DE10061710A1

DE10061710A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen mindestens zweier unterschiedlicher fließfähiger Medien auf Oberflächen

Info

Publication number: DE10061710A1
Application number: DE2000161710
Authority: DE
Inventors: Andree Dragon; Frank Reinhard; Oral Aydin
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 2000-12-12
Filing date: 2000-12-12
Publication date: 2002-06-13

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbringen mindestens zweier chemisch unterschiedlicher, fließfähiger Medien (22, 23) wie Polymerschmelzen, Lösungen von Polymeren oder Dispersionen sowie beliebige Kombinationen der genannten Medien. Die fließfähigen, chemisch unterschiedlichen Medien (22, 23) werden in voneinander getrennte Kammern I und II unabhängig voneinander zugeführt. In den Kammern I, II (7, 8), denen die Medien (22, 23) zugeführt werden, lassen sich voneinander unabhängige Temperatur-/Druckverhältnisse einstellen. Die Oberfläche des Substrates (1) kann durch Aufbringen eines ersten Mediums (21) in einer ersten Kammer I (7) zur Verbesserung der Adhäsion und/oder der Benetzbarkeit konditioniert und in einer zweiten Kammer II (8) mit einem zweiten Medium (23) in einem Arbeitsschritt beschichtet werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen mindestens zweier unterschiedlicher fließfähiger Medien auf Oberflächen, insbesondere bewegte Oberflächen, wobei die beiden fließfähigen, chemisch unterschiedlichen Medien auch miteinander reagieren können.

US 5,665,163 bezieht sich auf eine Filmauftragsvorrichtung mit Luftabsaugung. Es wird ein gleichmäßiger Beschichtungsfilm mit hohen Geschwindigkeiten auf ein Substrat aufgebracht, beispielsweise in einer Papiermaschine oder einem Kalander. Dazu ist ein sich stetig verengender Keil ausgebildet, ferner ein einstellbarer sich stetig verändernder Keil sowie ein Extraktionskanal, der sich zwischen den beiden keilförmigen Abschnitten befindet. Mittels dieser Lösung werden die hydrodynamischen Instabilitäten minimiert, ferner die Einflüsse von variablen Strömungen in Zusammenhang mit einer ungleichmäßigen Zufuhr und einer dynamischen Kontaktlinie reduziert. Die Beschichtungseinrichtung entfernt ferner eingeschlossene Luft und überschüssiges Beschichtungsmittel aus der Auftragszone, um die Auftragsbedingungen zu stabilisieren und die Betriebsbedingungen der Maschine zu verbessern.

US 5,366,551 bezieht sich auf eine Beschichtungsvorrichtung für gefördertes, bahnförmiges Material. Die Beschichtungseinrichtung enthält einen unter Druck stehenden Kanal, worin ein Strom der Beschichtungsflüssigkeit zuerst in Kontakt mit dem Substrat gelangt. Das zu beschichtende Fluid tritt in den Kanal ein und benetzt das Substrat, wobei es in dieselbe Richtung fließt, in welche das Substrat gefördert wird. Ein Rakelelement ist an der abströmseitigen Seite des Kanals vorgesehen, an welcher überschüssiges Fluid im Kanal entlang der Kontur des Rakelelementes aus dem Kanal gefördert wird. Die Geometrie der stromlinienförmigen Begrenzungen der Auftragsvorrichtung verhindert die Ausbildung von rezirkulierenden Wirbeln und dergleichen. Das Verhindern des Auftretens von Wirbeln reduziert das Auftreten von Instabilitäten aufgrund Zentalfugalkräften und reduziert schädliche Druckschwankungen, die sich in ungleichmäßigen Beschichtungsgewichten niederschlagen können. Das Verhindern des Auftretens rezirkulierender Wirbel und dergleichen verhindert ferner das Ausbilden von Lufteinschlüssen oder Luftblasen, welche die Qualität der Beschichtung erheblich beeinträchtigen können und zu Beschichtungsgewichtungleichmäßigkeiten und Streifenbildung führen können.

US 5,735,957 betrifft eine Doppelkammeranordnung zum Auftragen filmartiger Beschichtungen mit einer Überströmeinrichtung. Ein Auftragskopf ist unterhalb einer Stützrolle angeordnet und umfaßt ein Gehäuse, welches in drei Sektionen unterteilt ist. Eine erste Sektion wird definiert zwischen einer Überströmbegrenzung und einer ersten Seitenwand. Eine konvergierende Platte erstreckt sich zwischen der ersten Wand und einer zweiten Wand und konvergiert in Richtung auf das Substrat. Eine zweite Sektion ist gebildet zwischen der Platte und einer Abschlußwand. Das Beschichten erfolgt innerhalb der zwei Sektionen. Eine Zone niedrigen Druckes ist zwischen der konvergierenden Platte und der ersten Wand sowie der zweiten Wand ausgebildet. Die Kavität öffnet sich in Richtung der zweiten Sektion und zieht Luft sowie überschüssiges Beschichtungsmittel aus der zweiten Zone. Das zu beschichtende Substrat wird vorgefeuchtet während der Passage der ersten Zone und eine Beschichtung unter Ausschluß eingeschlossener Luftvolumina wird auf das Substrat innerhalb der zweiten Zone aufgebracht. Die Gleichmäßigkeit des Beschichtungsgewichtes sowie eine erhöhte Maschinengeschwindigkeit werden auf diese Weise erreicht.

