DE4308631A1

DE4308631A1 - Process and apparatus for treating uncoated films of plastic

Info

Publication number: DE4308631A1
Application number: DE19934308631
Authority: DE
Inventors: Gerhard Steiniger; Thomas Dr Krug; Helmut Dr Grimm
Original assignee: Leybold AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 1994-09-22

Abstract

Process and apparatus for treating uncoated films (4) or strips of plastic in a vacuum treatment chamber (1), having at least one roll (3) for guiding the film (4) and at least one glow-discharge cathode (7), a low-pressure plasma (11) being produced in a reaction zone (5) between film (4, 25) and cathode (7) and carbon dioxide being admitted as a process gas, and the films (4) or strips being movable through the reaction zone (5) and passed on for subsequent further processing. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens für die Behandlung unbeschichteter Kunststoff-Folien oder -bänder, beispielsweise aus Poly prophylen-PP, Polyethylen PE oder Polyethylenterephtalat PET, in einer Vakuum-Behandlungskammer mit einer Glimmkatode. The invention relates to a method and an apparatus for Implementation of the procedure for the treatment of uncoated Plastic films or tapes, for example made of poly prophylene-PP, polyethylene PE or polyethylene terephthalate PET, in a vacuum treatment chamber with a glow cathode.

Kunststoff-Folien werden sowohl im industriellen wie auch im privaten Bereich in den unterschiedlichsten Anwendungsge bieten eingesetzt.Plastic films are used in both industrial and private area in a wide variety of applications offer deployed.

So werden beispielsweise für Verpackungszwecke transparente - oder Aluminium Barriereschichten auf Folien aus oben genannten Materialien auf gedampft oder die unbeschichtete Grundfolie für eine Weiterverarbeitung konditioniert.For example, they become transparent for packaging purposes - or aluminum barrier layers on foils from above mentioned materials on steamed or the uncoated Base film conditioned for further processing.

Für alle Behandlungsschritte ist jedoch eine gute Benetzbar keit und Haftfähigkeit der Folien für z. B. Farben, Kleber oder metallisierte Schichten von entscheidender Bedeutung.However, good wettability is possible for all treatment steps speed and adhesion of the films for z. B. colors, glue or metallized layers are critical.

Hauptsächlich verantwortlich hierfür ist die Oberflächen struktur und der chemische Aufbau der Folie. Durch eine Modifikation von oberflächennahen Schichten kann z. B. die Oberflächenspannung erhöht werden und somit eine Verbesserung z. B. der Klebekraft erreicht werden.The surface is mainly responsible for this structure and chemical structure of the film. By a Modification of layers near the surface can e.g. B. the Surface tension can be increased and thus an improvement e.g. B. the adhesive force can be achieved.

Zur Zeit werden Folien durch eine Corona-Behandlung unter atmosphärischen Bedingungen mit einer modifizierten Oberfläche versehen. Dieses Verfahren ist aber für bestimmte Anwendungen wie z. B. wasserlösliche Kleber nicht ausreichend.At present, foils are undergoing corona treatment atmospheric conditions with a modified Provided surface. However, this procedure is for certain Applications such as B. water-soluble glue is not sufficient.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, so daß die Haftfähigkeit der Folienoberfläche spürbar verbessert wird.The object of the present invention is now a method and to provide a device so that the adhesiveness of the Film surface is noticeably improved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Reaktionszone vor der Glimmkatode ein Niederdruckplasma erzeugt wird, wobei als Prozeßgas Kohlendioxid eingelassen wird.This object is achieved in that in a low-pressure plasma in a reaction zone in front of the glow cathode is generated, carbon dioxide being let in as the process gas becomes.

Dabei wird die Folie einer Glimmentladung im Druckbereich von 10¹ bis 10^-2 mbar ausgesetzt.The film is exposed to a glow discharge in the pressure range from 10 ¹ to 10 ^-2 mbar.

Durch die im Plasma erzeugten angeregten Ionen und ionisier ten Atome des Arbeitsgases entsteht mit Vorteil eine Oxida tion der Folienoberfläche, was zu einer erhöhten Oberflächen spannung, einer verbesserten Haftung und einer besseren Barriereeigenschaft führt.Due to the excited ions generated in the plasma and ionized The atoms of the working gas advantageously form an oxide tion of the film surface, resulting in increased surfaces tension, improved grip and better Barrier property leads.

