DE19706619A1 - Verfahren zur Beschichtung von Kunststoff-Platten und beschichtete Kunststoff-Platten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kratzfesten Beschichtung von Kunststoff-Platten, insbesondere Thermoplast-Platten, ohne auftretende Haftungsprobleme. Die Erfindung betrifft weiterhin nach dem Verfahren kratzfest und mit guter Haftung beschichtete Kunststoff-Platten.

Kunststoff-Platten, insbesondere Thermoplast-Platten, im wesentlichen bestehend beispielsweise aus Polyethylentherephthalat, Polybutylentherephthalat, Polyethylennaph­ thalat, Polycarbonat, PMMA u.ä. oder Mischungen daraus, eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen im Innen- und Außenbereich, beispielsweise für Verglasun­ gen, Verkleidungen, Schutzverglasungen, Trennwände und dergleichen. Derartige Kunststoff-Platten sollen gute mechanische Eigenschaften wie beispielsweise Schlag­ zähigkeit und Bruchfestigkeit, sowie gute optische Eigenschaften wie hoher Ober­ flächenglanz, keine Oberflächendefekte, hohe Lichttransmission, je nach Anwendungs­ gebiet, aufweisen. Aufgrund der mechanischen Beanspruchung derartiger Kunststoff-Platten können diese mit einer Beschichtung versehen sein, welche die guten optischen Eigenschaften nicht beeinträchtigt und darüber hinaus kratzfeste Oberflächen ermög­ licht. Für derartige Beschichtungen kommen beispielsweise Lacke zum Einsatz, welche mit ionisierender Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, härtbar sind. Derartige Beschichtungen können jedoch fehlerhafte Oberflächen aufweisen aufgrund ungenügen­ der Haftung zwischen Beschichtung und Kunststoffoberfläche.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereit zu stellen, das kratzfeste und gut haftende Beschichtungen für insbesondere Thermoplast-Platten ermöglicht, wobei das Verfahren eine kontinuierliche Arbeitsweise ermöglichen soll. Es sollen Kunststoff-Platten resultieren, die neben guten optischen und mechanischen Eigenschaften eine kratzfeste und störungsfreie Oberfläche aufweisen.

Gelöst wird die Aufgabe durch ein den Gegenstand der Erfindung bildendes Verfahren, bei dem eine Kunststoff-Platte, insbesondere eine Thermoplast-Platte, mit einem durch ionisierende Strahlung härtenden Lack beschichtet wird und die noch nasse Lackober­ fläche abgedeckt wird mit einem gegebenenfalls für ionisierende Strahlung durchläs­ sigen Material, welches eine saubere und plane Oberfläche aufweist. Anschließend erfolgt die Härtung des Lackes mittels ionisierender Strahlung. Unmittelbar nach Härtung des Lackes erfolgt das Entfernen des planen Materials von der gehärteten Lackoberfläche und eine weitere Bestrahlung der Lackoberfläche mit der ionisierenden Strahlung.

Das zur Abdeckung der nassen Lackoberfläche erfindungsgemäß einsetzbare Material kann beispielsweise ein starres oder flexibles Material aus Glas, Quarz, Metall, Kunst­ stoff sein. Es kann ein gegebenenfalls transparentes, ionisierende Strahlung durchläs­ siges Material sein. Bevorzugt werden flexible Materialien eingesetzt, beispielsweise Metall- oder Kunststoffolien, welche eine besonders glatte Oberfläche aufweisen.

Die Abdeckung der nassen Lackoberfläche mit dem planen Material kann beispielsweise nach dem bekannten Kaschier-Prinzip erfolgen, wonach das Kaschiermaterial beispiels­ weise mittels Walzen fest auf die zu kaschierende, im erfindungsgemäßen Fall auf die nasse Lackoberfläche aufgedrückt wird. Dazu kann das Kaschiermaterial nach Beschich­ tung der Kunststoff-Platte mit dem UV-härtenden Lack auf dem nassen Lack positio­ niert und nach Durchlaufen durch eine oder mehrere Walzvorrichtungen fest auf diesen aufgepreßt werden. Auf diese Weise kann eine glatte und gleichmäßige Oberfläche des Lackes auf der Kunststoff-Platte erzielt werden. Der Verbund aus der mit dem nassen Lack beschichteten Kunststoff-Platte und dem Kaschiermaterial wird mit ionisierender Strahlung in einer solchen Weise bestrahlt, daß die Strahlung eine Härtung des Lackes auf der Kunststoff-Platte verursacht. Nach Entfernen des Kaschiermaterials erfolgt eine weitere Bestrahlung der gehärteten Lackoberfläche mit ionisierender Strahlung.

