DE10256040A1 - Mehrschichtiges Kunststoffwerkstück sowie Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffwerkstückes aus einer Kunststofffolie (1) und einem Kunststoffsubstrat (4), wobei die Kunststofffolie (1) mit einer Trägerschicht (2) zur Aufnahme einer Bedruckung, Lackierung o. dgl. und mit einer Verbundschicht (3) zur Verbindung der Kunststofffolie (1) mit dem Kunststoffsubstrat (4) ausgebildet ist. Erfindungsgemäß wird die Kunststofffolie (1) mit dem Kunststoffsubstrat (4) durch Kaschieren verbunden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffwerkstückes aus einer wenigstens zweischichtigen Kunststofffolie und einem Kunststoffsubstrat, wobei die Kunststofffolie mit einer Trägerschicht zur Aufnahme einer Bedruckung, Lackierung, Beschichtung o. dgl. und mit einer Verbundschicht zur Verbindung der Kunststofffolie mit dem Kunststoffsubstrat ausgebildet ist.
  • Ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art wird im Großen und Ganzen im Rahmen der DE 691 28 318 T2 behandelt . Hier geht es im Wesentlichen um die Herstellung eines Ausgangsmaterials für Folienetiketten. Dieses zeichnet sich durch eine auf der Oberfläche bedruckbare Schicht eines ersten Folienmaterials und eine Tragschicht aus einem zweiten Folienmaterial aus. Die auf der Oberfläche bedruckbare Schicht der ersten Folie und die Tragschicht der benachbarten zweiten Folie sind in innigem Kontakt zueinander angeordnet. Bei der Tragschicht handelt es sich um eine durch Wärme aktivierbare klebende Tragschicht, die auf einen Gegenstand aufgebracht wird.
  • Ein vergleichbares Herstellungsverfahren ist Gegenstand der WO 93/03695. Hier wird auf einen druckempfindlichen Kleber zurückgegriffen, um die mehrschichtige Kunststofffolie mit dem Substrat zu verbinden.
  • Die geschilderten Verbindungstechniken eignen sich nur für den Fall, dass beispielsweise Etiketten endlicher Größe auf zuvor hergestellte Behältnisse oder allgemein Substrate fest umrissener Gestalt nachträglich aufgebracht werden sollen. Beim kontinuierlichen Produktionsverfahren zur Herstellung von Folien und Platten aus unterschiedlichen Kunststoffen, die anschließend mit variierenden Drucktechniken bedruckt werden sollen, scheitern jedoch derartige Vorgehensweisen.
  • Denn bei solchen frei produzierten Kunststoffen ist es oft sehr problematisch, eine Oberfläche zu erzeugen, die mit unterschiedlichen Drucktechniken und wechselnden Farbsystemen bedruckt werden soll. Zwar hat man in der Praxis bereits damit gearbeitet, Beschichtungen auf vergleichsweise dicke und steife Folien und Platten aufzubringen, um einen anschließenden Bedruckungsvorgang gewährleisten zu können. Das gelingt jedoch nur mit hohem technischen und finanziellen Aufwand. – Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
  • Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Kunststoffwerkstückes der eingangs beschriebenen Gestaltung so zu ertüchtigen, dass eine aufwandsarme Verbindung mit dem Kunststoffsubstrat auch bei großen Abmessungen problemlos erreicht wird. Auch soll ein geeignetes mehrschichtiges Kunststoffwerkstück angegeben werden.
  • Zur Lösung dieser technischen Problemstellung ist im Rahmen der Erfindung ein gattungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie mit dem Kunststoffsubstrat durch Kaschieren, vorzugsweise durch Thermokaschieren verbunden wird. Das kann beispielsweise in einem mehrstufigen Prozess erfolgen, indem zuerst die Kunststofffolie und dann das Kunststoffsubstrat bzw. Substrat als jeweilige Werkstoffbahn erzeugt werden und erst anschließend eine Vereinigung durch das beschriebene Thermokaschieren zu einem kontinuierlichen Gesamtprodukt gleicher Abmessungen erfolgt. In der Regel werden die Kunststofffolie und das Substrat jedoch gemeinsam in einem einstufigen Prozess erzeugt und anschließend unmittelbar zu der gemeinsamen Kunststoffwerkstoffbahn miteinander verbunden. Dadurch entsteht ein einheitliches, zumeist bahnförmiges Produkt, welches sich unmittelbar für die Bedruckung, Lackierung, Beschichtung etc. eignet. Druck- oder Farbpigmente werden nun nicht mehr von dem ggf. vorbereiteten Kunststoffsubstrat aufgenommen, sondern vielmehr von der Trägerschicht der mit dem Kunststoffsubstrat verbundenen wenigstens zweischichtigen Kunststofffolie, welche optimal an den anschließenden Bedruckungs-, Beschichtungs- und/oder Lackiervorgang angepasst wurde.
