DE1790220B2 - Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Oberflächen mit elektrisch leitendem, halb- oder nichtleitendem Material - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum elektrostatischen Beschichten von Oberflächen mit elektrisch leitendem, halb- oder nichtleitendem MaterialInfo
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Description
erreicht. Das Verfahren funktioniert auch nur, wenn der spezifische Widerstand der Emulsion kleiner als 1010
Ohm · cm ist.
Ferner ist der Einsatz von Coronaentladungen bekannt (DE-AS 12 34 389), wodurch die Ol>erflächeneigenschaften
von Folien aus Polycarbonaten modifiziert werden können. Ein solches Verfahren kann aber zum
elektrostatischen Entladen, Aufladen und Beschichten von Oberflächen mit elektrisch leitendem, halb- oJer
nichtleitendem Material nicht eingesetzt werden, allein schon deshalb nicht, weil die Corona direkt gegenüber
einer geerdeten Walze angeordnet ist, so daß eine Entladung nicht möglich ist.
Es war Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Beschichtung einer Materialoberfläche
zu entwickeln, das die beschriebenen Nachteile vermeidet und eine breite Anwendungsmöglichkeit für
eine elektrisch leitende, halb- oder nichtleitende Substanz als Beschichtungsmateria! und für hochisolierendes
wie auch nichtisolierendes Trägermaterial unter vereinfachten Verfahrensbedingungea bietet.
Die Aufgabe wird durch das vorliegende Verfahren gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
entweder hochisolierendes oder hochisoliert gelagertes Trägermaterial definiert entlädt und anschließend, im
engen Kontakt mit einer elektrisch leitenden Unterlage, die Materialoberfläche mittels Gleichspannungscorona
homogen auflädt und mit der in einer isolierenden Flüssigkeit dispergierten Substanz in einem Bereich
homogener Feldverteilung beschichtet. Das hochisolierende Trägermaterial oder die Isolation besitzt dabei
einen Oberflächenwiderstand (gemessen nach DIN 53 482) von>1012 Ohm. Das Verfahren kann dabei
diskontinuierlich, beispielsweise mit plattenförmigen! Material, im Taktverfahren oder aber vollkontinuierlich,
beispielsweise mit von Rollen ablaufenden Folienbahnen durchgeführt werden. Die Taktzeiten bzw. die
Abzugsgeschwindigkeiten der Bahnen sind von den erforderlichen Entladungszeiten, von der entsprechend
der gewünschten Schichtstärke einzustellenden Aufladungsintensität
(Zeit χ Stärke der Corona) sowie weitgehend von der Konzentration des Beschichtungsmittels
abhängig.
Die Aufladung kann im Falle des hochisolierenden oder hochisoliert gelagerten Materials auch so erfolgen,
daß lediglich bestimmte Bereiche der Trägermaterialoberfläche homogen aufgeladen werden. Dies kann
beispielsweise dadurch erfolgen, daß man vor der Aufladung eine Maske, die bestimmte Aussparungen,
beispielsweise in Form von figürlichen Darstellungen, Schriftzeichen und ähnlichem, enthält, über das Trägermaterial
legt. So erhält man beispielsweise bei Verwendung einer Maske mit streifenförmigen Aussparungen
eine streifenförmige Aufladung und damit eine streifenförmige Beschichtung. Dies ist schematisch in
Abbildung 2 angedeutet
Als Beschichtungsmaterialien kommen in isolierenden Flüssigkeiten dispergierte Substanzen in Frage,
welche sowohl elektrisch leitende Pigmente wie Ruß, Graphit oder Metallpigmente als auch elektrisch halb- w>
oder nichtleitende Substanzen wie Metalloxide, Farbpigmente oder dergleichen sein können.
Als zu beschichtende hochisolierende Trägermaterialien kommen alle flächigen Gebilde wie Folien, Platten
oder dergleichen der verschiedensten Materialien in ·>■>
Betracht. Bevorzugt werden Folien aus Kunststoffen wie Polyester, Polyolefine, Polyvinylchlorid, Polystyrol,
Polyamid, Polycarbonat, deren Copolymeren oder deren Polymerisatmischungen oder aus Cellulosederivaten
sowie aus den genannten Kunststoffen hergestellte Verbundfolien oder mit Lacküberzügen versehene
Folien verwendet. Es werden auch flächige Gebilde aus Materialien mit einem Oberflächenwiderstand von
unter 1012 Ohm nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
beschichtet, sofern hochisolierte Lagerung gewährleistet ist. Solche Materialien sind beispielsweise
Zellglas, Papier, Glas oder Metal!.