Durch Reinigen der Folienoberfläche von im wesentlichen Wasser und Staub ist bei gleichbleibender Abdampfrate auf der Folie vorteilhafterweise eine größere auf zubringende Schichtdicke erreichbar als ohne Vorbehandlung.By cleaning the film surface from essentially Water and dust are on the at the same evaporation rate Foil advantageously a larger one to be applied Layer thickness achievable than without pretreatment.

Die Behandlung kann beispielsweise in Bandbeschichtungsan lagen sehr ökonomisch mit Foliengeschwindigkeiten von mehreren Metern pro Sekunde durchgeführt werden.The treatment can, for example, in coil coating were very economical with film speeds of several meters per second.

Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den Unteransprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.Other design options and features are in the Sub-claims described and characterized in more detail.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglich keiten zu; zwei davon sind in den anhängenden Zeichnungen näher dargestellt, und zwar zeigen: The invention allows for a wide variety of designs to; two of them are in the attached drawings shown in more detail, namely:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsge mäßen Behandlung einer unbeschichteten Folie, Fig. 1 is a schematic representation of a erfindungsge MAESSEN treating an uncoated film,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, mit der eine Folie mittels eines Plasmas behandelt und anschließend beschichtet wird. Fig. 2 is a schematic representation of a device with which a film is treated by means of a plasma and then coated.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrich tung gezeigt, mit der eine Kunststoff-Folie behandelt wird. In einer Vakuumkammer 1, die über einen Absaugstutzen 2 auf etwa 10^-2 mbar evakuiert wird, befindet sich eine Umlenkwalze 3, die eine von einer nicht dargestellten Abwickelkammer an kommenden Folie 4 in eine Reaktionszone 5 nach unten umlenkt, von der aus diese wieder nach oben gelenkt und als abgehende Folie 6 einer nicht dargestellten Aufwickelwalze zugeführt wird. Gegenüber der Zone 5 ist eine Glimmkatode 7 angeordnet, die mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle 8 ver bunden ist. Eine elektrische Zuführungsleitung 9 von der Spannungsquelle 8 zur Elektrode 7 ist durch eine Isolierung 10 in die Kammer geführt. Unterhalb der Katode 7 befindet sich ein elektrisch isolierter Abschirmkasten 13, der ver hindert, daß sich ein Plasma zwischen der Katode 7 und der Kammer 1 ausbildet.In Fig. 1, a schematic representation of a Vorrich device is shown with which a plastic film is treated. In a vacuum chamber 1 , which is evacuated to about 10 ^-2 mbar via a suction nozzle 2 , there is a deflecting roller 3 , which deflects a film 4 arriving from an unillustrated unwinding chamber into a reaction zone 5 , from which it follows again steered above and is fed as a outgoing film 6 a winding roller, not shown. Opposite the zone 5 , a glow cathode 7 is arranged, which is connected to the negative pole of a DC voltage source 8 . An electrical feed line 9 from the voltage source 8 to the electrode 7 is led through an insulation 10 into the chamber. Below the cathode 7 is an electrically insulated shielding box 13 , which prevents ver that a plasma is formed between the cathode 7 and the chamber 1 .

Wird die Elektrode 7 an negatives Potential gelegt, so bildet sich zwischen dem Bereich 5 und der Elektrode 7 ein Plasma 11 aus. Dieses Plasma besteht beispielsweise aus Kohlendioxid, das über einen Einführstutzen 12 in die Kammer 1 eingeführt wird. Statt einer einfachen Glimmkatode 7 könnte auch eine Magnetronkatode zum Einsatz kommen. If the electrode 7 is connected to a negative potential, a plasma 11 is formed between the area 5 and the electrode 7 . This plasma consists, for example, of carbon dioxide, which is introduced into the chamber 1 via an inlet connection 12 . Instead of a simple glow cathode 7 , a magnetron cathode could also be used.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der eine Folie zunächst mittels Plasma vorbehandelt wird. Ein Gehäuse 20 ist hierbei in zwei Kammern 21, 22 unterteilt, die durch eine Wand 23 voneinander getrennt sind. In der oberen Kammer 21 befindet sich eine Abwickelwalze 24, von der eine unbe schichtete und bandförmige Folie 25 über Umlenkwalzen 26, 26′, . . . einer Beschichtungswalze 27 zugeführt ist.In FIG. 2, a device is shown, is pretreated with a film of the first by means of plasma. A housing 20 is divided into two chambers 21 , 22 , which are separated from one another by a wall 23 . In the upper chamber 21 there is an unwinding roller 24 , of which an uncoated and band-shaped film 25 via deflection rollers 26 , 26 ',. . . a coating roller 27 is supplied.

