DE1236904B - Verfahren zur Verbesserung der Haftfestigkeit von hochmolekularen organischen Stoffen auf Metalloberflaechen - Google Patents

Description

^BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

JfcEUfSCHES

PATENTAMT

Al 1ST,RGRSCHRIFT

Int. CL:

C23g

Deutsche KL: 48 al- 5/00

Nummer: 1236904

Aktenzeichen: R 37966 VI b,

Anmeldetag: 26. Mai 1964

Auslegetag: 16. März 1967

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Haftfestigkeit von hochmolekularen organischen Stoffen auf Metalloberflächen, insbesondere aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

Bisher wurden zur Erhöhung der Hafteigenschaften vielfach chemische Haftvermittler benutzt, deren Anwendung indessen nicht nur erheblichen Aufwand verursachte, sondern in der Regel auch einen zusätzlichen Arbeitsgang zur Folge hatte. Außerdem bietet die Aufbringung von Haftvermittlern oft zuwenig Sicherheit in den Fällen, in denen an die geforderte Haftfestigkeit hohe Ansprüche gestellt werden, z. B. durch gesteigerte thermische, mechanische oder chemische Beeinflussungen. Außerdem erleidet die Wirksamkeit chemischer Haftvermittler zumeist erhebliche Einbußen, z. B. wenn bei durch Glühen entfetteten Metalloberflächen die Entfettung nicht vollständig ist oder sich sonstige Verunreinigungen auf der Metalloberfläche befinden.

Derartige Schwierigkeiten lassen sich nach weiteren bekannten Arbeitsweisen ebenfalls nicht vermeiden, gemäß denen eine Entzunderung von insbesondere Stahloberflächen durch schockartiges Erhitzen entweder in einem vorerhitzten Ofen oder auf induktivem Wege geschieht. Das gleiche gilt hinsichtlich der Erhitzung von Metalloberflächen mit Hilfe von Infrarotstrahlen, durch die eine Entfettung herbeigeführt werden soll.

Erfindungsgemäß werden die geschilderten Mängel bei einem wie eingangs erläuterten Verfahren dadurch vermieden, daß die in bekannter Weise gereinigten, insbesondere durch Glühen entfetteten Metallgegenstände als Gegenpol zu einer oder mehreren Elektroden geschaltet und der Entladung eines hochfrequenten, hochgespannten Wechselfeldes ausgesetzt werden.

Versuche haben ergeben, daß auf diese Weise eine hervorragende. Haftfestigkeit zwischen den orgaaischen Stoffen und denMetalloberöächea erzielbar ist, die sich in vieler Hinsicht vorteilhaft auswirkt; z. B. lassen sich auf Grund des erheblich gesteigertes Haftvermögens der Oberfläche beim Beschichten von z. B. Aluminiumfolien mit Polyolefinen an Exlrusionsmasc-hinen haftfeste Verbindungen zwischen speziellen, normalerweise schlecht an Aluminium haftenden Polyolefinen, und der Alumimumoberftäche ermöglichen, bzw. es lassen sich wesentlich höbexe Arbeitsgeschwindigkeiten als bisher möglich erzielen.

Außerdem wird erfmdungsgemäß der weitere Vorzug erreicht, daß z. B. bei Hochdrackpolyälhylen-Extrusioüsbeschichtungen mit wesentlich niedrigeren Temperaturen in dec Breitschlitzdüse gearbeitet wer-

Verfahren zur Verbesserung der Haftfestigkeit
von hochmolekularen organischen Stoffen auf
Metalloberflächen

Anmelder:

Rheinische Blattmetaö Aktiengesellschaft,

Grevenbroich, Kölner Landstraße

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Heinrich Bauer, Grevenbroich;

Dr. rer. nat. Hans Römgens,

Mönchengladbach;

Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Sontag,

Dr. Franz Zeppelzauer, Grevenbroich

den kann. Bei Versuchen ließ sich beispielsweise die Extrusionstemperatur bestimmter Polyäthylentypen um 20 bis 30° C unter die normalerweise erforderliehe Temperatur senken, ohne daß die Haftfestigkeit auf der Metalloberfläche unter die erforderlichen Werte sank.

Durch die geringere Hitzebelastung bleibt die Polyäthylenschicht wesentlich geruchfreier, was besonders im Hinblick auf die Verwendungsmöglichkeit der auf diese Art beschichteten Aluminiumfolie als Packstoff in der Lebensmittelindustrie von größter Wichtigkeit ist.

