DE102018120341A1

DE102018120341A1 - Verfahren zur Erhöhung der Oberflächenspannung

Info

Publication number: DE102018120341A1
Application number: DE102018120341.1A
Authority: DE
Inventors: Florian Brehmer
Original assignee: Afs Entw Vetriebs GmbH; Afs Entwicklungs and Vetriebs GmbH
Current assignee: Afs Entw Vetriebs GmbH; Afs Entwicklungs and Vetriebs GmbH
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2018-08-21
Publication date: 2020-02-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Oberflächenspannung bei der biaxialen Verstreckung einer Folie aus mindestens einem thermoplastischen Polymer, wobei die Folie zunächst in Längsrichtung verstreckt, anschließend einer ersten Plasmabehandlung unterzogen, anschließend in Querrichtung verstreckt und anschließend einer zweiten Plasmabehandlung unterzogen wird. Bei bekannten derartigen Verfahren ist die Adhäsion von UV-Tinte nur gering und ermöglicht keine Beschichtung.Die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Verfahren so weiter zu bilden, dass nach der zweiten Behandlung eine optimale Adhäsion von UV-Tinte und anderen Beschichtungen, insbesondere metallischen Beschichtungen, stattfinden kann, wird dadurch gelöst, dass beide Plasmabehandlungen in einer maximal 5 Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre stattfinden, die zweite Plasmabehandlung bei einem gegenüber dem Atmosphärendruck reduzierten Druck von maximal 100 hPa erfolgt, und die Folie nach der Verstreckung in Querrichtung aufgewickelt und vor der zweiten Plasmabehandlung wieder abgewickelt wird, bzw. dadurch, dass beide Plasmabehandlungen in einer maximal 5 Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre stattfinden, die zweite Plasmabehandlung bei einem gegenüber dem Atmosphärendruck reduzierten Druck von maximal 100 hPa erfolgt, und die Folie nach der Verstreckung aufgewickelt und vor der zweiten Plasmabehandlung wieder abgewickelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Oberflächenspannung bei der biaxialen Verstreckung einer Folie aus mindestens einem thermoplastischen Polymer nach einem der Oberbegriffe der Ansprüche 1 oder 2.
Es ist bekannt, die Oberflächen von Kunststoffen, insbesondere die Oberflächen von Kunststofffolien vor dem Bedrucken mit Farbe einer Vorbehandlung zu unterziehen. Eine derartige Oberflächenvorbehandlung ist notwendig, um die nach dem Extrudieren der Kunststofffolie sehr geringe Oberflächenspannung heraufzusetzen und somit die Adhäsion für Farben oder - im Falle zu metallisierender Folien - Metalle zu erhöhen. Hierzu wird die Folie in der Regel einer Plasmabehandlung unterzogen, wobei es sich um eine Behandlung mit einem Plasmabrenner oder innerhalb einer ein Plasma enthaltenden Umgebung handeln kann. Alternativ kann das Plasma durch eine dielektrisch behinderte Entladung erzeugt werden, welche man als Coronaentladung bezeichnet. Die in dem Plasma befindlichen Ionen geben ihre Ladung und Energie an die Oberfläche der Folie ab, wodurch in der Polymeroberfläche Fragmentierungen, Abspaltungen oder Kettenbrüche entstehen, wodurch die Oberflächenspannung der Folienoberfläche erhöht wird.
Die Behandlung kann bei Atmosphärendruck oder reduziertem Druck erfolgen. Die Plasma- bzw. Coronabehandlungen können unmittelbar im Anschluss an die Extrusion der Folie und direkt vor dem Aufwickeln oder unmittelbar vor dem Schritt der Bedruckung oder Metallisierung erfolgen.
Die Erhöhung der Oberflächenspannung durch die Plasma- bzw. Coronabehandlung wird in mN/m gemessen. Bei einer unbehandelten biaxial verstreckten Polypropylenfolie liegt die Oberflächenspannung bei maximal 30 mN/m, während durch eine Coronabehandlung eine Oberflächenspannung von bis zu 45 mN/m zu erzielen ist. Die Wirkung der Oberflächenbehandlung, also die Oberflächenspannung der behandelten Folie, nimmt mit der Zeit ab und kann unter bestimmten Bedingungen durch eine weitere Coronabehandlung aufgefrischt werden.
