DE102009024319A1 - Vorrichtung und Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung von mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Polymeren - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung von mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Polymeren Download PDF

Info

Publication number
DE102009024319A1
DE102009024319A1 DE102009024319A DE102009024319A DE102009024319A1 DE 102009024319 A1 DE102009024319 A1 DE 102009024319A1 DE 102009024319 A DE102009024319 A DE 102009024319A DE 102009024319 A DE102009024319 A DE 102009024319A DE 102009024319 A1 DE102009024319 A1 DE 102009024319A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
electromagnetic radiation
plasma
gas
curing
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102009024319A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102009024319B4 (de
Inventor
Thomas Abendroth
Holger Dr. Althues
Stefan Prof.Dr. Kaskel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102009024319.4A priority Critical patent/DE102009024319B4/de
Priority to EP10005699A priority patent/EP2258487A1/de
Publication of DE102009024319A1 publication Critical patent/DE102009024319A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102009024319B4 publication Critical patent/DE102009024319B4/de
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/14Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
    • B05D3/141Plasma treatment
    • B05D3/145After-treatment
    • B05D3/147Curing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/04Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to gases
    • B05D3/0486Operating the coating or treatment in a controlled atmosphere
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/62Plasma-deposition of organic layers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2502/00Acrylic polymers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/06Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation
    • B05D3/061Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by exposure to radiation using U.V.
    • B05D3/065After-treatment
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/14Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
    • B05D3/141Plasma treatment
    • B05D3/145After-treatment
    • B05D3/148After-treatment affecting the surface properties of the coating
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/02Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain a matt or rough surface
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05DPROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D5/00Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures
    • B05D5/06Processes for applying liquids or other fluent materials to surfaces to obtain special surface effects, finishes or structures to obtain multicolour or other optical effects
    • B05D5/061Special surface effect
    • B05D5/063Reflective effect

