WO2008040730A1 - Herstellung einer flexiblen, gasdichten und transparenten verbundfolie - Google Patents

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WO2008040730A1
WO2008040730A1 PCT/EP2007/060454 EP2007060454W WO2008040730A1 WO 2008040730 A1 WO2008040730 A1 WO 2008040730A1 EP 2007060454 W EP2007060454 W EP 2007060454W WO 2008040730 A1 WO2008040730 A1 WO 2008040730A1
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glass
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glassy layer
composite
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PCT/EP2007/060454
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Martin Mennig
Peter Rogin
Markus Sauer
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Leibniz-Institut Für Neue Materialien Gemeinnützige Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to the production of a flexible, gas-tight and transparent composite film comprising a transparent carrier layer of plastic and a glassy layer, the transparent composite film produced and their use
  • Oxides such as SiO x , Al 2 O 3 or Si 3 N 4 are applied by gas phase processes such as sputtering or chemical vapor deposition.
  • these layers are covered with polymer layers, such as For example, described in GB-A-1086482 This covering serves on the one hand the mechanical protection, on the other hand it also improves the barrier effect by sealing incompletely avoidable defects.
  • the barrier effect can be further improved if several inorganic layers are applied, which are separated by organic intermediate layers. For example, as described in US-A-6497598 or DE-A-102004005313, the organic interlayers may be deposited in gas phase processes to avoid costly changes between different process technologies.
  • WO-A-2005006441 describes purely inorganic multi-layer barrier systems in which the individual layers consist alternately of silicon oxide and silicon nitride. Diamond-like carbon is also used e.g. in US-A-20040012747 proposed as a barrier layer for displays based on organic light-emitting diodes.
  • DE-A-1955853 and EP-A-1137607 describe processes based on thin glass which is laminated to a polymeric support or coated with a polymer.
  • the thickness of the thin glass used is in the range of 10 .mu.m or more, so that at low Bend radii despite the polymer film there is a risk of breakage for the glass layer within the composite.
  • the risk of breakage before or during the application of the polymer layer is extremely high, especially when using very thin glass foils, so that such processes are difficult to control
  • suspensions of glass powders to make glass layers is e.g.
  • high temperatures are required for densification of the layers, so that no transparent plastic substrates can be used
  • the process should also be cost-effective and, if necessary, operated as a continuous process.
  • this object has been achieved by a method for producing a composite film in which a lacquer containing a glass or glass-forming precursor is first wet-chemically applied to a temperature-resistant substrate and then thermally compacted, then the polymeric support layer is applied to the thus formed glassy layer and then the formed composite is separated again from the temperature-resistant substrate
  • the present invention therefore provides a process for producing a composite film comprising a transparent carrier layer made of plastic and a glassy layer, wherein a) a temperature-resistant substrate is wet-chemically coated with a glass or glass-forming precursor-containing paint, b) the resulting coating is thermally densified to c) the transparent carrier layer of plastic is applied to the glassy layer and connected thereto and d) the composite of carrier layer and vitreous layer is separated from the substrate
  • wet-chemical coating processes are used to apply glass layers.
  • the preparation of such layers by sol-gel processes and related processes is known for a variety of applications.
  • composite films can be prepared from a thin layer of glass on a polymeric support in a simple and thus inexpensive process that combines the mechanical flexibility and robustness of polymer films with the barrier effect of glass.
  • a wet chemical process complicated gas phase processes and the use of Thin glasses, which are difficult to handle due to their brittleness, can be avoided.
  • the method can easily be designed as a continuous process.
  • the preparation is divided into three essential steps First, the glassy layer is applied as a wet-chemical coating on a temperature-resistant substrate and thermally compacted Then the polymeric carrier film is applied by coating or laminating before the connection between the temperature-resistant substrate and the composite film in the last step is solved. in the following the invention will be explained in detail
  • the temperature resistant substrate may be a rigid or flexible substrate, e.g. in the form of a plate or sheet, a roller or a foil. Temperature resistant here means that it is stable at the temperatures required for the thermal densification of the glassy layer.
  • a material for the substrate is generally suitable in each case sufficiently temperature-resistant material, for example, a substrate of metal or metal alloys, glass, ceramic, glass ceramic or high temperature resistant plastic.
  • High-temperature solid here means temperature resistance in the above sense.
  • metals or metal alloys are steel, including stainless steel, chromium, copper, titanium, tin, zinc, aluminum and brass.
  • glass soda-lime glass, borosilicate glass, lead crystal and silica glass.
  • the ceramic is, for example, a ceramic based on oxides such as SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , TiO 2 or MgO or the corresponding mixed oxides.
  • high-temperature-resistant plastics are polyimide and polybenzimidazo! (PBI)
  • a high-temperature-resistant polymer film preferably a polyimide film or a metal foil, eg aluminum, steel or copper foil
  • a metal foil eg aluminum, steel or copper foil
  • rigid substrates for example metal plates or sheet metal plates or, for continuous processes, rolls of metallic or ceramic Material used.
  • the substrate may be pretreated or provided with at least one surface layer.
  • the surface layer may be, for example, a metallization, an enamel coating, a glass or ceramic layer or a paint or a coating. Also to be mentioned are in a gas phase process applied coatings, such as a chemical vapor deposition (CVD) diamond or TiN layer.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the substrate may in particular be coated with one or more functional coatings which serve the purpose of improving the wetting with the vitreous material or of facilitating the separation of the composite from the substrate.
  • functional layers are conventional and familiar to the person skilled in the art. Examples of such functional layers are tinplate tinplate or copper foil as adhesion reducing agent, nanoparticulate SiO 2 layers on polyimide film also for adhesion reduction or nanoparticulate hydroxyapatite layers on polyimide film to improve wetting.
  • these functional coatings it is possible to use any process known to the person skilled in the art which is suitable for the respective substrate and coating system.
  • a lacquer which contains glass or glass-forming precursors and is thermally densified to a vitreous layer is applied to the temperature-resistant substrate.
  • the lacquer containing glass or glass-forming precursors is applied to the substrate by wet-chemical means, ie. the varnish is liquid Viscosity may be adjusted as appropriate according to the coating method, as known to those skilled in the art. It is preferred to apply a sol-gel layer or a low-melting glass composition in the form of a suspension or a true solution, such as water glass form a glassy layer or glass layer after thermal compression
  • the glass contained in the paint may be in any convenient form, for example as a flake or as a powder. It is also possible to use a soluble glass composition.
  • the glass generally has at least substantially the composition desired for the glassy layer.
  • mixtures of glasses of different composition can also be used or one or more glasses are used together with glass-forming precursors, see above that the composition of the vitreous layer results from the combination
  • the glass or glassy layer contained in the lacquer may be a glass or a glassy layer or glassy layer of any glass composition known to the person skilled in the art. It is preferably a composition having a relatively low melting temperature range, so that complete densification is possible Temperatures that do not damage the substrate used,
  • the composition of glasses or glassy layers generally comprises oxides of one or more metals or semimetals.
  • network formers are, for example, oxides of Si, Ge, B 1 P, As, Sb , V
  • network converters and intermediate compounds are e.g.
  • B oxides of alkali metals such as Li, Na, K, Rb and Cs, alkaline earth metals such as Mg, Ca, Sr and Ba, Ga, In, Sc, Y, La, Sn, Pb, Al, Be, Zn, Cd, Ti
  • Corresponding oxides are, for example, SiO 2 , GeO 2 , B 2 O 3 , P 2 O 5 , As 2 O 5 , Sb 2 O 5 , V 2 O 5 , Zr, Ce, Bi, Mo, W, Fe and Th.
  • the properties of the glasses vary.
  • the glass or glassy layers of the present invention contained in the lacquer can be purely inorganic or organically modified inorganic layers of these oxides, in the organically modified glasses and / or Glassy layers in the network contain organic groups which are bound to the metals or semimetals contained in the network.
  • the lacquer added additives or their decomposition products may optionally be included in the glassy layer
  • glasses or glassy layers are known in the art and those skilled in the art know their compositions and processes for their preparation. According to the invention, preference is given to glasses or glassy layers of low-melting compositions, in particular glass solders of any type.
  • Water glasses which are suitable as true solutions of glaze compositions are also suitable Water glass is usually a water-soluble alkali metal silicate, in particular of sodium and / or potassium.
  • Glass solders are commercially available, slightly melting glasses which are used, inter alia, to join glasses with one another or with other materials.