Als isolierende Flüssigkeit sind solche geeignet, die einen spezifischen Widerstand von 10'° Ohm · cm
besitzen.
Es werden zum Beispiel niedrigviskose Mineralöle, halogenierte Kohlenwasserstoffe, cyclische aliphatische
oder aromatische Kohlenwasserstoffe oder deren Mischungen miteinander verwendet. Bevorzugt werden
flüssige hochsiedende aliphatische Kohlenwasserstoffe eingesetzt.
Die Entladung des Trägermaterials wird mit Luft ionisierenden Mitteln wie beispielsweise radioaktiven
Isotopen, etwa Polonium-210, vorgenommen. Bevorzugt
wendet man hierzu jedoch eine Wechselspannungscorona an.
Die Erfindung beruht auf der Eigenschaft hochisolierender oder hochisoliert gelagerter flächiger Materialien,
oberflächlich aufgebrachte elektrostatische Ladungen über längere Zeit zu halten. Beim Eintauchen des
aufgeladenen Trägermaterials in ein Beschichtungsbad hohen elektrischen Widerstandes werden die in diesem
befindlichen dispergierten Partikel, die eine Aufladung entgegengesetzter Polarität tragen, von dem zu
beschichtenden Material gezogen und auf dessen Oberfläche niedergeschlagen. Dadurch entsteht auf. dem
Trägermaterial eine Schicht, deren Dicke im wesentlichen von der Aufladehöhe des Trägermaterials abhängt.
Die ursprünglich vorhandene Ladungsverteilung auf dem Trägermaterial spiegelt sich in einer entsprechenden
Dickenverteilung der niedergeschlagenen Schicht wieder.
Insbesondere läßt sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gleichmäßige Schicht hoher Dickenkonstanz
dadurch erzeugen, daß das zu beschichtende Material mit einer homogenen Oberflächenladung
versehen wird.
Beim taktweisen vollkontinuierlichen Vorbeiführen des Trägermaterials an der Aufladungsvorrichtung ist es
jedoch auch möglich, die Aufladungsintensität zu verändern, wodurch unterschiedliche Aufladungshöhen
und somit beeinflußbar abgestufte Schichtstärken aufgebracht werden können.
In Abbildung 1 sind Ladungsprofile dargestellt, die bei unterschiedlichen Betriebsspannungen der Gleichspannungscorona
auf einer Polyesterfolie der Dicke 50/u.m
arhalten wurden. Sie weisen die homogene Ladungsverteilung als konstantes Plateau auf.
Hochisolierende Materialien, zum Beispiel Kunststofffolien, tragen normalerweise stets statische Aufladungen
mit sich, die von den zahlreichen Berührungsund Trennvorgängen bei der Produktion, Weiterverarbeitung
und Handhabung der betreffenden Materialien herrühren. Diese inhomogenen und unbeabsichtigten
Aufladungen, die sowohl hinsichtlich der Ladungshöhe als such der Polarität von Ort zu Ort stark schwanken
können, werden zunächst mit Hilfe bekannter Entladungsverfahren beseitigt. Dies geschieht vorzugsweise
durch Hochspannungsionisatoren, die mit Wechselstrom betrieben werden. Die zu entladenden flächigen
Trägermaterialien werden in einem Abstand von 1 bis
2 cm an der erforderlichen Anzahl von Ionisatoren vorbeigeführt, wodurch eine völlige Entladung des
betreffenden Materials bewirkt wird. Der so erreichte Entladungszustand kann mit Hilfe eines feinauflösenden
Sondenmeßgerätes gemäß deutscher Patentanmeldung P 14 66 738.0 kontrolliert werden. Im Anschluß an die
Entladung des zu beschichtenden Materials erfolgt die Aufladung desselben, die mittels einer Gleichspannungscoronaentladung
vorgenommen wird. Die Aufladehöhe hängt hierbei vor allem von folgenden to Parametern ab: Betriebsspannung der Coronaentladung,
die im allgemeinen zwischen 5 und 15 kV liegt, Abstand der Corona vom aufzuladenden Material, der
zwischen einigen Millimetern und etwa einem Zentimeter beträgt, und Dicke des aufzuladenden Materials '■>
sowie beim taktweisen und vollkontinuierlichen Verfahren von der Geschwindigkeit, mit der das Trägermaterial
durch die Aufladungszone hindurchgeführt wird. Die Aufladehöhe kann höchstens gleich der durch die
Durchbruchsfeldstärke der Luft bestimmten Grenzaufladung sein. Diese beträgt ca. 2.7 · 10~5 Coulomb/m2.
