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Verfahren zur Erzeugung von Flächengebilden aus synthetischem Harz oder thermoplastischem Material
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fähigkeit bzw. zu grossem Widerstand erzielt werden. Beim Mischen solcher Stoffe muss natürlich darauf geachtet werden, dass sich die Mischungsanteile nicht gegenseitig ungünstig beeinflussen, insbesondere dass sie chemisch verträglich sind.
An Hand der Zeichnung ist das erfindungsgemässe Verfahren im folgenden beispielsweise näher erläutert, wobei in dieser Zeichnung schematisch einige Ausführungsbeispiele von Einrichtungen zur Durchfüh- rung des genannten Verfahrens dargestellt sind ; es zeigen Fig. 1 ein erstes Beispiel einer Anlage zur Erzeugung bandförmiger Schichten, Fig. 2 ein zweites-Beispiel einer Anlage zur Erzeugung bandförmiger Schichten.
In Fig. 1 der Zeichnung ist 1 ein Maschinengestell, mit 2 sind die im Gestell gelagerten Auf-bzw.
Abwickelrollen für ein Trägerband 3, z. B. 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 höhen-
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EinrichtungDurch 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, das an den Stellen, an denen 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 diskontinuierlich oder kontinuierlich mehrmals an der Düse 10 vorbeigeführt wird. Es 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 dünn genug herstellen lässt. Anderseits 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 (Verfestigung) nicht mehr ohne weiteres schweissen lassen ; ein solches Material ist z. B. Polyäthylenterephthalat (Terylen). 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 entsprechender Anordnung und Ausbildung der Düse 10 auch zum Überziehen fester Formkörper beliebiger Oberflächenform mit einem festhaltenden Überzug aus plastifizierbarem oder pulverisierbarem Ma- terial verwendet werden, u. zw. derart dünnschichtig, wie dies bisher mit den üblichen Beschichtungsverfahren unmöglich war.
Wird als Ausgangsmaterial ein pulverisierbarer Feststoff verwendet, wird das Pulver an Stelle der Düse 10 auf eine als Elektrode dienende Unterlage aufgebracht, von wo es durch das Hochspannungsfeld gegen die Unterseite des Trägerbandes 3 hochgerissen wird. Durch die Wahl der Spannung, die sich je nach dem gewählten Elektrodenabstand richtet und z.
B. über 100 kV, vorzugsweise bei 120 kV liegt, wird erreicht, dass zwischen Unterlage und Trägerband durch unterschiedliche, dem Feld entgegenwirkende Schwerkraftwirkung eine Art Siebung der Stoffpartikel erreicht wird, indem nur die feinsten Partikel bis zum Trägerband gelangen, wogegen die gröberen Partikel 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 zum Verschmelzen und zum Haften der am Trägerband auftreffenden Partikel 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.
Im allgemeinen sollten, um die besten Resultate nach dem erfindungsgemässen Verfahren zu erhalten, die Eigenschaften einer Mischung, die dem Feld ausgesetzt wird, die folgenden sein :
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sen), vorzugsweise 0, 3" 106 - 109.
Dielektrizitätskonstante (im Falle einer Schmelze ebenso bei 1400C gemessen) mindestens 1, 4 und vorzugsweise l, 9-2, 5.
Viskosität im Falle einer Schmelze (Durchflusszeit durch Fordbecher Nr. 4 bei 4000C) maximal 2 min 15 sec, vorzugsweise weniger als 1 min 20 sec.
Wenn das verflüssigte Material dem elektrischen Feld in fein verteilter Form zugeführt werden soll, werden die physikalischen Eigenschaften des Materials so gewählt (oder geändert), dass die Partikelgrösse durch das Feld vermindert wird. Um dies zu erreichen, muss besonders der spezifische Widerstand des Materials richtig gewählt werden. Zweckmässig besitzt das Material einen zwischen 0, 3. 106 und 20. 106 Ohm/cm3 bei 22 C liegenden spezifischen Widerstand, wobei Werte zwischen 0, 3. 106 und 15. 106 Ohm/cm3 sich als besonders vorteilhaft erwiesen haben. Die Viskosität des Materials sollte nicht grösser als 80 dyn. sec/cm2 bei 21 C sein ; günstige Werte liegen um 50 dyn. sec/cm2.
