CN101460073A - 使粘附闭锁件表面功能化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于将粘附闭锁件表面功能化的方法，其借助相应构成的粘附闭锁件构成可重复打开和闭合的粘附闭锁，其中借助质子－和/或电子交换介质，特别是以供体或收集剂的形式将粘附闭锁件的表面能通过使用高能量这样改性，即通过将交换介质的官能团加载到粘附闭锁件的材料上使得粘附闭锁件的材料特性是无涂层和耐老化地可调节的。本发明还涉及实施该方法的装置。

Description

使粘附闭锁件表面功能化的方法和装置

本发明涉及用于将粘附闭锁件表面功能化的方法和装置，其借助相应构成的粘附闭锁件构成可重复打开和闭合的粘附闭锁。

从EP 1 082 031 B1已知制备具有粘附闭锁元件的由塑料材料构成的粘附闭锁件的方法，其中具有粘附闭锁元件的粘附闭锁件至少部分地设有层，其层厚这样地选择，使得其不妨碍粘附闭锁的后续功能。在粘附闭锁件上的涂层由所谓的溶胶-凝胶-法形成，优选基于SiO₂和/或TiO₂改性的SiO₂。通过所谓的溶胶-凝胶-法涂布的涂层是泡沫排斥的，只要已知的粘附闭锁件在座垫件起泡(

)时使用，这就带来优点。尽管涂布的涂层由纳米复合材料构成，也就是说层厚可以非常小，特别是只有相应的涂层试剂的几个分子厚，该涂层不耐磨并因此不耐老化。

从EP 1 077 620 B1已知粘附闭锁件，特别是用于交通工具座位的座垫件起泡的粘附闭锁件，已知其制备，其中在粘附闭锁件的一侧施涂粘合底漆(Haftgrundmittel)。如果该已知的粘附闭锁件由聚酰胺材料构成，则粘合底漆由间苯二酚和/或至少一种它们的衍生物形成，或如果粘附闭锁件由聚烯烃材料构成，则使用聚氨酯或聚合物作为粘合底漆，其由可固化的树脂通过后交联产生。这样的构造使得在粘附闭锁件上作为附加层形成底漆层类，其与各种泡沫材料即使不使用相应的粘合剂也产生高强度的粘结。这种已知的解决方案的涂层也会被擦掉。

为此，在DE 101 23 205 A1中就描述了制备具有多个整体式(einstückig)具有载体构成的粘附闭锁元件的粘附闭锁件的方法，其中粘附闭锁元件的联锁头(

)设有由固化性填料形成的端部，所述固化性填料以热固性塑料成型物质的形式，优选地以丙烯酸酯的形式，特别优选地以氨基甲酸酯二丙烯酸酯的形式。如果该氨基甲酸酯-成型材料固化，则制得粘附闭锁件，这一方面可以承受高温和机械压力和另一方面在相应的构造中导致粘附强度值和剥离强度值的改善。然而在粘附闭锁元件上如此涂布的高强度的附加涂层相应地较大，这再度与所希望的粘附闭锁元件的小型化相对立，为此目前尝试，将数千个粘附闭锁元件安装于粘附闭锁件的一平方厘米的载体材料上。

因此由现有技术出发，本发明的任务在于，进一步如下地改善已知的方法和与此相关的装置，使得以成本有利的方式大产量地通过将可最小化的粘附闭锁件如此地表面技术功能化，即使得只借助处理步骤的一个基本方案就可制备出最不同类别的多种表面特性和结构特性。该任务是由权利要求1的特征，以及根据权利要求12的特征构造的装置解决的。

在本发明的方法中，借助质子和/或电子交换介质，特别是以供体和捕集剂的形式在使用高能量的情况下这样地改性粘附闭锁件的表面能，即通过将交换介质的官能团加载到粘附闭锁件材料上，使得粘附闭锁件-材料的物理-化学特性是无涂层和耐老化地可调节的。

