DE3634885A1 - Verbundelement - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein flächenhaftes Verbundelement umfassend eine Trägerschicht und eine Folie aus thermoplastischem Kunststoff.

Es ist bekannt, Wände, Decken u. a. sowie Einrichtungsgegenstände in Schiffen, Fahrzeugen, Eisenbahnwagen, Flugzeugen und auch in Gebäuden zu Dekorations- und Hinweiszwecken sowie zum Schutz vor Korrosion und vor mechanischer Beanspruchung mit Kunststoffolien aus Polyvinylhalogenid, insbesondere aus Polyvinylchlorid oder Polyvinylfluoid zu überziehen.

In der Europäischen Patentschrift 01 03 407 wird ein dekorativer Verbundgegenstand beansprucht, der an einer Trägerschicht aus einem Vinylsubstrat fixiert ist, bestehend aus einem Polyvinylchloridfilm und einer Kleberschicht, mit der dieser Film an den Träger gebunden ist, und einer dritten Schicht zwischen der Klebstoffschicht und dem Polyvinylchloridfilm. Der Verbundgegenstand, der vorzugsweise bedruckt sein kann, soll vorwiegend dekorativen Zwecken genügen, so z. B. zur Verkleidung von Wänden im Innen- und Außenbereich, aber auch von Segeltüchern. Ein besonderes Anliegen soll sein, vorgeferigte Drucke auf Polyvinylchloridfilmen auch auf Vinylsubstrate auftragen zu können, wobei durch eine dritte Schicht eine Wanderung von Monomeren aus dem Vinylsubstrat in den Kleber bzw. in den Polyvinylchloridfilm verhindert werden soll, so daß die Adhesion des Polyvinylchloridfilms auf den Träger nicht abnehmen kann.

Überzüge aus Polyvinylchlorid lassen allerdings bezüglich ihrer Anwendungseigenschaften, worunter ihre Dauerbeständigkeit, ihre Schutzfunktion, ihre mechanische Festigkeit, ihr Brandverhalten zu verstehen sein sollen, zu wünschen übrig. Insbesondere sind die aggressiven im Brandfall freigesetzten Brand- oder Rauchgase zu nennen, die korrosiv auf das diesen Gasen ausgesetzten Objekt wirken und nicht zuletzt auch zu erheblichen Fehlfunktionen in elektrischen oder elektronischen Anlagen führen können.

Darüber hinaus können gerade bei Rauminnenteilen diese rein physikalischen Voraussetzungen vom optischen Gesichtspunkt überlagert werden. Es besteht oft der Wunsch nach Informationsträger z. B. in Schaltschränken technischer Anlagen, aber andererseits auch nach ansprechender, rein dekorativer Ausgestaltung von Gebäuden oder Einrichtungsgegenständen, insbesondere auch bei Möbeln.

Für das zu verwendende Wandverkleidungselement bedeutet dies die Möglichkeit zur Bedruckung und auch zur Reduzierung störender Glanzeffekte der Oberfläche durch Prägungen.

Um den Verarbeitungsvorgang, insbesondere das Aufziehen der Folie auf den jeweiligen Trägern, zu erleichtern, soll die Folie eine ausreichende Steifigkeit aufweisen und zudem in der Weise vorbehandelt sein, daß eine Haftung der Folie auf dem Träger sichergestellt ist.

Es bestand daher die Aufgabe, ein Verbundelement vorzuschlagen, das einerseits preiswert und in einfacher Weise herstellbar ist, eine hohe Schutzfunktion aufweist, eine ausreichende Steifigkeit zeigt, keine aggressiven Rauchgase entstehen läßt sowie die Möglichkeit einer Bedruckung und Prägung im Hinblick sowohl auf die Präsentation von Hinweisen verschiedenster Art, aber auch auf eine rein dekorative Ausgestaltung ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch ein flächenhaftes Verbundelement der eingangs genannten Gattung, dessen kennzeichnenden Merkmale darin bestehen, daß die Folie aus einem halogenfreien thermoplastischen Kunststoff besteht.

