CH697933B1 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung von Kunststofffolien mit einer Oxidschicht. - Google Patents

Abstract

Eine Kunststofffolie (1) wird mit einer Oxidschicht, insbesondere mit einer Barriereschicht aus SiOx beschichtet, indem die zu beschichtende Folienoberfläche einer Flamme (3) ausgesetzt wird. Die Flamme (3) wird mit einer Gasmischung gespeist, die ein Brenngas, ein Oxidationsmittel und eine Silizium enthaltende Verbindung enthält. Um die Kunststofffolie (1) in einem engen Temperaturband und trotzdem für eine gute Barrierequalität die Flammentemperatur hoch halten zu können, wird die Kunststofffolie in einer Mehrzahl von Beschichtungsschritten beschichtet, wobei die Beschichtungsschritte mit Kühlschritten abwechseln. Dazu wird die Kunststofffolie (1) durch eine Mehrzahl von Flammenbändern (3.1, 3.2, 3.3) transportiert, die sich über die Breite der Folie erstrecken und voneinander beabstandet sind. Die Kunststofffolie liegt dabei auf einer Stützfläche (2) auf, wobei diese auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird und dadurch nicht nur zur Folienstützung und zum Folientransport dient, sondern auch zur Kühlung der Folie während der Beschichtung und insbesondere zwischen den Durchgängen durch die Flammenbänder (3.1, 3.2, 3.3). Kunststofffolien mit derart hergestellten Barriereschichten haben bei kleinen Dicken von weniger als 10 nm sehr gute Barriereeigenschaften. Zudem kann der Prozess, der bei Umgebungsdruck durchgeführt wird, mit einfacher Ausrüstung und, wenn erwünscht, als kontinuierlicher Rolle-zu-Rolle-Prozess durchgeführt werden.

Description

  [0001] Die Erfindung liegt im Gebiete der Verpackungstechnologie. Sie betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff der entsprechenden, unabhängigen Patentansprüche. Verfahren und Vorrichtung dienen zur Beschichtung von Kunststofffolien mit einer Oxidschicht, insbesondere mit einer Barriereschicht aus Siliziumoxid (SiOx).

[0002] Kunststofffolien beispielsweise aus PET (Polyethylterephthalat), PA (Polyamid), PP (Polypropylen) oder PE (Polyethylen) werden mit einer dünnen Barriereschicht aus Siliziumoxid beschichtet, um ihre Barriereeigenschaften zu verbessern, das heisst, um ihre Gaspermeabilität zu reduzieren, insbesondere ihre Permeabilität für Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid und Aromastoffe. Kunststofffolien (engl. film) haben üblicherweise eine Dicke von 1 bis 100 Microm. Als "sheet" bezeichnete Folien sind dicker.

   Im Folgenden wird der Ausdruck Kunststofffolie verwendet, nicht nur für die sehr dünnen Materialien, die "film" genannt werden, sondern auch für dickere Materialien, die üblicherweise "sheet" genannt werden.

[0003] Die Zusammensetzung der Barriereschicht ist SiOx und sie kann zusätzlich Wasserstoff, Kohlenstoff und/oder Stickstoff enthalten. Die beschichtete Kunststofffolie ist geeignet für eine Mehrzahl von Verpackungsanwendungen, z.B. für die Verpackung von Getränken in Brick-Packungen aus Karton, in denen die beschichtete Folie eine innerste Lage bildet. Die Transparenz der Barriereschicht erlaubt auch eine Verwendung der beschichteten Kunststofffolie in durchsichtigen Verpackungsmaterialien, z.B.

   Kunststoffmaterialien für Verpackungsbeutel oder für Schalendeckel.

[0004] Gemäss dem Stande der Technik werden die oben kurz beschriebenen Barriereschichten aus SiOx beispielsweise in einem PECVD-Prozess (plasma enhanced chemical vapour deposition oder plasmaunterstützte, chemische Abscheidung aus der Dampfphase) auf der Kunststofffolie abgeschieden, wobei ein Band der Kunststofffolie üblicherweise auf einer rotierenden Trommel getragen durch ein Plasma transportiert wird. Das Plasma wird bei reduziertem Druck aufrechterhalten, wobei eine Prozessgasmischung, die eine Organosiliziumverbindung (z.B. Hexamethyldisiloxan HMDSO) oder eine anorganische Siliziumverbindung (z.B. SiCi4 oder SiH4) enthält, zugeführt wird.