WO 00/20123 bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Aufbringen eines fließfähigen Mediums auf eine bewegte Oberfläche. Es wird eine Vorrichtung zum Aufbringen eines fließfähigen Medium aus einer Vorratskammer auf eine an der Vorrichtung entlang bewegte Oberfläche sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung offenbart. Die Vorratskammer deckt die Oberfläche unter Ausbildung eines Dichtspaltes sowie eines Austrittsspaltes teilweise ab. Um die Bildung von Luftbläschen und Lufteinschlüssen im Medium zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Vorratskammer in eine Vorkammer und eine Hauptkammer zu unterteilen. Zwischen den Kammern ist ein Trennelement angeordnet, welches als ein Rakelelement ausgebildet sein kann, welches zusammen mit der Oberfläche einen Trennspalt begrenzt. Verschiedene Formen von Trennelementen werden vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist insbesondere zum Aufbringen einer Polymerisatdispersion auf eine bewegte Oberfläche geeignet. Des weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung beschrieben. Gemäß des in WO 00/20123 vorgeschlagenen Verfahrens wird der Druck des aufzubringenden Mediums in der Vorkammer höher als der Druck des Mediums in der Hauptkammer eingestellt.

Aus "Perspektiven für die Verarbeitung von Dispersionshaftklebestoffen, Sonderdruck TI/ED 1654d, BASF Ludwigshafen, August 1993, J. Türk, Fl. Fietzek, H. Hesser und I. Voges geht hervor, Klebemittel in einer Vorratskammer mit geeigneten Mitteln unter Druck zu setzen. Hierdurch wird auch bei hohen Walzenumlaufgeschwindigkeiten eine vollständige Befüllung von Gravurrillen gewährleistet. Abhängig vom eingestellten Druck wird am Austrittsspalt eine unterschiedliche Menge des Klebemittels auch auf der Oberfläche der Walze außerhalb der Gravurrillen aus der Auftragsvorrichtung herausbefördert. Auf diese Weise kann die Menge des auf die Walze aufgebrachten Klebemittels und damit letztlich das Auftragsgewicht des Klebemittels auf der zu beschichtenden Bahn innerhalb eines weiten Bereiches ohne Druckanwendung eingestellt werden. Durch den höheren Druck in der Vorratskammer wird weiterhin erreicht, daß am Dichtspalt nur eine stark verminderte Menge Luft in den Vorratsbehälter eingetragen wird so daß auf diese Weise einer übermäßigen Schaumbildung vorgebeugt werden kann.

Je höher die Walzenumlaufgeschwindigkeit ist, desto höher muß jedoch der Druck in der Vorratskammer gewählt werden, um den Eintrag von Luft in das Klebemittel wirksam zu vermeiden. Die maximal erzielbare Umlaufgeschwindigkeit ist dabei dadurch begrenzt, daß bei weiterer Druckerhöhung das Klebemittel in unkontrollierter Weise einerseits durch den Dichtspalt und andererseits durch den Austrittsspalt aus dem Vorratsbehälter hinausgedrückt wird. Ein Austreten von Klebemittel durch den Dichtspalt führt zu einer unerwünschten Vorlage von Klebemittel vor diesen Spalt, was zu einer Verschmutzung der Umgebung der Auftragsvorrichtung und zu Betriebsstörungen führen kann. Ein unkontrolliertes Austreten von Klebemittel durch den Austrittsspalt führt wiederum zu einem ungleichmäßigen Masseauftrag auf die zu beschichtende Bahn.

Angesichts des aufgezeigten Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zwei fließfähige, chemisch unterschiedliche Medien auf bewegte Oberflächen in einem Arbeitsschritt zu beschichten, wobei die Medien unter Umständen miteinander reagieren können und hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten zu realisieren sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren zum Aufbringen mindestens zweier unterschiedlicher, fließfähiger Medien wie Polymerschmelzen, Lösungen von Polymeren sowie Dispersionen oder Kombinationen hieraus, insbesondere Klebstoffe, die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:

- das Zuführen von fließfähigen, chemisch unterschiedlichen Medien in das Überströmen der Medien verhindernde, voneinander getrennte Kammern unabhängig voneinander,
- das Einstellen voneinander unabhängiger Temperatur-/Druck-Parameter an jeweiligen den Kammern zugeführten Medien, und
- einem Konditionieren von Substratoberflächen durch Aufbringen des ersten Mediums in der ersten Kammer zur Verbesserung von Adhäsion und Benetzbarkeit und dem darauffolgenden Aufbringen des zweiten Mediums in einem Arbeitsschritt auf einen walzenförmigen Übertragungskörper, der das erste und das zweite Medium mittelbar an das Substrat überträgt.

