DE2916940A1

DE2916940A1 - Verfahren zum glattmachen von rauhen oder topographisch ungleichmaessigen substratoberflaechen und dadurch hergestellte beschichtete substrate

Info

Publication number: DE2916940A1
Application number: DE2916940A
Authority: DE
Inventors: Samuel Victor Nablo
Original assignee: Energy Sciences Inc
Current assignee: Energy Sciences Inc
Priority date: 1978-04-24
Filing date: 1979-04-24
Publication date: 1979-10-25
Also published as: GB2019257A; JPH0130546B2; FR2424073A1; US4537811A; FR2424073B1; BE899789Q; SE452264B; JPS553889A; SE7902852L; CA1239902A; GB2019257B; SG43585G; DE2916940C2; HK64785A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Überziehen von rauhen, topographisch ungleichmäßigen oder anderweitig texturierten Substraten, um sie äußerst glatt zu machen und, wo dies erwünscht ist, die Aufbringung von weiteren, glatte Ablagerungsflächen erfordernden Schichten auf dieselben zu ermöglichen. Die Erfindung umfaßt weiterhin die sich ergebenden, mit einem glatten Überzug versehenen Substratprodukte, die durch derartige Verfahren hergestellt werden. Von einem wichtigen Gesichtspunkt aus gesehen ist die Erfindung insbesondere, obgleich nicht ausschließlich, ;i) auf das Überziehen von Papier und ähnlichen Zellulosen und artverwandten Substraten mit einem breiten Saugfähigkeits- und Porositätsbereich einschließlich ungewebter Textilerzeugnisse u. dgl., bei denen das Versehen mit metallisierten oder anderen Schichten zum gegenwärtigen Zeitpunkt im Hinblick auf die rauhe oder ungleichmäßige und/oder poröse Beschaffenheit der Substratoberfläche erschwert ist, und _V2) auf das Überziehen von Polymerfilmen oder Papier gerichtet, bei dem die Oberflächenrauhigkeit oder die Abmessungsinstabilität dieser Substrate deren Benutzung für den beabsichtigten Verwendungszweck des überzogenen Produkts ausschließt.

Bisher hat die Anfertigung von derartigen Substraten mehrere Aufbringungen eines thermisch ausgehärteten Überzugs auf Lösungsmittelbasis erforderlich gemacht, um Oberflächen von geeigneter Gleichmäßigkeit zu schaffen, oder man mußte auf geblasene Filme od. dgl. zurückgreifen, um geeignete Substrate zu schaffen. Das herkömmliche Vorgehen beim überziehen von porösen (oder nichtporösen) Oberflächen zu Schutz- und Verzierungsanwendungszwecken hat das Aushärten des Überzugs auf

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Lösungsroittelbasis durch die Anwendung von Wärme sowohl auf den Überzug als auch auf das Substrat mit einbezogen, wobei der Temperaturanstieg des Substratüberziehungssystems zur Verflüchtigung des Lösungsmittels und zur Kondensations-Polymerisation oder Aushärtung des verbleibenden organischen Stoffes führt ^beispielsweise wird bei einer Latex- oder Alkydfarbe Wasser ausgeschieden und das verbleibende Latexsystem in einen dauerhaften Überzug hinein ausgehärtet) . Dieses Verfahren schließt ein:

(a) die Erwärmung und daher die anfängliche Verminderung der Viskosität des Überzugs;

(b) Ausscheidung des Lösungsmittels aus dem Substratüberziehung ssystera;

(c) eine ausgedehnte Periode zum Aushärten, die sich von Sekunden bis zu Stunden erstreckt, und

(d) Abgabe von Wärmeenergie an das Substrat und daher eine Erhöhung in seiner Benetzbarkeit.

All diese Faktoren haben ein bedeutendes Eindringen des Überzugs in das Substrat zur Folge und führen zu einem Verziehen der Überzugsfläche sowohl im mikroskopischen als auch im makroskopischen Maßstab. Daraus ergibt sich, daß eine große Überzugsmenge zum Aufbauen einer Oberfläche von "gesteuerten" Eigenschaften sowohl auf porösen als auch auf nichtporösen Substraten notwendig ist, und es müssen große Mengen an Wärmeenergie abgegeben werden, um eine Aushärtung zu bewirken. Letztere Wirkung in Zellulosekunststoffen oder Stoffen mit einem bedeutenden Feuchtigkeitsgehalt wie natürlichen Fasern

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besteht in einer Abmessungsverziehung des Substrats während des Aushärtungsverfahrens. Dadurch sind derartige überzogene Substrate für eine weitere Beschichtung ungeeignet gemacht worden, die einen hohen Grad an Oberflächen- und Abmessungsgleichraäßigkeit und -Stabilität erforderlich macht.

