DE2542575A1 - PROCESS AND DEVICE FOR CURING COATING ON SENSITIVE DOCUMENTS BY ELECTRON RADIATION - Google Patents
PROCESS AND DEVICE FOR CURING COATING ON SENSITIVE DOCUMENTS BY ELECTRON RADIATIONInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zur Aushärtung von Überzügen auf empfindlichen Unterlagen durch ElektronenbestrahlungMethod and device for curing coatings on sensitive substrates by electron irradiation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aushärten von sowohl dekorativen als auch schützenden Überzügen, die auf nichtverstärkten oder verstärkten empfindlichen Unterlagen aufgebracht sind, welche den Grad der anwendbaren thermischen oder Bestrahlungsaushärtung und damit auch die mögliche Aushärtungsgeschwindigkeit begrenzen. Im einzelnen umfaßt die Erfindung die Anwendung der Elektronenaushärtung für die Hochgeschwindigkeitsübertragung von filmartigen Überzügen, die für die vorgenannten Anwendungen benutzt werden. Ein unerwarteter Vorteil des hier dargestellten Verfahrens besteht darin, daß eine Beschädigung der Papier- oder Plastikübertragung sfölien vermieden wird, welche benutzt werden, The invention relates to a method and a device for curing both decorative and protective coatings, which are applied to non-reinforced or reinforced sensitive substrates, which limit the degree of thermal or radiation curing that can be used and thus also the possible curing rate. More particularly, the invention encompasses the use of electron curing for the high speed transfer of film-like coatings used for the aforesaid applications. An unexpected advantage of the method presented here is that it avoids damage to the paper or plastic transfer films which are used
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um.dem Filmüberzug ein Muster oder eine besondere Oberflächengestaltung zu geben, so daß diese Folien bei fortlaufenden Übertragungsanwendungen eine wesentlich erhöhte Lebensdauer haben.um.dem film coating a pattern or a special surface design to give, so that these foils in continuous transfer applications a substantially increased Have lifetime.
Das Aushärten von schützenden oder dekorativen Überzügen, die auf hitzeempfindlichen Trägermaterialien, wie beispielsweise Papier oder Stoff, aufgebracht werden, wird normalerweise mittels eines Durchlaufs des Produkts durch einen Trockenofen erreicht. Üblicherweise wird der Überzug in Form einer flüssigen Lösung des Überzugsharzes aufgebracht, so daß die Konvektions- oder Strahlungserhitzung des überzogenen Produkts im Ofen zu einer Verflüchtigung des Lösungsmittels und einer Aushärtung des verbleibenden Harzes führt. Die Lösungsmittelkonzentrationen variieren von 20 bis 60 Gewichtsprozenten des flüssigen Überzuges und hängen ab von der für die Anwendung benötigten Viskosität, den Fließeigenschaften des Überzugs, der Benetzbarkeit der Oberfläche der Unterlage und anderen Faktoren, welche den Beschichtungsprozeß beeinflussen· Es ist insbesondere bei der Beschichtung von Stoffen notwendig, zu verhindern, daß der Überzug in das Stoffgewebe durchschlägt, wodurch der Stoff sich steif oder kartonartig anfühlen würde. Das Lösungsmittel muß vollständig verdunstet sein, bevor die nächste Schicht aufgebracht werden kann, so daß normalerweise mehrere dünne Schichten aufgebracht werden, von denen jede beim Durchlaufen des Trocknungsofens vor dem nachfolgenden Ver— arbeitungsvorgang vollständig ausgehärtet wird«Curing of protective or decorative coatings applied to heat sensitive substrates such as paper or cloth is normally accomplished by passing the product through a drying oven. Usually the coating is applied in the form of a liquid solution of the coating resin so that convection or radiant heating of the coated product in the oven leads to volatilization of the solvent and curing of the remaining resin. The solvent concentrations vary from 20 to 60 percent by weight of the liquid coating and depend on the viscosity required for the application, the flow properties of the coating, the wettability of the surface of the substrate and other factors which influence the coating process.It is particularly important when coating fabrics necessary to prevent the cover from penetrating into the fabric, which would make the fabric feel stiff or cardboard-like. The solvent must have completely evaporated before the next layer can be applied, so that several thin layers are normally applied, each of which is completely cured as it passes through the drying oven before the subsequent processing operation.
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Zwei Beispiele der großindustriellen Verwendung dieses relativ aufwendigen Aufbaus von thermisch ausgehärteten Überzügen auf flüssiger Basis sind: Urethan- oder Venyl— beschichtungen von Stoffen und die (phenol ist eh en) Isolierüberzüge von Draht für Induktivitäten» Je nach der benötigten Stärke des Überzuges sind vier bis zwanzig Durchgänge notwendig, um den endgültigen Überzug aufzubauen, wobei die Ofentemperaturen so begrenzt sind, daß ein Sieden oder eine Blasenbildung im Überzug nicht auftritt, wenn das flüchtige Lösungsmittel aus dem Überzug entfernt wird, weil damit die Bildung von Stecknadelförmigen Löchern einhergehen bzw. Ausschuß erzeugt würde. Bei beschichteten Stoffen ergeben sich typischerweise Dicken des trockenen Filmes in der Größenordnung von 25 bis 80 pm (62 bis 155 g/m bei 1,37 m Stoffbreite), für Ablöseüberzüge auf Papier sind Dicken von nur 10 um typisch, während bei Drahtüberzugsanwendungen üblicherweise nur Filmstärken von einigen Mikrometern benutzt werden*Two examples of the large-scale industrial use of this relatively complex structure of thermally cured coatings on a liquid basis are: urethane or vinyl coatings on fabrics and the (phenol is eh en) insulation coatings on wire for inductors. Depending on the required thickness of the coating, four to Twenty passes are required to build up the final coating, with oven temperatures limited so that boiling or bubbling of the coating will not occur when the volatile solvent is removed from the coating due to the formation of pinholes or rejects would. In the case of coated fabrics, the dry film thicknesses are typically in the order of 25 to 80 μm (62 to 155 g / m for a fabric width of 1.37 m), for release coatings on paper thicknesses of only 10 μm are typical, while for wire coating applications usually only Film thicknesses of a few micrometers can be used *
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Elektronenstrahlaushärtungsverfahren anzugeben, welches feste (lösungsmittelfreie) Überzüge benutzt, um die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden. Durch das Fehlen von stark flüchtigen Anteilen im Überzug und dem bei Raumtemperatur ablaufenden Verfahren ist die Gefahr der Bildung von Stecknadellöchern und der dadurch hervorgerufenen Fehlüberzüge eliminiert.The invention is based on the object of a novel Specify electron beam curing processes which use solid (solvent-free) coatings to overcome the disadvantages the known procedures to avoid. Due to the lack of highly volatile components in the coating and the Processes taking place at room temperature risk the formation of pinholes and the resulting pinholes Wrong coatings eliminated.
Weiterhin soll ein neues und verbessertes Aushärtungsverfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung angegeben werden, die verlustfrei arbeitende Überzugsaufbringsysteme benutzen, welche ein weiteres Anwendungsfeld als die bisher bekannten finden. Ähnliche Deschichtungssysteme, deren Aushärtung von der durch freie Radikale eingeleiteten Polymerisation abhängt, können beispielsweise mit verschiedenen Bestrahlungsquellen, wie beispielsweise Ultraviolett, behandelt werden, welche allerdings nicht in der Lage sind, pigmentierte Beschichtungssysteme zu behandeln, die ultraviolette Strahlen bereits an der Oberfläche absorbieren. Außerdem können damit thermolabile Unterlagen nicht mit großer Geschwindigkeit ausgehärtet werden, weil die industriellen Ultraviolett-Lampen nur einen kleinen Wirkungsgrad bei der Energieumsetzung haben und somit eine sehr starke Aufladung des behandelten Produktes mit infraroten Anteilen bewirken. Darüber hinaus werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Additive benötigt, um den Überzug gegenüber ultravioletten Strahlen empfindlich zu machen, wie beispielsweise Benzoin-Ather oder Benzophenone, weil die Energiequelle für die Aushärtung (Elektronen) direkt freie Radikale im Überzug erzeugen. Folglich können nach den erfindungsgemäßen Verfahren auch Überzüge verarbeitet werden, die gegen Lagerung und natürlich ultraviolette Belichtung unempfindlich sind«Furthermore, a new and improved curing process and a corresponding device are to be specified, who use lossless coating application systems, which have a wider field of application than before find acquaintances. Similar coating systems, their hardening depends on the polymerization initiated by free radicals, for example with different Irradiation sources, such as ultraviolet, are treated, which, however, are not able to to treat pigmented coating systems that absorb ultraviolet rays at the surface. In addition, it cannot be used to cure thermally unstable substrates at high speed because the industrial Ultraviolet lamps only have a low level of efficiency in terms of energy conversion and therefore a very high level of efficiency cause the treated product to be strongly charged with infrared components. In addition, in the invention Process does not require additives to make the coating sensitive to ultraviolet rays, such as benzoin ethers or benzophenones, because the energy source for curing (electrons) is direct Generate free radicals in the coating. Consequently, coatings can also be processed according to the method according to the invention that are insensitive to storage and, of course, ultraviolet exposure «
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den.Unteransprüchen und werden im folgenden näher beschrieben.Further advantages of the invention emerge from the subclaims and are described in more detail below.
