DE3402875C2 - Kunststoffartikel mit keramischer Beschichtung - Google Patents

Kunststoffartikel mit keramischer Beschichtung

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kunstharz- bzw. Kunststoffartikel mit einer keramischen Beschichtung, enthaltend ein Harzsubstrat, eine Zwischenschicht und eine keramische Beschichtungsschicht. Die Zwischenschicht besteht ais einem vernetzten Harz bzw. Kunststoff mit einer höheren Härte als die des Harzsubstrats. Die Zwischenschicht erhöht die Haftfestigkeit zwischen dem Harzsubstrat und der Beschichtungsschicht, so daß die Beständigkeit bezüglich des Abschälens der Beschichtungsschicht verbessert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kunststoffartikel mit einer keramischen Beschichtungsschicht
Es ist bekannt, Kunststoffartikel, die durch Spritzgießen oder Strangpressen hergestellt werden, durch physikalische Äbscheidungsverrahren, wie Vakuumbedampfung und Zerstäubung, mit einer keramischen Schicht zu beschichten.
Aus der US-PS 38 95 155 sind Formkörper bekannt, deren teilweise aus Kunststoff bestehende Oberfläche mit einem abriebfesten keramischen organischen Überzug mit einer Schichtdicke von 40 nm bis 5 μπι versehen ist. Dabei ist die anorganische Schutzschicht in Form einer diskontinuierlichen Schicht aus diskreten Inseln aufgebracht.
Die US-PS 41 90 681 betrifft einen Körper aus PoIycarbonat, der zunächst mit einem polyfunktionellen Acrylatmonomeren und sodann mit einer dünnen Glasschicht versehen ist.
Die bekannten Kunststoffartikel mit einer solchen Beschichtungsschicht haben jedoch den Nachteil, daß die Haftung zwischen der keramischen Beschichtungsschicht und dem Harzsubstrat nicht ausreichend ist, so daß die keramische Beschichtung dazu neigt, sich von der Oberfläche des Substrats abzuschälen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kunststoffartikel mit einer keramischen Beschichtung zur Verfügung zu stellen, bei dem das Abschälen der Beschichtungsschicht nicht auftritt.
Gegenstand der Erfindung ist ein Kunststoffartikel, der eine keramische Beschichtung aus Indiumzinnoxid, Titannitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumdioxid und/oder Titanoxid und eine Zwischenschicht aufweist, der dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberfläche des in einheitlicher Form ausgebildeten Kunststoffsubstrats wenigstens teilweise durch die Zwischenschicht bedeckt ist, deren Härte um mindestens einen Bleistifthärtegrad größer als die des Kunststoffsubstrats ist.
Die Bestimmung der Bleistifthärte ist in der japani
schen Industrienorm (JIS) K 5400 6-14 beschrieben.
Das Harzsubstrat besteht vorzugsweise aus einem geformten Körper aus einem thermoplastischen Kunststoff oder einen wärmehärtbaren Kunststoff. Der Kunststoffartikel bzw. Kunstharzartikel kann eine reguläre Form aufweisen, z. B. als Platte ausgebildet sein, wobei sich die Form nach dem jeweiligen Anwendungszweck richtet Das Substrat besteht z. B. aus Polymethylacrylat, einem Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymerisat. Polyvinylchlorid, Nylon oder einem Polyester.
Die keramische Beschichtungsschicht ist eine dünne Keramikschicht, die in üblicher Weise durch Vakuumbeschichtung gebildet wird. Geeignete physikalische Beschichtung- bzw. Ablagerungsverfahren sind die Vakuumverdampfung, Zerstäubung, die reaktive Vakuumverdampfung und die reaktive Zerstäubung. Oie keramische Beschichtungsschicht kann aus einer leitfähigen, transparenten Schicht, z. B. aus Indiumzinnoxid, bestehen, wobei das Indiumoxid 5% Zinnoxid enthält
Die Zwischenschicht besteht vorzugsweise aus einem Harz bzw. Kunststoff, der um wenigstens ein oder zwei Bleistifthärten (Härtegrad der Bleistiftmine, z. B. H und B) härter ist als die Härte des Substrats. Die Zwischenschicht wird vorzugsweise aus einem ausgehärteten Harz, das vernetzt ist, gebildet, insbesondere aus einem ausgehärteten Kunststoff mit Mikromolekülen mit dreidimensionaler Vernetzung.