Von wesentlicher Bedeutung ist es oft, daß die bisher bestehende Notwendigkeit der Benutzung von Haftvermittlern zwecks Steigerung der Haftfestigkeit erfindungsgemäß entfallen kann. Entschließt man sich aber doch zur Benutzung von Haftvermittlern oder z. B. beim Aluminium zu bekannten Vorbehandlungsmethoden, wie Eloxieren usw., so bringt das erfindungsgeroäße Verfahren den Vorteil, daß diese herkömmlichen Verfahren in ihrer haftvermittelnden Wirkung verbessert werden, d. h. durch Kombination beider Verfahren läßt sich eine bisher nicht erreichbar hohe Haftung erzielen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein hochfrequentes Wechselfeld mit tiaaei Spannung von mehr als 50 000 V_r vorzugsweise 4QQ 000 bis 600000 V, und einer Frequenz von 25 bis 75 kHz; und mehr angewendet. Dadurch wird der ßrfindvuigsgeiiiäß angestrebte Effekt mit größter Sicherheit erzielt

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Claims (8)

1. 3 4

   Für die praktische Ausführung des Verfahrens weiteren Oberflächenveredlung (Lackieren, Beschich-

   gemäß Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwie- ten, Kaschieren, Bedrucken) vornehmen oder auch

   sen, daß das hochgespannte Wechselfeld über eine zeitlich und/oder örtlich unabhängig vor der weiteren

   feststehende oder vorzugsweise über eine als um- Oberflächenveredlung durchführen,

   laufende Walze ausgebildete Elektrode zur Einwir- 5 .... . .

   kung gebracht wird. Die Elektroden werden zweck- Ausfuhrungsbeispiele

   mäßig mit speziellen Isoliermaterialien an der Be- 1. Wird eine weichgeglühte Aluminiumfolie von

   handlungsseite versehen. 0,015 mm Dicke und 1000 mm Breite ohne vorher-

   Die vorstehend erwähnte Ausbildung der Elek- gehende chemische oder andersgeartete Oberflächentrode als Walze hat den Vorteil, daß eine linien- io behandlung auf einer Extrusionsmaschine mit Hochförmige Entladung über die ganze Materialbreite druckpolyäthylen beschichtet, so erweist sich ab erzeugt werden kann, wobei der Ort der Entladung einer Arbeitsgeschwindigkeit von 30 m/min aufwärts auf der Walze bei deren Rotation dauernd verändert die Haftung zwischen Aluminiumoberfläche und wird. Hierdurch ist die Gefahr ausgeschlossen, daß Polyäthylen bei einer Polyäthylentemperatur in der die Behandlungswalze unzweckmäßig erwärmt oder 15 Breitschlitzdüse von etwa 280° C bereits als unzuörtlich überhitzt wird. Außerdem besteht die Mög- reichend. Bei Vornahme einer erfindungsgemäßen lichkeit, die Walze notfalls zu kühlen. Zweckmäßig elektrischen Vorbehandlung jedoch (600 000 V, erfolgt die Anbringung der Walze in gut isolierenden 50 kHz) im Abstand von etwa 1 m vor der Extruder-Lagern, um Spannungsverluste zu vermeiden. düse ist die Haftung so gut, daß man die Hochdruck-

   Die zwischen der Elektrode und der Metallbahn 20 polyäthylenschicht von 0,050 mm Dicke, selbst wenn einzuhaltende Spaltbreite hängt weniger von der sie bei einer Arbeitsgeschwindigkeit von 60 m/min Leitfähigkeit des Dielektrikums im Spalt als von der und mehr aufgebracht wird, nicht mehr von der Alu-Höhe der angelegten Spannung ab. Als Dielektrikum miniumfolie lösen kann, ohne den Polyäthylenfilm zu im Spalt wirkt im wesentlichen Luft, deren Sauer- zerreißen. Der Abstand zwischen Walzenelektrode Stoffanteil wie bekannt unter dem Einfluß der ein- 35 und Aluminiumoberfläche beträgt dabei vorteilhaft wirkenden elektrischen Energien zur Ozonbildung 1,2 mm.

   angeregt wird. Die Spaltbreite beträgt in der Regel Bei dieser Versuchsanordnung wurde ein Gerät

   0,5 bis 3 mm. der Deutschen Vetaphone GmbH, Hamburg, des

   Da der erreichbare Hafteffekt von der Art des Typs T 300/3 eingesetzt.

   Metalls bzw. der Legierungszusammensetzung ab- 3° 2. Bei einem weiteren Versuch wird ein weichhängig ist, ist es in manchen Fällen zweckmäßig, die geglühtes Aluminiumband von 0,050 mm Dicke und erfindungsgemäße Behandlung wiederholt vorzuneh- 800 mm Breite ohne vorhergehende chemische oder men, ζ. B. in der Weise, daß, wie erwähnt, mehrere andersgeartete Oberflächenbehandlung bei einer Elektroden hintereinander angeordnet werden, d. h., Arbeitsgeschwindigkeit von 25 m/min dem erfindaß die zu behandelnde Metalloberfläche hinterein- 35 dungsgemäßen elektrischen Behandlungsverfahren ander der Einwirkung mehrerer Wechselfelder aus- unterworfen. Die elektrischen Bedingungen entgesetzt wird. In gleicher Weise kann durch mehrere sprechen den im Beispiel 1 angegebenen Daten. Die hintereinander angeordnete Elektroden die Durch- Rolle wird nach 15tägiger Lagerung auf einer Extrulaufgeschwindigkeit wesentlich erhöht werden. sionsmaschine mit Hochdruckpolyäthylen beschich-