Herkömmliche Tonüberzüge, wie sie beispielsweise in der Papierindustrie verwendet werden, haben sich für diese Anwendungsformen als völlig unzureichend erwiesen, und wegen ihrer innewohnenden Porosität und Rauhigkeit schafft die Verwendung von Überzügen auf Lösungsraittelbasis auf diesen Lehmüberzügen keine Substrate von der gewünschten Gleichmäßigkeit. Beispielsweise hat es vor der vorliegenden Erfindung kein metallisiertes Papier gegeben, bei dem sehr dünnes Aluminium oder andere Materialien eine erfolgreiche Dampfablagerung auf Papierbogen als kostengünstiger Ersatz für Folienpapierlaminate zulassen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde jedoch überraschenderweise gefunden, daß es möglich ist, einen durch Elektronenstrahlen aushärtbaren, sehr dünnen, festen (lösungsmittelfreien) Überzug von verhältnismäßig niedriger Viskosität (wie Vinyl, Akrylat und andere bekannte Überzugsmaterialien dieser Art) auf derartige Substrate mit rauhen Oberflächen einschließlich Papier aufzubringen. Außerdem werden mittels eines neuartigen Zeit- und Energieeinstellverfahrens das eine rauhe Oberfläche aufweisende Papier oder andere Substrate äußerst glatt (in der Tat glasartig) gemacht, und zwar mit einem fest anhaftenden durch Elektronenstrahlen ausgehärteten Überzug, der starr befestigt wurde, bevor wenigstens seine Außenfläche Gelegenheit gehabt hat, sich zu entspannen und sich an die aufgerauhte, ungleichmäßige oder texturierte Oberfläche dee Substrats anzupassen.

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Darüberhinaus ermöglicht das bevorzugte, der Erfindung zugrundeliegende verfahren eine Verwendung von minimalen Überzugsmengen für das wirksame Glätten der Oberfläche des Substrates, wodurch diese zur Verwendung als glasartige Oberfläche oder für eine nachfolgende Behandlung wie Metallisierung oder andere Beschichtung oder Zurichtung hergerichtet wird.

Die ziemlich kritische relative Zeitdauer des Aufbringens und des Aushärtens des Überzugs oder der Überzüge wird derart eingestellt, daß sich vorzugsweise nicht einmal die an das Substrat angrenzende Unterfläche des Überzugs zum Zeitpunkt ihres Aushärtens wesentlich verforrat oder zum genauen Folgen der Umrißform der aufgerauhten oder texturierten Oberfläche des Substrats entspannt hat, sondern im Gegenteil hierzu oft mit Leerräumen zwischen dem Überzug und dem Substrat haften bleibt, die nicht nur bei der Wärmeisolierung der Oberfläche des Substrats behilflich sind, sondern des weiteren auch den Überzug gegen eine physische Verformung des Substrats isolieren, die aufgrund einer Erwärmung oder eines Feuchtigkeitsverlustes oder einer Rückgewinnung derselben oder ähnlicher Phänomene stattfinden kann. Daher sieht die Erfindung ein Verfahren zur Aufbringung und Elektronenaushärtung von dünnen Überzügen auf poröse (n) Medien (wie Papier) mit gesteuerter Eindringtiefe in das Substrat und gesteuerter Oberflüchenglätte vor, das hauptsächlich auf der Fähigkeit der Elektronenaushärtung, eine schnelle Verfestigung der Überzüge zu bewirken, basiert.

Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, ein neues und verbessertes Verfahren zu schaffen, um sehr glatte, dünne Überzüge für rauhe oder texturierte Substrate u. dgl. und neuartige, durch ein derartiges Verfahren hergestellte überzogene Substrate zu liefern.

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Dabei können mit diesem neuartigen Verfahren auch anderweitige Substrate mit rauhen Oberflächen, wie Papier mit einer festhaftenden, sehr glatten Überzugsfläche, die insbesondere für Metallisierung geeignet ist, und ein durch ein derartiges Verfahren hergestelltes neuartiges glattes Papier und/oder metallisiertes Papier geschaffen werden. Gleichzeitig sollen die Eindringtiefe des Überzugs in das Substrat und die Oberflächenglätte gesteuert werden.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen der Erfindung werden nachstehend näher erläutert.

