[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von ebenen Tafeln oder Bahnen
aus Kunststoff und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
[0002] Zum Beschichten flächiger Substrate mit flüssigen Beschichtungsmitteln sind verschiedene
Verfahren gebräuchlich, wie Tauchen, Streichen, Spritzen, Gießen, Rakeln, Walzen,
usw. Bei der Auswahl des Beschichtungsverfahrens spielen die Dicke der vorgesehenen
Beschichtung, die Viskosität des flüssigen Beschichtungsmittels, die Verfahrens- und
Apparatekosten, die Arbeitsgeschwindigkeit, die Anforderungen an die Qualität der
Oberfläche u.a. eine Rolle. Sehr dünne Beschichtungen von hoher Gleichförmigkeit werden
mit einem Beschichtungsmittel von niedriger Viskosität am besten durch das Verfahren
der Tauchbeschichtung erzeugt. Zu diesem Zweck wird das zu beschichtende Substrat
in ein Bad des Beschichtungsmittels eingetaucht und mit gleichförmiger Geschwindigkeit
senkrecht herausgezogen. Die Dicke der Beschichtung hängt vorwiegend von der Viskosität
des Beschichtungsmittels und zum geringeren Teil von der Auftauchgeschwindigkeit ab.
Das Verfahren erfordert ein Tauchbad, das grÖßer ist als das Substrat.
[0003] Für die Beschichtung durch Walzenauftrag sind zahlreiche Varianten bekannt, die M.
Maggi in "Plastic Engeneering", März 1984, S.61-65 zusammengestellt hat. Bei diesen
Verfahren wird das Substrat durch einen von zwei Walzen gebildeten Spalt geführt und
das Beschichtungsmittel auf eine der beiden Walzen aufgebracht und von dieser auf
das Substrat übertragen. Die Auftragswalze kann gleich-oder gegensinnig zur Subtratoberfläche
bewegt werden. In jedem Falle wird die mit der Walze aufzutragende Beschichtungsmittelmenge
mittels einer an der Auftragswalze angeordneten Rakel begrenzt, so daß sich die Dicke
der Beschichtung aus der auf der Walze befindlichen Beschichtungsmittelmenge ergibt.
Man erreicht hohe Arbeitsgeschwindigkeiten und eine genaue Einstellung der Schichtdicke.
Die Oberflächequalität bei Anwendung dünnflüssiger Beschichtungsmittel ist jedoch
mit der des Tauchverfahrens nicht vergleichbar.
[0004] Eine weit verbreitete Beschichtungstechnik ist das Aufrakeln eines flüssigen Beschichtungsmittels.
Sie eignet sich beispielsweise auch zum Beschichten von ebenen Tafeln oder Bahnen
aus Kunststoff. Bei diesem Verfahren wird die Tafel oder Bahn an einer quer zur Bewegungsrichtung
angeordneten Rakel entlanggeführt und dabei beschichtet. Die Rakel ist eine messerartige
Schranke, an der sich die zu beschichtende Oberfläche in geringem Abstand vorbeibewegt.
Ein Vorrat des flüssigen Beschichtungsmittels wird auf einer Seite der Rakel an der
Oberfläche der Tafel oder Bahn gehalten. Die zu beschichtende Oberfläche tritt vor
der Rakel mit dem Vorrat des Beschichtungsmittels in Berührung und nimmt beim Durchtritt
unter der Rakel eine Schicht davon mit, deren Dicke durch den Abstand der Rakel von
der Oberfläche bestimmt wird. Auch mit diesem Verfahren läßt sich die hohe Gleichförmigkeit
einer Tauchbeschichtung nicht erreichen.
Aufgabe und Lösung
[0005] Ziel der Erfindung war die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Beschichten
von Tafeln und Bahnen aus Kunststoff mit einem flüssigen Beschichtungsmittel, bei
dem eine dem Tauchverfahren gleichwertige Oberfläche erzeugt wird, ohne daß eine so
große Badmenge wie beim Tauchverfahren benötigt würde. Weiterhin sollte zur Beschichtung
von Tafeln und Bahnen eine kontinuierliche Arbeitsweise möglich sein.
