DE1790220C3

DE1790220C3 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Oberflächen mit elektrisch leitendem, halb- oder nichtleitendem Material

Info

Publication number: DE1790220C3
Application number: DE1790220A
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Chem. Dr. Busch; Heinz Dr. Kraemer; Erwin Dr. 6201 Auringen Lind; Dieter Dr. 6200 Wiesbaden Messner
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1968-09-30
Filing date: 1968-09-30
Publication date: 1978-12-07
Also published as: BE739548A; GB1278432A; DE1790220A1; CH522439A; FR2019208A1; DE1790220B2; SE365984B; NL6914263A; US3697303A; AT301721B

Description

erreicht Das Verfahren funktioniert auch nur, wenn der spezifische Widerstand der Emulsion kleiner als 10¹⁰ Ohm · cm ist

Ferner ist der Einsatz von Coroi;aentladungen bekannt (DE-AS 12 34 389), wodurch die Oberflächeneigenschaften von Folien aus Polycarbonaten modifiziert werden könnea Ein solches Verfahren kann aber zum elektrostatischen Entladen, Aufladen und Beschichten von Oberflächen mit elektrisch leitendem, halb- oder nichtleitendem Material nicht eingesetzt werden, allein schon deshalb nicht weil die Corona direkt gegenüber einer geerdeten Walze angeordnet ist so daß eine Entladung nicht möglich ist

Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Beschichtung einer Materialoberfläche zu entwickeln, das die beschriebenen Nachteile vermeidet und eine breite Anwendungsmöglichkeit für eine elektrisch leitende, halb- oder nichtleitende Substanz als Beschichtungsmaterial und für hochisolierendes wie auch nichtisolierendes Trägermaterial unter vereinfachten Verfahrensbedingungen bietet

Die Aufgabe wird durch das vorliegende Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man entweder hochisolierendes oder hochisoliert gelagertes Trägermaterial definiert entlädt und anschließend, im engen Kontakt mit einer elektrisch leitenden Unterlage, die Materialoberfläche mittels Gleichspannungscorona homogen auflädt und mit der in einer isolierenden Flüssigkeit dispergierten Substanz in einem Bereich homogener Feldverteilung beschichtet. Das hochisolierende Trägermaterial oder die Isolation besitzt dabei einen Oberflächenwiderstand (gemessen nach DIN 53 482) von>10¹² Ohm. Das Verfahren kann dabei diskontinuierlich, beispielsweise mit plattenförmigem Material, im Taktverfahren oder aber vollkontinuierlich, beispielsweise mit von Rollen ablaufenden Folienbahnen durchgeführt werden. Die Taktzeiten bzw. die Abzugsgeschwindigkeiten der Bahnen sind von den erforderlichen Entladungszeiten, von der entsprechend der gewünschten Schichtstärke einzustellenden Aufladungsintensität (Zeit χ Stärke der Corona) sowie weitgehend von der Konzentration des Beschichtungsmittels abhängig.

Die Aufladung kann im Falle des hochisolierenden oder hochisoliert gelagerten Materials auch so erfolgen, daß lediglich bestimmte Bereiche der Trägermaterialoberfläche homogen aufgeladen werden. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß man vor der Aufladung eine Maske, die bestimmte Aussparungen, beispielsweise in Form von figürlichen Darstellungen, Schriftzeichen und ähnlichem, enthält, über das Trägermaterial legt So erhält man beispielsweise bei Verwendung einer Maske mit streifenförmigen Aussparungen eine streifenförmige Aufladung und damit eine streifenförmige Beschichtung. Dies ist schematisch in Abbildung 2 angedeutet.

Als Beschichtungsmaterialien kommen in isolierenden Flüssigkeiten dispergierte Substanzen in Frage, welche sowohl elektrisch leitende Pigmente wie Ruß, Graphit oder Metallpigmente als auch elektrisch halb- oder nichtleitende Substanzen wie Metalloxide, Farbpigmente oder dergleichen sein können.

Als zu beschichtende hochisolierende Trägermaterialien kommen alle flächigen Gebilde wie Folien, Platten oder dergleichen der verschiedensten Materialien in Betracht. Bevorzugt werden Folien aus Kunststoffen wie Polyester, Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyamid, Polycarbonat, deren Copolymeren oder deren Polymerisatmischungen oder-aus Cellulosederivaten sowie aus den genannten Kunststoffen hergestellte Verbundfolien oder mit Lacküberzügen versehene Folien verwendet Es werden auch flächige Gebilde aus Materialien mit einem Oberfiächenwiderstand von unier 10¹² Ohm nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschichtet sofern hochisolierte Lagerung gewährleistet ist Solche Materialien sind beispielsweise Zellglas, Papier, Glas oder Metall.

