Verfahren zur Herstellung eines zur Fabrikation von geprägten Kunststoffolien dienenden Formbandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zur Fabrikation von geprägten Kunststoffolien dienenden Formbandes.
Die Herstellung von Kunststoffolien befasst eine grosse Industrie und solches Material wurde schon sowohl mit ungeprägten wie mit geprägten Oberflächen hergestellt. Eine Prägung ist ein Oberflächenmuster in geometrischer oder zufälliger Musterung, die gewöhnlich als Dekoration verwendet wird.
Es ist bereits bekannt, Kunststoffolien und mit Kunststoff überzogene Gewebe und Gewirke herzustellen unter Verwendung eines kontinuierlichen oder endlosen Formbandes; dieses ist jedoch üblicherweise aus Stahlblech hergestellt. Das Band ist mit Antriebsmitteln in Verbindung, die es in ebener und nicht wellenförmiger Bewegung halten und hat eine Oberfläche, die das Negativ derjenigen der zu erhaltenden Kunststoffolie bildet. Diese Oberfläche erhält das Band durch ein oder andere wohl bekannte Verfahren, beispielsweise im Falle einer gemusterten Fläche durch Eingravieren.
Eine kontinuierliche Kunststoffolie kann gewonnen werden durch gleichmässiges Verteilen einer Paste von thermoplastischer Zusammensetzung auf das sich bewegende Band. Die Arbeftsbedingung, wie z. B. die Geschwindigkeit und die Viskosität werden so eingestellt, dass Vertiefungen in der Bandoberfläche ganz gefüllt werden. Die Mischung wird geliert durch Erwärmen und die so erhaltene Folie kann leicht vom Band abgelöst werden. Die Folienoberflä- che hat eine Ausbildung, die das Negative derjenigen des Bandes ist.
Die durch einen solchen Bandvorgang erhaltene Reproduktion ist im allgemeinen ausgezeichnet. Abgesehen von den grossen Kosten, die durch die Herstellung von solchen Bändern bedingt sind, stellen sich auch grosse Schwierigkeiten ein bei deren Verwendung. Da Metallbänder eigentlich unnachgiebig sind, bedarf es einer kostspieligen Ausrüstung, um sie in ebener und ungewellter Bewegung zu halten. Ein anderer Nachteil besteht darin, dass es viel Arbeit und Zeit braucht, um Bänder auszuwechseln bei der Herstellung von Folien mit verschiedenem Prägemuster.
In der deutschen Patentschrift 1105 834 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Formbandes beschrieben, das aus einem feinfädigen enggewobenen und veredelten Baumwollgewebe besteht, welches mit einer dünnen Lage von Silikongummi überzogen ist.
Ein solches Band kann nur bei der Herstellung von Kunststoffolien verwendet werden, die eine unbestimmte Oberflächenmusterung haben. Es wurde nicht versucht, das Formband mit einer glatten oder mehr oder weniger geprägten Oberflächenmusterung zu versehen.
Ein Zweck unserer Erfindung besteht in der Herstellung eines Formbandes, welches besser ist als die bis heute hergestellten Formbänder.
Gemäss der Erfindung wird ein bei der Herstellung von Kunststofffolien verwendetes Formband erhalten, indem man an ein Modell eine Organopolysiloxangummi-Mischung appliziert, dieser Mischung erlaubt, teilweise zu erhärten, dann das überzogene Modell an eine Unterlage laminiert, die Härtung beendigt und schliesslich das Modell vom so entstandenen Formband abnimmt.
Organopolysiloxangummi-Mi schungen haben im allgemeinen die Eigenschaft, dass sie leicht in feinem Detail irgend ein Muster reproduzieren, das auf einer Fläche vorhanden ist, wenn diese Mischung auf diese Fläche aufgebracht und nachträglich zu einem Elastomer gehärtet wird. Wir verwenden diese Eigen schaft in der Herstellung eines Formbandes, welches dann bei der Herstellung von Kunststoffolie verwendet wird, die eine vorbestimmte Oberflächenmusterung haben soll.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens überzieht man die Unterlage vorgängig mit einer Organopolysiloxangummi-Mischung und erlaubt dieser, teilweise zu erhärten, verbindet man die Überzüge des Modells und der Unterlage miteinander, versieht man nach dem Laminieren und vollständigen Härten die freiliegende Oberfläche der Unterlage mit einer Lage von Organopolysiloxangummi-Mischung, härtet man diese Lage und nimmt das Modell vom mehrschichtigen Band ab.
