DE102006034983A1

DE102006034983A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Vorbehandlung zu klebender/beschichtender oder lackierender Teile

Info

Publication number: DE102006034983A1
Application number: DE200610034983
Authority: DE
Inventors: Emil Schmid
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2008-01-31
Also published as: EP2046907A1; WO2008012088A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbehandlung zu klebender/beschichtender oder lackierender Teile, insbesondere Kunststoffe, Elastomere, Metalle oder Zellulose, Werkstoffe ohne Vorstrich. Erfindungsgemäß sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: - Die zu behandelnden Teile werden insbesondere gereinigt, - die Teile werden mit UV-Licht und Ozon behandelt, - auf die Teile wird Klebstoff aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbehandlung zu klebender/beschichtender oder lackierender Teile, insbesondere Kunststoffe, Elastomere, Metalle oder Zellulose, Werkstoffe ohne Vorstrich (Primer). Dabei werden die Teile durch ein spezielles Verfahren mit UV-Licht unter 200 nm und Ozon behandelt. Ein wichtiges, aber nicht alleiniges Anwendungsgebiet ist die Herstellung von Schuhen bzw. das Kleben der Schuhsohlen.
In verschiedenen Anwendungsgebieten werden Werkstücke miteinander durch Kleben beschichtet. Gerade Kunststoffe lassen sich nicht ohne weiteres kleben. Schon lange ist bekannt, dass diese mit lösemittelhaltigem Vorstrich, chlorhaltigem Vorstrich oder auch wässrigem Primer zuerst klebefreundlich behandelt werden müssen.
Diese Technik wird in jüngster Zeit durch elektrische Verfahren abgelöst. Hierzu zählen der Einsatz von Niederfrequenz- oder Hochfrequenz-Plasma und Freistrahl-Corona, auch das Aufbringen von Additiven unter Verwendung eines brennbaren Gases etwa Kohlenwasserstoffgas mit Silan- oder Silikatanteilen oder anderen Additiven. Diese gesamten Verfahren können im Vakuum, bei Niederdruck oder ohne Vakuum durchgeführt werden, beispielsweise bei Atmosphärendruck.
Der an die Vorbehandlung anschliessende Klebevorgang erfolgt unter Verwendung lösemittelhaltiger/lösemittelfreier ein- oder mehrkomponentiger Klebstoffe auf der Basis von Polyurethan, Polychloropren oder Epoxidharz oder Hotmelts auf PU-Basis, reaktiv oder nicht reaktiv, auch als Hotmeltfilm.
Nachteil des Verfahrens ist der intensive Einsatz von Lösemitteln. Bei chlorhaltigen Primern entstehen zusätzlich Verfärbungen durch Gelbwerden und die Hydrolysebeständigkeit wird erheblich herabgesetzt. Dies betrifft insbesondere EVA-haltige Compounds und Gummimaterialien, wie sie auch in der Schuhindustrie eingesetzt werden.
Bei Nylonprimern werden toxikologisch bedenkliche Substanzen wie Phenol oder Säuren eingesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die durch die bekannten Verfahren erzielbaren Ergebnisse zu verbessern. Ebenso sollen die Nachteile des Vorstrichverfahrens eliminiert und durch ein umweltfreundliches Verfahren ersetzt werden.
Erfindungsgemäß löst man die Aufgabe durch die folgenden Verfahrensschritte, die insbesondere genau aufeinander abgestimmt werden:

A) Reinigen der zu behandelnden Teile, insbesondere Kunststoffe,
B) Behandlung mit UV-Licht und Ozon,
C) eventuell Aufbringen eines (Schutz)Primers zur Verbesserung der Adhäsion und/oder Verlängerung der Aktivierungszeit,
D) Aufbringen eines Klebstoffes.

Teil des Verfahrens kann auch das auf D) folgende Trocknen des Klebstoffs und dessen Wärmeaktivierung sein.
Des Weiteren sind neu:

– Variation der Lampenform z.B. M, Z, Ring-Lampen
– Beschreibung des Lampenträgers und Klebstoffe, Reinigungsmittel.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Patentansprüchen und der Beschreibung im Übrigen zu entnehmen. Nachfolgend werden die oben genannten Schritte A)–D) näher erläutert:
Zu A) Reinigen der Kunststoffe
Die Reinigung kann durch Lösemittelreiniger, Gemische von Lösemitteln, vorteilhafterweise durch Reiniger mit geringem Anteil von Lösemittel, Wasser und Benetzungsmittel erfolgen.
Für die Reinigung von EVA-Polymeren und Elastomeren mit EVA und PE und PP-Anteil eignen sich Reiniger auf Basis Ester, Ketonen, cycloaliphatischen Lösemitteln, Lösemittelgemischen derselben, Terpenen und Netzmitteln. Beispiel 1