所谓的

-酸，其起到质子供体的作用和所谓的路易斯碱，其作为供体可以为其它材料提供电子(如为粘附闭锁件的塑料材料提供电子)证实为特别是可多方面使用的。此外在粘附闭锁件的塑料材料中存在收集质子和/或电子的收集剂，其与氧化还原效应可比地如此影响粘附闭锁件的表面能，即使得再度实现这样的可能性，即在使用高能量的情况下，交换介质的官能团可以与粘附闭锁件决定功能性地相互作用。

通过将交换介质的官能团加载到粘附闭锁材料表面并就此而言掺入粘附闭锁件的材料中，达到基本无涂层的构造，以致可小规模地实施表面功能化，这再度有助于粘附闭锁件与其粘附闭锁元件一起达到力求的小型化。由于官能团在分子范围内加载到粘附闭锁件上并就此而言与粘附闭锁件的其它塑料材料相互作用，证实这种作用方式耐老化，从而不必担心在长期储存时间之后粘附闭锁件在使用者的生产中的使用之前丧失所希望的表面改性。待调整的化学物理特性定义为广义。这样同样可以功能化地调整粘附闭锁件的刚性和柔性，如关于所希望的温度耐性。对各类化学品的耐性也同样可以功能化调整，如具有第三种产物的所希望的反应模式，例如以聚氨酯泡沫的形式，其为制备座位座垫中的起始材料。

通过将化学官能团加载到粘附闭锁件的材料上，可以就此而言与其上应该使用粘附闭锁件的各个构件达到特殊的相互作用。例如可能的是通过加上相应的官能团使得粘附闭锁件阻燃；针对各种粘附闭锁件的使用标准，如果其用于航空和宇航技术领域中。如果各个官能团具有荧光材料部分，各种粘附闭锁件可以很好地用于创造-设计-领域，以便于例如实现荧光颜色设计。通过表面能的所述改性，此外还存在这样的可能性，即通过形成所述粘附闭锁实现相应的粘附闭锁件改善的粘附性，对此现有技术中则描述了高耗费实现的毛细管技术(DE102 07 194 C1)。

此外，在电流-和其它信息传递方面可以通过各自待使用的官能团改善粘附闭锁件的放电性。多种应用可能性目前根本还不能被涵盖，并且在上述本发明方法的使用下将成为其它技术发展的主题。

根据权利要求12的特征结构的这种装置作为实施本方法的优选的装置，其中借助型筛可制备粘附闭锁件的粘附闭锁元件，其中在型筛的一侧可将用于闭锁元件的塑料材料输入筛的型孔，并且在此于型筛的对侧，优选原位地将交换介质可输入型孔中。如此的装置允许以特别经济的方式实施本发明的方法并特别允许工艺可靠的方法过程。采用如此的装置可以几乎连续地可靠生产地大量制备具有改性表面的粘附闭锁件。

本发明方法的其它有利的实施方案是其它从属权利要求的主题。

唯一的附图举例说明了高度图解简化用于实施本发明的方法的装置的部分截取示意的侧视图。

该附图以图解说明展示了用于实施本发明的方法的装置的部件，采用挤出头1作为用于在塑料和液体状态的、特别是作为带材的热塑性塑料材料的输送装置，所述带材的宽度相应于待制备的粘附闭锁件的宽度，所述带材被输送到压制工具和成型工具之间的缝隙。作为压制工具设置了压辊3。成型工具是指作为整体采用5表示的型辊。这两个辊在图中以弯箭头7和9所给定的方向驱动，使得在它们之间形成输送缝隙，通过该缝隙将塑料带材以运送方向输送，而同时在作为成型区的缝隙中将塑料带材成型为粘附闭锁件的载体10并在贴靠于型辊5那面的载体10通过用于形成联锁装置(Verhakungsmitteln)的型辊5的成型元件获得所需要的成型。

