WO1994007680A1 - Verfahren zur oberflächenbehandlung von kunststoffteilen - Google Patents

Verfahren zur oberflächenbehandlung von kunststoffteilen Download PDF

Info

Publication number
WO1994007680A1
WO1994007680A1 PCT/EP1993/002612 EP9302612W WO9407680A1 WO 1994007680 A1 WO1994007680 A1 WO 1994007680A1 EP 9302612 W EP9302612 W EP 9302612W WO 9407680 A1 WO9407680 A1 WO 9407680A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
plasma
plastic
shielding device
plastic parts
treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP1993/002612
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Harth
Hartmut Hibst
Sibulle Brosius
Horst Hintze-Bruening
Andreas Holst
Hans-Josef Oslowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of WO1994007680A1 publication Critical patent/WO1994007680A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32697—Electrostatic control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/14—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by electrical means
    • B05D3/141—Plasma treatment
    • B05D3/142—Pretreatment
    • B05D3/144—Pretreatment of polymeric substrates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C59/00—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor
    • B29C59/14—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by plasma treatment

Definitions

  • the present invention relates to a. Process for the surface treatment of plastic parts with a low pressure plasma.
  • the invention relates to a system for carrying out the surface treatment.
  • plastics In many areas of application of plastics, it is desirable to paint, print, glue or metallize the surface of the plastic component for decorative or functional reasons.
  • plastics in particular polyolefins such as polypropylene or polyethylene, show only unsatisfactory varnish, printability, pasting or metallization because of their apolar surfaces in the untreated state.
  • high solids the conversion of coating systems with organic solvents to water-based paints or to paints with a high solids content
  • the pretreatment of the component is therefore generally necessary to achieve sufficient adhesive strength on plastic components.
  • pretreatment processes for plastic components are already known, such as flaming or chemical pretreatment processes such as.
  • Halogen-containing primer layers have also been used to improve paint adhesion.
  • these methods are disadvantageous in terms of their environmental compatibility.
  • Plasma-assisted gas phase processes are more advantageous in this regard.
  • the plastic surface is exposed to a silent discharge (process gas, mostly air) operated at atmospheric pressure, functionalization being achieved by bombardment with radical particles, ions or UV radiation.
  • Corona treatment is for flat plastic substrates such as B. foils, well suited, but it fails due to the small electrode-substrate distances required for the treatment of plastic parts with a complicated geometry.
  • a cold plasma is operated at reduced pressure, whereby, due to the excellent gap-permeability of the plasma, molded parts with a complicated geometry can also be treated. See H. Gleich u. H. Hausmann, "Surface and JOT, Issue 5 (1991), p. 54 ff.
  • the plasma excitation can take place in a known manner by direct current, alternating current or microwave excitation.
  • a vacuum system designed for the dimensions of the plastic part is required, with correspondingly high investment costs.
  • a low-pressure plasma process that is as effective and simple as possible is therefore necessary for the economical operation of these systems.
  • the known low-pressure plasma processes have decisive disadvantages. It is thus shown that on certain plastics a surface tension sufficient for the adhesive coating is not achieved or is only achieved after an uneconomically long treatment time. In addition, it was found that if the treatment was too intensive, the surface tension could decrease again due to an excessive plasma etching effect ("overetching"). In the case of large-volume components or components with a complicated geometry, this places strict requirements on the homogeneity of the plasma and limits the capacity of the plasma systems.
  • a process for the surface treatment of plastic parts according to the low-pressure plasma process is characterized in that the surface of the plastic part is shielded from the plasma area by a screening device provided with openings.
  • the essential characteristic of the method according to the invention is an electrically conductive shielding device provided with openings, which shields the plastic part to be treated from the plasma area.
  • the proportion of openings preferably corresponds to a proportion of 20 to 80% of the total surface of the shielding device.
  • the shielding device should be made of an electrically conductive material. Suitable materials are, for example, brass, stainless steel, aluminum or copper.
  • a shielding device suitable according to the invention can be, for example, a metal sheet with openings or a metallic screen system.
  • Lattice-shaped devices are also suitable, both parallel and crossed lattices being suitable.
  • the distance between the conductive device and the plastic part is preferably chosen to be larger than the opening diameter of the device.
  • An advantageous device is, for example, a steel net with mesh sizes of 0.1 to 50 mm, preferably 0.5 to 5 mm, which is attached at a distance of 0.1 to 200 mm, preferably 0.5 to 5 mm, from the plastic part.
  • the shape of the electrically conductive device advantageously depends on the rough contour of the part to be treated.
  • a corresponding device can be attached parallel to the plastic surface, said surface being to be completely covered.
  • the electrically conductive shielding device can either be electrically conductive with an electrode (E) for generating the
  • Plasmas are connected or with a grounded bracket (H). It is also possible to place the shielding device at its own potential with the aid of a corresponding voltage source.
  • the method is carried out in a system consisting of a vacuum chamber (K) with a gas inlet system (G) and a vacuum connection (V), the generation of the plasma by means of a suitable device (E), such as. B. an electrode or a microwave antenna (E) and the surface of the plastic part (T) through an opening provided with an electrically conductive shielding device (A), in which the area of the openings has a share in the total area of 20 to Is 80%, is shielded from the plasma area.
  • a suitable device such as. B. an electrode or a microwave antenna (E) and the surface of the plastic part (T)
  • A electrically conductive shielding device
  • the plastic part to be treated (T) is attached to the electrode (E), via which an AC or a DC voltage is supplied for plasma generation.
  • An electrically conductive shielding device (A) is attached parallel to the surface of the plastic part (T). Furthermore, the rest of the system is grounded. The shielding device is connected to the electrode (E) in an electrically conductive manner.
  • the plastic part (T) to be treated is mounted on an earthed holder and shielded from the plasma area by an electrically conductive shielding device (A) which is arranged parallel to the surface of the plastic part.
