DE102009049122A1

DE102009049122A1 - Kratzfeste Polypropylenfolie

Info

Publication number: DE102009049122A1
Application number: DE102009049122A
Authority: DE
Inventors: Axel Dr. Niemöller; Arthur Reiners
Original assignee: Sihl GmbH
Current assignee: Sihl GmbH
Priority date: 2009-10-12
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2029-10-13
Also published as: DE102009049122B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mit einer Kratzfestbeschichtung versehene transparente Polypropylenfolie, die unter Einfluss von Hitze und Druck verformt werden kann. Die Folie enthält ein Copolymer aus Propylen und Ethylen, die Kratzfestbeschichtung enthält ein aliphatisches Polyurethan und ein aliphatisches Isocyanat. Insbesondere eignen sich diese Folien zum Hinterdrucken, Tiefziehen, Prägen, Hinterspritzen, Hinterschäumen und Kaschieren. Die erfindungsgemäßen Folien sind z. B. für das In-Mold-Decoration-Verfahren (IMD) von Bauteilen geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft eine mit einer Kratzfestbeschichtung versehene transparente Polypropylenfolie, die unter Einfluss von Hitze und Druck verformt werden kann. Insbesondere eignen sich diese Folien zum Hinterdrucken, Tiefziehen, Prägen, Hinterspritzen, Hinterschäumen und Kaschieren. Die erfindungsgemäßen Folien sind z. B. für das In-Mold-Decoration-Verfahren (IMD) von Bauteilen geeignet.
Polypropylenfolien werden in großer Vielfalt produziert und für verschiedene Anwendungen eingesetzt. Polypropylen (PP) ist ein kostengünstiger thermoplastischer Massenkunststoff, der z. B. in Spritzgussbauteilen und Verpackungsmaterialien eingesetzt wird. PP ist jedoch ein relativ weicher Kunststoff und damit kratzempfindlich. Weiterhin ist die Haftung von anderen Stoffen auf PP-Oberflächen kritisch und nur wenige Polymere können eine gute Haftung zu PP aufbauen. Teilweise kann dies durch Vorbehandlung der PP-Oberfläche durch Corona-, Plasma- oder Flammbehandlung oder chemische Behandlung, z. B. mit Fluor, verbessert werden. Hochwertige Oberflächen in Bauteilen werden heute erzeugt, indem transparente Polymethylmethacrylat(PMMA)-Folien oder Polycarbonat(PC)-Folien bedruckt werden und die meist im Siebdruck bedruckte Seite mit gleichem Material hinterspritzt wird. Auch Materialkombinationen sind möglich, sind aber häufig aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften problematisch. Solche Bauteile sind z. B. Zierleisten, Displays, Möbeloberflächen, Handyschalen etc. Mittels der Bedruckung können beliebige Designs erstellt werden, z. B. auch zum Hinterleuchten; die äußere Folien schützt die Bedruckung vor mechanischen und chemischen Einflüssen. Ganz hochwertige Folien aus PC oder PMMA haben noch eine zusätzliche Kratzfestbeschichtung. Folien für diese Anwendungen auf Basis von Polypropylen sind bisher nicht bekannt.
In DE 10 2005 043 179 A1 sind PP-Folien beschrieben, aus denen Bauteile durch Tiefziehen der Folie und Hinterspritzen der tiefgezogenen Folie hergestellt werden können. Diese Folien sollen die Kratzbeständigkeit erhöhen und können ein- oder mehrschichtig aufgebaut sein. Bei mehrschichtigem Aufbau wird ein zweites thermoplastisches Material verwendet, das die Kratzbeständigkeit der Oberfläche erhöht, z. B. Polyester (PET), PMMA (Polymethylmethacrylat), PC (Polycarbonat), PS (Polystyrol) oder thermoplastische Elastomere, u. a. auch auf Polyurethanbasis. Eine solche thermoplastische Schicht kann ggf. zwar die Kratzbeständigkeit verglichen mit einer reinen PP-Folie begrenzt erhöhen, wird aber aufgrund der Schmelzbarkeit keine optimalen Ergebnisse ergeben können. Selbst Oberflächen aus PMMA und PC-Folien benötigen häufig eine weitere Kratzfestbeschichtung, da sie zu empfindlich sind. Weiterhin sind thermoplastische Schichten nicht lösemittelbeständig.
DE 200510039600 beschreibt eine Verfahren zum Hinterspritzen mit Oberflächenprägung.
WO 2007028651 A1 offenbart Polypropylenfolien mit matter kratzfester Beschichtung mit Soft-Feel-Eigenschaften auf Basis von Polyurethanen für die Verwendung in Spritzgussbauteilen. Die Folien sind 300 μm bis 500 μm dick, eingefärbt und bevorzugt sehr matt. Hoher Glanz ist für die beabsichtigten Bauteile unerwünscht. Aufgrund der Mattierung sind die beschriebenen Kratzfestbeschichtungen nicht transparent.
