DE10030911A1 - Verfahren und Anlage zum Herstellen von Polyurethan-Schmelzklebstoffen - Google Patents

Verfahren und Anlage zum Herstellen von Polyurethan-Schmelzklebstoffen

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Abstract

Polyurethan-Schmelzklebstoffe werden aus einem Isocyanat (erste Komponente A) und mindestens einer zweiten, an sich bekannten Komponente (B) hergestellt. Man extrudiert beide Komponenten (A, B) getrennt voneinander, schmilzt diese auf und mischt sie erst dann und läßt sie reagieren. Eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber dem Stand der Technik wird erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum, insbesondere kontinuierlichen, Herstellen von Polyurethan-Schmelzklebstoffen aus einem Isocyanat (erste Komponente A) und mindestens einer zweiten, an sich bekannten Komponente B.
Schmelzklebstoffe, auch Hotmelts genannt, basieren unter anderem auf Poly- Polyurethanen, werden in geschmolzenem Zustand appliziert und binden durch die anschließende Abkühlung besonders rasch ab. Polyurethane sind aus Poly­ etherdiolen/Polyesterdiolen (Komponente B) und Diisocyanaten gezielt aufgebaute Klebstoff-Systeme. Die sehr variable Härtung dieser Polyurethanklebstoffe wird durch eine zweite Diolkomponente oder durch die Luftfeuchtigkeit bewirkt. Mit Polyurethanen sind hochfeste und elastische Verbindungen möglich, die dynamische Belastungen und Temperaturwechsel gut überstehen.
Das Verfahren der eingangs genannten Art ist aus einem Prospekt der Fa. Reinhard Düspohl Maschinenbau GmbH bekannt. Hier wird ein Verfahren für die Herstellung und einer sich direkt anschließenden Verarbeitung von Polyurethan- Schmelzklebstoffen beschrieben. Granulate der beiden Komponenten A und B werden aus zwei separaten Trichtern über separat angetriebene Dosierschnecken einer Mischzone zugeführt. Aus der Mischzone gelangen die Granulate in einen Extruder, wo sie durch Kompressions- und Friktionswärme bis zum Erweichungs­ punkt erhitzt und zu einer homogenen Klebstoffmasse aufbereitet werden. Dem Extruder können Auftragssysteme für Schmelzklebstoff nachgeschaltet werden.
Trotz der unbestreitbaren Vorteile weist dieses Verfahren jedoch auch eine Reihe von Nachteilen auf. Die Schmelztemperatur wird ausschließlich durch die Antriebsenergie des Extruders aufgebracht. Daher ist ein anschließendes Erwärmen oder Kühlen erforderlich, um die gewünschten Verarbeitungstem­ peraturen und -Viskositäten zu erhalten. Zu diesem Zweck muß der Klebstoff in Zwischentanks auf die Verarbeitungstemperatur gebracht werden, wobei eine Schutzbegasung für den Zwischentank erforderlich ist, um ein vorzeitiges Aus­ härten des Klebstoffes zu verhindern. Die Reinigung des Zwischentanks mit einem speziellen Reiniger ist ebenfalls von Nachteil.
Nach jedem Stillstand muß die Anlage, insbesondere der Extruder, gereinigt werden. Dabei müssen die sich in der Anlage befindlichen Isocyanat-Bestandteile vollständig neutralisiert, d. h. abreagiert, und entfernt werden.
In der Komponente B gegebenenfalls enthaltenes Wasser führt zu einer chemischen Reaktion mit dem Isocyanat, wobei Kohlendioxid gebildet wird, das zum Schäumen führt. Ferner werden auch Amine gebildet, die die Vernetzung des Klebstoffs in gegebenenfalls unerwünschter Weise beschleunigen.
Weitere Nachteile sind die erhöhten Energiekosten und die erhöhten Verlust­ mengen von zum Spülen der Anlage verwendetem Klebstoff und die längeren Verweilzeiten der Klebstoffgemische bei höheren Temperaturen. Ungünstig ist auch die relativ große Menge an Klebstoff innerhalb der Anlage. Ferner können modifizierte Klebstoffsysteme, z. B. beschleunigte, thixotropierende oder schäumende Systeme nicht oder nur im eingeschränkten Umfang hergestellt und verarbeitet werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, im eingangs genannten Verfahren die genannten Nachteile zu vermeiden.
Zur Lösung der Aufgabe wird für das eingangs genannten Verfahren erfindungs­ gemäß vorgeschlagen, daß man beide Komponenten (A, B) getrennt voneinander dosiert und fördert, zweckmäßigerweise extrudiert und, insbesondere dabei, aufschmilzt und erst dann mischt und reagieren läßt.
