DE19911385A1

DE19911385A1 - Verfahren zur Herstellung von Kunststofffolien, die zur Herstellung von Folienkondensatoren dienen, hiermit hergestellte Kunststofffolie und Verfahren zur Herstellung von Folienkondensatoren unter Verwendung derartiger Kunststofffolien

Info

Publication number: DE19911385A1
Application number: DE19911385A
Authority: DE
Inventors: Lothar Hoels
Original assignee: Aluminium Feron GmbH and Co KG
Current assignee: Aluminium Feron GmbH and Co KG
Priority date: 1999-03-15
Filing date: 1999-03-15
Publication date: 2000-09-21

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffolien, die zur Herstellung von Folienkondensatoren dienen, beschrieben. Hierbei wird auf eine Kunststoffbasisfolie eine Lösung oder Dispersion aus Ein- oder Mehrkomponentenharzen, welche unter Wärmeeinwirkung über Kondensationsreaktionen zu Duroplasten reagieren, aufgebracht. Der sich dabei ergebende Überzug wird derart getrocknet, daß hierdurch keine oder eine nur teilweise Kondensationsreaktion des Ein- oder Mehrkomponentenharzes initiiert wird. Des weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung von Folienkondensatoren unter Verwendung von derartigen Kunststoffolien beschrieben. Dabei werden mehrere metallbeschichtete Folien bei Temperaturen verpresst, die bei oder über der Kondensationstemperatur der in den Überzügen vorhandenen Harze liegen. Hierdurch lassen sich Folienkondensatoren herstellen, die eine besonders gute Feuchtigkeits- und Temperaturbeständigkeit besitzen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Her stellung von Kunststoffolien, die zur Herstellung von Foli enkondensatoren dienen. Die Erfindung betrifft ferner eine hiermit hergestellte Kunststoffolie sowie ein Verfahren zur Herstellung von Folienkondensatoren unter Verwendung derar tiger Kunststoffolien.

Aus der DE 195 28 929 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffolien, die zur Herstellung von Folienkonden satoren dienen, bekannt, bei dem eine Lösung oder Disper sion auf eine Seite oder beide Seiten einer Kunststoffba sisfolie aufgebracht wird, wobei diese Lösung aus OH-Grup pen enthaltenden Verbindungen und/oder Aminogruppen-enthal tenden Verbindungen und geblockte Isocyanatgruppen-enthal tenden Verbindungen, welche unter Wärmeeinwirkung über Ver netzungsreaktionen zu Polyurethanstrukturen führen, besteht. Mit der Lösung oder Dispersion wird ein Überzug hergestellt, und dieser Überzug wird so getrocknet, daß im Überzug weiterhin geblockte Isocyanatgruppen vorhanden sind, die unter Wärmeeinwirkung mit den OH-Gruppen und/oder Aminogruppen der übrigen Verbindungen noch reaktionsfähig sind. Diese Reaktion wird nach dem Aufbringen einer Metall schicht auf die mit dem Überzug versehene Kunststoffbasis folie durch das Verpressen von mehreren Folienabschnitten zu einem Kondensatorpaket bei erhöhten Temperaturen ausge löst. Bei diesem Verpressungsvorgang finden Temperaturen über 160°C Anwendung. In einem derartigen Temperaturbereich wird die Blockierung der Isocyanatgruppen aufgehoben, so daß diese nunmehr mit den OH-Gruppen und/oder Aminogruppen der übrigen Verbindungen des Überzuges reagieren. Hierbei verlaufen Additionsreaktionen ab.

In der WO 97/06203 sind ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffolien, die zur Herstellung von Folienkondensato ren dienen, und ein Verfahren zur Herstellung der Folien kondensatoren beschrieben. Zur Herstellung der Kunststoffo lien wird eine Lösung oder Dispersion aus Verbindungen, welche bei einer über der Trocknungstemperatur liegenden erhöhten Reaktionstemperatur insbesondere über Vernetzungs reaktionen polymerisierbar sind, hergestellt. Die Lösung oder Dispersion wird auf eine Seite oder beide Seiten einer Kunststoffbasisfolie aufgebracht, um einen Überzug herzu stellen. Danach wird der Überzug getrocknet. Zur Herstel lung von Folienkondensatoren werden auf derartige, mit Überzügen versehene Kunststoffolie Metallschichten aufge bracht. Danach werden mehrere übereinander angeordnete me tallbeschichtete Kunststoffolien zu einem Kondensatorpaket bei einer Temperatur, die der Polymerisationstemperatur der Überzugsubstanzen entspricht oder über dieser liegt, ver presst.

Die letztgenannte Veröffentlichung beschreibt somit gegen über der erstgenannten Veröffentlichung ein erweitertes Verfahren, bei dem Lösungen oder Dispersionen allgemein aus Verbindungen hergestellt werden, welche insbesondere über Vernetzungsreaktionen polymerisierbar sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Kunststoffolie, die zur Herstellung von Folienkondensatoren dient, zur Verfügung zu stellen, mit dem sich Folienkondensatoren mit besonders guten Eigenschaften (Feuchtigkeitsbeständigkeit, Tempera turbeständigkeit etc.) herstellen lassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffolien, die zur Herstellung von Folienkonden satoren dienen, gelöst, das die folgenden Schritte auf weist:

a) Bereitstellen einer Kunststoffbasisfolie;
b) Herstellen einer Lösung oder Dispersion aus Ein- oder Mehrkomponentenharzen, welche unter Wärmeeinwirkung über Kondensationsreaktionen zu Duroplasten reagieren;
c) Aufbringen der Lösung oder Dispersion auf eine Seite oder beide Seiten der Kunststoffbasisfolie zur Herstellung eines Überzuges; und
d) Trocknen des Überzuges derart, daß hierdurch keine oder eine nur teilweise Kondensationsreaktion des Ein- oder Mehrkomponentenharzes initiiert wird.

Erfindungsgemäß wurde festgestellt, daß von den im vorste hend aufgezeigten Stand der Technik angeführten Verbindun gen, die bei einer über der Trocknungstemperatur liegenden erhöhten Reaktionstemperatur insbesondere über Vernetzungs reaktionen polymerisierbar sind, Ein- oder Mehrkomponenten harze besonders geeignet sind, welche unter Wärmeeinwirkung über Kondensationsreaktionen polymerisieren, d. h. aus einer Substanz mit thermoplastischen Eigenschaften in eine Sub stanz mit duroplastischen Eigenschaften übergehen. Die mit derartigen Harzen hergestellten Überzüge sind nach dem durchgeführten Trocknen zumindest noch teilweise thermopla stisch und härten beim nachfolgenden Verpressen der einzel nen Folien zu Folienkondensatoren über Kondensationsreak tionen zu Duroplasten aus. Die thermoplastischen Eigen schaften der Überzüge werden zum Verkleben zweier mit Über zug versehener Folien gegeneinander oder zum Verkleben ei ner mit Überzug versehenen Folie gegen eine nicht mit Über zug versehene Folie, einer mit Überzug und auf diesem Über zug mit einer metallischen Schicht versehenen Folie gegen eine wahlweise mit oder ohne Überzug versehene Folie und zum Verkleben einer mit Überzug versehenen Folie gegen eine mit einer metallischen Schicht versehene Oberfläche einer Folie eingesetzt.

