DE10163545A1

DE10163545A1 - Verfahren zur Vernetzung und Polymerisation von bahnförmigem Material mittels Elektronenstrahlen und/oder UV-Strahlen

Info

Publication number: DE10163545A1
Application number: DE10163545A
Authority: DE
Inventors: Hermann Neuhaus-Steinmetz; Ralf Hirsch
Original assignee: Tesa SE
Current assignee: Tesa SE
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-10
Also published as: JP2003193007A; US6677000B2; EP1321268A3; US20030143338A1; EP1321268A2

Abstract

Verfahren zur Bestrahlung von bahnförmigem Material mittels Elektronenstrahlen und/oder UV-Strahlen, wobei DOLLAR A È das Material auf eine Transportvorrichtung aufgebracht wird, DOLLAR A È das Material auf der Transportvorrichtung durch eine erste Bestrahlung geführt wird, in der das Material auf der offenen Seite bestrahlt wird, DOLLAR A È das Material von der Transportvorrichtung auf ein Substrat transferiert wird, DOLLAR A È das Material auf dem Substrat durch eine zweite Bestrahlung geführt wird, in der das Material auf der zweiten offenen, bisher nicht bestrahlten Seite bestrahlt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestrahlung von Material mittels Elektronen- und/oder UV-Strahlen, wobei das Material eine erste Bestrahlung erhält und wobei nach dem Transferieren des Materials auf ein Substrat eine zweite Bestrahlung durchgeführt wird.
Insbesondere handelt es sich bei dem Material um ein Klebeband.
Die Strahlenvernetzung hat in der Verfahrenstechnik breite Anwendungsgebiete gefunden, so insbesondere bei der Vernetzung von Klebemassen, die dann auf Trägermaterialien wie Kunststoffolien, Geweben oder Vliesen beschichtet werden können.
Beispielsweise ist bei Acrylathaftklebemassen zur Erzeugung herausragender Klebeigenschaften eine Vernetzung erforderlich. Auch bei Kautschuken wird hierdurch eine Verbesserung der Klebeigenschaften erreicht.
Bei der Herstellung von Klebebändern weist die Anwendung der strahlenchemischen Vernetzung durch UV-Strahlung oder Elektronenstrahlung (ES) besondere Vorteile gegenüber den chemisch/thermischen Vernetzungsverfahren auf.
Die strahlenchemische Vernetzung wird vorteilhafterweise auch zur Herstellung von doppelseitigen Klebebändern eingesetzt.
Die Tiefenverteilung der absorbierten Strahlendosis in einem mit beschleunigten Elektronen bestrahlten Produkt ist für jede gegebene Beschleunigungsspannung bekannt. Von verschiedenen Autoren sind hierfür empirische Funktionen entwickelt worden (zum Beispiel Heger, beta-gamma 1, 20, 1990). Von Neuhaus-Steinmetz ist auf der RadTech Europe, Mediterraneo 1993, folgende empirische Funktion veröffentlicht worden:

mit
D Dosis in %
U_B Beschleunigungsspannung in kV
X durchstrahltes Flächengewicht in g/m², bestehend aus Flächengewicht des Vakuumfensters, Luftspalt zwischen Vakuumfenster und Produkt und Tiefe im Produkt
Reicht aufgrund des hohen Flächengewichtes eines Produktes die maximale Beschleunigungsspannung der Elektronenstrahlanlage für eine genügend gleichmäßige Durchstrahlung nicht aus, so wird in der Literatur die Möglichkeit der Bestrahlung von beiden Seiten beschrieben, wobei für beide Seiten die gleiche Beschleunigungsspannung und Strahlendosis eingestellt werden.
Für Produkte, die aus einer zu vernetzenden Beschichtung, welche zum Beispiel ein Haftkleber sein kann, und einem strahlendegradierbaren Träger bestehen, wie zum Beispiel Papier, Zellulosegewebe oder -vlies oder OPP-Folien, kann durch Optimierung der Beschleunigungsspannung die Schädigung minimiert werden. Hierbei erhält der Träger eine deutlich geringere mittlere Dosis als die Beschichtung, während der Dosisabfall in der Beschichtung noch in zulässigen Grenzen liegt.
Derartige Zusammenhänge sind u. a. in der EP 0 453 254 B (Yarosso u. a.) sowie in der Vortragsmitschrift eines von Dr. Karmann auf dem 7. Münchener Klebstoff- und Veredlungsseminar, 1982, gehaltenen Vortrags beschrieben.
Bei der UV-Vernetzung ist die Eindringtiefe der UV-Strahlung abhängig von der Rezeptur und von den UV-Wellenlängen, bei denen der zur Vernetzung notwendige Fotoinitiator angeregt wird.
Bei UV-vernetzbaren Klebebändern ist es vorteilhaft, wenn der Fotoinitiator nicht frei in der Masse "schwimmt", sondern chemisch an die Polymerketten des Klebers angebunden ist. Diese Anbindung geschieht typischerweise schon bei der Polymerisation, da sonst nach der Vernetzung noch vorhandene Fotoinitiatoren als Gleitmittel wirken und die Kohäsion herabsetzen.
Weiterhin ist es vorteilhaft, Fotoinitiatoren einzusetzen, die nicht auf Sonnenlicht und nicht auf das Licht von Leuchtstofflampen reagieren, weil hierdurch sonst eine unkontrollierte Nachvernetzung erfolgen kann. Daraus folgt, daß vorteilhafterweise nur Fotoinitiatoren eingesetzt werden, die bei Wellenlängen < 300 nm empfindlich sind.
Bei der UV-Polymerisation von Klebebändern kommt dieses jedoch nicht oder nur wenig zum Tragen, da bei der UV-Polymerisation ein möglichst vollständiger Umsatz der Monomeren zu Polymeren erreicht werden soll. Eine Nachreaktion würde in erster Linie noch vorhandene Restmonomere einbinden, was eher vorteilhaft als schädlich wäre. Dementsprechend nutzt man gerne Fotoinitiatoren, die bei UV-Wellenlängen zwischen 300 und 400 nm empfindlich sind. Nutzt man diese Fotoinitiatoren für die Polymerisation von reinen Acrylatklebemassen, so lassen sich Schichtdicken von deutlich mehr als 1000 µm mit guten Erfolg polymerisieren.
Für Klebebänder mit scherfesten UV-vernetzenden Klebemassen werden zur Zeit hauptsächlich Fotoinitiatoren verwendet, die im Bereich von 250 bis 260 nm ihre Hauptempfindlichkeit haben. Bei der UV-Bestrahlung nimmt die Intensität der Strahlung im allgemeinen in einer Exponentialfunktion mit der Tiefe ab, wenn keine Nebeneffekte vorhanden sind. In reinen Acrylatklebern hat die UV-Intensität bei einer Wellenlänge von 250 nm typischerweise in einer Tiefe von ca. 25 bis 35 nm nur noch die halbe Stärke wie auf der Oberfläche. Dementsprechend sind spätestens ab Schichtdicken von 60 bis 90 µm starke Beeinträchtigungen der Klebeeigenschaften zur erwarten, da dann entweder die den UV-Strahlern abgewandte Seite fast gar nicht vernetzt oder die den UV-Strahlern zugewandte Seite stark übervernetzt wird.
Bei vielen doppelseitigen Klebebändern mit Acrylatklebemassen haben die Klebeschichten Stärken um 100 µm und auch mehr. Bei diesen Schichtstärken ist die UV-Vernetzung mit Wellenlängen um 250 bis 260 nm aus oben beschriebenen Gründen bereits sehr problematisch. Dementsprechend werden solche Produkte typischerweise thermisch oder mit Elektronenstrahlen vernetzt.
Zur Optimierung der Klebeeigenschaften werden oft Harze in die Klebemassen gemischt. Im interessierenden Wellenbereich absorbieren sie die UV-Strahlung allerdings recht stark, so daß die Herstellung eines doppelseitigen Klebebands mit Klebeschichten von jeweils 50 µm problematisch ist und außerdem bei der Harzauswahl zusätzlich auf eine möglichst geringe UV-Absorption geachtet werden muß.
Mit der DE 199 05 934 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung von lösungsmittelfreien Haftklebesystemen auf insbesondere releasebeschichteten Substraten bekannt geworden, wobei

a) auf eine rotierende Walze das Haftklebesystem in einer oder mehreren Lagen mittels eines Klebstoffauftragswerks aufgebracht wird,
b) das auf der Walze befindliche Haftklebesystem in einer Bestrahlungsvorrichtung durch energiereiche Strahlung, und zwar mit Hilfe von Elektronenstrahlen (ES), UV- oder IR-Strahlen, vernetzt wird und
c) an die Walze das Substrat herangeführt wird, so daß das Haftklebesystem von der Walze auf das Substrat transferiert wird und gegebenenfalls aufgerollt wird.

