DE69923563T2

DE69923563T2 - Trennfolie zur verwendung in reaktiven multikomponenten-urethansystemen und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE69923563T2
Application number: DE69923563T
Authority: DE
Inventors: I. Judith GLASSOCK
Original assignee: SD Warren Services Co
Current assignee: SD Warren Services Co
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: AU4413499A; US20020076500A1; JP2002520183A; US6355343B1; CN1312740A; NZ508672A; ATE288323T1; KR20010079516A; WO2000002669A1; CA2334698C; JP3606809B2; EP1098715B1; EP1098715B9; AU750016B2; PT1098715E; TR200100033T2; CA2334698A1; EP1098715A1; DE69923563D1; KR100445439B1

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mehrlagige Trennfolie, die eine zur Abformung vorgesehene Oberfläche mit einem Oberflächeneffekt bietet. Insbesondere betrifft die Erfindung eine mehrlagige Trennfolie, die eine zur Abformung vorgesehene Oberfläche mit einem Oberflächeneffekt zur Anwendung in mehrkomponentigen reaktiven Urethansystemen bietet. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Trennfolie. Der vorliegend verwendete Begriff „Oberflächeneffekt" soll dreidimensionale Reliefmuster, Texturen oder Prägungen und im Wesentlichen flache Oberflächenausgestaltungen, wie hochglänzende Spiegelausgestaltungen umfassen.
Es existieren zahlreiche Verfahren, bei denen ein Kunststofffilm oder -folie auf oder an einer Trennfolie ausgebildet und dann nach dem Abkühlen oder Härten zum Verfestigen des Kunststoffmaterials von der Trennfolie abgelöst wird. Die gegebenenfalls erforderliche Härtung kann durch Wärme, einen Peroxidkatalysator, UV-Strahlung oder Elektronenstrahlung erreicht werden. Die Trennfolie bietet eine Oberfläche, von der sich das verfestigte Kunststoffmaterial ohne weiteres abtrennen lässt, und verleiht der Oberfläche des Kunststoffmaterials die Qualität der Oberflächenausgestaltung der Trennoberfläche. Z. B. kann man eine gewünschte texturierte Oberfläche auf der Oberfläche des Kunststoffmaterials ausbilden, indem man das Kunststoffmaterial auf oder an einer Trennfolie mit einer texturierten Oberfläche ausformt, die das Spiegelbild der gewünschten texturierten Oberfläche darstellt.
Ein Beispiel derartiger Ausformverfahren ist das „Gießen", wobei ein harzartiges Material, wie Polyvinylchlorid oder ein Polyurethanharz in fließfähigem Zustand auf der Trennfolienoberfläche abgeschieden oder „gegossen", erwärmt, gehärtet und abgekühlt wird, um das harzartige Material zu einem zusammenhängenden selbsttragenden Film zu verfestigen, und von der Trennfolie abgezogen wird. Die Trennfolie ist üblicherweise mit einem Oberflächeneffekt, wie Hochglanz, einer Texturierung oder einer geprägten Konfiguration versehen und der Oberflächeneffekt wird auf dem gegossenen Film abgeformt.
Ein spezialisierteres Gießverfahren bedient sich eines harzartigen Materials in Form mehrkomponentiger reaktiver Urethansysteme. Im Allgemeinen werden Polyurethan-Gießmaterialien durch Umsetzung eines Diisocyanats und eines Polyols unter Bildung eines Urethans hergestellt. Die Filmeigenschaften des Polyurethans können für den jeweiligen Endzweck maßgeschneidert werden, indem man die Anteile und die Chemie der Diisocyanat- und Polyolkomponenten variiert. Die meisten Polyurethane werden in der „unverdünnten" oder vorreagierten Form eingesetzt. Mehrkomponentige reaktive Urethane sind vor dem Gießen jedoch nicht vorreagiert. Die Diisocyanat- und Polyolkomponenten sowie weitere Additive, wie Vernetzer und Beschleuniger, werden auf das Substrat in separater Form aufgetragen. Die Umsetzung erfolgt in situ.
Trennfolien zur Anwendung in den oben beschriebenen Gießverfahren werden üblicherweise durch Beschichten, Behandeln oder Imprägnieren eines Papierflächengebildes oder eines anderen Substrats mit einer Trennbeschichtung hergestellt, die Materialien wie Polymethylpenten, Polypropylen, Polyfluorkohlenwasserstoffe, Silikonöl, thermisch härtende Silikonharze und andere übliche Trennmittel umfasst. Die Oberflächeneffekte werden üblicherweise durch eines einer Reihe von Verfahren auf der Trennfolie ausgebildet. Man kann die Trennbeschichtung zu einem glatten Oberflächenglanz trocknen oder Oberflächeneffekte, wie eine Texturierung oder Prägung durch mechanische Mittel in der Beschichtung ausbilden, die man entweder vor dem Beschichten in die Papieroberfläche oder nach dem Auftrag der Beschichtung in das Papier einprägt.
