DE69430754T2 - Verfahren zur Herstellung einer Acrylatbeschichtung - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die Abscheidung von den Durchtritt von Sauerstoff oder anderen Gasen verhindernden Sperrschichten. Derartige Materialien können zur Herstellung von Hochspannungs-Kondensatoren eingesetzt werden. Es werden technische Lösungen für die Acrylatabscheidung und -haftung beschrieben.
• Zahlreiche Produkte, einschließlich zahlreicher Lebensmittel sind in dünnwandigen Kunststoff-Folientaschen oder dergleichen abgepackt. Die dünnen Folien sollten resistent gegen einen Durchtritt von Sauerstoff, Wasserdampf und Riechstoff bildenden Gasen sein.
• Derartige Sperrschichten sind gemeinhin aus kostenaufwendigen Kunststoffen gefertigt, da preisgünstigere Schichten zu durchlässig für Sauerstoff oder Wasser sind, um eine lange Lagerfähigkeit zu ermöglichen. Kostengünstigere Sperrschichten sind daher äußerst erstrebenswert.
• Es gibt zahlreiche Produkte, die in Flaschen, Schläuchen oder Ampullen bzw. kleinen Fläschchen abgepackt sind, die ebenfalls eines Schutzes gegen Oxidation oder Kontamination durch Umgebungsgase bedürfen oder die in undurchlässigen Behältnissen aufgenommen sein müssen, so daß der Inhalt nicht durch Diffusion durch die Behältnisse verlorengeht.
• Das US Patent 4 842 893 offenbart einen Hochgeschwindigkeitsprozeß zum Beschichten von Substraten mit dünnen organischen Beschichtungen im Vakuum. Der Prozeß beinhaltet die Kühlung des Trägers (Trommel) auf eine Temperatur im Bereich von 20ºC bis 80ºC und die Kondensation eines verdampften Acrylatmonomers eines Molekulargewichts von 150 bis 1000 auf einem auf der Trommel befestigten Substrat.
• Elektrische Kondensatoren werden zum Speichern von Energie in einer Vielfalt von Anwendungen verwendet. Betriebsspannungen für derartige Bauelemente reichen von wenigen Volt, wie sie für elektronische Miniaturschaltungen Einsatz finden, bis zu Tausenden Volt, wie sie Energieversorgungseinrichtungen bzw. Starkstromanlagen eingesetzt werden.
• Für geringe und mittlere Spannungen (generell unter 600 Volt) werden gemeinhin metallisierte Dielektrikalagen verwendet. Hochspannungskondensatoren werden im allgemeinen aus Aluminiumfolien-Elektroden und Lagen aus dielektrischem Material wie thermoplastischem Polypropylen und Polyesterfolien aufgebaut. Für den Einsatz bei mehr als 600 Volt vorgesehene Kondensatoren sind vollständig mit einer dielektrischen Flüssigkeit mit guten Gasabsorptionseingenschaften imprägniert. Typische dielektrische Flüssigkeiten mit guten Gasabsorptionseigenschaften sind PXE (Phenyl-Xylyl-Ethan), MIPB (Monoisopropyl-Biphenyl), DOP (Dioctyl-Phthalat), Rizinusöl, Polypropylen-Glykol und Mineralöl.
• Hochspannungskondensatoren waren nicht imstande, den Vorteil der Selbstheilungseigenschaften metallisierter Elektroden zu bieten. Die dielektrische Flüssigkeit bewirkt ein Quellen der thermoplastischen Lagen, wodurch ein Brechen der Dünnschichtmetallelektrode hervorgerufen wird, und es kommt zu einer Schaltkreisunterbrechung. Es wäre anzustreben, über gewickelte Kondensatoren für höhere Spannungen zu verfügen, die mit metallisierten Folien hergestellt sind und bei denen es zu einer Selbstheilung kommen kann, einschließlich auch für den häufigen Fall, daß der Kondensator mit Flüssigkeit gefüllt werden muß.
• Es gibt daher ein Verfahren zum Herstellen eines mit einer Acrylatschicht beschichteten Substrats gemäß Definition durch die Merkmale im Anspruch 1, bei dem das Substrat zuerst außerhalb einer Bedampfungs- oder Abscheidungsstation auf eine Temperatur zwischen 0ºC und 15ºC abgekühlt wird. Das abgekühlte Substrat wird unter Verwendung einer Beschichtungstrommel, die auf eine Temperatur zwischen 0ºC und 15ºC gekühlt, durch eine Abscheidungsstation geführt. In einer Abscheidungsstation wird eine Acrylatmonomer, welches ein durchschnittliches Molekulargewicht im Bereich von 200 bis 600 aufweist, verdampft und auf dem Substrat als Acrylatfilm kondensiert. Der Acrylatmonomerfilm wird zur Ausbildung einer polymerisierten Acrylatschicht polymerisiert. Ferner gibt es ein Verfahren, welches durch die Merkmale des Anspruchs 7 definiert ist.
• Fig. 1 zeigt schematisch einen Kondensator mit metallisierter Folie.
• Fig. 2 zeigt in drei transversalen Querschnitten für die Wicklung des Kondensators geeignete Materialien, wobei Fig. 2a zwei in einem Kondensator eingesetzte beschichtete Lagen oder Folien zeigt, Fig. 2b eine nur auf einer Seite beschichtete Lage zeigt und Fig. 2c eine Lage zeigt, bei der die Beschichtungssequenz umgekehrt ist.
• Fig. 3, 4 und 5 zeigen in transversalem Teilquerschnitt weitere Beispiele für zum Wickeln von Kondensatoren geeigneten Materialien.
• Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Beschichtungsvorrichtung zur Herstellung eines solchen Kondensatorlagenmaterials.
• Fig. 7 zeigt einen graphischen Verlauf, wobei die Achsen die Acrylatschrumpfung bzw. einer Schichtdicke darstellen.
• Fig. 8 zeigt einen graphischen Verlauf, in dem der Kondensationswirkungsgrad als Funktion der Temperatur dargestellt ist.
• Fig. 9 zeigt einen transversalen Teilquerschnitt eines Kondensators, der mit einer metallisierten Lage hergestellt ist, die mit einem polymerisierten Acrylat beschichtet ist.
• Fig. 10 zeigt im transversalen Querschnitt ein beschichtetes Polypropylen mit geringer Sauerstoffdurchlässigkeit.
• Fig. 11 zeigt im transversalen Querschnitt ein beschichtetes thermoplastisches Substrat mit geringer Sauerstoffdurchlässigkeit.
• Fig. 12 zeigt ein exemplarisches Behältnis, welches gemäß den Prinzipien dieser Erfindung aufgebaut ist.
• Fig. 13 ist eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Beschichten von Substraten durch Sprühen.
• Fig. 14 ist eine schematische Darstellung einer Beschichtungsvorrichtung zum Ausbilden eines Sperrschichtmaterials.
• Ein beispielhafter Kondensator 10 umfaßt einen zylindrischen dosenartigen Körper 11, dessen Enden in Fig. 1 weggeschnitten sind, um die Kondensatormaterialrolle 12 im Innern des Körpers zu zeigen. Die den Kondensator bildenden Materialschichten sind zu einer zylindrischen Rolle aufgewickelt. Im Endeffekt umfaßt die Rolle aus Kondensatormaterial alternierende Schichten aus Metall und Dielektrikum, die zu einer dichten Spirale zusammengerollt sind. Die Metallschichten bilden die Elektroden des Kondensators und das dielektrische Material zwischen den Elektroden ermöglicht die Akkumulation von Ladung im Kondensator. Ein derartiger Kondensator, gedacht für den Einsatz bei höheren Spannungen kann mit einer dielektrischen Flüssigkeit gefüllt sein, wie die oben erwähnten Fälle.
• Fig. 2 zeigt in drei fragmentarischen transversalen Querschnitten exemplarische Materialien zum Wickeln eines solchen Kondensators. Eine zum Wickeln eines Kondensators geeignete Lage umfaßt ein thermoplastisches Substrat 13 wie z. B. eine dünne Polypropylen- oder Polyesterfolie, die über eine stabile Dielektrizitätskonstante und hohe Durchschlagsfestigkeit verfügt. Es ist zumindest auf einer Seite des Substrats eine Metallschicht 14, die im Vakuum abgeschieden oder aufgesputtert sein kann, aufgebracht. Eine Schicht aus polymerisiertem Acrylat 16 ist entweder oberhalb oder unterhalb der Metallschicht aufgebracht, wie weiter unten erläutert ist. Im in Fig. 2a gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine weitere Schicht aus polymerisiertem Acrylat 17 auf der entgegengesetzten Seite des · Substrats aufgebracht.