Die Unterlage bzw. Armierung kann aus gewobener, gestrickter oder gefilzter Ware, aus Metallblech oder Gewebe oder auch aus Glasfaserfolie bzw. Glasfasergewebe bestehen. Doppelgewebe haben sich als Unterlage bzw. Armierung besonders geeignet. Abgesehen davon, dass sie die Zugfestigkeiten des Bandes erhöht, hat eine solche Unterlage auch den Vorteil, dass sie ein Verziehen bzw. das Wellen des Bandes während dem Betrieb verhindert. Es ist auch möglich, die Unterlage als solche direkt an den teilweise erhärteten Überzug des Modelles zu laminieren, oder unter Verwendung eines geeigneten Klebstoffes.
Unter Modell verstehen wir ein Material, das ein glattes oder mehr oder weniger erhabenes Oberflächenmuster aufweist, welches wir auf der Kunststoffolie zu reproduzieren wünschen. Das Material, das als Modell wirkt, kann natürlich oder synthetisch sein und es kann selbsttragend oder mit Unterlage sein. Beispiele solcher Materialien sind Gewebe oder Gestricke aus Nylon oder Terylen (Schutzmarke), geprägte Thermoplastikfolien, glattes oder geprägtes Papier.
Unter Formband verstehen wir ein endloses oder kontinuierliches Band, das eine Oberflächenausbildung hat, welche das Negativ derjenigen ist, die auf der Kunststoffolie zu erhalten ist.
Bei der Herstellung eines Formbandes gemäss der Erfindung wird ein Modell mit einer Organopolysiloxangummi-Mischung überzogen und zwar beispielsweise mittels einer Rakel oder mittels einer tJber- zugsrolle oder durch Aufmalen oder Aufspritzen. Die Mischung wird bei Raumtemperatur oder bei erhöhten Temperaturen gehärtet zur Bildung eines Elastomers, das in gehärtetem Zustand vom Modell abgelöst wird.
Wie es sich gezeigt hat, ist es von Vorteil, die Gummimischung in mindestens zwei separaten Phasen auf das Modell aufzubringen, In der ersten Phase kann man sich dabei eines Abstreifmessers bedienen oder das Aufbringen durch Bemalen oder Aufspritzen auf das Modell vollziehen. Die Geschwindigkeit des Aufbringens und die Viskosität der Mischung werden so eingestellt, dass dafür Gewähr besteht, dass die Vertiefungen des Musters ganz ausgefüllt werden. Typische Zusammensetzungen sind in den nachfolgenden Beispielen angegeben. Eine zweite und vielleicht dritte Lage von Paste, die die gleiche oder eine andere Zusammensetzung haben kann wie die erste Lage, wird aufgebracht in irgend einer gewollten Dicke mittels einer einen feststehenden Spalt freilassenden Rakel.
Die Organopolysiloxangummi Mischung wird gehärtet bei Raumtempteratur oder bei erhöhten Temperaturen je nach der Art des Härtemittels, das in in der Mischung zur Anwendung gelangt.
Das Formband kann vom Modell ungebrochen abgelöst werden, wobei es sich im Falle eines endlosen Bandes ergibt, dass die Formfläche innen liegt und das Band gewendet werden muss, damit die Formfläche aussen zu liegen kommt. In gewissen Fällen, beispielsweise wenn die Musterung des Modells das Bild von Wimpernhaaren aufweist, kann es notwendig sein, das Formband zu zerschneiden zur Erleichterung des Ablösens des Bandes vom Modell, und in diesem Fall wird das Band nachträglich wieder zusammengesetzt, in der Weise, dass die Formoberfläche aussen liegt.