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Ähnliche Beschichtungssysterae, die abhängig sind von einer Polymerisation, die durch freie Radikale eingeleitet wird, und welche andere Strahlungsquellen benutzen, wie beispielsweise Elektronen hoher Energie (E - 300 keV, erzeugt durch einen Beschleuniger mit zeilenweiser Abtastung) oder Gammastrahlen (E ~* 1,17 oder 1,33 MeV, erzeugt durch Kobalt-60-Quellen), sind nicht in der Lage, dasjenige Gebiet des Produktes, das durch die ionisierende Strahlung betroffen ist, zu begrenzen oder einzuengen. Als Folge davon, kann die Unterlage eine Bestrahlungsmenge erhalten, die gleich oder größer ist als diejenige des Überzuges. Bei vielen wichtigen Polymeren, die sowohl natürlich (Zellulose) oder auch künstlich hergestellt (Teflon, Rayon usw.) sein können, kann hierdurch eine Beeinträchtigung infolge des Aufbrechens von Bindungen oder Zerfall des Polymers hervorgerufen werden. Dieser bei vielen Polymeren vom degradierenden Typ (Gruppe II) auftretende Prozeß ist im einzelnen von Chapiro in Radiation Effects in Polymers of the Degrading Type, Ch. X, "Radiation Chemistry of Polymeric Systems*1, Interscience Publishers, N.Y., 1961 behandelt worden. Bei Baumwolle führt beispielsweise die durch Bestrahlung hervorgerufene Abtrennung von l,4-glycosiden Bindungen, welche die Anhydroglukose-Gruppen an das Macromolekül binden, zu einer Herabsetzung der Zugfestigkeit. Außerdem tritt eine Verfärbung durch radiolytische Effekte auf, hervorgerufen in erster Linie durch das von diesem hydrophilen Material adsorbierte Wasser· Similar coating systems that are dependent on a polymerization initiated by free radicals and which use other radiation sources, such as high-energy electrons (E - 300 keV, generated by an accelerator with line-by-line scanning) or gamma rays (E ~ * 1, 17 or 1.33 MeV, generated by cobalt-60 sources), are not able to limit or narrow the area of the product that is affected by the ionizing radiation. As a result, the substrate can receive an amount of irradiation that is equal to or greater than that of the coating. Many important polymers, which can be natural (cellulose) or man-made (Teflon, rayon, etc.) can be adversely affected by the breakage of bonds or the breakdown of the polymer. This process, which occurs with many polymers of the degrading type (Group II), has been discussed in detail by Chapiro in Radiation Effects in Polymers of the Degrading Type, Ch. X, "Radiation Chemistry of Polymeric Systems * 1 , Interscience Publishers, NY, 1961. for cotton, for example caused by irradiation separation results of l, 4-glycosidic bonds which bind the anhydroglucose groups on the macromolecule, to a reduction in tensile strength. in addition, discoloration occurs by radiolytic effects, caused primarily by the of this hydrophilic material adsorbed water
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Als Folge davon ist die Bestrahlungsaushärtung von Oberflächenbehandlungen oder Beschichtungen dieser Materialien bisher wenig günstig gewesen, da die Beeinträchtigungen der Unterlage und deren Auswirkungen auf die Eigenschaften der Produkte nicht hingenommen werden konnten. Bei diesen Materialien vom degradierenden Typ ist es selbstverständlich, daß ein Bestrahlungstrocknungssystem so eingestellt werden muß, daß es seine Energie vorzugsweise in den Überzug oder das Oberflächenmaterial abgibt, so daß die Einwirkung auf die Unterlage zu einem Minimum gemacht wird«As a result, the radiation curing of surface treatments or coatings of these materials have hitherto been less favorable because of the impairments the document and its effects on the properties of the products could not be accepted. With these materials of the degrading type it goes without saying that an irradiation drying system must be adjusted to preferentially direct its energy into the coating or the surface material gives off, so that the action on the document is made to a minimum "
Das hier dargestellte Verfahren leidet auch nicht unter denjenigen Einschränkungen, welchen die Beschichtungsverfahren unterliegen, die nicht von Bestrahlung Gebrauch machen.Gepuderte Überzüge (welche keine Lösungsmittel enthalten) benötigen noch einen großen thermischen Aufwand für die Unterlage, um während des Aushärtungsprozesses eine Veränderung im Überzug selbst zu erzielen. Bei Papier- oder Stoffüberzügen, insbesondere in Verbindung mit Urethan-Systemen, werden vielfach Zweifachüberzüge benutzt, wie sie beispielsweise von J.C. Zemlin in "Development of a 100 % Solids Urethane Fabric Coating Process", Proc. AATCC Symposium on Coated Fabrics Technology, 101-107, 28. März 1973 beschrieben sind, die ausfließendes Lösungsmittel und einen großen Anteil der überflüssigen Hitze, die notwendig ist, um konventionelle Lacke auf Lösungsmittelbasis auszuhärten, eliminieren» Derartige Systeme sind jedoch nicht flexibelThe process presented here does not suffer from those restrictions that are subject to coating processes that do not make use of irradiation. Powdered coatings (which do not contain any solvents) still require a great deal of thermal expenditure for the base in order to change the coating itself during the curing process to achieve. In the case of paper or fabric coatings, in particular in connection with urethane systems, double coatings are often used, as described, for example, by JC Zemlin in "Development of a 100 % Solids Urethane Fabric Coating Process", Proc. AATCC Symposium on Coated Fabrics Technology, 101-107, March 28, 1973, which eliminate solvent leaks and much of the excess heat necessary to cure conventional solvent-based paints. Such systems, however, are not flexible
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und gestatten weder das Aufbringen von dünnen Überzügen (unterhalb kO bis 50 jum) auf dünnen Unterlagen, noch sind sie für temperaturempfindliche Unterlagen geeignet, weil sie für eine Aushärtung hohe Temperaturen (i00° C) benötigen, and do not allow the application of thin coatings (below kO to 50 jum) on thin substrates, nor are they suitable for temperature-sensitive substrates because they require high temperatures (100 ° C) for curing,
Insgesamt umfaßt die Erfindung ein Verfahren zum Aushärten von Oberflächenüberzügen, wie beispielsweise Acrylen, Urethanen, Epoxyden usw., die auf empfindlichen Unterlagen aufgebracht oder befestigt sind, deren Eigenschaften die Trocknungsgeschwindigkeit begrenzen. Eingeschlossen ist das Anbringen eines durch Elektronen aushärtbaren Überzuges auf der Unterlage, entweder durch Übertragung einer Filmschicht oder durch direktes Aufbringen, wobei das Laminat von Unterlage und nicht ausgehärtetem Überzugsmaterial in ein bestimmtes Gebiet gebracht wird, die Elektronenenergie innerhalb dieses Gebietes auf den Überzug gerichtet ist, der Elektronenstrahl so ausgerichtet wird, daß er eine Dosis von bis zu h Megarad mit einer Energie von vorzugsweise 50 bis 200 keV erzeugt und die Durchtrittsgeschwindigkeit in dem vorbestimmten Gebiet vorzugsweise in der Größenordnung von 20 bis 100 m/min liegt, so daß der aufgebrachte Überzug ohne Beeinträchtigung der hitze- oder strahlungserapfindlichen Unterlage ausgehärtet wird. Bei dem Pegel von lt Megarad werden weniger als 10 Kalorien an Energie pro Gramm des Überzugsmaterials zum Aushärten benötigt, wobei unter den oben genannten Bedingungen weniger als 20 % davon die Unterlage erreichen. Unter der Annahme, daß die spezifische Wärme des Überzugs-Overall, the invention comprises a method for curing surface coatings, such as acrylics, urethanes, epoxies, etc., which are applied or attached to sensitive substrates, the properties of which limit the drying speed. This includes the application of an electron-curable coating to the substrate, either by transferring a film layer or by direct application, whereby the laminate of substrate and uncured coating material is brought into a certain area, the electron energy within this area is directed to the coating, the electron beam is directed so that it generates a dose of up to h megarads with an energy of preferably 50 to 200 keV and the rate of passage in the predetermined area is preferably of the order of 20 to 100 m / min, so that the applied coating is cured without affecting the heat- or radiation-sensitive base. At the 1 t megarad level, less than 10 calories of energy per gram of coating material are required to cure, with less than 20 % of that reaching the base under the above conditions. Assuming that the specific heat of the coating
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materials 0,3 beträgt, ist während des Aushärtungsvorganges eine Temperaturerhöhung von weniger als 30 C im Überzug zu erwarten, wobei sich für das darunter befindliche temperaturempfindliche Trägermaterial wesentlich niedrigere Werte ergeben. Durch eine genaue Steuerung der Energie des Prozessors kann die durch Elektronen verursachte Beeinträchtigung der Unterlage auf diese Weise zu einem Minimum gemacht werden. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung werden im folgenden näher beschrieben.materials is 0.3, there is a temperature increase of less than 30 C in the coating during the curing process to be expected, with the temperature-sensitive carrier material underneath being much lower Values. By carefully controlling the energy of the processor, the degradation caused by electrons can be avoided the document can be kept to a minimum in this way. Preferred embodiments of the invention are described in more detail below.
