DE19843988A1

DE19843988A1 - Monitoring corona discharge treatment of plastic sheet is achieved by non-contact field strength measurement, in conjunction with electrodes discharging and re-charging it

Info

Publication number: DE19843988A1
Application number: DE1998143988
Authority: DE
Inventors: Peter Ehrler; Christos Elpasidis
Original assignee: AHLBRANDT SYSTEM GmbH
Current assignee: AHLBRANDT SYSTEM GmbH
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2000-03-30

Abstract

After leaving the corona discharge treatment plant, electrostatic behavior of the substrate surface is determined by continuous measurement of its electrical characteristics. An Independent claim is included for corona treatment plant, monitored as described. Preferred features: The field from the substrate (5) is measured with a non-contact, electrostatic induction field strength meter (11, 12, 13). The surface is first discharged at an electrode. It is then deliberately re-charged by a second electrode. The electrostatic behavior is determined from the electrostatic surface discharge rate. Before determination, the surface is given a defined charge from a electrode. Electrostatic characteristics are determined before and after charging in the plant. The difference is a function of treatment received.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Behandlungsergebnisses einer Oberflächen-Behandlungsan lage für Substrate, insbesondere einer Korona-Behand lungsanlage für Kunststoff-Folien. Weiterhin betrifft die Erfindung eine nach diesem Verfahren arbeitende Oberflä chen-Behandlungsanlage.The invention relates to a method for monitoring the Treatment result of a surface treatment location for substrates, especially a corona treatment system for plastic foils. Furthermore, the Invention a surface working according to this method Chen treatment plant.

In vielen Industriezweigen hat die Oberflächenmodifika tion von Substraten große Bedeutung. Wenn zum Beispiel Kunststoff-Folien bedruckt werden sollen, dann ist es er forderlich, die Oberfläche so einzustellen, dass sich für die Druckfarbe eine ausreichende Benetzbarkeit erreichen lässt. Ein gleichartiges Vorgehen gilt für Oberflächen, welche verklebt werden oder die mit einer Beschichtung versehen werden sollen. Die Oberflächenbehandlung kann auf unterschiedliche Weise erfolgen, beispielsweise durch Fluorierung, Elektronenstrahlbehandlung, Laserlicht oder durch Koronaentladungen. Letzteres ist zur Behandlung von Folien verbreitet.In many branches of industry there are surface modifications tion of substrates of great importance. If for example Plastic foils are to be printed, then it is required to adjust the surface so that it is suitable for the ink achieve sufficient wettability leaves. A similar procedure applies to surfaces, which are glued or with a coating should be provided. The surface treatment can done in different ways, for example by Fluorination, electron beam treatment, laser light or through corona discharges. The latter is used to treat Slides spread.

Solche Korona-Behandlungsanlagen für Folien haben oftmals eine große Anzahl von hintereinander angeordneten Elek troden, an denen es zu auf die zu behandelnde Folie ge richtete Korona-Entladungen kommt. Schon beim Ausfall ei ner einzigen Elektrode können die erreichten Oberflä cheneigenschaften der Folie so weit vom Sollwert abwei chen, dass diese für die vorgesehene Weiterverarbeitung ungeeignet ist. Such corona treatment plants for films often have a large number of electrons arranged one behind the other tread on which there is ge on the film to be treated directed corona discharges is coming. Even in the event of failure ner only electrode can achieve the surface properties of the film deviate so far from the target value that this is for the intended further processing is unsuitable.

Dieses Beispiel soll zeigen, dass es bei Oberflächen-Be handlungsanlagen notwendig ist, das Ergebnis der Oberflä chenbehandlung, also charakteristische Eigenschaften des behandelten Substrates, zu überwachen. In vielen Fällen, beispielsweise bei Oberflächen-Behandlungsanlagen für Fo lien, sollte diese Überwachung kontinuierlich erfolgen, doch fehlen dafür bisher geeignete Verfahren und Vorrich tungen. Deshalb entnimmt man derzeit vom Substrat, bei spielsweise von einer laufenden Bahn, eine Probe und un terzieht diese dann außerhalb der Behandlungsanlage an wendungsspezifischen Prüfungen. Eine solche Probenahme ist bei Oberflächen-Behandlungsanlagen für Folien, welche die Anlage mit hoher Bahngeschwindigkeit durchlaufen, meist schwierig und verlangt eine Verminderung der Bahn geschwindigkeiten oder sogar ein Stillsetzen der Anlage. Aus Wirtschaftlichkeitsgründen ist dies nicht möglich, so dass in der Praxis sporadisch Proben gezogen werden. Bei einer Fehlfunktion der Oberflächen-Behandlungsanlagen können also unbemerkt große Mengen des Substrates die Oberflächen-Behandlungsanlage fehlerhaft verlassen haben.This example is intended to show that surface loading handling equipment is necessary, the result of the surface treatment, i.e. characteristic properties of the treated substrate to monitor. In many cases, for example in surface treatment plants for fo lien, should this monitoring be carried out continuously, However, suitable processes and devices have so far been lacking exercises. That is why you are currently removing from the substrate for example from a running web, a sample and un then pulls this outside the treatment plant application-specific tests. Such sampling is in surface treatment plants for foils, which run through the plant at high web speed, mostly difficult and requires a reduction in the web speeds or even a shutdown of the system. This is not possible for economic reasons that samples are taken sporadically in practice. At a malfunction of the surface treatment systems can therefore unnoticed large amounts of the substrate Have left the surface treatment system incorrectly.

