DE69222140T2

DE69222140T2 - Verfahren zur Herstellung eines acrylbeschichteten Polycarbonat-Artikels

Info

Publication number: DE69222140T2
Application number: DE69222140T
Authority: DE
Inventors: Dennis Joseph Coyle; Earl Thomas Crouch; Dimitris Katsamberis; Iii Stuart Robert Kerr; Larry Neil Lewis
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1992-01-15
Filing date: 1992-01-15
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: EP0551693A1; DE69222140D1; EP0551693B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von acrylbeschichteten Polycarbonatgegenständen sowie insbesondere ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer schützenden, durch Ultraviolettstrahlung gehärteten Beschichtung auf der Oberfläche eines Polycarbonatsubstrates.

Beschreibung des Standes der Technik

Polycarbonatfilme zeigen üblicherweise akzeptable Härtewerte und Klarheit, ihnen mangelt es aber an hohen Werten bei der Abriebfestigkeit und der chemischem Widerstandsfähigkeit. Strahlungshärtbare Acrylbeschichtungen und Verfahren, um sie auf Polycarbonatsubstrate aufzubringen, sind bekannt, siehe z.B. EP-A-0 228 671. Dort wird ein Verfahren offenbart, das das Aufbringen eines ungehärteten Beschichtungsmaterials auf das Substrat beinhaltet, das Austreiben von Luft aus der ungehärteten Beschichtung und anschließendes Inkontaktbringen der Beschichtung mit Strahlungsenergie, indem man die Strahlungsenergie auf das Substrat lenkt, wobei die Beschichtung gehärtet wird. Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von der in EP-A-0 228 671 beschriebenen darin, daß es nicht erforderlich ist, Luft aus der ungehärteten Beschichtung zu vertreiben, oder die Strahlungsenergie auf das Substrat zu richten, um die Beschichtung zu härten. Die vorliegende Erfindung erfordert die Verwendung eines erwärmten Substrates, um zumindest eine geringfügige Diffusion des Überzugs in das Substrat zu ermöglichen. Obwohl ältere Verfahren zum Aufbringen von strahlungshärtbaren Acrylüberzügen auf Polycarbonatfilmen existieren, so ist doch die Haftung dieser gehärteten Überzüge auf dem darunterliegenden Polycarbonat geringer als erwünscht.
Einige der bisher bekannten strahlungshärtbaren Acrylüberzugszusammensetzungen verwenden Anteile von nicht-reaktiven Lösungsmitteln, um die Viskosität der Überzugszusammensetzung während des Aufbringens auf das Polycarbonatsubstrat zu verringern. Diese nicht-reaktiven flüchtigen Verbindungen werden aus den Überzügen entfernt, indem ein Heißluftgebläse- Trocknungssystem angewendet wird. Die Verwendung von Überzugszusammensetzungen, die deutliche Mengen an nicht-reaktiven, flüchtigen Verbindungen, wie Lösungsmittel, enthalten, z.B. mehr als 1 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung, ist aus ökologischen und Sicherheitsgründen nicht erwünscht. Daher besteht Bedarf für ein Verfahren zur Herstellung von beschichteten Polycarbonatartikeln durch Aufbringen von strahlungshärtbaren Beschichtungen, die im wesentlichen frei sind von nicht-reaktiven flüchtigen Verbindungen auf Polycarbonatsubstrate, um beschichtete Artikel herzustellen, die eine gute Haftung der Beschichtung zeigen.
Demzufolge besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, grundierungsfreie beschichtete Polycarbonatartikel herzustellen, die hohe Werte für die Haftung zwischen der gehärteten Beschichtung und dem Polycarbonatsubstrat zeigen, während die Verwendung von nicht-reaktiven flüchtigen Verbindungen, wie z.B. Lösungsmitteln, vermieden wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten Polycarbonatfilms mit ausgezeichneter Haftung zwischen der gehärteten Beschichtung und dem darunterliegenden Polycarbonatsubstrat. Das Verfahren weist die Schritte auf:
(i) Aufbringen einer durch Ultraviolettstrahlung (UV) härtbaren Überzugszusammensetzung, die im wesentlichen frei ist von nichtreaktiven flüchtigen Verbindungen, wie z.B. Lösungsmitteln, auf eine Oberfläche eines thermoplastischen Harzsubstrates,
(ii) Erwärmen der ungehärteten Überzugszusammensetzung und der Oberfläche des Substrates auf eine Temperatur, die zwischen 32ºC (90ºF) und 66ºC (150ºF) gewählt wird, um einen Teil der ungehärteten Überzugszusammensetzung in den Bereich unterhalb der Oberfläche des thermoplastischen Harzsubstrates hineinzutreiben, um einen mit der Überzugszusammensetzung durchdrungenen Bereich unterhalb der Oberfläche zu erzeugen, der sowohl thermoplastisches Harz als auch Überzugszusammensetzung enthält, sowie
(iii) Härten der aufgebrachten Überzugszusammensetzung durch Ultraviolettstrahlung, indem die Ultraviolettstrahlung auf die Überzugszusammensetzung und den durchdrungenen Bereich gerichtet wird. Während des UV-Härtens der Überzugszusammensetzung erzeugt der durchdrungene Bereich unterhalb der Oberfläche des thermoplastischen Harzsubstrates eine ineinandergreifende Bindung zwischen dem Substrat und der gehärteten Beschichtung.
Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in den Merkmalen der abhängigen Ansprüche definiert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine horizontale schematische Seitenansicht einer Ausrüstung mit einer Beschichtungstrommel zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 2 ist ein Querschnitt eines beschichteten Polycarbonatgegenstandes, der ohne eine geheizte Beschichtungstrommel hergestellt wurde.
Fig. 3 ist ein Querschnitt eines beschichteten Polycarbonatgegenstandes, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung betrifft eine durch Ultraviolettstrahlung gehärtete Beschichtung auf der Oberfläche eines thermoplastischen Harzsubstrates. Die besondere Apparatur, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist zum Aufbringen und Härten eines Beschichtungsmaterials auf einem kontinuierlichen thermoplastischen Filmsubstrat gedacht. Das Substrat wird vorzugsweise aus Polycarbonatharz hergestellt. Das im Zusammenhang mit der Ausrüstung gemäß Fig. 1 eingesetzte Substrat muß flexibel sein und dazu fähig, ultraviolette Strahlungsenergie hindurchzulassen, und die Eigenschaften des Polycarbonatsubstrates dürfen nicht in inakzeptabler Weise durch dieses Hindurchtreten von Strahlungsenergie beeinträchtigt werden. Die Strahlungsenergiequelle wird so ausgewählt, daß sie bei einer Ultraviolettstrahlungsfrequenz arbeitet. Ein bevorzugtes Polycarbonatsubstrat für das erfindungsgemäße Verfahren wird aus einem thermoplastischen Polycarbonatmaterial gebildet, wie z.B. LEXAN -Harz, ein Produkt von General Electric Company. Typische Beispiele von Polycarbonatharzen sind in dem US- Patent Nr. 4,351,920 beschrieben, welches hiermit als Referenz genannt werden soll und sie werden erhalten, indem aromatische Dihydroxyverbindungen mit Phosgen zur Reaktion gebracht werden, aber auch durch Reaktion von aromatischen Dihydroxyverbindungen mit Carbonatprecursorn, wie Diarylcarbonaten. Das US-Patent Nr. 4,351,920 beschreibt ebenfalls verschiedene Verfahren zur Herstellung von aromatischen Polycarbonatharzen, die als Substrate für die vorliegende Erfindung verwendet werden können. Eine bevorzugte aromatische Dihydroxyverbindung ist 2,2-Bis(4-hydroxyphenyl)propan (Bisphenol A). Die Bezeichnung "aromatische Polycarbonatharze" schließt hierbei Polyestercarbonate ein, die aus den Reaktionsprodukten von Dihydroxyphenol, einem Carbonatprecursor und einer Dicarboxysäure, wie Terephthalsäure oder Isophthalsäure, erhalten werden. Wahlweise kann eine gewisse Menge Glycol ebenfalls als Reaktant verwendet