Typische Bestrahlungsvorrichtungen, die bei der Ausgestaltung des Verfahrens zum Einsatz kommen, stellen Linearkathodensysteme, Scannersysteme beziehungsweise Multilängskathodensysteme dar, sofern es sich um Elektronenstrahlbeschleunigern handelt.
Die Beschleunigungsspannungen liegen im Bereich zwischen 40 kV und 350 kV, vorzugsweise 80 kV bis 300 kV. Die Dosisleistungen bewegen zwischen 5 bis 150 kGy, insbesondere 20 bis 90 kGy.
Das Heranführen des Substrats geschieht insbesondere über eine zweite Walze. Als Substrate finden Papiere, Folien, Non-Wovens und releasebeschichtete Materialien wie Trennpapiere, Folien und dergleichen Verwendung.
In der DE 199 05 935 A1 zeigt sich ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung von lösungsmittelfreien Haftklebesystemen auf insbesondere releasebeschichteten Substraten, wobei

- auf eine rotierende Walze mittels eines Fluidauftragswerk ein Fluidfilm aufgetragen wird,
- auf den Fluidfilm das Haftklebesystem in einer oder mehreren Lagen mittels eines Klebstoffauftragswerks aufgebracht wird, so daß sich der Fluidfilm zwischen Walze und Haftklebesystem befindet, und
- an die Walze das Substrat herangeführt wird, so daß das Haftklebesystem von der Walze auf das Substrat (releasebeschichtete und nicht releasebeschichtete) transferiert wird.

Das Heranführen des Substrats geschieht insbesondere über eine zweite Walze. Als Substrate finden Papiere, Folien, Non-Wovens und releasebeschichtete Materialien wie Trennpapiere, Folien und dergleichen Verwendung.
Die zweite Walze, auch als Anlegewalze bezeichnet, ist vorzugsweise mit einem Gummiüberzug versehen und wird vorzugsweise mit einem Liniendruck von 50 bis 500 N/mm, insbesondere mit 100 bis 200 N/mm an die Walze angepreßt. Die Anlegewalze hat vorzugsweise eine Shore-Härte (A) von 40 bis 100, insbesondere eine Shore-Härte von 60 bis 80 shore (A).
Der Fluidfilm ist vorzugsweise Wasser und/oder destilliertes Wasser, gegebenenfalls mit Zusätzen wie Alkohol, Benetzungsmitteln und/oder klebstoffrezepturunempfindliche Agenzien wie Weichmachern oder flüssigen Alterungsschutzmitteln.
Zur Erreichung einer gleichmäßigen Benetzung sollte die Oberflächenspannung des Fluides kleiner sein als die Oberflächenspannung der zu benetzenden Walze.
Die DE 198 46 901 A1 offenbart ein Verfahren zur strahlenchemischen Vernetzung von einseitig mit einer Klebmasse beschichteten Klebebändern, wobei die Bestrahlung des Klebebands durch das Trägermaterial des Klebebands auf die Klebmasse derartig erfolgt, daß das Trägermaterial und die dem Trägermaterial zugewandte Klebemasseseite eine Dosis von 30 bis 200 kGy, insbesondere 50 bis 150 kGy, ganz besonders 100 kGy, erhalten, und wobei die Beschleunigungsspannung während der Bestrahlung so gewählt wird, daß die Dosis auf der offenen Klebemasseseite auf 0 bis 60 kGy, insbesondere auf 0 bis 50 kGy, ganz besonders auf 10 bis 20 kGy, abgesunken ist.
Hierdurch wird erreicht, daß durch die hohe Vernetzung der Masseschicht auf der dem Träger zugewandten Seite kein Migrieren von Massebestandteile auf die offene Trägerseite stattfinden kann, während die Klebeeigenschaften des Bandes über die Vernetzung im Bereich der offenen Masseseite über die Elektronenstrahldosisabnahme mit der durchstrahlten Tiefe im Produkt eingestellt werden.
Die DE 198 46 902 A1 beschreibt ein Verfahren zur strahlenchemischen Vernetzung von doppelseitigen Klebebändern, wobei ein beidseitig mit Klebern beschichtetes Trägermaterial in einer Bestrahlungsvorrichtung von beiden Seiten mit unterschiedlichen Dosen asymmetrisch bestrahlt wird.
In einer der dort offenbarten bevorzugten Ausführungsformen besteht das Verfahren zur strahlenchemischen Vernetzung von doppelseitigen Klebebändern aus den Verfahrensschritten:

a) Beschichten eines Trägermaterials mit einem Kleber A,
b) ES-Vernetzung des Teilproduktes Kleber A/Träger auf der Masseseite mit einer an der ES-Anlage eingestellten Dosis A und Beschleunigungsspannung A,
c) Eindecken des Klebers A mit einem Releaseliner,
d) Beschichten der zweiten Seite des Trägermaterials mit dem Kleber B und
e) ES-Bestrahlung des Verbundes auf die offene Seite der Klebmasse B mit einer an der ES-Anlage eingestellten Dosis B und Beschleunigungsspannung B, wobei die Seite mit dem Releaseliner vorzugsweise auf einer Kühlwalze durch die Elektronenbestrahlung geführt wird und wobei die Dosis A und die Dosis B und/oder die Beschleunigungsspannung A und die Beschleunigungsspannung B unterschiedliche Werte aufweisen.

Es ist kein Austausch des Releaseliners und kein Umdeckvorgang notwendig. Die Verfahrensschritte können in einem Durchgang ausgeführt werden. Wenn es für erforderlich erachtet wird, kann auch eine inline-Vorbehandlung und eine zusätzliche Egalisierung des Trägers erfolgen, das heißt, eine Glättung des Trägers mittels Erwärmung aufgrund der schlechten Planlage des Trägers (Verspannungen beispielsweise).
Dazu wird zunächst im Falle der ES-Vernetzung die an der ES-Anlage einzustellende Beschleunigungsspannung und Dosis für die zweite Bestrahlung abhängig von den Einzeldicken der Verbundschichten, bei Gesamtdosen bis 80 kGy und mehr in den Masseschichten, vorzugsweise mit Hilfe eines Computerprogramms so berechnet, daß die

a) Dosis auf der offenen Seite des Releaseliners kleiner 40 kGy, vorzugsweise kleiner 10 kGy, bleibt,
b) Dosis in der Grenzschicht Releaseliner/Klebmasse A kleiner 50 kGy, vorzugsweise kleiner 15 kGy, bleibt,
c) Oberflächendosis in der Klebmasse B kleiner (Solldosis + 25%), vorzugsweise kleiner (Solldosis + 15%), bleibt und
d) Dosis in der Grenzschicht Träger/Klebmasse B größer (Solldosis - 25%), vorzugsweise größer (Solldosis - 15%), bleibt,
e) während andererseits der Dosisabfall in der Klebmasse B zum Träger hin 45%, vorzugsweise 25%, der Solldosis nicht übersteigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Fertigung von einseitigen, doppelseitigen und trägerlosen Klebebändern, beziehungsweise allgemein beschichteten und unbeschichteten Materialien bei strahlenchemischer Vernetzung mit beschleunigten Elektronen oder UV-Strahlen mit geringer Veränderung von Releaseeigenschaften zu ermöglichen.
Gelöst werden die beschriebenen Probleme durch ein Verfahren, wie es im Hauptanspruch niedergelegt ist. Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens.
Demgemäß betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestrahlung von bahnförmigen Material mittels Elektronenstrahlen und/oder UV-Strahlen, wobei