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung von mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Polymeren, insbesondere von Acrylaten. Aufgabe der Erfindung ist es, Möglichkeiten für die Aushärtung von Polymeren durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung zu schaffen, mit denen große Flächen in kurzer Zeit und verringertem Energieverbrauch mit einer Vorrichtung in einem Verfahrensschritt ausgehärtet werden können. Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird zur photoinduzierten Aushärtung von mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Polymeren zwischen zwei in einem Abstand zueinander angeordneten Elektroden ein Lichtbogen ausgebildet. Außerdem ist eine Zuführung für ein zur Plasmabildung geeignetes Gas oder Gasgemisch zum Lichtbogen vorhanden. Vom gebildeten Plasma emittierte elektromagnetische Strahlung wird auf ein Substrat, auf dem ein auszuhärtendes Polymer aufgebracht ist, gerichtet und dabei wird bei Umgebungsatmosphärendruck gearbeitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung von mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Polymeren, insbesondere von Acrylaten.
  • Bei der Aushärtung von auf polymerer Basis hergestellten Lacken und Druckfarben werden hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten und dabei eine Bearbeitung großer Flächen gefordert. Üblicherweise wird elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich des UV-Lichts eingesetzt, um die Aushärtezeit zu verkürzen.
  • Es sind dem daher hierfür geeignete Strahlungsquellen erforderlich. Im Einsatz sind bisher Gasentladungslampen, wie z. B. Metall-Halogen-Strahler, Quecksilberstrahler oder Mikrowellenentladungslampen. Diese Strahlungsquellen weisen insbesondere bei der Bearbeitung von großen Flächen in kurzer Zeit einen hohen Energieverbrauch auf. Außerdem ist ihre begrenzte Lebensdauer nachteilig und erhöht die Kosten.
  • Es ist auch bekannt Excimer-Strahler, die monochromatische elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von 172 nm emittieren ( WO 2007/068322 A1 ). Auch hiermit ist ein hoher Energieverbrauch vorhanden und eine Kühlung des Strahlers erforderlich.
  • Es hat sich auch gezeigt, dass bei der Aushärtung von Acrylaten eine Bestrahlung mit kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung zu einer photoinduzierten Polymerisation an der Oberfläche führt, da diese im Wellenlängenspektrum unterhalb 240 nm eine hohe Absorption aufweisen. Die Eindringtiefe ist bei dieser Strahlung aber gering, was zu einer stärkeren Vernetzung der Oberfläche führt und der darunter liegende Bereich eines bestrahlten Acrylates nicht so stark vernetzt wird, der nicht unmittelbar dem Strahlungseinfluss ausgesetzt ist. Demzufolge ist unterhalb dieser bereits ausgehärteten oberen Schicht, die man auch als „Haut” bezeichnen kann, noch flüssiges oder teilweise flüssiges Polymer vorhanden. Bei der Polymerisation kommt es zur Volumenkontraktion. Dadurch sind mechanische Spannungen vorhanden, die zu Stauchungen und Faltenbildungen führen, so dass eine strukturierte Oberfläche ausgebildet wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn zusätzlich eine weitere Strahlungsquelle beim Aushärten eingesetzt wird, die langwelligere elektromagnetische Strahlung emittiert und dadurch eine vollständige Aushärtung innerhalb des gesamten Polymervolumens erreicht wird.
  • Dementsprechend können Quecksilber-Strahler für die langwelligere und Excimer-Strahler für die kurzwelligere elektromagnetische Strahlung gemeinsam bei der Aushärtung eingesetzt werden.
  • Nunmehr ist es bei bestimmten ausgewählten Applikationen, wie z. B. bei der Herstellung optischer Elemente häufig gewünscht eine Oberflächenstrukturierung auszubilden, die beispielsweise die Reflexion an der Oberfläche reduzieren kann. Bei der vorab erwähnten Vorgehensweise mit Einsatz von zwei unterschiedlichen Strahlungsquellen gelingt dies aber auf großen Flächen nicht ohne weiteres, zumindest jedoch nicht reproduzierbar.
  • Mit den hier genannten technischen Mitteln können auch keine wellenförmigen Oberflächenstrukturen mit einer bevorzugten Ausrichtung ausgebildet werden.
  • Von R. Mehnert u. a. ist es aus „Funktionelle Schichten durch UV- und Elektronenstrahlhärtung"; Mat.-wiss. u. Werkstofftechnik 32, 2001, S. 774 bis 780 bekannt, neben einer Bestrahlung zum Aushärten für die Ausbildung einer Mikrostrukturierung Prägezylinder zur Formgebung während des Härtens einzusetzen. Dadurch werden der anlagentechnische Aufwand und demzufolge auch die Kosten erhöht.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, Möglichkeiten für die Aushärtung von Polymeren durch Bestrahlung mit elektromagnetischer Strahlung zu schaffen, mit denen große Flächen in kurzer Zeit und verringertem Energieverbrauch mit einer Vorrichtung in einem Verfahrensschritt ausgehärtet werden können.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einer Vorrich tung, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, gelöst. Dabei kann mit einem Verfahren nach Anspruch 7 gearbeitet werden.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind mit Anwendung von in untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen realisierbar.
