DE2650048C2 - Verfahren zum Beschichten von Kunststoffgegenständen und -flächen - Google Patents

Verfahren zum Beschichten von Kunststoffgegenständen und -flächen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Kunststoffgegenständen und -flächen, bei dem man |
auf die Gegenstände oder Flächen durch Plasmapolymerisation eines Überzugsmittels auf Organosilanbasis, das mindestens eines der Organosilane Vinyltrichlorsilan, Tetraäthoxysilan, Vinyltriäthoxysilan, Tetravinylsilan, Vinyltriacetoxysilan, Hexamethyldisilazan, Tetramethylsilan, Vinyldimethyläthoxysüan. Vinyltrimethoxysilan und Methyltrimethoxysilan enthä't. einen Schutzüberzug aufbringt. Die auf diese Weise erhaltenen Schutzüberzüge auf Kunststoffgegenständen aus beispielsweise Acrylpolymerisaten, Polystyrolen oder Polycarbonaten sind |
abriebfest, gleichmäßig und optisch klar im Bereich von 400—800 nm, so daß sie insbesondere zum Schutz optischer Teile aus Kunststoff geeignet sind. Die Vorteile der Anwendung der Plasmapolymerisation auf die Überzugsmittel auf Basis von Organosilanverbindungen gemäß vorliegender Erfindung werden weiter durch Verwendung eines Zusatzgases während der Plasmapolymerisation verbessert, wodurch die Abriebfestigkeit d"s Schutzüberzuges weiter verbessert wird.
Die Erfindung betrifft die Anwendung von Plasmapolymerisations- oder Glimmentladungspolymerisationsverfahren auf die vorstehend genannte Gruppe von Organosilanverbindungen, die nach der Plasmapolymerisation überlegene, abriebfeste Schutzüberzüge ergeben. Die erfindungsgemäß hergestellten abriebfesten Organosilan-Überzüge stellen nach der Plasmapolymerisation eine gleichmäßige und optisch klare (im Bereich von 400 bis 800 nm) Schutzschicht für Kunststoffteile und insbesondere optische Teile aus Kunststoff dar. Erfindungsgemäß wird eine weniger haltbare Kunststofffläche durch Plasmapolymerisation mindestens eines Organosilans der vorstehend aufgeführten Gruppe mit einem abriebfesten Schutzüberzug versehen.
Das Plasmapolymerisationsverfahren ergibt zusammen mit den erfindungsgemäßen Verbindungen nicht nur einen optisch klaren, kratzbeständigen Überzug für Kunststoffgegenstände und -flächen, sondern es überwindet auch Schwierigkeiten, die mit den beim Beschichten von Kunststoffgegenständen auftretenden Richtungs- und Leitungserfordernissen verbunden sind. Kunststoffgegenstände, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
beschichtet wurden, weisen einen gleichmäßigen und optisch klaren Überzug auf. der für photographische und andei e Anwendungsformen brauchbar ist. bei denen eine optisch klare Oberfläche erforderlich ist. die abriebfest und von gleichmäßiger Dicke ist.
Optische Teile aus synthetischen Kunststoffer wurden allgemein aus verschiedenen organischen Harzen wie beispielsweise Acrylharzen. Polystyrol, Polycarbonaten. Polymethylmethacrylaten, hochtemperai.^beständigen Polycarbonatharzen und anderen derartigen synthetischen Harzen hergestellt. Optische Teile, die aus durchsichtigen synthetischen Harzen hergestellt wurden, besitzen vieir. Vorteile gegenüber Glas und kristallinen optischen Stoffen, wie beispielsweise geringere Herstellungkosten und WidtiStandsfähigkeit gegenüber Wärmeschock und mechanischen Beanspruchungen. Derartige optische Teile aus Kunststoff waren jedoch besonders angreifbar durch Abrieb. Kratzen und Umgebungseinflüsse, die zu einer Beeinträchtigung, wenn nicht volls.tändigen Zerstörung der optischen Eigenschaften führten.