– Acetone oder MEK 25,00

– Ethylacetat 25,00

– Tertiäres Butylacetat 49,00

– TACK WET 2502 1,00

Total 100,00
Am Ende der Beschreibung findet sich eine Auflistung einiger Abkürzungen und Produktangaben mit Erläuterungen. Beispiel 2

– Acetone 33,00

– Ethylcyclohexan 33,00

– Orangenterpene 32,00

– TACK WET 1,00
Zur Verbesserung der Reinigungswirkung und des UV-Effekts eignet sich die Zugabe von 0,1–3,0 Teilen organischer oder anorganischer Säuren, dies auch im wässrigen Medium. Beispiel 3

– Acetone 50,00

– Ethylacetat 49,00

– Essigsäure 1,00

Total 100,00

Beispiel 4

– Acetone 20,00

– Wasser 78,00

– Essigsäure 1,00

– TACK WET 2502 1,00

Total 100,00
Der Anspruch erstreckt sich insbesondere auch auf den Einsatz von 0,1–2,0% von organischen oder anorganischen Säuren und deren Abkömmlingen bei dem Einsatz als Reinigungsmittel von UV-Licht und Ozon.
Reinigungsmittel für Gummi und Elastomere, Polyamid basieren zusätzlich auf dem Zusatz von Polymeren, HDI, IPDI, MDI, TDI oder Gemisch davon in Reinigungsmitteln von 0,1–2,0%.
Werden Teile ohne Trennmittel hergestellt kann das Reinigen entfallen. Beispiel 5

– Acetone 98,00

– Uni-Dur WB 7000 1,00

– TACK WET 2502 1,00

Total 100,00

Beispiel 6

– Acetone 20,00

– Wasser 78,00

– Uni-Dur WB 7000 1,00

– TACK WET 2502 1,00

Total 100,00
Nach dem Reinigen werden die Teile bei Raumtemperatur 10–30 Minuten getrocknet oder im Trockenschrank 2,10 Min bei 30–60°C, bevorzugt bei 55°C.
Zu B) Vorbehandlung mit UV-Licht und Ozon
Danach erfolgt die Behandlung mit UV-Licht und Ozon in einer dafür speziell hergestellten Maschine. Diese zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

– durch UV-Licht im Bereich von 200 nm, bevorzugt unter 200 nm mit einer Leistung von weniger als 20 mW/cm², vorzugsweise 15 mW/cm²;
– die Anzahl der Lampen variiert von 1–20 Stück, bevorzugt 12 Stück;
– die Lampenform kann variieren von Stab, M, Z, Ring-Lampen, bevorzugt Stablampen von 20 mm–4000 mm Länge, speziell 1850 mm Länge;
– die Breite der Behandlung kann von 20 mm–3000 mm reichen, bevorzugt 70 cm;
– die Lampen können auf einer Vorrichtung fixiert werden damit die Lampenhöhen über dem Substrat (dem behandelten Teil) einstellbar ist, bevorzugt 10 mm–200 mm, speziell 35 mm–185 mm;
– der Lampenträger kann geometrisch geformt sein wie halbrund, konvex oder konkav, damit auch andere Geometrien behandelt werden können, z.B. Schläuche;
– die Bestrahlung kann einseitig, beidseitig oder von 3 Seiten erfolgen;
– zur Kühlung der Lampen und der Substrate wird Luft zugeführt;
– zur Erzeugung von Ozon wird Luft zugeführt;
– die Substrate erreichen am Ende der Behandlung maximal 45°C auf der Substratoberfläche, bevorzugt 35°C;
– zusätzliche Kühleinrichtungen reduzieren dies unter 30°C;
– die Substrate können manuell oder durch Transporteinrichtung wie Förderband zugeführt werden;
– die Bandgeschwindigkeit liegt bei 0,1 m/min–5 m/min, bevorzugt bei 2 m/min;
– die Behandlungszeit liegt bei 1–10 min bevorzugt bei 2–4 min;
– bei einer Länge der Lampen von 2 m bei 1,0–33 min;
– zur Erhöhung der Effektivität und der Behandlung von 3-dimensionalen Teilen, zur Erreichung von Schattenseiten können Reflektoren eingesetzt werden;
– diese können auf einer Seite, 2 Seiten, 3 Seiten oder auch 4 Seiten eingesetzt werden;
– die Reflektoren können gleichzeitig als Doppelkammer ausgerüstet werden und dadurch die Kühlwirkung erhöhen; die Kühlung kann durch Luft oder Flüssigkeiten wie Wasser erfolgen;
– die Geometrie der Reflektoren kann an die Lampenform angepasst werden;
– als Material der Reflektoren eignet sich Aluminium.