为此目的在型辊5的外周具有含有各个型腔12的筛11。两侧通过造型孔12a，b分别限定该型腔12的边界，该型腔与其它型腔12沿着外周侧具有筛11的型辊5优选有规律地分布，其中该分布和数量自由选择。各个型腔构造成旋转-双曲面的类型，使得就此而言产生的相应造型的柄部13，其借助它们的各自底座整体式地与带状的载体材料10结合并将另一个自由端形成外周侧加宽的端部15。不仅柄部13而且端部15各自构成用于整个-粘附闭锁件的粘附闭锁元件，其与没有详细显示的另一个闭锁件的相应成型的各个闭锁件，构成可重复开启和闭合的粘附闭锁。如此产生的闭锁也以商品名

已知。

型辊5设有以介质通道17形式的穿孔，其以其纵向指向作为型辊5的转轴的中心19。在型辊5的内部且其中心的设置中采用21表示的高能量源，其示意性地表示。此外在高能量源21的外罩和型辊内周之间存在空腔，其用于提供和临时储存交换介质，其中任选地该空腔和操作空间的附加物理参数可调，例如以压力和温度、湿度等等的形式。此外用于实施所述方法通过该空腔和操作空间23实现气体介质和液体介质的可能输入，例如以便加快该操作进程。通过介质通道17以及通过空间23可以输入洗涤介质，以便在方法操作的过程中从整个生产装置中清除可能的残余物。

作为用于各种待制备的粘附闭锁件的塑料物质证实聚烯烃是特别适合的。属于这种基团的例如是聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯以及聚异丁烯和聚(4-甲基-1-戊烯)，高级α-烯烃的聚合物，如聚(1-己烯)、聚(1-辛烯)或聚(1-十八烯)。由不同烯烃构成的共聚物，例如，乙烯与丙烯的共聚物，也视为包含在这种聚烯烃之内。针对待制备的粘附闭锁件的另一种良好用料为聚酯。

根据以下的化学一览表的材料和材料组用作质子和/或电子交换介质，其中采用I表示硬碱，采用II表示软碱和采用III表示碱边界。采用IV表示硬酸，采用V表示软酸和采用VI表示适合的酸性材料的边界。

I                 II

H₂O OH^- F^-         R₂S RSH RS^-

AcO^- SO₄ ^2- Cl^-     I^- R₃P(RO)₃P

CO₃ ^2- NO₃ ^- ROH     CN^- RCN CO

RO^- R₂O NH₃        C₂H₄ C₆H₆

RNH₂ SiOH         H^- R^-

III              IV

ArNH₂ C₅H₅N       H⁺ Li⁺ Na⁺

N₃ ^-Br^-            K⁺ Mg²⁺ Ca²⁺

NO₂ ^-              Al³⁺ Cr²⁺ Fe³⁺

                 BF₃ B(OR)₃ AlMe₃

                 AlCl₃ AlH₃ SO₃

                 RCO⁺ CO₂

                 HX

                 氢键合分子

V                VI

Cu⁺ Ag⁺ Pd²⁺      Fe²⁺ Co²⁺ Cu²⁺

Pt²⁺ Hg²⁺ BH₃     Zn²⁺ Sn²⁺ Sb³⁺

GaCl₃ I₂ Br₂      Bi³⁺ BMe₃ SO₂

CH₂碳烯          R₃C⁺ NO⁺ GaH₃

                 C₆H₅ ⁺

根据以下的模式实现分布，即硬酸易于与硬碱结合，以及软酸与软碱结合。采用硬和软表示的介质的过渡是灵活的，并且这样分类应该只原则上提供关于交换介质的效果的粗略的概念和信息。如此，例如可能的质子释放，其在所有-酸-碱反应中出现，分类为硬酸。作为所谓的供体的软碱的特征再度为，可以释放特别是更多个电子或电子对，以便可以以此方式进行对于粘附闭锁件的表面功能化。针对对粘附闭锁件的表面功能化施加的影响原则上还提供所谓的收集剂，其以氧化还原反应的类型可以清理(