Die Trägerschicht des erfindungsgemäßen Verbundelementes kann aus Metall wie Stahl, Eisen, Zink, Kupfer oder Aluminium bestehen. Gegebenenfalls können Holz oder Spanplatten, aber auch Stein und Beton mit der Folie überzogen sein. Bevorzugt handelt es sich um Bauteile wie Wand-, Tür- und Deckenelemente, aber auch um Einrichtungsgegenstände sowie auch um Gegenstände im technischen Bereich, zu denen vorwiegend Behältnisse und Schränke für elektrische bzw. elektronische Installationen zählen (z. B. Schaltschranktüren).

Als thermoplastische Kunststoffe kommen jegliche halogenfreien, vorzugsweise chlorfreien Kunststoffe in Frage. Zu ihnen zählen Polyamide wie Polyhexamethylenadipinsäureamid, Polyhexamethylensebazinsäureamid oder Polyepsiloncaprolactem; Polyolefine, Polystyrole und substituierte Polystyrole; Polyester sowie Homo- und Copolymere von Acrylsäure oder Methacrylsäure oder deren Derivaten. Ferner können Mischungen (Blends) dieser Grundtypen verwendet werden. Halogenfreiheit ist Voraussetzung dafür, daß keine Halogenwasserstoffsäuren, insbesondere Chlorwasserstoffsäuren, als aggressive Rauchgase entstehen können.

Als Polyolefine werden erfindungsgemäß neben Polyethylen insbesondere Polypropylen als isotaktisches Homopolymerisat oder als Copolymerisate des Propylens mit Ethylen oder Alpha-Olefinen mit 4 bis 8 C-Atomen oder eine Mischung aus Propylen-Homo- und Propylen-Copolymerisaten verwendet. In den Copolymerisaten beträgt die Comonomermenge im allgmeinen maximal 10 Gew.-%, bezogen auf das Copolymerisat. Bevorzugte Comonomere sind Ethylen und But-1-en. Das Polymere der Folie des erfindungsgemäßen Verbundelementes hat zweckmäßigerweise einen Schmelzflußindex im Bereich von 0,5 g/10 min bis 8 g/10 min bei 230°C und 2,16 kp Belastung (DIN 53735), insbesondere von 1,5 g/10 min bis 4 g/10 min.

Vorzugsweise werden aber Polyestermaterialien verwendet, zu denen sowohl Polyester-Homo- und -Copolymerisate als auch Gemische verschiedener Polyester sowie Abmischungen oder Blends von Polyestern mit anderen Polymeren zählen.

Die Herstellung der Polyestermaterialien kann sowohl nach dem Umesterungsverfahren z. B. mit Hilfe der katalytischen Wirkung von z. B. Zn-, Ca-, Mn-, Li- oder Ge-Salzen als auch nach dem Direktesterverfahren erfolgen.

Beispiele für Polyester sind Homo- oder Copolykondensate aus Terephthalsäure oder Isophthalsäure, 2,6-Naphthalindicarbonsäure mit Glykolen mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen wie Polyethylenterephthalat, Polytetramethylenterephthalat, Polybutylenterephthalat, Polyethylen-2,6-naphthalindicarboxylat oder Polyethylen-p-hydroxybenzoat.

Die Copolyester können als Bausteine auch Adipinsäure, Sebazinsäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, 5-Na-sulfoisophthalat, polyfunktionelle Komponenten wie Trimelithsäure u. a. enthalten.

Die Polyestergemische können beispielsweise aus Polyethylenterephthalat und Polybutylenterephthalat oder Polyethylenterephthalat und wenigstens einem Alkalimetallsalz eines Derivats der Sulfonsäure wie z. B. der Sulfoisophthalsäure bestehen.