- das Material auf eine Transportvorrichtung aufgebracht wird,
- das Material auf der Transportvorrichtung durch eine erste Bestrahlung geführt wird, in der das Material auf der offenen Seite bestrahlt wird,
- das Material von der Transportvorrichtung auf ein Substrat transferiert wird,
- das Material auf dem Substrat durch eine zweite Bestrahlung geführt wird, in der das Material auf der zweiten offenen, bisher nicht bestrahlten Seite bestrahlt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Material mit einer Düse, insbesondere Breitschlitzdüse, Zwei- oder Mehrkanaldüse oder Adapterdüse, bahnförmig ausgeformt.
Weiter vorzugsweise kann das Material in einem Zwei- oder Mehrwalzenauftragsystem bahnförmig ausgeformt werden, die erste Bestrahlung des Materials auf einer der Walzen des Zwei- oder Mehrwalzenauftragsytems erfolgen und mittels einer weiteren Transferwalze, über die das Substrat läuft, das Material auf das Substrat übertragen werden.
Erfindungsgemäß erhält das Material nach dem Transferieren auf das Substrat ein zweite UV- oder Elektronen-Bestrahlung, die jedoch auf die andere jetzt offene Seite einwirkt.
Besonders effektiv und vorteilhaft kann dies mit einem 2- bis 5-Walzenauftragswerk erfolgen, ganz besonders mit einem 4-Walzenauftragswerk, so daß das Material bei Durchgang durch ein oder mehrere Walzenspalte auf die gewünschte Dicke ausgeformt wird.
Die Walzen des Auftragswerkes können dabei einzeln auf Temperaturen von 20°C bis 150°C eingestellt werden.
Das bevorzugte 4-Walzenauftragswerk wird gebildet von einer Dosierwalze, einer Rakelwalze, die die Dicke der Schicht bestimmt und die parallel zur Dosierwalze angeordnet ist, und einer Übertragungswalze, die sich unterhalb der Dosierwalze befindet.
Die Beschichtung kann im Gleichlauf- oder Gegenlaufverfahren erfolgen.
Die Walzen des Auftragswerkes können in einer als besonders vorteilhaft dargestellten Ausführungsform der Erfindung einzeln auf Temperaturen von 70°C bis 120°C, insbesondere 90°C und 100°C, eingestellt werden.
Um einen hinreichend präzisen, dünn ausgeformten Materialfilm zu erzeugen, weisen die Umfangsgeschwindigkeiten der Walzen Differenzen auf.
So können, ohne hiermit den Erfindungsgedanken einschränken zu wollen, die Differenzgeschwindigkeiten bei einem geeigneten 4-Walzenauftragswerk betragen
Des weiteren hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Verfahren der Beschichtung besonders vorteilhaft durch ein 4-Walzenauftragswerk erfolgen kann, dessen Walzen folgende Eigenschaften aufweisen:
Dosierwalze, Rakelwalze und Übertragungswalze: biegesteif,
Dosierwalze und Übertragungswalze: Stahl, verchromt, porenfrei, geschliffen, hochglanzpoliert, max. Rauhtiefe 0,4 µm,
Rakelwalze: PU, Shore-Härte D = 95.
Nach DIN 53505 (1987-06) entspricht die Shore-Härte bei der Prüfung von Elastomeren, Gummi und Kautschuk dem Widerstand gegen das Eindringen eines Kegelstumpfes (A oder C) beziehungsweise eines abgerundeten Kegels (D), der durch das Zusammendrücken einer Feder mit einer festgelegten Federcharakteristik gemessen und in dimensionslosen Shore-A(C, D)-Härteeinheiten ausgedrückt wird. Bei der Prüfung von Stahl wird die Shore-Rückprallhärte in dem sogenannten Skleroskop gemessen, bei dem die Rückprallhöhe eines Fallhammers, der in einem senkrechten Rohr auf die Prüffläche fällt, bestimmt wird.
Wenn das Material in irgendeiner Form klebend ist, ist es besonders vorteilhaft, die Transportvorrichtung antiadhäsiv auszurüsten und/oder den Transport des Materials über die Transportvorrichtung mittels einer antiadhäsiven Unterlage erfolgen zu lassen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird als antiadhäsive Unterlage ein Prozeß-Releaseliner verwendet, der nicht zwingend im Produkt verbleiben muß und der unter Umständen mehrfach eingesetzt werden kann.
Dieser wird vorteilhafterweise über eine Auflegewalze geführt und mit dem Material beschichtet, das noch auf dem Prozeß-Releaseliner mit UV- oder Elektronenstrahlen vernetzt und anschließend mit einer Kaschierwalze auf einen Träger oder einen Releaseliner, der typischerweise im Produkt verbleibt, transferiert wird. Erfindungsgemäß erhält das Material danach ein zweite UV-Bestrahlung, die jedoch auf die andere jetzt offene Seite einwirkt.
Ökonomisch vorteilhaft ist es, den Prozeß-Releaseliner mehrfach zu verwenden oder/und ihn zu einem späteren Zeitpunkt in ein Produkt einfließen zu lassen.
Weiter vorzugsweise besteht die Transportvorrichtung aus einer Walze mit einer antiadhäsiven Beschichtung.
In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist die antiadhäsive Unterlage ein antiadhäsives Trägertuch, insbesondere Endlostuch, oder ein Fluid, mit der die Transportvorrichtung, insbesondere Walze, oder das Trägertuch befeuchtet wird.
Vorteilhaft ist es, wenn das Material auf ein antiadhäsives Trägertuch, welches vorteilhafterweise über eine Auflegewalze geführt wird, beschichtet wird und noch vor dem Verlassen durch UV-Strahlung vernetzt und anschließend mit einer Kaschierwalze auf einen Träger oder einen Releaseliner transferiert wird.
In der erfindungsgemäßen Ausführungsform erhält das Material danach ein zweites Mal eine UV-Bestrahlung, die jedoch auf die andere jetzt offene Seite einwirkt.
Diese bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens ist auch für Elektronenstrahlvernetzung geeignet. Hierbei ist zu beachten, daß kaum oder keine antiadhäsiven Trägertücher bekannt sind, die resistent gegen Elektronenstrahlen sind, so daß das Trägertuch häufiger ausgetauscht oder neu antiadhäsiv beschichtet werden muß.
In einer besonders bevorzugten Variante des Verfahrens ist das Material ein Kleber, der auf eine Transportvorrichtung in Form einer Auflegewalze aufgetragen wird, die mit einem Fluid oder einer antiadhäsiven Beschichtung belegt ist, wodurch die Haftung des Klebers auf der Walzenoberfläche verhindert wird.
Noch auf dieser Auflegewalze wird das Material mit UV-Strahlen oder Elektronenstrahlen vernetzt und anschließend mit einer Kaschierwalze auf einen Träger oder einen Releaseliner transferiert.
Die Verfahrensbaustein der Walze mit einer antiadhäsiven Beschichtung ist ausführlich in der DE 199 05 934 A1 sowie der Verfahrensbaustein der Befeuchtung mittels eines Fluids ist ausführlich in der DE 199 05 935 A1 offenbart. Auf beide Dokumente wird hiermit ausführlich Bezug genommen, und der Inhalt beider Dokumente ist Teil dieser Erfindung und wird somit Bestandteil dieser Offenbarung.
Sodann wird vorteilhaft das Trägertuch über eine Kühlwalze geführt.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet bevorzugte Anwendung bei einseitigen, doppelseitigen und/oder trägerlosen Klebebändern als bahnförmiges Material.
Als Klebmassen können zum Beispiel eingesetzt werden Acrylate und Kautschuke aus Lösung, aus Dispersion oder Hotmelt-Klebemassen, wobei diese zusätzlich noch gefüllt, gefärbt und/oder geschäumt sein können.