Obwohl bei der Herstellung eines Formbandes irgend ein Material verwendet werden kann zur Heranbildung eines Modelles hat sich doch gezeigt, dass ein bevorzugtes Material im Falle von Formoberflächen mit normal tiefen Mustern oder matter Oberfläche Papier ist. Dieses kann geprägt oder ungeprägt sein. Das verwendete Papier kann oberflächenbehandelt sein, z. B. durch Überziehen mit einer Mischung von Stärke und Natriumalginat zwecks Verbesserung des Ablösevermögens des Modells. Bei Verwendung von Stärke und Natriumalginat als Ablösemittel werden beispielsweise 10 g/m2 dieses Mittels auf Kraftpapier aufgebracht. Ein Überzug dieser Grössenordnung löst sich nicht vom Modell, wenn die Silikonelastomerformfläche abgestreift wird.
Andere Ablösemittel, die auf das Papier appliziert werden, sind Polymethyl-Metacrylat, Karboxymethylcellulose, Nitrocellulose und Polyvinylchlorid. Ein solches Papieroriginalmodell kann durch einen der üblichen Prägevorgänge mit einem erhabenen Muster versehen werden; eine Möglichkeit besteht darin, einen Papierabschnitt durch den Spalt zwischen einem Paar von Prägerollen hindurchzulassen, die normalerweise verwendet werden, um einem in üblicher Weise hergestellten überzogenen Gewebe oder Gewirke ein Muster zu geben. Bei Verwendung eines solchen Musters kann recht gut ein Formband erhalten werden, dass eine ausgezeichnete Oberflächendefinition hat. Die Verwendung eines Modells aus Papier ist gewöhnlich dann von Vorteil, wenn man ein Formband herstellen will, das eine matte Oberfläche hat.
Eine solche Oberfläche konnte bisher nicht mit den üblichen Metallformoberflächen erhalten werden, kann nun aber erreicht werden bei der Verwendung eines Papiermodells mit matter Oberfläche, wobei dann mit einem Silikonelastomerformband gemäss der Erfindung eine thermoplastische Kunststofffolie, die eine ähnliche matte Oberfläche hat wie das Muster, leicht produziert werden kann.
Einer der Vorteile der Verwendung eines erfindungsgemäss hergestellten Formbandes besteht darin, dass solche Bänder ein ausgezeichnetes Ablösevermögen haben, so dass also keine Gefahr besteht, dass thermoplastisches Material anhaften kann, wie dies der Fall ist bei der Verwendung von üblichen Formbändern. Mit den bis heute bekanntgewordenen Formflächen wird die thermoplastische Folie nicht leicht abgelöst wegen des Anhaftens des thermoplastischen Kunststoffes an der Formfläche; diese Schwierigkeit tritt bei Silikonelastomeroberflächen nicht auf.
Dem ist es zu verdanken, dass Material bei höheren Temperaturen als bisher üblich verarbeitet werden kann, was wieder den Vorteil ergibt, dass wir bei der Herstellung von geprägten Produkten Kunststoffe verwenden können, welche ihr Prägemuster bei wesentlich höherer Temperatur beibehalten als dies bei den üblichen Verarbeitungen möglich war. Ausserdem ist es mit Silikonelastomerformbändern möglich, das Material bei höheren Laufgeschwindigkeiten zu verarbeiten als dies bei den üblichen Methoden durchführbar war.
Ein anderer Vorteil von solchen Formbändern besteht darin, dass sie bei der normalen oder abnormalen Verwendung nicht leicht beschädigt werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass nach der Erfindung hergestellte Formb änder mit verhältnismässig geringen Kosten hergestellt werden können und auch zusammen mit weniger kostspieliger Maschinerie verwendet werden können als jener, die zu verwenden ist für Metallbänder, und zwar weil Elastomerbänder nachgiebig sind. Somit können wir dank unserer Erfindung thermoplastische Folien billiger herstellen als bisher.