Insbesondere liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß, wenn ein Elektronenstrahl durch eine Einrichtung, wie sie in den US-PS 3 702 412, 3 7^5 396 oder 3 769 6OO beschrieben ist, erzeugt und entsprechend der Erfindung genau derart gesteuert wird, daß er seine Energie in einem vorgegebenen Gebiet auf die überzogene Unterlage abgibt, wobei die Trajektorien im wesentlichen senkrecht in Bezug auf die Oberfläche des Überzugs gerichtet sind, eine genaue Steuerung des Energieabgabe-Profils möglich ist. Eine derartige Anordnung und Steuerung der Energieverteilung ist nicht mit anderen Energiequellen möglich, wie sie beispielsweise in den US-PS 2 602 751 oder 3 013 15^ beschrieben sind, wobei gerade die Kombination des senkrechten Eintreffens der Elektronen auf ein durchlässiges Fenster und die großen Stärken der benutzten Fenster zu sehr großen Streuwinkeln in Bezug auf die Verteilung der austretenden Elektronen führen. Ein weiterer Vorteil desIn particular, the invention is based on the knowledge that when an electron beam passes through a device as described in U.S. Patent Nos. 3,702,412, 3,7,5,396, or 3,769,600 is described, generated and precisely controlled according to the invention in such a way that it uses its energy in a given area on the coated substrate, the trajectories being substantially perpendicular with respect to each other are directed towards the surface of the coating, precise control of the energy release profile is possible. Such an arrangement and control of the energy distribution is not possible with other energy sources, such as see, for example, U.S. Patents 2,602,751 or 3,013,115 are described, the combination of the perpendicular arrival of the electrons on a permeable Windows and the great strengths of the windows used lead to very large scattering angles with regard to the distribution of the outgoing electrons. Another benefit of the
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Verfahrens wird in der US-PS 3 780 308 angegeben, wonach die hohen Bremskräfte von niederenergetischen Elektronen im Bereich von iOO bis 150 keV benutzt werden, um den Wirkungsgrad der Aushärtung bei einem System mit einem vorgegebenen Prozessor-Leistungspegel heraufzusetzen. Erst durch die Benutzung von derartigen Elektronen bei Energien, die wesentlich unterhalb denjenigen liegen, die bisher für industrielle Anwendungen zur Verfügung standen, kann das Vordringen des Aushärtungsflusses durch den Überzug zur labilen Unterlage hin gesteuert werden.Process is given in US Pat. No. 3,780,308, according to which the high braking forces of low-energy electrons in the range from 100 to 150 keV can be used to generate the Increase curing efficiency in a system with a given processor power level. Only through the use of such electrons at energies that are significantly below those which were previously available for industrial applications, the penetration of the curing flow can be controlled by the coating towards the unstable base.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen:Preferred embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Ausführungsbeispiels, das die Geometrie der Elektronenbestrahlung und die Ausrichtungen für das Aushärten von Überzügen auf empfindlichen Unterlagen entsprechend der Erfindung wiedergibt,Fig. 1 is a longitudinal section of an embodiment that electron beam geometry and orientations for curing coatings reproduces sensitive documents according to the invention,
Fig. 2 eine grafische Darstellung, in der das Eindringen von Energie in Abhängigkeit von der Steuerung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist,Fig. 2 is a graph showing the penetration of energy is shown as a function of the control of the method according to the invention,
Fig. 3a, Fig. 3t> und Fig. 4 Ansichten entsprechend Fig. von modifizierten Bestrahlungstechniken,3a, 3t and 4 are views corresponding to FIG. of modified radiation techniques,
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Fig. 5 und Pig. 6 schematische Verfahrensfluß-Systemdiagramme, Fig. 5 and Pig. 6 schematic process flow system diagrams,
Fig. 7a und Fig. 7b eine perspektivische bzw. eine Längsschnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren auf drahtförmige und ähnliche Produkte angewendet wird und die Benutzung von Primärelektronen-Reflexion dargestellt ist undFIGS. 7a and 7b show a perspective and a longitudinal sectional view, respectively an embodiment in which the inventive Process is applied to wire-shaped and similar products and the use is shown by primary electron reflection and
Fig. 8 eine grafische Darstellung, in der Profile niedriger Etiergieabgabe über Stahl und Holz wiedergegeben sind.8 shows a graphic representation in which profiles of low level delivery over steel and wood are reproduced.
In Fig. i ist das Verbinden von natürlichen und künstlichen polymeren Systemen dargestellt, wobei eine Woll— Verblendegewebeschicht 2i benutzt wird, welche mit einem Schaumunterlage- oder Verstärkungsmaterial 22 verbunden ist, welches wiederum mit einer Nylongewebeschicht 23 verblendet ist. Derartige verbundene oder laminierte Gewebe werden typischerweise für Bekleidungsstücke oder ähnliches verwendet. Bei diesem System wurde das Klebemittel zunächst mit einem Beschichter aufgebracht, der durch die Firma International Machine Builders Inc. of Guilford, Maine hergestellt ist. Es wurde eine 625In Fig. I is the combination of natural and artificial polymeric systems, with a wool Facing fabric layer 2i is used, which is bonded to a foam underlay or reinforcement material 22 is, which in turn is faced with a nylon fabric layer 23. Such connected or laminated fabrics are typically used for clothing or the like. In this system, the adhesive was first applied with a coater manufactured by International Machine Builders Inc. of Guilford, Maine. It became a 625
dicke Urethan-Schaumunterläge mit einer Dicke von 2,2 mg/ cm5 benutzt, auf die ein 25 pm dicker Film von Dow XDthick urethane foam pads with a thickness of 2.2 mg / cm 5 , on which a 25 µm thick film of Dow XD
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7530.01 Epoxyd- (oder Hughson Chemical Co. B21O7-3O Polyurethan-)Klebemittels 2k aufgebracht wurde. Der WoIlverblendungsstoff mit einem Gewicht von 23 mg/cm wurde anschließend auf die Klebemittelfilmschicht aufgebracht und mit einer Geschwindigkeit von 60 m/min in einem entsprechend eingestellten Prozessor ausgehärtet, wie er in den oben genannten US-Patentschriften und in Nablo, S.V. et al, "Electron Beam Processor Technology", Nonpolluting Coatings and Coating Processes, 179-193, ed, J. L. Gardon und J. ¥. Prane, Plenum Press, New York, 1972 beschrieben ist. Die Einrichtung war dabei so justiert, daß sie eine Dosis von 2 Megarads bei einer Elektronenenergie von 150 keV abgab, wobei der Aushärtungsfluß durch die in Fig. i dargestellte, elektronendurchlässige Nylongewebeschicht und die Schaumschicht 22 in die (WoIl-) Urethan-Gewebeschicht 21 gerichtet ist. Dasselbe Klebemittel 26 wurde anschließend mit einem üblichen 152,4t mm Beschichter auf die offene Oberfläche der Schaumschicht 22 aufgetragen. Der Nylonstoff 23 (3 mg/cm ) ist anschließend auf das Sehaum-Woll-Laminat aufgebracht und das Klebemittel 26 anschließend mit derselben Geschwindigkeit bei einer Strahlenenergie, die auf 100 keV eingestellt war, ausgehärtet worden. Das in Fig. 1 dargestellte Verfahren bewies, daß jede schädliche Einwirkung auf das Wollverblendgewebe beseitigt ist, die entweder durch Aufheizen oder Bombardierung mit ionisierender Strahlung hervorgerufen wird.7530.01 epoxy (or Hughson Chemical Co. B21O7-3O polyurethane) adhesive 2k was applied. The wool facing material with a weight of 23 mg / cm was then applied to the adhesive film layer and cured at a speed of 60 m / min in an appropriately set processor, as described in the above-mentioned US patents and in Nablo, SV et al, " Electron Beam Processor Technology ", Nonpolluting Coatings and Coating Processes, 179-193, ed, JL Gardon and J. ¥. Prane, Plenum Press, New York, 1972. The device was adjusted so that it emitted a dose of 2 megarads with an electron energy of 150 keV, the curing flow being directed through the electron-permeable nylon fabric layer shown in FIG is. The same adhesive 26 was then applied to the open surface of the foam layer 22 using a standard 152.4 mm coater. The nylon fabric 23 (3 mg / cm) was then applied to the Sehaum-wool laminate and the adhesive 26 was then cured at the same speed with a radiation energy which was set at 100 keV. The method shown in Fig. 1 proved that any harmful effect on the wool facing fabric, which is caused either by heating or bombardment with ionizing radiation, is eliminated.