[0006] Die Lösung der Aufgabe geht von dem Verfahren der Rakelbeschichtung aus, bei dem
die Rakel als Schranke gegen die unkontrollierte Verteilung des flüssigen Beschichtungsmittels
wirkt. Bei diesen bekannten Verfahren wird eine Tafel oder eine Bahn an einer quer
zur Bewegungsrichtung angeordneten Schranke entlanggeführt und ein Vorrat eines flüssigen
Beschichtungsmittels auf einer Seite der Schranke an der Oberfläche der Tafel oder
Bahn gehalten und die Oberfläche dabei beschichtet.
[0007] Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß die Tafel oder die Bahn im
unbeschichteten Zustand aufwärts an der waagerecht angeordneten Schranke entlanggeführt
und nach dem Durchgang an der Schranke mit dem Vorrat des flüssigen Beschichtungsmittels
in Berührung gebracht und mit einer solchen Geschwindigkeit aufwärts weiterbewegt,
daß der Überschuß des Beschichtungsmittels in den Raum oberhalb der Schranke zurückfließt.
[0008] Während bei allen bekannten Walzen- und Rakelbeschichtungsverfahren der Spalt zwischen
der zu beschichtenden Oberfläche und der Walze oder Rakel die Dicke der Beschichtung
bestimmt und ihre Gleichförmigkeit entscheidend beeinflußt, dient die Schranke beim
Verfahren der Erfindung allein dazu, den Vorrat des Beschichtungsmaterials an der
Oberfläche der Tafel oder Bahn zu halten und zu verhindern, daß es an der aufwärts
bewegten Oberfläche nach unten abläuft.
[0009] Zweckmäßige Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind
in den Figuren 1 und 2 im Querschnitt dargestellt.
Das Beschichtungsverfahren
[0010] Die Dicke der Beschichtung wird im wesentlichen durch die Fließeigenschaften des
Beschichtungsmittels bestimmt, nimmt aber mit steigender Geschwindigkeit des Substrats
etwas zu. Überschüssiges Beschichtungsmittel läuft aus der aufsteigenden Beschichtung
in den Vorrat oberhalb der Schranke zurück. Die Beschichtung ist am dünnsten, wenn
die Oberfläche senkrecht aufwärts bewegt wird. Je stärker die Aufwärtsrichtung von
der Senkrechten abweicht, um so geringer ist der Einfluß der Schwerkraft auf die an
der Oberfläche haftende Schicht, umso schwächer der Rückstrom des Beschichtungsmittels
und umso dicker die Beschichtung. Eine Aufwärtsbewegung, die stark von der Senkrechten
abweicht, läßt die angestrebte Gleichförmigkeit der Beschichtung nicht mehr sicher
erreichen.
[0011] Für die Gleichförmigkeit der entstehenden Beschichtung ist es von wesentlicher Bedeutung,
daß sich die zu beschichtenden Tafeln und Bahnen selbst schon durch eine hohe Gleichmäßigkeit
der Oberfläche auszeichnen und daß die Bedingungen, unter denen sich die Schicht ausbildet,
räumlich und zeitlich gleichbleibend sind. Räumliche Gleichmäßigkeit setzt voraus,
daß die Schranke ein über die volle Breite der Beschichtungszone gleichbleibendes
Profil hat und der Vorrat des Beschichtungsmittels oberhalb davon ebenfalls ein völlig
gleichförmiges Profil ausbildet. Die waagerechte Anordnung der Schranke ist eine wichtige
Voraussetzung dafür. Die Gleichförmigkeit des Beschichtungsmittelvorrats kann bereits
durch eine Strömung von nachgefülltem Beschichtungsmittel in Querrichtung oder durch
Turbulenzen beim Einlaufen gestört werden. Bei kontinuierlicher Arbeitsweise, die
laufenden Ersatz des verbrauchten Beschichtungsmittels erfordert, ist es vorteilhaft,
das Beschichtungsmittel an vielen dicht benachbarten Stellen und mit geringstmöglicher
Turbulenz einströmen zu lassen, beispielsweise durch Düsen 3, die in den Vorrat eintauchen.