Solche Harze bzw. Kunststoffe werden verwendet als vernetzende Acrylharze und als vernetzende Organosiloxanharze. Das Harzmaterial, das die Zwischenschicht bildet, wird auf die Oberfläche des Substrats in üblicher Weise, z. B. durch Aufstreichen, aufgebracht Dann wird die Beschichtungsschicht gehärtet durch Trocknen oder gegebenenfalls durch Erwärmen, wodurch die Zwischenschicht gebildet wird. Die Zwischenschicht ist vorzugsweise 0,5 bis 50 μίτι dick.
Auf diese Zwischenschicht wird die keramische Beschichtungsschicht in üblicher Weise aufgebracht z. B. durch ein physikalisches Abscheidungsverfahren, wie die Vakuumverdampfung.
Der erfindungsgemäße Kunststoffartikel besteht aus einer keramischen Beschichtungsschicht, dem Kunststoffsubstrat und der dazwischen angeordneten Zwischenschicht Die Zwischenschicht besitzt eine höhere Härte als das Kunststoffsubstrat Die Zwischenschicht ist vorgesehen, um die Haftfestigkeit zwischen der Zwischenschicht und dem Harzsubstrat bzw. der keramischen Beschichtungsschicht zu erhöhen, um zu verhindern, daß die keramische Beschichtungsschicht sich in
so einlucher Weise von dem Harzsubstrat abschälen läßt.
Auf einem durchsichtigen Kunststoffsubstrat wird eine durchsichtige Zwischenschicht gebildet. Darauf wird die keramische Beschichtungsschicht aus Indiumzinnoxid aufgebracht. Auf diese Weise wird eine durchsichtige Elektrodenplatte hergestellt, die verwendet werden kann für Flüssigkristallanordnungen oder Eiektrolumineszenzanordnungen.
Die Erfindung wird anhand "der folgenden Beispiele näher erläutert:
Beispiel 1
Eine transparente Kunststoffplatte
(100 χ 100 χ 3 mm) wurde als Harzsubstrat bzw. Kunststoffsubstrat verwendet. Die Kunststoffplatte bestand aus Polymethylmethacrylat. Das Substrat wurde mit einem neutralen Reinigungsmittel, mit Ultraschall und dann mit warmem Wasser gereinigt und anschlie-
Bend getrocknet
Eine Oberflächenseite des Kunststoffsubstrats wurde mit einem Acrylatlack, mit Acrylatmonoraeren mit polyfunktionellen Gruppen gestrichen. Dann wurde die Beschichtung mit UV-licht bestrahlt, um das Acrylat zu härten und so die Zwischenschicht zu bilden. Die Zwischenschicht wies eine Dicke von 10 um auf; und die Oberfläche besaß eine Härte von etwa 6H Bleistifthärte. Die Oberfläche des Harzsubstrats wies eine Härte von etwa4H Bleistifthärte auf.
Das Kunststoffsubstrat wurde dann in einen Halter einer üblichen Zerstäubungsvorrichtung eingebracht und dann bestäubt Als Target wurde eine Keramikmischung aus Indiumoxid und Zinnoxid im Verhältnis von 91 Mol-% : 9 MoI-% verwendet Der Abstand zwischen dem Target und dem Substrat betrug 8 cm. Nach dem Abziehen der Luft aus der Vakuumkammer bis auf einen Druck von QÖ913 Pa wurde Argon durch ein Ventil in die Vakuumkammer eingeführt, bis der Druck in der Kammer 0,133 Pa betrug. Die Zerstäubung wurde durchgefühlt für 4 min bei rotierendem Halter mit einer Entladung von 500 W. Auf diese Weise wurde eine keramische Beschichtungsschicht aus Indiumzinnoxid gebildet Die Dicke der keramischen Beschichtungsschicht betrug etwa 0,06 μΐη mit einer Lichtciurchlässigkeit von 82% und einem Oberflächenwiderstand von 100 Ω/cm2.
