CH685983A5

CH685983A5 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten einer transparenten Folien-Bahn.

Info

Publication number: CH685983A5
Application number: CH135492A
Authority: CH
Inventors: Martin Dr Keller; Martin Lenhard
Original assignee: Gurit Worbla Ag
Priority date: 1992-04-28
Filing date: 1992-04-28
Publication date: 1995-11-30

Description

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CH 685 983 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten einer transparenten Folien-Bahn zur Herstellung optischer Folien mit einer aushärtbaren Schicht zur Erzeugung einer kratzfesten oder beschlagfreien Oberfläche, wobei die Schicht aus einem durch Bestrahlung aushärtbaren Kunststoffmaterial besteht.

Optische Folien, die z.B. zur Herstellung von Schutzbrillen, Visieren, Sonnenbrillen, Sportbrillen, für Hologramm-Folien oder Microreliefs bestimmt sind, werden vielfach mit einer Schicht zur Verbesserung der Kratzfestigkeit der Oberfläche versehen. Solche Schichten können z.B. Silikate sein, oder «harte» Kunststoffschichten oder z.B. auf PU-Acrylat aufgebaute elastische, «selbstheilende» Schichten sein.

Diese Schichten werden meist als flüssige, poly-merisierbare Schichten aufgetragen und unter dem Einfluss von Wärme, mit UV-Strahlung, mit Hilfe von Katalysatoren oder durch andere die Polymerisation auslösende Vorgänge ausgehärtet. Ein Problem besteht dabei insbesondere darin, dass während des Aushärtens die Oberfläche möglichst durch einen Körper mit absolut planer, optische Eigenschaften aufweisender Oberfläche mit Druck beaufschlagt werden soll, damit sich gleiche Schichtdicke und für den vorgesehenen Zweck nutzbare plane Oberflächen ergeben.

Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, ein Folien-Band zuerst zu beschichten und dann über eine auf Hochglanz polierte Stahlwalze laufen zu lassen. Als Beschichtung ist ein unter Lichteinfluss polymerisierendes Kunststoffmaterial vorgesehen. Um die Aushärtung während der relativ kurzen Kontaktzeit mit der Stahltrommel zu erreichen, wird die Folie von ihrer Rückseite her mit einer Lichtquelle bestrahlt, wobei das Licht die Kunststoff-Folie durchdringt und erst dann die zu härtende Beschichtung quasi «von hinten her» beaufschlagt und zur Aushärtung bringt. Dabei ergeben sich erhebliche Nachteile, wie insbesondere ein relativ hoher Verlust der abgestrahlten Lichtenergie in der Folien-Bahn, eine Aufheizung der Folien-Bahn, die zu Ver-streckungen und anderen Deformationen führen kann, eine zur Oberfläche der Beschichtung hin mit dem Abstand von der Lichtquelle abnehmende Aushärtungsgeschwindigkeit der Deckschicht, woraus sich lange Aushärtungszeiten bzw. niedere Verfahrensgeschwindigkeiten sowie nicht absolut einwandfreie Aushärtung der Oberfläche ergeben können.

Zudem ist das vorgeschlagene Verfahren auf transparente Folien beschränkt, da bei farbigen Folien ein hoher Anteil der Bestrahlungsenergie in der Folie absorbiert wird.