  • glass solders based on lead borate are suitable, for example the commercially available glass solder with the designation G018-085 from Schott.
  • silicate glasses preference is given to silicate glasses which either have a high alkali content (alkali silicates, such as, for example, sodium silicates or potassium silicates), a high content of boron or a high content of heavy metals, such as lead or bismuth Borat or phosphate glasses are used. Further preferred vitreous layers are organically modified inorganic glasses.
  • the lacquer may contain glass-forming precursors instead of glass or optionally additionally.
  • the glass-forming precursors are compounds or species which form the vitreous layer during thermal densification. These glass-forming precursors are known to the skilled worker. Hydrolysates and condensates can form hydrolyzable compounds of semimetals and metals by hydrolysis and condensation reactions which, with increasing degree of condensation, form oxides form, which can form a glassy layer with thermal compression with suitable composition finally. All of these precursors, which of course can also be obtained via other reactions, are suitable as glass-forming precursors. The respectively required mixtures of the various components and their ratios which are required to obtain a glassy layer are known to the person skilled in the art
  • the glass-forming precursors can be present in the paint, for example as dissolved compounds or species, as sols or as dispersed particles.
  • one or more hydrolyzable compounds of metals or semimetals M wherein M z. Si, Ge, B, P, As, Sb, V, Li, Na, K, Rb 1 Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ga 1 In 1 Sc, Y 1 La, Sn, Pb 1 Al 1 Be 1 Zn, Cd 1 Ti, Zr 1 Ce 1 Bi, Mo, W, Fe or Th, hydrolysates, condensates or oxides thereof as glass-forming precursors.
  • oxides can be present for example as particles and be used in the form of a sol or a dispersion
  • oxides such as SiO 2 are commercially available in different types or can be prepared, for example, by the sol-gel method described below.
  • the size of the particles can be chosen within wide limits z, B. nanoscale particles, ie particles with an average particle diameter (d ö o value, volume average, eg B laser-optically determined with UPA (Ultrafine Particle Analyzer, Leeds Northrup) of not more than 1 000 nm, more preferably not more than 200 nm.
  • UPA Ultratrafine Particle Analyzer, Leeds Northrup
  • larger particles can also be used
  • the hydrolyzable compounds may, for example, have the general formula (I) MX n , wherein M is as defined above, X is the same or different and is a hydrolyzable group or OH, where two groups X may be replaced by an oxo group, and n is the valence of the Corresponds to elements and, for example, can be 1, 2, 3 or 4
  • the hydrolyzable group X is, for example.
  • hydrolyzable compounds are alkoxides
  • hydrolyzable compounds examples include tetraalkoxysilanes, such as tetramethoxysilane and tetraethoxysilane (TEOS), Al (OCH 3 ) 3 , Al (OC 2 H 5 ) 3 , Al (OnC 3 H 7 J 3 , Al (OJC 3 Hy) 3 , A!
  • the glass-forming precursors are used in such mixtures and ratios in order to arrive at the desired glasses or glassy layers as defined above. Also preferred compositions have already been mentioned above If, for example, alkali silicate glasses are to be formed, alkali metal and alkaline earth metal hydroxides or oxides are added in suitable amounts For heavy metal-containing silicate glasses, for example, additives of heavy metal salts or oxides, such as lead oxides, lead salts or bismuth salts, are suitable
  • hydrolyzable compounds which contain non-hydrolyzable groups, their hydrolyzates and condensates are suitable as glass-forming precursors for which examples of corresponding silane compounds are mentioned below.
  • these hydrolyzable compounds can be used with non-hydrolyzable groups in combination with other previously mentioned glass-forming precursors.
  • the organic groups contained can also be burned out again during the thermal compression in order to form purely inorganic glasses.
  • organic radicals, eg the nonhydrolyzable groups of the hydrolyzable compound used remain in the vitreous layer.
  • Useful hydrolyzable silanes having a non-hydrolyzable group have, for example, the general formula (II) R n SiX ⁇ n , in which the groups X, identical or different from one another, are hydrolyzable groups or hydroxyl groups, the radicals R, identical or different from one another, are not hydrolyzable Groups are and n is 1, 2 or 3.
  • Examples of X are the same as defined above for formula (I), with alkoxy groups, especially methoxy and ethoxy, being preferred.
  • R alkyl, alkenyl and alkynyl, preferably of 1 to 12, more preferably 1 to 4 carbon atoms, and aryl, aralkyl and alkaryl, preferably of 6 to 10 carbon atoms.
  • Concrete examples are methyl, ethyl, propyl and butyl, vinyl, ANyI and Propargyl, phenyl, ToIyI and benzyl
  • alkyltrialkoxysilanes or dialkyldialkoxysilanes, eg methyltri (m) ethoxysilane and ethyltri (m) ethoxysilane ((M) ethoxy methoxy or ethoxy)
  • the hydrolysis and condensation of the hydrolyzable compounds is preferably carried out by a sol-gel process to form the glass-forming precursors.
  • the hydrolyzable compounds are usually hydrolyzed with water, optionally with acidic or basic catalysis, and optionally at least partially condensed - And / or condensation reactions lead to the formation of compounds or condensates with hydroxy, oxo groups and / or oxo bridges, which can serve as precursors.
  • suitable adjustment of the parameters e.g. The degree of condensation, solvent, temperature, water concentration, duration or pH can be used to obtain a sol that can be used as a varnish. Further details of the sol-gel process are described in e.g. C. J. Brinker, W. Scherer: "SoI-GeI Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel Processing", Academic Press, Boston, San Diego, New York, Sydney (1990)
  • the lacquer used according to the invention generally contains a solvent or dispersant, which can be selected depending on the system used.
  • a solvent or dispersant which can be selected depending on the system used.
  • examples of usable solvents or dispersants which can also be used for the above-described sol-gel process are, in addition to water, alcohols, for example lower aliphatic alcohols (C 1 -C 5 -alcohols), such as methanol, ethanol, 1-propanol, i -Propanol and 1-butanol, ketones such as acetone and methyl isobutyl ketone, ethers such as diethyl ether, glycols, glycol ethers, esters such as ethyl acetate, amides such as dimethylformamide, sulfoxides and sulfones and mixtures thereof.
  • Water-miscible organic solvents are particularly suitable
  • the lacquer containing the glass or the glass-forming precursors can be, for example, a suspension of a glass powder, for example of microscopic or submicroscopic glass particles, in a suitable solvent.
  • a paint can also be a sun! used, for example, by the sol-gel process described above (so-called gel lacquers).
  • Real solutions can also be used of glass compositions are used as a lacquer, in particular of water glass. All types of water glasses can be used
  • lacquers containing such glass or glass-forming precursors are examples of so-called gel lacquers or coating systems for vitreous layers are described, for example, in DE-A-10059487, DE-A-19647368 or DE-A-19714949, to which reference is made in full.
  • compositions described in DE-A-19647368 nanocomposite sol
  • system the colloidal inorganic particles, in particular SiO 2 , and the silanes listed represent the glass precursor
  • paints may contain additional additives to modify the wetting and flow behavior or to stabilize the as yet uncompacted vitreous layer.
  • suitable additives are organic binders, wetting additives, wetting agents, leveling agents, surfactants, viscosity improvers and stabilizers.
  • the additives may either undergo subsequent thermal treatment be burned out or incorporated without detriment to the desired properties in the glassy layer.
  • wet-chemical coating of the substrate with the paint all coating methods known to those skilled in the art can be used. Slot casting, doctor blade, dipping, roller application, printing and spraying methods are preferred
  • a temperature treatment is carried out in order first to remove the solvent and then to densify the coating essentially completely thermally.
  • temperatures above 200 ° C. are necessary.
  • the temperature used for the thermal densification can vary to a great extent and becomes particularly due to the combination selected Particularly when using polymeric temperature-resistant substrates, temperatures in the range of 250 to 45O 0 C are preferred for the thermal densification and temperatures in the range of 300 to 400 0 C are particularly preferred for other substrates temperatures of more than 500 ° C. is possible In Example 1 below, for example, temperatures between 400 and 560 ° C. are suitable for thermal densification.
  • the heat treatment can be carried out by a hot air or gas stream, by infrared heating, by inductive or resistive heating of the substrate in the case of a conductive, eg metallic substrate or by heated rolls.
