DE4212549C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Voraussetzung der Bedruckbarkeit und Klebbarkeit von be
liebigen Stoffen ist eine hinreichende Benetzung des Be
druckstoffs durch die Druckfarben, Primer bzw. Kleber. Diese
Benetzbarkeit muß häufig erst mit einer geeigneten Vor
behandlung des Bedruckstoffes eingestellt werden. Eine weit
verbreitete und allgemein bekannte Vorbehandlungsmethode ist
die Oberflächenmodifikation mit einer elektrischen Korona
entladung. Diese Behandlung ist hoch effektiv, exzellent
kontrollierbar und die verwendeten Apparaturen sind leicht
handhabbar.
Die typische Korona-Behandlungsstation besteht aus einer
Walze auf elektrischem Massepotential, welche die vorzube
handelnde Bahn führt, und einem auf hohem elektrischen
Potential liegenden Elektrodensystem.
Zwischen Elektrodensystem und Walze finden die elektrischen
Überschläge der Koronaentladung statt. Eine dielektrische
Beschichtung von Walze oder Elektroden bewirkt eine gleich
mäßige Verteilung der Entladungsfunken über die gesamte
Länge der Station und verhindert die Ausbildung kräftiger
Einzelfunken. Die Elektroden werden mit einem Luftstrom
umspült und so gekühlt. Gleichzeitig wird das Ozon, das
immer in einer luftbetriebenen Korona entsteht, abgeführt.
Die physikalischen und chemischen Effekte innerhalb der
Koronaentladung sind recht kompliziert und im einzelnen
nicht verstanden. Jedoch sind die Vorbehandlungseffekte
durch Variation der Bahngeschwindigkeit und angelegter
Leistung leicht kontrollierbar und sehr gut reproduzierbar.
Die Wirkung der Korona-Entladung auf Oberflächen beruht auf
der chemischen Reaktionsfähigkeit der Korona-Atmosphäre. Im
Entladungsspalt zwischen Elektrode und Trägerwalze werden
Elektronen im Feld der angelegten Hochspannung beschleunigt.
Bei Stößen der beschleunigten Elektronen mit den Luftmole
külen wird eine unübersehbare Vielzahl von Molekülbruch
stücken und neuen Molekülen erzeugt, die zusätzlich ioni
siert und elektronisch angeregt sein können. Die mit der
Korona aktivierte Luft führt zu einer Oxidation der Ober
fläche der Bedruckstoffe bis zu einer Tiefe von nur einigen
wenigen Nanometern, so daß auch bei dünnen Folien aus
schließlich die Oberflächeneigenschaften modifiziert werden.
Mit zunehmender Oxidation nimmt die Oberflächenenergie und
hiermit die Benetzungsfähigkeit des Bedruckstoffs zu. Die
gebildeten funktionalen Gruppen sind polar und bilden
Haftzentren für aufgetragene Druckfarben, Lacke etc.
Die Intensität der Korona-Behandlung ist proportional der
Korona-Dosis D, die auf die Oberfläche des Bedruckstoffs
abgesetzt wurde. Die Korona-Dosis ist identisch mit der
elektrischen Energiedichte und berechnet sich aus der
abgesetzten elektrischen Leistung P, der Breite der
Korona-Entladung CB und der Geschwindigkeit v mit der die
Bahn durch die Station hindurchgezogen wird.
D = P / (CB * v) [Wmin/m²]
Dieses "scale-up"-Gesetz der Korona-Technik besagt, daß bei
einer Verdoppelung der Abzugsgeschwindigkeit oder bei einer
Verdoppelung der Breite der Station eine gleiche
Vorbehandlung erzielt wird, wenn gleichzeitig die abgesetzte
elektrische Leistung verdoppelt wird.
Die Wirkung einer Korona mit der Dosis D auf das zu
behandelnde Material hängt sowohl von der chemischen Natur
des zu behandelnden Materials als auch ganz entscheidend von
der konstruktiven Auslegung der verwendeten Elektroden ab.