werden. Der Polycarbonatfilm kann durch irgendein wohlbekanntes Verfahien hergestellt werden. Typischerweise wird das geschmolzene Polycarbonat auf einen Extrusionsrollenstapel aufgebracht und beide Seiten des Materials poliert und auf einheitliche Dicke gepreßt. Ultraviolettstrahlung (UV) wird als Energiequelle zum Härten der Beschichtungen auf dem Polycarbonatsubstraten verwendet. In Verbindung mit der Ausrüstung aus Fig. 1 kann die Dicke des Polycarbonatfilmsubstrates im Bereich von 12,7 µm (0,5 mil) bis etwa 762 µm (30 mils) betragen, je nachdem, welche Fähigkeit das Substrat hat, flexibel zu bleiben. Vorzugsweise hat der Polycarbonatfilm eine Dicke von 127 bis 508 µm (5 bis 20 mils).
Die durch Ultraviolettstrahlung härtbaren Überzugszusammensetzungen weisen üblicherweise sowohl Monomere und Oligomere auf, die acrylisch, methacrylisch oder vinylisch ungesättigt sind, als auch andere, 100 % zu Feststoff umsetzbare Materialien (z.B. monomerlösliche Polymere und Elastomere, anorganische Siliciumdioxidfüller, sowie Pigmente und ähnliches, etc.). Das Beschichtungssystem weist üblicherweise Monomere auf, die ein Molekulargewicht von etwa 100 bis 1.000 haben und einfach ungesättigt sind oder zweifach, dreifach oder höher mehrfunktionell ungesättigte Gruppen tragen. Praktisch ist in der vorliegenen Erfindung die Beschichtung im wesentlichen frei (< 1 %) von flüchtigen, nicht-reaktiven Komponenten, und die Überzugszusammensetzung besteht zu 99 bis 100 Gew.%- aus reaktiven Komponenten und Feststoffen, besonders bevorzugt sind 99,9 bis 100 Gew.-% reaktive Komponenten und Feststoffe. Die Feststoffe schließen nicht-flüchtige, feste Materialien, wie Polymermaterialien und kolbidales Siliziumdioxid, ein. Geeignete Polymermaterialien schließen Celluloseacetatbutyrat ein. Die Überzugszusammensetzung kann bevorzugt zu 100 % zu Feststoffen umgewandelt werden, wenn sie Ultraviolettstrahlung ausgesetzt wird. Die Überzugszusammensetzung kann eine Menge eines latenten UV-Fängers, wie Resorcinmonobenzoat, enthalten. Die Zusammensetzung enthält ebenfalls eine Menge eines Photoinitiators, der das Photohärten der Zusammensetzung ermöglicht.
Die bevorzugte acrylische Überzugszusammensetzung enthält eine wesentliche Menge eines im Molekulargewicht relativ niedrigen aliphatischen Alkandioldiacrylates, das durch Diffusion in den Bereich unterhalb der Oberfläche des Polycarbonatsubstrates eindringt, wenn es damit in Kontakt gebracht und erhöhten Temperaturen ausgesetzt wird. Ein geeignetes aliphatisches Alkandioldiacrylat ist 1,6-Hexandioldiacrylat. Eine bevorzugte Acrylatüberzugszusammensetzung enthält zwischen 5 und 60 Gew.-% eines aliphatischen Alkandioldiacrylates, bezogen auf das Gesamtgewicht der Überzugszusammensetzung. Das aliphatische Dioldiacrylat enthält bevorzugt zwischen 2 bis 12 Kohlenstoffatome in seinem aliphatischen Anteil. Geeignete aliphatische Dioldiacrylate beinhalten Ethylenglycoldiacrylat, Butandioldiacrylat, Hexandioldiacrylat, Oktandioldiacrylat, Dekandioldiacrylat. Eine bevorzugte Beschichtungszusammensetzung enthält etwa 37 Gew.-% Trimethylolpropantriacrylat (TMPTA), etwa 15 Gew.-% Dipentaerythritmonohydroxypentacrylat (DIPEPA), 37 Gew.-% 1,6-Hexandioldiacrylat, etwa 9 % Celluloseacetatbutyrat (CAB) sowie etwa 2 Gew.