DE10323967A1

DE10323967A1 - Vorrichtung zur Behandlung und Beschichtung von Kunststoffsubstraten, insbesondere von Kunststofffolien

Info

Publication number: DE10323967A1
Application number: DE2003123967
Authority: DE
Inventors: Rita KÖNEMANN; Bernd Möller
Original assignee: AHLBRANDT SYSTEM GmbH
Current assignee: AHLBRANDT SYSTEM GmbH
Priority date: 2003-05-27
Filing date: 2003-05-27
Publication date: 2004-12-16

Abstract

Um die Eigenschaften einer Kunststofffolie zu verbessern, ist schon vorgeschlagen worden, diese mit einer äußerst dünnen Beschichtung zu versehen. Damit für die Beschichtung eine Haftung gegeben ist, wird die Folie 1 zuvor mittels einer Koronaentladung vorbehandelt. Die bisher vorgeschlagenen Vorrichtungen sahen vor, dass die aufzubringenden Stoffe in Form eines Aerosols in den Koronaentladungsbereich eingebracht werden. Hierbei musste festgestellt werden, dass die Beschichtungen äußerst ungleichmäßig wurden. DOLLAR A Demgegenüber sieht die Erfindung vor, dass sich an den Koronaentladungsbereich einer Entladungselektrode (3) ein Strömungskanal (14) anschließt, an dessem Ende eine Absaugvorrichtung (16) vorhanden ist. Damit wird erreicht, dass eine gleichmäßige laminare Strömung über die Folie (1) erzeugt wird, wobei die Einwirkungsdauer insbesondere durch die Strömungsgeschwindigkeit und natürlich durch die Länge des Kanals (14) bestimmt wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Behandlung und Beschichtung von Kunststoffsubstraten insbesondere von Kunststofffolien mittels einer elektrischen Koronaentladung, wobei das zu beschichtende Substrat mittels einer Transporteinrichtung nahe einer Entladungselektrode vorbeigeführt wird, mit einer Einrichtung zum Zuführen eines in einer strömfähigen gasartigen Phase vorliegenden Stoffes auf das behandelte Substrat.

In der Offenlegungsschrift DE 37 05 482 A1 ist eine derartige Vorrichtung beschrieben. Sie basiert auf der bekannten Überlegung, die Oberfläche von Kunststoffteilen, z.B. Kunststofffolien, mittels einer Koronaentladung mit einer rauhen Mikrostruktur zu versehen und dabei die Oberflächenmoleküle zu aktivieren, d.h. chemisch aktiv zu machen. Derart vorbereitete Kunststoffteile können anschließend mit einer wegen der Aufrauhung und der Aktivierung der Oberfläche gut haftenden Beschichtung versehen werden. Bei der Beschichtung kann es sich z.B. um einen Lack oder um eine Nanobeschichtung handeln, mit der z.B. die Gasundurchlässigkeit von Folien erhöht wird.

In der DE 37 05 482 A1 wird darüber hinaus vorgeschlagen, in den Koronaentladungsbereich ein Aerosol einzuspeisen, wodurch der Kunststoff mit den in dem Aerosol vorhandenen Stoffen beschichtet wird. Dazu weist ein die Entladungselektrode umschließendes Gehäuse einen Aerosolanschluss oberhalb der gitterförmig ausgebildeten Entladungselektrode vor, durch den das Aerosol in den Koronaentladungsbereich eingebracht werden kann. Die dadurch erreichte Beschichtung ist allerdings schwer zu steuern, da die Transportgeschwindigkeit sowohl die Zeit vorgibt, die das Substrat sich in der Koronaentladung befindet, als auch die Zeit, in der es dem Aerosol ausgesetzt ist, wobei es nur selten der Fall sein wird, dass diese so eingestellt werden kann, dass beide Prozesse optimiert sind. Des Weiteren dürfte die Beschichtungsdicke relativ ungleichmäßig sein, da die Entladungselektrode einen Strömungswiderstand bildet, der zur Verwirbelung der Aerosolströmung führt, wodurch einzelne Bereiche des Substrats unterschiedlich stark dem Aerosol ausgesetzt sind.

Die Erfindung beruht somit auf dem Problem, eine Vorrichtung zu schaffen, bei der mittels einer Koronaentladung vorbehandeltes Substrat möglichst gleichmäßig in einer vorgegebenen Dicke mit einer Beschichtung versehen werden kann.

Zur Lösung des Problems sieht die Erfindung vor, dass in Transportrichtung des Substrates gesehen hinter der Entladungselektrode ein von einer Abschirmung gebildeter Strömungskanal vorhanden ist, durch den das Substrat unmittelbar nach der Behandlung durch die Koronaentladung hindurchgeführt wird und an dessen Ausgang eine Absaugvorrichtung vorhanden ist.