  • a heated roll the contact can be directly through the coating or from the Side of the substrate
  • the layer thickness of the glassy layer produced in this way can vary within wide ranges, but is generally between 50 nm and less than 10 ⁇ m, preferably between 200 nm and 5 ⁇ m, and particularly preferably between 300 nm and 3 ⁇ m.
  • the plastic carrier material is applied to the vitreous layer while it is still on the temperature-resistant substrate, and associated plastic is an organic polymer.
  • the polymeric carrier material forms a transparent layer.
  • suitable organic polymers are polyethylene terephthalate (PET), polyester, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate and cellulose acetate
  • the polymeric carrier material can be applied to and bonded to the glassy layer in various ways.
  • a plastic dissolved in a suitable solvent can be applied to the vitreous layer by a conventional coating method, such as knife coating, dipping or spraying or another coating method mentioned above, and then dried.
  • a reactive mixture of monomers, oligomers and / or polymer resins can be applied and cured or crosslinked in the layer by heat treatment or irradiation. During curing or crosslinking, the polymerization and / or crosslinking of the polymerisable or crosslinkable groups contained in the reactive mixture takes place to form the polymeric carrier layer.
  • suitable initiators may be present in the reactive mixture.
  • thermoplastic polymer by extrusion.
  • a transparent Polymerfoiie can be laminated, wherein the composite is connected by an adhesive or an adhesive layer.
  • any polymer film known in the art such as polyester such as PET or cellulose acetate may be used.
  • Transparent adhesive tapes comprising a polymeric support layer and an adhesive layer may be used. Such adhesive tapes are commercially available
  • the adhesive or the adhesive layer may be a reactive adhesive z.
  • a pressure sensitive adhesive such as a rubber base or a heat seal adhesive.
  • the adhesive layer may be applied to the glassy layer or to the polymeric film or both.
  • a suitable heat sealable film may be used.
  • the last step is the separation of the composite from the temperature-resistant substrate. This can be done, for example, by mechanical or chemical means.
  • a mechanical separation means for example, a simple removal of the film composite from the substrate.
  • Under a chemical separation z B is to understand the dissolution of the temperature-resistant substrate by a suitable etchant
  • the substrate can be removed by chemical or electrolytic etching Of course, it is important to ensure that the composite film is not attacked by it
  • the described process can be carried out batchwise in batch mode. However, it is likewise possible to carry out a continuous process, for example from roll to roll, whereby the individual steps can be carried out separately or even integrated into a single overall process.
  • the process may be supplemented by applying one or more additional layers to both sides of the composite film, e.g., to seal any remaining defects, to protect the glass surface, or to alter surface properties for further processing.
  • the additional layers can be applied by coating or lamination steps. In this way, barrier images of complex construction can be obtained
  • the inventive method can be obtained in a simple manner flexible, gas-tight and transparent composite films having a glassy layer as a barrier layer.
  • the glassy layer is located on the polymeric support layer, wherein the composite is optionally mediated by an adhesive or an adhesive layer.
  • the composite film is suitable, for example, generally as an encapsulation or packaging material, eg for rigid or flexible (eg roll-up) products.
  • Application fields include displays, lighting ("illuminated wallpaper") and photovoltaic It can be encapsulated or packaged, for example, large-area, rigid or flexible air or moisture-sensitive optoelectronic components, in particular inorganic and organic light-emitting diodes, solar cells and displays or display components, or electronic circuits
  • the invention is illustrated by the following examples, which are not intended to be limiting
  • a sodium silicate was prepared according to the procedure given in DE-A-19714949 as follows. 25 ml (124.8 mmol) of methyltriethoxysilane (MTEOS) were treated with 7 ml (31.4 mmol) of tetraethoxysilane (TEOS) and 0.8 g (20 mmol) of sodium hydroxide overnight (at least 12 h) at room temperature until all the sodium hydroxide has dissolved and a clear yellow solution is present.
  • MTEOS methyltriethoxysilane
  • TEOS tetraethoxysilane
  • the Natriumsilikatsoi obtained was purified on a continuously operating Foüenbe- layering system knife coated on 12 micron thick aluminum foil coated portions of this film were then placed in a muffle furnace at 500 0 C compacted.
  • a layer of a commercially available epoxy resin adhesive was applied by knife coating and the coated aluminum foil was laminated. After curing of the epoxy resin, the aluminum foil was dissolved in 15% hydrochloric acid.
  • a polyimide film was first coated with a thin, porous SiO 2 layer deposited from a sol obtained by the Stöber method. This layer serves as a release layer after thermal densification A further thin layer was deposited on this layer from an ethanolic suspension of nanoscale hydroxylapatite, which improves the wetting of the following glass layer. Finally, an ethanolic suspension of a commercial lead borate glass solder in fine grinding was applied to the glass layer For all previous coating steps, a roll dipping The coated polyimide film was thermally treated at 375 ° C., with the glass solder powder dissolving into a continuous layer
  • the glass coating thus produced on the polyimide film can be removed in the simplest case with a transparent adhesive tape, whereby a composite according to the invention is formed.
  • Higher quality was achieved by lamination to PET film using a commercial epoxy resin. After it had cured, the polyimide film could be peeled off, leaving a tight bond between the PET substrate film and the glass layer

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung einer flexiblen, gasdichten und transparenten Verbundfolie umfassend eine transparente Trägerschicht aus Kunststoff und eine glasartige Schicht, bei dem a) ein temperaturbeständiges Substrat nasschemisch mit einem Glas oder glasbildende Vorstufen enthaltenden Lack beschichtet wird, b) die Beschichtung thermisch verdichtet wird, um die glasartige Schicht zu bilden, c) die transparente Trägerschicht aus Kunststoff auf die glasartige Schicht aufgebracht und damit verbunden wird und d) der Verbund aus Trägerschicht und glasartiger Schicht vom Substrat getrennt wird. Die erhaltenen Verbundfolien eignen sich als Verkapselungsmaterial oder Verpackungsmaterial, insbesondere für Anwendungen bei Displays, Beleuchtung und Photovoltaik, z B für Leuchtdioden, Solarzellen, Displays oder elektronische Schaltkreise.

Description

Herstellung einer flexiblen, gasdichten und transparenten Verbundfolie
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung einer flexiblen, gasdichten und transparenten Verbundfolie, die eine transparente Trägerschicht aus Kunststoff und eine glasartige Schicht umfasst, die hergestellte transparente Verbundfolie und deren Verwendung
Für viele Anwendungen ist es wünschenswert, elektronische und optisch-elektronische Bauelemente und Baugruppen auf flexible und transparente Substrate aufzubringen. Wichtige Beispiele sind biegsame Displays, insbesondere auf der Basis organischer Leuchtdioden, oder Solarzellen. Allerdings sind die genannten Bauelemente häufig empfindlich gegen Angriff durch Wasserdampf oder Luftsauerstoff, so dass das Substrat zusätzlich eine Barrierewirkung gegen derartige Stoffe aufweisen muss Die Gasdurchlässigkeiten typischer Polymerfolien sind dabei bei weitem zu hoch Glas, das eine sehr gute Barrierewirkung aufweist, ist andererseits in Schichtdicken im mm-Bereich unflexibel bzw als Dünnglas mechanisch zu empfindlich.
Barrierefolien auf rein organischer Basis werden z B für Lebensmittelverpackungen eingesetzt US-A-20040033379 offenbart z B solche Barrieresysteme, in denen mehrere Lagen unterschiedlicher Polymere kombiniert werden, die sich hinsichtlich ihrer Permeations- und sonstigen Eigenschaften ergänzen Die Barrierewirkung solcher Systeme ist jedoch durch die inhärente Durchlässigkeit auch der besten Polymere begrenzt.
Schon seit langem werden daher transparente anorganische Schichten zur Verbesserung der Barrierewirkung eingesetzt Dabei werden Oxide, wie z.B SiOx, Al2O3 oder Si3N4 durch Gasphasenprozesse, wie Sputtem oder chemisches Aufdampfen, aufgebracht Üblicherweise werden diese Schichten mit Polymerschichten überdeckt, wie z.B in GB-A-1086482 beschrieben Diese Überdeckung dient einerseits dem mechanischen Schutz, andererseits verbessert sie auch die Barrierewirkung, indem sie nicht vollständig vermeidbare Defekte versiegelt. Die Barrierewirkung lässt sich weiter verbessern, wenn mehrere anorganische Schichten aufgebracht werden, die durch organische ZwischenSagen voneinander getrennt werden. Wie z B in US-A-6497598 oder DE-A-102004005313 beschrieben, können auch die organischen Zwischenschichten in Gasphasenprozessen abgeschieden werden, um aufwendige Wechsel zwischen verschiedenen Prozesstechnologien zu vermeiden.