   Die erfindungsgemäße Behandlung wird vorteilhaft 40 tet. Polyäthylentemperatur in der Breitschlitzdüse:

   an langen Metallbahnen (Rollen) bzw. Halbzeugen 200° C; Polyäthylenschichtdicke: 70 g/qm.

   in Fertigungslängen vorgenommen, weil sich auf diese Die mit Hilfe dieser Arbeitsweise erreichte Haf-

   Art eine möglichst kontinuierliche Arbeitsweise tung kann auch hier gegenüber dem bekannten Stand

   durchführen läßt. Bei Formatblechen z. B. erfolgt sie der Technik erheblich verbessert werden,

   entweder intermittierend, oder der Vorschub der 45 3. Ein zwischenhartes Aluminiumband von 0,2 mm

   Formatbleche wird so fließend gesteuert, daß nur Dicke und 600 mm Breite wird ohne herkömmliche

   kleine Abstände zwischen den einzelnen Blech- Oberflächenvorbehandlung auf einer Einbrenn-

   formaten auftreten und die Behandlungselektrode lackiermaschine mit einem für solche Zwecke üb-

   deshalb ständig unter Spannung bleiben kann. Zweck- liehen Lack versehen (Walzenauftrag). Arbeitsge-

   mäßig bestehen die in der unmittelbaren Nähe der 5° schwindigkeit 5 m/min; Einbrenntemperatur: 230° C;

   Behandlungselektrode ober- und unterhalb der Lackfilmdicke: 5 g/qm.

   Formatbleche zum Zweck der präzisen Bahnführung Bei herkömmlicher Arbeitsweise ist die Lacknotwendigen Führungswalzen aus nichtleitenden haftung für höchste Ansprüche nicht ausreichend. Materialien, z. B. Gummi od. ä., um Überschläge Nach Einsatz der erfindungsgemäßen elektrischen neben der zu behandelnden Metallbahn zu vermei- 55 Oberflächenbehandlung (Betriebsbedingungen und den. Wird die angelegte Spannung hoch genug ge- elektrische Daten wie unter 1., jedoch bei einem wählt, so läßt sich ohne merkliche Beeinflussung des Abstand der Behandlungselektrode von 1,5 m vom späteren Hafteffektes oder andere Nachteile die Lackierwerk) erweist sich die Haftung der Lack-Breite der zu behandelnden Bleche beliebig variieren. schicht auf der Aluminiumoberfläche als so gut, daß

   Das Verfahren läßt sich, wie bereits erwähnt, auch 60 selbst schwierige Verformungen durch Tiefziehen

   bei Halbzeugen, insbesondere bei Rohren, anwenden. ausgeführt werden können, ohne daß die Haftung

   Hier ist die Form der Elektrode genau der zu be- der Lackschicht auf dem Aluminium überbeansprucht

   handelnden Metalloberfläche anzupassen. wird.

   In vielen Fällen ist es von Vorteil, wenn eine zu Patentansprüchebehandelnde Metallbahn gleichzeitig auf beiden 65

   Seiten einem oder mehreren Wechselfeldern ausge- 1. Verfahren zur Verbesserung der Haftfestig-

   setzt wird. Auch kann man die Behandlung der keit von hochmolekularen organischen Stoffen

   Metalloberfläche im Wechselfeld unmittelbar vor der auf Metalloberflächen, insbesondere aus Alumi-

   nium oder Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die in bekannter Weise gereinigten, insbesondere durch Glühen entfetteten Metallgegenstände als Gegenpol zu einer oder mehreren Elektroden geschaltet und der Entladung eines hochfrequenten, hochgespannten Wechselfeldes ausgesetzt werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein hochfrequentes Wechselfeld mit einer Spannung von mehr als 50000V, vorzugsweise zwischen 400000 und 600000 V, und einer Frequenz von 25 bis 75 kHz und mehr angewendet wird.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hochgespannte Wechselfeld über eine feststehende oder vorzugsweise über eine als umlaufende Walze ausgebildete Elektrode zur Einwirkung gebracht wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Elektrodenwalze gekühlt wird.
5. 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnde Metalloberfläche hintereinander der Einwirkung mehrerer Wechselfelder ausgesetzt wird.
6. 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu behandelnde Metallbahn gleichzeitig auf beiden Seiten einem oder mehreren Wechselfeldern ausgesetzt wird.
7. 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Metalloberfläche im Wechselfeld unmittelbar vor der weiteren Oberflächenveredlung (Lackieren, Beschichten, Kaschieren, Bedrucken) vorgenommen wird.
8. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung der Metalloberfläche im Wechselfeld zeitlich und/ oder örtlich unabhängig vor der weiteren Oberflächenveredlung vorgenommen wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   USA.-Patentschrift Nr. 2425134;
   W. Machu, »Oberflächenvorbehandlung von ao Eisen- und Nichteisenmetallen«, 1957, S. 222/223;

   Chemisches Zentralblatt, 1952, S. 4525, Homer Kincaid, »Entzundern von Stahl durch induktives Erhitzen«;

   Chemisches Zentralblatt, 1937/1, S. 1271, A. H. Stevens, »Behandlung von Metalloberflächen«.