Für die Beurteilung der Oberflächen-Eigenschaften der ge zogenen Proben werden gegenwärtig beispielsweise Testtin ten verwendet. Solche Tinten werden mit einem kleinen Pinsel als breite Linie auf die Oberfläche des Substrates aufgebracht. Das zeitabhängige Kontraktionsverhalten des streifenförmigen Testtintenfilmes auf der Substratober fläche gibt Aufschluss über die Behandlungswirkung und ist ein Maß für die durch die Behandlung erreichte Ober flächenspannung.For the assessment of the surface properties of the ge samples are currently being tested, for example ten used. Such inks come with a small Brush as a broad line on the surface of the substrate upset. The time-dependent contraction behavior of the striped test ink film on the substrate top surface gives information about the treatment effect and is a measure of the upper achieved by the treatment surface tension.

Eine andere Möglichkeit, an einer Probe die Oberflä cheneigenschaften summarisch zu bestimmen, besteht im Tropfentest. Dabei wird ein Tropfen einer Testflüssigkeit auf die zu beurteilende Probenoberfläche appliziert und anschließend sein Verhalten auf der Oberfläche beurteilt, beispielsweise die Größe eines durch den Tropfen entstehenden Flecks, die Fleckengeometrie oder bei Mehr komponenten-Farbstofflösungen die chromatographischen Trenneffekte.Another possibility to test the surface of a sample To determine the properties in summary consists of Drop test. This is a drop of a test liquid applied to the sample surface to be assessed and then judged his behavior on the surface for example the size of one by the drop resulting stain, the stain geometry or at more component dye solutions the chromatographic Separation effects.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem nach einer Oberflächenbehandlung kontinuierlich das Behandlungsergebnis eines Substrates überwacht werden kann. Weiterhin soll eine nach diesem Verfahren arbeitende Oberflächen-Behandlungsanlage ge schaffen werden.The problem underlying the invention is a method to develop with after a surface treatment continuously the treatment result of a substrate can be monitored. Furthermore, one after this Process working surface treatment plant ge will create.

Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß dadurch ge löst, dass im Anschluss an die Behandlung des Substrates nach dem Verlassen der Oberflächen-Behandlungsanlage das elektrostatische Verhalten der Oberfläche des Substrates durch kontinuierliche Messung elektrischer Eigenschaften der Substratoberfläche bestimmt wird.The first-mentioned problem is thereby ge according to the invention triggers that following treatment of the substrate after leaving the surface treatment plant electrostatic behavior of the surface of the substrate by continuously measuring electrical properties the substrate surface is determined.

Diese Verfahrensweise ermöglicht eine Überwachung von Oberflächen-Behandlungsanlagen für Folien bei laufender Bahn und beruht auf der überraschenden Feststellung, dass das elektrostatische Verhalten einer Oberfläche die Wir kung einer Oberflächenmodifizierung widerspiegelt und zwar unabhängig davon, ob es sich um eine Hydro- oder Oleophobierung, um eine Hydro- oder Oleophilierung, um eine Ätzung oder Aufrauung, um eine desinfizierende Be handlung oder um eine schichtbildende Behandlung handelt. Interessierende Änderungen der Behandlungswirkung werden in messbaren Änderungen des elektrostatischen Verhaltens sichtbar.This procedure enables monitoring of Surface treatment plants for foils while running Web and is based on the surprising finding that the electrostatic behavior of a surface the we reflects a surface modification and regardless of whether it is a hydro or Oleophobicization to hydro- or oleophilation to an etching or roughening to disinfect act or a layer-forming treatment. Interesting changes in the treatment effect will be in measurable changes in electrostatic behavior visible.