Als Trägermaterialien für die genannten Klebebänder können zum Beispiel solche aus MOPP, BOPP, HDPE, LDPE, Polyester, PVC, Papier, Vliese oder Schäume eingesetzt werden.
Als Substrat beziehungsweise Trägermaterial können weiterhin alle bekannten textilen Träger wie Gewebe, Gewirke, Gelege oder Vliese verwendet werden, wobei unter "Vlies" zumindest textile Flächengebilde gemäß EN 29092 (1988) sowie Nähwirkvliese und ähnliche Systeme zu verstehen sind.
Ebenfalls können Abstandsgewebe und -gewirke mit Kaschierung verwendet werden. Derartige Abstandsgewebe werden in der EP 0 071 212 B1 offenbart. Abstandsgewebe sind mattenförmige Schichtkörper mit einer Deckschicht aus einem Faser- oder Filamentvlies, einer Unterlagsschicht und zwischen diesen Schichten vorhandene einzelne oder Büschel von Haltefasern, die über die Fläche des Schichtkörpers verteilt durch die Partikelschicht hindurchgenadelt sind und die Deckschicht und die Unterlagsschicht untereinander verbinden. Als zusätzliches, aber nicht erforderliches Merkmal sind gemäß EP 0 071 212 B1 in den Haltefasern Partikel aus inerten Gesteinspartikeln, wie zum Beispiel Sand, Kies oder dergleichen, vorhanden.
Die durch die Partikelschicht hindurchgenadelten Haltefasern halten die Deckschicht und die Unterlagsschicht in einem Abstand voneinander und sie sind mit der Deckschicht und der Unterlagsschicht verbunden.
Abstandsgewebe oder -gewirke sind u. a. in zwei Artikeln beschrieben, und zwar
einem Artikel aus der Fachzeitschrift "kettenwirk-praxis 3/93", 1993, Seiten 59 bis 63 "Raschelgewirkte Abstandsgewirke"
und
einem Artikel aus der Fachzeitschrift "kettenwirk-praxis 1/94", 1994, Seiten 73 bis 76 "Raschelgewirkte Abstandsgewirke"
auf deren Inhalt hiermit Bezug genommen wird und deren Inhalt Teil dieser Offenbarung und Erfindung wird.
Maschenwaren sind textile Flächengebilde hergestellt aus einem oder mehreren Fäden oder Fadensystemen durch Maschenbildung (Fadenschleifen), im Unterschied zu Webwaren (Geweben), bei der die Fläche durch Verkreuzen von zwei Fadensystemen (Kett- und Schußfäden) hergestellt wird und den Vliesen (Faserverbundstoffen), bei denen ein loser Faserflor durch Wärme, Nadelung, Nähen oder durch Wasserstrahlen verfestigt wird.
Maschenwaren lassen sich in Gestricke, bei denen die Fäden in Querrichtung durch das Textil laufen, und in Gewirke einteilen, bei denen die Fäden längs durch das Textil laufen. Maschenwaren sind durch ihre Maschenstruktur prinzipiell nachgiebige, anschmiegsame Textilien, weil sich die Maschen in Länge und Breite dehnen können und das Bestreben haben, in ihre Ausgangslage zurückzukehren. Sie sind bei hochwertigem Material sehr strapazierfähig.
Als Vliesstoffe kommen besonders verfestigte Stapelfaservliese, jedoch auch Filament-, Meltblown- sowie Spinnvliese in Frage, die meist zusätzlich zu verfestigen sind. Als mögliche Verfestigungsmethoden sind für Vliese die mechanische, die thermische sowie die chemische Verfestigung bekannt. Werden bei mechanischen Verfestigungen die Fasern meist durch Verwirbelung der Einzelfasern, durch Vermaschung von Faserbündeln oder durch Einnähen von zusätzlichen Fäden rein mechanisch zusammengehalten, so lassen sich durch thermische als auch durch chemische Verfahren adhäsive (mit Bindemittel) oder kohäsive (bindemittelfrei) Faser-Faser- Bindungen erzielen. Diese lassen sich bei geeigneter Rezeptierung und Prozeßführung ausschließlich oder zumindest überwiegend auf Faserknotenpunkte beschränken, so daß unter Erhalt der lockeren, offenen Struktur im Vlies trotzdem ein stabiles, dreidimensionales Netzwerk gebildet wird.
Besonders vorteilhaft haben sich Vliese erwiesen, die insbesondere durch ein Übernähen mit separaten Fäden oder durch ein Vermaschen verfestigt sind.
Derartige verfestigte Vliese werden beispielsweise auf Nähwirkmaschinen des Typs "Malivlies" der Firma Karl Meyer, ehemals Malimo, hergestellt und sind unter anderem bei den Firmen Naue Fasertechnik und Techtex GmbH beziehbar. Ein Malivlies ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Querfaservlies durch die Bildung von Maschen aus Fasern des Vlieses verfestigt wird.
Als Träger kann weiterhin ein Vlies vom Typ Kunitvlies oder Multiknitvlies verwendet werden. Ein Kunitvlies ist dadurch gekennzeichnet, daß es aus der Verarbeitung eines längsorientierten Faservlieses zu einem Flächengebilde hervorgeht, das auf einer Seite Maschen und auf der anderen Maschenstege oder Polfaser-Falten aufweist, aber weder Fäden noch vorgefertigte Flächengebilde besitzt. Auch ein derartiges Vlies wird beispielsweise auf Nähwirkmaschinen des Typs "Kunitvlies" der Firma Karl Mayer schon seit längerer Zeit hergestellt. Ein weiteres kennzeichnendes Merkmal dieses Vlieses besteht darin, daß es als Längsfaservlies in Längsrichtung hohe Zugkräfte aufnehmen kann. Ein Multiknitvlies ist gegenüber dem Kunitvlies dadurch gekennzeichnet, daß das Vlies durch das beidseitige Durchstechen mit Nadeln sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite eine Verfestigung erfährt.
Schließlich sind auch Nähvliese als Vorprodukt geeignet, ein Klebeband zu bilden. Ein Nähvlies wird aus einem Vliesmaterial mit einer Vielzahl parallel zueinander verlaufender Nähte gebildet. Diese Nähte entstehen durch das Einnähen oder Nähwirken von durchgehenden textilen Fäden. Für diesen Typ Vlies sind Nähwirkmaschinen des Typs "Maliwatt" der Firma Karl Mayer, ehemals Malimo, bekannt.
Weiterhin besonders vorteilhaft ist ein Stapelfaservlies, das im ersten Schritt durch mechanische Bearbeitung vorverfestigt wird oder das ein Naßvlies ist, das hydrodynamisch gelegt wurde, wobei zwischen 2% und 50% der Fasern des Vlieses Schmelzfasern sind, insbesondere zwischen 5% und 40% der Fasern des Vlieses.
Ein derartiges Vlies ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern naß gelegt werden oder zum Beispiel ein Stapelfaservlies durch die Bildung von Maschen aus Fasern des Vlieses oder durch Nadelung, Vernähung beziehungsweise Luft- und/oder Wasserstrahlbearbeitung vorverfestigt wird.
In einem zweiten Schritt erfolgt die Thermofixierung, wobei die Festigkeit des Vlieses durch das Auf- oder Anschmelzen der Schmelzfasern nochmals erhöht wird.
Die Verfestigung des Vliesträgers läßt sich auch ohne Bindemittel beispielsweise durch Heißprägen mit strukturierten Walzen erreichen, wobei über Druck, Temperatur, Verweilzeit und die Prägegeometrie Eigenschaften wie Festigkeit, Dicke, Dichte, Flexibilität u. ä. gesteuert werden können.