Die Festigkeit der keramischen Beschichtungsschicht gegen Abschälen wurde mittels eines Haftbandes untersucht Der Haftbandversuch wurde wie folgt durchgeführt: Auf der Oberfläche der keramischen Beschichtungsschicht wurden 100 Quadrate von 1 χ lmm gebildet durch Aufbringen von Längs- und Querschnitten mit einem Abstand von 1 mm. Dann wui .te ein Celluloseacetat-Haftband mit einer Breite von 26 mm auf die Oberfläche aufgebracht und abrupt abgezogen, und zwar indem ein Ende des Bandes in vertikaler Richtung abgezogen wurde. Es wurde ermittelt, ob die Beschichtungsschicht abgelöst wurde oder nicht
Es wurde festgestellt, daß von den erfindungsgemäßen Kunststoffartikeln die keramische Beschichtungsschicht bei Durchführung dieses Testes unter Verwendung eines Haftbandes nicht abgezogen werden konnte.
Zum Vergleich dazu wurde eine Beschichtungsschicht aus Indiumzinnoxid direkt auf die Oberfläche der Acrylharzplatte, die keine Zwischenschicht aufwies, aufgestäubt Dieser Vergleichskörper mit der keramischen Beschichtungsschicht unterscheidet sich vom äußersten Erscheinungsbild der Transparenz und dem Oberflächenwiderstand nicht von der ersten Ausführungsform. Bei dem Vergleichskörper wurden jedoch bei Durchführung des Haftbandversuchs alle 100 Quadrate abgezogen.
Beispiel 2
Es wurde eine Polycarbonatplatte mit den Ausmäßen von 100 χ 150 χ 4 mm als Kunststoff substrat verwendet. Das Substrat wurde, ähnlich wie in Beispiel 1 angegeben, gereinigt Dann wurde die Platte mit einem Organosiloxananstrich, enthaltend Monomere mit mehrwertigen Gruppen, ausgerüstet und erwärmt, um die aufgebrachte Schicht zu härten. Auf diese Weise wurde eine Zwischenbeschichtungsschicht aus Silikonharz mit einer Dicke von 1 μπι gebildet.
Die Oberfläche des Polycarbonatsubstrats wies eine Härte der Bleistifthärte B auf.
Danach wurde eine Besdhichtungsschicht aus Indiumzinnoxid mit einer ähnlichen Zerstäubungsvorrichtung, wie in Beispiel 1 angegeben, aufgebracht Als Target wurde ein Material, bestehend aus 90 Gew.-% Indium und 10 Gew.-% Zinn verwendet Die Vakuumkammer wurde entlüftet bis ein Druck von 0,00133 Pa erreicht war, und dann wurde durch ein Ventil Sauerstoff eingeblasen bis der Druck auf 0,0266 Pa angestiegen war. Danach wurde Argon in die Vakuumkammer eintsblasen bis der Druck 0,133 Pa betrug. Danach wurde die Beschichtungsschicht aus Indiumzinnoxid durch reakti ve Zerstäubung über einen Zeitraum von 2 min bei ei ner Entladung von 400 W erzeugt Die so hergestellte keramische Beschichtungsschicht wies eine Dicke von 0,03 um, eine Lichtdurchlässigkeit von 80% und einen Oberflächenwiderstand von 100 Ω/cm2 auf.