In Abhängigkeit vom verwendeten Abdeck- bzw. Kaschiermaterial kann die Bestrahlung des Verbundes aus der mit dem nassen Lackmaterial beschichteten Kunststoff-Platte und dem Kaschiermaterial in unterschiedlicher Weise erfolgen. Wird ein die ionisierende Strahlung durchlässiges Material verwendet, beispielsweise Glas, Kunststoff, so kann die Härtung des Lackes durch Bestrahlung durch das genannte Material hindurch erfolgen. Soll dagegen Metall bzw. eine Metallfolie oder nicht UV-transparente Folie als Kaschiermaterial zum Einsatz kommen, kann die Härtung durch Bestrahlung der Unterseite, d. h. durch die Kunststoff-Platte hindurch, geschehen.

Bevorzugt ist die Härtung durch das Kaschiermaterial hindurch bei entsprechender Auswahl des Kaschiermaterials, beispielsweise Kunststoffolie.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können die zu beschichtenden Kunststoff-Platten einseitig und beidseitig kratzfest und mit guter Haftung beschichtet werden.

Für die einseitige Beschichtung kann beispielsweise so verfahren werden, daß die horizontal transportierte Kunststoff-Platte mit dem UV-Lack beschichtet wird, die erfindungsgemäße Kaschierung auf der Lackoberfläche erfolgt und die Härtung mit ionisierender Strahlung senkrecht zur Transportrichtung der beschichteten Kunststoff-Platte erfolgt.

Die beidseitige Beschichtung kann erfolgen durch Nacheinander-Beschichten zunächst der einen Seite und danach der anderen Seite durch Wenden der Kunststoff-Platte oder durch gleichzeitiges Beschichten und Härten beider Seiten der Kunststoff-Platte durch eine entsprechende zweite erfindungsgemäße Verfahrensanordnung.

Überraschenderweise konnte festgestellt werden, daß das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders intensive Haftung des Lackmaterials auf der Kunststoffoberfläche dadurch ermöglicht, daß unmittelbar nach Entfernen des Kaschiermaterials von der gehärteten Lackoberfläche eine weitere Bestrahlung dieser mit ionisierender Strahlung erfolgt. Die besonders gute Haftung wird nicht oder nur unzureichend erreicht bei Verfahren, die diesen zusätzlichen Verfahrensschritt nicht aufweisen.

Darüber hinaus wird durch die zusätzliche Bestrahlung eine Tiefenhärtung des Lack-Materials auf der Kunststoffoberfläche ermöglicht.

Erfindungsgemäß ist es vorteilhaft, wenn als Kaschiermaterial eine Folie verwendet wird. Diese kann beispielsweise einfach auf die zu kaschierende Lackoberfläche mittels Walzvorrichtungen aufgebracht werden und nach dem Härten des Lackes von der gehärteten Lackoberfläche abgezogen werden. Als Folienmaterial ist jedes Material verwendbar, welches eine glatte und störungsfreie Oberfläche aufweist, beispielsweise Metall- und Kunststoffolien.

Besonders bevorzugt kommen Kunststoffolien zum Einsatz. Diese können beispielsweise aus Polyester, Polyethylen, Polypropylen, Polyamid bestehen.

Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von dünnem Kunststoffolien-Material bei­ spielsweise im Vergleich zu Glas besteht in der größeren UV-Durchlässigkeit und der damit erreichbaren Härtung des Lackes, da Glas immer über eine bestimmte Stärke verfügen muß, um eine störungsfreie Handhabbarkeit gewährleisten zu können. Weitere Vorteile ergeben sich durch die glatte Oberfläche der Folie, die leichte Handhabbarkeit bezüglich der Größe des Kunststoffolien-Platten-Verbundes nach dem Kaschiervorgang sowie die unkomplizierte Entfernbarkeit der Folie von der gehärteten Lackoberfläche.

Glas hingegen kann insbesondere bei einer Wiederverwendung nach Entfernung von der gehärteten Lackoberfläche unebene Oberflächen durch Kratzer und Verunreinigungen aufweisen, bezüglich Gewicht und Beschaffenheit nicht für große Flächen geeignet sein und beim Entfernen von der gehärteten Lackoberfläche zusätzlichen Arbeitsaufwand erfordern. Darüber hinaus ist die Wiederverwendbarkeit bei Glas begrenzt durch auftretenden Glasbruch, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens beeinträchtigt. Die unter Druck ablaufende Kaschiertechnik erfordert bei Verwendung von Glas als Kaschiermaterial eine Einschränkung bezüglich des verwendbaren Druckes während des Kaschiervorganges.

Die erfindungsgemäß einsetzbare Folie läßt sich darüber hinaus ohne weiteres wieder­ verwenden oder kann einem Recyclingprozeß zugeführt werden.