Die DE 10 2005 052 441 C5 beschreibt ein Verfahren zur Erhöhung der Oberflächenspannung bei einer biaxial orientierten Folie aus thermoplastischen Polymeren, wobei die Folie zuerst in Längsrichtung und anschließend in Querrichtung verstreckt wird und wobei die Folie auf einer Oberfläche nach der Längsstreckung und vor der Querstreckung mittels Atmosphärendruck Plasma behandelt und nach der Querstreckung und vor dem Aufwickeln zusätzlich einer zweiten Behandlung mittels Corona oder Flamme unterworfen wird, wobei diese zweite Behandlung auf der gleichen Oberfläche erfolgt. Hierdurch soll der Effekt erzielt werden, dass die Folien auch nach üblichen Lagerzeiten von über sechs Monaten gute Hafteigenschaften in den Verfahren zur Weiterverarbeitung zeigen.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass bei dem genannten Verfahren nach der zweiten Behandlung über eine Corona die Adhäsion von UV-Tinte nur gering war. Eine Beschichtung konnte nicht erfolgen. Es wurden Messungen der Oberflächenspannung durchgeführt, welche zwischen 38 und 46 mN/m und darüber lagen. Dennoch konnte die UV-Tinte nicht auf der Oberfläche anhaften und damit auch viele Beschichtungen nicht erfolgen. Zum Beispiel lassen sich keine zuverlässig haftenden metallischen Beschichtungen auf einer derartigen Folie anbringen, obwohl diese eine hohe Oberflächenspannung hat.
Es besteht die Aufgabe, ein gattungsgemäßes Verfahren so weiter zu bilden, dass nach der zweiten Behandlung eine optimale Adhäsion von UV-Tinte und anderen Beschichtungen, insbesondere metallischen Beschichtungen stattfinden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 bzw. 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben.
Eine aus einem thermoplastischen Polymer bestehende, entweder im Extrusionsverfahren oder im Coextrusionsverfahren hergestellte Folie, welche aus einer oder mehrerer Polymerschichten bestehen kann und eine Dicke zwischen 20 und 30 µm aufweist, wird bei einer Temperatur zwischen 80 und 120° in einem Längsstreckverhältnis von 1:4 in an sich bekannter Weise verstreckt.
Anschließend wird die Folie bei atmosphärischem Druck einer Plasmabehandlung unterzogen, wobei die Folie innerhalb einer kontrollierten Atmosphäre über eine dielektrisch beschichtete Walze geführt wird, zwischen deren metallischem Inneren und einer der Walze gegenüberliegenden Gegenelektrode eine hochfrequente Hochspannung angelegt wird, so dass eine dielektrisch behinderte Entladung stattfindet. Eine solche Entladung wird bei Atmosphärendruck in Luft als Coronaentladung und eine entsprechende Behandlung einer Folie als Coronabehandlung bezeichnet. In der Behandlungsatmosphäre befinden sich mindestens 95 Vol.-% eines im Wesentlichen Stickstoff enthaltenden Gasgemisches und maximal 5 Vol.-% Sauerstoff. In einer bevorzugten Ausführungsform befinden sich in der Atmosphäre nur Stickstoff, ggf. Kohlendioxid und maximal 5 Vol.-% Sauerstoff, wobei auch ausschließlich mit Stickstoff und maximal 5 Vol.-% Sauerstoff gearbeitet werden kann. Ferner können in der Atmosphäre schichtbildende Precursor-Gase, insbesondere Acetylen, oder weitere Zusatzgase als Beimischung vorhanden sein.
Anschließend erfolgt die Querstreckung der Folie bei einem Querstreckverhältnis von 1:8 in an sich bekannter Weise sowie anschließend eine weitere hochenergetische Behandlung, die ebenfalls in Gestalt einer Plasma- oder Coronabehandlung in der gleichen Atmosphäre, wie oben angegeben, stattfindet.
Beide Behandlungen der Folie finden über deren gesamte Breite statt, wobei die zweite Behandlungbei einem gegenüber dem Atmosphärendruck reduzierten Druck von maximal 100 hPa erfolgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Plasmabehandlung innerhalb einer Metallisierungsanlage integriert und erfolgt unmittelbar bevor auf die Folie eine metallische Schicht aufgebracht wird, um die Adhäsion dieser metallischen Schicht auf der Folienoberfläche zu erhöhen.
Die Verweilzeit der Polymerfolie im ersten Plasma liegt vorzugsweise zwischen 0,01 und 4 Sekunden während der Energieeintrag zwischen 0,6 und 30 kJ/m² liegt.
