Verfahren zum Beschichten eines Schaumstoffformteils
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines Schaumstoffformteils mit einer Kunststoff-Folie, dadurch gekennzeichnet, dass
a) das Schaumstoffformteil in einer Kapsel angeordnet und befestigt wird, wobei die
Kunststoff-Folie zwischen Kapselwand und Schaumstoffformteil angebracht ist, b) die Luft in der Kammer zwischen Kunststoff-Folie und Schaumstoffformteil evakuiert wird, c) die Kunststoff-Folie dadurch auf das Schaumstoffformteil gepresst wird und während dieses Pressvorgangs ein Vakuum aufrechterhalten wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung beschichtete Schaumstoffformteile, die mit diesem Verfahren erstmals zugänglich sind und die Verwendung der Schaumstoffformteile.
Zur nachträglichen Oberflächenbehandlung von Schaumstoffformteilen sind im Stand der Technik bisher lediglich aufwendige Tränk- oder Imprägnierverfahren beschrieben (siehe US 6,607,817 und DE 100 11 388). Hier werden Schaumstofflagen in eine Lösung eines Hydrophobierungs- oder Oleophobierungs-mittels getränkt, die überschüssige Flüssigkeit in einem Walzenstuhl ausgedrückt und die Schaumstofflage schließlich getrocknet.
Form, Farbe und Oberfläche kann bei Schaumstoffformteilen nachträglich kaum bis gar nicht verändert werden. Gerade Aussehen und Eigenschaften wie beispielsweise Hap- tik und Witterungsbeständigkeit der Schaumstoffformteile lassen häufig zu wünschen übrig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war daher, ein Verfahren zu finden, dass eine nachträgliche Oberflächengestaltung der Schaumstoffformteile zulässt.
Überraschenderweise wurde nun gefunden, dass das eingangs genannte Verfahren sich hervorragend eignet, um eine nachträgliche Oberflächengestaltung bei Schaum- stoffformteilen durchzuführen.
Ein vergleichbares Verfahren zur Beschichtung von Türen ist bereits aus WO 01/032400 bekannt. Allerdings ist WO 01/032400nicht zu entnehmen, ob und auf welche Art und Weise Schaumstoffformkörper mit diesem Verfahren beschichtet wer- den können.
Auf das in WO 01/032400 beschriebene Verfahren wird hier ausdrücklich Bezug genommen. Insbesondere werden auf die folgenden Verfahrens- und Vorrichtungsmerkmale der WO 01/032400 explizit hingewiesen, die einzeln oder vorzugsweise in Kombination eingesetzt werden:
• Infrarot-Heizung, wodurch die Kunststofffolie vor dem Aufpressen vorzugsweise auf 120 bis 180 0C erwärmt wird - Blasenbildung, ein Reißen der Folie oder Weißbruch der Folie an den Kanten kann somit vermieden werden;
• Getrennte Kammern zwischen Schaumstoffformteil und Folie (Kammer A), sowie zwischen Folie und Kapselwand (Kammer B) - vorteilhaft werden die Kammern
A und B gleichzeitig oder vorzugsweise nacheinander mit einem Vakuum beaufschlagt. In der Regel wird ein Vakuum von kleiner 50 oder vorzugsweise kleiner 30 mbar eingestellt. Dadurch wird ein Verknicken der Folie, bzw. ein vorzeitiger Kontakt der Folie mit dem Schaumstoffformteil verhindert. Durch Entspannen des Vakuums in Kammer B auf Atmosphärendruck wird die Folie auf das
Schaumstoffformteil gepresst, während das Vakuum in Kammer A noch aufrechterhalten wird;
• Gleichzeitige Beschichtung des Schaumstoffformteils mit Folie auf gegenüberliegenden Seiten - am einfachsten wird dies erreicht, indem das Schaumstoffform- teil in einem Rahmen aus Holz, Metall oder Kunststoff verankert und in der Mitte der Beschichtungskammer zentriert durch eine Halterung an den Kopfenden des Rahmens gehalten wird. Unterhalb des Schaumstoffformteils wird eine weitere Folie eingebracht, wodurch eine dritte Kammer C zwischen dieser Folie und der unteren Kapselwand entsteht. Dann werden alle drei Kammern wie bereits weiter oben beschrieben mit einem Vakuum beaufschlagt und das Schaumstoffformteil nach Erhitzen der Folie durch Öffnen der Kammern A und C entsprechend beidseitig beschichtet.
• Beschichten der Kunststofffolie oder vorzugsweise des Schaumstoffformteils mit einem Klebstoff, der die dauerhafte Haftung der Folie auf dem Schaumstoffform- teil ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich überraschenderweise zur Beschichtung von Halbhart- und insbesondere Weichschäumen, die bisher einer Beschichtung mit Kunststofffolie nicht zugänglich waren. Im Rahmen der Erfindung werden unter Schaumstoffen Schaumstoffe gemäß DIN 7726 verstanden. Unter elastischen
Schaumstoffen sind im Rahmen dieser Erfindung Schaumstoffe nach DIN 7726 zu verstehen, die nach kurzzeitiger Verformung um 50 % der Dicke in Anlehnung an DIN 53 577 nach 10 Minuten keine bleibende Verformung über 2 % ihrer Ausgangsdicke aufweisen. Dabei kann es sich um einen weichelastischen, oder einen halbhart- elastischen Schaumstoff handeln. Unter einem halbhartelastischen Schaumstoff wird ein elastischer Schaumstoff nach DIN 7726 verstanden, der bei 10% Stauchung eine Druckspannung von größer 15 kPa und kleiner 80 kPa, gemessen nach DIN 53421 /
DIN EN ISO 604, aufweist. Unter einem weichelastischen Schaumstoff wird ein elastischer Schaumstoff nach DIN 7726 verstanden, der bei 10 % Stauchung eine Druckspannung von 15 kPa, gemessen nach DIN 53421 / DIN EN ISO 604, aufweist.
Um Deformationen des Schaumformteils während des Beschichtungsprozesses zu vermeiden, wird das Formteil während des gesamten Verfahrens in einen Behelfsrahmen eingespannt. Sofern der Rahmen im fertig beschichteten Schaumformteil verbleiben soll, wird dieser vor der Beschichtung mit einem entsprechenden Klebstoff eingesprüht, welcher dann im Beschichtungsprozess durch die Wärme der Folie aktiviert wird. Soll der Rahmen nach der Beschichtung entfernt werden, erfolgt kein Klebstoffauftrag und die Folie wird entlang des Rahmens vorzugsweise mit einer Klinge abgeschnitten.
Als Klebstoffe werden bevorzugt wässrige Systeme auf Polyurethanbasis verwendet. Es kommen sowohl einkomponentige als auch zweikomponentige Systeme in Frage.
Als einkomponentige Klebestoffe kommen PU-Dispersionen in Betracht, beispielhaft sei hier Jowapur® 150.50 genannt. Als Zweikomponentenklebstoffe kommen Kombinationen von PU-Dispersionen wie beispielsweise Jowapur® 150.30 mit Isocyanaten wie beispielsweise Jowat® 195.40 in Frage. In der Regel sind jedoch auch Klebestoffe auf Acrylat- oder Epoxidharz-Basis für den Einsatz geeignet.
Ebenso eignet sich eine zweischichtige Folie mit einem Haftvermittler auf Basis von Styrol-Butadien-Styrol-Copolymeren auf der Unterseite. Bei der Verwendung der Haft- folien kann in der Regel auf den Einsatz eines zusätzlichen Klebers verzichtet werden.
Die Auftragung des Klebers kann durch die herkömmlichen Methoden wie Aufstreichen, Aufwalzen oder Besprühen erfolgen, wobei das Besprühen besonders bevorzugt ist. Eine 20 minütige Trocknungszeit bei Raumtemperatur im Anschluss an den Kleb- stoffauftrag ist bei den beschriebenen Systemen ausreichend.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schaumstoffformteile sind Schaumstoffe wie beispielsweise Polyurethane wie beispielsweise Elastopor® oder Elastoflex® der Fa. Elastogran GmbH, Polystyrolschäume wie beispielsweise Styropor®, Neopor®, Styro- dur® der Fa. BASF SE, Polypropylenschäume wie beispielsweise Neopolen® der Fa. BASF SE und Melaminformaldehyd-harzschaumstoffe (kurz Melaminharz-Schäume der Marke Basotect®) der Fa. BASF SE geeignet. Melaminharz-Schäume sind besonders bevorzugt. Bei diesen Weichschäumen handelt es sich in der Regel um offenzelli- ge Schaumstoffe. Die Schaumstoffformteile weisen in der Regel Größen von DIN A4 bis Türgröße auf. Die Schaumstofflagen können bis zu 6 m lang sein und weisen üblicherweise eine Dicke von 50-2000 mm auf.
Offenzellige Schaumstoffe aus Melamin-Formaldehyd-Polykondensations-kunststoffen besitzen ein hervorragendes Schallabsorptionsvermögen und ausgezeichnete Wärmedämmeigenschaften. Zusätzlich zeichnen sich solche Schaumkunststoffe durch Brandsicherheit und hohe Hitzeresistenz aus. Das niedrige Raumgewicht ergänzt dieses attraktive Eigenschaftsprofil.
Daher werden solche offenzellige Schaumstoffe aus Melamin-Formaldehyd- Polykondensationskunststoffen, kurz Melaminharzschaum, im Bau- und Transportwesen eingesetzt mit dem Ziel der Lärmreduzierung und/oder der Energieeinsparung.
Insbesondere der Einsatz im Transportwesen, beispielsweise im Automobilbau, in Schienenfahrzeugen und im Schiffsbau bringt es mit sich, dass der Melaminharzschaum in Kontakt mit flüssigen Medien kommt, zum Beispiel in Form von Schmieröl, Kondens- oder Regenwasser. Auch in Motorenprüfständen und Maschinekapseln, in denen der Melaminharzschaum zur Geräuschreduzierung eingesetzt wird, ist eine Kontaminierung mit flüssigen Medien möglich.
Aufgrund seiner Offenzelligkeit und des Sorptionsverhaltens des Basisproduktes, dem Melaminharz, kann der Schaum hohe Flüssigkeitsmengen aufnehmen. Im direkten Kontakt mit Wasser saugt sich der Melaminharzschaum voll, wie beispielsweise ein
Reinigungsschwamm. Die Wasseraufnahme beträgt über 90 Volumenprozent (Vol.-%). Gleiches gilt für den Kontakt mit Motorenöl, wenngleich auch hier die Aufnahme aufgrund der höheren Viskosität etwas geringer ausfällt. So wurde beispielsweise im direkten Kontakt mit Motorenöl der SAE-Viskositätsklasse 10W eine Ölaufnahme von etwa 80 Vol.-% festgestellt.
Durch die Beschichtung mit einer Kunststofffolie kann die Flüssigkeitsaufnahme des Schaumstoffformteils nahezu vollständig unterdrückt werden.
Weiterhin lassen sich die Wetterbeständigkeit und die Haptik von Schaumstoffformteilen durch die Beschichtung mit Kunststofffolien entscheidend verbessern.
Geeignete Kunststofffolien sind insbesondere Polyvinylchlorid, Styrolcopolymere, Polypropylen, Polyvinylidenfluorid, thermoplastisches Polyurethan (TPU) und PoIy- methylmethacrylat (PMMA). Aufgrund ihrer Wetterbeständigkeit haben sich für Außenanwendungen insbesondere Styrolcopolymere wie SAN, AMSAN und insbesondere ASA als geeignet erwiesen. Im Fall beispielsweise des ASA-Copolymers kann die Folie durch 0,5 - 30 Gew.-% einer thermoplastischen Elastomers modifiziert sein. Verwendbare, typische thermoplastische Elastomerklassen sind: TPE-O (thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis, vorwiegend PP/EPDM), TPE-V (vernetzte thermoplastische Elastomere auf Olefinbasis, vorwiegend PP/EPDM), TPE-U (thermoplastische Elastomere auf Urethanbasis), TPE-E (thermoplastische Copolyester) TPE-S (Styrol-
Blockcopolymere, wie z.B. SBS, SEBS, SEPS, SEEPS, MBS) und TPE-A (thermoplastische Copolyamide, Z.B. PEBA). Solche Folien können sowohl in diversen Unifarben als auch bedruckten Oberflächen eingesetzt werden. Weiterhin lässt sich die Oberfläche durch verschiedene Prägewalzen während der Extrusion der Folie strukturieren.
Die eingesetzten Folien haben eine Dicke zwischen 50 und 750 μm, bevorzugt zwischen 100 und 500 μm und besonders bevorzugt zwischen 200 und 350 μm. Sie können aus den entsprechenden Ausgangsstoffen in Granulatform durch die bekannten Verfahren zur Folienproduktion hergestellt werden, wobei das Extrusionsverfahren zur Cast-Folienherstellung bevorzugt ist.
Zur Verbesserung der Klebeeigenschaften können die Folien sowohl auf einer als auch auf zwei Seiten einer Corona-Behandlung unterzogen worden sein.
Aufgrund der guten Wärme- und Schalldämmung sowie der Schalldämpfung lassen sich die beschichteten Schaumstoffformteile vorteilhaft im Bausektor anwenden.
Insbesondere kommen die erfindungsgemäßen Formteile als Decken- und Wandbekleidung in Frage.
Aufgrund Ihres geringen Gewichts und der einfachen Oberflächengestaltung eignen sich die Schaumstoffformteile weiterhin sehr gut für den Messebau. Stellwände, Raumteiler, Bühnenbilder lassen sich in der Leichtbauweise sehr einfach erstellen.
Aufgrund ihres Wärmedämmverhaltens, der ansprechenden Oberfläche und ihrer hohen Flexibilität eigenen sich die erfindungsgemäßen Schaumstoffformteile hervorragend zum Kaschieren von beispielsweise Kabelschächten, Rollladenkästen und Gardinenaufhängungen. Die Formteile lassen sich den gegebenen Anforderungen beispielsweise durch Schneiden, Flexen usw. schnell anpassen und da sie flexibel sind in die jeweilige Aussparung einpassen. Dieser Vorgang ist reversibel und benötigt in vielen Fällen keine zusätzliche Halterung.
Offenzellige Schaumstoffe eignen sich gewöhnlich hervorragend zur Polsterung von beispielsweise Sitzgelegenheiten, Matratzen, Matten. Wie bereits beschrieben kann eine entsprechende Kunststofffolie wie beispielsweise Kunstleder ein ansprechendes Äußeres verleihen.
Die Polsterung kann zur Erhöhung der Sicherheit im Straßenverkehr, beispielsweise im Bereich des Fußgängerschutzes bei Fahrzeugen dienen. So können beispielsweise Frontspoiler von Fahrzeugen mit den Schaumstoffformteilen ausgestattet werden.
Aber auch an die Auskleidung der Wände von Turnhallen sowie Garagen, Parkhäusern und Leitplanken ist zu denken. Zumindest in Fahrzeughöhe kann die Wand entsprechend verstärkt werden, um eine Beschädigung des Fahrzeugs beim beispielsweise Einparken zu vermeiden.
Anwendungsbeispiel
Einseitige Beschichtung einer Melaminharz-Schaumlage mit einer ASA-Folie
Als einseitig zu beschichtendes Substrat wurde ein Weichschaumstoffformteil aus Basotect®, einem kommerziell verfügbaren Melaminformaldehyd-Harzschaumstoff der BASF SE, eingesetzt. Das Formteil war 29 cm lang, 21 cm breit und 5 cm hoch. Im ersten Arbeitsschritt wurde zunächst der Klebstoff aufgetragen. Als Klebstoff wurde ein wässriges zwei Komponenten System (bestehend aus Binder und Härter) auf Polyurethan-Basis eingesetzt, welches unmittelbar vor Auftrag durch Mischung der beiden Einzelkomponenten hergestellt wurde. Um eine homogene Mischung zu erhalten, wurde die Mischung bei Raumtemperatur mindestens 3 min mit Hilfe eines KPG-Rührers gerührt. Anschließend wurde der Klebstoff mit Hilfe einer Sprühpistole des Typs WaI- ther Pilot in einer Menge von ca. 80 g /m2 auf eine der beiden Oberflächen des Formteils aufgetragen. Anschließend ließ man das Formteil 20 min bei Raumtemperatur trocknen. Im nächsten Schritt wurde das Formteil in einen passenden Holzrahmen (Wandstärke 2 cm), der exakt die Außenkanten des Formteils umschloss, eingelegt. Das in dem Rahmen fixierte Formteil wurde nun in der Beschichtungskapsel befestigt, wobei die aufzutragende Kunststofffolie zwischen Kapselwand und Formteil angebracht war. Die mit Klebstoff eingesprühte Oberfläche des Formteils zeigte dabei auf die Kunststofffolie. Als Kunststofffolie wurde eine 250 μm starke, weiß pigmentierte Folie aus Luran® S, dem von der BASF SE käuflich erhältlichen ASA - Copolymer, eingesetzt. Anschließend wurden in der Kapsel die beiden getrennten Kammern zwischen Schaumstoffformteil und Folie (Kammer A) und zwischen Folie und Kapselwand
(Kammer B) gleichzeitig evakuiert. Nach Erreichen eines Vakuums von 25 mbar wurde die Kunststofffolie mit Hilfe von IR-Strahlern, die an der Kapselwand oberhalb der Folie (in Kammer B) angebracht sind, auf eine Temperatur von 150 0C erwärmt. Nach Erreichen der Temperatur wurde das Aufheizen beendet und Kammer B mit Luft auf Atmo- sphärendruck entspannt, wobei gleichzeitig das Vakuum in Kammer A aufrecht erhalten wurde. Durch das Fluten von Kammer B entstand ein Überdruck, wodurch die erwärmte Kunststofffolie auf die mit Klebstoff eingesprühte Oberfläche des Formteils auf- gepresst wurde. Damit endete der Beschichtungsprozess. Durch das Aufheizen mit den IR-Strahlern während des Prozesses wurde außerdem der Klebstoff an der Ober- fläche des Formteils aktiviert, wodurch bereits nach Beendigung des Prozesses eine sehr gute Haftung zwischen Klebstoff und Kunststofffolie erreicht wurde. Nach Ab- schluss des Beschichtungsvorganges wurde das beschichtete Formteil aus der Kapsel
entnommen und der die Außenkanten umschließende Holzrahmen entfernt. Die über die Kanten der beschichteten Oberfläche überstehende Folie wurde mit einer scharfen Klinge manuell entfernt.