Die mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren erzielbaren Vorteile sind vor allem daran zu erblicken, daß die den Auftrag der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien auf die Oberfläche des Substrates ermöglichenden, Temperatur und Druckverhältnisse unabhängig voneinander eingestellt werden können. Dadurch lassen sich Massenströme der einzelnen chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien auf die Oberfläche des Substrates einstellen, die in weiten Bereichen vorwählbar sind. Diese können bezogen auf die erste und die zweite Kammer im Bereich von 500 bis 0,05 oder besonders bevorzugt zwischen 100 bis 0,1 liegen.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren läßt sich die auf die Oberfläche des Substrates aufgebrachte Menge der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien zwischen 0,5 g/m² und 200 g/m² einstellen. Somit eröffnet die Anwendung des Verfahrens zur Beschichtung auf bahnförmige Materialien eine hohe Beschichtungsdichte wie auch eine niedrigere Beschichtungsdichte bezogen auf die Grammatur des zu beschichtenden kontinuierlich geförderten Materials.

Eine weitere Möglichkeit der Konditionierung der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien besteht darin, die die chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien aufnehmenden Kammern entweder direkt zu beheizen, oder die den Kammern der Auftragsvorrichtung zuzuführenden Massenströme der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien direkt zu beheizen. Dies beeinflußt einerseits die den chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien innewohnende Viskosität günstig, was das Auftragsverhalten und damit die Gleichmäßigkeit betrifft; andererseits läßt sich über eine Beheizung eine Beeinflussung des Reaktions- bzw. Gelierverhaltens der beiden chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien zueinander beeinflussen, wenn diese miteinander reagieren.

Die erfindungsgemäß weiterhin vorgeschlagene Vorrichtung zur Durchführung des Auftragsverfahrens umfaßt zwei Kammern, die durch Trennelemente voneinander und gegen die Umgebung isoliert sind. Das Trennelement kann in einfacherer Realisierung durch eine Rakel gebildet werden. Neben einer Einfachrakel sind auch Doppelrakeln mit Abdichtfunktion denkbar. Die Rakel kann so gestaltet werden, daß sie die Oberfläche berührt, so daß eine vollständige Trennung der ersten Kammer und der zweiten Kammer erreicht wird. Durch eine Verstellbarkeit der Trennelemente relativ zur bewegten Oberfläche läßt sich die im Betrieb zwangsläufig auftretende Spaltweite auf ein Minimum einstellen, so daß Leckageverluste bzw. Ungleichmäßigkeiten im zu übertragenden Beschichtungsfilm minimiert werden können. Das Trennelement kann dergestalt verstellt werden, daß es relativ zu den Kammern verkippt oder auch in Richtung auf die Oberfläche an- oder von dieser weggestellt wird. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Trennelement kann eine strikte Trennung der Kammern ermöglicht werden, so daß einzelne Betriebsparameter für jede der Kammern unabhängig voneinander beeinflußt werden können. Der Druck in eine der Kammern kann insbesondere höher gewählt werden als in der jeweils anderen Kammer, was insbesondere dem Auftreten von Luftblasen oder Lufteinschlüssen in einem der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien entgegenwirkt.

In einer Ausgestaltungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens lassen sich die einzelnen Kammern über voneinander getrennte Zuführungen mit den chemisch unterschiedlichen fließfähigen Medien beaufschlagen. Die Zuführungen zu den einzelnen Kammern für die chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien können mit Temperierelementen ausgestattet sein, um die Viskosität und damit das Auftragsverhalten der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien auf die Oberfläche des Substrates günstig zu beeinflussen.

Um einen besonders sicheren und gleichmäßigen Masseauftrag auf die Oberfläche des zu beschichtenden Substrates zu erhalten, kann die bewegte Oberfläche mit einer Anzahl von Vertiefungen beispielsweise nach Art einer Gravurwalze ausgebildet sein. Die auf der Mantelfläche der bewegten Oberfläche ausgebildeten Vertiefungen können einerseits als Rillen sei es in abgeschlossener oder in Spiralform ausgebildet sein. Die Rillen können in regelmäßigen Abständen voneinander ausgebildet sein; ferner ist es auch denkbar, die Vertiefungen an der Oberfläche der bewegten Fläche als näpfchenförmige punktförmige Vertiefungen auszugestalten. Je nach Auswahl der Näpfchentiefe bzw. der Rillentiefe und des Durchmessers der bewegten Oberfläche kann das bei einer Umdrehung geförderte Volumen der aus den Kammern abzuführenden chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien beeinflußt werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eignet sich zum Aufbringen von Medien verschiedenster Art auf Oberflächen wie Kunststofffolien, Papier, metallisierte Oberflächen oder dergleichen, die kontinuierlich an der bewegten Oberfläche vorbeigeführt werden und den Flüssigkeitsvorrat der fließfähigen, chemisch jedoch unterschiedlichen Medien aus den Vertiefungen entnehmen. Solche Medien können Polymerschmelzen, Lösungen von Polymeren in organischen Lösungsmitteln oder Dispersionen unterschiedlichster Art sein. Besondere Vorteile geben sich bei einer Verwendung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung zum Aufbringen einer Polymerisatdispersion auf eine Oberfläche. Im Gegensatz zu einer homogenen Lösung stellt eine Dispersion ein heterogenes Gemisch aus einem flüssigen Dispersionsmittel und einem darin fein verteilten dispergierten Stoff dar. Von praktischer Bedeutung sind hierbei vor allem Dispersionen, bei denen das Dispersionsmittel Wasser ist und der dispergierte Stoff aus Polymerisatpartikeln besteht. Eine solche Dispersion bezeichnet man auch als eine wässrige Polymerisatdispersion. Wässrige Polymerisatdispersionen werden bevorzugt als Klebemittel sowie bei der Herstellung von Etiketten eingesetzt.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren sowie die im Zusammenhang mit dem Verfahren vorgestellte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eignet sich in besonderem Maße zum Aufbringen einer Haftklebedispersion auf die Oberfläche. Unter einer Haftklebedispersion ist eine Dispersion zu verstehen, die ein druckempfindliches und selbstklebendes Polymer enthält, dessen Filmbilde-Temperatur unterhalb der Raumtemperatur liegt. Die Filmbilde-Temperatur ist diejenige Temperatur, bei der die dispergierten Teilchen zu einem transparenten, rissfreiem Film verschmelzen. Eine niedere Filmbild-Temperatur kann dadurch erreicht werden, daß ein weiches Polymer, d. h. ein Polymer mit einer tiefen Glasübergangstemperatur und ein hartes Polymer, dem ein Weichmacher als Additiv zugesetzt wurde, verwendet wurde. Weite Verwendung finden hier Polymere auf der Basis von Acryl- und/oder Methacrylsäureestern, die in Wasser als Dispersionsmittel dispergiert werden.