Zur Verhinderung oder Verzögerung der Beeinträchtigung der optischen Fähigkeiten von optischen Teilen aus durchsichtigen Kunststoffen wurden bereits verschiedene Anstrengungen unternommen. So versuchte man beispielsweise verschiedene Arten kratzfester Überzüge durch eine Reihe von Verfahren aufzubringen, beispielsweise durch Tauchverfahren, mittels Elektronenstrahlen, durch UV-Polymerisation und durch Aufbringen von Überzügen unter Eintrocknen der Lösungsmittel, bei denen ein Lösungsmittel aus einem Überzugsmittel ,u„ abgedampft und anschließend der Überzug gebildet wurde. Diese Überzugsmittel und Verfahren haben sich -> ^
allgemein nicht als wirksame Methoden zum Schutz durchsichtiger synthetischer Harze erwiesen, da derartige ρ
Verfahren zu zusätzlichen Schwierigkeiten führten, die mit der Gleichmäßigkeit der Überzüge, der zufälligen Haftfestigkeit zwischen dem Überzug und dem Gegenstand, der Orientierung, und den Richtungs- und den
Leitungserfordernissen zwischen Gegenstand und Ursprung des Überzugsmittels zusammenhingen. Die bisherigen Verfahren haben auch zu übermäßigen Kosten der Überzüge und großen Abweichungen in der Qualität und Gleichförmigkeit der Kratzfestigkeitseigenschaften der überzogenen Kunststoffprodukte geführt.
In einigen Fällen haben die bekannten Überzugsmittel und Verfahren zu Schwierigkeiten der Verträglichkeit
des Oberzugsmaterials und des zu überziehenden Gegenstandes geführt, wobei die optische Durchlässigkeit an der Grenzfläche zwischen dem Kunststoffgegenstand und dem Überzug beeinträchtigt wurde. Bei anderen bekannten Überzugsverfahreji und Überzugsmitteln wurde eine Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften des Kunstsioffgegenstandes in Kauf genommen, um eine abriebfestere Oberfläche zu erhalten. Außerdem haben die bekannten Überzugsmittel und Verfahren zum Aufbringen der Überzugsmittel keine Methode bereitgestellt, mit deren Hilfe ein gleichmäßiger, optisch klarer und abriebfester Überzug bereitgestellt wurde, der im Wellenlängenbereich von 400 bis 800 nm durchlässig war.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile und Einschränkungen der bekannten Überzugsmittel und Überzugsverfahren auszuschalten.
Diese Aufgabe wird erfindungs gemäß dadurch gelöst, daß man auf die Kunststoffgegenstände oder -flächen durch Plasmapolymerisation oder Glimmentladungspolymerisation eines Überzugsmittels auf Organosilanbasis, das mindestens eines der vorstehend aufgeführten neuen Organosilane enthält, einen Schutzüberzug aufbringt Der erfindungsgemäß aufgebrachte Schutzüberzug ist besonders beständig gegenüber solchen Bedingungen und Systemen der Umgebung, bei denen durchsichtige synthetische Harze Abriebbedingungen ausgesetzt werden. Die Abriebfestigkeit der erfindungsgemäß erhältlichen Organosilanüberzüge ist verbunden mit den Vorteilen einer wirksamen Aufbringung unter Anwendung der Plasmapolymerisation, wodurch ein zäher, gleichmäßiger und optisch klarer Überzug im Bereich von 400 bis 800 nm erhalten wird. Die neuen und brauchbaren Überzugsmittel gemäß vorliegender Erfindung sind mit den Oberflächen der Acrylharze, Polyüyrolharze, Polycarbonatharze und anderer synthetischer Harze verträglich und eignen sich gut für die Plasmapolymerisation geijäß vorliegender Erfindung, um eine gleichmäßige und abriebfeste Oberfläche zu erhalten. Die Überzügäffiiuei auf Grganoäilanb.isis, die sich ab besonders brauchbar zur Herstellung optisch klarer Überzüge für Kunststoffgegenstände durch Plasmapolymerisation erwiesen haben, enthalten mindestens eines der vorstehend angeführten Organosilane. Die Anordnung und der mechanische Betrieb von Plasmapolymerisations- oder Glimmentladungspolymerisationsverfahren, die bei der Anwendung der Überzugsmittel auf Organosilanbasis zwecks Bildung abriebfester Überzüge angewendet werden, sind in der US-PS 38 47 652 und in der DE-OS 24 46 550 beschrieben. Die vorliegende Erfindung benutzt die Plasmapolymerisation zur Anwendung von Überzugsmitteln, die eine besondere Klasse von Organosilanverbindungen enthalten, auf Kunststoffgegenstände und -flächen, wodurch nach der Plasmapolymerisation überlegene abriebfeste und optisch klare Überzüge auf den Kunststoffgegenständen und -flächen erhalten werden.