Es wurde der gleiche Haftbandversuch, wie in Beispiel 1 beschrieben, durchgeführt und festgestellt, daß sich die keramische Beschichtungsschicht nicht abschälen ließ. Zum Vergleich dazu wurde eine keramische Be- Schichtungsschicht direkt auf die Oberfläche des glei chen Substrats, das keine Zwischenschicht aufwies aufgestäubt Der so hergestellte Kunststoffartikel mit der keramischen Beschichtungsschicht unterscheidet sich in seinem äußeren Erscheinungsbild, in der Transparenz und im Oberflächenw«ierstand nicht von der erfindungsgemäßen Ausführung, aber bei der Durchführung des Haftbandversuchs wurden 30 Quadrate von 100 Quadraten abgeschält
Beispiel 3
Es wurde ein Kunststoffsubstrat aus ABS in Form einer Platte mit den Ausmaßen von 100 χ 80 χ 3 mm verwendet
Das Substrat wurde wie oben beschrieben gereinigt und dann mit einem polyfunktionellen Organosiloxan bestrichen und durch Erwärmen gehärtet Auf diese Weise wurde eine Zwischenschicht aus einem Silikonharz mit einer Dicke von 5 μπι gebildet, wöbet die Ober- fläche eine Bleistiftstärke von 3H aufwies. Die Oberfläche des ABS-Substrats wies eine Bleistifthärte von F auf.
Für das anschließende reaktive Zerstäuben wurde ein Target aus metallischem Titan verwendet, wobei die gleiche Zerstäubungsvorrichtung wie bei Beispiel 1 verwendet wurde. Für die reaktive Zerstäubung wurde die Luft aus der Vakuumkammer abgezogen bis ein Druck von 0,00133 Pa erreicht war. Dann wurde über ein Ventil Stickstoff in die Vakuumkammer eingelassen bis der
so Druck einen Wert von 0,0399 Pa erreicht hatte, und anschließend wurde Argon eingeleitet bis zu einem Druck von 0,266 Pa. Bei diesen Bedingungen wurde die reaktive Zerstäubung für 2 min bei einer Entladung von 500W durchgeführt Es wurde eine Beschichtungs schicht aus Titannitrid mit einer Dicke von etwa 0,05 μηι gebildet, wobei die Beschichtung goldfarben gefärbt war. Die Oberfläche war glatt und wies keine Risse auf. Der in Beispiel 1 erläuterte Haftbandtest wurde durchgeführt mit dem Ergebnis, daß die Beschichtungsschicht nicht abgezogen wurde.
Zum Vergleich wurde eine keramische Beschichtungsschicht direkt auf die Oberfläche des ABS-Substrats, das keine Zwischenschicht aufwies, mittels der reaktiven Zerstäubung in der gleichen Weise, wie oben angegeben, aufgebracht. Diese keramische Beschichtungsschicht wies Risse auf. Bei Durchführung des Haftbandtests wurden 20 Quadrate von 100 Quadraten abgeschält.
5
Beispiel 4 sichtbaren Licht betrug 80%. Bei Durchführung des
Sj Haftbandtests wurde festgestellt, daß die keramische
κ Es wurde eine Kunststoffplatte aus Polymethylme- Schicht nicht abgeschält wurde.
$ thacrylat mit den Ausmaßen von 100 χ 100 χ 3 mm als Zum Vergleich wurde eine Beschichtungsschicht aus
?:j Harz- bzw. Kunststoffsubstrat verwendet Dann wurde 5 Aluminiumnitrid direkt auf die Oberfläche des Polycar-
f. ein polyfunktioneller Organosiloxananstrich aufge- bonatsubstrats, das keine Zwischenschicht aufwies, mit-
[A bracht und gehärtet, um eine Beschichtungsschicht aus tels der in Beispiel 1 beschriebenen reaktiven Zerstäu-
ii Silikonharz zu bilden. Die Zwischenschicht wies eine bung aufgebracht Die so hergestellte keramische Be-
!j Dicke von 2 um auf und die Härte der Oberfläche dieser Schichtungsschicht unterschied sich nicht von der erfin-
|i Schipht betrug eine Bleistifthärte von 6H. Die Oberflä- io dungsgemäßen Ausführungsfonn. Jedoch bei der
f ehe des Kunststoffsubstrats aus Porymethylmethacrylat Durchführung des Haftbandtests wurde festgestellt, daß
V% wies eine Bleistifthärte von 4H auf. 40 Quadrate von 100 Quadraten abgeschält wurden.