Die Strahlungsquellen bekannter Vorrichtungen geben vor allem elektromagnetische Strahlen, vorzugsweise im Bereich des sichtbaren Lichts und des UV-Lichts ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Bekannten zu vermeiden, insbesondere also ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art und besonders für die beschriebenen Anwendungszwecke zu schaffen, das bei einfachstem mechanischem Aufbau keinerlei Beschränkungen der Dicke, des Materials und der Farbe der zu beschichtenden Folien-Bahn unterliegt und eine wesentlich verbesserte und schnellere Verfahrenszeiten ermöglichende Beschichtung von Folien-Bahnen ermöglicht.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe gemäss Kennzeichen der Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung schlägt dabei auf einfachste Weise vor, als Träger für die Folien-Bahn bei der Beschichtung eine für die Strahlung durchlässige Führungsanordnung zu verwenden. Da das Be-schichtungsmaterial direkt auf der Führungsanordnung aufliegt und die Strahlen diese durchdringen, erfolgt die Aushärtung von der Oberfläche der Beschichtung her, was schnelle und zuverlässige Aushärtung gewährleistet. Ausserdem wird jede Erwärmung der Folien-Bahn vermieden, da die Strahlung nicht die Folien-Bahn durchdringen muss, sondern durch die Führungsanordnung direkt in die Oberflä-chenbeschichtung eindringt. Ausserdem deckt die Trommel die Beschichtung während des gesamten Aushärtungsvorgangs ab, so dass der Polymerisati-onsprozess nicht durch Sauerstoff negativ beein-flusst wird.

So würden z.B. bei Polyacrylat durch Einfluss von O2 die Polymerisationsketten nur verkürzt ausgebildet bzw. abbrechen.

Vorteilhaft kann die Führungsanordnung ein rotierender Körper sein.

Vorteilhaft kann dabei die Oberfläche des rotierenden Körpers bzw. der Quarztrommel als Matrize zur Erzeugung eines Micro-Reliefs (Hologramm) ausgebildet sein, so dass kontinuierlich ein Microrelief erzeugt und gehärtet wird.

Besonders bewährt hat sich die Erfindung bei Verwendung von UV-härtbaren Beschichtungsmate-rialien, wenn die beschichtete Folie über eine Quarztrommel mit auf optische Qualität geschliffener Oberfläche gefördert wird. Quarz ist für UV-Strahlung fast verlustfrei durchlässig und lässt sich ausserdem hervorragend schleifen und polieren und auf optische Qualität bringen.

Ähnlich gute Ergebnisse ergeben sich bei Infrarot-Bestrahlung.

Die Erfindung lässt sich auch im Zusammenhang mit Beschichtungssystemen verwenden, die durch elektromagnetische Bestrahlung anderer Wellenlänge polymerisierbar sind.

Eine derartige Quarztrommel lässt sich besonders einfach lagern, wenn in der Trommel eine Lageranordnung vorgesehen ist, welche die Trommel auf ihrer Innenseite abstützt. Dafür eignen sich z.B. Rollen, die an der Innenwand der Trommel ablaufen. Dadurch wird der Trommelkern von Achsen und dergleichen Aufhängungsvorrichtungen freigehalten und es ist bei einfachstem mechanischem Aufbau ausreichend Platz für die Anordnung der Strahlungsquelle.

Besonders bewährt haben sich Quarztrommeln, deren Oberfläche silanisiert ist, um ein Anhaften des Beschichtungsmaterials zu verhindern und um die einwandfreie Oberfläche der Beschichtung zu gewährleisten. Die Oberfläche lässt sich auch durch Plasmabeschichtung, z.B. mit einer Diamantbe-

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Schichtung so ausbilden, dass das Beschichtungs-material nicht anhaftet.

Die Erfindung ist im folgenden in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung,

Fig. 2 die Vorrichtung gemäss Fig. 1 mit sche-matischer Darstellung der Lageranordnung für die Trommel,

Fig. 3 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Anordnung gemäss Fig. 1, und

Fig. 4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung mit den Merkmalen der Erfindung.

Gemäss Fig. 1 wird eine Folien-Bahn 1 um eine rotierende Quarztrommel 2 umgelenkt und dabei in Richtung des Pfeils A gefördert. Die Folien-Bahn 1 liegt unter Vorspannung an der Quarztrommel 2 an, so dass das mittels einer Zufuhranordnung 3 gleichmässig auf die Oberfläche der Folien-Bahn 1 aufgetragene Beschichtungsmaterial auf gleichmäs-sige Schichtdicke und plane Oberfläche gebracht wird. Beim Ausführungsbeispiel wird als Folien-Bahn ein Polycarbonat und als Beschichtungsmittel ein PU-Acrylat verwendet. Selbstverständlich lassen sich auch andere bekannte Beschichtungsmateriali-en und/oder Folienmaterialien einsetzen.