  • Grundsätzlich können nach dem vorgestellten Verfahren auch Kunststoffwerkstücke mit begrenzten Abmessungen, also keine kontinuierlichen Bahnen hergestellt werden. In der Regel stehen jedoch am Ende der Herstellung Bahnprodukte, die abschließend abgelängt werden.
  • Das Thermokaschieren zum Verbinden der Kunststofffolie mit dem Kunststoffsubstrat bzw. Substrat findet in der Regel in Kalandern als Walzprozess unter Druck statt, wobei gleichzeitig noch eine Temperatur von zumeist ca. 80° C oder mehr eingestellt wird, um die zu verbindenden Materialbahnen wenigstens teilweise anzuschmelzen und so einen adhäsiven Verbund darstellen zu können. Ebenso ist es natürlich auch möglich und liegt im Rahmen der Erfindung, zusätzliche Kaschiermittel einzusetzen, um die notwendige adhäsive Haftung der Kunststofffolie an dem Substrat zu bewerkstelligen. Bei diesen Kaschiermitteln kann es sich um geeignete Klebstoffe, z. B. Heißsiegel- und Schmelzklebstoffe, Wachse, Polyethylen-Verbindungen, reaktive Kunststoffe sowie Natur- oder Synthetiklatexprodukte handeln.
  • Es empfiehlt sich, die Trägerschicht vor der Aufnahme der Bedruckung, Lackierung o. dgl. vorzubehandeln. Dazu kann grundsätzlich entweder eine Beschichtung aufgebracht werden oder es kommen chemisch/physikalische Methoden zur Aufrauung der Trägerschicht in Frage. Im letztgenannten Fall empfiehlt die Erfindung bekannte Methoden wie Beflammung und/oder Corona- und/oder Plasmabehandlung. Auch die Kombination beider Vorgehensweisen ist denkbar, d. h. die Trägerschicht wird chemisch/physikalisch aufgeraut, bevor die eigentliche Beschichtung als Träger für die anschließende Bedruckung aufgebracht wird.
  • Genauso gut ist es denkbar, die auf die Trägerschicht aufgetragene Beschichtung nachträglich den beschriebenen chemisch/physikalischen Aufrauungsmethoden zu unterwerfen, um die notwendige Haftfestigkeit für anschließende Bedruckungs- und/oder Lackier-Verfahren darstellen zu können. In der Regel reicht es allerdings aus, entweder mit einer Beschichtung auf der Trägerschicht zu arbeiten oder die Trägerschicht durch die angegebenen chemisch/physikalischen Methodiken aufzurauen.
  • Als Beschichtung empfiehlt die Erfindung beispielhaft eine Beschichtungsmasse aus Polyvinylalkohol und Siliziumdioxid. Genauso gut kann eine Lösung von Polyester (Polyacrylat) in Ethylacetat zum Einsatz kommen. Dabei haben sich Auftragsgewichte von ca. 1 bis 20 oder noch mehr g/m2 als vorteilhaft erwiesen.
  • Derartige Beschichtungen auf Basis von organischen Lösungsmitteln können in der Regel problemlos aufgebracht werden, weil die Trägerschicht größtenteils aus einem Polyolefin gefertigt ist und somit über eine gute Beständigkeit gegenüber solchen Lösungsmitteln verfügt. Hinzu kommt, dass derartige Folien weich und geschmeidig sind sowie über ausreichende Kältebeständigkeit verfügen und sich folglich für ein breites Anwendungsspektrum eignen. Je nach Wahl der relativen Molekülmasse und der jeweiligen Herstellungsbedingungen sind die Folien transparent bis glasklar, so dass das darunter befindliche Substrat durchscheint. Wenn jedoch eine Beschichtungsmasse aufgetragen wird, wird das gesamte mehrschichtige Kunststoffwerkstück undurchsichtig.