• Die beiden Materiallagen, die zur Herstellung eines Kondensators geeignet sind und manchmal in Kondensatoren verwendet werden, sind in Fig. 2a gezeigt. Bei jeder Lage ist ein Teil der Metallisierungs-Schicht 14 längs einer Kante der Lage freigelegt. Das heißt, daß ein Teil der Metallisierungs-Schicht in diesem Ausführungsbeispiel nicht von einer isolierenden Acrylatschicht bedeckt ist. Diese freiliegenden Kanten der Metallschicht liegen an entgegengesetzten Rändern benachbarter Lagen im Kondensator vor und sehen einen Bereich vor, an dem ein elektrischer Kontakt hergestellt werden kann, so daß alternierende Lagen des Kondensatormaterials die entgegengesetzten Platten des Kondensators bilden.
• Fig. 2b zeigt eine weiteres Beispiel für eine Lage zum Herstellen eines gerollten Kondensators. Hier ist eine Metallschicht 14 auf dem Substrat 13 abgeschieden und es ist eine Schicht aus polymerisiertem Acrylat 16 über der Metallschicht ausgebildet. Die gesamte Metallschicht ist mit Acrylat bedeckt. Nur eine Seite des Substrats weist eine Acrylatbeschichtung auf.
• Das in Fig. 2c gezeigte Ausführungsbeispiel kehrt die Schichten auf dem Substrat um. In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Schicht aus polymerisiertem Acrylat 16 direkt auf dem Substrat 13 ausgebildet. In direktem Kontakt mit oder über der Acrylatschicht ist eine Metallschicht 14 abgeschieden. Wiederum gibt es keine Acrylatschicht auf der entgegen gesetzten Seite des Substrats. Die Metallschicht kann sich vollständig bis zu jeder Kante der Lage erstrecken oder kann entlang einer Kante um eine kurze Distanz von der Kantenlage beabstandet sein.
• Fig. 3 zeigt eine Variation des Kondensatormaterials, welches eine Schicht aus polymerisiertem Acrylat 18 auf jeder Seite eines thermoplastischen Substrats 19 aufweist. Auf der Oberseite einer der Acrylatschichten ist eine Metallschicht 21 abgeschieden.
• Fig. 4 zeigt eine weitere geringfügige Variation von einem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 mit einer Schicht aus polymerisiertem Acrylat 22 auf jeder Seite eines Substrats 23. Eine Metallschicht 24 ist zumindest auf einer Seite der Acrylatschichten abgeschieden. Eine dritte Schicht polymerisierten Acrylats 26 ist über der Metallschicht ausgebildet. Jedwede dieser Variationen kann zur Herstellung von Kondensatoren verwendet werden.
• Es ist nicht immer erforderlich, daß ein Kondensator mit beiden Elektroden in Form von metallisierten dielektrischen Materiallagen hergestellt wird. So kann beispielsweise gemäß der Darstellung der Fig. 5 ein Kondensator eine auf einem thermoplastischen Substrat 27 ausgebildete Elektrode aufweisen. Es ist auf jeder Seite des Substrats eine Schicht aus polymerisiertem Acrylat 28 ausgebildet. Es wird zur Ausbildung der einen Elektrode eine Metallschicht 29 abgeschieden. Die andere Elektrode in einem solchen Kondensator umfaßt eine Lage aus einer Aluminiumfolie 31. Diese Elektrode kann von einer (nicht dargestellten) anliegenden Metallschicht auf einem weiteren Substrat über eine Lage 32 aus dielektrischem Material wie Polypropylen getrennt sein.
• Wie oben erwähnt, sind die Materialien Polypropylen und Polyester als Dielektrika für Kondensatoren von Vorteil, da sie eine stabile Dielektrizitätskonstante und eine hohe Durchschlagsfestigkeit aufweisen. Falls metallisiertes Polypropylen beispielsweise versuchsweise in einem mit Flüssigkeit gefüllten Kondensator eingesetzt wird, so quillt das thermoplastische Material und zerbirst die dünne Metallisierungsschicht. Dadurch, daß man eine sehr dünne Schicht aus polymerisiertem Acrylat in direktem Kontakt mit der metallisierten Elektrode vorsieht, kann die durch die dielektrische Flüssigkeit hervorgerufene Beschädigung verhindert werden. Es wird angenommen, daß das durch Wärme ausgehärtete Acrylat die Metallschicht unterstützt oder stabilisiert und trotz des Quellens oder Anschwellens des Schichtsubstrats ein Brechen verhindert.
• Befindet sich die Acrylatschicht über der Metallschicht, so schützt sie die Metallschicht vor Korrosion. Obgleich es zur Herstellung bestimmter Kondensatoren nicht notwendig erscheint, wenn beide Seiten der dielektrischen Lage mit einer Schicht aus ausgehärtetem Acrylat beschichtet wird, wird doch die Polymerfolie zwischen den Schichten von der dielektrischen Flüssigkeit in einem Kondensator getrennt und ein Quellen wird vermieden.
• Ein beispielhaftes Sperrmaterial gemäß Darstellung in Fig. 11 umfaßt ein thermoplastisches Substrat 110, das auf einer Seite mit einer vernetzten Acrylatschicht 111 versehen ist. Über der Acrylatschicht liegt eine Schicht 112 aus einem Sauerstoff-Sperrmaterial. Über der Sauerstoff-Sperrschicht ist wahlweise eine abschließende vernetzte Acrylatschicht 113 vorgesehen.
• Es wurde gefunden, daß Polyethylen, Polypropylen, Polyester oder Nylonsubstrate mit dünnen Oberflächenbeschichtungen aus vernetztem Acrylat eine sehr geringe Durchlässigkeit für Sauerstoff und Wasser haben, wenn sie mit einer metallischen oder anorganischen Sperrschicht kombiniert werden. Typische Lagen für Lebensmittelverpackungen umfassen metallisierte Polypropylen-, Nylon- oder Polyestertagen. Metallisiertes Nylon weist eine Sauerstoffpermeabilität von etwa 0,05 ml/645 cm²/Stunde (0,05 ml/100 inch/Stunde) auf nach einer Messung mit einem Mocon Oxtran System, das von Modern Controls, Minneapolis, Minnesota beziehbar ist. Metallisierter Polyester weist eine typische Sauerstoffpermeabilität von etwa 0,08 auf. Demgegenüber weist Polypropylen eine Sauerstoffpermeabilität von 2,5 auf und ist üblicherweise nicht für Verpackungen geeignet, bei denen eine geringe Sauerstoffpermeabilität wichtig ist.
• Es wird angenommen, daß die hohe Sauerstoffpermeabilität von metallisiertem Polypropylen infolge der inhärenten Oberflächenrauhigkeit der Polypropylenfolie oder -lage auftritt. Nylon- und Polyesterlagen sind beträchtlich glatter und haben eine höhere Temperaturtauglichkeit als Polypropylen. Es kann eine Metallbeschichtung gleichmäßiger Dicke einfach als gute Sauerstoffsperre aufgebracht werden. Eine etwa 1/2 bis ein Mikrometer dicke Acrylatschicht erweist sich als adäquat zur Glättung der Oberfläche zur Erzielung einer geringen Sauerstoffpermeabilität.
• Eine Polypropylenlage ohne jede Beschichtung kann eine Sauerstoffpermeabilität von 100 haben. Wird jedoch auf eine Oberfläche eines Polypropylenschichtsubstrats eine Aluminiumschicht aufgebracht, so nimmt die Sauerstoffpermeabilität auf etwa 2,5 ab. Wird eine Acrylatschicht von nur etwa 1 Mikrometer Dicke auf dem Polypropylen ausgebildet und dann mit einer Metallschicht bedeckt, so fällt überraschender Weise die Sauerstoffpermeabilität auf 0,05 ab, und damit auf einen geringeren Wert als bei metallisiertem Polyester. Nach einer Hypothese wird angenommen, daß der auf der Polypropylenoberfläche abgeschiedene Film aus flüssigem Acrylatmonomer eine glatte Hochtemperaturoberfläche aufweist und die Oberfläche glatt bleibt, wenn das Acrylat polymerisiert. Die metallisierte Schicht kann dann eine gute Sauerstoffbarriere bzw. -sperre bilden.
