DE19620634C2 - Verfahren zur Herstellung haftvermittelnder Schichten auf Kunststoffoberflächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung haftvermittelnder Schichten auf Kunst­ stoffoberflächen, insbesondere Polyolefinen, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Kunststoffe weisen neben ihrer oft sehr guten mechanischen Belastbarkeit, Hydrolyse- und chemischen Beständigkeit sowie Verarbeitbarkeit eine niedrige Oberflächenenergie auf. Ihre Weiterverarbeitung durch Beschichten bzw. Kleben ist daher problematisch und erfordert generell eine Vorbehandlung der zu beschichtenden bzw. zu klebenden Oberflächen. Derartige Vorbehandlungsverfahren sind bekannt, z. B. die Coronabehandlung, Plasma­ behandlung (DE 44 07 478 A1) und das Fluorieren. Die Coronabehandlung wird vorzugsweise für Folien eingesetzt. Die Reproduzierbarkeit der erhaltenen Ergebnisse wird durch die Abhängigkeit des Verfahrens von den Umgebungsbedingungen, wie z. B. Feuchtigkeit, eingeschränkt. Plasmaverfahren erfordern in der Regel das Arbeiten unter Vakuum mit speziellen Prozeßgasen und sind daher mit einem entsprechenden apparativen Aufwand verbunden (DE 44 07 478 A1, DE 30 26 615 A1, EP 0 076 562 A2). Außerdem liegt auch hier schlechte Reproduzierbarkeit der Ergebnisse vor, wodurch der technischen Anwendung dieses Verfahrens Grenzen gesetzt werden. Die Fluorierung erfolgt in einem Reaktor, eine örtliche Begrenzung der Vorbehandlung ist nur mit einem erhöhten Präparationsaufwand erreichbar (EP 0 116 499 A1, EP 0 510 503 A1). Weiterhin sind Verfahren bekannt, die die radioaktive Strahlung verwenden (DE 30 32 380 A1). Diese erfordern spezielle Handhabungstechniken und sind allgemein sehr kostenintensiv.

Zum Überwinden dieser Nachteile wurden verschiedene Varianten der Oberflächen­ vorbehandlung mit Laserstrahlen vorgeschlagen. So werden beispielsweise durch Bestrahlen mit einem Excimerlaser der Wellenlänge 193 bis 351 mm mit Paraffinwachs oder Zinkstearat bedeckte Polyurethanoberflächen gereinigt (EP 0 233 755 A2), um diese anschließend lackieren zu können. Als einfache Methode zum Überprüfen der Wirkung der Vorbehandlung, die i. a. allerdings nicht für Klebuntersuchungen ausreichend ist, wird oft ein Klebeband auf die beschichteten bzw. lackierten und anschließend getrockneten Oberflächen aufgebracht. Verbleibt bei dessen Abzug dann der Beschichtungswerkstoff unbeeinflußt auf dem behandelten Werkstück, so wird von einer positiven Vorbehandlungswirkung ausgegangen.

Dieses Verfahren ist jedoch nicht für Kunststoffe mit einer niedrigen Oberflächenenergie, z. B. Polyolefine anwendbar. Eine weitere Möglichkeit ist das Bestrahlen mit hohen Impulszahlen in radikalbildenden Medien wie beispielsweise Ammoniak, Chlor, Fluor, Chlorwasserstoff oder Distickstoffmonoxid (US 4 803 021, EP 0510 503 A1). Diese Verfahren sind jedoch problematisch in ihrer Handhabung, erfordern eine abgeschlossene Apparatur und in der Regel sehr lange Behandlungszeiten, die in einer Größenordnung von 9000 Impulsen liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung haftvermittelnder Schichten auf Kunststoffoberflächen anzugeben, das einfach und kostengünstig durchführbar ist und darüberhinaus die zu behandelnde Oberfläche nicht verändert.