WO-A-2005006441 beschreibt rein anorganische Mehrschicht-Barrieresysteme, in denen die Einzelschichten abwechselnd aus Siiiziumoxid und Siliziumnitrid bestehen. Auch diamantähnlicher Kohlenstoff wird z.B. in US-A-20040012747 als Barriereschicht für auf organischen Leuchtdioden basierende Displays vorgeschlagen.
Alle bisher genannten anorganischen Barriereschichten werden in Gasphasenprozessen unter niedrigem Druck hergestellt. Die dazu notwendige Prozesstechnik ist jedoch mit hohem Aufwand verbunden und nur schlecht innerhalb derselben Anlage mit nasschemischen Verfahren zum Aufbringen anderer Schichten und Elemente wie z, B von organischen Leuchtdioden kombinierbar.
DE-A-1955853 und EP-A-1137607 beschreiben Verfahren auf Basis von Dunnglas, das auf einen polymeren Träger auflaminiert wird oder mit einem Polymer beschichtet wird Die Dicke des verwendeten Dünngiases liegt allerdings im Bereich von 10 μm oder mehr, so dass bei geringen Biegeradien trotz der Polymerfolie Bruchgefahr für die Glasschicht innerhalb des Verbundes besteht. Zudem ist die Bruchgefahr vor bzw beim Aufbringen der Polymerschicht gerade bei der Verwendung von sehr dünnen Glasfolien außerordentlich hoch, so dass derartige Prozesse nur schwer zu kontrollieren sind
Die Verwendung von Suspensionen von Glaspulvern zur Herstellung von Glasschichten wird z.B. in US-A-5639325 beschrieben Allerdings sind bei diesem Verfahren hohe Temperaturen zur Verdichtung der Schichten erforderlich, so dass keine transparenten Kunststoffsubstrate verwendet werden können
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitsteilung eines Verfahrens zur Herstellung einer flexiblen, gasdichten und farblos-transparenten Verbundfolie aus einer transparenten Polymerfolie als Substrat und einer transparenten Barriere- schicht, wodurch die mechanischen Eigenschaften einer Polymerfoüe mit den Barriereeigenschaften von Glassubstraten kombiniert werden können Das Verfahren sollte außerdem kostengünstig sein und bei Bedarf als kontinuierliches Verfahren betrieben werden können.
Diese Aufgabe konnte überraschenderweise durch ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundfolie gelöst werden, bei dem ein Glas oder glasbildende Vorstufen enthaltender Lack zunächst nasschemisch auf ein temperaturbeständiges Substrat aufgebracht und darauf thermisch verdichtet wird, anschließend auf die so gebildete glasartige Schicht die polymere Trägerschicht aufgebracht wird und dann der gebildete Verbund wieder vom temperaturbeständigen Substrat abgetrennt wird
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher Verfahren zur Herstellung einer Verbundfolie umfassend eine transparente Trägerschicht aus Kunststoff und eine glasartige Schicht, wobei a) ein temperaturbeständiges Substrat nasschemisch mit einem Glas oder glasbildende Vorstufen enthaltenden Lack beschichtet wird, b) die erhaltene Beschichtung thermisch verdichtet wird, um die glasartige Schicht zu bilden, c) die transparente Trägerschicht aus Kunststoff auf die glasartige Schicht aufgebracht und damit verbunden wird und d) der Verbund aus Trägerschicht und glasartiger Schicht vom Substrat getrennt wird
In der Erfindung werden im Gegensatz zum Stand der Technik nasschemische Beschichtungsprozesse zum Aufbringen von Glasschichten bzw. glasartigen Schichten eingesetzt Die Herstellung solcher Schichten durch Sol-Gel-Prozesse und verwandte Verfahren ist für eine Vielzahl von Anwendungen bekannt. Auf diese Weise können Verbundfolien aus einer dünnen Glasschicht auf einem polymeren Träger in einem einfachen und damit kostengünstigen Verfahren hergestellt werden, die die mechanische Flexibilität und Robustheit von Polymerfolien mit der Barrierewirkung von Glas vereinen Durch den Einsatz eines nasschemischen Verfahrens können komplizierte Gasphasenverfahren und der Gebrauch von Dünngläsern, die wegen der Brüchigkeit schwierig zu handhaben sind, vermieden werden Das Verfahren kann ohne weiteres als kontinuierliches Verfahren gestaltet werden.. Die Herstellung gliedert sich in drei wesentliche Schritte Zunächst wird die glasartige Schicht als nasschemische Beschichtung auf einem temperaturbeständigen Substrat aufgebracht und thermisch verdichtet Darauf wird durch Beschichten oder Lami- nieren die polymere Trägerfolie aufgebracht, bevor im letzten Schritt die Verbindung zwischen dem temperaturbeständigen Substrat und der Verbundfolie gelöst wird . im folgenden wird die Erfindung im einzelnen erläutert
Das temperaturbeständige Substrat kann ein starres oder flexibles Substrat sein, z.B. in Form einer Platte bzw Tafel, einer Walze oder einer Folie. Temperaturbeständig bedeutet hier, dass es bei den für die thermische Verdichtung der glasartigen Schicht erforderlichen Temperaturen beständig ist.
Als Material für das Substrat eignet sich allgemein jedes in ausreichend Weise temperaturbeständige Material, z B ein Substrat aus Metali bzw. Metalllegierungen, Glas, Keramik, Glaskeramik oder hochtemperaturfestem Kunststoff. Hochtemperaturfest bedeutet hier Temperaturbeständigkeit im obigen Sinne. Beispiele für Metalle oder Metailiegierungen sind Stahl, einschließlich Edelstahl, Chrom, Kupfer, Titan, Zinn, Zink, Aluminium und Messing Beispiele für Glas sind Natronkalkglas, Borosilicatglas, Bleikristall und Kieselglas. Bei der Keramik handelt es sich z.B um eine Keramik auf Basis von Oxiden wie SiO2, AI2O3, ZrO2, TiO2 oder MgO oder der entsprechenden Mischoxide.. Beispiele für hochtemperaturfeste Kunststoffe sind Polyimid und Polybenzimidazo! (PBI)
Als Substrat eignet sich z.B.. eine hochtemperaturfeste Polymerfolie, bevorzugt eine Polyimidfolie, oder eine Metallfolie, z B eine Aluminium-, Stahl- oder Kupferfolie Als starre Substrate können z.B Metallplatten bzw.. Blechtafeln oder, für kontinuierliche Prozesse bevorzugt, Walzen aus metallischem oder keramischem Material verwendet werden .
Das Substrat kann vorbehandelt oder mit mindestens einer Oberflächenschicht versehen sein Bei der Oberflächenschicht kann es sich z.B. um eine Metallisierung, eine Emaillierung, eine Glas- oder Keramikschicht oder eine Lackierung oder einen Anstrich handeln Ebenfalls zu erwähnen sind auch in einem Gasphasenprozess aufgebrachte Vergütungen, wie z.B. eine per chemisches Aufdampfen (CVD) aufgebrachte Diamant- oder TiN-Schicht.
Das Substrat kann insbesondere mit einer oder mehreren Funktionsbeschichtungen überzogen sein, die dem Zweck dienen, die Benetzung mit dem glasartigen Material zu verbessern oder die Trennung des Verbundes vom Substrat zu erleichtern. Solche Funktionsschichten sind üblich und dem Fachmann vertraut Beispiele für solche Funktionsschichten sind die Verzinnung von Weißblech oder Kupferfolie als Haftverminderer, nanopartikuläre Siθ2-Schichten auf Polyimidfolie ebenfalls zur Haftverminderung oder nanopartikuläre Hydroxylapatit-Schichten auf Polyimidfolie zur Verbesserung der Benetzung. Zum Aufbringen dieser Funktionsbeschichtungen kann jedes dem Fachmann bekannte, zum jeweiligen Substrat und Beschichtungs- system passende Verfahren verwendet werden.