Die US 4,289,821 (Gray et al.) und US 4,322,450 (Gray et al.) offenbaren Verfahren zur Herstellung von Oberflächeneffekten in einer Trennbeschichtung auf einer Trennfolie zur Anwendung in Gießverfahren. Bei einem beschriebenen Verfahren bringt man eine Beschichtung eines durch Elektronenstrahlung härtbaren Materials auf die Oberfläche eines Vliessubstrates, presst die beschichtete Seite des Substrats gegen eine Abformoberfläche mit dem gewünschten Oberflächeneffekt, damit sich die Beschichtung der Abformoberfläche anpasst, bestrahlt die Beschichtung mit Elektronenstrahlung zum Aushärten der Beschichtung und zieht das Substrat von der Abformoberfläche ab, wobei die gehärtete Beschichtung am Substrat haftet. Die Abformoberfläche ist vorzugsweise eine Metallwalze, in deren Oberfläche entweder ein Muster eingraviert ist oder die eine hochpolierte glatte Oberfläche aufweist. Ein wichtiger Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Muster oder die Ausgestaltung der Abformoberfläche in der gehärteten Beschichtung mit im Wesentlichen 100 %iger Genauigkeit reproduziert wird. Das Verfahren ermöglicht die Abformung sehr feiner Muster, wie der Maserung von Holz oder Leder auf der Oberfläche eines auf der Trennfolie gegossenen Kunststoffs.
Die US 4,311,766 (Mattor) und 4,327,121 (Gray) offenbaren Elektronenstrahl-härtbare Beschichtungsmittel, die Acryl-funktionelle Materialien und Silikontrennmittel umfassen. Man kann diese Beschichtungen z. B. in den in den US 4,289,821 und 4,322,450 beschriebenen Verfahren verwenden, um eine zur Abformung vorgesehene Oberfläche einer Trennfolie mit im Wesentlichen 100 %iger Genauigkeit zu reproduzieren.
Trennfolien mit Acryl-funktionellen Trennschichten sind erfolgreich bei Gießsystemen eingesetzt worden, die z. B. Polyvinylchlorid oder vorreagiertes Polyurethan verwenden. Diese Trennfolien bieten jedoch beim Einsatz mit mehrkomponentigen reaktiven Urethan-Gießsystemen üblicherweise keine ausreichenden Trenneigenschaften.
Einige Trennfolien funktionieren gut mit mehrkomponentigen reaktiven Urethan-Gießsystemen, z.B. Trennfolien aus extrudiertem Polypropylen oder Poly-4-methylpenten. Diesen Trennfolien fehlt jedoch häufig die Genauigkeit der Abformung, die durch die in den oben genannten Patenten beschriebenen Trennfolien erreicht wird. Es besteht ein Bedürfnis nach Trennfolien, die eine zur Abformung vorgesehene Oberfläche mit einem gewünschten Oberflächeneffekt bei im Wesentlichen 100 %iger Genauigkeit zur Verwendung in mehrkomponentigen reaktiven Urethan-Gießsystemen bieten.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt mehrlagige Trennfolien bereit, die eine zur Abformung vorgesehene Oberfläche mit einem Oberflächeneffekt bieten. Die Erfindung betrifft außerdem mehrlagige Trennfolien zur Verwendung in mehrkomponentigen reaktiven Urethan-Gießsystemen. Die Erfindung stellt außerdem mehrlagige Trennfolien mit einer ersten Schicht einer acrylfunktionellen Beschichtung, die den Oberflächeneffekt aufweist, und einer zweiten Schicht einer Silikontrennbeschichtung, die die Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung bedeckt, bereit. Die Erfindung betrifft auch Verfahren zur Herstellung derartiger mehrlagiger Trennfolien.
In einem Aspekt stellt die Erfindung eine zur Anwendung beim abformenden Gießen härtbarer Urethanzusammensetzungen geeignete Trennfolie bereit, die einen Oberflächeneffekt bietet und die im Anspruch 1 angegebenen Komponenten a), b) und c) umfasst.
Bevorzugte Ausführungsformen weisen eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf. Bei dem Substrat handelt es sich um Papier. Die Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung ist vorzugsweise eine Elektronenstrahl-polymerisierte acrylfunktionelle Schicht. Die acrylfunktionelle Schicht umfasst vorzugsweise ein Acrylat-Oligomer, ein unter monofunktionellen Acrylaten, multifunktionellen Acrylaten und Gemischen davon ausgewähltes Monomer, und 2 % oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der festen Beschichtung, eines Siloxantrennmittels. Das Siloxantrennmittel ist vorzugsweise ein aminofunktionelles Siloxantrennmittel. Das aminofunktionelle Siloxantrennmittel macht vorzugsweise weniger als 1 %, insbesondere weniger als 0,25 % der acrylfunktionellen Schicht aus und ist am meisten bevorzugt vollständig daraus entfernt.
Die Schicht der Silikontrennbeschichtung umfasst Polyvinylalkohol in einer Menge von nicht mehr als 90 Teilen, 100 Teile oder weniger eines komplexen reaktiven organofunktionellen Siloxantrennkraftreglers, eine Beschichtung in Form einer Emulsi on eines reaktiven organofunktionellen Siloxans in einer Menge von nicht mehr als 90 Teilen, einen unter Platinkomplexen und Zinnkomplexen ausgewählten Katalysator in einer Menge von 10 bis 20 Teilen und ein nichtionisches Oberflächennetzmittel mit Polyoxyethylengruppen in einer Menge von 2 bis 12 Teilen.
Das nichtionische Oberflächennetzmittel ist vorzugsweise ein Netzmittel in Form eines Silikonglykolcopolymers. Der Katalysator ist vorzugsweise ein Katalysator in Form eines Platinkomplexes. Der vorliegend verwendete Begriff „Teile" bedeutet Teile auf Trockengewichtsbasis.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer mehrlagigen Trennfolie mittels der in Anspruch 17 angegebenen Schritte a) bis f) bereit.