Wenn im Vorhergehenden von einer gasartigen Phase gesprochen wird, so sind damit u.a. Aerosole gemeint, also fein verteilte Tröpfchen in einem gasförmigen Träger. Des Weiteren kann auch ein Rauch verwendet werden. Dabei handelt es sich um kleinste Feststoffpartikel, ebenfalls in einem gasförmigen Träger, z.B. Luft. Aber auch ein Gas selbst soll von diesem Begriff umfasst sein.

Gemäß der Erfindung werden der Vorgang der Koronabehandlung und der der Beschichtung räumlich voneinander ge trennt, bleiben aber in unmittelbarer Nachbarschaft, so dass die Oberfläche des Substrates noch besonders aktiv und bereit ist, Bindungen mit den Molekülen des zur Beschichtung vorgesehenen Stoffes einzugehen. Außerdem kann der Strömungskanal strömungstechnisch optimiert werden, so dass eine gleichmäßige Stoffbeladung erfolgt. Außerdem kann u.a. durch die gewählte Länge des Strömungskanals und der dortigen Strömungsgeschwindigkeit die Einwirkungszeit des Stoffes und damit auch die Schichtdicke gesteuert werden.

Üblicherweise ist die Entladungselektrode in einem kastenartigen, zum Substrat hin offenen Gehäuse angeordnet. Um das Substrat zwischen diesem Gehäuse und dem Strömungskanal von äußeren Einflüssen fernzuhalten, wird vorgeschlagen, dass der Strömungskanal sich unmittelbar an einen Austrittsspalt am Gehäuse anschließt.

Die Zuführung der gasartigen Phase erfolgt vorteilhafterweise in das erwähnte Gehäuse für die Entladungselektrode. Dazu besitzt dieses wenigstens eine Düse, mit der die gasartige Phase in die von dem Gehäuse gebildete Elektrodenkammer eingeleitet wird. Dies hat den Vorteil, dass ein Teil der Stoffströmung in den Entladungsbereich geleitet werden kann, wodurch eine stärkere Aktivierung der Oberfläche des Substrates erfolgt.

Um insbesondere bei einer Folienbeschichtung eine gleichmäßige Verteilung der gasartigen Phase über die Breite der Folie zu erhalten, wird vorgeschlagen, dass am Gehäuse eine Vorkammer vorhanden ist, die über mehrere Düsen mit der Elektrodenkammer verbunden ist, wobei die Düsen nebeneinander parallel zu der sich über die Breite der Folie erstreckenden Entladungselektrode angeordnet sind.

Um die Einwirkung der Koronaentladung auf das Substrat steuern zu können, wird vorgeschlagen, die Höhe der Entladungselektrode über dem Substrat verstellbar zu gestalten. Vorteilhafterweise wird weiterhin vorgeschlagen, eine Doppelelektrode einzusetzen.

Damit sich über die gesamte Länge des Kanals der Stoff an dem vorbehandelten Substrat niederschlagen kann, ist vorgesehen, dass die Leistung der Absaugvorrichtung so eingestellt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal größer ist als die Transportgeschwindigkeit, so dass die Strömung das Substrat quasi überholt und am Ausgang des Kanals somit noch eine ausreichende Stoffmenge in der gasartigen Phase vorhanden ist, die sich auf der Folie niederschlagen kann.

Für eine Anordnung, bei der das Substrat von einer Folie gebildet wird, sieht die Erfindung vor, dass die zu beschichtende Folie über eine Walze und von dieser geführt wird, wobei der Strömungskanal von der Walze und einem die Walze über ein Winkelsegment abdeckenden Mantel gebildet ist, so dass sich ein Strömungskanal mit einem Querschnitt von etwa gleichbleibender Höhe ergibt.

Besonders gleichmäßige und gute Beschichtungen ergeben sich, wenn die Länge des Kanals größer als 30° ist.