  • Bei der Erfindung wird ein Plasma, mit dem geeignete elektromagnetische Strahlung emittiert werden kann, gebildet. Für die Plasmabildung werden zwei in einem Abstand zueinander angeordnete Elektroden eingesetzt, die an eine elektrische Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, so dass zwischen den beiden Elektroden ein Lichtbogen ausgebildet wird. Außerdem ist eine Zuführung für ein zur Plasmabildung geeignetes Gas oder Gasgemisch zum Lichtbogen vorhanden.
  • Mit der Energie des Lichtbogens wird das eingesetzte Gas oder Gasgemisch, soweit energetisch aktiviert, dass es in den Plasmazustand übergeht und je nach ausgewähltem Gas oder Gasgemisch elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenspektrum emittiert wird, in dem zumindest kurzwellige Strahlung mit Wellenlängen kleiner 200 nm enthalten ist. Zusätzlich kann auch langwelligere elektromagnetische Strahlung aus dem Wellenlängenbereich der UV-Strahlung enthalten sein.
  • Die so emittierte elektromagnetische Strahlung wird auf ein Substrat, auf dem ein auszuhärtendes Polymer aufgebracht ist, gerichtet. Dabei soll Umgebungsatmosphärendruck eingehalten sein. Es sind also keine Unterdruckbedingen oder gar Vakuum erforderlich oder gewünscht, da hier ein erheblicher Mehraufwand erforderlich wäre.
  • Unter Umgebungsatmosphärendruck soll ein Druck verstanden sein, wie er normalerweise in der jeweiligen Umgebung vorhanden ist. Abweichungen davon sollen ±300 mbar nicht überschreiten. Der Druck kann also geringfügig kleiner oder größer sein, worauf nachfolgend auf letzteres noch zurück zu kommen sein wird.
  • Die beiden für die Ausbildung des Lichtbogens eingesetzten Elektroden sollten in einem möglichst großen Abstand zueinander angeordnet sein, um die Länge eines elektrischen Lichtbogens, der zwischen den Elektroden für die Plasmabildung ausgebildet wird, möglichst groß zu machen. Dabei sollte aber gewährleistet sein, dass dieser konstant und zuverlässig aufrechterhalten werden kann. Eine große Länge des elektrischen Lichtbogens ermöglicht bei gleichzeitiger Relativbewegung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und einem Substrat, auf dessen Oberfläche ein auszuhärtender Polymer aufgebracht worden ist, eine großflächige Bearbeitung und eine Zeitverkürzung für das Aushärten.
  • Die Relativbewegung zwischen Vorrichtung und Substrat kann bevorzugt translatorisch in eine Achsrichtung erfolgen, die besonders bevorzugt senkrecht zum ausgebildeten elektrischen Lichtbogen erfolgen sollte.
  • Es ist aber auch eine Rotationsbewegung möglich, bei der das mit dem auszuhärtenden Polymer beschichtete Substrat um eine Rotationsachse gedreht wird, so dass die gesamte beschichtete Oberfläche dem Einfluss der vom Plasma emittierten elektromagnetischen Strahlung ausgesetzt werden kann.
  • Die Geschwindigkeit der Relativbewegung, die man auch als Vorschubgeschwindigkeit bezeichnen kann, kann bei der Erfindung gesteuert aber auch geregelt werden. Dies erlangt besondere Bedeutung, wenn an der Oberfläche des auszuhärtenden Polymers eine Oberflächenstruktur ausgebildet werden soll. Hier kann bei erhöhten Geschwindigkeiten gezielt auf bestimmte Oberflächenstrukturgeometrien Einfluss genommen werden. Bei höheren Geschwindigkeiten verkürzt sich die Bearbeitungszeit, also die jeweilige Zeit während der elektromagnetische Strahlung an einer entsprechenden Fläche vom Polymer absorbiert werden kann.
  • So besteht die Möglichkeit ab einer Vorschubgeschwindigkeit von mindestens 1 mm/s und einer einachsigen translatorischen Vorschubbewegung wellenförmige Oberflächenstrukturen auszubilden, die regelmäßig sind und dabei die einzelnen Wellen parallel zueinander ausgerichtet sind. Die Gleichmäßigkeit einer so ausgebildeten Oberflächenstruktur kann durch weitere Erhöhung der Vorschubgeschwindigkeit verbessert werden.
  • Es können aber auch andere Parameter genutzt werden, um einen entsprechenden Einfluss nehmen zu können. Dies kann die Intensität der vom Plasma emittierten elektromagnetischen Strahlung, das/die für die Plasmabildung eingesetzte(n) Gas(e) sowie die Vorschubachsrichtung bei der Bestrahlung.
  • Für die Plasmabildung geeignete Gase sind beispielsweise Argon, Neon, Helium, Wasserstoff, Stickstoff oder auch eine gasförmige chemische Verbindung dieser Gase, wie z. B. Ammoniak. Dabei kann eines dieser Gase allein aber auch ein Gasgemisch von mindestens zwei dieser Gase eingesetzt werden. Das eingesetzte Gas oder Gasgemisch bestimmt auch das Wellenlängenspektrum, der vom mit dem Gas oder Gasgemisch gebildeten Plasma emittierten elektromagnetischen Strahlung.
