DE102015005584A1

DE102015005584A1 - Verfahren zur Beschichtung von Glasoberflächen

Info

Publication number: DE102015005584A1
Application number: DE102015005584.4A
Authority: DE
Inventors: Lutz Stache
Original assignee: Crlstallca GmbH
Current assignee: Crlstallca GmbH
Priority date: 2015-05-04
Filing date: 2015-05-04
Publication date: 2016-11-10
Also published as: WO2016177362A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Glasoberflächen, wobei ein Mehrschichtensystem aufgetragen wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches es ermöglicht, verspiegelte Flächen in derart herzustellen, dass ein farbbrilliantes Bedrucken mit Farben in einem Mehrschichtensystem erfolgen kann, wobei die Spiegeloberfläche einen erhöhten Schutz vor Abrieb oder Zerkratzen aufweist. Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Glasoberfläche auf ihrer abgewandten Ansichtsseite (Rückseite) • in einem ersten Schritt einer Reinigung in mindestens einem Waschgang unterzogen wird, • in einem zweiten Schritt mindestens eine Farbschicht/Farbpunkte aufgetragen wird, • in einem dritten Schritt auf die Farbschicht mindestens 1 bis 3 weitere Farb-Schichten, bevorzugt einer weißen UV-Farbe aufgetragen wird, • die in einem vierten Schritt einer UV-Härtung unterzogen wird, • in einem fünften Schritt auf die Farbschicht mindestens 1 bis 3 weitere Farb-Schichten, bevorzugt einer weißen UV-Farbe aufgetragen wird, • die in einem sechsten Schritt einer UV-Härtung unterzogen wird, • worauf in einem siebten Schritt eine Silberbeschichtung durchgeführt und • nach einer ausreichenden Trocknung in einem achten Schritt eine 1 bis 3 Schichten aufweisende Schutzlackschicht aufgetragen, die • in einem neunten Schritt einer Lufttrocknung oder bei 120 bis 180 Grad, vorzugsweise bei 120°C mittels Heißluft oder in einem Ofen getrocknet und/oder gehärtet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung von Glasoberflächen, wobei ein Mehrschichtensystem aufgetragen wird.
Durch die Art der Beschichtung von Glasoberflächen kann man den gewünschten Wellenlängenbereich mit hohem Reflexionsfaktor vorgeben:

• Metallbeschichtungen reflektieren im sichtbaren Bereich gut (≈ 95%), versagen aber bei Silber und Gold im UV-Bereich,
• Dichroitische dielektrische Spiegel (Interferenzspiegel) bestehen aus mehreren transparenten Schichten mit abwechselnd jeweils unterschiedlichem Brechungsindex auf einem Glassubstrat. Sie reflektieren nur in einem begrenzten Wellenlängenbereich sowie in einem begrenzten Einfallswinkel. Man kann sie so aufbauen, dass sie entweder nur in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich sehr gut reflektieren (≈ 99,9%) oder beispielsweise den gesamten IR-Bereich durchlassen (Kaltlichtspiegel bei Halogenlampen).

Als Substrat kommen auch Metalle, Kunststoffe und sogar einkristalline Stoffe zum Einsatz. Kriterien für die Substratwahl sind dessen Bearbeitbarkeit, Wärmeausdehnungskoeffizient, Preis und – besonders bei hohen Leistungen – die Wärmeleitfähigkeit. Zur Materialbearbeitung mit Kohlendioxidlasern werden oft Ganzmetallspiegel aus Kupfer eingesetzt.
Haushaltspiegel und Spiegel an KFZ (Außenspiegel, Scheinwerfer) bestehen aus einer Aluminiumschicht hinter Glas oder auf Kunststoffen. Früher verwendete man für Haushaltspiegel Silberschichten, diese neigten jedoch zum Anlaufen und liefern ein leicht gelbstichiges Bild.
Silber- und Goldschichten, aber auch Kupfer sind jedoch für Infrarot gut geeignet. Die Reflexion im mittleren und fernen Infrarotbereich korreliert mit der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten Metalls.
Für Ultraviolett werden Aluminium oder dielektrische Schichten verwendet.
Röntgenstrahlung kann nur in einem sehr flachen Winkel zur Oberfläche (Einfallswinkel ≈ 90°) von Metallen reflektiert werden. Ursachen sind die sehr geringe Kohärenzlänge und der Abstand der Atome, der etwa genauso groß ist wie Wellenlänge. Durch den flachen Auftreffwinkel wird der scheinbare Atomabstand verringert.
Für gute Abbildungseigenschaften muss ein Spiegel (z. B. in Spiegelreflexkameras, Spiegelgalvanometern und Spiegelteleskopen) im Gegensatz zu Haushaltspiegeln die Spiegelschicht vorn tragen (Oberflächenspiegel). Die Spiegelschicht muss in diesem Fall meist durch eine dünne, möglichst harte transparente Deckschicht vor Oxidation und mechanischer Beschädigung geschützt werden.
Als Interferenzspiegel werden oft auch als Spiegel te Reflexionsgitter bezeichnet. Sie bestehen aus einer mit mikroskopischen Rillen versehenen Spiegelschicht. Sie werden in Spektrometern und Monochrometern verwendet, um einzelne Wellenlängen zu separieren.
Teildurchlässige Metallschicht-Spiegel beruhen auf einer Eigenschaft, die bereits auch unbeschichtete Glasoberflächen besitzen. Sie sind in einem breiten Wellenlängenbereich teilreflektierend.
Solche teiltransparenten Spiegel haben auf einer Glasscheibe eine reflektierende Schicht (Silber, Gold oder andere Metalle), die wesentlich dünner (einige 10 nm) ist, als bei einem normalen Spiegel, so dass nur noch ein Teil des auftreffenden Lichts reflektiert wird und ein weiterer Teil absorbiert wird oder ungehindert hindurchtritt.
Halbdurchlässige Spiegel sind auch als „Spionspiegel” oder Teilerspiegel bekannt und dienen als Strahlteiler: Ein Teil des einfallenden Lichtes wird reflektiert, der Rest durchgelassen (eine Absorption werde hier vernachlässigt). Die jeweiligen Anteile lassen sich durch Wahl einer geeigneten Zusammensetzung der aufgetragenen Reflexionsschicht bestimmen.
Dünne Goldschichten reflektieren vorrangig im Infrarot, sind jedoch im sichtbaren Licht bläulich transparent.
Interferenzspiegel sind abseits ihrer Bemessungswellenlänge immer teiltransparent. Sie tragen auf einem Glassubstrat mehrere transparente Schichten mit abwechselnd jeweils unterschiedlichem Brechungsindex. Die Dicke der Schichten beträgt die halbe Wellenlänge der zu reflektierenden Strahlung.
Interferenzspiegel reflektieren nur in einem begrenzten Wellenlängenbereich sowie in einem begrenzten Einfallswinkel, erreichen hierbei jedoch wesentlich höhere Reflexionsgrade (> 99,9%), als dies mit Metallspiegeln (bis etwa 96%) möglich ist.
Interferenzspiegel können auch als verlustarme teiltransparente Spiegel (Strahlteiler) sowie zur Aufteilung in verschiedene Wellenlängen bzw. als Farbfilter (Interferenzfilter) verwendet werden.
Bekannt ist ein beschichteter Gegenstand mit schützender Zweischicht-Überzugsbeschichtung aus Nitrid und Zirkon- oder Chromoxid, wobei das Schichtsystem eine erste dielektrische Schicht aufweist, worüber eine zweite Infrarot reflektierende Schicht angeordnet ist, darüber eine Mehrschichtüberzugsbeschichtung (Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Zirkonoxid) aufgelegt wird ( DE 20 2004 021 916 U1 ).
Aus der DE 602 20 066 T2 ist eine photoaktive Beschichtung und ein Verfahren zu dessen Herstellung bekannt, wobei diese Beschichtung sich aus mehreren Teilschichten zusammensetzt. Im Vorfeld der Beschichtung wird eine Dampfphasen-Abscheidung durchgeführt.
Die DE 695 24 952 T2 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung elektrochromer Spiegel, die eine Variierung der Lichtdurchlässigkeit für eine bsplw. Verwendung in Rückspiegeln, Fenstern und Sonnendächern für Motorfahrzeuge gewährleistet.
Aus der DE 601 26 703 T2 ist ein reflektives Mehrschichtsystem für den extrem ultravioletten Wellenlängenbereich bekannt, welches aus abwechselnden Schichten von Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes oder Absorptionskoeffizienten und aus einem schützenden Bedeckungsschichtsystem hergestellt wird, wobei das schützende Bedeckungsschichtsystem aus: Kohlenstoff, der mit Ruthenium abgedeckt ist, Siliziumkarbid, das mit Ruthenium abgedeckt ist, Molybdänkarbid, das mit Ruthenium abgedeckt ist, Aluminiumoxid, das mit Ruthenium abgedeckt ist, Titannitrid, das mit Ruthenium abgedeckt ist, oder Titandioxid, das mit Ruthenium abgedeckt ist, besteht.
Die DE 200810031889 B4 geht von der Überlegung aus, dass zur Sicherstellung der gewünschten qualitativ hochwertigen Eigenschaften eines Kraftfahrzeugspiegels mit besonders einfach gehaltenen Mitteln die Einbringung von Inhomogenitäten in das Spiegelsystem oder insbesondere in dessen elektrisch schaltbares elektrochromes Mehrschichtsystem konsequent vermieden werden sollte. Derartige Inhomogenitäten im Mehrschichtsystem können insbesondere infolge unsachgemäßer oder auch materialbeanspruchender Behandlung in einzelnen Arbeitsschritten des Herstellungsprozesses erzeugt werden, wobei insbesondere jede Art von Verschmutzung wie beispielsweise Fingerabdrücke auf den Substraten bei der Herstellung oder jede Art von Beschädigung, beispielsweise in Form von Kratzern, zu Inhomogenitäten im Mehrschichtsystem und damit zu Beeinträchtigungen beim Schaltvorgang der Spiegel führen kann. Des Weiteren kann es bei der Bearbeitung und insbesondere bei der Herstellung des Mehrschichtsystems im Vakuum-Beschichtungsprozess zu Abschattungen im Bereich der Auflageflächen der einzelnen Gerätschaften beim Beschichten des Substrats und dadurch bedingten Inhomogenitäten im Mehrschichtpaket kommen.
Um diese möglichen Fehler- oder Störquellen konsequent gering zu halten oder ganz zu vermeiden, ist vorgesehen, die eigentliche Beschichtung auf einem im Hinblick auf den endgültigen Anwendungszweck und die dadurch bedingte endgültig vorgesehene Außenkontur des fertiggestellten Spiegels eigentlich zu großen Spiegelsubstrat vorzunehmen, so dass für die zwischenzeitliche Handhabung des noch nicht oder nur teilweise beschichteten Spiegelsubstrats ein äußerer, der eigentlich gewünschten Kontur nicht zuzurechnender Randbereich verbleibt, an dem das Spiegelsubstrat zwischenzeitlich ohne nachteilige Folgen für das eigentlich vorgesehene Mehrschichtsystem berührt und zu Handhabungszwecken mechanisch kontaktiert werden kann. Die in diesem Bereich auftretenden Abschattungen im Bereich der Auflageflächen beim Beschichten bleiben damit ebenfalls ohne negativen Einfluss auf das eigentlich herzustellende Mehrschichtsystem im Innenbereich der gewünschten Kontur.
Die Schichten des Mehrschichtsystems werden dabei vorteilhafterweise vollflächig in dem Sinne aufgebracht, dass zunächst eine Beschichtungsfläche beschichtet wird, die über die endgültig vorgesehene Spiegelkontur hinausreicht. Diese Beschichtungsfläche kann die gesamte Oberfläche des zu beschichtenden Substrats oder Einzelnutzens abdecken oder auch unbeschichtete Randbereiche freilassen. Vorteilhafterweise wird dabei als Teil des Mehrschichtsystems auf das Spiegelsubstrat eine Reflektorschicht aufgebracht. Die Reflektorschicht wird dabei vorteilhafterweise ebenfalls vollflächig aufgebracht, so dass die Beschichtungsfläche über die eigentlich vorgesehene Außenkontur des Spiegels hinausgeht.
Dem bekannten Stand der Technik ist gemeinsam:

• die Glasbeschichtungen/-verspiegelungen auf der Vorderseite der Glasfläche angebracht werden,
• damit kein ausreichender Kratzschutz gegeben ist,
• die Farbbrillanz der Lackierungen unzureichend entwickelt ist,
• das Haftvermögen der Lackierungen nicht ausreichend ist,
• vorzugsweise nur mineralische Farben verwendet werden können, was zu einem erhöhten Aufwand beim Einbrennen dieser Farben (ca. 500°C) führt,
• keine Tiefenwirkung des Druckes erreichbar,
• bislang keine lange Haltbarkeit, da Vergilbung, Verblassung, Oxidierung der Oberfläche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, welches es ermöglicht, verspiegelte Flächen in derart herzustellen, dass ein farbbrilliantes Bedrucken mit Farben in einem Mehrschichtensystem erfolgen kann, wobei die Spiegeloberfläche einen erhöhten Schutz vor Abrieb oder Zerkratzen aufweist.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass
die Glasoberfläche auf ihrer abgewandten Ansichtsseite (Rückseite)

• in einem ersten Schritt einer Reinigung in mindestens einem Waschgang unterzogen wird,
• in einem zweiten Schritt mindestens eine Farbschicht/Farbpunkte aufgetragen wird,
• in einem dritten Schritt auf die Farbschicht mindestens 1 bis 3 weitere Farb-Schichten, bevorzugt einer weißen UV-Farbe aufgetragen wird,
• die in einem vierten Schritt einer UV-Härtung unterzogen wird,
• in einem fünften Schritt auf die Farbschicht mindestens 1 bis 3 weitere Farb-Schichten, bevorzugt einer weißen UV-Farbe aufgetragen wird,
• die in einem sechsten Schritt einer UV-Härtung unterzogen wird,
• worauf in einem siebten Schritt eine Silberbeschichtung durchgeführt und
• nach einer ausreichenden Trocknung in einem achten Schritt eine 1 bis 3 Schichten aufweisende Schutzlackschicht aufgetragen wird, die
• in einem neunten Schritt einer Lufttrocknung oder bei 120 bis 180 Grad, vorzugsweise bei 120°C mittels Heißluft oder in einem Ofen getrocknet und/oder gehärtet wird.

Die Farbschichten werden dabei in derart aufgetragen, dass ein farbfreier Rand im Außenbereich der Glasoberfläche verbleibt. Der farbfreie Randbereich wird vorzugsweise in einer Breite von 1 bis 8 mm ausgeführt.
Die Silberbeschichtung wird im Unterschied dazu bis zum Rand der Glasoberfläche vorzugsweise mittels Silbernitrat ausgeführt.
Die Schutzlackschicht wird um die Außenkanten/-flächen der Beschichtung sowie der Glasoberfläche in einer Breite von mindestens 0,1 mm herum gelegt wird, so dass die Silberschicht nicht durch Luft oder Wasser erreicht wird.
Abschließend werden die abgewinkelten Außenkanten der Glasoberfläche im Anschluss an die herumgelegte Schutzlackschicht von Lackresten mittels vorzugsweise einer Eisen-III-Chlorid-Lösung gereinigt, die anschließend abgewaschen wird.
Als UV-Farben werden acrylatbasierende Tinten verwendet. Sie werden vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 8–15 Micron aufgetragen und danach bei 250 mJ/m² mit UV-Licht gehärtet.
Gewaschen bzw. vorbehandelt wird mit Bimsmehl (Natrium-Aluminium-Silikat), um Fette, Luftfeuchtigkeit etc. zu entfernen. Anschließend wird das Bimsmehl mit Wasser abgewaschen. Bei hartnäckig verschmutzten Scheiben kann auch Alkohol benutzt werden, welcher aber zu 100% wieder abgewaschen werden muss, weil ansonsten bei der anschließenden Verspiegelung Flecken entstehen (chemische Reaktion).
Es gibt bevorzugt zwei Varianten die fertiglackierten Spiegel zu trocknen. Bei Variante 1 werden die Spiegel mit dem genannten Lack an der Luft für mindestens 24 Stunden getrocknet. Bei Variante 2 werden die Spiegel in einem thermischen Prozess getrocknet, indem sie auf einem Fließband durch einen Ofen für 5 Minuten bewegt werden. Die Temperaturen liegen dann bei 120°C und dürfen 150°C nicht überschreiten (> 150°C maximal 1 Minute). Sollten die Temperaturen oder Haltezeiten überschritten werden Vergasen die Farben und alle Schichten (Druck, Silber, Lack) platzen auf.
Vorteile der Erfindung:

• durch die erfindungsgemäße Anbringung der Beschichtungen auf der Rückseite der Glasfläche (Ansichtsfläche) ist ein sehr guter Schutz vor Zerkratzungen möglich,
• dennoch wird eine hohe Farbbrillianz erreicht, da durch den besonderen Aufbau/Reihenfolge der einzelnen Schichten bzw. der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte und den Einsatz spezieller Farben überwiegend mittels UV-Härtung eine hohe Beständigkeit und sehr hohe Strahlkraft der Farben erreicht wird,
• durch die spezielle Ausprägung der Randbereiche der beschichteten Glasfläche wird ein sehr haltbarer Kantenschutz erreicht, der darüber hinaus einen sehr schönen Abschluss bildet,
• im Vergleich zu bestehenden Verfahren sehr hohe Farbbrillanz.

Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 – den Schichtenaufbau der Beschichtung im Querschnitt
2 – die Ausführung des Randbereiches der Glasflächen in der Draufsicht
3 – den Kantenbereich der versiegelten Glasflächen im Querschnitt
Die 1 stellt einen Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Aufbau der Glasbeschichtung dar.
Auf die Glasfläche 1 kommt nach der Grundreinigung derselben eine Farbschicht 2, die aus einer Farbe besteht, welche mittels UV-Bestrahlung 3 ausgehärtet wird. Als UV-Farben werden acrylatbasierende Tinten verwendet. Sie werden vorzugsweise mit einer Schichtdicke von 8–15 Micron aufgetragen und danach bei 250 mJ/m² mit UV-Licht gehärtet.
Nach der Farbschicht 2 wird/werden mindestens eine und höchstens drei Schichten einer weißen UV-Farbe 5 aufgebracht. Diese beiden Schichten 2 und 3 werden jetzt mittels UV-Härtung ausgehärtet.
Dann wird erneut im Schritt 5 mittels weißer UV-Farbe gedruckt und im Schritt 6 erneut UV-gehärtet. Das erneute Bedrucken mit weißer UV-Farbe und UV-härten ist unverzichtbar, um die Farben zu festigen und sie beim späteren Produktionsprozess im Schritt 7 vor der Silberbeschichtung zu schützen, da das aufzutragende Silbernitrat aus Silber und Salpetersäure besteht und somit äußerst aggressiv ist. Aus den genannten Gründen ist es erfindungsgemäß notwendig, den eigentlichen Farbdruck durch die geschilderten Weißhinterlegungen zu schützen. Ohne diese Weißdrucke funktioniert die anschließende Verspiegelung nicht, da das Silbernitrat die Farben schädigt und zerfrisst.
Zum Schluss erfolgt das Aufbringen eines Schutzlackes 8 in ein bis drei Schichten, mit einer Schichtdicke von 40 bis 60 nm, der entweder luftgetrocknet oder mittels Ofen oder Heißluft bei 120 bis 150°C (ca. 5 bis 10 min.) getrocknet und/oder gehärtet wird.
Der Randbereich 10 der Glasfläche 1 wird so ausgeführt, dass ein 1 bis 8 mm breiter Rand verbleibt, der silber- und schutzlackbeschichtet wird, jedoch keine Farbschichten aufweist. Dabei wird der Schutzlack 8 um die Glaskante in einer in einer Breite von mindestens 0,1 mm herum gelegt wird, so dass die Silberschicht nicht durch Luft oder Wasser erreicht wird.
Verunreinigungen durch die Silberbeschichtung 7 und/oder dem Schutzlack 8 werden mittels vorzugsweise einer Eisen-III-Clorid-Lösung gereinigt, die anschließend abgewaschen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202004021916 U1 [0017]
DE 60220066 T2 [0018]
DE 69524952 T2 [0019]
DE 60126703 T2 [0020]
DE 200810031889 B4 [0021]

Claims

Verfahren zur Beschichtung von Glasoberflächen, wobei ein Mehrschichtensystem aufgetragen wird, gekennzeichnet dadurch, dass die Glasoberfläche auf ihrer abgewandten Ansichtsseite (Rückseite) • in einem ersten Schritt einer Reinigung in mindestens einem Waschgang unterzogen wird, • in einem zweiten Schritt mindestens eine Farbschicht/Farbpunkte aufgetragen wird, • in einem dritten Schritt auf die Farbschicht mindestens 1 bis 3 weitere Farb-Schichten, bevorzugt einer weißen UV-Farbe aufgetragen werden, • die in einem vierten Schritt einer UV-Härtung unterzogen wird, • in einem fünften Schritt auf die Farbschicht mindestens 1 bis 3 weitere Farb-Schichten, bevorzugt einer weißen UV-Farbe aufgetragen werden, • die in einem sechsten Schritt einer UV-Härtung unterzogen wird, • worauf in einem siebten Schritt eine Silberbeschichtung durchgeführt und nach einer ausreichenden Trocknung • in einem achten Schritt eine 1 bis 3 Schichten aufweisende Schutzlackschicht aufgetragen wird, die • in einem neunten Schritt einer Lufttrocknung oder bei 120 bis 180 Grad, vorzugsweise bei 120°C mittels Heißluft oder in einem Ofen getrocknet und/oder gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die Farbschichten in derart aufgetragen werden, dass ein farbfreier Rand 10 im Außenbereich der Glasoberfläche verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der farbfreie Randbereich 10 in einer Breite von mindestens 1 bis 8 mm ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass die Silberbeschichtung 7 bis zum Rand der Glasoberfläche ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass die Schutzlackschicht 8 um die Außenkanten/-flächen der Beschichtung sowie der Glasoberfläche in einer Breite von mindestens 0,1 mm herum gelegt wird, so dass die Silberschicht 7 nicht durch Luft oder Wasser erreicht wird und somit Druckfarben und Silber von äußeren Einflüssen geschützt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass die abgewinkelten Außenkanten der Glasoberfläche im Anschluss an die herumgelegte Schutzlackschicht 8 von Lackresten gereinigt und/oder abgewaschen werden.
Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass die Abreinigung der Außenkanten mittels Eisen-III-Chlorid-Lösung durchgeführt wird, welches abschließend abgewaschen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, gekennzeichnet dadurch, dass die Glasoberfläche vor dem Waschen mittels eines Bimsmehles (Natriumaluminiumsilikat) eingerieben und behandelt wird und danach der eigentliche Waschgang durchgeführt wird.