Auf das temperaturbeständige Substrat wird im ersten Schritt nasschemisch ein Lack aufgebracht, der Glas oder glasbildende Vorstufen enthält und thermisch zu einer glasartigen Schicht verdichtet wird Der Glas oder glasbildende Vorstufen enthaltende Lack wird nasschemisch auf das Substrat aufgetragen, d h. der Lack ist flüssig Die Viskosität kann nach Bedarf entsprechend dem Beschichtungsverfahren in geeigneter weise eingestellt werden, wie dem Fachmann bekannt Es wird bevorzugt eine Sol-Gel-Schicht oder eine niedrigschmelzende Glaszusammensetzung in Form einer Suspension oder einer echten Lösung, wie Wasserglas, aufgebracht, die nach thermischer Verdichtung eine glasartige Schicht bzw. Glasschicht bilden
Das im Lack enthaltene Glas kann in irgendeiner beliebigen zweckmäßigen Form vorliegen, z.B. als Schuppen oder als Pulver. Es kann auch eine lösliche Glaszusammensetzung verwendet werden Das Glas weist in der Regel zumindest im wesentlichen bereits die für die glasartige Schicht gewünschte Zusammensetzung auf Es können aber auch Mischungen von Gläsern verschiedener Zusammensetzung eingesetzt werden oder ein oder mehrere Gläser werden zusammen mit glasbildenden Vorstufen eingesetzt, so dass sich die Zusammensetzung der glasartigen Schicht aus der Kombination ergibt Bei dem im Lack enthaltenen Glas bzw der glasartigen Schicht kann es sich um ein Glas bzw. eine Glasschicht oder glasartigen Schicht jeder beliebigen, dem Fachmann bekannten Glaszusammensetzung handeln Vorzugsweise handelt es sich um eine Zusammensetzung mit einem relativ niedrigen Schmelztemperaturbereich, so dass eine vollständige Verdichtung bei Temperaturen möglich ist, die das verwendete Substrat nicht schädigen,
Wie allgemein bekannt, umfasst die Zusammensetzung von Gläsern oder glasartigen Schichten allgemein Oxide von einem oder meist mehreren Metallen oder Halbmetallen Dabei wird im allgemeinen zwischen Netzwerkbildnern und Netzwerkwandlern und intermediären Verbindungen unterschieden Netzwerkbildner sind z.B. Oxide von Si, Ge, B1 P, As, Sb, V, Netzwerkwandler und intermediäre Verbindungen sind z. B Oxide von Alkalimetallen, wie Li, Na, K, Rb und Cs, Erdalkalimetallen, wie Mg, Ca, Sr und Ba, Ga, In, Sc, Y, La, Sn, Pb, AI, Be, Zn, Cd, Ti, Zr, Ce, Bi, Mo, W, Fe und Th Entsprechende Oxide sind z B SiO2, GeO2, B2O3, P2O5, As2O5, Sb2O5, V2O5, Li2O, Na2O, K2O, Rb2O, Cs2O, MgO, CaO, SrO, BaO, Ga2O3, In2O3, Sc2O3, Y2O3, La2O3, SnO2, PbO2, AI2O3, PbO, BeO, ZnO, CdO, TiO2, ZrO2, ThO2 und Oxide von Mo, W, Ce und Fe,
Je nach vorhandenen Bestandteilen und den Verhältnissen der Bestandteile untereinander in den Zusammensetzungen variieren die Eigenschaften der Gläser Das im Lack enthaltene Glas bzw die glasartigen Schichten der vorliegenden Erfindung können rein anorganische oder auch organisch modifizierte anorganische Schichten aus diesen Oxiden sein, in den organisch modifizierten Gläsern bzw glasartigen Schichten sind im Netzwerk organische Gruppen enthalten, die an den im Netzwerk enthaltenen Metallen oder Halbmetallen gebunden sind. Daneben können in der glasartigen Schicht auch gegebenenfalls dem Lack zugesetzte Additive oder deren Zersetzungsprodukte enthalten sein
Solche Gläser bzw, glasartigen Schichten sind im Stand der Technik bekannt und der Fachmann kennt deren Zusammensetzungen und Verfahren zu deren Herstellung. Erfindungsgemäß bevorzugt sind Gläser bzw. glasartige Schichten aus niedrigschmelzenden Zusammensetzungen, insbesondere Glaslote jeder Art. Ferner sind Wassergläser geeignet, die als echte Lösungen von Giaszusammensetzungen eingesetzt werden können Wasserglas ist in der Regel ein wasserlösliches Alkalisilikat, insbesondere von Natrium und/oder Kalium Glaslote sind im Handel erhältliche leicht schmelzende Gläser, die u.a verwendet werden, um Gläser miteinander oder mit anderen Werkstoffen zu verbinden. Geeignet sind z B. auf Bleiborat basierende Glaslote, z.B das im Handel erhältliche Glaslot mit der Bezeichnung G018-085 von der Firma Schott. Wenn Silikatgläser eingesetzt werden, sind Silikatgläser bevorzugt, die entweder einen hohen Alkaligehalt (Alkali-Siükate, wie z. B. Natriumsilikate oder Kaliumsilikate), einen hohen Gehalt an Bor oder einen hohen Gehalt an Schwermetallen, wie Blei oder Wismut aufweisen Es können auch reine Borat- oder Phosphatgläser verwendet werden. Weitere bevorzugte glasartige Schichten sind organisch modifizierte anorganische Gläser.
Der Lack kann anstelle von Glas oder gegebenenfalls auch zusätzlich dazu glasbildende Vorstufen enthalten. Bei den glasbildenden Vorstufen handelt es sich um Verbindungen oder Spezies, die bei der thermischen Verdichtung die glasartige Schicht bilden Diese glasbildenden Vorstufen sind dem Fachmann bekannt So können hydrolysierbare Verbindungen von Halbmetallen und Metallen durch Hydrolyse und Kondensationsreaktionen Hydrolysate und Kondensate bilden, die mit steigendem Kondensationsgrad Oxide bilden, die bei thermischer Verdichtung bei geeigneter Zusammensetzung schließlich eine glasartige Schicht bilden können. Alle diese Vorstufen, die natürlich auch über andere Reaktionen erhalten werden können, sind als glasbildende Vorstufen geeignet Die jeweils erforderlichen Mischungen der verschiedenen Komponenten und deren Verhältnisse, die zur Erzielung einer glasartigen Schicht erforderlich sind, sind dem Fachmann bekannt
Die glasbildenden Vorstufen können in dem Lack z.B als gelöste Verbindungen oder Spezies, als Sole oder als dispergierte Teilchen enthalten sein. Beispielsweise eignen sich eine oder mehrere hydrolysierbare Verbindungen von Metallen oder Halbmetallen M, worin M z. B. Si, Ge, B, P, As, Sb, V, Li, Na, K, Rb1 Cs, Mg, Ca, Sr, Ba, Ga1 In1 Sc, Y1 La, Sn, Pb1 Al1 Be1 Zn, Cd1 Ti, Zr1 Ce1 Bi, Mo, W, Fe oder Th ist, Hydrolysate, Kondensate oder Oxide davon als glasbildende Vorstufen.