Es hat sich gezeigt, dass gute Resultate mit Spannungen zwischen 15 und 150 kV (insbesondere zwischen
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20 und 50 kV) erreichbar sind ; zum Versprühen von Pulvermaterial hat sich eine Spannung von mindestens 60 kV als günstig erwiesen.
Die in Fig. 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 antreibbarer Förderschnecke 18, die eine nach oben gerichtete Schlitzdüse 19 speist. Über der Düse 19 ist als Gegenelektrode eine mit Innenheizung (nicht gezeichnet) 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 Dlisenspaltes 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 fein verteilten Partikeln austritt. Durch das elektrostatische Hochspannungsfeld werden die Partikel 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
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örtlich begrenzten Isolatoren der gewünschten Form verwendet werden, so dass das elektrische Feld an den durch die Isolatoren abgedeckten Stellen reduziert wird und ein entsprechendes Muster in der Beschichtung entsteht, In ähnlicher Weise könnte auch die Schichtdicke des Belages auf dem an der Düse vorbeiwandernden Träger abschnittweise oder kontinuierlich verändert werden. In Ergänzung des beschriebenen Beschichtungsverfahrens könnte im gleichen Arbeitsgang auch ein Beflocken eines Grundbelages mittels Faserh od. dgl. erfolgen.
Es hat sich gezeigt, dass mit den bisher üblichen, elektrostatischen Sprühverfahren (Schmelzflussindex nach Brit. Stand. Spec. 2782, Teil 1, Grade 20) Polyäthylene nicht zu dem zur homogenen Schichtbildung erforderlichen feinen Nebel zersprüht werden können. Mit dem vorliegenden neuen Verfahren dagegen, nach dem Viskosität und/oder Leitfähigkeit und/oder Oberflächenspannung der zu versprühenden Schmelze so verändert werden, dass diese Schmelze sprühbar wird, gelingt es einwandfrei, sehr dünne, homogene Schichten zu erzeugen. Die Viskosität kann z. B. durch Zusetzen von die Viskosität herabsetzenden Stoffen unter gleichzeitigem Erhitzen in der gewünschten Weise verändert werden.
Da niedrige Viskosität und relativ hohe Temperaturen erforderlich sind, um die fraglichen Polyäthylene sprühbar zu machen, ist es meist erforderlich, ein Antioxydationsmittel beizufügen und das Schmelzen in einem geschlossenen System durchzuführen. Derart behandeltes Polyäthylen lässt sich nun zwar mit Hilfe eines Hochspannungsfeldes versprühen, doch wird kein feiner Nebel erhalten, d. h. die gebildeten Tröpfchen sind zu gross. Zur Tröpfchenverkleinerung muss auch die elektrische Leitfähigkeit vergrössert werden, was durch die erfindungsgemässen Zusätze, die bei Temperaturen um 4000C verwendbar sind, geschehen kann.
Praktisch wird so vorgegangen, dass das Polyäthylen in einem Extruder geschmolzen und mit konstan- tem Druck der Düse zugeführt wird. An die isolierte Düse wird die zur Erzeugung des Feldes erforderliche
Hochspannung angelegt ; die Anordnung ist so beschaffen, dass sich die Düse im Abstand von etwa 14 cm unter der Gegenelektrode befindet. Es hat sich auch als vorteilhaft erwiesen, mehrere Düsen hintereinander anzuordnen und das Trägerband z. B. mittels Saugwalzen nacheinander an den verschiedenen Sprühstationen vorbeizuführen.
