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Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung der Oberflächen von Polyäthylenkörpern
Folien und Formkörper aus Polyäthylen haben bekanntlich sehr glatte Oberflächen,
an denen Druckfarben, Farbstoffe, Klebstoffe und andere darauf aufzubringende Stoffe
schlecht haften. Dies führt dazu, daß sich z. B. Druckfarben von bedruckten Polyäthylenoberflächen
leicht abreiben lassen und Bindemittel, mit deren Hilfe Polyäthylenflächen mit anderen
Oberflächen verbunden werden sollen, sich leicht von der Polyäthylenfläche ablösen.
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Es ist bereits bekannt, das Haftvermögen von Polyäthylenoberflächen
und damit deren Aufnahmefähigkeit für Druckfarben und Klebstoffe zu erhöhen, indem
man die Polyäthylenoberflächen der Einwirkung von elektrischen Entladungen aussetzt.
Nach anderen bekannten Verfahren zur Erzielung der gleichen Wirkung wird die Polyäthylenoberfläche
mit ionisierender Strahlung behandelt.
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Nun ist es aber bei der Behandlung im elektrostatischen Feld zur
Erzielung der gewünschten Haftfähigkeit der Oberfläche erforderlich, so hohe Entladungsspannungen
anzuwenden, daß es häufig zu Spnihentladungen (sogenannten Koronaentladungen) kommt,
die immer von Ozonbildung begleitet sind.
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Dieses Ozon hat eine stark oxydierende Wirkung und kann zur Schädigung
der Oberfläche des Polyäthylens führen. Außerdem bildet sich in Gegenwart von Feuchtigkeit
durch Einwirkung von Ozon aus der Luft salpetrige Säure, die bei der Behandlung
auf die Einrichtung stark korrodierend wirken kann. Ferner kann Ozon schädlich für
die Atmungsorgane sein.
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Es wurde nun ein Verfahren zur Behandlung der Oberflächen von Polyäthylenkörpern
zur Verbesserung der Haftfähigkeit gefunden, wobei die zu behandelnde Oberfläche
in einer zwischen zwei im Abstand voneinander angeordneten Elektroden befindlichen
Gasatmosphäre einer elektrischen Entladung ausgesetzt wird mit dem Kennzeichen,
daß die Gasatmosphäre unabhängig von dieser elektrischen Entladung durch eine äußere
Ionisationsquelle in an sich bekannter Weise ionisiert wird.
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Die Ionisierung der Gasatmosphäre kann auf verschiedene Weise, z.
B. durch Einwirkung einer Flamme, durch Bestrahlung mit ultravioletten Strahlen
oder durch Einwirkung von Röntgenstrahlen oder radioaktiver Strahlung, erfolgen.
Hierdurch wird erreicht, daß die für die elektrische Entladung erforderliche Spannung
niedriger gehalten werden kann; denn das Energiepotential, welches zur Ionisation
der zwischen den Elektroden befindlichen Luft erforderlich ist, braucht in diesem
Falle nicht durch die elektrische Vorrichtung bereitgestellt zu werden, da es durch
eine äußere Ionisationsenergiequelle ersetzt
wird, wobei bei dem geringeren Energieniveau
Dauerbetrieb ermöglicht wird. So dienen nun z. B. die ionisierten Verbrennungsprodukte
oder die durch Ultraviolettstrahlung bewirkte Ionisation dazu, das Elektrodensystem
zu entlasten, damit dieses nicht mehr die Ionisation zu erzeugen braucht, die die
Voraussetzung für den Elektronenfluß ist.
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Andererseits kann aber auch durch die Kombination von elektrischer
Entladung und gesonderter Ionisierung der Gasatmosphäre die Entladungsspannung beträchtlich
erhöht werden, ohne daß eine Koronaentladung auftritt und Ozon gebildet wird.
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Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare
Vorrichtung ist schematisch in Fig. 1 dargestellt.
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Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht eine Drahtnetzelektrode,
die in Verbindung mit einer Stützwalze zur Anwendung kommt.
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Bei der in den Figuren dargestellten Vorrichtung wird ein von der
Rolle 52 abgezogener und zunächst über die Umlenkrolle 53 geführter Polyäthylenfilm
51 um die Stützwalze 50 herumgeführt und auf die Rolle 54 aufgewickelt. Nicht dargestellte
Antriebsvorrichtungen setzen die Stützwalze 50 in Umdrehung.
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Der Gasbrenner richtet ein vorzugsweise kontinuierliches Flammenband
56 gegen die Abschirmung 57.
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Diese Abschirmung lenkt gegen die Außenfläche des Films 51 ionisierte
Verbrennungsprodukte, die den Spalt zwischen der äußeren Oberfläche des Films und
der Drahtnetzelektrode 58 füllen. Gegebenenfalls können mehrere Elektroden 58 verwendet
werden.
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Die Verwendung einer offenen Drahtnetzelektrode besitzt den Vorteil,
ionisierte Verbrennungsprodukte sowohl durch die Elektrode selbst als auch durch
den Kanal zwischen der Elektrode und der Stützrolle streichen zu lassen. Drahtnetzelektroden
bieten den weiteren Vorteil, daß sie die Anwendung einer niedrigeren Spannung ermöglichen.