Unterhalb dieses Wertes läßt sich die Aufladehöhe durch Variation der genannten Parameter in beliebiger
Weise einstellen. Die Homogenität der aufgebrachten Ladungsverteilung wird wiederum mit Hilfe einer
feinauflösenden Meßsonde kontrolliert.
Man kann die Trägermaterialoberfläche sowohl positiv als auch negativ aufladen. Erfindungsgemäß wird
die Oberfläche bevorzugt negativ aufgeladen.
Bei Oberflächenwiderstandswerten >1012 Ohm des
Trägermaterials erfolgt der natürliche Schwund der Aufladung bereits so langsam, daß zwischen den rasch
aufeinanderfolgenden Verfahrensschritten der Aufladung und der Beschichtung in der Badflüssigkeit keine
merkliche Entladung eintritt. Die Beschichtung braucht ^ deshalb auch nicht notwendigerweise sofort im
Anschluß an die Aufladung erfolgen, sondern kann unter Berücksichtigung des Aufladungsschwundes auch zu
einem späteren Zeitpunkt vorgenommen werden.
Nach erfolgter Beschichtung wird das Trägermaterial dem Bad entnommen und getrocknet. Eine ausreichende
Haftung der elektrostatisch aufgebrachten Schicht auf dem Trägermaterial wird durch Vortrocknung in
Luft, Einwirkung von flüssigen oder gasförmigen Lösungsmitteln sowie Nachtrocknung bei höherer
Temperatur erreicht, wobei die Trocknungs- und Fixierbedingungen jeweils vom Beschichtungs- und
Trägermaterial abhängen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist den bekannten in wesentlichen Punkten überlegen. Während die
elektrophoretische Beschichtung bei hohen elektrischen Widerstandswerten des Trägermaterials nur sehr
schwierig durchführbar ist bzw. völlig versag', sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hohe Werte des
Oberflächenwiderstandes notwendig. Aus diesem Grün- r'ri
de sind auch, sollen Werkstoffe mit Oberflächenwiderständen < 1012 Ohm beschichtet werden, diese hochisoliert
zu lagern. Ein weiterer Vorteil gegenüber der clektrophoretischen Beschichtung ist die wesentlich
einfachere Installation. Dies gilt auch gegenüber den h0
elektrostatischen Lackierverfahren, welche zudem ebenfalls ausschließlich auf leitfähige Materialien
beschränkt sind. Ein Vorteil gegenüber den rein mechanischen Streichverfahren besteht darin, daß hier
keine Abrakelung der überschüssigen Beschichtungsdi- ' ■
spersion stattfindet, so daß die Erzeugung der erwähnten Undefinierten und ungleichmäßigen streifigen
Strukturen auf der Schicht vermieden wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Herstellung von Oberflächenbeschichtungen unterschiedlicher
physikalischer Eigentschaften auf den verschiedensten Trägermaterialien. So sei die Herstellung
von elektrisch leitfähigen Schichten, photohalbleitenden Schichten, Magnetspeicherschichten und Farbschichten
auf hochisolierenden Trägermaterialien genannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens.
Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Entladungsanlage 4 und einer geerdeten leitenden
Unterlage 2 für das Trägermaterial 1, einer Gleichspannungscorona 5 sowie einem die Dispersion 7 aufnehmenden
Behälter 6 und einer geerdeten flächenförmigen und im Abstand zum Trägermaterial parallel
verstellbaren Metallelektrode 8, welche in der Dispersion angeordnet ist, besteht.
Die Beschichtung wird durch die Entladung des hochisolierenden oder hochisoliert gelagerten Trägermaterials
mit Hilfe der Entladungsanlage. 4 eingeleitet (Abbildung 3). Dann wird das Trägermaterial 1 mit der
geerdeten leitenden Unterlage 2 in engen Kontakt gebracht und der im Abstand verstellbaren Aufladeeinrichtung
5 zugeführt (Abbildung 4a). Das Trägermaterial 1 kann, wie bereits beschrieben, erforderlichenfalls auch
zum Teil durch Masken 11 oberflächlich abgedeckt sein
(Abbildung 4b). Im Falle, daß ein nichtisolierendes Trägermaterial 1 beschichtet wird, muß für eine
entsprechende Isolation 3, etwa durch eine Kunststoffolie, gesorgt werden (Abbildung 5). Bei der Aufladung
wird ein definierter Abstand eingehalten, wodurch auf das hochisolierende bzw. hochisoliert gelagerte Trägermaterial
eine örtlich konstante Oberflächenladung, die vorzugsweise negativer Polarität ist, aufgebracht wird.