   Reaktive, Silizium enthaltende Partikel, die im Plasma durch Zersetzung der Organosiliziumverbindung entstehen, werden auf der dem Plasma zugewandten Seite der Kunststofffolie abgeschieden und bilden dort die Barriereschicht. Insbesondere wenn die zu beschichtende Kunststofffolie bandförmig ist und in Rollen angeliefert wird, sind für den bei reduziertem Druck durchzuführenden Prozess kostspielige Apparaturen notwendig und der Prozess muss für jeden Rollenwechsel unterbrochen werden (nicht-kontinuierlicher oder batch-Prozess).

[0005] Es ist auch ein plasmaunterstützter Abscheidungsprozess für die Herstellung von Barriereschichten bekannt, der bei Normaldruck durchgeführt wird (DBD-Prozess oder Dielektrische Barriereabscheidung).

   Offensichtlich sind Vorrichtungen zur Durchführung derartiger Normaldruck-Prozesse bedeutend einfacher als die entsprechenden Vorrichtungen, die für die Tiefdruck-Prozesse notwendig sind, und die Folienrollen können ausgewechselt werden, ohne dass der Prozess unterbrochen werden muss (kontinuierlicher Rolle-zu-Rolle-Prozess). Trotz langer Entwicklungsarbeit ist es aber bis heute nicht möglich geworden, Energie- und Gasverbrauch des Normaldruck-Plasmaprozesses auf einen annehmbaren Wert zu reduzieren.

   Ferner macht es die notwendige, hohe Spannungsdichte sehr schwierig, wenn nicht sogar unmöglich, grosse Mengen von beschichtetem Folienmaterial mit einer konstant hohen Qualität zu produzieren.

[0006] Andere, bekannte Prozesse für die Herstellung von Barriereschichten aus Silizium- oder Aluminiumoxid sind Verdampfung und reaktive Verdampfung, die ebenfalls bei reduziertem Druck durchgeführt werden und die deshalb ähnliche Nachteile aufweisen wie der oben angesprochene PECVD-Prozess.

[0007] Ferner ist es bekannt, Oberflächen von Substraten mit Hilfe einer Flamme zu behandeln.

   Solche Behandlungen werden angewendet, um dem Substrat eine hydrophile oder adhäsionsfreundliche Oberfläche zu geben, wie dies erwünscht ist für das Bedrucken, Lackieren oder Verleimen von Oberflächen aus Kunststoff, Metall oder Glas.

[0008] Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die sich für die Beschichtung von Kunststofffolien mit einer Oxidschicht eignen, insbesondere mit einer Barriereschicht aus Siliziumoxid.

   Dabei soll eine mit dem erfindungsgemässen Verfahren beschichtete Kunststofffolie mindestens so gute Barriereeigenschaften haben wie gleiche Folien, die in einem bekannten PECVD-Prozess mit reduziertem Druck beschichtet sind; das erfindungsgemässe Verfahren soll aber die Nachteile von Niederdruck-Prozessen nicht haben.

[0009] Diese Aufgabe wird gelöst durch Verfahren und Vorrichtung, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert sind.

[0010] Vom Prinzip her ist das erfindungsgemässe Verfahren ein durch eine Flamme herbeigeführter CCVD-Prozess (combustion chemical vapour deposition process), in dem die Kunststofffolie einer Flamme ausgesetzt wird. Die Flamme wird gegen die zu beschichtende Folienoberfläche gerichtet und wird gespeist mit einer Gasmischung, die ein Brenngas und ein Oxidationsmittel (z.B.

   Luft, Sauerstoff/Luft-Mischung oder Sauerstoff) enthält sowie eine Verbindung, die sich in der Flamme zersetzt zu reaktiven Partikeln, die sich zur Bildung der gewünschten Schicht abscheiden lassen. Für die Abscheidung einer Barriereschicht aus SiOx ist die zersetzbare Verbindung eine anorganische oder organische, Silizium enthaltende Verbindung (z.B. Hexamethyldisiloxan, SiCl4 oder SiH4).

