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Dokumentenidentifikation DE10200458A1 10.07.2003
Titel Verfahren zur Lackierung von Oberflächen und der Verankerung der Lackierung auf dem Substratmaterial
Anmelder Fa. Polymade GmbH, 52351 Düren, DE
Erfinder Brueck, Gernot K., Prof. M.Sc., Hoensbroek, NL
DE-Anmeldedatum 09.01.2002
DE-Aktenzeichen 10200458
Offenlegungstag 10.07.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 10.07.2003
IPC-Hauptklasse B05D 7/02
IPC-Nebenklasse

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Im großen Umfang werden zwei Gruppen von beschichteten Geweben hergestellt. Bei dem Massenprodukt handelt es sich um Polyestergewebe, welche mit PVC beschichtet sind. Für besonders anspruchsvolle Anwendungen wird ein Glasfasergewebe mit PTFE beschichtet.

Das modernste Produkt ist eine Faser Polymer Verbund, welcher nach einem speziellen Verfahren hergestellt wird.

Nur bei den PVC beschichteten Geweben werden Oberflächenveredelungen durchgeführt. Zum weit überwiegenden Teil werden diese Materialien mit einem Acryllack versehen, um damit die Migration von PVC Weichmachern zu verhindern. Hierdurch bleibt die Oberfläche länger glatt und abwaschbar.

Bei einigen Produzenten wird die Oberfläche mit einem unpolaren PVDF belegt, um diese noch besser zu versiegeln.

Probleme

Da es letztlich nur zwei weitverbreitete Arten der Oberflächenveredelung von beschichteten Geweben gibt, lassen sich deren Probleme auch leicht darstellen.

Bei einer PMMA(Acryl)-Lackierung wird die Oberfläche nur zeitlich begrenzt geschützt. Da die Sonnenbestrahlung das Acryl mit der Zeit versprödet, bricht die Lackierung auf und die PVC Weichmacher können zur Oberfläche gelangen. Auch schützt die Lackierung wegen ihrer UV-Transparenz nicht das darunterliegende PVC vor Angriffen des UV's. Aus diesem Grunde bietet diese Behandlung des Materials nur eine begrenzte Verbesserung, in dem die Zerstörung des Materials nur verzögert wird.

Eine Verbesserung der Acryl-Lackierung stellt die Belegung mit PVDF dar. Die Versiegelung mit einem Fluorpolymer ist deutlich besser und langlebiger, aber keine wirkliche Absicherung. Nach wie vor wird das darunterliegende PVC angegriffen, da das PVDF auch UV transparent ist. Die Verbesserung der Standfestigkeit der Oberflächenvergütung geht aber einher mit einem großen Nachteil. Da das PVDF nicht polar ist wird durch diesen Überzug die Verschweißung mit Hochfrequenz behindert. Daher müssen die Nahtbereiche bei der Konfektion abgehobelt werden, um den PVDF Belag zu entfernen. Erst dann ist das so behandelte Material zu verarbeiten.

Problemlösungen

Eine optimale Oberflächenveredlung ist dann gegeben, wenn einerseits die Oberfläche des lackierten Materials dicht versiegelt wird und damit gleichzeitig auch ein möglichst weitgehender Schutz vor UV Einstrahlung gegeben ist. Damit die HF-Schweißnaht nicht behindert wird, sollte die Lackierung stark polar sein.

Die optimale Lackierung ist daher ein UV-resistenter, glasklarer Fluorpolymer mit hoher Polarität. Damit die darunter liegende Polymer vor der UV Strahlung geschützt werden kann, sofern dies notwendig ist, sollte die Schutzschicht entsprechend mit UV-Absorbern ausgelegt sein.

Die Wirkoberfläche sollte ein Fluorpolymer sein, damit das damit lackierte Material entsprechende Eigenschaften bekommt.