Anschließend werden aufgeladenes Trägermaterial 1 und Unterlage 2 in das Beschichtungsbad 7 eingebracht
(Abbildung 6). Im Falle des nichtisolierenden Trägermaterials wird dieses zusammen mit der Isolation 3 in das
Beschichtungsbad 7 eingeführt. Die Unterlage 2 verhindert im Falle des isolierenden Trägermaterials,
daß sich das homogene Ladungsprofil, dargestellt in Abbildung 1 bzw. 2, in Undefinierter Weise ändert. Der
eigentliche Beschichtungsvorgang wird anhand der Abbildung 6 erläutert. Er erfolgt beispielsweise in einem
Trog oder Behälter 6, der mit der durch Umpumpen oder Rühren 10 in Umlauf befindlichen Beschichtungsdispersion
7 gefüllt ist. Im Bad ist eine flächenförmige geerdete Metallelektrode 8 in verstellbarem Abstand,
der 5 bis 10 mm, vorzugsweise 6 mm, beträgt, dem Trägermaterial 1 gegenüber angebracht. Die Fläche der
Metallelektrode 8 ist wegen Herbeiführens gleichmäßiger Konzentration der Beschichtungsdispersion vorzugsweise
perforiert oder besteht aus einem feinmaschigen Drahtnetz. Die plattenkondensatorähnliche Anordnung
sorgt für eine homogene Feldverteilung zwischen aufgeladenem Trägermaterial 1 und der Metallelektrode
8. Hierdurch wird ein gleichmäßiger Schichtantrag konstanter Dicke gewährleistet.
Die erzielte Schichtdicke wird vor allem durch die folgenden Parameter bestimmt: 1. Aufladehöhe des
Trägermaterials, 2. Verweilzeit des Trägermaterials im Beschichtungsbad und 3. Konzentration des Beschichtungsbades.
Der in Abbildung 6 gezeigte Beschichtungsvorgang kann beliebig variiert werden. So können Metallelektrode
8 und Trägermaterial !/Unterlage 2 miteinander vertauscht werden, dergestalt, daß letztere über der
Metallelektrode 8 angeordnet sind. Die Elemente 1, 2 und 8 lassen sich auch senkrecht in ein Beschichtungsbad
einbauen. Ist etwa der Behälter 6 aus Metall und geerdet, so kann der Boden selbst die Funktion von
Element 8 annehmen.
Es ist auch möglich, speziell im Falle von hochisolierenden Trägermaterialien die Beschichtung in kontinuierlicher
Arbeitsweise durchzuführen, wie es in Abbildung 7 gezeigt wird. Hierbei übernehmen die Walze 2
die Funktion der metallischen Unterlage und die to perforierte Elektrode 8 die Funktion der Metallelektrode.
Die Homogenität der aufgebrachten Ladung wird mit Hilfe der feinauflösenden Meßsonde 9 kontrolliert.
Nach Beendigung des Beschichtungsvorganges tritt das beschichtete Trägermaterial 1 aus dem Bad,
durchläuft ein Trockensystem und wird anschließend, je nach Erfordernis, einer haftverbessernden Behandlung,
wie oben beschrieben, unterworfen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele, ohne sie auf diese, zu beschränken, beschrieben.
Eine 50 μίτι dicke Polyesterfolie wurde zunächst mit
einer 50 Hz Wechselstromcorona vollständig von elektrostatischen Ladungen beiderlei Vorzeichen befreit.