Wir haben festgestellt, dass die nützliche Lebensdauer eines Formbandes gemäss der Erfindung in weitem Ausmass vom Weichmacher abhängt, der in der thermoplastischen Mischung verwendet wird. Gewisse Weichmacher, wie z. B. Phthalate von Alphanol, haben einen schädlichen Einfluss auf Silikonelastomere und es hat sich als vorteilhaft erwiesen, in solchen Fällen die Oberfläche des Bandes mit einer dünnen Schutzlage eines geeigneten Materials zu versehen. Für diese Zwecke geeignete Materialien sind Polytetrafluoräthylen und Metalle, wie z. B. Nickel und Molybdän. Eine geeignete Dicke für eine metallische Schutzschicht liegt zwischen 0,012 und 0,25 mm. Eine solche Metallschutzlage kann auf die Oberfläche aufgebracht werden durch irgendeine der üblichen Methoden, beispielsweise durch Elektroablagerung, Aufsprühen im Vakuum, Aufspritzen oder Ablagern aus einer chemischen Lösung.
Die Erfindung wird nun beispielsweise mit Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert, die eine Ausführungsart des Verfahrens zur Herstellung des erfindungsgemässen Formbandes veranschaulicht.
Fig. 1 veranschaulicht einen Abschnitt einer Unterlage, die mit Silikonelastomer überzogen wurde,
Fig. 2 zeigt einen Abschnitt eines Modells, das mit einer Organopolysiloxangummi-Mischung überzogen wurde,
Fig. 3 ist ein schematischer Aufriss der Einrich- tung zum Auflaminieren der überzogenen Unterlage auf das überzogene Modell,
Fig. 4 zeigt einen Abschnitt des zusammengesetzten Laminates nach Fig. 3,
Fig. 5 zeigt einen Abschnitt von Material gemäss Fig. 4 nach dem Aufbringen einer weiteren Lage von Organopolysiloxangummimischung auf die unüberzogene Oberfläche der Unterlage,
Fig. 6 zeigt einen Abschnitt des Formbandes mit dieser zusätzlichen Lage.
In Fig. 1 wurde eine kontinuierliche Unterlage 1 aus Gewebe oder Gestrick oder anderem geeignetem Material mit einer Organopolysiloxangummi-Mischung 2 überzogen, die gehärtet ist zur Bildung eines Elastomers, so dass sich eine überzogene Unterlage 3 ergibt.
In Fig. 2 wurde ein Modell 4 mit geprägter Oberfläche 5 mit einer Organopolysiloxangummi-Mischung 6 überzogen, welche zu einem Elastomer gehärtet ist zur Bildung eines überzogenen Modelles 7.
In Fig. 3 wird ein überzogenes Modell 7, wie in Fig. 2 gezeigt, unter einem Abstreichmesser 20 vorbeigelassen, und zwar mit nach oben gewendeter Silikonelastomerlage, so dass eine Mischung von Organopolysiloxan 14 auf die Silikonelastomerlage ausgebreitet wird. Die überzogene Unterlage 3, wie in Fig. 1 gezeigt wird nun von einer Rolle 15 abgewikkelt, und zwar mit nach aussen gewendeter Silikonelastomerlage, und durch den Spalt zwischen Walzen 11 und 13 hindurchgelassen, wo die Silikonelastomerlage an die Organopolysiloxangummi-Mischung 14 angedrückt wird, die vorhin auf das Modell aufgebracht wurde. Das mehrschichtige Material, das so erhalten wird, wird nun durch eine Kammer 16 hindurchgeführt, in der die Temperatur so eingestellt ist, dass alle Organopolysiloxanzwischenlagen voll ausgehärtet werden und so ein Laminat bilden wie es in Fig. 4 gezeigt ist.
In Fig. 4 weist das zusammengesetzte Laminat eine kontinuierliche Unterlage 1, Silikonelastomerlagen 2, 14 und 6 und ein Modell 4 auf. Der Verbund zwischen der Unterlage und den drei Silikonelastomerlagen ist permanent, währenddem jener zwischen dem Modell und der Silikonelastomerlage nur vor übergehend ist, indem das Modell vom zusammengesetzten Laminat leicht abgelöst werden kann, um eine gemusterte Silikonelastomerformfläche freizulegen (Fig. 6).
