DE4311322A1 - Mehrschichtige, selbsthaftende Oberflächenschutzfolie - Google Patents

Mehrschichtige, selbsthaftende Oberflächenschutzfolie

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DE4311322A1
DE4311322A1 DE4311322A DE4311322A DE4311322A1 DE 4311322 A1 DE4311322 A1 DE 4311322A1 DE 4311322 A DE4311322 A DE 4311322A DE 4311322 A DE4311322 A DE 4311322A DE 4311322 A1 DE4311322 A1 DE 4311322A1
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Bischof and Klein SE and Co KG
Roehm GmbH Darmstadt
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Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine selbsthaftende mehrschichtige Oberflächenschutzfolie aus Polyolefin für den Schutz der Oberflächen von Kunststoff-Platten während Lagerung und Transport, zur Weiterverarbeitung und zur Formgebung durch thermisches Umformen der Platten.
Stand der Technik
Aus DE-PS 27 18 510 ist bekannt, die Oberflächen von thermoplastischen Kunststoff-Platten aus Polymethylmethacrylat (PMMA) nach der Herstellung mit einer Schutzfolie zu versehen, die aus Polyethylen niedriger Dichte mit einem Schmelzindex zwischen 1 und 4 g/10 min hergestellt wird und die auf der Haftseite durch Corona-Entladung vorbehandelt ist, um die Adhäsion der Folie auf der Kunststoff-Platte zu verbessern. Bei einer Oberflächentemperatur von 60-100°C ist die Haftung dieser Schutzfolie stark schwankend, so daß es zu Ablösungen im Randbereich oder auf der gesamten Fläche kommen kann oder im anderen Extremfall zum Einreißen der Folie beim Abziehen von den Platten oder Formteilen. Die starke Streubreite der Haftung ist von der Oberflächentemperatur der Platte während der Folienaufbringung und zusätzlich von der Oberflächenbeschaffenheit der Folie, z. B. der Mikrorauhigkeit bei Blasfolie sowie von Schwankungen der Vorbehandlungsintensität und produktionsbedingten Toleranzen im Polyethylen-Granulat abhängig.
Im europ. Patent 357 487 wird ein thermisches Umformverfahren für PMMA-Platten mit einer reduzierten Viskosität von mindestens 1,5 beschrieben. Dabei ist wenigstens eine Oberfläche mit einem durch Corona- Entladung vorbehandelten Polyethylen-Film geschützt. Das Polyethylen hat eine Dichte < 0,935 und einem Schmelzindex unterhalb 1,0 g/10 min. Der Schutzfilm soll befriedigende Adhäsion (z. B. 0,6 N/cm) an den PMMA-Platten besitzen und soll sich jederzeit und ohne Rückstände auf der Oberfläche entfernen lassen.
Es ist außerdem bekannt, selbstklebende Oberflächenschutzfolien aus Polyethylen herzustellen, wobei eine Oberfläche der Folie mit einer Corona­ vorbehandlung zwischen 40 und 44 mN/m und nachträglich mit einer Beschichtung mit einem Klebstoff auf Basis Polyacrylsäureester oder auf Basis von Naturkautschuk versehen ist (vgl. internat. Patentanmeldung 90-060990/09). Die selbstklebenden Oberflächenschutzfolien zeichnen sich zwar durch eine gleichmäßige und besser reproduzierbare Haftung auf Kunststoff-Platten aus, durch die thermische Belastung bei Lagerung oder beim thermischen Umformen können beim ruckartigen Abziehen der Schutzfolie an den Anrißkanten jedoch leicht geringe Klebstoff-Rückstände entstehen, die auf transparenten Formteilen wie Lichtkuppeln sichtbar sind.
In der Praxis hat sich erwiesen, daß durch Coextrusion hergestellte zwei- oder mehrschichtige Polyethylen- Schutzfolien mit einer Haftschicht aus Ethylen- Vinylacetat-Copolymer mit einem Vinylacetatgehalt von etwa 18 Gew.-% auf Temperaturerhöhung bei Lagerung und Transport und insbesondere beim thermischen Umformen mit einem starken Anstieg der Haftung auf den Kunststoffplatten reagieren.