Gleitmittelhaltige Polypropylen- und Polyethylenfolien
gehören zu den schwer behandelbaren Materialien. Fig. 1
zeigt, daß die Behandelbarkeit mit zunehmendem
Gleitmittelgehalt abnimmt. Im Beispiel der Fig. 1 werden
etwa 16 Wmin/m² benötigt, um eine PE-Folie mit 300 ppm
Gleitmittel auf 42 mN/m zu behandeln. Bei einem
Gleitmittelgehalt von 600 ppm steigt die benötigte
Korona-Dosis auf 49 und bei 1200 ppm auf 104 Wmin/m² an. Für
gleitmittelfreies Material wird hingegen eine Korona-Dosis
von ca. 4 Wmin/m² eingesetzt. Das heißt es müssen für die Be
handlung der gleitmittelhaltigen Folien 4mal, 12mal bzw.
26mal so hohe elektrische Leistungen eingesetzt werden wie
für die Behandlung der gleitmittelfreien Materialien. Die
bekannte Behandlung gleitmittelhaltiger Folien ist
vergleichsweise uneffektiv und somit kostenungünstig. Dem
stetig größer werdenden Kostendruck kann nur mit Elektroden
bzw. Vorrichtungen mit hoher Wirksamkeit begegnet werden.
Die Entwicklung hochwirksamer Elektroden führte z. B. zu dem
Multimesser-Elektrodensystem (EP-PS 95 051), in dem durch
Aufteilung der Korona-Leistung auf 4 bis 11 parallele Elek
trodenmesser eine gleichmäßige Korona mit vielen, aber
kleinen Funken erhalten wird. Obwohl mit diesem System eine
beträchtliche Effektivitätssteigerung erzielt werden
konnte, ist eine weitere Steigerung insbesondere bei der
Behandlung gleitmittelhaltiger Folie wünschenswert.
Gleitmittel werden den Folien zugesetzt, damit sie die
Reibkräfte zwischen der laufenden Bahn und den die Folie
berührenden Maschinenteilen reduzieren. Gleitmittelhaltige
Folien können mit sehr hohen Geschwindigkeiten verarbeitet
werden. Die Gleitmittel setzen sich an den Oberflächen der
Folie ab und wirken dort schmierend zwischen Thermoplast und
Maschinenteil. Allerdings verschlechtern diese Gleitmittel
schichten - sie bestehen z. B. bei Polyethylen- und Polypropylen-
Folien aus den primären Fettsäureamiden Erukasäureamid und
Ölsäureamid - die Korona-Behandelbarkeit dieser Folien.
Es ist bekannt, daß die Benetzungs- und Haftfähigkeit der
oberflächlich anhaftenden Gleitmittel im Prinzip durch eine
Temperaturbehandlung der Folie verbessert werden kann.
Allerdings konnte bisher nicht verhindert werden, daß gleich
zeitig die Volumeneigenschaften des Films verschlechtert
werden. Werden die Folien, wie bisher bekannt, mit heißen
Walzen oder mit IR-Strahlung erwärmt, so ist die Erwärmung
nicht ausschließlich auf die Oberfläche zu beschränken. Die
gleichzeitig auftretende Modifikation der Volumeneigen
schaften führt i. a. zu einer Verschlechterung der Gebrauchs
eigenschaften der Folie, z. B. zu einer Verringerung der
Zugfestigkeit, so daß die Folienbahn nicht über die Ver
arbeitungsmaschine mit den gewünschten hohen Geschwindig
keiten geführt werden kann. Auch bei einer Flammenvorbe
handlung, die vorwiegend an der Oberfläche wirkt, ist diese
negative Nebenwirkung nicht zu beseitigen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen,
durch die die wirtschaftliche Vorbehandlung von gleitmittel
haltigen Kunststoff-Folien möglich ist.