In DE 10 2005 049 732 A1 werden Formteile aus einem thermoformbaren Verbundmaterial mit einer mehrschichtigen Schutzfolie, die unter anderem auch Schichten aus PP enthalten kann, beschrieben. Eine Kratzfestbeschichtung wird für die beschriebene Anwendung, i. e. Unterbodenauskleidung von Fahrzeugen, nicht benötigt.
Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, beschichtete Folien auf Polypropylenbasis zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Transparenz, einen hohen Glanz, geringe Kratzempfindlichkeit und gute Weiterverarbeitungseigenschaften aufweisen. Insbesondere sollen die Folien auf der der Kratzfestbeschichtung gegenüberliegenden Seite gut bedruckbar sein und zusammen mit der Druckfarbe gute Tiefzieheigenschaften aufweisen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wurde gelöst durch eine kratzfeste transparente thermoformbare Folie umfassend zumindest eine Polypropylenfolie, eine auf der einen Seite der Folie angeordnete Kratzfestbeschichtung und eine auf der gegenüberliegenden Seite angeordnete bedruckbare Oberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass die Polypropylenfolie aus einem Copolymer aus Propylen und Ethylen besteht oder ein solches Copolymer überwiegend umfasst, einen Schmelzpunkt von 145 bis 160°C und einen Schmelzindex zwischen 0,5 und 8 aufweist, und dass die Kratzfestbeschichtung mindestens 70 Gew.-% aliphatisches Polyurethan und bis zu 30 Gew.-% aliphatisches Isocyanat enthält.
Die erfindungsgemäße Folie weist bevorzugt einen Glanz von mehr als 80%, weiter bevorzugt mehr als 100% bei 20° Messwinkel auf gemessen gemäß ISO 2813 auf der Seite der Folie mit der Kratzfestbeschichtung.
Des Weiteren weist die Folie bevorzugt eine Trübung (Haze) von unter 8, weiter bevorzugt von unter 5, auf gemessen gemäß ASTM D 1003 auf der Seite der Folie mit der Kratzfestbeschichtung.
Vorzugsweise besteht die Polypropylenfolie der erfindungsgemäßen Folie aus einem Propylenethylencopolymer und weist das Copolymer einen Anteil von 1 bis 20 Gew.-% Ethylen, bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-%, auf.
Die Polypropylenfolie der erfindungsgemäßen Folie weist eine Dicke von 50 bis 300 μm, bevorzugt 150 μm bis 250 μm, auf.
Die Polypropylenfolie der erfindungsgemäßen Folie kann neben dem Copolymer aus Propylen und Ethylen noch mindestens ein weiteres Copolymer und/oder ein Polypropylen-Homopolymer als Mischungsbestandteil umfassen.
Die Polypropylenfolie der erfindungsgemäßen Folie kann eine coextrudierte Folie sein, bestehend aus mehreren Polypropylenschichten unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder Dicke.
Die erfindungsgemäße Folie ist vorzugsweise bei 145 bis 210°C um mindestens 80%, insbesondere bis zu 300%, thermoverformbar.
Das Polyurethan der Kratzfestbeschichtung basiert bevorzugt auf Polyester, Polyacrylat und/oder Polycarbonat und/oder weist einen OH-Gruppenanteil von unter 1 Gew.-% auf.
Das Auftragsgewicht der Kratzfestbeschichtung der erfindungsgemäßen Folie beträgt bevorzugt 1 bis 20 g/m², weiter bevorzugt 3 bis 10 g/m².
Die Kratzfestbeschichtung kann entweder direkt mit der Polypropylenfolie verbunden sein oder mit Hilfe einer Haftvermittlerschicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wurde also dadurch gelöst, dass ein mindestens zweischichtiger Aufbau gewählt wird mit einer Polypropylenfolie von vorzugsweise 50 μm bis zu 300 μm Dicke, die speziell so hergestellt wird, dass sie vorzugsweise eine hohe Transparenz, gemessen als geringer Trübungswert (Haze nach ASTM D 1003), und eine gute Thermoverformbarkeit aufweist. Die erste Oberfläche dieser Folie wird mit einer auf aliphatischem Polyurethan basierenden Kratzfestbeschichtung versehen, die wie die Folie thermoverformbar ist, gut an der Folie haftet und eine hochwertige, glänzende Oberfläche in einem aus dem erfindungsgemäßen Produkt gefertigten Bauteil erzeugt. Aufgrund des einfachen Aufbaus und der Verwendung von kostengünstigem Polypropylen als Folienmaterial können Bauteile erzeugt werden, die sonst nur mit wesentlich teureren Verfahren, z. B. durch nachträgliches Lackieren, oder Materialien, z. B. PC oder PMMA, herstellbar sind.