Da die Art der zum Überziehen, Aushärten und gegebenenfalls zur Dampfablagerung oder für eine andere Metallisierung oder eine weitere abschließende Oberflächenbearbeitung verwendeten Vorrichtung zum Stand der Technik gehört und die Erfindung sich demgegenüber mit den dem Verfahren zugrundeliegenden kritischen Beraessungs- und Zeitgebungsvorgängen sowie Parametern befaßt, wird es nicht als notwendig erachtet, die Formvorrichtung bildlich darzustellen. Die beigefügte Zeichnung zeigt vielmehr ein Mikrofoto eines Schnitts durch ein überzogenes Substrat, das gemäß der Erfindung hergestellt wurde.

Zuerst soll auf die Anwendung der Erfindung eingegangen werden, die sich mit dem Versehen einer Papieroberfläche mit einem äußerst glatten Überzug beispielsweise bei einem tonüberzogenen Papier von 5,443 kg (12 pound) pro Ries beschäftigt, bei dem festgestellt wurde, daß es aufgerauhte Oberflächenungleichraäßigkeiten in der Größenordnung von 3 bis 5 Mikron besitzt. Diese Textur macht ein solches Papier für die Ablagerung von Metall oder anderen Endschichten ungeeignet.

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In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein sehr dünner Überzug (wie beispielsweise ein Mobil 414A-Vinylüberzug von niedriger Viskosität) auf das Papier durch das Offsetgravur-Verfahren aufgebracht unter zusätzlicher Verwendung einer Glattwalze unmittelbar nach der Aufbringung, wobei das überzogene Papier direkt der Elektronenstrahl-Bestrahlungszone zugeführt wird, die vorzugsweise eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Elektronenstrahlzeile oder eines -Vorhangs von niedriger Energie der in den US-PS'en 3 702 412, 3 745 396 und 3 769 600 beschriebenen Art enthält.

Bei auf ungefähr 1,5 m eingestelltem Laufabstand zwischen dem Punkt der Aufbringung des Überzugs und der Elektronenaushärtungszone und einer Papierbahngeschwindigkeit in der Größenordnung von 150 ra/min wird eine begrenzte Verweilzeit des Überzugs vor dem Aushärten desselben durch das Elektronenaushärtungsverfahren auf die Größenordnung von nur ca. 6OO Millisekunden (ms) beschränkt. Bei einer derartigen Zeitgebung und Positionierung und unter verwendung des Vorhangs oder der Zeile der Elektronenbestrahlung, die so eingestellt ist, daß sie eine gleichbleibende Leistung in der Größenordnung von 2 Megarad innerhalb einer Prozeßzonenbreite von ungefähr 5 cm erbringt, wie sie durch eine Elektronenstrahlenergie'von ca. 15O keV erzeugt wird, wird eine Moraentaushärtung des Überzugs erreicht, bevor wenigstens die äußeren Schichten desselben sich genügend entspannen können, um sich an die aufgerauhten ungleichmäßigkeiten in der Oberflächentextur des Papiers anzupassen. Dadurch wird eine ausreichende festhaftende Haftauflage auf dem Papiersubstrat mit minimaler Eindringtiefe und ein glasartiger, glatter äußerer Überzug für das Papiersubstrat geschaffen. Selbst

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eine Abtastelektronen-Mikrofotoanalyse mit 50.000facher Vergrößerung dieses Überzugs zeigte keine Oberflächenstruktur, die größer als /lO eines Mikrons ist. Dies wurde gefunden, um dadurch das Papier für die herkömmliche Dampfablagerung von Aluminium oder einem anderen Metall in der Größenordnung von 250 A oder 0,025 Mikron herzurichten, wodurch eine hochreflektierende Oberfläche und andere bevorzugte Sperreigenschaften mit minimaler Metallablagerung geschaffen werden. Bei einer Papierdicke in der Größenordnung von 125 Mikron und einem sich ergebenden glatten Dickenüberzug in der Größenordnung von 5 Mikron machte die durch Elektronenstrahlen bewirkte Aushärtung nicht nur ein ausreichendes Eindringen des Überzugs möglich, sondern er wurde auch teilweise in die Dicke des Papiersubstrats hinein absorbiert, und zwar ohne den Feuchtigkeitsgehalt, die Temperatur oder die Abmessungs- oder die chemische Stabilität des Substrats zu verändern. Wie vorstehend erläutert, sind zwischen dem Ton und dem Überzug durch eine Mikrofoto-Analyse nützliche Leerräume oder Öffnungen festgestellt worden.