Auf diese Weise wird eine verbesserte Steuerung der Temperaturen während des Aufschmelzens der Komponenten A und B in den separaten Extrudern erreicht.
Die bereits aufgeschmolzenen Komponenten A und B lassen sich erheblich besser vermischen. Ein Zwischentank, in welchem das Klebstoffgemisch auf die gewünschte Verarbeitungstemperatur gebracht wird, ist nicht mehr erforderlich. In den Extrudern befindet sich überhaupt kein Klebstoff, sondern nur die zur Her­ stellung des Klebstoffes erforderlichen Komponenten. Diese reagieren erst im Mischer miteinander. Die Verwendung von Schutzgas ist nicht erforderlich. Bei einer Unterbrechung des Verfahrens braucht nur der Mischer, nicht aber der Extruder gereinigt zu werden, so daß geringere Klebstoffverluste als im Stand der Technik die Folge sind. Sollte eventuell der Klebstoff in der Anlage aushärten, so braucht nur der Mischer, nicht aber auch der bzw. die Extruder ausgetauscht werden, so daß die Betriebsunterbrechung im Gegensatz zum bekannten Verfahren nur gering ist. Es befinden sich erheblich geringere Mengen an fertigem Klebstoff in der Anlage, und die Temperaturbelastung für den fertigen Klebstoff vor seiner Verarbeitung ist erheblich niedriger. Man erreicht relativ konstante Viskositäten und Konsistenzen. Schließlich können auch besonders modifizierte Klebstoffsysteme hergestellt werden, z. B. nicht bis stark beschleunigte, nicht bis stark schäumende und/oder nicht bis stark tixotrophierende Systeme. Von Vorteil ist außerdem, daß in der Komponente B vorhandenes Wasser verdampft ist, bevor diese Komponente mit dem Isocyanat in Kontakt kommt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß man die Komponenten (A, B) während der Extrusion zusätzlich erwärmt, um die gewünschte Klebstofftemperatur gezielt einstellen zu können.
Von Vorteil ist es weiterhin, wenn man zum Mischen einen statischen Mischer einsetzt.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß man die Komponenten unmittelbar nach der Extrusion mischt.
Vorteilhaft ist außerdem die Möglichkeit, daß man beim Mischen eine zusätzliche Komponente (C) zugeben kann.
Als die erste Komponente A kann ein beliebiges, zur Klebstoffherstellung geeig­ netes Isocyanat eingesetzt werden. Es wird insbesondere vorgeschlagen, daß diese Komponente ein mono- oder mehrfunktionelles oder geblocktes Isocyanat ist.
Als zweite Komponente B können alle verfügbaren Formulierungen an sich bekannter Art eingesetzt werden. Dazu wird insbesondere vorgeschlagen, daß die Komponente ein Stoff mit zumindest zwei funktionellen Gruppen ist, die mit Isocyanatgruppen reagieren, insbesondere ein Polyol ist. Auch Modifikationen der zweiten Komponente können eingesetzt werden, um entsprechende Eigenschaften, z. B. Thixotropie, Aufschäumen, beschleunigtes Aushärten usw., der fertigen Klebstoffe zu erreichen.
Das Mengeverhältnis der Komponenten A und B sollte vorzugsweise so gewählt werden, daß entweder ein Überschuß an Isocyanatgruppen vorliegt oder daß äquivalente Verhältnisse vorliegen. Der Überschuß an Isocyanatgruppen kann mit Feuchtigkeit reagieren.
Die bereits genannte zusätzliche Komponente C kann als weitere Option für spezielle Anwendungen zum Einsatz kommen. Dazu wird vorgeschlagen, daß die zusätzliche Komponente (C) ein Beschleuniger, ein Thixotropiehilfsmittel, ein Schaum erzeugender Zusatzstoff, ein Stabilisator, ein Farbstoff und/oder Pigment und/oder ein Molekularsieb zum Binden von Restwasser ist.
Weiterhin wird vorgeschlagen, daß man beim Mischen der ersten und zweiten Komponente die zusätzliche Komponente schon zu Beginn des Mischvorganges zugibt.
Von Vorteil ist außerdem, wenn man beim Mischen die zu mischenden Kompo­ nenten erwärmt, um die Temperatur des hergestellten Klebstoffes gezielt ein­ stellen zu können, ohne für die Erwärmung auf die Antriebsenergie des Extruders zurückgreifen zu müssen.