• Zuerst wird eine Acrylat-Monomerschicht auf dem Substrat aufgebracht und dann vernetzt. Die Acrylatschicht wird dann mit einer Sauerstoffsperrschicht aus SiOX oder Al&sub2;O&sub3; beschichtet, die beide einen guten Widerstand gegen Sauerstoffdurchlaß bieten. Der Hochtemperaturwiderstand der vernetzten Acrylatschicht gestattet die Abscheidung von Siliziumoxid oder Aluminiumoxid bei einer spürbar höheren Temperatur auf dem Substrat. Andere abgeschiedene Sperrschichten können aus Nitriden oder Siliciden hergestellt werden, die Vakuum- oder Dampfphasenabscheidungen sein können. Beispielsweise können Siliziumnitrid, Aluminiumnitrid oder Titannitrid verwendet werden. Die Materialien brauchen keine stöchiometrischen Zusammensetzungen zu sein und sind häufig unterstöchiometrisch mit Metallüberschuß.
• Eine noch größere Überraschung ergibt sich, wenn über der Sauerstoffsperrschicht eine weitere polymerisierte Acrylatschicht ausgebildet wird. Die Permeabilität durch das Polypropylensperrmaterial fällt auf etwa 0,002 ab, was bemerkenswert besser als die Sauerstoffpermeabilität von metallisiertem Nylon ist. Nach einer Hypothese wird angenommen, daß die zweite Acrylatschicht die metallisierte Schicht schützen kann und die Aufrechterhaltung der Sauerstoffsperreigenschaften des Metalls sicherstellen kann.
• Ein bevorzugtes Composit-Material mit geringer Sauerstoffpermeabilität umfaßt eine Schicht aus polymerisiertem Acrylat, eine Sperrschicht aus einem Material wie SiOX oder Al&sub2;O&sub3;, Siliziumnitrid, Titannitrid oder Aluminiumnitrid und eine weitere Schicht aus polymerisiertem Acrylat auf einem thermoplastischen Substrat. Die Acrylatschichten reduzieren die Permeabilität drastisch und die über dem Sperrschichtmaterial liegende Schicht schützt das Sperrschichtmaterial vor · mechanischer Beschädigung und sieht auch eine zum Bedrucken geeignete Oberfläche vor.
• Es wird angenommen, daß die wesentliche Verbesserung in der Sauerstoffpermeabilität der Bildung eines flüssigen Monomerfilms auf der Oberfläche des Polypropylens, gefolgt von einer Vernetzung im polyfunktionellen Acrylat zuzuschreiben ist. Ferner wird davon ausgegangen, daß die Hinzufügung einer zweiten Acrylatmonomerschicht, die in-situ polymerisiert wird, jegliche Defekte in den darunter liegenden Schichten ausgleicht und eine zusätzliche Materialdicke mit inhärenter geringer Sauerstoffpermeabilität vorsieht. Redundante Schichten minimieren Pinhole-Leckagen (Leckagen an nadelförmigen Lunkern.)
• Eine speziell brauchbare Sperrlage kann mit mehreren Schichten aus Acrylat und Sauerstoffsperrmaterial hergestellt werden. Einige dünne Schichten derartiger Materialien sind effektiver als ein Paar dickerer Schichten derselben Gesamtdicke. Beispielsweise kann eine Lage mit einer Schicht aus vernetztem Acrylat von etwa 0,5 um Dicke, gefolgt von einer Metallschicht oder anderen Sauerstoffsperre von etwa 0,1 um Dicke beschichtet werden. Es werden dann folgende Acrylat- und Metallschichten aufgebaut, wobei die Schlußschicht vorzugsweise eine Acrylatschicht ist. Die dünnen Acrylatschichten zwischen Metallschichten reduzieren die laterale Sauerstoffströmung in den Schichten und minimieren die Permeabilität. Eine derartige Anordnung ist von speziellem Nutzen als Sauerstoffsperre an Flaschen und Kolben bzw. Ampullen.
• Obgleich bevorzugt eine Acrylatschicht, gefolgt von einer Schicht aus Sauerstoffsperrmaterial auf das Substrat aufgebracht wird, kann die Sauerstoffpermeabilität auch außerordentlich stark mit einer direkt auf dem Substrat abgeschiedenen Metallschicht, gefolgt von einer Acrylatschicht, reduziert werden.
• Es wird angenommen, daß die polymerisierte Acrylatschicht auch für eine Anzahl weiterer Gründe von Vorteil ist. Als wärmeausgehärtetes Material weist es bzw. sie eine höhere Wärmebeständigkeit auf als das thermoplastische Substrat. Im Beschichtungsprozeß wird das Produkt der Bearbeitung mit erhöhter Temperatur ausgesetzt, z. B. bei einer Metallisierung, Plasmabehandlung und dergleichen. Eine ausgehärtete Acrylatbeschichtung würde keine Dampfemission zeigen und kann die Oberfläche abdichten und Materialemission aus dem thermoplastischen Substrat verhindern.
• Es wird insbesondere bevorzugt, ein Acrylatprepolymer zu verdampfen und in einem Vakuumsystem auf einem Substrat abzuscheiden, da diese Technik der Rektifizierung des Acrylats dient. Im Ergebnis ist der Verdampfungs- und Abscheidungsprozeß eine Vakuumdestillation, die flüchtige Stoffe zu den Vakuumpumpen austrägt und nur Acrylate mit höherem Molekulargewicht auf dem Substrat abscheidet. Die Entfernung leicht flüchtiger Stoffe ist eine für folgende Hochtemperaturverarbeitung des Materials wie eine Abscheidung von metallischen oder anderen anorganischen Sperrschichten anzustreben.
• Nach jedweder dieser Abscheidungstechniken wird der Monomerfilm mit ultravioletter Strahlung oder einem Elektronenstrahl bestrahlt, um für eine Ausbildung einer monolithischen vernetzten Schicht eine Polymerisation des Acrylats zu veranlassen. Die Polymerisation durch Bestrahlung ist übliche Praxis und der erforderliche Elektronenfluß oder die Wellenlänge und der Gesamtfluß ultravioletter Strahlung, die anzuwenden sind, sind gemeinhin geläufig. Es kann im Acrylat zur Erleichterung der Ultraviolett-Aushärtung ein Photoinitiator enthalten sein.
• Eine geeignete Beschichtungsvorrichtung zur Beschichtung des Substrats mit Acrylat- und Metallschichten ist in Fig. 6 schematisch dargestellt. Die gesamte Beschichtungsapparatur ist in einer gebräuchlichen Vakuumkammer 36 untergebracht. Eine Rolle aus einer Lage Polypropylen, Polyester oder Nylon ist auf einer Ablaufhaspel 37 angebracht. Die das Substrat bildende Lage 38 ist um eine erste drehbare Trommel 39, eine zweite drehbare Trommel 40 gewickelt und wird einer Aufwickelrolle 41 zugeführt. Im Bedarfsfall werden Mitläuferrollen 42 dazu verwendet, um das Lagenmaterial von der Ablaufhaspel zu den Trommeln und der Aufwickelrolle zu führen.
• In der Nähe der Trommel ist an einer ersten Beschichtungsstation ein Schnellverdampfer 43 angebracht. Der Schnellverdampfer scheidet eine Schicht oder Folie eines Acrylatmonomers auf der Substratlage ab, sowie sich diese um die Trommel bewegt. Nach Beschichtung mit dem Acrylatmonomer durchläuft die Substratlage eine Bestrahlungsstation, in der das Acrylat mit einer Quelle 44, beispielsweise einer Elektronenkanone oder einer Ultraviolettlichtquelle, bestrahlt wird. Die Bestrahlung oder das Elektronenbombardement der Folie induziert eine Polymerisation des Acrylatmonomers.
• Die Lage durchläuft dann eine Metallisierungsstation 46, in der eine Metallschicht für eine Elektrode durch Vakuummetaffisierung oder Sputtern aufgebracht wird. Die Lage durchläuft dann einen weiteren Schnellverdampfer 47, an dem eine weitere Schicht eines Acrylatmonomers abgeschieden wird, um über dem Metall eine Schutzschicht anzubringen. Diese Monomerschicht wird durch eine Ultraviolettquelle oder Elektronenstrahlquelle 48, die angrenzend an die Trommel vorgesehen ist, ausgehärtet. Davon abhängig, ob sich die Acrylatschicht ober- oder unterhalb der Metallschicht befindet, kann entweder der Schnellverdampfer 43 oder 47 benutzt werden. Es ist einleuchtend, daß, wenn die Metallschicht sandwichartig zwischen zwei Acrylatschichten aufgenommen werden soll, beide Verdampfer und ihre jeweiligen Quellen eingesetzt werden.