  • Alternativ zur Aufbringung der Beschichtung können – wie gesagt – chemisch/physikalische Methoden zur Aufrauung der Trägerschicht angewendet werden, und zwar drei an der Zahl (Beflammung, Corona- und Plasmabehandlung). Selten kommt an dieser Stelle die sogenannte Beflammung zum Einsatz, bei welcher die Oberfläche der Kunststofffolie mit einer Gasflamme überstrichen wird. Sämtliche drei Behandlungsmethoden eignen sich besonders für die Veredelung von Polyolefinen, weil diese über eine unpolare Oberfläche verfügen und führen dazu, dass die Oberflächen der solchermaßen behandelten Polyolefinfolien durch Aufspaltung im molekularen und atomaren Bereich verändert werden. Das geschieht durch die direkte Energieeinwirkung mittels der Flamme, infolge einer Plasmabehandlung oder durch eine Coronaentladung.
  • In sämtlichen Fällen gehen zerstörte oder aufgerissene Molekularketten oder Radikale an der Oberfläche mit anderen, frei im Raum schwebenden Bestandteilen, z. B. solchen aus der Luft, neue Verbindungen ein. Als Resultat werden sogenannte Haftzentren gebildet, welche die bisher unpolaren Oberflächen der Polymere bzw. Polyolefine in einen mehr oder minder polaren Zustand überführen, auf welchem dann wiederum (polare) Lacke, Druckfarben etc. haften können.
  • Bei der Coronabehandlung wird die Oberfläche mittels elektrisch erzeugter Funken behandelt, wobei die Folie in der Regel an Elektroden vorbeigeführt wird, die an hochfrequente Spannungen angeschlossen sind. Noch intensiver ist die sogenannte Plasmabehandlung, bei welcher die zuvor beschriebene Hochfrequenzentladung bei vermindertem Luftdruck oder gänzlich im Vakuum erfolgt. Es entsteht eine leuchtende, hoch energetische Gasentladung, das Plasma.
  • Da es im Rahmen der Erfindung primär darauf ankommt, verschiedene Kunststoffe, wie z. B. PVC, Polyester, Polypropylen oder auch Polyacrylnitril mit einer einfach zu bedruckenden Oberfläche auszurüsten, wird neben dem beschriebenen Herstellungsvorgang für die mehrschichtige, zumeist bahnförmige Kunststofffolie zusätzlich eine Folie oder allgemein eine Werkstoffbahn aus diesen (oder anderen Materialien) als Substrat hergestellt. Die Kunststofffolie und das Substrat werden als jeweilige Werkstoffbahn bzw. bahnförmiges Produkt in einem Kaschierwerk bei Temperaturen von mindestens ca. 80° C, in der Regel zwischen 100° C und 110° C, vorzugsweise bei ca. 105° C, miteinander verbunden. Dazu verfügt das Kaschierwerk über zwei beheizte Andruckwalzen, so dass die gewünschten Temperaturen im Spalt bei der Verbindung der Folie mit der Werkstoffbahn erreicht werden.
  • Bei der Trägerschicht kommt in der Regel eine solche aus LDPE (low density polyethylen) zum Einsatz, welche über eine Dichte von 0,92 bis 0,94 g/m3 verfügt. Als Verbundschicht empfiehlt die Erfindung ein Ethylenestercopolymer, welches bei der angegebenen Temperatur (> 80° C) im Rahmen der Thermokaschierung zumindest teilweise weich wird und so das erforderliche Adhäsivmittel zur Verbindung des Substrates mit der Kunststofffolie zur Verfügung stellt.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein mehrschichtiges Kunststoffwerkstück, welches nach dem vorgenannten Verfahren hergestellt wird. Dieses mehrschichtige Kunststoffwerkstück mag bezüglich der Kunststofffolie und deren Trägerschicht über eine Stärke von ca. 60 bis 90 μm verfügen, während die Verbundschicht mit einer Stärke von ca. 10 bis 30 μm ausgerüstet ist. Folgerichtig verfügt die aus den beiden Einzelfolien aufgebaute mehrschichtige Kunststofffolie bzw. Verbundfolie über eine Gesamtdicke von 70 μm bis 120 μm, während das Substrat Dicken um etlichen 100 μm aufweist.
