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Verfahren zum Überdecken von Oberflächen mit einer geschlossenen
Schicht aus Olefinpolymeren oder Olefinmischpolymeren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überdecken von Oberflächen mit einer geschlossenen poren- freien Schicht aus Olefinpolymeren oder Mischpolymeren aus Monoolefinen, bei dem man eine Suspen- sion, die das pulverförmige Polymer in einem Verteilungsmittel enthält, auf die zu behandelnde Ober- fläche aufträgt und diese derart einer Wärmebehandlung unterzieht, dass die Polymerteilchen zu einer geschlossenen Schicht zusammenfliessen.
Aus der belgischen Patentschrift Nr. 498505 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei dem man zur
Herstellung der aufzutragenden Suspension von einer mittels eines geeigneten Lösungsmittels hergestell- ten warmen Lösung des Polymers ausgeht, aus der man durch AbkUhlen eine kolloidale Suspension er- hält, der man dann noch ein Verteilungsmittel zusetzt. In der niederländischen Patentschrift Nr. 80943 ist ein derartiges Verfahren beschrieben, bei dem man einem Sol oder Gel, welches man aus einer Lö- sung des Polymers durch Abkühlen dieser Lösung erhalten hat, eine Menge trockenen Polymerpulvers zu- setzt.
Es ist bei diesen bekannten Techniken als Nachteil zu werten. dass man das Polymer, das für die Herstellung der Suspension bestimmt ist, noch vor dieser Herstellung aufzulösen hat, was einer zusätzlichen Bearbeitung gleichkommt, und ausserdem, wenn das Ausgangsprodukt schwerlösliches Niederdruckpolyäthylen ist, nur dazu führen kann, dass sich Suspensionen mit niedrigem Gehalt an festem Polymer bilden, wobei die Viskosität dieser Suspensionen bei deren Auftragung auf vertikale Oberflächen eine zu geringe ist, um auf diesen eme Schicht von ausreichender Dicke zu bilden. Es ist dann unumgänglich, dass man die Bearbeitung einige Male wiederholt, will man im Anschluss an die Wärmebehandlung endgültig eine geschlossene porenfreie Polymerschicht erhalten.
Es wurde nunmehr gefunden, dass es möglich ist, eine solche zusammengeschlossene porenfreie Schicht in nur einem Arbeitsgang auf einer Oberfläche anzubringen, wenn man hiezu eine unmittelbar aus dem pulverförmigen Polymer und einem Verteilungsmittel hergestellte Suspension verwendet, vorausgesetzt, dass man bei der Zusammensetzung dieser Suspension eine gewisse Bedingung einhält. Es hat sich nämlich herausgestellt, dass es eine gewisse Relation gibt zwischen einerseits der Menge Feststoff, die in einer Suspension vorhanden sein soll, um mit derselben gute Ergebnisse erzielen zu können, und anderseits dem sogenannten Füllgewicht des trockenen Feststoffes. Das Füllgewicht stellt das Gewicht von 1 cm3 des Pulvers in g dar.
Man erzielt gute Erfolge, wenn der Gewichtsprozentsatz des in der Suspension vorhandenen Polymers mindestens das 80fache und höchstens das 115fache des Füllgewichts beträgt. Enthält die Suspension eine geringere Menge Polymer, so ist, nachdem das Verteilungsmittel verdampft ist und die Polymerteilchen zusammengeflossen sind, die Dicke der Schicht zu gering. Suspensionen, die einen höheren als den oben als Höchstgrenze angegebenen Gewichtsprozentsatz Polymer enthalten, lassen sich demgegenüber nur schwer verarbeiten, so dass man keine gleichmässige Schicht aufzubringen vermag. Vorzugsweise liegt das Verhältnis Gewichtsprozentsatz Polymer der Suspension zu dem Füllgewicht innerhalb eines noch engeren Bereiches, nämlich zwischen 90 und 105.
Die Suspensionen lassen sich mittels vielerlei Verteilungsmittel oder Verteilungsmittelgemische herstellen. Hiebei sind nachstehende Faktoren für die Wahl des Verteilungsmittels massgebend : Sein spezifisches Gewicht soll so sein, dass eine ausscheidungsfreie Suspension hergestellt werden kann, seine Ober-
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flächenspannung soll derart sein, dass das Polymer leicht von dem Verteilungsmittel benetzt wird, sein
Siedebereich soll derart sein, dass er grösstenteils (zu mehr als 50, vorzugsweise zu mehr als 75 Gew. -0/0) unterhalb des Erweichungspunktes bzw. des Erweichungsbereiches des Polymers liegt.
Um die Möglich- keit zu haben, in nur einem Arbeitsgang eine geschlossene porenfreie Schicht auf einer Oberfläche an- zubringen, ist es nämlich vorteilhaft, das Verfahren erfindungsgemäss so durchzuführen, dass man, nach- dem man die Suspension auf der Oberfläche mittels einer Farbspritze, mittels Tauchen oder in sonstiger
Weise angebracht hat, den suspensionsbedeckten Gegenstand einer Erhitzung bis auf eine unterhalb des
Erweichungsbereiches des Polymers liegende Temperatur unterzieht, wobei das Verteilungsmittel gröss- tenteils durch Verdampfung aus der Suspension entweicht.
