DE2513286A1 - Verfahren zum behandeln der oberflaeche eines formkoerpers und seine verwendung - Google Patents

Verfahren zum behandeln der oberflaeche eines formkoerpers und seine verwendung

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Description

l·"- ' ■■■< : "-'Il
. ο) /1J /V
UNION CARBIDE CORPORATION
25, März 1975 Gzy/goe
Verfahren zum Behandeln der Oberfläche eines Formkörpers und seine Verwendung.
Es 1st bekannt, daß verschiedene Kunststoffe, wie Filme aus ίolyäthylen, init einer Korona-Entladung; behandelt werden können, um ihre Oberflüche aufnahmefähiger für beispielsweise Druckfarben zu machen, oder um so behandelte Stoffe besser mit verschiedener) Trägern verbinden zu können. Eine Korona-Entladung ist eine Entladung hoher Spannung und niedriger Stromstärke, wobei die Spannungen gewöhnlich in Kilovolt und die Stromstärken in >■ liiar.pere gemessen werden. Eine Korona-Entladung wird erzeugt durch kapazitative Anregung eines gasförmigen Ausgangsmaterials zwischen zwei im Abstand angeordneten Elektroden, wobei wenigstens eine dieser-Elektrcden gegen das gasförmige Medium isoliert ist durch eine dielektrische Sperre. Es gibt verschiedene handelsübliche Generatoren zur Erzeugung von Korona-Entladungen. Die meisten diesel· Generatoren verwenden V/echseIstrom mit Frequenzen bis herauf zu 500 kHz oder mehr. Spannungen von 15 kV oder mehr werden verwendet, um einen Film aus einem Polymer zu behandeln, der kontinuierlich zwischen den beiden Elektroden mit einer Geschwindigkeit bis herauf zu 150 ra/Kin. oder darüber hindurchgeführt wird.
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Bei der Durchführung dieses Verfahrens wird die Oberfläche gewöhnlich mit 0,09 bis 0,35 Watt/Min./dm2 bestrahlt, um sie aufnahmefähig für Klebstoffe, Druckfarben und andere polare Stoffe zu machen.
Die US-PS 3,736,493 beschreibt ein Verfahren, nach valchern eine elektrische Wechselspannung mit Schallfrequenz verwendet wird, um einen Film zu behandeln. Hierbei kann die Schal?..frequenz so geändert werden, daß die Oberfläche bei einer maximalen Beladung behandelt wird. Hierbei kann die Frequenz der Spanning zwischen 20 und 20 000 Hz liegen.
Die US-Patente 3,736,492 und 3,736,494 beschreiben Verfahren und Vorrichtungen zur Behandlung von Filmen aus Kunststoff;-·!. Hierbei wird der Film mit einer hohen Spannung mit einer Korona-Entladung behandelt. Die hohe Spannung wird durch Wechselstrom mit Schallfrequenzen erzeugt, die durch eine besondere Schaltung gesteuert wird.
Die US-Patente 3,496,092; 3,294,971 und 3,729,672 beschreiben ■ Generatoren für Korona-Entladungen und/oder Verfahren zum Behandeln von Filmen. Es ist demnach bekannt, daß bei Behandlung eines Filmes aus einem Polymer mit einer Korona-Entladung von 0,01 bis 0,35 Watt/Min./dm2 die Adhäsionsfähigkeit der Oberfläche eines solchen Filmes genügend gesteigert werden kann.
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Es ist ferner bekannt, daß man einen Film aus einem Polyäthylen niedriger Dichte durch Verschweißen mit einem Träger aus Stahl
oder Aluminium verbinden kann, wenn man ihn in der Wärme behandelt. So kann beispielsweise ein Film aus Polyäthylen auf einen Metallträger aufgebracht werden, der über dem Schmelzpunkt des
Polyäthylens erwärmt ist, worauf der Schichtkörper weiter auf
eine Temperatur über I1IO0C erwärmt wird, um den Film aus Polyäthylen mit den Träger zu verschweißen oder zu verbinden. Obwohl dieses Verfahren verwendet werden kann, um einen Film aus einem Polymer mit einem Metall zu verbinden oder zu vers~hweißen; erfordert es doch ein doppeltes Erwärmen» Hierbei wird das zweite Erwärmen durchgeführt, während der Film in Berührung m:t den
Metall steht. Dieses Verfahren kann in solchen Fällen nicht angewendet werden, wenn der metallische Träger nicht e^wärrt werden soll.
Die US-PS 3,754,117 beschreibt eine Vorrichtung für die Behandlung einer Schicht aus einem Kunststoff mit einer Korona-Entladung. Hierbei wird der Kunststoff nach dem Extrudieren aus einem üblichen Extruder so hoch erwärmt, wie es der Film aushalten kann, wobei der Kunststoff während des Erwärmens auf diese Temperatur mit einer Korona-Entladung behandelt wird. Dieses Verfahren zum Behandeln von Kunststoffen erfordert eine Vorrichtung, durch welche der Kunststoff bei der höchsten noch zulässigen Temperatur
gehalten wird, während gleichzeitig eine Korona-Entladung erzeugt
wird. ÖA_
BAD ORIGINAL
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Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines durch Wärme und durch eine Korona-Entladung behandelten Körpers aus einem Polymer mit einer Oberfläche für eine verbesserte Adhäsion für Klebstoffe und dergleichen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Verbinden eines ε ο behandelten Pormkörpers mit einem metallischen Träger durch übliche Klebstoffe.
