DE10103460B4 - Multilayer plasma polymer coating, process for its preparation and its use - Google Patents
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Abstract
Mehrschichtige
Plasmapolymerbeschichtung auf einem Substrat, enthaltend in der
angegebenen Reihenfolge übereinanderliegend:
(A)
mindestens eine auf mindestens einer Oberfläche des Substrats befindliche
Schicht, die durch die Behandlung der metallischen Oberfläche des
Substrats oder mindestens einer auf der metallischen Oberfläche des
Substrats befindlichen Schicht aus mindestens einem Metalloxid mit einem
Wasser und/oder Kohlendioxid enthaltenden Plasma herstellbar ist,
und
(B) mindestens eine Schicht mindestens eines Plasmapolymeren,
herstellbar durch Plasmapolymerisation der folgenden Ausgangsverbindungen
in der angegebenen Reihenfolge:
(B1) mindestens eine elementorganische
Verbindung,
(B2) mindestens ein Gemisch aus mindestens einer
elementorganischen Verbindung (B1) und mindestens einer organischen
Verbindung (B3) und
(B3) mindestens eine organische Verbindung.Multilayered plasma polymer coating on a substrate, containing one after the other in the order indicated:
(A) at least one layer located on at least one surface of the substrate, which can be produced by treating the metallic surface of the substrate or at least one layer comprising at least one metal oxide with a plasma containing water and / or carbon dioxide on the metallic surface of the substrate; and
(B) at least one layer of at least one plasma polymer preparable by plasma polymerization of the following starting compounds in the order given:
(B1) at least one elemental organic compound,
(B2) at least one mixture of at least one elemental organic compound (B1) and at least one organic compound (B3) and
(B3) at least one organic compound.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue mehrschichtige Plasmapolymerbeschichtung auf einem Substrat. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger Plasmapolymerbeschichtungen. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der neuen mehrschichtigen Plasmapolymerbeschichtung als Korrosionsschutzschichten und Haftschichten.The The present invention relates to a novel multilayer plasma polymer coating on a substrate. Furthermore The present invention relates to a novel process for the preparation multilayer plasma polymer coatings. Furthermore it concerns the present invention the use of the new multilayered Plasma polymer coating as anticorrosion coatings and adhesive layers.
Reaktive Gebrauchsmetalle wie Stahl, Zink, Aluminium, Magnesium, Titan, Kupfer sowie die Legierungen mindestens zweier dieser Metalle zeichnen sich durch eine an der Luft gebildete dünnste Oxidhaut oder Deckschicht aus, die z. B. das Korrosionsverhalten des Metalls sowohl im unbeschichteten als auch im beschichteten Zustand wesentlich beeinflußt. Beispielhaft wird hierzu auf die Dissertation von A. Leng, "Untersuchungen zur Delamination polymerbeschichteter Eisenoberflächen", Fortschrittsberichte VDI, Reihe 5, Nr. 416, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1995, die Dissertation von W. Fürbeth, "Untersuchungen zur Delamination von Polymerbeschichtungen auf verzinkten Stahloberflächen", Fortschrittsberichte VDI, Reihe 5, Nr. 512, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1995, oder den Artikel von W. Fürbeth, G. Grundmeier und M. Stratmann, "Enthaftung organischer Beschichtungen von Metalloberflächen", Farbe + Lack, Band 102, Heft 11, Seiten 78 bis 84, 1996, verwiesen.reactive Use metals such as steel, zinc, aluminum, magnesium, titanium, copper and the alloys of at least two of these metals draw through a thinnest oxide skin or cover layer formed in the air from, the z. B. the corrosion behavior of the metal both in the uncoated as well as in the coated state significantly affected. exemplary will be referred to the dissertation by A. Leng, "Investigations on the Delamination of polymer-coated Iron surfaces ", progress reports VDI, Series 5, No. 416, VDI-Verlag, Dusseldorf, 1995, the dissertation by W. Furbeth, "Investigations to the Delamination of polymer coatings on galvanized steel surfaces ", progress reports VDI, Series 5, No. 512, VDI-Verlag, Dusseldorf, 1995, or the article by W. Fürbeth, G. Grundmeier and M. Stratmann, "Enthaftung Organic Coatings of Metal Surfaces ", Paint + Varnish, Volume 102, Issue 11, pages 78 to 84, 1996.
Durch eine gezielte Verdickung oder Umwandlung dieser Oxidhaut oder Deckschicht konnten neuartige Eigenschaften der Metalloberfläche hinsichtlich Lackhaftung, Korrosionseigenschaften, Leitfähigkeit oder Benutzbarkeit eingestellt werden. Es konnte in Untersuchungen gezeigt werden, dass das Verfahren der Glimmentladung bzw. die Plasmatechnologie eine vorteilhafte Methode zu einer solchen Modifikation der Deckschicht auf den Metallen darstellt. Bislang wurden aber in der Plasmatechnologie hauptsächlich Sauerstoff, Argon- oder Wasserstoff-Plasmen zur Reinigung der Metalloberfläche und zur Verdickung bzw. Reduzierung der natürlichen Oxidschicht genutzt. Beispielhaft wird hierzu auf die Artikel von W. J. van Ooji, A. Sabata, D. B. Zeik, C. E. Taylor, F. F. Boerio und S. J. Clarson, "Metal Surface Preparation by Plasma-Polymerized Films", Journal of Testing and Evaluation, Band 23, Seiten 33 bis 40, W. J. van Ooji und K. D. Conners, "Corrosion Performance of Electrocoated Cold-Rolled Steels Pretreated with Plasma-Polymerized Organic Films", Proceedings of the Electrochemical Society, 95, Heft 13, Seiten 229 bis 242, 1995, T. F. Wang, T. J. Lin, D. J. Yang, J. A. Antonelli und H. K. Yasuda, "Corrosion Protection of Cold-Rolled Steel by Low Temperature Plasma Interface Engineering, 1. Enhancement of E-Coat Adhesion", Progress in Organic Coatings, Band 28, Seiten 291 bis 297, 1996, H. K. Yasuda, T. F. Wang, D. L. Choj. J. Lin und J. A. Antonelli, "Corrosion Protection of Cold-Rolled Steel by Low Temperature Plasma Interface Engineering, II. Effects of Oxides on Corrosion Perfomance of E-Coated Steels", Progress in Organic Coatings, Band 30, Seite 31 bis 38, 1997, und G. Grundmeier und M. Stratmann, "Influence of Oxygen and Argon Plasma Treatments on the Chemical Structure and Redox State of Oxide Covered Iron", Applied Surface Science, Band 141, Seiten 43 bis 56, 1999, verwiesen. Eine gezielte Einstellung der chemischen Struktur der Deckschicht und ihrer elektronischen Eigenschaften, die über die bloße Reinigung, Verdickung oder Reduzierung der Oxidschicht hinausgeht, wurde aber bisher noch nicht durchgeführt.By a targeted thickening or transformation of this oxide skin or cover layer novel properties of the metal surface in terms of paint adhesion, Corrosion properties, conductivity or usability. It could in investigations be shown that the method of glow discharge or the plasma technology an advantageous method for such a modification of the cover layer represents on the metals. So far, however, have been in plasma technology mainly Oxygen, argon or hydrogen plasmas for cleaning the metal surface and used to thicken or reduce the natural oxide layer. For example, reference is made to the articles by W. J. van Ooji, A. Sabata, D.B. Zeik, C.E. Taylor, F.F. Boerio and S.J. Clarson, "Metal Surface Preparation by Plasma-Polymerized Films ", Journal of Testing and Evaluation, Vol. 23, pages 33 to 40, W.J. van Ooji and K. D. Conners, "Corrosion Performance of Electrocoated Cold-Rolled Steels Pretreated with Plasma Polymerized Organic Films ", Proceedings of the Electrochemical Society, 95, No. 13, pages 229 to 242, 1995, T.F. Wang, T.J. Lin, D.J. Yang, J.A. Antonelli and H. K. Yasuda, "Corrosion Protection of Cold-Rolled Steel by Low Temperature Plasma Interface Engineering, 1st Enhancement of E-Coat Adhesion, Progress in Organic Coatings, Volume 28, pages 291 to 297, 1996, H.K. Yasuda, T.F. Wang, D.L. Choj. J. Lin and J.A. Antonelli, "Corrosion Protection of Cold-Rolled Steel by Low Temperature Plasma Interface Engineering, II. Effects of Oxides on Corrosion Perfomance of E-Coated Steels, "Progress in Organic Coatings, Volume 30, pages 31 to 38, 1997, and G. Grundmeier and M. Stratmann, "Influence of Oxygen and Argon Plasma Treatments on the Chemical Structure and Redox State of Oxide Covered Iron ", Applied Surface Science, Volume 141, Pages 43 to 56, 1999. A targeted attitude of chemical structure of the surface layer and its electronic properties, the above the mere Cleaning, thickening or reduction of the oxide layer goes, but has not been done yet.