Anschließend wurde die Folie auf eine Metallunterlage gelegt und mit einer mit 10 kV betriebenen
Gleichspannungscorona homogen aufgeladen. Die Aufladung der Folie entsprach einer Feldstärke von
— 3,5 kV/cm, die mit einem handelsüblichen Feldstärkemeßgerät gemessen wurde. Die Gleichmäßigkeit der
Ladungsverteilung wurde mit einem feinauflösenden Meßsondengerät kontrolliert. Die aufgeladene Folie
wurde dann in ein Bad eingetaucht, dessen Füllung folgendermaßen zubereitet wurde: 2o g Ruß wurden in
200 g Leinölstandöl fein dispergiert. Die Dispersion wurde anschließend mit 101 eines hochsiedenden
aliphatischen Kohlenwasserstoffes verdünnt. Dieser Lösung bzw. Dispersion wurden schließlich 100 mg
Cobaltnaphthenat zugesetzt. Während des 20 Sekunden dauernden Eintauchens der aufgeladenen Folie wurde
dafür gesorgt, daß die Folie im Kontakt mit der Metallunterlage verblieb und daß sich die geladene
Oberfläche der Folie in der Nähe einer als Gegenelektrode wirkenden Metallfläche befand. Nach dem
Verlassen des Bades war die Folie mit einer homogenen Rußschicht bedeckt. Die überschüssige Badflüssigkeit
wurde durch Verdunsten mit Hilfe von Warmluft entfernt. Zur besseren Haftung der Rußschicht wurde
die Folie kurze Zeit auf 2000C erhitzt.
Es wurde wie in Beispiel 1 verfahren, jedoch diente als
Badflüssigkeit eine Aluminiumdispersion, die folgendermaßen zubereitet wurde: 10 g Aluminiumbronze wurden
in einer Lösung von 20 g Leinölstandöl und 20 g eines Harzesters in 100 ml eines hochsiedenden
aliphatischen Kohlenwasserstoffs fein dispergiert. Die bo
Dispersion wurde anschließend mit 1 I des gleichen Kohlenwasserstoffs verdünnt. Nach dem Verlassen des
Bades wurde die Folie von überschüssiger Badflüssigkeit befreit. Zur besseren Verankerung der Aluminiumschicht
wurde die Folie anschließend durch ein zweites b5 Bad geführt, das mit einer 10%igen Lösung von
Trichlorcssigsiiure in einem hochsiedenden aliphatischen
Kohlenwasserstoff gefüllt war. Die uliiminiumbcschichtete
Folie wurde anschließend bei 170°C getrocknet.
Eine 80 μιτι dicke Weich-PVC-Folie wurde zunächst
mit einer Wechselstromcorona von elektrostatischen Ladungen befreit und dann mit einer Gleichstromcorona
homogen aufgeladen. Die Aufladung entsprach einer Feldstärke von — 2,6 kV/cm. Die aufgeladene Folie
wurde dann analog Beispiel 1 innerhalb 30 Sekunden durch ein Beschichtungsbad geführt, dessen Flüssigkeit
wie folgt hergestellt wurde: 20 g Eisen-lll-oxid wurden
in einer Lösung von 40 g Leinölstandöl und 40 g Harzester in 200 ml eines hochsiedenden aliphatischen
Kohlenwasserstoffs fein dispergiert. Die Dispersion wurde anschließend mit dem gleichen Kohlenwasserstoff
auf 101 verdünnt. Die aufgeladene PVC-Folie wurde, während sie im engen Kontakt mit der
Metallunterlage verblieb, im Abstand von 6 mm an einer Gegenelektrode vorbeigeführt. Um ein Absetzen der
Eisen-Ill-oxid-Dispersion zu vermeiden, wurde die Badflüssigkeit ständig umgepumpt. Nach dem Verlassen
des Bades war die Folie gleichmäßig mit FejOj belegt.
Um die Eisenoxidschicht besser zu verankern, wurde die Folie nach dem vollständigen Entfernen der Badflüssigkeit kurz durch eine mit Butanondämpfen angereicherte
Atmosphäre geführt.
Eine 40μ.Γη starke Hart-PVC-Folie wurde wie zuvor
beschrieben vorbehandelt und gleichmäßig elektrostatisch auf —3 kV/cm aufgeladen. Die aufgeladene Folie
wurde dann über etwa 15 Sekunden durch ein Beschichtungsbad geführt, das mit einer Kupferdispersion
gefüllt war, die man wie folgt erhielt: 10 g Kupferbronze wurden in einer Lösung von 20 g
Leinölstandöl und 20 g eines Harzesters in 100 ml eines hochsiedenden aliphatischen Kohlenwasserstoffs fein
dispergiert. Die Dispersion wurde mit 1 1 des gleichen Kohlenwasserstoffs verdünnt. Nach Verlassen des
Beschichtungsbades war die Folie gleichmäßig mit Kupfer belegt. Die Haftung der Kupferschicht auf der
Hart-PVC-Folie war gut.
Analog zu Beispiel 1 wurde eine 25 μηι starke
Polypropylenfolie elektrostatisch aufgeladen, so daß die Aufladung einer Feldstärke von —3,0 kV/cm entsprach.