  • Einfluss auf den Aushärtungsprozess kann auch durch entsprechende Einstellung des Volumenstromes eines zugeführten Gases oder Gasgemisches genommen werden. Auch die Anteile von in einem Gasgemisch enthaltenen einzelnen Gasen stellt einen Parameter dar, der über die Einstellung der jeweiligen zugeführten Volumenströme beeinflussbar ist, wenn von vornherein kein bereits vorbereitetes Gasgemisch in den Einflussbereich des elektrischen Lichtbogens zugeführt wird.
  • Die Intensität der elektromagnetischen Strahlung kann über die elektrische Leistung mit der der elektrische Lichtbogen betrieben wird, beeinflusst werden.
  • Außer dem Einfluss der vom Plasma emittierten elektromagnetischen Strahlung sollte kein weiterer Einfluss vom Plasma auf das auszuhärtende Polymer ausgeübt werden, was insbesondere die Wärme und die Plasmaströmung betrifft. Es sollte daher ein ausreichend großer Abstand zwischen Polymeroberfläche und elektrischem Lichtbogen bzw. der Plasmabildungszone eingehalten sein. Es kann sogar ein für die elektromagnetische Strahlung transparentes Fensterelement zwischen elektrischem Lichtbogen und Polymeroberfläche angeordnet sein.
  • Vorteilhaft ist es auch, eine sauerstofffreie Atmosphäre um den bestrahlten Bereich des auszuhärtenden Polymers einzuhalten oder dort auszubilden. Dies kann mittels einer abgeschlossenen Kammer, in der beispielsweise eine Stickstoffatmosphäre vorhanden ist oder auch ein Schleusensystem bei dem an einem Einlass und einem Auslass über die ein Substrat durch eine entsprechend gestaltete erfindungsgemäße Vor richtung ein- und nach der Behandlung wieder herausgeführt werden kann. Dort kann ein Gasschleier aus einem geeigneten inerten Schutzgas den Eintritt von Sauerstoff enthaltender Luft verhindern. Es kann aber auch ein Schutzgasstrom um einen Bearbeitungsbereich ausgebildet werden, wie dies in ähnlicher Form auch beim Schutzgasschweißen erfolgt. Als Schutzgas kann ebenfalls Stickstoff eingesetzt werden. In diesen genannten Fällen kann das Aushärten bei einem Druck, der geringfügig über dem jeweiligen Umgebungsatmosphärendruck liegt, erfolgen.
  • Die Anwesenheit von Sauerstoff sollte beim Aushärten vermieden, zumindest jedoch der Sauerstoffanteil in der Umgebungsatmosphäre während der photoinduzierten Aushärtung klein gehalten sein, da Sauerstoff den Vernetzungsprozess der in Rede stehenden Polymere behindert.
  • Mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein elektrischer Lichtbogen ausgebildet werden, dessen Länge sicher oberhalb 100 mm liegt und bis zu 500 mm erreichen kann. Dies führt zu einer hohen Effektivität beim Aushärten, da gleichzeitig eine entsprechend große Fläche zum Aushärten unter Berücksichtung der jeweiligen Relativbewegung bestrahlt werden kann.
  • Wie bereits angesprochen, ist die zum Aushärten erforderliche Zeit, unter Berücksichtigung dieser Möglichkeiten der Erfindung, entsprechend klein. Dadurch ist auch der erforderliche Energiebedarf reduziert, da unter anderem auch auf eine Kühlung, wie sie bei den aus dem Stand der Technik bekannten Strahlern erforderlich ist, verzichtet werden kann.
  • Mit der Erfindung kann mit einer einzigen Vorrichtung und einer einzigen Strahlungsquelle mit einem Durchlauf sowohl eine Oberflächen-, wie auch eine Tiefenpolymerisation erreicht werden.
  • So liegt beispielsweise, die erforderliche Zeit zum Aushärten einer Polymerschicht mit einer Dicke von 30 μm bei ca. 1 s.
  • Neben der hohen Effektivität, die mit der Erfindung erreichbar ist, kann sie für die Herstellung unterschiedlicher Produkte und Gegenstände eingesetzt werden. Dies trifft insbesondere auf solche zu, bei denen eine strukturierte Oberfläche gewünscht wird.
  • So können Oberflächen mit reduzierter optischer Reflexion (Anti-Refelexionsschichten), diffus reflektierende Oberflächen (z. B. für eine Mattierung von Metallreflektoren), Anti-Rutsch-Schichten, griffigere, besser handhabbare oder eine verbesserte Haptik aufweisende Oberflächen ausgebildet werden. Auch der ästhetische Eindruck einer Oberfläche kann beeinflusst werden.
  • Unter bestimmten Bedingungen können auch optische Elemente, wie Beugungsgitter oder Strukturen für eine Lichtauskopplung so hergestellt werden.
  • Nachfolgend soll die Erfindung an Hand von Beispielen näher erläutert werden.
  • Dabei zeigen:
  • 1 bis 5 Ansichten von Oberflächenstrukturen nach dem Aushärten von Versuchen 4 bis 8 gemäß dem Vorgehen nach Beispiel 3.
  • Beispiel 1
  • Auf einem Glas- und einem Stahlsubstrat wurde eine Lackschicht mit einer Schichtdicke von 30 μm aufgetragen. Es wurde folgende Lackzusammensetzung eingesetzt:
    3 g Polyesteracrylat (Laromer PE)
    1 g Butandiolmonoacrylat (Laromer BDMA)
    1 g Trimethylolproanetriacrylat (Laromer TMPTA)
    0,05 g 2,4,6-trimethylbenzoldiphenylphosphinoxid (Lucirin TPO); alles unter den in Klammern gestzten Handelsbezeichnungen von der Firma BASF erhältlich.