-% des Photoinitiators, Diethoxyacetophenon (DEAP). Eine bevorzugt mit Siliciumdioxid gefüllte Acrylbeschichtung erfordern eine Mischung aus 22 % 1,6-Hexandioldiacrylat, 22 % Trimethylolpropantriacrylat, 35 % funktionalisiertes kolbidales Siliciumdioxid, 7 % eines latenten Ultraviolettstrahlungsabsorbers, wie Benzolsulfonatester von Cyasorb 5411 (BSEX), wie von D.R. Olson, J. Applied Polymer Science 28, 1983, S. 1159 beschrieben, die hiermit als Referenz eingeschlossen wird, sowie 3 % eines Photoinitiators, wie Diethoxyacetophenon (DEAP). Geeignet funktionalisiertes kolbidales Siliciumdioxid kann aus Olson et al., US-Patent 4,455,205, Olson et al., US-Patent 4,491,508, Chung, US-Patent 4,478,876 sowie Chung, US-Patent 4,486,504 entnommen werden, die hiermit als Referenz eingeschlossen werden. Das aliphatische Alkandioldiacrylat, insbesondere 1,6- Hexandioldiacrylat aufgrund seiner Fähigkeit, eine thermoplastische Matrix, wie Polycarbonat geeignet zu quellen, vereinfacht schnelles adäquates Eindringen und die Diffusion einer ausreichenden Menge der Überzugszusammensetzung in den Bereich unterhalb der Oberfläche des Substrates, um die Adhäsion zwischen der Beschichtung und dem Substrat während des Härtens der Überzugszusammensetzung zu verbessern. Fig. 3 zeigt einen Gegenstand, der erfindungsgemäß hergestellt wurde und der einen gehärteten Acrylüberzug auf einem Polycarbonatsubstrat trägt, wobei das Substrat in Nachbarschaft seiner Oberfläche einen Bereich hat, der zur Verbesserung der Adhäsion zwischen der Überzugszusammensetzung und dem Substrat dient.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Eine geeignete Apparatur zum Aufbringen und Härten einer Beschichtung auf die Oberfläche eines polymeren Substrates in Übereinstimmung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in Fig. 1 gezeigt. In Fig. 1 wird das strahlungshärtbare Überzugsmaterial 10 kontinuierlich aufgebracht, indem es auf die Oberfläche des Films in kontrollierter Menge auffließen lassen wird.
Eine Substratrolle 12 wird aus einer Rolle unbeschichteten Substrats 14 gebildet, das einen Kern 16 umgibt. Das Substrat 14 wird infolge der Bewegung der Beschichtungstrommel 18 (unten beschrieben) abgewickelt. Das Beschichtungsmaterial 10 kann auf die Oberfläche des Substrates 14 aufgebracht werden, indem das Material auf das Substrat 14 unter Verwendung eines Auftragegerätes 20 aufgetropft wird. Es ist für jeden Durchschnittsfachmann ersichtlich, daß Einstellungen an dem Beschichtungssystem vorgenommen werden können, um die Beschichtung wirksam auf das Substrat aufbringen zu können. Beschichtungsmaterial 10 kann auf das Substrat 14 mittels jedem aus einer Anzahl von wohlbekannten Beschichtungsverfahren aufgebracht werden, wie z.B. Aufstreichen, Gießlackieren und Tauchen, sowie andere wohlbekannte Rollenbeschichtungsverfahren, wie Umkehrbeschichtung, etc. Die Dicke der strahlungshärtbaren Beschichtung 10, die auf das Substrat aufgebracht wird und die Dicke des erhaltenen gehärteten Hartüberzugs 21 ist abhängig vom Endgebrauch des Artikels und den erwünschten physikalischen Eigenschaften, so daß die Dicke im Bereich von etwa 1,27 µm (0,05 mil) bis etwa 127 µm (5.0 mils) für die nicht-flüchtige Beschichtung liegen kann. Die bevorzugte Dicke ist zwischen etwa 5,08 µm (0,2 mil) und etwa 12,7 µm (0,5 mil).
Nachdem Beschichtungsmaterial 10 auf das Substrat 14 aufgebracht wurde, wird das beschichtete Substrat 22 zu einer Andruckwalze 24 geleitet. Die Wahl des Materials, welches die in der vorliegenden Erfindung verwendete Andruckwalze 24 bildet, ist nicht kritisch. Die Walzen können aus Kunststoff, Metall (z.B. rostfreier Stahl, Aluminium), Gummi, Keramikmaterialien u.