Bevorzugte Verfahren weisen eines oder mehrere der folgenden Merkmale auf. Der Press- und Härtungsschritt werden gleichzeitig durchgeführt. Der erste Härtungsschritt wird vorzugsweise durch Strahlungshärtung erreicht, insbesondere mittels Härtung durch Elektronenstrahlung. Der Auftragsschritt erfolgt vorzugsweise mit der Sprühpistole.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematischer seitlicher Querschnitt eines Ausschnitts einer erfindungsgemäßen Trennfolie;
2 ist ein Graph, der den 60°-Glanz eines auf der Oberfläche der erfindungsgemäßen Trennfolie gegossenen Films in Abhängigkeit von der Polyvinylalkoholmenge im Film zeigt;
3 ist ein Graph, der den Trennwert eines gegossenen Polymers von der Oberfläche der Trennfolien in Abhängigkeit davon zeigt, wie oft die Trennfolien wiederverwendet worden sind.
Genaue Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Mit Bezug auf 1 umfasst eine Trennfolie 10 ein Substrat 11, eine polymerisierte Schicht einer acrylfunktionellen Beschichtung 12, die auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildet ist und einen gewünschten Oberflächeneffekt bietet und eine Schicht einer Silikontrennbeschichtung 13, die auf der polymerisierten Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung 12 ausgebildet ist. Die Trennfolie 10 bietet eine zur Abformung vorgesehene Oberfläche mit einem gewünschten Oberflächeneffekt bei im Wesentlichen 100 %iger Genauigkeit zur Anwendung in mehrkomponentigen reaktiven Urethan-Gießsystemen.
Kurz gefasst umfasst die polymerisierte Schicht 12 vorzugsweise ein Acrylat-Oligomer, ein monofunktionelles Monomer, ein multifunktionelles Monomer zur Vernetzung und ein Siloxantrennmittel in einer Menge von 2 % oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der polymerisierten Beschichtung.
Zu den bevorzugten Acrylat-Oligomeren zählen Urethan-, Epoxy-, Polyester-, Acryl- und Silikonacrylate. Das Oligomer trägt wesentlich zu den Endeigenschaften der Beschichtung bei. Dem Fachmann ist bewusst, wie er das (die) geeignete(n) Oligomer(e) auswählt, um die gewünschten Endeigenschaften zu erhalten. Gewünschte Endeigenschaften für die erfindungsgemäße Trennfolie erfordern typischerweise ein Oligomer, das Flexibilität und Dauerhaftigkeit verleiht. Eine Vielzahl von Acrylat-Oligomeren sind im Handel von UCB Chemicals Corporation erhältlich, wie Ebecryl 6700, 4827, 3200, 1701 sowie 80 und der Sartomer Company, Inc., wie SB-500.
Zu den üblichen monofunktionellen Monomeren zählen Acrylsäure, N-Vinylpyrrolidon, (Ethoxyethoxy)ethylacrylat oder Isodecylacrylat (IDA). Vorzugsweise ist das monofunktionelle Monomer Isodecylacrylat. Das monofunktionelle Monomer dient als Verdünnungsmittel, d.h. es setzt die Viskosität der Beschichtung herab und erhöht die Flexibilität der Beschichtung. Zu den Beispielen monofunktioneller Mono mere zählen SR-395 und SR-440, erhältlich von der Sartomer Company, Inc. und Ebecryl 111, erhältlich von UCB Chemicals Corporation.
Üblicherweise verwendete multifunktionelle Monomere zu Vernetzungszwecken sind Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA), propoxyliertes Glyceryltriacrylat (PGTA), Tripropylenglykoldiacrylat (TPGDA) und Dipropylenglykoldiacrylat (DPGDA). Vorzugsweise ist das multifunktionelle Monomer unter TMPTA, TPGDA und Gemischen davon ausgewählt. Das bevorzugte multifunktionelle Monomer dient als Vernetzer und verleiht der gehärteten Schicht Lösungsmittelbeständigkeit. Zu den Beispielen multifunktioneller Monomere zählen SR-9020, SR-351, SR-9003 und SR-9209, hergestellt von der Sartomer Company, Inc., und TMPTA-N, OTA-480 und DPGDA, hergestellt von UCB Chemicals Corporation.
Die Zusammensetzung kann ein reaktives oder nichtreaktives Silikon, vorzugsweise ein aminofunktionelles Siloxan, als Trennmittel umfassen. Man gibt das Trennmittel dazu, um die Ablösung der acrylfunktionellen Beschichtung von der Abformoberfläche sicherzustellen, die der polymerisierten Beschichtung den gewünschten Effekt verleiht. Siloxane sind im Handel erhältlich von Goldschmidt Chemical Corp., z.B. TEGO Glide ZG-400 und TG RC-704, von Dow Corning Corporation, z. B. 2-8577 Fluid, und von UCB Chemicals Corporation, z. B. Ebecryl 350.
Die Zusammensetzung kann auch Additive einschließen. Zu den typischen Additiven zählen Pigmente, Füllstoffe, Entschäumer, Haftvermittler, Mattierungsmittel, Netzmittel, Gleithilfen und Stabilisatoren. Daneben können viskositätsteuernde Additive, wie kolloidale Kieselsäure oder flüchtige Lösungsmittel, oder Oberflächentexturmaterialien, wie Stärkekörner oder Kieselsäure, mitverwendet werden. Daneben kann man Pigmente oder Füllmaterialien, wie Calciumcarbonat, Titandioxid, Ton, Kieselsäure und dergleichen mitverwenden, um die Kosten der Beschichtung herabzusetzen oder einen opaken Effekt zu erzeugen. Falls zur Härtung der acrylfunktionellen Beschichtung UV-Strahlung verwendet wird, muss die Beschichtung einen Fotoinitiator, z. B. Ebecryl BPO und Ebecryl 7100, im Handel erhältlich von UCB Chemicals Corporation, einschließen.