   Verbindungen, die sich in der Flamme in der genannten Art zersetzen, sind im Wesentlichen die gleichen wie Verbindungen, die sich in derselben Weise in einem Plasma zersetzen.

[0011] Zur Planung des CCVD-Prozesses müssen die folgenden Befunde in Betracht gezogen werden: erstens beschädigt eine zu hohe Temperatur, die über eine zu lange Zeit auf die Kunststofffolie wirkt, das Folienmaterial und reduziert aus diesem Grunde deren Barriereeigenschaften und zweitens ist die Barrierequalität der Barriereschicht umso besser, je höher die Temperatur der Flammenregion ist, der die Kunststofffolie ausgesetzt, wird.

   Aus diesen beiden Gründen wird die Folienoberfläche vorteilhafterweise einer Flammenregion mit hoher Flammentemperatur ausgesetzt, aber die Aussetzung wird auf eine kurze Zeit beschränkt und es ist vorteilhaft, eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Beschichtungsschritten durchzuführen, die abwechseln mit Kühlschritten, in denen die Kunststofffolie von derjenigen Oberfläche her gekühlt wird, die der zu beschichtenden Oberfläche gegenüberliegt.

   Ferner zeigt sich, dass die Barrierequalität umso besser ist, je höher die Reaktivität und je geringer die Verschmutzung der abgeschiedenen Oberfläche zwischen den aufeinanderfolgenden Beschichtungsschritten gehalten werden kann, das heisst, je kürzer die Kühlschritte zwischen den aufeinanderfolgenden Beschichtungsschritten sind und je höher die Temperatur der Kunststofffolie während diesen Kühlschritten gehalten werden kann.

[0012] Für die Produktion von guten Barriereschichten ist es aus den genannten Gründen vorteilhaft, die Beschichtung in einer Mehrzahl von alternierenden Beschichtungs- und Kühlschritten durchzuführen und dabei die Temperatur der Kunststofffolie in einem Bereich zu halten, der so eng wie möglich ist und der derart positioniert ist,

   dass die Kunststofffolie durch die notwendige Handhabung gerade nicht thermisch beschädigt oder deformiert wird (unterhalb der Schmelztemperatur des Kunststofffilms). Die genannten Ziele werden erreicht durch die folgenden Massnahmen:
 Für eine geeignet hohe Flammentemperatur wird die Kunststofffolie durch die Flamme bewegt im Bereich der inneren (reduktiven) Flammenregion (Region der höchsten Flammentemperatur) und die Gasmischung zur Speisung der Flamme ist beispielsweise eine Propan/Luft-Mischung mit einem Mischverhältnis zwischen 1/18 und 1/28, vorzugsweise zwischen 1/20 und 1/25 und noch bevorzugter von 1/22 (ein Mischverhältnis für andere Brenngase ist zu berechen in Abhängigkeit der theoretisch stöchiometrischen Mischung).
 Um die zu beschichtende Folienoberfläche auf einer hohen Temperatur halten zu können,

   wird die Kühltemperatur auf die höchste Temperatur gesetzt, die es noch erlaubt, die Folie ohne Beschädigung zu handhaben, und die Kühlschritte werden so kurz wie möglich gehalten, das heisst, gerade lang genug, um eine Temperaturerhöhung von Beschichtungsschritt zu Beschichtungsschritt zu verhindern. Für jedes spezifische Folienmaterial ist die Kühltemperatur experimentell zu bestimmen.

[0013] Experimente zeigen, dass die folgenden Prozessparameter für die Beschichtung einer PET-Folie von 12 Microm Dicke mit einer Barriereschicht aus SiOx gute Barriereeigenschaften ergeben:
 Gasmischung: Propan/Luft mit einem Mischverhältnis von 1/22,
 Kühltemperatur: 50 bis 120 deg.

   C,
 Flammenregion, der die Folienoberfläche ausgesetzt wird: nicht mehr als 5 mm von der Spitze der inneren Flamme beabstandet,
 Länge der Beschichtungsschritte: 20 bis 300 ms,
 Länge der Kühlschritte: 0,2 bis 5 s,
 Zuführung der siliziumhaltigen Verbindung: derart, dass pro Flammendurchgang eine Abscheidung von 2 bis 20 nm SiOx resultiert,
 Anzahl von Beschichtungsschritten (Flammendurchgängen): 2 bis 10.