Beschreibung

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein glasklarer und in Lösungsmittel lösbarer, polarer Fluorpolymer eingesetzt, worin UV-Absorber und - sofern sinnvoll - noch funktionelle Plättchen oder auch z. B. aktive Partikel eingearbeitet sind.

Damit die relativ dünne Schicht dies leisten kann, müssen solche UV Absorber gewählt werden, die eine extrem große Wirkfläche zulassen. Dies ist in sehr geeigneter Weise durch den Einbau von ultrafeinem Titandioxid (TiO2) gegeben. Dieses Oxid hat eine Partikelgröße von 10 bis 20 nm, womit einerseits auch bei einem Zusatz von nur 2-3% eine hohe Absorptionsleistung für UV erreicht wird und andererseits aber die Transparenz im sichtbaren Bereich noch weitgehend erhalten bleibt. Aus diesem Grunde ist auch die Transparenz des Fluorpolymers von Wichtigkeit. Solch feinverteiltes Titandioxid lässt sich auch nur in solchen Lacken einarbeiten, die während des Auftrags und bei der nachfolgenden Trocknung nur geringe Temperaturen benötigen. Eine Einarbeitung dieses UV- Absorbers in einen Fluorpolymer-Compound ist sehr kritisch, da das TiO2 die thermische Stabilität solcher Polymere deutlich herabsetzt, womit sich das Material schon beim Mischprozess zersetzen kann.

Aufgrund der Polarität können damit auch andere polare Fluorpolymere der ähnlichen Gruppe gelackt werden. Bei den meisten Polymeren müssen aber geeignete Haftvermittler als Zwischenschichten eingesetzt werden.

Bei einer entsprechenden Auslegung des Lacks entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch noch beschichtet Plättchen eingebracht werden, die den optischen Eindruck und die optischen Eigenschaften in erheblicher Weise verbessern.

Wird ein solcher Lack in der Weise hergestellt, daß ein geeignetes Fluorpolymer in Lösungsmitteln aufgelöst wird, muß das Verhältnis zwischen Fluorpolymer und Lösungsmittel so gewählt werden, daß die Lösung eine genügend geringe Viskosität aufweist. Hierdurch wird es möglich nicht nur das eventuell benötigte TiO2 einzuarbeiten, sondern auch funktionelle Partikel.

Ist die Verdünnung genügend hoch, dann werden die Plättchen, welche in der Lösung noch nicht orientiert sind, nach dem Auftrag einer Schicht auf eine Polymeroberfläche parallel zur Oberfläche geordnet, da das Lösungsmittel verdunstet und sich dadurch das verbleibende Polymer zu einer dünnen Schicht reduziert, wodurch die Plättchen in die richtige Lage gezwungen werden. Solche parallel zur Oberfläche angeordnete funktionellen Plättchen erzeugen hervorragende optische Effekte. So können metallic Oberflächen erzielt werden, die z. B. ähnlich wie eine Autolackierung wirken.

Haben diese Plättchen auch noch UV-Absorptionseigenschaft, dann wird der UV-Schutz dadurch noch erhöht. Auch wird die Gasdurchlässigkeit bei einer dichten Belegung mit anorganischen Plättchen erheblich reduziert. Statt der anorganischen Plättchen können eventuell auch dünne Metallplättchen eingesetzt werden. Bei entsprechend dichtem Besatz z. B. mit Aluminiumplättchen können ähnliche Ergebnisse erzielt werden, wie mit einer Aluminiumbedampfung. Wie gasdicht die Lackierung wird, hängt weitgehend von der Füllung mit Plättchen ab, resp. vom Polymer-Plättchen-Verhältnis. Auch die Härte der Oberfläche wird weitgehend vom Füllungsgrad mit Plättchen beeinflußt.

Der Lack, bestehend aus einem klaren und polaren Fluorpolymer in Lösungsmittel gelöst und gefüllt mit UV-Absorbern und/oder funktionellen Plättchen geringer Größe stellt die ideale Veredelung von Polymer-Oberflächen dar, wobei der Hauptaugenmerk auf die physikalischen Eigenschaften gelegt wird.

