DE2062353C3

DE2062353C3 - Verfahren zum Kleben von festen Teilchen aneinander und/oder an ein Substrat

Info

Publication number: DE2062353C3
Application number: DE2062353A
Authority: DE
Inventors: Hugh Wheeler Xenia Ohio Campbell
Original assignee: Eurand America Inc
Current assignee: Adare Pharmaceuticals Inc
Priority date: 1969-12-22
Filing date: 1970-12-18
Publication date: 1985-03-21
Also published as: AU2005270A; DE2062353A1; DE2062353B2; US3694243A; CA933425A; FR2077566A1; CH517589A; ES386547A1; SE379779B; GB1276417A; BE760626A

Description

Bei bekannten Verfahren zur Herstellung eines mit Feststoffteilchen beschichteten Substrats wird das letztere mit einem Brei oder einer Dispersion der Teilchen in einer Lösung des Bindemittels beschichtet und anschließend getrocknet oder das Substrat wird zunächst mit einer Beschichtung des Bindemittels versehen, auf die anschließend die Feststoffteilchen, beispielsweise kleine Kapseln, aufgebracht werden, während sich das Bindemittel noch in seinem nassen oder klebrigen Zustand befindet Nachteilig bei diesem bekannten Verfahren ist daß sehr viel Bindemittel benötigt wird und daß es sehr schwierig ist eine gleichmäßige Verteilung der Teilchen auf dem Substrat zu erreichen. Insbesondere ist es sehr schwierig, eine einlagige Schicht von Teilchen mittels der bekannten Verfahren herzustellen, so daß die Gefahr besteht daß einzelne Teilchen in der Bindemittelschicht verschwinden, was in manchen Fällen höchst unerwünscht ist z. B. bei Anzeigevorrichtungen, wo die Teilchen einen Teil eines sichtbar zu machenden Musters bilden.

Aus der DE-OS 15 19 266 ist ein freifließendes Pulver bekannt welches aus Verbundpartikeln aus schmelzbarem Harz und Partikeln eines anorganischen nichtfaserförmigen festen Pulvers besteht das bei der maximalen Arbeitstemperatur unschmelzbar ist Dieses Pulver wird zur Herstellung von dichten porenfreien Oberzügen nach dem Aufschmelzverfahren verwendet wozu der Anteil des als Bindemittel dienenden schmelzbaren Harzes relativ hoch ist Eine Lehre, wie mit einer möglichst geringen Bindemittelmenge diskrete Feststoffteilchen mit einem Substrat und/oder miteinander verklebt werden können, ohne daß sie in dem Bindemittel verschwinden, kann aus dieser

Druckschrift nicht entnommen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine wesentlich bessere Kontrolle der Menge des verwendeten Bindemittels und es gestattet außerdem die Herstellung von einlagigen oder mehrlagigen Teilchenschichten, wobei die Verteilung der Teilchen in diesen

Schichten sehr gleichmäßig ist und praktisch keine Teilchen durch da?;. Bindemittel verdeckt werden

können.

Erfindungsgegenstand ist das in den Ansprüchen

definierte Verfahren.

Als Substrat können beliebige feste Stoffe verwendet werden, wie beispielsweise Papierblätter, textilie Gewebe oder Kunststoff. Es kann ferner die Form einer Platte oder auch eines anderen Körpers aufweisen, wie beispielsweise ein Würfel eine Kugel oder ein beliebig geformtes Werkstück. Schließlich kann das Substrat auch eine beliebige Fläche sein, wie beispielsweise ein Fußboden, ein Fußbodenbelag oder eine Wand Das Substrat kann eine ebene oder auch eine unebene Oberfläche besitzen; die einzige Bedingung, die es erfüllen muß, besteht darin, daß es den in dem erfindungsgemäßen Verfahren auftretenden Temperaturen standhält
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist außer dem

♦s Verteilen der Teilchen auf dem Substrat lediglich erforderlich, daß diese Teilchen mit einem geeigneten festen Bindemittel überzogen sind. Die verwendeten Teilchen sind im wesentlichen kugelförmig. Als Material dieser Teilchen körnen sowohl organische als auch anorganische Stoffe verwendet werden, die kristallin oder amorph sein können, und der Ausdruck »Feststoffteilchen« soll auch Flüssigkeitströpfchen oder feste Teilchen enthaltende Kapseln einschließen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit für Teilchen beliebiger Art anwendbar, vorausgesetzt daß sie mit einem Bindemittel benetzbar sind, das das Festkleben der Teilchen an dem Substrat ermöglicht Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Teilchen kleine Kapseln, die aus einer Wand aus einem Polymeren bestehen, die jeweils einen Kern eines flüssigen oder festen Stoffes, der von den der Wand verschieden ist umschließen. Bei der Verwendung von Kapseln als auf das Substrat aufzubringende Teilchen spielt selbstverständlich die interne Phase dieser Kapseln keine Rolle, da lediglich das Kapselwandmaterial mit der Umhüllung aus dem schmelzbaren Klebstoff in Berührung steht Obwohl die Größe der verwendeten Teilchen je nach dem verwendeten Substrat erheblich

