Verfahren zur Stabilisierung von permeationshemmenden Schichten auf Kunststoff teilen Process for stabilizing permeation-inhibiting layers on plastic parts
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Stabilisierung von permeationshemmenden Schichten auf Kunststoffteilen, insbesondere von Schichten, die aus im Vakuum nach einem PVD- oder CVD- Verfahren aufgetragenen Schichten aus Metalloxiden oder Kohlenstoff bestehen.The present invention relates to a method for stabilizing permeation-inhibiting layers on plastic parts, in particular layers which consist of layers of metal oxides or carbon applied in a vacuum by a PVD or CVD method.
Diese Beschichtungen führen zu einer Verminderung der Permeabilität von Kunststoffen, wie sie beispielsweise für die Verpackung empfindlicher Güter benötigt werden. Besonders bewährt haben sich permeationshemmende Schichten aus elementarem amorphen Kohlenstoff sowie Oxiden des Siliziums oder Aluminiums. Die Schichten sind oft nur 10 bis 50 nm dick, können aber die Permeabilität der damit beschichteten Kunststoffe gegenüber Gasen wie Sauerstoff oder Kohlendioxid sowie gegenüber Wasserdampf erheblich vermindern.These coatings lead to a reduction in the permeability of plastics, as is required, for example, for packaging sensitive goods. Permeation-inhibiting layers made from elementary amorphous carbon and oxides of silicon or aluminum have proven particularly useful. The layers are often only 10 to 50 nm thick, but can significantly reduce the permeability of the plastics coated with them to gases such as oxygen or carbon dioxide and to water vapor.
Die Verminderung der Permeabilität wird jedoch bei derartigen Verpackungen oft erheblich vermindert durch mechanische Beanspruchungen beim Befüllen, Verschließen, Lagern und Transportieren etc.. Dies ist auf mechanische Beschädigung der dünnen Barriereschichten zurückzuführen.However, the reduction in permeability in such packaging is often considerably reduced by mechanical stresses during filling, closing, storage and transport, etc. This is due to mechanical damage to the thin barrier layers.
Ein weiterer Grund für die Beschädigung der so dünnen permeationshemmenden Schichten ist auch, dass diese Schichten nicht ausreichend elastisch oder dehnbar sind und außerdem ihr thermischer Ausdehnungskoeffizient durchaus verschieden ist, von dem des als Substrat dienenden Kunststoffs. So können auch Temperaturänderungen zu Brüchen oder zu erheblichen Ablösungen der permeationshemmenden Schichten von ihrer Unterlage führen. Kunststofffolien mit permeationshemmenden Silizium- und Aluminium-Oxid-Schichten werden daher häufig mit einer weiteren Kunststoffschicht, beispielsweise aus Polyethylen abgedeckt, um die empfindliche permeationshemmende Schicht zu schützen. Derartige Deckschichten können darüber hinaus weitere Funktionen erfüllen, wie Siegelfähigkeit, zusätzliche Farben, erhöhter Glanz, etc.
Bei dreidimensionalen Kunststoffgebilden, wie sie zum Beispiel durch Tiefziehen, Spritzgießen oder Spritzblasen gewonnen werden, muss die Aufbringung der dünnen permeationshemmenden Schicht auf den bereits ausgeformten Gebilden erfolgen. Das nachträgliche Aufbringen einer Schutzschicht kann nicht wie bei Folien durch einfache Laminierung erfolgen und bereitet somit erhebliche Schwierigkeiten.Another reason for the damage to the so thin permeation-inhibiting layers is that these layers are not sufficiently elastic or stretchable and, moreover, their coefficient of thermal expansion is quite different from that of the plastic serving as the substrate. Changes in temperature can also lead to breaks or considerable detachment of the permeation-inhibiting layers from their base. Plastic films with permeation-inhibiting silicon and aluminum oxide layers are therefore often covered with a further plastic layer, for example made of polyethylene, in order to protect the sensitive permeation-inhibiting layer. Such cover layers can also perform other functions, such as sealability, additional colors, increased gloss, etc. In the case of three-dimensional plastic structures, such as those obtained by deep drawing, injection molding or injection blow molding, the thin permeation-inhibiting layer must be applied to the already formed structures. The subsequent application of a protective layer cannot be done by simple lamination, as is the case with foils, and thus presents considerable difficulties.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, insbesondere bei derartigen dreidimensionalen Gebilden, aber auch bei Folien die permeationshemmenden Schichten auf Kunststoffteilen zu stabilisieren.The object of the invention is to stabilize the permeation-inhibiting layers on plastic parts, particularly in the case of such three-dimensional structures, but also in the case of films.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Kunststoffteile vor der Beschichtung mit dem permeationshemmenden Material vorbeschichtet werden mit einer dünnen elastischen Klebeschicht. Als Klebeschicht geeignet sind insbesondere handelsübliche Lösungen oder Dispersionen von Kautschuk, Polyacrylaten, Poly- vinylacetaten und teilweise verseiften Polyvinylacetaten, die ggf. noch Weichma- eher enthalten, wie zum Beispiel Glykol.This object is achieved in that the plastic parts are precoated with a thin elastic adhesive layer before coating with the permeation-inhibiting material. Suitable adhesive layers are, in particular, commercially available solutions or dispersions of rubber, polyacrylates, polyvinyl acetates and partially saponified polyvinyl acetates, which may also contain plasticizers, such as glycol.
