einem Förderraum mit afitreibbarer Förderschnecke 18, welche eine nach oben gerichtete Schlitzdüse 19 speist. Über der Düse 19 ist als Gegenelektrode eine mit nicht dargestellter Innenheizung versehene Metalltrommel 20 angeordnet. Ein zu beschichtendes Trägerband 21 wird von einer Vorratsrolle 22 abgewickelt, nach Passieren einer Leitrolle 23 um die Trommel 20 geschlungen und an einer Heiz- bzw. Trocknungsvorrichtung 24 vorbeigeführt. Über eine weitere Leitrolle 25 passiert das Trägerband eine Behandlungsstation 26 und wird dann auf eine Aufnahmetrommel 27 gewickelt. Die Fördergeschwindigkeit der Förderschneckeneinrichtung, der Abstand der als Hauptelektrode dienenden Düse 19 von der Gegenelektrode 20 und die Größe des Düsenspaltes sind einstellbar, wobei auch die Temperatur im Behälter 15, in der Fördereinrichtung, in der Düse 19, in der Gegenelektrode 20 und in der Heizvorrichtung 24 einstellbar ist.

Zum Betrieb der beschriebenen Anlage wird zwischen Düse 19 und Gegenelektrode 20 ein Hochspannungsfeld erzeugt, während das zu sprühende Material mit den eventuell notwendigen Zusätzen in den Behälter 15 eingefüllt wird. Mittels der Förderschnecke 18 wird das verflüssigte Material der Düse 19 zugeführt, wo es in Form eines Strahls aus feinverteilten Partikeln austritt. Durch das elektrostatische Hochspannungsfeld werden die Partikeln nach oben geführt und noch vor ihrem Auftreffen auf dem Trägerband 21 weiter zerkleinert. So entsteht auf dem Trägerband 21 aus den feinen Partikeln eine dünne Schicht; das zusätzliche Erhitzen dieser Schicht beim Passieren der Heizvorrichtung 24 kann ein noch innigeres Verschmelzen der Partikeln bewirken. In der Vorrichtung 26 wird die vom Trägerband mitgeführte Schicht gekühlt.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Überzügen und Folien aus Kunststoffen durch Aufsprühen normalerweise fester thermoplastischer oder hitzehärtbarer Polymere in Form einer Lösung, Dispersion, Schmelze oder feiner Teilchen im elektrischen Feld auf einen Träger, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kunststoff ein Salz, ein Ester oder ein Amid einer organischen Säure mit einem langkettigen aliphatischen Rest zugemischt wird, daß die Leitfähigkeit auf einen Wert im Bereich von 0,3 · 10⁶ bis 5,5 · 10¹⁰ Ohm/cm³ eingestellt und daß diese Mischung versprüht wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 634 177, 766 247;

deutsche Patentanmeldung B 14316 IVd/75c
(bekanntgemacht am 11. 6. 1952);

schweizerische Patentschriften Nr. 321 226,
322 740;

französische Patentschrift Nr. 1 140 146;

britische Patentschrift Nr. 605 338;

USA.-Patentschrift Nr. 2 551 035;

Zeitschrift »Industrie-Lackier-Betrieb«, 1954,
Nr. 6, S. 126 bis 129.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1 089 964.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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