variieren kann, haben sich jedoch Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser zwischen 400 und 2000 um als besonders geeignet erwiesen, jedoch wurde das erfindungsgemäße Verfahren auch mit Teilchen, die einen Durchmesserbereich zwischen 100 und 10 000 |im aufwiesen erfolgreich durchgeführt Auch bei der Verwendung von Kapseln können die o. g. Durchmesserbereiche angewandt werden, wobei der Kapselinhalt zwischen etwa 50 und 98% der Gesamtkapselmasse beträgt

Ein besonders geeignetes Verfahren zum Beschichten der Teilchen mit einem Bindemittel besteht darin, das letztere in Form sehr feiner Partikelchen mit den Teilchen in Berührung zu bringen, so daß auf den letzteren eine puderartige Schicht von dem schmelzbaren Material haften bleibt Obwohl aufgrund der dielektrischen Eigenschaften von Teilchen die eine Oberfläche aus Isolierstoff aufweisen der Staub des schmelzbaren Bindemittels besonders gut haften bleibt, ist es jedoch nicht unbedingt erforderlich, daß die Teilchen eine solche Oberfläche besitzen. Die Staiibpartikelchen des schmelzbaren Stoffes können einen Durchmesser zwischen etwa 0,5 und 3 |im aufweisen. Es ist aber auch möglich, daß er innerhalb eines Bereiches von etwa 0,1 bis 50 um oder auch noch etwas darüber liegt

Es können jedoch auch andere Verfahren zum Beschichten der Teilchenoberfläche mit dem schmelzbaren Bindemittel angewandt werden. Ein solches weiteres Verfahren besteht beispielsweise darin, die Teilchen in eine Lösung des gewünschten Bindemittels einzubringen oder mit einer solchen Lösung zu besprühen, wodurch man eine dünne, kontinuierliche Beindemittelschicht auf jedem einzelnen Teilchen erhält Ein wesentlicher Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß nur eine sehr geringe Menge des Bindemittels, bzw. Klebstoffs benötigt wird. Die Menge des Bindemittels ist in Abhängigkeit von der Oberfläche der einzelnen Teilchen sowie von der Gesamtoberfläche der Teilchenancrdnung jeweils so zu wählen, daß eine Klebstoffbindung nur an den Berührungspunkten zwischen den Teilchen und der Substratoberfläche und jeweils benachbarten Teilchen erfolgt und daß andererseits das Verschwinden von Teilchen in überschüssigem Bindemittel vermieden wird.

Als Bindemittel für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kommen beliebige bekannte und allgemein angewandte Bindemittel in Frage. Es können sowohl Thermoplaste als auch Duroplaste verwendet werden. Es ist lediglich erforderlich, daß dieser Stoff zumindest einmal schmelzbar oder erweichbar ist, und zwar in einem solchen Ausma3, daß er beim Erwärmen etwas fließt, um den Klebekontakt zwischen den Teilchen und der Substratoberfläche zu erreichen. Beispiele für duroplasiische Bindemittel sind: Alkydharze; AUylharze, wie beispielsweise Diallylphtalat und Diallylisophthalat; Aminoharze, wie beispielsweise Melamine und Harnstoff enthaltende Harze; Epoxydharze, Phenolharze, Polyester; oder auch Polyimidharze. Beispiele für thermoplatische Bindemittel sind: Polyäthylen mit hoher oder niedriger Dichte; Polyvinylchlorid; Polystyrol; Pol^ropylen; Akrylnitril-Butadien-Styrol; Akrylharze; Zellulose; Azetale; Polyamide (Nylon); Polykarbonate; Polyphenylenoxyde; und Fluoroplaste. Für die Auswahl eines bestimmten Bindemittels für das erfindungsgemäße Verfahren sind die Benetzungseigenschaften des schmelzbaren *}^;ndemittels für das Substrat und für die Teilchen sowie der Schmelzpunkt bzw. Fließpunkt in Betracht zu ziehen. Bei der vorliegenden Betrachtung soll unter »Schmelzpunkt« diejenige Temperatur verstanden werden, bei der das Bindemittel fließfähig genug ist, um eine Klebstoffbindung zwischen den Teilchen und den benachbarten Körpern, mit denen sie in Berührung stehen, herbeizuführen. Vorzugsweise werden Bindemittel mit Schmelzpunkten zwischen etwa 50 und 200⁰C verwendet Es können jedoch auch Bindemittel mit anderen Schmelzpunkten verwendet

ίο werden, wobei lediglich darauf zu achten ist, daß sowohl das Substrat als auch die Kapseln diese Temperaturen vertragen.