Beispiele für Polymere, die in den Polyester eingearbeitet oder eingemischt werden können, sind Polyolefin-Homo- oder -Copolymere wie Polyethylen, Polypropylen, Poly-4- methylpenten, Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, die ihrerseits verseift sein können, Ionomere, Polyamide, Polycarbonate, Polysulfone etc.

Die Kunststoffolien des erfindungsgemäßen Verbundelementes werden nach dem Extrusions- bzw. Coextrusionsverfahren hergestellt, wobei das abgemischte Material aufgeschmolzen, zu einer Vorfolie extruhiert und auf einer Kühlwalze abgestreckt wird. Vorzugsweise kann nach dem Abschrecken der Vorfolie auf der Kühlwalze die Folie in Längsrichtung und/oder in Querrichtung bei Temperaturen zwischen dem Glaspunkt des Polymeren und 160°C sowie einem Streckverhältnis im Bereich von 2,0 bis 6,0, vorzugsweise bei 3,2 bis 4,2, verstreckt und anschließend bei Temperaturen zwischen 150 und 240°C, vorzugsweise bei 200 bis 235°C, hitzefixiert werden.

Die Anzahl und die Reihenfolge der Längs- und Querstreckstufen ist nicht streng vorgegeben, sondern richtet sich nach den Erfordernissen des erfindungsgemäßen Verbundelementes im speziellen Anwendungbereich. Die einzelnen Streckvorgänge "längs" und "quer" können ein- und mehrstufig durchgeführt werden. Eine gleichzeitige Längs- und Querstreckung (Simultanstreckung) ist ebenso möglich.

Die Folien können entweder nur in einer Richtung eine gewisse erhöhte Festigkeit aufweisen (monoaxial gestreckte Folien), aber auch in Quer- und/oder Längsrichtung besonders hohe Festigkeit aufweisen (tensilized oder supertensilized bzw. anisotrope Folien) oder in der bevorzugten Ausführungsform in beiden Richtungen ausgewogene dimensionsstabile Eigenschaften aufweisen (balanced oder isotrope Folien). Besonders bevorzugt sind die sehr dimensionsstabilen isotropen Folien aus Polyethylenterephthalat.

Die halogenfreien thermoplastischen Kunststoffolien für das erfindungsgemäße Verbundelement können transparent sowie trübe bis opak sein. Der Trübungsgrad kann durch geeignete inerte Füllstoffe, die dem Folienmaterial zugesetzt werden, erreicht werden. Bei der Streckorientierung der Folie entstehen wegen dieser Füllstoffe Mikrorisse und winzig kleine Hohlräume ("voids"), die die Trübung bzw. das opake Aussehen der Folie hervorrufen können.

Als Füllstoffe werden der Folie die üblichen anorganischen oder organischen pulverförmigen Materialien als Additive zugesetzt. Geeignete anorganische Füllstoffe sind Aluminiumoxid, Aluminiumsulfat, Bariumsulfat, Calciumcarbonat, Magnesiumcarbonat, Silicate wie Aluminiumsilicat (Kaolinton) und Magnesiumsilicat (Talkum), Siliciumdioxid und/oder Titandioxid, worunter Calciumcarbonat, Siliciumdioxid, Titandioxid oder Mischungen davon bevorzugt eingesetzt werden. Calciumcarbonat (Kreide) ist besonders bevorzugt.

Als organische Partikel kommen die in der DE-OS 33 13 923 beschriebenen vernetzten organischen, gehärteten organischen, globularen oder vernetzten organischen kugelförmigen Partikel mit funktionalen Gruppen und enger Korngrößenverteilung in Frage. Gerade bei der Anwendung von organischen Partikeln ist die Transparenz der Folie auch nach der Streckorientierung der Folie weiterhin gegeben. Daneben können auch Teilchen bestehend aus Katalysatorresten oder Mischungen aller drei Teilchenarten vorhanden sein.