Falls nur eine glatte Oberfläche gewünscht wird, braucht natürlich die metallisierte oder weitere Endschicht nicht verwendet zu werden. Des weiteren läßt sich feststellen, daß bei den kritischen Einstellungen der Erfindung nur ein einziger Durchgang im Gegensatz zu anderen Laminier- oder Überzugstechniken notwendig ist, die von der Wärmeaushärtung von Systemen auf Lösungsmittelbasis Gebrauch machen. Die vorstehend beschriebene Fähigkeit, eine fehlerfreie Oberfläche auf derartigen texturierten Substraten vorzusehen, schafft eine direkte Unterlage für die weitere Ablagerung von Sperrüberzügen, die eine derartige glatte Unterlage benötigen, wie polyvinylidenchlorid (PVDC), "Saran", oder

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eine ähnliche plastische oder metallisierte Schicht, um beispielsweise Wasserdampf- und gasundurchlässige Sperreigenschaften für Anwendungsformen wie die Nahrungsmittelverpackung, der Pharmazeutik und für aseptische Anwendungen und unter minimaler Benutzung des als Sperrfilm verwendeten Materials zu schaffen.

Bei den bevorzugten Anwendungsformen der Erfindung können Überzüge mit Viskositäten im Bereich von ungefähr 2OO bis 2.000 Centipoise (Cp) mit Verweilzeiten zwischen der Aufbringung des Überzugs und der durch Elektronen bewirkten Aushärtung von weniger als einer Sekunde (z. B. von ca. 50 bis 600 ms) und mit Elektronenstrahlspannungen verwendet werden, die von ungefähr 150 bis auf 250 keV für dünne Überzüge in der Größenordnung von ca. 1 Mikron bis 25 Mikron eingestellt sind. Der größte Vorteil liegt natürlich darin, daß Überzüge in der Größenordnung von einem bis zu wenigen Mikron verwendet werden können, da dies einen minimalen Material- und Kostenaufwand für das Produkt darstellt.

Systeme, die in Übe rein Stimmung mit der Erfindung erfolgreich getestet wurden, machten von Elektronenstrahl-Aushärtungsperioden von 0,3 bis 1 Sekunden nach Aufbringung des Überzugs auf das poröse Substrat unter Verwendung von Elektronenenergien von den besagten 15O bis 250 keV Gebrauch, um pigmentierte oder klare, zu lOO % feste Überzüge von niedriger Viskosität im Dickenbereich von 1 bis 250 g/m gleichmäßig in der Tiefe und auch in der seitlichen Ausdehnung als Folge der Vorhangoder Zeilenbestrahlungsgeometrie augenblicklich auszuhärten.

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Das Substratprodukt wie Papier, organische oder anorganische Filme oder Folie kann von einer Rolle abgewickelt und an einer herkömmlichen Station überzogen werden, die aus einem Überzugsbehälter, dem gravierten Musterzylinder und Offset- und Stützwalzen für die dünne Aufbringung von nichtviskosen Überzügen auf die Substrate besteht. Das überzogene Substrat läuft dann sofort von der Überzugsstation zum Elektronenprozessor, der so ausgelegt ist, daß er eine gesteuerte neutrale Umgebung für die Aushärtung von freiradikalinitiierten Überzügen in dem Elektronenprozessorkopf schafft, wie dies beispielsweise in den besagten US-PS'en offenbart ist. Nachdem die Bahn durch die Elektronenaushärtungsstation gelaufen ist, kann sie wieder aufgewickelt werden. Ein solches System kann bis zu Geschwindigkeiten in der Größenordnung von 304,80 ra/min (lOOO fpm) arbeiten und derart gehandhabt werden, daß es den gewünschten Elektronenbehandlungspegel (oder Dosis) des Überzugs bei der ausgewählten Bahngeschwindigkeit liefert, wobei eine vorher ausgewählte Aushärtungsdosis bei jeder Anwendungsgeschwindigkeit bis zu den Belastungsgrenzen des Elektronenprozessors automatisch beibehalten wird.

Insbesondere wird bei Zeilengeschwindigkeiten, die für viele industrielle Anwendungszwecke von Interesse sind (und in der Größenordnung von 152,40 ra/rain (500 fpm) liegen), die Überzugsverweilzeit auf dem Substrat zwischen der Aufbringung und der Elektronenstrahlaushärtung des Überzugs sehr kurz bemessen. Bei einem Abstand zwischen Überzugsstation und Elektronenprozessorstation in der Größenordnung von ungefähr 1,52 m/min (5 feet) liegt die Verweilzeit in der Größenordnung von 0,6 Sekunden, bevor der Überzug von dem Elektronenstrahl beeinflußt wird. Der Begriff "Aushärten" wird verwendet, um eine Unter-

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scheidung zwischen der Bedingung, unter der der Überzug fließt, und der Bedingung zu treffen, wo er gelierte. Im ersteren Fall sind Viskositäten in der Größenordnung der vorstehend genannten 1.5OO Centipoise (wie im Falle von Papierüberzügen) für dieses Merkmal kennzeichnend, während im letzteren Fall, unmittelbar nach der Bestrahlung, Viskositäten von einer Million Centipoise kennzeichnend sind, wobei die strahlungsinitiierte Additionspolymerisation in wenigen Sekunden aufgrund der fortgesetzten Aktivität der langlebigen Radikale in dem Substratüberzugssystem auf die volle Aushärtung weitergeht.