[0014] Offensichtlich ist es notwendig, für jedes unterschiedliche Folienmaterial und für unterschiedliche Foliendicken die optimalen Prozessparameter durch entsprechende Experimente zu bestimmen.

[0015] In der oben beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird in allen Beschichtungsschritten (Flammendurchgängen) dieselbe Gasmischung verwendet.

   Dies ist aber keine Bedingung für das erfindungsgemässe Verfahren, das ebenfalls durchgeführt werden kann mit verschiedenen Gasmischungen, die in den aufeinanderfolgenden Beschichtungsschritten eingesetzt werden. Auf diese Weise wird es möglich, Schichten zu produzieren, die aus gestapelten nm-Schichten bestehen, beispielsweise alternierenden Schichten aus SiOx und Al0x.

[0016] Zur Herstellung einer Barriereschicht aus SiOx wird als zu zersetzende Verbindung eine siliziumhaltige Verbindung verwendet, beispielsweise Hexamethyldisiloxan (HMDSO), SiCl4 oder SiH4, wobei diese Verbindung weniger als 10 Gewichts-% der Gasmischung ausmacht.

[0017] Die Hauptbestandteile der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens sind eine Stützfläche,

   die zur Stützung und Kühlung der Kunststofffolie ausgerüstet ist und die vorteilhafterweise auch für den Transport der Kunststofffolie durch die Flamme geeignet ist, sowie ein Mittel zur Aufrechterhaltung der Flamme oder von Flammen und für deren Ausrichtung gegen die zu beschichtende Folienoberfläche, wobei das Mittel zur Flammenaufrechterhaltung und -ausrichtung an eine Zuführung für die Gasmischung angeschlossen ist.

[0018] Für die Beschichtung einer bandförmigen Kunststofffolie sind eine Mehrzahl von Mitteln zur Flammenaufrechterhaltung und -ausrichtung vorgesehen, von denen jedes eine Düsenmatrix (zweidimensionale Düsenmatrix oder Düsenreihe) aufweist, die ausgerüstet ist zur Aufrechterhaltung eines Flammenbandes, das sich mit einer im Wesentlichen konstanten Breite über die Breite des Folienbandes erstreckt.

   Wenn das Folienband von einer Rolle zugeführt und nach der Beschichtung wieder aufgerollt werden soll, ist die Stützoberfläche vorteilhafterweise die Umfangsfläche einer rotierenden Trommel und die Mittel zur Aufrechterhaltung und Ausrichtung der Flammenbänder sind gegen die genannte Umfangsfläche gerichtet.

   Die Düsen der Düsenmatrix sind vorteilhafterweise klein (Durchmesser ca. 1 mm) und die Distanzen zwischen den Düsen innerhalb der Matrix sind klein genug, um ein Flammenband zu ergeben, das eine ununterbrochene innere Flammenregion aufweist (sich berührende oder überschneidende innere Flammenregionen der einzelnen Flammen).

[0019] Die Vorrichtung weist ferner Dosiermittel für die Herstellung der Gasmischung und Mittel zur Wegführung der Abgase auf und im Falle eines Rolle-zu-Rolle-Prozesses Mittel zum Entrollen der zu beschichtenden Kunststofffolie und zum Aufrollen der beschichteten Kunststofffolie.

   Die Vorrichtung ist vorteilhafterweise in einem geeigneten Gehäuse untergebracht, wobei das Gehäuse für einen Rollenwechsel auf der Zuführungsseite und auf der Wegführungsseite geöffnet wird, ohne dass der Beschichtungsprozess unterbrochen wird.

[0020] Wenn die zu beschichtenden Kunststofffolien nicht bandförmig sind, sondern beispielsweise in einzelnen kleineren Stücken vorliegen, kann es vorteilhaft sein, den Kunststofffilm nicht durch die Flammen zu bewegen, sondern eine Flamme oder ein Flammenband über die zu beschichtende Folienoberfläche zu bewegen, wobei es möglich ist, für aufeinanderfolgende Beschichtungsschritte immer dieselbe Flamme oder dasselbe Flammenband oder weitere Flammen oder Flammenbänder zu benützen.