Die acrylfunktionelle Schicht 12 umfasst vor dem Härten vorzugsweise 10 bis 50 Teile Acrylat-Oligomer, 20 bis 60 Teile monofunktionelles Monomer, z. B. Isodecylacrylat, 20 bis 60 Teile multifunktionelles Monomer, das unter TMPTA, TPGDA und Gemischen davon ausgewählt ist, und ein aminofunktionelles Trennmittel in einer Menge von 2 % oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der acrylfunktionellen Schicht. Insbesondere beträgt das aminofunktionelle Siloxantrennmittel weniger als 1 % und am meisten bevorzugt weniger als 0,25 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der acrylfunktionellen Beschichtung.
Wenn man das aminofunktionelle Siloxantrennmittel in Mengen von mehr als 2 %, bezogen auf das Gesamtgewicht zusetzt, haftet die Schicht der Silikontrennbeschichtung 13 nicht zufriedenstellend an der Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung 12. Außerdem wird die gleichmäßige Verteilung des Überzugs aus dem wässrigen Silikonbeschichtungsmittel beeinträchtigt, was zu einer unzureichenden Trennwirkung und ästhetisch unbefriedigenden Oberflächeneffekten führt.
Damit die Schicht der Silikontrennschichtung 13 angemessen an der acrylfunktionellen Beschichtung haftet, sollte (a) nicht nur die acrylfunktionelle Beschichtung so wenig wie möglich Silikontrennmittel enthalten, dabei aber noch die Ablösung der acrylfunktionellen Beschichtung von der Oberfläche erlauben, die ihr ihren Oberflächeneffekt verleiht, d.h. 2 % oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der acrylfunktionellen Beschichtung, sondern (b) die Schicht der Silikontrennbeschichtung 13 sollte außerdem eine ausreichende Menge eines nichtionischen Oberflächennetzmittels mit Polyoxyethylengruppen enthalten, damit die Schicht der Silikontrennbeschichtung die Oberfläche der Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung 12 im Wesentlichen benetzt, z. B. wenigstens 3 %, bezogen auf das Gesamttrockengewicht der Silikontrennbeschichtung.
Als Beschichtungsbindemittel für die Silikontrennbeschichtung dient Polyvinylalkohol. Man verwendet Polyvinylalkohol auch dazu, den Glanz der Trennfolie und demzufolge den Glanz des Fertigprodukts einzustellen. Polyvinylalkohol ist im Handel von Air Products and Chemicals Inc., z. B. Airvol 107, von E.I. du Pont de Nemours and Company, z. B. Elvanol 71-30, und von Hoechst Celanese Corporation, z.B. Mowiol 30-92, erhältlich.
Zusammen bilden die Silikonemulsion, der Silikonkatalysator und gegebenenfalls der Silikontrennkraftregler ein Silikontrennsystem, das die Ablöseeigenschaften der Trennfolie steuert. Die Beschichtung in Form einer Emulsion eines reaktiven organofunktionellen Siloxans ist die primäre Trennkomponente und bietet stabile Ablöseeigenschaften. Man kann den optionalen Trennkraftregler in Form eines komplexen reaktiven organofunktionellen Siloxans mitverwenden, um die Ablösung des Films von der Oberfläche der Trennfolie einzustellen. Der Silikonkatalysator beschleunigt die Härtung der Silikontrennschicht. Beispiel für Beschichtungen in Form einer Emulsion reaktiver organofunktioneller Siloxane umfassen Syloff 22 und Syloff 7910, hergestellt von der Dow Corning Corporation, und PC-188, hergestellt von Rhodia Silicones North America. Zu den Beispielen für Trennkraftregler in Form komplexer reaktiver organofunktioneller Siloxane zählen Syloff 7921, hergestellt von Dow Corning Corporation, und PC-191, hergestellt von Rhodia Silicones North America. Zu den Beispielen für geeignete Katalysatoren zählen Catalyst 164, ein Zinnkomplexkatalysator, und Syloff 7922, ein Platinkomplexkatalysator, erhältlich von Dow Corning Corporation, und PC-95, ein Platinkomplexkatalysator, erhältlich von Rhodia Silicones North America.
Vorzugsweise ist der Katalysator ein Platinkomplexkatalysator. Ein Platinkomplexkatalysator ist bevorzugt, weil man eine niedrigere Beschichtungsviskosität und eine niedrigere Beschichtungsfeststoffkonzentration, erreichen kann, ohne dass Emulsionsspaltung eintritt, die die Kontinuität der Trennoberfläche beeinträchtigt und zu einer unzureichenden Ablösung und ästhetisch unbefriedigenden Oberflächeneffekten führt. Außerdem gestatten eine niedrige Viskosität und ein niedriger Feststoffgehalt das Aufbringen sehr dünner Beschichtungen, was die Veränderung der Topographie der darunter liegenden acrylfunktionellen Schicht minimiert.
Die zur Ausbildung der Silikontrennschicht 13 verwendete Silikontrennbeschichtung umfasst 90 Teile oder weniger Polyvinylalkohol, insbesondere 70 Teile oder weniger; 100 Teile oder weniger eines Trennkraftreglers in Form eines reaktiven organofunktionellen Siloxans, vorzugsweise 50 bis 90 Teile; 90 Teile oder weniger einer Beschichtung in Form einer Emulsion eines reaktiven organofunktionellen Siloxans, vorzugsweise 50 Teile oder weniger; 10 bis 20 % eines unter einem Platinkomplex und Zinnkomplex ausgewählten Katalysators; und 2 bis 12 Teile (3 bis 20 %, bezogen auf das Gesamttrockengewicht der Silikontrennschicht) eines nichtionischen Oberflächennetzmittels mit Polyoxyethylengruppen, vorzugsweise 4 bis 8 Teile. Vorzugsweise ist das nichtionische Netzmittel ein Silikonglykolcopolymer-Netzmittel.