Zu C) Primer-, insbesondere Schutzprimerauftrag
Nach der Behandlung können die Teile sofort oder später geklebt werden. Für Kunststoffe auf der Basis Polyamid, PE, PP kann zur Steigerung der Effektivität oder Verlängerung der Behandlung nun eine PU-Dispersion mit oder ohne Härter aufgetragen werden, bevorzugt UNI-BOND WB 7300 mit 1–10% (bevorzugt 5%) UNI-DUR WB 7000. Ebenso eignen sich polymere IPDI-Produkte wie UNI-DUR E 1890 oder Gemische mit polymeren HDI wie UNI-DUR WB 7000 in jedem Verhältnis. Für eine 1-komponentige Anwendung, lichtstabil, ohne Isocyanate wird UNI-BOND WB 7301 eingesetzt.
Zusätzlich kann dieser Anstrich innerhalb von 6 Wochen bei mind. 70°C aktiviert werden. Deshalb entfällt ein zusätzlicher Klebstoffauftrag.
Zu D) Klebstoffauftrag
Für Gummi, EPDM und EVA und EVA-Compounds mit 1–30% PE, PP oder Engage und Gemische kann nach der Behandlung ohne Auftrag von Primer geklebt werden.
Hierzu eignen sich Klebstoffe auf der Basis von allen Polymeren, bevorzugt Lösemittelklebstoffe, PU-Dispersionsklebstoffe mit oder ohne Zugabe von Härtern, reaktiver PU-Hotmelt in Form von Granulaten zum Aufschmelzen oder Filmen.
Bevorzugt eignen sich Klebstoffe:

– Polychloropren oder Polyurethane;
– in Lösemitteln gelöst oder in wässriger Form;
– mit dem Zusatz von Härtern auf der Basis von MDI, TDI, HDI, IPDI oder Gemischen davon;
– Zugabe der Härter von 1–10% auf den Klebstoff, bevorzugt 3–8 %, insbesondere 5 %;
– reaktive Hotmelt;
– insbesondere für wässrige Klebstoffe UNI-Bond WB 7100/EM, Produkte auf der Basis von Polyester oder Polyether; geeignete Härter: UNI-DUR WB 7000 oder UNI-DUR WB 7075;
– für Lösemittelklebstoffe eignen sich Härter wie UNI-DUR E1000 – E1001 – E1001 RN – E2002 ARFE – E2008 RC mit einer Zugabe zum Klebstoff von 1–10 %, bevorzugt 5%.