Für die Nutzung von Vliesen ist besonders die adhäsive Verfestigung von mechanisch vorverfestigten oder naßgelegten Vliesen von Interesse, wobei diese über Zugabe von Bindemittel in fester, flüssiger, geschäumter oder pastöser Form erfolgen kann. Prinzipielle Darreichungsformen sind vielfältig möglich, zum Beispiel feste Bindemittel als Pulver zum Einrieseln, als Folie oder als Gitternetz oder in Form von Bindefasern. Flüssige Bindemittel sind gelöst in Wasser oder organischen Lösemittel oder als Dispersion applizierbar. Überwiegend werden zur adhäsiven Verfestigung Bindedispersionen gewählt: Duroplasten in Form von Phenol- oder Melaminharzdispersionen, Elastomere als Dispersionen natürlicher oder synthetischer Kautschuke oder meist Dispersionen von Thermoplasten wie Acrylate, Vinylacetate, Polyurethane, Styrol-Butadien-Systeme, PVC u. ä. sowie deren Copolymere. Im Normalfall handelt es dabei um anionische oder nicht-ionogen stabilisierte Dispersionen, in besonderen Fällen können aber auch kationische Dispersionen von Vorteil sein.
Die Art des Bindemittelauftrages kann gemäß dem Stand der Technik erfolgen und ist beispielsweise in Standardwerken der Beschichtung oder der Vliestechnik wie "Vliesstoffe" (Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 1982) oder "Textiltechnik- Vliesstofferzeugung" (Arbeitgeberkreis Gesamttextil, Eschborn, 1996) nachzulesen.
Für mechanisch vorverfestigte Vliese, die bereits eine ausreichende Verbundfestigkeit aufweisen, bietet sich der einseitige Sprühauftrag eines Bindemittels an, um Oberflächeneigenschaften gezielt zu verändern.
Neben dem sparsamen Umgang mit dem Bindemittel wird bei derartiger Arbeitsweise auch der Energiebedarf zur Trocknung deutlich reduziert. Da keine Abquetschwalzen benötigt werden und die Dispersionen vorwiegend in dem oberen Bereich des Vliesstoffes verbleibt, kann eine unerwünschte Verhärtung und Versteifung des Vlieses weitgehend verhindert werden.
Für eine ausreichende adhäsive Verfestigung des Vliesträgers ist im allgemeinen Bindemittel in der Größenordnung von 1% bis 50%, insbesondere 3% bis 20%, bezogen auf das Gewicht des Faservlieses, zuzugeben.
Die Zugabe des Bindemittels kann bereits bei der Vliesherstellung, bei der mechanischen Vorverfestigung oder aber in einem gesonderten Prozeßschritt erfolgen, wobei dieser in- line oder off-line durchgeführt werden kann. Nach der Bindemittelzugabe muß temporär für das Bindemittel ein Zustand erzeugt werden, in dem dieses klebend wird und adhäsiv die Fasern verbindet - dies kann während der Trocknung zum Beispiel von Dispersionen, aber auch durch Erwärmung erreicht werden, wobei über flächige oder partielle Druckanwendung weitere Variationsmöglichkeiten gegeben sind. Die Aktivierung des Bindemittels kann in bekannten Trockenkanälen, bei geeigneter Bindemittelauswahl aber auch mittels Infrarotstrahlung, UV-Strahlung, Ultraschall, Hochfrequenzstrahlung oder dergleichen erfolgen. Für die spätere Endanwendung ist es sinnvoll, aber nicht zwingend notwendig, daß das Bindemittel nach Ende des Vlies-Herstellprozesses seine Klebrigkeit verloren hat. Vorteilhaft ist, daß durch thermische Behandlung flüchtige Komponenten wie Faserhilfsstoffe entfernt werden und somit ein Vlies mit günstigen Foggingwerten entsteht, so daß bei Einsatz einer foggingarmen Klebemasse ein Klebeband mit besonders günstigen Foggingwerten produziert werden kann.
Eine weitere Sonderform der adhäsiven Verfestigung besteht darin, daß die Aktivierung des Bindemittels durch Anlösen oder Anquellen erfolgt. Prinzipiell können hierbei auch die Fasern selbst oder zugemischte Spezialfasern die Funktion des Bindemittels übernehmen. Da für die meisten polymeren Fasern derartige Lösemittel jedoch aus Umweltgesichtspunkten bedenklich beziehungsweise problematisch in ihrer Handhabung sind, wird dieses Verfahren eher selten angewandt.
Als Ausgangsmaterialien für den textilen Träger sind insbesondere Polyester-, Polypropylen-, Viskose- oder Baumwollfasern vorgesehen. Die Auswahl ist aber nicht auf die genannten Materialien beschränkt, sondern es können, für den Fachmann erkenntlich ohne erfinderisch tätig werden zu müssen, eine Vielzahl weiterer Fasern zur Herstellung des Vlieses eingesetzt werden.
Als Trägermaterialien finden weiterhin insbesondere Verwendung Laminate und Netze, aber auch Folien (zum Beispiel ein Polyolefin aus der Gruppe der Polyethylene (zum Beispiel HDPE, LDPE, MDPE, LLDPE, VLLDPE, Copolymere des Ethylens mit polaren Comonomeren)) und/oder der Gruppe der Polypropylene (zum Beispiel Polypropylen- Homopolymere, Polypropylen-Random-Copolymere oder Polypropylen-Block- Copolymere), mono- oder biaxial orientiertes Polypropylen, Polyester, PVC, PET, Polystyrol, Polyamid oder Polyimid), Schäume, Schaumstoff, beispielsweise aus Polyethylen und Polyurethan, geschäumte Folien und gekreppte und ungekreppte Papiere. Weiter können diese Materialien vor- beziehungsweise nachbehandelt werden. Gängige Vorbehandlungen sind Corona-Bestrahlung, Imprägnieren, Beschichten, Lackieren und Hydrophobieren; geläufige Nachbehandlungen sind Kalandern, Tempern, Kaschieren, Stanzen und Eindecken.
Eine Schwerentflammbarkeit des Trägermaterials und des gesamten Klebebands läßt sich erzielen, indem dem Träger und/oder der Klebemasse Flammschutzmittel zugesetzt werden. Diese können bromorganische Verbindungen sein, bei Bedarf mit Synergisten wie Antimontrioxid, wobei jedoch in Hinblick auf die Halogenfreiheit des Klebebandes roter Phosphor, phosphororganische, mineralische oder intumeszierende Verbindungen wie Ammoniumpolyphosphat allein oder in Verbindung mit Synergisten bevorzugt Verwendung finden.
Als Klebemassen können im wesentlichen alle bekannten Klebemassen eingesetzt werden.
Die Klebemasse des Klebebandes kann aus einer Klebemasse auf Basis von lösemittelhaltigen Naturkautschuk- und Acrylatklebemassen bestehen. Bevorzugt sind Klebemassen auf Basis von Acrylatdispersionen, besonders bevorzugt sind Klebemassen auf Basis von Styrol-Isopren-Styrol-Blockcopolymeren. Diese Klebemassentechnologien sind bekannt und werden in der Klebebandindustrie eingesetzt.
Die Herstellung der Klebebänder kann nach bekannten Verfahren erfolgen. Eine Übersicht über übliche Herstellungsverfahren findet sich beispielsweise in "Coating Equipment", Donatas Satas in Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, second edition, edited by Donatas Satas, Van Nostrand Reinhold New York pp. 767-808. Die bekannten Verfahren zum Trocknen und Schneiden der Klebebänder sind ebenfalls im Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology, Seite 809-874 zu finden.
Als Klebemasse ist eine solche auf Acrylathotmelt-Basis geeignet, die einen K-Wert von mindestens 20 aufweist, insbesondere größer 30 (gemessen jeweils in 1 Gew.-%iger Lösung in Toluol, 25°C), erhältlich durch Aufkonzentrieren einer Lösung einer solchen Masse zu einem als Hotmelt verarbeitbaren System.
Das Aufkonzentrieren kann in entsprechend ausgerüsteten Kesseln oder Extrudern stattfinden, insbesondere beim damit einhergehenden Entgasen ist ein Entgasungs- Extruder bevorzugt.
Eine derartige Klebemasse ist in der DE 43 13 008 C2 dargelegt. Diesen auf diesem Wege hergestellten Acrylatmassen wird in einem Zwischenschritt das Lösungsmittel vollständig entzogen.
