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Verfahren zur Behandlung der aktivierten Oberfläche von
Polyolefinen
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens des Stammpatentes
Nr. 220374, gemäss welchem ein Verfahren zum Schützen der aktivierten Oberfläche von Polyolefinen, z. B. aus Polyäthylen und zur Verbesserung der Aufnahmefähigkeit für Druckfarben einschliesslich solcher auf Ölbasis sowie von Klebstoffen od. dgl., genannt wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass unmittelbar nach der Aktivierung des Polyolefins auf dieses die Lösung eines polaren, hydrophilen Überzugsmittels aufgebracht wird.
Es wurde nun gefunden, dass unter bestimmten Umständen beim Aufbringen eines hydrophilen Überzuges auf die aktivierte Polyolefinoberfläche ein Material erhalten wird, das nicht nur eine dauerhafte Aufnahmefähigkeit für wasserhältige Klebstoffe aufweist, sondern auch in wenigstens dem gleichen Ausmasse eine gute Bedruckbarkeit mit Farben auf Ölbasis besitzt. Einer der Faktoren, der für die Erzielung dieser Resultate wichtig ist, ist die Menge des hydrophilen Überzuges, die auf die aktivierte Oberfläche aufgebracht wird. Wenn eine zu grosse Menge des Überzuges aufgebracht wird, ist die Bedruckbarkeit des Schichtmaterials sehr gering, während bei Aufbringung einer zu geringen Menge an Überzug der Aufdruck bei der Handhabung durch die Reibung leicht beeinträchtigt wird.
Auf Grund ausgedehnter Untersuchungen wurde zur Verwirklichung brauchbarer Ergebnisse gefunden, dass die Menge des Überzuges für nichtpigmentierte Überzüge 0, 03-0, 63 kg/92, 9 m der Oberfläche betragen soll, während die Mengen bei pigmentierten Überzügen höher sein können. Diese Mengen beziehen sich auf das Gewicht des trockenen Überzuges. Innerhalb dieser Grenzen besitzen die hergestellten Materialien die hydrophoben Eigenschaften der aktivierten Polyolefinoberfläche und auch die Eigenschaften des hydrophilen Überzuges.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein Verfahren zur Behandlung der aktivierten Oberfläche eines Polyolefins nach dem Stammpatent Nr. 220374, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man nach der Aktivierung des Polyolefins auf dessen Oberfläche einen hydrophilen, nichtpigmentierten oder pigmenterten Überzug in einer solchen Menge aufbringt, dass dessen Gewicht nach dem Trocknen im Falle eines nichtpigmentierten Überzuges 0, 03-0, 63kg/92, 9m der Polyolefinfläche beträgt, während im Falle eines pigmentierten Überzuges das Gewicht im Bereich von 0. 9 bis 4,5 kg/92,9 m2 der Polyolefinfläche liegt.
Die Erfindung schliesst auch ein Verfahren ein, bei dem ein Polyolefin extrudiert wird und man auf die Oberfläche des heissen Polyolefins bei seinem Auftauchen aus der Extrudieröffnung eine pigmentierte oder nichtpigmentierte Überzugszusammensetzung in den oben angegebenen Mengen aufbringt.
Bei der Durchführung der letztgenannten Methode wird die Verklebbarkeit und die Farbaufnahmefähigkeit durch die Extrusionstemperatur beeinflusst, wobei zwecks Erzielung optimaler Ergebnisse die Temperatur sorgfältig gewählt werden muss. Im Falle von Polyäthylen wurde gefunden, dass die Extrusionstemperatur vorzugsweise 321-3250C betragen soll. Dies ist keine obere Grenze der Extrusionstemperatur, soweit es gute Verklebbarkeit und Farbaufnahmefähigkeit anbelangt, jedoch beginnt Polyäthylen oberhalb dieser Temperatur sich abzubauen, wobei Dämpfe auftreten, weshalb Temperaturen oberhalb 3250C vermieden werden sollen. Die Temperatur des Polyäthylen kann mittels eines Pyrometers gemessen werden, wenn die Schmelze aus der Spritzvorrichtung austritt.
Es sei vermerkt, dass die Überzugsgewichte, welche die besten Resultate ergeben, nicht bei jeder
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Überzugszusammensetzung gleich sind. Das beste Überzugsgewicht für irgendeine ausgewählte Zusam- mensetzung kann mittels einfacher Versuche bestimmt werden.
Die erfindungsgemässen Massnahmen sind besonders für die Herstellung von Schichtmaterialien geeignet, jedoch nicht auf diese beschränkt.
Erfindungsgemäss hergestellte Materialien können nach dem Trocknen des hydrophilen, polaren, wasserhältigen Überzuges bedruckt werden, auch mit Druckfarben auf Ölbasis, und sodann gewünschtenfalls verklebt werden, wobei man die billigen Dextrin- und Stärkeklebstoffe verwenden kann.
Obwohl sich die Patentinhaberin nicht auf eine Theorie bezüglich der kritischen Mengen des Überzu- ges, der auf die aktivierte Polyolefinoberfläche aufgebracht wird, festlegen möchte, kann dies vermutlich in nachfolgender Weise erklärt werden.
Wenn der wasserhältige, nichtpigmentierte Überzug innerhalb des genannten Bereiches auf die aktivierte Polyolefinfläche aufgebracht wird, bildet sich eine poröse Schutzstruktur über der genannten Fläche. Als ein Ergebnis der gitterartigen, porösen Natur des Überzuges im genannten Mengenbereich ist die aktivierte Polyolefinoberfläche zugänglich, welche ihre Wirksamkeit bezüglich Farbfesthaltung beibehält.
Die Überzugsstruktur ihrerseits wirkt als mechanischer Schutz für die Oberfläche des aktivierten Polyolefins unter ihr und verhindert, dass diese durch Reiben an andern Materialschichten oder an den Maschinen abgerieben wird.
Auf Grund des porösen Überzuges ist der Ausfall der aktivierten Polyolefinoberfläche mit ihrer extrem flüchtigen Art und schlechten Abriebsbeständigkeit verhindert.
Wenn zu wenig Überzug aufgebracht wird, liegt ein Überschuss an zugänglicher Oberfläche des aktivierten Polyolefins vor und dieser macht den Überzug als Schutzschranke unwirksam. Das ausgesetzte aktivierte Polyolefin wird zu seinem gewöhnlichen Zustand zurückkehren und behält seinen Mangel an schwachem Abriebwiderstand.
Wenn ein Überschuss an Überzug vorhanden ist, werden sämtliche aktivierte Bereiche des Polyolefins bedeckt, so dass die Farbaufnahmefähigkeit verloren geht.
Besonders gute Ergebnisse werden mit wässerigen Beschichtungslösungen erhalten, deren wesentlichste feste Bestandteile entweder Proteine oder Carbohydrate sind. In diesen Fällen findet zusätzlich zu den genannten Wirkungsweisen noch eine weitere Wirkung statt. Es scheint, dass die hydrophilen Überzüge selbst verändert werden, indem sie mit der aktivierten Polyolefinoberfläche in Reaktion treten. Ein derartiger Wechsel im chemischen Charakter des wesentlichsten Überzugsmittels würde erklären, weshalb die gewöhnlich hydrophilen Protein-und Carbohydratlagen, die normalerweise nicht aufnahmefähig sind für Farben auf Kohlenwasserstoff- oder Harzbasis, eine Aufnahmefähigkeit für solche Farben erlangen, wenn sie auf einer aktivierten Polyolefinoberfläche gemäss der vorliegenden Erfindung gebildet werden.
In der Zeichnung ist ein System zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dargelegt, bei welchem die Polyolefinoberfläche mittels hoher Extrusionstemperaturen aktiviert wird.
Die folgenden pigmentierten Zusammensetzungen werden'zur Herstellung gefärbter Überzüge für dekorative Effekte verwendet. In den folgenden Beispielen wird so vorgegangen, wie bei der ersten Vorgangsweise im Beispiel 1 des Stammpatentes.
Beispiel 1 :
45 kg Knochenschwarz
6,8 kg Kasein
4,9 kg Acrylharzlatex 0, 68kg Alkylarylpolyatheralkohol (Triton X-100)
0, 68 kg sulfoniertes Öl
45 kg Wasser (Überzugsgewicht l, 3 kg/92, 9 m 1
Beispiel 2 : 38 kg Ultramarinblau
2,9 kg Pinkfarbstoff
4, 3 kg Kaolin
6, 8 kg Sojabohnen-Protein
36 kg Wasser (Überzugsgewicht 0,99 kg/92,9 rnz)
Beispiel 3 :
0,9 kg Bleichromat
0,45 kg Monastralgrün
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43 kg Kaolin
0,9 kg Kasein
4,5 kg Sojabohnen-Protein
1,3 kg Styrol-Butadien-Latex (Trockensubstanz)
1,3 kg Polyvinylacetat-Emulsion (Trockensubstanz)
45 kg Wasser (Überzugsgewicht 1,8 kg/92,9 m2)
Beispiel 4 :
0,9 kg Hansagelb
22, 6 kg Bleichromat
9,9 kg Bleichromat-Orange
11,7 kg Kaolin
5, 4 kg Butadien-Acrylnitril-Latex (Trockengewicht)
1, 3 kg Kasein
31,7 kg Wasser (Überzugsgewicht 1,2 kg/92,9 m2).