  • Mit einer Vorrichtung, bei der zwei Elektroden mit einem Abstand von 150 mm zueinander angeordnet sind wurde ein elektrischer Lichtbogen zwischen den Elektroden gezündet und während der Behandlung aufrechterhalten. Dabei wurden elektrische Anschlusswerte von 51 A und 103 V eingehalten.
  • Für die Plasmabildung wurden 15 slm Argon dem elektrischen Lichtbogen möglichst gleichmäßig über dessen Länge verteilt zugeführt. Der Abstand zur Substratoberfläche betrug ca. 60 mm.
  • Die mit der Lackzusammensetzung beschichteten Substrate wurden translatorisch senkrecht zur Längsachse des elektrischen Lichtbogens, der Lichtbogenplasmaquelle bewegt.
  • Bei diesem Beispiel konnte bei einer Vorschubgeschwindigkeit der Relativbewegung von den Substraten und der Vorrichtung ab 5 mm/s eine Aushärtung der Lackzusammensetzung erreicht werden. Dies entspricht einer lokalen Bestrahlungszeit von 0,8 s. Die erhal tene Oberfläche des ausgehärteten Lackes wies keine Adhäsivität auf. Es konnte festgestellt werden, dass durch die intensive kurzwellige elektromagnetische Strahlung eine direkte Anregung von Acrylmonomeren möglich ist. Durch die geringe Eindringtiefe der Strahlung kann eine Aushärtung an der Oberfläche in Form einer Haut bzw. eines Filmes erreicht werden.
  • Beispiel 2
  • Die gleiche Lackzusammensetzung, wie beim Beispiel 1 wurde bei Raumtemperatur und unter abgedunkelten Bedingungen miteinander vermischt und in einem braun gefärbten Gefäß bis zum Auftrag auf die Oberfläche eines Substrats aufbewahrt. Die so vorbereitete Lackmischung wurde unmittelbar vor Beginn der Aushärtung mit einer Schichtdicke von 20 μm auf ein Substrat aus Floatglas aufgetragen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung war, wie beim Beispiel 1 aufgebaut und wurde elektrisch ebenso betrieben.
  • Es wurde bei Umgebungsatmosphärendruck gearbeitet und lediglich eine sauerstofffreie Atmosphäre mit dem Schutzgas Stickstoff durch Spülen eingehalten.
  • Die vorbereiteten Substrate wurden translatorisch mit einer jeweils konstanten Vorschubgeschwindigkeit von 10 mm/s bewegt. Eine Variation erfolgte aber bei dem Gas für die Plasmabildung.
  • So wurden in einem Versuch 1 für die Plasmabildung 15 slm reines Argon,
    in einem Versuch 2–30 slm reines Argon und
    in einem dritten Versuch 3–30 slm Argon mit zusätzlich 3 slm in einem Gasgemisch enthaltenem Stickstoff, eingesetzt.
  • Bei der Auswertung dieser Versuche konnten lineare Oberflächenstrukturen an der Oberfläche des Lackes, als auszuhärtendes Polymer, erkannt werden. Die so erhaltenen wellenförmigen Strukturen hatten beim Versuch 2, bei dem mit 30 slm Argon gearbeitet worden ist, eine Erhöhung der Strukturbreiten und deren Höhen zur Folge und es kam zu einer Aufweitung/Vergrößerung der Abstände zwischen den einzelnen Strukturelementen.
  • Mit dem Zusatz von 3 slm Stickstoff konnte dieser Effekt nur geringfügig verstärkt werden.
  • So betrug der Abstand der Strukturelemente voneinander bei den Versuchen 2 und 3 dieses Beispiels ca. 5 μm.
  • Die Täler hatten in Bezug zu den Bergen der Struktur eine Tiefe von ca. 200 nm.
  • Beispiel 3
  • Es wurde die Lackzusammensetzung nach Beispiel 1 und 2 unter den gleichen Bedingungen für die Ausbildung des elektrischen Lichtbogens behandelt. Für die Plasmabildung wurden 15 slm reiner Stickstoff eingesetzt und bei den Versuchen 4 bis 8 lediglich die Vorschubgeschwindigkeit der translatorischen Vorschubbewegung verändert. Sie betrug beim Versuch 4 – 1 mm/s, bei Versuch 5 – 5 mm/s, bei Versuch 6 – 10 mm/s, bei Versuch 7 – 20 mm/s, bei Versuch 7 – 20 mm/s und bei Versuch 8 – 30 mm/s.
  • Die an der Oberfläche der ausgehärteten Lackschichten wurden nach den Versuchen 4 bis 8 mittels Rasterkraftmikroskopie untersucht. Die Ergebnisse sind in den 1 bis 5 wieder gegeben. Dabei ist jeweils in der linken Darstellung die ausgebildete Struktur in einer Draufsicht erkennbar und in den rechten Darstellungen sind die Höhen und Tiefen der Strukturen verdeutlicht.
  • Es ist erkennbar, dass durch ansteigende Vorschubgeschwindigkeiten, was zu einer reduzierten Bestrahlungszeit führt, eine Veränderung der Strukturierung erreichbar ist, ohne dass andere Parameter verändert worden sind.
  • Bei der Vorschubgeschwindigkeit von 1 mm/s (Versuch 4) ist eine relativ ungeordnete Struktur ausgebildet worden. Die Ordnung und die Ausbildung einer wellenförmigen Oberflächenstruktur verbesserte sich aber von Schritt zu Schritt, mit jeweils weiter erhöhter Vorschubgeschwindigkeit. Wobei der Grad der Verbesserung von Versuch zu Versuch kleiner wurde. Die Ausrichtung der wellenförmigen Struktur war parallel zur Vorschubachsrichtung und der Ausrichtung des elektrischen Lichtbogens.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 2007/068322 A1 [0004]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - R. Mehnert u. a. ist es aus „Funktionelle Schichten durch UV- und Elektronenstrahlhärtung”; Mat.-wiss. u. Werkstofftechnik 32, 2001, S. 774 bis 780 [0009]