[0012] Als Vorrat wird die Menge des Beschichtungsmittels bezeichnet, die oberhalb der Schranke
den Zwischenraum bis zur Oberfläche der aufsteigenden Tafel oder Bahn ausfüllt, aber
dort eine dickere Schicht bildet als in der aufsteigenden Beschichtung. Es ist vorteilhaft,
wenn der Vorrat zwischen der beschichteten Oberfläche und der Schranke einen freien
Meniskus 5 ausbilden kann. Je nach der Viskosität des verarbeiteten Beschichtungsmittels
sollte der Vorrat einen Querschnitt von mindestens 1 bis 25 qmm und eine freie Oberfläche
von 1 bis 5 mm Breite haben.
[0013] Das Substrat wird vorzugsweise mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,1 bis 10 m/min,
besonders bevorzugt von 0,5 bis 2 m/min aufwärts bewegt. Höhere Geschwindigkeiten
können zu turbulentem Fließen des Beschichtungsmittels im Vorratsraum und infolge
davon zu einer ungleichförmigen Beschichtung führen. Geringere Geschwindigkeiten sind
wegen zu niedriger Produktivität in der Regel unwirtschaftlich und konnen zu Störungen
durch beginnende Trocknung im Bereich des Vorratsraumes führen.
[0014] Störungen der Beschichtung durch Staubteilchen sollen beim Verfahren der Erfindung
möglichst vermieden werden, z.B. durch Reinraumbedingungen in dem Bereich von der
Schranke bis zur Trocknungs- bzw. Härtungszone. Dieser Bereich läßt sich leicht mit
einem Gehäuse umkapseln und durch Einblasen gereinigter Luft staubfrei halten. Störungen
durch Staubteilchen lassen sich auch vermeiden, wenn eine Tafel oder Bahn verarbeitet
wird, die auf einer oder beiden Seiten durch eine abziehbar haftende Kunststoffolie,
vorzugsweise aus Polyäthylen, geschützt ist. Die Schutzfolie wird von der aufwärts
bewegten Tafel oder Bahn unmittelbar vor dem Durchgang an der Schranke abgezogen,
wobei gegebenfalls für eine Ableitung elektrostatischer Aufladungen Sorge zu tragen
ist.
Die Tafeln oder Bahnen
[0015] Das zu beschichtende Substrat in Form einer Tafel oder Bahn kann aus einem beliebigen
beschichtbaren Kunststoff mit glatter, geschlossener Oberfläche bestehen.
[0016] Thermoplastische extrudierbare Kunststoffe sind bevorzugt; z.B. Polycarbonat, Acrylglas
(Polymethylmethacrylat oder Copolymerisate des Methylmetzhacrylats), Polyethylen,
Polypropylen, ABS-Kunststoffe, Polystyrol oder Polyester. Sie können glasklar oder
durch Pigmente oder Füllstoffe getrübt oder eingefärbt sein sowie schlagzäh machende
oder andere übliche Zusätze enthalten. Die Dicke reicht von etwa 10 Mikrometer bis
3 mm bei rollbaren Bahnen und von 1 bis 20 mm bei Tafeln. Die Breite der Tafeln und
Bahnen ist durch die Maschinenbreite begrenzt und kann z.B. 0,2 bis 3 m betragen.