Beispiele für entsprechende Oxide wurden vorstehend genannt Sie können z.B. als Teilchen vorliegen und in Form eines SoIs oder einer Dispersion eingesetzt werden Solche Oxide wie z.B SiO2 sind in unterschiedlichen Typen im Handel erhältlich oder können z.B. durch das unten beschriebene Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden Die Größe der Teilchen kann in weiten Bereichen gewählt werden Es eignen sich z, B. nanoskalige Teilchen, d h Teilchen mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser (döo-Wert, Volumenmittel, z B laseroptisch mit UPA (Ultrafine Particle Analyzer, Leeds Northrup bestimmt) von nicht mehr als 1 000 nm, bevorzugter nicht mehr als 200 nm Es können aber auch größere Teilchen eingesetzt werden
Die hydrolysierbaren Verbindungen können z.B die allgemeine Formel (I) MXn aufweisen, worin M wie vorstehend definiert ist, X gleich oder verschieden und eine hydrolysierbare Gruppe oder OH ist, wobei zwei Gruppen X durch eine Oxogruppe ersetzt sein können, und n der Wertigkeit des Elements entspricht, und z B. 1 , 2, 3 oder 4 sein kann Die hydrolysierbare Gruppe X ist z.B.. Wasserstoff, Halogen (F, Cl, Br oder I), Alkoxy (vorzugsweise Ci-6-Alkoxy, wie z.B. Methoxy, Ethoxy, n-Propoxy, i- Propoxy und Butoxy), Aryloxy (vorzugsweise C6-icrAryloxy, wie z B, Phenoxy), Acyloxy (vorzugsweise Ci-6-Acyloxy, wie z.B. Acetoxy oder Propionyloxy), Alkylcarbonyl (vorzugsweise C2-7-Alkylcarbony[, wie z.B Acetyl), Amino, Monoalkylamino oder Dialkylamino mit vorzugsweise 1 bis 12, insbesondere 1 bis 6 Kohlenstoffatomen in der bzw. den Alkylgruppe(n). Einsetzbar sind auch andere lösliche Salze, wie z. B Sulfate, Nitrate, Phospate, oder Komplexe der vorstehend definierten Metalle oder Halbmetalle Wenn X ein mehrzähniger Ligand und/oder ein mehrfach geladenes Anäon ist, ändert sich die Stöchiometrie zwischen X und M natürlich entsprechend Die löslichen Salze, Komplexe und Hydroxide der Metalle und Halbmetaile M werden hier auch zu den hydrolysierbaren Verbindungen gezählt. Bevorzugt eingesetzte hydrolysierbare Verbindungen sind Alkoxide
Beispiele für solche hydrolysierbaren Verbindungen sind Tetraalkoxysilane, wie Tetramethoxysilan und Tetraethoxysilan (TEOS), Al(OCH3)3, AI(OC2H5)3, AI(On- C3H7J3, AI(O-J-C3Hy)3, A!(O-n-C4H9)3, AI(O-sek -C4Hg)3, AICI3, AlCI(OH)2, AI(OC2H4OC4Hg)3, TiCI4, Ti(OC2H5)4, Ti(O-n-C3H7)4, Ti(O-i-C3H7)4, Ti(OC4H9J4, Ti(2- ethylhexoxy)4, ZrCI4, Zr(OC2H5J4, Zr(O-n-C3H7)4, Zr(O-hC3H7)4l Zr(OC4Hg)4, ZrOCI2, Zr(2-ethylhexoxy)4, sowie Zr-Verbindungen, die komplexierende Reste aufweisen, wie z. B. ß-Diketon- und (Meth)acrylreste, Natriummethylat, Kaliumacetat, Borsäure, BCI3, B(OCH3)3l B(OC2Hs)3, SnCI4, Sn(OCH3)4l Sn(OC2Hs)4, VOCI3 und VO(OCH3)3, Alkali- und Erdalkalimetallhydroxide und Alkali- und Erdalkalimetalloxide,
Die glasbildenden Vorstufen werden in solchen Mischungen und Verhältnissen eingesetzt, um zu den gewünschten Gläsern bzw glasartigen Schichten wie vorstehend definiert zu gelangen Auch bevorzugte Zusammensetzungen wurden bereits vorstehend genannt Wenn z.B Alkalisilikatgläser gebildet werden sollen, können neben der Si-Komponente Alkali- und Erdalkalimetallhydroxide oder -oxide in geeigneten Mengen zugegeben werden Für schwermetallhaltigen Silikatgläser eignen sich z B Zusätze von Schwermetallsalzen oder -oxiden, wie z B Bleioxiden, Bleisalzen oder Wismutsalzen
Zur Herstellung glasartiger Schichten mit darin enthaltenen organischen Gruppen eignen sich z.B hydrolysierbare Verbindungen, die nicht hydrolysierbare Gruppen enthalten, deren Hydrolysate und Kondensate als glasbildende Vorstufen, wofür nachstehend beispielhaft entsprechende Silanverbindungen genannt werden. Selbstverständlich können diese hydrolysierbaren Verbindungen mit nicht hydrolysierbaren Gruppen im Kombination mit anderen bereits genannten glasbildenden Vorstufen eingesetzt werden Gegebenenfalls können die enthaltenen organischen Gruppen bei der thermischen Verdichtung auch wieder ausgebrannt werden, um rein anorganische Gläser zu bilden Es ist aber auch möglich, dass organische Reste, z.B. die nicht hydrolysierbaren Gruppen der eingesetzten hydrolysierbaren Verbindung, in der glasartigen Schicht verbleiben.
Einsetzbare hydrolysierbare Silane mit nicht hydrolysierbarer Gruppe haben z B. die allgemeinen Formel (II) RnSiX^n, worin die Gruppen X, gleich oder verschieden voneinander, hydrolysierbare Gruppen oder Hydroxylgruppen sind, die Reste R, gleich oder verschieden voneinander, nicht hydrolysierbare Gruppen sind und n 1 , 2 oder 3 ist Beispiele für X sind die gleichen wie vorstehend für Formel (I) definiert, wobei Alkoxygruppen, insbesondere Methoxy und Ethoxy bevorzugt sind. Beispiele für R sind Alkyl, Alkenyl und Alkinyl, vorzugsweise mit 1 bis 12, bevorzugter 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und Aryl, Aralkyl und Alkaryl, bevorzugt mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen. Konkrete Beispiele sind Methyl, Ethyl, Propyl und Butyl, Vinyl, ANyI und Propargyl, Phenyl, ToIyI und Benzyl Bevorzugt sind Alkyltrialkoxysilane oder Dialkyl- dialkoxysüane, z.B. Methy[tri(m)ethoxysilan und Ethyltri(m)ethoxysilan ((M)ethoxy = Methoxy oder Ethoxy)
Die Hydrolyse und Kondensation der hydrolysierbaren Verbindungen erfolgt vorzugsweise durch ein Sol-Gel-Verfahren unter Bildung der glasbildenden Vorstufen Beim Sol-Gel-Verfahren werden die hydrolysierbaren Verbindungen gewöhnlich mit Wasser, gegebenenfalls unter saurer oder basischer Katalyse, hydrolysiert und gegebenenfalls zumindest teilweise kondensiert Die Hydrolyse- und/oder Kondensationsreaktionen führen zur Bildung von Verbindungen oder Kondensaten mit Hydroxy-, Oxogruppen und/oder Oxobrücken, die als Vorstufen dienen können. Durch geeignete Einstellung der Parameter, z.B. Kondensationsgrad, Lösungsmittel, Temperatur, Wasserkonzentration, Dauer oder pH-Wert kann ein SoI erhalten werden, dass als Lack eingesetzt werden kann Weitere Einzelheiten des SoI-GeI- Verfahrens sind z.B. bei C J. Brinker, G W. Scherer: "SoI-GeI Science - The Physics and Chemistry of Sol-Gel-Processing", Academic Press, Boston, San Diego, New York, Sydney (1990) beschrieben
Der erfindungsgemäß eingesetzte Lack enthält in der Regel ein Lösungsmittel oder Dispergiermittel, das je nach eingesetztem System ausgewählt werden kann. Beispiele für einsetzbare Lösungsmittel oder Dispergiermittel, die auch für das oben erläuterte Sol-Gel-Verfahren eingesetzt werden können, sind neben Wasser Alkohole, z B niedere aliphatische Alkohole (d-Cs-Alkohole), wie Methanol, Ethanol, 1-Propanol, i-Propanol und 1-Butanol, Ketone, wie Aceton und Methylisobutylketon, Ether, wie Diethylether, Glycole, Glycolether, Ester, wie Ethyiacetat, Amide, wie Dimethylformamid, Sulfoxide und Sulfone und deren Gemische Mit Wasser mischbare organische Lösungsmittel sind besonders geeignet
Der Glas oder die glasbildenden Vorstufen enthaltende Lack kann z.B. eine Suspension von einem Glaspulver, z.B. aus mikroskopischen oder submikroskopischen Glaspartikein, in einem geeigneten Lösungsmittel sein. Als Lack kann auch ein So! verwendet werden, das durch Hydrolyse und/oder Kondensation geeigneter hydro- lysierbarer Verbindungen erzeugt wurde, z B bevorzugt durch das vorstehend beschriebene Sol-Gel-Verfahren (Soi-Gel-Lacke) Es können auch echte Lösungen von Glaszusammensetzungen als Lack eingesetzt werden, insbesondere von Wasserglas. Es können alle Arten von Wassergläsern eingesetzt werden
Solche Glas oder glasbildende Vorstufen enthaltende Lacke sind bekannt Beispiele für Soi-Gel-Lacke oder Beschichtungssysteme für glasartige Schichten sind etwa in DE-A-10059487, DE-A-19647368 oder DE-A-19714949 beschrieben, worauf vollinhaltlich Bezug genommen wird.