Die Organosilanverbindungen der vorliegenden Erfindung ergeben einen besonders brauchbaren abriebfesten Überzug füi optische Teile aus Kunststoff und können darüberhinaus vorteilhaft mittels Plasmapolymerisation unter Bildung abriebfester Überzüge auf weniger beständige Kunststoffflächen aus beispielsweise Acrylharzen. Polystyrol, Polycarbonaten, Polymethylmethacrylat, hochtemperaturbeständigen Polycarbonatharzen und anderen derartigen syntne'ischei Harzen aufgebracht werden. Die erfindungsgemäßen Überzugsmittel auf Organosilanbasis sind sehr gut verträglich mit den Kunststoffen der Gegenstände, und die Plasmapolymerisationsverfahren ermöglichen die Bildung eines zähen Organosilanüberzuges, der gut an dem Gegenstand haftet, und zwar auch an einem unregelmäßig geformten Kunststoffgegenstand. Die Organosilanverbindungen ergeben weiterhin einen optisch klaren und abriebfesten Überzug im Wellenlängenbereich von 400 bis 800 nm, der für optische Teile aus Kunststoff geeignet ist. Die Plasmapolymerisationsverfahren, die auf die Orgaicsilanverbindungen angewendet werden, haben den weiteren Vorteil, daß sie keine besonderen Richtungs- und Leitungserfordernisse zwischen dem Kunststoff und dem Ursprung des Überzugsmittels bedingen.
Die Anwendung der Plasmapolymerisation auf die Organosilanverbindungen gemäß vorliegender Erfindung ermöglicht eine größere Vielfalt der zu polymerisierenden Monomeren, die infolge der zur Einleitung der Polymerisation verfügbaren hohen Energien in dem Polymerisationsverfahren reagieren, wobei Überzüge mit überlegenen mechanischen Festigkeiten und gleichmäßiger Überzugsdicke erhalten werden. Die Polymerisationsverfahren können daher eingesetzt werden, um Organosilanüberzüge von Verbindungen zu erhalten, die vereinigt und polymerisiert werden, wobei leicht anwendbare, brauchbare Überzugsmittel zu einer großen Vielfalt optischer Überzüge führen, die viele erwünschte optische Eigenschaften aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Überzugsmittel auf Organosilanbasis sind sehr gut verträglich mit den synthetischen Kunststoffen der Gegenstände und passen sich diesen sehr gut an, wodurch ihre Anwendung 'ind Verwendung mit Gegenständen mit MikroStruktur-Einzelheiten, wie beispielsweise Tafeln für gedruckte Schaltungen und Teile der Mikroelektronik, ermöglicht werden. Nach der Polynerisation liefern die Organosilanverbindungen einen überlegenen, abriebfesten Überzug für Kunststoffgegenstände, der Feuchtigkeit und andere Umgebungseinflüsse ausschließt. Die Organosilanzusammensetzungen gemäß vorliegender Erfindung können allein oder in Kombinationen unter Bildung ein« optisch klaren Überzuges auf Kunststoffflächen polymerisiert werden. Die Organosilanverbindungen. die gernäß vorliegender Erfindung polymerisiert werden können, sind in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt:
Tabelle I
Abkürzung Chemische Bezeichnung
VTCS Vinyltrichlorsilan
TES Tetraäthoxysilan
VTES Vinyltriäthoxysilan
TVS Tetravinylsilan
VTAS Vinyltriacetoxysilan
ίο HMDSZ Hexamethyldisüazan
TMS Tetramethylsilan
VDMES Vinyidimethyläthoxysilan
VTMS Vinyltrimethoxysilan
MTMS Methyltrimethoxysilan