Die Füllstoffmenge beträgt normalerweise 0 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 27 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Basismaterials. Die mittlere Teilchengröße des pulverförmigen Füllstoffes liegt im Bereich von 2 bis 5 µm, vorzugsweise im Bereich von 3 bis 4 µm. Die Folie kann auch zweckmäßige Additive wie Antioxidantien, Antistatika, Farbstoffe und/oder Stabilisatoren in einer jeweils wirksamen Menge enthalten.

Vorzugsweise kann die Folie coronabehandelt werden, um ihre Bedruckbarkeit zu gewährleisten.

Die Bedruckbarkeit kann aber auch durch eine Haftvermittlerbeschichtung, die anstelle der Coronabehandlung oder auch zusätzlich zu dieser ausgeführt wird, erreicht werden.

Die Oberflächenbeschichtungen der Folie mit Haftvermittlern (Primern) und/oder mit Klebern dienen vorzugsweise zur Variation ihrer Hafteigenschaften, insbesondere dann, wenn weitere Polymerfolien insbesondere Polyesterfolien aufkaschiert werden sollen. Zu den Haftvermittlern und Klebern zählen Lösungen oder Dispersionen, die u. a. vernetzbare, härtbare oder bereits gehärtete oder vernetzte Substanzen bzw. Partikel enthalten. Beispiele für Haftvermittler und Kleber sind Copolyester, Polyurethane, Epoxide, wärmehärtbare Acrylsäureabkömmlinge, Polysiloxane, Styrol-Butadien-Kautschuke oder Ethylen-Vinylacetat-Copolymere.

Während diese Komponenten - als Haftvermittler verwendet - vollständig auf der Polyesterfolie verbleiben, wird der "Haftvermittler" Trichloressigsäure zum Anätzen der Folienoberfläche verwendet und danach ausgewaschen, so daß nur ein verschwindend geringer Anteil Trichloressigsäure auf der Folienoberfläche verbleibt. Die angeätzte Folie wirkt haftvermittelnd.

Als bevorzugte Haftvermittler werden Polyurethan und Trichloressigsäure verwendet.

Zum Aufkaschieren von haftvermittelten Folien untereinander sowie auf die Trägerschicht werden Kleber verwendet. Bevorzugt sind Polyurethankleber.

Daneben können auch siegelfähige Schichten, zu denen sowohl die heißsiegelfähigen als auch die kaltsiegelfähigen zählen, als Oberflächenmodifikationen eingesetzt werden. Durch diese Schichten kann die Haftung der Folie z. B. an der Trägerschicht sichergestellt werden. In der bevorzugten Ausführungsform besitzt die Oberfläche der Frontseite des erfindungsgemäßen Verbundelementes keine Hafteigenschaften; auf sie kann eine nicht siegelbare Oberflächenschicht aufgetragen sein, vorzugsweise aus Propylenhomopolymeren mit entsprechenden Additiven wie z. B. Gleitmittel oder Antistatika, insbesondere Antiadhäsiva.

Außerdem soll die Oberfläche der Frontseite in der bevorzugten Ausführungsform eine Prägung aufweisen, um die Reflexionseigenschaften zu reduzieren und damit dem Verbundelement ein optisch ansprechendes Aussehen zu gewährleisten. Gleichzeitig wird durch die Prägung die Steifigkeit erhöht.

Ebenso wie die Coronabehandlung können auch die zusätzlichen Beschichtungen entweder ein- oder beidseitig aufgebracht werden.

Die Bedruckung kann sowohl auf der der Substratoberfläche zugewandten Seite der Kunststoffolie (Rückseite) als auch auf der Oberfläche (Frontseite), vorzugsweise mit halogenfreien Druckfarben, aufgebracht werden. Durch die Bedruckung sollen, je nach angewandter Variante, weder die Hafteigenschaften noch die Prägemöglichkeit reduziert werden.