In einer abgewandelten Ausführungsform kann die Folie auch nach ihrer Verstreckung in Querrichtung aufgewickelt, zwischengelagert und zu einem späteren Zeitpunkt wieder abgewickelt und der zweiten Plasmabehandlung zugeführt werden. Die Plasmabehandlungen, können auf beiden Seiten oder auf nur einer Seite der Folie stattfinden.
Die erfindungsgemäß behandelte Folie weist gegenüber den nach dem Stand der Technik behandelten Folien den Vorteil auf, dass auch UV-Tinten und damit andere Beschichtungen, insbesondere Metallisierungen, eine hohe Adhäsion zeigen. Es wird eine Oberflächenspannung von 58 mN/m nach der zweiten Plasmabehandlung erzielt.
Obwohl auch bei bekannten Verfahren eine vergleichbar hohe Oberflächenspannung gemessen wird, ist nach dem vorliegenden Verfahren die Haftung von Beschichtungen, insbesondere Metallisierungen, deutlich besser. Dies liegt offenbar daran, dass weitere chemische Parameter eine Rolle spielen, die nicht mit der Messung der Oberflächenspannung erfassbar sind.
Bei der Realisierung der Erfindung ist es wichtig, dass die Atmosphäre, also die Zusammensetzung der Behandlungsgase, während der ersten und zweiten Plasmabehandlung kontrolliert werden, und insbesondere, dass möglichst wenig Sauerstoff vorhanden ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die maximale Sauerstoffkonzentration möglichst niedrig gehalten wird. Beispielsweise kann mit einer Sauerstoffkonzentration von unter 1 Vol.-‰, vorzugsweise 0,2 Vol.- %o Sauerstoffgehalt gearbeitet werden. Während des Betriebs erhöht sich der Sauerstoffanteil in der Regel durch Umwandlung von Kohlendioxid in Sauerstoff ohnehin, so dass die Behandlung idealerweise mit einem geringen Sauerstoffanteil eingeleitet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005052441 C5 [0005]

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Oberflächenspannung bei der biaxialen Verstreckung einer Folie aus mindestens einem thermoplastischen Polymer, wobei die Folie zunächst in Längsrichtung verstreckt, anschließend einer ersten Plasmabehandlung unterzogen, anschließend in Querrichtung verstreckt und anschließend einer zweiten Plasmabehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass beide Plasmabehandlungen in einer maximal 5 Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre stattfinden, die zweite Plasmabehandlung bei einem gegenüber dem Atmosphärendruck reduzierten Druck von maximal 100 hPa erfolgt, und die Folie nach der Verstreckung in Querrichtung aufgewickelt und vor der zweiten Plasmabehandlung wieder abgewickelt wird.
Verfahren zur Erhöhung der Oberflächenspannung bei der biaxialen Verstreckung einer Folie aus mindestens einem thermoplastischen Polymer, wobei die Verstreckung in Längsrichtung und in Querrichtung simultan durchgeführt wird, wobei die Folie vor der simultanen Verstreckung einer ersten Plasmabehandlung unterzogen und nach der simultanen Verstreckung einer zweiten Plasmabehandlung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass beide Plasmabehandlungen in einer maximal 5 Vol.-% Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre stattfinden, die zweite Plasmabehandlung bei einem gegenüber dem Atmosphärendruck reduzierten Druck von maximal 100 hPa erfolgt, und die Folie nach der Verstreckung aufgewickelt und vor der zweiten Plasmabehandlung wieder abgewickelt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Plasmabehandlung innerhalb einer Metallisierungsanlage erfolgt und die Folie unmittelbar im Anschluss an diese Behandlung mit einer metallischen Schicht versehen wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine ein- oder mehrschichtige Folie aus mindestens einem Polyolefin ist.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Plasmabehandlungen auf einer Seite der Folie stattfinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Plasmabehandlungen auf beiden Seiten der Folie stattfinden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit der Folie in der ersten Plasmabehandlung zwischen 0,01 und 4 Sekunden liegt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Energieeintrag bei der ersten Plasmabehandlung der Folie zwischen 0,6 und 30 kJ/m² liegt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Plasmabehandlungen in einer Atmosphäre stattfindet, welche ausschließlich Stickstoff und Kohlendioxid, vorzugsweise ausschließlich Stickstoff, enthält.