Noch eine v/eitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren sum Verbessern der Adhäsionsfähigkeit von Körpern aus Polymeren.
Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Er-, zeugung eines durch Wärme und -durch eine Korona-Ertladur.g behandelten Filmes aus Polypropylen mit einer Oberfläche, die Klebstoffe sehr gut aufnimmt und bindet, und daher besonders geeignet ist, um den Film mittels Klebstoffen mit Metallen oder anderen Trägern zu verbinden.
Die Erfindung betrifft einen durch Wärme und durch eine Korona-Entladung behandelten Formkörper aus einem Polymer, dessen Oberfläche eine verbesserte Adhäsionsfähigkeit für Kienstoffe, Druckfarben und dergleichen hat. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Formkörpers, z.B. aus Polypropylen und Polyäthylen. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht
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darin, daß der Formkörper aus dem Polymer auf eine Temperatur zwischen etwa 40°C bis unter dem Schmelzpunkt des Polymers erwärmt wird, und daß man dann den so durch Wärme behandelten Fcrm-
p körper mit einer Korona-Entladung von wenigstens 1 Watt/Min,/απ behandelt, wodurch die Affinität der Oberfläche des Forrr.körpers für Klebstoffe verbessert wird.
Der hier verwendete Ausdruck "Formkörper" bezeichnet Filme s Folien oder andere Gegenstände aus Stoffen, wie Polypropylen, Polyäthylen, biegsamem Polyvinylchlorid und dergleichen.
Das Erwärmen des Formkörpers aus dem Polymer auf Tenperatiron zwischen etwa 40 C und der Schmelztemperatur ist erforderlich, um die Oberfläche des Formkörpers so zu ändern, da^ si^ empfänglicher wird für die Behandlung mit einer Korona-Entladung> wodurch die Adhäsionsfähigkeit der so bemandelten Oberfläche wesentlich verbessert wird* Die Struktur der Oberfläche von erwärmten Formkörpern aus einem Polymer ist nicht genau bekannt. Daher soll das erfindungsgemäße Verfahren nicht an eins bestimmte Theorie gebunden sein. Es wird aber angenommen, daß beim Erhitzen eines Formkörpers aus Polymer ein Zusammentreten von kleineren Kristallen stattfindet, wobei Büscnel oder Sphärolite entstehen mit Spalten zwischen den Kristallen oder Sphäroliten. Diese Veränderung der Oberfläche des Fornkörpers aus dem Polymer verursacht anscheinend iceine Spannung der Oberfläche, ändert sie aber so,
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daß die Behandlung mit einer Korona-Entladung wirksamer wird. Es kann angenommen werden, daß beim Erhitzen der lamallenförir.igen Kristalle des Polymers mit Dicken von etwa 100 8 und Breiten von 1 bis 100 Mikron auf eine Temperatur etwas unter ihrem Schmelzpunkt die Lamellen durch SeIbstdiffusion entlang der Kohlenstoffkette des Moleküls/äicker werden. Diese Zunahme der5 Dicke ist wahrscheinlich begleitet von der Bildung von Löcher:: ouev Rissen, was ein Grund für die Änderung der Oberf1εcne sein Konnte Zusätzlich kann angenommen werden, daß die Änderung der Oberfläche auch verursacht ist durch die Entstehnng von chemischen Bindungen während der Oxydation des Polymeren beim Erhitzen, "„'ahr·- scheinlich bewirkt die Kombination der entstehenden ohemir-chon Bindungen zusammen mit der Bildung von Büscheln oder Sphäroliten an der Oberfläche eine derartige Veränderung der Coerflache, daß sie nach der Behandlung mit einer Korona-Entladung sich vorteilhaft verändert. Diese sehr weitgehend erhöhte Adhäsionsfähi^ke-it übersteigt diejenige, die ein Fachmann erwarten konnte, wenn er die Oberfläche eines Polymers in der Wärme oder durch eine Korona-Entladung behandelte. Es handelt sich hierbei also um einen synergistischen Effekt, der für sich allein weder durch Erwärmen noch durch eine Behandlung mit einer Korona-Entladung erzeugt werden kann. Dieser Effekt ist größer als die Summe der Einzelwirkungen einer Erwärmung oder einer Behandlung mit einer Korona-Entladung. Wahrscheinlich ist die höhere aufgewendete Energie je Flächeneinheit des Filmes für diese synergistische V/irkung mitverantwortlich.