Um eine zufriedenstellende Verteilung der Silikonbeschichtung auf der acrylfunktionellen Schicht zu erreichen, muss man wenigstens 3 % eines nichtionischen Oberflächennetzmittels mit Polyoxyethylengruppen verwenden. Wenn das nichtionische Netzmittel in Mengen von weniger als 3 %, bezogen auf das Gesamttrockengewicht zugesetzt wird, bleibt die Oberflächenspannung der Silikonbeschichtung größer als die Oberflächenspannung der acrylfunktionellen Schicht, was im Allgemeinen eine schlechte Verteilung erzeugt. Die schlechte Verteilung führt zu unzureichenden Ablösewerten und unbefriedigenden ästhetischen Eigenschaften. Wenn das nichtionische Netzmittel in Mengen von mehr als 20 %, bezogen auf das Gesamttrockengewicht, zugesetzt wird, können Defekte auftreten, die gelegentlich als „Sprenkel", „Krater" und „Fischaugen" beschrieben werden. Die Defekte führen wiederum zu unakzeptablen ästhetischen Eigenschaften. Geeignete nichtionische Oberflächennetzmittel umfassen Alkylarylpolyetheralkohole und vorzugsweise Silikonglykolcopolymer-Netzmittel. Zu den Beispielen von Sllikonglykolcopolymer-Netzmitteln zählen Q2-5211 und Q2-5212, hergestellt von Dow Corning Corporation. Zu den Beispielen von Alkylarylpolyetheralkoholen zählen Triton TXX-100 und Triton TX-15, hergestellt von Union Carbide.
Man kann die Oberflächeneffekte durch ihre Zugehörigkeit zu zwei Gruppen kennzeichnen: (1) ein Oberflächeneffekt, der aus einem flachen Muster besteht, wie fein genarbtes Kunstleder, oder eine spiegelnde Ausgestaltung, wie imitiertes Lackleder, das zu Hochglanz neigt; und (2) ein Oberflächeneffekt mit tieferen Furchen, wie gro bes Kunstleder, das zu geringerem Glanz neigt. Der Glanz der Trennfolie wird durch den 60°-Glanz eines auf seine Oberfläche gegossenen Films, im Folgenden als „Filmglanz" bezeichnet, angegeben. Ein Polyvinylfilm wird auf der Trennfolienoberfläche mit gleichmäßiger Dicke ausgestrichen und dann in einem Ofen ausreichend gehärtet. Der Film wird dann von der Trennfolie abgezogen. Man misst den Glanz der Oberfläche des Films, die den von der Trennfolie verliehenen gewünschten Oberflächeneffekt enthält, bei einem Winkel von 60 ° mit einem Glanzmessgerät, wie dem Progloss-Glanzmessgerät, hergestellt von Hunter Associates Laboratory, Inc.
Bei einer gegebenen Art des Oberflächeneffekts hat die Menge an Polyvinylalkohol in der Silikontrennbeschichtung den größten Effekt auf den Glanz des Endprodukts, der durch den Filmglanz gemessen wird. In 2 sind die Filmglanzdaten als Funktion der Teile Polyvinylalkohol in der Silikontrennbeschichtung aufgetragen, wie sie in Tabelle 1 angegeben sind. Die Menge sowohl des Trennkraftreglers in Form des komplexen reaktiven organofunktionellen Siloxans und der Beschichtung in Form der Emulsion des reaktiven organofunktionellen Siloxans haben kleinere aber nicht unbedeutende Effekte auf den Filmglanz.
Tabelle 1
Für einen Oberflächeneffekt mit hohem Glanz , z. B. einen Filmglanz von 20 oder mehr, enthält die Silikontrennbeschichtung vorzugsweise weniger als 45 Teile Polyvinylalkohol und 50 bis 80 Teile eines Trennkraftreglers in Form eines komplexen reaktiven organofunktionellen Siloxans. Für einen Oberflächeneffekt mit niedrigem Glanz, z. B. einem Filmglanz von 4 oder weniger, enthält die Silikontrennbeschichtung vorzugsweise 25 bis 70 Teile Polyvinylalkohol, 60 bis 90 Teile eines Trennkraft reglers in Form eines komplexen reaktiven organofunktionellen Siloxans und 20 Teile oder weniger einer Beschichtung in Form einer Emulsion eines reaktiven organofunktionellen Siloxans.
Die Art des gewünschten Oberflächeneffekts, d.h. ein flaches oder tiefes Muster, beeinflusst auch das Beschichtungsgewicht der acrylfunktionellen Beschichtung, weil diese Schicht die zur Abformung vorgesehene Oberfläche ausbildet. Ein tieferes Muster erfordert eine dickere Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung. Durchschnittliche Rauigkeitshöhenwerte, wie man sie mit dem Sheffield Profilometer, das von Giddings & Lewis Sheffield Measurement hergestellt ist, bestimmt, liefern eine Angabe der Tiefe des Musters. Das Beschichtungsgewicht der acrylfunktionellen Beschichtung beträgt daher für ein flaches Muster, mit z. B. 290 Mikroinch (7,4 um), vorzugsweise 25 bis 35 lb/3300 ft² (37 bis 52 g/m²). Für ein tiefes Muster, mit z. B. 725 Mikroinch (18,4 um), beträgt das Beschichtungsgewicht der acrylfunktionellen Beschichtung vorzugsweise 35 bis 55 lb/3300 ft² (52 bis 81 g/m²).