Der K-Wert wird dabei insbesondere bestimmt in Analogie zu DIN 53 726.
Zusätzlich werden dabei weitere leichtflüchtige Bestanteile entfernt. Nach der Beschichtung aus der Schmelze weisen diese Massen nur noch geringe Anteile an flüchtigen Bestandteilen auf. Somit können alle im oben angeführten Patent beanspruchten Monomere/Rezepturen übernommen werden. Ein weiterer Vorteil der im Patent beschriebenen Massen ist darin zu sehen, daß diese einen hohen K-Wert und damit ein hohes Molekulargewicht aufweisen. Dem Fachmann ist bekannt, daß sich Systeme mit höheren Molekulargewichten effizienter vernetzen lassen. Damit sinkt entsprechend der Anteil an flüchtigen Bestandteilen.
Die Lösung der Masse kann 5 bis 80 Gew.-%, insbesondere 30 bis 70 Gew.-% Lösungsmittel enthalten.
Vorzugsweise werden handelsübliche Lösungsmittel eingesetzt, insbesondere niedrig siedende Kohlenwasserstoffe, Ketone, Alkohole und/oder Ester.
Weiter vorzugsweise werden Einschnecken-, Zweischnecken- oder Mehrschneckenextruder mit einer oder insbesondere zwei oder mehreren Entgasungseinheiten eingesetzt.
In der Klebemasse auf Acrylathotmelt-Basis können Benzoinderivate einpolymerisiert sein, so beispielsweise Benzoinacrylat oder Benzoinmethacrylat, Acrylsäure- oder Methacrylsäureester. Derartige Benzoinderivate sind in der EP 0 578 151 A beschrieben.
Die Klebemasse auf Acrylathotmelt-Basis kann UV-vernetzt werden. Andere Vernetzungsarten sind aber auch möglich, zum Beispiel die Elektronenstrahlenvernetzung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden als Selbstklebemassen Copolymerisate aus (Meth)acrylsäure und deren Estern mit 1 bis 25 C-Atomen, Malein-, Fumar- und/oder Itaconsäure und/oder deren Estern, substituierten (Meth)acrylamiden, Maleinsäureanhydrid und anderen Vinylverbindungen, wie Vinylestern, insbesondere Vinylacetat, Vinylalkoholen und/oder Vinylethern eingesetzt.
Der Restlösungsmittel-Gehalt sollte unter 1 Gew.-% betragen.
Weiterhin kann eine Klebemasse verwendet werden, die aus der Gruppe der Naturkautschuke oder der Synthesekautschuke oder aus einem beliebigen Blend aus Naturkautschuken und/oder Synthesekautschuken besteht, wobei der Naturkautschuk oder die Naturkautschuke grundsätzlich aus allen erhältlichen Qualitäten wie zum Beispiel Crepe-, RSS-, ADS-, TSR- oder CV-Typen, je nach benötigtem Reinheits- und Viskositätsniveau, und der Synthesekautschuk oder die Synthesekautschuke aus der Gruppe der statistisch copolymerisierten Styrol-Butadien-Kautschuke (SBR), der Butadien-Kautschuke (BR), der synthetischen Polyisoprene (IR), der Butyl-Kautschuke (IIR), der halogenierten Butyl-Kautschuke (XIIR), der Acrylatkautschuke (ACM), der Etylen-Vinylacetat-Copolymeren (EVA) und der Polyurethane und/oder deren Blends gewählt werden können.
Weiterhin vorzugsweise können den Kautschuken zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit thermoplastische Elastomere mit einem Gewichtsanteil von 10 bis 50 Gew.-% zugesetzt werden, und zwar bezogen auf den Gesamtelastomeranteil.
Stellvertretend genannt seien an dieser Stelle vor allem die besonders verträglichen Styrol-Isopren-Styrol(SIS)- und Styrol-Butadien-Styrol(SBS)-Typen.
Als klebrigmachende Harze sind ausnahmslos alle vorbekannten und in der Literatur beschriebenen Klebharze einsetzbar. Genannt seien stellvertretend die Kolophoniumharze, deren disproportionierte, hydrierte, polymerisierte, veresterte Derivate und Salze, die aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffharze, Terpenharze und Terpenphenolharze. Beliebige Kombinationen dieser und weiterer Harze können eingesetzt werden, um die Eigenschaften der resultierenden Klebmasse wunschgemäß einzustellen. Auf die Darstellung des Wissensstandes im "Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" von Donatas Satas (von Nostrand, 1989) sei ausdrücklich hingewiesen.
Kohlenwasserstoffharz ist eine Sammelbezeichnung für thermoplastische, farblose bis intensiv braun gefärbte Polymere mit einer Molmasse von im allgemeinen < 2000.
Sie lassen sich nach ihrer Provenienz in drei große Gruppen einteilen: In Petroleum-, Kohlenteer- und Terpenharze. Die wichtigsten Kohlenteerharze sind die Cumaron-Inden- Harze. Die Kohlenwasserstoffharze werden durch Polymerisation der aus den Rohstoffen isolierbaren ungesättigten Verbindungen gewonnen.
Zu den Kohlenwasserstoffharze werden auch durch Polymerisation von Monomeren wie Styrol bzw. durch Polykondensationen (bestimmte Formaldehyd-Harze) zugängliche Polymere mit entsprechend niedriger Molmasse gerechnet. Kohlenwasserstoffharze sind Produkte mit in weiten Grenzen von < 0°C (bei 20°C flüssige Kohlenwasserstoffharze) bis > 200°C variierendem Erweichungsbereich und einer Dichte von ca. 0,9 bis 1,2 g/cm³.
Sie sind löslich in organischen Lösungsmitteln wie Ethern, Estern, Ketonen und chlorierten Kohlenwasserstoffen, unlöslich in Alkoholen und Wasser.
Unter Kolophoniumharz wird ein natürliches Harz verstanden, das aus dem Rohharz von Koniferen gewonnen wird. Man unterscheidet drei Kolophonium-Typen: Balsamharz als Destillationsrückstand von Terpentinöl, Wurzelharz als Extrakt von Koniferen- Wurzelstöcken und Tallharz, der Destillationsrückstand von Tallöl. Die mengenmäßig größte Bedeutung hat Balsamharz.
Kolophonium ist ein sprödes, transparentes Produkt von roter bis brauner Farbe. Es ist wasserunlöslich, löslich dagegen in vielen organischen Lösungsmitteln wie (chlorierten) aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, Estern, Ethern und Ketonen sowie in pflanzlichen und mineralischen Ölen. Der Erweichungspunkt von Kolophonium liegt im Bereich von ca. 70 bis 80°C.
Kolophonium ist ein Gemisch aus ca. 90% Harzsäuren und 10% Neutral-Stoffen (Fettsäureester, Terpenalkohole und Kohlenwasserstoffe). Die wichtigsten Kolophonium- Harzsäuren sind ungesättigte Carbonsäuren der Bruttoformel C20H30O2, Abietin-, Neoabietin-, Lävopimar-, Pimar-, Isopimar-, und Palustrinsäure, neben hydrierter und dehydrierter Abietinsäure.
Die Mengenverhältnisse dieser Säuren variieren in Abhängigkeit von der Provenienz des Kolophoniums.
Als Weichmacher können alle aus der Klebebandtechnologie bekannten weichmachenden Substanzen eingesetzt werden. Dazu zählen unter anderem die paraffinischen und naphthenischen Öle, (funktionalisierte) Oligomere wie Oligobutadiene, -isoprene, flüssige Nitrilkautschuke, flüssige Terpenharze, pflanzliche und tierische Öle und Fette, Phthalate, funktionalisierte Acrylate.
Zum Zwecke der thermisch induzierten chemischen Vernetzung sind alle vorbekannten thermisch aktivierbaren chemischen Vernetzer wie beschleunigte Schwefel- oder Schwefelspendersysteme, Isocyanatsysteme, reaktive Melamin-, Formaldehyd- und (optional halogenierter) Phenol-Formaldehydharze beziehungsweise reaktive Phenolharz- oder Diisocyanatvernetzungssysteme mit den entsprechenden Aktivatoren, epoxidierte Polyester- und Acrylat-Harze sowie deren Kombinationen einsetzbar. Die Vernetzer werden vorzugsweise aktiviert bei Temperaturen über 50°C, insbesondere bei Temperaturen von 100°C bis 160°C, ganz besonders bevorzugt bei Temperaturen von 110°C bis 140°C.