BAD ORIGINAL
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Um die erforderliche Änderung der Oberfläche von Formkörpern aus Polymeren zu erreichen, werden der Formkörper oder Teile von ihnen auf über etwa JiO0C bis unter die Schmelztemperatur erwärmt. Die jeweilige Erwärmungstemperatur ist abhängig von der gewünschten Adhäsionsfähigkeit.In keinem Falle soll der Polymer-Körper über seinen Schmelzpunkt erwärmt werden, weil hierbei seine Integrität verlorengehen würde.
Nach dem Erwärmen kann der Formkörper auf unter etwa 200C abgekühlt werden, wobei das gewünschte Kristallwachstun: nicht ce ändert wird und wobei auch keine unerv/ünschten Spannungen oder andere Eigenschaften entstehen, die für die Oberfläche und ihi'e Adhäsionsfähigkeit nach dem Behandeln mit der Korona-Entladung schädlich wären.
Dann wird der durch Erwärmen vorbehandelte Formkörper aus dem Polymer mit einer Korona-Entladung bekannter Art behandelt, nit der Ausnahme, daß die Energie je Einheit der Filmoberflache mehr als doppelt so hoch, vorzugsweise mehr als zehnmal so hoch, "ist als bei den bekannten Verfahren. Nach den bekannten Verfahren werden beispielsweise Filme aus Polypropylen, Polyäthylen oder aus biegsamem Polyvinylchlorid mit einer Korona-Entladung von 0,09 bis 0,35 Watt/Min./dm2 behandelt. Erfindungsgemäß wird beispielsweise ein Film aus Polypropylen nach der Yiärmebehandlung mit einer Korona-Entladung, von wenigstens 1, vorzugsweise mehr als etwa 3,5 Watt/Min./dm2 behandelt, um die gewünschte Adhäsions-
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fähigkeit zu erzielen. Es können auch beide Seiten eines Filmes aus beispielsweise Polypropylen, Polyäthylen oder biegsamem Polyvinylchlorid behandelt werden, wenn beide Seiten mit Trägern, beispielsweise mit Metallen, verbunden werden sollen. Vorzugsweise werden beide Seiten des Filmes gleichzeitig mit einer Korona-Entladung behandelt.
Die Fig. 1 zeigt in 1500-facher Vergrößerung die Oberfläche
. eines unbehandelten Filmes aus Polypropylen mit einer Dicke von 0,25 mm;
die Fig. 2 zeigt in der gleichen Vergrößerung die Oberfläche eines gleichen Filmes nach einer Behandlung mit einer Korona-Entladung;
die Fig. 3 zeigt in gleicher Vergrößerung die Oberfläche eines gleichen Filmes nach einer Behandlung durch Erwärmen;
die Fig. 4 zeigt in gleicher Vergrößerung die Oberfläche eines gleichen Filmes nach einer erfindungsgemäßen Behandlung zuer durch Erwärmen, dann mittels einer Koronaentladung;
die Fig. 5 zeigt von vorne einen Film, der auf einen Metallträger aufgeklebt ist ,welcher seinerseits mit einer starren Trägerplatte verbunden ist;
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die Fig. 6 zeigt den Gegenstand der Fig. 5 von der Seite;
die Fig. 7 zeigt von der Seite die Bestandteile der Flg. 5, wobei der Film aus dem Polymer an einem Ende verbunden ist mit einer Fühler-Klammer, und wobei der starre Träger mit einer anderen Fühler-Klammer verbünde;- ist. Diese Anordnung zeigt das Verfahren zum Prüfen der Adhäsionsfestigkeit des Filmes aus den Polymer.
Eine der wesentlichen Entdeckungen, auf denen die Erfindung beruht, besteht darin, daß die Abschälfestigkeit eines erfindun'rogemäß behandelten Filmes aus einem Polymer größer i^r als die Summe der Abschälfestigkeiten eines Filmes aus einem Polymer, der- allein in der Wärme oder allein durch eine Korona~£rtladung behandelt worden ist. Diese synergistische Wirkung kennte beruhen auf der erhöhten Energie der Korona-Entladung nach dem Behandeln des Filmes durch Erwärmen.
