DE1621950A1

DE1621950A1 - Verfahren zur Veredlung von Aluminiumfolien

Info

Publication number: DE1621950A1
Application number: DE19671621950
Authority: DE
Inventors: Theophil Walter
Original assignee: Alcan Folienwerke GmbH and Co KG
Current assignee: Alcan Folienwerke GmbH and Co KG
Priority date: 1967-05-18
Filing date: 1967-05-18
Publication date: 1971-09-09
Also published as: DE1621950C3; BE718444A; NL158716B; FR1576029A; DE1621950B2; NL6809431A

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GÜNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER

5 KOLN-LINDENTHAL PETER-KINTGEN-STRASSE 2

Köln, den 17.Mai 1967 Eg/ho

Firma Hueck & Buren KG., Lüdensoheid, Postfach ¹J

Verfahren zur Veredlung von Aluminiumfolien

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Haftfähigkeit für Lacke, Klebstoffe und Kunststoffbeschichtungen auf Aluminium zu verbessern. Viele der üblichen Klarlacke und pigmentierten Anstrichmittel zeigen ohne Vorbehandlung des Metalls eine ungenügende Haftfestig- |

keit. Zur Vorbereitung für die folgenden Anstriche wird die Oberfläche des Aluminiums daher sehr oft mit Grundierungen (Primer) versehen. Diese geben zwar eine gute mechanische Haftfestigkeit der nachfolgend aufgetragenen Schichten von Lacken oder Kunststoffen, Je- , doch hat sich gezeigt, dass bei Einwirkung aggressiver Stoffe oder auch nur von kaltem oder heissem Wasser der Lack oder Kunststoff-Film zusammen mit der Grundierung vom Metall abgelöst wird. Die Grundierungen werden meist in Form verdünnter Lösungen geeigneter Filmbildner aufgetragen. Bekannt sind hierfür Schellack, ein Passivierungshaftgrund (Wash-Primer) auf der Basis von Polyvinylbutyral mit Phosphorsäure und Zinkchromat, organische Titanver- ( bindungen, organische Siliciumverbindungen u.a. Ferner sind chemische Oberfläohenbehandlungen für Aluminium bekannt, wie z.B. die chemische oder anodische Oxydation, das Chromatieren oder Phosphatieren. Die verschrie denen chemischen und"elektro-chemischen Vorbehandlungsverfahren zur Erhöhung der Haftfestigkeit von Lack- und Farbschichten auf Aluminium benötigen jedoch durchweg viel Zeit und eine teure, aus mehreren Behandlungsbädern bestehende Einrichtung. Sie kommen deshalb aus wirtsehaft-

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lichen Gründen für die Herstellung von billigen Massengütern, wie Verpackungsmaterialien, kaum in Betracht. ■

Auch bei der Einbrennlack!erung von endlosen Metallbändern sind sehr grosse und kostspielige Anlagen notwendig, um im Durchlaufverfahren die notwendigen Verweilzeiten bei erhöhten Temperaturen zu erreichen. Eine ausreichende Verankerung des Lackfilmes auf der Metalloberfläche ist jedoch nur durch längere Temperatureinwirkung möglich und daher nicht mehr wirtschaft-1ich■durchführbar.

In der Praxis hat sich gezeigt, -dass bei den bisher üblichen ™ Veredlungsverfahren selten der Lackfilm, die Kunststoffschidi^oder der Klebstoff als solcher zerstört wurde, wenn die Folien sterilisiert werden oder mit aggressiven Stoffen in Berührung kommen, sondern dass sich die genannten Schichten unzerstort vom Aluminium ablösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diesen Nachteil zu beheben und eine Grundierung für Aluminiumfolien oder -Bänder zu schaffen, die den nachfolgend aufgebrachten Schichten eine sehr hohe Haftfestigkeit gegenüber mechanischer, thermischer und chemischer Beanspruchung verleiht. Erfindungsgemäss werden Aluminiumfolien oder -Bänder mit einem hitzebeständigen, insbesondere hitzehärtbaren Filmbildner ein- oder beidseitig sehr dünn überzogen und dann im aufgerollten Zustand erhitzt. Ss ist ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens, dass die Aluminiumfolien oder -Bänder in walzhartem Zustand mit dem hitzebestänäigen Filmbildner versehen werden können, so dass die Erhitzung in aufgerolltem Zustand mit der üblichen Rekristallisationsglühung verbunden werden kann. Es ist in der Regel auch nicht notwendig, vor dem Aufbringen der erfindungsgeraässen Grundie— rung, des sog. "Glüh-Frimers", die Walzöle von den walzharten -Folien zu entfernen.