Bei Haftungsproblemen müssen Haftvermittler eingesetzt werden. Dieser Haftvermittlerauftrag wird dann als Zwischenschicht gewählt. Der Haftvermittler muß dem jeweiligen Untergrund angepaßt werden.

Dieser wird in der Weise hergestellt, dass der Kunststoff des Substratmaterials in einem geeigneten Lösungsmittel aufgelöst wird. Dabei muß beachtet werden, daß das Lösungsmittel ohne Schwierigkeiten auch mit dem Lösungsmittel des Lackes mischbar ist. Auch sollte das Lösungsmittel als latentes Lösungsmittel desjenigen Fluorpolymers geeignet sein, welches als Lackmatrix wirkt.

Einfach wird dann der Kunststoff des Untergrundmaterials (Substrat) in dem geeigneten Lösungsmittel zu ca. 10% gelöst. Sodann wird das Lackmaterial (Fluorpolymer) ebenfalls in einem geeigneten Lösungsmittel zu ca. 10% gelöst. Beide so gelösten Kunststoffe werden in ihren jeweiligen Lösungsmitteln z. B. 50 : 50 zusammengegeben (bei gleich eingestellter Lösungskonzentration) und dann gut verrührt. Dies erfolgt am besten bei ca. 50-60°C. Die Mischung sollte dann ca. 1 Tag stehen bleiben, bevor diese Mischung als Haftvermittler eingesetzt werden kann.

Um optimale Verbindungen zu erzeugen, können die Haftvermittler auch in Stufen aufgetragen werden, wobei erst eine höhere Konzentration des Untergrundmaterials zugemischt wird und dann das Verhältnis zum Lackmaterial pro Schicht erhöht wird.

Gerade bei dem sehr weitverbreiteten PVC versagt allerdings die oben angesprochene Methode einen Haftvermittler zu erzeugen.

Aus der Praxis hat sich ergeben, dass das Fremdpolymere im PVC eine Weichmacherwirkung erzeugt, womit die Zwischenschicht sehr weich wird und dadurch nur ein sehr schwacher Untergrund entsteht. Der Fluorpolymerlack bleibt zwar auf dem PVC haften, aber eine HF-Schweißnaht hält nicht, da der Verbund zwischen den einzelnen Lagen zu schwach ausgebildet ist.

Hier bedarf es eines Haftvermittlers, der einerseits eine Diffusionshaftung zum PVC sicherstellt und andererseits die gleiche Haftung zum Fluorpolymerlack aufweist. Auch sollte die Matrix des Zwischenpolymers nicht zu einer Veränderung der PVC-Festigkeit führen. Hierzu eignen sich besonders harte Polymere.

Ein Weg dazu ist die vorhandenen Lackschichten der üblichen Materialien zu verwenden und den Haftvermittler darauf zu adaptieren. Über diesen erreicht man dann die feste Verbindung zur Fluorpolymeroberfläche.

Der Haftvermittler, welcher zum PVC hin optimiert wurde, kann aber auch auf unbehandeltes PVC aufgetragen werden. Dies funktioniert optimal bei Materialien auf der Basis von Pasten-PVC. Für PVC mit Polymerweichmachern müssen wiederum angepasste Haftvermittler eingesetzt werden.

Sollte das Material im üblichen HF-Schweißverfahren bearbeitet werden, ist es notwendig, dass beide Seiten des PVC Materials mit dem gleichen Fluorpolymerlack versehen werden, da eine HF-Schweißverbindung zwischen PVC und dem Fluorpolymer unmöglich ist, wohl aber zwischen den jeweiligen Fluorpolymerlackschichten.