Ein erfindungsgemäß durch Erwärmen und mittels einer Korona-Entladung behandelter Formkörper aus einem Polymer hat eine Oberfläche mit einer verbesserten Adhäsionsfähigkeit, wenn ein 2 χ 5 cm großer Film mit einer mit Nickel plattierten Stahlplatte mit einer Mittelschicht von 0,075 mm auf einer Stahlplatte von 0,1 mm verbunden wird, mittels einer 0,025 mir, dicken Schicht eines Klebstoffes aus einem fetten Polyamid mit einer Aminzahl
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von etwa 70 und einem Schmelzpunkt von ungefähr I65 C, so ist eine Abschälkraft von mindestens 1,25 Kp/cm, vorzugsweise von mindestens 1,6 Kp/cm, erforderlich, um den Film nach dem Zurückfalten in einer Richtung parallel zu der Oberfläche der Platte abzuziehen. Diese mindeste Abschälfestigkeit von 1,25 Kp/cm erhält der Formkörper aus dem Polypropylen nach der Behandlung durch Erwärmen durch eine Behandlung mit einer Korona-Entladui ;; von etwa 4 Watt/Min./dm , die etwa zehnmal höher ist als dio üblicherweise...verwendete Korona-Entladung. Um eine bevorzugte Abschälfestigkeit von 1,6 kp/cm zu erhalten, sollte der Formkörper nach der Behandlung durch Erwärmen mit einer Korona-Entladung
ρ
von etwa 7 Watt/Min./dm behandelt werden, urn den erforderlichen synergistischen Effekt zu erzielen. Ein ähnliches Verfahren zur Bestimmung der Abschälfestigkeit ist in ASTM 0903-^9 bn .schrieben« Die Abschälfestigkeit von erfindungsgemäß behandelten Formkörpern ist wesentlich höher als die Abschälfestigkeit von Fcririkörpern, die allein durch Erwärmen behandelt sind oder allein mit einer Korona-Entladung niedriger Energie behandelt worden sind, wobei die Filme jeweils mit dem gleichen Klebstoff mit der Stahlfläche verbunden sind.
Eine weitere Eigenschaft der erfindungsgenäß behandelten Oberflächen besteht darin, daß diese Oberflächen von polaren Flüssigkeiten benetzt werden können. Diese Benetzbarkeit durch polare Flüssigkeiten 1st wichtig, wenn man bestimmte Arten von Kleb-
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- ii -
stoffen verwendet, z.B. Swift's Hot Melt Adhesiv 6lO (ein Fettpolyamid mit einem Schmelzpunkt von l65°C und einer Aminzahl von etwa 70). Verklebt man mittels dieses Klebstoffes einen unbehandelten Film aus Polypropylen, Polyäthylen oder biegsamem Polyvinylchlorid mit einem metallischen Träger, so findet eine schlechte Verklebung statt, weil der polare Klebstoff die nberfläch:-; des Filmes nicht genügend benetzt, um eine vollständige Verbindung zu erzielen. Verwendet man aber einen erfindungsgen.äß behandelten Film,.so 1st dessen Oberfläche durchweg von dem Klebstoff benetzbar, wodurch der Film bei Verwendung dieses Klebstoffes feet verbunden wird mit einem metallischen Träger oder dergleichen.«
Verbindet man einen erfindungsgemäß behandelten Formkörper mit einem Träger, beispielsweise aus Metall, mittels einer Schicht eines üblichen Klebstoffes, der unbehandelte Formkörper aus einem Polymer nur schlecht benetzt, so ist die Verbindung genügend, wenn wenigstens 80/5 der verbundenen Oberfläche des Trägers und des Formkörpers mit einem Film des Klebstoffes überzogen sind. Die Tatsache, daß wenigstens 80$ der Oberfläche des Formkörpers von dem Klebstoff überzogen werden, ist ein Hinweis auf die wesentlich verbesserte Adhäsionsfähigkeit von erfindungsgemäß behandelten Formkörpern. Ein schlecht netzendes Klebmittel ist ein solches, das beim Verbinden eines unbehandelten Formkörpers aus einem Polymer mit einer mit Nickel plattierten Stahlplatte weniger als 25% der zu verbindenden Oberfläche des Polymers überzieht.
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Zum Verbinden der erfindungsgemäß behandelten Formkörper mit einem Träger, beispielsweise aus Metall, können beliebige übliche Klebstoffe verwendet werden, die weder mit dem Formkörper aus dem Polymer noch mit dem Träger reagieren und die beiden sicher miteinander verbinden. Hierfür geeignete Klebstoffe sind in dem Buch "Handbook of Adhesives" im Irving Skeist-Reinhold Publishing Corp.-Verlag, New York I962, beschrieben. Geeignete Klebstoffe sind Polyamidharze, die entweder thermoplastisch sind und in der Wärme dichten oder durch Wärme aktivierbar sind, oder durch Wärme aushärten. Besonders gut brauchbare Polyamide für ^e Herstellung solcher thermoplastischer Klebstoffe sind solche, die 1) einen niedrigen und scharfen Schmelzpunkt haben , und cO.her
den Film aus Kunststoff, ohne ihn zu schmelzen, gut benetzen; * 2) niedrige Viskositäten in geschmolzenem Zustand? habfa, wodurch sie gut eindringen und leicht anzuwenden sind;
3) eine gute Adhäsion zu verschiedenen polaren Oberflächen haben, wie zu den Oberflächen von erfindungsgemäß behandelten Formkörpern;
4) beständig sind gegen verschiedene Chemikalien, Feuchtigkeit und Schmiermittel.
Zusätzlich sind Klebstoffe aus Polyamidharzen ausgezeichnet durch ihre gute Adhäsion, ihre Zähigkeit, ihre kohäsive Festigkeit und ihr schnelles Abbinden.