Die Klebstoffe können durch Sprühen, Tauchen, Rakeln, Pinseln aufgetragen werden. Nach dem Auftragen werden die Klebstoffe getrocknet bei Raumtemperatur, 5–30 min oder bei erhöhter Temperatur von 30–70°C, vorzugsweise 55°C, für 20 s – 1 min im Vakuum bzw. 3–7 min ohne Vakuum.
Nach dem Trocknen verstärkt eine zusätzliche Temperatureinwirkung von 60–100°C für 1–10 s die Adhäsion und Reaktion mit der behandelten Oberfläche, bevorzugt 1–3 s bei 70–80°C.
Dieses Verfahren ergibt eine stabile Klebung ohne die angeführten Nachteile und unter Reduzierung von VOC (Volatile Organic Compound = Lösemittel) unter Ausschluss von Verfärbungen und anderen Nachteilen. Die Klebstoffe können einseitig oder zweiseitig aufgetragen werden.
Beispiel 7
Eine EVA-Sohle mit 10–20% EVA-Anteil, 10–30% Anteilen PE oder PP und/oder 10–30% Anteilen metallogenes PP wie Engage oder Tafmer wird gemäß Beispiel 2 gereinigt.
Nach der Trocknung erfolgt eine UV-Behandlung unter 200 nm und Ozon. Die Behandlungszeit liegt bei 1–4 min, bei einem Lampenabstand über dem Substrat von 35–185 mm. Die Temperatur auf der EVA-Sohle liegt nach der Behandlung nicht über 45°C und die Sohle ist verfärbt. Die Klebung erfolgt mit UNI-BOND WB 7101/EM9 unter Zugabe von UNI-DUR WB 7000 oder UNI-DUR WB 7075.
Nach dem Trocknen ergeben sich Klebwerte über 3,5 N/mm bevorzugt Materialbruch im EVA sofort nach der Abkühlung der Sohlen.
Beispiel 8
EVA-Sohlen und Gummisohlen auf SBR-Basis, Shore-Härte 57A werden gereinigt wie unter Beispiel 3 oder 4. Nach der Trocknung erfolgt die Behandlung gemäß Beispiel 7. Dabei können bis 720 Paar behandelt werden.
Die Klebung erfolgt gemäß Beispiel 7. Nach dem Abkühlen von 1 Min. liegen die Klebeergebnisse bei über 3,5 N/mm bevorzugt Materialbruch im EVA.
Beispiel 9
Polyethylen, Polypropylen, Nylon mit Glasfasern werden nach dem Beispiel 5 oder 6 gereinigt. Nach der Trocknung erfolgt die Behandlung mit UV-Licht unter 200 nm und Ozon.
Danach erfolgt der Schutz- und Verstärkungsauftrag mit UNI-BOND WB 7300 + 5–10% UNI-DUR WB 7000 oder UNI-DUR WB 7075.
Nach der Trocknung kann wie in Beispiel 7 angeführt mit wässrigem PU-Klebstoff geklebt werden. Die Anfangswerte liegen bei 4–7 N/mm nach dem Abkühlen.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Vorrichtung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Vorbehandlung von Teilen,
2 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung.
Die Vorrichtung gemäß 1 ist nach Art eines Tunnels 10 aufgebaut. Ein zu behandelndes Kunststoffteil 11 wird auf einem vorzugsweise horizontalen Förderband 12 senkrecht zur Bildebene durch den Tunnel 10 gefördert. Oberhalb des Förderbandes 12 und zugleich seitlich neben dem Kunststoffteil 11 sind aufrechte, plane Reflektoren 13, 14 angeordnet, welche vorzugsweise beweglich sind, nämlich zur Einstellung eines definierten Abstands zum Kunststoffteil 11, also insbesondere parallel zur Förderebene und senkrecht zur Förderrichtung, siehe Doppelpfeile 15.
Oberhalb des Förderbandes 12, vorzugsweise zwischen den Reflektoren 13, 14 ist ein weiterer planer Reflektor 16 angeordnet, der ebenfalls in Richtung auf das Kunststoffteil 11 beweglich ist, siehe Doppelpfeil 17. Unterhalb des Reflektors 16 sind UV-Lampen 18 gehalten, vorzugsweise Stablampen, welche insbesondere gemeinsam mit dem Reflektor 16 auf- und abbewegbar sind.
Nicht gezeigt sind gegebenenfalls vorhandene Einrichtungen für die Be- und Entlüftung des Tunnels 10.
Die in 2 gezeigte Vorrichtung ist im Prinzip genauso aufgebaut wie in 1, abgesehen von folgenden Abweichungen:
Seitliche Reflektoren 19, 20 sind relativ zum zu behandelnden Teil 21 konkav gekrümmt bzw. halbrund. Gleiches gilt für den oberen Reflektor 22. Unter diesem ist eine an die Rundung des Reflektors 22 angepasste Anordnung von UV-Lampen 23 oder eine einzelne halbrunde UV-Lampe vorgesehen.
Die Beweglichkeit der Reflektoren und der UV-Lampen entspricht der Darstellung gemäß 1, siehe Doppelpfeile 24 und 25.
Das Teil 21 auf dem Förderband 26 ist beispielsweise ein Rohr oder Schlauch, der vorbehandelt werden soll.
Im Anschluss an das gezeigte Gehäuse nach Art des Tunnels 10 oder als Teil des selben kann eine Vakuumkammer vorgesehen sein. In dieser können die vorbehandelten und anschließend geklebten Teile 11, 21 mit oder ohne Vakuum getrocknet werden. Das Trocknen unter Vakuum ist wesentlich kürzer durchführbar als ohne Vakuum.
Anstelle des Förderbandes 12, 26 kann im Gehäuse bzw. Tunnel 10 auch nur eine Ablage oder ein Halter für die Teile 11, 21 vorgesehen sein. Die Förderbänder 12, 26 sind vorzugsweise höhenverstellbar, siehe Doppelpfeile 27, 28.
Erläuterungen einiger Abkürzungen und Produktnamen:

– HDI: Polymeres Hexemethylendiisocyanat,
– IPDI: Polymeres Isophorondiisocyanat,
– MDI: Polymeres Methylendiisocyanat,
– Tack Wet 2505: Netzmittel auf der Basis Natriumsalz eines Acrylatcopolymers,
– TDI: Polymeres Toluenediisocyanat,
– UNI-BOND WB 7100/EM 9: PU Dispersion basierend auf Polyester oder Polyether,
– UNI-DUR E1001: Polymeres TDI/HDI-Gemisch,
– UNI-DUR WB 7075: Polymeres HDI.