Die Länge ist beliebig. Man kann einzelne zugeschnittene Tafeln oder Bahnabschnitte
verarbeiten, wobei sie vorzugsweise auf Stoß hintereinanderfolgend in die Vorschubvorrichtung,
mittels deres sie aufwärts bewegt werden, eingeführt werden. Wenn sie mit Hilfsfolien
kaschiert sind, sollten diese vor dem Einlauf in die Vorschubvorrichtung an den Stoßstellen
- z.B. mit einem Klebeband - miteinander verbunden werden. Endlose Bahnen können von
einer Vorratsrolle abgenommen werden oder die Beschichtungsanlage kann unmittelbar
mit der Herstellungsanlge verbunden sein. Die Tafel oder Bahn kann im gleichen Arbeitsgang
einseitig oder beidseitig beschichtet werden, jedoch werden Folien überwiegend nur
einseitig und Tafeln überwiegend beidseitig beschichtet.
Das Beschichtungsmittel
[0017] Mit dem Verfahren der Erfindung lassen sich beliebige Arten von dekorativen oder
funktionellen Beschichtungen auf die Tafeln oder Bahnen aufbringen. Als Beschichtungsmittel
können alle dünnflüssigen härtbaren Lacke eingesetzt werden, vorausgesetzt daß sie
das Substrat ausreichend benetzen und mit ausreichender Geschwindigkeit kontinuierlich
härtbar sind. Die Härtung kann physikalisch durch Verdunsten eines Lösemittels oder
chemisch durch Vernetzung oder Polymerisation eintreten. Bevorzugte Beschichtungsmittel
werden nach beiden Methoden gehärtet, indem zuerst unter Wärmeeinwirkung ein Lösemittel
verdampft und anschließend, beispielsweise unter der Einwirkung von UV-Strahlung,
eine Polymerisation und Vernetzung erfolgt. Entsprechende Beschichtungsmittel sind
in großer Zahl bekannt. Sie dienen beispielsweise zur Erzeugung kratzfester, UV-schützender,
reflexionsmindernder, haftvermittelnder, wasserspreitender oder mattierender Deckschichten
und können gegebenenfalls die für diese Zwecke erforderlichen ungelösten Inhaltsstoffe
enthalten. Die Herstellung hochglänzender Deckschichten hat im Rahmen der Erfindung
herausragende Bedeutung. Typische Dicken der gehärteten Deckschichten liegen zwischen
1 und 20 Mikrometer; sie werden z.B. aus 3 bis 60 Mikrometer dicken Schichten des
dünnflüssigen Beschichtungsmittels erzeugt.
[0018] Die entstehende Beschichtung ist umso gleichmäßiger, je dünnflüssiger das Beschichtungsmittel
ist. Unter den Auftragsbedingungen soll eine Viskosität von 500 mPa s möglichst nicht
überschritten werden; bevorzugt sind 50 bis 500 mPa s. Diese Viskosität ist bei Raumtemperatur
nicht immer gegeben. Beschichtungsmittel, die bei Raumtemperatur hochviskos sind,
können oft durch Erwärmen auf beispielsweise 40 bis 100°C auf eine verarbeitbare Viskosität
im oben genannten Bereich eingestellt werden. Derartige Beschichtungsmittel werden
daher in entsprechend vorgewärmtem Zustand in den Vorratsraum eingespeist.
[0019] Die Beschichtungsanlage,
die in den Figuren 1 und 2 schematisch dargestellt ist, enthält
a) eine Vorschubvorrichtung, mittels der die Tafel oder Bahn aus Kunststoff aufwärts
bewegbar ist,
b) eine waagerecht an der Bewegungsbahn der Tafel oder Bahn angeordnete Schranke,
c) eine Vorrichtung zur Zuführung eines flüssigen Beschichtungsmittels in den an die
Bewegungsbahn der Tafel oder Bahn angrenzenden Raum oberhalb der Schranke.
[0020] Als Vorschubvorrichtung eignen sich beispielsweise angetriebene Rollenpaare 15 mit
einer elastischen Beschichtung, die die Tafel oder Bahn im Walzenspalt mit der erforderlichen
Geschwindigkeit aufwärts bewegen.