Die zum Schmelzen des Bindemittels benötigte Wärme kann auf beliebige Weise zugeführt werden. Es

is ist lediglich darauf zu achten, daß das Substrat oder die Teilchen nicht übermäßig stark erwärmt werden. Außerdem darf selbstverständlich nicht so stark erwärmt werden, daß sich das Bindemittel zersetzt oder zu flüssig wird. Vorzugsweise erfolgt das Schmelzen des Bindemittels durch Erwärmen des Substrats. Das Abkühlen des mit den Teilchen beschiciteten Substrats kann ebenfalls auf beliebige Weise ei folgen, wie beispielsweise durch Eintauchen in eine Kühlflüssigkeit oder ganz einfach dadurch, daß das mit den Teilchen beschichtete Substrat einer Atmosphäre ausgesetzt wird, deren Temperatur unter der Schmelztemperatur des Bindemittels liegt In manchen Fällen kann es erforderlich sein, das Abkühlen sehr schnell durchzuführen, um eine möglichst schnelle Verbindung der einzelnen Teilchen miteinander zu erzielen.

Werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Teilchen sehr dicht nebeneinander auf dem Substrat abgelagert, dann sind sowohl Verbindungen zwischen den einzelnen Teilchen als auch zwischen den Teilchen und dem Substrat vorhanden, wobei noch ein relativ großer Oberflächenbereich der Teilchen sichtbar ist In Anwendungsfällen, bei denen eine noch größere aktive Teilchenoberfläche erforderlich ist kann auch ein Substrat aus flexiblem oder abziehbarem Material verwendet werden, auf dem der schmelzbare Klebstoff nur urvollkommen haftet In einigen Anwendungsfällen, bei denen eine besondere große Teilchenoberfläche erwünscht ist wie z. B. bei Katalysatorteilchen, die als feste Anordnung oder in Form eines Blockes von miteinander verbundenen Teilchen vorliegen sollen, wird ein flexibles Substrat in Form eines abziehbaren Films verwendet auf den eine Schicht von mit dem Klebstoff überzogenen Teilchen aufgebracht wird. Nach dem Beschichten, Erwärmen und Abkühlen wird der das

so Substrat bildende Film abgezogen, so daß ein fester Körper von punktweise aneinanderhaftenden Teilchen mit einem Minimum an Bindemittel zurückbleibt

Von den Zeichnungen zoigt F i g. 1 eine Darstellung von mit einem schmelzbaren Bindemittel überzogenen Teilchen.

Fig.2 zeigt diese Teilchen nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d. h. nach Festkleben derselben an dem Substrat

In Fig.3 ist teilweise als Schnitt ein einlagig mit

Teilchen beschichtetes Substrat vor der Wärmebehandlung und dem Abkühlen dargestellt

Die Fig.4 zeigt dieses beschichtete Substrat nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig.5 zeigt beispielsweise einen mit Teilchen beschichteten flexible η Träger, wie beispielsweise Schmirgelpapier, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
F i g. 6 zeigt eine Anzeigeanordnung, beispielsweise

mit im wesentlichen kugelförmigen Teilchen aus vorzugsweise reflektierendem Material, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren auf ein Substrat, wie beispielsweise auf eine Wand, einen Fußboden- oder Straßenbelag oder auf eine Anzeigetafel aufgebracht werden.

F i g. 7 soll eine Dichtung oder ein ähnliche Zwischenlage zum dichten Verbinden zweier Werkstücke darstellen. Bei der in F i g. 7 gezeigten Dichtung werden als Beschichtungsteilchen kleine Kapseln verwendet, die eine flüssige oder fließfähige Dichtungsmasse enthalten, die durch den bei Gebrauch der Dichtung auftretenden Druck freigegeben wird

Im folgenden werden nun die einzelnen Figuren näher beschrieben.:

In F i g. 1 sind zwei einzelne Teilchen dargestellt, die auf verschiedene Weise mit einem schmelzbaren Bindemittel überzogen sind Das linke Teilchen 10 ist mit einer Staubschicht ii des schmelzbaren Biiiücniiitels umgeben. Das rechte Teilchen 10 ist dagegen mit einer dünnen kontinuierlichen Schicht 12 des schmelzbaren Bindemittels umgeben. Beide Teilchen liegen auf dem Substrat 13, ohne an diesem zu haften.