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wie es in dem in Fig. 2 dargestellten Energie-Abgabe-Profil wiedergegeben ist, wobei die Energie in Abhängigkeit von der Eindringtiefe dargestellt ist. Es wird gezeigt, daß die Ausrichtung und die Einstellungen eine solche Abstimmung erbracht haben, daß die Hauptenergie in den Klebegebieten konzentriert und begrenzt ist und nur eine minimale Energie auf die Gewebe- oder andere -Unterlagen einwirkt. Allgemeinere Eindringeigenschaften dieser niederenergetischen Elektronen in Bezug auf Stahl und Unterlagen sind in Fig. 8 wiedergegeben. Die Proben wurden üblichen Waschbarkeits- und chemischen Reinigungstests ausgesetzt, um sicherzustellen, daß die Verbindung des Laminats ausreichend war, wobei sich herausstellte, daß beide Klebemittelfilme vollständig durch eine derartige "rückseitige" Behandlungstechnik ausgehärtet worden waren . as shown in the energy-output profile shown in FIG. 2, the energy as a function of is shown by the penetration depth. The alignment and settings are shown to be one have yielded such attunement that the main energy is concentrated and limited in the adhesive areas and only a minimal amount of energy acts on the tissue or other substrates. More general penetration properties of these low-energy electrons with respect to steel and substrates are shown in FIG. the Samples were subjected to standard washability and dry cleaning tests to ensure that the bonding of the laminate was sufficient, both adhesive films being found to be complete had been cured by such a "back" treatment technique.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren ist ein druckempfindliches Klebemittel angewendet und auf einer Anzahl von hitze— und bestrah— lungslabilen Substraten, einschließlich Papier, Venyl, Venyl-Asbest, Kork, Holz, Baumwolle, Polysteren, Nylon, Urethan-Folie, Leder und ähnliche, ausgehärtet wurden. Bei diesen Anwendungen wird ein durch die Strahlung aushärtbares druckempfindliches Klebemittel (z.B. ¥. R, Grace 7Ü-C) aufgebracht und mit einer üblichen Vorrich- In a further embodiment of the method according to the invention, a pressure sensitive adhesive is applied and applied to a number of heat and radiation labile substrates including paper, vinyl, vinyl asbestos, cork, wood, cotton, polystyrene, nylon, urethane film, leather and the like, have been cured. In these applications, a radiation-curable pressure-sensitive adhesive (e.g. ¥. R, Grace 7Ü-C) is applied and a conventional device
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tung, die einen Querbalken oder ein Messer enthält, aufgebracht, um eine Dicke des feuchten Films im Bereich von 25 bis 100 jum zu erzeugen. Dieses Klebemittel wird anschließend bei einer Geschwindigkeit von 6o m/min mit einer bereits beschriebenen, auf 150 keV eingestellten Quelle durch Richtung des Strahls auf und in den flüssigen Film getrocknet. In gleicher Weise ist demonstriert worden, daß derartige Überzüge, falls notwendig, auch durch eine Schicht ablösbaren Papiers oder durch eine Filmschicht hindurch ausgehärtet werden können. Wie weiter unten erläutert werden wird, kann auf diese Weise ein überzogenes oder mit einem Klebemittel bedecktes Trägermaterial oder -band unmittelbar nach dem Durchlauf der Elektronen-Aushärtzone aufgespult oder aufgewickelt werden. Die Vorteile dieser schnellen Aushärtung bei einmaligem Durchlauf für empfindliche Unterlagen bei der Produktion von solchen Erzeugnissen wie Wandverkleidungen oder Fußbodenauflagen oder druckempfindlichen Bändern sind dem Fachmann geläufig.device, which includes a crossbar or knife, applied to a thickness of the wet film in the range of 25 to 100 jum to produce. This adhesive is then used at a speed of 60 m / min with a source already described and set to 150 keV dried by the direction of the jet and into the liquid film. In the same way it has been demonstrated that such coatings, if necessary, also through a layer of peelable paper or through a layer of film can be cured through. As will be explained below, a coated or backing material or tape covered with an adhesive immediately after passing through the Electron curing zone are wound up or wound up. The advantages of this fast curing a single pass for sensitive documents the production of such products as wall coverings or floor coverings or pressure-sensitive products Ribbons are familiar to those skilled in the art.
Ein weiteres Beispiel für die Anwendung des Verfahrens bei der Übertragung von Filmen auf Stoffe ist in den Figuren 3a, 3b und k wiedergegeben. Wie in Fig. 3a dargestellt ist, wird der Haut— oder Decküberzug 1, typischerweise 25 bis 75 Mikrometer dick direkt auf ein ablösbares Papier 2 von 100 bis 150 jum Dicke und einerA further example of the application of the method in the transfer of films to fabrics is shown in FIGS. 3a, 3b and k . As shown in Figure 3a, the skin or topcoat 1, typically 25 to 75 micrometers thick, is applied directly to a release paper 2 100 to 150 micrometers thick and one
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Dichte von 0,9 bis 1,0 g/cm aufgebracht, wobei sich das Ablösepapier auf der dem Elektronenstrahlenster abgewandten Seite befindet. Für diesen Zweck werden flexible, elastomere Überzüge mit guten Eigenschaften benutzt, wie beispielsweise Hughson's RD-2484-18 Urethan. Unter Benutzung von Elektronenenergien von 80 bis 110 keV, die durch den früher beschriebenen Prozessor geliefert werden, kann sich dieser Hautüber— zug bei 0,2 bis 1,0 Megarad "setzen" oder bei 2 bis 5 Megarad vollkommen ausgehärtet werden, wobei weniger als 20 % der Aushärtungsenergie das Ablösepapier selbst erreicht. Dies ist experimentell durch Messungen der Dosen bestätigt worden, die an der Oberfläche I1 des Hautüberzugs 1 und an der Oberseite 2f sowie der Unterseite 21' des ablösbaren Papiers 2 auftreten. Typische Behandlungsverhältnisse von 5:1:0 wurden jeweils für die bereits beschriebenen Einstellungen gemessen, wobei die Geometrie der Behandlung in Fig, 3a dargestellt ist,Applied density of 0.9 to 1.0 g / cm, the release paper being on the side facing away from the electron beam window. Flexible, elastomeric coatings with good properties, such as Hughson's RD-2484-18 urethane, are used for this purpose. Using electron energies of 80 to 110 keV provided by the processor previously described, this skin coating can "set" at 0.2 to 1.0 megarads or fully cure at 2 to 5 megarads, less than The release paper itself reaches 20 % of the curing energy. This has been confirmed experimentally by measurements of the doses which occur on the surface I 1 of the skin covering 1 and on the upper side 2 f and the underside 2 1 ′ of the removable paper 2. Typical treatment ratios of 5: 1: 0 were measured in each case for the settings already described, the geometry of the treatment being shown in FIG. 3a,
Wie andererseits in Fig. 3b wiedergegeben ist, wird jetzt eine dünne Klebeschicht 6 auf der Oberfläche I1 des Hautüberzugs 1 aufgebracht und der Trägerstoff 7 wird angedrückt oder aufgerollt. Die Klebeschicht 6 wird anschließend mittels einer Behandlung durch das elektronendurchlässige ablösbare Papier 2 und den Hautüberzug 1 hindurch, wie dargestellt, ausgehärtet, wobei das Ablösepapier sich jetzt an der Seite des Elektronen·On the other hand, as shown in FIG. 3b, a thin adhesive layer 6 is now applied to the surface I 1 of the skin covering 1 and the carrier material 7 is pressed on or rolled up. The adhesive layer 6 is then cured by means of a treatment through the electron-permeable, removable paper 2 and the skin covering 1, as shown, the release paper now being on the side of the electron.
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strahlfensteis befindet. Typischerweise werden Elektronenenergien zwischen I30 und 180 keV benutzt, um eine Durchdringung des ablösbaren Papiers 2 und des Hautüberzugs 1 sowie die Lieferung der ausreichenden Energie zum Aushärten der Klebeschicht 6 an der Grenzfläche zwischen Stoff und Klebemittel zu gewährleisten. Bei dem dargestellten Beispiel wurde ein Baumwollträgerstoff mitstrahlfensteis is located. Typically, electron energies between I30 and 180 keV used to produce a Penetration of the peelable paper 2 and the skin cover 1 and the delivery of sufficient energy to ensure the curing of the adhesive layer 6 at the interface between fabric and adhesive. In which Example shown was a cotton backing fabric with
einem Gewicht von 42 mg/cm benutzt und die gemessenen Strahlendosen an der Rückseite 21 des ablösbaren Papiers, der Grenzfläche zwischen Stoff und Klebeschicht 6 und an der Rückseite des Trägerstoffes bzw. der Unterseite wie dargestellt - standen typischerweise im Verhältnis 10:6:0. Das hier dargestellte Verfahren beseitigt damit in effektiver Weise die unerwünschte Behandlung des Trägermaterials, die allen bisher bekannten Verfahren, welche entweder Wärme- oder Strahlenquellen für die Aushärteenergie benutzten, eigen war.a weight of 42 mg / cm and the radiation doses measured on the back 2 1 of the removable paper, the interface between fabric and adhesive layer 6 and on the back of the carrier material or the underside as shown - were typically in the ratio 10: 6: 0 . The method presented here thus effectively eliminates the undesired treatment of the carrier material, which was inherent in all previously known methods which used either heat or radiation sources for the curing energy.