Es wurde überraschend gefunden, dass die Kombination von hochtransparenten Polypropylenfolien, die ein Copolymer aus Propylen und Ethylen enthalten und einen Schmelzpunkt zwischen 145°C und 160°C aufweisen, mit einer Kratzfestbeschichtung, die zu mehr als 70% ein aliphatisches Polyurethan und bis zu 30% aliphatische Isocyanate bezogen auf die Beschichtung zur Vernetzung oder zur Ausbildung von interpenetrierenden Netzwerken enthält, hervorragende Transparenz (niedrige Haze-Werte) und ausgezeichnete Bedruckungs- und Tiefzieheigenschaften aufweist. Durch die dünne Kratzfestbeschichtung kann die Kratzempfindlichkeit der Folie so weit reduziert werden, dass sie für hochwertige Anwendungen in langlebigen Bauteilen geeignet ist, bei denen bisher nur Polycarbonat oder PMMA-Folien eingesetzt werden konnten.
Als PP-Folien eignen sich transparente Folien. Transparenz kann mit geringer Trübung gleichgesetzt werden. Geringe Trübungswerte (Haze) entsprechen hoher Transparenz. Solche Folien können hergestellt werden, indem spezielle Copolymere aus Propylen und Ethylen eingesetzt werden. Insbesondere werden hierfür Nukleierungsmittel verwendet. Ein solches Material wird z. B. in WO 03/106553 A1 beschrieben. Auch das Herstellverfahren entscheidenen Einfluss auf die Eigenschaften einer Folie haben. So erhält man insbesondere transparente Folien mit hochglänzender Oberfläche im sogenannten Sleeve-Extrusions-Verfahren. Die entsprechenden Folien können auch in Coextrusion mehrschichtig hergestellt werden, wobei die verschiedenen Schichten unterschiedliche Zusammensetzungen aufweisen können. So können z. B. Schichten mit unterschiedlichem Melt-Flow-Index (MFI), ein Maß für die Molmasse der verwendeten Polymere, eingesetzt werden. Der Melt-Flow-Index dieser Schichten liegt bevorzugt zwischen 0,5 g/10 min und 10 g/10 min, weiter bevorzugt zwischen 1 g/10 min und 8 g/10 min. Bei einem Dreischichtaufbau können z. B. die Außenschichten einen höheren MFI aufweisen als die Innenschicht. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der Polypropylenfolie beim Extrudieren ein Lichtstablisator, z. B. auf Basis von sterisch gehinderten Aminen zugesetzt wird. Damit erreicht man, dass diese Folie auch unter UV-Licht langzeitstabil sind und z. B. für ein Bauteil in einer Automobilinnenausstattung genutzt werden kann.
Die Folien werden vorzugsweise in einer Dicke zwischen 50 μm und 300 μm extrudiert. Abhängig von der Dicke, der Zusammensetzung der Extrusionsmasse und des Herstellverfahrens, weist die Folie eine Trübung (Haze) auf. Für die beabsichtigten Anwendungen sollte diese Trübung möglichst gering sein. Hazewerte über 8 bedeuten eine deutlich sichtbare Trübung, wie sie bei Extrusionsfolien (Cast Polypropylen), z. B. aus Polypropylen-Homopolymer bei dem o. a. Dickenbereich unvermeidlich auftreten. Deshalb sollten die Folie mit den o. a. Parametern so produziert werden, dass die Trübung minimiert wird, z. B. durch möglichst schnelle Abkühlung der Schmelzmasse im Extrusionsprozess. Eine zu hohe Trübung führt bei der folgenden rückseitigen Bedruckung zu Einschränkungen in der Farbdarstellung und ergibt eine durch die Lichtstreuung verursachte Kontrastminderung des Druckbildes.
Die Polypropylenfolien enthalten ein Copolymer aus Propylen und Ethylen, ggf. in Mischung mit anderen Copolymeren oder Polypropylen-Homopolymer. Durch die gezielte Einstellung der Eigenschaften der Folie ist es möglich, den Haze-Wert zu minimieren und die Tiefziehfähigkeit zu garantieren. Um bei Tiefziehtemperaturen zwischen 160°C bis 210°C einwandfreie 3-dimensionale Verformung bis zu 300%, bevorzugt bis 250%, besonders bevorzugt bis 200% Verstreckungsgrad zu erzielen, hat sich herausgestellt, dass die Folien einen Schmelzpunkt zwischen 145°C und 160°C aufweisen und im o. a. Bereich des MFI liegen sollten.