  • the shielding device is connected to the holder in an electrically conductive manner.
  • Fig. 3 relates to an arrangement which corresponds in principle to that shown in Fig. 2; the plastic part (T) to be treated is surrounded in a cage-like manner by the electrically conductive shielding device (A).
  • Such an arrangement is particularly suitable for the treatment of plastic parts with a sophisticated three-dimensional geometry.
  • the plastic part is attached in the desired manner in the chamber.
  • the chamber is then evacuated via connection (V).
  • a process gas is supplied, which is excited by supplying energy to the plasma.
  • Suitable process gases are those gases or gas mixtures which contain at least one oxygen- or nitrogen-containing gaseous component, preferably oxygen, nitrogen or air or mixtures of oxygen, nitrogen or air with noble gases such as He, Ne or Ar, which have a proportion of at least 10 Vol .-% contain oxygen or nitrogen. It is supplied as much process gas, that in the chamber a gas pressure in the range of 10 "4 to 100, preferably 10 -3 -10 bar prevails. The use of air at a pressure in the range from 10 -3 to 10 mbar, preferably 0.1 to 1 mbar, is particularly preferred.
  • the plasma can be excited in a known manner by supplying energy with the aid of direct or alternating voltage.
  • alternating voltage With alternating voltage, one generally works at 13.65 MHz (RF) or 2.45 GHz (microwave).
  • DC voltage can be supplied in a known manner via a round, rod-shaped or insulated electrode provided with another suitable geometry, the remaining part of the vacuum chamber being kept at earth potential.
  • the RF voltage can be supplied in a comparable manner, but the use of an electrical matching unit between the generator and the electrode is advantageous for maximizing the supplied and minimizing the reflected electrical power.
  • the RF voltage can also be supplied inductively via a coil.
  • the microwave is fed in a known manner without electrodes, with hollow or coaxial conductors being used for the feed outside the vacuum region.
  • Various known arrangements can be used for feeding the microwave into the vacuum chamber, for example horn antennas, which contain a quartz plate inside as a vacuum seal.
  • the microwaves can also be fed from an external waveguide into the interior of the vacuum chamber with the aid of rod antennas, which are insulated and fixed in a vacuum-tight manner in a base plate.
  • the plasma density in the vacuum range can additionally be intensified in a known manner by magnetic fields.
  • the shielding device according to the invention can be set to its own potential with the aid of a corresponding voltage source or can be connected to the potential of the substrate to be treated or the system by means of a corresponding conductive connection.
  • the treatment time in the method according to the invention is in the range from 1 s to 10 min, preferably 1 to 30 seconds.
  • the temperatures on the surface of the plastic part are in the range from 20 to 150, preferably 20 to 60 ° C.
  • Plastic parts made of thermoplastic or thermoset homopolymers, copolymers or polymer blends, which in the untreated state have a surface tension of less than 50 mN / m, can be treated in an advantageous manner, for example polyethylene, polypropylene, polyvinyl ⁇ chloride, polystyrene, polymethyl methacrylate, polycarbonate, diethyl len glycol diallyl carbonate (CR 39), styrene / butadiene copolymer, acrylonitrile / butadiene / styrene polymer, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, polyoxymethylene, polyamide, polysulfone, polyether sulfone, poly (aryl) ether ketone, polyimide or Polyurethane.
  • polyethylene polypropylene
  • polyvinyl ⁇ chloride polystyrene
  • polymethyl methacrylate polycarbonate
  • the process is particularly suitable for the treatment of polypropylene homo- or copolymers or polypropylene blends, in particular for blends made of polypropylene and an ethylene / propylene / diene copolymer.
  • the treated plastic parts can contain additives for mechanical reinforcement, coloring, heat stabilization or UV stabilization, fire protection equipment or for antistatic equipment.
  • plastic parts pretreated by the process according to the invention are also suitable for the subsequent painting
  • organic solvent-based paints for example based on esters, glycol ethers, ketones or aromatics, and water-based paints are suitable.
  • Lacquers with a high solids content (high solids) or powder lacquers (eg epoxy, polyester, epoxy-polyester hybrid, polyurethane, acrylate or triglycidyl isocyanate lacquers) can also be used.
  • high solids eg epoxy, polyester, epoxy-polyester hybrid, polyurethane, acrylate or triglycidyl isocyanate lacquers
  • multi-layer lacquer buildings can be produced from the lacquer systems mentioned, for example adhesive primer / filler / topcoat or filler / topcoat.
  • Talc, carbonates or sulfates, for example, can be used as fillers.
  • the method according to the invention ensures an effective, adherent coating, in particular in the case of components in the automotive exterior, such as. B. bumpers, spoilers, side panels, ram guards, hubcaps, lenses, for components in the automotive interior, such as. B. steering column covers, phono housings, for household items for decorative or use purposes, for housings, eg. B. in devices of entertainment electronics.
  • the method according to the invention enables an effective and rapid increase in the surface tension of apolar plastic parts without the risk of the surface being roughened too much and of "overetching".
  • the device according to the invention is also structurally simple, inexpensive and can also be used with complicated component geometries.
  • the substrates used in the following examples are injection-molded sheets (15 ⁇ 15 cm 2 ) made from a blend of polypropylene and ethylene-propylene-diene copolymers, with an ethylene content of 15-20% by weight. -%, a rubber content of approx. 30% by weight and a melt flow index according to DIN 53 735 of 2.5 g / 10 min at 230 ° C / 2, 1 kg.
  • a plastic plate as described above was fixed in a plasma system on an insulated electrode (0 70 cm). Parallel to the surface of the plastic plate, a stainless steel net with a mesh width of 0.8 mm and a wire strand of 0.4 mm was attached at a distance of 3 mm. The network was electrically connected to the insulated electrode. A grounded round electrode (0 80 cm) was attached parallel to the insulated electrode at a distance of 70 mm. The system was evacuated to a pressure of 10 "6 mbar at a flow of 40 sccm (standard cubic cm / minute).
  • plastic plates treated according to Example 1 for 10 s or 300 s were first coated with a commercially available primer (aqueous two-component system made of epoxy resin and polyamine component) by spray application (layer thickness approx. 20 + 5 ⁇ m) and after 10 minutes flashing off at 25 ° C baked at 80 ° C for 30 min.
  • a commercially available primer aqueous two-component system made of epoxy resin and polyamine component
  • the painted panels were tested with regard to their adhesive strength.
  • the adhesion tests were carried out either directly after the film hardening and then aging at 16 h / 50 ° C or after storage in a moist constant climate (240 h / 40 ° C / 90% RH; 1 h / 25 ° C relaxation).

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Treatments Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)

Abstract

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffteilen (T) nach dem Niederdruckplasmaverfahren, wobei zwischen dem Kunststoffteil (T) und dem Plasmabereich eine elektrisch leitende Vorrichtung (A) mit Öffnungen angebracht ist.

Description

Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffteilen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein. Verfahren für die Oberflä¬ chenbehandlung von Kunststoffteilen mit einem Niederdruckplasma.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anlage zur Durchführung der Oberflächenbehandlung.
In vielen Anwendungsbereichen von Kunststoffen ist es erwünscht, die Oberfläche des Kunststoffbauteils aus dekorativen oder funk¬ tionalen Gründen zu lackieren, zu bedrucken, zu bekleben oder zu metallisieren. Eine Reihe von Kunststoffen, insbesondere Polyole- fine wie Polypropylen oder Polyethylen, zeigen jedoch aufgrund ihrer apolaren Oberflächen im unbehandelten Zustand nur eine un¬ befriedigende Lackier-, Bedruck-, Bekleb- oder Metallisierbar- keit. Bei der Lackierung von Kunststoffteilen, beispielsweise für den Automobilbereich, führt die Umstellung von Lacksystemen mit organischen Lösungsmitteln auf Wasserbasislacke oder auf Lacke mit hohem Feststoffgehalt ("High Solids") zu zusätzlichen Proble¬ men bei der Lackhaftung. Zur Erzielung einer ausreichenden Haft¬ festigkeit auf Kunststoffbauteilen ist daher in der Regel die Vorbehandlung des Bauteils erforderlich.
Es sind bereits eine Reihe von Vorbehandlungsverfahren für Kunst- stoffbauteile bekannt, wie das Beflam en oder chemische Vorbe¬ handlungsverfahren wie z. B. die Behandlung mit Chromschwefel- säure oder die Begasung mit Fluor-, Chlor- oder Ozon-haltigen
Gasgemischen. Zur Verbesserung der Lackhaftung sind auch halogen- haltige Haftprimerschichten eingesetzt worden. Diese Verfahren sind jedoch hinsichtlich ihrer Umweltverträglichkeit nachteilig.
Vorteilhafter sind in dieser Hinsicht plasmaunterstützte Gaspha¬ sen-Verfahren.
Bei der Corona-Behandlung wird die Kunststoffoberfläche einer bei Atmosphärendruck betriebenen stillen Entladung (Prozeßgas mei- stens Luft) ausgesetzt, wobei durch den Beschüß mit Radikalteil¬ chen, Ionen bzw. UV-Strahlung eine Funktionalisierung erreicht wird. Die Corona-Behandlung ist für flache KunststoffSubstrate, wie z. B. Folien, gut geeignet, sie scheitert jedoch aufgrund der für die Behandlung notwendigen geringen Elektroden-Substrat-Ab- stände bei Kunststoffteilen mit komplizierter Geometrie. Im Gegensatz zur Corona-Behandlung wird bei der Niederdruckplas¬ mabehandlung ein kaltes Plasma bei reduziertem Druck betrieben, wobei aufgrund der hervorragenden Spaltgängigkeit des Plasmas auch Formteile mit komplizierter Geometrie behandelt werden kön- nen. Vgl. H. Gleich u. H. Hausmann, "Oberfläche und JOT, Heft 5 (1991) , S. 54 ff.
Die Plasmaanregung kann dabei in bekannter Weise durch Gleich¬ strom-, Wechselstrom- oder Mikrowellenanregung erfolgen. Zur Vor- behandlung ist allerdings eine auf die Dimensionen des Kunst¬ stoffteils ausgelegte Vakuumanlage mit entsprechenden hohen Inve¬ stitionskosten erforderlich. Für einen wirtschaftlichen Betrieb dieser Anlagen ist daher ein möglichst effektives und einfaches Niederdruckplasmaverfahren notwendig.
Die bekannten Niederdruckplasmaverfahren weisen in dieser Hin¬ sicht entscheidende Nachteile auf. So zeigt es sich, daß auf be¬ stimmten Kunststoffen eine für die haftfeste Lackierung ausrei¬ chende Oberflächenspannung nicht oder erst nach einer unwirt- schaftlich langen Behandlungszeit erreicht wird. Darüber hinaus wurde festgestellt, daß bei einer zu intensiven Behandlung eine Wiederabnahme der Oberflächenspannung aufgrund einer zu starken Plasmaätzwirkung ("Überätzen") stattfinden kann. Damit werden bei großvolumigen Bauteilen oder bei Bauteilen mit komplizierter Geo- metrie strenge Anforderungen an die Homogenität des Plasmas ge¬ stellt und die Kapazität der Plasmaanlagen eingeschränkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, ein neues Nie¬ derdruckplasmaverfahren zu finden, welches die genannten Nach- teile der bekannten Verfahren vermeidet und dabei insbesondere eine schnelle und effektive Steigerung der Oberflächenspannung gewährleistet. Gleichzeitig soll die Wiederabnahme der Oberflä¬ chenspannung bei einer zu intensiven Behandlung bzw. bei zu lan¬ gen Behandlungszeiten ("Überätzen") vermieden werden. Die genann- ten Maßnahmen sollen die Wirtschaftlichkeit des Vorbehandlung¬ sprozesses wesentlich verbessern.
Demgemäß wurde ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunst¬ stoffteilen nach dem Niederdruckplasmaverfahren gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die Oberfläche des Kunststoff¬ teils durch eine mit Öffnungen versehene Abschirmvorrichtung, gegen den Plasmabereich abgeschirmt wird. Wesentliches Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine mit Öffnungen versehene elektrisch leitende Abschirmvorrich¬ tung, die das zu behandelnden Kunststoffteil vom Plasmabereich abschirmt.
Der Anteil an Öffnungen entspricht vorzugsweise einem Anteil von 20 bis 80 % der Gesamtoberfläche der Abschirmvorrichtung. Die Ab¬ schirmvorrichtung soll aus elektrisch leitendem Material sein. Geeignete Materialien sind beispielsweise Messing, Edelstahl, Aluminium oder Kupfer.
Eine erfindungsgemäß geeignete Abschirmvorrichtung kann bei¬ spielsweise ein metallisches Blech mit Öffnungen oder eine metal¬ lischen Blendensystem sein. Weiterhin eignen sich gitterförmige Vorrichtungen, wobei sowohl parallel als auch gekreuzte Gitter in Betracht kommen.
Der Abstand zwischen leitfähiger Vorrichtung und Kunststoffteil wird dabei vorzugsweise größer gewählt als der Öffnungsdurchmes- ser der Vorrichtung.
Eine vorteilhafte Vorrichtung ist beispielsweise ein Stahlnetz mit Maschenweiten von 0,1 bis 50 mm, vorzugsweise 0,5 bis 5 mm, welches im Abstand von 0,1 bis 200 mm, vorzugsweise 0,5 bis 5 mm von dem Kunststoffteil angebracht ist. Die Form der elektrisch leitfähigen Vorrichtung richtet sich vorteilhafterweise nach der Grobkontur des zu behandelnden Teiles.
Für den Fall, daß Kunststoffteile mit einer anspruchsvollen drei- dimensionalen Geometrie allseitig behandelt werden sollen, emp¬ fiehlt sich eine Anordnung bei der die Vorrichtung das zu behan¬ delnde Kunststoffteil käfigartig umschließt.
Für den Fall, daß nur eine Seite eines planaren Kunststoffteils behandelt werden soll, kann eine entsprechende Vorrichtung paral¬ lel zu der Kunststoffoberfläche angebracht sein, wobei diese völlig bedeckt sein soll.
Die elektrisch leitende Abschirmvorrichtung kann entweder elek- trisch leitend mit einer Elektrode (E) für die Erzeugung des
Plasmas verbunden werden oder mit einer geerdeten Halterung (H) . Es ist auch möglich die Abschirmvorrichtung mit Hilfe einer ent¬ sprechenden Spannungsquelle auf ein eigenes Potential zu legen.
Erfindungsgemäß wird das Verfahren in einer Anlage bestehend aus einer Vakuumkammer (K) mit einem Gaseinlaßsystem (G) und einem Vakuumanschluß (V) durchgeführt, wobei die Erzeugung des Plasmas mittels einer geeigneten Vorrichtung (E) , wie z. B. einer Elek¬ trode oder eine Mikrowellenantenne (E) zugeführt wird und die Oberfläche des Kunststoffteils (T) durch eine mit Öffnungen ver¬ sehene elektrisch leitende Abschirmvorrichtung (A) , bei der die Fläche der Öffnungen einem Anteil an der Gesamtfläche von 20 bis 80 % entspricht, gegen den Plasmabereich abgeschirmt wird.
In den Figuren 1, 2 und 3 sind beispielhaft mögliche Anordnungen dargestellt.
Nach Fig. 1 ist das zu behandelnde KunstStoffteil (T) auf der Elektrode (E) , über welche eine Wechsel- oder eine Gleichspannung zur Plasmaerzeugung zugeführt wird, angebracht. Parallel zu Ober¬ fläche des Kunststoffteils (T) ist eine elektrisch leitende Ab- schirmvorrichtung (A) angebracht. Weiterhin ist der restliche Teil der Anlage geerdet. Die Abschirmvorrichtung ist elektrisch leitend mit der Elektrode (E) verbunden.
In der Anordnung nach Fig. 2 ist das zu behandelnde Kunststoff- teil (T) auf einer geerdeten Halterung angebracht und durch eine parallel zur Oberfläche des Kunststoffteils angebrachte elek¬ trisch leitende Abschirmvorrichtung (A) vom Plasmabereich abge¬ schirmt. Die Abschirmvorrichtung ist elektrisch leitend mit der Halterung verbunden.
Fig. 3 bezieht sich auf eine Anordnung, die im Prinzip der in Fig. 2 dargestellten entspricht; das zu behandelnde Kunststoff- teil (T) ist käfigartig von der elektrisch leitenden Abschirmvor¬ richtung (A) umgeben. Eine solche Anordnung eignet sich vor allem für die Behandlung von Kunststoffteilen mit einer anspruchsvollen dreidimensionalen Geometrie.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Kunst- stoffteil in der gewünschten Art in der Kammer angebracht. An- schließend wird die Kammer über den Anschluß (V) evakuiert.
Dann wird ein Prozeßgas zugeführt, welches durch Energiezuführung zum Plasma angeregt wird. Als Prozeßgas kommen solche Gase oder Gasgemische in Betracht, die mindestens eine Sauerstoff- oder stickstoffhaltige gasförmige Komponente enthalten, vorzugsweise Sauerstoff, Stickstoff oder Luft oder Gemische von Sauerstoff, Stickstoff oder Luft mit Edelgasen wie He, Ne oder Ar, die einen Anteil von mindestens 10 Vol.-% Sauerstoff oder Stickstoff ent¬ halten. Es wird soviel Prozeßgas zugeführt, daß in der Kammer ein Gasdruck im Bereich von 10"4 bis 100, vorzugsweise 10~3-10 bar, herrscht. Besonders bevorzugt ist die Verwendung von Luft bei einem Druck im Bereich von 10"3 bis 10 mbar, vorzugsweise 0,1 bis 1 mbar.
Die Plasmaanregung kann in bekannter Weise durch Energiezufuhr mit Hilfe von Gleich- oder Wechselspannung erfolgen. Bei Wechsel¬ spannung arbeitet man im allgemeinen bei 13,65 MHz (RF) oder 2,45 GHz (Mikrowelle) .
Gleichspannung kann in bekannter Weise über eine runde, stabför- mige oder mit einer sonstigen geeigneten Geometrie versehenen, isolierten Elektrode zugeführt werden, wobei der restliche Teil der Vakuumkammer auf Erdpotential gehalten wird. Die Zuführung der RF-Spannung kann vergleichbar erfolgen, wobei jedoch zur Ma- ximierung der zugeführten und zur Minimierung der reflektierten elektrischen Leistung die Verwendung einer elektrischen Abstim¬ meinheit zwischen Generator und Elektrode günstig ist. Die RF- Spannung kann auch über eine Spule induktiv zugeführt werden. Die Zuführung der Mikrowelle erfolgt in bekannter Weise elektroden¬ los, wobei außerhalb des Vakuumbereichs Hohl- oder Koaxialleiter zur Zuführung verwendet werden. Zur Zuführung der Mikrowelle in die Vakuumkammer können verschiedene, bekannte Anordnungen einge¬ setzt werden, beispielsweise Hornantennen, welche im Inneren eine Quarzplatte als Vakuumabdichtung enthalten. Die Mikrowellen kön¬ nen auch mit Hilfe von Stabantennen, welche isoliert und vakuum- dicht in einer Grundplatte befestigt sind, aus einem externen Hohlleiter in das Innere der Vakuumkammer zugeführt werden.
Die Plasmadichte im Vakuumbereich kann dabei zusätzlich in be¬ kannter Weise durch Magnetfelder intensiviert werden. Die erfin- dungsgemäße Abschirmvorrichtung kann dabei mit Hilfe einer ent¬ sprechenden Spannungsquelle auf ein eigenes Potential eingestellt werden oder durch eine entsprechende leitende Verbindung auf das Potential des zu behandelnden Substrats oder der Anlage gelegt werden.
Die Behandlungszeit liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im Bereich von 1 s bis 10 min, vorzugsweise 1 bis 30 Sekunden. Wäh¬ rend der Behandlung liegen die Temperaturen auf der Oberfläche des KunstStoffteils im Bereich von 20 bis 150, vorzugsweise 20 bis 60°C.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können Kunststoffteile aus thermo- oder duroplastischen Homopolymeren, Copolymeren oder Po- lymer-Blends, die im unbehandelten Zustand eine Oberflächenspan- nung von kleiner 50 mN/m besitzen in vorteilhafter Weise behan¬ delt werden, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyvinyl¬ chlorid, Polystyrol, Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Diethy- len-Glykol-Diallyl-Carbonat (CR 39), Styrol/Butadien-Copolymer, Acrylnitril/Butadien/Styrol-Polymer, Polyethylenterephthalat, Po- lybutylenterephthalat, Polyoxymethylen, Polyamid, Polysulfon, Po- lyethersulfon, Poly(aryl)etherketon, Polyimid oder Polyurethan.
Das Verfahren ist besonders geeignet für die Behandlung von Poly¬ propylen-Homo- oder Copolymerisaten oder Polypropylen-Blends, insbesondere für Blends aus Polypropylen und einem Ethylen/Propy- len/Dienmischpolymerisat.
Die behandelten Kunststoffteile können dabei Zusätze zur mechani¬ schen Verstärkung, Färbung, Wärmestabilisierung oder UV-Stabili¬ sierung, Brandschutzausrüstung oder zur Antistatikausrüstung ent¬ halten.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorbehandelten Kunst¬ stoffteile eignen sich für die nachfolgende Lackierung mit
chemisch vernetzenden Lacksystemen, beispielsweise auf Basis von Polyurethanen oder Polyacrylaten
physikalisch trocknenden Lacken, beispielsweise auf Basis von Polyurethan- oder Polyacrylat-Dispersionen.
Geeignet sind sowohl organische Lösemittellacke, beispielsweise auf Basis von Estern, Glykolethern, Ketonen oder Aromaten, als auch Wasserbasislacke.
Verwendbar sind auch Lacke mit hohem FestStoffgehalt ("High So- lids") oder Pulverlacke (z. B. Epoxy-, Polyester-, Epoxy-Poly- ester-Hybrid-, Polyurethan-, Acrylat- oder Triglycidylisocyanu- rat-Lacke) .
Dabei können aus den genannten Lacksystemen mehrschichtige Lak- kaufbauten hergestellt werden, beispielsweise Haftprimer/Füller/ Decklack oder Füller/Decklack. Als Füller können beispielsweise Talkum, Carbonate oder Sulfate verwendet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine effektive, haftfeste Lackierung insbesondere bei Bauteilen im Automobilau¬ ßenbereich, wie z. B. Stoßfängern, Spoilern, Seitenverkleidungen, Rammschutzleisten, Radkappen, Streuscheiben, bei Bauteilen im Au¬ tomobilinnenbereich, wie z. B. Lenksäulenverkleidungen, Phonoge- häusen, bei Haushaltsgegenständen für dekorative oder Gebrauchs- zwecke, bei Gehäusen, z. B. bei Geräten der Unterhaltungs¬ elektronik. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine effektive und schnelle Steigerung der Oberflächenspannung von apolaren Kunst¬ stoffteilen ohne die Gefahr einer zu starken Aufrauhung der Ober¬ fläche und des "Überätzens". Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zudem konstruktiv einfach, preiswert und auch bei komplizierten Bauteilgeometrien einsetzbar.
Da selbstverständlich auch mehrere Teile gleichzeitig behandelt werden können, ist das Verfahren auch für eine großtechnische An- wendung mit hoher Kapazität gut geeignet.
Bei dem in den folgenden Beispielen verwendeten Substraten han¬ delt es sich um spritzgegossene Platten (15 x 15 cm2) aus einem Blend von Polypropylen und Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisa- ten, mit einem Ethylen-Anteil von 15 - 20 Gew.-%, einen Kau¬ tschuk-Anteil von ca. 30 Gew.-% und einem Schmelzflußindex nach DIN 53 735 von 2,5 g/10 min bei 230°C/2,lβ kg.
Beispiel 1
Eine wie oben beschriebene Kunststoffplatte wurde in einer Plas¬ maanlage auf einer isolierten Elektrode (0 70 cm) befestigt. Par¬ allel zu der Oberfläche der Kunststoffplatte wurde in einem Ab¬ stand von 3 mm ein Edelstahlnetz mit einer Maschenbreite von 0,8 mm und einer Drahtsträke von 0,4 mm befestigt. Das Netz wurde elektrisch leitend mit der isolierten Elektrode verbunden. Paral¬ lel zu der isolierten Elektrode wurde in einem Abstand von 70 mm eine geerdete runde Elektrode (0 80 cm) angebracht. Die Anlage wurde auf einen Druck von 10"6 mbar bei einem Fluß von 40 sccm (Standard cubic cm/minute) evakuiert. Danach wurde Sauerstoff eingelassen und ein Druck von 9-10-3 mbar bei einem Fluß von 40 sccm (Standard cubic cm/minute) eingestellt. An die isolierte Elektrode wurde eine Wechselspannung der Frequenz 13,56 MHz bei einer Generatorleistung von 500 Watt angelegt. Die Behandlungs- dauer wurde im Bereich von 10 s bis 600 s variiert (siehe Ta¬ belle I) . Nach dem Ende der Behandlung wurde an der Oberfläche der jeweils behandelten Platten eine Kontaktwinkelmessung mit deionisiertem Wasser durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Ta¬ belle I aufgelistet. Beispiel 2
Die Versuchsanordnung und die Bedingungen entsprachen Beispiel 1, nur wurde anstelle von Sauerstoff Stickstoff in die Anlage gelei- tet. Die Behandlungszeiten und die Ergebnisse der Kontaktwinkel¬ messungen sind in Tabelle I aufgeführt.
Beispiel 3
Versuchsanordnung, Bedingungen und Behandlungszeiten wurden wie in Beispiel 1 gewählt, jedoch wurde statt Sauerstoff Luft in die Anlage geleitet. Die Ergebnisse der Kontaktwinkelmessurigen sind in Tabelle I aufgeführt.
Vergleichsbeispiel A
Die Versuchsbedingungen entsprachen denen von Beispiel 1, jedoch wurde in diesem Falle beim Netz über der Kunststoffoberflache an¬ gebracht. Ergebnisse siehe Tabelle I.
Tabelle I
Figure imgf000011_0001
l-> Bestimmung durch Aufbringen eines Tropfens aus deionisiertem Wasser (Oberflächenspannung 72,8 mN/m) auf die Kunststoffoberfläche und, nach einer Wartezeit von 20 s, einer Randwinkelbestimmung unter dem Mikroskop (vgl. auch H. Gleich u. H. Hausmann, "Oberfläche und JOT", H (1991), S. 54 ff.).
Beispiel 4
Die gemäß Beispiel 1 für 10 s bzw. 300 s behandelten Kunststoff- platten wurden zunächst mit einem handelsüblichen Primer (wäßri¬ ges Zweikomponentensystem aus Epoxiharz und Polyaminkomponente) durch Spritzapplikation lackiert (Schichtdicke ca. 20 + 5 μm) und nach 10 minütigem Ablüften bei 25°C während 30 min bei 80°C einge¬ brannt.
Anschließend wurde die Platte zur Hälfte mit einem handelsübli¬ chen lösungsmittelhaltigen Metallicbasislack (Spritzapplikation, Schichtdicke 13,5 ± 1,5 μm) lackiert, der mit einem lösungsmittel¬ haltigen Klarlack überlackiert wurde (Spritzapplikation, Schicht- dicke 40 + 5 μm) . Nach 15 min Ablüften wurde der Lackaufbau bei 80°C während 45 min eingebrannt.
Die lackierten Platten (Primer und Gesamtaufbau) wurden hinsicht¬ lich ihrer Haftfestigkeit geprüft. Die Haftungsprüfungen erfolg- ten entweder direkt nach der Filmhärtung und anschließendem Al¬ tern bei 16 h/50°C oder nach Lagerung bei feuchtem Konstantklima (240 h/40°C/90 % r.F.; 1 h/25°C Relaxation). Als Prüfung wurde der Gitterschnitt nach DIN 53 151 durchgeführt. Die Auswertung er¬ folgte nach Noten (0-6; 0 = beste Note) . Die Ergebnisse der Haft- festigkeitstests sind in Tab. II dargestellt.
Vergleichsbeispiel B
Eine Kunststoffplatte gemäß Vergleichsbeispiel A wurde wie in Beispiel 4 beschrieben lackiert und der Lack anschließend auf Haftfestigkeit geprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle II aufge¬ führt.
Tabelle II
Figure imgf000013_0001
--• Gitterschnitt mit Tesafilmabriß
2) Blasenbildung: m Anzahl der Blasen g Größe der Einzelblasen, Skala 0-6
Aus Tab. II ist ersichtlich, daß die entsprechend dem erfindungs- gemäßen Verfahren behandelten Platten eine bessere Haftung als die mit dem konventionellen Verfahren behandelten Platten zeigen. Die vorteilhaften Eigenschaften zeigen sich vor allen Dingen nach der Auslagerung der Platten in feuchtem Klima. Darüber hinaus tritt bei den erfindungsgemäßen Platten keine Abnahme der Haftfe- stigkeit bei längeren Behandlungszeiten auf, wie sie bei dem kon¬ ventionellen Verfahren beobachtet wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffteilen mit einem Niederdruckplasma, dadurch gekennzeichnet, daß die
Oberfläche des Kunststoffteils durch eine mit Öffnungen ver¬ sehene elektrisch leitende Abschirmvorrichtung gegen den Plasmabereich abgeschirmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Fläche der Öffnungen einem Anteil an der Gesamtfläche der Ab¬ schirmvorrichtung von 20 bis 80 % entspricht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmvorrichtung ein metallisches Netz ist.
4. Anlage für die Oberflächenbehandlung von Kunststoffteilen mit einem Niederdruckplasma, bestehend aus einer Vakuumkammer (K) mit einem Gaseinlaßsystem (G) und einem Vakuumanschluß (V) und einer Vorrichtung (E) zur Erzeugung des Plasmas, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Kunststoffteils durch eine mit Öffnungen versehene elektrisch leitende Abschirmvor¬ richtung (A) gegen den Plasmabereich abgeschirmt wird.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flä¬ che der Öffnungen einem Anteil an der Gesamtfläche der Ab¬ schirmvorrichtung von 20 bis 80 % entspricht.
PCT/EP1993/002612 1992-10-01 1993-09-25 Verfahren zur oberflächenbehandlung von kunststoffteilen Ceased WO1994007680A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DEP4232998.1 1992-10-01
DE19924232998 DE4232998A1 (de) 1992-10-01 1992-10-01 Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffteilen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1994007680A1 true WO1994007680A1 (de) 1994-04-14

Family

ID=6469374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1993/002612 Ceased WO1994007680A1 (de) 1992-10-01 1993-09-25 Verfahren zur oberflächenbehandlung von kunststoffteilen

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE4232998A1 (de)
WO (1) WO1994007680A1 (de)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0658416B1 (de) * 1993-11-23 2001-02-07 Dyconex Patente Ag Verfahren zur Strukturierung von Polymerfolien
DE19507861A1 (de) * 1995-03-08 1996-09-12 Phoenix Ag Verfahren zur Aktivierung von decklackierten Oberflächen von Kunststoff-Verkleidungsteilen
DE19610113C2 (de) * 1996-03-14 1998-01-22 Reinhausen Maschf Scheubeck Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Isolierkörpers
DE19740097B4 (de) * 1997-09-15 2012-03-29 Kaco Gmbh + Co Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Teilen aus schwer aktivierbaren Kunststoffen sowie Anlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens
US6239543B1 (en) * 1999-08-23 2001-05-29 American International Technologies, Inc. Electron beam plasma formation for surface chemistry
DE10029899B4 (de) * 2000-06-17 2004-02-19 Carl Freudenberg Kg Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffteilen
DE102008025483A1 (de) * 2008-05-28 2009-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Plasmaoberflächenbehandlungsanlage
FR2973811A1 (fr) * 2011-04-08 2012-10-12 Valeo Systemes Dessuyage Installation pour le traitement par bombardement ionique de deux surfaces opposees

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5858147A (ja) * 1981-09-30 1983-04-06 Shimadzu Corp プラズマ処理装置
JPS59120637A (ja) * 1982-12-27 1984-07-12 Unitika Ltd シ−ト状物質の低温プラズマ処理方法
DE3440651C1 (de) * 1984-11-07 1990-02-15 BMP Plasmatechnologie GmbH, 8046 Garching Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenvorbehandlung von Werkstücken mittels Niederdruckplasma
EP0436918A2 (de) * 1990-01-03 1991-07-17 Wolff Walsrode Aktiengesellschaft Verfahren zur Behandlung von Polyolefinfolien

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5858147A (ja) * 1981-09-30 1983-04-06 Shimadzu Corp プラズマ処理装置
JPS59120637A (ja) * 1982-12-27 1984-07-12 Unitika Ltd シ−ト状物質の低温プラズマ処理方法
DE3440651C1 (de) * 1984-11-07 1990-02-15 BMP Plasmatechnologie GmbH, 8046 Garching Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenvorbehandlung von Werkstücken mittels Niederdruckplasma
EP0436918A2 (de) * 1990-01-03 1991-07-17 Wolff Walsrode Aktiengesellschaft Verfahren zur Behandlung von Polyolefinfolien

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 7, no. 147 (C - 173)<1292> 28 June 1983 (1983-06-28) *
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 8, no. 241 (C - 250)<1678> 6 November 1984 (1984-11-06) *

Also Published As

Publication number Publication date
DE4232998A1 (de) 1994-04-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR910009219B1 (ko) 결정질 열가소성 수지 성형물의 정전기성 피복처리 방법 및 피복된 플라스틱 성형물(coated plastic molding)
DE69318424T2 (de) Schutzfilm für gegenstände und verfahren
DE3908418C2 (de) Verfahren zum Innenbeschichten von Kunststoff-Behältern und Vorrichtung zum Beschichten
EP0355622B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenvorbehandlung von ein- oder mehrschichtigem Formmaterial mittels einer elektrischen Koronaentladung
EP1132148B1 (de) Verfahren zur Oberflächenaktivierung bahnförmiger Werkstoffe
EP0782173B1 (de) Vorrichtung zum Beschichten eines Substrats mit Hilfe des Chemical-Vapor-Deposition-Verfahrens
EP2735037B1 (de) Verfahren zur herstellung einer batterie mit einem metallischen gehäuse und einer die aussenseite des gehäuses bedeckenden elektrischen isolationsschicht sowie nach dem verfahren hergestellte batterie
EP0010632A1 (de) Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Kunststoffen und nach diesem Verfahren hergestellte Folie
DE102009048397A1 (de) Atmosphärendruckplasmaverfahren zur Herstellung oberflächenmodifizierter Partikel und von Beschichtungen
EP0133621A1 (de) Verfahren zum Trockenätzen von Kupfer und seine Verwendung
DE10011274A1 (de) Plasmabehandelte bahnförmige Werkstoffe
WO1994007680A1 (de) Verfahren zur oberflächenbehandlung von kunststoffteilen
DE3039561A1 (de) Elektret und verfahren zu dessen herstellung sowie verwendung desselben
EP1230042B1 (de) Schicht mit selektiv funktionalisierter oberfläche
EP1264330B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur plasmagestützten oberflächenbehandlung und verwendung des verfahrens
DE19856227C2 (de) Verfahren zur langzeitstabilen Aktivierung von Fluorpolymeroberflächen und Fluorpolymer-Materialverbund
Aumann et al. Rapid surface modification of polyethylene in microwave and rf-plasmas: comparative study
WO1994008068A1 (de) Vorbehandlung von kunststoffteilen für die elektrostatische lackierung
EP3271434A1 (de) Niedertemperatur-plasma-behandlung
EP0558886B1 (de) Kunststoffhohlkörper mit herabgesetzter Durchlässigkeit
EP1429922B1 (de) Verfahren zum zusammenfügen von materialien mittels atmosphärischem plasma
DE102014221521A1 (de) Vorrichtung zur Plasmabehandlung von Oberflächen und ein Verfahren zum Behandeln von Oberflächen mit Plasma
DE69014819T2 (de) Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenhaftung von Polymergegenständen und Gegenstände, die so behandelt werden.
DE69028231T2 (de) Formkörper auf Kunststoffbasis mit verbesserter Benetzbarkeit und Haftung sowie Verfahren zu deren Herstellung
Uehara Corona discharge treatment of polymers

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BR JP US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH DE DK ES FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
122 Ep: pct application non-entry in european phase
122 Ep: pct application non-entry in european phase