Das durch die Zufuhranordnung 3 aufgetragene Beschichtungsmaterial ist mit einem Initiator-Sy-stem versehen, das Polymerisation und Aushärtung bei Zufuhr von Energie durch UV-Strahlen bewirkt. Derartige Systeme sind in Vielzahl bekannt und gebräuchlich und bedürfen hier keiner näheren Erläuterung. Zur Aushärtung ist deshalb im Inneren der Quarztrommel 2 eine UV-Lampe 4 vorgesehen, welche durch die Wand der Quarztrommel 2 direkt auf die Oberfläche der Folien-Bahn 1 und damit auf die aufgetragene Beschichtung aus PU-Acrylat strahlt. Die Beschichtung wird dadurch sofort von der Oberfläche her ausgehärtet, was relativ hohe Abzugsgeschwindigkeit für die Folien-Bahn 1 ermöglicht. Ausserdem wird jede Erwärmung der Fo-lien-Bahn 1 vermieden und es lassen sich auch Folien-Bahnen verwenden, die im verwendeten Wellenlängenbereich nicht transparent sind oder z.B. mit einer für UV-Strahlung schwer durchlässigen Schicht (z.B. zum Sonnenschutz) versehen sind.

Fig. 2 zeigt die Anordnung gemäss Fig. 1 in Seitenansicht, wobei ersichtlich ist, dass die Quarztrommel 2 durch drei am Umfang angeordnete Walzen 5 gestützt wird, die zusammen eine Lageranordnung bilden. Dadurch lässt sich das Zentrum der Quarztrommel 2 von jeder Lager- oder Befestigungsanordnung freihalten. Die Quarztrommel 2 wird aber zuverlässig durch die drei Walzen 5 zentriert und gegen den Druck der Folien-Bahn 1 abgestützt.

Im Hinblick auf einwandfreie Oberflächengüte der Beschichtung haben sich besonders geschliffene und polierte Quarztrommeln bewährt. Durch Auftrag eines Silanisierungsmittels lässt sich dabei zusätzlich gewährleisten, dass kein Beschichtungsmittel an der Trommeloberfläche anhaftet. Als Silanisie-rungsmittel lässt sich z.B. vorteilhaft ein Gemisch aus Dichlor-dimethyfsilan und Monochlor-trimethyl-silan mit einem Mischungsverhältnis von etwa 1:1 verwenden. Zum Silanisieren der Trommel werden etwa 5% des Silanisierungsmittels einem Ansatz aus n-Hexan beigegeben und die Trommel wird für eine Zeitspanne von etwa drei Stunden in den Ansatz getaucht.

Die Oberflächenqualität der Quarzzylinder kann auch durch Beschichten einer nur geschliffenen Oberfläche erreicht werden. Dabei sind alle Lackoder Beschichtungsarten, z.B. Lösungsmittel-trock-nend, Ein- oder Mehrkomponentenbeschichtungen, strahlungshärtende Lacke sowie Plasmabeschich-tungen oder gesputerte Beschichtungen einsetzbar, sofern sie den Einsatzbedingungen genügend lange standhalten. Die Oberflächenqualität der Kunststoffschicht bzw. des Lacks kann dabei durch Eigenverlauf nach dem Auftragen oder durch Abformen erreicht werden. Auf diese Weise können auch die vorstehend erwähnten Matrizen für die kontinuierliche Herstellung von Mikroreliefs hergestellt werden.

Anstelle von Quarz lassen sich auch andere durchlässige Materialien verwenden. Beim Einsatz von UV-Strahlung bietet sich z.B. auch Borsilikat-Glas an. Auch bestimmte Kunststoffe sind einsetzbar (z.B. Polymere mit Quarzbeschichtung oder mit Si02-Beimengung).