Die glänzende Kratzfestbeschichtung besteht zu mindestens 70% aus einem aliphatischen Polyurethan (PU). Hierfür kommen eine Vielzahl von Polyurethanen in Frage, bevorzug sind jedoch Polyurethane auf Polyester, Polyacrylat und/oder Polycarbonat-Prepolymeren. Diese PU-Polymeren können als wässrige Dispersion oder aus Lösemittel auf die Folie aufgebracht werden. Um die Festigkeit, die Haftung zur Folie, die Lösemittelbeständigkeit und die Kratzbeständigkeit zu erhöhen, werden dem Polyurethan bis zu 30% eines mehrfunktionellen, aliphatischen monomeren oder polymeren Isocyanates zugegeben, das dann während oder nach der Beschichtung abreagiert. Auch verkapselte Isocyanate können eingesetzt werden, u. a. für die wäßrige Verarbeitung. Die Isocyanat-Gruppen können verschiedene Reaktionen eingehen. Funktionelle Gruppen im Polyurethan, z. B. OH-Gruppen, können mit den mehrfunktionellen Isocyanaten reagieren und zu einer Vernetzung des PU-Polymeren beitragen. In Abhängigkeit vom Vernetzungsgrad bzw. der Menge an eingesetztem Isocyanat und OH-Gruppen können die Festigkeit, die Haftung zur Folie, die Lösemittelbeständigkeit und die Kratzbeständigkeit in der Regel erhöht werden, während die Tiefziehfähigkeit geringer wird. Die Grenze der Tiefziehfähgkeit kann erkannt werden, wenn Risse in Beschichtung oder Folie oder eine Eintrübung der Beschichtung auftritt. Im Falle von nicht-funktionellen PU-Polymeren, die keine oder nur wenige für Isocyanat reaktiven Gruppen, z. B. OH-Gruppen, aufweisen, kommt Wasser, z. B. Restfeuchte, Luftfeuchtigkeit, als Reaktionspartner für die Isocyanatgruppen in Frage. Daraus bilden sich im wesentlichen Polyharnstoffe, die bei Verwendung von den mehrfunktionalen Isocyanaten als eigenes Netzwerk neben den PU-Polymeren vorliegen. Die Eigenschaften einer Kratzfestbeschichtung können über die Auswahl und Menge der Polyurethane und der Isocyanate der Anwendung entsprechen eingestellt werden.
Die Beschichtungsdicke kann je nach Anwendung variiert werden. Um die erfindungsgemäße Verbesserung der Kratzfestigkeit von Polypropylenfolien zu erreichen sollte ein Mindestauftrag von 1 g/m² nicht unterschritten werden. Auftragsgewichte über 20 g/m² sind aus wirtschaftlichen Gründen meist nicht sinnvoll.
Um die Haftung der Kratzfestbeschichtung zur Folie zu gewährleisten, wird die Folie in der Regel vorbehandelt. Dies kann geschehen durch Corona-, Plasma- oder chemische Vorbehandlung, bevorzugt wird eine Coronabehandlung durchgeführt, die die Oberflächenspannung der Folien auf über 40 mN/m erhöht. Um die Haftung ggf. weiter zu verbessern sind eine oder mehrere transparente Haftvermittlerbeschichtungen möglich. Diese Schichten bestehen im wesentlichen aus üblichen Polymeren, die gut auf Polypropylenfolien haften, wie z. B. chlorierte Polyolefine, bestimmte Polyacrylate, Polyurethane. Diese Haftvermittlerbeschichtungen erfordern nur geringe Schichtdicken von 0,1 μm bis 5 μm, bevorzugt 0,5 μm bis 3 μm.
Auch die zweite Seite der Folie, also die der Kratzfestbeschichtung abgewandten Seite, kann mit weiteren transparenten Beschichtungen versehen werden. Je nach Anwendung wird diese Beschichtung oder mehrere Beschichtungen so ausgewählt, dass die Transparenz der Folie nicht eingeschränkt wird, aber Eigenschaften wie Haftung von Druckfarben, Druckqualität, Kaschierfähigkeit und Tiefziehfähigkeit positiv beeinflusst werden. Insbesondere sind übliche transparente Beschichtungen als Bildannahmeschicht für verschiedene Druckverfahren, z. B. Siebdruck, Offsetdruck, Flexodruck, Digitaldruck, z. B. Ink-Jet-Druck, Tonerdruckverfahren einzusetzen. Besonders bevorzugt ist der Siebdruck, für den spezielle Farben ausgewählt werden, die thermoformbar sind und die beim Hinterspritzen nicht ausgewaschen werden. Diese Druckfarben können durch übliche Vernetzer vernetzt sein, um die Beständigkeit und Festigkeit der Farbschicht zu erhöhen. Solche Druckfarben werden z. B. von der Fa. Pröll in Weissenburg unter dem Handelsnamen NoriPET und NoriPhan angeboten.
Weiterhin ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine kaschierte thermoformbare Folie umfassend eine thermoformbare Folie wie oben beschrieben und eine Kaschierfolie, wobei die bedruckbare Oberfläche der thermoformbare Folie zumindest teilweise bedruckt ist und die Folie eine Kaschierfolie aufweist, die auf der zumindest teilweise bedruckten Oberfläche angeordnet ist.
Dabei kann die Kaschierfolie entweder direkt mit der zumindest teilweise bedruckten Oberfläche verbunden sein oder mit Hilfe einer Haftvermittlerschicht.