)从粘附闭锁件的塑料材料中释放出电子和/或质子，以便以此方式施加影响；仅经此可达到的功能化程度明显不如质子和/或电子供体。

所希望的表面改性可以通过使用高能量源进一步优化。除了使用微波辐射或其它高频场以外还可以使用等离子体。作为可能的等离子体源在此同样可考虑等压发光放电，如高频放电和具有微波性的那种。为了降低对待制备的塑料材料的热负荷，特别建议微波放电，由于为此的仪器耗费低，可以无电极的偶合并由于等离子体的高离子化程度确保短操作时间，这对于粘附闭锁件的原位制备是至关重要的。

这样的等离子体源为根据附图以21表示的高能量源。通过在型筛11的型腔12中粘附闭锁件的基材位置，可以实施多种可能的等离子体-改性操作。如此，考虑将所述图示装置例如用于所谓的模内等离子体工艺(In-Plasmaprozeβ)，其中待功能化的表面直接位于等离子体区。同样考虑所谓的下游法(Down-Stream-Verfahren)，其中引导工艺气经过等离子体区并随即可以输送到在粘附闭锁元件上具有自由端头的作为粘附闭锁件的基材。特别是通过型辊5的转鼓直径调整距离，使得也可以将对以粘附闭锁件形式的基材的热负荷调整得很低。

如果应该将在等离子体区中使用的工艺气快速或立即完全反应，可以的是所谓的后-发光法(After-glow-Verfahren)，其中惰性载气，例如以氮气的形式引导经过等离子体区并将工艺气活化，所述工艺气在等离子体区后面才可输入。然后将这种间接活化的工作气用于所希望的表面改性。

由于转鼓样的生产装置可在转鼓末端连接，就此而言可以通过在空的空间和工作空间23中适合的入口-和出口(未显示)采用和调整工艺气的路线。用于加快过程在此可以有利的是，将工艺气在相应的高压下输入空间23中。也可以对于本发明的生产方法设计电介质势垒放电(dielektrische Barrierentladung)代替等离子体发生源，采用改变的场源作为高能量源21，其从型辊5的中间开始在粘附闭锁件基材的上侧方向构建电介质场(ein dielekftisches Feld)。此外，在可以是大约等于大气压的压力的当前情况下将处理气混合物几乎连续地引入空室和工作室23中，所述处理气混合物优选由载气以及还原性气体和/或氧化性气体组成。作为氧化性气体特别是考虑CO₂或N₂O，且作为还原性气体考虑H₂。证实也有利的是，氧化性气体在混合物中的含量为50-2000ppmv和还原性气体在混合物中的含量优选为在50-30000ppmv的值范围内。

采用后者所提及的表面处理法，特别是氨基、酰氨基、和/或亚酰氨基-基团和-化合物用作碱性电子供体，它们作为官能团在粘附闭锁件表面引入NH3-基团，并允许与其它官能团建立所谓的不对称脲键，该脲键具有另一个反应性基团，其上可以将泡沫材料的聚氨酯固定在座垫的泡沫区。这种结构导致粘附闭锁件在成型泡沫中出色的结合。这样相应的包覆材料可以通过相应的粘附闭锁件与发泡粘附闭锁件可拆解地结合，该结合与所谓的泡沫材料形成不对称脲键。

除了根据图示的筛分转鼓的生产应用以外还存在的可能性为，将型筛的布置以平面展开并然后可以将型筛穿过相应的装置，其然后如上述产生相应的表面改性。特别是使所述筛以传送带的类型通过具有上分支和下分支的旋转辊构造，其中上分支用于造型且下分支用于粘附闭锁件从各个型腔(