Die folgenden metallhaltigen Überzugszusammensetzungen werden zur Verbesserung des Aussehens von Karton oder Papier, auf welche sie aufgebracht werden, verwendet. Es wird nach der ersten Vorgangsweise des Beispieles 1 des Stammpatentes gearbeitet, wobei folgende Zusammensetzungen als Decktiberzug aufgebracht werden.
Beispiel 5:
22, 6 kg Aluminiumpulver in
208 l einer 13% i n Kaseinlösung
151 l Wasser
0,58 kg sulfoniertes Rizinusöl
4,5 kg Natrlumsilikat (Überzugsgewicht 0,9 kg/92, 9 m).
Beispiel 6 :
45 kg Goldbronze-Pulver in
75 113% iger Kaseinlösung
113 l Wasser
1,2 kg sulfoniertes Rizinusöl
2, 1 kg Natriumsilikat (Überzugsgewicht 1, 3 kg/92, 9 mi)
Beispiel 7 :
22, 6 kg Aluminiumpulver
151 zigue Kaseinlösung
18,9 1 Styrol-Butadien-Polymerisat als 45% igue Emulsion
151 l Wasser
0, 2 kg Triton X-100 (Alkylarylpolyätheralkohol)
EMI3.1
45 kg/92, 9 m)Beispiel 8 :
45 kg Goldbronzepulver
37, 8 11SO/oige Kaseinlôsung
11, 3 1 Acrylharzlatex 113 1 Wasser
1,2 kg sulfoniertes Rizinusöl
2, 1 kg Natriumsilikat (Überzugsgewicht 1,67 kg/92.9 m2)
Beispiel 9 :
45 kg Goldbronzepulver
30 1 40%ige Polyvinylacetat-Emulsion 113 1 Wasser
0,2 kg Triton-X-100 (Überzugsgewicht 1,8 kg/92, 9 m
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Die übliche Art des Vermischens der Bestandteile besteht in der Zugabe eines Netzmittels (in obigen Beispielen sulfoniertes Rizinusöl und Triton X-100) zum Wasser, worauf man langsam das Metallpulver und das Natriumsilikat zufügt, bis sich eine weiche Paste gebildet hat. Das Natriumsilikat wird in bestimmten Fällen als Verdickungsmittel zugesetzt und verleiht auch der entstehenden Zusammensetzung Glanz.
Die Kaseinlösung und der Latex, wenn vorhanden, werden zuletzt zugefügt. Das Kasein wird mittels üblicher Lösungsmittel wie Ammoniumhydroxyd, Borax, Natriumhydroxyd oder kalzinierter Soda gelöst.
Sojabohnenprotein kann an Stelle von Kasein und umgekehrt verwendet werden, wobei auch gewünschtenfalls synthetische Latices das gesamte oder einen Teil des proteinhaltigen Materials ersetzen können. Bei Verwendung in Form von Latex oder wässerigen Emulsionen ergeben die Polymeren genügend hydrophile Überzüge. Sie können jedoch nicht hydrophil gemacht werden, indem man sie härtet, z. B. durch Lufttrocknen.
Synthetische Polymere, die in Form von Latex verwendet werden können, sind solche aus StyrolButadien, Butadien-Acrylnitril, verschiedenen Polyacrylaten wie Äthylacrylat, Äthylmethacrylat, Polyvinylacetat, Vinylacetat-Acrylat-Copolymere, Polyvinylchlorid, Vinylchlorid - Vinylacetatcopolymere u. dgl. Der Zusatz der synthetischen Polymeren trägt zur Biegsamkeit und Thermoplastizität der Überzüge bei.
Andere typische, Lehm und Metall enthaltende Überzugszusammensetzungen, die beim erfindungsgemässen Verfahren verwendet werden können, werden im folgenden genannt.
Beispiel 10 :
EMI4.1
<tb>
<tb> Material <SEP> Probe <SEP> A <SEP> Probe <SEP> B <SEP> Probe <SEP> C
<tb> (Gew.-Teile) <SEP> (Gew.-Teile) <SEP> (Gew.-Teile) <SEP>
<tb> Kaolin <SEP> 85 <SEP> 90 <SEP> 50
<tb> Calciumcarbonat <SEP> 15 <SEP> 10 <SEP> 50
<tb> Wasser <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Butadien-
<tb> - <SEP> Styrol-Copolymer <SEP>
<tb> (50'iger <SEP> Latex) <SEP> 20 <SEP> 2 <SEP> 5 <SEP>
<tb> Kasein-15 <SEP> 5
<tb>
Diese Zusammensetzungen werden so verwendet, dass sie trockene Überzüge von 2,2 kg/92, 9 m2 ergeben.
Beispiel 11 :
EMI4.2
<tb>
<tb> Material <SEP> Probe <SEP> D <SEP> Probe <SEP> E <SEP> Probe <SEP> F
<tb> (Gew.-Teile) <SEP> (Gew.-Teile) <SEP> (Gew.-Teile) <SEP>
<tb> Kaolin <SEP> 90 <SEP> 100 <SEP> 75
<tb> Zinksulfid <SEP> 10-25
<tb> Stärke <SEP> 20 <SEP> 10
<tb> Polyacrylharz-Latex
<tb> (Trockengewicht)-7, <SEP> 5 <SEP> 10
<tb> Triton <SEP> X-100 <SEP> 2-0, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
EMI4.3
Beispiel 12 :
EMI4.4
<tb>
<tb> Material <SEP> Probe <SEP> A <SEP> Probe <SEP> B
<tb> (Gew.-Teile) <SEP> (Gew.-Teile) <SEP>
<tb> Aluminiumpulver <SEP> 100
<tb> Bronzepulver-100
<tb> 13obige <SEP> Kaseinlösung <SEP> 25 <SEP> 25
<tb> Wasser <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP>
<tb>
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Die Zusammensetzungen werden zur Herstellung von trockenen Überzügen mit Gewichten von 0,9 kg und 1,5 kg/92, 9 m'verwendet.
Beispiel 13 :
EMI5.1
<tb>
<tb> Material <SEP> Gew.-Teile
<tb> Polyacrylharz <SEP> als <SEP> 50% <SEP> igue <SEP>
<tb> Latexemulsion <SEP> 50
<tb> Kaolin <SEP> 85.
<tb>
Calciumcarbonat <SEP> 15
<tb> Wasser <SEP> 100
<tb>
EMI5.2
wendet werden.
Hochglänzende Überzüge mit ausgezeichneter Bedruckbarkeit erhält man durch Bürsten oder Schwab- beln der Bahn, nachdem man den Überzug, insbesondere einen pigmentierten, aufgebracht hat. wie dies im Stammpatent beschrieben ist. Im folgenden Beispiel ist die Erfindung an Hand der Zeichnung näher er- läutert.
Beispiel 14 : Ein bei 321-325 C extrudierter Polyäthylenfilm wird in jenen Spalt geführt, der aus einer mit Gummi überzogenen Rolle 37'und einer Kühltrommel 38'gebildet wird und dort auf eine Papierbahn 36'aufgebracht, die gleichzeitig in den Spalt eingeführt wird.
Unmittelbar nach dem Abkühlen wird die mit Polyäthylen überzogene Papierbahn in die Überziehvorrichtung geleitet, die aus drei Rollen besteht, nämlich aus der Aufnahmerolle 45', der Auftragrolle 42'und der Andrückrolle 43', um eine gleichmässige Aufbringung des Überzuges von der Auftragrolle zu gewährleisten, wenn die Polyäthylenoberfläche mit einem nichtpolymerisierenden, polaren hydrophilen Überzug (100 Gew.-Teile Sojabohnenprotein, 638 Gew.-Teile Wasser, 26, 5 Gew.-Teile Ammoniak von 260Be, 5, 12 Gew.-Teile Zinksulfat) mit einem Überzugsgewicht von 0, 27 kg/92, 9 mt aufgebracht wird.
Die mit Polyäthylen überzogene Pa- pierbahn wird dann durch eine Anzahl von Trocknern (Gasbrenner 46') geführt, die gegen die nicht mit Polyäthylen überzogene Seite der Papierbahn gerichtet sind. Hernach wird die mit Polyäthylen überzogene Papierbahn auf die Aufnahmevorrichtung 48'geleitet. Dies erfolgt bei Geschwindigkeiten von 22, 8 bis 76, 2 m/min.
Die Geschwindigkeit ist lediglich von dem Ausstossvermögen des Extruders begrenzt. Weiters kann irgendeine geeignete Oberzieh- und Trocknungseinrichtung zum Aufbringen des nichtpolymerisierenden, polaren hydrophilen Überzuges auf die Polyäthylenoberfläche verwendet werden.
Beispiel 15 : Es wird wie im Beispiel 14 gearbeitet, wobei man folgende Überzugszusammensetzung zur Herstellung eines Überzuges von 0, 45 kg/92. 9 m verwendet :
Gewichtsteile
Sojabohnenprotein 14
Wasser 84 Ammoniak (260Be) 2
Beispiel 16 : Es wird wie im Beispiel 14 gearbeitet, wobei man folgende Überzugszusammensetzung zur Herstellung eines Überzuges von 0, 5 kg/92,9 m2 verwendet :
Gewichtsteile
Kasein 14
Wasser 84
Ammoniak (260 Be) 2
Beispiel 17 : Es wird wie im Beispiel 14 gearbeitet, wobei man folgende Überzugszusammensetzung zur Herstellung eines Überzuges von 0. 09 kg/92, 9 m% verwendet :
Gewichtsteile
Stärke 9
Wasser 91
Wie eingangs ausgeführt, liegen Vorteile der vorliegenden Erfindung darin, dass erfindungsgemäss überzogene Materialien leicht bedruckt und geklebt werden können.
Insbesondere wurde ausgeführt, dass Druckfarben auf organischer Basis oder auf Ölbasis verwendet werden können, sowie Dextrin und Stärkeklebstoffe. Obwohl diese Druckfarben und Klebstoffe vorteilhafterweise verwendet werden, können auch andere Druckfarben und Klebstoffe verwendet werden. Die folgenden Beispiele betreffen typische Druckund Klebverfahren, welchen das Produkt von Beispiel 1 des Stammpatentes unterworfen wird.
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Beispiel 18 : Ein weiss überzogener Karton von 0, 014" Dicke wurde auf der weissen Seite mit
Polyäthylen in einer Dicke von 0, 025 mm überzogen, das aktiviert wurde und mit einem Überzug gemäss
Beispiel 6 des Stammpatentes versehen wurde, wobei man so vorging wie im Beispiel 1 des Stammpaten- tes. Dieses Produkt wurde auf einer 2-Farben Harris Offsetpresse unter Verwendung von Pope & Gray's Glanz Off set Druckfarbe =IF 011668 W unterStandard-Druckbedingungen bedruckt. Die aufgedruckte Farbe haftete so fest an der überzogenen Polyäthylenoberfläche, dass keine Farbteilchen entfernt wurden, wenn ein Cellophanklebstreifen dicht auf die Farboberfläche gepresst und rasch und heftig abgezogen wurde.
Dieser Cellophanklebstreifentest wird oft in der Druckereitechnik verwendet, um die Farbhaftung zu messen.
Beispiel 19 : Schachtelzuschnitte aus weiss überzogenem Karton, die auf der weissen Seite in einer Dicke von 3/4 mil mit gemäss Beispiel l des Stammpatentes aktiviertem Polyäthylen überzogen sowie mit einem Überzug gemäss Beispiel 17 versehen waren, welch letzterer mittels einem"Luftmesser"aufge- bracht worden war, wurden auf einer International 6F Verklebungsmaschine (straight line glue machine) unter Verwendung eines boraxhältigenDextrinklebstoffes (National Adhesivel3-2260) bei üblichen Schachtelklebgeschwindigkeiten verklebt.
Die Schachtelleimnaht reisst, wenn sie am Ende der Verklebungsmaschine beiseite gezogen wird, Fäden entlang der gesamten Naht. Dies ist ein ausgezeichnetes Ergebnis für alle, die mit dieser Vorgangsweise vertraut sind.
Andere Druckfarben als jene im Beispiel 18 verwendete können verwendet werden wie Pope & Gray's RN10484 und IPI's Lithogem, eine Lithographenfarbe.
Obwohl die billigen Dextrin-und Stärke-Klebstoffe am meisten bevorzugt sind, können auch andere Klebstoffe verwendet werden. Beispielsweise seien genannt Union Paste and Glue's 17718A, eine Harzemulsionsart und United Paste and Glue's # 5245, ein Kautschuk-Copolymer-Latexklebstoff.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Behandlung der aktivierten Oberfläche eines Polyolefins nach dem Stammpatent Nr. 220374, dadurch gekennzeichnet, dass man nach der Aktivierung des Polyolefins auf dessen Oberfläche einen hydrophilen, nichtpigmentierten oder pigmentierten Überzug in einer solchen Menge aufbringt, dass dessen Gewichtnach dem Trocknen im Falle eines nichtpigmentierten Überzuges 0, -0,63 kg/92,9 m2 der Polyolefinoberfläche beträgt, während im Falle eines pigmentierten Überzuges das Gewicht im Bereich von 0, 9 bis 4,5 kg/92,9 m2 der Polyolefinoberfläche liegt.