Durch eine Kaschierung der bedruckten Folien mit einer weiteren Folie kann die Druckfarbe vor dem Auswaschen beim Hinterspritzen geschützt werden, falls dies notwendig ist. Grundsätzlich sind hierfür verschiedene Folien geeignet, z. B. auf Basis von Polyethylen, Polyester, Polypropylen, ABS, Polystyrol, bevorzugt werden jedoch Polypropylenfolien eingesetzt wie sie auch erfindungsgemäß für die Kratzfestbeschichtung eingesetzt werden. Damit ist sichergestellt, dass der Kaschierverbund optimal tiefgezogen werden kann, da die Folien gleiche oder ähnliche thermische und mechanische Eigenschaften aufweisen. Die Kaschierfolie kann mit üblichen Klebern mit der Bedruckung verbunden werden. Insbesondere geeignet hierfür sind 2-K-Polyurethankleber. Auch die Kaschierfolie wird bevorzugt einer Vorbehandlung unterzogen, wie sie weiter oben für die erfindungsgemäße kratzfeste Folie schon beschrieben ist. Um die Haftung zwischen Druckfarbe und Polypropylen-Kaschierfolie zu verbessern kann eine Haftvermittlungsschicht auf die Druckfarbe oder die Folie aufgetragen werden. Hierfür eignen sich z. B. einkomponentige, feuchtigkeitsvernetzende Polyofefin-Schmelzklebstoffe. Im Gegensatz zur kratzfestbeschichteten Folie kann die Kaschierfolie eingefärbt sein und damit als Hintergrundfarbe für die Bedruckung dienen, z. B. als weißer oder schwarzer Hintergrund. Im Falle, dass keine Bedruckung auf die erfindungsgemäße Folie aufgebracht wird, kann die Kaschierfolie zur Einfärbung des späteren Bauteiles genutzt werden.
Die erfindungsgemäßen kratzfesten Polypropylenfolien können bei höheren Temperaturen tiefgezogen werden, z. B. im Hochdruckverformung (HDVF-Verfahren) oder im Vakuumtiefziehverfahren. Hierzu wird die Folie erhitzt und mit einem entsprechenden Werkzeug verformt. Typische Tiefziehtemperaturen liegen bei 145°C bis 210°C, bei denen Verstreckungsgrade von bis zu 300% erreicht werden können. Je nach Auswahl der Folien und der Beschichtungen kann der maximale Verstreckungsgrad variiert werden. Auch nach dem Tiefziehen behält die Oberfläche der Kratzfestbeschichtung einen hohen Glanz sofern das Tiefziehwerkzeug auch eine glänzende Oberfläche aufweist oder beim Vakuumtiefziehen die Kratzfestbeschichtung von der Werkzeugseite abgewandt ist. Es ist auch möglich durch das Tiefziehwerkzeug die Oberfläche der Folie in ihrer Struktur zu verändern und dabei optische Effekte zu erzielen wie z. B. eine Narbung oder eine Mattierung.
Die bedruckten und ggf. tiefgezogenen Folien können hinterschäumt oder hinterspritzt werden. Hierfür gibt es übliche Verfahren, z. B. das Insert-Moulding-Verfahren, das In-Mould-Labelling (IML), das Paintless-Film-Moulding (PMF), das 3-D-Inmould-Foiling, das Inmould-Insert-Verfahren (IMI) oder In-Mould-Decoration (IMD). Die Folie wird dabei ggf. zugeschnitten und in das Spritzgießwerkzeug eingelegt, ggf. mit Vakuum oder mechanisch fixiert und dann mit einer heißen Polymerschmelze hinterspritzt. In der Regel wird die kratzfestbeschichtete transparente Folie zunächst in einem separaten Arbeitsgang tiefgezogen, es ist aber auch möglich – insbesondere bei einfachen Bauteilen mit geringer Verstreckung oder weitgehend 2-D-Charakteristik – auf den Tiefziehvorgang zu verzichten und die flache Folie unmittelbar in das Spritzgießwerkzeug einzubringen.
Nach dem Abkühlen kann das Bauteil mit der Folienoberfläche entnommen werden und weiter konfektioniert oder bearbeitet werden. Eine nachträgliche Veredlung der Oberfläche, z. B. Prägen, Lackieren, Kratzfestlackieren ist nicht notwendig. Durch die Einsparung von weiteren Schritten und der Verwendung von kostengünstigen PP-Folien können schnell und effektiv hochwertige Bauteile durch Spritzguss erzeugt werden. Gleiches gilt für Bauteile, die durch Hinterschäumen hergestellt werden. Bevorzugt werden übliche Materialien zum Hinterspritzen benutzt wie ABS, Polyamid, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat oder Polypropylen. Letzteres hat den Vorteil, dass gleichartige Materialien verwendet werden und dadurch z. B. die Verarbeitungstemperatur besser auf die transparente PP-Folie abgestimmt werden kann. Damit ist auch gewährleistet, dass das entstandene Bauteil zu fast 100% aus einem sortenreinen Kunststoff besteht. Die erfindungsgemäße transparente Folie kann auch ohne Bedruckung eingesetzt werden. In diesem Fall erhält das Bauteil seine Einfärbung über die Einfärbung des hinterspritzten Kunststoffes.