Als isolierende Flüssigkeit sind solche geeignet, die einen spezifischen Widerstand von 10¹⁰ Ohm · cm besitzen.

Es werden zum Beispiel niedrigviskose Mineralöle, halogenierte Kohlenwasserstoffe, cyclische aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder deren Mischungen miteinander verwendet Bevorzugt werden flüssige hochsiedende aliphatische Kohlenwasserstoffe eingesetzt.

Die Entladung des Trägermaterials wird mit Luft

ionisierenden Mitteln wie beispielsweise radioaktiven Isotopen, etwa PoIonium-210, vorgenommen. Bevorzugt wendet man hierzu jedoch eine Wechselspannungscorona an.
Die Erfindung beruht auf der Eigenschaft hochisolie-

render oder hochisoliert gelagerter flächiger Materialien, oberflächlich aufgebrachte elektrostatische Ladungen über längere Zeit zu halten. Beim Eintauchen des aufgeladenen Trägermaterials in ein Beschichtungsbad hohen elektrischen Widerstandes werden die in diesem befindlichen dispergierten Partikel, die eine Aufladung entgegengesetzter Polarität tragen, von dem zu beschichtenden Material gezogen und auf dessen Oberfläche niedergeschlagen. Dadurch entsteht auf. dem Trägermaterial eine Schicht deren Dicke im wesentlichen von der Aufladehöhe des Trägermaterials abhängt. Die ursprünglich vorhandene Ladungsverteilung auf dem Trägermaterial spiegelt sich in einer entsprechenden Dickenverteilung der niedergeschlagenen Schicht wieder.

Insbesondere läßt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gleichmäßige Schicht hoher Dickenkonstanz dadurch erzeugen, daß das zu beschichtende Material mit einer homogenen Oberflächenladung versehen wird.

Beim taktweisen vollkontinuierlichen Vorbeiführen des Trägermaterials an der Aufladungsvorrichtung ist es jedoch auch möglich, die Aufladungsintensität zu verändern, wodurch unterschiedliche Aufladungshöhen und somit beeinflußbar abgestufte Schichtstärken aufgebracht werden können.

In Abbildung 1 sind Ladungsprofile dargestellt, die bei unterschiedlichen Betriebsspannungen der Gleichspannungscorona auf einer Polyesterfolie der Dicke 5O₁Um erhalten wurden. Sie weisen die homogene Ladungsverteilung als konstantes Plateau auf.

Hochisolierende Materialien, zum Beispiel Kunststofffolien, tragen normalerweise stets statische Aufladungen mit sich, die von den zahlreichen Berührungsund Trennvorgängen bei der Produktion, Weitervererbe bettung und Handhabung der betreffenden Materialien herrühren. Diese inhomogenen und unbeabsichtigten Aufladungen, die sowohl hinsichtlich der Ladungshöhe als auch der Polarität von Ort zu Ort stark schwanken kü.inen, werden zunächst mit Hilfe bekannter Entla-

^hi düngeverfahren beseitigt. Dies geschieht vorzugsweise durch Hochspannungsionisatoren, die mit Wechselstrom betrieben werden. Die zu entladenden flächigen Trägermaterialien werden in einem Abstand von 1 bis

2 cm an der erforderlichen Anzahl von Ionisatoren vorbeigeführt, wodurch eine völlige Entladung des betreffenden Materials bewirkt wird. Der so erreichte Entladungszustand kann mit Hilfe eines feinauflösenden Sondenmeßgerätes gemäß deutscher Patentanmeldung P 14 66 738.0 kontrolliert werden. Im Anschluß an die Entladung des zu beschichtenden Materials erfolgt die Aufladung desselben, die mittels einer Gleichspannungscoronaentladung vorgenommen wird. Die Aufladehöhe hängt hierbei vor allem von folgenden Parametern ab: Betriebsspannung der Coronaentladung, die im allgemeinen zwischen 5 und 15 kV liegt, Abstand der Corona vom aufzuladenden Material, der zwischen einigen Millimetern und etwa einem Zentimeter beträgt, und Dicke des aufzuladenden Materials sowie beim taktweisen und vollkontinuierlichen Verfahren von der Geschwindigkeit, mit der das Trägermaterial durch die Aufladungszone hindurchgeführt wird. Die Aufladehöhe kann höchstens gleich der durch die Durchbruchsfeldstärke der Luft bestimmten Grenzaufladung sein. Diese beträgt ca. 2.7 ■ 10~⁵ Coulomb/m² Unterhalb dieses Wertes läßt sich die Aufladehöhe durch Variation der genannten Parameter in beliebiger Weise einstellen. Die Homogenität der aufgebrachten Ladungsverteilung wird wiederum mit Hilfe einer feinauflösenden Meßsonde kontrolliert.