?: Danach wurde eine Beschichtungsschicht aus Titan-
,;: oxid mittels reaktiver Zerstäubung aufgebracht Als
,ι·; Target wurde metallisches Titan verwendet, und die re- is
aktive Zerstäubung wurde in Anwesenheit von Sauer-
■'{ stoff durchgeführt Für den Zerstäubungsvorgang wur-
['■ ' de die Luft aus der Vakuumkammer entfernt bis zu J/λ einem Druck von 0,00133 Pa. Danach wurde Sauerstoff
'£ eingeleitet, bis zu einem Druck von 0,0665 Pa und dann
.·; Argon eingeleitet in die Vakuumkammer bis zu einem
! Druck von 0,133 Pa. Unter diesen Bedingungen wurde
··: die Zerstäubung für 5 min bei einer Entladung von
';■; 350 W durchgeführt Die so hergestellte keramische Beschichtungsschicht wies eine Dicke von etwa 0,045 μίτι und eine Transparenz von 85% auf. Die Infrarotreflexionseigenschaften der Beschichtung waren gut Bei Durchführung des im Beispiel 1 beschriebenen Haftbandtests wurde festgestellt, daß die Beschichtungsschicht sich nicht abschälen ließ.
Zum Vergleicht wurde eine keramische Beschichtungsschicht aus Titanoxid direkt auf die Oberfläche der Polymethylmethacrylatplatte, die keine Zwischenschicht aufwies, mittels reaktiver Zerstäubung nach dem oben angegebenen Verfahren aufgebracht Die so hergestellte keramische Beschichtungsschicht unterscheidet sich hinsichtlich des äußeren Erscheinungsbildes und der Transparenz nicht von der obigen erfindungsgemäßen Ausführungsfonn. Jedoch bei der Durchführung des Haftbandtests wurden 80 Quadrate von 100 Quadraten abgeschält
Beispiel 5
Es wurde eine Kunststoffplatte aus Polycarbonat mit den Ausmaßen von 100 χ 80 χ 4 mm als Kunststcffsubstrat verwendet Das Kunststoffsubstrat wurde, wie in Beispiel 1 angegeben, gereinigt, dann mit einem mehrwertigen bzw. polyfunktionellen Acrylat bestrichen und dann wurde die Schicht durch UV-Lichtbestrahlung gehärtet Auf diese Weise wurde eine Zwischenschicht mit einer Dicke von 40 μπι und einer Oberflächenhärte von 2H, gemessen als Bleistifthärte, hergestellt Die Oberfläche des Kunststoffsubstrats aus Polycarbonat wies eine Bleistifthärte von B auf.
Danach wurde eine Beschichtungsschicht aus Aluminiumnitrid mittels reaktiver Zerstäubung aufgebracht Es wurde die gleiche Zerstäubungsvorrichtung, wie in Beispiel 1 beschrieben, verwendet Für die reaktive Zerstäubung wurde die Luft aus der Vakuumkammer entfernt bis zum Erreichen eines Drucks von 0,00133 Pa, dann wurde Stickstoff über ein Ventil eingelassen bis der Druck einen Wert von 0,106 Pa erreicht hatte. Unter diesen Bedingungen wurde die reaktive Zerstäubung für 4 min bei einer Ert'adung von DC 400 V und 1,5 A durchgeführt. Auf diese Weise wurde eine Beschichtungsschicht aus Aluminiumnitrid mit einer Dicke von etwa 0,03 μπι gebildet Die Transparenz der Schicht bei

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Kunststoffartikel, der eine keramische Beschichtung aus Indiumzinnoxid, Titannitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumdioxid und/oder Titanoxid und eine Zwischenschicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des in einheitlicher Form ausgebildeten Kunststoffsubstrats wenigstens teilweise durch die Zwischenschicht bedeckt ist, deren Härte um mindestens einen Bleistifthärtegrad größer als die des Kunststoffsubstrats ist.
2. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht aus einem dreidimensional vernetzten Harz bzw. Kunststoff besteht
3. Artikel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzsubstrat aus einem thermoplastischen Kunststoff oder wärmehärtbaren Kunststoff besteht
4. Artikel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der thermoplastische Kunststoff ein PoIycarbonat, Polymethylmethacrylat oder Acrylnitril-Butadien-StyroI-Copolymer(ABS) ist
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