DE2752052C2

DE2752052C2 - Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Mono- oder Verbundfolien und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2752052C2
Application number: DE2752052A
Authority: DE
Inventors: Horst 4800 Bielefeld Berger; Klaus 4803 Steinhagen Kalwar
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-11-22
Filing date: 1977-11-22
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE2752052A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Mono- oder Verbundfolien, insbesondere im Anschluß an eine vorher durchgeführte Koronabehandlung, durch welche die Oberflächen der Mono- oder Verbundfolien bedruckbar gemacht worden sind, und betrifft weiterhin ein Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In vielen Bereichen der Verpackungsindustrie werden heute Folien eingesetzt, wobei je nach Aufgabenstellung Mono- oder Verbundfolien Verwendung finden. Dabei werden an die verwendeten Folien, wiederum abhängig von dem jeweiligen Einsatzgebiet, verschiedene Anforderungen gestellt hinsichtlich der mechanischen Haltbarkeit, der Beschaffenheit der Oberflächen

Eine sehr große Bedeutung kommt der Oberflächenbeschaffenheit der eingesetzten Folien zu. Sollen die Folien beispielsweise bedruckt werden, ist eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit erforderlich. Soll die Folie zur Bildung einer Verpackung verschweißt werden, so ist eine andere Oberflächenbeschaffenheit erforderlich als diejenige, die die Bedruckbarkeit der Folie fördert. Das gleiche gilt wenn die Folie sterilisiert werden solL

Es kommt vor, daß an ein und dieselbe Folie alle Anforderungen zugleich gestellt werden, das heißt daß eine Folie einerseits bedruckbar, andererseits gut schweißbar und sterilisierbar sein solL

Bislang werden Folien, die in einem späteren Verfahrensschritt bedruckt und anschließend zu Beuteln od. gl verschweißt werden, in der Weise gefertigt daß schon beim Extrudieren dafür gesorgt wird, daß die Oberflächenbeschaffenheit der Folien der Schweiß Darkeit und Sterilisierbarkeit entgegenkommt Dies wird dadurch erreicht daß die Folie bei der geringstmöglichen Temperatur extrudiert wird. Die in dieser Form vorliegende Folie wird dann, wenn sie bedruckt werden soll und das Raster des Druckbildes festliegt beispielsweise einer Koronabehandlung in demjenigen Bereich unterworfen, in dem der Druck aufgebracht werden soll.

Bei Verbundfolien wird zur Erzielung möglichst großer Adhäsionskräfte bei der Herstellung des Verbundes eine Koronabehandlung der einzelnen Oberflächen durchgeführt wodurch die Adhäsionskräfte erhöht werden, so daß mas zwar die Schmelztemperatur des PoI-äthylenwerkstoffes absenken kann, es ist jedoch sehr schwierig, diese einzelnen Schritte so exakt zu steuern, daß die gestellten Anforderungen optimal erfüllt werden.

In der DE-OS 14 95 882 ist ein weiteres Verfahren beschrieben, welches darauf abzielt die Oberflächen von Polyäthylenteilen so zu behandeln, daß sie gut bedruckbar und gut klebbar sind. In der DE-OS 14 95 882 wird erwähnt, daß die Hafiung voc Substraten, Druckfarben oder verschiedenen Beschichtungsmassen an den Oberflächen von Polyäthylenteilen durch deren Oxidation verbessert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 zu entwickeln, welches es ermöglicht, die Oberflächeneigenschaften der Folien so zu verändern, daß sie nach der Behandlung gut schweißbar und sterilisierbar sind

die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Die gezielte Erwärmung der folienartigen Werkstoffe mittels eines magnetischen oder eines elektrischen Wechselfeldes - je nach Folienart - führt zu einer Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit der Folien in der Weise, daß die zunächst gut bedruckbaren Folien an den behandelten Stellen nunmehr gut schweißbar und sterilisierbar sind.