Im Falle von höher viskosem Sprühmaterial kann es auch erforderlich sein, beide Elektroden gegen- über der Umgebung zu isolieren, wobei an die Düsenelektrode eine negative und an die Gegenelektrode eine positive Spannung angelegt wird. Mit dieser Anordnung lässt sich ein feineres Versprühen von hochviskosen Schmelzen oder Flüssigkeiten erzielen.
Beispiel 2 : Folgende Polyäthylenmischung hat sich als günstig erwiesen :
Grade 20 Polyäthylen 100
Kohlenwasserstoffwachs 5
Chloriertes Diphenyl 10
Magnesiumstearat 1
Gereinigtes Butylen-Hydroxy-Toluen 0,15
Dilaurylthiodipropionat 0,05
Die genannten Gemischteile werden, ausgenommen das chlorierte Diphenyl, in einer Mischvorrichtung z. B. einer Zweiwalzenmühle, gemischt ; dann wird das chlorierte Diphenyl zugegeben und das Ganze glatt gemischt. Das Gemisch wird mit einer Temperatur von 390 bis 4000C durch den Extruder geschickt.
Mit dem vorliegenden Verfahren lassen sich auch Pulver von Polymeren und Kunstharzen zerstäuben.
Bei bisherigen Verfahren hat sich gezeigt, dass ein übliches Polyäthylenpulver durch elektrostatisches Versprühen nicht zu gleichförmigen Schichten verarbeitet werden kann. Das gleiche gilt für PVC-Pulver, obwohl hier etwas feinere Pulver erhältlich sind. Um Polyäthylen-und PVC-Pulver einwandfrei versprühen zu können, wird es so behandelt, dass die Partikeloberfläche mit einem dünnen Halbleiterfilm überzogen wird. Damit wurden ausgezeichnete Resultate erreicht.
Beispiel 3 : Ein einwandfreies Versprühen von PVC-Pulver wird dann erhalten, wenn dessen Leit- fähigkeit 0, 2. 10'" [0hm' ] und die Dielektrizitätskonstante 3, 4 beträgt. Ohne spezielle Behandlung
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von 2, 6. Im folgenden sei ein Beispiel hiefür angegeben : 0, 1 Teile Laurinsäure-Monoäthanolamid und 0, 1 Teile Propylen-Glycol-Monostearat werden in 100 Teilen Methylenchlorid gelöst. Der Lösung werden dann 100 Teile Polyäthylenpulver beigemischt, das vorher mit 100 Teilen Methylenchlorid benetzt wurde.
Das Gemisch wird dann gerührt und das Methylenchlorid durch Vakuumdestillation abgezogen. Dann wird das trockene Pulver zerteilt (40 mesh Sieb Brit. Stand.) und mittels einer Düse, an die eine Spannung von 30 kV angelegt ist und die im Abstand von 14 cm von der Gegenelektrode liegt, versprüht. Über die Gegenelektrode wird eine Aluminiumfolie mit einer Geschwindigkeit von zirka 5 m/min geführt ; die Folie
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wird auf 1800C erhitzt, so dass der Niederschlag auf der Folie in einen gleichförmigen Film verschmilzt. Nach dem Erzeugen des Filmes auf der Folie wird diese über eine Polierstange geführt, dann gekühlt und aufgewickelt. Ähnliche Resultate wie oben angeführt, werden mit einer Mischung aus trockenem vorbe-
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Natrium-Dioctyl-Sulpho-,Beispiel 4: Bisher war es auch kaum möglich, Polymere- und Kunstharzpasten elektrostatisch zu versprühen, da diese Materialien hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Es wurden besonders Versuche mit Polyvinylchlorid-Pasten gemacht, doch liess sich nach den bisherigen Verfahren dieses Material nur schlecht versprühen, auch wenn bei einemElektrodenabstand von 14 cm eine Spannung von 30 kV angelegt wurde. Es hat sich nun gezeigt, dass die Sprühfähigkeit wesentlich verbessert werden konnte, wenn dem Polymer die erfindungsgemässen Zusatzstoffe beigegeben wurden. So ist z. B. die Leitfähigkeit einer üblichen Paste aus PVC-Paste Polymer 100 Teile, Dioctylphthalat 120 Teile 0, 4. 10-1" [Ohm-l], während die Viskosität bei 450C 1 min 20 sec (Nr. 4 Ford Cup Viskosimeter) beträgt.
Wird dagegen die Mischung wie folgt zusammengesetzt :
PVC Polymer Paste 100 Teile
Dioctylphthalat 120 Teile Natrium-Dioctyl-Sulphosuccinat 2 Teile
Laurinsäure Monoäthanolamid 2 Teile'
Magnesiumstearat 2 Teile, so ergibt sich eine Leitfähigkeit des Gemisches von 0, 6. 10-9 [Ohm-I] und bei 450C eine Viskosität von 3 min 10 sec (Nr. 4 Ford Cup Viskosimeter). Erfolgt das Sprühen dieses Gemisches bei einem Elektrodenabstand von 14 cm und einer Spannung von 30 kV, so erhält man einwandfreie Resultate. Es hat sich ferner gezeigt, dass unter den genannten Umständen die Viskosität des noch sprühbaren Materials maximal 3 min 10 sec (Nr. 4 Ford Cup Viskosimeter bei 450C) beträgt und die minimale Leitfähigkeit 0, 6. 10-9
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Bei einem praktischen Beispiel wurde die in der genannten Weise hergestellte PVC-Paste auf ein Gewebe aufgesprüht und dort zu einem dünnen Film verschmolzen. Die so hergestellten Fabrikate, die wasserdicht sind und ihre Geschmeidigkeit behalten, werden z. B. für Zeltstoffe, Unterlagsmaterial und Schutzkleidung verwendet.
Bei spi el 5 : Versuche haben gezeigt, dass eine Schmelze aus Polyäthylen bei einer Temperatur von z. B. 1400C im elektrostatischen Hochspannungsfeld in grossen Tropfen sprüht, die nach ihrer Ablagerung auf dem Trägerband einen Durchmesser von 1/2 bis 4 mm aufweisen. Es lässt sich somit auf diese Weise kein dünner, homogener Film erzeugen. Wird dagegen dem Polyäthylen ein die Viskosität und insbesondere die Leitfähigkeit verbessernder Zusatzstoff, z. B. 16 g Caprinsäureäthanolamid auf 400 g Poly- äthylen beigefügt, so sprüht die Schmelze bei 1400C in feinen Tröpfchen, deren Durchmesser 30/l oder weniger beträgt ; in beiden Fällen wurden gleiche Spannungen zwischen 75 und 80 kV verwendet.
Beispiel 6 : Ein weiterer Versuch zeigt, dass z. B. ein aus 90 g Kunstharz (lösliches Ketonharz) und 210 g Toluol zusammengesetzter Lack bei Raumtemperatur und einer Hochspannung von 70 kV in Einzelstrahlen zersprüht, die nicht oder nur zu grossen Tropfen zerteilt werden. Bei Zugabe eines passenden Zusatzstoffes, z. B. von 10 g Laurinsäureisopropanolamid, zersprühen dagegen die Strahlen im Hochspannungsfeld zu Tröpfchen, deren Durchmesser 3 0 li oder weniger beträgt.
Es hat sich somit gezeigt, dass durch diese Zusatzstoffe auf chemischem oder physikalischem Weg die Sprühfähigkeit von Lacken, Schmelzen, Pasten und Pulvern (durch entsprechende Beeinflussung ihrer Viskosität, Leitfähigkeit, Oberflächenspannung usw.) soweit verbessern lassen, dass nach diesem Verfahren auch solche Materialien, die bisher für diesen Zweck als ungeeignet betrachtet wurden, zu dünnen, gleichförmigen Filmen verarbeitet werden können.
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