  • Im Ergebnis werden ein Verfahren und ein mehrschichtiges Kunststoffwerktstück zur Verfügung gestellt, mit deren Hilfe ganz unterschiedliche Kunststoffoberflächen des Substrates eine gleich gute Bedruckbarkeit, Oberflächengüte und vergleichmäßiges Aussehen erhalten. Da die Oberflächenbehandlung lediglich die vergleichsweise dünne mehrschichtige Kunststofffolie erfasst, lassen sich die Kunststoffwerkstücke bzw. Werkstoffbahnen in Kombination mit der beschriebenen mehrschichtigen Kunststofffolie wirtschaftlich produzieren.
  • Weil die die Bedruckung letztendlich tragende Trägerschicht über eine gute Beständigkeit gegen organische Lösungsmittel verfügt, kann die Beschichtung wesentlich einfacher durchgeführt werden, als wenn diese z. B. direkt auf das Substrat aufgebracht werden müsste. Hinzu kommt, dass das auf diese Weise modifizierte Substrat durchgehend mit recyclebaren Materialien gefertigt werden kann, so dass sich die Wiederverwertbarkeit unproblematisch darstellt.
  • Ausführungsbeispiele:
  • Beispiel 1:
  • Eine 100 μm dicke coextrudierte Polyolefinfolie wurde extrudiert. Der Aufbau der Folie wurde so gewählt, dass 80 μm aus einem LDPE, Dichte 0,931 g/cm3, MFI (Schmelzflussrate) 0,9 g/10 min bestanden und die zweite Schicht aus einer 20 μm dicken Folie aus einem Ethylenesthercopolymer mit einem Schmelzpunkt von 75° C. Die Folie wurde mit einer Beschichtungsmasse (20 g/m2 trocken) beschichtet. Die Hauptkomponenten der Beschichtungsmassen waren Polyvinylalkohol und Siliziumdioxid. Auf einem Kalander wurde eine 500 μm dicke PVC-Hartfolie hergestellt. Die beiden Substrate wurden in einem Kaschierwerk bei einer Temperatur von 105° C miteinander verbunden. Anschließend wurde der Verbund in DIN A4 große Abschnitte geschnitten und mit mehreren handelsüblichen Tintenstrahldruckern auf die Bedruckbarkeit hin getestet. In allen Fällen wurde eine sehr gute Ausdruckqualität und kurze Trockenzeiten festgestellt.
  • Beispiel 2:
  • Die Polyethylenfolie, wie im Beispiel 1 beschrieben, wurde mit einem in Ethylacetat gelösten Polyacrylat beschichtet. Das Auftragsgewicht der Beschichtung betrug 2 g/m2 trocken. Auf einem Extruder mit Walzenwerk wurde eine 300 μm dicke Polyesterfolie produziert und anschließend mit der Polyethylenfolie thermisch kaschiert. Der kaschierte Verbund wurde auf einer Offsetdruckmaschine mit hervorragendem Druckresultat bedruckt.
  • Beispiel 3:
  • Die gleiche Polyethylenfolie wie in Beispiel 1 und 2 wurde mit einer Lösung von Polyester in Ethylacetat mit einem Auftragsgewicht trocken von 1,5 g/m2 beschichtet. Anschließend wurde sie auf eine 200 μm dicke PP-Folie mit Wärme auf kaschiert. Der Bedruckbarkeitstest erfolgte auf einer Digital Druckmaschine. Der Ausdruck der Farben und die Farbhaftung waren ausgezeichnet.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Die einzige Zeichnung zeigt ein mehrschichtiges Kunststoffwerkstück in Gestalt einer Werkstoffbahn im Schnitt.
  • In der Figur erkennt man zunächst einmal eine mehrschichtige Kunststofffolie 1, die im Rahmen des Ausführungsbeispiels aus einer Trägerschicht 2 und einer Verbundschicht 3 zusammengesetzt ist. Trägerschicht 2 und Verbundschicht 3 werden gemeinsam hergestellt, beispielsweise im Rahmen einer Coextrusion. Die Dicke der Trägerschicht 2 beträgt etwa das Vierfache derjenigen der Verbundschicht 3. Im Ausführungsbeispiel ist die Trägerschicht ca. 80 μm dick, während die Verbundschicht 3 eine Dicke von ca. 20 μm aufweist.
  • Bei der Trägerschicht 2 handelt es sich um eine Polyethylenfolie niedriger Dichte, während die Verbundschicht als Folie aus einem Polyethylenestercopolymer ausgeführt ist und einen Schmelzpunkt von ca. 75° C besitzt.