Die Kontrolle des Beschichtungsgewichts der Silikontrennschicht 13 ist aus mehreren Gründen sehr wichtig. Wenn das Beschichtungsgewicht zu niedrig ist, kann die Kontinuität der Trennoberfläche unterbrochen sein, was zu einer unzureichenden Ablösung führt. Andererseits kann der Oberflächeneffekt der darunter liegenden acrylfunktionellen Beschichtung bei zu hohem Flächengewicht verändert werden, was zu signifikant weniger als 100 % Genauigkeit führt. Vorzugsweise beträgt das Beschichtungsgewicht der Silikontrennbeschichtung weniger als 2,5 lb/3300 ft² (3,7 g/m²). Außerdem wird der Filmglanz durch das Beschichtungsgewicht beeinträchtigt. Für einen Oberflächeneffekt mit niedrigem Glanz ist das Beschichtungsgewicht der Schicht 13 der Silikontrennbeschichtung vorzugsweise 0,5 bis 1,5 lb/3300 ft² (0,7 bis 2,2 g/m²). Für einen Oberflächeneffekt mit hohem Glanz ist das Beschichtungsgewicht der Schicht 13 der Silikontrennbeschichtung vorzugsweise 1,0 bis 2,5 lb/3300 ft² (1,5 bis 3,7 g/m²). Die Tabelle 2 zeigt, dass kein signifikanter Unterschied in den durchschnittlichen Rauigkeitshöhenwerten vor und nach dem Auftragen der Schicht der Silikontrennbeschichtung besteht und das hohe Genauigkeitsniveau beibehalten wird. Es besteht im Wesentlichen keine Veränderung der Topographie der darunter liegenden Schicht 12 der acrylfunktionellen Beschichtung bei Zugabe der Schicht 13 der Silikontrennbeschichtung.
Tabelle 2
Fußnote: Durchschnittliche Rauigkeitshöhenwerte gemessen mit Sheffield Profilometer; die Werte sind der Durchschnitt von 20 Messwerten; und das Beschichtungsgewicht der Schicht des Silikontrennüberzugs ist 1,1 lb/3300 ft² (1,6 g/m²) Die Erfindung bietet eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften. Eine Trennfolie wirkt als temporäre Gießform und wird üblicherweise mehrfach wiederverwendet, bevor sie entsorgt wird. Die Ablösewerte in Tabelle 3 wurden erzeugt, indem man einen gegossenen Film von der Oberfläche der Trennfolie mit einem Osgood-Sutermeister-Ablösetester abzog. Der Tester gestattet eine vergleichende Messung der zum Abziehen einer 3,8 cm × 7,7 cm Filmprobe erforderlichen Energie. Man erzeugte die Ablösedaten der Wiederverwendung, indem man die Ablöseenergie nach einer vorbestimmten Zahl von Gießvorgängen auf der gleichen Trennfolie bestimmte. Bei jeder Wiederverwendung nehmen die Ablösewerte üblicherweise zu, bis sie schließlich unakzeptable Ablösewerte erreichen. 3 zeigt den Verlauf der in Tabelle 3 angegebenen Daten. Um die Ablösung mehrkomponentiger reaktiver Urethan-Gießsysteme zu simulieren, goss man einen schwierig abzulösenden aromatischen Polyurethanfilm auf die Trennfolie. Die Trennwerte der erfindungsgemäßen Trennfolie bleiben relativ flach, während die Werte für die Kontrollfolie bei der Wiederverwendung zunehmen. Die Kontrolle ist eine herkömmliche Trennfolie, deren Trennwirkung für mehrkomponentige reaktive Urethan-Gießsysteme bekannt ist. Stabile Ablösewerte bei Wiederverwendung verbessern die Produktivität, weil Verfahrensanpassung in Bezug auf Veränderungen der Ablöseeigenschaften nicht erforderlich sind.
Tabelle 3
Eine weitere Eigenschaft der Erfindung besteht in der Abwesenheit einer nachträglichen Veränderung des Trennverhaltens nach dem Aushärten. Silikontrennfolien erfordern oftmals einen „gealterten" Ablösetest, weil sich die Ablöseeigenschaften verändern, wenn die Silikonbeschichtung nach der Herstellung vollständig aushärtet. Die Trenneigenschaften der erfindungsgemäßen Trennfolie bleiben nach der Härtung im Wesentlichen konstant. Das Fehlen der nachträglichen Veränderung der Trenneigenschaften nach dem Härten gestattet eine aussagekräftige Bewertung der Trenneigenschaften der Trennfolie während der Herstellung.
Bei dem Substrat 11 kann es sich um ein beliebiges flächenförmiges Substrat handeln, z. B. Papier, Metallfolie und Kunststofffolie, vorzugsweise Papier. Das Substrat sollte im Allgemeinen gegenüber dem Eindringen der acrylfunktionellen Beschichtung undurchlässig sein, um die Effizienz der acrylfunktionellen Beschichtung zu maximieren. Das Substrat ist vorzugsweise Papier mit einem Grundstrich, um das Eindringen der acrylfunktionellen Beschichtung zu verhindern. Am meisten bevorzugt handelt es sich bei dem Grundstrich um eine Tonstreichmasse mit einem Strichgewicht von etwa 6 lb/3300 ft² (8,9 g/m²).