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem statt einer zylindrischen Trommel 2 ein zylindrischer Hohlkörper durch streifenförmige plane Quarzplatten 6a gebildet wird, welche untereinander durch Verbindungselemente 6b zu einer Trommel verbunden sind. Vor allem bei grossen Trommelkörpern kann ein Einsatz derartiger zusammengesetzter Konstruktionen vorteilhaft sein. Zwar ergibt sich dabei im Bereich der Verbindungselemente 6b jeweils ein Abdruck auf der Folien-Bahn 1, doch lässt sich dies im Hinblick auf die spätere Verwendung der Folien-Bahn, aus der z.B. Brillenscheiben oder Hologrammkarten ausgestanzt werden, so einrichten, dass dadurch nicht zuviel Schnittverlust entsteht. Um im Härte-Bereich 7 trotz der planen Oberfläche der Quarzplatte 6a gleichmäs-sige Anpressung zu gewährleisten, ist auf der Rückseite der Folien-Bahn 1 eine Walze 9 aus einem weichen Gummimaterial vorgesehen, welche die Folie 1 gegen den Körper 6 presst.

Fig. 4 zeigt ein abgewandeltes Beispiel, bei welchem die Folien-Bahn 1 um ein endlos umlaufendes Stahlband 2a umgelenkt wird, dem es unter Vorspannung über eine Umlenkrolle 10 zugeführt und von einer zweiten Umlenkrolle 11 abgeführt wird. Das auf Hochglanz polierte Stahlband 2a läuft seinerseits über zwei Umlenkrollen 12 sowie eine Anzahl von Druckrollen 13. Im Bereich der Druckrollen 13 wird die Folien-Bahn 1 durch ein zweites endlos umlaufendes Stahlband 14 derart erfasst, dass sie zwischen den beiden endlosen Stahlbändern 2a und 14 geführt und durch die Druckrollen 13 zusammengepresst wird. Oberhalb der Druckrollen 13 ist eine Strahlungsquelle 15 vorgesehen, die Gammastrahlen abgibt. Die Gammastrahlen durchdringen das Stahlband 2a, so dass sie auf die beschichtete Oberfläche der Folien-Bahn 1 auftreffen

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und dort das durch die Anordnung 3 aufgebrachte Kunststoffmaterial zum Aushärten bringen.

Der beiderseitige Druck auf die Stahlbänder kann auch durch Anpressplatten mit Hiife von Luftkissen oder Fluidkissen in bekannter Weise isobar aufgebracht werden. Es wäre auch möglich, statt der Strahlungsquelle für Gammastrahlen eine Elektronenstrahl-Quelle vorzusehen und entsprechend ein Kunststoff-Beschichtungsmaterial einzusetzen, das durch eine solche Bestrahlung aushärtet. Geeignete Beschichtungssysteme sind z.B. Acrylate oder Vinylmonomere, die bei Einsatz von Elektronenstrahlen ohne Katalysator härten bzw. vernetzen.

Vor allem bei Doppelbandpressen lassen sich auch geradlinige Press-Wege gestalten, so dass das Folienband bei der Beschichtung nicht gekrümmt wird, so dass auch steifere Materialien verarbeitbar sind. Je nach Anwendungsfall und verwendeter Strahlungsquelle bzw. verwendetem Beschichtungsmaterial kann das umlaufende Band auch aus einem andern Material, z.B. aus einem mit Glasfasern armierten Kunststoff, bestehen, dessen Oberfläche die geforderten optischen Eigenschaften aufweist.

Selbstverständlich lassen sich auch anders ausgebildete Trommelkörper, z.B. unter Verwendung von leicht angeschliffenen Einzelelementen, verbunden z.B. auch durch kettengliederartige Verbindungsmittel oder schuppenartig ablaufende Konstruktionen als Hohlkörper verwenden, ohne dass dadurch der Grundgedanke der Erfindung verlassen würde.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum kontinuierlichen Beschichten einer transparenten Folien-Bahn zur Herstellung optischer Folien mit einer aushärtbaren Schicht zur Erzeugung einer kratzfesten Oberfläche, wobei die Schicht aus einem durch Bestrahlung aushärtbaren Kunststoffmaterial besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie über eine Führungsanordnung aus einem für die Bestrahlung durchlässigen Material gefördert wird, dass das aushärtbare Kunststoffmaterial in Förderrichtung vor der Führungsanordnung auf die Folienbahn aufgebracht wird, und dass die beschichtete Folienbahn durch die Wand der Führungsanordnung mit Strahlen beaufschlagt und dabei das aushärtbare Kunststoffmaterial kontinuierlich und in Kontakt mit der Führungsanordnung ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie über einen rotierenden Körper gefördert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie über eine Quarztrommel mit auf optische Qualität geschliffener oder polierter Oberfläche gefördert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie über eine Quarztrommel gefördert wird, deren Oberfläche als Matrize zur Ausbildung eines Micro-Reliefs in der aushärtbaren Schicht ausgebildet ist, so dass das Microrelief kontinuierlich geformt und gehärtet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie durch ein umlaufendes Band oder zwischen zwei Bändern gefördert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mit einem bei elektromagnetischer Bestrahlung aushärtbaren Material beschichtet und dass die beschichtete Folie mit elektromagnetischen Strahlen bestrahlt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mit einem bei Bestrahlung mit UV-Strahlen aushärtbaren Material beschichtet und die beschichtete Folie mit UV-Strahlen bestrahlt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mit einem bei Bestrahlung mit Infrarot-Strahlen aushärtbaren Material beschichtet und die beschichtete Folie mit Infrarot-Strahlen bestrahlt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie mit Strahlen im Frequenzbereich zwischen 1019Hz und 1021Hz, insbesondere mit Gamma-Strahlen oder mit Elektronenstrahlen bestrahlt wird und dass die Bestrahlung durch einen Körper aus einem für diese Strahlen durchlässigen Metall, insbesondere einem Metallzylinder oder einem Metallband erfolgt.

10. Vorrichtung zum kontinuierlichen Beschichten einer transparenten Folien-Bahn zur Herstellung optischer Folien mit einer aushärtbaren Schicht zur Erzeugung einer kratzfesten Oberfläche, wobei die Schicht aus einem durch Bestrahlung aushärtbaren Kunststoffmaterial besteht, dadurch gekennzeichnet, dass eine hohle, kontinuierlich umlaufende Führungsanordnung (2, 6; 2a, 14) vorgesehen ist, über welche die Folien-Bahn (1) kontinuierlich geführt wird, dass in Laufrichtung (A) der Bahn vor der Führungsanordnung eine Anordnung (3) zum Aufbringen des flüssigen Beschichtungsmaterials vorgesehen ist, und dass in der Führungsanordnung (2, 6; 2a) eine Strahlungsquelle (4) zum Bestrahlen und Aushärten des Beschichtungsmaterials durch die Wand der Führungsanordnung (2, 6; 2a) hindurch und während der Kontaktzeit mit der äusseren Oberfläche der Führungsanordnung vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsanordnung eine Trommel (2, 6) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Trommel (2) als Matrize zur Erzeugung eines Micro-Reliefs ausgebildet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (2) aus Quarzglas besteht und dass die Strahlungsquelle (4) eine Einrichtung zur Abgabe elektromagnetischer Wellen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (4) eine UV-Lampe ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsquelle (4) eine In-frarot-Lampe ist.

16. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet,

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dass in der Trommel eine Lageranordnung (5) vorgesehen ist, welche die Trommel auf ihrer Innenseite abstützt.

17. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Trommel (2) silanisiert ist und/oder mit einer Plasmabeschichtung, einer Dia-mantbeschichtung, versehen ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsanordnung wenigstens ein umlaufendes Band (2a) aufweist.

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