Bei einem niedrigeren Vinylacetatgehalt der Haftschicht von etwa 9 Gew.-% ist die Haftung bei Raumtemperatur für das Bearbeiten der Platten durch Schneiden, Fräsen oder Bohren zu gering, so daß sich die Folie im Randbereich der Bearbeitungskanten abhebt.
Eine Erhöhung des Haftwertes kann durch die bekannte Maßnahme einer Corona-Vorbehandlung erreicht werden, doch ist auch hier der deutliche Anstieg der Haftwerte bei steigender Temperatur nachteilig. Insbesondere beim thermischen Umformen wirkt sich die Erhöhung der Haftung wegen Verringerung der Foliendicke in tiefgezogenen Bereichen der Formkörper derart negativ aus, daß die Schutzfolie beim Abziehen durch den Endverwender leicht abreißt.
Aufgabe und Lösung
Die Problemlösungen des Standes der Technik konnten nur zum Teil befriedigen. Es bestand daher die Aufgabe, verbesserte Oberflächenschutzfolien zur Verfügung zu stellen durch die möglichst ohne Abstriche am übrigen Anforderungsprofil die beschriebenen Nachteile vermieden werden und die sich nach der thermischen Belastung, besonders beim thermischen Umformen mit praktisch gleichem oder vorzugsweise deutlich geringerem Schälwiderstand von den Kunststoff-Platten abziehen lassen, als vor der Belastung bei Raumtemperatur.
Die Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße mehrschichtige Oberflächenschutzfolie gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine mehrschichtige selbsthaftende Oberflächenschutzfolie SF auf Polyolefingrundlage, aufgebaut aus einer Trägerschicht T bestehend aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut aus Polyolefinen mit einer Schichtdicke im Bereich 20- 150 µm und einer Haftschicht HS mit einer Schichtdicke im Bereich 5-40 µm, vorzugsweise 5-20 µm bestehend aus 99,5- 80 Gew.-% eines Ethylen-Vinylester-Copolymeren, vorzugsweise mit einem Vinylestergehalt von 2 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 17 bis 10 Gew.-% und/oder Polyethylen oder Gemischen derselben und 0,5-20 Gew.-%, vorzugsweise 2- 20 Gew.-% adhäsionsfördernden Harzen TF. Ein möglicher Aufbau der Oberflächenschutzfolie geht aus der Fig. 1 hervor, wobei Bezugszeichen (1) für die Trägerschicht T, Bezugszeichen (2) für die Haftschicht HS steht. Die mehrschichtigen Oberflächenschutzfolien SF werden vorzugsweise durch Coextrusion mittels einer Flach- oder Ringdüse hergestellt (vgl. Becker-Braun, Kunststoff- Handbuch, Neuausgabe Bd. 1, S. 443-461, C. Hanser, 1990; H.F. Mark et al. Encyclopedia of Polymer Science & Engineering 2nd Ed. Vol. 6, pg. 608-631, J. Wiley, 1986, Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th Ed. Vol. A 11, pg. 89-90, VCH, 1988).
Von großer praktischer Bedeutung ist, daß die Oberflächenschutzfolie SF nach dem Aufkaschieren auf Kunststoff-Platten KF bei Raumtemperatur und bei höherer Restwärme nach der Herstellung der Platten im Extrusions- Verfahren eine für die praktische Anwendung ausreichende Haftung aufweist und daß diese Haftung (gemessen als Schälwert in cN/cm) nach einer thermischen Belastung durch Lager- oder Transportbedingungen nur geringfügig ansteigt, bzw. nach dem thermischen Umformen auf niedrigere Schälwerte absinkt. Die Schutzfolie läßt sich daher vom Endverbraucher leicht von den Platten oder Formteilen rückstandsfrei abziehen.
Bei dem als Foliengrundlage dienende Polyolefinen handelt es sich um Homo- oder Copolymerisate aus C2-C8- Olefinen. In einer besonderen Ausführungsform kommt Polyethylen zur Anwendung, beispielsweise solches mit einem MFI (nach ASTM D 1238) von 0,1-8 g/600s und einer Dichte von 0,91-0,94 kg/m3 (nach ASTM D 1505) (vgl. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed. Vol. A 21, S. 489-516, VCH 1992).