10: Tunnel
11: Kunststoffteil
12: Förderband
13: seitlicher Reflektor
14: seitlicher Reflektor
15: Doppelpfeile
16: oberer Reflektor
17: Doppelpfeil
18: UV-Lampen
19: seitlicher Reflektor
20: seitlicher Reflektor
21: Teil
22: oberer Reflektor
23: UV-Lampen
24: Doppelpfeile
25: Doppelpfeil
26: Förderband
27: Doppelpfeil
28: Doppelpfeil

Claims

Verfahren zur Vorbehandlung zu klebender/beschichtender oder lackierender Teile, insbesondere Kunststoffe, Elastomere, Metalle oder Zellulose, Werkstoffe ohne Vorstrich, mit folgenden Schritten: – die zu behandelnden Teile werden insbesondere gereinigt, – die Teile werden mit UV-Licht und Ozon behandelt, – auf die Teile wird Klebstoff aufgebracht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des Klebstoffes ein Primer zur Verbesserung der Adhäsion und/oder Verlängerung der Aktivierungszeit aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgebrachte Klebstoff (durch zusätzliche Maßnahmen) getrocknet wird, insbesondere durch Wärme.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aufgebrachte Klebstoff nach dem Trocknen durch Wärme aktivierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für das Reinigen der Teile organische oder anorganische Säuren oder deren Abkömmlinge, insbesondere mit einer Konzentration von 0,1–2% verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ohne Trennmittel hergestellte Teile vorzugsweise nicht gereinigt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ozon insbesondere ausschließlich durch das UV-Licht in Verbindung mit Luft gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile bei der Behandlung mit UV-Licht und Ozon gekühlt werden auf unter 45°C, vorzugsweise auf etwa 35°C, insbesondere auf unter 30°C.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeit der Behandlung mit UV-Licht und Ozon 1 bis 33 min beträgt, vorzugsweise 2 bis 4 min.
Verfahren nach Anspruch 2 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für Teile aus Kunststoff auf der Basis Polyamid, PE, PP folgende Primer verwendet werden: – PU-Dispersion mit oder ohne Härter, oder – Polymere IPDI-Produkte, oder – Gemische (auch der voranstehenden Primer) mit polymeren HDI.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Teile aus folgenden Stoffen nach der Behandlung mit UV-Licht und Ozon vorzugsweise ohne Primer geklebt werden: – Gummi, – EPDM, – EVA, – EVA-Compounds mit 1 bis 30% PE, PP oder Engage (Trademark der Dow Chemical Company), – Gemische der voranstehenden Substanzen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffe nach dem Auftragen getrocknet werden bei 30–70°C.
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebstoffe nach dem Trocknen zusätzlich thermisch behandelt werden, insbesondere bei 60–100°C über 1–10 s, vorzugsweise 70–80°C über 1–3 s.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voranstehenden Ansprüche, insbesondere zur Vorbehandlung von Teilen mit UV-Licht und Ozon, mit folgenden Merkmalen: a) mindestens eine UV-Lichtquelle in einer Kammer, b) eine Transporteinrichtung für den Transport der Teile (Substrate) durch die Kammer oder eine Ablageeinrichtung in der Kammer, c) vorzugsweise eine Lüftungseinrichtung für die gezielte Zufuhr von Luft in die Kammer.
Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) ein Förderband (12) für den Transport der Teile (11) durch die Kammer (Tunnel 10), b) seitliche, plane Reflektoren (13, 14) in der Kammer, c) einen oberen, planen Reflektor (16) in der Kammer, d) eine unterhalb des oberen Reflektors (16) angeordnete UV-Lampe (18), welche vorzugsweise gemeinsam mit dem Reflektor (16) auf- und abbewegbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) ein Förderband (26) für den Transport der Teile (11) durch die Kammer (Tunnel 10), b) seitliche, gekrümmte Reflektoren (19, 20) in der Kammer, c) einen oberen, planen Reflektor (22) in der Kammer, d) eine unterhalb des oberen Reflektors (16) angeordnete UV-Lampe (23), welche vorzugsweise gemeinsam mit dem Reflektor (16) auf- und abbewegbar ist.