DE19802662A1 - Verfahren zur Herstellung von Verbundfolien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundfolie aus einer Kunststoffolie und einem anderen Bahnmaterial.

Bei herkömmlichen Verfahren dieser Art wird die Kunststof­ folie mit dem anderen Bahnmaterial verklebt. Diese Ver­ fahren sind relativ aufwendig und haben vor allem den Nachteil, daß die Verwendung eines Klebers zur Freisetzung von gesundheits- und umweltschädlichen Lösungsmitteldämp­ fen führt. Hierdurch wird der Verwendungsbereich solcher Verbundfolien, beispielsweise als Verpackung in der Le­ bensmittelindustrie, erheblich eingeschränkt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Kunststoffolie ohne Verwendung eines Klebers dauerhaft mit dem anderen Bahnmaterial verbunden werden kann.

Diese Aufgabe wird mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Es ist bekannt, daß die Bedruckbarkeit von Kunststoffober­ flächen verbessert werden kann, wenn diese Oberfläche mit Hilfe einer Korona-Entladung vorbehandelt wird. Eine sol­ che Vorbehandlung hat vor allem den Effekt, daß die behan­ delte Kunststoffoberfläche für Flüssigkeiten mit höherer Oberflächenspannung benetzbar wird. Versuche der Erfinder haben nun gezeigt, daß es möglich ist, eine Kunststoffolie ohne Verwendung eines Klebers dauerhaft auf ein anderes Bahnmaterial auf zukaschieren, wenn die Kunststoffolie zumindest auf der dem anderen Bahnmaterial zugewandten Seite einer solchen Korona-Behandlung unterzogen wird und dann bei mäßiger Temperatur mit einer gewissen Andruck­ kraft gegen das andere Bahnmaterial angedrückt wird. Die Temperatur der Folie bleibt dabei stets unterhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials, so daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Verschweißung im eigent­ lichen Sinne stattfindet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem anderen Bahnmaterial kann es sich beispielsweise um eine andere Kunststoffolie oder um Papier oder ein anderes Flächengebilde handeln.

Bevorzugt erfolgt die Herstellung der Verbundfolie in einem kontinuierlichen Verfahren, bei dem die Kunststoffo­ lie zunächst zwischen zwei stabförmigen, sich quer zur Bahnrichtung erstreckenden Korona-Elektroden hindurchläuft und sogleich danach gemeinsam mit dem anderen Bahnmaterial durch den Walzenspalt zwischen zwei Andruckwalzen läuft. Die Andruckkraft im Walzenspalt liegt vorzugsweise im Bereich von 50 bis 1000 kN/m, besonders bevorzugt zwischen 300 und 400 kN/m. Die Temperatur der Kunststoffolie liegt vorzugsweise zwischen 50° und 150°C. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest eine der beiden Andruckwal­ zen beheizt, so daß im Walzenspalt eine Temperatur von etwa 100°C herrscht.

Die Kunststoffolie sollte frei von Gleit- oder Trennmit­ teln sein, da diese Mittel die Haftfähigkeit der Folie herabsetzen. Sofern es sich bei dem anderen Bahnmaterial ebenfalls um eine Kunststoffolie handelt, gilt dies auch für dieses andere Bahnmaterial.

Die Intensität der Vorbehandlung sollte einer Oberflächen­ spannung von mindestens 50 mN/m, vorzugsweise 70 mN/m der benetzenden Flüssigkeit entsprechen.

Besonders gute Ergebnisse werden erzielt, wenn die den Korona-Elektroden zugeführte Hochspannung aus einer Folge sehr kurzer Hochspannungsimpulse besteht, beispielsweise aus annähernd rechteckförmigen Impulsen mit einer Impuls­ breite von weniger als 30, vorzugsweise weniger als 20 µs und einer Anstiegszeit von weniger als 10, vorzugsweise weniger als 4 µs. Die Spitzenspannung der einzelnen Hoch­ spannungsimpulse sollte mindestens 50 kV, vorzugsweise etwa 100 kV betragen. Ein Korona-Generator, mit dem ein solches Spannungssignal erzeugbar ist, wird in DE 42 35 766 C1 beschrieben.