Claims (14)

  1. Vorrichtung zur photoinduzierten Aushärtung von mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Polymeren, bei der zwischen zwei in einem Abstand zueinander angeordneten Elektroden ein Lichtbogen ausgebildet ist, außerdem eine Zuführung für ein zur Plasmabildung geeignetes Gas oder Gasgemisch zum Lichtbogen vorhanden ist; und vom gebildeten Plasma emittierte elektromagnetische Strahlung auf ein Substrat, auf dem ein auszuhärtendes Polymer aufgebracht ist, gerichtet ist und dabei Umgebungsatmosphärendruck eingehalten ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Vorrichtung und Substrat relativ zueinander bewegbar sind.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Geschwindigkeit der Relativbewegung von Vorrichtung und Substrat regel- oder steuerbar ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenstrom von zugeführtem Gas oder Gasgemisch einstellbar ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung und das Substrat in einer Kammer aufgenommen sind, in der eine sauerstofffreie Atmosphäre eingehalten ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um den Einflussbereich der auf das Substrat gerichteten elektromagnetischen Strahlung ein Schutzgasstrom gerichtet ist.
  7. Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung von mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Polymeren, bei dem elektromagnetische Strahlung, die von einem Plasma emittiert wird auf ein mit einem aushärtbaren Polymer beschichtetes Substrat gerichtet wird, wobei das Plasma mit einem Gas oder Gasgemisch, das in einen zwischen zwei in einem Abstand zueinander angeordneten Elektroden ausgebildeten elektrischen Lichtbogen strömt gebildet wird und die Aushärtung bei Umgebungsatmosphärendruck erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Plasmabildung ein Gas eingesetzt wird, das ausgewählt ist aus Argon, Neon, Helium, Wasserstoff und Stickstoff und/oder eine gasförmige chemische Verbindung dieser Gase.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswahl der/des eingesetzten Gase(s) das vom Plasma emittierte Wellenlängenspektrum der elektromagnetischen Strahlung beeinflusst wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einstellung des/der Volumenströme der/des eingesetzten Gase(s) das vom Plasma emittierte Wellenlängenspektrum der elektromagnetischen Strahlung beeinflusst wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des auszuhärtenden Polymers durch Einstellung der Intensität der vom Plasma emittierten elektromagnetischen Strahlung, der/des für die Plasmabildung eingesetzten Gase(s), die Vorschubachsrichtung bei der Bestrahlung und/oder die Bestrahlungszeit gezielt strukturiert wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine sauerstofffreie Atmosphäre um den bestrahlten Bereich des auszuhärtenden Polymers eingehalten oder ausgebildet wird.
  13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung einer parallelen wellenförmigen Oberflächenstruktur an der Oberfläche des ausgehärteten Polymers eine Vorschubgeschwindigkeit von mindestens 1 mm/s eingehalten wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Acrylat ausgehärtet wird.
DE102009024319.4A 2009-06-02 2009-06-02 Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbarer Polymere Expired - Fee Related DE102009024319B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009024319.4A DE102009024319B4 (de) 2009-06-02 2009-06-02 Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbarer Polymere
EP10005699A EP2258487A1 (de) 2009-06-02 2010-06-01 Vorrichtung und Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung von mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbaren Polymeren