Diese Aufgabe ist durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Haftfestigkeit für einen Klebe-, Beschichtungs- oder Lackiervorgang, sowie für das Bedrucken und Metallisieren wesentlich verbessert. Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß zur Herstellung haftvermittelnder Schichten auf Kunst­ stoffoberflächen mit niedriger Oberflächenenergie, insbesondere auf Polyolefinen, z. B. Polypropylen, aus einem harzhaltigen Material Harzbestandteile durch Bestrahlung mit UV- Licht verdampft und auf die zu beschichtende Oberfläche niedergeschlagen werden sollen. Von besonderem Vorteil ist dabei, daß das Verfahren auch unter Normalbedingungen, d. h. ohne Temperatur-, Druck- und Atmosphäreeinfluß durchgeführt werden kann.

Für die Klebungen wurde ein kalthärtendes Zweikomponenten-Epoxidharz verwendet. Die Aushärtung erfolgte stets in 24 Stunden unter Normalbedingungen. Die Klebungen erfolgten sofort nach der Laserbehandlung und nach dreiwöchiger Lagerung der Fügeteile unter Normalbedingungen.

Die in den Tabellen aufgeführten Zugscherfestigkeiten wurden in Anlehnung an die DIN 53 283 ermittelt. Die Prüfungen an den Klebungen erfolgten auch nach einer Auslagerung von sechs Monaten im Klimaschrank bei 40°C und 90% relativer Feuchte.

Die Vergleichsversuche erfolgten mit Polymerproben im Anlieferungszustand (ohne Oberflächenvorbehandlung).

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Fig. 1 dargestellt. Vorteilhafterweise wird mit Wellenlängen im Bereich von 157 bis 351 nm, vorzugsweise von 193 bis 248 nm, bei einer Frequenz von 5 bis 500 Hz oder auch mit kontinuierlich strahlenden Quellen gearbeitet. Als geeignet erwiesen sich Behandlungen mit 30 bis 150 Impulsen von je 20 ns Dauer mit einer Impulsenergiedichte von 0,1 bis 10 J/cm², vorzugsweise von 0,5 bis 5 J/cm². Die Impulszahl kann über die angegebenen Grenzen hinaus erhöht werden, bewirkt jedoch keine signifikante Verbesserung der Ergebnisse. Die Herstellung der haftvermittelnden Schichten kann sowohl im Vakuum als auch unter Normalbedingungen erfolgen. Als zu beschichtende Kunststoffe werden Polypropylen und Polyoxymethylen verwendet. Alle Behandlungen wurden mit der in der Fig. 1 dargestellten Apparatur vorgenommen. In einer mit einem UV- durchlässigen Quarzfenster 1 versehenen Kammer 2 wurden die zu behandelnden Proben 3 mit einer geeigneten Vorrichtung eingebracht. Nach dem Schließen der Kammer 2 wurde bei Bedarf Vakuum angelegt. Der Laserstrahl 4 wurde mit der Linse 5 auf eine Harzplatte 6 fokussiert, von der das abgetragene Material auf die Polymerprobe 3 niedergeschlagen wird. Die das Beschichtungsmaterial liefernde Harzplatte wurde aus einem aminisch gehärteten Epoxidharz hergestellt. Die Energiemessung erfolgt mit der Vorrichtung 7.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung haftvermittelnder Schichten auf Kunststoffoberflächen mit niedriger Oberflächenenergie, insbesondere Polyolefinen, unter Verwendung von UV- Licht, dadurch gekennzeichnet, daß ein gepulster Lichtstrahl (4) mit Wellenlängen des UV-Lichts auf einen harzhaltigen Werkstoff (6) derart fokussiert wird, daß dadurch Harzbestandteile definiert verdampfen und auf der zu behandelnden Kunststoffoberfläche (6) niedergeschlagen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlängen des verwendeten Lichts im Bereich von 193 bis 308 nm liegen mit Frequenzen von 1 Hz bis zum kontinuierlichen Betrieb.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 30 bis 150 Impulse von je 20 ns Dauer mit einer Impulsenergiedichte von 0,1 bis 10 J/cm², vorzugsweise von 0,5 bis 5 J/cm², verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsprozeß bei einem Vakuum von 1 mbar, vorzugsweise von 10^-1 mbar, durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behandlungsprozeß unter Normalbedingungen, auch ohne Rezipient, durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als zu beschichtende Kunststoffe Polypropylen und Ployoxymethylen verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die harzhaltigen Materialien aminisch gehärtete Epoxidharze sind.