Die thermische Anregung der Vernetzer kann auch durch IR-Strahlen oder andere hochenergetische elektromagnetische Wechselfelder erfolgen.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere in den fortentwickelten Verfahrensvarianten ist in etwa eine Verdopplung der ausreichend homogen bestrahlbaren Schichtdicke erreichbar. Insbesondere bei UV-Bestrahlung kann damit auch bei kleineren Schichtdicken der exponentiellen Abnahme der UV-Gesamtdosis mit der Tiefe entgegengewirkt werden, wodurch zum Beispiel eine Optimierung zwischen Adhäsion und Kohäsion besser gelingt.
Gerade wenn das Verfahren zur Vernetzung von Klebebändern eingesetzt wird, wird bei der UV-Vernetzung eine deutlich Erhöhung der vernetzbaren Schichtdicken bzw. eine wesentlich konstantere Vernetzung mit der Tiefe erreicht. Im Fall der Elektronenstrahlvernetzung läßt sich bei einer gegebenen maximalen Beschleunigungsspannung eine Verdoppelung der vernetzbaren Schichtdicken bzw. die Einstellung von gewünschten Tiefendosisprofilen erreichen.
Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn man zur Herstellung von doppelseitigen Klebebändern mit den obigen Ausführungsformen auf den von beiden Seiten vernetzten Kleber mit einem Träger als Substrat einen Releaseliner laminiert und wenn man zur Beschichtung und Vernetzung der zweiten Klebeschicht wie bei der ersten Klebeschicht verfährt mit dem Unterschied, daß anstelle des Trägers der Verbund aus Träger, erster Klebeschicht und Releaseliner durch die Anlage gefahren wird.
Insbesondere bei Trägern mit strukturierter Oberfläche, wie zum Beispiel Geweben, Vliesen und Papieren, unter Umständen aber auch bei glatten Trägern, ist es vorteilhaft, die absorbierte Strahlendosis von der offenen Seite zum Träger hin steigen zu lassen. Hierdurch wird eine höhere innere Festigkeit des Klebers oder auch eine höhere Lösungsmittelbeständigkeit des Produktes bei weitgehender Beibehaltung der Oberflächeneigenschaften der Klebeseiten erreicht.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Strahlendosis in der Mitte des Klebers ein Maximum hat. Kohäsionsbrüche finden meistens in diesem Bereich statt oder wenn die absorbierte Strahlendosis von der offenen Seite zum Träger hin steigt.
Wenn auch das Substrat eine gezielte Strahlendosis zur Verbesserung der Eigenschaften erhalten soll, so ist vorteilhaft, wenn das Substrat eine andere Strahlendosis als das Material erhalten kann. Durch eine geschickte Einstellung der Parameter bei der ersten und der zweiten Bestrahlung kann die Strahlendosis im Substrat, insbesondere bei der Bestrahlung mit Elektronen, mit dem erfindungsgemäßen Verfahren relativ frei bis zur Höhe der Dosis in dem Material eingestellt werden.
Vorteilhafterweise zeigt sich, daß die Dosishomogenität mit der Tiefe im Material konstanter ist als bei einseitiger UV-Bestrahlung, die durch eine annähernd exponentielle Abnahme der Dosis mir der Tiefe gekennzeichnet ist.
Weiter vorteilhafterweise zeigt sich, daß die maximale Materialdicke mit ausreichender homogener Vernetzung und oder Polymerisation über die Tiefe deutlich höher ist als bei einseitiger Bestrahlung des Materials.
Vorzugsweise erhält das Substrat eine andere Strahlendosis als das Material.
Die resultierenden Strahlendosen in den Klebemassen können vorzugsweise bis zu 100 kGy und mehr betragen, und ES-Beschleunigungsspannungen können von 40 bis 500 kV gewählt werden.
Anstelle einer Vernetzung kann bei den beschriebenen Ausführungsformen auch eine Polymerisation erfolgen.
Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren zur strahlenchemischen Vernetzung von doppelseitig beschichteten Trägermaterialien vorteilhaft einsetzbar, wobei ein beidseitig beschichtetes Trägermaterial unterschiedliche Gesamtdosen für die beiden Seiten erhalten kann.
Anhand der nachfolgend beschriebenen Figuren werden besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung näher erläutert, ohne sich durch die Wahl der gezeigten Figuren unnötig beschränken zu wollen.
Es zeigen
Fig. 1 das erfindungsgemäße Verfahren in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform und
Fig. 2 das erfindungsgemäße Verfahren in einer zweiten besonders vorteilhaften Ausführungsform
So zeigt Fig. 1 eine Vorrichtung, bei der mit einer Breitschlitzdüse 5 eine Klebemasse 8 auf eine Auflegewalze 6 aufgelegt wird. Sie zeigt also ein Verfahren zur Herstellung von Klebebändern.
Vor dem Auflegen der Klebemasse 8 wird die Auflegewalze 6 durch das Antragsystem 9 mit einem Fluid benäßt. Das benäßte Fluid bewirkt, daß die Klebemasse 8 nicht auf der Auflegewalze 6 haftet.
Nach dem Auflegen mit Beschichtungsdüse 5 wird die Klebemasse 8 unter der Auflegelektrode 1 durchgeführt. Mit der Auflegeelektrode 1 werden mit Hilfe einer Hochspannung negative Ionen auf die Masse 8 aufgebracht. An der Oberfläche der Auflegewalze 6 stellen sich sofort Gegenladungen ein. Aus dem daraus resultierenden Feld wirkt eine Kraft auf die Masse, die diese auf die Auflegewalze 6 drückt. Nach Durchlaufen der Gegenladungselektrode 2 wird die Masse noch auf der Auflegewalze 6 durch die UV-Anlage 3 geführt und bestrahlt. Danach wird die Klebemasse 8 mit Hilfe der Andruckwalze 4 auf das Substrat 7 transferiert. Anschließend erfolgt eine zweite UV- Bestrahlung mit der UV-Anlage 10 auf die andere Masseseite wie bei der ersten Bestrahlung.
Das Substrat 7 ist ein Release-Liner, bestehend aus einer monoaxial gereckten Polypropylenfolie, die beidseitig mit antiadhäsiven Silikonschichten ausgerüstet wurde. Die Gegenladungselektrode 2 bringt positive Ladungen auf die Masse 8, so daß die Ladungen sich neutralisieren.
Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, bei der mit einer Breitschlitzdüse 5 ein Mehrwalzenauftragssystem, bestehend aus den Walzen 1, 2, 6 und 4, mit der Klebemasse 8 speist. Sie zeigt also auch ein Verfahren zur Herstellung von Klebebändern.
Mit Hilfe der Beschichtungswalzen 1, 2 und 6 wird die Klebmasse 8 bahnförmig ausgeformt.
Auf der Beschichtungswalze 6 wird die Masse durch die UV-Anlage 3 geführt und bestrahlt. Danach wird die Klebemasse 8 mit Hilfe der Beschichtungswalze 4 auf das Substrat 7 transferiert. Anschließend erfolgt eine zweite UV-Bestrahlung mit der UV- Anlage 9 auf die andere Masseseite wie bei der ersten Bestrahlung.
Typischerweise hat die Beschichtungswalze 4 eine höhere Umfangsgeschwindigkeit als die Beschichtungswalze 6.
Das Substrat 7 ist eine BOPP-Folie mit einer Dicke von 50 µm.
Im folgenden sollen erfindungsgemäße Verfahren anhand von mehreren Beispielen erläutert werden, ohne auch hier die Erfindung unnötig einschränken zu wollen.