Die erfindungsgemäßen kratzfestbeschichteten, transparenten PP-Folien können in herkömmlicher Weise nach bekannten Verfahren durch Beschichten mit üblichen Beschichtungsmaschinen hergestellt werden. Hierfür eignen sich z. B. Walzenauftragsverfahren mit Rollrakel, Luftbürste oder Tiefdruckwalzen, enddosierte Verfahren wie z. B. Düsenbeschichtung oder Vorhanggießen.
Die Oberfläche ist glänzend, bevorzugt hochglänzend. Der Glanz der beschichteten Folie bei 20° Messwinkel beträgt mehr als 80%, insbesondere von mehr als 100% (ISO 2813).
Die Kratzfestigkeit nach Taber, angewendet auf die beschichteten Seite, ergibt vorzugsweise einen Restglanz von mindestens 95% nach 5 Reibzyklen.
Beispiel 1:
Aus einem Copolymer aus Propen und Ethen (Clyrel RC514L von Lyondellbasell, MFR bei 230°C/2,16 Kg nach ISO 1183: 6,0 g/10 min, Anteil 99%) und einem UV-Masterbatch (Arguvin UV344PP von Argus, Anteil 1%) wird mittels Flachfolienextrusion eine 200 μm dicke hochtransparente Folie hergestellt. Der über DSC (Differential Scanning Calorimetry, Mettler Toledo, DSC 20 s) mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10 K/min bestimmte Schmelzpunkt liegt bei 149,6°C. Die Oberflächenspannung, gemessen nach ISO 8296, einer Seite der so hergestellte Folie wird mittels Coronabehandlung auf mindesten 42 mN/m erhöht. 96 g wässrige aliphatische Polyurethan Dispersion mit einem OH-Gruppenanteil von unter 1% werden mit 20 g entmineralisiertem Wasser versetzt und das Wasser 10 Minuten eingerührt bis eine homogene Mischung entsteht. Danach werden 5 g wasseremulgierbares aliphatisches Polyisocyanat auf Basis von Hexamethylendiisocyanat zugegeben.
Diese Kratzfestbeschichtungsmasse wird nach Mischung der Bestandteile innerhalb einer Zeit von 2 Stunden zu 8,0 g/m² Auftragsgewicht mittels Rollrakel auf die coronabehandelte Folienseite aufgebracht und mit Hilfe eines Warmluftstromes getrocknet.
Die Haftung wird nach einer nachfolgenden Temperaturbehandlung von 24 h bei 60°C mittels Gitterschnitt überprüft und besitzt einen Kennwert von 0 (DIN EN ISO 2409). Das optische Erscheinungsbild der so beschichteten transparenten Folie wird mittels Großwinkelstreuung (Haze) nach ASTM D 1003 bestimmt und beträgt 3%.
Der Glanz, gemessen auf der beschichteten Seite, beträgt 113% (20° Messwinkel, ISO 2813)
Die Kratzbeständigkeit der so beschichteten Folie wird wie folgt bestimmt: Die beschichtete Folie wird mittels Taber Abrasionstester (Taber Abraser) 1535 und H22 Reibrädern bei 1000 g Auflagegewicht mit verschiedenen Reibzyklen bei einer Geschwindigkeit von 60 Zyklen pro Minute behandelt. In Abhängigkeit von der Anzahl Reibzyklen wird der Glanz bestimmt. Der sich ergebene relative Restglanz, bestimmt als Glanzwert relativ zum Ausgangsglanz der unbehandelten Oberfläche bei einem Messwinkel von 20° beträgt bei 5 Zyklen noch 97,5%, die kratzfeste Folienoberfläche ist damit nur kaum sichtbar verändert. Im Gegensatz dazu zeigt die nicht beschichtete transparente PP-Rohfolie, die einen Ausgangsglanz von 99% aufweist, einen Restglanz von nur 55%, was einer erheblichen sichtbaren Verkratzung der Oberfläche entspricht. Auch bei weiterer Verkratzung bis zu 100 Zyklen zeigt die kratzfestbeschichtete Folie nur eine geringe Glanzabnahme, also einen hohen Restglanz, während die unbeschichtete Folie matt wird (s. )
: Restglanz von unbeschichteter und kratzfest beschichteter PP-Folie aus dem Beispiel nach 5, 20 und 100 Reibzyklen mit Taber Abrasionstester (H22 Reibräder mit 1000 g Auflagegewicht)
Weiterhin wird die beschichtete Folie wird mittels künstlicher UV-Bestrahlung auf Farb-Beständigkeit geprüft. Hierzu wird die Folie mittels Xenontest Alpha in 3 Zyklen zu 80 Stunden bei 100°C mit 100 W Lampenleistung bestrahlt. Der Farbabstand Delta E (ISO 5631-3) im Vergleich zur unbestrahlten Probe ist nach 3 Zyklen von 80 Stunden kleiner als 1,0.
