DE1089154B - Verfahren und Einrichtung zur Verbesserung der Oberflaechen-haftfaehig- und -festigkeit von Kunststoffen - Google Patents

Description

Auf der Oberfläche gewisser Kunststoffe, beispielsweise Polyäthylen; haften bekanntlich aufzubringende Schichten oder Überzüge nicht ohne weiteres und nur schlecht. So lassen sich derartige Kunststoffe z. B. ohne Vorbehandlung kaum bedrucken od. dgl., da der Farbstoff oder die Farbschicht entweder nicht aufbringbar ist oder nicht haftenbleibt. Es ist bekannt, die Haftfähigkeit und -festigkeit von Kunststoffen dadurch wesentlich zu verbessern und das Aufbringen von Schichten od. dgl. zu ermöglichen, indem man den Kunststoff der Einwirkung eines Hochspannungssprühfeldes aussetzt. Dieses Sprühfeld kann durch Anlegen einer nieder- oder hochfrequenten Wechselspannung in der Größenordnung von mehreren 10 kV an die Elektroden eines Platten-Luftkondensators erzeugt werden.

Die Verbesserung der Farbenhaftfestigkeit od. dgl. ist dabei auf die Einwirkung von Ozonionen und wohl auch von Ionen gewisser Sauerstoff-Stickstoff-Verbindungen, die sich in der Sprühentladung bilden, zurückzuführen. Die erzielbare-Ionenkonzentraticn bestimmt die Länge der Behandlungszeit. Je höher also der Ionisierungsgrad in der Sprühstrecke ist, um so schneller wird der gewünschte Effekt erzielt.

Der Ionisierungsgrad wird bei gegebener Elektrodengeometrie von der Höhe der Wechselspannung und der Stromstärke in der Sprühentladung bestimmt. Da man die Spannung nicht beliebig steigern kann und die Stromstärke durch die Kapazität der Anordnung begrenzt ist, mußte man bei den bisher bekannten Anordnungen mit niederfrequenter Wechselspannung verhältnismäßig lange Sprühstrecken anwenden, um die notwendige Behandlungszeit zu erzielen, oder mit erheblichem Aufwand eine hochfrequente Wechselspannung erzeugen. .

Auf diese Weise lassen sich nur solche Kunststoffe mit Erfolg behandeln, welche auf die in normalerXWt erzeugba,ren Ionen ansprechen. Die Behandlung räumlich ausgedehnter Kunststoffkörper ist nur unter großen Schwierigkeiten möglich, da die Kondensatorelektroden nicht beliebig geformt werden können.

Zu dieser Beschränkung des Anwendungsgebietes der bekannten Behandlungseinrichtungen treten auch noch betriebliche Nachteile. Da die Behandlung der Kunststoffe unter Luftzutritt erfolgt, ist der Einfluß des wechselnden Luftfeuchtigkeitsgehaltes auf den gewünschten Effekt kaum auszuschalten, zumal zur Vermeidung gesundheitlicher Schädigungen des Bedienungspersonals durch Ozon ein dauernder Luftstrom durch die Apparatur erforderlich ist. Ferner ist die Konzentation an neutralem Ozon in der Sprühentladung verhältnismäßig hoch, da die Ionen bei Atmo'Sphärendruck eine große Rekombinationswahrscheinlichkeit aufweisen. Es läßt sich daher nicht ver-Verfahren und Einrichtung

zur Verbesserung der Oberfläctien-

haftfähig- und -festigkeit von Kunststoffen

Anmelder:

Siemens-Scriuckertwerke

Aktieriges ells chaft,

Berlin und Erlangen,

Erlangen, Werner-von-Siemens-Str. 50

Dr. phil. Heinz Fröhlich, Erlangen,
ist als Erfinder genannt worden

meiden, daß die Kunststoffoberfläche mit neutralem Ozongas beladen wird, welches für den gewünschten Behandlungseffekt unwirksam ist und lediglich zu Beeinträchtigungen des Geruches der Kunststoffe führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für den großtechnischen Einsatz geeignetes Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenhaftfähigkeit und festigkeit von Kunststoffen für aufzubringende Schichten, beispielsweise Druckfarben, zu schaffen, das von den vorgenannten Beschränkungen und Nachteilen frei ist. Das Verfahren nach der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die zur Behandlung erforderliche hohe Ionenkonzentration wesentlich einfacher und wirksamer durch Ausnutzung des Plasmas einer Niederdruckgasentladung erzielt werden kann. Trotz des geringen Luftdruckes läßt sich in solchen Entladungen die Ionenkonzentration durch Steigerung der Entladestromdichte auf ein beliebiges Vielfaches gegenüber der Ionenkonzentraticn steigern, die in Hochspannungssprühentladungen bei Atmosphärendruck erzielbar ist.

Gemäß der Erfindung wird der Kunststoff in ein Vakuum eingebracht und die Oberfläche der Einwirkung des Plasmas einer Niederdruckgasentladung ausgesetzt. Im Vakuum kann hierbei ein Druck von größeno'rdnungsmäßig 1 Torr herrschen.

Eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens kann beispielsweise mit einer Niederspannungs-Glimmentladung von etwa 400 bis 500 V Brennspannung oder auch in einem durch Glühkathoden erzeugten Plasma mit einer Bogenbrennspannung von etwa 100 V arbeiten. Die hohen Entladungsstromdichten gestatten eine Herabsetzung der Behandlungszeit auf

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Bruchteile der früher erforderlichen Werte. Als Beispiel sei erwähnt, daß Polyäthylen bei einer Stromdichte von 2 mA/cm² eine Behandungszeit von nur 1 Sekunde benötigt. Bei höheren Stromdichte!! ist eine weitere Reduzierung möglich. Der Energieverbrauch beträgt dabei etwa ein Fünftel des Verbrauches einer mit Netzfrequens betriebenen Hochspannungssprühanlage gleicher Durchsatzgeschwindigkeit.

Da die Behandlung im Vakuum vor sich geht, entfällt die Beladung der Kunststoffeberfläche mit neutralem Ozon und damit auch jegliche Geruchsbeeinträchtigung.

Die Erzeugung des Plasmas kann mit Gleich- oder Wechselspannung erfolgen. Als besonders vorteilhaft hat sich ein hochfrequentes Wechselfeld herausgestellt, dessen Erzeugung wegen der niedrigen erforderlichen Brennspannungen mit geringem Aufwand verbunden ist. In der Regel wird der Kunststoff in Folien-, Bandoder Streifenform vorliegen, so daß er durch Vakuumschleusen kontinuierlich durch das Vakuum geführt werden muß.

Ein derartiger kontinuierlicher Durchlauf von Kunststoffolien beliebiger Stärke und Breite bietet keine Schwierigkeiten. Beispielsweise kann man eine bereits vorgeschlagene Vakuumschleuse mit je mindestens einer Vor- und Nachvakuumkammer und mit Durchführungsschlitzen, deren lichte Höhe ■— nach Einbringen des Kunststoffes-—kleiner als die mittlere freie Weglänge der Gasmoleküle in den anschließenden Räumen ist, verwenden. Bei solchen. Vakuumschleusen sind jegliche Dichtungsmittel entbehrlich.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich jedoch auch beliebige geformte Kunststoffkörper behandeln, da man die räumliche Geometrie der Entladung durch entsprechende Formgebung der Elektroden nach Wunsch wählen kann.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenhaftfähigkeit und -festigkeit von Kunststoffen für aufzubringende Schichten, beispielsweise Druckfarben, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff in ein Vakuum eingebracht und die Oberfläche der Einwirkung des Plasmas einer Niederdruckgasentladung ausgesetzt wird.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine selbständige Glimmentladung.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Bogenentladung.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Plasmas eine hochfrequente Wechselspannung dient.

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