In der besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verbundelementes besteht die Folie aus mindestens zwei Schichten, einer Basisschicht und einer Deckschicht, gleichen oder unterschiedlichen Materials. Insbesondere werden Verbunde von zwei gleichen Materialien, vorzugsweise aus Polyethylenterephthalat, eingesetzt.

Die Basisschicht aus Polyethylenterephthalat wird in diesem Fall beidseitig mit einem Haftvermittler behandelt und einseitig mit halogenfreien Druckfarben bedruckt. Auf die Druckoberfläche wird eine weitere Polyethylenterephthalatfolie, die einseitig geprägt ist und gleichermaßen auf der anderen Seite haftvermittelt sein kann, mit einem Kleber aufkaschiert. Der Folienverbund wird anschließend auf eine Trägerschicht mittels eines Klebers aufgebracht.

Neben der höheren Steifigkeit von Verbundmaterialien weist das erfindungsgemäße Verbundelement dieses Typs auch noch den Vorteil des umfassenderen Schutzes des Druckbildes auf, da dieses dann im Frontaldruck bevorzugt auf der Frontseite der Basisschicht aufgetragen ist und durch die Deckschicht geschützt wird. Die Deckschicht ihrerseits kann dann die für die Prägung erforderliche höhere Weichheit aufweisen, während die Basisschicht der Folie wesentlich steifer sein kann, wodurch der Verbund in der bevorzugten Ausführungsform einschließlich Prägung und Druckbild zusätzliche Vorzüge gegenüber der einschichtigen Folie gewinnt.

Die Dicke der Kunststoffolie, sowohl in einschichtiger Ausführungsform als auch im Verbund, liegt im Bereich von 5 bis 400 µm, vorzugsweise bei 10 bis 300 µm, wobei das Dickenverhältnis zweier direkt benachbarter Folien im Bereich von 0,1 bis 5,0 liegt. Im Verbund ist die Basisschicht vorzugsweise dicker als die Deckschicht.

Das folgende Ausführungsbeispiel soll zusammen mit der beigefügten Abbildung die Erfindung erläutern, ohne darauf beschränkt zu sein.

Beispiel

Eine Verbundfolie, bestehend aus

• 1. einer coronabehandelten und mit einem Haftvermittler auf Basis von Trichloressigsäure beidseitig behandelten biaxial streckorientierten und hitzefixierten Polyethylenterephthalatfolie, die eine Dicke von 125 µm besitzt und die ein im Frontaldruck aufgetragenes Druckbild aus halogenfreien Druckfarben auf Mischpolymerisat-Basis trägt, und
• 2. einer auf den Frontaldruck jener Schicht mit Hilfe eines Polyurethanklebers kaschierten, ebenfalls biaxial streckorientierten und hitzefixierten und einseitig mit Trichloressigsäure geprimerten Polyethylenterephthalatfolie mit einer Dicke von 12 µm, die einseitig eine Oberflächenprägung trägt,

wird so auf eine aus Stahl bestehende Metallplatte aufgebracht, daß die Oberflächenprägung die äußerste Schicht ist. Zum Kleben der Folie auf die Metalloberfläche wurde ein Zweikomponentenkleber der Fa. Isarrakoll, München, verwendet (L 509-32 + 10% Härter). Das Druckbild des so entstandenen Verbundelementes ist durch die Deckfolie 2 vor mechanischen und korrosiven Einflüssen geschützt und zeigt keinen störenden Glanzeffekt.

Die Folie wurde hinsichtlich ihres Brandverhaltens untersucht. Die Ergebnisse zeigen, daß sie den Forderungen nach ATS 1000.001 entsprechen.

In der Tabelle ist die Zusammensetzung der Brandgase wiedergegeben. Die Werte entsprechen der Prüfung mit Beflammung. Die Prüfung ohne Beflammung erbrachte lediglich eine Verschwelung ohne Brandgasentwicklung.

