Verfahren, geeignet zum Bedruckbarmachen von Kunststoffgegenstanden
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, geeignet zum Bedruckbarmachen einer Teiloberfläche A bei Kunst stoffgegenständen mit mindestens einer nicht zu behan delnden Teiloberfläche B, bei dem die Oberfläche A der Einwirkung einer elektrischen Entladung in einem gasgefüllten Raum zwischen zwei Elektroden ausgesetzt wird, ohne dass dabei die ebene, nicht zu behandelnde Oberfläche B beeinträchtigt wird.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren kann nicht nur die Haftfähigkeit für Druckfarben, sondern auch die Haftfähigkeit für Klebemittel, Ziermassen und Überzüge verbessert werden.
Zu den dem Verfahren zugänglichen Kunststoffgegenständen sollen nicht nur eingefallene Schläuche oder flachgedrückte Rohre sowie ebene Bahnen, Schichten und dergleichen zählen, sondern alle Kunststoffgegen stände, die mindestens eine ebene Oberfläche aufweisen, so dass man solche Gegenstände so übereinander anordnen kann, dass sich die ebenen Oberflächen ber hren.
Somit sollen auch Kunststoffgegenstände, die nur eine einzige ebene OberflÏche und eine unregelmÏssig geformte gegen berliegende FlÏche besitzen, unter diesen Begriff fallen.
Nach einem bekannten Verfahren zum Bedruckbarmachen der Oberflächen von Kunststoffen wird die Oberfläche mit einer elektrischen Entladung behandelt.
Bei dieser Behandlung wird das Behandlungsgut so zwischen zwei Elektroden hindurchgeführt, dass mindestens eine Oberfläche des Behandlungsgutes einem Luftspalt ausgesetzt ist, in welchem eine zur Ionisation der Luft in dem Spalt genügende Feldstärke herrscht.
Das Verfahren zum Bedruckbarmachen von Kunst- stoffoberflÏchen mittels elektrischer Entladung weist verschiedene UnzulÏnglichkeiten auf. In einigen FÏllen wird die Bedruckbarkeit des behandelten Kunststoffs auf Kosten seiner Heisssiegelfähjgkeit erzielt. Da aber bei der Hersteillung von Verpackungen a. uis Kunststoffolien die Heisssiegelbarlkeit von Bedeutung ist, ist die erhaltene bedruckbare Folie f r Verpackungszwecke nicht zufriedenstellend. Eine andere Unzulänglichkeit dieser Behandlung ist ihre übermässige Empfindlichkeit.
Die Behandlung mittels elektrischer Entladung fiihrt bei Fehlen zusätzlicher Schutzmassnahmen manchmal zu Funkendurchschlag, wobei Löcher in den Kunststoff gebrannt werden.
Ein anderes bei der Behandlung mittels elektrischer Entladung auftretendes Problem ist die unbeabsichtigte Behandlung der Unterseite des Kunststoffs. Man hat gefunden, dass bei dem darauffolgenden, mit hoher Geschwindigkeit vor sich gehenden Druckvorgang, bei welchem die bedruckte Folie auf eine Rolle aufgewickelt wird, die Unterseite des Kunststoffs, die unbeabsichtigt , druckfarbenfest gemacht wurde, auch bedruckt wird.
Diese Übertragung des Aufdrucks von der mit Absicht behandelten Oberfläche auf die unbeabsichtigt behandelte Unterseite ist unerwünscht. Es entstehen Zeichen auf der Verpackung, die äusserst schwierig zu lesen sind.
Ferner kommt die nicht gerade schmackhafte Druckfarbe mit dem Inhalt der Verpackung in Berührung.
Durch die Erfindung können die oben erwähnten Unzulänglichkeiten im wesentlichen beseitigt werden.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Elitroden uniterwoTfen werden.
Kunststoffgegenstände mit ihrer nicht zu behandelnden ebenen Teiloberfläche B in Berührung gebracht werden und die sich nicht berührenden Teiloberflächen A der beiden Gegenstände der Einwirkung einer elektrischen Entladung in einem gasgefüllten Raum zwischen zwei
Besonders vorteilhaft werden ebene Bahnen oder Folien aus Kunststoffen wie Polyäthylen, Polypropylen und dergleichen der erfindungsgemässen Behandlung unterworfen. In den Zeichnungen sind die Figuren 1, 2, 3 und 4 schematische Erläuterungen von zur Führung und Behandlung solcher Folien geeigneter Verfahren.