Diese Aufgabe wird durch das Kennzeichen des Anspruches 1
bei einem entsprechenden Verfahren bzw. das Kennzeichen des
Anspruches 4 bei einer entsprechenden Vorrichtung, grund
sätzlich gelöst.
Es hat sich überraschend herausgestellt, daß durch
kurzzeitiges Anblasen der Folienoberfläche mit heißem Gas,
vorzugsweise heißer Luft, beispielsweise im Bereich von
600°C, vor der Koronabehandlung oder zusammen mit dieser,
die erwünschten Eigenschaften der Oberfläche der Folie stark
verbessert werden. Zweckmäßig wird als heißes Gas Luft
eingesetzt, obwohl auch andere Gase, beispielsweise
Stickstoff, verwendet werden können.
Folgendes Beispiel zeigt die Behandlung verschiedener Folien
mit und ohne Gleitmittel.
Durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung wird auch die
Lagerbeständigkeit der behandelten Folie beträchtlich
erhöht.
Die positive Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das
auch als "Thermo-Schock" bezeichnet werden kann, beruht nach
bisheriger Erkenntnis auf Verdampfen bzw. thermischer
Modifikation der Gleitmittel an der Folienoberfläche.
Hierzu ist eine Temperatur an der Folienoberfläche
notwendig, die deutlich oberhalb der Siedetemperatur bzw.
oberhalb der Zersetzungstemperatur des Gleitmittels liegt.
Ein typischer Wert für diese Temperatur dürfte bei 300°C
liegen, d. h. die erforderliche Temperatur liegt deutlich
über der Schmelztemperatur der Polymerfolie. Mit der nur
sehr kurzzeitigen Temperaturbelastung durch das heiße Gas
ist es möglich, bei hinreichend kurzer Einwirkzeit die
Erwärmung der Folie auf den Oberflächenbereich zu begrenzen,
da die schlechte Wärmeleitfähigkeit der Polymere die
Wärmeleitung in das Folienvolumen hinein verhindert. Die
Wärmeleitung würde weiterhin durch Aufschmelzen des Polymers
an der Folienoberfläche verhindert, da hierzu eine große
Wärmemenge benötigt wird. Ein begrenztes Aufschmelzen der
Folienoberfläche stört die weiteren Verarbeitungsschritte
nicht. Mit der geschilderten, auf die Folienoberfläche
beschränkten Erwärmung wird, im Gegensatz zu den bekannten
Verfahren, die störende thermische Modifikation des
Materials im Folienvolumen vermieden.
Die erfindungsgemäße Vorbehandlung wirkt nur an einer Folien
seite. Eine evtl. auftretende Erhöhung der Reibwirkung
beschränkt sich also in vorteilhafter Weise auf diese Seite.
Allerdings wirkt diese Erhöhung der Reibung nur bis zum
nächstfolgenden Bearbeitungsschritt, meist nur über wenige
Walzen, so daß ihr keine Bedeutung beizumessen ist.
Im folgenden wird die Erfindung in Verbindung mit zwei
Schaubildern und drei Figuren verschiedener Ausführungs
beispiele näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein Schaubild über die Behandlung von
drei gleichen PE-Folien mit verschiedenen
Gleitmittelkonzentrationen nach der
Korona-Behandlung mit unterschiedlichen
Korona-Dosen;
Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer
Ausführungsform einer Vorrichtung zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens;
Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Seitenansicht,
jedoch einer anderen Ausführungsform; und
Fig. 4 eine den Fig. 2 und 3 entsprechende Seiten
ansicht, jedoch einer weiteren Ausführungs
form.