Zusammensetzung der Brandgase nach ATS 1000.001 mit Beflammung

Die Folie wurde auch einer Elementenanalyse unterzogen. Die Analyse ergab einen Chlorgehalt von 30 ppm, der durch die Primerung mit Trichloressigsäure hervorgerufen wurde. In einem Vergleichsbeispiel, bei dem anstelle von Trichloressigsäure ein Polyurethan als Haftvermittler benutzt wurde, konnte kein Chlor nachgewiesen werden. Wie die Zusammensetzung der Brandgase aber zeigt, findet der geringe Chlorgehalt von 30 ppm in der Folie keinen adäquaten Niederschlag als Chlorwasserstoffgas, so daß sich die Forderung nach Halogenfreiheit der Folie im engeren Sinne zwar lediglich auf eine Folie per se bezieht, für die Primerung aber durchaus halogenhaltige Substanzen verwendet werden können, wenn diese wie die Trichloressigsäure so weit als möglich vor einer Kaschierung entfernt werden.

Das Verbundelement ist in der Abbildung dargestellt. Sie zeigt einen senkrechten Schnitt in seitlicher Ansicht.

Die einzelnen Schichten werden durch Bezugsziffern ver­ deutlicht. Die Metallschicht 1 trägt die Folie aus thermoplastischem Kunststoff 2, die aus mehreren Schichten besteht: Die Basisschicht 3 trägt auf einer Seite eine Bedruckung 4 und eine einseitige Oberflächenbeschichtung 5. Die Deckschicht 6 weist ebenso eine Oberflächenbeschichtung 5 auf und eine Prägung 7.

Claims (11)

1. Flächenhaftes dekoratives Verbundelement umfassend eine Trägerschicht und eine Folie aus thermoplastischem Kunststoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus einem halogenfreien thermoplastischen Kunststoff besteht.

2. Verbundelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der halogenfreie thermoplastische Kunststoff ein Polyester, Polyamid, Polyolefin, Polystyrol, eine Mischung oder ein Copolymer von diesen ist.

3. Verbundelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der halogenfreie thermoplastische Kunststoff eine streckorientierte und hitzefixierte Polyethylenterephthaltfolie ist.

4. Verbundelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie ein- oder beidseitig eine Haftvermittlerbeschichtung trägt und/oder coronabehandelt ist sowie ggf. eine Kleberschicht trägt.

5. Verbundelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie eine Bedruckung aus halogenfreien Druckfarben aufweist.

6. Verbundelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Folie geprägt ist.

7. Verbundelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus einem Metall, vorzugsweise aus Stahl oder Aluminium, besteht.

8. Verbundelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie ein Verbund aus mindestens zwei Verbundschichten ist, bei dem vorzugsweise die innere Verbundschicht bedruckt ist und vorzugsweise die äußere Verbundschicht eine Prägung aufweist.

9. Verbundelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie allein und als Verbund eine Dicke im Bereich von 5 bis 400 µm, vorzugsweise 10 bis 300 µm, aufweist, wobei im Folienverbund das Dickenverhältnis der Folienverbundschichten 0,1 bis 5,0 beträgt.

10. Verfahren zur Herstellung eines Verbundelementes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine biaxial streckorientierte und hitzefixierte Polyethylenterephthatfolie beidseitig coronabehandelt wird, anschließend vorzugsweise beidseitig eine Haftvermittlerschicht aufgetragen und im Frontaldruck bedruckt wird, daß eine weitere biaxial streckorientierte und hitzefixierte Polyethylenterephthalatfolie, die einseitig geprägt ist, mit ihrer nicht geprägten, ggf. mit einem Haftvermittler versehenen Seite auf die bedruckte Oberfläche der ersten Polyethylenterephthalatfolie mittels eines Klebers kaschiert wird und diese Folie als Verbund auf einen Metallträger mittels eines Klebers aufgezogen wird.

11. Verwendung des Verbundelementes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9 als Schutz- und Dekorationmittel sowie als Informationsträger auf Metallträgern.