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Für die Zwecke der Erfindung geeignete Metallfolien sind B'olien und Bänder aus reinem Aluminium und Legierungen des Aluminiums, insbesondere mit Magnesium oder Hangan, in Stärken von 0,007 bis 2 mm.

Der erfindungsgemässe Glühprimer besteht aus einem hitzebeständigen, insbesondere hitzehärtbaren, filmbildenden Kunststoff, der in Form einer Lösung in dünner Schicht auf die Folie aufgetragen wird, so dass nach Verdampfen des LösungsmittELs ein Film einer Schichtstärke '

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von 1 bis 500 mg/m entsprechend etwa 1 bis 500 nra zurückbleibt. Die ein- oder beidseitig mit dem Überzug versehene Aluminiumfolie wird dann zu Rollen gewickelt und bei Temperaturen von 100 bis 500⁰C, insbesondere 300 bis 400°C, weichgeglüht. Hierbei geht das Katerial des Filmbildners unter eventueller Vernetzung mit dem Metall eine feste Verbindung ein. Überraschenderweise verkleben die aufgerollten Folien selbst bei beidseitigem Auftrag nicht.

Die Filmbildner sollten bei den angegebenen Temperaturen nicht erweichen oder schmelzen, sondern sich möglichst mit steigender Temperatur unter Molekülvergrösserung zunehmend verfestigen. Solche wärmebeständigen Kunststoffe sind beispielsweise Polyimide, Polybenzimidazole und -thiazole, Polyimidazopyrrolone, aromatische PoIyäther-Thioätherimid-Sulfone, Polyphenylen, Poly-2,6-dimethylphenylenäther, Pol.y-2,6-diphenylphenylenäther, Polyesterimide, Polyamidimide, Polysiloxane, Polyphenyl entriazole, wie z.B. Poly-3,5-(m-p-pbenylen)-4-phenyl-1,2,4-triazol, hochhitzefeste Polymere mit organischen Phosphinsäuren, wie z.B. durch äquimolekulare Kondensation von tris-(Triäthyl-siloxi)-aluminium mit Methyl- und Vinylphosphinsäuren hergestellt werden, aromatische Polybenzoxazole, wie sie durch Schmelzpolymerisation von 3,5-Dihydro::ybenzidin mit den Phenylestern von Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure und 5-Chlorisophthalsäure erhalten werden, polymere Butyltitanate oder Phenoplaste.

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Besonders bewährt haben sich Polyimide, wie sie aus der USA-Patentschrift 3 179 βj54 bekannt sind, und die insbesondere aus Pyromellitsäure und 4,4-Diaminodiphenyläther hergestellt werden können.

Den hitzebeständigen, insbesondere hitzehärtbaren Filmbildnern können unschmelzbare anorganische Pigmente, wie z.B. Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd etc. oder lösliche metallorganische Verbindungen, wie Chelate oder fettsaure Salze des Aluminiums oder Titans zugesetzt werden, die beim Erhitzen die entsprechenden Metalloxyde ergeben. Der Zusatz an Pigmenten oder Füllstoffen zu den Filmbildnern darf jedoch nicht so hoch werden, dass dadurch die gewünschten Eigenschaften des Filmbildners nachteilig beeinflusst werden.