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009024319.4A DE102009024319B4 (de) 2009-06-02 2009-06-02 Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbarer Polymere

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102009024319A1 true DE102009024319A1 (de) 2010-12-09
DE102009024319B4 DE102009024319B4 (de) 2014-08-21

Family

ID=42697512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009024319.4A Expired - Fee Related DE102009024319B4 (de) 2009-06-02 2009-06-02 Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbarer Polymere

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP2258487A1 (de)
DE (1) DE102009024319B4 (de)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007068322A1 (de) 2005-12-14 2007-06-21 Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. Vorrichtung zur durchführung eines verfahrens zur modifizierung von oberflächen strahlenhärtbarer farben und lacke durch photochemische mikrofaltung mittels kurzwelliger monochromatischer uv-strahlung unter stabilen bestrahlungs- und inertisierungsbedingungen
DE102006042327A1 (de) * 2006-09-01 2008-03-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Ausbildung dünner Siliciumnitridschichten auf Oberflächen von kristallinen Silicium-Solarwafern
DE102006042328A1 (de) * 2006-09-01 2008-03-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Ausbildung dünner Schichten auf Substratoberflächen

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3364387A (en) * 1965-06-07 1968-01-16 Union Carbide Corp Radiation torch having an electrode for supplying and exhausting gas
BR7404245A (pt) * 1973-05-25 1976-02-03 Union Carbide Corp Processo de fabricacao de amterial de cobertura de pisos
EP1354640A1 (de) * 2002-04-19 2003-10-22 Dürr Systems GmbH Verfahren und Vorrichtung zum Härten einer Beschichtung