Man kann die Trägermaterialoberfläche sowohl positiv als auch negativ aufladen. Erfindungsgemäß wird die Oberfläche bevorzugt negativ aufgeladen.

Bei Oberflächenwiderstandswerten >10¹² Ohm des Trägermaterials erfolgt der natürliche Schwund der Aufladung bereits so langsam, daß zwischen den rasch aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten der Aufladung und der Beschichtung in der Badflüssigkeit keine merkliche Entladung eintritt. Die Beschichtung braucht deshalb auch nicht notwendigerweise sofort im Anschluß an die Aufladung erfolgen, sondern kann unter Berücksichtigung des Aufladungsschwundes auch zu einem späteren Zeitpunkt vorgenommen werden.

Nach erfolgter Beschichtung wird das Trägermaterial dem Bad entnommen und getrocknet. Eine ausreichende Haftung der elektrostatisch aufgebrachten Schicht auf dem Trägermaterial wird durch Vortrocknung in Luft, Einwirkung von flüssigen oder gasförmigen Lösungsmitteln sowie Nachtrocknung bei höherer Temperatur erreicht, wobei die Trocknungs- und Fixierbedingungen jeweils vom Beschichtungs- und Trägermaterial abhängen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist den bekannten in wesentlichen Punkten überlegen. Während die elektrophoretische Beschichtung bei hohen elektrischen Widerstandswerten des Trägermaterials nur sehr schwierig durchführbar ist bzw. völlig versagt, sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hohe Werte des Oberflächenwiderstandes notwendig. Aus diesem Gründe sind auch, sollen Werkstoffe mit Oberflächenwiderständen < 10¹² Ohm beschichtet werden, diese hochisoliert zu lagern. Ein weiterer Vorteil gegenüber der elektrophoretischen Beschichtung ist die wesentlich einfachere Installation. Dies gilt auch gegenüber den ^w| elektrostatischen Lackierverfahren, welche zudem ebenfalls ausschließlich auf leitfähige Materialien beschränkt sind. Ein Vorteil gegenüber den rein mechanischen Streichverfahren besteht darin, daß hier keine Abrakelung der überschüssigen Beschichtungsdi- '⁵ spersion stattfindet, so daß die Erzeugung der erwähnten Undefinierten und ungleichmäßigen streifieen Strukturen auf der Schicht vermieden wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Oberflächenbeschichtungen unterschiedlicher physikalischer Eigentschaften auf den verschiedensten Trägermaterialien. So sei die Herstellung von elektrisch leitfähigen Schichten, photohalbleitenden Schichten, Magnetspeicherschichten und Farbschichten auf hochisolierenden Trägermaterialien genannt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Entladungsanlage 4 und einer geerdeten leitenden Unterlage 2 für das Trägermaterial 1, einer Gleichspannungscorona 5 sowie einem die Dispersion 7 aufnehmenden Behälter 6 und einer geerdeten flächenförmigen und im Abstand zum Trägermaterial parallel verstellbaren Metallelektrode 8, welche in der Dispersion angeordnet ist, besteht.

Die Beschichtung wird durch die Entladung des hochisolierenden oder hochisoliert gelagerten Trägermaterials mit Hilfe der Entladungsanlage. 4 eingeleitet (Abbildung 3). Dann wird das Trägermaterial 1 mit der geerdeten leitenden Unterlage 2 in engen Kontakt gebracht und der im Abstand verstellbaren Aufladeeinrichtung 5 zugeführt (Abbildung 4a). Das Trägermaterial 1 kann, wie bereits beschrieben, erforderlichenfalls auch zum Teil durch Masken 11 oberflächlich abgedeckt sein (Abbildung 4b). Im Falle, daß ein nichtisolierendes Trägermaterial 1 beschichtet wird, muß für eine entsprechende Isolation 3, etwa durch eine Kunststoffolie, gesorgt werden (Abbildung 5). Bei der Aufladung wird ein definierter Abstand eingehalten, wodurch au! das hochisolierende bzw. hochisoliert gelagerte Trägermaterial eine örtlich konstante Oberflächenladung, die vorzugsweise negativer Polarität ist, aufgebracht wird Anschließend werden aufgeladenes Trägermaterial 1 und Unterlage 2 in das Beschichtungsbad 7 eingebracht (Abbildung 6). Im Falle des nichtisolierenden Trägermaterials wird dieses zusammen mit der Isolation 3 in das Beschichtungsbad 7 eingeführt. Die Unterlage 2 verhindert im Falle des isolierenden Trägermaterials daß sich das homogene Ladungsprofil, dargestellt ir Abbildung 1 bzw. 2, in Undefinierter Weise ändert. Dei eigentliche Beschichtungsvorgang wird anhand dei Abbildung 6 erläutert. Er erfolgt beispielsweise in einen Trog oder Behälter 6, der mit der durch Umpumper oder Rühren 10 in Umlauf befindlichen Beschichtungsdispersion 7 gefüllt ist. Im Bad ist eine flächenförmigi geerdete Metallelektrode 8 in verstellbarem Abstand der 5 bis 10 mm, vorzugsweise 6 mm, beträgt, derr Trägermaterial 1 gegenüber angebracht Die Fläche dei Metallelektrode 8 ist wegen Herbeiführens gleichmäßiger Konzentration der Beschichtungsdispersion vorzugsweise perforiert oder besteht aus einem feinmaschigen Drahtnetz. Die plattenkondensatorähnliche Anordnung sorgt für eine homogene Feldverteilung zwischer aufgeladenem Trägermaterial 1 und der Metallelektrode 8. Hierdurch wird ein gleichmäßiger Schichtantraf konstanter Dicke gewährleistet

Die erzielte Schichtdicke wird vor allem durch dit folgenden Parameter bestimmt: 1. Aufladehöhe de! Trägermaterials, 2. Verweilzeit des Trägermaterials irr Beschichtungsbad und 3. Konzentration des Beschich tungsbades.

Der in Abbildung 6 gezeigte Beschichtungsvorganf kann beliebig variiert werden. So können Metallelektro de 8 und Trägermaterial l/Unterlage 2 miteinandei vertauscht werden, dergestalt daß letztere über dei

Metallelektrode 8 angeordnet sind. Die Elemente 1, 2 und 8 lassen sich auch senkrecht in ein Beschichtungsbad einbauen. Ist etwa der Behälter 6 aus Metall und geerdet, so kann der Boden selbst die Funktion von Element 8 annehmen.

Es ist auch möglich, speziell im Falle von hochisolierenden Trägermaterialien die Beschichtung in kontinuierlicher Arbeitsweise durchzuführen, wie es in Abbildung 7 gezeigt wird. Hierbei übernehmen die Walze 2 die Funktion der metallischen Unterlage und die perforierte Elektrode 8 die Funktion der Metallelektrode. Die Homogenität der aufgebrachten Ladung wird mit Hilfe der feinauflösenden Meßsonde 9 kontrolliert.

Nach Beendigung des Beschichtungsvorganges tritt das beschichtete Trägermaterial ί aus dem Bad, durchläuft ein Trockensystem und wird anschließend, je nach Erfordernis, einer haftverbessernden Behandlung, wie oben beschrieben, unterworfen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele, ohne sie auf diese, zu beschränken, beschrieben.

Beispiel 1

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Eine 50/u.m dicke Polyesterfolie wurde zunächst mit einer 50 Hz Wechselstromcorona vollständig von elektrostatischen Ladungen beiderlei Vorzeichen befreit. Anschließend wurde die Folie auf eine Metallunterlage gelegt und mit einer mit 10 kV betriebenen Gleichspannungscorona homogen aufgeladen. Die Aufladung der Folie entsprach einer Feldstärke von — 3,5 kV/cm, die mit einem handelsüblichen Feldstärkemeßgerät gemessen wurde. Die Gleichmäßigkeit der Ladungsverteilung wurde mit einem feinauflösenden Meßsondengerät kontrolliert. Die aufgeladene Folie wurde dann in ein Bad eingetaucht, dessen Füllung folgendermaßen zubereitet wurde: 2o g Ruß wurden in 200 g Leinölstandöl fein dispergiert. Die Dispersion wurde anschließend mit 101 eines hochsiedenden aliphatischen Kohlenwasserstoffes verdünnt. Dieser Lösung bzw. Dispersion wurden schließlich 100 mg Cobaltnaphthenat zugesetzt. Während des 20 Sekunden dauernden Eintauchens der aufgeladenen Folie wurde dafür gesorgt, daß die Folie im Kontakt mit der Metallunterlage verblieb und daß sich die geladene Oberfläche der Folie in der Nähe einer als Gegenelektrode wirkenden Metallfläche befand. Nach dem Verlassen des Bades war die Folie mit einer homogenen Rußschicht bedeckt. Die überschüssige Badflüssigkeit wurde durch Verdunsten mit Hilfe von Warmluft entfernt. Zur besseren Haftung der Rußschicht wurde so die Folie kurze Zeit auf 200° C erhitzt.

Beispiel 2

Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren, jedoch diente als Badflüssigkeit eine Aluminiumdispersion, die folgendermaßen zubereitet wurde: 10 g Aluminiumbronze wurden in einer Lösung von 20 g Leinölstandöl und 20 g eines Harzesters in 100 ml eines hochsiedenden aliphatischen Kohlenwasserstoffs fein dispergiert Die Dispersion wurde anschließend mit 1 1 des gleichen Kohlenwasserstoffs verdünnt Nach dem Verlassen des Bades wurde die Folie von überschüssiger Badflüssigkeit befreit Zur besseren Verankerung der Aluminiumschicht wurde die Folie anschließend durch ein zweites Bad geführt, das mit einer 10%igen Lösung von Trichloressigsäure in einem hochsiedenden aliphatischen Kohlenwasserstoff gefüllt war. Die aluminiumbe schichtete Folie wurde anschließend bei 170⁰C getrocknet.

Beispiel 3

Eine 80 μιη dicke Weich-PVC-Folie wurde zunächst mit einer Wechselstromcorona von elektrostatischen Ladungen befreit und dann mit einer Gleichstromcorona homogen aufgeladen. Die Aufladung entsprach einer Feldstärke von — 2.6 kV/em. Die aufgeladene Folie wurde dann analog Beispiel 1 innerhalb JO Sekunden durch ein Beschichtungsbad geführt, dessen Flüssigkeit wie folgt hergestellt wurde: 20 g Eiscn-IlI-oxid wurden in einer Lösung von 40 g Leinölstandöl und 40 g Harvester in 200 ml eines hochsiedenden aliphatischen Kohlenwasserstoffs fein dispergiert. Die Dispersion wurde anschließend mit dem gleichen Kohlenwasserstoff auf 101 verdünnt. Die aufgeladene PVC-Folie wurde, während sie im engen Kontakt mit der Metaliunterlage verblieb, im Abstand von 6 mm an einer Gegenelektrode vorbeigeführt. Um ein Absetzen der Eisen-III-oxid-Dispersion zu vermeiden, wurde die Badflüssigkeit ständig umgepumpt. Nach dem Verlassen des Bades war die Folie gleichmäßig mit Fe2Ü3 belegt. Um die Eisenoxidschicht besser zu verankern, wurde die Folie nach dem vollständigen Entfernen der Badflüssigkeit kurz durch eine mit Butanondämpfen angereicherte Atmosphäre geführt.

Beispiel 4

Eine 40μπι starke Hart-PVC-Folie wurde wie zuvor beschrieben vorbehandelt und gleichmäßig elektrostatisch auf —3 kV/cm aufgeladen. Die aufgeladene Folie wurde dann über etwa 15 Sekunden durch ein Beschichtungsbad geführt, das mit einer Kupferdispersion gefüllt war, die man wie folgt erhielt: 10 g Kupferbronze wurden in einer Lösung von 20 g Leinölstandöl und 20 g eines Harzesters in 100 ml eines hochsiedenden aliphatischen Kohlenwasserstoffs fein dispergiert. Die Dispersion wurde mit 1 1 des gleichen Kohlenwasserstoffs verdünnt. Nach Verlassen des Beschichtungsbades war die Folie gleichmäßig mit Kupfer belegt. Die Haftung der Kupferschicht auf der Hart-PVC-Folie war gut.

Beispiel 5

Analog zu Beispiel 1 wurde eine 25 μίτι starke Polypropylenfolie elektrostatisch aufgeladen, so daß die Aufladung einer Feldstärke von —3,0 kV/cm entsprach. Die aufgeladene Folie wurde in ein Beschichtungsbad eingeführt, das man erhielt, wenn man 10 g eines Phthalocyaninblaus in einer Lösung von 50 g eines Harzesters in 100 ml eines hochsiedenden aliphatischen Kohlenwasserstoffs fein dispergierte und mit 101 des gleichen Kohlenwasserstoffs verdünnte. Nach dem Verlassen des Bades trug die Folie einen gleichmäßig blauen Überzug.

Beispiel 6

Anstelle der in Beispiel 1 verwendeten Polyesterfolie wurde eine 60 μιη dicke Polystyrolfolie aufgeladen, so daß die Aufladung einer Feldstärke von — 3,9kV/cm entsprach. Es wurde verfahren, wie in Beispiel 1 beschrieben. Man erhielt eine homogen mit Ruß

bedeckte Polystyrolfolie. Zur einwandfreien Verankerung der Rußschicht wurde die Folie für kurze Zeit bei Zimmertemperatur durch eine mit Lösungsmitteldämpfen angereicherte Atmosphäre geführt. Als Lösungsmittel waren Butanon oder Mcthylenchlorid besonders gut geeignet.

Beispiel 7

Eine 50 /im dicke Celluloseacetatfolie wurde zunächst mit Hilfe einer Wechselstromcorona von vorhandenen elektrostatischen Ladungen befreit und dann mit einer Gleichspannungscorona homogen aufgeladen, so daß eine Feldstärke von —2,7 kV/cm gemessen werden konnte. Die aufgeladene Folie wurde dann wie zuvor beschrieben innerhalb 20 Sekunden durch ein Flüssig- '5 kcitsbad geführt, das wie folgt zubereitet wurde: 50 g Zinkoxid wurden in einer Lösung von 100 g Leinölstandöl und 100 g eines Harzesters in 500 ml eines hochsiedenden Kohlenwasserstoffs fein dispergiert. Die Dispersion wurde mit 151 des gleichen Kohlenwasser- M Stoffs verdünnt. Um ein Absetzen des Zinkoxids zu vermeiden, wurde die Badflüssigkeit laufend umgepumpt. Die Folie befand sich während des Eintauchens in das Bad in engem Kontakt mit der metallischen Unterlage, auf der sie aufgeladen wurde, und im Abstand von 5 mm von einer Gegenelektrode. Man erhielt auf diese Weise eine mit Zinkoxid beschichtete Celluloseacetatfolie.

Beispiele

Es wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, eine 40 μπ\ dicke Polycarbonatfolie mit einer Aufladung, die einer Feldstärke von -3,2kV/cm entsprach, durch ein mit einer Rußdispersion gefülltes Bad geführt. Die Badflüssigkeit war ebenfalls die gleiche, wie in Beispiel 1 beschrieben. Man erhielt eine homogen mit Ruß bedeckte Polycarbonatfolie.

Beispiel 9

Eine 100 μπ\ dicke Aluminiumfolie wurde auf eine hochisolierende Kunststoffolie, beispielsweise 50 u.m dickes Polyethylenterephthalat gelegt und mit Hilfe einer bei 10 kV betriebenen Gleichspannungscorona aufgeladen. Die Aufladung der Aluminiumfolie entsprach einer Feldstärke von —3,5 kV/cm. Zusammen mit der hochisolierenden Unterlage, die das Abfließen der Ladung verhinderte, wurde die Aluminiumfolie dann 30 Sekundenlang in ein Bad eingetaucht, dessen Füllung wie folgt aufgebaut war: 20 g Ruß wurden in 200 g Leinölstandöl fein dispergiert. Diese Dispersion wurde mit 101 eines hochsiedenden aliphatischen Kohlenwasserstoffs verdünnt. Während des Eintauchens des aufgeladenen Aluminiums wurde dafür gesorgt, daß

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35 dieses im Kontakt mit der Kunststoffunterlage blieb und daß sich die Oberfläche der aufgeladenen Aluminiumfolie in der Nähe einer als Gegenelektrode wirkenden Mctallfäche befand. Nach dem Verlassen des Bades war die Folie mit einer homogenen Rußschicht bedeckt. Die überschüssige Badflüssigkeit wurde durch Verdunsten mit Warmluft enifernt. Eine Verbesserung der Haftung der Rußschicht auf der Aluminiumfolie wurde durch eine Wärmebehandlung bei 200⁰C erreicht.

Beispiel 10

Eine 50 μιη dicke Polyesterfolie wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, entladen und auf eine Metallunterlage gelegt. Auf die freie Oberfläche der Kunststoffolie wurde in direktem Kontakt eine Maske aus 100 μιη dicker Aluminiumfolie, die beliebige Aussparungen (z. B. Schriftzeichen, Linien usw.) enthalten kann, aufgelegt. Die Kombination aus Maske, Kunststoffolie und Metallunterlage wurde einer bei 1OkV betriebenen Gleichspannungscorona zugeführt, wobei lediglich die durch die Aussparungen der Maske freigelassenen Teile der Kunststoffolie aufgeladen wurden. Anschließend wurde die Maske abgezogen und die Kunststoffolie mit der Metallunterlage 20 Sekunden in ein Beschichtungsbad, dessen Zusammensetzung z. B. der in Beispiel 9 genannten Rezeptur entspricht, eingetaucht. Hierbei werden lediglich die ursprünglich hinter den Maskenaussparungen gelegenen und somit aufgeladenen Folienbereiche beschichtet. Nach anschließender Trocknung im Ofen kann eine Verbesserung der Haftfestigkeit durch eine Nachbehandlung in 1O°/oiger Trichloressigsäure (s. Beispiel 2) erzielt werden.

Beispiel 11.

Eine 50 μιη dicke Polyesterfolie wurde von einer Rolle mittels eines Abzugswalzenpaares kontinuierlich abgezogen, an einer Entladungs- und Beladungszone (wie in Beispiel 1 beschrieben) vorbeibewegt und an einer im Beschichtungsbad der Zusammensetzung des Beispiels 1, angeordneten Walze (Abbildung 7) umgelenkt und schließlich mittels Warmluft vor dem Aufwickeln getrocknet.

Beispiel 12

Es wurde wie in Beispiel 11 angegebebverfahren, jedoch wurde in der Aufladungszone synchron mit der Geschwindigkeit der bewegten Folienbahn eine endlose Maske, die von vier Rollen geführt wurde, mitlaufen lassen (Abbildung 8). Die durch die Maske abgedeckten Flächen wurden dabei nicht aufgeladen und somit bei der anschließenden Beschichtung nicht beschichtet.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von Oberflächen mit elektrisch leitendem, halb- oder nichtleitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man entweder hochisolierendes oder hochisoliert gelagertes Trägermaterial definiert entlädt und anschließend, in engem Kontakt mit einer elektrisch leitenden Unterlage, die Materialoberfläche mittels "> Gleichspannungscorona homogen auflädt und mit der in einer isolierenden Flüssigkeit dispergieren Substanz in einem Bereich homogener Feldverteilung beschichtet

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ^|S zeichnet, daß man das Trägermaterial mit bestimmter Geschwindigkeit kontinuierlich durch die Entladuvigs-, Aufladungs- und Beschichtungszone hindurchbewegt

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ^x gekennzeichnet, daß man hochisolierendes oder hochisoliert gelagertes Trägermaterial mit Masken abdeckt und nur in Teilbereichen homogen auflädt und beschichtet

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als hochisolierendes oder hochisoliert gelagertes Trägermaterial oder als Isolation ein Material mit einem Oberflächenwiderstand von>10¹² Ohm verwendet