Die Herstellung der Ethylen-Vinylester-Copolymerisate der Haftschicht HS ist ebenfalls bekannt (vgl. Houben-Weyl, 4. Auflage, Bd. E 20, 700-710, 1120, 1126, G. Thieme-Verlag, 1987, H.F. Mark et al., Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Vol. 17, 425-445, J. Wiley, 1989.
Genannt seien als Vinylester-Comonomere insbesondere das Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat sowie die Ester verzweigter aliphatischer Säuren wie der Pivalinsäure, 2- Ethylhexylsäure sowie der R Versalic acids. Wenn die Haftschicht HS Polyethylen enthält, handelt es sich vorzugsweise um Polyethylene mit einer Dichte von 0,91-0,94 kg/m3. Als Anhalt für den Polyethylengehalt der Haftschicht HS seien 10 bis 60 Gew.-% genannt.
Die adhäsionsfördernden Harze TF finden bereits in der Technik als sogenannte "Tackifier" (= Additive für Elastomere) im Bereich der Klebstoffherstellung insbesondere für lösungsmittelhaltige Klebstoffe oder Heißschmelzklebstoffe oder Beschichtungs-Klebstoffe für selbstklebende Klebebänder Anwendung. Dabei wird durch den Zusatz der Tackifier eine permanente Erhöhung der Klebkraft erreicht. Den Tackifiern ist in der Regel gemeinsam, daß sie eine relativ niedrige Molmasse, gewöhnlich im Bereich 200-2000 g/mol bei breiter Molmassenverteilung und eine Glasübergangstemperatur Tg oberhalb der der Elastomeren sowie eine hinreichende Verträglichkeit mit den Elastomeren aufweisen; in der Praxis liegen ihre Erweichungspunkte im Bereich 50- 150°C (vgl. H.F. Mark et al. Encyclopedia of Polymer Science & Engineering, Vol. 1, S. 509-510; Vol. 13, S. 347-348, J. Wiley; Salas, Handbook of Pressure Sensitive Adhesion Technology 2nd Ed., S. 38-60, Van Nostrand Reinhold, 1989).
Tackifier der beschriebenen Art fallen chemisch gesehen in die Gruppe der Harze, der Terpen-Oligomeren, der Cumaron- Inden-Harze, der aliphatischen, petrochemischen Harze und der modifizierten Phenolharze. Die Terpen-Tackifier werden bekanntlich durch Polymerisation, insbesondere kationische Polymerisation natürlich vorkommender Terpene wie den Pinenen, Limonen u.ä. hergestellt.
Die aliphatischen, petrochemischen Harze erhält man im allgemeinen durch Oligomerisierung der C5- und C9- Petroleumfraktionen; insbesondere seien auch hydrierte Fraktionen erwähnt. Beispielsweise genannt seien z. B. hydrierte Kohlenwasserstoff-Harze basierend auf C9- Fraktionen als Copolymer mit Inden, α-Methylstyrol und Vinyltoluol.
Von besonderem Interesse ist auch ein hydriertes Kohlenwasserstoff-Harz basierend auf polymerisiertem Cyclopentadien, das nachfolgend hydriert wird.
Für die Herstellung der Oberflächenschutzfolien bietet sich insbesondere die Coextrusion der die Polyolefin- Trägerschicht T und der die Haftschicht HS bildenden Ausgangsmaterialien in an sich bekanntem Verfahren an (vgl. Kunststofftechnik, coextrudierte Folien und Platten, VDI-Verlag, 1990).
Die folgende Tabelle 1 gibt einen Überblick über hergestellte Folientypen SF sowie zum Vergleich herangezogene Folientypen des Standes der Technik (Prozentangaben in Gew.-%, siehe Beispiele; Folientyp 1- 4 gehören dem Stand der Technik an).