Außerdem ist der Schutz des Substratmaterials bei einer beidseitigen Lackierung deutlich besser, da hiermit alle Oberflächen entsprechend versiegelt sind. Nach außen hin wirkt dann nur noch der "Umschlag" des Materials. Wird auch die Lackierung der Unterseite mit UV-Absorbern ausgestattet, dann ist der Schutz nahezu perfekt und das so beidseitig lackierte PVC beschichtet Polyestergewebe unterschiedet sich kaum noch von einem Material welches komplett mit Fluorpolymeren beschichtet ist.

Neben dem Fluorpolymer, welcher auf Grund seiner Molekularstruktur dauerhaft amorph und damit klar ist, können auch solche Polymere eingesetzt werden, die gerade aus einer Lösung sich sehr kristallin herausbilden. Hierzu ist es notwendig die Polymeroberfläche durch einen geeigneten Vorgang zur Schmelze zu bringen und in einer nachfolgenden Schockkühlung wieder zu verfestigen. Wegen der sehr plötzlichen Abkühlung bleibt das Material dann überwiegend amorph und damit sehr klar.

Die Aufheizung dieser Oberflächen sollte mit einer Energiezufuhr geschehen, die auch überwiegend darin absorbiert wird, womit das darunter liegende Substratmaterial - überwiegend PVC - besser geschont wird.

Zur weiteren Haftverbesserung trägt auch eine solche nachgeschaltete Station bei, in welcher das Substartmaterial und die Lackschicht erhitzt wird und dabei die Lackschicht mittels einer eventuell aufgeheizten Walze zusätzlich aufgepresst wird. Eine weitere dann gekühlte Walze könnte die Schockkühlung der Lackschicht bewirken.

Auch können in einen solchen Lack lumineszierende und reflektierende Stoffe eingebracht werden, die z. B. als Sicherheitsstreifen bei Kraftfahrzeugen eingesetzt werden können. Durch das Fluorpolymer werden dies Stoffe sicher gehalten, nicht in ihrer optischen Funktion gestört und wegen der sehr geringen Dampfdurchlässigkeit auch vor Feuchtigkeit geschützt.

Anhand der Abb. 1 bis 6 wird das erfindungsgemäße Verfahren dargestellt.

In der Fig. 1 wird ein übliches, z. B. mit PVC beschichtetest Polyestergewebe im Schnitt dargestellt. Hierbei dringt die UV-Strahlung 1 in das Weich-PVC 2 ein. Im Bereich der Einstrahlung 3 wird das PVC geschädigt, was mit zunehmender Zeit zu Aufbrüchen 4 führt. Durch die so durch Schädigung hervorgerufene Oberflächenvergrößerung beschleunigt die Weichmacher Migration. Auch das Polyester 5 wird einerseits durch die nun direkt auftreffende UV-Strahlung geschädigt und andererseits durch die eindringende Feuchtigkeit 6.

In der Fig. 2 wird das wie in Fig. 1 dargestellte z. B. beschichtetest Polyestergewebe im Schnitt dargestellt, wobei auf der Oberfläche 7 die erfindungsgemäße Lackschicht 8 mit einem hohen Lösungsmittelanteil aufgetragen ist. In der Schicht sind die UV-Absorber 9 als z. B. ultrafeines Material eingearbeitet. Auch die funktionellen Plättchen 10 sind vorhanden, aber wegen der Schichtstärke noch nicht orientiert.

In der Fig. 3 ist nun der in Fig. 2 dargestellte Lackauftrag getrocknet. In der deutlich geringeren Schicht 12 sind nun die UV-Absorber 9 stärker konzentriert und die Plättchen 10 sind nun parallel zur Oberfläche 7 orientiert. Die eintreffende UV-Strahlung 13 wird in der Schicht 12 absorbiert, wogegen das sichtbare Licht 14 an den Plättchen 10 reflektiert wird und so als Reflexion 15 weitgehend zurückgestrahlt wird.