Bei dem Offsetgravurverfahren sind Überzüge im Bereich von 5OO bis 5.OOO Centipoise mit geringem, vor dem Aushärten stattfindendem Auslauf des Überzugs erfolgreich verwendet worden. Die Mustergravur des Aufbringungszylinders wird unter diesen Bedingungen aufgrund des Fehlens von Auslauf durch den ausgehärteten Überzug mit hoher Wiedergabegenauigkeit erhalten. Daher wird eine auf die Überzugsstation folgende Glättstange oder -rolle, wie vorstehend dargelegt wurde, verwendet, falls eine flache Oberfläche des Überzugs benötigt wird. Für die vorliegend beschriebenen Beispiele mit überzogenem Papier wurde ein Gravurzylinder mit 150 Zellen pro 2,54 era (I Zoll) verwendet, wobei jede Zelle 62,5 Aim tief ist und wobei unter diesen Bedingungen eine Überzugsdicke von nur wenigen kg pro Ries (3 g/m ) unter Verwendung von zu lOO % festen Überzügen von. niedriger Viskosität (z.B. 1.50O Cp) benötigt wurde. Da die Kosten der meisten Überzugs- und Umwandlungsverfahren von den Kosten des Überzugs beherrscht werden , ist es wünschenswert, die zum Erreichen des gewünschten Finish verwendete Überzugsmenge auf ein Minimum zu verringern. Somit bietet die Kombination des zu lOO % reagierenden (lösungsmittelfreien) Überzugs

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und der durch den Elektronenprozessor besorgte augenblicklichen Aushärtung, gekoppelt mit der minimalen Eindringtiefe des Überzugs in das Substrat, wenn dieser bei der geeigneten Viskosität und bei Zimmertemperatur aufgebracht wird, ein Verfahren zum Erreichen eines maximalen Wirkungsbereichs mit einem minimalen Überzugsverbrauch an.

Das in der Zeichnung gezeigte Abtastelektronen-Mikrofoto betrifft eine Probe von tonüberzogenem Blockpapier von 7,258 kg pro Ries il6 Ib. ream), das mit Mobil 414A-Überzugsmaterial, wie vorstehend beschrieben, überzogen wurde. Diese Ansicht bei 25 und einem Leistungsvermögen von 1.000 entwickelt die sich von dem als solchen bezeichneten und diagonal entlang der Figur verlaufenden Überzug abhebende Rückfläche oder Substrateinzelheit. Der äußerlich glatte Überzug ist in etwa 2 bis 3 Aim dick i.wie bei A angedeutet), und die rauhe Zwischenfläche mit dem Tonüberzug B zeigt keinerlei Zeichen von Eindringung in den Tonüberzug selbst. Der durch Elektronen ausgehärtete Überzug scheint im großen und ganzen in der Art eines Gußfilms fest auf dem porösen (.Papier) substrat zu ruhen, der nicht in der Lage ist, in die Zwischenräume oder Inhomogenitäten der Substratoberfläche einzudringen oder einzusickern. Die großen rauhen Fasern C des Papiers selbst sind auf der rechten Seite des Mikrofotos zu sehen. Die Rückfläche (rechts) des Überzugs folgt der Topographie des Substrats wie am Bereich D nur grob, während eine glatte Vorderfläche (links) beibehalten wird. In der oberen mittleren Zwischenfläche lassen sich zwischen der Rückfläche des Überzugs und dem Lehmüberzug des Papiers scharf abgegrenzte Leerräume E von mehreren bis zu Dekaden (tens) von Mikronen wahrnehmen. Wenn ein Sperrfilm auf der dargestellten äußeren, glasartigen, glatten Fläche des Überzugs, wie vorstehend beschrieben, abgelagert werden soll, kann das überzogene Substrat einer Station zur Laminieraufbrxngung

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beispielsweise einer gasundurchlässigen Plastikfolie oder einer Vakuummetallisierungsablagerungsstation (z.B. für Aluminium) zugeführt werden.

Eine ähnliche Reihe von Mikrofotos wurde von ähnlichen Proben gemacht, die mit bei 152,40 m/min (500 fpm) mit dem 150er Vierer-Gravurzylinder und der Glättstange aufgebrachter und ähnliche Strukturen zeigender Celanese RR 0137 überzogen waren.