Die Folie 25 läuft dabei zunächst über die Umlenkwalzen 26, 26′, . . . zu einer Glimmkatode 7, die sich in der Kammer 21 befindet. Zwischen dieser Katode 7 und der unbeschichteten Folie liegt ein Plasma 11, durch das die Folie 25 behandelt wird. In der oberen Kammer 21 herrscht in diesem Fall ein Druck von etwa 10^-2 mbar, während in der unteren Kammer 22 ein Druck kleiner 10^-2 mbar herrscht. Über weitere Umlenk walzen 28, 28′, . . . wird die behandelte Folie 29 auf eine Aufwickelwalze 30 gewickelt.The film 25 initially runs over the deflection rollers 26 , 26 ',. . . to a glow cathode 7 , which is located in the chamber 21 . A plasma 11 , through which the film 25 is treated, lies between this cathode 7 and the uncoated film. In this case, a pressure of approximately 10 ^-2 mbar prevails in the upper chamber 21 , while a pressure of less than 10 ^-2 mbar prevails in the lower chamber 22 . Roll over further deflection 28 , 28 ',. . . the treated film 29 is wound on a winding roller 30 .

Die Katode 7 kann auch an einer anderen Stelle angeordnet sein, die mit der Bezugszahl 7′ bezeichnet ist. Diese zwi schen den Walzen 24 und 26, 26′, . . . angeordnete Elektrode 7′ kann mit einem eigenen Gehäuse 13′ umgeben sein, in welches Gas eingegeben wird. Der Druck von 10^-2 mbar braucht dann nur innerhalb des Gehäuses 13′ aufrechterhalten zu werden.The cathode 7 can also be arranged at another location, which is designated by the reference number 7 '. This between the rollers 24 and 26 , 26 ',. . . arranged electrode 7 'can be surrounded with its own housing 13 ', in which gas is input. The pressure of 10 ^-2 mbar then only needs to be maintained within the housing 13 '.

Unterhalb der Beschichtungswalze 27 ist ein Tiegel 31 ange ordnet, in dem sich ein Beschichtungsmaterial befindet, z. B. SiO oder Al. Dieses Beschichtungsmaterial wird verdampft und schlägt sich auf der Folie 25 als dünne Schicht nieder.Below the coating roller 27 , a crucible 31 is arranged, in which there is a coating material, for. B. SiO or Al. This coating material is evaporated and is deposited on the film 25 as a thin layer.

BezugszeichenlisteReference list

1 Vakuum-Behandlungskammer
2 Absaugstutzen
3 Umlenkwalze
4 Folie
5, 5′ Reaktionszone
6 Folie
7, 7′ Glimmkatode
8, 8′ Gleichspannungsquelle
9 Zuführungsleitung
10 Isolierung
11, 11′ Plasma
12, 12′ Einführstutzen
13, 13′ Abschirmkasten
20 Gehäuse, Vakuumbehandlungskammer
21 Kammer
22 Kammer
23 Wand
24 Abwickelwalze
25 Folie
26, 26′, Umlenkwalze
27 Beschichtungswalze
28, 28′, . . . Umlenkwalze
29 Folie
30 Aufwickelwalze
31 Tiegel. 1 Vacuum treatment chamber
2nd Extraction nozzle
3rd Deflection roller
4th foil
5,5 ′ Reaction zone
6 foil
7,7 ′ Glow cathode
8th,8th' DC voltage source
9 Supply line
10th insulation
11,11 ′ plasma
12th,12 ′ Insertion nozzle
13,13 ′ Shielding box
20th Housing, vacuum treatment chamber
21 chamber
22 chamber
23 wall
24th Unwinding roller
25th foil
26,26 ′, Deflection roller
27 Coating roller
28,28 ′,. . . Deflection roller
29 foil
30th Take-up roller
31 Crucible.

