DE4308633A1

DE4308633A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung unbeschichteter Kunststoff-Folien

Info

Publication number: DE4308633A1
Application number: DE19934308633
Authority: DE
Inventors: Gregor Dipl Ing Fischer; Helmut Dr Grimm; Gerhard Dipl Ing Loebig; Norbert Ros; Gerhard Dipl Phys Steiniger
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1994-09-22
Anticipated expiration: 2013-03-19
Also published as: DE4308633C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für die Behandlung unbeschichteter Kunststoff-Folien oder -bänder, beispielsweise aus Poly prophylen-PP, Polyethylen PE oder Polyethylenterephtalat PET, in einer Vakuum-Behandlungskammer mit einer Glimmkatode.

Kunststoff-Folien werden sowohl im industriellen wie auch im privaten Bereich in den unterschiedlichsten Anwendungsge bieten eingesetzt.

So werden beispielsweise für Verpackungszwecke transparenten - oder Aluminium Barriereschichten auf Folien aus oben genannten Materialien auf gedampft oder die unbeschichtete Grundfolie für eine Weiterverarbeitung konditioniert.

Für alle Behandlungsschritte ist jedoch eine gute Benetzbar keit und Haftfähigkeit der Folien für z. B. Farben, Kleber oder metallisierte Schichten von entscheidender Bedeutung.

Hauptsächlich verantwortlich hierfür ist die Oberflächen struktur und der chemische Aufbau der Folie. Durch eine Modifikation von oberflächennahen Schichten kann z. B. die Oberflächenspannung erhöht werden und somit eine Verbesserung z. B. der Klebekraft erreicht werden.

Zur Zeit werden Folien durch eine Corona-Behandlung unter atmosphärischen Bedingungen mit einer modifizierten Oberfläche versehen. Dieses Verfahren ist aber für bestimmte Anwendungen wie z. B. wasserlösliche Kleber nicht ausreichend.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, so daß die Haftfähigkeit der Folienoberfläche spürbar verbessert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Reaktionszone vor der Glimmkatode ein Niederdruckplasma erzeugt wird, wobei als Prozeßgas entweder Argon, Chlor, Fluor oder Sauerstoff oder ein Gemisch aus Argon und Sauer stoff eingelassen wird und der Anteil des Sauerstoffs im Gemisch im Bereich von 1 bis 5 Volumenprozent liegt.

Dabei wird die Folie einer Glimmentladung im Druckbereich von 10¹ bis 10^-2 mbar ausgesetzt.

Durch die im Plasma erzeugten angeregten Ionen und ionisier ten Atome des Arbeitsgases entsteht mit Vorteil eine Oxida tion der Folienoberfläche, was zu einer erhöhten Oberflächen spannung, einer verbesserten Haftung und einer besseren Barriereeigenschaft führt.

Durch Reinigen der Folienoberfläche von im wesentlichen Wasser und Staub ist bei gleichbleibender Abdampfrate auf der Folie vorteilhafterweise eine größere auf zubringende Schichtdicke erreichbar als ohne Vorbehandlung.

Die Behandlung kann beispielsweise in Bandbeschichtungsan lagen sehr ökonomisch mit Foliengeschwindigkeiten von mehreren Metern pro Sekunde durchgeführt werden.

Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den Unteransprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung lädt die verschiedensten Ausführungsmöglich keiten zu; zwei davon sind in den anhängenden Zeichnungen näher dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsge mäßen Behandlung einer unbeschichteten Folie,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, mit der eine Folie mittels eines Plasmas behandelt und anschließend beschichtet wird.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrich tung gezeigt, mit der eine Kunststoff-Folie behandelt wird. In einer Vakuumkammer 1, die über einen Absaugstutzen 2 auf etwa 10^-2 mbar evakuiert wird, befindet sich eine Umlenkwalze 3, die eine von einer nicht dargestellten Abwickelkammer an kommenden Folie 4 in eine Reaktionszone 5 nach unten umlenkt, von der aus diese wieder nach oben gelenkt und als abgehende Folie 6 einer nicht dargestellten Aufwickelwalze zugeführt wird. Gegenüber der Zone 5 ist eine Glimmkatode 7 angeordnet, die mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle 8 ver bunden ist. Eine elektrische Zuführungsleitung 9 von der Spannungsquelle 8 zur Elektrode 7 ist durch eine Isolierung 10 in die Kammer geführt. Unterhalb der Katode 7 befindet sich ein elektrisch isolierter Abschirmkasten 13, der ver hindert, daß sich ein Plasma zwischen der Katode 7 und der Kammer 1 ausbildet.