Ein weiteres Beispiel der Flexibilität der Erfindung bezüglich der Aushärtung einer benetzten Oberfläche, bevor die Entspannung des Überzugs stattfindet, lag in der erfolgreichen Aufbringung von Flockenklebstoff auf ein vinylüberzogenes Gewebe und Nylon-Flockenfasern in Übereinstimmung mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren. Andere Anwendungen der Erfindung können auf Gebieten erfolgen, die sehr dünne, glatte Filme oder Überzüge erforderlich machen, wie bei der Abziehpapierherstellung, dem Übergabegießen von Überzügen und der Herstellung von fotografischen Filmen. Falls erwünscht, kann, um beim Flachlegen des durch Elektronenstrahlen äushärtbaren Überzugs weiter behilflich zu sein, außerdem eine dünne Aluminiumfolie oder eine andere Glättungshaut, die dem Elektronenstrahl gegenüber durchlässig ist, auf dem aufgebrachten Überzug abgelegt werden,wobei der Überzug dann durch die Haut hindurch ausgehärtet und diese danach abgelöst wird. Weitere Abwandlungen werden darüberhinaus Fachleuten von selbst einfallen, und solche werden als innerhalb des Gedankens und des Umfangs der Erfindung liegend angesehen.

Weiterhin ist es mit dem bevorzugten, in den eingangs erwähnten US-PS'en beschriebenen Elektronengeneratorsystem niedriger Energie möglich, die Eindringtiefe der Aushärtungs-

2 energie über den Bereich von 1 bis 250 g/m behandelter Dicke

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zu steuern. Für Fachleute ist klar, daß auch Elektronenstrahlmaschinen höherer Energie entweder der abgetasteten, nichtabgetasteten oder gepulsten Art für diese Zwecke verwendet werden können oder daß von abgetasteten oder gepulsten Prozessoren gleichwertiger Energie in dieser Weise Gebrauch gemacht werden kann, obgleich nicht mit einem solch wirksamen Abdeckungsbetrieb wie bei den bevorzugten Generatoren vom Vorhangtyp.

Zusammenfassend sei gesagt, daß die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile die Anwendung eines Hochgeschwindigkeitsaushärtens von zu lOO % festen Überzügen mit Elektronenprozessoren einschließt, die Leistungsabgabeenergien im Bereich von 150 keV bis 250 keV enthalten und Dosen im Bereich von 0,25 bis 5 Megarad bei Geschwindigkeiten von lO bis 300 m/min abgeben, um fehlerfreie Überzugsflächen zustandezubringen, die mit der Wärmeaushärtung von überzogenen Substraten oder mit der verhältnismäßig "langsamen" Aushärtungstechnologie wie der Mikrowellen-, der Ultraviolett-, der Infrarot- und anderer -bestrahlung nicht erhalten werden können. Für das hier offenbarte Verfahren betragen die Zeiten von der Aufbringung bis zur Aushärtung kennzeichnenderweise weniger als eine Sekunde. Durch die Anwendung dieses Verfahrens wird eine minimale Überzugsdicke bei der vollständigen Oberflächenabdeckung eines porösen Substrats wie bei der Aufbringung von Abzieh-, Sperr-, Verzierungs- oder Schutzüberzügen ermöglicht, und das Verfahren erreicht dies durch eine Begrenzung der Substratinfiltration oder der Zwischenflächeneindringtiefe durch den Überzug über die fast momentane zustandsveränderung des Überzugs aus einer Flüssigkeit in einen Festkörper durch Elektronenaushärtung. Die Erzeugung einer geometrisch glatten Oberfläche ergibt sich aus diesem Verfahren nach der Aufbringung des Überzugs auf ein