Eine mehrschichtige Plasmapolymerbeschichtung auf Stahl, enthaltend in der angegebenen Reihenfolge übereinander liegend:
- (A) mindestens eine auf mindestens einer Stahloberfläche befindliche Schicht aus Eisenoxid und
- (B) mindestens eine Schicht mindestens eines Plasmapolymeren, herstellbar durch Plasmapolymerisation der folgenden Ausgangsverbindungen in der angegebenen Reihenfolge: (B1) Hexamethyldisilazan, (B2) ein Gemisch aus Hexamethyldisilazan und Cyclohexen sowie (B3) Cyclohexen;
- (A) at least one located on at least one steel surface layer of iron oxide and
- (B) at least one layer of at least one plasma polymer preparable by plasma polymerization of the following starting compounds in the order indicated: (B1) hexamethyldisilazane, (B2) a mixture of hexamethyldisilazane and cyclohexene and (B3) cyclohexene;
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine neue mehrschichtige Plasmapolymerbeschichtung bereitzustellen, die auf das jeweils verwendete reaktive Gebrauchsmetall abgestimmt ist, so dass die Korrosionsschutzeigenschaften und die Haftung sowohl auf den jeweiligen Metalloberflächen als auch an einer auf der Plasmapolymerbeschichtung befindlichen weiteren Plasmapolymerschicht, Klebschicht, Lackierung, Folie oder Schaumstoffschicht weiter verbessert werden. Die Substrate, die mit der neuen mehrschichtigen Plasmapolymerbeschichtung beschichtet sind, sollen sich insbesondere für die Herstellung von Formteilen eignen, die in so technisch anspruchsvollen Gebieten wie der Herstellung von Automobilen, Flugzeugen, Schiffen, Möbeln, Türen, Fenstern, Verkleidungen für Bauwerke im Innen- und Außenbereich, Bauteilen und Gehäusen für Maschinen jeder Art oder Container und Emballagen eingesetzt werden.Object of the present invention is therefore to provide a new multi-layered plasma polymer coating, which is tailored to the reactive metal used in each case, so that the Kor anti-corrosion properties and adhesion on both the respective metal surfaces and on a further plasma polymer layer, adhesive layer, coating, film or foam layer located on the plasma polymer coating can be further improved. The substrates coated with the new multilayer plasma polymer coating are said to be particularly suitable for the manufacture of moldings used in such technically demanding fields as the manufacture of automobiles, aircraft, ships, furniture, doors, windows, linings for interior structures. and outdoor, components and housings are used for machines of any kind or containers and Emballagen.
Demgemäß wurde die neue mehrschichtige Plasmapolymerbeschichtung, auf einem Substrat gefunden, enthaltend in der angegebenen Reihenfolge übereinanderliegend:
- (A) mindestens eine auf mindestens einer Oberfläche des Substrats befindliche Schicht, die durch die Behandlung der metallischen Oberfläche des Substrats oder mindestens einer auf der metallischen Oberfläche des Substrats befindlichen Schicht aus mindestens einem Metalloxid mit einem Wasser und/oder Kohlendioxid enthaltenden Plasma herstellbar ist, und
- (B) mindestens eine Schicht mindestens eines Plasmapolymeren, herstellbar durch Plasmapolymerisation der folgenden Ausgangsverbindungen in der angegebenen Reihenfolge: (B1) mindestens eine elementorganische Verbindung, (B2) mindestens ein Gemisch aus mindestens einer elementorganischen Verbindung (B1) und mindestens einer organischen Verbindung (B3) und (B3) mindestens eine organische Verbindung.
- (A) at least one layer located on at least one surface of the substrate, which can be produced by treating the metallic surface of the substrate or at least one layer comprising at least one metal oxide with a plasma containing water and / or carbon dioxide on the metallic surface of the substrate; and
- (B) at least one layer of at least one plasma polymer preparable by plasma polymerization of the following starting compounds in the order given: (B1) at least one elemental organic compound, (B2) at least one mixture of at least one elemental organic compound (B1) and at least one organic compound (B3 ) and (B3) at least one organic compound.
Im folgenden wird die neue mehrschichtige Plasmapolymerbeschichtung auf einem Substrat der Kürze halber als "erfindungsgemäße Plasmapolymerbeschichtung" bezeichnet.in the The following is the new multilayer plasma polymer coating on a substrate for the sake of brevity referred to as "plasma polymer coating according to the invention".
Außerdem wurde das neue Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Plasmapolymerbeschichtung durch Plasma(vor)behandlung und Plasmapolymerisation gefunden, bei dem man
- (I) mindestens eine metallische Oberfläche eines Substrats oder eine auf mindestens einer metallischen Oberfläche eines Substrats befindliche Schicht mindestens eines Metalloxids mit einem Wasser und/oder Kohlendioxid enthaltenden Plasma behandelt, wodurch die Schicht (A) resultiert, wonach man auf der Oberfläche dieser Schicht (A)
- (II) mindestens eine Schicht (B) mindestens eines Plasmapolymeren durch Plasmapolymerisation der folgenden Ausgangsverbindungen in der angegebenen Reihenfolge abscheidet: (B1) mindestens eine elementorganische Verbindung, (B2) mindestens ein Gemisch aus mindestens einer elementorganischen Verbindung (B1) und mindestens einer organischen Verbindung (B3) und (B3) mindestens eine organische Verbindung.
- (I) treating at least one metallic surface of a substrate or a layer of at least one metal oxide of a substrate containing at least one metal oxide with a plasma containing water and / or carbon dioxide, whereby the layer (A) results, after which on the surface of this layer ( A)
- (II) at least one layer (B) of at least one plasma polymer deposited by plasma polymerization of the following starting compounds in the order given: (B1) at least one elemental organic compound, (B2) at least one mixture of at least one elemental organic compound (B1) and at least one organic compound (B3) and (B3) at least one organic compound.
Im folgenden wird das neue Verfahren zur Herstellung einer mehrschichtigen Plasmapolymerbeschichtung durch Plasma(vor)behandlung und Plasmapolymerisation der Kürze halber als "erfindungsgemäßes Verfahren" bezeichnet.in the Following is the new process for making a multilayer Plasma polymer coating by plasma (pre) treatment and plasma polymerization of brevity half referred to as "inventive method".
Weitere erfindungsgemäße Gegenstände gehen aus der Beschreibung hervor.Further Go according to the invention from the description.
Im Hinblick auf den Stand der Technik war es überraschend und für den Fachmann nicht vorhersehbar, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Zugabe von Wasser und/oder Kohlendioxid zu Glimmentladungen oder Plasmen, wie sie üblicherweise zur Reinigung der Metalloberfläche vor der Plasmapolymerisation elementorganischer Verbindungen und/oder organischer Verbindungen eingesetzt werden, zu besonders stabilen Deckschichten auf den jeweiligen Metalloberflächen führten, die insbesondere in ihren Korrosionsschutzeigenschaften und ihren Haftungseigenschaften auf das Metallsubstrat einerseits und die auf ihnen befindliche Plasmapolymerschichten andererseits hervorragend abgestimmt waren. Besonders überraschend war, dass diese wertvollen Eigenschaften auch auf weitere Plasmapolymerschichten, Klebschichten, Lackierungen, Folien oder Schaumstoffschichten ausstrahlen, die mit der äußeren Oberfläche der erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtung besonders haftfest verbunden werden konnten. Die entsprechenden Verbundmaterialien oder Laminate waren daher für die Verwendung auf den unterschiedlichsten technologischen Gebieten hervorragend geeignet. Noch mehr überraschte die hervorragende Verformbarkeit der Substrate, die mit der neuen mehrschichtigen Plasmapolymerbeschichtung beschichtet waren, sowie der entsprechenden Verbundmaterialien oder Laminate.in the In view of the prior art, it was surprising and for the expert unpredictable that in the context of the method according to the invention the addition of water and / or carbon dioxide to glow discharges or plasmas, as they usually do for cleaning the metal surface before the plasma polymerization of organometallic compounds and / or organic compounds are used, especially stable Coatings on the respective metal surfaces led, in particular in their anti-corrosion properties and their adhesion properties on the one hand, and the metal substrate on the other On the other hand, plasma polymer layers were excellently tuned. Especially surprising was that these valuable properties also apply to other plasma polymer layers, Emitting adhesive layers, coatings, foils or foam layers, the with the outer surface of the Plasma polymer coating according to the invention could be connected particularly adherent. The corresponding composite materials or laminates were therefore for the use in the most different technological fields excellent. Even more surprised the excellent Deformability of the substrates with the new multilayer Plasma polymer coating were coated, as well as the corresponding Composite materials or laminates.