Wird die Elektrode 7 an negatives Potential gelegt, so bildet sich zwischen dem Bereich 5 und der Elektrode 7 ein Plasma 11 aus. Dieses Plasma besteht beispielsweise aus einem Sauer stoff-Argon-Gemisch, das über einen Einführstutzen 12 in die Kammer 1 eingeführt wird. Statt einer einfachen Glimmkatode 7 könnte auch eine Magnetronkatode zum Einsatz kommen.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der eine Folie zunächst mittels Plasma vorbehandelt wird. Ein Gehäuse 20 ist hierbei in zwei Kammern 21, 22 unterteilt, die durch eine Wand 23 voneinander getrennt sind. In der oberen Kammer 21 befindet sich eine Abwickelwalze 24, von der eine unbe schichtete und bandförmige Folie 25 über Umlenkwalzen 26, 26′, . . . einer Beschichtungswalze 27 zugeführt ist.

Die Folie 25 läuft dabei zunächst über die Umlenkwalzen 26, 26′, . . . zu einer Glimmkatode 7, die sich in der Kammer 21 befindet. Zwischen dieser Katode 7 und der unbeschichteten Folie liegt ein Plasma 11, durch das die Folie 25 behandelt wird. In der oberen Kammer 21 herrscht in diesem Fall ein Druck von etwa 10^-2 mbar, während in der unteren Kammer 22 ein Druck kleiner 10^-2 mbar herrscht. Über weitere Umlenk walzen 28, 28′, . . . wird die behandelte Folie 29 auf eine Aufwickelwalze 30 gewickelt.

Die Katode 7 kann auch an einer anderen Stelle angeordnet sein, die mit der Bezugszahl 7′ bezeichnet ist. Diese zwi schen den Walzen 24 und 26, 26′, . . . angeordnete Elektrode 7′ kann mit einem eigenen Gehäuse 13′ umgeben sein, in welches Gas eingegeben wird. Der Druck von 10^-2 mbar braucht dann nur innerhalb des Gehäuses 13′ aufrechterhalten zu werden.

Unterhalb der Beschichtungswalze 27 ist ein Tiegel 31 ange ordnet, in dem sich ein Beschichtungsmaterial befindet, z. B. SiO oder Al. Dieses Beschichtungsmaterial wird verdampft und schlägt sich auf der Folie 25 als dünne Schicht nieder.

Bezugszeichenliste

1 Vakuum-Behandlungskammer
2 Absaugstutzen
3 Umlenkwalze
4 Folie
5, 5′ Reaktionszone
6 Folie
7, 7′ Glimmkatode
8, 8′ Gleichspannungsquelle
9 Zuführungsleitung
10 Isolierung
11, 11′ Plasma
12, 12′ Einführstutzen
13, 13′ Abschirmkasten
20 Gehäuse, Vakuumbehandlungskammer
21 Kammer
22 Kammer
23 Wand
24 Abwickelwalze
25 Folie
26, 26′, . . . Umlenkwalze
27 Beschichtungswalze
28, 28′, . . . Umlenkwalze
29 Folie
30 Aufwickelwalze
31 Tiegel.

Claims

1. Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung unbeschichteter Kunststoff-Folien (4, 25) oder -bänder in einer Vaku um-Behandlungskammer (1) mit mindestens einer Walze (3, 17) zur Führung der Folie (4, 25) und mindestens einer Glimmkatode (7, 7′) wobei in einer Reaktionszone (5) zwischen Folie (4, 25) und Katode (7, 7′) ein Nieder druck-Plasma (11) erzeugt wird und als Prozeßgas entwe der Argon, Chlor, Fluor oder Sauerstoff oder ein Gemisch aus Argon und Sauerstoff eingelassen wird, wobei der An teil des Sauerstoffs im Bereich von 1 bis 5 Volumens prozent liegt und die Folien (4, 25) oder Bänder durch die Reaktionszone (5) hindurch bewegbar sind und einer anschließenden Weiterverarbeitung zugeführt werden.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Folien (4, 25) oder Bänder aus Polyprophylen-PP, Polyethylen-PE oder Polyethylenterephta lat-PET sind.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Reaktionszone (5) ein Druck im Bereich von 10¹ bis 10^-2 mbar einstellbar ist.

4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Glimmkatode (7, 7′) aus Titan, Aluminium oder Edelstahl hergestellt ist.

5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens eine Glimmkatode (7, 7′) in einem Abschirmkasten (13, 13′) angeordnet ist, der zur Folie (4, 25) hin offen ist.

6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmkatoden (7, 7′) innerhalb eines Abschirmkastens (13, 13′) auf elektrisch unterschiedlichem Potential liegen.

7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abschirmkasten (13, 13′) elek trisch isolierend und auf floatendes Potential geschal tet ist.

8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Reaktionszone (5) Anoden vor gesehen sind.

9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Weiterverarbeitung der Folien (4, 25) oder Bänder in derselben Vakuumbehandlungskammer (20) durchführbar ist.

10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß auf die Folien (4, 25) oder Bänder eine Al- oder Si-enthaltende Schicht aufbringbar ist.