Außerdem erscheint es als vorteilhaft, wenn die Korona- Behandlung zwischen zwei im wesentlichen gleich aufgebau­ ten stabförmigen Korona-Elektroden erfolgt, die jeweils einen elektrisch leitenden Kern und eine Ummantelung aus einem Dielektrikum, beispielsweise aus Keramik aufweisen und die beide erdfrei sind und eine parallel zur Sekundär­ spule des Korona-Generators geschaltete Entladungsstrecke bilden, so daß den beiden Elektroden abwechselnd positive und negative Hochspannungsimpulse zugeführt werden.

Die Verwendung von kurzen Entladungsimpulsen mit kurzer Anstiegszeit scheint insbesondere für die Langzeitstabili­ tät der Verbundfolie von Vorteil zu sein. Es wurde beob­ achtet, daß die Haftung zwischen der Kunststoffolie und dem anderen Bahnmaterial mit zunehmendem Alter der Ver­ bundfolie besser wird. Diese könnte darauf zurückzuführen sein, daß sich bei den sehr kurzen, dafür aber extrem heißen Entladungsimpulsen in der Koronastrecke eine weit­ gehend ozonfreie und somit nicht oxydierende oder gar reduzierende Atmosphäre bildet, die eine nachträgliche Vernetzung der Verbundmaterialien an der Grenzschicht begünstigt oder zumindest verhindert, daß chemische Bin­ dungen Oxydation wieder zerstört werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Durch­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 ein vereinfachtes Schaltbild eines Korona-Gene­ rators.

In Fig. 1 erkennt man zwei Andruckwalzen 10, 12, die mit­ einander einen Walzenspalt bilden, der in Richtung des Pfeils A von einer Kunststoffolie 14 und einem anderen Bahnmaterial 16, beispielsweise einer Papierbahn oder einer weiteren Kunststoffolie durchlaufen wird. Die Walze 12 weist eine relativ harte Oberfläche auf, während die Walze 10 eine weichere Oberfläche hat. Die beiden Walzen sind mechanisch gegeneinander vorgespannt, so daß im Wal­ zenspalt eine Andruckkraft von beispielsweise 350 kN/m erzeugt wird. Beide Walzen 10, 12 sind beheizt, so daß im Walzenspalt eine Temperatur von 100°C aufrechterhalten wird.

Unmittelbar stromaufwärts des Walzenspaltes läuft die Kunststoffolie 14 durch eine Korona-Entladungsstrecke 18 zwischen zwei stabförmigen Elektroden 20, 22, die sich parallel zueinander über die gesamte Breite der Folienbahn erstrecken und so dicht an dem Walzspalt angeordnet sind, wie es konstruktiv möglich ist. Jede der beiden Elektroden 20, 22 weist einen stabförmigen elektrisch leitenden Kern auf, der von einer dielektrischen Umhüllung 24 aus Kera­ mikmaterial umgeben ist. Die beiden Elektroden 20, 22 sind an die beiden erdfreien Ausgangsklemmen eines Korona-Gene­ rators 26 angeschlossen, dessen prinzipieller Aufbau in Fig. 2 gezeigt ist. Zwischen den Elektroden wird so eine Korona-Entladung erzeugt, durch die beide Oberflächen der Kunststoffolie 14 vorbehandelt werden. Die Parameter der Korona-Behandlung sind so gewählt, daß die vorbehandelten Oberflächen der Kunststoffolie 14 durch eine Flüssigkeit benetzbar sind, die eine Oberflächenspannung von 72 mN/m hat (Wasser). Die so vorbehandelte Kunststoffolie 14 wird im Walzenspalt zwischen den Andruckwalzen 10, 12 innig mit dem Bahnmaterial 16 verbunden, so daß man stromabwärts des Walzenspaltes eine Verbundfolie 30 erhält.