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren läßt sich bei Klebstoffen z. B. für die Kaschierung aller Art von Folien oder Glanzfolien einsetzen. Ferner kann eine haftklebende Ausrüstung bahnförmiger Materialien wie Papier, Kunststofffolien als selbstklebende Etiketten oder Bänder wie Verpackungsklebebänder medizinischer Anwendungen, doppelseitige Klebebänder sowie Schutzfolien hergestellt werden. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren lassen sich auch bahnförmige Materialien wie Papier, Kunststofffolien, metallisierte Oberflächen mit miteinander reagierenden, beispielsweise gelierenden Beschichtungen versehen. Ferner ist die Lackierung von Materialien wie Papier, Folien mit einer harten und einer elastischen Schicht in einem Arbeitsgang möglich. Es lassen sich chemisch unterschiedliche Medien aufbringen die miteinander nicht verträglich sind, wobei lediglich ein Arbeitsschritt erforderlich ist und ein Teilarbeitsschritt der Verbesserung der Adhäsion zur Oberfläche als Verankerung oder Primerierung dienen kann. Es lassen sich ferner Kombinationen von kationischen und anionischen Polymeren in zwei Schichten vorstellen, die beim Mischen, Gelieren oder Koagulieren z. B. kationische Polymere und eine anionische Dispersion. Ferner läßt sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren bei mehrwertigen Metallsalzen oder Metallkomplexen mit Polymerlösungen und Polymerdispersionen einsetzen; ferner bei Verbindungen, die mit der Oberfläche reagieren können, z. B. nach Korona-Behandlung von Kunststofffolien. Ferner bei Polyisocyanaten, Polyepoxiden, Polyaceridine in Kombination mit Lösungen oder Dispersionen oder bei der Kombination verschiedener Polymere von denen eine Schicht z. B. eine Sperrfunktion übernehmen kann. Ferner eine weitere Verwendungsmöglichkeit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens liegt in der Aufbringung einer Release- und selbstklebende Dispersionen in einem Schritt; ferner bei der Kombination von Haftkleberdispersionen und Polyvinylmethylether bei Wash-of-Anwendungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zum Beschichten eines bahnförmigen Substrates mit einem Gemisch fließfähiger Medien und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Auftragsvorrichtung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Beschichten des Substrates 1 mit fließfähigen Mengenströmen 2,2', fließfähiger, jedoch chemisch unterschiedlicher Medien besteht im wesentlichen aus einer Auftragsvorrichtung 3, einem walzenförmigen Körper 4 und einer Gegenwalze 5. Die Mengenströme 2,2' werden in der Auftragsvorrichtung 3 auf die Oberfläche 6 des rotierenden walzenförmigen Körpers 4 aufgetragen und von dieser zum bahnförmigen Substrat 1 transportiert. Das bahnförmige Substrat 1 wird von der Gegenwalze unter Druckausübung auf die Oberfläche 6 des walzenförmigen Körpers 4 hinbewegt, wobei die Mengenströme 2,2' auf das zu beschichtende bahnförmige Substrat 1 übertragen werden.