ä. bestehen. Die Andruckwalze 24 kann mit einer Manschette ausgerüstet sein, die vorzugsweise aus einem widerstandsfähigen Material wie Tetrafluorethylen oder Polypropylen oder aus einer der Vielzahl von heute erhältlichen synthetischen Kautschukverbindungen oder deren Blends gebildet wird. Die Manschette wird gut sitzend auf der Walzenoberfläche befestigt, um eine weiche, reibungsminimalisierte Oberfläche für den Kontakt zum Substrat 22 zu erhalten. Die Andruckwalze 24 ist in bezug auf ihre Position zur Beschichtungstrommel 18, wie unten beschrieben, einstellbar und kann wahlweise unabhängig angetrieben werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, befindet sich die Beschichtungstrommel 18 an einer Stelle nahe bei der Andruckwalze 24, so daß der äußere Umfäng der Andruckwalze 24 und der Trommel 18 an einer Grenzfläche aneinanderstoßen, wobei ein Spalt 26 gebildet wird, der unten beschrieben wird. Der an der Fläche von Andruckwalze 24 und Trommel 18 aufgebrachte Druck kann durch wohlbekannte Verfahren eingestellt werden, wie durch Luftzylinder (nicht gezeigt), die auf der Achse 28 der Andruckwalze 24 angebracht werden, die selektiv die Walze gegen die Trommel 18 drängen. Typischerweise ist der angewendete Druck auf die Fläche gering, z.B. weniger als 89,3 kg/m (5 Pfund pro Linearinch), wenn das Substrat den Spalt 26 nicht passiert. Der angewendete Druck kann entsprechend einer Vielzahl von Parametern angepaßt werden, wenn ein Substrat mit einer darauf aufgebrachten Beschichtung so wie unten beschrieben den Spalt 26 passiert.
Die Beschichtungstrommel 18 umgibt eine Zentralachse 19 und besteht vorzugsweise aus einem Material, das wärmeleitend ist und vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder chromplattiertem Stahl besteht. Weiterhin ist es bevorzugt, daß die Trommel unabhängig von einer äußeren Kraftquelle (nicht gezeigt) angetrieben wird.
Die Beschichtungstrommeloberfläche 30 kann mit einer großen Vielzahl von Texturen oder Mustern versehen werden, abhängig von der Textur oder dem Muster, das der Beschichtung 10 und der resultierenden Härtbeschichtung 21 zu verleihen gewünscht wird. Z.B. kann die Oberfläche 30 mit einer hochpolierten chromplattierten Oberfläche versehen werden, wenn ein hoher Grad von Glanz für die Hartbeschichtung 21 gewünscht wird. Wenn ein geringerer Glanz für die Hartbeschichtung 21 gewünscht wird, kann die Oberfläche 30 weniger poliert sein, so daß auf der Beschichtung eine matte Textur gebildet wird. In der gleichen Art kann ein Designmuster auf der Oberfläche 30 aufgeprägt werden, um ein spiegelbildliches Designmuster auf der Hartbeschichtung 21 zu bewirken. Die gehärtete Beschichtung wird dann eine Hartbeschichtung 21 bilden, die so ein permanentes Spiegelbild der Beschichtungstrommeloberfläche 30 zeigt.
Obwohl ein Stickstoffmantel angewendet werden kann, um eine anaerobe Härtung der Beschichtungszusammensetzung sicherzustellen, ist es doch bevorzugt, daß eine anaerobe Härtung ohne die Verwendung eines solchen Stickstoffmantels erhalten wird. Um die Gegenwart von Luft in der Beschichtung ohne die Verwendung eines Stickstoffgasmantels zu minimieren, wird der Druck zur Ausübung auf den Spalt 26 sorgfältig eingestellt. Die Einstellung des am Spalt 26 aufgebrachten Drucks kann, wie oben beschrieben, vorgenommen werden. Um eine bestimmte Beschichtungsdicke zu erhalten, wird der exakte Druck, der auf den Spalt 26 ausgeübt wird, in Abhängigkeit von Faktoren, wie der Viskosität der Beschichtung 10, der Substratgeschwindigkeit, dem Grad von Details in dem Designmuster auf der Oberfläche 30 (falls vorhanden), sowie der Temperatur der Beschichtungstrommel eingestellt. Typischerweise wird für ein Substrat mit einer Dicke von 381 µm (15 mils), darauf aufgebracht eine Beschichtung auf Acrylbasis mit einer Dicke von 15,24 µm (0,6 mil) und einer Viskosität von 220 mPa*s (centipoises) bei einer Substratgeschwindigkeit von 15,24 m (50 Fuß) pro Minute und einer Rollenabdeckung von 55 Durometer-Härte (Shore A) ein Spaltdruck von 446,5 kg/m (25 Pfund pro Linearinch) auf das beschichtete Substrat aufgebracht. Die Beschichtung 10 wird hierbei sowohl mit dem Substrat 22 als auch mit der Beschichtungstrommeloberfläche 