Die erfindungsgemäße Plasmapolymerbeschichtung befindet sich auf einem Substrat.The Plasma polymer coating according to the invention is on a substrate.
Das Substrat kann aus den unterschiedlichsten Metallen oder aus metallisierten Materialien bestehen. Vorzugsweise besteht es aus reaktiven Gebrauchsmetallen oder aus mit reaktiven Gebrauchsmetallen metalli sierten Materialien.The Substrate can be made of different metals or metallized Materials exist. Preferably, it consists of reactive use metals or from metals metallized with reactive utility metals.
Beispiele geeigneter reaktiver Gebrauchsmetalle sind Eisen, Stahl, Zink, Aluminium, Magnesium, Titan und die Legierungen mindestens zweier dieser Metalle. Besonders gut geeignet ist Zink als solches oder in der Form einer verzinkten Stahloberfläche.Examples suitable reactive utility metals are iron, steel, zinc, aluminum, Magnesium, titanium and the alloys of at least two of these metals. Zinc is particularly suitable as such or in the form of a galvanized steel surface.
Beispiele geeigneter Materialien, die eine metallisierte Oberfläche aufweisen, sind natürlich vorkommende oder synthetische, organische und anorganische Materialien wie Kunststoffe, Glas, Keramik, Holz, Papier, Leder sowie Verbunde dieser Materialien.Examples suitable materials that have a metallized surface, are natural occurring or synthetic, organic and inorganic materials such as plastics, glass, ceramics, wood, paper, leather and composites of these materials.
Die Substrate können die unterschiedlichsten dreidimensionalen Formteile darstellen, wie Automobilkarosserien oder Teile hiervon, Schiffsrümpfe, Flugzeugteile, Möbel, Türen, Fenster, Verkleidungen für Bauwerke, Bauteile und Gehäuse für Maschinen, Container oder Emballagen. Vorzugsweise sind die Formteile aber platten- oder bandförmig (Coils).The Substrates can represent the most varied three-dimensional moldings, such as car bodies or parts thereof, ship hulls, aircraft parts, Furniture, doors, Windows, panels for Structures, components and housings for machines, Containers or packaging. Preferably, however, the moldings are plate-shaped or band-shaped (Coils).
Die erfindungsgemäße Plasmapolymerbeschichtung enthält mindestens eine Schicht (A).The Plasma polymer coating according to the invention contains at least one layer (A).
Erfindungsgemäß ist mindestens eine Oberfläche des Substrats mit dieser Schicht (A) bedeckt. Insbesondere im Falle von platten- oder bandförmigen Substraten können beide Seiten bedeckt sein.According to the invention is at least a surface of the substrate covered with this layer (A). Especially in the case of plate or band-shaped Substrates can be covered on both sides.
Nach einer ersten Variante ist die Schicht (A) herstellbar, indem man die metallische Oberfläche des Substrats mit einem Wasser und/oder Kohlendioxid enthaltenden Plasma behandelt, wodurch eine Schicht (A) aus den betreffenden Metallhydroxiden, Metallcarbona ten oder einem Gemisch aus Metallhydroxiden und Metallcarbonaten aufgebaut wird. Sofern das Plasma noch Sauerstoff enthält, kann die Schicht (A) auch noch die entsprechenden Metalloxide enthalten. Als Metalle werden vorzugsweise die vorstehend beschriebenen reaktiven Gebrauchsmetalle, insbesondere aber Zink, eingesetzt.To In a first variant, the layer (A) can be produced by the metallic surface the substrate containing a water and / or carbon dioxide Plasma treated, creating a layer (A) of the relevant Metal hydroxides, Metallcarbona th or a mixture of metal hydroxides and metal carbonates is built up. If the plasma is still oxygen contains For example, layer (A) may also contain the corresponding metal oxides. As the metals, preferably, the reactive ones described above Use metals, but especially zinc used.
Nach einer zweiten Variante, die erfindungsgemäß bevorzugt ist, ist die Schicht (A) herstellbar, indem man mindestens eine, insbesondere eine, Schicht aus mindestens einem, insbesondere einem, Metalloxid mit dem Wasser und/oder Kohlendioxid enthaltenden Plasma behandelt. Hierbei kann das Metall, das das Metalloxid aufbaut, von dem des Substrats verschieden sein; erfindungsgemäß ist es indes von Vorteil, wenn das gleiche Metall verwendet wird. Außerdem kann es sich bei der Metalloxidschicht um die "natürliche" Deckschicht des betreffenden Metalls oder der betreffenden Legierung handeln, wie sie beim Kontakt der metallischen Oberfläche mit Luft entsteht. Oder aber die Metalloxidschicht wird durch die Behandlung der metallischen Oberfläche mit einem sauerstoffhaltigen Plasma aufgebaut. Als Metalloxide werden vorzugsweise die Oxide der vorstehend beschriebenen reaktiven Gebrauchsmetalle, insbesondere aber Zinkoxid, eingesetzt. Die Schichten (A) bestehen aus Metalloxid und Metallhydroxid, Metalloxid und Metallcarbonat oder Metalloxid, Metallhydroxid und Metallcarbonat.To A second variant, which is preferred according to the invention, is the layer (A) preparable by at least one, in particular one, layer from at least one, especially one, metal oxide with the water and / or plasma containing carbon dioxide. Here can the metal that makes up the metal oxide differs from that of the substrate be; It is according to the invention however advantageous if the same metal is used. In addition, can the metal oxide layer is the "natural" surface layer of the metal or alloy in question, such as it arises when the metallic surface comes into contact with air. Or but the metal oxide layer is made by the treatment of metallic surface built up with an oxygen-containing plasma. As metal oxides preferably the oxides of the reactive use metals described above, but especially zinc oxide, used. The layers (A) exist of metal oxide and metal hydroxide, metal oxide and metal carbonate or metal oxide, metal hydroxide and metal carbonate.
Die Dicke der Schicht (A) liegt vorzugsweise bei 1 bis 10, bevorzugt 1,5 bis 9, besonders bevorzugt 2 bis 8 und insbesondere 2,5 bis 6 nm.The Thickness of the layer (A) is preferably 1 to 10, preferably 1.5 to 9, more preferably 2 to 8 and especially 2.5 to 6 nm.
Für die Plasmabehandlung können die üblichen und bekannten Methoden angewandt werden, wie sie in den eingangs zitierten Literaturstellen im Detail beschrieben werden.For the plasma treatment can the usual and known methods are used, as described in the beginning cited references are described in detail.
Die erfindungsgemäße Plasmapolymerbeschichtung enthält des weiteren mindestens eine Schicht (B) mindestens eines Plasmapolymeren.The Plasma polymer coating according to the invention contains furthermore, at least one layer (B) of at least one plasma polymer.
Die Plasmapolymerschicht (B) ist herstellbar, indem man mindestens eine elementorganische Verbindung, (B1), mindestens ein Gemisch (B2) aus mindestens einer elementorganischen Verbindung (B1) und mindestens einer organischen Verbindung (B3) und mindestens eine organische Verbindung (B3) in der angegebenen Reihenfolge plasmapolymerisiert.The Plasma polymer layer (B) can be prepared by adding at least one organometallic compound, (B1), at least one mixture (B2) from at least one elemental organic compound (B1) and at least an organic compound (B3) and at least one organic Compound (B3) plasma-polymerized in the order given.
Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, die äußere Oberfläche der resultierenden Plasmapolymerschicht (B) mit einem Plasma, das mindestens eine nicht plasmapolymerisierbare Verbindung (C) enthält, zu behandeln, wodurch die äußere Oberfläche mit reaktiven funktionellen Gruppen versehen wird.It is according to the invention beneficial to the outer surface of the resulting plasma polymer layer (B) with a plasma that at least contains a non-plasma polymerizable compound (C) to treat causing the outer surface with is provided with reactive functional groups.
Als elementorganische Verbindungen (B1) kommen alle üblichen und bekannten metallorganischen Verbindungen von Hauptgruppen- und Nebengruppenelementen in Betracht, die flüchtig genug sind, um der Plasmapolymerisation unterworfen zu werden.As elemental organic compounds (B1) are all customary and known organometallic Compounds of main group and subgroup elements which are volatile enough to be subjected to plasma polymerization.