Die in Fig. 2 in vergrößertem Maßstab dargestellte Auftragsvorrichtung 3 weist Kammern 7 und 8 auf, die durch eine Trennwand 9 und eine mittlere Rakel 10 als Trennelement in eine Kammer I und eine Kammer II unterteilt sind. Durch Öffnungen 11, 12 wird der Kammer I, Bezugszeichen 7 und der Kammer II, Bezugszeichen 8, jeweils getrennt, das jeweils aufzubringende fließfähige Medium 22 bzw. 23 zugeführt. Die Auftragsvorrichtung 3 wird durch den rotierenden walzenförmigen Körper 4 abgedeckt, wobei sich die Oberfläche 6 des walzenförmigen Körpers 4 im Uhrzeigersinn über die Auftragsrichtung 3 hinwegbewegt. Eine vordere Rakel 13 begrenzt die Kammer I (7) an der Stelle des Eintrittes der Walzenoberfläche 3 in die Auftragsvorrichtung 3 unter Ausbildung eines Dichtspaltes 14. Die vordere Rakel 13 erfüllt damit die Funktion einer Dichtlippe. Die mittlere Rakel 10 begrenzt zusammen mit der Oberfläche 6 einen Trennspalt 15. Weiterhin begrenzt die Trennwand 9 zusammen mit der Oberfläche 6 einen Drosselspalt 6, dessen Höhe deutlich größer ist als diejenige des Trennspaltes 15 und dessen Länge ein Vielfaches der Länge des Trennspaltes 15 beträgt. Schließlich begrenzt eine hintere Rakel 17 die Kammer II (8) im Bereich des Austrittes der Walzenoberfläche 6 aus der Auftragsvorrichtung 3 unter Ausbildung eines Austrittsspaltes 18.

Im Betrieb werden mittels hier nicht dargestellter Pumpen die Mengenströme 2,2' der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien 22, 23 durch die Öffnungen 11 in die Kammer I (7) und durch die Öffnung 12 in die Kammer II (8) gepumpt. Der Druck in der Kammer I sowie der Kammer II wird mittels nicht näher dargestellter Regulierungseinrichtung z. B. Reduzierventilen jeweils getrennt und unabhängig voneinander eingestellt. Zudem kann in der Zuleitung zur Kammer I und zur Kammer II jeweils eine Beheizungsvorrichtung vorgesehen, um die Temperaturen in den Kammern I bzw. II getrennt voneinander einzustellen. Alternativ zu den Beheizungsvorrichtungen, die den Kammern I bzw. II zugeordnet sein können, lassen sich die Zuführungsleitungen für die chemisch unterschiedlichen fließfähigen Medien 22, 23 am Umfang auch direkt beheizen.

Der walzenförmige Körper 4 weist an seiner Oberfläche 6 eine Vielzahl von Vertiefungen in Form beispielsweise eingravierter Rillen 19 auf. Die Richtung der Rillen 19 auf der Oberfläche 6 des walzenförmigen Körpers 4 weist sowohl eine axiale als auch eine tangentiale Komponente bezogen auf die Walzenachse auf. Hierbei ist die tangentiale Komponente in der Regel deutlich kleiner als die axiale Komponente, d. h. die gravierten Rillen 19 verlaufen schraubenförmig mit einer Steigung, die in der Regel ein Vielfaches der Breite des walzenförmigen Körpers 4 beträgt. Der Abstand der Rillen 19 auf der Oberfläche 6 liegt je nach gewünschtem Auftragsgewicht typischerweise zischen 0,2 mm und 0,5 mm, ihre Tiefe und Breite typischerweise um 0,1 mm.

Vor dem Eintritt der Oberfläche 6 in die Auftragsvorrichtung 3 befindet sich in den Vertiefungen 19 eine Restmenge der aufzubringenden, chemisch unterschiedlichen Medien 2,2' und eine gewisse Menge Luft. Sowohl die Restmenge der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien 2,2' als auch ein Teil der Luft wird durch den Dichtspalt 14 in die Kammer I der Auftragsvorrichtung 3 eingetragen. Der Dichtspalt 14 ist dabei so ausgelegt, daß die Menge der eingetragenen Luft minimal gehalten werden kann. Dies kann dadurch geschehen, daß die vordere Rakel 13 unter Druckausübung auf die Oberfläche 6 des walzenförmigen Körpers 4 angestellt wird. Eine weitere Verbesserung der Dichtwirkung ergibt sich dadurch, daß der Druck des Mediums 22 in der Kammer I höher gewählt wird als der Umgebungsdruck. Hierdurch werden ständig geringe Mengen des ersten Mediums 22 durch den Dichtspalt 14 in den Außenraum transportiert, wobei das erste Medium 22 die in den Vertiefungen 19 vorhandene Luft verdrängt. Der in der Kammer I zu wählende Überdruck liegt vorzugsweise unterhalb von 1 bar insbesondere unterhalb von 500 mbar. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einem Überdruck im Bereich von 100 bis 200 mbar erzielt. Bei einem zu hohen Druck in der Kammer I wird das fließfähige Medium 22 übermäßig und unkontrolliert durch den Dichtspalt 14 in den Außenraum gedrückt, was zu einer störenden Massevorlage vor dem Dichtspalt 14 führen würde und höchst unerwünscht ist.

