DE4308633C2

DE4308633C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung unbeschichteter Kunststoff-Folien

Info

Publication number: DE4308633C2
Application number: DE19934308633
Authority: DE
Inventors: Gregor Fischer; Helmut Grimm; Gerard Loebig; Norbert Ros; Gerhard Steiniger
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1993-03-18
Filing date: 1993-03-18
Publication date: 2001-07-19
Anticipated expiration: 2013-03-19
Also published as: DE4308633A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtugn zur Durchführung des Verfahrens für die Behandlung unbeschichteter Kunststoff-Folien oder -bänder, beispielsweise aus Polyprophylen-PP, Polyethylen PE oder Polyethylen terephtalat PET, in einer Vakuum-Behandlungskammer mit einer Glimmkatode.

Kunststoff-Folien werden sowohl im industriellen wie auch im privaten Bereich in den unterschiedlichsten Anwendungsgebieten eingesetzt.

So werden beispielsweise für Verpackungszwecke transparente - oder Aliumi nium Barriereschichten auf Folien aus oben genannten Materialien aufgedampft oder die unbeschichtete Grundfolie für eine Weiterverarbeitung konditioniert.

Für alle Behandlungsschritte ist jedoch eine gute Benetzbarkeit und Haftfähig keit der Folien für z. B. Farben, Kleber oder metallisierte Schichten von ent scheidender Bedeutung.

Hauptsächlich verantwortlich hierfür ist die Oberflächenstruktur und der chemi sche Aufbau der Folie. Durch eine Modifikation von oberflächennahen Schichten kann z. B. die Oberflächenspannung erhöht werden und somit eine Verbesserung z. B. der Klebekraft erreicht werden.

Zur Zeit werden Folie durch eine Corona-Behandlung unter atmosphärischen Bedingungen mit einer modifizierten Oberfläche versehen. Dieses Verfahren ist aber für bestimmte Anwendungen wie z. B. wasserlösliche Kleber nicht ausrei chend.

Eine Corona-Behandlung wird beispielsweise in der Zeitschrift Technische Rund schau 17/88, Seiten 20 bis 23, angesprochen. Dabei wird mittels elektrischer Hochfrequenz-Teilentladungen ein Plasma erzeugt, das zur Oxidation allerober ster ein oder zwei Moleküllagen der Folie bei Atmosphärendruck führt und da durch die Haftfähigkeit an der Folienoberfläche verbessert.

Eine vergleichbare, aber noch tiefere Einwirkung in die Oberfläche der Folie wird mit der in demselben Zeitschriftenartikel beschriebenen, höherenergeti schen Plasmaentladung bei Unterdruck erzielt, bei der die Entladung fließend und raumausfüllend erfolgt. Bei der dazu beschriebenen Verwendung von zwei einander gegenüberliegenden Elektroden, zwischen denen das Plasma erzeugt wird und zwischen denen die zu behandelnde Folie hindurchgeführt wird, kann es auch zwischen den mit Wechselstrom beaufschlagten Elektroden und der Un terdruckkammer zu einer unerwünschten Plasmaausbildung kommen.

Desweiteren wird in dem zitierten Artikel eine Plasmapolymerisation referiert, bei der im Niederdruck ein inertes Trägergas verwendet wird.

Aus der Zeitschrift Modern Plastics International, Oktober 90, Seiten 74 bis 79, ist im Zusammenhang mit der Oberflächenbehandlung von Kunststoff unter Verwendung von Plasma die Nutzung von Sauerstoff, Stickstoff oder eines iner ten Gases bekannt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, ein Verfahren und eine Vorrich tung anzugeben, so daß die Haftfähigkeit der Folienoberfläche spürbar verbes sert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß gemäß Anspruch 1 in einer von einem Abschirmkasten umschlossenen Reaktionszone vor der mit Gleichstrom betriebenen Glimmkatode ein Niederdruckplasma erzeugt wird, wo bei gemäß Anspruch 3 vorzugsweise als Prozeßgas entweder Argon, Chlor, Fluor oder Sauerstoff oder ein Gemisch aus Argon und Sauerstoff eingelassen wird und der Anteil des Sauerstoffs im Gemisch im Bereich von 1 bis 5 Volumenprozent liegt.

Dabei wird die Folie einer Glimmentladung im Druckbereich von 10^-1bis 10^-2 mbar ausgesetzt.

Durch die im Plasma erzeugten angeregten Ionen und ionisier ten Atome des Arbeitsgases entsteht mit Vorteil eine Oxida tion der Folienoberfläche, was zu einer erhöhten Oberflächen spannung, einer verbesserten Haftung und einer besseren Barriereeigenschaft führt.

Durch Reinigen der Folienoberfläche von im wesentlichen Wasser und Staub ist bei gleichbleibender Abdampfrate auf der Folie vorteilhafterweise eine größere aufzubringende Schichtdicke erreichbar als ohne Vorbehandlung.

Die Behandlung kann beispielsweise in Bandbeschichtungsan lagen sehr ökonomisch mit Foliengeschwindigkeiten von mehreren Metern pro Sekunde durchgeführt werden.

Weitere Ausführungsmöglichkeiten und Merkmale sind in den Unteransprüchen näher beschrieben und gekennzeichnet.

Die Erfindung läßt die verschiedensten Ausführungsmöglich keiten zu; zwei davon sind in den anhängenden Zeichnungen näher dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsge mäßen Behandlung einer unbeschichteten Folie,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, mit der eine Folie mittels eines Plasmas behandelt und anschließend beschichtet wird.