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Weitere sehr gute Klebstoffe sind FettpοIyamide aus zweibasischen Fettsäuren. Nach der "Encyclopedia of Polymer Science and Technology", Bd. lo, Interscience Publisherd, sind Fettpolyamide Kondensationsprodukte von di- und polyfunktioneilen Aminen und di- und mehrbasischen Säuren, die erhalten werden durch die Polymerisation von ungesättigten Säuren von Pflanzenölen oder deren Estern. Fettpolyamide sind als Klebstoffe besonders gut geeignet zum Verbinden von leitenden Metallen, z.B. von mit Nickel plattiertem Stahl, mit einem Film aus einem Polymer, z.B. aus Polypropylen,der erfindungsgemäß behandelt v:orden ist. Hierdurcn entsteht ein Verbundstoff, der besonders gut geeignet ist zur Verwendung in alkalischen galvanischen Zellen. Fettp .>lyaml-.le sind nicht nur gute Klebstoffe, sie werden auch nicht benetzt und angegriffen durch alkalische Elektrolyte, und körnen draer das Kriechen von solchen Elektrolyten in oder aus den Zellen während längerer Zeit verzögern. Die Verwendung von Pettpolyamiden in galvanischen Zellen ist beschrieben in der US-Patentanmeldung 392,222. Die Erfindung kann verwendet werden zur Herstellung von flachen alkalischen Zellen.
Die synergistische Wirkung hinsichtlich der Adhäsionsfähigkeit von erfindungsgemäß behandelten Formkörpern geht aus den nachstehenden Beispielen hervor.
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- Ill -
Beispiel 1
Verschiedene 2 χ 5 cm große Filme aus Polymeren mit den in der Tabelle I angegebenen Dicken wurden auf ihre Adhäsionsfäbigkeit geprüft. Hierbei wurden sie zunächst zwischen zwei identische Bleche aus mit Nickel plattiertem Stahl von 5,^ x 2,0 cm verbunden unter Verwendung einer 0,025 mm dicken Schicht oines Klebstoffes aus einem Fettpolyamid. Dieser Klebstoff wurde aufgebracht auf eine Seite jedes der nickelplattierten Stahlbleche. Dieses Fettpolyamid wird von der Swift Chemical Company, Illinois , unter dem Handelsnamen "610 Hot Melt Adhesive" vervrieben« Das Ganze wurde unter Verwendung einer üblichen Impulsheizvorrichtunf::
aus Nichrom 3 bis 7 Sekunden lang bei 1200C unter elr.au Druck
von 55 kp/cm zusammengepreßt, um das Polymer mit den Metallblechen mittels des Klebstoffes dicht üu verbinden. Dann Pardon die Metallbleche von dem Polymer-Film abgezogen. Visuell wurde geprüft, welche Mengen des Klebstoffes auf dem Film und auf dem Träger verblieben waren, weil damit die wirksame Adhäsion an dem Film aus dem Polymer festgestellt werden kann.
Hierbei wurden zur Kennzeichnung der Adhäsion des Klebstoffes an dem Film folgende Unterscheidungen gemacht:
1) Wenn der Schichtstoff leicht aufgetrennt werden konnte und kein Klebstoff an dem Film haftete, wurde dieser als "keine Adhäsion" bezeichnet.
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2) Wenn der Schichtstoff mit verhältnismäßig geringer Kraft aufgetrennt werden konnte, und wenn kleine Teile des Klebstoffes an dem Film verblieben und weniger als 10% seiner Oberfläche bedeckten, wurde der Film als "geringe Adhäsion" bezeichnet.
3) Wenn zum Auseinanderbringen des Schichtstoffes eine g^ft^re Kraft erforderlich war, und wenn 10 bis 25$ de^· OberflScne des Filmes den Klebstoff enthielten, wurde d^r Film als "mäßige Adhäsion" bezeichnet.
k) Wenn eine verhältnismäßig große Kraft erforderlich war, um die Metallbleche von dem Film zu trennen, und wrjin wenigstens 80$ der Oberfläche des Filmes den Klebstoff enthielten, so wurde der Film als "Adhäsion" bezeichnet.
Die Tabelle I zeigt die Ergebnisse von Adhäsions-Versuchen für verschiedene Filme aus Polymeren, die entweder unbehandelt, allein durch Wärme behandelt, allein durch Korona-Entladung behandelt oder durch Wärme und durch Korona-Entladung behandelt waren. Die durch Wärme zu behandelnden Filme wurden zunächst aus einer Folie von Polypropylen geschnitten und festgeklammert in einer Vorrichtung der AAA Plastic Equipment Co., Inc.. Dann wurde jedes Muster in einem Ofen auf eine Temperatur von 115 bis 1200C erhitzt, aus dem Ofen entfernt und auf Raumtemperatur abgekühlt.
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Einige der unbehandelten und einige der durch Wärme behandelten Pilmmuster wurden dann mit einer Korona-Entladung behandelt. Hierbei wurde eine Vorrichtung der Union Carbide verwendet, wobei die Oberfläche des Filmes mit 12 Watt/Min./dm2 bestrahlt wurde.