Es wurde festgestellt, daß die erfindungsgemäß verwendeten Harze, die über Kondensationsreaktionen auspolymerisieren, besonders gut geeignet sind für die Herstellung von Kunst stoffolien, deren Überzüge bei einer schonend durchgeführ ten Trocknung noch ihre reaktiven Eigenschaften beibehal ten, so daß diese Folien bei der Kondensatorenherstellung anfangs die gewünschten thermoplastischen Eigenschaften zur Verklebung der Folienlagen miteinander besitzen. Die Kon densationsreaktionen (Vernetzungsreaktionen) sind nach ei ner relativ kurzen Zeitdauer und bei bei der Kondensatoren herstellung üblichen Temperaturen (ab ca. 140°C) soweit fortgeschritten, daß duroplastische Eigenschaften resultie ren. Der Prozeß ist nicht reversibel, so daß beim nachfol genden Betrieb der Kondensatoren entstehende höhere Tempe raturen keine Auswirkungen haben.

Darüberhinaus bewirken die höheren Temperaturen während des Herstellungsprozesses der Kondensatoren von über 130°C un ter gleichzeitiger Druckapplikation eine Plastifizierung des Überzuges und somit eine Heißsiegelwirkung zwischen der Metallschicht und der mit dem Überzug versehenen Kunst stoffbasisfolie.

Es hat sich nunmehr gezeigt, daß mit Hilfe der erfindungs gemäß ausgewählten, Kondensationsreaktionen durchführenden Harze eine besonders gute Haftung zwischen der Metall schicht und der Basisfolie - über den dazwischen vorgese henen Überzug - erreichbar ist, die zu einer besonders guten Feuchtigkeitsbeständigkeit des Endproduktes führt, da nun mehr ein Eindringen von Feuchtigkeit zwischen die Metall schicht und die Basisfolie weitgehend ausgeschaltet ist. Die hergestellten Kondensatoren weisen somit eine besonders hohe Lebensdauer auf.

Darüberhinaus erreichen diese Harze, je nach chemischem Charakter, durch Temperatureinwirkung eine extrem hohe Tem peraturbeständigkeit (bis zu 600°C). Die hieraus resultie rende hohe Entflammbarkeit ist für Folienkondensatoren von Vorteil.

Die erfindungsgemäß verwendeten Harze zeichnen sich dadurch aus, daß sie über Kondensationsreaktionen zu Duroplasten ausreagieren. Es kann sich hierbei um Ein- oder Mehrkompo nenten-Harzsysteme handeln. Als Harze kommen OH-funktio nelle Harze, beispielsweise Alkydharze, Acrylharze, Poly esterharze und Epoxidharze, infrage, welche in Verbindung mit plastifizierten Harnstoffharzen und/oder Triazinharzen durch die bei der Kondensatorenherstellung angewendeten Temperaturen ihre thermoplastischen Eigenschaften zugunsten komplizierterer Netzwerke verlieren. Ebenso können für das Verfahren Harze eingesetzt werden, welche bei Tempera tureinwirkung selbstvernetzende Eigenschaften besitzen, wie Acrylate, Methacrylate und deren Mischpolymerisate, Silikonharze und Silikonkombinationsharze bzw. Mischungen der genannten Harze.

Von den Silikonharzen können beispielsweise Methylsili kone, Phenylsilikone, co-kondensierte Silikone Verwendung finden. Besonders bevorzugt werden Silikonkombinations harze, wie beispielsweise Silikonpolyester, Silikonepoxide, Silikonalkyde oder Silikonacrylate. Bei derartigen Silikon kombinationsharzen handelt es sich um Copolymerisate aus niedermolekularen hydroxy-funktionellen Silikonen mit bei spielsweise Polyestern, Alkyl-und Acrylharzen.

In Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens werden bereits vorkondensierte Harze, insbesondere Silikonharze, verwendet. Speziell werden Harze mit eingearbeiteten Kon densationskatalysatoren eingesetzt.

Auch bei Verwendung dieser speziellen Harze hat es sich ge zeigt, daß mit Polyethylenterephthalat (PET)- oder Polye thylennaphthalat (PEN)-Folien als Basisfolien besonders gute Ergebnisse erzielt werden. Auch mit Polypropylen (PP)- Basisfolien wurden gute Ergebnisse erzielt.