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glattes, rauhes oder poröses Substrat aus organischem oder anorganischem Stoff. Das Verfahren kann zu zahlreichen Zwecken einschließlich der Tiefeinfärbung von Papier, Film u. dgl. Medien mit maximaler Glätte angewendet werden, wie diese beim Metallisierungsüberziehen von Papier oder anderem porösem Stoff erforderlich ist und wo eine maximale Reflektionskraft oder Glanz des ausgehärteten Überzugs für das Endprodukt erwünscht ist. Die Anwendung des Verfahrens ermöglicht des weiteren die Erhaltung von Umrissen oder bildlichen Darstellungen mit hoher Wiedergabegenauigkeit, die auf dem Überzug abgelegt oder in denselben eingearbeitet wurden, während er sich in seinem flüssigen Zustand befand, und zwar durch die Anlegung von Verformungs- oder bilderzeugender Energie mittels mechanischer, elektrischer. Schall- oder Magnettechniken. Das Gießen von fehlerfreie Oberflächen von gesteuerter Topologie besitzenden Freipolymerfilmen kann auch ausgeführt werden, und das Verfahren macht die Erzeugung von fehlerfreien Filmen zur Herstellung von Sperrüberzügen für Verpackungsfolien und -konstruktionen unter Anbietung einer geringen Gas- und Wasserdampfübertragung möglich. Durch die Verwendung von Niedrigenergie-Elektronen mit Energien unter 200 keV wird das Beschädigungsrisiko für das Substrat so gering wie möglich gehalten, und zwar insbesondere dann, wenn labile Substrate verwendet werden, oder auf Papier und Textilien, wo ein Zurückhalten der Feuchtigkeit durch das Substrat während des Aushärtens erwünscht ist, um eine maximale Abraessungsstabilität des Substrats zu schaffen. Schließlich ermöglicht die Anwendung des Verfahrens mit unterschiedlichen Verweilzeiten im Bereich von 1 Millisekunde bis zu 6OO Millisekunden zwischen dem Aufbringen der Überzüge und der durch Elektronenstrahlen bewirkten

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Aushärtung derselben die Steuerung der Eindringtiefe, der Infiltration und der Klebhaftung des Überzugs an porösen und ungleichmäßigen Substraten.

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Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Versehen eines Substrats mit einem festhaftenden überzug von gesteuerter Eindringtiefe und vorbestimmter Außenflächentextur, gekennzeichnet durch

(a) Aufbringen eines durch Elektronenstrahlen aushärtbaren, dünnen, festen, lösungsmittelfreien Überzugs von niedriger Viskosität auf eine Fläche des Substrats ;

(b) Unterwerfen des überzogenen Substrats einer Elektronenstrahlenergie nach einer Verweilzeit, die auf die Aufbringung des Überzugs folgt und derart eingestellt wird, daß sie ausreichend kurz ist, um eine Entspannung des Überzugs in Anpassung an die Substratoberfläche und ein wesentliches Eindringen desselben in das Substrat zu verhindern, und

(c) darauffolgendes schnelles Einstellen der Elektronenstrahlenergie auf ausreichenden Wert, Dosierung, Wirkungsbereich und Eindringung, um den Überzug gleichmäßig über seine gesamte Dicke und Ausdehnung hinweg in festhaftendem Eingriff auf dem Substrat und mit einer äußeren Uberzugsflache von gesteuerter, fehlerfreier Textur auszuhärten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat vom überziehen

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zur Anwendung des Elektronenstrahls entlang einer Achse vorgeschoben und der Schritt des Einstellens des Elektronenstrahls innerhalb eines Wertbereichs von ungefähr 150 bis 250 keV bei einem Dosisbereich von ungefähr 0,25 bis 5 Megarad und bei innerhalb des Bereichs in der Grössenordnung von einer Sekunde bis hinunter zu einem Bruchteil derselben eingestellter, vom überziehen zur Anwendung des Elektronenstrahls verlaufender Verweilzeit ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet , daß der Schritt des Aufbringens des Überzugs durch eine Offsetgravur ausgeführt wird, dem ein Glätten des Überzugs folgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet , daß die niedrige Viskosität in der Größenordnung von ungefähr einigen hundert bis zu zweitausend Cp liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet , daß der Schritt des Aufbringens des Überzugs gesteuert wird, um einen Dickenüberzug in der Größenordnung von Mikrons zustandezubringen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet , daß die Dicke derart gesteuert wird, daß sie innerhalb des Bereichs von etwa 1 bis 25 Mikron liegt.

7. Verfahren nach Anspruch 5j dadurch ge kennzeichnet , daß die Dünnheit des Überzugs

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und die Kürze der Verweilzeit derart eingestellt werden, daß eine äußere, fehlerfreie Uberzugsflache von glatter, glasartiger Textur hergestellt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet , daß eine weitere eine glatte Unterlage erfordernde Fläche auf die glatte, glasartige äußere Uberzugsflache aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet , daß die weitere Fläche aus einem Wasserdampf- und Gassperrenfilm besteht.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet , daß der Sperrenfilm eine gasundurchlässige. Kunststoffschicht aufweist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet , daß der Sperrenfilm eine metallisierte Schicht aufweist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet , daß das Substrat aus der aus Papier, tonüberzogenem Papier, Zellulosekunststoff-Oberflächen, ungewebten und plastischen Waren und Polymerfilmen bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet , daß das Substrat eine rauhe oder poröse Oberflächentextur aufweist und der durch Elektronenstrahlen aushärtbare überzug an die rauhe Oberfläche gehaftet wird, wobei die äußere ausgehärtete Uberzugsf lache von glasartiger Glätte ist.