Um zu verhindern, daß durch den Dichtspalt 14 oder an einer anderen Stelle austretendes Medium 22 in unkontrollierter Weise auf die Oberfläche tropft, ist es zweckmäßig, die Auftragsvorrichtung 3 vertikal unterhalb des walzenförmigen Körpers 4 anzuordnen. Gleichfalls ist es zweckmäßig, die Gegenwalze S vertikal oberhalb des walzenförmigen Körpers 4 anzuordnen. In der Kammer I wird eventuell noch in den Vertiefungen vorhandene Luft aus den Vertiefungen 19 herausgedrückt, wodurch die Vertiefungen 19 vollständig mit dem Medium 22 gefüllt werden. Die so gefüllten beispielsweise rillenförmigen Vertiefungen 19 werden am Trennspalt 15 und am Drosselspalt 16 vorbei durch die Rotationsbewegung des walzenförmigen Körpers 4 in die Kammer II befördert. Durch die den Trennspalt 15 begrenzende mittlere Rakel 10 werden dabei eventuell in der Kammer I vorhandene Lufteinschlüsse wirkungsvoll zurückgehalten. Der Druck in der Kammer II ist höher gewählt als der Druck in der Kammer I, insbesondere höher als der Druck im Außenraum. Besonders geeignet ist auch hier ein Überdruck von weniger als 1 bar gegenüber dem Außenraum. Bei zu hohem Druck in der Kammer II wird das Medium auf unkontrollierte Weise durch den Außenspalt 18 in den Außenraum gedrückt, was zu einer ungleichmäßigen Beschichtung der Oberfläche 6 des walzenförmigen Körpers 4 und damit des zu beschichtenden bahnförmigen Substrates 1 führen würde. Bewährt hat sich ein Druck im Bereich von 300 bis 600 mbar. Das Verhältnis des Überdruckes in der Kammer II zu dem Überdruck in der Kammer I liegt vorzugsweise im Bereich von 1, 1 : 1 bis 10 : 1, besonders bevorzugt im Bereich 2 : 1 bis 5 : 1. Durch den höheren Druck in der Kammer II können durch den Drosselspalt 16 und durch den Trennspalt 15 geringe Mengen des Mediums 23 von der Kammer II in die Kammer I gelangen. Hierdurch werden eventuell von der Kammer I durch den Trennspalt 15 hindurchgelangte geringe Mengen Luft zurück in die Kammer I transportiert. Die Menge des von der Kammer II in die Kammer I transportierten Mediums 23 ist dabei äußerst gering, insbesondere deutlich geringer als die Menge des Mediums 23, die bei alleinigem Vorhandensein des Drosselspaltes 16 ohne die Anwesenheit der mittleren Rakel 10 von der Kammer II in die Kammer I transportiert werden würde.

Die Höhe des Trennspaltes 15 kann innerhalb gewisser Grenzen variieren. Die sinnvoll zu wählende Höhe hängt von einer Anzahl von Parametern wie der Oberflächenstruktur des walzenförmigen Körpers 4, insbesondere der Tiefe und dem Abstand der Vertiefungen 19, der Zusammensetzung und der vorliegenden Viskosität der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien 22, 23 und des Druckes der Medien 22, 23 in der Kammer I und der Kammer II ab. In der Praxis ist es sinnvoll, die Höhe des Trennspaltes 15 geringer als 0,1 mm, insbesondere geringer als 0,08 mm zu wählen. Besonders gute Ergebnisse werden mit Spalthöhen von weniger als 0,05 mm erzielt. Unter bestimmten Voraussetzungen kann es auch sinnvoll sein, die mittlere Rakel 10 so anzuordnen, daß sie die Oberfläche des walzenförmigen Körpers 4 zwischen den Vertiefungen 19, gegebenenfalls unter der Ausübung von Druck auf die Oberfläche 6 des walzenförmigen Körpers 4 berührt. Auf diese Weise findet ein Austausch der Medien zwischen der Kammer I und der Kammer II lediglich durch die Vertiefungen 19 an der bewegten Oberfläche 6 statt. Vermögen die aufzubringenden chemisch unterschiedlichen, jedoch fließfähigen Medien 22, 23 miteinander zu reagieren, beispielsweise ein Gelieren wäre möglich, so kann dies bereits vor unmittelbarem Auftrag durch die bewegte Oberfläche 6 auf das bahnförmige Material in den Vertiefungen der bewegten Oberfläche 6 erfolgen, seien es rillenförmige Vertiefungen 19 oder punktförmige Näpfchen.

In der Kammer Ii wird die Oberfläche 6 gleichmäßig mit dem Medium 23 unter dem dort vorhandenen Druck belegt. Die Menge des auf die Oberfläche 6 aufgebrachten Mediums 23 wird dabei vor allem durch die Stellung der hinteren Rakel 17, die den Austrittsspalt 18 begrenzt, bestimmt. Je nach Stellung wird eine mehr oder weniger große Menge des Mediums 23 auch auf die Oberfläche 6 des walzenförmigen Körpers 4 zwischen den Vertiefungen 19 aufgetragen.