Vorzugsweise werden die elementorganischen Verbindungen (B1) aus der Gruppe, bestehend aus siliziumorganischen und phosphororganischen, bevorzugt siliziumorganischen, Verbindungen, ausgewählt. Insbesondere werden die elementarorganischen Verbindungen (B1) aus der Gruppe, bestehend aus Trialkylsilanen und Hexaalkyldisilanen, ausgewählt. Sie enthalten vorzugsweise Alkylgruppen mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, insbeson dere Methylgruppen. Demnach werden Trimethylsilan und Hexamethyldisilan, insbesondere Hexamethyldisilan, erfindungsgemäß besonders bevorzugt als metallorganische Verbindungen (B1) verwendet.Preferably the elemental organic compounds (B1) are selected from the group consisting of organosilicon and organophosphorus, preferably organosilicon compounds, selected. In particular, the elemental organic compounds (B1) from the group consisting selected from trialkylsilanes and hexaalkyldisilanes. she preferably contain alkyl groups having 1 to 4 carbon atoms, in particular methyl groups. Accordingly, trimethylsilane and hexamethyldisilane, in particular hexamethyldisilane, according to the invention particularly preferred as organometallic Compounds (B1) used.
Als organische Verbindung (B2) kommen alle organischen Verbindungen in Betracht, die flüchtig genug sind, um der Plasmapolymerisation unterworfen zu werden. Vorzugsweise werden die organischen Verbindungen (B2) aus der Gruppe, bestehend aus Aliphaten, Cycloaliphaten, Olefinen und Cycloolefinen sowie deren halogenierten, vorzugsweise perhalogenierten und insbesondere perfluorierten Derivaten, ausgewählt.When Organic compound (B2) are all organic compounds considering that fleeting are enough to be subjected to plasma polymerization. Preferably the organic compounds (B2) are selected from the group consisting from aliphatics, cycloaliphatic, olefins and cycloolefins and their halogenated, preferably perhalogenated and in particular perfluorinated Derivatives selected.
Beispiele geeigneter Aliphaten sind Methan, Ethan oder Propan und ihre perfluorierten Derivate.Examples suitable aliphatics are methane, ethane or propane and their perfluorinated ones Derivatives.
Beispiele geeigneter Cycloaliphaten sind Cyclopropan, Cyclobutan, Cyclopentan oder Cyclohexan und ihre perfluorierten Derivate.Examples suitable cycloaliphatic compounds are cyclopropane, cyclobutane, cyclopentane or cyclohexane and its perfluorinated derivatives.
Beispiele geeigneter Olefine sind Ethylen, Propylen, Buten, Penten oder Hexen und ihre perfluorierten Derivate.Examples suitable olefins are ethylene, propylene, butene, pentene or hexene and their perfluorinated derivatives.
Beispiele geeigneter Cycloolefine sind Cyclopenten oder Cyclohexen und ihre perfluorierten Derivate.Examples suitable cycloolefins are cyclopentene or cyclohexene and their perfluorinated derivatives.
Von diesen bietet Cyclohexen besondere Vorteile und wird deshalb erfindungsgemäß besonders bevorzugt verwendet.From Cyclohexene offers particular advantages and is therefore particularly preferred according to the invention preferably used.
Die nicht plasmapolymerisierbaren Verbindungen (C) werden vorzugsweise aus der Gruppe, bestehend aus Sauerstoff, Stickstoff und Wasser und sowie deren Gemische, ausgewählt.The non-plasma polymerizable compounds (C) are preferably from the group consisting of oxygen, nitrogen and water and their mixtures.
Beispiele für reaktive funktionelle Gruppen, die durch die Behandlung der äußeren Oberfläche der Plasmapolymerschicht (B) mit dem die Verbindungen (C) enthaltenden Plasma resultieren, sind Peroxidgruppen, Hydroperoxidgruppen, Carbonylgruppen, Carboxylgruppen, Peroxocarbonsäuregruppen, Amino- und Iminogruppen und Amidgruppen.Examples for reactive functional groups obtained by the treatment of the outer surface of the plasma polymer layer (B) resulting in the plasma containing the compounds (C), are peroxide groups, hydroperoxide groups, carbonyl groups, carboxyl groups, Peroxocarbonsäuregruppen, Amino and imino groups and amide groups.
Die Plasmapolymerschicht (B) kann je nach ihrer Herstellungsweise unterschiedlich aufgebaut sein.The Plasma polymer layer (B) may vary depending on its method of preparation be constructed.
So kann in ihr, ausgehend von der Schichtgrenze zwischen den Schichten (A) und (B), die Konzentration der aus den elementorganischen Verbindungen (B1) hergestellten Plasmapolymeren kontinuierlich abnehmen und die Konzentration der aus den organischen Verbindungen (B3) hergestellten Plasmapolymeren kontinuierlich zunehmen.So can in it, starting from the layer boundary between the layers (A) and (B), the concentration of the elemental organic compounds (B1) continuously decrease plasma polymers and the Concentration of the prepared from the organic compounds (B3) Plasma polymers increase continuously.
Außerdem kann, ausgehend von der Schichtgrenze zwischen den Schichten (A) und (B), die Konzentration der aus den elementorganischen Verbindungen (B1) hergestellten Plasmapolymeren stufenweise abnehmen und die Konzentration der aus den organischen Verbindungen (B3) hergestellten Plasmapolymere stufenweise zunehmen. Im einfachsten Fall resultiert eine Schicht aus einem gleichmäßig oder weitgehend gleichmäßig zusammengesetzten Plasmapolymeren, das aus elementorganischen Verbindungen (B1) herstellbar ist, eine Schicht aus einem gleichmäßig oder weitgehend gleichmäßig zusammengesetzten Plasmapolymeren, das aus dem Gemisch (B2) herstellbar ist, und eine Schicht aus einem gleichmäßig oder weitgehend gleichmäßig zusammengesetzten Plasmapolymere, das aus organischen Verbindungen (B3) herstellbar ist.In addition, starting from the layer boundary between the layers (A) and (B), the concentration of organometallic compounds (B1) plasma polymers gradually decrease and the concentration the plasma polymers prepared from the organic compounds (B3) in stages increase. In the simplest case, a layer results from a evenly or largely uniformly composed Plasma polymers produced from organometallic compounds (B1) is a layer of a uniform or largely evenly composite Plasma polymers, which can be prepared from the mixture (B2), and a Layer of a uniform or largely uniformly composed Plasma polymers which can be prepared from organic compounds (B3).
Der stufenweise Konzentrationsgradient und der kontinuierliche Konzentrationsgradient können überlagern. So können sich beispielsweise innerhalb der Schicht (B2) die Konzentrationen der aus den elementorganischen Verbindungen (B1) und der aus den organischen Verbindungen (B3) herstellbaren Plasmapolymeren im vorstehend beschriebenen Sinne von "unten nach oben" ändern. Des weiteren können die Grenzen zwischen den Schichten (B1) und (B2) und/oder den Schichten (B2) und (B3) fließend sein, d.h., dass Übergangszonen vorliegen, in denen sich die Konzentrationen kontinuierlich ändern, bis sich eine gleichmäßige oder weitgehend gleichmäßige Zusammensetzung der Schicht (B2) und/oder (B3) einstellt.The gradual concentration gradient and the continuous concentration gradient may overlap. Thus, for example, within the layer (B2), the concentrations of the plasma polymers which can be prepared from the organometallic compounds (B1) and from the organic compounds (B3) can change from "bottom to top" in the manner described above. Furthermore, the boundaries between the layers (B1) and (B2) and / or the layers (B2) and (B3) may be fluid, that is, transition zones exist in which the concentrations change continuously until a uniform or wide going even composition of the layer (B2) and / or (B3) sets.
Das Verhältnis der Dicken der vorstehend beschriebenen Schichten (B1), (B2) und (B3) kann breit variieren. Vorzugsweise sind die Schichten von in etwa gleicher oder gleicher Dicke.The relationship the thicknesses of the layers (B1), (B2) and (B3) can vary widely. Preferably, the layers of in about the same or the same thickness.
Desgleichen kann Dicke der Plasmapolymerschicht (B) breit variieren. Vorzugsweise liegt sie bei 3 bis 100, bevorzugt 4 bis 80, besonders bevorzugt 5 bis 60, ganz besonders bevorzugt 6 bis 50 und insbesondere 7 bis 40 nm.Similarly Thickness of the plasma polymer layer (B) may vary widely. Preferably it is 3 to 100, preferably 4 to 80, particularly preferred 5 to 60, most preferably 6 to 50 and especially 7 to 40 nm.