Schließlich ist es günstig, wenn man den Klebstoff unmittelbar nach der Her­ stellung direkt oder mittels eines an sich bekannten Auftragsgerätes, gegebenen­ falls unter Zwischenschaltung eines Dosiergerätes, auf das zu verklebende Substrat aufträgt. Beispiele hierzu werden weiter unten im einzelnen erläutert.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zum kontinuierlichen Herstellen von Poly­ urethan-Schmelzklebstoffen aus einer ersten Komponente und mindestens einer zweiten Komponente, mit mindestens einem Extruder und einem daran ange­ schlossenen Mischer. Diese Anlage ist bereits aus dem oben genannten Prospekt der Fa. Düspohl bekannt.
Zur Lösung der genannten Aufgabe wird hier vorgeschlagen, daß für die erste und zweite Komponente jeweils ein Extruder vorgesehen ist und daß die Auslässe der Extruder mit dem Einlaß des Mischers verbunden sind.
Vorzugsweise sind die Extruder beheizbar.
Von Vorteil ist außerdem, wenn der Mischer als statischer Mischer ausgebildet ist und insbesondere beheizbar ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den sonstigen Unter­ ansprüchen zu der erfindungsgemäßen Anlage.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeich­ nungen näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anlage, angeschlossen an eine Klebstoff- Auftragspistole,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den statischen Mischer, der in der Anlage nach Fig. 1 verwendet wird,
Fig. 3 eine Anlage entsprechend Fig. 1, die jedoch an eine schlitzförmige Klebstoffbeschichtungsanlage angeschlossen ist, und
Fig. 4 eine Anlage entsprechend Fig. 1, jedoch mit einer zusätzlichen Klebstoff-Dosierstation.
In allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert.
Die Anlage nach Fig. 1 umfaßt einen Extruder 1 mit Antrieb 3 für die Kompo­ nente A (Isocyanat), einen Extruder 2 mit Antrieb 4 für die Komponente B, einen statischen Mischer 5, eine nicht dargestellte Zuführung für die Komponente C zum Mischer 5 und eine Steuereinheit, welche ebenfalls nicht dargestellt ist. Mit der Steuereinheit werden die Temperatur des Klebstoffs bzw. der Komponenten und die Drehzahlen der Extruder gesteuert und angezeigt. Die Komponenten A und B werden von den Auslässen der Extruder 1 und 2 über beheizte Leitungen 6 zu den entsprechenden Einlässen des statischen Mischers 5 geleitet. Zum Reinigen der Anlage können Absperrventile in den Leitungen 6 verwendet werden. Die Ventile 7 können manuell oder pneumatisch betätigt werden.
Die Komponenten A und B werden über Vorratstrichter 8 dem jeweiligen Extruder 1, 2 zugeführt. Die Extruder 1, 2 sind beheizbar.
In der Anlage nach Fig. 1 ist der statische Mischer 5 unmittelbar mit einer an sich bekannten Klebstoff-Auftragspistole 9 verbunden. Hier kann der fertige Klebstoff entweder in Form von Tropfen (Granulaten) entnommen oder unmittelbar auf das zu verklebende Substrat aufgetragen oder zu einer Klebstoff-Auftragsrolle zugeführt werden, die an die Auftragspistole angeschlossen wird.
Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch den verwendeten statischen Mischer 5, welches stufenlos beheizbar ist und eine Temperaturregelung aufweist. Das Gehäuse besteht aus einem Stahlrohr 10, das an seiner Innenseite mit einer Anti- Haft-Beschichtung versehen ist. Mit der gleichen oder einen entsprechenden Beschichtung ist das Mischelement 11, die sogenannten Einbauten, versehen. Das Mischelement 11 kann z. B. aus Kunststoff (Polyaramid), Keramik oder Stahl bestehen.
Der statische Mischer 5 ermöglicht das Mischen der Komponente A mit der Komponente B, um ein homogenes Endprodukt zu erhalten. Die physikalischen Eigenschaften des Endproduktes können durch Zugabe einer Komponente C beeinflußt werden. Das Mischelement 11 kann für Reinigungszwecke einfach, schnell und problemlos entfernt und ausgetauscht werden. Zu diesem Zweck ist das Stahlrohr 10 an seinem in Fig. 2 unteren Ende mit einem eingeschraubten Verschluß 12 ausgestattet.
In Fig. 3 ist eine ähnliche Anlage wie in Fig. 1 dargestellt. Im Unterschied hierzu ist der Mischer 5 an eine Klebstoffauftragseinrichtung 13 mit einer Schlitzdüse angeschlossen. Diese Variante ist von Vorteil, wenn eine exakte Dosierung des Klebstoffauftrags nicht erforderlich ist.