Die erfindungsgemäß einsetzbaren Walzen können mit Druck beaufschlagt werden, um eine gleichmäßige und glatte Oberfläche des aufgetragenen, noch nicht gehärteten Lackes auf der Plattenoberfläche zu erzeugen. Darüber hinaus können gegebenenfalls Luftbläschen, welche beispielsweise beim Aufbringen des Kaschiermaterials auf die mit nassem Lack beschichtete Kunststoff-Platte entstehen können, auf diese Weise durch Druck entfernt werden. Es können hierfür eine oder mehrere Walz-Vorrichtungen zum Einsatz kommen.

Die für die Kaschiertechnik erforderlichen Walzen können aus üblichem Material gefertigt sein, beispielsweise Gummi, Stahl, wobei die Materialauswahl je nach an­ zuwendenden Druckverhältnissen erfolgen kann.

Je nach Erfordernis kann der Kaschiervorgang auch mit geprägten Kaschiermaterialien erfolgen, beispielsweise geprägter Folie. Auf diese Weise können zusätzlich Prägungen auf dem Überzug erzeugt werden.

Zur Erzeugung einer staubfreien Oberfläche des Kaschiermaterials können zusätzlich Antistatikvorrichtungen während des Verfahrens genutzt werden. Das Kaschiermaterial seinerseits kann gleichfalls antistatisch ausgerüstet sein.

Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Reinraumbedingungen durchge­ führt.

Generell kann das erfindungsgemäße Verfahren als In-line-Beschichtungsverfahren mit kontinuierlicher Arbeitsweise erfolgen.

Die Beschichtung der Oberfläche der Kunststoff-Platte mit dem durch ionisierende Strahlung härtenden Lack kann über eine Vorrichtung erfolgen, welche das Aufbringen des Lackes in gleichmäßiger und kontinuierlicher Weise in dünnen Schichten ermög­ licht. Dazu kann der Lack beispielsweise aus einer Spalteinrichtung auf eine Walz-Vorrichtung aufgebracht werden, welche ihrerseits den Lack auf die Oberfläche der Kunststoff-Platte befördert.

Die Schichtdicken des aufgetragenen Lackes können zwischen 0,1 und 500 µm be­ tragen, bevorzugt 1 bis 100 µm, besonders bevorzugt 5 bis 10 µm.

Zur erfindungsgemäßen Härtung des aufgebrachten Lackes auf die Kunststoffoberfläche wird das beschichtete Substrat mit energiereicher, ionisierender Strahlung bestrahlt. Dabei kann beispielsweise mit Elektronenstrahlung, mit UV-Strahlung, insbesondere bei einer Wellenlänge von 180 bis 450 nm, gearbeitet werden. Die Bestrahlung kann auch kontinuierlich erfolgen. Die Dauer der Bestrahlung liegt meist unter 60 Sek.

Beispielsweise können Hg-Mitteldruck- und Hochdruckstrahler, Excimerstrahler, UV-Blitzlampen oder Elektronenstrahler zum Einsatz kommen.

Gegebenenfalls kann vor, parallel oder nach dem Bestrahlen eine Erwärmung durchge­ führt werden. Vorzugsweise erfolgt die Härtung nur durch Bestrahlung ohne Erwärmen.

Zur Beschichtung der erfindungsgemäß einsetzbaren Substrate können übliche durch UV-Strahlung härtbare Überzugsmittel eingesetzt werden, die dem Fachmann geläufig sind. Die Überzugsmittel unterliegen keiner Beschränkung. Es kann sich sowohl um radikalisch als auch um ionisch polymerisierbare Überzugsmittel handeln. Beispiele sind übliche UV-härtbare Lacke auf der Basis von Monomeren, Oligomeren, Polymeren, Copolymeren oder Kombinationen davon mit einer oder mehreren olefinischen Doppel­ bindungen, z. B. (Meth)acrylsäureester, ungesättigte Polyester, ungesättigte Poly­ urethane, Silikon(meth)acrylate oder Kombinationen davon. Beispiele für ionisch, insbesondere kationisch härtbare Überzugsmittel sind UV-härtbare übliche Lacke auf der Basis von Epoxidmonomeren, -polymeren und -copolymeren sowie Gemischen davon, z. B. Epoxidharze auf der Basis von Umsetzungsprodukten von Bisphenol A mit Glycidylethern.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbaren Überzugsmittel können Photo­ initiatoren enthalten. Dies sind übliche Initiatoren, wie sie für die radikalische und die ionische Polymerisation eingesetzt werden. Geeignet sind Initiatoren, die im Wellenlän­ genbereich von 180 bis 450 nm absorbieren. Beispiele für verwendbare radikalische Initiatoren sind chlorhaltige Initiatoren, z. B. aromatische Ketone, Hydroxyalkyl­ phenone, Phosphanoxide, wasserlösliche Initiatoren wie beispielsweise auf Basis von Hydroxyalkylphenonen, ungesättigte Initiatoren wie beispielsweise OH-funktionelle aromatische Verbindungen, die mit Acrylsäure verestert wurden, oder Kombinationen von derartigen Initiatoren. Beispiele für verwendbare kationische Initiatoren sind Triarylsulfoniumsalze, Iodoniumsalze und Diazoniumsalze. Darüber hinaus können auch Metallocen-Komplexe als Initiatoren eingesetzt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Kunststoff-Platten, insbesondere Thermoplast-Platten, in kontinuierlicher und eleganter Weise mit Lack beschichtet, die Lackoberfläche kaschiert und anschließend gehärtet werden. Es resultieren Kunststoff-Platten mit einer kratzfesten und gut haftenden Beschichtung, wobei die guten optischen und mechanischen Eigenschaften der Platten nicht beeinträchtigt werden.