Es ist deshalb möglich, entsprechend der Erfindung die Klebeschicht auszuhärten, ohne das Trägermaterial oder den Trägerstoff merkbar zu beeinflussen und gleichzeitig die Klebeschicht oder den Hautüberzug vollkommen auszuhärten, welche bei einer ersten Behandlung nur teilweise ausgehärtet oder "gesetzt" wurden. Ein weiterer entscheidender Vorteil des hier dargestellten Verfahrens ist die geringere Beeinträchtigung des Ablösepapiers, so daß dieses nach dem Ablösen des Ilautüberzugs entferntIt is therefore possible, according to the invention, to cure the adhesive layer without the carrier material or to noticeably influence the carrier material and at the same time completely harden the adhesive layer or the skin covering, which were only partially cured or "set" in an initial treatment. Another crucial one The advantage of the method shown here is that it does not affect the release paper, so that this removed after peeling off the Ilaut cover
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und im Verfahren erneut verwendet werden kann. Bei den konventionellen thermischen Aushärtprozessen kann jedoch das ablösbare Papier nur jeweils drei- bis fünfmal benutzt werden, bis es durch die thermische Beanspruchung unbrauchbar geworden ist, Wegen der nicht unerheblichen Beschaffungskosten ist diese nur begrenzte Wiederverwendbarkeit des Ablösepapiers von ökonomischer Bedeutung und sie erzeugt Kosten, die mit den durch das Überziehen und Kleben verbundenen vergleichbar sind. Das hier dargestellte Verfahren gestattet dagegen die fast unbegrenzte (typischerweise fünfzigfache) Wiederverwendung des Ablösefilms oder —papiers, hervorgerufen durch die minimale Bestrahlungsbeanspruchung des Papiers im Verlaufe des Klebemittelaushärtungsprozesses gemäß den Figuren 3a und 3b,and can be reused in the process. However, with conventional thermal curing processes the removable paper can only be used three to five times at a time until it is exposed to thermal stress has become unusable, because of the not inconsiderable procurement costs, this is only limited reusability of the release paper is of economic importance and it generates costs similar to that of coating and bonding are comparable. The method presented here, on the other hand, allows the almost unlimited (typically fifty times) reuse of the release film or paper caused by the minimal exposure to radiation of the paper in the course of the adhesive curing process according to the figures 3a and 3b,
Wie sich aus Fig. k ergibt, kann der abschließende Aushärtprozeß auch umgekehrt werden, soweit dünne oder lose verwobene Trägermaterialien oder -stoffe benutzt werden. In diesem Fall wird die Aushärtung durch die Energie bewirkt, welche direkt von der Rückseite her durch die unbedeckte Stoffoberfläche 1 dringt, so daß kein wesentlicher Energieanteil an den ablösbaren Überzug bzw. das ablösbare Papier 2 dringt und dessen unbegrenzte Wiederverwendung sichergestellt ist. Diese Technik ist bei einem Aushärteelektronenfluß bei Energien von 180 keV in Ver— bindung mit einem sehr schweren (35 mg/cm ) BaumwollstoffAs can be seen from FIG. K , the final curing process can also be reversed if thin or loosely woven carrier materials or fabrics are used. In this case, the curing is brought about by the energy that penetrates directly from the back through the uncovered fabric surface 1, so that no significant amount of energy penetrates the removable coating or the removable paper 2 and its unlimited reuse is ensured. With a hardening electron flow at energies of 180 keV, this technique is associated with a very heavy (35 mg / cm) cotton fabric
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als Trägermaterial vorgeführt worden. Wegen der verminderten Streuwinkel und des senkrechten Einfalls auf der Oberfläche des Produkts, was durch den in der beschriebenen Weise eingestellten und betriebenen Prozessor gewährleistet wird, ist eine gute Durchdringung des gewobenen Unterlagenmaterials möglich, wobei die Gewichte der Stoffe noch weit jenseits der den einfallenden Elektronen eigenen Eindringfähigkeit liegen kann. Das Verfahren nach Fig, k ist deshalb in Verbindung mit nicht degradierenden Unterstützungsmaterialien besonders günstig anzuwenden.has been demonstrated as a carrier material. Because of the reduced scattering angle and the perpendicular incidence on the surface of the product, which is ensured by the processor set and operated in the manner described, good penetration of the woven backing material is possible, with the weights of the substances being far beyond the intrinsic electrons of the incident electrons Penetrability may lie. The method according to FIG. K can therefore be used particularly favorably in connection with non-degrading support materials.
Die beiden wesentlichen Verfahrensflußsysteme zum Beschichten direkt oder durch Übertragung, wie sie durch die vorliegende Erfindung möglich gemacht werden, sind in den Figuren 5 bzw. 6 dargestellt.The two essential process flow systems for coating direct or by transmission as made possible by the present invention shown in Figures 5 and 6, respectively.
In Fig. 5 wird das flexible Trägermaterial oder die Unterlage 2a von der Trommel 12 abgerollt und mit einem elektronisch aushärtbaren Überzug mittels eines Beschichtungsteiles 3 versehen. Das überzogene Material 1,2 wird anschließend dem Prozessor 5 über eine Bandführungs— einrichtung 11 zugeführt. Das beschichtete Material wird dann mittels einer Antriebsrolle 13 auf die Aufwickelrolle lh gezogen.In FIG. 5 , the flexible carrier material or the base 2a is unrolled from the drum 12 and provided with an electronically curable coating by means of a coating part 3. The coated material 1, 2 is then fed to the processor 5 via a tape guide device 11. The coated material is then drawn onto the take-up roller 1h by means of a drive roller 13.
In Fig. 6 ist das System für ein Übertragungsaufbringungsverfahren dargestellt, bei dem das Übertragungspapier 2 von einer Trommel 12 abgewickelt und ein Hautüberzug in Referring to Fig. 6, there is shown the system for a transfer application process in which the transfer paper 2 is unwound from a drum 12 and a skin covering is applied in
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dem Beschichtungsteil 3 aufgebracht wird. Das überzogene Papier oder der Film wird dann über das Führungssystem 11 in den Elektronenaushärtungsteil 5 eingeführt. Nachdem der Ilautüberzug sich im Teil 5 "gesetzt" hat oder ausgehärtet ist, wird eine Klebeschicht 6 bei dem Beschichtungsteil 14a angebracht, an welches die Stoff- oder Textilunterlage 7 mittels einer Auftragvorrichtung oder mittels Klemmwalzen angedrückt wird. Das Laminat wird dann durch die Stoffrück— seite 7 hindurch in dem Teil 51 und der Laminatsführungseinrichtung Ii1 (wie anhand von Fig. h beschrieben) oder auch nach dem vorher anhand von Fig. 3b dargestellten umgekehrten Verfahren ausgehärtet. Das beschichtete Produkt 6, 7 wird dann nach der Trennung bzw, dem Abpellen des Papiers 2 bei Rollen 16 wieder aufgewickelt, während das Papier 2 zur erneuten Verwendung auf der Trommel 18 aufgewickelt wird.the coating part 3 is applied. The coated paper or film is then fed into the electron curing part 5 via the guide system 11. After the ula cover has "set" or hardened in part 5, an adhesive layer 6 is applied to the coating part 14a, to which the fabric or textile base 7 is pressed by means of an application device or by means of pinch rollers. The laminate is then passed through the Stoffrück- page 7 therethrough in the portion 5 1 and the laminate guidance device Ii 1 (as with reference to FIG. Described h) or after the previously with reference to FIG. 3b reverse method illustrated cured. The coated product 6, 7 is then rewound again after the separation or peeling off of the paper 2 in the case of rolls 16, while the paper 2 is rewound on the drum 18 for reuse.