Schließlich zeigt Fig. 4 ein ähnliches System wie in den Fig. 1 und 3. Hier ist jedoch der statische Mischer 5 an eine Dosier-Zahnradpumpen-Station 14 ange­ schlossen, die eine exakte Dosierung der aufzutragenden Klebstoffmengen ermöglicht. Der Klebstoff tritt aus der Düse 15 aus.
Die zu verarbeitenden Endprodukte sind feuchtigkeitshärtende Polyurethan- Klebstoffe, die zusätzlich besonders modifiziert werden können. Z. B. können sie beschleunigt aushärtend, thixotropierend und/oder schäumend sein. Bevorzugte Anwendungen für die Klebestoffe sind z. B. eine Flächenkaschierung ver­ schiedener Substrate, Sandwichelemente, Wohnwagenbau, Montage von Gara­ gentoren, Bau von Wohnmobilen, Ummantelung breitflächiger Profile (z. B. Her­ stellung von Türen im Durchlaufverfahren), dreidimensionale Laminierung und dergleichen.
Bezugszeichenliste
1
Extruder
2
Extruder
3
Antrieb
4
Antrieb
5
Mischer
6
Leitung
7
Absperrventil
8
Vorratstrichter
9
Klebstoff-Auftragspistole
10
Stahlrohr
11
Mischelement
12
Verschluß
13
Klebstoffauftragseinrichtung
14
Dosier-Zahnradpumpen-Station
15
Düse
A erste Komponente
B zweite Komponente
C zusätzliche Komponente

Claims (18)

1. Verfahren zum, insbesondere kontinuierlichen, Herstellen von Polyurethan- Schmelzklebstoffen aus einem Isocyanat (erste Komponente A) und mindestens einer zweiten, an sich bekannten Komponente (B), dadurch gekennzeichnet, daß man beide Komponenten (A, B) getrennt voneinander dosiert und fördert, zweckmäßigerweise extrudiert und, insbesondere dabei, aufschmilzt und erst dann mischt und reagieren läßt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Komponenten (A, B) während der Extrusion zusätzlich erwärmt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man zum Mischen einen statischen Mischer einsetzt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Komponenten (A, B) unmittelbar nach der Extrusion mischt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Mischen eine zusätzliche Komponente (C) zugibt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Komponente (A) ein mono- oder mehrfunktionelles oder geblocktes Isocyanat ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente (B) ein Stoff mit zumindest zwei funktionellen Gruppen ist, die mit den Isocyanatgruppen reagieren, insbesondere ein Polyol ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Komponente (C) ein Beschleuniger, ein Thixotropie­ hilfsmittel, ein Schaum erzeugender Zusatzstoff, ein Stabilisator, ein Farb­ stoff und/oder Pigment und/oder ein Molekularsieb zum Binden von Rest­ wasser ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Mischen der ersten (A) und zweiten (B) Komponente die zusätzliche Komponente (C) schon zu Beginn des Mischvorganges zugibt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man beim Mischen die zu mischenden Komponenten erwärmt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man den Klebstoff unmittelbar nach der Herstellung direkt oder mittels eines an sich bekannten Auftragsgerätes, gegebenenfalls unter Zwischen­ schaltung eines Dosiergerätes, auf das zu verklebende Substrat aufträgt.
12. Anlage zum kontinuierlichen Herstellen von Polyurethan-Schmelzkleb­ stoffen aus einer ersten Komponente (A) und mindestens einer zweiten Komponente (B), mit mindestens einem Extruder (1, 2) und einem daran angeschlossenen Mischer (5), dadurch gekennzeichnet, daß für die erste und zweite Komponente (A, B) jeweils ein Extruder (1, 2) vorgesehen ist und daß die Auslässe der Extruder (1, 2) mit dem Einlaß des Mischers (5) verbunden sind.
13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Extruder (1, 2) beheizbar sind.
14. Anlage nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer als statischer Mischer (5) ausgebildet ist und insbesondere beheizbar ist.
15. Anlage nach einem der Ansprüche 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslässe der Extruder (1, 2) unmittelbar oder über beheizte Leitungen (6) mit dem Einfaß des statischen Mischers (5) verbunden sind.
16. Anlage nach einem der Ansprüche 12 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischer (5) einen zusätzlichen Einlaß für die Zugabe einer zusätz­ lichen Komponente (C) aufweist.
17. Anlage nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Einlaß im Bereich der Einlässe für die erste und zweite Komponente (A, B) angeordnet ist.
18. Anlage nach einem der Ansprüche 12 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß des Mischers (5) mit dem Einlaß eines Klebstoffauftrags­ gerätes (9; 13), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Dosier­ gerätes (14), verbunden ist.
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