Das beschriebene Verfahren sowie die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens kann insbesondere in der Etikettenherstellung angewendet werden, bei der Beschichtung von Bahnen aus Papier oder Folie mit Klebemitteln. Die Klebemittel können verschiedener Natur sein; so finden beispielsweise Polymerschmelzen Verwendung, bei erhöhter Temperatur auf das bahnförmige Substrat aufgetragen und danach abgekühlt werden. Weite Verwendung finden auch Kautschuk-Harz-Mischungen und Lösungen synthetischer Polymere. Eine wichtige Bedeutung kommt Dispersionen zu. Hier werden Partikel, vorzugsweise aus einem Polymerisat in einem Dispersionsmittel vorzugsweise Wasser, dispergiert. Nach dem Auftrag der Dispersion auf das zu beschichtende bahnförmige Substrat 1 wird in einer Trocknungsanlage das Dispersionsmittel entfernt, wodurch die Partikel miteinander verschmelzen und die selbstklebende Oberfläche bilden.

Bei den in der Etikettenherstellung verwendeten Dispersionen handelt es sich um sogenannte Haftklebedispersionen, d. h. um Dispersionen, bei denen die Filmbilde- Temperatur dispergierten Polymerisats unterhalb der Raumtemperatur liegt. Als dispergierte Polymerisate finden vor allem Polymere auf der Basis von (Meth-) acrylsäureestern und in geringerem Umfang Vinyletherpolymere Verwendung.

Unabhängig von der genauen Zusammensetzung der Monomere sind solche Polymere drucksensitiv und selbstklebend, ohne das ihnen Additive beigemischt werden müssen. Bevorzugt sind hierbei sogenannte weiche Polymere, d. h. Polymere mit einer niederen Glasübergangstemperatur.

Verfahren zur Herstellung solcher Polymere sind dem Fachmann hinreichend bekannt. Ein durchaus gängiges Verfahren ist die sogenannte Emulsionspolymerisation, bei der polymerisierbare, olefinisch ungesättigte Verbindungen, Monomere in Wasser mit Hilfe von Grenzflächen aktiven Verbindungen emulgiert und unter Verwendung von wasserlöslichen Initiatoren polymerisiert werden. Von technischer Bedeutung sind insbesondere sogenannte Hauptmonomere ausgewählt aus den C₁-C₂₀- Alkyl(meth)acrylaten, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltende Carbonsäuren, Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen ethylenisch ungesättigten Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinylethern von 1 bis 10, C-Atomen enthaltenen Alkoholen, aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen und 1 oder 2 Doppelbindungen oder Mischungen dieser Monomere. Zu nennen sind Methacrylsäurealkylester mit einem C₁-C₁₀-Alkylrest, Dimethylmethacrylat, Methylacrylat, n-butylacrylat, Ethylacrylat und 2-Ethylhexylacrylat. Insbesondere sind auch Mischungen der (Meth-)actrylsäurealkylester geeignet. Vinylester von Carbonsäuren mit 1-20 C-Atomen sind z. B. Vinyllaurat, -stearat, Vinylpropionat, Versatiksäurevinylester und Vinylacetat.

Als vinylaromatische Verbindungen kommen Vinyltoluol, α- und p-Methylstryrol, α- butylstyrol, 4-n-butylstyrol, 4-n-decylstyrol und vorzugsweise Styrol in Betracht. Beispiele für Nitrile sind Acrylnitril und Methacrylnitril.

Die Vinylhalogenide sind Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch ungesättigte Verbindungen bevorzugt Vinylchlorid und Vinylidenchlorid. Als Vinylether zu nennen sind z. B. Vinylmethylether oder Vinylisobutylether. Bevorzugt sind Vinylether von 1-4 C- Atomen enthaltenen Alkoholen. Als Kohlenwasserstoffe mit 2-8 C-Atomen und zwei olefinische Doppelbindungen seien Butadien, Isopren und Chloropren genannt. Neben diesen Hauptmonomeren können weitere Monomere z. B. Hydroxylgruppen enthaltende Monomere, insbesondere C₁-C₁₀-Hydroxylalkyl(meth)acrylate, (Meth)acrylamid, ethylenisch ungesättigte Säuren, insbesondere Carbonsäuren wie (Meth)acrylsäure oder Carbonsäuren, Dicarbonsäuren und deren Anhydride oder Halbester z. B. Maleinsäuren, Fumasäure und Maleinsäureanhydrid in Polymeren Verwendung finden.

Übliche Emulsionspolymerisate bestehen im allgemeinen zu mindestens 40, vorzugsweise zu mindestens 60, besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus den obigen Hauptmonomeren. Besonders bevorzugte Hauptmonomere sind (Meth)acrylsäureester und vinylaromatische Verbindungen und deren Mischungen.

Wässrige Polymerisatdispersionen werden in der Regel mit Feststoffgehalten von 15 bis 75 Gew.-%, bevorzugt von 40 bis 60 Gew.-% verwendet. Die typische Teilchengröße der dispergierten Polymerisatpartikel liegt im Bereich von 150 bis 3000 nm, vorzugsweise 150 bis 900 nm. Die Viskosität liegt typischerweise im Bereich von 15 bis 500 mPas, vorzugsweise 15 bis 200 mPas bei 23°C nach DIN EN Iso 3219 bei einem Geschwindigkeitsgefälle von 100 pro s.