[0021] Es zeigt sich,

   dass nach dem oben beschriebenen Verfahren mit der CCVD-Methode hergestellte Barriereschichten auf Kunststofffolien sehr gute Barriereeigenschaften aufweisen, sogar bei geringeren Schichtdicken (weniger als 10 nm) als gleiche bei reduziertem Druck mit der PECVD-Methode hergestellte Barriereschichten (Schichtdicken 10 bis 30 nm).

[0022] Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Barriereschichten bzw. die beschichteten Kunststofffolien sind geeignet als Gasbarrieren, insbesondere Barrieren für Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid, Wasserdampf oder organische Verbindungen wie Alkohol, Ethylen oder Aromastoffe, in Verpackungen für Nahrungsmittel oder Getränke in im Wesentlichen derselben Art, wie dies für entsprechende, nach bekannten Verfahren hergestellten solche Folien der Fall ist.

   Die Barriereschichten sind transparent, farblos und können Mikrowellen ausgesetzt werden. Sie haben Dicken von 5 bis 200 nm, vorteilhafterweise von 5 bis 20 nm. Eine 12 Microm dicke PET-Folie, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren beschichtet ist, hat beispielsweise eine Durchlässigkeit für Sauerstoff (OTR oder oxygen transmission rate) von zwischen 1 und 3 cm<3>/m<2>/day/atm.

   Abscheidungen von mindestens 10 nm/s sind erreichbar.

[0023] Ein Fachmann ist ohne weiteres im Stande, den oben beschriebenen Prozess anzupassen, nicht nur für andere Folienmaterialien, sondern auch für die Herstellung von Schichten aus anderen Oxiden, beispielsweise aus Aluminiumoxid, Titanoxid, Ceroxid oder aus Oxiden von anderen seltenen Erden.

[0024] Das erfindungsgemässe Verfahren und eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung werden detailliert beschrieben im Zusammenhang mit den folgenden Figuren. Diese zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>das Prinzip des erfindungsgemässen Verfahrens zur Beschichtung einer Kunststofffolie mit einer Barriereschicht aus SiOx (oder einer anderen Oxidschicht);


  <tb>Fig. 2<sep>eine sehr schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, die für einen Rolle-zu-Rolle-Prozess zur Beschichtung eines quasi endlosen Folienbandes ausgerüstet ist;


  <tb>Fig. 3<sep>eine Düsenmatrix, wie sie in der Vorrichtung gemäss Fig. 1 zur Anwendung kommt;


  <tb>Fig. 4-6<sep>graphische Darstellungen der Barriereeigenschaften einer 12-Microm-PET-Folie, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren beschichtet ist, in Abhängigkeit verschiedener Verfahrensparameter;


  <tb>Fig. 7<sep>die Barriereeigenschaften einer 12-Microm-PET-Folie, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren beschichtet ist, im Vergleich mit einer gleichen Folie, die in einem PECVD-Prozess bei reduziertem Druck beschichtet ist (OTR in Abhängigkeit der Dicke der Barriereschicht).

[0025] Fig. 1 illustriert das Verfahren gemäss Erfindung. Gezeigt sind (Schnitt parallel zu Richtung F des Folientransportes) die Kunststofffolie, die auf einer Stützfläche 2 aufliegt, wobei die Stützfläche durch geeignete Mittel auf einer vorgegebenen Temperatur (Kühltemperatur) gehalten wird. Flammen 3 oder insbesondere aufeinanderfolgenden Flammenbänder 3.1, 3.2 und 3.3, die von Düsenmatrizen 4.1, 4.2 und 4.3 mit je einer Mehrzahl von Düsen 5 (eine sichtbar in jeder Matrix) ausgehen, erstrecken sich über die Breite der Kunststofffolie, z.B. senkrecht zur Richtung F des Folientransportes.

   Die Düsen 5 stehen in Verbindung mit einer Zuführung, durch die die Gasmischung zu den Düsen 5 zugeführt wird (Pfeile S).