In Fig.2 sind Teilchen 10 dargestellt, die durch Schmelzen und anschließendes Verfestigen des Bindemittels 14 nunmehr aneinander und an dem Substrat haften. Das geschmolzene und wieder festgewordene Bindemitte! 14 ist ein Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens, entweder mit Teilchen, die eine Staubschicht 11 besitzen oder mit Teilchen, die eine dünne kontinuierliche Bindemittelschicht aufweisen.

In den F i g. 3 und 4 sind die einzelnen Bestandteile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen wie in den F i g. 1 und 2, und ihre räumliche Anordnung zueinander entspricht ebenfalls im wesentlichen derjenigen der genannten Figuren, so daß sich eine nähere Beschreibung dieser F i g. 3 und 4 erübrigt. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß bei allen Figuren die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente nicht maßstäblich dargestellt sind So kann beispielsweise die relative Größe der Staubteilchen U der thermoplastischen Schicht 12 und der Teilchen 10 sehr stark variieren. Außerdem sind die Abstände der einzelnen Teilchen voneinander und zum Substrat übertrieben dargestellt, um die Benetzungseigenschaften zwischen den einzelnen Teilchen und den jeweils angrenzenden Flächen deutlich zu machen. Die Fig.5, 6 und 7 sind Gesamtdarstellungen von durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Produkten, wobei die einzelnen festgeklebten Teilchen in bezug auf die Gesamtanordnung so klein sind, daß sich eine Darstellung der einzelnen Elemente bzw. Bestandteile erübrigt

In den folgenden Beispielen werden einige bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.

Beispiel 1

Bei diesem Beispiel werden als feste Teilchen Kapseln verwendet, die als innere Phase eine Flüssigkeit enthalten (z. B. eine flüssige, härtbare, polymere Dichtungsmasse enthaltende Kapseln). Der durchschnittliche Durchmesser der verwendeten Kapseln liegt zwischen etwa 500 und 850 um. Dieser Größenbereich wurde gewählt, da festgestellt wurde, daß sich bei diesem eins im wesentlichen einiagige Kapselschicht ergibt Kleinere Kapseln führen häufig zu einer mehrlagigen Schicht und es ergibt sich eine unebene Außenfläche der auf diese Weise beschichteten

Anordnung, was in vielen Fällen vermieden werden soll. Das in diesem Beispiel der Erfindung verwendete

durch Wärme erweichbare Bindemittel is⁴, ein fester,

Epoxydharz enthaltender polymerer Stoff. Dieser wird

s zu Staub mit einer durchschnittlichen Teilchengröße zwischen etwa 0,5 bis 3 μιτι gemahlen. Der Schmelzpunkt des Bindemittels beträgt etwa 175⁰C Etwa 95 g der Kapseln werden in einem Gefäß entsprechender Größe zusammen mit etwa 5 g des Bindemittelstaubes

to so lange geschüttelt, bis sich eine gleichmäßige Schicht des letzteren auf allen Kapseln abgelagert hat. Der überflüssige Staub wird von den staubbeschichteten Kapseln dadurch entfernt, daß die Mischung aus Kapseln und Staub auf ein Sieb mit öffnungen von

is weniger als 500 μπι geschüttet wird Die staubbeschichteten Kapsel bleiben auf dem Sieb zurück und der lose, nicht haftengebliebene Bindemittelstaub fällt auf das Sieb und kann später wieder verwendet werden. Mit diesen staubbedeckten Kapseln kann nun sin beliebiges Substrat beschichtet werden, indem die Oberfläche dieses Substrats auf eine Temperatur erwärmt wird, die über der Schmelztemperatur des Bindemittels liegt Bei Erreichen der Fließtemperatur des Bindemittels wird die an den Kapseloberflächen anhaftende geringe Bindemittelmenge aufgrund von Oberflächenkräften an die Berührungspunkte zwischen den Teilchen und dem Substrat bzw. zwischen benachbarten Teilchen gezogen. Anschl; -Send läßt man das Bindemittel hart werden. In dem vorliegenden Beispiel geschieht dies durch ein Härten aufgrund einer chemischen Reaktion, und man erhält eine im wesentlichen dnlagige Schicht aus dichtgepackten, annähernd kugeiförmigen Teilchen, die an dem gewählten Substrat haften.