• Ein beispielhafter Prozeß zum Beschichten eines Behälters kann wie folgt umschrieben werden. Der Behälter wird durch Spritzgießen oder Blasformtechnik auf übliche Weise aus einem gebräuchlichen thermoplastischen Material hergestellt. Vorzugsweise wird der Behälter dann einer Flammenbehandllung unterzogen, um die Oberfläche zu aktivieren und zu glätten. Es wurde gefunden, daß die Haftung der Acrylatschicht auf dem Substrat durch eine Aktivierung der Oberfläche durch Flammen- oder Plasmabehandlung gesteigert werden kann. Es kann auch Hochtemperaturluft verwendet werden.
• In einer typischen Produktionslinie wird eine Reihe Behälter 114 sukzessive durch eine Flammenbehandlungsstation, eine Beschichtungsstation und eine Aushärtungsstation bewegt. In der Flammenbehandlungsstation werden die Behälter in den Flammen von mehreren mit Propan oder natürlichem Gas arbeitenden Brennern 116 gebadet. Zusätzlich zur Aktivierung hinsichtlich einer verbesserten Haftung kann die Flammenbehandlung die Oberfläche des Behälters signifikant glätten, um sicher zu stellen, daß in den darauf folgenden Beschichtungen eine vollständige Abdeckung erzielt wird. Die Flamme wird mit ausreichender Intensität zur Erweichung oder Aufschmelzung einer dünnen Oberflächenschicht des Behälters auf dessen Oberfläche gerichtet.
• Die Flammenbehandlung führt zum Schmelzen und Abrunden jeglicher Gießgrate und glättet Formmarken am Behälter, so daß die Beschichtung Oberflächenunregelmäßigkeiten überbrücken kann. "Schmelzen" kann weitestgehend als Fehlbenennung angesehen werden, da die thermoplastischen Materialien tatsächlich supergekühlte Flüssigkeiten sind. Daher wird ein Schmelzen als ausreichende Erweichung der Oberfläche zur Glättung von Unregelmäßigkeiten aufgefaßt.
• Eine solche Acrylatschicht wird in einer Beschichtungsstation aufgebracht, in der eine oder mehrere Düsen 17 eine dünne Schicht eines Acrylatmonomers auf die Oberfläche aufsprühen. Eine solche aufgesprühte Schicht kann beispielsweise eine Dicke in der Größenordnung von einem bis 20 um aufweisen. Das auf die Oberfläche gesprühte Acrylat kann ein Monomer geringer Viskosität sein oder es können im Bedarfsfall ein Monomer und/oder ein Polymer mit einem geringen Molekulargewicht mit einem Lösemittel zum Aufsprühen kombiniert werden. Für den Fall, daß das Acrylat durch Ultraviolettstrahlung auszuhärten ist, kann in der Sprühzusammensetzung auch ein Photoinitiator enthalten sein.
• Eine Alternative zum Besprühen der Oberfläche des Behälters mit Acrylat besteht in der Eintauchung des Behälters in eine flüssige Acrylatzusammensetzung.
• Nach der Beschichtungsstation durchlaufen die Behälter eine Aushärtungsstation, in der mehrere Ultraviolettlampen 18 die Acrylatlicht bestrahlen und die Vernetzung hervorrufen.
• Folgend auf die Aufbringung einer Acrylatschicht auf die Behälter, wird eine Sauerstoffsperrschicht aufgebracht. Vorzugsweise erfolgt dies in einer Vakuumkammer. Eine Metallsperrschicht, z. B. Aluminium, wird durch eine Vakuummetallisierung oder Sputtern aufgebracht. Eine Schicht aus Siliziumoxid, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid oder anderem derartigen Material kann durch plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidungstechnik aufgebracht werden. Beispielsweise kann SiOX durch einen Plasmadampfabscheidungsprozeß (Plasma-CVD-Prozeß) unter Verwendung eines oxidierenden oder inerten Trägergases abgeschieden werden. Aluminiumoxid kann durch Elektronenstrahlverdampfung oder vorzugsweise durch Verdampfung von Aluminium, das in einem Sauerstoffplasma in ein Oxid umgesetzt wird, abgeschieden werden.
• Eine alternative Technik zum Abscheiden einer Acrylatschicht verwendet eine Vakuumkammer. Eine geeignete Vorrichtung zum Beschichten eines flächigen Substrat mit Acrylat und Sauerstoffsperrschichten ist schematisch in Fig. 14 gezeigt. Die gesamte Beschichtungsapparatur ist in einer gebräuchlichen Vakuumkammer 121 untergebracht. Eine Rolle aus einer Lage Polypropylen, Polyester oder Nylon ist auf einer Ablaufhaspel 122 angebracht. Die das Substrat bildende Lage 123 ist um eine erste drehbare Trommel 124 gewickelt und wird einer Aufwickelrolle 126 zugeführt. Im Bedarfsfall werden Mitläuferrollen 127 dazu verwendet, um das Lagenmaterial von der Ablaufhaspel zu der Trommel und der Aufwickelrolle zu führen.
• In der Nähe der Trommel ist an einer ersten Beschichtungsstation ein Schnellverdampfer 128 angebracht. Der Schnellverdampfer scheidet eine Schicht oder Folie eines Acrylatmonomers auf der Substratlage ab, sowie sich diese um die Trommel bewegt. Nach Beschichtung mit dem Acrylatmonomer durchläuft die Substratlage eine Bestrahlungsstation, in der das Acrylat mit einer Quelle 129, beispielsweise einer Elektronenkanone oder einer Ultraviolettlichtquelle, bestrahlt wird. Die UV- Bestrahlung oder das Elektronenbombardement der Folie induziert eine Polymerisation des Acrylatmonomers.
• Die Lage durchläuft dann eine Beschichtungsstation 131, in der eine Beschichtung eines Sauerstoffsperrmaterials durch Plasmaabscheidung, Vakuumabscheidung oder dergleichen aufgebracht wird. Die Lage durchläuft dann einen weiteren Schnellverdampfer 132, an dem eine weitere Schicht eines Acrylatmonomers abgeschieden wird, um über der Sauerstoffsperrschicht eine Schutzschicht anzubringen. Dies Monomerschicht wird durch eine Ultraviolettquelle oder Elektronenstrahlquelle 133, die angrenzend an die Trommel vorgesehen ist, ausgehärtet. Die beschichtete Lage wird dann auf der Aufwickelrolle 126 aufgewickelt.
• Die Verdampfung des Monomers wird bevorzugt mit Schnellverdampfern 129, 132 gemäß Beschreibung in dem US Patenten 4,722,515, 4,696,719, 4,842,893, 4,954,371 und/oder 5,097,800 vorgenommen. Diese Patente beschreiben auch die Polymerisation von Acrylat durch Strahlung. In einem solchen Schnellverdampfungsgerät wird flüssiges Acrylatmonomer in Form von Tropfen in eine geheizte Kammer injiziert. Die erhöhte Temperatur der Kammer bewirkt, daß die Tropfen verdampfen und Monomerdampf entsteht. Der Monomerdampf füllt eine Kammer mit einem Längsschlitz, welcher eine Düse bildet, durch die der Monomerdampf strömt.
• Es sind zwei Typen von Schnellverdampfer möglich. In einem von Ihnen sind die Öffnung zum Injizieren der Tropfen und der Schnellverdampfer mit einem Ende des Düsenzylinders verbunden. Im anderen Typ sind der Injektor und der Schnellverdampferabschnitt im Zentrum der Düsenkammer wie ein T angebracht.
• Es erweist sich häufig als zweckmäßig, die zu beschichtende Obqrfläche unmittelbar vor der Beschichtung einer Plasmabehandlung zu unterziehen. Es wird eine übliche Plasmakanone 134 in der Vakuumkammer stromaufwärts von jedem der Schnellverdampfer 128 und 132 positioniert, um die Oberfläche der Lage vor der Monomerabscheidung auf kontinuierliche Weise zu aktivieren. Es werden gebräuchliche Plasmageneratoren verwendet.
• Eine Oberflächenbehandlung innerhalb der Vakuumkammer ist für alle Oberflächen von wesentlichem Interesse und nicht nur für die Oberfläche eines Rohfilms. Wiederum Bezug nehmend auf Fig. 6, ist eine gebräuchliche Plasmakanone 52 in der Vakuumkammer stromaufwärts von jedem Schnellverdampfer 43 und 49 zur Aktivierung der Lagenoberfläche auf kontinuierliche Weise vor der Monomerabscheidung positioniert. Eine weitere Plasmakanone 52 ist unmittelbar vor der Vakuummetallisierungsstation 46 vorgesehen. Es werden gebräuchliche Plasmageneratoren verwendet.
• In einem exemplarischen Ausführungsbeispiel arbeitet der Plasmagenerator bei einer Spannung von 500 bis 1000 Volt mit einer Frequenz um 50 kHz. Die Leistungs- bzw. Energiepegel liegen in der Größenordnung von 500 bis 300 Watts. Für einen beispielsweise 50 cm breiten Film, der sich mit einer Rate von 30 bis 90 Meter pro Minute bewegt, scheinen etwa 500 Watts geeignet.