[0026] Die Flammenbänder 3.1, 3.2 und 3.3 haben eine innere Flammenregion 6 und eine äussere Flammenregion 7, wobei die innere Flammenregion der einzelnen, von je einer Düse ausgehenden Düsen einander berühren oder überlagern, sodass sich ein kontinuierliches Flammenband über die Breite der Folie 1 erstreckt und die einzelnen Flammen nur als Spitzen am äusseren Rand des Flammenbandes sichtbar sind. Die äussere Flammenregion 7, die die innere Flammenregion 6 eines Flammenbandes umhüllt, kann, wie dies in der Fig. 1 gezeigt ist, mit der äusseren Flammenregion benachbarter Flammenbänder zusammenkommen und sich gegen vorteilhafterweise zwischen benachbarten Flammenbändern angeordneten Abzugsmitteln (Pfeile E) erstrecken.

   Dies ist aber keine notwendige Bedingung für das erfindungsgemässe Verfahren.

[0027] Fig. 1 zeigt auch die Verfahrensparameter f (Breite der Flammenbänder in der Richtung F des Folientransports), D (Abstand zwischen Flammenbändern in der Richtung F des Folientransports) und d (Abstand zwischen Spitze der inneren Flammenregion und der zu beschichtenden Folienoberfläche). Die Parameter f und D sind auf die Foliengeschwindigkeit und die Kühlleistung der Stützfläche 2 abgestimmt, derart, dass sich die gewünschten Längen von Beschichtungs- und Kühlschritten ergeben, bei denen die Temperatur des Folienmaterials in dem weiter oben genannten, engen Temperaturband gehalten werden kann.

   Wie weiter oben ebenfalls erwähnt, ist der Parameter d vorteilhafterweise klein (5 mm oder weniger) und kann positiv (zu beschichtende Folienoberfläche bewegt sich ausserhalb der inneren Flammenregion) oder negativ (zu beschichtende Folienoberfläche bewegt sich gerade noch innerhalb der inneren Flammenregion) sein. Der Parameter d wird bestimmt durch den Abstand zwischen Düsen 5 und Stützfläche 2 und durch die Menge an Gasgemisch, die pro Zeiteinheit durch die Düsen fliesst, wobei bei vorgegebenem Düsenquerschnitt die Höhe der inneren Flammenregion 6 über der Düse etwa proportional zur genannten Gasgemischmenge ist.

[0028] Fig. 2 zeigt in einer sehr schematischen Art eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung. Die Vorrichtung ist ausgerüstet für die Abscheidung einer Barriereschicht auf einem quasi endlosen Band einer Kunststofffolie 1.

   Die Stützfläche 2 ist die Umfangsfläche einer rotierenden Trommel 12. Das Folienband wird von einer Zuführungsrolle 15 abgerollt, wird auf der Umfangfläche der Trommel 12 aufliegend durch die Flammenbänder (nicht dargestellt) geführt und wird dann zu einer Produktrolle 16 aufgerollt. Die Umfangsfläche der Trommel 12 wird in einer geeigneten Art und Weise auf einer konstanten Temperatur gehalten. Für die Erzeugung der Flammenbänder ist eine Mehrzahl von Düsenmatrizen 4.1, 4.2, 4.3 vorgesehen, die sich von der Umfangsfläche (Stützfläche 2) beabstandet und parallel zur Trommelachse 17 erstrecken.

   Die Düsen sind im Wesentlichen radial gegen die Umfangsfläche gerichtet und die Düsenmatrizen sind in an sich bekannter Art und Weise, z.B. über einen Zuführungsverteiler mit einer Gaszuführung verbunden (Pfeile S).

[0029] Fig. 3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Düsenmatrix 4 mit Blickrichtung gegen deren Düsenseite. Die Düsen 5 sind alternierend in fünf parallelen Reihen angeordnet, wobei die Reihen sich im Wesentlichen quer zur Transportrichtung F der Folie ausgerichtet sind. Die Düsenreihen sind mindestens so lang wie die Kunststofffolie (quer zur Transportrichtung F) breit ist.

   Die Düsen haben einen Durchmesser von beispielsweise 1 mm und die Breite der Düsenmatrix bzw. des Flammenbandes in der Richtung F des Folientransportes ist beispielsweise 10 mm.

[0030] Fig. 4 bis 6 zeigen die Barrierequalität (insbesondere OTR-Wert oder Sauerstoffdurchlässigkeit in Kubikzentimetern Sauerstoff, die in einem Tag von einem Quadratmeter der untersuchten Folie bei einer Druckdifferenz von 1 bar durchgelassen werden) in Abhängigkeit von verschiedenen Verfahrensparametern. Die Daten beziehen sich auf eine 12-Micro-PET-Folie, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren mit einer Barriereschicht aus SiOx beschichtet wurde.

[0031] Fig. 4 zeigt den OTR-Wert in Abhängigkeit der vorgegebenen Temperatur der Stützfläche. Die PET-Folie wurde durch fünf aufeinanderfolgende Flammenbänder bewegt.

   Die graphische Darstellung zeigt, dass der OTR-Wert mit steigender Temperatur der Stützfläche sinkt (höhere Barrierequalität) bis zu einem Optimum bei etwa 120 deg. und dann mit weiter steigender Temperatur der Stützfläche wieder zunimmt.

[0032] Daraus folgt, dass für beste Resultate in Bezug auf Barrierequalität die Temperatur der Stützfläche so hoch wie möglich sein soll und nicht weit entfernt von einer Grenze, bei deren Überschreiten die Kunststofffolie thermisch beschädigt wird.

[0033] Fig. 5 zeigt die Abhängigkeit des OTR-Wertes vom Abstand D in mm zwischen aufeinanderfolgenden Flammenbändern (siehe Fig. 1 für Abstand D). Auch hier gibt es ein Optimum bezüglich Barrierequalität, welches Optimum für den gewählten Setup bei etwa 150 mm liegt.

   Offensichtlich wird die Kunststofffolie bei einem Parameterwert unterhalb des optimalen Wertes zwischen Flammendurchgängen nicht genügend gekühlt und bei einem Parameterwert über dem Optimum ist die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Flammendurchgängen zu lang, so dass die weiter zu beschichtende Folienoberfläche zu wenig aktiv und/oder zu stark verschmutzt wird, was offensichtlich zu einer Verminderung der Barrierequalität führt.

[0034] Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit des OTR-Wertes vom Abstand d in mm zwischen der zu beschichtenden Folienoberfläche und der Spitze der inneren Flammenregion (siehe Figur 1 für den Abstand d), das heisst von der Flammentemperatur, die in demjenigen Flammenbereich herrscht, durch den die Folie bewegt wird.

   Offensichtlich nimmt die Barrierequalität ab mit zunehmendem Abstand d zwischen der Spitze der inneren Flammenregion und der zu beschichtenden Folienoberfläche, das heisst mit abnehmender Flammentemperatur.

[0035] Fig. 7 zeigt einen Vergleich zwischen den OTR-Werten für eine 12-Microm-PET-Folie, die mit einer nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten SiOx-Barriereschicht beschichtet ist, und einer gleichen Folie, die in einem bekannten, bei reduziertem Druck durchgeführten PECVD-Prozess beschichtet wurde. Die OTR-Werte sind in Abhängigkeit der Dicke der Barriereschicht in nm dargestellt. Die Werte für das Produkt des erfindungsgemässen Verfahrens sind mit Dreiecken markiert, die Werte für das bekannte Produkt mit Kreisen.

   Aus der Darstellung ist klar zu entnehmen, dass, mindestens für Schichtdicken bis 10 nm, im Vergleich mit dem bekannten Produkt für das erfindungsgemässe Produkt gleiche Werte für kleinere Schichtdicken gefunden werden.

Claims (19)

1. Verfahren zur Beschichtung einer Kunststofffolie (1) mit einer Oxidschicht, dadurch, dass eine Folienoberfläche wenigstens einer Flamme (3) ausgesetzt wird, wobei die Flamme mit wenigstens einer Gasmischung gespeist wird, die ein Brenngas, ein Oxidationsmittel und eine Verbindung, die sich in der Flamme (3) zu reaktiven und auf der Folienoberfläche abscheidbaren Partikeln zersetzt, enthält, wobei die Flamme (3) gegen die zu beschichtende Folienoberfläche gerichtet wird und wobei eine gegenüberliegende Folienoberfläche auf einer Stützfläche (2) aufliegt, die auf einer konstanten Temperatur gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gasmischung Propan und Luft in einem Mischverhältnis zwischen 1/18 bis 1/28 enthält.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Oxidschicht eine Barriereschicht aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Titanoxid, Ceroxid oder aus einem Oxid einer seltenen Erde ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Oxidschicht eine Siliziumoxidschicht ist und wobei die zersetzbare Verbindung Hexamethyldisiloxan, SiCl4 oder SiH4 ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zu beschichtende Folienoberfläche der Flamme (3) ausgesetzt wird, indem sie durch die Flamme (3) bewegt wird im Bereich der Spitze einer inneren Flammenregion (6).