Methodisch gesehen bietet die Herstellung der Plasmapolymerschicht (B) keine Besonderheiten, sondern erfolgt nach den üblichen und bekannten Plasmapolymerisationsmethoden und -vorrichtungen, wie sie in dem eingangs zitierten Stand der Technik im Detail beschrieben werden. Bevorzugt werden die Anlage, wie sie in dem Artikel von G. Grundmeier – und M. Stratmann, "Plasma Polymerization – a New and Promising Way for the Corrosion Protection of Steel", Materials and Corrosion, Band 49, Seiten 150 bis 160, 1998, beschrieben wird, und das Verfahren, wie es in der Dissertation von G. Grundmeier, "Grenzflächenchemische und korrosionsanalytische Untersuchungen von Plasmapolymerbeschichtungen auf Stahl", Technische Fakultät der Universität Erlangen-Nürnberg, 1997, Seiten 140 und 141, beschrieben wird, verwendet.methodical seen, the preparation of the plasma polymer layer (B) offers no Specifics, but takes place according to the usual and known plasma polymerization and devices as described in the cited prior Technology will be described in detail. Preference is given to the plant, as described in the article by G. Grundmeier - and M. Stratmann, "Plasma Polymerization - a New and Promising Way for the Corrosion Protection of Steel ", Materials and Corrosion, Volume 49, pages 150 to 160, 1998, and the method as described in the dissertation by G. Grundmeier, "Grenzflächenchemische und korrosionsanalytische Investigation of Plasma Polymer Coatings on Steel ", Faculty of Engineering, University Erlangen-Nürnberg, 1997, pages 140 and 141.
Die erfindungsgemäße Plasmapolymerbeschichtung kann nach den unterschiedlichsten Verfahren der Plasma(vor)behandlung und Plasmapolymerisation hergestellt werden. Vorzugsweise wird sie nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt. Dazu wird
- (I) mindestens eine metallische Oberfläche des Substrats oder eine auf mindestens einer metallischen Oberfläche des Substrats befindliche Schicht mindestens eines Metalloxids mit einem Wasser und/oder Kohlendioxid enthaltenden Plasma behandelt, wodurch die Schicht (A) resultiert, wonach man auf der Oberfläche dieser Schicht (A)
- (II) mindestens eine Schicht (B) mindestens eines Plasmapolymeren durch Plasmapolymerisation der folgenden Ausgangsverbindungen in der angegebenen Reihenfolge abscheidet: (B1) mindestens eine elementorganische Verbindung, (B2) mindestens ein Gemisch aus mindestens einer elementorganischen Verbindung (B1) und mindestens einer organischen Verbindung (B3) und (B3) mindestens eine organische Verbindung.
- (I) at least one metallic surface of the substrate or a layer of at least one metal oxide of the substrate located on at least one metal oxide with a plasma containing water and / or carbon dioxide treated, whereby the layer (A) results, after which on the surface of this layer ( A)
- (II) at least one layer (B) of at least one plasma polymer deposited by plasma polymerization of the following starting compounds in the order given: (B1) at least one elemental organic compound, (B2) at least one mixture of at least one elemental organic compound (B1) and at least one organic compound (B3) and (B3) at least one organic compound.
Dabei werden die vorstehend angegebenen Ausgangsverbindungen und Methoden der Plasmapolymerisation und Plasma(vor)behandlung eingesetzt.there are the starting compounds and methods given above the plasma polymerization and plasma (pre) treatment used.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden.The inventive method can be carried out continuously or discontinuously.
In einer ersten bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können die Ausgangsverbindungen (B1), (B2) und (B3) durch sequentielle Plasmapolymerisation abgeschieden werden, so dass ein stufenweiser Gradient resultiert. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt.In a first preferred variant of the method according to the invention can the starting compounds (B1), (B2) and (B3) by sequential Plasma polymerization are deposited so that a gradual Gradient results. This variant of the method according to the invention is preferably carried out continuously.
In einer weiteren bevorzugten Variante erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Verlauf des Verfahrens die Konzentration der Ausgangsverbindungen (B1) abgesenkt und die Konzentration der Ausgangsverbindungen (B3) angehoben. Dabei können die Konzentrationen stufenweise oder kontinuierlich geändert werden. Diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich vor allem für die diskontinuierliche Herstellung der erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtung in einem Reaktor. Die Einstellung der Konzentrationen kann dabei durch geeignete Gasführung erfolgen.In a further preferred variant of the method according to the invention become in the course of the process, the concentration of the starting compounds (B1) lowered and the concentration of the starting compounds (B3) raised. It can the concentrations are changed gradually or continuously. This variant of the method according to the invention is especially suitable for the discontinuous preparation of the plasma polymer coating according to the invention in a reactor. The adjustment of the concentrations can thereby by suitable gas guidance respectively.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren durch die Behandlung der äußeren Oberfläche der erfindungsgemäßen Polymerbeschichtung mit einem Plasma, das mindestens eine der vorstehend beschriebenen nicht plasmapolymerisierbaren reaktiven Verbindungen (C) enthält, modifiziert.Preferably becomes the method according to the invention by treating the outer surface of the inventive polymer coating with a plasma that is at least one of those described above contains non-plasma polymerizable reactive compounds (C), modified.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es des weiteren von Vorteil, wenn vor der Herstellung der Schicht(en) (A) mindestens eine Oberfläche des Substrats und/oder die hierauf befindliche Schicht aus mindestens einem Metalloxid durch eine Vorbehandlung mit einem Plasma gereinigt wird. Bevorzugt wird hierzu ein Argon-Plasma verwendet.For the inventive method it is further advantageous if, before the production of the layer (s) (A) at least one surface of the substrate and / or the layer located thereon of at least a metal oxide purified by pretreatment with a plasma becomes. Preferably, an argon plasma is used for this purpose.
Außerdem ist es für das erfindungsgemäße Verfahren von Vorteil, wenn man die Schicht aus mindestens einem Metalloxid durch die Behandlung der Oberfläche des Substrats mit einem sauerstoffhaltigen Plasma aufbaut.In addition, it is advantageous for the process according to the invention if the layer of at least one metal oxide is treated by treating the surface of the substrate with an oxygen-containing plasma ma builds up.
Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bandförmige Substrate verwendet, die einseitig oder beidseitig beschichtet werden können. Dabei können die auf den beiden Seiten der bandförmigen Substrate applizierten erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtungen von stofflich unterschiedlicher Zusammensetzung und/oder von unterschiedlicher Schichtstruktur sein.Preferably be in the inventive method band-shaped Substrates used, which are coated on one side or both sides can. It can which applied on the two sides of the band-shaped substrates Plasma polymer coatings according to the invention of materially different composition and / or of different Be layered structure.
Vorzugsweise wird das sequentielle erfindungsgemäße Verfahren mit bandförmigen Substraten angewandt, bei dem die vorstehend beschriebenen stufenweisen Konzentrationsgradienten resultieren.Preferably becomes the sequential method according to the invention with band-shaped substrates applied, wherein the above-described gradual concentration gradients result.
Für das sequentielle erfindungsgemäße Verfahren können die unterschiedlichsten Vorrichtungen verwendet werden. Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, eine Vorrichtung zu verwenden, die eine Modifizierungszelle und mindestens drei hintereinander geschaltete Beschichtungszellen umfasst. Die nach außen gasdichten Zellen sind durch Führungs- oder Transportwalzen gas dicht voneinander abgetrennt. Sollen die bandförmigen Substrate beidseitig beschichtet werden, weisen die Zellen jeweils zwei einander gegenüberliegende Reaktionsräume auf, die durch das kontinuierlich durchlaufende Substrat gasdicht voneinander abgetrennt sind.For the sequential inventive method can the most diverse devices are used. It is according to the invention beneficial to use a device that has a modification cell and at least three successive coating cells includes. The outward gastight cells are protected by or transport rollers separated gas tightly from each other. Should the band-shaped Substrates are coated on both sides, the cells respectively two opposing reaction spaces, the gas-tight through the continuously continuous substrate from each other are separated.
In der Vorrichtung kann der Modifizierungszelle mindestens eine Reinigungszelle vorgeschaltet sein, worin mindestens eine Oberfläche des Substrats oder die auf mindestens einer Oberfläche des Substrats befindliche Schicht aus mindestens einem Metalloxid durch Plasmavorbehandlung gereinigt wird.In In the apparatus, the modification cell may include at least one cleaning cell upstream, wherein at least one surface of the substrate or the on at least one surface of the substrate located layer of at least one metal oxide is purified by plasma pretreatment.