Die in den Fig. 2 bis 4 schematisch im Querschnitt darge
stellten Vorrichtungen weisen im wesentlichen gleiche Bau
teile auf, die mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Die Folie 3 wird über eine Behandlungswalze geführt, die
normalerweise mit einem Dielektrikum beschichtet ist. Auf
der der Behandlungswalze 1 gegenüberliegenden Seite befindet
sich die Elektrodenanordnung 8, bei der es sich um eine
bekannte Messerelektrodenanordnung handelt. Die Korona
entladung ist mit 7 bezeichnet. Die einzelnen Elektroden
werden in einem Gehäuse 2 gehalten. Das Ozon wird bei 5
abgesaugt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist unmittelbar am
Eintritt der Folie 3 in die Elektrodenanordnung eine Düsen
anordnung 4 vorgesehen. Der aus dieser austretende heiße
Gasstrom ist mit 6 bezeichnet. Es ist ohne weiteres erkenn
bar, daß durch die Düsenanordnung 4 ein Strom oder Strahl
heißen Gases ohne Schwierigkeiten auf die Folie am Eintritts
bereich in die Elektrodenanordnung gerichtet werden kann.
Die Absaugung erfolgt über die vorhandene Ozonabsaugung 5.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 ist die Düsenanordnung 4
im Abstand von der Elektrodenanordnung 1,8 vorgesehen. Aus
diesem Grunde ist sie auch mit einer eigenen Absaugung 5′
ausgerüstet. Diese Ausführungsform wird insbesondere dann
eingesetzt, wenn Bahnen unterschiedlicher Breite behandelt
werden sollen. Hiermit wird eine Erwärmung der Behandlungs
walze neben der Bahn vermieden, falls die Folie nicht die
Breite der Station erreicht.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist die Düsenanordnung 4
in den oberhalb der Folie liegenden Teil der Elektroden
anordnung integriert. Die Absaugung erfolgt hier wieder über
die bereits vorhandene Ozonabsaugung 5.
Die Düsenanordnung kann durch eine einfache Breitschlitzdüse
gebildet sein oder, um die benötigte Gasmenge gering zu
halten, aus einem sog. "air knife" bestehen. Zu der Gas
zuführung gehört weiterhin ein nicht gezeigter Luftmengen
regler sowie ein regelbarer Lufterhitzer. Mit der Wahl von
Luftmenge und Lufttemperatur kann die Vorbehandlung (Thermo-
Schock) entsprechend Bahngeschwindigkeit und Folienmaterial
eingestellt werden. Für Sonderanwendungen können, wie ge
sagt, auch andere heiße Gase als heiße Luft verwendet werden.
Claims (6)
1. Verfahren zur elektrischen Vorbehandlung von
gleitmittelhaltigen Kunststoff-Folien, insbesondere aus
Polypropylen oder Polyethylen, zur Erhöhung der Oberflächen
spannung durch Koronaentladung mit Hilfe einer Elektroden
anordnung bei gleichzeitiger Wärmebehandlung der Folie,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung durch
Anblasen der Folie mit heißem Gas, vorzugsweise Luft, mit
einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes der Folie und
oberhalb der Siede- bzw. Zersetzungstemperatur des Gleit
mittels erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Anblasen mit dem heißen Gas direkt in die
Koronaentladung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Anblasen mit heißem Gas in Bewegungsrichtung der
Folie vor der Koronaentladung erfolgt.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anblasen
mit heißem Gas durch eine Düsenanordnung (4) erfolgt, die
unmittelbar am Eintritt der Folie (3) in die Elektroden
anordnung (1,8) angeordnet ist, und daß die Absaugung über
die Ozonabsaugeinrichtung (5) der Elektrodenanordnung er
folgt (Fig. 2).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Anblasen mit heißem Gas durch eine
Düsenanordnung erfolgt, die in die Elektrodenanordnung und
die Ozonabsaugung integriert ist (Fig. 4).
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Anblasen mit heißem Gas durch eine
Düsenanordnung (4) getrennt von der Elektrodenanordnung
(1,8) vor dem Eintritt der Folie in diese erfolgt, und daß
eine eigene Absaugeinrichtung (5′) für diese Düsenanordnung
(4) vorgesehen ist (Fig. 3).
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Legal Events
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8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |