Verfahren zum Beschichten textiler Flächengebilde mit einem Kunstharz Gegenstand des Hauptpatentes ist ein Verfahren zum Beschichten textiler Flächengebilde durch Auf bringen von bei Raumtemperatur festen, thermoplasti schen oder thermohärtbaren Kunstharzen mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen des Kunstharzes in das elek trostatische Feld die elektrische Leitfähigkeit des Kunst harzes durch Beigabe eines Zusatzstoffes derart erhöht wird, dass das so modifizierte Kunstharz in einem elek trostatischen Feld, das durch eine zwischen 20 und 120 kV liegende Potentialdifferenz erzeugt wird,
ver sprüht werden kann.
Einen massgebenden Anteil am Erfolg dieses Ver fahrens hat, wie sich zeigte, nicht nur die Viskosität des Partikelmaterials, sondern insbesondere die elektrische Leitfähigkeit bzw. die Dielektrizitätskonstante dieses Materials. Es wurde nun gefunden, dass als Zusatzstoff zu dem Kunstharz mit besonderem Vorteil ein polares Derivat einer organischen Säure in einer Menge zu gegeben wird, die ausreicht, um dem Kunstharz einen elektrischen Widerstand im Bereich von 0,3 X 106 bis 5,5 X 1010 Ohm/cm3 zu verleihen.
Bekannt war es bisher (DAS Nr. 1040 497), Flä chengebilde elektrostatisch zu beflocken unter Verwen dung von Reyonfasern, die zwecks Vermeidung von Zusammenballungen mit einer wässrigen Lösung eines Kondensationsproduktes aus einer höheren Fettsäure und einer Aminosulfosäure vorbehandelt wurden.
Anhand der beiliegenden Zeichnung ist das erfin dungsgemässe Verfahren im folgenden beispielsweise nä her erläutert.
Die in der Zeichnung gezeigte Anlage besitzt einen ummantelten Behälter 1'5 für das zu versprühende flüs sige Material. Im Behälter 15 ist ein Rührwerk 16 an- geordnet. Vom Behälter 15 führt eine Leitung über einen Haupthahnen 17 zu einem Förderraum mit an- treibbarer Förderschnecke 18, welche eine nach oben gerichtete Schlitzdüse 19 speist. Über der Düse 19 ist als Gegenelektrode eine mit Innenheizung (nicht gezeich net) versehene Metalltrommel 20 angeordnet.
Ein zu beschichtendes Trägerband 21 wird von einer Vorrats rolle 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 Auf nahmetrommel 27 gewickelt.
Die Fördergeschwindigkeit der Förderschneckeneinrichtung, der Abstand der als Hauptelektrode dienenden Düse 19 von der Gegen elektrode 20 und die Grösse des Düsenspaltes sind ein, stellbar, wobei auch die Temperatur im Behälter 15, in der Fördereinrichtung, in der Düse 19, in der Gegen elektrode 20 und in der Heizvorrichtung 24 einstellbar Ist.
Zum Betrieb der beschriebenen Anlage wird zwi schen Düse 19 und Gegenelektrode 20 ein Hoch spannungsfeld erzeugt, wobei Spannungen zwischen 15 und 150 kV anwendbar sind, während das zu sprühende Material mit den notwendigen Zusätzen in den Behälter 15 eingefüllt wird. Mittels der Förderschnecke 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 Partikeln nach oben geführt und noch vor ihrem Auftreffen auf dem Trägerband 21 weiter zer kleinert. So entsteht auf dem Trägerband 21 aus den feinen Partikeln eine dünne Schicht; das zusätzliche Er- hitzend. dieser Schicht beim Passieren der Heizvorrichtung 24 kann ein noch innigeres Verschmelzen der Partikeln bewirken. In der Vorrichtung 26 wird die vom Träger band mitgeführte Schicht gekühlt.
<I>Beispiel</I> Als Sprühmittel wird eine Polyvinylchlorid-Disper- sion folgender Zusammensetzung verwendet: Polyvinyl- chlorid: 100 Gewichtsteile Di-2-Äthylhexyl-Phthalat 100 Teile Bleiweisspaste 2 Teile Talk 8 Teile Butyl-Alkohol 30 Teile Dieses Gemisch wird zu einer glatten, gleichförmigen Paste verarbeitet und filtriert. Diese PVC-Paste besitzt eine Viskosität von 60 dyn - sec/cm2 bei 21' C und eine elektrische Leitfähigkeit von 11 - 106 Ohm.
Diese PVC-Mischung wird anschliessend in den Behälter 15 gefüllt und durch die Schnecke 18 zur Düse 19 trans- portiert, deren Öffnungsbreite auf etwa 0,8 mm einge stellt wird, während an die Düse eine Spannung von 30 kV angelegt wird. Der Abstand der Düsenmündung von der Oberfläche der beheizten Trommel 20 beträgt annähernd 30 cm. Als Trägerband ist ein Gewebeband vorgesehen, wobei das Material bei 90 C an der Trom mel geliert und in der Heizvorrichtung 24 zur einwand freien Verschmelzung auf etwa 1'50 C erhitzt wird.
Das so beschichtete Band wird anschliessend in der Vorrichtung 26 gekühlt und dann auf die Trommel 27 aufgewickelt.
Im vorangehenden wurde stets davon ausgegangen, dass das Partikelmaterial einem elektrostatischen Feld mit von unten nach oben gerichtetem Kraftfluss aus gesetzt wird. Es ist aber ohne weiteres möglich, die Anordnung auch so zu treffen, dass der Kraftfluss des Feldes schräg, von der Seite oder von oben nach unten zum Trägerband hin verläuft. Die Schwerkraft kann dabei zum Transport der Partikeln herangezogen wer den, während das elektrostatische Feld zur Hauptsache der Partikelzerkleinerung dient.
Dieser letztgenannte Effekt verbessert sich in vielen Fällen mit zunehmender Spannung, so dass auch Spannungen von mehr als 60 kV zur Anwendung gelangen können. In gewissen Fällen kann es auch vorteilhaft sein, das zu sprühende Ma terial der Elektrodendüse unter einem gewissen über- druck zuzuführen; auch in diesem Fall dient das elek trostatische Feld in der Hauptsache zum weiteren Zer reissen der Partikel des Druckstrahls, bevor diese auf das Trägerband auftreffen.
In der beschriebenen Weise lassen sich aus den verschiedensten Kunstharzen Deckschichten, Schutz schichten (z. B. gegen Durchlässigkeit, gegen Abrieb), Zierschichten (mit oder ohne Farbzusatz, Muster usw.) ein- oder mehrlagig praktisch beliebig dünn in einfacher Weise herstellen.
Die zur Durchführung des Verfahrens notwendige Einrichtung ist relativ einfach, und es ist keinerlei mechanische Bearbeitung der erzeugten Schichtkörper notwendig. Es kann. mit Spannungen in nerhalb eines sehr grossen Bereiches gearbeitet werden, wobei auch Hilfselektroden seitlich oder hinter dem Träger zur Steuerung des elektrischen Feldes verwendet werden können. Ebenso lassen sich nach dem gleichen Verfahren Gemische aus Flüssig- und Festpartikeln zu Dünnschichtkörpern sprühen.
Durch geeignete Ausbildung der Gegenelektrode las sen sich auch poröse Schichtkörper bzw. Beläge her stellen; so könnte z. B. eine feinstperforierte Gegenelek- trode oder eine solche mit örtlich verteilt aufgebrachten Isolatoren verwendet werden. In ähnlicher Weise könnte auch die Schichtdicke des Belages auf dem an der Düse vorbeiwandernden Träger abschnittweise oder kon tinuierlich verändert werden. In Ergänzung des beschrie benen Beschichtungsverfahrens könnte im gleichen Ar beitsgang auch ein Beflocken eines Grundbelages mittels Fasern oder dergleichen erfolgen.
Es hat sich gezeigt, dass mit den bisher üb lichen, elektrostatischen Sprühverfahren (Schmelzfluss- index nach Brit. Stand Spec. 2782, Teil 1, Grade 20) Polyäthylene nicht zu dem zur homogenen Schicht bildung erforderlichen feinen Nebel zersprüht werden können.