Tabelle 1
Die erfindungsgemäßen Oberflächenschutzfolien SF dienen insbesondere dem Schutz von Acrylglasplatten und Polycarbonatplatten, speziell auch im Hinblick auf deren thermische Umformung, wobei die Oberflächenschutzfolien SF auf den Kunststoffplatten verbleiben können. Die Acrylglasplatten bestehen in der Regel aus handelsüblichem PMMA oder aus an sich bekannten einschlägig verwendeten Copolymerisaten des Methylmethacrylats, vorzugsweise mit einer reduzierten Viskosität von mindestens 1,5, die gegebenenfalls zweckmäßig modifiziert, z. B. mit an sich bekannten Stabilisatoren oder auch sonstigen Additiven z. B. flammfest oder antistatisch ausgerüstet sein können. Die Acrylglasscheiben können, wie in der Praxis vielfach üblich, in an sich bekannter Weise eingefärbt sein (vgl. Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry 5th Ed., Vol. A20, 459-507, VCH 1992).
Für die Acrylglasplatten kommt z. B. sogenanntes gegossenes Material, Bandmaterial oder auch extrudiertes Material in Frage (vgl. H.F. Mark et al. Encyclopedia of Polymer Science & Engineering, 2nd, Ed. Vol. 1, 276-278, J. Wiley, 1985).
Die Polycarbonatplatten sind handelsüblich bzw. entsprechen dem Stand der Technik (vgl. Kirk-Othmer, 3rd Ed., Vol. 18, 480-494, J. Wiley, 1982). Im allgemeinen liegt die Plattendicke im Bereich 0,5 bis 12 mm.
Die für die praktische Anwendung der Schutzfolie auf Kunststoff-Platten angestrebte Haftung, gemessen als Schälwiderstand an 50 mm breiten Streifen mit Abzugswinkel 180° und Abzugsgeschwindigkeit von 100 mm/min sollen bei 50-180 cN/cm liegen, um ein Abheben im Randbereich oder nach der Bearbeitung der mit Schutzfolie versehenen Platten durch Schneiden, Fräsen oder Bohren im Randbereich der Bearbeitungskanten zu verhindern, für den reinen Transportschutz sind Haftwerte zwischen 10 und 100 cN/cm ausreichend, die Haftung soll aber nach Warmlagerung oder nach Formgebung durch thermisches Umformen nicht weiter ansteigen bzw. vorzugsweise absinken.
Typische unter Laborbedingungen nach dem Aufbringen der Schutzfolien auf Platten aus Polymethylmethacrylat unter gleichem Andruck an 50 mm breiten Streifen mit Abzugswinkel 180° und Abzugsgeschwindigkeit 100 mm/min gemessenen Werte für den Schälwiderstand von unterschiedlichen Schutzfolien nach dem beschriebenen Stand der Technik (Typ 1-4) und nach den Merkmalen Typ 5-9) der erfindungsgemäßen Schutzfolie sind in der nachfolgenden Tabelle 2 zusammengestellt:
Tabelle 2
Vorteilhafte Wirkungen
Die Anwendung der Harze TF in Kombination mit extrudierfähigen Copolymeren, vorzugsweise mit Ethylen Vinylester-Copolymeren, für coextrudierte Oberflächenschutzfolien, ist neu und führte zu dem Entwicklungsziel, daß bei den damit hergestellten Oberflächenschutzfolien der Haftwert zwar ebenfalls deutlich erhöht wird, nach einer Temperaturerhöhung der mit Schutzfolien versehenen Platten, je nach Auswahl der adhäsionsfördernden Harze, die Haftung nur gering ansteigt oder sogar deutlich abfällt. Dieser durch Migration aus der Oberfläche der Haftschicht in die darunterliegenden Schichten der Haftschicht oder Trägerschicht verursachte Effekt ist für die Weiterverarbeitung der mit Schutzfolie versehenen Kunststoff-Platten durch thermisches Umformen von besonderer Bedeutung.
Beispiele I. Herstellung der Oberflächenschutzfolie SF
Die Trägerschicht T bildet eine LD-Polyethylenfolie mit den folgenden Daten:
Daten: MFI = 2,0 g/600s Dicke: 38µm
Dichte: 0,923 g/cm3.
Auf diese Foliengrundlage wird eine Haftschicht von 12 µm durch Coextrusion mittels Flachdüse aufgebracht bestehend aus:
  • A) 94-98% Ethylen-Vinylacetat-Copolymer mit
    7-10% Vinylacetat mit Zusatz von
    2-6% hydriertes Kohlenwasserstoff- Harz, basierend auf C-9 Fraktion, Copolymer mit Inden, Alpha- Methyl-Styrol und Vinyl- Toluol.