• Ein analoges System kann für eine Beschichtung von Behältern mit Schichten aus Acrylat und Sperrschichtmaterial verwendet werden. Die Behälter werden sukzessive durch eine Acrylatverdampfungs- und Kondensationsstation und eine Abscheidungsstation geleitet. Falls zwei Acrylatschichten verwendet werden, kann die zweite Acrylatschicht mittels desselben Schnellverdampfers oder mit einem ähnlichen zweiten Schnellverdampfer aufgebracht werden.
• Die zur Ausbildung von vernetzten Beschichtungen auf dem thermoplastischen Substrat verwendeten Acrylate differieren abhängig von der für die Abscheidung der Beschichtung verwendeten Technik etwas. Die zum Eintauchen oder Sprühen benutzten Acrylate sind ähnlich und es ist nicht erforderlich, daß das Arylat ein Monomer ist. Generell sind die eingesetzten Acrylate Blends von Materialien hohen und niedrigen Molekulargewichts, um die gewünschte Viskosität der Zusammensetzung zum Eintauchen oder Sprühen zu erzielen. Monomere mit einem Molekulargewicht in der Größenordnung von 150 bis zu teilweise polymerisierten Materialien mit Molekulargewichten in der Größenordnung von 20.000 können zum Erzielen eines Blends mit geringer Viskosität verschnitten werden. Es sollten polyfunktionelle Acrylate im Blend sein, so daß sich eine extensive Vernetzung ergibt.
• Für den Fall, daß die Acrylatschichten durch die Verdampfungs- und Kondensationstechnik aufgebracht werden, ist der Umfang geeigneter Acrylate eingeschränkter. Diese Acrylatharze sind generell Monomere, die ein Molekulargewicht im Bereich von 150 bis 600 aufweisen. Vorzugsweise weisen die Monomere ein Molekulargewicht im Bereich von 200 bis 400 auf. Fluorierte Acrylate mit höherem Molekulargewicht oder Methacrylate können äquivalent zu diesen Materialien geringeren Molekulatgewichts sein und auch zur Ausbildung einer abgeschiedenen Acrylatschicht verwendet werden. Beispielsweise zeigt ein fluoriertes Acrylat mit einem Molekulargewicht von etwa 2000 eine Verdampfung und Kondensation ähnlich einem nicht fluorierten Acrylat, das ein Molekulargewicht in der Größenordnung 300 aufweist. Der akzeptable Molekulargewichtsbereich für fluorierte Acrylate liegt etwa zwischen 400 und 3000. Fluorierte Acrylate umfassen Monoacrylate, Diacrylate und Methacrylate. Chlorierte Acrylate können auch nutzbar sein.
• Falls das Molekulargewicht unter etwa 150 liegt, ist das Monomer zu leicht flüchtig und zeigt keine gute Kondensation für die Ausbildung des Monomerfilms. Falls das Molekulargewicht bei mehr als etwa 600 liegt, verdampft das Monomer im Schnellverdampfer bei Temperaturen, die sicher unterhalb der Zersetzungstemperatur des Monomers liegen, nicht leicht.
• Wenn die Monomere polymerisieren, kann eine Schrumpfung im Film bzw. der Schicht auftreten. Eine exzessive Schrumpfung kann eine unzureichende Haftung der Schicht auf dem Substrat bewirken. Eine Schrumpfung von 15 bis 20% kann in den dünnen Acrylatschichten toleriert werden. Jedoch ist die Schrumpfung für eine zuverlässige Haftung der Beschichtung vorzugsweise geringer als 10%.
• Ein für die Schnellverdampfung verwendetes typisches Monomer umfaßt einen beträchtlichen Anteil an Diacrylat und/oder Triacrylat zur Förderung der Vernetzung. Blends von Acrylaten können zur Erzielung der gewünschten Verdampfungs- und Kondensationseigenschaften und Haftung eingesetzt werden, sowie auch für eine kontrollierte Schrumpfung des abgeschiedenen Films während der Polymerisation.
• Geeignete Monomere sind solche, die in einer Vakuumkammer bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur der thermischen Zersetzung des Monomers schnell verdampft werden, sowie unterhalb der Temperatur, bei der Polymerisation in weniger als einigen wenigen Sekunden bei der Verdampfungstemperatur auftritt. Die ausgewählten Monomere sollten auch leicht vernetzbar sein, wenn sie Ultraviolettstrahlung oder Elektronenstrahlen ausgesetzt werden.
• Die Monomerzusammensetzung kann ein Mischung aus Monoacrylaten und Diacrylaten sein. Triacrylate neigen dazu, reaktiv zu sein und können bei den Verdampfungstemperatuten polymerisieren. Generell gilt, daß die Schrumpfung mit Materialien höheren Molekulargewichts reduziert wird.
• Es ist generell wünschenswert, daß zumindest ein Hauptteil des verdampften Acrylatmonomers ein polyfunktionelles Acrylat für eine Vernetzung ist. Vorzugsweise umfaßt das Acrylat zumindest 70 Prozent polyfunktioneller Acrylate wie Diacrylat oder Triacrylat. Falls der Vernetzungsgrad zu gering ist, so kann die polymerisierte Acrylatschicht keine adäquate Aushärtungsgeschwindigkeit haben.
• Es gibt Fälle, bei denen weniger als die Hälfte des Acrylatmonomers polyfunktionelle Acrylate umfaßt. Beispielsweise umfaßt in einer Trockenkondensatorschicht eine Zusammensetzung etwa 80% Monoacrylat und 20% Diacrylat. Der hohe Anteil Monoacrylat wird verwendet, weil dieses eine hohe dielektrische Konstante aufweist.
• Vorzugsweise liegt das Molekulargewicht des Acrylatmonomers im Bereich zwischen 200 bis 400. Falls das Molekulargewicht geringer als etwa 200 ist, verdampft das Monomer leicht, kann jedoch quantitativ auf dem Substrat kondensieren, ohne das Substrat scharf abzukühlen. Beträgt das Molekulargewicht mehr als etwa 400, wird es schwerer, die Monomere zu verdampfen und es sind höhere Verdampfungstemperaturen erforderlich.
• Vorzugsweise hat das Acrylatmonomer bei 25ºC einen Dampfdruck im Bereich von 1 bis 20 Mikrometer Quecksilbersäule. Falls der Dampfdruck weniger als etwa ein Mikrometer beträgt, können außergewöhnlich hohe Temperaturen dazu erforderlich sein, ausreichend Material zur Ausbildung einer Beschichtung auf dem Substrat in einer vernünftigen Beschichtungszeit zu verdampfen. Hohe Temperaturen können zur thermischen Zersetzung oder verfrühten Aushärtung der Monomere führen. Falls der Dampfdruck mehr als etwa 20 Mikrometer Quecksilbersäule beträgt, kann die Kondensation des Monomers zur Ausbildung eines Films auf dem Substrat für praktikable Beschichtungsbedingungen zu wenig effizient sein. Es kann dann eine adäquate Effizienz bzw. adäquater Wirkungsgrad solange nicht erzielt werden, bis das Substrat unter den Gefrierpunkt des Monomers abgekühlt wird, wobei in diesem Fall das Polymer nicht richtig polymerisieren kann.
• Es gibt zumindest fünf Monoacrylate, zehn Diacrylate, zehn bis fünfzehn Triacrylate und zwei oder mehr Tetraacrylate, die Bestandteil der verdampften Zusammensetzung sein können. Meist bevorzugt umfaßt das Acrylat Hexandioldiacrylat (HDDA) mit einem Molekulargewicht von 226 und/oder Tripropylenglykoldiacrylat (TRPGDA) mit einem Molekulargewicht von etwa 300. Es können andere Acrylate, gelegentlich in Kombination, verwendet werden wie Monoacrylat 2-Phenoxy-Ethylacrylat (M. G. 192), Isobornylacrylat (M. G. 208) und Laurylacrylat (M. G. 240), Epoxyacrylat RDX 80095, hergestellt von Radcure Atlanta, Georgia; Diacrylatdiethylenglykoldiacrylat (M. G. 214), Neopentylglykoldiacrylat (M. G. 212), propoxyliertes Neopentylglykoldiacrylat (M. G. 328) und Polyethylenglykoldiacrylat, Tetraethylenglykoldiacrylat (M. G. 302), Bisphenol A Epoxydiacrylat; und Triacrylat-Trimethylolpropantriacrylat (M. G. 296), ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat (M. G. 428), propyliertes Trimethylolpropantriacrylat (M. G. 470) und Pentaerythritoltriacrylat (M. G. 298). Monomethacrylat-Ilsobornylmethacrylat (M. G. 222) und 2-Phenoxyethylmethacrylat (M. G. 206) und Dimethacrylat-Triethylenglykoldimethacrylat (M. G. 286) und 1,6-Hexandioldimethacrylat (M. G. 254) können auch von Nutzen sein, können jedoch zu langsam aushärten, um für Hochgeschwindigkeits- Beschichtungsprozesse von Nutzen zu sein.