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14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet , daß die Einstellung der Verweilzeit und des Elektronenstrahls derart ausgeführt wird, daß der überzug an das Substrat mit dazwischenliegenden Leerräumen geklebt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch ge kennzeichnet , daß das Substrat aus Papier ist und der überzug aus durch Elektronenstrahlen aushärtbarem Kunststoff besteht, der in die äußere Überzugsfläche von glasartiger Glätte hinein ausgehärtet wurde.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch ge kennzeichnet , daß ein gasundurchlässige^ Sperrenfilm auf die glasartige äußere Uberzugsflache aufgebracht wird.

17. Verfahren nach Anspruch l6, dadurch ge kennzeichnet , daß der Sperrenfilm eine Metallisierschicht ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch ge kennzeichnet , daß die Metallisierschicht durch Vakuumablagerung abgelagertes Aluminium ist.

19. Beschichtetes Substrat, gekennzeichnet durch die Verbindung eines Substrats von verhältnismäßig rauher Textur mit einem dünnen, durch Elektronenstrahlen ausgehärteten überzug, der an der rauhen Textur des Substrats haftet, jedoch in dieselbe im wesentlichen nicht eindringt und sich daran in Umrißform anpaßt, wobei die Außenfläche des Überzugs in eine glasartige Glätte

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ausgehärtet und die Innenfläche desselben mit Leerräumen zwischen Abschnitten des Substrats und der Innenfläche des Überzugs getrennt ist.

20. Beschichtetes Substrat nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß das Substrat aus der aus Papier, tonüberzogenem Papier, zellulos Oberflächen, ungewebten und plastischen Waren und Polymerfilmen bestehenden Gruppe ausgewählt und der dünne überzug aus einem durch Elektronenstrahlen aushärtbaren, festen, lösungsmittelfreien Material in einer Dicke von der Größenordnung von Mikrons gebildet ist.

21. Beschichtetes Substrat nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß eine gasundurchlässige Sperre auf die glasartige äußere Uberzugsflache aufgebracht ist.

22. Beschichtetes Substrat nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet , daß die Sperre aus der aus Plastikfolie, Plastikfilm und einer metallisierten Schicht bestehenden Gruppe ausgewählt ist.

23· Beschichtetes Substrat nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet , daß das Uberzugsmaterial ein durch Elektronen aushärtbares Polymermaterial wie Vinyl und Akrylat von einer Viskosität im Bereich zwischen hunderten und zweitausend Cp ist.

24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß eine Abziehschicht auf den Überzug aufgebracht wird, um beim Flachlegen desselben

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behilflich zu sein, und daß diese Schicht nach dem Aushärten des Überzugs durch Elektronenstrahlen entfernt wird.

25. Verfahren, um ein verhältnismäßig rauhes Substrat mit einem angeklebten Überzug von gesteuerter Eindringtiefe und vorbestimmter verhältnismäßig glatter Außenflächentextur zu versehen, gekennzeichnet durch

(a) Aufbringen eines durch Elektronenstrahlen aushärtbaren, dünnen, festen, lösungsmittelfreien Überzugs von niedriger Viskosität, der von einer dünnen Schicht getragen wird, auf eine Fläche des Substrats;

(b) Unterwerfen des überzogenen Substrats einer Elektronenstrahlenergie nach einer Verweilzeit, die auf die Aufbringung des von der Schicht getragenen Überzugs folgt und derart eingestellt wird, daß sie ausreichend kurz ist, um ein Anpassen des Überzugs an die verhältnismäßig rauhe Substratoberfläche und ein wesentliches Eindringen desselben in das Substrat zu verhindern, und

(c) darauffolgendes schnelles Einstellen der Elektronenstrahlenergie auf ausreichenden Wert, Dosis, Wirkungsbereich und Durchdringung, um den überzug gleichmäßig über seine gesamte Dicke und Ausdehnung hinweg in fest haftendem Eingriff mit dem Substrat und mit einer äußeren Uberzugsflache von gesteuerter, fehlerfreier, verhältnismäßig glatter Textur auszuhärten, sowie

(d) Ablösen der Schicht.

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'Κ L 940

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch ge kennzeichnet , daß das Substrat Papier ist und der überzug aus einem durch Elektronenstrahlen aushärtbaren, festen, lösungsmittelfreien Material von niedriger Viskosität in einer Dicke in der Größenordnung von Mikrons gebildet wird.

Ma^m - 27 483 - 8 -

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