Die Filmbildner oder deren reaktive Vorstufen, die beim Erhitzen auf die erwähnten Temperaturen von 100 bis 500 C, insbesondere 300 bis 400°C, die haftfesten Grundierungen ergeben, werden in Form ihrer Lösungen in geeigneten Lösungsmitteln aufgetragen. Als Lösungsmittel eignen sich leicht- bis mittelflüchtige organische Flüssigkeiten, wie z.B. Alkohole, Ester, Ketone oder Dimethylformamid, u.U. auch Wasser. Die Filmbildner oder ihre Vorstufen können ausser in homogenen Lösungen auch in Form stabiler, insbesondere wässriger Emulsionen aufgetragen werden. Der Festkörpergehalt der verwendeten Lösungen beträgt vorzugsweise 0,5bis 10 Gew.%.

Für das Auftragen eignen sich grundsätzlich alle bekannten Verfahren, wie Tauchsi der Folie durch ein Bad und anschliessendes Abquetschen des überschüssigen Primers mit Gummiwalzen bei doppelseitigem Auftrag oder die Übertragung des Primers mittels Gummiwalzen oder gerasteter Metallwalzen auf die Folie bei einseitigem Auftrag. Auch das Aufsprühen der Lösungen mit Spritzpistolen ist möglich. Der Primer wird zweekmässig auf die walz-

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harte Folie, welcher gewöhnlieh noch geringe Mengen der verwendeten Walzöle anhaften, aufgetragen. Eine vorherige Säuberung der Folie zwecks Entfernung des Walzöles mit an sich bekannten Verfahren, z.B. der Wäsche mit organischen Lösungsmitteln oder wässrigen Laugen, ist möglich, bringt aber in der Regel keinen zusätzlichen Vorteil. Die Verdampfung des Lösungsmittels geschieht in an sich bekannter Weise mit Heissluft von 50 bis 250°C oder durch Führen der Folie über geheizte Trommeln von 100 bis 200°C. Da diese Trocknung nur ein physikalischer Vorgang ist, kann sie mit sehr hoher Vorzugsgeschwindigkeit von 50 bis 300 m/Min, durchgeführt werden, zumal nur sehr geringe Lösungsmittelmengen verdampft werden ' | müssen.

Die mit der sehr dünnen Schicht des Glüh-Primers ein- oder beidseitig überzogenen Aluminiumfolien oder Bänder werden dann aufgerollt und im aufgerollten Zustand der Üblichen Rekristallisationsglühung unterworfen. Bei dieser, Glühung wird der aufgebrachte Film durch chemisch-physikalische Vorgänge meist unter gleichzeitiger" Vernetzung in einen unlöslichen und unschmelzbaren Zustand überführt und zugleich ausserordentlich fest mit der Metalloberfläche verbunden. Der Glüh-Prozess erfordert keine Abwandlung der üblichen Bedingungen. Die Temperaturen liegen insbesondere bei JOO bis 400°C, (

die Glühzeit beträgt einige Stunden, z.B. 8 bis 36 Stunden.

Die mit der erfindungsgemässen Grundierung versehenen Aluminiumfolien oder Bänder haben eine sehr hohe Haftfestigkeit für die nachfolgend aufgebrachten Schichten aus/Klebstoff und Lacken, Kurribstoffdispersionen oder Schmelzen gegenüber mechanischer, therraisder oder chemischer Beanspruchung. Sie können in bekannter Weise weiter verarbeitet werden, z. B. durch

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Lackieren mit physikalisch oder chemisch trocknenden Lacken üblicher Zusammensetzung, durch Bedrucken nach üblichen Druckverfahren, hauptsächlich Befdruck oder Flexodruck, durch Beschichten mit Kunststoffen aus der Schmelze, wie z.B. Polyäthylen oder Polypropylen, durch Beschichten mit Organosolen und Piastisolen oder wässrigen Kunststoffdispersionen, insbesondere auf Basis von Polyvinylchlorid, oder durch Kaschieren mit Papier oder Kunststoffolien unter Verwendung wässriger Klebstoffe für Papier oder Lösemittelkleber für Kunststoffolien. Die genannten Verfahren sind all gem ein bekannt, ergeben aber mit der erfindungsgemässen Vorbehandlung besonders gute Ergebnisse in Bezug auf die Haftfestigkeit und Beständigkeit gegenüber aggressiven Substanzen.