Für die Erfassung des elektrostatischen Verhaltens können verschiedene, an sich bekannte Verfahren angewandt wer den. Als besonders vorteilhaft für die Überwachung von Oberflächen-Behandlungsanlagen, welche durch Koronaentla dungen die Oberfläche von Folien modifizieren, hat es sich herausgestellt, wenn die Feldstärke der Oberfläche des Substrates berührungslos mit Hilfe eines Influenz- Feldmeters bestimmt wird. Solche Influenz-Feldmeter wer den derzeit beispielsweise zur Ermittlung störender elek trostatischer Aufladungen von Kunststoffen, Textilien und Papier eingesetzt und sind deshalb im Handel kosten günstig erhältlich. Solche elektrostatischen Aufladungen führen beispielsweise bei Computeranlagen zu Störungen, in der chemischen Industrie zu Explosionen oder in der Textilindustrie zum "Aufeinanderkleben" von Materialbah nen.For the detection of electrostatic behavior can different, known methods used who the. As particularly advantageous for the monitoring of Surface treatment plants, which by Koronaentla it has to modify the surface of foils turned out when the field strength of the surface of the substrate without contact with the help of an Feldmeters is determined. Such influential field meter who the elec trostatic charges of plastics, textiles and Paper used and are therefore costing retailers available cheap. Such electrostatic charges lead, for example, to faults in computer systems, explosions in the chemical industry or in the Textile industry for "gluing" materialbah together nen.

Statt die aus einer Oberflächen-Behandlung resultierende Feldstärke der Oberfläche des Substrates zu bestimmen, kann man gemäß einer anderen Weiterbildung des erfin dungsgemäßen Verfahrens das elektrostatische Verhalten auch durch Bestimmung der Aufladbarkeit einer Oberfläche ermitteln.Instead of the result of a surface treatment To determine the field strength of the surface of the substrate, can be invented according to another training method according to the electrostatic behavior also by determining the chargeability of a surface determine.

Besonders aussagefähige Messwerte lassen sich gewinnen, wenn die Oberfläche zunächst mittels einer ersten Elek trode entladen und dann mittels einer zweiten Elektrode gezielt aufgeladen wird. Bei dieser Verfahrensweise las sen sich Einflüsse kompensieren, welche durch den Kontakt des Substrates mit Anlagekomponenten entstehen. Oftmals werden Folienbahnen beispielsweise unmittelbar hinter einer Oberflächen-Behandlungsanlage von einer Walze umgelenkt, wodurch es zu einer elektrostatischen Aufla dung der Oberfläche kommt, die den bei der Oberflächenbe handlung entstehenden Aufladungszustand verändert.Particularly meaningful measured values can be obtained if the surface is first by means of a first elec Discharge trode and then by means of a second electrode is specifically charged. With this procedure read influences which are caused by the contact of the substrate with system components. Often times for example, foil webs are immediately behind a surface treatment system from a roller deflected, which leads to an electrostatic Aufla of the surface that comes with the surface treatment action resulting charge state changed.

Statt die Aufladbarkeit zu bestimmen, kann man alternativ auch das elektrostatische Verhalten durch Bestimmung der Entladegeschwindigkeit einer Oberfläche ermitteln. Instead of determining the chargeability, you can alternatively also the electrostatic behavior by determining the Determine the discharge speed of a surface.

Auch dabei ist es vorteilhaft, wenn vor dem Bestimmen der Entladegeschwindigkeit die Oberfläche mittels einer Elek trode definiert aufgeladen wird.It is also advantageous if, before determining the Unloading speed the surface by means of an elec trode is charged in a defined manner.

Das gleichmäßige und ordnungsgemäße Arbeiten einer Ober flächen-Behandlungsanlage lässt sich mit dem erfindungs gemäßen Verfahren auch bei ausgeprägten Eigenschafts schwankungen des die Anlage zugeführten Substrates über wachen, wenn gemäß einer besonders vorteilhaften Weiter bildung des Verfahrens die elektrostatischen Eigenschaf ten des Substrates vor dem Einlaufen in die Oberflächen- Behandlungsanlage und nach dem Verlassen der Oberflächen- Behandlungsanlage bestimmt werden und aus der Differenz der Messwerte auf die Funktion der Oberflächen-Be handlungsanlage geschlossen wird.The regular and proper work of a waiter surface treatment plant can be with the Invention according to the method even with pronounced properties fluctuations in the substrate fed to the system wake up if according to a particularly advantageous further formation of the process the electrostatic property of the substrate before entering the surface Treatment plant and after leaving the surface Treatment facility can be determined and from the difference of the measured values on the function of the surface loading facility is closed.