Die so beschichtete Folie wird auf der der Beschichtungsseite entgegengesetzten Seite mittels Coronabehandlung ebenfalls auf eine Oberflächenspannung von mindestens 42 mN/m gebracht. Anschließend wird diese Seite mittels der Siebdruckfarbe Noriphan XWR 07-001-0460 (Fa. Pröll), versetzt mit 10 Gew.-% Härter 8125 (Fa. Pröll), bedruckt. Anschließend erfolgt eine Trocknung der lösemittelhaltigen Druckfarben mittels eines starken Luftstromes bei 80°C über 5 Minuten. Es folgt eine zweite Bedruckung auf die erste Bedruckung ebenfalls mittels Siebdruck mit Norphan XWR L 57836 (952 Schwarz) (Fa. Pröll), versetzt mit 10 Gew.-% Härter 8125 (Fa. Pröll). Anschließend erfolgt Lufttrocknung wie bei dem ersten Druckdurchgang.
Als Haftvermittler zwischen Druckfarben und einer PP-Kaschierfoliefolie wird NoriPress SMK mit 6 Gew.-% Härter 8125 (beides Fa. Pröll) aufgebracht. Die Haftvermittlerschicht wird mittels Lufttrocknung 5 Minuten bei 80°C getrocknet und anschließend 1 Stunde bei 60°C getempert. Als Kaschierfolie wird der gleiche PP-Folientyp mit 200 μm Dicke eingesetzt wie er auch zur Kratzfestbeschichtung verwendet wurde.
Die so kratzfest beschichtete, rückseitig bedruckte und auf der Druckfarbe mit Haftvermittler versehene Folie wird mit einer 200 μm Polypropylen Folie bei einer Temperartur von 100°C einem Walzendruck von 700 kPa und einer Geschwindigkeit von 1,5 m/min mittels eines handelsüblichen Kaschiergerätes verklebt.
Der so hergestellte Verbund wird mittels Vakuumtiefziehen in einem Laborgerät der Fa. Isimat, RS Mini bei einer Temperatur von 155°C auf Thermoumformbarkeit überprüft. Das verwendete Werkzeug erzeugt eine Versteckung der Folie bis zu 250%. Die visuelle Beurteilung ergibt, dass die Folie inklusive Beschichtung und Bedruckung einwandfrei tiefziehfähig bis zu 250% ist und keine Artefakte wie Aufrisse, Trübungen, Schichtablösungen, Löcher entstehen.
Der so hergestellte tiefgezogene Folienverbund wird mit einem handelsüblichen Polypropylen Granulat auf einer handelsüblichen Spritzgießmaschine der Fa. KraussMaffei hinterspritzt Die Beurteilung des Haftvermögens der einzelnen Folienschichten wird als sehr gut bezeichnet, da eine Trennung bzw. Abziehversuche per Hand nicht möglich sind. Die Kratzfestigkeit des so hergestellten Bauteiles wird mittels eines Taber Abrasiontesters 1535 an einer flachen Stelle des Bauteils mit geringer Verstreckung der Folie überprüft. Der Restglanz nach 5 Zyklen mit H22-Reibrad beträgt bei einer Geschwindigkeit von 60 Zyklen/min und einem Auflage-Gewicht von 1000 g bei 20° Messwinkel 97,5%.
Beispiel 2:
Das Vorgehen wird wie in Beispiel 1 beschrieben wiederholt, ohne dass eine zweite Folie kaschiert wird. Nachdem die Haftvermittlerschicht auf die Druckfarbe aufgebracht ist, wird die kratzfestbeschichtete Folie tiefgezogen. Die visuelle Beurteilung ergibt, dass die Folie inklusive Beschichtung und Bedruckung einwandfrei tiefziehfähig bis zu 250% ist und keine Artefakte wie Aufrisse, Trübungen, Schichtablösungen, Löcher entstehen.
Die so hergestellte tiefgezogene, bedruckte Folie wird mit einem handelsüblichen grau eingefärbten Polypropylen Granulat auf einer handelsüblichen Spritzgießmaschine der Fa. KraussMaffei im Spritzprägeverfahren hinterspritzt Die Beurteilung des Haftvermögens der Folien im Bauteil wird als sehr gut bezeichnet, da eine Trennung bzw. Abziehversuche per Hand nicht möglich sind. Die Kratzfestigkeit des so hergestellten Bauteiles wird mittels eines Taber Abrasiontesters 1535 an einer flachen Stelle des Bauteils mit geringer Verstreckung der Folie überprüft. Der Restglanz nach 5 Zyklen mit H22-Reibrad beträgt bei einer Geschwindigkeit von 60 Zyklen/min und einem Auflage-Gewicht von 1000 g bei 20° Messwinkel 97,9%.
