Mit einem Metallüberzug versehener Kunststoffgegenstand und Verfahren zu seiner Herstellung
Vorliegende Erfindung betrifft mit Metall überzügen versehene Kunststoffgegenstände und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Für das Metallisieren von Kunststoffen sind fünf Verfahrenstypen bekanntgeworden.
1. galvanische Plattierungsverfahren 2. chemische Reduktion von Edelmetallsalzen 3. Reduktion bzw. Dissoziation von Metall salzdämpfen 4. Aufsprühen von Metallen unter Normal druck 5. Bedampfen im Hochvakuum.
Der Erfindungsgegenstand bezieht sich vor allem auf Bedampfungsverfahren im Hochvakuum. Diese zeichnen sich gegenüber andern Verfahrenstypen dadurch aus, dass sie in sicherer und gut reproduzierbarer Weise spiegelnde Beläge beliebiger Metalle liefern können.
Die Qualität der Metallisierung, nämlich Glanz, Korrosionsbest ndigkeit, HBte, Haftund Abtriebfestigkeit hängt von der Ausführungsform des Verfahrens ab. Die einfachste Ausführungsform besteht darin, dass ein Metall auf die nicht vorbehandelte Kunststoffoberfläche im Hochvakuum aufgedampft wird. Die Korrosionsbeständigkeit solcher Metallisierungen hängt von der Art des aufgedampften Metalles ab. Die Haftfestigkeit ist ausserdem noch abhängig von der Art des Kunststoffes und ist bei den meisten Sorten sehr gering, mit Ausnahme einiger Zelluloseester.
Die Auswahl an Metallen, die hierbei hinsichtlich l Korrosionsbeständigkeit und Haftfestigkeit einigermassen befriedigen, ist ebenfalls sehr gering und beschränkt sich fast ausschliesslich auf Chrom und Aluminium.
Eine Verbesserung lässt sich dadurch er zielen, dass die D Metalischicht mit einem Schutzfilm versehen wird. Während anorganische Filme keine auffallende Schutzwirkung zeigen, ergeben Lackfilme eine wesentliche Verbesserung der Haftfestigkeit. Es ist jedoch sehr schwierig, geeignete Lacke zu finden, welche die gestellten Bedingungen erfüllen. Ein solcher Lack muss hohe Härte und ebenso hohe Haftfestigkeit auf dem Kunststoff besitzen, da wegen der fast immer vorhandenen mehr oder weniger grossen Porosität auch spiegelnder Metalischichten der Schutzlack durch die Metallschicht auf die Kunststoffoberfläche durchgreift.
Er darf, was bei thermoplastischen Kunststoffen schwer zu erfüllen ist, die Oberfläche des Kunststoffes nicht auflösen oder quellen lassen, weil dadurch die Metallisierung blind wird, d. h., sie verliert ihr klares spiegelndes Aussehen und wirkt wie eine rauhe oder mattierte Metalloberfläche. Es zeigt sich aber nun, dass Lacke, die diesen Bedingungen genügen, im allgemeinen höheren Anforderungen auf Abtriebfestigkeit nicht entsprechen. Ausserdem besitzen die auf diese Weise hergestellten Metallisierungen infolge der oft unvermeidlichen Rauheit der Kunst stoffoberfläche keinen hohen Glanz. Man ver suchte daher, wie weiter bekannt ist, die Qualität der Metallisierung dadurch zu erhöhen, dass zunächst eine Grundlackschicht aufgetragen wurde, auf welche die Metallschicht aufgedampft und mit einem Überzugslack versehen wurde.
Man konnte durch diese Massnahme den Glanz der Metallisierung wesentlich erhöhen, aber dennoch befriedigte in sehr vielen Fällen die Haftfestigkeit der Metallisierung nicht, da auch hierbei Anforderungen an die Lacke gestellt wurden, die nur in seltenen Fällen bei bestimmten Kunststoffen erfüllt werden konnten. Es ist nämlich schwierig, für die Grundschicht einen Lack zu finden, der bei genügender Haftfestigkeit und Vermeidung von Aufqudlun- gen auch bei thermoplastischen Kunststoffen, zugleich entsprechenden Glanz und Härte anf- weist, wie es für eine Trägerschicht für die darauffolgende Metallisierung wünschenswert erscheint. Derartige Metallisierungen mit Grundlackschicht neigten zum Abblättern und haben sich praktisch besonders bei thermoplastischen Kunststoffen nicht bewährt.
Diese Mängel lassen sich nun beseitigen, wenn erflndungsgemäss auf folgende Weise vorgegangen wird:
Es wird zunächst eine Grundlacksehicht aufgetragen. An diesen Grundlack wird aber lediglich die Forderung gestellt, dass er auf der Kunststoffoberfläche gut haftet. Er braucht nicht, wie dies bei den bisher bekanntgewordenen Verfahren mit Grundlackschicht erforderlich war, grosse Härte und hohen Glanz aufzuweisen und darf sogar in gewissen Grenzen die Kun ststoffoberfläche quellen. Es stehen für diesen Zweck zahlreiche luft- oder -ofentrocknende, physikalisch härtende Lacke zur Verfügung. Zweck mässigerweise verwendet man Lacke, die auf gleicher oder ähnlicher Basis wie der Kunststoff aufgebaut sind. Also z.