Die beigefügte Figur stellt ein Beispiel für das erfindungsgemäß beschriebene Verfahren dar in kontinuierlicher Arbeitsweise. Ein zu beschichtendes Substrat (1) wird waage­ recht in Pfeilrichtung zu einer Beschichtungsvorrichtung (2) transportiert. Durch die den UV-härtenden Lack enthaltende Beschichtungsvorrichtung (2) wird eine gleich­ mäßige dünne Schicht des UV-Lackes auf die Substratoberfläche (1) aufgetragen. Diese wird zu einer Walzvorrichtung (3) transportiert, mit deren Hilfe eine Folie (4) in Pfeilrichtung von einem Folienaufwickler (5) fest auf das beschichtete Substrat auf­ gebracht wird. Während dieser Verbund aus Folie und beschichtetem Substrat zu einer weiteren Walz-Vorrichtung (3) transportiert wird, erfolgt die Härtung des Beschich­ tungsmaterials durch UV-Bestrahlung. Unmittelbar nach Durchlauf durch die weitere Walzvorrichtung (3) wird die Folie (4) entfernt und die inzwischen gehärtete Beschich­ tung einer weiteren UV-Bestrahlung ausgesetzt. Es resultiert ein festhaftender und kratzfester Überzug auf der Substratoberfläche (1).

Bezugszeichenliste

1

Substratoberfläche

2

Beschichtungsvorrichtung

3

Walzvorrichtung

4

Folie

5

Folienaufwickler

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung von beschichteten Kunststoff-Platten, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kunststoff-Platte mit einem durch ionisierende Strahlung härtenden Lack beschichtet wird, die noch nasse Lackoberfläche abgedeckt wird mit einem Material mit einer sauberen und planen Oberfläche, anschließend die Härtung des Lackes mittels ionisierender Strahlung erfolgt, unmittelbar nach Härtung des Lackes das plane Material von der gehärteten Lackoberfläche entfernt wird und anschließend eine weitere Bestrahlung der gehärteten Lack­ oberfläche mit ionisierender Strahlung erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Kaschierung der nassen Lackoberfläche dienende Material eine Metall- oder Kunststoffolie ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunststoff-Platten Thermoplast-Platten zur Anwendung kommen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoff-Platten ein- oder beidseitig beschichtet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als durch ionisierende Strahlung härtender Lack ein üblicher UV-härtender Lack eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung des Lackes mit UV-Strahlung oder Elektronen-Strahlung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Bestrahlung der gehärteten Lackoberfläche UV- oder Elektronen-Strah­ lung eingesetzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit UV-Strah­ lung mit einer Wellenlänge von 180 bis 450 nm bestrahlt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich durchgeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine zu beschichtende Thermoplast-Platte waagerecht zu einer Beschichtungs-Vorrich­ tung transportiert wird, eine gleichmäßig dünne Schicht eines UV-härtenden Lackes durch diese auf die Thermoplast-Platte aufgetragen wird, die mit dem nassen Lack beschichtete Thermoplast-Platte zu einer Walzvorrichtung transpor­ tiert wird, mit deren Hilfe eine Kunststoffolie fest auf das beschichtete Substrat aufgebracht wird, der aufgebrachte Lack durch die Kunststoffolie hindurch mittels ionisierender Strahlung gehärtet wird und unmittelbar nach Entfernen der Kunststoffolie von der gehärteten Lackoberfläche eine weitere Bestrahlung der gehärteten Lackoberfläche mit ionisierender Strahlung erfolgt.

11. Kunststoff-Platte, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 beschichtet ist.

12. Kunststoff-Platte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Thermoplast besteht.