Zur Verdeutlichung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung näher erläutert. Dazu zeigt die einzige Figur einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Die Vorrichtung dient der Beschichtung einer Folie 1, die von einer Walze 2 geführt und von ihr transportiert wird. In dem Ausführungsbeispiel umschlingt die Folie 1 die Walze 2 dazu über einen Winkelbereich von ca. 135°. Dabei entspricht die Länge der Walze 2 der Breite der Folie. Parallel zu der Walze 2 erstreckt sich eine an eine Hochspannung anlegbare Doppelelektrode 3, die in einem kastenförmigen Gehäuse 4 untergebracht ist. Der Gegenpol zur Entladungselektrode 3 wird von der Walze 2 gebildet, die dazu elektrisch geerdet ist. Bei Anlegung einer elektrischen Spannung entsteht an der Entladungselektrode eine Koronaentladung, die ein Bombardement der an der Doppelelektrode 3 vorbeigeführten Folie 1 mit Elektronen bewirkt.
Die offene Seite des Gehäuses 4 ist der Folie 1 zugewandt. An den der Walze 2 zugewandten Enden der Seitenwände des Kastens befindet sich jeweils eine Lamelle 5, die zusammen mit der Walze 2 einen Eingangs- bzw. einen Ausgangsschlitz für die Folie zum Eintritt bzw. Austritt in die von dem Gehäuse 4 umschlossene Elektrodenkammer 6 bildet. Die Gehäusewände sind mit Kühlkanälen versehen, die an einen mit einer Kühlflüssigkeit gefüllten Kühlkreislauf angeschlossen sind.
An dem Boden des das Gehäuse bildenden Kastens befindet sich eine Vorkammer 8, die mit einem Gasanschluss 9 versehen ist. Die Vorkammer 8 ist mit der Elektrodenkammer 6 über mehrere, im Boden des Gehäuses 4 angeordnete Düsen 10 verbunden. Diese sind auf einer Linie parallel zur Entladungselektrode 3 angeordnet, und zwar in durch die Pfeile 11 angedeutete Transportrichtung der Folie 1 gesehen hinter der Entladungselektrode 3. Dies hat zur Folge, dass der Großteil der gasartigen Phase hinter der Entladungselektrode 3 auf die schon vorbehandelte Folie 1 trifft und zum Ausgangsschlitz strömt. Ein Teil wird aber auch in den Bereich der Koronaentladung einströmen. Diese Strömungsaufteilung ist durch die Strömungspfeile 12 angedeutet.
Mittels einer die Vorkammer 8 und den Boden des Gehäuses 4 durchdringenden Stellstange 13 kann die Höhe der Elektroden über die Folie 1 verändert werden. Unmittelbar an den Ausgangsschlitz des Gehäuses 4 schließt sich ein Behandlungskanal 14 an, der von einem Mantel 15, der über eine bestimmte Winkelbreite parallel zur Oberfläche der Walze 2 verläuft, gebildet ist. Am Ende dieses Kanals 14 befindet sich eine Absaugvorrichtung. Die in die Elektrodenkammer 6 einströmende gasartige Phase strömt über den Ausgangsschlitz durch den Behandlungskanal 14 und bleibt damit in ständigem Kontakt mit der durch die Koronaentladung vorbehandelten Oberfläche der Folie 1. Die Strömungsgeschwindigkeit wird durch die Leistung der Absaugvorrichtung 16 bestimmt. Da durch die Absaugung ein definierter Unterdruck in der Elektrodenkammer erzeugt wird, erhält man eine gleichmäßige, laminare und wirbelfreie Strömung, so dass eine gleichmäßige Beschichtung zu erwarten ist.

1: Folie
2: Walze
3: Doppelelektrode
4: Gehäuse
5: Lamelle
6: Elektrodenkammer
7: Kühlkanäle
8: Vorkammer
9: Gasanschluss
10: Düsen
11: Richtungspfeil
12: Strömungspfeil
13: Stellstange
14: Strömungskanal
15: Mantel
16: Absaugvorrichtung

Claims

Vorrichtung zur Behandlung und Beschichtung von Kunststoffsubstraten insbesondere von Kunststofffolien mittels einer elektrischen Koronaentladung, wobei das zu beschichtende Substrat mittels einer Transporteinrichtung nahe einer Entladungselektrode vorbeigeführt wird, mit einer Einrichtung zum Zuführen eines Stoffes in einer strömfähigen gasartigen Phase auf das behandelte Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass in Transportrichtung des Substrates gesehen hinter der Entladungselektrode (3) ein von einer Abschirmung gebildeter Strömungskanal (14) vorhanden ist, durch den das Substrat unmittelbar nach der Behandlung durch die Koronaentladung hindurchgeführt wird und an dessen Ausgang eine Absaugvorrichtung (16) für die gasartige Phase vorhanden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungselektrode (3) in einem kastenartigen, zum Substrat hin offenen Gehäuse (4) angeordnet ist und der Strömungskanal (14) sich an einen Austrittsspalt am Gehäuse (4) anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Düse (10) am Gehäuse (4) vorhanden ist, durch die die gasartige Phase in die von dem Gehäuse (4) gebildete Elektrodenkammer (6) eingeleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuse (4) eine Vorkammer (8) vorhanden ist, die über mehrere Düsen (10) mit der Elektrodenkammer (9) verbunden ist, wobei die Düsen (10) parallel zur Entladungselektrode (3) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Entladungselektrode (3) über dem Substrat verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungselektrode (3) eine Doppelelektrode ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistung der Absaugvorrichtung (16) so eingestellt ist, dass die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal (14) größer ist als die Transportgeschwindigkeit.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Substrat eine Folie (1) ist, die über eine Walze (2) verläuft, wobei der Strömungskanal von der Walze (2) und einem die Walze über ein Winkelsegment abdeckenden Mantel gebildet ist und die Länge des Kanals größer als 90° ist.