Erst dann, d. h. nachdem das Verteilungsmittel entwichen ist, wird die Temperatur gesteigert, u. zw. bis auf einen Wert, der oberhalb des Erweichungs- bereiches des Polymers liegt ; die Polymerteilchen fliessen während dieser sogenannten Muffelperiode un- ter Bildung einer geschlossenen Schicht zusammen.
Verteilungsmittel, die sich zur Herstellung der für die Durchführung des Verfahrens verlangten Sus- pensionen eignen, sind Gemische aus Wasser und organischen Flüssigkeiten, welche in Wasser genügend löslich sind. Als solche sind insbesondere geeignet : aliphatische Alkohole, Glykole, Glykoläther, Gly- kolester, Ketone, Aldehyde und Amine. Nicht in Wasser lösliche organische Flüssigkeiten oder Gemische derartiger Flüssigkeiten, beispielsweise aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe, lassen sich ebenfalls günstig als Verteilungsmittel anwenden. Im allgemeinen empfiehlt sich wegen der niedrigen
Kosten die Verwendung wässeriger Verteilungsmittel.
Insbesondere wenn wässerige Verteilungsmittel angewendet werden, führt man die erfindungsgemässe
Wärmebehandlung derart durch, dass die Erhitzung in einer ersten Stufe erfolgt bei einer Temperatur, die
1200C nicht übersteigt ; das Wasser verdampft während dieser Erhitzungsperiode völlig. Bleibt von dem
Verteilungsmittel zuviel in der angebrachten Polymerschicht zurück, so besteht erwiesenermassen die Ge- fahr, dass sich im Verlauf der anschliessenden Muffelperiode in der Schicht Bläschen bilden.
Die Temperatur während der Muffelperiode und die Dauer dieser Periode stehen im Zusammenhang mit der Natur des als Ausgangsprodukt benutzten Polymers, u. zw. an erster Stelle mit der Erweichungstemperatur oder mit dem Erweichungsbereich, an zweiter Stelle mit dem Füllgewicht des trockenen Pulvers, wodurch auch die Konzentration in der angebrachten Suspension bestimmt wird, und an dritter Stelle mit dem Schmelzindex des Polymers. Im allgemeinen empfiehlt sich die Anwendung von Muffeltemperaturen, die zwischen 140 und 2000C liegen. Bei Temperaturen unterhalb 1400C fliessen die Polymerteilchen ungenügend zusammen, während bei 2000C übersteigenden Temperaturen die Güte der Polymerschicht durch Zersetzung und Oxydation zurückgeht. In den meisten Fällen, insbesondere beim Anbringen einer Niederdruckpolyäthylenschicht, ist eine Muffeltemperatur von 160 bis 1800C die geeignetste.
Die Dauer der Muffelperiode ist ebenso stark variabel und wird auch durch die Muffeltemperatur bedingt : die Dauer dieser Periode ist bei einer hohen Muffeltemperatur kurz und umgekehrt bei einer niedrigeren länger. Es können Muffelperioden von beispielsweise 1/4,1/2, 1, 2,4 oder 6 Stunden oder aber länger angewendet werden.
Es hat sich gezeigt, dass bei dem erfindungsgemässen Verfahren das Erzielen guter Ergebnisse ausserdem mit dem Schmelzindex des verwendeten Polymers (bestimmt nach der 11 A. S. T. M. -test Method D 1238/57 T") zusammenhängt. Dieser Schmelzindex darf nicht zu hoch sein, er soll am besten einen Wert aufweisen, der 5 unterschreitet, und vorzugsweise niedriger als 1 sein, wenn als Ausgangsprodukt Polyäthylen verwendet wird.
Um starkes Haften der Polymerschicht an der Oberfläche zu erzielen, insbesondere wenn diese Oberfläche eine Metalloberfläche ist, empfiehlt es sich, die Oberfläche vorher durch Scheuern oder durch eine Sandstrahlbearbeitung od. dgl. bis zu einer mittleren Rauhigkeit von 0,005 bis 0, 0075 mm anzurauhen. Es empfiehlt sich ebenfalls, die Oberfläche hernach weitgehend zu entfetten.
Die Haftung der Polymerschicht an der Oberfläche, sowohl nach der Auftragung der Suspension als nach der Muffelung, kann auch verbessert werden durch Zusatz geringer Mengen gummiartiger Polymere oder Mischpolymere, z. B. Polyisobutylen oder Butylkautschuk.
Es kann Vorteile bieten, der Suspension eine geringe Menge eines Antioxydans zuzusetzen, womit vermieden wird, dass sich während des Eindampfens der aufgetragenen wässerigen Suspension eine Rostschicht auf der Metalloberfläche bildet. Der Suspension können ausserdem Pigmente, Füllmittel, U. V. - Stabilisatoren u. dgl. zugesetzt werden.