Außerdem kann der Reinigungszelle oder der ersten Beschichtungszelle mindestens eine Oxidationszelle vorgeschaltet sein, worin auf mindestens einer Oberfläche des Substrats mindestens eine Schicht aus mindestens einem Metalloxid durch die Behandlung der Substratoberfläche mit einem sauerstoffhaltigen Plasma erzeugt wird.In addition, can the cleaning cell or the first coating cell at least an oxidation cell upstream, wherein at least one surface of the substrate at least one layer of at least one metal oxide by treating the substrate surface with an oxygen-containing Plasma is generated.
Der Oxidationszelle kann des weiteren mindestens eine Reinigungszelle vorgeschaltet sein, worin die Substratoberfläche durch Plasmavorbehandlung gereinigt wird.Of the Oxidation cell may further comprise at least one cleaning cell upstream, wherein the substrate surface by plasma pretreatment is cleaned.
Den Beschichtungszellen kann ferner mindestens eine Nachbehandlungszelle nachgeschaltet sein, worin die Oberfläche der Schicht (B) mit einem Plasma, das mindestens eine nicht plasmapolymerisierbare reaktive Verbindung (C) enthält, behandelt wird.The Coating cells may further comprise at least one aftertreatment cell in which the surface of the layer (B) with a Plasma containing at least one non-plasma polymerizable reactive Contains compound (C), is treated.
Die Vorrichtung enthält des weiteren übliche und bekannte Zufuhrvorrichtungen und Abfuhrvorrichtungen für die Ausgangsverbindungen der Plasmapolymerisation und für andere Stoffe wie Inertgase, Vorrichtungen zum Erzeugen von Vakuum, Hitze, Kälte und Plasma, gasdichte Schleusen, mechanische und elektrische Motoren, Fördervorrichtungen für das Substrat und die Ausgangsverbindungen sowie die anderen Stoffe, mechanische, pneumatische magnetische und elektronische Mess- und Regeleinrichtungen, Dichtungsvorrichtungen und Kalanderwalzen, Pressen und Aufwickelvorrichtungen sowie ggf. Schneidevorrichtungen für die mit den erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtungen beschichteten Substrate sowie gegebenenfalls deren Folgeprodukte, die nachstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Laminate.The Device contains furthermore usual and known feeder devices and discharge devices for the output connections the plasma polymerization and for other substances such as inert gases, devices for generating vacuum, Heat, cold and plasma, gas-tight locks, mechanical and electrical motors, conveyors for the Substrate and the starting compounds as well as the other substances, mechanical, pneumatic magnetic and electronic measuring and Control devices, sealing devices and calender rolls, presses and winders and possibly cutting devices for with the plasma polymer coatings according to the invention coated substrates and optionally their derivatives, the laminates according to the invention described below.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in der Vorrichtung
- (1) in der Modifizierungszelle mindestens eine Oberfläche des Substrats oder die auf mindestens einer Oberfläche des Substrats befindliche Oxidschicht mit einem Wasser und/oder Kohlendioxid enthaltenden Plasma behandelt, wodurch die Schicht (A) resultiert,
- (2) in der ersten Beschichtungszelle auf der Schicht (A) eine Schicht (B1) durch Plasmapolymerisation mindestens einer elementorganischen Verbindung (B1) erzeugt,
- (3) in der zweiten Beschichtungszelle auf der Schicht (B1) eine Schicht (B2) durch Plasmapolymerisation mindestens eines Gemischs (B2) aus mindestens einer elementorganischen Verbindung (B1) und mindestens einer organischen Verbindung (B3) erzeugt und
- (4) in der dritten Beschichtungszelle auf der Schicht (B2) eine Schicht (B3) durch Plasmapolymerisation mindestens einer organischen Verbindung (B3) erzeugt.
- (1) treating in the modifying cell at least one surface of the substrate or the oxide layer on at least one surface of the substrate with a plasma containing water and / or carbon dioxide, whereby the layer (A) results,
- (2) in the first coating cell on the layer (A) produces a layer (B1) by plasma polymerization of at least one elemental organic compound (B1),
- (3) in the second coating cell on the layer (B1) produces a layer (B2) by plasma polymerization of at least one mixture (B2) of at least one elemental organic compound (B1) and at least one organic compound (B3) and
- (4) in the third coating cell on the layer (B2) generates a layer (B3) by plasma polymerization of at least one organic compound (B3).
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren durch
- (5) die Nachbehandlung der erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtung in der Nachbehandlungszelle abgeschlossen.
- (5) completing the post-treatment of the plasma polymer coating of the invention in the post-treatment cell.
Erfindungsgemäß ist es von Vorteil, die erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtungen, insbesondere die nachbehandelten erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtungen, unmittelbar nach ihrer Herstellung mit einer weiteren Plasmapolymerschicht, einer Klebschicht, einer Lackierung, einer Folie oder einer Schaumstoffschicht haftfest zu verbinden.According to the invention, it is advantageous to plasma polymer coatings according to the invention, esp in particular the aftertreated plasma polymer coatings according to the invention, immediately after their production with a further plasma polymer layer, an adhesive layer, a coating, a film or a foam layer adherent to connect.
Geeignete weiteren Plasmapolymerschichten können beispielsweise aus den vorstehend beschriebenen Ausgangsverbindungen (B1) und/oder (B3) hergestellt werden.suitable Further plasma polymer layers can, for example, from above-described starting compounds (B1) and / or (B3) getting produced.
Geeignete Klebschichten können beispielsweise aus den üblichen und bekannten Ein- oder Mehrkomponentenklebern hergestellt werden.suitable Adhesive layers can for example, from the usual and known one- or multi-component adhesives are produced.
Geeignete Lackierungen können beispielsweise aus üblichen und bekannten, pigmentierten und unpigmentierten, physikalisch härtbaren, thermisch selbstvemetzend härtbaren, thermisch fremdvernetzend härtbaren, strahlenhärtbaren oder thermisch und strahlenhärtbaren (Dual Cure) Elektrotauchlacken, konventionellen oder wässrigen Ein- oder Mehrkomponentenlacken, im wesentlichen oder völlig wasser- und lösemittelfreien flüssigen Ein- oder Mehrkomponentenlacken (100%-Systeme), im wesentlichen oder völlig wasser- und lösemittelfreien festen Ein- oder Mehrkomponentenpulverlacken oder wässrigen Dispersionen der festen Ein- oder Mehrkornponentenpulverlacke (Pulverslurries) hergestellt werden.suitable Paintings can for example, from usual and known, pigmented and unpigmented, physically curable, thermally self-crosslinking curable, thermally externally curable, radiation-curable or thermal and radiation-curable (Dual cure) electrocoating, conventional or aqueous Single or multi-component paints, essentially or completely and solvent-free liquid Single or multi-component paints (100% systems), essentially or completely water and solventless solid one- or multi-component powder coatings or aqueous Dispersions of the solid in or Mehrkornponentenpulflacke (powder slurries) are produced.
Beispiele
geeigneter Folien sind aus den deutschen Patentanmeldungen
Geeignete Schaumstoffschichten bestehen aus Schaumstoffen i. S. von DIN 7726: 198205. Dies sind Materialien mit über ihre ganze Masse verteilten offenen und/oder geschlossenen Zellen und einer Rohdichte, die niedriger ist als die der Gerüstsubstanz. Vorzugsweise werden elastische und weichelastische Schaumstoffe i. S. von DIN 53580 (vgl. auch Römpp Lexikon Chemie, CD-ROM: Version 2.0, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1999, "Schaumstoffe") verwendet.suitable Foam layers are made of foams i. S. of DIN 7726: 198205. These are materials with distributed throughout their mass open and / or closed cells and a bulk density lower is that of the scaffold substance. Preferably, elastic and soft elastic foams i. S. of DIN 53580 (see also Römpp Lexicon Chemistry, CD-ROM: Version 2.0, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1999, "Foams").
Die erfindungsgemäßen Laminate aus den Substraten, den erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtungen und den weiteren Plasmapolymerschichten, Klebschichten, Lackierungen, Folien, und Schaumstoffschichten, insbesondere aber die erfindungsgemäßen Laminate aus Substraten, erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtungen und Lackierungen, weisen hervorragende anwendungstechnische Eigenschaften, insbesondere eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auch nach mechanischer Schädigung und eine hervorragende Zwischenschichthaftung auf. Außerdem sind die erfindungsgemä ßen Laminate verformbar, ohne dass sie mechanisch geschädigt und ihre hervorragende Korrosionsbeständigkeit und Zwischenschichthaftung verringert werden.The laminates according to the invention from the substrates, the plasma polymer coatings of the invention and the other plasma polymer layers, adhesive layers, coatings, Films, and foam layers, but especially the laminates of the invention from substrates, plasma polymer coatings according to the invention and coatings, have excellent performance properties, in particular excellent corrosion resistance even after mechanical Injury and excellent intercoat adhesion. Besides, they are the laminates according to the invention deformable without being mechanically damaged and their excellent corrosion resistance and interlayer adhesion can be reduced.