Die Art der Erwärmung hängt ab von der jeweils zu behandelnden Folienart. Soweit es sich um eine elektrisch leitende Folie handelt, ist deren Erwärmung sowohl durch ein magnetisches wie auch durch ein elektrisches Wechselfeld möglich. Bei einer elektrisch nicht leitenden Folie hingegen ist eine Erwärmung nur durch ein elektrisches Wechselfeld möglich, allerdings mit einem sehr geringen Wirkungsgrad. Dieser reicht aber auf Grund von Versuchen aus, die gewünschte Veränderung der Oberflächeneigenschaften herbeizuführen

Aus der Telefunken-Zeitung, Jahrgang 29 (März 1956), Heft 111, Seiten 32 bis 38, ist es bereits bekannt, daß Gegenstände sowohl induktiv wie auch kapazitiv erwärmt werden können. Auf Seite 36 der genannten LiteratursteDe.. erster Absatz, Findet sich auch ein Hinweis auf die Erwärmung von Folien, allerdings wird hier diese Art der Erwärmung vorgeschlagen für das Tiefziehen von thermoplastischen Kunststoffen, besonders von Kunststoff-Hartfolien. Ein Hinweis darauf, daß durch eine kapazitive oder induktive Erwärmung die Oberflächenbeschaffenheit einer Folie verändert werden kann, läßt sich dieser Literaturstelle nicht entnehmen.

Das trfindungsgemäße Verfahren kann mit großem Vorteil in verschiedenen Arbeitsbereichen eingesetzt werden. So ist es beispielsweise denkbar, Folien, die bedruckt und anschließend zur Bildung einer Verpakkung verschweißt werden sollen, beim Folienhersteller beispielsweise durch Koronabehandlung so vorzubereiten, daß ein Bedrücken der Folie sehr gut möglich ist. Erst beim Herstellen des Druckes bzw. beim Verschweißen der Folien, wenn also feststeht, an welchen Stellen die Folie geschweißt wird, wird dann das erfindungsgemäße Verfahren gezielt in denjenigen Bereichen angewandt, in denen die Oberfläche gut schweißbar und sterilisierbar sein solL Beispielsweise kann dies geschehen im Bereich einer Schweißstation, so daß auch der vorrichtungsmäßige Aufwand zur Durchführung des Verfahrens sehr gering ist

Bei der Herstellung einer Verbundfolie beispielsweise ist es nun möglich, eine hohe Verarbeitungstemperatur des Polyäthylenwerkstoffes zu wählen mit dem Vorteil der Erzielung hoher Adshäsionskräfte, da durch die anschließende Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ohne nennenswerten Mehraufwand die Beseitigung der unerwünschten Oberflächenbeschaffenheit herbeigeführt werden kann. Es hat sich außerdem gezeigt, daß dabei die Adhäsionskräfte innerhalb des Verbundes zusätzlich verbessert werden.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit zwei einander gegenüberliegenden, an einen Hochspannungsgenerator angeschlossenen Elektro-Spulen oder Spulen-Gruppen, die ein elektrisches oder magnetisches Wechselfeld erzeugen, ist dadurch gekennzeichnet, daß an den Hochspannungsgenerator eine Steuereinheit zur Steuereinheit zur Steuerung der Intensität angeschlossen ist, wobei die Steuereinheit mit zwei Meßwertaufnahmen zu/ Temperatur- und Dun-hlaufgeschwindigkeitsmessung der folienartigen Werkstoffe ausgestattet ist.

Dadurch wird sichergestellt, daß die Erwärmung in Abhängigkeit von der Produktionsgeschwindigkeit gleichmäßig erfolgt. Das Wechselfeld kann entweder dauernd vo/handen sein oder lediglich nur dann erzeugt werden, wenn die Oberflächenbeschaffenheit innerhalb eines Teilbereichs der zu behandelnden Folie verändert werden soll.