Um die Unterlage aus Gewebe oder Gestrick zu verstärken und um deren Wellenbildung während der Verwendung zu verhindern, kann es erwünscht sein, die Unterlage auf der Rückseite des Gewebes oder Gestrickes mit einer andern Lage von Organopolysiloxangummi-Mischung zu überziehen. Die Gummi-Mischung wird bei erhöhter Temperatur gehärtet. Dies ist in Fig. 5 gezeigt, in welcher das in Fig. 4 gezeigte Laminat zusammen mit der Verstärkungslage aus Silikonelastomer 18 auf der Rückseite des Unterlage gewebes-oder-gewirkes 1 veranschaulicht ist. Die Hinzufügung der Silikonelastomerlage 18 dient nicht nur zum Verstärken der Unterlage und zum Verhindern deren Wellung, sondern auch zur Verbesserung der Zugfestigkeit des Bandes bei dessen Verwendung.
Das Formband ist nun komplett, aber immer noch am Originalmodell anliegend. Letzteres kann leicht abgenommen werden, um am Formband eine gemusterte Silikonelastomeroberfläche 19 freizulegen, wie in Fig. 6 gezeigt. Dies ist die Arbeitsfläche des Bandes, auf welche eine Paste von thermoplastischer Mischung vergossen werden kann zur Bildung einer Folie.
Formbänder sind nach diesem Verfahren in verschiedensten Längen hergestellt worden und solche Formbänder haben eine bemerkenswerte Dauerhaftigkeit in der Verwendung unter Massenherstellungsbedingungen.
Das folgende Beispiel gibt eine Zusammenset- zung, die erfolgreich verwendet wurde bei der Ausführung der Erfindung. Alle Teile sind gewogen.
Eine Mischung wird hergestellt aus 100 Teilen von Polydimethylsiloxan mit blockierter endständiger Hydroxylgruppe und mit einer Viskosität von 6000 centistokes bei 250 C, 50 Teilen Calciumcarbonat, 25 Teilen Zinkoxyd und 3 Teilen Äthylsilikat. Unmittelbar vor Verwendung wurde 0,5 Gew. O/o von Dibutyl Zinn-dilaurat hinzugefügt. Nach Hinzufügung dieses Härtemittels hatte die katalysierte Mischung eine Viskosität von ungefähr 700 centistokes.
Zugleich wurde ein Originalmodell angefertigt.
Ein Kraftpapier wurde mit einem aus Stärke und Natriumalginat bestehenden Ablösemittel überzogen, und zwar in einer Mächtigkeit von etwa 10 g/m2. Das überzogene Papier wurde durch den Spalt zwischen einer metallischen Prägewalze und einer Gegenwalze aus mit Stärke imprägnierter Baumwolle hindurchgelassen. Der erforderliche Prägedruck war in der Grössenordnung von 0,4 t/cm2. Dies ergab auf dem Papier eine überzogene Oberfläche mit einem Oberflächenmuster, und zwar in vorliegendem Beispiel ein Muster von lederartigem Aussehen. Dies ist nun das Originalmodell.
Die Organopolysiloxangummi-Mischung wird nun auf der gemusterten Fläche des Originalmodells in zwei Phasen verteilt; in der ersten Phase wird ein Überzug aufgebracht mit einer Mächtigkeit von 67,7 g/m2 und der zweite unmittelbar folgende Uber- zug hat eine Mächtigkeit von etwa 152,5 g/m2. Der erste Überzug wurde mit einem Abstreifmesser aufgebracht und der zweite mit einer einen bestimmten Spalt freilassenden Rakel. Der Organopolysiloxan überzug wurde gehärtet zur Bildung eines Elastomers, und zwar bei Raumtemperatur während etwa 8 Stunden. Nun wird eine Unterlage angefertigt durch Verteilen der gleichen Silikonmischung wie beim Aufbringen auf das Originaimodell auf eine kontinuierliche 1,4 m breite Bahn aus Loomstate-Wigan-Gewebe mit einem Gewicht von etwa 237 g/m2.