Bezugszeichenliste

1: kratzfeste transparente thermoformbare Folie
2: Polypropylenfolie, ggf. aus mehreren Polypropylenschichten (2a, b, c)
3: Kratzfestbeschichtung
4: bedruckbare Oberfläche, ggf. zumindest teilweise bedruckt
5: Haftvermittlerschicht
6: kaschierte thermoformbare Folie
7: Kaschierfolie
8: Haftvermittlerschicht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005043179 A1 [0003]
DE 200510039600 [0004]
WO 2007028651 A1 [0005]
DE 102005049732 A1 [0006]
WO 03/106553 A1 [0021]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 2813 [0009]
ASTM D 1003 [0010]
ASTM D 1003 [0019]
ISO 2813 [0035]
ISO 1183 [0037]
ISO 8296 [0037]
DIN EN ISO 2409 [0039]
ASTM D 1003 [0039]
ISO 2813 [0040]
ISO 5631-3 [0043]

Claims

Kratzfeste transparente thermoformbare Folie (1) umfassend zumindest eine Polypropylenfolie (2), eine auf der einen Seite der Folie (1) angeordnete Kratzfestbeschichtung (3) und eine auf der gegenüberliegenden Seite angeordnete bedruckbare Oberfläche (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Polypropylenfolie (2) aus einem Copolymer aus Propylen und Ethylen besteht oder ein solches Copolymer überwiegend umfasst, einen Schmelzpunkt von 145 bis 160°C und einen Schmelzindex zwischen 0,5 und 8 aufweist, und dass die Kratzfestbeschichtung (3) mindestens 70 Gew.-% aliphatisches Polyurethan und bis zu 30 Gew.-% aliphatisches Isocyanat enthält.
Thermoformbare Folie nach Anspruch 1, wobei die Folie einen Glanz von mehr als 80% bei 20° Messwinkel aufweist gemessen gemäß ISO 2813 auf der Seite der Folie mit der Kratzfestbeschichtung (3).
Thermoformbare Folie nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Folie eine Trübung (Haze) von unter 8 aufweist gemessen gemäß ASTM D 1003 auf der Seite der Folie mit der Kratzfestbeschichtung (3).
Thermoformbare Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polypropylenfolie (2) aus einem Propylenethylencopolymer besteht und das Copolymer einen Anteil von 1 bis 20 Gew.-% Ethylen, bevorzugt von 5 bis 15 Gew.-%, aufweist.
Thermoformbare Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Copolymer ein Nukleierungsmittel und/oder UV-Stabilisator enthält.
Thermoformbare Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polypropylenfolie eine Dicke von 50 bis 300 μm, bevorzugt 150 μm bis 250 μm, aufweist.
Thermoformbare Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polypropylenfolie neben dem Copolymer aus Propylen und Ethylen mindestens ein weiteres Copolymer und/oder ein Polypropylen-Homopolymer als Mischungsbestandteil umfasst.
Thermoformbare Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Polypropylenfolie (2) eine coextrudierte Folie bestehend aus mehreren Polypropylenschichten (2a, b, c) unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder Dicke ist.
Thermoformbare Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Folie (1) bei 145 bis 210°C um mindestens 80%, insbesondere bis zu 300%, thermoverformbar ist.
Thermoformbare Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polyurethan der Kratzfestbeschichtung (3) auf Polyester, Polyacrylat und/oder Polycarbonat basiert und/oder einen OH-Gruppenanteil von unter 1 Gew.-% aufweist.
Thermoformbare Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kratzfestbeschichtung (3) ein Auftragsgewicht von 1 bis 20 g/m², bevorzugt 3 bis 10 g/m², aufweist.
Thermoformbare Folie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kratzfestbeschichtung (3) entweder direkt mit der Polypropylenfolie (2) verbunden ist oder mit Hilfe einer Haftvermittlerschicht (5).
Kaschierte thermoformbare Folie (6) umfassend eine thermoformbare Folie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine Kaschierfolie (7), wobei die bedruckbare Oberfläche (4) der thermoformbare Folie (1) zumindest teilweise bedruckt ist und die Folie (1) eine Kaschierfolie (7) aufweist, die auf der zumindest teilweise bedruckten Oberfläche (4) angeordnet ist.
Kaschierte thermoformbare Folie (6) nach Anspruch 13, wobei die Kaschierfolie (7) entweder direkt mit der zumindest teilweise bedruckten Oberfläche (4) verbunden ist oder mit Hilfe einer Haftvermittlerschicht (8).
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils umfassend die Schritte: a) Tiefziehen einer thermoformbaren Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder einer kaschierten thermoformbaren Folie (6) nach Anspruch 12 oder 13, b) Hinterspritzen mit einer Polymerschmelze oder Hinterschäumen der tiefgezogenen Folie (1, 6), und c) Abkühlenlassen der hinterschäumten oder hinterspritzten tiefgezogenen Folie (1, 6).
Bauteil, vorzugsweise hergestellt nach dem Verfahren gemäß Anspruch 15, umfassend eine thermoformbare Folie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder eine kaschierte thermoformbare Folie (6) nach Anspruch 12 oder 13 und eine Polymerschicht oder einen Polymerkörper, wobei die Polymerschicht oder der Polymerkörper mit der unbedruckten oder gegebenenfalls zumindest teilweise bedruckten Oberfläche (4) oder gegebenenfalls mit der Kaschierfolie (6) verbunden ist.