Die Oberzugsmittel auf Organosilanbasis gemäß vorliegender Erfindung werden mit Hilfe eines Plasmapolymerisationsverfahrens polymerisiert um dem Kunststoffgegenstand eine überlegene Abriebfestigkeit zu verleihen. In der nachstehenden Tabelle II sind beispielhafte Bedingungen, unter denen eine Organosilanverbindung, wie z. B. Vinyltrimethoxysilan, durch Plasmapolymerisation als Überzug auf einem Kunststoffgegenstand abgelagert wird, zusammengestellt:
Die «η Tabelle II aufgeführten Bedingungen umfassen auch eine Inertgasatmosphäre. Derartige inerte Gase könneA Uei der Plasmapolymerisation allgemein unter Drücken von 0,067 bis etwa 0,800 mbar angewendet werdefL Cemäß der vorstehenden Tabelle II wurde Argon zur Plasmapolymerisation eingesetzt, es können aber auch Mildere Gase und Gasgemische eingesetzt werden. Die in der vorstehenden Tabelle II angegebenen Bedingungen können auch für eine Plasmapolymerisation von anderen Organosilanverbindungen, die in Tabelle I zusammengefaßt wurden, angewendet werden, um optisch klare, abriebfeste Überzüge für Kunststoffgegenstände zu erhalten. Die Dauer der Polymerisation oder Ablagerung, die angewandte Leistung und die Inertgasatmosphäre können verändert werden, um die Dicke des gewünschten Überzuges oder die besondere Art oder Kombination von eingesetzten Monomeren zu erhalten. Außerdem kann auch die gasförmige Umgebung
verändert werden, um dem Überzug verschiedene Eigenschaften zu verleihen, wie nachstehend noch näher erläutert wird.
Die Erfindung wird durch das folgende Beispiel näher^rläutert
Beispiel 1
j Es wcarde durch Plasmapolymerisation ein abriebfester optisch klarer Überzug aus Vinyltrimethyoxysilan auf
ein Teil aus hochtemperaturbeständigem Polycarbonatharz aufgebracht. Die Plasmapolymerisation von Vinyltrimethoxysilan auf dem Kunststoffteil wurde 1300 Sekunden lang in einer Argonatmosphäre bei 0,347 mbar ,Gesamtdruck und einer Leistungseinstellung von 30 Watt durchgeführt. Die vorstehenden Bedingungen sind in so der nachstehenden Vabelle nochmals zusammengestellt:
Tabelle II Druck
(mbar)		 Beschickung (cm
Monomeres		 Argon Leistung
(Watt)		 Dauer
(S)
Verbindung 0352
0339
0347		 Ui Ul Ul 14,5
15,0
14,5		 30
30
30		 1000
2000
3000
Vinyltrimethoxysilan
Vinyltrimethoxysilan
Vinyltrimethoxysilan
Versuch Nr. Druck Beschickung Leistung Dauer
(mbar) Monomeres Argon (Watt) (s)
VTSM-3A.B 0,347 5 14,5 30 1300
Nach Ablagerung des Überzuges aus polymerisiertem Vinyltrimethoxysilan über dem Kunststoffteil aus hochtemperaturbeständigem Polycarbonatharz, wurde die Abriebfestigkeit des Überzuges getestet, indem man sowohl über die überzogenen als auch über nichtüberzogene Teile des Kunststoffgegenstandes eine Diamantnadel oder einen Diamantschreiber zog. Die Nadel wurde so befestigt, daß der Diamantsplitter die Kunststoffoberfläche berührte und die Nadel in einem Winkel von 45° um einen freibeweglichen Drehpunkt, festlag, während die Kunststoffprobe unter der Nadel hindurchgezogen wurde, wobei an dem Diamantsplitter ein Eigendruck von etwa 7 bis 10 g herrschte. Die Kunststoff probe zeigte Kratzlinien auf dem nichtüberzogenen Teil, die jedoch
nicht auf den mit dem Überzug aus poiymerisiertem Vinyltrimethoxysilan !aberzogenen Teil übergingen. Der Überzug aus polymerisiertem Vinyltrimethoxysilan war gleichmäßig und optisch klar und stellte einen überlegenen Schutz für den kunststoffgegenstand dar.