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007068322A1 (de) 2005-12-14 2007-06-21 Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. Vorrichtung zur durchführung eines verfahrens zur modifizierung von oberflächen strahlenhärtbarer farben und lacke durch photochemische mikrofaltung mittels kurzwelliger monochromatischer uv-strahlung unter stabilen bestrahlungs- und inertisierungsbedingungen
DE102006042327A1 (de) * 2006-09-01 2008-03-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Ausbildung dünner Siliciumnitridschichten auf Oberflächen von kristallinen Silicium-Solarwafern
DE102006042328A1 (de) * 2006-09-01 2008-03-20 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Vorrichtung und Verfahren zur Ausbildung dünner Schichten auf Substratoberflächen

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Mehnert, R. u.a.: Funktionelle Schichten durch UV- und Elektronenstrahlhärtung. In: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Vol. 32, 2001, No. 10, S. 774-780 *
R. Mehnert u. a. ist es aus "Funktionelle Schichten durch UV- und Elektronenstrahlhärtung"; Mat.-wiss. u. Werkstofftechnik 32, 2001, S. 774 bis 780

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009024319B4 (de) 2014-08-21
EP2258487A1 (de) 2010-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102017008353B3 (de) Verfahren zur Einstellung von Amplitude und Frequenz der Mikrofaltung bei der photochemischen Mattierung strahlenhärtbarer Beschichtungen
DE102006042063B4 (de) Verfahren zur Einstellung des Glanzgrades und der Haptik von dekorativen und funktionellen Oberflächen
EP1328469B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von singulett-sauerstoff
EP0210620B1 (de) Verfahren zur Herstellung einer eine texturierte Lackschicht aufweisenden Folie
DE102008061244A1 (de) Verfahren und Apparatur zur direkten strahleninduzierten Polymerisation und Vernetzung von Acrylaten und Methacrylaten
DE102010025967A1 (de) Positionieren von Mikrolöchern
DE202005021576U1 (de) Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Modifizierung von Oberflächen strahlenhärtbarer Farben und Lacke durch photochemische Mikrofaltung mittels kurzwelliger monochromatischer UV-Strahlung unter stabilen Bestrahlungs- und Inertisierungsbedingungen
EP2660067A1 (de) Wertdokumente mit Schutzbeschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung
DE19842510A1 (de) Verfahren zur Strukturierung der Oberfläche strahlenhärtbarer Lacke und Farben mittels kurzwelliger UV-Strahlung
EP2198980A1 (de) Polymeroberflächen mit hoher Netzwerkdichte und betreffend zur Herstellung derselben
WO2018114590A1 (de) Verfahren zur herstellung von mikrostrukturen
WO2016112975A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum lösen eines substrats von einem substratstapel
DE102009024319B4 (de) Verfahren zur photoinduzierten Aushärtung mittels elektromagnetischer Strahlung aushärtbarer Polymere
DE60023558T2 (de) Uv-härten von beschichtungen auf einer optischen faser mit einem laser
DE60112274T2 (de) Verfahren zum aufbringen einer polymermaterial enthaltenden schicht
DE102019124309A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung mattierungsmodulierter Polymerschichten
DE10106888A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Oberflächenbeschichtung
DE102015225300A1 (de) Verfahren und Anordnungen zur Verringerung der Grenzflächenadhäsion bei der Photopolymerisation
DE4002682A1 (de) Verfahren zum beschichten von substraten mit durch uv-strahlung haertbaren ueberzugsmitteln
DE102012110475A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Substrats sowie Bestrahlungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP2985327A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Haftklebeschicht
DE10157554B4 (de) Anlage zum Strahlungshärten
EP3190438B1 (de) Vorrichtung zum beschichten einer faser sowie verfahren zum beschichten einer faser
DE102007053543B4 (de) Vorrichtung zur Bestrahlung von Elementen mit UV-Licht sowie Verfahren zu deren Betrieb
EP0930104B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Vernetzen und Härten von Lack

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R082 Change of representative
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee