DE1128644B - Verfahren zur Modifizierung der Oberflaecheneigenschaften von verformten thermoplastischen Kunststoffen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Modifizierung der Oberflächeneigenschaften von verformten thermoplastischen Kunststoffen Geformte Gebilde aus thermoplastischen Kunst stoffen zeigen bei Gebrauch und Weiterverarbeitung oft ein nachteiliges Oberflächenverhalten. Unter geformten Gebilden werden z. B. Fasern, auch daraus hergestellte Fäden, Gewirke und Gewebe, weiter auch Filme, Folien oder Platten verstanden. Solche geformten Gebilde pflegen sich auf ihren Oberflächen elektrostatisch aufzuladen, was zum Aneinanderhaften von mehreren Gebilden und zu unerwünschter Verschmutzung führt. Sie besitzen außerdem nur geringe Neigung zum Eingehen einer Haftverbindung mit anderen Stoffen. Zur Beseitigung oder Verminderung der Bereitschaft zur elektrostatischen Aufladung hat man bisher die Oberfläche der geformten Gebilde mit leitfähigen Schichten versehen, die die Aufladungserscheinungen durch Abführen der Ladung unterdrücken. Die Aufbringung solcher astatisch wirkenden Schichten erfordert jedoch im allgemeinen die Verwendung und Wiederentfernung von Lösungsmitteln. Die aufgebrachten Substanzen bilden nach ihrer Aufbringung eine dem Kunststoff artfremde Schicht, die bisweilen für andere Zwecke der Gebilde unerwünscht oder sogar nachteilig sein kann, so bei Kunststoffolien, die zur Verpackung dienen (physiologische Erfordernisse), und bei Fasern, Fäden, Gewirken und Geweben, die für Bekleidungs7wecke oder für technische Zwecke verwendet werden.
• Auch der Abneigung der geformten Gebilde aus Kunststoffen, sich mit Materialien gleicher oder anderer Art verbinden zu lassen, was für ihre Verwendbarkeit oft von ausschlaggebender Bedeutung ist, ist man z. B. dadurch begegnet, daß man haftvermittelnde Stoffe aufträgt, meist unter Verwendung von Lösungsmitteln. Ein anderes, bei Polyäthylen angewendetes Verfahren besteht in einer oberflächlichen Flammbehandlung der geformten Gebilde.
• Bei Polyäthylen wird auch eine Behandlung mit oxydierenden Mitteln vorgeschlagen. Ebenfalls bekannt ist es, Kunststoffolien, vor allen Dingen solche aus Polyäthylen, stillen elektrischen Entladungen auszusetzen oder unter Anliegedruck an einem Reibkörper vorbeizuführen, der sich hierbei elektrostatisch auflädt und über eine von der Anliegestelle entfernt auf der abgewandten Folienseite angeordnete Ableitungselektrode unter Sprühen entlädt, um dadurch ihre Oberfläche so zu verändern, daß Druckfarben auf ihnen haften.
• Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zur Modifizierung der Oberflächeneigenschaften von verformten thermoplastischen Kunststoffen, wie Folien, Filmen, Fasern, Fäden, Gewirken oder Geweben, bei dem die geformten Gebilde der Einwirkung von in einem elektrischen Feo erfolgenden Entladungen ausgesetzt werden. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man die geformten Gebilde aus thermoplastischen Kunststoffen auf Temperaturen von mindestens 800 C erwärmt und in diesem Erwärmungszustand der Einwirkung der Coronaentladung aussetzt.
• Unter einer Coronaentladung wird die sichtbare Entladung (Glimmentladung) verstanden, die zwischen ein elektrisches Feld erzeugenden Elektroden eintritt, wenn die Feldstärke zur Ionisation des in dem Raum zwischen den Elektroden befindlichen Gases hoch genug ist. Die untere Grenze der Feldstärke für das Auftreten einer solchen Entladungserscheinung ist die Durchbruchsfeldstärke des zwi schen den Elektroden befindlichen Gases. Die Erwärmung der geformten Gebilde aus Kunststoff erfolgt während der Behandlung im elektrischen Feld oder unmittelbar bevor sie in das Feld verbracht werden. Sie kann durch eine gesonderte Wärmequelle vorgenommen werden, sie kann aber auch durch dielektrische Erwärmung mittels des elektrischen Feldes selbst erzielt werden. Die Temperatur der zu behandelnden Kunststoffgebilde beträgt erfindungsgemäß mindestens 80" C und richtet sich hinsichtlich der zulässigen Höhe nach der Natur des betreffenden Kunststoffes. Sie ist höchstens so hoch zu wählen, daß der Kunststoff durch die Wärmeeinwirkung noch nicht geschädigt wird. Um zu sehr kurzen Behandlungszeiten, d. h. zu einer schnellen Arbeitsweise zu kommen, ist es vorteilhaft, das Kunststoffgebilde während der Einwirkung des elektrischen Feldes so hoch zu temperieren, daß gerade noch keine Verschlechterung seiner Eigenschaften durch die Wärmeeinwirkung selbst erfolgt.
• Mit dem neuen Verfahren wird erreicht, daß sowohl die Aufladbarkeit von geformten Gebilden aus Kunststoffen unterdrückt als auch ihre Oberfläche gegenüber einer Reihe von anderen höhermolekularen Stoffen und gegenüber Druckfarben haftfähig gemacht wird. Durch einen Verfahrensschritt werden also zwei Effekte erreicht, die bislang nur durch mehrere Operationen erlangt werden konnten. Die Folien, Filme, Fasern, Fäden, Gewirke oder Gewebe werden durch das Verfahren gemäß der Erfindung in wirkungsvoller Weise antistatisch gemacht. Ein großer Vorteil dieser antistatischmachenden Behandlung ist es, daß der Effekt spülbeständig ist. Insbesondere wird weiter die Haftfähigkeit bei hydrophoben Kunststoffen, wie Polyterephthalsäureglykolestern, Polycarbonaten (vgl. die Abhandlung in Zeitschrift für Angewandte Chemie, Bd. 68, Jg. 1956, S. 633 bis 640), Polystyrol, gegenüber relativ hydrophilen Beschichtungsstoffen, z. B.
• Gelatine, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetale, wie Polyvinylbutyral, durch das vorliegende Verfahren stark verbessert. Ein anderer Vorteil des Verfahrens ist, daß reaktionsfähige niedermolekulare Substanzen, die zur Haftvermittlung zwischen wenig Affinität zueinander aufweisenden Kunststoffen dienen, wie Polyisocyanate oder Tetrabutyltitanat, bei der Verbindung von Polyterephthalsäureglykolester mit Polyäthylen zu erhöhter Wirksamkeit gebracht werden.
• Beispiele 1. Eine 50 p dicke, biaxial gereckte und wärmefixierte Folie aus Polyterepthalsäureglykolester wurde bei einer Temperatur von 140° C 30 Sekunden lang in ein elektrisches Feld gebracht, dessen Feldstärke 60 kV/cm betrug, und zwar nach folgender Versuchsanordnung: Einer geerdeten, heizbaren Metallplatte gegenüber befand sich in einem Abstand von wenigen Millimetern eine zweite Metallelektrode. Auf der Heizplatte lag eine Glasplatte, die den Luftspalt zwischen den beiden Elektroden zu zwei Dritteln ausfüllte. An die Elektroden wurde eine so hohe Spannung angelegt, daß die Feldstärke in dem Luftspalt zwischen der oberen Elektrode und der Glasplatte einen Wert von 60 kV/cm erreichte.
• Mit Hilfe der geerdeten Elektrode, die nun als Heizplatte diente, wurde die Glasplatte auf 1400 C aufgeheizt, und dann wurde eine Polyterephthalsäureglykolesterfolie, wie oben angegeben, daraufgelegt.
• Die elektrostatische Aufladbarkeit der Folie war nach dieser Behandlung auf unter 5% des ursprünglichen Wertes abgesunken. Dieser antistatische Effekt erwies sich als spülbeständig. Nach 15stündiger Wasserbehandlung der Folie, die der Corona behandlung ausgesetzt war, hatten sich deren antistatische Eigenschaften nicht verschlechtert. Behandelt man die Polyterephthalsäureglykolesterfolie in der gleichen Weise bei Zimmertemperatur, so wird keine merkliche Reduzierung der Aufladbarkeit erreicht.
• Außer der oben beschriebenen Versuchsanordnung sind auch andere Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet. Will man beispielsweise die Erwärmung des geformten Gebildes kurz vor dem Einbringen in das elektrische Feld vornehmen, so wendet man die üblichen Heizmethoden an, wie Infrarotheizung, Wärmeübertragung durch Kontakt mit geheizten festen, flüssigen oder gasförmigen Medien oder dielektrische Erwärmung. Die Erwärmung des geformten Gebildes ist hierbei vorteilhaft hoch genug zu wählen, daß das geformte Gebilde noch nach Einbringung in das elektrische Feld die optimale Behandlungstemperatur besitzt. Die Erwärmung des geformten Gebildes und die erfindungsgemäße Behandlung können auch zeitlich zusammengelegt werden, indem man das Gebilde in ein hochfrequentes Wechselfeld sehr hoher Feldstärke einbringt. Eine andere Möglichkeit, die für kontinuierliches Arbeiten besonders geeignet ist, liegt darin, in der genannten Weise das geformte Gebilde vorzutemperieren und es zusätzlich während der Behandlung zu beheizen.
• 2. Eine biaxial verstreckte und fixierte Folie aus Polyterephthalsäureglykolester wurde unter den im Beispiel 1 angegebenen Bedingungen einer Coronaentladung ausgesetzt Auf die so behandelte Folie wurde aus wäßriger Lösung eine Gelatineschicht aufgetragen, die bei 80"C getrocknet wurde und eine Bindung von 180 bis 200 glcm zeigte. In gleicher Weise auf eine gestreckte und fixierte, unbehandelte Polyterephthalsäureglykolesterfolie aufgetragene Gelatine zeigte eine Bindung von weniger als 50 glcm.
• Setzt man die Folie bei Zimmertemperatur der Coronabehandlung gleicher Intensität 30 Sekunden lang aus, so wird keine Verbesserung der Haftung gegenüber dem Wert für die unbehandelte Folie erzielt.
• Die Messung der Bindung erfolgte folgendermaßen: Aus der beschichteten Folie wurde ein 8 cm langer und 1 cm breiter Streifen herausgeschnitten.
• Nach Ablösung eines kurzen Stückes der Gelatineschicht am oberen Ende des Streifens wurde die Polyesterunterlage an einem Dynamometer befestigt und die Gelatineschicht langsam abgezogen.
• Man kann auf die prfindungsgemäß behandelte Folie an Stelle der wäßrigen Gelatinelösung eine methanolische Lösung von Weichmacher enthaltendem Polyvinylbutyral auftragen. Durch Erwärmen der beschichteten Folie bildet sich ein Polyvinylbutyralfllm auf der Folie. Dieser Film hat nach seiner Trocknung eine Bindung von 175 bis 200 g/cm.
• Verpreßt man auf die erfindungsgemäß behandelte Folie einen vorgebildeten Film aus Polyvinylbutyral 10 Minuten lang bei 220° C, so liegt die Bindung des Films an der Folie bei 350 bis 400 glcm.
• 3. Eine gereckte und fixierte Folie aus Polyterephthalsäureglykolester wurde bei 1500 C 20 Sekunden lang einem elektrischen Feld mit einer Feldstärke von 55 kV/cm ausgesetzt. Die derart behandelte Folie wurde im Anilindruckverfahren mit üblichen Farben bedruckt. Die Farben zeigten eine erheblich verbesserte Haftung.
• 4. Ein Gewebe aus Polyterephthalsäureglykolester wurde eine Minute bei 120"C einer elektrischen Glimmentladung ausgesetzt. Die elektrische Feldstärke betrug 70kV/cm. Die elektrostatische Aufladbarkeit des Gewebes war nach dieser Behandlung so weit herabgesetzt, daß beim Lagern des Gewebes in staubhaltiger Luft im Gegensatz zu unbehandeltem Gewebe keine ausgesprochene Staubansammlung auf diesem erfolgte.
• 5. Eine 40 p dicke Folie aus dem Polycarbonat des p,p'-Dihydroxydiphenylpropans-(2,2) wurde bei 1400 C 20 Sekunden einem elektrischen Feld mit einer Feldstärke von 65 kV/cm ausgesetzt. Die Oberflächenleitfähigkeit der Polycarbonatfolie wurde durch die vorgenannte Behandlung um zwei Zehnerpotenzen erhöht. Auf die so vorbehandelte Folie wurde eine wäßrige Gelatinelösung aufgegossen und zu einem Film getrocknet. Die Bindung zwischen Gelatinefilm und Folie betrug 350 bis 400 g/cm, während diejenige eines Gelatinefilms auf nicht erfindungsgemäß behandelter Polycarbonatfolie unter 50 g/cm liegt.
• Durch eine sich an die erfindungsgemäße Behandlung der Folie anschließende 15stündige Wasserbehandlung konnte die Oberflächenleitfähigkeit noch um eine weitere Zehnerpotenz erhöht werden. Für dieses Verfahren wird an dieser Stelle kein Schutz begehrt.
• 6. Eine Folie aus Celluloseacetat, Stärke 100 r, wurde 1 Minute bei 140"C in ein elektrisches Feld von 60 kV/cm eingebracht; Anschließend wurde die Folie 10 Stunden lang unter fließendem Wasser gehalten. Der Oberflächenwiderstand war von ursprünglich 1 1014 Q/cm auf einen Wert von 1 bis 10 1011 Q/cm abgesunken.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Modifizierung der Oberflächeneigenschaften von verformten thermoplastischen Kunststoffen, bei dem die geformten Gebilde der Einwirkung von in einem elektrischen Feld erfolgenden Entladungen ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebilde auf Temperaturen von mindestens 80"C erwärmt und in diesem Erwärmungszustand der Einwirkung der Coronaentladung ausgesetzt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 019 017.