Die aufgeladene Folie wurde in ein Beschichtungsbad eingeführt, das man erhielt, wenn man 10 g eines
Phthalocyaninblaus in einer Lösung von 50 g eines Harzesters in 100 ml eines hochsiedenden aliphatischen
Kohlenwasserstoffs fein dispergiertc und mit 101 des
gleichen Kohlenwasserstoffs verdünnte. Nach dem Verlassen des Bades trug die Folie einen gleichmäßig
blauen Überzug.
Anstelle der in Beispiel I verwendeten Polyesterfolie wurde eine 60 μιτι dicke Polystyrolfolie aufgeladen, so
daß die Aufladung einer Feldstärke von — 3,9 kV/cm entsprach. F.s wurde verfahren, wie in Beispiel 1
beschrieben. Mnn erhielt eine homogen mit Ruß
bedeckte Polystyrolfolie. Zur einwandfreien Verankerung der Rußschicht wurde die Fo>>. ."^. L.^ ZJ>1 \,J.
Zimmertemperatur durch eine mi Lösungsmitteldämp-
fen angereicherte Atmosphäre ge.l! '.!_ L^__:.o..*. .:".
tel waren Butanon oder Methylenchlorid besonders gut
geeignet.
Eine 50 μπ\ dicke Celluloseacetatfolie wurde zunächst
mit Hilfe einer Wechselstromcorona von vorhandenen elektrostatischen Ladungen befreit und dann mit einer
Gleichspannungscorona homogen aufgeladen, so daß eine Feldstärke von —2,7 kV/cm gemessen werden
konnte. Die aufgeladene Folie wurde dann wie zuvor beschrieben innerhalb 20 Sekunden durch ein Flüssigkeitsbad
geführt, das wie folgt zubereitet wurde: 50 g Zinkoxid wurden in einer Lösung von 100 g Leinölstandöl
und 100 g eines Harzesters in 500 ml eines hochsiedenden Kohlenwasserstoffs fein dispergiert. Die
Dispersion wurde mit 15 1 des gleichen Kohlenwasserstoffs
verdünnt. Um ein Absetzen des Zinkoxids zu vermeiden, wurde die Badflüssigkeit laufend umgepumpt.
Die Folie befand sich während des Eintauchens, in das Bad in engem Kontakt mit der metallischen
Unterlage, auf der sie aufgeladen wurde, und im Abstand von 5 mm von einer Gegenelektrode. Man
erhielt auf diese Weise eine mit Zinkoxid beschichtete Celluloseacetatfolie.
Es wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, eine 40 μτη
dicke Polycarbonatfolie mit einer Aufladung, die einer Feldstärke von -3,2kV/cm entsprach, durch ein mit
einer Rußdispersion gefülltes Bad geführt. Die Badflüssigkeit war ebenfalls die gleiche, wie in Beispiel 1
beschrieben. Man erhielt eine homogen mit Ruß bedeckte Polyoarbonatfolie.
Eine 100 μτη dicke Aluminiumfolie wurde auf eine
hochisolierende Kunststoffolie, beispielsweise 50 μΐη
dickes Polyethylenterephthalat gelegt und mit Hilfe einer bei 10 kV betriebenen Gleichspannungscorona
aufgeladen. Die Aufladung der Aluminiumfolie entsprach einer Feldstärke von —3,5 kV/cm. Zusammen
mit der hochisolierenden Unterlage, die das Abfließen der Ladung verhinderte, wurde die Aluminiumfolie dann
30 Sekunden lang in ein Bad eingetaucht, dessen Füllung wie folgt aufgebaut war: 20 g Ruß wurden in 200 g
Leinölstandöl fein dispergiert. Diese Dispersion wurde mit 101 eines hochsiedenden aliphatischen Kohlenwasserstoffs
verdünnt. Während des Eintauchens des aufgeladenen Aluminiums wurde dafür gesorgt, daß
dieses im Kontakt mit der Kunststoffunterlage blieb und J„" .",ich die OberflSch? d?' ο··Γ«»οΐ.>Ημη<»η Al'irniniiimfn-He
in der Nähe einer als Gegenelektrode wirkenden n~...iifHnh» befand Nach dem Verlassen des Bades war
die Folie mit einer homogenen KUDbcnn.iu ^--!.: ":'
überschüssige. Badflüssigkeit wurde durch Verdunsten
mit Warmluft entfernt. Eine Verbesserung der Haftung der Rußschicht auf der Aluminiumfolie wurde durch
eine Wärmebehandlung bei 2000C erreicht.