Insbesondere für die Beschichtung einer Bahn oder eine Folie als zu beschichtendes Substrat 1 mit einer wässrigen Polymerisatdispersion hat es sich bewährt, Kunststoffmaterialien wie z. B. Polyethylen als Material für die mittlere Rakel 10 zu verwenden. Die Länge des jeweiligen Trennspaltes 15 ist hierbei vorzugsweise kleiner als 5 mm insbesondere kleiner als 2 mm. Die Länge des Drosselspaltes zwischen dem Trennspalt und der, beträgt vorzugsweise 2-10 cm, insbesondere etwa 5 cm seiner Höhe vorzugsweise mehr als 0,2 mm, insbesondere mehr als 0,5 mm.

Bezugszeichenliste

1

Substrat

2

,

2

' Fließfähige Medienmengenströme

3

Auftragsvorrichtung

4

Walzenförmiger Körper

5

Gegenwalze

6

Oberfläche

7

Kammer I

8

Kammer II

9

Trennwand

10

Mittlere Rakel

11

Öffnung

12

Öffnung

13

Vordere Rakel

14

Dichtspalt

15

Trennspalt

16

Drosselspalt

17

Hintere Rakel

18

Austrittsspalt

19

Vertiefungen

20

Rotationsrichtung

21

Beschichtungsfilm

22

Erstes Medium

23

Zweites Medium

24

Übertragungsspalt

25

Einstellung

Claims

1. Verfahren zum Aufbringen mindestens zweier unterschiedlicher fließfähiger Medien (22, 23) wie Polymerschmelzen, Lösungen von Polymeren, Dispersionen oder Kombinationen hieraus, insbesondere Klebstoffe, in welchem die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:

- dem Zuführen von fließfähigen, chemisch unterschiedlichen Medien (22, 23) in das Überströmen der Medien (22, 23) verhindernde, voneinander getrennte Kammern I, II (7, 8) unabhängig voneinander,
- dem Einstellen voneinander unabhängiger Temperatur-/Druck-Parameter an jeweiligen den Kammern I, II (7, 8) zugeführten Medien (22, 23),
- und einem Konditionieren der Oberfläche eines Substrates (1) durch Aufbringen eines ersten Mediums (22) in der ersten Kammer I (7) zur Verbesserung von Adhäsions- und Benetzungsverhalten des Substrates (1) und dem darauf folgenden Aufbringen eines zweiten Mediums (23) in einem Arbeitsschritt auf einen walzenförmigen Übertragungskörper (4), der das erste und das zweite Medium (22, 23) mittelbar an das Substrat (1) überträgt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Mengenströme (2, 2') der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien (22, 23) bevorzugt zwischen 500 bis 0,05 variiert.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Mengenströme (2, 2') der chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien (22, 23) besonders bevorzugt zwischen 100 bis 0,1 variiert.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Oberfläche des Substrates (1) aufgebrachte Menge aus den Kammern I, II (7, 8) zwischen 0,5 g/m² und 200 g/m² variiert.

5. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien (22, 23) während der Zufuhr zu den Kammern I, II (7, 8) beheizt werden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien (22, 23) aufnehmenden Kammern I, II (7, 8) beheizt werden.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern I, II (7, 8) durch Trennelemente (10, 13, 17) voneinander und gegen die Umgebung isoliert sind.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern I, II (7, 8) über voneinander unabhängige Zuführungen für die chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien (22, 23) verfügen.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine die chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien (22, 23) aufnehmende bewegte Oberfläche (6) des walzenförmigen Körpers (4) Vertiefungen (19) zur Aufnahme der Medien (22, 23) enthält.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (19) als Rillen in regelmäßigen Abständen, punktförmig oder näpfchenförmig konfiguriert sind.

11. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Kaschierung von Verbund- und Glanzfolien oder zur haftenden Ausrüstung bahnförmiger Substrate (1) wie Papier, Kunststofffolien oder Schutzfolien verwendet wird.

12. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Beschichtung bahnförmiger Substrate (1) wie Papier, Kunststofffolien oder metallisierten Oberflächen verwendet wird.

13. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Lackierung von Substraten (1) oder zum Aufbringen elastischer und harter Schichten in einem Arbeitsgang auf ein Substrat eingesetzt wird.

14. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die chemisch unterschiedlichen, fließfähigen Medien (22, 23), die miteinander nicht verträglich sind, in einem Schritt auf die Oberfläche zur Verbesserung der Adhäsion zur Oberfläche als Verankerung aufgebracht werden.

15. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Schichten kationischer und anionischer Polymere, die beim Mischen gelieren oder koagulieren, aus kationischen Polymeren mit anionischen Dispersionen gebildet sind.

16. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei mehrwertigen Metallsalzen oder Metallkomplexen mit Polymeren und Polymerdispersionen eingesetzt wird.

17. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die chemisch unterschiedlichen fließfähigen Medien Polyisocyanat, Polyepoxide, Polyacyridine in Kombinationen mit Lösungen oder Dispersionen sind.

18. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es zum Aufbringen einer sehr dünnen Schicht aus Kammer II (8) verwendet wird, wenn auf eine Releaseschicht aufgetragen wird um deren Benetzbarkeit zu verbessern und Beschichtungen ohne Netzfehler zu realisieren.