Die Auswahl der als Klebeschichten in Frage kommenden Materialien richtet sich vor allem nach den jeweiligen Erfordernissen, wie Löslichkeit in wässrigen oder organischen Lösungsmitteln, Klebrigkeit, Höhe der Erweichungstemperatur, Ökonomie und Ökologie. Der Auftrag erfolgt in an sich bekannter Weise für Be- Schichtungen, wie Aufsprühen, Aufpinseln, Aufwalzen oder bei dreidimensionalen Teilen Eintauchen und anschließendes Abtropfenlassen sowie anschließender Trocknung.The selection of the materials that can be used as adhesive layers depends primarily on the respective requirements, such as solubility in aqueous or organic solvents, stickiness, level of softening temperature, economy and ecology. The application is carried out in a manner known per se for coatings, such as spraying, brushing, rolling or, in the case of three-dimensional parts, immersion and subsequent draining and subsequent drying.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann selbstverständlich auch bei Folien angewendet werden. Es kann dann ggf. auf das Aufbringen einer schützenden Deck- schicht verzichtet werden. Selbstverständlich kann aber auch bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens anschließend eine zusätzliche Deckschicht aufgetragen werden. Auf alle Fälle führen kleinere Beschädigungen der permeationshemmenden Schichten nur zu geringer Verschlechterung der Barriereeigen-
Schäften, da nicht wie bisher ganze Schollen abblättern oder herausgerissen werden.The method according to the invention can of course also be applied to films. It may then be possible to dispense with the application of a protective cover layer. Of course, an additional cover layer can then also be applied when using the method according to the invention. In any case, minor damage to the permeation-inhibiting layers leads to little deterioration of the barrier properties. Shafts, since whole clods do not peel off or are torn out as before.
Gewünschtenfalls kann auch die Kleberschicht wasserlöslich sein, um später beim Recyceln der Kunststoffartikel die Kleberschicht durch einfaches Waschen mit Wasser wieder entfernen zu können.If desired, the adhesive layer can also be water-soluble in order to be able to remove the adhesive layer by simply washing with water later when recycling the plastic articles.
Schließlich kann nach dem Auftragen der Kleberschicht aus Lösungen oder wässrigen Dispersionen auf eine scharfe Trocknung verzichtet werden, da Reste an Lösungsmitteln und restliches Wasser beim Auftragen der permeationshemmenden Schichten im Vakuum entfernt werden.Finally, after the application of the adhesive layer from solutions or aqueous dispersions, there is no need for a sharp drying operation, since residues of solvents and residual water are removed in a vacuum when the permeation-inhibiting layers are applied.
" Die Erweichungstemperatur der Klebeschicht sollte so gewählt werden, dass sie beim Abscheiden der permeationshemmenden Schicht oberflächlich erweichen kann und somit die Barriereschicht darauf gute Haftung findet. Beim anschließendem Auskühlen kann sich dann die Oberfläche der Kleberschicht wieder verfestigen. " The softening temperature of the adhesive layer should be selected so that it can soften the surface when the permeation-inhibiting layer is deposited and the barrier layer therefore adheres well to it. When it cools down, the surface of the adhesive layer can then solidify again.
Da die elastische Klebeschicht sehr dünn gehalten werden kann, wird sie im Allgemeinen beim Recyceln der Kunststoffe nicht stören. Im Falle der Wasserlös- ligkeit lässt sie sich sogar zusammen mit der permeationshemmenden Schicht durch Wasser ablösen und abtrennen.
Since the elastic adhesive layer can be kept very thin, it will generally not interfere with the recycling of the plastics. In the case of water solubility, it can even be detached and separated by water together with the permeation-inhibiting layer.