Mit dem vorliegenden neuen Verfahren da gegen, nach welchem Viskosität, Dielektrizitätskon- stante, Leitfähigkeit und 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 verbessern den Stoffen unter gleichzeitigem Erhitzen in der ge wünschten Weise verändert werden.
Da niedrige Viskosi tät und relativ hohe Temperaturen erforderlich sind, um die fraglichen Polyäthylene sprühbar zu machen, ist es meist erforderlich, ein Antioxydationsmittel beizu fügen und das Schmelzen in einem geschlossenen System durchzuführen. Derart behandeltes Polyäthylen lässt sich nun zwar mit Hilfe eines Hochspannungsfeldes ver sprühen, doch wird kein feiner Nebel erhalten, d. h. die gebildeten Tröpfchen sind zu gross. Zur Tröpfchenver- kleinerung muss auch die elektrische Leitfähigkeit ver grössert werden, z. B. durch geeignete Zusätze, die bei Temperaturen um 400 C verwendbar sind.
Herabsetzung der Viskosität und Erhöhung der Leit fähigkeit genügen aber meist noch nicht, um die ge wünschten sehr feinen Partikeln zu erhalten; es muss auch die Oberflächenspannung der Schmelze herabge setzt werden, was durch Zusätze, die in der Art von Schutzkolloiden wirken, erreicht wird. In dieser Weise behandeltes Grade 20 Polyäthylen lässt sich elektrosta tisch zu feinstem Nebel zersprühen.
Praktisch wird so vorgegangen, dass das Polyäthylen in einem Extruder geschmolzen und mit konstantem Druck der Düse zugeführt wird. An die isolierte Düse wird die zur Erzeugung des Feldes erforderliche Hoch spannung angelegt; die Anordnung ist zweckmässig so, dass sich die Düse im Abstand von etwa 14 cm unter der Gegenelektrode befindet. Es hat sich auch als vorteil haft erwiesen, mehrere Düsen hintereinander anzuord nen und das Trägerband z. B. mittels Saugwalzen nach einander an den verschiedenen Sprühstationen vorbei zuführen.
Im Falle von höher viskosem Sprühmaterial kann es auch zweckmässig sein, beide ,Elektroden gegenüber 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 Schmel zen oder Flüssigkeiten erzielen.
Als geeignete Polyäthylenmischung hat sich folgende ergeben: Alkathen XRM 21 100 Teile Swan Wax A. 36 5 Teile Araclor _5460 10 Teile Magnesiumstearat 1 Teil Gereinigtes Butylen-Hydroxy-Toluen 0,15 Teil Dilaurylthiodipropionat 0,05 Teil Die genannten Gemischteile werden, ausgenommen das Araclor , in einer Mischvorrichtung, z.
B. einer Zwei walzenmühle, gemischt; dann wird das Araclor zu gegeben und das Ganze glatt gemischt. Das Gemisch wird mit einer Temperatur von 390 bis 400 C 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 übli ches Polyäthylenpulver durch elektrostatisches Versprü hen nicht zu gleichförmigen Schichten verarbeitet wer-' den 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.
Ein einwandfreies Versprühen von PVC-Pulver wird dann erhalten, wenn dessen Leitfähigkeit 0,2 X 10-4 ,u Mho und die Dielektrizitätskonstante 0,66 Microfarad be trägt.
Ohne spezielle Behandlung besitzt das PVC-Pulver eine Leitfähigkeit von weniger als 10-5 ,u. Mho und eine Dielektrizitätskonstante von 0,53 Micro-Microfarad. Im folgenden sei ein geeigneter Test angegeben: 0,1 Laurinsäure-Monoäthanolamid und 0,1 % Propylen-Gly- col-Monostearat werden in 100 Teilen Methylenchlorid gelöst. Der Lösung werden dann 100 Teile Polyäthylen pulver beigemischt, das vorgängig mit 100 Teilen Methy- lenchlorid benetzt wurde.
Das Gemisch wird dann ge rührt und das Methylenchlorid durch Vakuumdestilla tion abgezogen. Dann wird das trockene Pulver ver feinert (40 Maschensieb) und mittels einer Düse, an die eine Spannung von 30 kV angelegt ist und die im Abstand von 14 cm von der Gegenelektrode liegt, ver sprüht. über die Gegenelektrode wird eine Aluminium folie mit einer Geschwindigkeit von etwa 5 m/Min. geführt;
die Folie wird auf 180 C 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 wer den mit PVC-Pulver erreicht, wenn das letztere mit einer Mischung aus 0,05 % Natrium-Dioctyl-Sulfosucci- nat und 0,05 % Laurinsäure-Monoäthanolamid vorbe handelt wird.
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 einem Elektrodenabstand 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 gewisse Zusatzstoffe beigegeben wurden. So ist z.
B. die Leitfähigkeit einer üblichen Paste aus Geon PVC-Paste Polymer 100 Teile, Di- octylphthalat 120 Teile 0,4 - 10-4 Micro-Mho, während die Viskosität bei 45 C 1 Min. 20 Sek. (Nr. 4 Ford becher-Viskosimeter) beträgt.
Wird dagegen die Mi schung wie folgt zusammengesetzt: Geon 121 PVC Polymer -Paste 100 Teile Dioctylphthalat 120 Teile Natrium Dioctyl-Sulfosuccinat 2 Teile Laurinsäure-Monoäthanolamid 2 Teile Magnesiumstearat 2 Teile so ergibt sich eine Leitfähigkeit des Gemisches von 0,6 - 10-3 Micro-Mho und bei 45 C eine Viskosität von 3 Min. 10 Sek.
(Nr. 4 Fordbecher-Viskosimeter). Er folgt das Sprühen dieses Gemisches bei einem Elek- trodenabstand 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 sprübaren Materials maximal 3 Min. 10 Sek.
(Nr. 4 Ford Cup Viskosimeter bei 45 C) beträgt und die minimale Leitfähigkeit 0,6 - 10-3 Micro- Mho. Zur Messung der elektrischen Materialeigenschaf ten wurde in den beschriebenen Beispielen eine Wayne Kerr Brücke Typ B 221 und eine Kapazitätszelle Typ C 121 (bei 451 C) verwendet.
Bei einem praktischen Beispiel wurde die in der genannten Weise hergestellte PVC-Paste auf ein Gewebe aufgesprüht und dort zu einem dünnen Film verschmol zen.
Versuche haben gezeigt, dass eine .Schmelze aus Polyäthylen (DYDT Union Carbide) bei einer Tempe ratur von z. B. 140 C im elektrostatischen Hoch spannungsfeld 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 Zusatz stoff z.
B. 16 g Caprinsäureäthanolamid auf 400 g Polyäthylen beigefügt, so sprüht die Schmelze bei 140 C in feinen Tröpfchen, deren Durchmesser 30 ,u oder weniger beträgt; in, beiden Fällen wurden gleiche Spannungen zwischen 75 und 80 kV verwendet.
Ein weiterer Versuch zeigt, dass z. B. ein aus 90 g Kunstharz SK (Chem. Werke Hüls) 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 geeigneten Zusatzstoffes z. B. von 10g Laurinsäureisopropanolamid zersprühen dagegen die Strahlen im Hochspannungsfeld zu Tröpfchen, de ren Durchmesser 30 1, oder weniger beträgt.
Es hat sich somit gezeigb, dass sich durch geeignete Zusatzstoffe auf chemischem oder physikalischem Weg die Sprühfähigkeit von Lacken, Schmelzen, Pasten und Pulvern (durch entsprechende Beeinflussung ihrer Vis kosität, Leitfähigkeit, Oberflächenspannung usw.) so weit verbessern lassen, dass nach diesem Verfahren auch solche Materialien, die bisher für diesen Zweck als un geeignet betrachtet wurden, zu dünnen, gleichförmigen Filmen verarbeitet werden können.
Im allgemeinen sollte ein dem Sprühfeld ausgesetz tes, flüssiges bzw. verflüssigtes Material folgende Eigen schaften aufweisen: Leitfähigkeit 0,3 - 10s=5,5 - 1013 Ohm/cm3 bei 140 C, zweckmässig um 0,3 . 103-103; Dielektrizitätskonstante bei 140 C wenigstens 0,3 Micro-Microfarad, zweckmässig 0,4-0,5; Viskosität (Fordbecher 4 bei 400 C) maximal 2 Min. 15 Sek., zweckmässig weniger als 1 Min. 20 .Sek.