Wenn es sich bei dem Bahnmaterial 16 ebenfalls um eine Kunststoffolie handelt, so kann diese Kunststoffolie eben­ falls durch eine Korona-Entladungsstrecke 28 laufen, die in Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist und im Prinzip den­ selben Aufbau und dieselbe Wirkungsweise wie die Korona- Entladungsstrecke 18 hat.

Der in Fig. 2 gezeigte Korona-Generator 26 wird durch eine Gleichspannungsquelle 32 gespeist, die eine Gleich­ spannung von beispielsweise 300 V liefert. Ein Kondensator C wird über eine Ladedrossel L1 aufgeladen. Der Primär­ kreis eines schwach gekoppelten Transformators T (ohne Eisenkern) enthält den Kondensator C, einen elektronischen Schalter S und eine weitere Drossel L2. Die Sekundärspule des Transformators T bildet mit der Kapazität der Elek­ troden 20, 22 einen Hochfrequenzschwingkreis mit einer Eigenfrequenz von beispielsweise 150 bis 200 kHz. Die Sekundärseite des Transformators T ist erdfrei, während die Primärseite geerdet ist.

Der elektronische Schalter S, beispielsweise ein Thyri­ stor, wird durch die Spannung am Kondensator C gesteuert. Sobald die Kondensatorspannung einen gewissen Schwellen­ wert erreicht, schließt der Schalter S, so daß sich der Kondensator über die Drossel L2 und die Primärspule des Transformators T entlädt. Dabei wird in der Sekundärspule des Transformators eine Hochspannung induziert.

Wenn die Spannung des Kondensators C abnimmt, bleibt der Schalter S noch bis zum nächsten Nulldurchgang des durch diesen Schalter fließenden Stromes geschlossen. Beim Öff­ nen des Schalters S wird der Primärkreis des Transforma­ tors unterbrochen, und der Kondensator C wird über die Ladedrossel L1 erneut aufgeladen, während der Hochfre­ quenz-Schwingkreis auf der Sekundärseite des Transforma­ tors T gedämpft nachschwingt.

Das System ist so ausgelegt, daß die periodischen Lade- und Entladezyklen des Kondensators C mit einer Frequenz von beispielsweise 20 kHz ablaufen. Da die Aufladung des Kondensators über die Ladedrossel L1 erfolgt, wird am Kon­ densator eine Spitzenspannung erreicht, die wesentlich über der von der Spannungsquelle 32 gelieferten Gleich­ spannung liegt und beispielsweise 800 bis 1000 V betragen kann. Die Steuerung für den elektronischen Schalter S ist so ausgelegt, daß der Schalter kurz vor Erreichen dieser Spitzenspannung schließt. Die Induktivität der Drossel L2 ist wesentlich kleiner als die der Ladedrossel L1. Beim Schließen des Schalters S steigt deshalb der Primärstrom des Transformators sehr steil an, so daß ein starker Span­ nungsimpuls erzeugt wird, der die hochfrequente Schwingung auf der Sekundärseite anstößt. Sekundärseitig werden dabei Spitzenspannungen in der Größenordnung von weit über 100 kV erreicht, so daß die nötige Zündspannung für die Koro­ na-Entladung bereitgestellt wird. Der weitere Spannungs­ verlauf wird maßgeblich durch die von der Korona-Entla­ dungsstrecke gebildete Last bestimmt. Nach jedem Schließen des Schalters S erhält man so einen annähernd rechteckför­ migen Spannungsimpuls mit einer Impulsbreite von etwa 16 µs und einer sehr kurzen Anstiegszeit von nur etwa 3 µs.

Mit Hilfe des Korona-Generators 26 erhält man so eine Korona-Entladung, die aus sehr kurzen energiereichen Im­ pulsen besteht. Diese Entladungsform hat sich für eine nachhaltige Haftung der Kunststoffolie 14 an dem Bahnmate­ rial 16 als günstig erwiesen.