Als Lösungsmittel finden vorzugsweise organische Lösungs mittel zur Herstellung des Überzuges Verwendung.

Erfindungswesentlich ist, daß der Überzug bei Temperaturen getrocknet wird, bei denen keine oder eine nur teilweise Kondensationsreaktion des Ein- oder Mehrkomponentenharz systemes initiiert wird. Diese Temperaturen können unter schiedlich hoch sein. Man kann jedoch die generelle Regel aufstellen, daß im allgemeinen der Überzug bei Temperaturen unter 130°C getrocknet werden sollte, um auf der sicheren Seite zu liegen. Die nachfolgende Kondensatorenherstellung kann dann bei Temperaturen über 130°C oder noch höheren Temperaturen durchgeführt werden.

Falls erforderlich, werden den Ausgangsharzen zur Herstel lung des Überzuges Hilfsmittel zugesetzt, wie beispiels weise Füllstoffe, wie Kieselsäuren, Kalziumkarbonate oder Kaoline, Katalysatoren oder Inibitoren zur Reaktions steuerung, Wachse, Gleitmittel, Antioxydantien, Licht schutzmittel.

Wenn hier davon die Rede ist, daß die verwendeten Harzsy steme von einem thermoplastischen in einen duroplastischen Zustand übergehen, so sind hiermit natürlich auch teilweise thermoplastische oder teilweise duroplastische Zustände ge meint. Wesentlich ist, daß der Überzug nach dem Trocknen sich noch zumindest in einem teilweise thermoplastischen Zustand befindet, so daß bei nachfolgender Druckapplikation unter Wärmeeinwirkung zur Kondensatorenherstellung noch eine Kondensationsreaktion (Vernetzungsreaktion) stattfin den kann. Dabei kann eine Endvernetzung oder auch nur eine Zwischenvernetzung stattfinden.

Die Harzsysteme können im getrockneten Überzug auch bereits in einem Zwischenzustand (teilweise auskondensiert) vorlie gen, wenn nur bei der nachfolgenden Verarbeitung noch eine Endvernetzung möglich ist.

Zweckmässigerweise finden organische Lösungsmittel zur Her stellung der Überzugslösung Verwendung.

Die Überzüge werden vorzugsweise in einer Dicke von 0,03-20 µm, vorzugsweise 0,03-10 µm, hergestellt.

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellte Kunst stoffolie.

Erfindungsgemäß wird auch ein Verfahren zur Herstellung von Folienkondensatoren beansprucht, wobei die erfindungsgemäß hergestellten Kunststoffolien Verwendung finden. Die Foli enkondensatoren werden vorzugsweise erfindungsgemäß so her gestellt, daß Metallschichten auf die mit den Überzügen versehenen Kunststoffolien aufgebracht werden und mehrere übereinander angeordnete metallbeschichtete Kunststoffo lienabschnitte zu einem Kondensatorpaket bei einer Tempera tur verpresst werden, die der Kondensationstemperatur der Harzsysteme der Überzüge entspricht oder über dieser liegt. Die thermoplastischen Eigenschaften, die die Überzüge vor dem Verpressen noch besitzen, werden zum Verkleben der mit den Überzügen versehenen Kunststoffolienabschnitte ausge nutzt. Die Aufbringung der Metallbeschichtung erfolgt vor zugsweise durch Bedampfung. Zweckmässigerweise wird bei Temperaturen ab 140°C verpresst, um sicherzustellen, daß die in den Überzügen vorhandenen Harzsysteme vollständig auskondensieren.

Beim Verpressen kann die Temperatur kontinuierlich oder diskontinuierlich erhöht werden.