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die zu beschichtende Folienoberfläche durch die Flamme (3) bewegt wird in einem Bereich, der nicht mehr als 5 mm von der Spitze der inneren Flammenregion (6) entfernt ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kunststofffolie (1) durch eine Mehrzahl von Flammen (3) bewegt wird oder mehrere Male durch dieselbe Flamme (3) und so in einer Mehrzahl von Beschichtungsschritten mit dazwischenliegenden Kühlschritten beschichtet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Kunststofffolie (1) durch eine Mehrzahl von Flammen (3) bewegt wird, wobei die Flammen (3) mit mindestens zwei verschiedenen Gasmischungen gespeist werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kunststofffolie (1) von der Stützfläche (2) durch die Flammen transportiert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kunststofffolie (1) bandförmig ist und durch eine Mehrzahl von Flammenbändern (3.1, 3.2, 3.3) bewegt wird, wobei die Kunststofffolie von der Umfangsfläche einer rotierenden Trommel (12) gestützt und transportiert wird und wobei die Flammenbänder (3.1, 3.2, 3.3) sich über die Breite des Folienbandes erstrecken.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das zu beschichtende Folienband von einer Zuführungsrolle (15) abgerollt und nach der Beschichtung zu einer Produktrolle (16) aufgerollt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Menge der sich zersetzenden Verbindung auf die Geschwindigkeit, mit der die Kunststofffolie durch die Flammenbänder (3.1, 3.2, 3.3) bewegt wird, derart eingestellt wird, dass die Dicke der pro Flammendurchgang abgeschiedenen Schicht mindestens 2 nm beträgt.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die totale Dicke der abgeschiedenen Oxidschicht im Bereich von 5 bis 200 nm liegt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Kunststofffolie (1) aus PET, PA, PP oder PE besteht und eine Dicke im Bereiche von 1 bis 100 Microm hat.

15. Vorrichtung zur Beschichtung einer Kunststofffolie (1) mit einer Oxidschicht, dadurch, dass eine zu beschichtende Folienoberfläche einer Flamme (3) ausgesetzt wird, welche Flamme (3) mit einer Gasmischung gespeist wird, die ein Brenngas, ein Oxidationsmittel und eine sich in der Flamme (3) zu reaktiven und auf der Folienoberfläche abscheidbaren Partikeln zersetzenden Verbindung enthält, welche Vorrichtung ein Mittel zur Aufrechterhaltung der Flamme und zur Ausrichtung der Flamme (3) gegen die zu beschichtende Folienoberfläche aufweist sowie eine Stützfläche (2) für die Stützung der Kunststofffolie (1) von der der zu beschichtenden Folienoberfläche gegenüberliegenden Folienoberfläche her, wobei die Stützfläche ausgerüstet ist, um bei einer vorgegebenen Temperatur gehalten werden zu können.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Mittel zur Aufrechterhaltung und zur Ausrichtung der Flamme (3) wenigstens eine Düsenmatrix (4) aufweist, welche Düsenmatrix mit einer Gaszuführung für die Zuführung der Gasmischung verbunden ist und welche Düsenmatrix (4) von der Stützfläche beabstandet angeordnet ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Stützfläche (2) für eine Bewegung an der wenigstens einen Düsenmatrix vorbei ausgerüstet ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Stützfläche (2) die Umfangsfläche einer rotierenden Trommel (12) ist und wobei eine Mehrzahl von Düsenmatrizen (4) sich parallel zur Trommelachse erstreckend und, in Richtung des Trommelumfanges voneinander beabstandet angeordnet ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei die Vorrichtung zusätzlich Mittel zum Entrollen eines Bandes der Kunststofffolie von einer Zuführungsrolle und Mittel zum Aufrollen des beschichteten Bandes zu einer Produktrolle aufweist.