Nachstehend soll die Erfindung an Hand einiger Ausführungsbeispiele-auf die sich aber die Erfindung keineswegs beschränkt-näher erläutert werden.
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Beispiel l : Unter Verwendung eines Verteilungsmittels, das zu 20 Gew.-% aus Äthylalkohol,
20 Gel.-% aus Hexylenglykol, 20 Gew.-% aus Cyclohexanon und zu 40 Gew. -% aus Wasser besteht, werden von einer Anzahl Proben Niederdruckpolyäthylenpulver mit unter sich verschiedenem Füllgewicht
Suspensionen hergestellt. Das Pulver wird unter starker Berührung in dem Verteilungsmittel suspendiert, u. zw. derart, dass verschieden hohe Konzentrationen erhalten werden.
Zuvor angerauhte und sodann entfettete Plättchen aus 1 mm-Tiefziehstahlblech, Abmessungen
70 x 70 mm, wurden unter Verwendung einer Farbspritze einseitig mit diesen Suspensionen bedeckt. An- schliessend wurden diese Plättchen in einem Ofen erhitzt, zunächst auf 110-120 C, bis das Verteilungs- mittel zum grössten Teil verdampft ist, und sodann während 4 Stunden auf 1700C. Sodann wurde geprüft, mit welchem Prozentsatz einer aus einem Pulver mit einem bestimmten Füllgewicht hergestellten Sus- pension auf diese Weise eine geschlossene porenfreie Schicht von 0,3 bis 0,5 mm Dicke zu erhalten war.
Mittels eines sogenannten ZUndungsprUfers - angewandte Spannung 10000 V - wurde die Schicht auf Po- renfreiheit kontrolliert.
Nachstehende Tabelle zeigt die Ergebnisse dieser Prüfungen.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Füllgewicht <SEP> des <SEP> Gew. <SEP> -0/0 <SEP> Polymer <SEP> Verhältnis <SEP> Gew.-% <SEP> Porenfrei <SEP> : <SEP>
<tb> Polymerpulvers <SEP> in <SEP> der <SEP> Suspension <SEP> zum <SEP> Füllgewicht
<tb> g/cm3
<tb> 0,20 <SEP> 21 <SEP> 105 <SEP> ja
<tb> 0,21 <SEP> 15 <SEP> 71 <SEP> nein
<tb> 0,21 <SEP> 25 <SEP> 119 <SEP> nein
<tb> 0, <SEP> 32 <SEP> 25 <SEP> 78 <SEP> nein
<tb> 0, <SEP> 32 <SEP> 30 <SEP> 94 <SEP> ja
<tb> 0,32 <SEP> 40 <SEP> 125 <SEP> nein
<tb> 0,36 <SEP> 25 <SEP> 69 <SEP> nein
<tb> 0,36 <SEP> 30 <SEP> 83 <SEP> ja
<tb> 0,39 <SEP> 30 <SEP> 77 <SEP> nein
<tb> 0,39 <SEP> 40 <SEP> 103 <SEP> ja
<tb> 0,42 <SEP> 40 <SEP> 95 <SEP> ja
<tb>
Aus diesen Ergebnissen geht deutlich hervor, dass sämtliche Suspensionen, mit denen eine porenfreie Schicht erzeugt wurde, ein Verhältnis Gewichtsprozentsatz zum FUllgewicht zwischen 80 und 115 aufweisen.
Beispiel 2 : Mit mehreren Proben Niederdruckpolyäthylenpulver, je mit unterschiedlichem Schmelzindex, wurden Suspensionen hergestellt und anschliessend Probeplättchen damit bedeckt ; die so behandelten Plättchen wurden einer Wärmebehandlung unterzogen, alles in der Weise, wie im Beispiel 1 angegeben.
Sodann wurde die Haftfähigkeit der auf der Oberfläche angebrachten Schicht dadurch nachgeprüft, dass man mittels eines scharfen Messers einen kreuzförmigen Einschnitt in die Schicht machte und anschliessend mit der Spitze des Messers die Schicht abzuheben versuchte. Aus den Ergebnissen dieser Versuche geht hervor, dass ein Polymer mit Schmelzindex 11, I keine guthaftende Schicht abgibt ; hingegen wurden mit Polymeren, deren Schmelzindiees 1, 5 bzw. 0,21 und 0, 12 betragen, guthaftende Schichten erzielt, insbesondere mit den zwei zuletzt genannten.
Beispiel 3 : Aus Niederdruckpolyäth}'lenpulver wurde eine Suspension hergestellt, mit der anschliessend Probeplättchen bedeckt wurden, deren Oberfläche man zuvor durch Behandlung mit einer Korundstrahlvorrichtung bis zu einer variablen mittleren Rauhigkeit angerauht hatte. Anschliessend an die Wärmebehandlung wurde die Haftfähigkeit der Polymerschicht nach der in Beispiel 2 angegebenen Methode geprüft.
Es stellte sich heraus, dass bestes Haften erzielt wurde beim Vorliegen eines mittleren Rauhigkeitswertes von 0,005 bis 0,0075 mm, was einer mittleren Höhe vom Gipfel zum Tal gleich 20-30 u entspricht.