3J Beispiel 2

In diesem Beispiel wird eine reflektierende Anzeigevorrichtung hergestellt Als feste Teilchen werden Glasperlen verwendet, die mit einem Polyäthylen mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 und einem Schmelzpunkt von etwa 100⁰C beschichtet sind Glasperlen innerhalb eines Größenbereiches von etwa 1000 bis 1500 um werden in einer Lösung des Polyäthylens in Toluol dispergiert und werden anschließend aus dieser Lösung entfernt Das Toluol wird anschließend verdampft, so daß das Polyäthylen zurückbleibt Die mit dem Polyäthylen beschichteten Glasperlen werden dann entsprechend dem darzustellenden bzw. anzuzeigenden Informationsmuster auf ein Substrat aufgelegt, wie beispielsweise die Oberfläche

so eines Metallbehälters oder die Oberfläche einer hölzernen Anzeigetafel. Anschließend wird das bindemittel mitteis einer infrarotiichtqueüe erwärmi, und zwar bei Verwendung eines metallischen Trägers wahlweise von der Vorder- oder der Rückseite und bei Verwendung eines hölzernen Trägers insbesondere von der Vorderseite

Beispiel 3

Siliziumoxydteilchen mit einer Größe von etwa 200 bis 400 um werden zusammen mit feinverteiltem Staub von im Handel erhältlichen wänneaushärtbarem, schmelzbaren, festen, Epoxydharz enthaltenden polymeren Stoff geschüttelt Die mit dem Staub bedeckten Teilchen werden von dem freien Klebstoffstaub durch Sieben getrennt und auf feste Papierblätter aufgebracht, die so präpariert sind, daß sie einer Wärmebehandlung standhalten. Die mit den Teilchen beschichteten Papierblätter werden in einen auf etwa 175° C

erwärmten Ofen gelegt und etwa 10 Minuten auf dieser Temperatur gehalten. Nach dieser Zeit sind die Siliziumoxydteilchen fest miteinander und mit dem Papierstubsirai verklebt

Beispiel 4

Kapseln mit einem mittleren Durchmesser von etwa 500 bic 750 |im werden mit einem thermoplastischen Klebstolf überzogen und werden auf ein blattförmiges Substrat als mehrlagige Schicht aufgebracht. Das Substrat wird von unten her gemäß einem gewünschten Muster über die Schmelztemperatur des Klebstoffes erwärmt Die Erwärmung wird dann eingestellt und das Substrat abgekühlt Nichtanhaftende Kapseln werden anschließend von dem Substrat abgeschüttelt, so daß ein Beschichtungsmuster zurückbleibt, das dem angelegten . Wärmemuster entspricht

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Kleben von festen Teilchen aneinander und/oder an ein Substrat mit Hilfe eines polymeren Sindemittels, bei dem man die Teilchen mit einer Schicht des festen Bindemittels versieht, auf das Substrat aufbringt und das Substrat erwärmt, um das Bindemittel zum Schmelzen zu bringen und das Bindemittel wieder verfestigt, dadurch gekennzeichnet, daß man im wesentlichen kugelförmige Teilchen (10), von denen jedes Teilchen einzeln mit einer dünnen Schicht des Bindemittels versehen ist, auf das Substrat (13) aufbringt, daß man das Substrat auf eine Temperatur erwärmt bei der das geschmolzene Bindemittel zu fließen vermag, und daß man die Menge des Bindemittels so wählt, daß es sich im wesentlichen nur an den Kontaktpunkten (14) zwischen den Teilchen untereinander und zwischen den Teilchen und dem Substrat ansainnielt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine einlagige Schicht der Teilchen auf das Substrat aufbringt

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß die Teilchen Glaskfigelchen oder Kapseln mit Polymerwänden, die einen flüssigen und/oder festen Stoff enthalten, sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die aneinander haftenden Teilchen nach dem Hartwerden des Bindesmittels von dem Substrat entfernt werden.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Bindemittel vor dem Schmelzen in Fo. m feiner Teilchen vorliegt

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß die durchschnittliche Teilchengröße des Bindemittels zwischen 0,5 und 3,0 μπι liegt

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß das Bindemittel vor dem Schmelzen in Form eines im wesentlichen kontinuierlichen Überzuges auf den Teilchen abgelagert ist

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der mittlere Durchmesser der Teilchen zwischen 200 und 4000 μπι liegt

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß das Bindemittel ein duroplastisches Polymer ist oder enthält