Das zweitgenannte Problem, nämlich die Schaffung einer Oberflächen-Behandlungsanlage für Substrate, insbesondere Korona-Behandlungsanlage für Kunststoff-Folien, die hin sichtlich ihres ordnungsgemäßen Arbeitens besonders zu verlässig zu überwachen ist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Überwachung des elektrostatischen Ver haltens der Substrate nach dem Verlassen der Oberflächen- Behandlungsanlage zumindest ein berührungslos arbeitender Sensor zur Bestimmung des elektrostatischen Verhaltens der Oberfläche des Substrates angeordnet ist.The second problem, namely the creation of a Surface treatment plant for substrates, in particular Corona treatment system for plastic films that go especially to their proper work is to be monitored reliably, according to the invention solved that to monitor the electrostatic ver holding the substrates after leaving the surface Treatment plant at least one non-contact Sensor for determining the electrostatic behavior the surface of the substrate is arranged.

Durch diese Art der Überwachung fällt ein nicht ordnungs gemäßes Arbeiten der Anlage sofort auf, so dass man un verzüglich die Anlage stillsetzen oder ihre Einstellung verändern kann, um wieder die gewünschte Oberflächenver änderung zu erreichen. Bei der erfindungsgemäßen Oberflä chen-Behandlungsanlage wird deshalb vermieden, dass vor dem Feststellen eines Fehlers größere Mengen Substrat falsch behandelt werden. With this type of surveillance, one doesn't fall into order proper operation of the system immediately, so that one un immediately shut down the system or stop it can change to get the desired surface ver to achieve change. In the surface according to the invention Chen treatment plant is therefore avoided before the detection of an error in larger amounts of substrate mistreated.

Besonders einfach ist die Oberflächen-Behandlungsanlage gestaltet, wenn der Sensor ein Influenz-Feldmeter ist.The surface treatment system is particularly simple designed when the sensor is an influential field meter.

Schwankungen in der Beschaffenheit des zu behandelnden Substrates vermögen die Überwachung des ordnungsgemäßen Arbeitens der Oberflächen-Behandlungsanlage nicht zu be einflussen, wenn an der Einlaufseite des Substrates ein weiterer Sensor zur Bestimmung des elektrostatischen Ver haltens der Oberfläche des Substrates vorgesehen ist.Fluctuations in the nature of the treatment Substrates are capable of monitoring the proper Working of the surface treatment plant not to be influence when on the inlet side of the substrate another sensor for determining the electrostatic ver holding the surface of the substrate is provided.

Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt inThe invention permits various embodiments. To further clarify their basic principle hereinafter referred to the drawing. This shows in

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ober flächen-Behandlungsanlage nach der Erfindung, Fig. 1 is a schematic representation of a top surface-treatment plant according to the invention,

Fig. 2 ein Diagramm, welches in Abhängigkeit von der Koronadosis die von einem Sensor hinter der Anlage gemessene Feldstärke des behandelten Substrates und zusätzlich die mit Testtinte bestimmte Oberflächenspannung des gleichen Substrates wiedergibt. Fig. 2 is a graph representing the temperature measured by a sensor behind the complex field strength of the treated substrate, and in addition, the test ink with certain surface tension of the same substrate depending on the corona dose.

Die in der Fig. 1 gezeigte Oberflächen-Behandlungsanlage hat insgesamt zwei Koronastationen 1 und 2. Die erste da von weist insgesamt acht Sprühelektroden 3, die zweite Koronastation 2 nur eine einzige Sprühelektrode 4 auf. Ein Substrat 5 in Form einer Folie durchläuft die beiden Koronastationen 1, 2 und wird hierzu innerhalb der jewei ligen Koronastation 1, 2 über eine als Walze ausgebildete Gegenelektrode 6, 7 geführt. Zum Transport des als Folie ausgebildeten Substrates 5 dienen Führungswalzen 8 und Umlenkwalzen 9. The surface treatment system shown in FIG. 1 has a total of two corona stations 1 and 2 . The first of these has a total of eight spray electrodes 3 , the second corona station 2 has only a single spray electrode 4 . A substrate 5 in the form of a film passes through the two corona stations 1 , 2 and is guided for this purpose within the respective corona station 1 , 2 via a counter electrode 6 , 7 designed as a roller. Guide rollers 8 and deflection rollers 9 serve to transport the substrate 5 , which is designed as a film.