Die erfindungsgemäßen Laminate sind daher in hohem Maße für die Herstellung von Formteilen geeignet, wie sie bei der Herstellung von Automobilen, Flugzeugen, Schiffen, Möbeln, Türen, Fenstern, Verkleidungen für Bauwerke im Innen- und Außenbereich, Bauteilen und Gehäusen für Maschinen jeder Art oder Container und Emballagen eingesetzt werden.The laminates according to the invention are therefore to a great extent for the Production of moldings suitable, as in the production of automobiles, aircraft, ships, furniture, doors, windows, panels for buildings indoors and outdoors, Components and housings for machines any kind or container and packaging are used.
Beispiele und VergleichsversucheExamples and Comparative Experiments
Herstellbeispiel 1Production Example 1
Die Herstellung einer zinkhydroxydhaltigen Schicht (A1) auf einer ZinkoberflächeThe production of a zinc hydroxide-containing layer (A1) on a zinc surface
Eine mit einem Argonplasma gereinigte Zinkoberfläche wurde einer Mikrowellen-Glimmentladung, die mit Hilfe eine Linearquelle erzeugt wurde, in einer reinen Wasseratmosphäre ausgesetzt. Es resultierte eine zinkhydroxidhaltige Schicht einer Dicke von 5 nm. Die Gegenwart der Hydroxydgruppen konnte mit Hilfe der FTIR-Spektroskopie anhand der charakteristischen Signale der HO-Gruppen und der Zn(OH)2-Gruppen neben dem Signal der ZnO-Gruppen nachgewiesen werden.An argon plasma cleaned zinc surface was exposed to a microwave glow discharge generated by a linear source in a pure water atmosphere. The presence of the hydroxide groups was detected by FTIR spectroscopy using the characteristic signals of the HO groups and the Zn (OH) 2 groups in addition to the ZnO group signal.
Die Messung der elektronischen Eigenschaften der Schicht (A) mittels der Raster-Kelvinsonde gemäß dem Artikel von G. Grundmeier und M. Stratmann, "Influence of Oxygen and Argon Plasma Treatments on the Chemical Structure and Redox State of Oxide Covered Iron", Applied Surface Science, Band 141, Seiten 43 bis 56, 1999, ergab, dass sich ihre elektronischen Struktur (gemessenes Potential E: -200 mV) von der im CD-Zustand vor der Plasmabehandlung (gemessenes Potential E: -1.000 mV) und von der im Zustand nach einer Behandlung mit einem sauerstoffhaltigen Plasma (gemessenes Potential E: +100 mV) wesentlich unterschied.The measurement of the electronic properties of the layer (A) by means of the raster Kelvin probe according to the article by G. Grundmeier and M. Stratmann, "Influence of Oxygen and Argon Plasma Treatments on the Chemical Structure and Redox State of Oxide Coated Iron", Applied Surface Science, Vol. 141, pages 43 to 56, 1999, found that their electronic structure (measured potential E: -200 mV) differs from that in the CD state before the plasma treatment (measured potential E: -1000 mV) and that in the Condition significantly lower after treatment with an oxygen-containing plasma (measured potential E: +100 mV) difference.
Herstellbeispiel 2Production Example 2
Die Herstellung einer zinkcarbonathaltigen Schicht (A2) auf einer ZinkoberflächeThe production of a zinc carbonate-containing layer (A2) on a zinc surface
Eine mit einem Argonplasma gereinigte Zinkoberfläche wurde einer Mikrowellen-Glimmentladung, die mit Hilfe eine Linearquelle erzeugt wurde, in einer Kohlendioxidatmosphäre ausgesetzt. Es resultierte eine zinkcarbonathaltige Schicht einer Dicke von 5 nm. Die Gegenwart der Carbonatgruppen konnte mit Hilfe der FTIR-Spektroskopie anhand des charakteristischen Signals der ZnCO3-Gruppen neben den Signalen der Zn(OH)2-Gruppen und der ZnO-Gruppen nachgewiesen werden. Photoelektronenspektren (ESCA) der Schicht (A2) zeigten das charakteristische Signal von Kohlenstoff in Carbonat (CO3 2-), entsprechend einer Bindungsenergie von 290,5 eV.An argon plasma-cleaned zinc surface was exposed to a microwave glow discharge generated by a linear source in a carbon dioxide atmosphere. The presence of the carbonate groups could be detected by FTIR spectroscopy on the basis of the characteristic signal of the ZnCO 3 groups in addition to the signals of the Zn (OH) 2 groups and the ZnO groups. Photoelectron spectra (ESCA) of layer (A2) showed the characteristic signal of carbon in carbonate (CO 3 2- ), corresponding to a binding energy of 290.5 eV.
Die Messung der elektronischen Eigenschaften der Schicht (A2) mittels der Raster Kelvinsonde gemäß dem Artikel von G. Grundmeier und M. Stratmann, "Influence of Oxygen and Argon Plasma Treatments on the Chemical Structure and Redox State of Oxide Covered Iron", Applied Surface Science, Band 141, Seiten 43 bis 56, 1999, ergab, dass sich ihre elektronischen Struktur (gemessenes Potential E: ±0 mV) von der im Zustand vor der Plasmabehandlung (gemessenes Potenti al E: -1.000 mV) und von der im Zustand nach einer Behandlung mit einem sauerstoffhaltigen Plasma (gemessenes Potential E: + 100 mV) wesentlich unterschied.The Measurement of the electronic properties of the layer (A2) by means of the grid Kelvin probe according to the article by G. Grundmeier and M. Stratmann, "Influence of Oxygen and Argon Plasma Treatments on the Chemical Structure and Redox State of Oxide Covered Iron ", Applied Surface Science, Volume 141, pages 43 to 56, 1999, found that their electronic structure (measured potential E: ± 0 mV) from that in the state before the plasma treatment (measured Potenti al E: -1,000 mV) and in the state after treatment with a oxygen-containing plasma (measured potential E: + 100 mV) substantially difference.
Herstellbeispiel 3 (Vergleich)Production Example 3 (Comparison)
Die Herstellung einer Zinkoxidschicht auf einer ZinkoberflächeThe production of a Zinc oxide layer on a zinc surface
Eine mit einem Argonplasma gereinigte Zinkoberfläche wurde einer Mikrowellen-Glimmentladung, die mit Hilfe eine Linearquelle erzeugt wurde, in einer reinen Sauerstoffatmosphäre ausgesetzt. Es resultierte eine Zinkoxidschicht einer Dicke von 5 nm. Die oxidische Natur der Schicht konnte mit Hilfe der FTIR-Spektroskopie anhand des charakteristischen Signals der ZnO-Gruppen nachgewiesen werden. Signale von HO-Gruppen und Zn(OH)2-Gruppen waren nicht zu beobachten.An argon plasma-cleaned zinc surface was exposed to a microwave glow discharge generated by a linear source in a pure oxygen atmosphere. This resulted in a zinc oxide layer with a thickness of 5 nm. The oxidic nature of the layer could be detected by means of FTIR spectroscopy on the basis of the characteristic signal of the ZnO groups. Signals from HO groups and Zn (OH) 2 groups were not observed.
Die Messung der elektronischen Eigenschaften der Zinkoxidschicht mittels der Raster-Kelvinsonde gemäß dem Artikel von G. Grundmeier und M. Stratmann, "Influence of Oxygen and Argon Plasma Treatments on the Chenücal Structure and Redox State of Oxide Covered Iron", Applied Surface Science, Band 141, Seiten 43 bis 56, 1999, ergab, dass sich ihre elektronischen Struktur (gemessenes Potential E: +100 MV) von der der Schicht (A1) (gemessenes Potential E: -200 mV) und von der der Schicht (A2) (gemessenes Potential E: ±0 mV) wesentlich unterschied.The Measurement of the electronic properties of the zinc oxide layer by means of the raster Kelvin probe according to the article by G. Grundmeier and M. Stratmann, "Influence of Oxygen and Argon Plasma Treatments on the Chenücal Structure and Redox State of Oxide Covered Iron ", Applied Surface Science, Volume 141, Pages 43 to 56, 1999, revealed that their electronic structure (measured potential E: +100 MV) from that of the layer (A1) (measured Potential E: -200 mV) and of the layer (A2) (measured potential E: ± 0 mV) significantly different.