Die Parameter des Ladungsverlaufs und der Entladungs­ strecke (Elektrodengeometrie und -abstand), die Art des Dielektrikums, die Transportgeschwindigkeit der Andruck­ walzen, die Andruckkraft und die Walzentemperatur sind im Einzelfall an die Beschaffenheit der zu verbindenden Mate­ rialien anzupassen.

Besonders gute Ergebnisse wurden mit der oben beschriebe­ nen Anlage beim Aufkaschieren einer Polyethylenfolie auf eine Polyamidfolie sowie beim Aufkaschieren einer Poly­ ethylenfolie auf Papier erzielt. Unmittelbar nach Verlas­ sen des Walzenspalts wurde bereits eine relativ gute Haf­ tung der beiden Verbundschichten aneinander festgestellt. Nach einigen Tagen Lagerzeit hatte sich die Haftung noch einmal deutlich verbessert.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung einer Verbundfolie aus einer Kunststoffolie (14) und einem anderen Bahnmate­ rial (16), dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststof­ folie (14) mittels Korona-Entladung auf mindestens einer Seite vorbehandelt wird und sie dann ohne Ver­ wendung eines Klebers durch Ausübung von Druck und Wärme mit dem anderen Bahnmaterial (16) verbunden wird, wobei die Temperatur der Folie stets unterhalb der Schmelztemperatur bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bahnmaterial aus Papier, Vlies, Metall, Gewe­ be oder ebenfalls aus Kunststoff besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bahnmaterial auf zumindestens einer Seite mittels Korona-Entladung vorbehandelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korona-Entladung in der Form kurzer Einzelimpulse erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsimpulse eine Frequenz von 10 bis 30 kHz, vorzugsweise 16 bis 20 kHz haben.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Entladungsimpulse eine Impulsbreite von weniger als 30 µs, vorzugsweise etwa 10 bis 20 µs haben.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladungsimpulse eine An­ stiegszeit von weniger als 5 µs, vorzugsweise weniger als 3,5 µs haben.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korona-Entladung zwischen zwei stabförmigen Elektroden (20, 22) er­ folgt, die im wesentlichen den gleichen Aufbau und Querschnitt haben und jeweils einen elektrisch lei­ tenden Kern und eine Umhüllung (24) aus dielektri­ schem Material, vorzugsweise aus Keramik aufweisen.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Korona-Entladung zwischen zwei erdfreien Elektroden (20, 22) erfolgt, die mit der Sekundärseite eines Korona-Generators (26) einen Hochfrequenzschwingkreis bilden.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Kunst­ stoffolie (14) mit dem weiteren Bahnmaterial (16) zu der Verbundfolie (30) kontinuierlich in einem Walzen­ spalt zwischen zwei Andruckwalzen (10, 12) erfolgt und daß die Kunststoffolie (14) und gegebenenfalls auch das weitere Bahnmaterial (16) eine unmittelbar strom­ aufwärts des Walzenspaltes angeordnete Korona-Entla­ dungsstrecke (18; 28) durchläuft.

11. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Andruckkraft der Andruckwalzen (10, 12) 50 bis 1000 kN/m, vorzugsweise 300 bis 400 kN/m beträgt.

12. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kunststoffolie (14) im Walzenspalt eine Temperatur von 50 bis 150°C, vorzugsweise etwa 100°C hat.

13. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens eine Korona-Entladungsstrecke (18) mit einem Paar stabförmiger einander paralleler, sich quer zu der bahnförmigen Kunststoffolie erstreckender Elektroden (20, 22) umfaßt, zwischen denen die bahn­ förmige Kunststoffolie (14) ausgebreitet hindurch­ leitbar ist und denen ein Walzenpaar (10, 12) nach­ geschaltet ist, in dessen Walzspalt die Kunststoffo­ lie (14) mit einem weiteren Bahnmaterial (16) dou­ blierbar ist.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Korona-Entladungsstrecke (28) für das weitere Bahnmaterial (16) vorgesehen ist.

15. Anlage nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Korona-Entladungsstrecken (18, 28) nahe an dem Walzenpaar (10, 12) angeordnet sind.