Gewünschtenfalls können aber auch massive Elektroden verwendet werden, und durch
eine derartige Anordnung wird erreicht, daß die ionisierten Verbrennungspodukte
zwischen dem von der Stützwalze getragenen Film und der Elektrode eingeschlossen
bleiben. Die aus Metall oder einem anderen leitenden Werkstoff bestehende Stützwalze
50 ist mit einem dielektrischen Film 59, z. B. einem Polyäthylen-, Polystyrol- oder
Glasfilm, versehen. Die ionisierten Verbrennungsprodukte erzeugen für den Elektronenfluß
zwischen den Drahtnetzelektroden 58 und dem Film 51 einen ionisierten Pfad, und
es treten bei der erforderlichen Behandlungsspannung keine Koronaentladungen auf.
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Statt ionisierte Verbrennungsprodukte zu verwenden, können llltraviolettlampen
oder andere geeignete ultraviolette Strahlungsquellen 60 für die Ionisation der
zwischen den Elektroden und dem auf der Stützwalze 50 aufliegenden Film befindlichen
Luft verwendet werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, sind die Lampen derart angeordnet,
daß ihre Ultraviolettstrahlung durch die Zwischenräume zwischen den Elektroden und
durch die öffnungen des Drahtgitters der Elektroden hindurchdrmgt und hierbei die
zwischen den Elektroden und der Stützwalze befindlichen Gasteilchen ionisiert. Gewünschtenfalls
können die Ultraviolettlampen gleichzeitig mit der Brennereinrichtung oder aber
auch als vollkommener Ersatz für die Flammenbehandlung verwendet werden. Es wurde
gefunden, daß durch Anwendung der Flamme und deren ionisierter Verbrennungsprodukte
ohne Zuhilfenahme von Ultraviolettstrahlung sehr zufriedenstellende Egebnisse erzielt
werden können, daß aber auch die Ultraviolettbestrahlung allein zur Erzielung der
gewünschten Ionisation ausreicht. Im Rahmen der Erfindung können auch andere Vorrichtungen
zur Ionisation der zwischen den Elektroden und der Stützwalze befindlichen Luft
Verwendung finden. So können beispielsweise weiche Röntgenstrahlen zu diesem Zweck
verwendet werden.
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Koronaentladungen und damit die Bildung von Ozon können auch durch
Anwendung hoher Frequenzen bei der Entladungsbehandlung vermieden werden, weil dadurch
eine Erniedrigung der Spannung ermöglicht wird. So kann z. B. bei Frequenzen von
3,8 Megahertz eine wirksame Behandlung des Polyäthylenfilms erzielt werden, wobei
durch die gleichzeitig erniedrigte Spannung Koronaentladungen und Ozonbildung vermieden
werden. Für die Erzeugung solcher Frequenzen kann mit besonderem Vorteil ein elektronisches
Gerät oder eine Tesla-Spule Verwendung finden. Hohe Frequenzen besitzen den Vorteil,
den notwendigen ungesättigten Zustand der Moleküle an der behandelten Oberfläche
zu erzeugen, ohne hohe Spannungen anwenden zu müssen.
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Die höheren Frequenzen können entweder durch einen Elektronenröhrengenerator
oder durch einen
Transformator für Niederfrequenz, welcher über eine Tesla-Spule
betieben wird, erzeugt werden, wobei durch geeignete elektrische Filter oder Drosseln
die niederen Frequenzen, die die Hauptursache für das Auftreten von Koronaentladungen
sind, ausgesiebt werden.
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Gegebenenfalls kann die Ionisation der Gasatmosphäre, in der sich
das Polyäthylen bei der Behandlung in der elektrischen Entladungszone befindet,
durch die Strahlung einer radioaktiven Substanz bewirkt werden. So kann z. B. die
Drahtnetzelektrode aus radioaktivem Kobalt bestehen, in welchem Falle diese Elektrode
selbst die Ionisation des Behandlungsgases herbeiführt.
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Beispiel A. Vergleichsversuch Mit Hilfe der Vorrichtung gemäß Fig.
1 und 2 wird eine 0,0127 mm dicke und 61 cm breite Polyäthylenfolie mit einer Geschwindigkeit
von 45,7 m/Min. behandelt, um die größtmögliche Haftfestigkeit von Druckfarbe zu
erzielen. An die Elektrode wird eine Wechsel stromspannung von 12000 Volt angelegt,
die von einem Wechselstromgenerator mit einer Frequenz von 1 Megahertz geliefert
wird. Die Stromstärke beträgt 1 HF-Ampere. Beim Abwickeln weist die behandelte Folie
eine sehr hohe elektrostatische Ladung auf, und in der aufgewickelten Rolle der
Folie sind erhebliche Falten bemerkbar. Wenn die Rolle zum Zweck des Bedruckens
abgewickelt wird, verhindern die Falten und die elektrostatische Ladung ein glattes
Abwickeln.
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B. Arbeitsweise gemäß der Erfindung Dieser Versuch wird mit der gleichen
Vorrichtung und unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wie der Versuch A, jedoch
unter Verwendung einer Anzahl von Flammen, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind. Hierbei
werden die Verbrennungsprodukte der Flammen in den elektrischen Entladungsspalt
geleitet, so daß die Gase in dem Spalt ionisiert werden. Die so behandelte Rolle
weist in aufgewickeltem Zustand keinerlei Falten und nur eine niedrige elektrostatische
Ladung auf. Bei der Zuführung zur Druckvorrichtung läßt sie sich glatt abwickeln.