Beispiele für optische Teile aus Kunststoff, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geschützt werden
können, sind Linsen, Prismen und andere Teile und Elemente, die für eine Verwendung in der Optik vorgesehen
sind.
Wenn auch in dem vorstehenden Beispiel die Verwendung einer inerten Gasatmosphäre, z. B. aus Argon,
beschrieben wurde, so ist doch nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Verwendung verschiedener anderer Gase bei der Plasmapolymerisation vorgesehen, beispielsweise eine Atmosphäre aus Sauerstoff, 5 Stickstoff, Ammoniak, Wasserdampf, Schwefeldioxid oder Gemische daraus. Eine Plasmapolymerisation in
Gegenwart derartiger Gase führt nicht nur zur Polymerisation der Organosiianverbindungen, sondern auch zur
Einarbeitung eines Teiles des Gases unter Bildung zusätzlicher Si-O-, Si-N- und Si—S-Bindungen, die bekanntlich widerstandsfähig sind und dem Überzug eine zusätzliche Festigkeit verleihen. Die Verwendung und
Auswahl der zusätzlichen Gase kann auf der Grundlage der gewünschten Organosilanbindungen vorgenommen 10 werden, um die Auswahl von optisch klaren Überzugsmitteln für Kunststoffe mit erwünschten optischen
Eigenschaften und Haltbarkeitseigenschaften zu verbessern und auch als weiteres Mittel zur Verbesserung der
Abriebfestigki;it der erfindungsgemäß hergestellten Überzüge auf Organosilanbasis. Die erfindungsgemäß eingesetzten Organosiianverbindungen ergeben überlegene abriebfeste Überzüge, die einen hohen Grad an mechanischer Festigkeit und eine sehr gute Gleichmäßigkeit des Überzuges aufweisen. 15

Claims (6)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Beschichten von Kunststoffgegenständen und -flächen, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die Gegenstände oder Flächen durch Plasmapolymerisation eines Überzugsmittels auf g
Organosilanbasis, das mindestens eines der Organosilane Vinyltricblorsilan, Tetraäthoxysilan, Vinyltriäth- > |
oxysilan, Tetravinylsiian, Vinyltriacetoxysilan, Hexamethyldisilazan, Tetramethylsilan, Vinyldimethyläthoxysüan, Vinyltrimethoxysilan und Methyltrimethoxysilan enthält, einen Schutzüberzug aufbringt.
_
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Plasmapolymerisation des Überzugsmittels auf Organosilanbasis in Gegenwart von Sauerstoff, Stickstoff, Ammoniak, Wasserdampf,
ίο Schwefeldioxid oder Gemischen aus zwei oder mehr dieser Gase arbeitet
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Plasmapolymerisation in einer inerter. Gasatmosphäre unter einem Druck von 0,067 bis 0,80 mbar einleitet.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als inerte Gasatmosphäre Argon verwendet
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß man einen Überzug mit einer Durchlässigkeit g
im Wellenlängenbereich von 400—800 nm aufbringt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß man ein Überzugsmittel ja
verwendet das als Organosilanverbindung Vinyltrimethoxysilan enthält
DE2650048A 1975-11-21 1976-10-30 Verfahren zum Beschichten von Kunststoffgegenständen und -flächen Expired DE2650048C2 (de)

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