Beispiel 10
Eine 50 μΐπ dicke Polyesterfolie wurde, wie in Beispiel
! beschrieben, entladen und auf eine Metallunterlage gelegt. Auf die freie Oberfläche der Kunststoffolie
wurde in direktem Kontakt eine Maske aus 100 μΐη
dicker Aluminiumfolie, die beliebige Aussparungen (z. B. Schriftzeichen, Linien usw.) enthalten kann, aufgelegt.
Die Kombination aus Maske, Kunststoffolie und Metallunterlage wurde einer bei 10 kV betriebenen
Gleichspannungscorona zugeführt, wobei lediglich die durch die Aussparungen der Maske freigelassenen Teile
der Kunststoffolie aufgeladen wurden. Anschließend wurde die Maske abgezogen und die Kunststoffolie mit
der Metallunterlage 20 Sekunden in ein Beschichtungsbad, dessen Zusammensetzung z. B. der in Beispiel 9
genannten Rezeptur entspricht, eingetaucht. Hierbei werden lediglich die ursprünglich hinter den Maskenaussparungen
gelegenen und somit aufgeladenen Folienbereiche beschichtet. Nach anschließender
Trocknung im Ofen kann eine Verbesserung der Haftfestigkeit durch eine Nachbehandlung in 10%iger
Trichloressigsäure (s. Beispiel 2) erzielt werden.
Beispiel ti.
Eine 50 μ.πι dicke Polyesterfolie wurde von einer
Rolle mittels eines Abzugswalzenpaares kontinuierlich abgezogen, an einer Entladungs- und Beladungszone
(wie in Beispiel 1 beschrieben) vorbeibewegt und an einer im Beschichtungsbad der Zusammensetzung des
Beispiels I1 angeordneten Walze (Abbildung 7) umgelenkt
und schließlich mittels Warmluft vor dem Aufwickeln getrocknet.
Beispiel 12
Es wurde wie in Beispiel 11 angegebebverfahren,
jedoch wurde in der Aufladungszone synchron mit der Geschwindigkeit der bewegten Folienbahn eine endlose
so Maske, die von vier Rollen geführt wurde, mitlaufen lassen (Abbildung 8). Die durch die Maske abgedeckten
Flächen wurden dabei nicht aufgeladen und somit bei der anschließenden Beschichtung nicht beschichtet.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von Oberflächen mit elektrisch leitendem, halb- oder
nichtleitendem Material, dadurch gekennzeichnet, daß man entweder hochisolierendes oder hochisoliert
gelagertes Trägermaterial definiert entlädt und anschließend, in engem Kontakt mit einer elektrisch
leitenden Unterlage, die Materialoberfläche mittels '"
Gleichspannungscorona homogen auflädt und mit der in einer isolierenden Flüssigkeit dispergierten
Substanz in einem Bereich homogener Feldverteilung beschichtet.
2. Verfahren nach Anspruch I1 dadurch gekenn- '5
zeichnet, daß man das Trägermaterial mit bestimmter Geschwindigkeit kontinuierlich durch die Entladungs-,
Aiifladungs- und Beschichtungszone hindurohbewegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man hochisolierendes oder
hochisoliert gelagertes Trägermaterial mit Masken abdeckt und nur in Teilbereichen homogen auflädt
und beschichtet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche t bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als hochisolierendes
oder hochisoliert gelagertes Trägermaterial oder als Isolation ein Material mit einem Oberflächenwiderstand
von>1012 Ohm verwendet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß. man als hochisolierendes
oder hochisoliert gelagertes Trägermaterial Folien aus Kunststoffen wie Polyester, Polyolefine,
Polyvinylchlorid, Polystyrol, Polyamid, Polycarbonat, deren Copolymeren oder deren Polymerisatmischungen
oder aus Cellulosederivaten sowie aus den genannten Kunststoffen hergestellte Verbundfolien
oder mit Lacküberzügen versehene Folien verwendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ^0
dadurch gekennzeichnet, daß man als hochisolierende Flüssigkeit eine solche mit einem spezifischen
Widerstand von>l O10 Ohm · cm verwendet.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Beschichtungsverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus einer Entladungsanlage (4) zur Entladung des Trägermaterials, einer geerdeten
leitenden Unterlage (2) für das Trägermaterial (1), einer Anlage zur Erzeugung einer Gleichspannungs-.