Die Tabelle I zeigt, daß die synergistische Wirkung der aufeinanderJblgenden Behandlung durch Wärme und durch Korona-Bestrahlung nicht.vorhergesagt werden konnte durch Peststellung der Adhäsionsfähigkeiten von Polymer-Filmen, die allein du.· ch Wärpie oder allein durch Korona-Entladung behandelt worden waren. Diese synergistische Wirkung kann vielleicht auf der hohen Energie je Oberflächeneinheit des Filmes bei der Korona-Beptrahlung beruhen, die höher ist als die übliche Energiedichte.
Tabelle I Behandlung
Material
keine
erwärmt
Korona- erwärmt und entladung Koronaentladung
Polypropylen keine (0,25 mm) Adhäsion
Polyäthylen " (0,25 mm)
biegsames "
(0,40 mm)
keine Adhäsion
schwache Adhäsion Adhäsion
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Beispiel 2
Ein Muster wurde aus einem 0,25 mm dicken Polypropylen-Film geschnitten. Mittels eines Raster-Elektronenmikroskops (scanning electron) wurde bei 1500-facher Vergrößerung eine Mikrophotographie des unbehandelten Films aus Polypropylen hergestellt, die in der Fig. 1 gezeigt ist. Der Film wurde dann in eint... Ofε-η auf 115 bis 1200C erhitzt, dann aus dem Ofen entfewit und auf Raumtemperatur abgekühlt. Die mit der gleichen Vorrichtung und der gleichen Vergrößerung photographierte Oberfläche dieses Filmes ist in der Fig. 3 dargestellt. Die Fig. 3 zeigt, daß ein Zusammenschließen von Kristallen zu Büscheln oder Sphären ten stattgefunden hat mit deutlichen Spalten zwischen benachbarten Büscheln. Es wird angenommen, daß zusätzlich zu de.» Bildung der Büschel oder Sphärolite auch die Abmessungen der Kristalle seim Erwärmen zugenommen haben.
Ein zweites Muster des gleichen Filir.es aus Polypropylen wurde mit einer Korona-Entladung von 12 Watt/Min./dm behandelt. Die Behandlung dauerte etwa 10 Sekunden. Eine Mikrophotographie des so behandelten Bims zeigt die Fig. 2. Sie zeigt, daß die Oberfläche der Kristalle zugenommen hat, wahrscheinlich durch eine Ätzwirkung.
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Ein drittes Muster des gleichen Filmes wurde, wie oben beschrieben, durch Erwärmen und dann, wie oben beschrieben, durch Korona-Bestrahlung behandelt. Die Oberfläche des so behandelten Filmes ist in der Fig. 4 dargestellt. Wie man sieht, hat die. Oberfläche des Filmes sich verändert und die Abmessungen der Kristalle haben zugenommen. Wie das Beispiel 1 zeigt, hat die Oberfläche eines so behandelten Filmes eine ausgezeichnete Adhäsionsfähigkeii,.
Beispiel 3..
Verschiedene Muster eines Filmes aus Polypropylen i.At Abmessungen von 15 x 2 cm und eine Dicke von 0,25 mm wurden jeweils mit einer 5 x 2 cm großen, mit Nickel plattierten Stahlplatte verbunden. Hierzu wurde eine 0,025 mm dicke Schicht des oben erwähnten Klebstoffes "610 Hot Melt Adhesive" verwendete Na2~ den Fig. 5 bis 7 wurde ein Teil 3 jedes Musters des Filmes 2 aus Polypropylen mittels einer Schicht 4 von Klebstoff mit dem Blech 6 aus mit Nickel plattiertem Stahl verbunden, wobei die letztere angeschweißt war an einer als Träger dienenden Stahlplatte 8. Eine Klammer 10 war verbunden mit einem Ende der Trägerplatte 8, die andere Klammer 1OA des Fühlers war verbunden mit dem nicht» verbundenen Ende des Filmes 2. Das lose Ende des Filmes 2 wurde zurückgefaltet über den verbundenen Teil 3. Eine Kraft, parallel zu der Oberfläche des Bleches 6, wurde angesetzt, um die Klammern 10 und 1OA auseinanderzuziehen, wobei der verbundene Teil
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des Filmes 2 von dem Blech 6 abgezogen wurde. Die hierfür erforderliche Kraft wurde bei jedem Muster notiert und ist in der Tabelle II enthalten.
Die verschiedenen Muster des Filmes aus Polypropylen waren entweder unbehandelt, allein durch Erwärmen behandelt, alleir. luroa Korona-Entladung behandelt oder durch Erwärmen und Bestrahlen ;r.it ein«r Korona-Entladung behandelt, bevor sie mit dem Blech verbunden würden. Das Behandeln durch Erwärmen und durch Bestrahlen mit einer Korona-Entladung wurde so durchgeführt, wie es im Beispiel 1 beschrieben ist.