  • B) 80-95% Ethylen-Vinylacetat-Copolymer mit
    7-10% Vinylacetat und mit Zusatz von
    5-20% hydriertes Kohlenwasserstoff- Harz basierend auf Cyclopentadien polymerisiert und hydriert.
I-B Herstellung der Oberflächenschutzfolie SF durch Coextrusion II Beschichtung der Kunststoffplatten
Die erfindungsgemäß erhaltenen Oberflächenschutzfolien werden ohne Lufteinschlüsse vollflächig bei Temperaturen (Walze/Halbzeug) von 20°C bis 80°C mit einer Kaschierwalze bei einem Anpreßdruck von 1 bar bis 4 bar auf die Kunststoffplatten-Oberfläche kaschiert.
III Thermische Umformung der beschichteten Kunststoff-Platten
Die wie vorstehend beschrieben erhaltenen Kunststoff-Platten, insbesondere PMMA-Platten können in an sich bekannter Weise thermisch umgeformt werden. Die Erwärmung erfolgt dabei im Umluftofen oder durch IR-Strahlung.
Ergebnis
Die Schutzfolien nach A) zeichnen sich dadurch aus daß durch den Zusatz von 2-6% adhäsionsfördernden Harzes, vorzugsweise durch Zusatz von 6% ARKON F-125, die Haftung auf Kunststoff-Platten deutlich erhöht wird, nach Temperaturerhöhung aber nur geringfügig ansteigt und ein Niveau erreicht, daß sich die Folie leicht und rückstandsfrei abziehen läßt.
Bei der Schutzfolie B) wird durch den Zusatz von 5-20% adhäsionsfördernden Harzes, vorzugsweise 20% ESCOREZ 5320, die Haftung der Schutzfolie auf Kunststoff- Platten ebenfalls deutlich erhöht. Durch Temperatureinwirkung, beispielsweise beim thermischen Umformen, tritt sogar ein drastischer Abfall der Haftung ein, wodurch sich die Schutzfolie nach dem Verformen auch bei extremen Formteilen, wie Sanitärartikeln, trotz starker Reduzierung der Foliendicke leicht abziehen läßt.

Claims (10)

1. Mehrschichtige selbsthaftende Oberflächenschutzfolie auf Polyolefingrundlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschutzfolie SF aufgebaut ist aus einer Trägerschicht T bestehend aus einer oder mehreren Schichten aufgebaut aus Polyolefinen mit einer Schichtdicke im Bereich 20-150 µm und einer Haftschicht HS mit einer Schichtdicke im Bereich 5-40 µm bestehend aus 99,5-80 Gew.-% eines Polymerisats ausgewählt aus der Gruppe Ethylen- Vinylester-Copolymerisate, Polyethylen oder Mischungen derselben und 0,5-20 Gew.-% eines oder mehrerer adhäsionsfördernder Harze (Tackifier) TF.
2. Mehrschichtige selbsthaftende Oberflächenschutzfolie gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerschicht aus Polyethylen besteht.
3. Mehrschichtige selbsthaftende Oberflächenschutzfolie gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ethylen-Vinylester-Copolymerisat einen Vinylestergehalt von 2-20 Gew.-% besitzt.
4. Mehrschichtige selbsthaftende Oberflächenschutzfolie gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ethylen-Vinylester ein Ethylen-Vinylacetat ist.
5. Mehrschichtige selbsthaftende Oberflächenschutz­ folie gemäß den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftschicht HS Polyethylen enthält.
6. Mehrschichtige selbsthaftende Oberflächenschutz­ folie gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyethylengehalt 10 Gew.-% bis 60 Gew.-% beträgt.
7. Mehrschichtige selbsthaftende Oberflächenschutzfolie gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch Coextrusion mittels Flach- oder Ringdüsen hergestellt wurde.
8. Verwendung der Oberflächenschutzfolie gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 zur Beschichtung von Kunststoffoberflächen.
9. Verwendung der Oberflächenschutzfolie gemäß Anspruch 8 zur Kaschierung von Polyacrylat- Kunststoffplatten.
10. Verwendung der Oberflächenschutzfolie gemäß Anspruch 9 zur Kaschierung von Polycarbonat- Kunststoffplatten.
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