An Hand der beigefügten Zeichnung, die verschiedene Anwendungsgebiete sowie einige Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, wird im folgenden die Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von Verbundfolien, wobei die Verbundfolie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nachbehandelt werden,

Fig. 2 eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 abgewandelte Vorrichtung zur Herstellung von Verbundfolien,

F i g. 3 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße N ach wärmstation,

F i g. 4 die in F i g. 2 mit IV bezeichnete Einzelheit in vergrößerte,- Darstellung,

F i g. 5 eine Seitenansicht in Richtung des Pfeiles V in F ig. 4,

F i g. 6 und 7 zwei Ausführungsbeispiele für die Ausbildung von koronaerzeugenden Walzenelektroden,

F i g. 8 eine Vorrichtung zur Sterilisation der Oberfläehe einer Mono- oder Verbundfolie,

F i g. 9 eine weitere Vorrichtung zur Sterilisation der Oberfläche einer Mono- oder Verbundfolie,

F i g. 10 eine Vorrichtung zur Herstellung einer Verbundfolie aus gleichartigen oder ungleichartigen Einzelfolien.

In den F i g. 1 und 2 ist die Herstellung einer Verbundfolie und die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt

Einen ersten Laminator 1, bestehend aus einer Kühlwalze 2 sowie einer Andruckwalze 3, werden zwei bahnförmige Trägerwerkstoffe 4 und 5 zugeführt Dabei kann beispielsweise der Trägerwerh. .off 4 aus Karton und der Trägerwerkstoff 5 aus Aluminum, bestehen.

Diese beiden Trägerwerkstoffe 4 und 5 werden durch aus einer Düse 6 zugeführten plastifizierten oder flüssigen Kunststoff 7, vorzugsweise Polyäthylen, miteinander verbünden.

Zur Vergrößerung der Adhäsionskräfte werden die beiden bahnförmigen Trägerwerkstoffe 4 und 5 in an sich bekannter Weise einer Koronabehandlung unterzogen, zu welchem Zweck Elektrodenwalzen 8 zur Erzeugung von Korona vorgesehen sind

Eine im ersten Laminator I gebildete Folie 9 durchläuft eine Vorwärmstation 10, in welcher die Folie 9 vorgewärmt und insbesondere die Oberfläche der Folie 9 von Kondensatbildungen getrocknet wird.

Die Folie 9 wird einem zweiten Laminator 11 zugeführt, der wiederum aus einer Kühlwalze 2 sowie einer Andruckwalze 3 besteht Auf die Folie 9 wird durch eine weitere Düse 6 schmelzflüssiger Kunststoff 7, vorzugsweise Polyäthylen, aufgebracht Um die Haftfähigkeit des Kunststoffs 7 auf der Oberfläche der Folie 9 zu verbessern, wird die Folie 9 vor dem Einlaufen in den Laminator 11 einer Koronabehandlung unterzogen, zu welchem Zweck eine Elektrodenwalze 8 zur Erzeugung der Korona vorgesehen ist

Die den Laminator Il verlassende fertige Verbundfolie 12 wird in einer Nachwärmstation 13 einer Nachbehandlung durch Erwärmung unterzogen, wodurch einerseits die Adhäsion zwischen dem Trägerwerkstoff 5 der Folie 9 und dem im zweiten Laminator Il aufgebrachten Kunststoff 7 verbessert und andererseits die im Bereich des Laminators 11 auftretende Oxidation des Kunststoffes 7 beseitigt wird.

Der Aufbau der Nachwärmstation 13 wird insbesondere an Hand der F i g. 3 noch beschrieben.

Die F i g. 2 zeigt einen der F i g. 1 entsprechenden Aufbau. Auch hier wird im Bereich des ersten Laminators 1 ein Trägerwerkstoff 4 mit einem anderen Trägerwerkstoff 5 durch Hinzufügen eines flüssigen oder plastifizierten Kunststoffs 7 verbunden. Zur Erhöhung der Adhäsionskräfte werden beide TrägerweFkstoffe 4 und 5 durch entsprechend plazierte Elektrodenwalzen 8 einer Koronabehandlung unterzogen.
Die gebildete Folie 9 wird in der Vorwärmstation 10 vorgewärmt und getrocknet. Im Bereich des zweiten Laminators 11 wird auf den Trägerwerksloff 5 der Folie 9 Kunststoff 7 im flüssigen oder plastifizierten Zustand

aufgebracht. In Abweichung von den in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Elektrodenwalze beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 so angeordnet, daß die Koronabehandlung in erster Linie auf den Kunststoff 7 gerichtet ist. Damit wird der Vorteil erzielt, daß höhere Adhäsionskräfte zwischen der Oberfläche der Folie 9 und dem Kunststoff 7 erreicht werden, als dies bei einer anschließlichen Koronabehandlung der Oberfläche der Folie 9 möglich ist.

Die fertige Verbundfolie 12 wird wiederum in einer Nachwärmstalion 13 einer Nachbehandlung durch Erwärmung unterzogen, wobei insbesondere die Oxydation des Polyäthylenwerkstoffes an der Oberseite der Verbundfolie 12 beseitigt wird.

In Fig.3 ist der Aufbau einer Nachwärmstation 13 dargestellt. Die Nachwärmstation 13 besteht im wesentlichen aus zwei einander gegenüberliegenden Elektro-Spulen 14, die an einen Hochspannungsgenerator 15 angeschlossen sind. Die durch den Hochspannungsgenerator 15 erregten Elektro-Spulen 14 erzeugen ein magnetisches oder ein elektrisches Wechselfeld 16, durch welches die Verbundfolie 12 hindurchgeführt und dabei erwärmt wird. Der Trägerwerkstoff 5 der Verbundfolie 12 besteht, wie schon erwähnt, aus Aluminium, welches als elektrisch leitender Werkstoff bei Durchführung durch das magnetische Wechselfeld 16 durch Wirbelstromverluste molekular, also von innen heraus, erwärmt wird und einen Teil der zugeführten Wärmeenergie an den Kunststoff 7 abgibt.

In F i g. 3 ist auch angedeutet, daß die Erwärmung der Verbundfolie 12 zur Beseitigung der Oxydation an ihrer Oberfläche durch Spulen-Gruppen 17 durchgeführt werden kann, wobei wiederum einzelne Spulen 18 an den Hochspannungsgenerator 15 angeschlossen .sind und das magnetische oder elektrische Wechselfeld 16 erzeugen.

Damit die Erwärmung in Abhängigkeit von der Produktionsgeschwindigkeit gleichmäßig erioigt, muß der Hochspannungsgenerator 15 entsprechend gesteuert werden. Dies wird erreicht durch eine Steuereinheit :I9. welche über zwei Meßwertaufnahmen 20 und 21 die Temperatur der Verbundfolie 12 sowie die Durchlaufgeschwindigkeit der Verbundfolie 12 verarbeitet und in Abhängigkeit von diesen beiden Meßwerten die Intensität des Hochspanungsgenerators 15 regelt

In den F i g. 4 und 5 ist ausführlich dargestellt, wie die Elektrodenwalze 8 im Bereich des zweiten Laminators 11 gemäß dem Ausführungsbetspiel nach Fig.2 angeordnet ist.

Die Kühlwalze 2 des Laminators Ii ist im Sinne des eingezeichneten Doppelpfeiles in vertikaler Richtung verstellbar, so daß sich eine von der Elektrodenwalze 8 erzeugte Korona 22 sowohl gegenüber dem zugeführten Kunststoff 7 wie auch gegenüber der Folie 9 aufbauen kann.

Die Elektrodenwalze 8 ist in ihrem kopfseitigen Bereich jeweils mit Verdickungen 23 versehen, welche auf der Kühlwalze 2 aufliegen. Somit wird die Elektrodenwalze 8 von der Kühlwalze 2 angetrieben, wodurch eine punktförmige Koronaentladung vermieden ist.

Die F i g. 6 und 7 zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen von Elektrodenwalzen 8. Die in F i g. 6 gezeigte Elektrodenwalze 8, die sich gegenüber einer an Masse liegenden Walze 24 befindet, besieht im wesentlichen aus einem glatten Metallkern 25 und einem darauf aufgebrachten dielektrischen Belag 26.

Bei dieser Ausbildung der Klekirodenwalze entwikkelt sich bei Anlegung einer Spannung an die Elektrodenwalze 8 die Korona 22. die sich von der Tendenz her in Umfangsrichtung der Elektrodenwalze ausbildet.
Im Gegensat/, dazu ist die Elcktrodenwalze 8 gemäß F i g. 7 aus einem sternförmigen Kern 27 mit einem dielektrischen Belag 26 hergestellt und auf Grund des sternförmigen Kerns 27 bildet sich hier eine Korona 22 aus, die sehr stark auf die Walze 24 ausgerichtet ist. Dies

ίο hat zur Folge, daß der Wirkungsgrad erheblich verbessert wird.

Der dielektrische Belag 26 besteht vorzugsweise aus einem nicht kohlenstoffbildenden Isolierstoff und kann sowohl als Weich- wie auch als Hartstoff (vulkanisierbar bzw. Keramik) aufgebracht werden.

In Fig.8 ist dargestellt, wie eine Mono- oder Verbundfolie unter Anwendung des erfindungsgemüßen Verfahrens sterilisiert v/erden kann.
Eine Folie 28 durchläuft die Vorwärmstation 10, eine Koronabehandlungsstation 29 sowie die Nachwärmstation 13. Anschließend wird die Folie 28 auf eine Rolle 30 aufgewickelt. Durch die Vorwärmstation 10 sowie die Koronabehandlungsstation 29 wird die Folie 28 erwärmt, wobei sich durch die Koronabehandlung Ozon bildet, was bekanntlich stark sterilisierend wirkt. Durch die Nachbehandlung der Folie 28 in der Nachwärmstation 13 wird das Einnisten von Keimen und Sporen verhindert.

In Ki g. 9 ist gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Mono- oder Verbundfolien auch im Bereich von Verpackungsma- f schinen anwendbar ist, bei denen die Folie im sterilisier- ι ten Zustand verarbeitet werden muß. F i g. 9 zeigt einen Teil einer Verpackungsmaschine 31 in dem Bereich, in dem die Sterilisation der Folie 28 vorgenommen wird, τ Die Folie 28 wird durch ein Wasserstoffsuperoxyd-Bad 32 hindurchgeführt. Dabei findet schon eine weitgehende Sterilisation der Folie 28 statt. Im weiteren Verlauf wird die Folie 28 durch die Koronabehandlungsstation 29 sowie durch die Nachwärmstation 13 hindurchgeführt. Dadurch wird eine weitere Sterilisation sowie eine Trocknung der Folie 28 bewirkt. Je nach Intensität der Koronabehandlung sowie der Erwärmung der Nachwärmstation 13 ist es auch denkbar, auf das Wasserstoff superoxyd-Bad 32 vollständig zu verzichten, da eine genügend hohe Keimminderung durch die beiden Stationen 29 und 13 erzielt werden kann.

In jedem Falle wird aber der Vorteil erzielt, daß die behandelte Folie 28 gut schweißbar ist.

so In F i g. 10 ist gezeigt, daß eine Verbundfolie 33 auch aus drei Monofolien 34, 35 und 36 hergestellt -"«erden kann, wobei eine der Monofoiien 34 durch eine Vorwärmstation 10 hindurchgeführt und die beiden anderen Monofolien 35 und 36 mit der vorgewärmten Monofolie 34 durch Laminatorwalzen 37 und 38 verbunden werden. Die Laminatorwalzen 37 und 38 sind als Elektrodenwalzen ausgebildet und erzeugen die Korona 22, ■■■■. durch welche die Verbindung der Monofolien 34 bis 36 mit sehr hoher Adhäsionskraft hergestellt wird. Die aus *

ω den drei Monofolien 34 bis 36 gebildete Verbundfolie 33 wird der Nachwärmstation 13 zugeführt

Die drei Monofolien 34 bis 36 können sowohl aus dem gleichen Material als auch aus unterschiedlichen Mate- Ί rialien bestehen. Die durch die Vorwärmstation 10 hindurchgeführte Monofolie 34 kann auch eine Metallfolie ^! oder gar ein Biech sein. -5

	Bezugs/eichen liste	Laminaior	27 52 052	8	Spulen
		Kühlwalze		Steuereinheit
	1	Andruckwalze	18	M eßwertauf nahmen
7	2	bahnförmige Trägerwerkstoffe	19	Korona
3	Düse	20, 21	Verdickung
4, 5	Kunststoff	22	Walze
6	Elektrodenwalzen	■5 23	glatter Metallkern
7	Folie	24	dielektrischer Belag
8	Vorwäi mstation	25	sternförmiger Kern
9	Laminator	26	Folie
10	Verbundfolie	27	Koronabehandlungsstation
11	Nachwärmstation	IO 28	Rolle
12	Elektro-Spulen	29	Teil einer Verpackungsmaschine
13	Hochspannungsgenerator	30	Wasserstoffsuperoxyd-Bad
14	mgn. oder elektr. Wechselfeld	31	Verbundfolien
15	Spulengruppen	32	Mono-Folien
16		15 33	Laminatorwalzen
17	34, 35, 36
	37, 38

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Mono- oder Verbundfolien, insbesondere im Anschluß an eine vorher durchgeführte Koronabehandlung, durch welche die Oberfläche der Mono- oder Verbundfolien gut bedruckbar gemacht worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die folienartigen Werkstoffe einer Nachbehandlung durch Erwärmung zugeführt werden, wobei die zur Erwärmung erforderliche Energie je nach Folienart durch ein magnetisches oder ein elektrisches Wechselfeld zugeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ;5 nach Anspruch 1, mit zwei einander gegenüberliegenden, an einen Hochspanungsgenerator angeschlossenen Elektro-Spulen oder Spulengruppen, die ein elektrisches oder magnetisches Wechselfeld erzeugen dadurch gekennzeichnet, daß an den Hochsp&naungsgenerator (15) eine Steuereinheit zur Steuerung der Intensität angeschlossen ist, wobei die Steuereinheit (19) mit zwei Meßwertaufnahmen (20 und 21) zur Temperatur- und Durchlaufgeschwindigkeitsmessung der folienartigen Werkstoffe ausgestattet ist

3. Vorrichtung nach Anspcuch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Elektro-Spulen-Gruppen (17) bestehenden Nachwärmstation (13) eine Koronabehandlungsstation vorgeschaltet ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daii die Koronabehandlungsstation aus einer Elektrodenwalzo (8) ur ^Λ, einer an Masse anliegenden Walze besteb·, wobei die Elektrodenwalze (8) aus einem sternförmigen Kern (27) mit einem dielektrischen Belag (26) besteht

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die an Masse anliegende Walze die Kühlwalze (2) eines Laminators (1) ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenwalze (8) an ihren beiden Kopfenden mit auf der Kühlwalze (2) aufliegenden Verdickungen (23) versehen und von der Kühlwalze (2) angetrieben ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aus den Elektro-Spulen (14) oder aus den Spulen-Gruppen (17) bestehenden Nachwärmstation (13) zwei als Elektroden walzen ausgebildete Laminartorwalzen (37, 38) vorgeschaltet sind.