Das Verteilen erfolgt zweclunässig in zwei aufeinanderfolgenH den Phasen, um ein Totalgewicht von Gummi-Mischung von etwa 203 g/m2 zu ergeben. Der Organopolysiloxanüberzug wird dann gehärtet zur Bildung eines Elastomers und zwar bei Raumtemperatur während etwa 8 Stunden.
Die überzogene Unterlage und das überzogene Originaimodell werden dann zusammen laminiert.
Dies erfolgt durch Hindurchlassen des überzogenen Modells und der überzogenen Unterlage durch den Spalt zwischen einem Druckwalzenpaar, und zwar mit den Silikonelastomerflächen in gegenseitiger Berührung; zur Erreichung eines starken Verbundes zwischen den zwei Lagen wurde eine weitere Lage von Organopolysiloxangummi-Mischung, wie vorher verwendet, auf die Silikonseite des überzogenen Ori ginalmodells verteilt unmittelbar vor deren Berührung mit der überzogenen Unterlage. Das Gewicht der auf das überzogene Modell aufgebrachten Organopolysiloxangummi-Mischung betrug ungefähr 135 im2. Das zusammengesetzte Laminat wurde durch eine Härtungszone hindurchgelassen, in welcher das Laminat während etwa 8 Stunden bei Raumtemperatur verblieb zur Gewährleistung einer vollständigen Härtung.
Eine weitere Lage von Organopolysiloxangummi Mischung, wie vorhin verwendet, wird nun durch Ausbreiten auf die freiliegende Gewebe- oder Ge wirlcfläche des zusammengesetzten Laminats aufgebracht (die andere freiliegende Oberfläche besteht dabei aus der Rückseite des Modells). Dieses Über- ziehen erfolgte einphasig in einer Mächtigkeit von etwa 135 g/m2 und der Überzug wurde bei Raumtemperatur während 8 Stunden gehärtet. Es hatte jetzt lediglich noch das Modell vom Formband abgenommen zu werden um eine gemusterte Fläche von Silikonelastomer freizulegen, wobei das Muster das Negativ desjenigen des Modells ist. Um sicher zu sein, dass alic Silikonelastomerlagen völlig ausgehärtet sind, lassen wir das Band durch eine viermal hindurchgehende auf 2000 C erhitzte Zone.
Das Band ist nun zur Verwendung bereit.
Obwohl wir in diesem Fall die Mischung durch Ausbreiten aufbrachten, sind andere Aufbringungsmethoden verwendbar, wie z. B. das Aufspritzen, das Üb erziehen mit der Rolle oder das Bemalen. In diesen Fällen kann es erforderlich sein, eine andere Viskosität der Mischung vorzusehen und auch die Härtemittel entsprechend den Appliziermitteln auszuwählen. Es ist sogar möglich, ein teilweise gehärteres, vorfabriziertes Blatt aus Silikonelastomer mit der Unterlage zu verbinden, aber es leuchtet ein, dass zur Gewährleistung des Eindringens in die Vertiefungen des Musters eine flüssige oder pastenförmige Mischung verwendet wird.
Als Modell kann eine grosse Anzahl von Materialien verwendet werden. In gewissen Fällen ergibt die Oberfläche des verwendeten Materials etwa eines Gewebes oder Gestricks das Muster und es ist keine weitere Prägung erforderlich. Ein Vorteil dieser Vor gehensweise besteht darin, dass es möglich ist, auf dem Formband eine Hochglanzfläche zu erhalten und ebenso auf der thermoplastischen Folie durch Verwendung eines Hochglanzmodells, wie z. B. eines kalandrierten Kunstpapiers.
Obwohl wir davon gesprochen haben die Unterlage mit einer Lage von Silikonelastomer zu versehen vor dem Zusammenlaminieren derselben mit dem überzogenen Modell, ist es auch möglich, die unüberzogene Unterlage direkt auf das überzogene Modell aufzulaminieren.