Die am meisten bevorzugte Methode des Auftrags und des Härtens der acrylfunktionellen Beschichtung, die den gewünschten Oberflächeneffekt bietet, ist in den vorstehend angesprochenen US-Patenten Nr. 4,289,821 und 4,322,450 offenbart. Kurz gefasst, trägt man bei dem Verfahren eine Beschichtungsmasse einer elektronenstrahlhärtbaren Zusammensetzung (die acrylfunktionelle Beschichtung) auf eine Oberfläche einer Papierbahn auf, presst die beschichtete Seite des Papiers gegen eine Abformoberfläche mit dem gewünschten Oberflächeneffekt, wobei sich die Be schichtung der Abformoberfläche anpasst, bestrahlt die Beschichtung mit Elektronenstrahlung, um die Beschichtung zu härten, und zieht das Papier von der Abformoberfläche ab, wobei die gehärtete Beschichtung auf dem Papier haftet.
Die Abformoberfläche ist vorzugsweise eine Metallwalze, in deren Oberfläche entweder ein Muster eingraviert ist oder die eine hochpolierte glatte Oberfläche aufweist. Man bildet die Abformung vorgesehene Oberfläche in der Beschichtung vorzugsweise mittels einer rotierenden Endlosoberfläche, wie einer Walze, Trommel oder einer anderen zylindrischen Oberfläche aus, die bei der Umdrehung eine Elektronenstrahlhärtevorrichtung und gegebenenfalls eine Beschichtungsstation passiert. Man kann die Beschichtung direkt auf das Papier auftragen, bevor das Papier die Walze berührt oder man kann sie direkt auf die Walze auftragen, wobei in diesem Fall das Papier gegen die beschichtete Walze gepresst wird.
Die acrylfunktionelle Beschichtung kann durch thermische Härtung, Elektrobestrahlung oder UV-Strahlung gehärtet werden. Die Elektronenstrahlhärtung ist bevorzugt, da sie nicht nur opake Substrate wie Papier, sondern auch dicke Beschichtungen durchdringen kann, die für bestimmte Muster erforderlich sind. Andere Formen der Bestrahlungshärtung, wie UV-Strahlung, können nur optisch klare Substrate durchdringen und nicht in dicke Beschichtungen eindringen. Elektronenstrahleinheiten, die sich für die vorliegende Erfindung eignen, sind ohne weiteres erhältlich und bestehen üblicherweise aus einem Transformer, der die Netzspannung vervielfacht, und einem Elektronenbeschleuniger. Bei einer Maschinenart werden die Elektronen aus einer punktförmigen Quelle oder einem einzelnen Filament erzeugt und dann elektromagnetisch auf das beschichtete Objekt gerichtet. Bei einem anderen Maschinentyp werden die Elektronen aus einem langgezogenen Filament oder Multifilament in einem Vorhang erzeugt, der die gesamte Breite der Oberfläche ohne das Erfordernis des Scannens bestrahlen kann. Die gesamte Härtestation befindet sich in einem mit Blei ausgekleideten Gehäuse, um zu verhindern, dass Streustrahlung den Bereich der Härtstation verlässt. Üblicherweise eliminiert man beim Härten von Beschichtungen mit Elektronenstrahleinheiten den Sauerstoff von der Oberfläche der Beschichtung. Bei der vorliegenden Apparatur kann man eine Stickstoffatmosphäre anwen den. Zu den Herstellern von Elektronenstrahleinheiten zählen Energy Sciences, Inc. und RPC Industries.
Die Silikontrennbeschichtung kann mittels einer Vielzahl von Beschichtungsverfahren aufgetragen werden. Zu den Beispielen von Beschichtungsverfahren zählen: Beschichtung mit gebogener Klinge, Beschichtung mit schräger Klinge, Streichrakelverfahren, Walzenverfahren, Short Dwell-Verfahren, Vorhangbeschichtung, Luftmesser und Sprühpistole. Die Erfindung erfordert eine dünne Schicht der Silikontrennbeschichtung, um eine im Wesentlichen 100 %ige Genauigkeit und die Erscheinung des Oberflächeneffekts in der darunter liegenden Acrylschicht zu bewahren und die Kontinuität der Silikontrennoberfläche zu bewahren, um eine akzeptable Ablösung und gleichförmige optische Eigenschaften zu gewährleisten. Demzufolge ist das am meisten bevorzugte Beschichtungsverfahren das Sprühpistolenverfahren, das eine dünne, aber gleichmäßige Überzugsschicht erlaubt.
Die Silikontrennbeschichtung kann mittels einer Vielzahl von Härteverfahren gehärtet werden. Zu den Beispielen von Härteverfahren zählen Konvektion, Strahlung, Infrarot und Kombinationen davon. Unabhängig von dem Härteverfahren ist es sehr wichtig, eine ausreichende Silikonhärtung zu erreichen. Eine unzureichende Silikonhärtung beeinträchtigt nicht nur die Trennwirkung nach dem Härten, sondern auch die Ablösewerte bei der Wiederverwendung und den Filmglanz. Obgleich die Härtungszeiten und -temperaturen vom jeweiligen Erzeugnis und der Herstellungsanlage abhängen, sollte eine Bahntemperatur von 335 °F (168 °C) für eine ordnungsgemäße Härtung eingehalten werden. Die 3 zeigt den Effekt einer unzureichenden Härtung auf die Ablösewerte bei Wiederverwendung.
Innerhalb der Patentansprüche finden sich weitere Ausführungsformen. Dem Fachmann sind verschiedene Abwandlungen der Erfindung ersichtlich, die den durch die beigefügten Ansprüche definierten Schutzumfang nicht verlassen.