Die Werte für die Abschälkraft zum Abziehen jedes Musters dos Filmes aus Polypropylen von der mit Nickel plattierten Stahlplatte unter Verwendung des beschriebenen Verfahrens sind in der Tabelle II enthalten. Man sieht, daß das Muster (4), das durch Erwärmen und durch Bestrahlen mit einer Korona-Entladung behandelt worden war, eine Adhäsionsfestigkeit von 1,85 kp/cm hatte. Das nur durch Erwärmen behandelte Muster (2) hatte eine Adhäsionsfestigkeit von weniger als 0,18 kp/cm, und das- Muster (3), das allein durch Bestrahlung mit einer Korona-Entladung behandelt war, hatte eine Adhäsionsfestigkeit von 1,25 kp/cm. Diese Versuche zeigen die synergistische Wirkung des kombinierten erfindungsgemäßen Verfahrens auf die Adhäsionseigenschaften der Oberfläche eines Filmes aus Polypropylen.
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Die verhältnismäßig hohe Adhäsionsfestigkeit des Musters (3) könnte darauf beruhen, daß die Behandlung mit der Korona-Entla-
dung mit einer Energie von 12 Watt/Min./dm durchgeführt wurde, die etwa dreißigmal höher ist als die üblicherweise verwendete Energie zum Behandeln von Oberflächen von Polymeren.
Das Muster (5) zeigt, daß es notwendig ist, den Film aus Polypropylen zuerst durch Erwärmen zu behandeln, und erst dann durch eine Korona-Entladung zu behandeln. Bei Umkehrung dieser Verfahrensschritte nimmt die Adhäsionsfestigkeit ab.
Tabelle II
Muster Film aus Polypropylen Adhäsionsfestigkeit
(k-j/cm)
wie erhalten y r> -i R
unbehandelt <. u,iö
allein durch Erwärmen / η ι ρ
auf 1200C behandelt ^ u»10
allein durch Behandeln 1 ^1.
mit einer Korona-Entladung * ·*
von 12 Watt/Min./dm2
durch Erwärmen auf 1200C gj-
und anschließend mit einer ΐ»°->
Korona-Entladung von 12 Watt/
Min./dm2 behandelt
zuerst mit einer Korona-Entladung 1 pn von 12 Watt/Min./dm2 und anschlie- x*d
ßend durch Erwärmen auf 1200C
behandelt.
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Beispiel *l
Unter Verwendung der Versuche zur Peststellung der Adhäsionsfestigkeit nach Beispiel 3 mit dem dort beschriebenen Klebstoff wurden 0,25 mm dicke Filme aus Polypropylen mit den Abmessungen nach Beispiel 3 zunächst durch Erwärmen und dann mit einer Korona-Entladung behandelt. Die Haftfestigkeiten wurder. dann ^e^iift. Jedes der verschiedenen Muster wurde verschieden erwärmt und verschieden mit einer Korona-Entladung behandelt, bevor es mit dem Blech aus mit Nickel plattiertem Stahl verbunden wurde. Dir Haftfestigkeiten sind in der Tabelle III enthalten. Man sieht, daß die Adhäsionsfähigkeit von Filmen aus Propylen erheblich verbessert werden kann, wenn die Filme erfindungsgemäß behandelt werden. Die Versuchsergebnisse zeigen auch, daß die Änderung der Eigenschaften der Oberfläche des Filmes aus Polypropylen al-hSrigig sind von der Temperatur und der aufgewendeten Energie der Korona-Entladung. Ein Erwärmen des Musters auf 1200C und eine Behändlung mit einer Korona-Entladung von 6 Watt/Min./dm ergibt eine Adhäsionsfestigkeit, die etwa gleich ist der Adhäsionsfestigkeit eines Filmes, der auf 800C erwärmt und mit einer Korona-Entladung
von 12 Watt/Min./dm behandelt ist. Die Versuchsergebnisse zeigen ferner, daß die Temperdnr der Wärmebehandlung und die Energie der Behandlung mit der Korona-Entladung synergistisch miteinander verbunden sind, und so geändert werden können, daß die Oberfläche die jeweils gewünschte Adhäsionsfähigkeit hat.
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Tabelle III
Filme aus Polypropylen mit einer Dicke von 0,25 mm
Wärmebehandlung Korona-Entladung Adhäsionsfestigkeit
°C Watt/Min./dm2 kp/cm
20 1 ^0,18
70 1 <0,l8
90 1 <0,l8
110 1 <0,l8
120 1 0,25
■ 20 3 0,42
70 3 0,51
90 3 0,73
120 3 0,91
125 3 1,05
120 6 Μ5
20 12 1,23
50 12 1,31
80 12 1,52
110 12 1,65
120 12 1,88
Beispiel 5
Es wurde das Verfahren nach Beispiel 3 verwendet, wobei Muster von Filmen aus Polypropylen nach dem Beispiel 3 verwendet wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle IV enthalten.
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Die Versuchsergebnisse zeigen, daß bei Erhebung der Energie der Korona-Bestrahlung die Adhäsionsfestigkeit von Mustern, die auf die gleichen Temperaturen erwärmt waren, ebenfalls zunimmt.