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß. man als hochisolierendes oder hochisoliert gelagertes Trägermaterial Folien aus Kunststoffen wie Polyester, Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyamid, Polycarbonat, deren Copolymeren oder deren Polymerisatmischungen oder aus Cellulosederivaten sowie aus den genannten Kunststoffen hergestellte Verbundfolien oder mit Lacküberzügen versehene Folien verwendet.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als hochisolierende Flüssigkeit eine solche mit einem spezifischen Widerstand von>10¹⁰ Ohm ■ cm verwendet.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Entladungsanlage (4) zur Entladung des Trägermaterials, einer geerdeten leitenden Unterlage (2) für das Trägermaterial (1), einer Anlage zur Erzeugung einer Gleichspannungs-, corona (5) zur homogenen Aufladung des Trägermaterials sowie einem die Dispersion (7) aufnehmenden Behälter (6) und einer geerdeten flächenförmigen und im Abstand zum Trägermaterial parallel verstellbaren Metallelektrode (8), welche in der Dispersion angeordnet ist, besteht.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum kontinuierlichen Bewegen der Bahn durch die Entladungs-, Aufladungs- und Beschichtungszone vorhanden sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als flächenförmige Metallelektrode (8) ein perforiertes Blech oder ein feinmaschiges Drahtnetz Verwendung findet.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als geerdete leitende '¹^ Unterlage (2) für bahnförmiges Trägermaterial (1) eine Walze verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von Oberflächen mit elektrisch leitendem halb- oder nichtleitendem Material sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei den bekannten Beschichtungsverfahren wird die auf die Materialoberfläche aufzubringende Substanz durch Eintauchen des Materials in eine Dispersion bzw. in eins Streichlösung angetragen. Die Egalisierung der Schicht und die Einstellung der gewünschten Schichtdikke erfolgen nach verschiedenen Methoden. Es seien zum Beispiel die. Streichverfahren mit Bürsten-, Verreibwalzen-, Rakel- oder Luftbürstenegalisierung genannt

Ferner existieren Streichverfahren mit Glättung der Schicht durch hochglänzende Gegenflächen im Kontaktverfahren.

Auch das Antragssystem kann dahingehend modifiziert werden, daß nicht die Folienbahn selbst in die Streichdispersion eintaucht, sondern diese durch eine oder mehrere Antragswalzen auf das Material bzw. die Materialbahn übertragen wird.

Infolge der angewendeten Abstreifmethoden werden die erzeugten Oberflächenschichten relativ ungleichmäßig und sind häufig von streifiger Struktur.

Neben diesen rein mechanischen Beschichtungen werden neuerdings in steigendem Maße elektrostatische bzw. elektrophoretische Streich- und Lackierverfahren eingesetzt. Bei der elektrostatischen Lackzerstäubung wird das aufzutragende Material in feinster Verteilung unter dem Einfluß einer hohen Gleichspannung etwa aus dem Spalt eines Hohlkörpers versprüht und auf dem Trägermaterial als gleichmäßige Schicht niedergeschlagen. Dieses Verfahren ist auf Trägermaterialien aus elektrisch bzw. aus elektrostatisch leitfähigen Werkstoffen beschränkt. Nachteilig ist ferner die relativ hohe Arbeitsspannung von etwa 100 bis 150 kV.

Die bekannte elektrophoretische Lackierung beruht auf einer Wanderung elektrisch geladener Lack- oder Pigmentteilchen in einer Flüssigkeit unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes. Es lassen sich hierbei nur solche Materialien elektrophoretisch beschichten, die eine gleichmäßige elektrische Leitfähigkeit an ihrer Oberfläche aufweisen. Das Verfahren ist demnach auf metallische Werkstoffe beschränkt, sofern mit niederen Gleichspannungen zwischen 50 und 150 Volt gearbeitet wird. Nichtleitende .oder halbleitende Materialien lassen sich auf diese Weise nur beschichten, wenn sehr viel höhere Spannungen, etwa 100 kV, verwendet werden.

Für die elektrophoretische Beschichtung kommen nur wäßrige dispergierte Emulsionssysteme oder Lösungen in Betracht. Der spezifische Widerstand des Elektrophoresebads muß verhältnismäßig niedere Werte, etwa 10² bis 10³ Ohm · cm, aufweisen. Nachteilig sind vor allem die erforderlichen hohen Stromdichten von etwa 20 bis 40 Ampere/m², die besondere Elektrodenkonstruktionen und Kühlsysteme des Gleichrichters notwendig machen.

Es ist auch ein Verfahren zum Aufbringen einer flüssigen photographischen Emulsion auf die Oberfläche einer Unterlage bekannt (US-PS 29 52 559), bei dem der übliche Fließerantrag durch Einsatz elektrostatischer Kräfte verbessert werden soll.

Bei diesem Verfahren sind jedoch zwei Aufladungsvorgänge erforderlich, indem einerseits die Unterlage und andererseits zusätzlich die gesamte Gießvorrichtung und damit auch die aufzuladende Emulsion aufgeladen werden muß. Außerdem wird in der Beschichtungszone keine homogene Feldverteilung