)脱模。

根据图示粘附闭锁件需要设有周围加宽的末端，以便这样提供联锁作用的可能性(

)，更确切地说，这样的现代粘合系统也可以获得表面改性。例如DE 100 65819 C1说明了用于制备粘附闭锁件的方法，其中载体材料在其表面的至少一个部件区设有突出其表面的粘附闭锁元件或粘附元件，其中将形成元件的塑料材料施加到作为载体部件10的载体元件上，其中该元件至少在一个部件区无成型工具地构成，其中塑料材料借助至少一种施加装置以相继释放的液滴沉积。尽管施加装置通过其喷嘴获得只有几皮升的液滴体积的塑料材料，但是可以实现快速工艺过程，从而在最短的时间内产生粘附闭锁件，这样制备的粘附闭锁件也可以借助所述的方法表面改性。

在图中描绘的装置可以以型腔12的方式进行小型化，而可制备其粘附力主要借助范德华力的粘附元件。这种闭锁系统例如在DE 10 2004012 067 A1中公开。尽管以这种方式达到高度的小型化，借助本发明的解决方案也可以将这类纳米级粘附闭锁件由其表面根据上述地进行改性。上述装置特别适合从正面的头端闭锁材料面(Kopfverschluβmaterialseite)影响各个粘附闭锁件。原则上还可以采用其它同类装置任选地将闭锁件的所有元件的表面功能化，这也特别是适用于背对元件的闭锁件的载体的背面或柄材料或杆材料的顶面，其在载体与闭锁头端的底面之间延伸。对于这种表面功能化，具有待功能化的构件或构件面的粘附闭锁件开放地即敞开地送往功能化源。这既可以在闭合系统中也可以在开放系统中在工序中进行几乎连续的功能化。

Claims (12)

1.用于粘附闭锁件的表面功能化的方法，其借助相应构成的粘附闭锁件构成可重复开启和闭合的粘附闭锁，其特征在于，借助质子和/或电子交换介质，特别是以供体或收集剂的形式在使用高能量的情况下这样改性粘附闭锁件的表面能，即通过将交换介质的官能团加载到粘附闭锁件-材料上，使得粘附闭锁件-材料的物理-化学特性是无涂层和耐老化地可调节的。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，借助高能量的影响促进官能团的加载过程，其中使用

-高频率辐射如微波长辐射

-电场，如电介质势垒放电以及

-等离子体辅助的场，如在使用低压和高压等离子体的情况下提供。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，官能团的加载过程在惰性和/或反应性气体的使用下是可调节的。

4.根据权利要求1至3中任一项的方法，其特征在于，官能团的加载过程借助温度/和压力梯度是可调节的。

5.根据权利要求1至4中任一项的方法，其特征在于使用热塑性塑料，特别是聚烯烃和/或聚酯作为粘附闭锁件的待功能化的塑料材料。

6.根据权利要求1至5中任一项的方法，其特征在于，使用碱性作用的电子-供体作为控制介质。

7.根据权利要求1至6中任一项的方法，其特征在于，使用氨基、酰氨基和/或亚酰氨基-基团和-化合物作为碱性电子-供体。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，在使用碱性电子-供体的情况下与粘附闭锁件的起始材料形成不对称键，优选生成不对称的脲键。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于，通过将各个闭锁件附加载到泡沫材料上，如聚氨酯-泡沫上产生不对称的脲键。

10.根据权利要求1至9中任一项的方法，其特征在于，原位进行官能团到粘附闭锁件上的键合。

11.根据权利要求1至10中任一项的方法，其特征在于，借助筛分法制备各个粘附闭锁件。

12.实施根据权利要求1至11中任一项的方法的装置，其特征在于，借助型筛(11)能制备闭锁元件(13，15)，在型筛(11)的一侧(12a)，用于闭锁元件(13，15)的塑料材料能通入筛的型孔(12)，并且在型筛(11)的对面，优选原位地，交换介质能输入型孔(12b)。