[0021] Die Ausbildung der Schranke als Walze 8 oder Rakel 1 ist bevorzugt, schließt aber
die Anwendung anderer Mittel, mit denen der Vorrat des Beschichtungsmittels an der
Oberfläche der Tafel oder Bahn gehalten werden kann, nicht aus. Der Begriff "Rakel"
soll die Gestaltung nicht auf Ausführungsformen einengen, die für das herkömmliche
Verfahren des Aufrakelns von Beschichtungsmitteln geeignet sind. Brauchbar sind alle
Ausführungsformen, die die Aufgabe erfüllen, den Raum 2 für den Vorrat des Beschichtungsmittels
abzugrenzen.
[0022] Abgesehen von diesen Merkmalen ist die Gestalt der Schranke nicht kritisch. Es kann
sich z.B. um eine schräg oder gebogen nach oben gerichtete Rakel 1 handeln, die zusammen
mit der aufwärts bewegten Oberfläche eine Art Trog bildet. Die Rakel läuft unten in
eine Lippe 6 aus, die die Tafel oder Bahn 4 dichtend berührt. Die Lippe kann aus einem
weichelastischen, gegenüber dem Beschichtungsmittel beständigen Werkstoff, wie Gummi
oder Polyäthylen bestehen. Auch ein in der Bewegungsrichtung federnd anliegendes Metallblatt
ist geeignet. Wenn die Tafel oder Bahn eine hinreichend gerade Oberfläche hat, kann
auch mit einer nichtelastischen Lippe ein dichter Abschluß erreicht werden. Eine Undichtigkeit
der Lippe ist dann nicht von Nachteil, wenn das aus einem Leck austretende Beschichtungsmittel
langsamer an der Tafel oder Bahn abläuft als diese aufwärts bewegt wird. Ein Gegendruckrolle
7 kann vorteilhaft sein, um die Lippe 6 in dichter Berührung mit der Tafel oder Bahn
4 zu halten.
[0023] Ein andere Ausführungsform der Schranke ist in Figur 2 dargestellt. Hier wird der
Vorrat 2 durch eine an der Tafel oder Bahn 4 mit gleicher Oberflächengeschwindigkeit
laufende Walze 8 gehalten, der eine Gegendruckwalze 7 gegenübersteht. Das Walzenpaar
7,8 kann gleichzeitig als Vorschubvorrichtung dienen. Mit einer Rakel 9 wird das von
der Walze 8 mitgenommene Beschichtungsmittel abgestreift, so daß es in den Vorrat
2 zurückfließt. Hinter der Rakel 9 kann eine Reinigungsvorrichtung 16 angebracht sein,
mit der die Walzenoberfläche von anhaftenden Resten des Beschichtungsmittels befreit
wird.
[0024] Ein seitlicher Abschluß des Vorratsraumes ist nur erforderlich, wenn die Füllhöhe
5 an der Schranke so hoch ist, daß das Beschichtungsmittel sonst seitlich ablaufen
würde. Bei einer Füllhöhe 5 von wenigen Millimetern und einem schmalen Abstand der
Schranke von der Oberfläche der Tafel oder Bahn können die an den offenen Enden des
Vorratsraumes bestehenden Oberflächenkräfte ausreichen, um ein Abfließen zu verhindern.
Andernfalls werden an die Enden geeignete elastische Dichtungslaschen angelegt.
[0025] Das Zuführungssystem für das flüssige Beschichtungsmittel besteht vorzugsweise aus
einer zentralen Zuführungsleitung 10, von der eine Mehrzahl von Verteilerleitungen
11 in den Vorratsraum 2 führen und in den Düsen 3 oberhalb oder bevorzugt unterhalb
des Meniskus des Beschichtungsmittels münden. Die Rakel 1 kann mit der Zuführungsleitung
10 und den Verteilerleitungen 11 eine bauliche Einheit bilden, in der die Leitungen
11 beispielsweise aus Bohrungen in der Wandung der Leitung 10 bestehen. Ein durchlaufender
feiner Schlitz erfüllt die gleiche Funktion.