Wichtig für die Erfindung sind Sensoren 10, 11, 12, 13, bei denen es sich bei diesem Ausführungsbeispiel um In fluenz-Feldsensoren handelt. Solche Sensoren 10, 11, 12, 13 werden beispielsweise von der Firma Eltex-Elektrosta tik-Gesellschaft mbH in D-79547 Weil am Rhein unter der Bezeichnung EM02 vertrieben. Der Sensor 10 misst die Feldstärke der Oberfläche des in die Oberflächen-Behand lungsanlage einlaufenden Substrates 5, während der Sensor 11 die Feldstärke der Oberfläche des aus der ersten Koro nastation 1 herauslaufenden Substrates 5 ermittelt. Ent sprechend ermitteln die Sensoren 12 und 13 die Oberflä chenfeldstärke des aus der zweiten Koronastation 2 her auslaufenden Substrates.Important for the invention are sensors 10 , 11 , 12 , 13 , which in this embodiment are fluence field sensors. Such sensors 10 , 11 , 12 , 13 are sold, for example, by the company Eltex-Elektrosta tik-Gesellschaft mbH in D-79547 Weil am Rhein under the name EM02. The sensor 10 measures the field strength of the surface of the substrate 5 entering the surface treatment system, while the sensor 11 determines the field strength of the surface of the substrate 5 running out of the first corona station 1 . Accordingly, the sensors 12 and 13 determine the surface strength of the surface of the substrate 2 running out of the second corona station 2 .

In dem in Fig. 2 dargestellten Diagramm wurde die bei PE-beschichtetem Fotopapier gemessene Feldstärke und die mit Testtinte an entnommenen Proben ermittelte Oberflä chenspannung in Abhängigkeit von der Koronadosis darge stellt. Zu erkennen ist, dass beide Größen oberhalb von etwa 30 W.min/m² konstant bleiben. Unterhalb dieses Wertes steigt die Feldstärke jedoch stark an während die Ober flächenspannung entsprechend abnimmt. Man kann deshalb zuverlässig aus einer hohen Feldstärke auf eine geringe Oberflächenspannung schließen. In the diagram shown in FIG. 2, the field strength measured with PE-coated photo paper and the surface tension determined with test ink on samples taken as a function of the corona dose are shown. It can be seen that both sizes remain constant above about 30 W.min / m ² . Below this value, however, the field strength rises sharply while the surface tension decreases accordingly. One can therefore reliably conclude from a high field strength that the surface tension is low.

Reference list

11

Koronastation
Corona station

22nd

Koronastation
Corona station

33rd

Sprühelektrode
Spray electrode

44th

Sprühelektrode
Spray electrode

55

Substrat
Substrate

66

Gegenelektrode
Counter electrode

77

Gegenelektrode
Counter electrode

88th

Führungswalze
Guide roller

99

Umlenkwalze
Deflection roller

1010th

Sensor
sensor

1111

Sensor
sensor

1212th

Sensor
sensor

1313

Sensor
sensor

Claims

1. A method for monitoring the treatment result of a surface treatment system for substrates, in particular a corona treatment system for plastic films, characterized in that following the treatment of the substrate after leaving the surface treatment system, the electrostatic behavior of the surface of the Substrate is determined by continuous measurement of electrical properties of the substrate surface.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the field strength touches the surface of the substrate determined with the help of an influential field meter becomes.

3. The method according to claim 1, characterized in that the electrostatic behavior by determining the Chargeability of a surface is determined.

4. The method according to claim 3, characterized in that the surface is first by means of a first elec Discharge trode and then by means of a second electrode is specifically charged.

5. The method according to claim 1, characterized in that the electrostatic behavior by determining the Discharge speed of a surface is determined.

6. The method according to claim 5, characterized in that before determining the discharge speed the Surface charged by means of an electrode becomes.

7. The method according to at least one of the preceding An sayings, characterized in that the electrostatic properties of the substrate before entering the surface treatment plant and after leaving the surface treatment system can be determined and from the difference of the measured values on the function of the surface Chen treatment plant is closed.

8. surface treatment system for substrates, in particular corona treatment system for plastic films, characterized in that for monitoring the electrostatic behavior of the substrates ( 5 ) after leaving the surface treatment system at least one contactless working sensor ( 11 , 12 , 13 ) for determining the electrostatic behavior of the surface of the substrate ( 5 ) is arranged.

9. Surface treatment system according to claim 1, characterized in that the sensor ( 11 , 12 , 13 ) is an Influ enz field meter.

10. Surface treatment system according to claims 8 or 9, characterized in that a further sensor ( 10 ) for determining the electrostatic behavior of the surface of the substrate ( 5 ) is provided on the inlet side of the substrate ( 5 ).