Beispiel

Ein walzhartes, 0,10 mm dickes Band aus Aluminium mit einem Reinheitsgrad von 98*6 % wurde mit einer Vorzugsgeschwindigkeit von 100 m/Min, durch eine Primer-Lösung der folgenden Zusammensetzung getaucht:

4 kg einer Polyamidsäure aus äquimolekularen Mengen Pyromellithsäuredianhydrid und
4,4'-Diaminodiphenyläther
10 kg Dimethylformamid
86 kg Methyläthylketon.

Beim Tauchen wurde der Primer beidseitig aufgetragen und der Überschuss mit zwei Gummiwalzen abgequetscht. Das Lösungsmittel wurde durch beidseitiges Aufblasen von Heissluft von 170⁰C kurz hinter der Auftragseinrichtung verdampft. Auf dem Aluminiumband verblieb danach ein Primer-Film auf beiden Seiten zusammen von 0,06 g/qm, das entspricht einem Nassauftrag von 1,5 g/qm zusammen für beide Seiten. Das Band wurde nach dem Aufwickeln 12 Stunden im Ofen bei 320°C geglüht und liess sich nach dem Abkühlen ohne Schwierigkeiten abwickeln. 109837/1169

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Zur Weiterverarbeitung- wurde das Band auf einer Seite mit 4 g/qm (trocken), eines normalen Nitrozellulose-Lackes überzogen und auf der, anderen Seite mit einer Polypropylenfolie von 0,P50 mm Dicke in üblicher Kaschierqualität mit einem handelsüblichen Zwei-Komponenten-Klebstoff auf Polyurethan-Basis kaschiert, wobei 5 g/qm Klebstoff (trocken) aufgetragen wurde.

Die Schälfestigkeit der auf kaschierten Pc%propylenf olie betrug nach dem Aushärten des. Klebstoffs 16OO p/15 mm. Auf einem Band ohne Glühprimer betrug die Schälfestigkeit unter sonst gleichen Bedingungen 900 p/15 mm.

Aus dem lackierten und kaschierten Band wurden im Tiefziehverfahren Schälchen hergestellt und bei 121°C 1 Stunde in einem Heisswasser-Autoklaven sterilisiert, ohne dass die Schälchen irgendeine Veränderung erkennen liessen. Bei Vergleichs-Schälchen, welche lediglich ohne den Glüh-Primer hergestellt worden waren, hatte sich beim Sterilisieren sowohl der Lack,als auch die Polypropylenfolie zusammen mit dem Klebstoff an den Rändern des Schälchens abgelöst.

Einige der tiefgezogenen Schälchen wurden bei Raumtemperatur in Or-angensaft gelagert. Bei den ohne Glüh-Primer gefertigten Schälchen war nach 2 Wochen sowohl der Lack als auch die Polypropylenfolie mit Klebstoff weitgehend abgelöst, während die erfindungsgemäss behandelten Schälchen noch nach 5 Monaten keine Einwirkung erkennen liessen.

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Claims

Patentansprüche 1 6 L 1 9 5

1. Verfahren zur Veredlung von Aluminiumfolien oder -Bändern mit verbesserter Haftfestigkeit für Lacke* Klebstoffe und Kunststoffbeschichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien oder Bänder mit einem hitzebeständigen, insbesondere hitzehärtbaren Filmbildner ein- oder beidseitig sehr dünn überzogen und in aufgerolltem Zustand erhitzt werden.

^

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumfolien oder -bänder in walzhartem Zustand mit dem hitzebeständigen Filmbildner überzogen werden und dass die Erhitzung in aufgerolltem Zustand mit der üblichen Rekristallisationsgluhung verbunden wird.

3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtstärke des Überzugs der FiIm-

bildner 1 bis 500 mg/m beträgt. k . Verfahren nach Ansprüchen 1 Ms 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung bei Temperaturen von 100 bis 500⁰C
geführt wird.

100 bis 500⁰C, insbesondere 300 bis 400°C, durch-

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