• Es war generell davon ausgegangen worden, daß es infolge ihres geringen Dampfdrucks und ihrer hohen Viskosität nicht machbar ist, Acrylate höheren Molekulargewichts zu verdampfen. Verdampfte Acrylatbeschichtungen sind auf Monomere niedrigen Molekulargewichts beschränkt worden, und zwar generell unter einem Molekulargewicht von etwa 400 sowie mit geringer Viskosität. Generell liegen die Viskositäten unter 0,50 cm2s' (50 Centistoke).
• Es wurde jedoch gefunden, daß durch Mischen eines Material mit sehr geringer und eines Materials mit sehr hoher Viskosität eine schnelle Verdampfung, Kondensation und Aushärtung erzielbar sind. Beispielsweise weist eine Mischung von 70 Prozent Tripropylenglykoldiacrylat (TRPGDA) und 30 Prozent von Betacarboxyethylacrylat (BCEA) eine Viskosität von etwa 0,15 cm² (15 Centistoke) auf und kann leicht verdampft, kondensiert und ausgehärtet werden. Die Komponente mit geringer Viskosität verringert die Viskosität im Blend, was die Zerstäubung im Verdampfer verbessert und die Schnellverdampfung im Acrylat hoher Viskosität unterstützt.
• Wenn Blends von Acrylaten hoher und geringer Viskosität verwendet werden, wird bevorzugt, daß das gewichtete durchschnittliche Molekulargewicht des Blends im Bereich von 200 bis 600 und vorzugsweise um etwa 400 liegt. Dies stellt sicher, daß im Verdampfer bei vernünftigen Temperaturen eine gute Verdampfung des Blends vorliegt.
• Einige Beispiele von Acrylaten geringen Molekulargewichts sind Hexandiolacrylat, Hexandioldiacrylat, Diethylenglykoldiacrylat, Propandiacrylat, Butandioldiacrylat, Tripropylenglykoldiacrylat, Neopentylglykoldiacrylat, Phenoxyethylacrylat, lsobornylacrylat und Laurylacrylat. Einige Beispiele von Acrylaten höheren Molekulargewichts sind Bisphenol A Diacrylat, BCEA, Radcure 7100 (ein Aminacrylat, beziehbar von Radcure, Atlanta, Georgia), Radcure 169, Radcure 170, acrylierte und methacrylierte Phosphorsäure, Henkel 4770 (ein Aminacrylat, beziehbar von der Henkel Corporation, Ambler, Pennsylvania) und Glycerolpropoxytriacrylat.
• Speziell bevorzugte Materialien mit hohem Molekulargewicht umfassen BCEA, welches einen Säurecharakter und beim Aushärten nur eine Schrumpfung von etwa 4 Prozent zeigt. Ein weiteres geeignetes Material ist ein Acrylat oder Methacrylat der Phosphorsäure. Mann kann auch Acrylsäure in der Zusammensetzung zusammen mit Dimeren, Trimeren und Tetrameren des aciden Acrylats oder Methacrylats verwenden. Das Molekulargewicht des Acrylats kann durch Vorerwärmung des Prepolymers vor dessen Zerstäubung in der Verdampfungskammer ausgedehnt werden.
• Es wurde gefunden, daß die Temperatur des Substrats, auf dem der Monomerfilm abgeschieden wird, einen relativ großen Einfluß auf die Effizienz der Kondensation haben kann. Es ist anzustreben, das Substrat vor dessen Plazierung in der Vakuumkammer wieder zu kühlen. Eine gute Kondensationseffizienz kann mit Monomeren erzielt werden, die ein Molekulargewicht von zumindest 200 aufweisen, wobei das Substrat auf Temperaturen im Bereich zwischen 0ºC und 15ºC gekühlt wird. Es kann ein Gestell mit zu beschichtenden Behältern aus einer Kühlvorrichtung entnommen werden und in der Vakuumkammer plaziert werden, und dann, bevor die Behälter sich auf ungeeignete Temperaturen erwärmen, herunter gepumpt und beschichtet werden.
• Die rotierenden Trommeln werden ebenfalls so gekühlt, daß das Substrat auf niedriger Temperatur bleibt. Wenn die der Beschichtung unterzogene Lage glatt und dünn ist (generell weniger als 12 um) kann eine gute Kondensationseffizienz mit Monomeren erzielt werden, die ein Molekulargewicht von zumindest 200 aufweisen, wobei die Rotationstrommel auf Temperaturen im Bereich zwischen 0ºC und 15ºC gekühlt wird.
• Die Fig. 8 umfaßt eine Serie von Datenpunkten, die die gemessenen Kondensationseffizienzen bzw. -wirkungsgrade von Hexandioldiacrylatmonomer als Funktion der Substrattemperatur zeigen. HDDA ist ein relativ leicht flüchtiges Monomer mit einem Molekulargewicht von etwa 212. Ein weniger flüchtiges Monomer wie Tripropylenglykoldiacrylat mit einem Molekulargewicht von etwa 300 besitzt einen höheren Kondensationswirkungsgrad.
• Es muß auch eine extreme Kühlung des Substrats vermieden werden. Beispielsweise gefriert HDDA auf dem Substrat, wenn die Rotationstrommeltemperatur unter etwa 0ºC beträgt. Das gefrorene Monomer kann nicht polymerisiert werden. Daher muß die Kühltemperatur die Substratoberfläche oberhalb des Gefrierpunkts des Monomers, jedoch unterhalb der Temperatur halten, bei der der Kondensationswirkungsgrad signifikant abnimmt.
• Zusätzlich zur Vorkühlung der Substratrolle kann die Lage auf der Vorderseite, und zwar dem Verdampfer vorausgehend, gekühlt werden. So kann beispielsweise die Mitläuferrolle 42 zwischen der Ablaufhaspel oder -rolle und der ersten Trommel scharf gekühlt werden, um die Vorderseite der Substratlage zu kühlen, bevor diese die erste Trommel erreicht. Die Kühlung der Vorderseite der Lage, d. h. der Seite, auf der zu beschichten ist, kann eine schnellere Prozeßführung ermöglichen und gestattet die Kühlung der Lagen mit einer rauhen umgekehrten Seite.
• Die Vorkühlung des Lagenmaterials, auf dem das Acrylat abzuscheiden ist, kann zusätzlich zur Präparation des Lagenmaterials für Wickelkondensatoren für weitere Anwendungen signifikant sein. Beispielsweise gibt es Fälle, bei denen Papier mit einem Acrylat beschichtet werden soll und die rauhe Oberfläche des Papiers sich für eine Kühlung von der Rückseite auf einer rotierenden Trommel nicht eignet. In einem derartigen Fall kann das flexible Papier so über eine gekühlte Rolle geführt werden, daß sein Vorderseite abgekühlt wird. Es wird dann auf derselben, zuvor gekühlten Seite des Papiers ein Acrylat abgeschieden, bevor sich diese Seite signifikant erwärmt.
• Es kann Ausführungsbeispiele geben, bei denen es ausreicht, eine Sauerstoffsperrschicht direkt auf dem Substrat abzuscheiden und eine Acrylatschicht über dem Sauerstoffsperrschichtmaterial abzuscheiden. Ist beispielsweise ein thermoplastisches Substrat einer Flammenbehandlung zur ausreichenden Glättung seiner Oberfläche unterzogen worden, kann dieses dünnen Sauerstoffsperrschichtmaterial jegliche Oberflächenunregelmäßigkeiten überbrücken, wobei das Sauerstoffsperrschichtmaterial direkt auf dem flammenbehandelten Substrat abgeschieden werden kann. Es kann dann eine Acrylatschicht über dem Sauerstoffsperrschichtmaterial aufgebracht werden, um die Sperrschicht zu schützen und die Permeabilität weiter zu reduzieren.
• Es erwies sich als besonders nützlich, eine vernetzte Acrylatschutzschicht über einer abgeschiedenen Schicht aus Metall z. B. Aluminium vorzusehen. Wird eine Aluminiumschicht auf die Substratlage aufgebracht, die zum späteren Gebrauch gerollt wird oder die über eine die Oberfläche kontaktierende Rolle geleitet wird, so kann das Aluminium bezüglich höheren Oberflächen-Unebenheiten abgenutzt werden. In einer mit Aluminium beschichteten Lage, die zudem mit einer darüber liegenden vernetzten Acrylatbeschichtung bedeckt ist, welche eine Dicke von nur 0,1 um aufweist, kann die Pinhole-Dichte oder Lunkerdichte auf weniger als 10 Pinholes pro cm² gehalten werden.