[0026] Wenn mit einem erwärmten Beschichtungsmittel gearbeitet wird, ist es zweckmäßig,
die Leitungen 10, 11 mit einem Heizmantel 12 zu umgeben, der über Leitungen 13, 14
mit einem Heizmittel durchströmt werden kann. Auch die Rakel 1 oder die Walze 8 kann
in entsprechender Weise durch Heizelemente bzw. -kanäle 17 heizbar ausgestaltet sein.
[0027] An die Beschichtungsanlage schließt sich im Regelfall eine Trocknungs- oder Härtungszone
an. Zur Verarbeitung physikalisch trocknender Beschichtungsmittel kann sie mit Strahlungswärme
oder Warmluft arbeiten und im Falle von chemisch durch Polymerisation oder Vernetzung
härtenden Beschichtungen Wärme- oder UV-Strahler enthalten. Darauf kann eine Kühl-,
Trenn- oder Weiterverarbeitungszone folgen.
1. Verfahren zum Beschichten von ebenen Tafeln oder Bahnen aus Kunststoff, bei dem
eine Tafel oder eine Bahn an einer quer zur Bewegungsrichtung angeordneten Schranke
entlanggeführt und ein Vorrat eines flüssigen Beschichtungsmittels auf einer Seite
der Schranke an der Oberfläche der Tafel oder Bahn gehalten und die Oberfläche dabei
beschichtet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Tafel oder die Bahn im unbeschichteten Zustand aufwärts an der waagrecht angeordneten
Schranke entlanggeführt wird und nach dem Durchgang an der Schranke mit dem Vorrat
des flüssigen Beschichtungsmittels in Berührung gebracht und mit einer solchen Geschwindigkeit
aufwärts weiterbewegt wird, daß der Überschuß des Beschichtungsmittels in den Raum
oberhalb der Schranke zurückfließt, und daß die nach dem Abfließen des Überschusses
zurückgebliebene Beschichtung anschließend getrocknet bzw. gehärtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorrat des flüssigen
Beschichtungsmittels nach Maßgabe des Verbrauchs ergänzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es kontinuierlich mit einer
Bahn oder mit einer Folge von aneinanderstoßenden Tafeln durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als Schranke eine die Oberfläche der Tafel oder der Bahn berührende Rakel verwendet
wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß als Schranke eine die Oberfläche der Tafel oder der Bahn berührende Walze verwendet
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schranke
auf eine Temperatur, bei der das flüssige Beschichtungsmittel eine Viskosität unter
500 mPa s hat, beheizt wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Tafel oder Bahn beschichtet wird, von der dicht vor dem Durchgang an der
Schranke eine auf der Oberfläche haftende Folie abgezogen worden ist.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tafel oder die Bahn mittels einer auf die Rückseite wirkenden Gegendruckrolle
gegen die Schranke gedrückt wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Tafel oder die Bahn gleichzeitig auf beiden Seiten beschichtet wird.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9, enthaltend
a) eine Vorschubvorrichtung (7/8, 15) mittels der eine Tafel oder Bahn (4) aus Kunststoff
aufwärts bewegbar ist,
b) eine waagrecht an der Bewegungsbahn der Tafel oder Bahn angeordnete Schranke (1,
8),
c) eine Vorrichtung (10, 11) zur Zuführung eines flüssigen Beschichtungsmittels in
den an die Bewegungsbahn der Tafel oder Bahn angrenzenden Vorratsraum (2) oberhalb
der Schranke,
d) eine oberhalb des Vorratsraumes angeordnete Rücklaufzone für den Überschuß des
Beschichtungsmittels,
e) eine oberhalb der Rücklaufzone angeordnete Trocknungs- oder Härtungszone.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schranke aus einer
Rakel besteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schranke aus einer
Walze besteht.
13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schranke heizbar ist.
14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, gekennzeichnet durch
eine Gegendruckwalze, mittels derer die Tafel oder Bahn an die Schranke andrückbar
ist.