Ein weiteres Beispiel für die vielseitige Verwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels der bereits beschriebenen Einrichtung nach Fig. 5 soll im folgenden dargestellt werden, wobei das Trocknen bei einmaligem Durchlauf bei hohen Geschwindigkeiten von Bindemitteln, wie sie bei der Herstellung von nichtgewebten Stoffen Verwendung finden, eingeschlossen ist. Bei dieser Anwendung wird das flexible Trägermaterial 2a, welches von der Trommel 12 abgerollt wird, oder aber direkt von einem Trägermaterial-Herstellungsband zugeführt wird, in dem Teil 3 durch die Aufbringung eines Klebemittels durch einen gravierten Zylinder oder eine entsprechende Druckeinrichtung beschichtete In diesem Fall durchdringt die gemusterte Klebemittelschicht 1 die bedrucktenAnother example of the versatility of the method according to the invention by means of those already described The device according to FIG. 5 is to be shown below, the drying in a single pass at high speeds of binders, such as those used in the manufacture of non-woven fabrics, is included. In this application, the flexible carrier material 2a, which is unrolled from the drum 12, or is fed directly from a carrier material production line, in part 3 by the application of a In this case, adhesive coated by an engraved cylinder or a corresponding printing device the patterned adhesive layer 1 penetrates the printed ones
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Teile des nicht gewebten Trägermaterials und wird dem Elektronen-Prozessor-Aushärtungsteil 5 zugeführt. Nach dem Aushärten hat das Trägermaterial eine gute Zugfestigkeit in beiden Richtungen und ist selbsttragend, so daß es durch Quetschrollen 13 zum Aufwickelzylinder lh oder zu einer weiteren Verarbeitungsstelle gezogen werden kann.Parts of the non-woven carrier material and is fed to the electron processor hardening part 5. After curing, the carrier material has good tensile strength in both directions and is self-supporting, so that it can be pulled by nip rollers 13 to the winding cylinder 1h or to a further processing point.
Bei einer derartigen Verarbeitung wurde reines, nicht gewebtes Polyestermaterial mit 3»3 mg/cm Gewicht und reines, nicht gewebtes Rayon-Material mit einem Gewicht von 3»5 mg/cm mit elektronisch aushärtbaren Bindemitteln, wie beispielsweise Reichhold 's Polyester Klebemittel Typ 31039, C.L. Hauthaway's Urethan-Klebemittel Typ 139A oder Hughson's Urethan-Klebemittel Typ 2536-30- alle in hundertprozentig fester Form -, bedruckt. Alle Materialien wurden in Einrichtungen der Anmelderin bei Geschwindigkeiten von 5 bis 50 m/min und Dosierungen von 2 bis 5 Megarad verarbeitet. Die Energien der benutzten Elektronenstrahlen lagen in der Größenordnung von iOO bis 125 keV. Die in diesem Verfahren beschichteten Trägermaterialien erwriesen sich als gut handhabbar, hatten eine große Festigkeit und demonstrierten, daß das Druckbeschichtungsverfahren bei hohen Geschwindigkeiten mit kommerziellen Trägermaterialien ausgeführt werden kann, wobei sich keine meßbare Beeinträchtigung der physikalischen oder äußeren Eigenschaften der Zellulose— oder künstlich hergestellten Trägermaterialien ergibt.With such processing, pure, non-woven polyester material with 3 »3 mg / cm weight and pure, non-woven rayon material weighing 3 »5 mg / cm with electronically curable binders such as Reichhold's polyester adhesive type 31039, C.L. Hauthaway's urethane adhesive Type 139A or Hughson's Urethane adhesive type 2536-30 - all in one hundred percent solid form -, printed. All materials were in facilities processed by the applicant at speeds of 5 to 50 m / min and dosages of 2 to 5 megarads. The energies of the electron beams used were in the order of magnitude of 100 to 125 keV. The in this procedure coated carrier materials were found to be good manageable, had great strength and demonstrated that the pressure coating process was at high speeds can be carried out with commercial carrier materials with no measurable impairment of the physical or external properties of the cellulose or man-made carrier materials results.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung schließt die Verwendung eines Urethan-OberflächenbeschichtungsmittelsAnother embodiment of the invention includes the use of a urethane surface coating agent
(Hughson RD-2536-59), welches auf einen schweren (55 mg/cm2)(Hughson RD-2536-59), which is based on a heavy (55 mg / cm 2 )
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Polsterstoff aufgebracht wurde. Die schützende Versiegelungsdeckschicht wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 m/min und einer Dosis von 3 Megarad ausgehärtet. Bei niederigeren Dosen war der Widerstand gegen Trichloräthylen- und der Lösungswiderstand begrenzt. Bei Pegeln für.vollständige Aushärtung durchliefen die Proben 50,000 Zyklen von Abnutzungstests einer Abnutzungstesteinrichtung, 25.000 einzelne Biegungen und 10,000 Falltests. Dieser Decküberzug durchlief andere Tests zufriedenstellend, die Kaltfaltung, Ermüdung, Widerstand gegen Verschmutzung und andere Anforderungen für Anwendungen von Deckschichten für überzogene Stoffe einschlossen.Upholstery fabric was applied. The protective sealing top layer was cured at a speed of 50 m / min and a dose of 3 megarads. at At lower doses the resistance to trichlorethylene and solution resistance was limited. At levels for. Complete After curing, the samples passed 50,000 cycles of wear tests at a wear tester, 25,000 individual bends and 10,000 drop tests. This topcoat passed other tests satisfactorily, the Cold folding, fatigue, pollution resistance, and other requirements for facing applications included for coated fabrics.
Zur weiteren Veranschaulichung der breiten Anwendbarkeit der Erfindung ist in Fig. 7 ein Verfahren dargestellt, wie es zum Aushärten von Emailleüberzügen von guter dielektrischer Beanspruchbarkeit für Draht bei einmaligem Trocknungsdurchlauf mit hoher Geschwindigkeit Verwendung findet. Dieses wird erreicht durch die Benutzung des oben genannten Prozessors mit kleiner Energie « 100 keV). Eine derartige Technik ist in gleicher Weise zum Aushärten von Oberflächenüberzügen für aus natürlichen Fasern (Wolle, Baumwolle), künstlichen Fasern (Nylon, Orion, Dacron, Glasfiber etc.) oder Mischungen davon hergestellte Garne geeignet. Bei den weiter oben genannten Beschichtungsanwendungen ist das Verdampfen der flüssigen Beschichtung beim konventionellen thermischen Verfahren ein ernstes Problem, Im Ergebnis ist ein Vielfach-Beschichtungs—Trocknungsverfahren notwendig, so daß sich bei einer typischen Magnetdraht-Emaillierung (unter Benutzung von Phenol-Lacken in hochlöslicher Konzentration) 12 bis 24 Durchläufe er—To further illustrate the broad applicability of the invention, a method is shown in FIG. 7, as it is for the hardening of enamel coatings of good dielectric strength for wire at one time High speed drying pass is used. This is achieved using the above called processor with low energy «100 keV). Such a technique is similar to curing of surface coatings for natural fibers (wool, cotton), artificial fibers (nylon, orion, dacron, fiberglass etc.) or mixtures thereof are suitable for yarns. For the coating applications mentioned above the evaporation of the liquid coating is a serious problem in the conventional thermal process, The result is a multiple coating-drying process necessary, so that with a typical magnet wire enamelling (using phenolic varnishes in highly soluble concentration) 12 to 24 passes
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geben können. Das auf solche Benutzungsfälle angewendete erfindungsgemäße Verfahren ist in Fig. 7a dargestellt, wobei eine huntertprozentig feste Beschichtung (wie beispielsweise Hughson RD-2536-59 oder Cray Valley Products SF-71475) bei einem einzigen Durchlauf verwendet wird, welche bei sehr großen Geschwindigkeiten innerhalb der Länge eines Elektronenprozessors, von dem Typ, wie er in den vorgenannten US-PS Nr. 3,702,412? 3,7^5,396 oder 3,769,600 beschrieben ist, erreicht werden kann. Mit Behandlungszonen von ungefähr 15 cm Länge können, wie in Fig. 7a dargestellt, Verfahrensgeschwindigkeiten von einigen tausend m/min in Verbindung mit erhältlichen, durch Elektronen aushärtbaren Überzügen ermöglicht werden. Verschiedene beschichtete Stränge (Garn, Draht, Kabel, Saiten, Seile, Zwirn, einkordeliges Plastikmaterial usw.) können gleichzeitig entlang den Längssysmmetrieachsen eines Paares aufeinanderfolgender oberer oder unterer oder entgegengesetzt angeordneter Elektronen-Prozessor-Teile und auch in Längsrichtung entlang dem Abstand zwischen ihren Elektronenfenstern und den entsprechenden längs angeordneten ebenen wassergekühlten oder ähnlichen Reflektoren R, welche die Primärelektronen an die Unterseite der Drähte oder anderer Produkte reflektieren, geführt werden. Die Gehäuse der Prozessoren dienen als Schutz gegen Primärelektronenstrahlung und die Gehäuse, in welche die Drähte oder Adern von links her eingeführt werden und die sie in der Position 20 verlassen haben, dient als zweite Abschirmung. Auf diese Weise wird das Energiespektrum bzw. die Aushärtungszone, die durch die Prozessoren gebildet wird, voll ausgenutzt. So können beispielsweise ver-can give. The method according to the invention applied to such cases of use is shown in FIG. 7a, with a 100% solid coating (such as Hughson RD-2536-59 or Cray Valley Products SF-71475) is used in a single pass, which at very high speeds within the length of an electron processor of the type shown in the aforementioned U.S. Patent No. 3,702,412? 3.7 ^ 5,396 or 3,769,600 can be achieved. With treatment zones approximately 15 cm long, as in Fig. 7a shown, process speeds of several thousand m / min in connection with available electron-curable coatings. Various coated strands (yarn, wire, cable, strings, ropes, twine, single-cord plastic material, etc.) can simultaneously along the longitudinal axes of symmetry of a pair of successive upper or lower or oppositely arranged electron processor parts and also in the longitudinal direction along the distance between their electron windows and the corresponding lengthways arranged flat water-cooled or similar reflectors R, which the primary electrons to the bottom reflecting wires or other products. The housings of the processors serve as protection against Primary electron radiation and the housing into which the wires or veins are introduced from the left and the they have left in position 20 serves as a second shield. In this way the energy spectrum or the hardening zone, which is formed by the processors, is fully utilized. For example,
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schiedene Adern in unterschiedlichen Ebenen angeordnet werden, um den Trocknungsfluß für die Oberflächenbehandlung der Garne voll auszunutzen.different veins are arranged in different planes to allow the drying flow for surface treatment to make full use of the yarn.