Schließlich betrifft die Erfindung einen nach dem vorste hend beschriebenen Verfahren hergestellten Folienkondensa tor.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei spielen im einzelnen erläutert:

Beispiel 1

Ein Silikonkombinationsharz, welches aus der Umsetzung ei nes Silikonharzzwischenproduktes mit Polyestern resultierte und einen Festkörper von 49-55% besaß (Handelsname: Sili koftal HTL 2, erhältlich von der Firma Tego Chemie) wurde durch Verdünnung mit einem organischen Lösungsmittel (Ethylacetat) auf eine Viskosität von 30 s (Fordbecher 4 mm) eingestellt. Mit einem Laborcoater wurde ein PET-Film der Stärke 8 µm mit dieser Lösung beschichtet, so daß nach der Trocknung ein Auftragsgewicht von 2 g/m² resultierte. Die Trocknung erfolgte mit einem Heißluftgebläse, wobei eine Trocknungstemperatur von 120°C nicht überschritten wurde.

Die so erhaltene Folie wurde auf der lackierten Seite durch Aufdampfen mit einem Aluminiumüberzug versehen und nach den herkömmlichen Verfahren zu Rohlingen zur Kondensatorher stellung verarbeitet, wobei Temperaturen ab 140°C über einen Zeitraum von ca. 2 h zur Anwendung kamen. Diese Rohlinge wurden anschließend zu Kondensatoren verarbeitet.

Die so erhaltenen Kondensatoren wurden mit einer Spannung von 70 V/µm beaufschlagt und einem Klima von 60°C und 95% relativer Feuchte ausgesetzt. Es wurde die Zeit bis zu ei ner Kapazitätsänderung (Delta C/C) < 5% gemessen. Die Werte sind in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Beispiel 2

Ein Silikonkombinationsharz, hergestellt aus intermediären Silikonharzen und Epoxidharzen (Handelsname: Silikoftal EW), wurde mit einem Lösungsmittel auf eine Viskosität von 30 s (Ford-Becher, 4 mm) eingestellt, und die so erhaltene Lösung wurde auf einen Polyethylennaphthalatfilm der Stärke 2 µm mit einem Laborcoater aufgetragen. Der beschichtete Film wurde mit Heißluft mit maximal 120°C getrocknet, bis das gesamte Lösungsmittel verdampft war und ein Lackauf tragsgewicht nach der Trocknung von 1 g/m² resultierte. In einer zweiten Schichte wurde die PEN-Folie ebenso auf der Rückseite beschichtet, so daß eine beidseitig beschichtete PEN-Folie resultierte. In einem weiteren Schritt wurde die beidseitig mit einem Silikonepoxidharz beschichtete Folie durch Aufdampfen von Aluminium einseitig mit einem metalli schen Überzug versehen. Das so erhaltene Material wurde ge mäß Beispiel 1 zu Kondensatoren verarbeitet und den klima tischen Bedingungen gemäß Beispiel 1 ausgesetzt (siehe Ta belle 1).

Beispiel 3

40 Gewichtsteile eines Bisphenol A-Epichlorhydrinharzes mit einem Epoxidgruppengehalt von 2000-2220 mMol/kg, einem Estergruppengehalt von 6670 mMol/kg, einem Hydroxylgruppen gehalt von 2600 mMol/kg und einem mittleren Molekularge wicht von 900 wurden in 60 Gewichtsteilen Ethylacetat ge löst und mit 10 Teilen eines Triazinharzes auf Basis Hexa methoxymethylmelamin (Handelsprodukt Cymel 303) versetzt und homogen verrührt. Als Reaktionsbeschleuniger wurden 1,5 Gew.-% eines nichtionogen-blockierten Säurekatalysators (Handelsprodukt Dynapol Katalysator 1203, Fa. Dynotec) zu gesetzt. Die so erhaltene Lackformulierung wurde mittels eines Laborcoaters auf einen PET-Film der Stärke 9 µm der art aufgetragen, daß nach der Trocknung mit Heißluft, wel che maximal auf 120°C aufgeheizt wurde, eine Beschich tungsstärke von 4 g/m² resultierte. Der so erhaltene, mit dem Überzug versehene Film wurde entsprechend Beispiel 1 zu einem Kondensator verarbeitet, indem die Lackseite gegen die mit Aluminium bedampfte Seite eines zweiten Filmes der Stärke 9 µm verpresst wurde. Die so erhaltenen Kondensato ren wurden den klimatischen Verhältnissen gemäß Beispiel 1 unterworfen, und der Abfall der Kapazität wurde überprüft (siehe Tabelle).