30 durch Druck in Kontakt gebracht, wobei sichergestellt wird, daß im wesentlichen Abwesenheit von freiem, zweiatomigem Sauerstoff aus der Beschichtung während der Härtung besteht, so daß eine im wesentlichen vollständige Härtung der Beschichtung sichergestellt wird, sowie eine gehärtete Beschichtung, Hartbeschichtung 21, die eine spiegelbildliche Oberfläche der Textur und/oder des Musters der Beschichtungstrommeloberfläche 30 zeigt. Überflüssiges Beschichtungsmaterial bildet einen Wulst 31 von ungehärtetem Beschichtungszusammensetzungsmaterial oberhalb des Spaltes und über die Breite der Trommel. Dieser Wulst 31 stellt sicher, daß eine adäquate Menge an Beschichtungsmaterial über die gesamte Breite der Trommel in den Spalt 26 gelangt.
Nachdem das Substrat 22 mit dem darauf aufgebrachten Überzug 10 den Spalt 26 passiert hat, wird die Beschichtung durch Verwendung von Ultraviolettstrahlungsenergie gehärtet. Wie in Fig. 1 gezeigt, übertragen Vorrichtungen 32 zur Übertragung von Ultraviolettstrahlungsenergie Ultraviolettstrahlungsenergie in die Oberfläche 34 des Substrates 22 gegenüber einer Oberfläche 36 mit der Beschichtung 10 darauf. Die Strahlungsenergie passiert das transparente Substrat 22 und wird von der Beschichtung 10 absorbiert, wobei die letztere zwischen Substrat 22 und Trommeloberfläche 30 zusammengepreßt wird. Die bevorzugte Wellenlänge der UV-Strahlung beträgt etwa 2900 Angström bis etwa 4050 Angström. Das Lampensystem, das verwendet wird, um solche UV-Strahlung zu erzeugen, kann aus Entladungslampen, z.B. Xenon, Metallhalogenid, Metallichtbogen oder Hoch-, Mittel- oder Niederdruck- Quecksilberdampfentladungslampen, etc. bestehen, die jeweils einen Betriebsdruck von so niedrig wie ein paar Millitorr bis hinauf zu etwa 10 Atmosphären besitzen. Die Strahlungsmengendosis, die durch das Substrat 22 auf die Beschichtung 10 einwirkt, kann sich zwischen etwa 2,0 J/cm² bis etwa 10, J/cm² bewegen. Ein typisches UV-Härtungssystem, das für die vorliegende Erfindung geeignet ist, ist eine Linde Mitteldruckquecksilberlampe, wie sie im US-Patent Nr. 4,477,529 beschrieben ist. Die Anzahl der Lampen, die UV-Licht auf die Oberfläche des Substrates werfen, ist nicht kritisch. Eine größere Anzahl Lampen ermöglicht jedoch eine höhere Produktionsrate für das Substrat mit einer Beschichtung 10 darauf. Typischerweise sind zwei Lampen, wobei jede 118 Watt/cm (300 Watt/Linearinch) Strahlungsenergie produziert, ausreichend für eine Beschichtung auf Acrylbasis mit einer Dicke von etwa 12,7 µm (0,5 mils), wenn die Geschwindigkeit der Fertigungsstraße etwa 0,25 m/s (50 Fuß/min) beträgt. Eine solche Härtungsprozedur resultiert sowohl in einer Polymerisation der polyfunktionellen acrylischen Monomeren als auch in der Vernetzung des Polymeren, um harte, nicht-klebrige Beschichtungen zu bilden. Die Beschichtung kann eine Nachhärtung erhalten, indem sie weiterhin ultravioletter Strahlung ausgesetzt wird, nachdem die Oberflächen die Beschichtungstrommel verlassen haben.
Nachdem die Lage an Überzugsmaterial auf das Substrat 22 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgebracht und gehärtet wurde, erhält man als Produkt einen hartbeschichteten Polycarbonatfilmgegenstand 38, der um Spannrollen 40, 42 und 44 herumgeführt wird und dann auf einer Aufnahmerolle 46 gesammelt wird, wobei letztere typischerweise unabhängig angetrieben wird und dazu fähig ist, den hartbeschichteten Polycarbonatgegenstand 38 von der Trommeloberfläche 30 zu trennen.
Die Verbesserung der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Erwärmen des Polycarbonatsubstrates 22 und der ungehärteten Beschichtungszusammensetzung 10 auf eine Temperatur zwischen 32ºC (90ºF) und 66ºC (150ºF) vor der Härtung der Beschichtungszusammensetzung 10. Während bisherige Beschichtungsverfahren Trocknungssysteme einsetzen, um nicht-reaktive flüchtige Substanzen, inklusive Lösungsmittel, aus der Beschichtung zu entfernen, hatten solche Trocknungssysteme zum Zweck, nicht-reaktive flüchtige Substanzen zu entfernen, und es gibt keinen offensichtlichen Grund, warum ein Durchschnittsfachmann ein solches System angewendet haben sollte für Überzugszusammensetzungen, die im wesentlichen frei sind von nicht-reaktiven flüchtigen Substanzen. Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es notwendig, daß die aufgebrachte Beschichtungszusammensetzung 10 mit dem thermoplastischen Harzsubstrat 22 eine ausreichende Zeit lang nach dem Auftragen der Überzugszusammensetzung 10 vor der Härtung und bei einer ausreichenden Temperatur in Kontakt steht, um zu bewirken, daß eine ausreichende Menge der Überzugszusammensetzung in einen Bereich 47 unterhalb der Oberfläche 34 des thermoplastischen Harzsubstrates 22 eindiffundiert. Vorzugsweise dringt die Überzugszusammensetzung 10 unter die Oberfläche bis zu einer Tiefe von 0,05 µm (Micron) bis 5 µm (Micron), besonders bevorzugt 0,1 µm (Micron) bis 1 µm (Micron) ein und erzeugt einen Bereich 47, der sowohl thermoplastisches Harz als auch Überzugszusammensetzung enthält. Der Bereich 47 befindet sich direkt im Anschluß an die beschichtete Oberfläche 34 des Substrates. Bevorzugt werden das Substrat 22 und die Überzugszusammensetzung 10 bei einer erhöhten Temperatur von 32ºC (90ºF) bis 66ºC (150ºF) über einen Zeitraum von 1 bis 5 Sekunden in Kontakt gehalten. Der Erwärmungsschritt ist im wesentlichen nicht in die Härtung der Überzugszusammensetzung involviert. Bei der Härtung der Beschichtung 10 entsteht in dem durchdrungenen Bereich 47 eine ineinandergreifende Matrix des thermoplastischen Harzes und der gehärteten Beschichtung 21, welche die Beschichtung 10 und das Substrat 22 fest miteinander verbinden und die Adhäsion zwischen beiden verbessert. Der Schritt des Aufwärmens des Substrates 22 und der Beschichtung 10 vor der Ultraviolettstrahlungshärtung der Überzugszusammensetzung 10 kann durch Erwärmen der Trommel 18 von innen heraus bewirkt werden. Die Trommel kann innerlich durch heißes Öl oder ähnliches (nicht gezeigt) erwärmt werden. Die Überzugszusammensetzungen gemäß der vorliegenden Erfindung sind eher strahlungshärtbare als wärmehärtbare Zusammensetzungen.
Es dürfte jedem Durchschnittsfachmann verständlich sein, daß ein Stickstoffmantel entweder allein oder in Verbindung mit der Apparatur und den bevorzugten Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Das folgende spezielle Beispiel beschreibt die neuen Verfahren und Gegenstände der vorliegenden Erfindung. Es ist lediglich für illustrative Zwecke besonderer Ausführungsformen beabsichtigt und soll nicht als Einschränkung bezüglich des breitesten Aspekts der Erfindung angesehen werden.
Fig. 2 ist ein Querschnitt eines beschichteten Gegenstandes 48, der ohne eine erwärmte Beschichtungstrommel hergestellt wurde. Man kann erkennen, daß die Überzugszusammensetzung nicht in einen Bereich unterhalb der Oberfläche 52 des Polycarbonatsubstrates 51 eingedrungen ist und daher keinen Bereich erzeugt hat, der die gehärtete Beschichtung fest mit dem Substrat 51 verbindet.
Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines erfindungsgemäß hergestellten beschichteten Polycarbonatgegenstandes 38. Man kann erkennen, daß der Gegenstand 38 in Fig. 3 einen Bereich unterhalb der Oberfläche des Substrats zeigt, in welchen eine Menge der Beschichtungszusammensetzung eingedrungen ist. Beim Härten wirkt dieser Bereich als Verbindung der gehärteten Beschichtung und des Polycarbonatsubstrates.

BEISPIELE

Die folgenden Beispiele verdeutlichen das erfindungsgemäß verbesserte Verfahren. Beispiel A ist ein Vergleichsbeispiel und Beispiel B ist ein Beispiel der verbesserten Haftung, die bei Gegenständen erhalten wird, wenn sie dem erfindungsgemäßen Verfahren folgend hergestellt werden. Tabelle 1
(a) Die Überzugszusammensetzungen der Beispiele A und B werden erhalten, indem 0,75 g BSEX (Benzolsulfonatester von Cyasorb 5411, ein Benzotriazol) und 0,3 g DEAP (Diethioxyacetophenon) zu 10 g einer Mischung aus 37,3 g HDDA (Hexandioldiacrylat), 37,3 g TMPTA (Trimethylolpropantriacrylat), 14,7 g DiPEPA (Dipentaerythritmonohydroxypentacrylat), 2,1 g DEAP (Diethoxyacetophenon) und 8,6 g CAB (Celluloseacetatbutyrat) zugegeben werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines acrylbeschichteten Polycarbonat-Gegenstandes (38) ,das die Schritte umfaßt:

a) Inkontaktbringen einer mit Ultraviolettbestrahlung härtbaren Acryl-Beschichtungszusammensetzung (1 0) mit einer Oberfläche eines Polycarbonatsubstrats (14) für eine Zeitspanne und bei einer Temperatur, die ausreichen,um es einer Teilmenge von besagter Zusammensetzung zu gestatten, sich in einen Bereich (47) unterhalb besagter Oberfläche (34) von besagtem Substrat (14) zu verteilen, um einen Bereich zu bilden, der Beschichtungszusammensetzung und thermoplastisches Harz umfaßt, wobei besagte Temperatur zwischen 32ºC (90ºF) und 66ºC (150ºF) beträgt und besagter Bereich eine Stärke zwischen 0,1µm (Mikron) und 5 µm (Mikron) besitzt und besagte Beschichtungszusammensetzung (10) im wesentlichen frei von nichtreaktiven fluchtigen Komponenten ist; und

b) Aussetzen besagter aufgebrachter Beschichtungszusammensetzung (10) einer ausreichenden Ultraviolettbestrahlung, um die Härtung besagter Beschichtungszusammensetzung zu bewirken.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagte gehärtete Beschichtungszusammensetzung (10) aus Feststoffen besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagte Beschichtungszusammensetzung (10) ein polyfunktionelles Acrylatmonomer, einen Photoinitiator und von 20 bis 50 Gewichtsprozent an 1,6-Hexandioldiacrylat umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagte Temperatur von 43ºC (110ºF) bis 54ºC (130ºF) beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagte Temperatur etwa 49ºC (120ºF) beträgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagte gehärtete Beschichtung eine Hartschicht (21) mit einer Stärke von 12,7 bis 127 µm (0,5 bis 5 mil) ergibt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, worin besagtes thermoplastisches Harzsubstrat ein aromatisches Polycarbonat- Harzsubstrat ist.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, das die Schritte umfaßt:

a) Aufbringen einer Acryl-Beschichtungszusammensetzung (10) auf eine Oberfläche eines aromatischen Polycarbonatsubstrats (14), wobei besagte Beschichtungszusammensetzung (10) multifunktionelle Acrylmonomere und einen Photoinitiator umfaßt und besagte Beschichtungszusammensetzung (10) im wesentlichen frei von nicht-reaktiven flüchtigen Komponenten ist;

b) Erhitzen besagter aufgebrachter Beschichtungszusammensetzung (10) und besagten Substrats (14) mit besagter Beschichtungszusammensetzung hierauf auf eine Temperatur von 32ºC (90ºF) bis 66ºC (150ºF) für einen Zeitraum, der ausreicht, um eine Teilmenge von besagter Beschichtungszusammensetzung zu veranlassen, sich in einem Bereich von 0,05µm (Mikron) bis 5 µm (Mikron) unterhalb besagter Oberfläche des Substrates (14) zu verteilen; und

c) Aussetzen besagter aufgebrachter Beschichtungszusammensetzung einer ausreichenden Ultraviolettbestrahlung unter im wesentlichen anaeroben Bedingungen, um die Härtung von besagter Beschichtungszusammensetzung zu bewirken.

9. Beschichteter aromatischer Polycarbonat-Gegenstand, wobei besagter Gegenstand umfaßt:

a) eine ultraviolettbestrahlungs-gehärtete Acrylbeschichtungs-Materialschicht mit einer Stärke von 12,7 µm bis 126 µm (0,5 bis 5 mils) ;

b) ein aromatisches Polycarbonat-Harzsubstrat, wobei besagtes Substrat über einen durchdrungenen Bereich unterhalb der Oberfläche des Substrats angrenzend an besagte. Beschichtung verfügt und besagter Bereich ultraviölettbestrahlungs-gehärtetes Beschichtungsmaterial und aromatisches Polycarbonatharz umfaßt, und besagter Bereich eine Stärke zwischen 0,1 Mikron und 5 Mikron aufweist,und besagte gehärtete Beschichtung durch Erhitzen der ungehärteten Beschichtungszusammensetzung auf der Oberfläche des Substrats bis auf eine Temperatur, die zwischen 32ºC (90ºF) und 66ºC (150ºF) ausgewählt wird, direkt an besagtem Substrat anhaftet und Ultraviolettbestrahlungs-Härtung des aufgebrachten Beschichtungsmaterials auf dem durchdrungenen Bereich, wodurch eine Verriegelungsbindung zwischen dem Substrat und der gehärteten Beschichtung gebildet wird.

10. Gegenstand gemäß Anspruch 9, worin das aufgebrachte Beschichtungsmaterial einen latenten Ultraviolett- Abschirmer enthält.

11. Gegenstand gemäß Anspruch 9, worin das Beschichtungsmaterial einen Füllstoff enthält.

12. Gegenstand gemäß Anspruch 9, worin das Substrat ein Film ist.

13. Gegenstand gemäß Anspruch 12, worin der Film eine Stärke von 12,7 µm (0,5 mils) bis 762 µm (30 mils) aufweist.