Bei diesem Verfahren wird die hohe Reflexionsfähigkeit für niederenergetische Elektronen von Materialien mit hoher Atomzahl ausgenutzt. Die Arbeit von A. Bisi und L. Braicovich in Nucl. Phys. j>8_ , 171, 1964 zeigt, daß die Rückstreukoeffizienten für niederenergetische Elektronen über 50 % ansteigen bei Z = 50 (Zinn und darüber) und 70 0Jo erreichen können für Z = 82 (Blei). Die zurückgestreuten Elektronen N, folgen im großen und ganzen einer Gaußschen Verteilung entsprechendThis method makes use of the high reflectivity for low-energy electrons of materials with a high atomic number. The work of A. Bisi and L. Braicovich in Nucl. Phys. j> 8_, 171, 1964 shows that the backscatter coefficients for low-energy electrons increase over 50% at Z = 50 (tin and above) and can reach 70 0 Jo for Z = 82 (lead). The backscattered electrons N, largely follow a Gaussian distribution
-x2/2
N = N0 cos x.e ' ,-x 2/2
N = N 0 cos xe ' ,
wobei N der Anfangsfluß und χ = rf - OL ist, wobei CC sich als Winkel zwischen den zurückgestreuten Elektronen und der Senkrechten auf der Oberfläche des Reflektors ergibt. Diese Verteilung der reflektierten Energie verbunden mit der Streuung des Primärstrahls im Luftweg in der Umgebung der beschichteten Drähte — ermöglicht in der Umgebung des zylindrischen Werkstückes bei beid— seitiger Behandlung eine sehr große Gleichmäßigkeit in der Behandlung.where N is the initial flux and χ = rf - OL , where CC is the angle between the backscattered electrons and the perpendicular on the surface of the reflector. This distribution of the reflected energy, combined with the scattering of the primary beam in the air path in the vicinity of the coated wires, enables a very high degree of uniformity in the treatment in the vicinity of the cylindrical workpiece when treated on both sides.
Dieses wurde auch unter der Benutzung einer Anordnung, wie sie in Fig. 7b dargestellt ist, gezeigt, wobei ein halbkreisförmig gebogener oder konkav geformter Kanal R aus elektronenreflektierendem Material großer Atom— zahl, wie beispielsweise Tantal (Z = 73) oder BleiThis was also done using an arrangement as shown in Fig. 7b, with a semicircular curved or concave shaped channel R made of electron-reflecting material with a large atomic number, such as tantalum (Z = 73) or lead
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(Ζ = 82) benutzt wird, um einen großen Anteil der aus dem Prozessor 5 stammenden Primärelektronen, die um das Produkt herum gelangt sind, zurück an die Unterseite des Produktes zu reflektieren, wie es in Form von Drähten, Litzen oder Fasern dargestellt ist.(Ζ = 82) is used to a large proportion of the Primary electrons originating from the processor 5, which have passed around the product, are returned to the underside of the product, as shown in the form of wires, strands or fibers.
Wie im Falle des Reflektors R in Fig. 7a ist auch der Reflektor R in Fig. 7b unterhalb bzw. an der dem Elektronenfenster gegenüberliegenden Seite des Produktes, aber im wesentlichen damit ausgerichtet angeordnet. Messungen der abgegebenen Energieverteilungen in der Umgebung von Werkstücken mit 1 und 2 mm Durchmesser, die mit einem Elektronenprozessor der Anmelderin bestrahlt wurden, ergaben, daß bei einem einmaligen Durchlauf eine Gleichförmigkeit von +, 20 c/o bzw. Hh 15 % unter Verwendung der zweiseitigen Rückstreutechnik, wie sie in Fig. 7a dargestellt ist, möglich ist.As in the case of the reflector R in FIG. 7a, the reflector R in FIG. 7b is also arranged below or on the side of the product opposite the electron window, but essentially aligned therewith. Measurements of the emitted energy distributions in the vicinity of workpieces with a diameter of 1 and 2 mm, which were irradiated with an electron processor from the applicant, showed that a uniformity of +, 20 c / o or Hh 15 % using the two-sided Backscatter technology, as shown in Fig. 7a, is possible.
Bei einer weiteren Vorführung des Verfahrens wurden unter Verwendung von mehreren Baumwoll- und Wollgarnen, die mit Klebemitteln (ilughson RD-2526-67) beschichtet waren, Tests durchgeführt, um die gleichmäßige Aushärtung bei einmaligem Durchlauf in einer Anordnung, die in Fig. 7a dargestellt ist, genauso, wie die gleichmäßige Anregung von freien Radikalen in den Randgebieten des Garns zu demonstrieren, wie es beispielsweise bei der Trocknung oder Vorbestrahlung von Textilien bei der Impfungs—Kopolymerisation des nachfolgend aufgetragenen Films durchgeführt wird. Derartige Impfungs-Kopolymerisationsprozesse sind beispielsweise von Chapiro et al in den US-Patentschriften 3 I3I 138$ 3 298 942,In a further demonstration of the process, using several cotton and wool yarns, that were coated with adhesives (ilughson RD-2526-67), tests were carried out to ensure uniform cure in the case of a single pass in an arrangement which is shown in FIG. 7a, just like the uniform To demonstrate the excitation of free radicals in the peripheral areas of the yarn, as is the case with the Drying or pre-irradiation of textiles during the inoculation-copolymerization of the subsequently applied Films is carried out. Such vaccination-copolymerization processes are, for example, by Chapiro et al in US Patents 3,131,138 $ 3,298,942,
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3 433 724 etc. beschrieben. Bei den im Zusammenhang mit diesen Demonstrationen durchgeführten Tests ist auch die Anordnung gemäß Fig. 7b verwendet worden, wobei dem mit einem Klebemittel beschichteten Garn (Baumwolle), das mit einem durch freie Radikale aushärtbaren Urethan (Hughson RD-2536-56) bis zu einer Dicke von ungefähr 50 jim beschichtet und dann mit 3 denier χ 26θ um Nylonfasern beschichtet wurde, in einem einzigen Durchlauf ausgehärtet wurde. Damit ist die Fähigkeit einer einseitigen Quelle, die mit einer geeigneten Rückstreugeometrie verbunden ist, bewiesen worden, dünne Beschich— tungen bei einem einmaligen Durchlauf vollständig auszuhärten, wobei durch Fasern "geschützte" Klebemittel eingeschlossen sind. Das auf diese Weise mit einem Textilüberzug versehene Garn zeigte gute Abriebeigenschaften und eine große Zugfestigkeit« Das Reflektionskonzept der Figuren 7a und 7b kann auch im Zusammenhang mit anderen Werkstücken oder Produkten benutzt werden, wenn es geeignet ist.3 433 724 etc. The tests carried out in connection with these demonstrations also used the arrangement of FIG Approximately 50 µm thick and then coated with 3 denier χ 26θ µm nylon fibers, cured in a single pass. This demonstrates the ability of a single-sided source associated with an appropriate backscatter geometry to fully cure thin coatings in a single pass, including fiber "protected" adhesives. The yarn provided with a textile coating in this way showed good abrasion properties and high tensile strength. The reflection concept of FIGS. 7a and 7b can also be used in connection with other workpieces or products, if it is suitable.