Beispiel 4

Eine wäßrige hydroxylhaltige Dispersion eines Copolymers aus Acryl- und Methacrylsäureestern und Styrol (Handelsname Luhydran LR 8833, Fa. BASF) wurde mittels eines Labor coaters auf einen PET-Film der Stärke 8 µm aufgetragen, so daß ein Auftragsgewicht nach der Trocknung von 2 g/m² re sultierte. Bei der Heißlufttrocknung wurde eine maximale Temperatur von 70°C nicht überschritten. Der so erhaltene, mit dem Überzug versehene Film wurde entsprechend Beispiel 1 zu einem Kondensator verarbeitet, indem die Lackseite ge gen die mit Aluminium bedampfte Seite eines zweiten Film der Stärke 9 µm verpresst wurde. Die so erhaltenen Konden satoren wurden den klimatischen Verhältnissen gemäß Bei spiel 1 unterworfen, und der Abfall der Kapazität wurde überprüft (siehe Tabelle).

Auswertung

Tabelle 1 gibt die Stunden an, nach welchen die hergestell ten Kondensatoren einen Kapazitätsabfall (Delta C/C) von 5% aufwiesen.

Muster	Delta C/C < 5%
Filme ohne Lackierung	730 h
Beispiel 1	2300 h
Beispiel 2	2100 h
Beispiel 3	1800 h
Beispiel 4	1900 h

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kunststoffolien, die zur Herstellung von Folienkondensatoren dienen, mit den folgenden Schritten:

a) Bereitstellen einer Kunststoffbasisfolie;
b) Herstellen einer Lösung oder Dispersion aus Ein- oder Mehrkomponentenharzen, welche unter Wärmeeinwirkung über Kondensationsreaktionen zu Duroplasten reagieren;
c) Aufbringen der Lösung oder Dispersion auf eine Seite oder beide Seiten der Kunststoffbasisfolie zur Her stellung eines Überzuges; und
d) Trocknen des Überzuges derart, daß hierdurch keine oder eine nur teilweise Kondensationsreaktion des Ein- oder Mehrkomponentenharzes initiiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bereits vorkondensierte Harze verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß Harze mit eingearbeiteten Kondensationskata lysatoren verwendet werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß Silikonharze verwendet wer den.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Silikonharze Silikonkombinationsharze verwendet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß OH-funktionelle Harze verwendet werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Acrylate, Methacrylate oder deren Mischpolymerisate verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß als Basisfolie eine Polye thylenterephthalat (PET)-, Polyethylennaphthalat (PEN)- oder Polypropylen (PP)-Folie bereitgestellt wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Lösung mit Hilfe eines organischen Lösungsmittels hergestellt wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Überzug bei Temperaturen < 130°C getrocknet wird.

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Überzug in einer Dicke von 0,03-20 µm, insbesondere 0,03-10 µm, hergestellt wird.

12. Kunststoffolie, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Verfahren zur Herstellung von Folienkondensatoren un ter Verwendung von nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellten Kunststoffolien mit den folgenden Schritten:

a) Aufbringen von Metallschichten auf die mit den Überzü gen versehenen Kunststoffolien; und
b) Verpressen von mehreren übereinander angeordneten me tallbeschichteten Kunststoffolienabschnitten zu einem Kondensatorpaket bei einer Temperatur, die der Konden sationstemperatur der Überzugssubstanzen entspricht oder über dieser liegt.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Temperatur < 130°C verpreßt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Temperatur während des Verpressens kontinuierlich oder diskontinuierlich erhöht wird.

16. Folienkondensator, hergestellt nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15.