B.: PVC-Lacke für Polyvinylchloridspritzlinge, Zelluloseester-Lacke für Zelluloseester, Metacrylat- Lacke für Polymethacrylsäureester, z. B.
Plexiglas (eingetragene Marke), Lacke auf Leinölbasis für Polyäthylen und Polystyrol.
Auf diese Grundlacksehicht wird nun weiter eine Zwischenlacksehicht aufgetragen.
Erst von diesem Zwischenlack wird verlangt, dass er den gewünschten hohen Glanz aufweist. Es hat sich gezeigt, dass bei solchen, wegen ihres Glanzes und sonstigen Eigenschaften als Zwischenschicbt geeigneten Lakken, die Haftfestigkeit auf der Grundlackschicht im allgemeinen ausreicht, auch wenn derselbe Lack unmittelbar auf der Kunststoffoberfläche nicht haften würde. Für die Verwendung als Zwischenlack steht eine grosse Zahl von Lacken zur Verfügung.
Auf diese Zwischenschicht wird nun die Metallschicht aufgebracht, und zwar vorzugsweise durch die bekannte Technik der Vakuumbedampfung. Hierfür können ohne Rücksicht auf Korrosiousbeständigkeit fast alle Metalle verwendet werden. Hierauf wird der Decklack aufgetragen. Als Decklacke sind solche Lacke geeignet, die hohe Härte besitzen, die Zwischenlacksehicht nicht auflösen oder quellen lassen und mit dem Zwischenlack gut binden. Diese Bedingungen lassen sich am besten dadurch einhalten, dass chemisch härtende, z. B. die wärmehärtenden Melaminharz-Lacke für die Zwischen- und Decklackierung verwendet werden.
Bei Verwendung des gleichen, chemisch-härtenden Lackes für Zwischen- und Decklackienmg ist es erforderlich, dass der Zwischenlack vor dem Aufbringen des Decklackes vollständig ausgehärtet und dadurch unlöslich gemacht wird. Die Lacke werden, je nach gewünschtem Effekt, farblos transparent angewendet oder mit Farbstofflösungen beliebig getönt.
Die Metallisierung kann auf der dem Abrieb und sonstigen Einflüssen zugewandten Au ssenseite oder bei transparenten Kunststoffen auf der geschützten Rückseite der Kunststoff- gegenstände erfolgen.
Die nach diesem Verfahren hergestellten Metallisierungen zeichnen sich durch hohen Glanz, hohe Härte, Haft- und Abriebfestig keit ; und Lösungsniittelbeständigkeit aus.
Das Verfahren ist relativ einfach, da für eine Metallisierung nur zwei Lacke erforderlich sind, von denen nur der als Grundschicht dienende Lack der Kunststoffsorte angepasst werden muss, und diese Anpassung wegen der geringen an diese Schicht zu stellenden Anforderungen keine besonderen Schwierigkeiten bereitet.
Mit erfindungsgemässen Metallüberzügen versehene Kunststoffgegenstände ken nzeich- nen sich also gemäss den vorhergehenden Ausführungen dadurch, dass ausser der auf die Kunststoffoberfläche unmittelbar aufgebrachten Grundlacksehleht eine Zwischenlackschicht zwischen Grundschicht und Metallisierung vorgesehen ist, welche die Aufgabe hat, eine feste Bindung zwischen Grund schicht einerseits und Metallschicht und äusserer Schutzschicht anderseits herzustellen, und zwar auch für solche Schutzschichtmaterialien und Metalle, die unmittelbar auf die Kunststoffoberfläche aufgebracht nicht mit genügender Festigkeit haften würden.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auf alle Arten von Kunststoffen mit Vorteil angewendet werden, in ganz besonderer Weise eignet es sich jedoch für die Herstellung von Metallisierungen an thermoplastischen Kunststoffen.
PATENTANSPRÜC ! HE
I. Mit einem Metallüberzug versehener Kunststoffgegenstand, gekennzeichnet durch eine auf der Kunststoffoberfläche liegende Grundiackschicht, eine darauffolgende Zwischenlackschicht, eine an die Zwischenlackschicht anschliessende Metallschicht und eine auf der Metallschicht liegende Decklackschicht.
Metallic coated plastic article and method for making the same
The present invention relates to metal-coated plastic articles and a method for their manufacture. Five types of processes have become known for the metallization of plastics.
1. Electroplating process 2. Chemical reduction of precious metal salts 3. Reduction or dissociation of metal salt vapors 4. Spraying of metals under normal pressure 5. Steaming in a high vacuum.
The subject matter of the invention relates above all to vapor deposition processes in a high vacuum. These are distinguished from other types of processes in that they can deliver reflective coatings of any metal in a safe and easily reproducible manner.
The quality of the metallization, namely gloss, corrosion resistance, HBte, adhesion and abrasion resistance, depends on the embodiment of the process. The simplest embodiment is that a metal is vapor-deposited onto the plastic surface that has not been pretreated in a high vacuum. The corrosion resistance of such metallizations depends on the type of metal deposited. The adhesive strength is also dependent on the type of plastic and is very low for most types, with the exception of some cellulose esters.
The selection of metals that are more or less satisfactory in terms of corrosion resistance and adhesive strength is also very small and is almost exclusively limited to chrome and aluminum.
An improvement can be achieved by providing the D metal layer with a protective film. While inorganic films do not show a noticeable protective effect, paint films result in a significant improvement in the adhesive strength. However, it is very difficult to find suitable paints that meet the requirements. Such a lacquer must have high hardness and equally high adhesive strength on the plastic, since the protective lacquer penetrates through the metal layer onto the plastic surface due to the more or less large porosity of reflective metal layers that is almost always present.
It must, which is difficult to achieve with thermoplastics, not dissolve or swell the surface of the plastic, because this makes the metallization blind, ie. In other words, it loses its clear, reflective appearance and looks like a rough or matt metal surface. It has now been shown, however, that paints which meet these conditions generally do not meet higher requirements for abrasion resistance. In addition, the metallizations produced in this way do not have a high gloss due to the often unavoidable roughness of the plastic surface. Attempts were therefore made, as is also known, to increase the quality of the metallization by first applying a base coat, onto which the metal layer was vapor-deposited and provided with a top coat.
This measure made it possible to significantly increase the gloss of the metallization, but in many cases the adhesive strength of the metallization was unsatisfactory, since here, too, requirements were placed on the lacquers that could only be met in rare cases with certain plastics. This is because it is difficult to find a lacquer for the base layer which, with sufficient adhesive strength and avoidance of bulging, also with thermoplastic plastics, simultaneously has the appropriate gloss and hardness, as appears to be desirable for a carrier layer for the subsequent metallization. Such metallizations with a base coat tended to peel off and have not proven useful in practice, particularly with thermoplastics.
These deficiencies can now be eliminated if the following procedure is followed according to the invention:
First a base coat is applied. The only requirement for this base coat is that it adheres well to the plastic surface. It does not need, as was necessary in the previously known processes with a base coat, to have great hardness and high gloss and may even swell the plastic surface within certain limits. Numerous air-drying or oven-drying, physically curing lacquers are available for this purpose. It is advisable to use paints that have the same or a similar basis as the plastic. So z.
B .: PVC varnishes for polyvinyl chloride injection molded parts, cellulose ester varnishes for cellulose esters, methacrylate varnishes for polymethacrylic acid esters, e.g. B.
Plexiglas (registered trademark), linseed oil-based lacquers for polyethylene and polystyrene.
An intermediate lacquer layer is then applied to this base lacquer layer.
Only this intermediate lacquer is required to have the desired high gloss. It has been shown that with such lacquers, which are suitable as intermediate layers because of their gloss and other properties, the adhesive strength on the base lacquer layer is generally sufficient, even if the same lacquer would not adhere directly to the plastic surface. A large number of lacquers are available for use as an intermediate lacquer.
The metal layer is then applied to this intermediate layer, preferably using the known technique of vacuum vapor deposition. Almost all metals can be used for this, regardless of their resistance to corrosion. The top coat is then applied. Suitable topcoats are those that are very hard, do not dissolve or swell the intermediate coat and bind well with the intermediate coat. These conditions can best be met by chemically curing, e.g. B. the thermosetting melamine resin paints are used for the intermediate and top coat.
When using the same, chemically curing lacquer for intermediate and top lacquers, it is necessary that the intermediate lacquer is completely cured and thus made insoluble before the top lacquer is applied. Depending on the desired effect, the lacquers are either colorlessly transparent or tinted with dye solutions.
The metallization can take place on the outside facing abrasion and other influences or, in the case of transparent plastics, on the protected rear side of the plastic objects.
The metallizations produced by this process are characterized by high gloss, high hardness, adhesion and abrasion resistance; and solvent resistance.
The process is relatively simple, since only two lacquers are required for a metallization, of which only the lacquer serving as the base layer has to be adapted to the type of plastic, and this adaptation does not cause any particular difficulties because of the low requirements placed on this layer.
Plastic objects provided with metal coatings according to the invention are thus characterized according to the preceding explanations in that, in addition to the base lacquer layer applied directly to the plastic surface, an intermediate lacquer layer is provided between the base layer and the metallization, which has the task of creating a firm bond between the base layer on the one hand and the metal layer and On the other hand, to produce an outer protective layer, including for those protective layer materials and metals which, if applied directly to the plastic surface, would not adhere with sufficient strength.
The method according to the invention can be used with advantage on all types of plastics, but it is particularly suitable for the production of metallizations on thermoplastics.
PATENT CLAIM! HE
I. A plastic article provided with a metal coating, characterized by a primer layer on the plastic surface, a subsequent intermediate lacquer layer, a metal layer adjoining the intermediate lacquer layer and a top lacquer layer on the metal layer.