In der Fig. 4 ist die Wirkung des Haftvermittlers dargestellt. Das Substratmaterial 16, in welchem sich das Gewebe 17 befindet, wird mit der Haftvermittlerschicht 18 bestrichen, in welcher sich sowohl das Polymer des Substratmaterials 16 als auch des Lacks der oberen Schicht 19 befinden. Darauf liegt dann die Lackschicht 19.

In Fig. 5 ist eine Optimierung des Haftvermittlers da vorgestellt. Es wird wieder vom Substratmaterial 16 ausgegangen und es soll eine optimale Haftung zur Lackschicht 19 erreicht werden. Dabei wird der Polymermix stufenweise durchgeführt. In der ersten Haftvermittlerschicht 20 befinden sich überwiegend Polymere des Substrats, z. B. 75% und nur eine geringe Menge an Lackpolymeren, z. B. 25%. In der folgenden Schicht 21 wird der Lackpolymeranteil erhöht, z. B. auf 50% und in der darauf folgenden Schicht 22 auf z. B. 75%. Auf diese Weise wirkt der Gradientenhaftvermittler zum Substrat hin weitgehend als Substratpolymer und zur Lackschicht hin weitgehend als Lackpolymer. Die Lackschicht 19 ist damit optimal auf dem Substrat 16 verankert.

In Fig. 6 wird ein Haftvermittler 24 eingesetzt, der aus einer Mischung aus dem Material der Schicht 19 und aus einem fremdem Polymer besteht, welches aber eine optimale Haftung zum PVC aufweist.

In Fig. 7 wird die Haftung vom PVC Substrat 25 zur Lackschicht 19 über ein Zwischenpolymer vollzogen. Dieses Zwischenpolymer 23 hat auf Grund seiner molekularen Ausprägung eine optimale Haftung auf dem PVC. Es wird nun mit der Schicht 24 der Haftvermittler zur Lackschicht 19 gebildet, indem die Polymere der Lackschicht 19 mit dem Zwischenpolymer 23 gemischt werden. Darauf wird dann die Lackschicht 19 aufgetragen.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Optimierung von Polymeroberflächen dadurch gekennzeichnet, daß ein Lack eingesetzt wird, der aus einem klaren und polaren Fluorpolymer besteht.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das entsprechende Fluorpolymer in einem Lösungsmittel gelöst ist.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß das entsprechende Fluorpolymer durch Aufschmelzen und nachfolgender Schockkühlung amorph gehalten wird.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in die Fluorpolymerlösung UV-Absorber eingearbeitet sind.
  5. 5. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Fluorpolymerlösung funktionelle Plättchen eingearbeitet sind.
  6. 6. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionelle Plättchen aus anorganischen Partikeln oder aus Metall bestehen.
  7. 7. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß lumineszierende Partikel (Leuchtpigmente) in die Fluorpolymerlösung eingearbeitet sind.
  8. 8. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß reflektierende Partikel in die Fluorpolymerlösung eingearbeitet sind.
  9. 9. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lackschicht nach dem Auftrag noch aufgeheizt wird und eventuell dann noch angepreßt wird.
  10. 10. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Haftvermittler zwischen dem polaren Fluorpolymer und dem Kunststoff des Untermaterials eingesetzt werden.
  11. 11. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler aus einer Lösung beider Kunststoffe gewonnen wird und zwar als Mischung der beiden Lösungen.
  12. 12. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Haftvermittler in unterschiedlichen Verhältnissen zwischen Untergrundkunststoff und Lackkunststoff in mehreren Lagen aufgebracht wird.
  13. 13. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Haftung auf PVC ein Zwischenpolymer aufgetragen wird und darauf der Lack aufgetragen wird.
  14. 14. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zwischenpolymer und der Lackschicht ein Haftvermittler vom Zwischenpolymer zur Lackschicht aufgetragen wird.
  15. 15. Verfahren nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das PVC Material beidseitig mit polaren Fluorpolymerlacken belegt ist.






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