Claims

1. Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung unbeschichteter Kunststoff-Folien (4, 25) oder -bänder in einer Vaku um-Behandlungskammer (1) mit mindestens einer Walze (3, 17) zur Führung der Folie (4, 25) und mindestens einer Glimmkatode (7, 7′) wobei in einer Reaktionszone (5) zwischen Folie (4, 25) und Katode (7, 7′) ein Nieder druck-Plasma (11) erzeugt wird und als Prozeßgas Kohlendioxid eingelassen wird und die Folien (4, 25) oder Bänder durch die Reaktionszone (5) hindurch bewegbar sind und einer anschließenden Weiterver arbeitung zugeführt werden.1. Method and device for treating uncoated plastic films ( 4 , 25 ) or tapes in a vacuum treatment chamber ( 1 ) with at least one roller ( 3 , 17 ) for guiding the film ( 4 , 25 ) and at least one glow cathode ( 7 , 7 ') in a reaction zone ( 5 ) between the film ( 4 , 25 ) and cathode ( 7 , 7 ') a low-pressure plasma ( 11 ) is generated and carbon dioxide is admitted as process gas and the films ( 4 , 25 ) or belts can be moved through the reaction zone ( 5 ) and can be fed to subsequent processing.

2. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Folien (4, 25) oder Bänder aus Polyprophylen-PP, Polyethylen-PE oder Polyethylenterephta lat-PET sind.2. The method and device according to claim 1, characterized in that the films ( 4 , 25 ) or tapes made of polypropylene-PP, polyethylene-PE or polyethylene terephthalate are-PET.

3. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Reaktionszone (5) ein Druck im Bereich von 10¹ bis 10^-2 mbar einstellbar ist.3. The method and device according to claim 1, characterized in that in the reaction zone ( 5 ) a pressure in the range of 10 ¹ to 10 ^-2 mbar is adjustable.

4. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Glimmkatode (7, 7′) aus Titan, Aluminium oder Edelstahl hergestellt ist. 4. The method and device according to claim 1, characterized in that the glow cathode ( 7 , 7 ') is made of titanium, aluminum or stainless steel.

5. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß mindestens eine Glimmkatode (7, 7′) in einem Abschirmkasten (13, 13′) angeordnet ist, der zur Folie (4, 25) hin offen ist.5. The method and device according to claim 1, characterized in that at least one glow cathode ( 7 , 7 ') is arranged in a shielding box ( 13 , 13 ') which is open to the film ( 4 , 25 ).

6. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glimmkatoden (7, 7′) innerhalb eines Abschirmkastens (13, 13′) auf elektrisch unterschiedlichem Potential liegen.6. The method and device according to claim 5, characterized in that the glow cathodes ( 7 , 7 ') within a shielding box ( 13 , 13 ') are at electrically different potential.

7. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Abschirmkasten (13, 13′) elek trisch isolierend und auffloatendes Potential geschal tet ist.7. The method and device according to claim 5, characterized in that the shielding box ( 13 , 13 ') elec trically isolating and auffloatendes potential is switched scarf.

8. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß in der Reaktionszone (5) Anoden vor gesehen sind.8. The method and device according to claim 1, characterized in that in the reaction zone ( 5 ) anodes are seen before.

9. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Weiterverarbeitung der Folien (4, 25) oder Bänder in derselben Vakuumbehandlungskammer (20) durchführbar ist.9. The method and device according to claim 1, characterized in that the further processing of the films ( 4 , 25 ) or tapes in the same vacuum treatment chamber ( 20 ) can be carried out.

10. Verfahren und Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch ge kennzeichnet, daß auf die Folien (4, 25) oder Bänder eine Al-, Mg- oder Si-enthaltende Schicht auf bringbar ist.10. The method and device according to claim 9, characterized in that an Al, Mg or Si-containing layer can be brought onto the films ( 4 , 25 ) or tapes.