Claims

Trennfolie zur Ausbildung eines Oberflächeneffekts, zur Verwendung beim abformenden Gießen härtbarer Zusammensetzungen, aufweisend: a) ein Substrat; b) eine auf wenigstens eine Oberfläche des Substrates aufgebrachte Schicht einer acrylfunktionellen Beschichtung, die den Oberflächeneffekt aufweist; und c) eine Schicht einer Silikontrennbeschichtung, die auf die Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung in geschlossener Form mit akzeptabler Ablösbarkeit eines Gießfilms von der Schicht der Silikontrennbeschichtung und unter minimaler Veränderung des Oberflächeneffekts aufgebracht ist, wobei die Schicht der Silikontrennbeschichtung Polyvinylalkohol in einer Menge von nicht mehr als 90 Teilen, 100 Teile oder weniger eines komplexen reaktiven organofunktionellen Siloxantrennkraftreglers, eine Beschichtung in Form einer Emulsion eines reaktiven organofunktionellen Siloxans in einer Menge von nicht mehr als 90 Teilen, 10 bis 20 Teile eines unter einem Platinkomplex und einem Zinnkomplex ausgewählten Katalysators und 2 bis 12 Teile eines nichtionischen Oberflächennetzmittels mit Polyoxyethylengruppen enthält, wobei alle Teile auf den Trockenfeststoffgehalt bezogen sind.
Trennfolie nach Anspruch 1, wobei die Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung ein Acrylat-Oligomer und ein unter monofunktionellen Acrylaten, multifunktionellen Acrylaten und Mischungen davon ausgewähltes Monomer enthält.
Trennfolie nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung 10 bis 50 Teile eines Acrylat-Oligomers, 20 bis 60 Teile eines monofunktionellen Monomers, 20 bis 60 Teile eines unter TMPTA, TPGDA und Mischungen davon ausgewählten multifunktionellen Monomers und 2 % oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht, eines aminofunktionellen Siloxantrennmittels enthält, wobei alle Teile auf den Trockenfeststoffgehalt bezogen sind.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung außerdem 2 % oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht, eines Siloxantrennmittels enthält.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung 2 % oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Schicht, eines aminofunktionellen Siloxantrennmittels enthält.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung im Wesentlichen frei von aminofunktionellen Siloxantrennmitteln ist.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Katalysator ein Platinkomplexkatalysator ist.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das nichtionische Oberflächennetzmittel mit Polyoxyethylengruppen ein Silikonglykolcopolymer-Netzmittel ist.
Trennfolie nach Anspruch 1, wobei die Schicht der Silikontrennbeschichtung 70 Teile oder weniger Polyvinylalkohol, 50 bis 90 Teile eines komplexen reaktiven organofunktionellen Siloxantrennkraftreglers, 50 Teile oder weniger einer Beschichtung in Form einer Emulsion eines reaktiven organofunktionellen Siloxans und 4 bis 8 Teile eines Silikonglykolcopolymer-Netzmittels enthält, wobei alle Teile auf den Trockenfeststoffgehalt bezogen sind.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung eine Tiefenstruktur und ein Trockenauftraggewicht von 52 bis 81 g/m² hat.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung eine flache Struktur und ein Trockenauftraggewicht von 37 bis 52 g/m² hat.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Trockenauftraggewicht der Schicht der Silikontrennbeschichtung weniger als 3,7 g/m² beträgt.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 12 mit einem Oberflächeneffekt, der einem auf der Trennfolie gegossenen Film Hochglanz verleiht, wobei die Schicht der Silikontrennbeschichtung weniger als 45 Teile Polyvinylalkohol und 50 bis 80 Teile eines komplexen reaktiven organofunktionellen Siloxantrennkraftreglers umfasst.
Trennfolie nach Anspruch 13, wobei das Trockenauftraggewicht der Schicht der Silikontrennbeschichtung 1,5 bis 3,7 g/m² beträgt.
Trennfolie nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit einem Oberflächeneffekt, der einem auf der Trennfolie gegossenen Film einen geringen Glanz verleiht, wobei die Schicht der Silikontrennbeschichtung 25 bis 70 Teile Polyvinylalkohol, 60 bis 90 Teile eines komplexen reaktiven organofunktionellen Siloxantrennkraftreglers und 20 Teile oder weniger einer Beschichtung in Form einer Emulsion eines reaktiven organofunktionellen Slloxans enthält, wobei alle Teile auf den Trockenfeststoffgehalt bezogen sind.
Trennfolie nach Anspruch 15, wobei das Trockenauftraggewicht der Schicht der Silikontrennbeschichtung 0,7 bis 2,2 g/m² beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Trennfolie zur Ausbildung eines Oberflächeneffekts zur Verwendung beim abformenden Gießen härtbarer Systeme, bei dem man a) eine Schicht einer acrylfunktionellen Beschichtung auf ein Substrat aufbringt; b) die beschichtete Seite des Substrates gegen eine abzuformende Oberfläche presst, so dass die Beschichtung mit der abzuformenden Oberfläche übereinstimmt; c) die Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung härtet; d) das gehärtete beschichtete Substrat von der abzuformenden Oberfläche abzieht; e) eine in einem der Ansprüche 1 bis 16 definierte Schicht einer Silikontrennbeschichtung auf die acrylfunktionelle Deckschicht aufträgt; und f) die Schicht der Silikontrennbeschichtung härtet.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Pressen und das Härten der Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung gleichzeitig erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, wobei das Härten der Schicht der acrylfunktionellen Beschichtung durch Strahlungshärtung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei die Strahlungshärtung durch Elektronenstrahlhärtung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, wobei der Auftrag der Schicht der Silikontrennbeschichtung durch Auftragen mit einer Spritzpistole erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei die Härtung der Schicht der Silikontrennbeschichtung bei einer Bahntemperatur von mindestens 168°C erfolgt.