Beispiele 1 und 2 und Vergleichsversuch V 1Examples 1 and 2 and Comparative experiment V 1
Die Herstellung erfindungsgemäßer Plasmapolymerbeschichtungen (Beispiele 1 und 2) und einer nicht erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtung (Vergleichsversuch V 1)The preparation of plasma polymer coatings according to the invention (Examples 1 and 2) and a non-inventive plasma polymer coating (Comparative experiment V 1)
Für das Beispiel 1 wurde das Substrat mit der Schicht (A1) des Herstellbeispiels 1 verwendet.For the example 1 became the substrate with the layer (A1) of the preparation example 1 used.
Für das Beispiel 2 wurde das Substrat mit der Schicht (A2) des Herstellbeispiels 2 verwendet.For the example 2 became the substrate with the layer (A2) of the preparation example 2 used.
Für den Vergleichsversuch V 1 wurde das Substrat mit der Schicht (A3) des Herstellbeispiels 3 verwendet.For the comparative experiment V 1 became the substrate with the layer (A3) of the preparation example 3 used.
Die Plasmapolymerschichten (B) der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsversuchs V 1 wurden unter gleichen Bedingungen in der Anlage, wie sie in dem Artikel von G. Grundmeier und M. Stratmann, "Plasma Polymerization – a New and Promising Way For The Corrosion Protection of Steel", Materials and Corrosion, Band 49, Seiten 150 bis 160, 1998, beschrieben wird, hergestellt. Es wurde das Plasmapolymer gemäß der Dissertation von G. Grundmeier, "Grenzflächenchemische und korrosionsanalytische Untersuchungen von Plasmapolymerbeschichtungen auf Stahl", Technische Fakultät der Universität Erlangen Nürnberg, 1997, Seiten 140 und 141, verwendet. Die Verfahrensparameter sind der Tabelle 1 zu entnehmen.The Plasma polymer layers (B) of Examples 1 and 2 and the comparative experiment V 1 were used under the same conditions in the plant as in the article by G. Grundmeier and M. Stratmann, "Plasma Polymerization - a New and Promising Way For The Corrosion Protection Of Steel ", Materials And Corrosion, Vol 49, pages 150 to 160, 1998. It was the plasma polymer according to the thesis by G. Grundmeier, "Interface Chemical and corrosion analysis of plasma polymer coatings on steel ", Technical Faculty the University Erlangen Nuremberg, 1997, pages 140 and 141. The process parameters are to see Table 1.
Tabelle 1: Abscheidung der Plasmapolymeren (B) und ihre Funktionalisierung mit Sauerstoffplasma (C) Table 1: Separation of plasma polymers (B) and their functionalization with oxygen plasma (C)
Es resultierten erfindungsgemäße Plasmapolymerbeschichtungen (Beispiele 1 und 2) und eine nicht erfindungsgemäße Plasmapolymerbeschichtung (Vergleichsversuch V 1) mit Plasmapolymerschichten (B) einer Stärke von 20 nm.It resulted plasma polymer coatings according to the invention (Examples 1 and 2) and a non-inventive plasma polymer coating (Comparative experiment V 1) with plasma polymer layers (B) of a thickness of 20 nm.
Beispiele 3 und 4 und Vergleichsversuch V 2Examples 3 and 4 and Comparative experiment V 2
Die Herstellung erfindungsgemäßer Laminate (Beispiele 3 und 4) und nicht erfindungsgemäßer Laminate (Vergleichsversuche V 2 und V 3)The production of laminates according to the invention (Examples 3 and 4) and non-inventive laminates (Comparative Experiments V 2 and V 3)
Für das Beispiel 3 wurde das Substrat mit der erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtung, des Beispiels 1 verwendet.For the example 3 became the substrate with the plasma polymer coating according to the invention, used in Example 1.
Für das Beispiel 4 wurde das Substrat mit der erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtung des Beispiels 2 verwendet.For the example 4 became the substrate with the plasma polymer coating according to the invention used in Example 2.
Für den Vergleichsversuch V 2 wurde das Substrat mit der nicht erfindungsgemäßen Plasmapolymerbeschichtung des Vergleichsversuchs V 3 verwendet.For the comparative experiment V 2 became the substrate with the plasma polymer coating not according to the invention of Comparative Experiment V 3 used.
Für den Vergleichsversuch V 3 wurde ein Substrat verwendet, das nicht mit einer Plasmapolymerbeschichtung versehen war.For the comparative experiment V 3 used a substrate that was not coated with a plasma polymer was provided.
Plasmapolymerbeschichtungen der Beispiele 3 und 4 und der Vergleichsversuche V 2 und V 3 wurden unmittelbar nach ihrer Herstellung partiell mit einem Klebeband bedeckt, wonach das Klebeband und die freie Oberfläche der Polymerbeschichtungen (Beispiele 3 und 4 und Vergleichsversuch V 2) sowie die freie Metalloberfläche (Vergleichsversuch V 3) mit einem Zweikomponentenklarlack auf der Basis Epoxid-Amin beschichtet wurden. Nach der Aushärtung der Lackschichten wurden die Klebebänder abgezogen. Da die Lackierungen nicht auf den Klebebändern hafteten, resultierten beim Abziehen definierte Defekte an der Grenze zwischen Plasmapolymerbeschichtung und Lackierung (Beispiele 3 und 4 und Vergleichsversuch V 2) beziehungsweise zwischen Metalloberfläche und Lackierung (Vergleichsversuch V 3). Nach der Befüllung der Defekte mit 0,5 M Kochsalzlösung wurde die Delamination der Lackierungen durch ortsaufgelöste Messungen der jeweiligen Unterwanderungsgeschwindigkeit mit Hilfe der Raster Kelvinsonde gemessen. Je geringer die Unterwanderungsgeschwindigkeit war, desto höher war die Korrosionsschutzwirkung und die Zwischenschichthaftung. Zu den Einzelheiten wird auf die Dissertation von A. Leng, "Untersuchungen zur Delamination polymerbe schichteter Eisenoberfläche" Fortschrittsberichte VDI, Reihe 5, Nr. 416, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1995, insbesondere die Seiten 18 bis 28, die Dissertation von W. Fürbeth, "Untersuchungen zur Delamination von Polymerbeschichtungen auf verzinkten Stahloberflächen", Fortschrittsberichte VDI, Reihe 5, Nr. 512, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1995, insbesondere die Seiten 36 bis 38, oder den Artikel von W. Fürbeth, G. Grundmeier und M. Stratmann, "Enthaftung organischer Beschichtungen von Metalloberflächen", Farbe + Lack, Band 102, Heft 11, Seiten 78 bis 84, 1996, verwiesen.Plasma polymer coatings of Examples 3 and 4 and Comparative Experiments V 2 and V 3 were partially covered with an adhesive tape immediately after their preparation, after which the adhesive tape and the free surface of the polymer coatings (Examples 3 and 4 and Comparative Experiment V 2) and the free metal surface (Comparative Experiment V 3) were coated with a two-component clearcoat based on epoxy-amine. After curing of the paint layers, the adhesive tapes were peeled off. Since the coatings did not adhere to the adhesive tapes, defined defects resulted at the boundary between plasma polymer coating and coating (Examples 3 and 4 and Comparative Experiment V 2) or between the metal surface and the coating (Comparative Experiment V 3). After filling the defects with 0.5 M saline, the delamination of the coatings was measured by spatially resolved measurements of the respective undercrossing speed using the raster Kelvin probe. The lower the sub-migration speed was, the higher the anticorrosion effect and the inter-layer adhesion. For details, the dissertation by A. Leng, "Studies on the Delamination of polymer-coated iron surface" Progress Reports VDI, Series 5, No. 416, VDI-Verlag, Dusseldorf, 1995, especially pages 18 to 28, the dissertation of W. Fürbeth, "Studies on the Delamination of Polymer Coatings on Galvanized Steel Surfaces", Progress Reports VDI, Series 5, No. 512, VDI-Verlag, Dusseldorf, 1995, especially pages 36 to 38, or the article by W. Furbeth, G. Grundmeier and M. Stratmann, "Enthaftung organic coatings of metal surfaces", paint + paint, Volume 102, Issue 11, pages 78 to 84, 1996, referenced.
Es
resultierte die folgende Reihenfolge der Unterwanderungsgeschwindigkeit:
Laminat
V 3 >>Laminat V 2> Laminate Beispiele
3 und 4.
Außerdem
ließen
sich die Laminate der Beispiele 3 und 4 ohne Beschädigung durch
Tiefziehen verformen.This resulted in the following order of sub-migration speed:
Laminate V 3 >> Laminate V 2> Laminates Examples 3 and 4.
In addition, the laminates of Examples 3 and 4 could be deformed without damage by deep drawing.
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