Gemäss Fig. 1 werden zwei Folien 11 und 12 zu flächenhafter Berührung übereinandergelegt und zwischen einem Haltewalzenpaar 13A und 13B, dann zwi schen Führungswalzen 14A und 14B durch den Raum oder Spalt zwischen zwei einander gogenüberliegenden Elektroden 15A und 15B hindurch-und dann an dem zweiten Führungswalzenpaar 16A und 16B vorbeigef hrt. Dann werden die Folien mittels eines positiv angetriebenen Haltewalzenpaars 17A und 17B von der Vorrichtung abgezo, en, getrennt und zu nicht eingezeich- neten Aufwickelwalzen geführt.
Der Bezirk, in welchem die Behandlung mittels elektrischer Entladung stattfin det, kann, falls gewünscht, eingekapselt werden, um die während der Behandlung möglicherweise entstehenden gasförmigen Nebenprodukte zu entfernen.
Zur Führung der beiden Folien durch den Raum zwischen den Elektroden 15A und 15B sind in Figur 2 anstelle der Führungswalzen Führungen 19A, 19B, 20A und 20B aus Acrylharz (Typenbezeichnung ¸lucite¯) vorgesehen. In den Figuren 3 und 4 sind die Elektroden 15A und 15B selbst so ausgebildet, dass sie die Führung der beiden Folien übernehmen. Auf diese Weise können die Führungswalzen 14A, 14B, 16A, und 16B wegge- lassen werden.
Die Potentialdifferenz zwischen den Elektroden kann von sehr niedrigen Spannungen, wie 100 Volt, bis hinauf zu pulsierenden Spitzenspannungen von 100 000 Volt oder mehr reichen. Vorzugsweise hält man im all gemeinen die Spannung oberhalb 2000 Volt, d. h. zwischen 2000 und 100000 Volt. Man kann z. B. Fre quenzen von 60 Perioden/Sekunde bis 800 000 Perio den/Sekunde oder mehr verwenden. Zur Erzielung einer wirkungsvollen Behandlung bei einer wirtschaftlich durchführbaren Behandlungsdauer bevorzugt man Fre quenzen im Bereich von 200 000 bis 500 000 Perioden/ Sekunde.
Eine geeignete Energiequelle für die Elektroden ist ein Hochfrequenz-Funkengenerator, wie das Modell 2 der Lepel High Frequency Laboratories, inc.
Die Elektroden können in Form fester Stäbe oder Stangen, flacher oder abgeschrägter Metallstreifen oder in Form hohler Metallrohre vorliegen, durch welche, falls gewünscht, gasförmige Reaktionsmittel in die Be handlungszone eingeführt werden können. Die Elektroden können aus rostfreiem Stahl, aus Aluminium, Messing oder anderem elektrisch leitendem Material bestehen.
Im allgemeinen nimmt die Wirksamkeit der Behandlung mit der den Elektroden je gegebener Elektrodenfläche zugeführten Strommenge und mit der Behand lungsdauer zu. Der den Elektroden zugeführte Strom kann zwischen 0, 5 und 5, 5 Hochfrequenz-Ampere oder höher variieren. Jedoch genügt zur Erzielung einer angemessenen Behandlungsdauer unter Vermeidung einer Überbehandlung ein Bereich von 0, 5 bis 3, 5 Hochfre quenz-Ampere. Die Energiezufuhr für den Hochfrequenzgenerator soll zur Lieferung einer Behandlungsintensität von 1, 55 10-9 bis 2, 8 10-t Wattsekunden je cm behandelter Folie, vorzugsweise 3, 1-10-2 bis 1, 55-10-1 Wattsekunden je cm2 behandelter Folie ausreichen.
Die erfindungsgemäss verwendete elektrische Entladung besitzt ein Energieniveau unterhalb 15 eV und darf nicht mit den Strahlungen hoher oder mittlerer Energie verwechselt werden, die manchmal zur Behandlung von Polymerisatoberflächen verwendet werden.
Die Elektroden werden vorzugsweise so angeordnet, dass zwischen ihnen ein Spalt von 0, 254 bis 3, 175 mm ist. Man kann jedoch auch brauchbare Ergebnisse mit so kleinen Elektrodenspalten wie 0, 0127 mm oder so grossen Elektrodenspalten wie 6, 35 mm erzielen, wenn Strommenge, Elektrodenabmessungen und Behandlungsdauer geeignet geregelt sind. Die erfindungsgemäss behandelten ebenen Kunststoffe können durch den Spalt geführt werden, ohne die Elektroden zu berühren, man kann aber auch einen Kontakt mit einer oder beiden Elektrodenoberflächen zulassen.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
Zwei 129, 54 cm breite, 0, 0254 mm dicke Bahnen aus Polyäthylenfolie werden mit einer Geschwindigkeit von 32 m/Minute zwischen den Elektroden der in Figur 1 schematisch gezeichneten elektrischen Entladungsvorrichtung hindurchgeführt, wobei sie in laminarer Verbindung stehen. Die Elektroden (3, 175 mm-Spalt) sind an einen Hochfrequenz-Funkengenerator, Modell Nr. 2 (Lepel High Frequency Laboratories, Inc.) angeschlos- sen, wobei eine Elektrode mit dem Kraftanschluss verbunden und die andere geerdet ist. Den Elektroden wird ein Strom von ungefähr l Hochfrequenz-Ampere zuge- f hrt.
Die Beaufschlagung wird auf 0, 124 Wattsekun- den je cm2 Folie eingestellt und die Frequenz beträgt 380 000 Perioden/Sekunde.
Die so behandelten Folien werden auf Bedruckbarkeit gepr ft. Zur Prüfung bestreicht man die behandelte Folienoberfläche sehr dünn mit Druckfarbe (Multi-Brite 17W700, hergestellt von Bensing Bros. & Deeney).
Die überzogene Folie wird dann 10 Minuten bei 70 C getrocknet. Dann wird ein Scotch-Klebestreifen (Cellu losehydrat, Cellophan) fest auf die überzogene Oberfläche aufgepresst und dann ruckartig von der behandelten Oberfläche heruntorgerissen. Die Menge an Druckfarbe, die mit dem Streifen heruntergerissen wird gibt ein Mass für die Qualität der Bindung der Druck- farbe an die Folie. Zur Kennzeichnung wird folgende Abstufung verwendet :
1. Hervorragend : es wird keine oder nur eine Spur von Druckfarbe entfernt.
2. Gut : es werden 1 bis 5% Druckfarbe entfernt.
3. Ausreichend : es werden 5 bis 10 ouzo Druckfarbe entfernt.
4. Schlecht : es werden mehr als 10% Druckfarbe entfernt.
Die nach diesem Beispiel behandelte Folie weist eine hervorragende Haftfähigkeit für die Druckfarbe auf.
Prüfungen auf der Rückseite der Folie ergaben keine Anzeichen einer Behandlung, d. h. die Druckfarben- schicht wird bei der oben beschriebenen Prüfung vollständig entfernt.
Eine andere Probe der Folie wird einer Heisssiegel Prüfung unterworfen. Dazu schneidet man ein Stück der behandelten Folie ab, bringt die behandelten Oberflä- chen der Folie miteinander in Berührung und presst sie in einer 2, 54 cm breiten, auf 140 C erhitzten Siegel- stabvorrichtung 0, 15 Sekunden bei einem Druck von 1 kg/cm2. Zur Prüfung werden kann die freien Enden des gesiegelten Streifens in einen Suter-Prüf-Apparat gebracht und auseinandergezogen.
Die grösste zum Aus einanderziehen der Streifen erforderliche, in Gramm gemessene Kraft wird als Mass für die Festigkeit der Heisssigel-Verbindung genommen, ausgedrückt in Gramm je cm Siegelbreite. Die in diesem Beispiel behandelte Folie weist eine Heisssiegel-Festigkeit von etwa 342 g/cm auf.
Beispiel 2
Gemäss dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren werden zwei Bahnen einer aus einer Mischung aus 75 I/o Polyäthylen einer Dichte von 0, 915 und 25 /o Polyäthy- len einer Dichte von 0, 958 hergestellten, 129, 5 cm breiten und 0, 0254 mm dicken Folie mit einer Geschwin digkeit von 30, 5 m/Minute zwischen den Elektroden (4*23 mm-Spalt) der elektrischen Entladungsvorrichtung hindurchgeführt, wobei sie in laminarer Beziehung ste- hen. Die mittels der Beaufschlagung des Generators gemessene Behandlungsintensität beträgt 0, 108 Wattsekunden je cm2 Folie.
Bei der in Beispiel 1 beschriebenen Prüfung weisen die behandelten OberflÏchen beider Folien eine hervor- ragende Haftung für Druckfarbe und die Folien selbst eine Heisssiegelfesitigkeit von 472 g je cm Siegelbreite auf.
Eine einzelne Probefolie aus der oben beschriebenen Polyätlylenmischung wird zwischen Elektroden hindurchgeführt, von denen eine stationär ist, wÏhrend die andere aus einer geerdeten und rotierenden, mit einer 0, 609 mm-Schicht Mylar - (für E. I. du Pont de Nemours and Company registriertes Warenzeichen) Polyesterfolie berzogenen Metalltrommel besteht. Die Folie wird ber die Trommel gezogen und einer Behandlungsintensität von 0, 108 Wattsekunden je cm2 Folie unterworfen. Sie zeigt hervorragende Haftung, aber eine Heisssiegelfe'sügkeit von nur 236 g/cm. Farner zeigt die Folie Durchbrennerscheinungen auf Grund von Lichtbogenbildung.
Beispiel 3
Zwei Bahnen einer biaxial orientierten. 0, 02 mm dicken, gemäss Beispiel 1 der Patentanmeldung herge- stellten Polypropylenfolie werden mit einer Geschwin- digkeit von 30, 5 m/Minute durch die Vorrichtung nach Beispiel 1 geführt, wobei sie in flächenhafter Bezie- hung stehen. Die Behandlungsintensität beträgt 0, 155 Wattsekunden je cm2 Folie. Die behandelten Folien Oberflächen weisen eine hervorragende HaftfÏhigkeit f r Druckfarbe und keine Anzeichen eines Durchbrennens der dünnen Folie auf Grund von Lichtbogenbildung zwischen den Elektroden auf.
Beispiele 4 bis 8
In den folgenden Versuchen wird das Verfahren zur Behandlung zweier Bahnen, die in flächenhafter Beziehung stehen, gemäss Beispiel 1 unter Verwendung verschiedener Behandlungsintensitäten mit Polyäthylen- folien eines Polyäthylenharzes niedriger Dichte (0, 920 g/cm) durchgeführt.
Ergebnisse :
Tabelle Beispiel IntensitÏt Bedruckbar-Heisssiegelfestigkeit (Wattsekunden/cm2) keitsgrad (g/cm)
4 0, 0279 1 414
5 0, 0729 1 350
6 0, 1147 1 303
7 0, 0512 1 398
8 0, 1039 1 390
Wie die Beispiele zeigen, ermöglicht das erfindungs gemässe Verfahren zum Bedruckbarmachen einen weiten Bereich von Behandlungsintensitäten, ohne dass die HeisssiegelfÏhigkeit der behandelten Kunststoffolien be einträchtigen wird. Das erfindungsgemässe Verfahren erübrigt die Verwendung einer dielektrischen Schicht auf den Elektroden. Die Wahrscheinlichkeit einer Licht bogenbildung oder eines Durchbrennens bei der Behandlung dünner Folien ist wesentlich verringert.
Ferner wurde beobachtet, dass die Elektroden in einem viel kühleren Zustand als bei fr heren Verfahren arbeiten.
Das erhöht die Haltbarkeit der Elektroden. Die Elektroden können in einem genauen Abstand voneinander angeordnet werden, und die Elektrodenanordnung hat, da die Elektroden kühler arbeiten, eine geringere Neigung, sich unter dem Einfluss von Wärme zu verformen und dadurch die Spalteinstellung der Elektroden zu stören.
Die erfindungsgemäss verwendete Anordnung ist sehr einfach und kompakt und besitzt natürlich, da zwei Körper gleichzeitig behandelt werden, eine erhöhte Kapazi tät.