• Werden Schichten bei der Verpackung von Lebensmittelprodukten, Zigaretten oder anderen Gegenständen eingesetzt, ist das Vorhandensein eines Acrylatgeruchs nicht akzeptabel. Jedweder solche Geruch kann durch Aushärten jedes Restacrylatmonomers auf der Schicht vor deren Entfernung aus der Vakuumkammer beseitigt werden.
• In der Vakuumkammer ist zwischen der abschließenden Mitläuferrolle 42 und der Aufwickelrolle 41 eine Elektronenkanone 53 angebracht. Das Elektronenbombardement aus der Kanone polymerisiert jedwedes Restacrylatmonomer auf den Oberflächen der Schicht vor deren Aufrollung. Durch Strahlen in den konvergierenden Raum zwischen der auf der Aufwickelrolle befindlichen Schicht bzw. dem Film und der von der Mitläuferrolle vorrückenden Schicht können beide Seiten der Schicht mit einer einzigen Elektronenkanone bestrahlt werden.
• Ein Folienkondensator wird häufig durch gemeinsames Aufwickeln zweier Lagen metallisierter Kunststofffolie aufgebaut, wobei die metallisierte Schciht auf einer der Lagen eine Elektrode des Kondensators ist und die metallisierte Schicht auf der anderen Lage oder Folie die andere Elektrode ist. Die beiden Lagen sind derart gegeneinander versetzt, daß an jedem Ende der Rolle die Kante einer Lage über die Kante der anderen Lage hinausgeht. Der elektrische Kontakt der beiden Elektroden erfolgt mittels des vorstehenden oder überragenden Endes jeder Elektrode an entgegengesetzten Enden der Rolle.
• Es wird dann auf die Enden der Rolle geschmolzenes Zink oder Blei-Zinnlötmittel aufgesprüht (ein mit Schooping bezeichneter Prozeß), um einen elektrischen Kontakt mit der metallisierten Schicht herzustellen. Eine Anschlußleitung wird entweder mit dem relativ dicken Kontaktmaterial verschmolzen oder an diesem angelötet. Das Zink- oder Löt-Schooping tritt augenscheinlich zwischen die metallisierten Kunststofflagen und kann einen Teil der Lage schmelzen, um einen mechanischen und elektrischen Kontakt zur dünnen metallisierten Schicht der Lage zu machen.
• Es wird bevorzugt eine Schicht eines polymerisierten Acrylats, die über der metallisierten Schicht des Kondensatormaterials liegt, vorgesehen. Es erwies sich als ausreichend, eine Acrylatschicht einer Dicke im Bereich von etwa 0,1 bis 1 um vorzusehen, um eine Korrosion einer Zinkelektrode in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchte zu verhindern. Darüber hinaus verbessert die bedeckende Acrylatschicht die Kratzfestigkeit der metallisierten Elektrode. Die Elektrode kann beim Schlitzen der metallisierten Lage oder beim Wickeln des Kondensators abgerieben werden. Eine darüber liegende Acrylatschicht verhindert wirksam die Beschädigung durch ein solche kratzende Einwirkung. Auch trägt die darüber liegende Acrylatschicht dazu bei, den sehr kleinen Lichtbogen in der Nachbarschaft eines Kurzschlusses einzugrenzen, was die Temperatur zur effizienteren Verdampfung des Metalls vom Kurzschlußbereich aus steigert. Dieses und das Vorliegen von Sauerstoff im Acrylatmaterial steigert die Selbstheilungseigenschaften des Kondensators.
• Die Fig. 9 zeigt einen teilweisen transversalen Schnitt einiger Lagen eines bevorzugten Kondensators. Jede der Lagen des Kondensators umfaßt eine Substratlage 56, die auf einer Seite eine metallisierte Schicht 57 aufweist. Über jeder metallisierten Schicht ist eine Schicht 58 aus polymerisiertem Acrylat abgeschieden. Es kann eine zweite Acrylatschicht 59 auf der entgegengesetzten Seite jeder dielektrischen Lage 56 abgeschieden sein, um die Lage gegenüber einer dielektrischen Kondensatorflüssigkeit zu isolieren. Auf jedes Ende der Rolle metallisierter Lagen ist eine metallische Kontaktelektrode 60 aufgesprüht.
• Die Kanten der den Kondensator bildenden beiden Lagen sind gegeneinander versetzt. So erstreckt sich an einem Ende des Kondensators die Kante einer Lage A über die Kante der dazwischen liegenden oder eingeschobenen Lage B hinaus, die ausgespart bzw. ausgenommen ist. Am gegenüber liegenden Ende des Kondensators erstreckt sich die ausgenommene Lage B über die Kante der dazwischen liegenden Lage A. Dies ermöglicht die Herstellung eines Kontaktes zu den metallisierten Schichten auf den entsprechenden Lagen an den entgegengesetzten Enden des Kondensators.
• In diesem Ausführungsbeispiel erstreckt sich die metallisierte Schicht auf jeder Lage bis zu einer Kante der Lage und erstreckt sich nicht über den gesamten Bereich bis zur entgegengesetzten Kante der Lage. So erstreckt sich beispielsweise, wie an der linken Kante in Fig. 9 gezeigt, die metallisierte Schicht insgesamt bis zur Kante der vorstehenden Lage A. Demgegenüber hört die metallisierte Schicht auf der ausgenommenen Lage B kurz vor der Kante der Lage auf. Wird nun das Kontaktmaterial 60 auf das Ende der Rolle gesprüht, kann deshalb an der vorstehenden Lage ein elektrischer Kontakt zur metallisierten Schicht hergestellt werden und die metallisierte Schicht an der ausgenommen Lage ist durch das Kunststoffmaterial isoliert.
• Überraschender Weise wird trotz des vollständigen Einschlusses der metallisierten Schicht durch Acrylat und Polypropylen-Kunststoff beim Aufsprühen des elektrisches Kontaktes auf das Ende der Rolle ein guter elektrischer Kontakt hergestellt. Es wird angenommen, daß eine geringe Menge thermoplatischer dielektrischer Lage schmilzt, wodurch ein guter dielektrischer Kontakt zur metallisierten Schicht sichergestellt wird. Polypropylen weist eine Schmelztemperatur von etwa 165ºC auf und das vernetzte Acrylat schmilzt nicht. Die metallisierte Schicht wird wirksam vom polymerisierten Acrylat unterstützt, welches höheren Temperaturen widersteht.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen eines mit einer Acrylatschicht beschichteten Substrats (123), umfassend die Schritte des Verdampfens eines Acrylatmonomers, welches ein durchschnittliches Molekulargewicht im Bereich von 200 bis 600 aufweist, an einer Abscheidungsstation (131), Kondensierenlassens des Acrylatmonomers auf dem Substrat (123) als Acrylatfilm, Polymerisierens des Acrylatfilms zur Ausbildung einer polymerisierten Acrylatschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (123) außerhalb der Abscheidungsstation (131) auf eine Temperatur zwischen 0ºC und 15ºC abgekühlt wird und das abgekühlte Substrat unter Verwendung einer Beschichtungstrommel, die auf eine Temperatur zwischen 0ºC und 15ºC gekühlt wird, durch die Abscheidungsstation (131) geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das Substrat eine flexible Lage aufweist und umfassend die Schritte des: in Kontaktbringens einer Seite der flexiblen Lage mit einer abgekühlten Rolle (42); und Abscheidens des Acrylats auf derselben Seite, die die abgekühlte Rolle (42) kontaktierte.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, in welchem das Substrat eine Kunststoff-Folie aufweist und umfassend die Schritte des: Abkühlens einer Rolle einer Kunststoff-Folie, Abrollens der Kunststoff-Folie, in Kontaktbringens der Kunststoff-Folie mit einer abgekühlten Trommel und des Rotierens der Trommel an der Abscheidungsstation (131) vorbei.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, in welchem das Substrat eine flexible Folienlage aufweist und umfassend die Schritte des:

in Kontaktbringens einer ersten Seite der Lage mit einer abgekühlten Rolle (42);

des darauffolgenden in Kontaktbringens der anderen Seite der Lage mit einer abgekühlten Trommel; und

des Rotierens der Trommel an der Abscheidungsstation vorbei zur Abscheidung des Acrylats auf der ersten Seite.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem das Acrylatmonomer ein polyfunktionelles Acrylat-Prepolymer ist und der Verdampfungsschritt die Schritte umfaßt:

Vorheizen des polyfunktionellen Acrylat-Prepolymers auf eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur und niedriger als eine Temperatur, bei der das Prepolymer polymerisiert;

Zerstäuben des vorgeheizten Prepolymers in eine geheizte Verdampfungskammer in einem Vakuumsystem; und

Verdampfen des Prepolymers in der Verdampfungskammer und Austragen des verdampften Prepolymers in das Vakuumsystem.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in welchem das Acrylat eine Mischung aus Acrylatmonomeren ist, die zumindest ein Monomer umfassen, welches ein Molekulargewicht im Bereich von 200 bis 400 aufweist, und ein Acrylat, welches ein Molekulargewicht größer als 600 aufweist.

7. Verfahren zum Herstellen eines mit einer Acrylatschicht beschichteten Substrats (123), umfassend die Schritte des Verdampfens eines Acrylatmonomers, welches ein durchschnittliches Molekulargewicht im Bereich von 400 bis 3000 aufweist, an einer Abscheidungsstation (131), Kondensierenlassens des Acrylatmonomers auf dem Substrat (123) als Acrylatfilm, Polymerisierens des Acrylatfilms zur Ausbildung einer polymerisierten Acrylatschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (123) außerhalb der Abscheidungsstation (131) auf eine Temperatur zwischen 0ºC und 15ºC abgekühlt wird und das abgekühlte Substrat unter Verwendung einer Beschichtungstrommel, die auf eine Temperatur zwischen 0ºC und 15ºC gekühlt wird, durch die Abscheidungsstation (131) geleitet wird, wobei das Acrylatmonomer ein fluoriertes Acrylat ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in welchem das Substrat eine flexible Lage aufweist und umfassend die Schritte des: in Kontaktbringens einer Seite der flexiblen Lage mit einer abgekühlten Rolle (42); und Abscheidens des Acrylats auf derselben Seite, die die abgekühlte Rolle (42) kontaktierte.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, in welchem das Substrat eine Kunststoff-Folie aufweist und umfassend die Schritte des:

Abkühlens einer Rolle einer Kunststoff-Folie,

Abrollens der Kunststoff-Folie,

in Kontaktbringens der Kunststoff-Folie mit einer abgekühlten Trommel; und des Rotierens der Trommel an der Verdampfungsstation vorbei.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, in welchem das Substrat eine flexible Folienlage aufweist und umfassend die Schritte des:

in Kontaktbringens einer ersten Seite der Lage mit einer abgekühlten Rolle (42);

des darauffolgenden in Kontaktbringens der anderen Seite der Lage mit einer abgekühlten Trommel; und

des Rotierens der Trommel an der Abscheidungsstation vorbei zur Abscheidung von Acrylat auf der ersten Seite.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, in welchem das Acrylatmonomer ein polyfunktionelles Acrylat-Prepolymer ist und der Verdampfungsschritt die Schritte umfaßt:

Vorheizen des polyfunktionellen Acrylat-Prepolymers auf eine Temperatur oberhalb der Umgebungstemperatur und niedriger als eine Temperatur, bei der das Prepolymer polymerisiert;

Zerstäuben des vorgeheizten Prepolymers in eine geheizte Verdampfungskammer in einem Vakuumsystem; und

Verdampfen des Prepolymers in der Verdampfungskammer und Austragen des verdampften Prepolymers in das Vakuumsystem.