Die nachfolgende Tabelle 1 gibt die ungefähren Energiebereiche und Dosierungen der energiereichen Elektronen-Strahlung sowie die entsprechende erreichbare . Geschwindigkeit für verschiedene gemäß der Erfindung behandelte Produkte an:The following table 1 gives the approximate energy ranges and dosages of the high-energy electron radiation as well as the corresponding achievable. Speed for various treated according to the invention Products on:
50 - 300 keV Bereich und Dosierungen von 1 bis 5 Megarad für das durch freie Radikale eingeleitete Aushärten von Klebemitteln für Laminate im Textil-50 - 300 keV range and dosages from 1 to 5 Megarad for free radical curing of adhesives for laminates in textile
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bereich bei Vorschubgeschwindigkeiten von iO bis iOO m/min, insbesondere für die Laminierung von künstlichen oder natürlichen Geweben auf hitzeempfindliche Substrate, wie beispielsweise expandiertes Schaummaterial (PVC, Urethan, etc.) oder nichtgewebte Materialien (Papier, Baumwolle, Polyester etc.), die als Rückseitenmaterial verwendet werden; 50 - 300 keV und Dosierungen von 0,5 bis 3 Megarad zum Aushärten von durch freie Radikale injizierten Klebemitteln bei Vorschubgeschwindigkeiten von 25 bis 200 m/min, wie sie beispielsweise bei der Herstellung von nichtgewebten Materialien aus Papier, Baumwolle, Polyester, Rayon und ähnlichen temperaturempfindlichen Fasern benutzt werden; ein Bereich von 50 - 300 keV und Dosierungen von 1-8 Megarad beim Aushärten von Beschichtungen vom elastomeren Typ auf Unterlagematerialien, eingeschlossen Nichtgewebtes, bei Vorschubgeschwindigkeiten von 10 - 60 m/min, eingeschlossen Gewebebeschichtungen von durch freie Radikale injizierte Urethanen, Vinylverbindungen und ähnlichen flexiblen Hautüberzügen, die entweder durch direkte Beschichtung oder aber durch Übertragung aufgebracht werden können; zum Aushärten von dünnen Schutzdeckschichten auf beschichteten Materialien, Leder, Lederersatz, Stoffen, Papier, Laminaten und ähnlichen temperaturempfindlichen Materialien zum Versiegeln mit Plastikmaterial, Erzielung von Abriebfestigkeit, Verbesserung des Aussehens, oder Veränderungrange at feed speeds from OK to 100 m / min, especially for the lamination of artificial or natural tissues on heat-sensitive substrates, such as expanded Foam material (PVC, urethane, etc.) or non-woven materials (paper, cotton, polyester etc.), which are used as backing material; 50 - 300 keV and dosages of 0.5 up to 3 megarads for curing free radical injected adhesives at feed speeds from 25 to 200 m / min, as is the case, for example, in the manufacture of non-woven materials made of paper, cotton, polyester, rayon and similar temperature-sensitive fibers will; a range of 50-300 keV and dosages of 1-8 megarads when curing Elastomeric-type coatings on backing materials, including nonwovens Feed speeds of 10 - 60 m / min, including fabric layers from through free Radical injected urethanes, vinyl compounds, and similar flexible skin covers that either can be applied by direct coating or by transfer; to harden of thin protective cover layers on coated materials, leather, leather substitutes, Fabrics, paper, laminates and similar temperature-sensitive Materials for sealing with plastic material, achieving abrasion resistance, Appearance improvement, or change
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des Reibbeiwertes, eingeschlossen Sohutzüberzüge für Polster- und Bekleidungsanwendungen, energiereiche Elektronen im Bereich von 50 - 150 keV und Dosierungen von 0,25 bis 2 Megarad bei Vorschubgeschwindigkeiten von 40 bis 250 m/min; 50 - 300 keV Dosierungen im Bereich von 0,5 bis 5 Megarad für das Aushärten von druckempfindlichen Klebemitteln auf temperaturempfindlichen Unterlagen, wie beispielsweise Papier, Plastik und ähnlichem, entweder direkt durch ein ablösbares Papier oder durch darüberliegendes Material, auf welchem dieses aufgebracht ist, hindurch, bei Vorschubgeschwindigkeiten von 20 bis 100 m/min; 50 - 150 keV und Dosierungen im Bereich von 1 bis k Megarad zum Trocknen von Überzügen auf Magnetdraht oder zylindrisch symmetrischen Werkstücken, wobei die Beschichtungen Dicken im Bereich von 5 bis 50 Jim aufweisen und Rückstreureflektor-Abschirmungen benutzt werden, um die Verteilung der Aushärtungs— dosis in den Außenbereichen des beschichteten Leiters zu vergleichmäßigen, bei Produktgeschwind ig— keiten im Bereich von 50 bis 1.000 m/min; ein Bereich von 50 - 300 keV und Dosierungen von 0,5 bis 3 Megarad bei Produktgeschwindigkeiten von 20 bis 1.000 m/min zum Aushärten von Klebemitteln und OberflächenUberzügen auf Textilfasern und Garnen zur Herstellung von Textilüberzügen durch Beflocken, zur Verbesserung der Fleckunempfindlichkeit und ähnlichem; 50 - 250 keV und Dosierungen von the coefficient of friction, including protective covers for upholstery and clothing applications, high-energy electrons in the range of 50 - 150 keV and dosages of 0.25 to 2 megarads at feed speeds of 40 to 250 m / min; 50-300 keV dosages in the range of 0.5 to 5 megarads for curing pressure-sensitive adhesives on temperature-sensitive substrates such as paper, plastic and the like, either directly through a removable paper or through the overlying material to which it is applied , at feed speeds of 20 to 100 m / min; 50-150 keV and dosages in the range from 1 to k megarads for drying coatings on magnet wire or cylindrically symmetrical workpieces, the coatings having thicknesses in the range from 5 to 50 Jim and backscatter reflector shields being used to distribute the curing dose in the outer areas of the coated conductor to be uniform at product speeds in the range from 50 to 1,000 m / min; a range of 50-300 keV and dosages of 0.5 to 3 megarads at product speeds of 20 to 1,000 m / min for curing adhesives and surface coatings on textile fibers and yarns for producing textile coatings by flocking, for improving stain resistance and the like; 50 - 250 keV and dosages of
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0,5 his 2,5 Megarad hei Produktgeschwindigkeiten von 10 his 80 m/min zum Aushärten von pigmentierten dekorativen Oberflächen, die sowohl zum Einfärben als auch zum Bedrucken von Textilien, Plastikmaterialien und Keramik, eingeschlossen Glas, benutzt werden, sowie 50 - 200 keV und Dosierungen im Bereich von 1 bis 5 Megarad bei Trägermaterialgeschwindigkeiten von 20 bis m/min, um Übertragungsbeschichtungen, wie beispielsweise Silikone, Polyester und ähnliche auf Papier, nicht gewebten Trägermaterialien oder ähnlichen hitzeempfindlichen Unterlagen auszuhärten.0.5 to 2.5 megarads at product speeds from 10 to 80 m / min for curing pigmented decorative surfaces, which are used both for coloring as well as for printing on textiles, plastic materials and ceramics Glass, as well as 50-200 keV and dosages in the range of 1 to 5 megarads Substrate speeds from 20 to m / min to transfer coatings such as Silicones, polyester and similar on paper, non-woven carrier materials or similar heat-sensitive substrates to harden.
Während, wie oben dargelegt, die Bestrahlung mit relativ niederenergetischen Elektronen entsprechend der Erfindung vorzugsweise in Form eines in Längsrichtung ausgedehnten Fächers oder Vorhangs erzeugt wird, kann ein eine derartige Strahlung bildender Strahl auch bewegt oder zeilenweise abgelenkt werden. Es kann gleichfalls eine Anzahl von aneinander anschließenden Strahlen benutzt werden, um eine Erstreckung in Längsrichtung in Bezug auf das Behandlungsgebiet innerhalb der oben dargestellten Einstell— bereiche zu erzielen.While, as stated above, the irradiation with relatively low-energy electrons according to the invention is preferably produced in the form of a fan or curtain extended in the longitudinal direction, such a can Radiation-forming beam can also be moved or deflected line by line. It can also be a number of contiguous beams are used to extend longitudinally with respect to the treatment area within the setting ranges shown above.
¥eitere Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich für den Fachmann und liegen im Bereich der Erfindung, wie sie durch die Patentansprüche abgegrenzt wird·Other possible applications of the invention result for the person skilled in the art and are within the scope of the invention as it is delimited by the patent claims
Patentansprüche; Chr/Zla/MP - 25 795 Claims; Chr / Zla / MP - 25 795
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Claims (1)
Elektronenstrahlung, wenn die mit einem ablösbaren
Papier (2) versehene Unterlage den Weg durchläuft.Device according to Claim 21, characterized in that the predetermined area has a number of successive positions in the longitudinal direction, each of which is provided with a guide and a generating means for electron beams attached there for generating
Electron radiation if the one with a detachable
Paper (2) provided underlay passes through the path.
dem Fenster zugewandt ist.24. The device according to claim 22, characterized in that guide means receive the coated substrate composed of the removable paper (2), the removable paper (2)
facing the window.
in Längsrichtung entlang dem Weg aufeinanderfolgenden Positionen in verschiedenen Richtungen auf die Unterlage zu richten.electron radiation through the respective window at the
in the longitudinal direction along the path to direct successive positions in different directions on the base.
dem Weg in dem Bereich angeordnet sind.30. The device according to claim 26, characterized in that the reflection means are substantially flat and substantially parallel to
are arranged along the path in the area.
aufweisen.32. Apparatus according to claim 26, characterized in that the reflection means are water-cooled, electron-impermeable surfaces
exhibit.
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