Tabelle IV Dicke von 0,25 mm
Fi line aus Polypropylen mit einer Adhäsionsfestigkeit
Wärmebehandlung Korona-Entladung kp/cn
°C Watt/Min./dm2 <O,18
20 1 0,12
20 3 1,23
20 12 1,31
ho 12 1,19
80 12 1,55
90 12 1,89
120 12 0,33
126 1 1,07
126 3
Beispiel 6
Nach dem Verfahren des Beispiels 3 wurden Muster von Filmen aus biegsamem Polyvinylchlorid, Polypropylen oder Polyäthylen geprüft. Die Muster hatten die gleichen Abmessungen wie die nach Beispiel 3. Die Ergebnisse sind in Tabelle V enthalten.
Die Versuchsergebnisse zeigen, daß die Adhäsionsfestigkeit von Filmen aus Polyäthylen oder biegsamem Polyvinylchlorid ebenso
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zunimmt wie die Adhäsionsfestigkeit von Filmen aus Polypropylen, wenn sie erfindungsgemäß behandelt werden.
Tabelle V
Material Wärmebehandlung Korona-Entladung Adhäsions
0,25 mm
dicker Film		 0C Watt/Min./dm2 festigkeit
kp/cm
Polyäthylen 20 12 1,27
Il 100 12 1,58
Polypropylen 20 12 1,11
Il 120 12 1,55
biegsames PVC 20 12 0,84
It 80 12 1,03
Tie Tatelle V zeigt, daß die Adhäsionsfestigkeit der hier geprüften Stoffe vergleichbar ist mit den Zahlen der Tabellen II bis IV. Sie können so geregelt werden, daß die Bindungsfestigkeit zwischen mit Nickel plattiertem Stahl und dem Film bei Schichtdicken des Klebstoffes nach den Beispielen II bis IV geregelt v/erden kann.
Die Beispiele zeigen, daß eine Behandlung .einer unbehandelten Oberfläche eines Formkörpers aus einem Polymer mit einer Korona-Entladung über etwa 12 Watt/Min;/dm2 die Adhäsionsfestigkeit für Klebstoffe wesentlich erhöht. Die Beispiele 3 bis 6 zeigen,
daß bei
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Behandlung eines Films aus Polypropylen mit einer Korona-Entladung von 12 Watt/Min./dm eine Adhäsionsfestigkeit an einem metallischen Träger nach Beispiel 3 von wenigstens 1,11 kp/cm erreicht wird. Nach dem Beispiel 6 hat ein Polyäthylen-Film, der mit einer Korona-Entladung von 12 Watt/Min./dm behandelt ist, ejiie Adhäsionsfestigkeit von 1,27 kp/cm, während ein in gleicher Weise behandelter Film aus biegsamem Polyvinylchlorid eine Adhäsionsfestigkeit von 0,81J kp/cm hat. Erfindungsgemäß kann man also einen polymeren Formkörper mit einer Korona-Entladung von mehr
εjs etwa 12 Watt/Min,/dm behandeln, um die Oberfläche aufnahmefähiger für Klebstoffe oder dergleichen zu machen.
Die Beispiele zeigen auch, daß bei erfindungsgeniäßer Behandlung
der formkörper aus Polymeren ihre Oberfläche sich so ändert, daß sie von einem Klebstoff benetzt werden, welcher ein unbehandeltes Polymer nicht gut benetzen kann. Dadurch wird es möglich, erfindungsgemäß behandelte Formkörper aus Polymeren mit verschiedenen Trägern zu verbinden, unter Verwendung von üblichen und leicht erhältlichen Klebstoffen, und daß derartige Schicht stoffe, vrie oben beschrieben, in alkalischen Zellen verwendet werden können.
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Claims (8)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Behandeln der Oberfläche eines Formkörpers aus einem organischen Polymer, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper auf eine Temperatur zwischen 40°C und der Schmelztemperatur des Polymers erwärmt wird, worauf Siiine Oberfläche mit einer Korona-Entladung von wenigstens 1 Watt/Min./dm bestrahlt wird.
f., Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper ein Film ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper aus Polyäthylen, Polypropylen oder biegsamem Polyvinylchlorid besteht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzei ehnet, daß die Oberfläche mit einer Korona-Entladung von wenigstens 4, vorzugsweise wenigstens 12 Watt/Min./dm2 bestrahlt wird.
5. Verwendung eines nach einem der Ansprüche 1 bis 4 behandelten .Formkörpers als auf einen Träger aufgeklebter Bestandteil eines Schichtkörpers.
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6. Verwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Träger eine Oberfläche von Nickel dient,
7. Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den Formkörper und den Träger verbindende Klebstoff wenigstens 80$ der zu verbindenden Oberflächen überzieht.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn ze i chne t, daß als Klebstoff zwischen d'^n zu verbindenden Oberflächen ein Kondensat!onsprodukt von zwei- oder mehrfunktione Ilen Aminen mit zv/ei- oder mehrlrnsi sehen Säuren mit einem Schmelzpunkt von etwa l65°C und einer Aminzahl von etwa 70 in einer Schichtdicke von etwa 0,025 mm dient.
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