UV-härtende Druckfarben mit verbesserter Haftung auf olefinischen Kunststoffen

Olefinische Kunststoffe (Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP)) sind völlig unpolar und müssen vor dem Beschichten bzw. Bedrucken vorbehandelt werden. In der Verpackungsindustrie, dem Haupteinsatzgebiet von olefinischen Kunststoffen, werden Folien bzw. flächige Teile meist durch eine Korona-Entladung anoxidiert und damit polarer gemacht. Die Optimierung der Vorbehandlung und die Verbesserung der Haftung sind daher Schlüsselthemen.

Am Fraunhofer IPA wurde untersucht, wie sich die Intensität bzw. Alterung der Korona-Vorbehandlung von olefinischen Kunststoffen auf die Haftung von UV-gehärteten Drucken bei kritischen Belastungen auswirkt und inwieweit die Haftung durch eine Rezeptur­modifikation der UV-Druckfarbe gezielt beeinflusst bzw. verbessert werden kann.

Die Frauhofer Forscher fanden heraus, dass bei PE-Folien, unabhängig von der Zusammensetzung der UV-Druckfarben, eine starke Korona-Vorbehandlung Grundvoraussetzung für eine gute Haftung ist. Einflussgrößen sind die Polarität der PE-Oberfläche sowie die Art und der Anteil der gebildeten polaren Gruppen. Bei den UV-Druckfarben war es wichtig, innere Spannungen durch die Auswahl der Bindemittelkomponenten (Präpolymer, Reaktivverdünner) zu vermeiden oder z. B. durch eine feucht-warme Lagerung abzubauen.

Auf der PP-Folie hafteten die meisten UV-Drucke sehr schlecht. Maßnahmen, die sich bei der PE-Folie als positiv für die Haftung erwiesen hatten, waren unwirksam. Anhand von Oberflächenanalysen konnte die Ursache ermittelt und Steuerungsmöglichkeiten aufgezeigt werden. Neben der Art und dem Anteil der gebildeten polaren Gruppen ist das Ausmaß des Polymerabbaus ein für die Haftung entscheidendes Kriterium. Bei der Korona-Vorbehandlung von PP bildeten sich wasserlösliche Abbauprodukte des Polymeren als so genanntes »Low Molecular Weight Oxidised Material« (LMWOM). Die LMWOM-Schicht (weak boundary layer) löste sich mit dem UV-Druck vom PP-Substrat ab. Die Haftung der UV-Drucke konnte durch reaktive UV-Lackkomponenten verbessert werden.

Das IGF-Vorhaben 14457N wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förde­rung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

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Dr. rer. nat. Betina Joos-Müller I Telefon +49 711 68780-28 I betina.joos-mueller@ipa.fraunhofer.de