corona (5) zur homogenen Aufladung des Trägermaterials sowie einem die Dispersion (7) aufnehmenden
Behälter (6) und einer geerdeten flächenförmigen und im Abstand zum Trägermaterial parallel
verstellbaren Metallelektrode (8), welche in der Dispersion angeordnet ist, besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum kontinuierlichen
Bewegen der Bahn durch die Entladungs-, Aufladungs- und Beschichtungszone vorhanden sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß als flächenförmige
Metallelektrode (8) ein perforiertes Blech oder ein feinmaschiges Drahtnetz Verwendung findet.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als geerdete leitende h5
Unterlage (2) für bahnförmiges Trägermaterial (1) eine Walze verwendet wird.
55 Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrostatischen Beschichten von Oberflächen mit
elektrisch leitendem halb- oder nichtleitendem Material sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei den bekannten Beschichtungsverfahren wird die auf die Materialoberfläche aufzubringende Substanz
durch Eintauchen des Materials in eine Dispersion bzw. in eine Streichlösung angetragen. Die Egalisierung der
Schicht und die Einstellung der gewünschten Schichtdikke erfolgen nach verschiedenen Methoden. Es seien zum
Beispiel die. Streichverfahren mit Bürsten-, Verreibwalzen-, Rakel- oder Luftbürstenegalisierung genannt.
Ferner existieren Streichverfahren mit Glättung der Schicht durch hochglänzende Gegenflächen im Kontaktverfahren.
Auch das Antragssystem kann dahingehend modifiziert werden, daß nicht die Folienbahn selbst in die
Streichdispersion eintaucht, sondern diese durch eine oder mehrere Antragswalzen auf das Material bzw. die
Materialbahn übertragen wird.
Infolge der angewendeten Abstreifmethoden werden die erzeugten Oberflächenschichten relativ ungleichmäßig
und sind häufig von streifiger Struktur.
Neben diesen rein mechanischen Beschichtungen werden neuerdings in steigendem Maße elektrostatische
bzw. elektrophoretische Streich- und Lackierverfahren eingesetzt. Bei der elektrostatischen Lackzerstäubung
wird das aufzutragende Material in feinster Verteilung unter dem Einfluß einer hohen Gleichspannung
etwa aus dem Spalt eines Hohlkörpers versprüht und auf dem Trägermaterial als gleichmäßige Schicht
niedergeschlagen. Dieses Verfahren ist auf Trägermaterialien aus elektrisch bzw. aus elektrostatisch leitfähigen
Werkstoffen beschränkt. Nachteilig ist ferner die relativ hoiie Arbeitsspannung von etwa 100 bis 15OkV.
Die bekannte elektrophoretische Lackierung beruht auf einer Wanderung elektrisch geladener Lack- oder
Pigmentteilchen in einer Flüssigkeit unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes. Es lassen sich hierbei nur
solche Materialien elektrophoretisch beschichten, die eine gleichmäßige elektrische Leitfähigkeit an ihrer
Oberfläche aufweisen. Das Verfahren ist demnach auf metallische Werkstoffe beschränkt, sofern mit niederen
Gleichspannungen zwischen 50 und 150 Volt gearbeitet wird. Nichtleitende oder halbleitende Materialien lassen
sich auf diese Weise nur beschichten, wenn sehr viel höhere Spannungen, etwa 100 kV, verwendet werden.
Für die elektrophoretische Beschichtung kommen nur wäßrige dispergierte Emulsionssysteme oder Lösungen
in Betracht. Der spezifische Widerstand des Elektrophoresebads muß verhältnismäßig niedere Werte, etwa
102 bis 103 Ohm · cm, aufweisen. Nachteilig sind vor allem die erforderlichen hohen Stromdichten von etwa
20 bis 40 Ampere/m2, die besondere Elektrodenkonstruktionen und Kühlsysteme des Gleichrichters notwendig
machen.
Es ist auch ein Verfahren zum Aufbringen einer flüssigen photographischen Emulsion auf die Oberfläche
einer Unterlage bekannt (US-PS 29 52 559), bei dem der übliche Fließerantrag durch Einsatz elektrostatischer
Kräfte verbessert werden soll.
Bei diesem Verfahren sind jedoch zwei Aufladungsvorgänge erforderlich, indem einerseits die Unterlage
und andererseits zusätzlich die gesamte Gießvorrichtung und damit auch die aufzuladende Emulsion
aufgeladen werden muß. Außerdem wird in der Beschichtungszone keine homogene Feldverteilung
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