  • Die coextrudierte Polyolefinfolie 1 bzw. zweischichtige Kunststofffolie 1 wird nun mit einem Substrat 4 verbunden, bei welchem es sich um ein bahnförmiges Kunststoffsubstrat 4 aus einer 500 μm dicken PVC-Hartfolie handelt. Auch eine Polyesterfolie oder eine Polypropylenfolie abweichender Dicke können an dieser Stelle als Substrat 4 zum Einsatz kommen. Um nun das Substrat 4 mit der mehrschichtigen Kunststofffolie 1 zu verbinden, werden beide Bahnen in einem Kaschierwerk miteinander vereinigt.
  • Zu diesem Zweck gelangen beide Bahnen 1, 4 übereinander gelegt in einen Kalander mit zwei beheizten Andruckwalzen, so dass bei einer Temperatur von ca. 100° C die Verbundschicht 3 (mit dem Schmelzpunkt 75° C) ganz oder teilweise in den flüssigen Zustand übergeht. Auf diese Weise formt die Verbundschicht 3 nach der Vereinigung der mehrschichtigen Kunststofffolie 1 mit dem Substrat 4 gleichsam eine Adhäsivschicht.
  • Bevor dieser Vereinigungsvorgang vollzogen wird, erfährt die Trägerschicht 2 noch eine Veredelung dergestalt, dass eine lediglich angedeutete Beschichtung 5 aufgebracht wird, welche die Haftung von Druckfarben, Lackfarben, etc. begünstigt. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Trägerschicht 2 chemisch/physikalisch aufzurauen, wie dies eingangs bereits beschrieben wurde.
  • Nach der Herstellung der kombinierten Werkstoffbahn aus dem Kunststoffsubstrat 4 und der mehrschichtigen Kunststofffolie 1 wird das entsprechende Verbundprodukt in einzelne Abschnitte unterteilt. Zuvor kann eine kontinuierliche Bedruckung erfolgen. Ebenso gut ist es natürlich auch möglich, erst diese Verbundprodukte endlicher Länge dem beschriebenen Druckvorgang zu unterziehen.
    •

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffwerkstückes aus einer Kunststofffolie (1) und einem Kunststoffsubstrat (4), wobei die Kunststofffolie mit einer Trägerschicht zur Aufnahme einer Bedruckung, Lackierung o. dgl. und mit einer Verbundschicht (3) zur Verbindung der Kunststofffolie (1) mit dem Kunststoffsubstrat (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (1) mit dem Kunststoffsubstrat (4) durch Kaschieren verbunden wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststofffolie (1) und das Kunststoffsubstrat (4) gemeinsam erzeugt und anschließend unmittelbar zu einer Kunststoffwerkstoffbahn miteinander verbunden werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht vor der Aufnahme der Bedruckung, Lackierung oder dgl. vorbehandelt wird, und zwar indem eine Beschichtung (5) aufgebracht wird und/oder die Trägerschicht (2) durch chemische und/oder physikalische Methoden wie Beflammung und/oder Corona- und/oder Plasmabehandlung eine Aufrauung erfährt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmasse zur Darstellung der Beschichtung (5) eine Mischung aus Polyvinylalkohol und Siliziumdioxid eingesetzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Beschichtungsmasse zur Darstellung der Beschichtung (5) eine Lösung von Polyester in Ethylacetat eingesetzt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffsubstrat (4) und die Kunststofffolie (1) jeweils als Werkstoffbahn hergestellt werden, wobei die Kunststofffolie (1) und das Kunststoffsubstrat (4) in einem Kaschierwerk bei Temperaturen von mehr als 80° C miteinander verbunden werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) aus einem Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) hergestellt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundschicht (3) aus einem Ethylenesthercopolymer gefertigt wird.
  9. Mehrschichtiges Kunststoffwerkstück, bestehend aus einer Kunststofffolie (1) und einem Kunststoffsubstrat (4), wobei die Kunststofffolie (1) mit einer Trägerschicht (2) zur Aufnahme einer Bedruckung, Lackierung o. dgl. und mit einer Verbundschicht (3) zur Verbindung mit der Kunststofffolie (1) mit dem Kunststoffsubstrat (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoffsubstrat (4) und die Kunststofffolie (1) gegeneinander thermofixiert sind.
  10. Verbundfolie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) eine Stärke von ca 60 μm bis 90 μm besitzt.
  11. Verbundfolie nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundschicht (3) eine Stärke von ca. 10 μm bis 30 μm aufweist.
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