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Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung der Haftfähigkeit von Druckfarben, Klebstoffen od. dgl. auf Polyäthylen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren, Polyäthylenkörpern, vorzugsweise Poly- äthylenfolien, an ihrer Oberfläche eine wesentlich verbesserte Haftfähigkeit gegenüber Druckfarben, Klebstoffen od. dgl. zu verleihen, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Polyäthylen, ein Polymerisat des Äthylens weist den Charakter eines elastischen Paraffins auf.
Seine Oberfläche übt daher keinerlei Saugwirkung aus und ist bekannterweise durch Lösungsmittel kaum angreifbar. Daher ist die Haftfähigkeit von Druckfarben oder Klebstoffen bekanntlich sehr schlecht.
Polyäthylen geht mit der Farbe keinerlei Bindung ein, widersetzt sich also auch der Trocknung der Farben.
Um diese Nachteile zu beseitigen, wurden bereits verschiedene Verfahren vorgeschlagen, die jedoch ihrerseits verschiedentliche Nachteile mit sich bringen.
Mechanische Verfahren, wie das Recken von Polyäthylen-Folien, chemische Verfahren, wie das Ätzen der zu bedruckenden Oberflächen konnten sich nicht durchsetzen und blieben auf Laborversuche beschränkt.
Erst Dr. W. H. Kreidl brachte mit seinem, in der österr. Patentschrift Nr. 170900 beschriebenen Verfahren der thermischen Behandlung von Polyäthylenoberflächen eine industriell verwertbare Methode.
Die USA-Patentschriften Nr. 2, 648, 097 und Nr. 2, 683, 894 beschreiben ebenfalls eine thermische Behandlung der Polyäthylenoberflächen.
Die hier genannten Verfahren haben den Nachteil, dass die behandelten Oberflächen nach einer gewissen Zeit ihre Aktivität verloren und dass zur Anwendung dieser Verfahren umfangreiche, schwierig zu bedienende und in der Überwachung der Intensität komplizierte Apparaturen notwendig sind. Die Behandlung von Folien ist auch nur in einem, im Anschluss an die Herstellung der Folie getrennten, zweiten Arbeitsgang möglich.
Gemäss der franz. Patentschrift Nr. 1. 065. 670 werden mehrere, über eine grössere Länge der Folie wirkende, mit Hochspannung gespeiste Sprührohre, die zur Oberfläche der Folie hin Entladungsfunken aussenden, verwendet.
Eine ähnliche, mit Hochspannungen arbeitende Methodebeschreibtdiebrit. PatentschriftNr. 715, 914, wobei lediglich die Sprühentladung von einem anders geformten Körper ausgeht.
Die bei diesen Verfahren verwendete niederfrequente Hochspannungsentladung führt einerseits zur Notwendigkeit die Entladung auf einen längeren Weg wirksam sein zu lassen, begrenzt anderseits die Behandlungsgeschwindigkeit und benötigt umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen zum Schutze der Bedie- nungspersonen.
Das vorliegende Verfahren ermöglicht nunmehr, bei Verwendung einfacher und billiger Zusatzgeräte zu vorhandenen Extrusionsanlagen z. B. und Anwendung gebräuchlicher Druckfarben, die Erzielung völliger Haftung und Abriebfestigkeit von Aufdrucken auf Polyäthylenoberflächen.
Das erfindungsgemässe Verfahren beruht nun darauf, dass die Oberfläche des Polyäthylenkörpers einer hochfrequenten elektrischen Entladung ausgesetzt wird. Hiebei wird vermutlich aus dem Molekularverband das relativ unstabile Wasserstoffatom herausgelöst. Dieses Wasserstoffatom verlässt die Molekularbindung.
An der Oberfläche des Körpers oder der Folie bleiben lange Molekularketten mit Doppelbindung übrig und stellen somit eine ungesättigte Oberfläche dar. Die ungesättigten Oberflächenmoleküle sind nunmehr bereit, die Verbindung mit eigentlich jeder freien chemischen Verbindung einzugehen, so dass jede Far-
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be Verwendung finden kann, die normalerweise zum Bedrucken von Cellöphan, Papier usw. verwendet wird.
Zur Erzeugung der Funken wird vorzugsweise ein Röhrengenerator verwendet, dessen Ausgangs {teins über hoch übersetzt gekoppelte Kreise ein hohes Hochfrequenzpotentlal erzeugt, welches zwischen der Elektrode und beispielsweise einer Umlenkwalze liegt.
Die Anodenspannung wird dem Oszillator als regelbare Gleichspannung zugeführt, um eine-der
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- gleichmässigereleisten.
Um den Entladungsstrom, welcher ein Mass für die Intensität der Vorbehandlung darstellt, bei nicht allzu hohen Spannungen erzeugen zu müssen, soll eine Frequenz von über 10 kHz verwendet werden.
Die Anlage stellt somit ein induktives Hochspannungs-Hochfrequenzsystem mit geringer Stromstärke dar.
Die Entladung findet zwischen einer festen Elektrode und der Oberfläche des Materials statt, wobei der Stromschluss zur zweiten Elektrode durch die dielektrische Wirkung des Materials gegeben ist.
Die Elektrode wird vorzugsweise aus Flachmessing angefertigt, wobei die, dem Material bzw. der zweiten Elektrode zugewandte Kante messerförmig zulaufend abgearbeitet wird. Die Elektrode liegt leicht schleifend auf der Polyäthylenoberftäche auf oder wird mit einem Parallelabstand von einigen Zehntelmillimetern zur Oberfläche geführt.
Der Effekt der Vorbehandlung entspricht der Länge (Breite) der in die Vorrichtung aus Isolierstoff eingesetzten Elektrode.
Die Intensität der Entladung und damit die Intensität der Vorbehandlung der Polyäthylenoberflächen kann einerseits durch die Höhe der Anodenspannung am Oszillator oder durch eine Regelung der Schwingungsamplituden mit Hilfe von Kopplungselementen geregelt werden.
Eine Kontrolle ist jederzeit durch die Messung des Anodenstromes einerseits, der Spannung zwischen Elektrode und Gegenelektrode anderseits oder des HF-Stromes im Entladekreis möglich.
Mit einem Anodenstrom von 125 mA konnte beispielsweise bei einer Laufgeschwindigkeit von 15 m/min eine einwandfreie BehandlungderPolyäthylenoberfläche über eine Elektrodenbreite von 140 mm erreicht werden.
Als zweite Möglichkeit sei die Verwendung einer rollenförmigen Elektrode erwähnt, die, leicht federbelastet, auf der Polyäthylenoberfl che abrollt und sich dabei il1 kürzester Entfernung zur Gegenelektrode (z. B. einer Umlenkwalze) befindet. Die Zuführung der hochfrequenten Hochspannung zur Rollenelektrode erfolgt in diesem Falle durch einen Schleifkontakt, der vorzugsweise aus einem flachgedrückten, dünnwandigem Rohr gebildet wird.
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richtung zur Behandlung einer bereits hergestellten Folie.
Die Tätigkeit des Generators kann augenblicklich durch Unterbrechung des Anodenstromkreises stillgelegt werden, wobei die Röhrenheizung eingeschaltet verbleibt und somit ein sofortiges Wiedereinschalten des Gerätes und der Wirkung garantiert.
Damit kann Gerät und Verfahren auch dort angewendet werden, wo die Behandlung diskontinuierlich erfolgen muss, wie dies an Schweissautomaten für Folien oder Behandlungsstationen für Hohlkörper der Fall ist.
Die augenblickliche Einschaltbarkeit der Wirkung bzw. hochfrequenten Entladung macht wirkung volle, nur durch Endschalter realisierbare Schutz- bzw. Überwachungsvorrichtungen möglich.
So kann z. B. ein einfacher Endschalter, der mit seinem Fühlhebel schleifend auf der Folie aufliegt
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den.
Ein gleicher Endschalter, der als Schliesser arbeitet kann z. B. bei der Vorbehandlung von Hohlkör-
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die Wirkung der HF-Entladung freigeben.
Die Bedienung des Röhrengenerators mit HF-Ausgangsübertrager in Verbindung mit der Flach-oder Rollenelektrode bringt keinerlei Gefahren mit sich, da der hochfrequente Wechselstrom nur an der Hautoberfläche abfliesst, dabei, wenn überhaupt, nur kleine Verbrennungen verursacht und die Nervenzellen der Haut nicht schädigt. Aus diesem Grunde sind an der Anlage umfangreiche Sicherheitsvorkehrungen für das Bedienungspersonal entbehrlich.
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Die erwähnte Behandlungsart ist auch bei Polyäthylen-Schlauchfolien mitSeitenfalte anwendbar, wobei die an den Seiten vorhandene vierfache Wandstärke im Vergleich zur doppelten Wandst rke in der Mitte der Folie keine Schwierigkeiten bietet.
Damit steht das Verfahren im Gegensatz zur Flammen-Kontaktmethode einerseits und zum Verfahren nach Dr. W. H. Kreidl anderseits, bei denen Perforationen der Bugkanten befürchtet werden mussten.
Folien zeigen über die Breite der Vorbehandlung eine Verbesserung der Zugfestigkeitswerte.
Doppelseitige Behandlung von Polyäthylen-Folien oder Körpern in einem Arbeitsgang ist möglich.
In diesem Falle ist das Dielektrikum (z. B. die Folie) zwischen den beiden Elektroden so zu fuhren, dass der jeweilige Abstand zwischen Elektrode zum Dielektrikum (Folie) annähernd gleich gehalten werden muss. Eine schleifende Auflage auf der Gegenelektrode (Umlenkwa : lze z.. B.) muss in diesem Falle vermieden werden.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht auf Grund der Kontrollierbarkeit von Anodensfom, Anodenspannung und Spannung zwischen den beiden Elektroden jederzeit eine einwandfreie Reproduzierbarkeit.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Verbesserung der Haftfähigkeit von Druckfarben, Klebstoffen öd. dgl. auf Polyäthy- lenobeiflächen, sowie zur Verbesserung der Zugfestigkeitswerte der behandelten Gegenstände, wobei die Oberfläche einer elektrischen Entladung ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladung durch ein hohes Hochfrequenzpotential hervorgerufen wird.