In DE-A-19714949 wird z B. eine Beschichtungszusammensetzung zur Herstellung glasartiger Schichten beschrieben, die erhältlich ist durch ein Verfahren umfassend die Hydrolyse und Polykondensation eines oder mehrerer Silane der allgemeinen Formel RπSiX4-n, worin die Gruppen X, gleich oder verschieden voneinander, hydrolysierbare Gruppen oder Hydroxylgruppen sind, die Reste R, gleich oder verschieden voneinander, für Wasserstoff, Alkyl-, Alkenyl- und Alkinylgruppen mit bis zu 4 Kohlenstoffatomen und Aryl-, Aralkyl- und Alkarylgruppen mit 6 bis 10 Kohlenstoffatomen stehen und n 0, 1 oder 2 bedeutet, mit der Maßgabe, dass mindestens ein Silan mit n = 1 oder 2 verwendet wird, oder davon abgeleiteter Oligomere, in Anwesenheit nanoskaliger Siθ2-Teilchen und/oder mindestens einer Verbindung aus der Gruppe der Oxide und Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle
Ein anderes Beispiel ist die Verwendung der in DE-A-19647368 beschriebenen Zusammensetzungen (Nanokompositsol) als glasbildende Vorstufen, in diesem System stellen die kolloidalen anorganischen Partikel, insbesondere SiO2, und die aufgeführten Silane die Glasvorstufe dar
Diese Lacke können zusätzliche Additive zur Modifikation des Benetzungs- und Fließverhaltens oder zur Stabilisierung der noch nicht verdichteten glasartigen Schicht enthalten Beispiele für geeignete Additive sind organische Binder, Netzadditive, Benetzungsmittel, Verlaufmittel, Tenside, Viskositätsverbesserer und Stabilisierungsmittel Die Additive können bei der anschließenden thermischen Behandlung entweder ausgebrannt werden oder ohne Nachteil für die gewünschten Eigenschaften in die glasartige Schicht eingebaut werden. Zum nasschemischen Beschichten des Substrats mit dem Lack können sämtliche dem Fachmann bekannten Lackierverfahren zur Anwendung kommen Schlitzgieß-, Rakel-, Tauch-, Walzenauftrags-, Druck- und Sprühverfahren werden dabei bevorzugt
Nach dem Beschichtungsauftrag erfolgt eine Temperaturbehandlung, um zunächst Lösemittel zu entfernen und anschließend die Beschichtung im wesentlichen vollständig thermisch zu verdichten Hierzu sind erfahrungsgemäß Temperaturen über 200 0C notwendig Die für die thermische Verdichtung eingesetzte Temperatur kann in großem Umfang variieren und wird insbesondere durch die ausgewählte Kombination von Substrat und der zu bildenden glasartigen Schicht bestimmt Insbesondere bei der Verwendung von polymeren temperaturbeständigen Substraten sind für die thermische Verdichtung Temperaturen im Bereich von 250 bis 45O0C bevorzugt und Temperaturen im Bereich von 300 bis 4000C besonders bevorzugt Bei anderen Substraten sind Temperaturen von über 5000C möglich Im nachstehend ausgeführten Beispiel 1 sind z.B. Temperaturen zwischen 400 und 5600C zur thermischen Verdichtung zweckmäßig.
Die Temperaturbehandlung kann durch einen heißen Luft- oder Gasstrom, durch Infrarotheizung, durch induktive oder resistive Erwärmung des Substrates im Falle eines leitfähigen, z B. metallischen Substrates oder durch geheizte Walzen erfolgen Bei einer geheizten Walze kann der Kontakt direkt über die Beschichtung oder von der Seite des Substrats erfolgen
Es kann zur Verringerung der Defektzahl vorteilhaft sein, den Auftrag der glasartigen Schicht allein ohne thermische Verdichtung oder auch die Kombination aus Schichtauftrag und thermischer Verdichtung mehrfach zu wiederholen.
Die Schichtdicke der derart hergestellten glasartigen Schicht kann in breiten Bereichen variieren, liegt aber in der Regel zwischen 50 nm und unter 10 μm, bevorzugt zwischen 200 nm und 5 μm und besonders bevorzugt zwischen 300 nm und 3 μm.
Im nächsten Schritt wird das Trägermaterial aus Kunststoff auf die glasartige Schicht aufgebracht, während diese sich noch auf dem temperaturfesten Substrat befindet, und damit verbunden Kunststoff ist ein organisches Polymer. Das polymere Trägermaterial bildet eine transparente Schicht Beispiele für geeignete organische Polymere sind Polyethylenterephtalat (PET), Polyester, Polyethylennaphthalat (PEN), Polycarbonat und Celluloseacetat
Das polymere Trägermaterial kann auf verschiedene Weise auf die glasartige Schicht aufgebracht und damit verbunden werden. Beispielsweise kann ein in einem passenden Lösungsmittel gelöster Kunststoff durch ein übliches Beschichtungs- verfahren, wie Rakeln, Tauchen oder Sprühen oder ein anderes vorstehend genanntes Beschichtungsverfahren, auf die glasartige Schicht aufgetragen und anschließend getrocknet werden. Alternativ kann eine reaktive Mischung von Monomeren, Oligomeren und/oder Polymerharzen aufgetragen werden und in der Schicht durch Wärmebehandlung oder Bestrahlung gehärtet bzw vernetzt werden. Bei der Härtung oder Vernetzung erfolgt die Polymerisation und/oder Vernetzung der in der reaktiven Mischung enthaltenen polymerisierbaren oder vernetzbaren Gruppen unter Bildung der polymeren Trägerschicht Gegebenenfalls können in der reaktiven Mischung geeignete Initiatoren enthalten sein.
Eine weitere Möglichkeit ist das Aufbringen eines thermoplastischen Polymers durch Extrusion. Schließlich kann auch eine transparente Polymerfoiie auflaminiert werden, wobei der Verbund durch einen Kleber bzw eine Kleberschicht verbunden wird. Im letzteren Fall kann jede dem Fachmann bekannte Polymerfolie wie z.B aus Polyester wie PET oder Celluloseacetat eingesetzt werden Es können transparente Klebebänder eingesetzt werden, die eine polymere Trägerschicht und eine Klebschicht umfassen Solche Klebebänder sind im Handel erhältlich
Bei dem Kleber bzw der Kleberschicht kann es sich um einen Reaktivkleber z. B. auf Epoxid- oder Acrylatbasis handeln, um eine Haftklebemasse z.B. auf Kautschukbasis oder um einen Heißsiegelkleber Bei der Laminierung kann die Kleberschicht wahlweise auf die glasartige Schicht oder auf die Polymerfolie oder auf beide aufgetragen werden Alternativ kann auch eine passende Heißsiegelfolie verwendet werden Der letzte Schritt ist die Trennung des Verbundes vom temperaturbeständigen Substrat. Diese kann z.B, auf mechanischem oder auf chemischem Weg erfolgen. Eine mechanische Trennung bedeutet z B ein einfaches Abziehen des Folienverbundes von dem Substrat. Unter einer chemischen Trennung ist z B das Auflösen des temperaturbeständigen Substrates durch ein passendes Ätzmittel zu verstehen Das Substrat kann durch chemisches oder elektrolytisches Ätzen entfernt werden Natürlich ist darauf zu achten, dass die Verbundfolie davon nicht angegriffen wird
Das beschriebene Verfahren kann diskontinuierlich im Batchverfahren erfolgen Eine Durchfuhrung als kontinuierlicher Prozess, z.B von Rolle zu Rolle, ist jedoch ebenso möglich, wobei die einzelnen Schritte getrennt durchgeführt werden oder aber sogar in einen einzigen Gesamtprozess integriert werden können.
Das Verfahren kann ergänzt werden durch das Aufbringen einer oder mehrerer zusätzlicher Schichten auf beide Seiten der Verbundfolie, z.B um noch vorhandene Defekte zu versiegeln, die Glasoberfläche zu schützen oder Oberflächeneigenschaften für die weitere Verarbeitung zu ändern. Die zusätzlichen Schichten können durch Beschichtungs- oder Laminierungsschritte aufgebracht werden Auf diese Weise können Barrierefotien mit komplexem Aufbau erhalten werden
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können in einfacher Weise flexible, gasdichte und transparente Verbundfolien erhalten werden, die eine glasartige Schicht als Barriereschicht aufweisen.. Die glasartige Schicht befindet sich auf der polymeren Trägerschicht, wobei der Verbund gegebenenfalls durch einen Kleber bzw. eine Kleberschicht vermittelt wird .