In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Vorrich tung gezeigt, mit der eine Kunststoff-Folie behandelt wird. In einer Vakuumkammer 1, die über einen Absaugstutzen 2 auf etwa 10^-2 mbar evakuiert wird, befindet sich eine Umlenkwalze 3, die eine von einer nicht dargestellten Abwickelkammer an kommenden Folie 4 in eine Reaktionszone 5 nach unten umlenkt, von der aus diese wieder nach oben gelenkt und als abgehende Folie 6 einer nicht dargestellten Aufwickelwalze zugeführt wird. Gegenüber der Zone 5 ist eine Glimmkatode 7 angeordnet, die mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle 8 ver bunden ist. Eine elektrische Zuführungsleitung 9 von der Spannungsquelle 8 zur Elektrode 7 ist durch eine Isolierung 10 in die Kammer geführt. Unterhalb der Katode 7 befindet sich ein elektrisch isolierter Abschirmkasten 13, der ver hindert, daß sich ein Plasma zwischen der Katode 7 und der Kammer 1 ausbildet.

Wird die Elektrode 7 an negatives Potential gelegt, so bildet sich zwischen dem Bereich 5 und der Elektrode 7 ein Plasma 11 aus. Dieses Plasma besteht beispielsweise aus einem Sauer stoff-Argon-Gemisch, das über einen Einführstutzen 12 in die Kammer 1 eingeführt wird. Statt einer einfachen Glimmkatode 7 könnte auch eine Magnetronkatode zum Einsatz kommen.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der eine Folie zunächst mittels Plasma vorbehandelt wird. Ein Gehäuse 20 ist hierbei in zwei Kammern 21, 22 unterteilt, die durch eine Wand 23 voneinander getrennt sind. In der oberen Kammer 21 befindet sich eine Abwickelwalze 24, von der eine unbe schichtete und bandförmige Folie 25 über Umlenkwalzen 26, 26', . . . einer Beschichtungswalze 27 zugeführt ist.

Die Folie 25 läuft dabei zunächst über die Umlenkwalzen 26, 26', . . . zu einer Glimmkatode 7, die sich in der Kammer 21 befindet. Zwischen dieser Katode 7 und der unbeschichteten Folie liegt ein Plasma 11, durch das die Folie 25 behandelt wird. In der oberen Kammer 21 herrscht in diesem Fall ein Druck von etwa 10^-2 mbar, während in der unteren Kammer 22 ein Druck kleiner 10^-2 mbar herrscht. Über weitere Umlenk walzen 28, 28', . . . wird die behandelte Folie 29 auf eine Aufwickelwalze 30 gewickelt.

Die Katode 7 kann auch an einer anderen Stelle angeordnet sein, die mit der Bezugszahl 7' bezeichnet ist. Diese zwi schen den Walzen 24 und 26, 26', . . . angeordnete Elektrode 7' kann mit einem eigenen Gehäuse 13' umgeben sein, in welches Gas eingegeben wird. Der Druck von 10^-2 mbar braucht dann nur innerhalb des Gehäuses 13' aufrechterhalten zu werden.

Unterhalb der Beschichtungswalze 27 ist ein Tiegel 31 ange ordnet, in dem sich ein Beschichtungsmaterial befindet, z. B. SiO oder Al. Dieses Beschichtungsmaterial wird verdampft und schlägt sich auf der Folie 25 als dünne Schicht nieder.

Auflistung der Einzelteile

1

Vakuum-Behandlungskammer

2

Absaugstutzen

3

Umlenkwalze

4

Folie

5

,

5

' Reaktionszone

6

Folie

7

,

7

' Glimmkatode

8

,

8

' Gleichspannungsquelle

9

Zuführungsleitung

10

Isolierung

11

,

11

' Plasma

12

,

12

' Einführstutzen

13

,

13

' Abschirmkasten

20

Gehäuse, Vakuumbehandlungskammer

21

Kammer

22

Kammer

23

Wand

24

Abwickelwalze

25

Folie

26

,

26

', . . . Umlenkwalze

27

Beschichtungswalze

28

,

28

', . . . Umlenkwalze

29

Folie

30

Aufwickelwalze

31

Tiegel

Claims

1. Vorrichtung zur Behandlung unbeschichteter Kunststoffolien (4, 25) oder -bänder in einer Vakuumbehandlungskammer (1) mit mindestens einer in dieser angeordneten Walze (3, 17) zur Führung und zum Transport der Folie (4, 25) in der Kammer und mit mindestens einer innerhalb eines zur Folie offenen, an eine Prozeßgasquelle angeschlossenen Abschirm kastens (13, 13') angeordneten, mit Gleichstrom betriebenen Glimmkathode (7, 7'), wobei in der vom Abschirmkasten (13, 13') umschlossenen Reaktionszone (5) zwischen Folie (4, 25) und Kathode (7, 7') ein Niederdruck-Plasma (11) bei einem Druck im Bereich von 10^-1 bis 10^-2 mbar brennt und die Folien (4, 25) oder Bänder an der Reaktionszone (5) und anschließend an einem Tiegel (31) zum Verdampfen eines Beschichtungsmaterials vorbeibewegt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschirmkasten (13, 13') elektrisch isoliert und auf floatendes Potential geschaltet ist.

3. Verfahren gekennzeichnet durch die Benutzung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 für die Behandlung unbeschichteter Folien (4, 25) oder Bänder aus Polyprophylen - PP, Polyethylen - PE oder Polyethylenterephtalat - PET in einer Vakuumbehandlungskammer (1), wobei für das in der Reaktionszone (5) zwischen Folie (4, 25) und Kathode (7, 7') erzeugte Niederdruckplasma (11) Argon, Chlor, Fluor oder Sauerstoff oder ein Gemisch aus Argon und Sauerstoff eingelassen und der Anteil des Sauerstoffs im Bereich von 1 bis 5 Volumenprozent gehalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Folien (4, 25) oder Bänder eine Al oder Si enthaltende Schicht aufbringbar ist.