Die Verbundfolie eignet sich z B.. allgemein als Verkapselungs- oder Verpackungsmaterial, z.B. für starre oder flexible (z.B aufrollbare) Produkte. Anwendungsfelder sind z.B. Displays, Beleuchtung („Leuchttapete") und Photovoltaik Es können z.B großflächige, starre oder flexible luft- bzw feuchtigkeitsempfindliche optoelektronische Komponenten, insbesondere anorganische und organische Leuchtdioden, Solarzellen und Displays oder Displaykomponenten, oder elektronische Schaltkreise verkapselt oder verpackt werden Die Erfindung wird durch folgende Beispiele erläutert, die keinerlei Beschränkung darstellen sollen
Beispiel 1
Ein Natriumsilikatsoi wurde gemäß der in DE-A-19714949 angegebenen Vorschrift wie folgt hergestellt 25 ml (124,8 mMo!) Methyltriethoxysilan (MTEOS) wurden mit 7 ml (31 ,4 mMol) Tetraethoxysilan (TEOS) und 0,8 g (20 mMol) Natriumhydroxid über Nacht (mindestens 12 h) bei Raumtemperatur gerührt, bis sich das gesamte Natriumhydroxid gelöst hat und eine klare gelbe Lösung vorliegt. Anschließend werden 3,2 ml (177,8 mMol) Wasser bei Raumtemperatur langsam zugetropft, wobei sich die Lösung erwärmt, Nach Beendigung der Wasserzugabe wird die klare gelbe Lösung bei Raumtemperatur gerührt, bis sie wieder abgekühlt ist, und anschließend über einen Filter mit einer Porengröße von 0,8 μm filtriert,
Das erhaltene Natriumsilikatsoi wurde an einer kontinuierlich arbeitenden Foüenbe- Schichtungsanlage durch Rakelbeschichtung auf 12 μm starke Aluminiumfolie aufgetragen Abschnitte aus dieser Folie wurden anschließend in einem Muffelofen bei 500 0C verdichtet. Auf eine Polyethylenterephtalat-Folie (PET-Folie) wurde eine Schicht eines handelsüblichen Epoxidharzklebers aufgerakelt und die beschichtete Aluminiumfolie dagegen laminiert, Nach der Aushärtung des Epoxidharzes wurde die Aluminiumfolie in 15 prozentiger Salzsäure aufgelöst Man erhält einen flexiblen, transparenten Verbund aus der PET-Folie und einer durchgehenden Natriumsilikat- Schicht.
Beispiel 2
Eine Polyimidfolie wurde zunächst mit einer dünnen, porösen SiO2-Schicht beschichtet, die aus einem nach dem Stöber-Verfahren erhaltenen SoI abgeschieden wurde. Diese Schicht dient als Trennschicht nach der thermischen Verdichtung Auf diese Schicht wurde aus einer ethanolischen Suspension nanoskaligen Hydroxylapatits eine weitere dünne Schicht abgeschieden, die die Benetzung der nachfolgenden Glasschicht verbessert Für den Auftrag der Glasschicht wurde schließlich eine ethanolische Suspension eines kommerziellen Bleiborat-Glaslotes in feiner Mahlung verwendet, Für alie bisherigen Beschichtungsschritte wurde ein Walzentauch- verfahren verwendet, Die beschichtete Polyimidfolie wurde bei 375 0C thermisch behandelt, wobei das Glaslot-Pulver zu einer durchgehenden Schicht zerfließt
Die solchermaßen hergestellte Glasbeschichtung auf der Polyimidfolie kann im einfachsten Fall mit einem transparenten Klebeband abgezogen werden, wodurch ein erfindungsgemäßer Verbund entsteht. Eine höhere Qualität wurde durch Laminierung auf PET-Folie unter Verwendung eines kommerziellen Epoxidharzes erreicht Nach dessen Aushärtung konnte die Polyimidfolie abgezogen werden, wonach ein dichter Verbund zwischen der PET-Trägerfolie und der Glasschicht übrigbleibt

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Verbundfolie umfassend eine transparente Trägerschicht aus Kunststoff und eine glasartige Schicht, dadurch gekennzeichnet, dass a) ein temperaturbeständiges Substrat nasschemisch mit einem Glas oder glasbildende Vorstufen enthaltenden Lack beschichtet wird, b) die erhaltene Beschichtung thermisch verdichtet wird, um die glasartige Schicht zu bilden, c) die transparente Trägerschicht aus Kunststoff auf die glasartige Schicht aufgebracht und damit verbunden wird und d) der Verbund aus Trägerschicht und glasartiger Schicht vom Substrat getrennt wird
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das temperaturbeständige Substrat ein starres Substrat oder eine Folie ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das starre Substrat in Form einer Platte oder einer Walze vorliegt
4 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat eine hochtemperaturfeste Polymerfolie, eine Metallfolie oder ein starres Substrat aus Metall, Glas, Keramik oder hochtemperaturfestem Polymer ist..
5 Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die hochtemperaturfeste Polymerfolie eine Polyimidfolie ist
6 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einer Beschichtung versehen ist, die die Trennung zwischen dem Substrat und der glasartigen Schicht und/oder die Benetzung des Substrates durch die glasartige Schicht vor und während der Verdichtung erleichtert.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Glas oder glasbildende Vorstufen enthaltende Lack i) eine Suspension eines Glaspulvers, ii) ein SoI aus glasbildenden Vorstufen, das durch Hydrolyse und Kondensation von hydrolysierbaren Verbindungen gebildet ist, oder Ni) eine Lösung einer löslichen Giaszusammensetzung in einem Lösungsmittel ist
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Glas oder glasbildende Vorstufen enthaltende Lack ein oder mehrere Additive ausgewählt aus organischen Bindemitteln, Netzadditiven, Benetzungsmitteln, Verlaufmitteln, Tensiden, Viskositätsverbesserern und Stabilisierungsmitteln umfasst
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Glas oder glasbildende Vorstufen enthaltende Lack durch ein Schlitzgießverfahren, ein Tauchverfahren, ein Rakelverfahren, ein Walzenauftragverfahren, ein Druckverfahren oder ein Sprühverfahren auf das Substrat aufgetragen wird
10 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen und Verbinden der transparenten Trägerschicht aus Kunststoff auf der glasartigen Schicht d) eine Beschichtungszusammensetzung, die ein organisches Polymer in einem Lösungsmittel enthält, auf die glasartige Schicht aufgebracht und getrocknet wird, c2) eine Beschichtungszusammensetzung, die ein oder mehrere polymeri- sierbare oder vernetzbare organische Monomere, Oligomere oder Polymerharze enthält, auf die glasartige Schicht aufgebracht und gehärtet wird, c3) ein Thermoplast auf die glasartige Schicht aufextrudiert wird oder c4) eine Kunststofffoüe mit einem Kleber auf die glasartige Schicht auflaminiert wird.
11 Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbundfolie vom Substrat getrennt wird, indem d1) der Verbund aus Trägerschicht und glasartiger Schicht durch mechanisches Abziehen vom Substrat gelöst wird oder d2) das Substrat durch chemisches oder elektrolytisches Ätzen entfernt wird
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass auf die Verbundfolie eine oder mehrere weitere Schichten durch Beschichtung oder Laminierung aufgebracht werden.
13 Verbundfolie umfassend eine transparente Trägerschicht aus Kunststoff und eine darauf befindliche flexible thermisch verdichtete glasartige Schicht.
14 Verbundfolie nach Anspruch 13, erhältlich nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 12
15. Verbundfolie nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der glasartigen Schicht im Bereich von 50 nm bis weniger als 10 μm und bevorzugt im Bereich von 200 nm bis 5 μm liegt.
16. Verbundfolie nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die transparente Trägerschicht und die darauf befindliche glasartige Schicht über einen Kleber miteinander verbunden sind.
17. Verwendung einer Verbundfolie nach einem der Ansprüche 13 bis 16 als Verkapselungsmaterial oder Verpackungsmaterial
18 Verwendung einer Verbundfolie nach einem der Ansprüche 13 bis 16 zur Ver- kapselung von optoelektronischen Komponenten, wie photovoltaischen Zellen, organischen und anorganischen Leuchtdioden für Beleuchtungszwecke und Displayanwendungen, Displays und Displaykomponenten sowie elektronischen Schaltkreisen.
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