Beispiele

Beispiel 1

Zur Herstellung eines Klebebandes für die Kabelbandagierung wurde ein offenes "Malivlies" von der Firma Karl Meyer auf einer Auflegewalze mit einer Acrylat- Hotmeltmasse von der Firma BASF (Typ: Acronal DS 3458) beschichtet. Die Auftragung der Klebemasse in einer Stärke von 90 g/m² erfolgte mit einer Breitschlitzdüse (Fa. Verbrüggen/Belgien) mit 70 cm Beschichtungsbreite, die einen Abstand von ca. 10 mm zur Auflegewalze hatte und auf 90°C temperiert war. Die Auflegewalze hatte einen Durchmesser von 500 mm und eine Temperatur von 40°C.
Die Masse wurde dabei mit einer Hochspannungselektrode (Typ: R130A von Fa. Eltex), die über der Auflagelinie der Masse auf dem Vlies angeordnet war, angedrückt. Mit einer Hochspannung von +14,3 KV sickerte die Masse in der gewünschten Stärke in das offene Substrat ein.
Über einen UV-Mitteldruckstrahler mit einer elektrischen Leistung von 160 W/cm von der Firma IST, der über der Auflegewalze, auf der gegenüberliegenden Seite zur Düse, angebracht war, erfolgte eine UV-Vernetzung bei einer Bahngeschwindigkeit von 10 m/min.
Nach der UV-Vernetzung wurde das Klebeband über eine antiadhäsive Andruckwalze von der Auflegewalze abgenommen und anschließend aufgewickelt. In Bahnlaufrichtung vor dem UV-Strahler befand sich noch eine zweite Hochspannungselektrode gleichen Typs, mit der die Ladungen von der ersten Elektrode durch Gegenladungen mit umgekehrter Polarität neutralisiert wurden.
Aufgrund der starken Erwärmung bei der UV-Bestrahlung schrumpfte das Vlies um ca. 8%. Außerdem war die Masse auf der Trägerseite praktisch nicht vernetzt, wodurch sich gewünschte Scherfestigkeiten und eine ausreichende Beständigkeit gegen Lösungsmittel (insbesondere gegen Diesel und Benzin für Kabelbandanwendungen im Automobilbau) nicht erreichen ließen.
Teilweise drückten sich kaum vernetzte Massebestandteile durch das Vlies. Anderseits war die Masse auf der offenen, also der dem UV-Strahler zugewandten Seite bereits soweit übervernetzt, daß eine Dosiserhöhung, zur stärkeren Vernetzung der tieferen Schichten, nicht mehr akzeptabel war.
Im weiteren Verlauf des Versuches wurde die Klebemasse in der selben Versuchsanlage anstelle direkt auf das "Malivlies" auf ein Release-Papier beschichtet und wie vorher auf der Auflegewalze bei der gleichen UV-Strahlerleistung wie vorher aber bei einer Bahngeschwindigkeit von 30 m/min vernetzt.
Mit der oben beschriebenen Andruckwalze wurde dann das "Malivlies" auf die Masseseite zukaschiert. Anschließend wurde der Verbund aufgewickelt. In einem zweiten Arbeitsgang wurde das Release-Papier bei der Abwicklung herausgezogen und die Masse, jetzt auf dem "Malivlies" ein zweites Mal, jetzt bei 20 m/min aber wieder bei der gleichen UV-Strahlerleistung wie vorher, auf der Auflegewalze unter den UV-Strahler hindurch gefahren.
Aufgrund der wesentlich geringeren Temperaturbelastung schrumpfte das Vlies nur noch um weniger als ca. 2%.
Auch der Tack der Klebemasse war aufgrund der deutlich geringeren Übervernetzung der Klebmasse im Oberflächenbereich deutlich höher. Außerdem war die Masse jetzt auch auf der Trägerseite ausreichend vernetzt, wodurch sich gewünschte Scherfestigkeiten und eine ausreichende Beständigkeit gegen Lösungsmittel (insbesondere gegen Diesel und Benzin für Kabelbandanwendungen im Automobilbau) einstellten. Massebestandteile drückten sich nicht mehr durch das Vlies.

Beispiel 2

Ein doppelseitiges Klebeband wurde in den Arbeitsschritten

a) Auftragen einer ersten Masseschicht von 100 g/m² mit einer Breitschlitzdüse auf eine Auflegewalze, die mit einer Fluidschicht zwischen Masse und Walze belegt ist bei einer Walzengeschwindigkeit von 20 m/min,
b) UV-Bestrahlung der Masse mit einem UV-Strahler über der Auflegewalze bei einer Leistung von 160 W/cm,
c) Transferieren der Masseschicht auf einen 50 µm dicken BOPP-Träger mit einer Andrückwalze,
d) UV-Bestrahlung der Masse auf dem Träger mit einem UV-Strahler über der Masseseite bei einer Leistung von 160 W/cm,
e) Eindecken eines Releaseliners, so daß ein Verbund aus Releaseliner, Masse und Träger entsteht,
f) Auftragen einer zweiten Masseschicht von 100 g/m² mit einer Breitschlitzdüse auf eine Auflegewalze, die mit einer Fluidschicht zwischen Masse und Walze belegt ist, bei einer Walzengeschwindigkeit von 20 m/min,
g) UV-Bestrahlung der Masse mit einem UV-Strahler über der Auflegewalze bei einer Leistung von 160 W/cm,
h) Transferieren der Masseschicht auf die Trägerseite des Verbundes mit der Andrückwalze,
i) UV-Bestrahlung der Masse auf dem Verbund mit einem UV-Strahler über der offenen Masseseite bei einer Leistung von 160 W/cm,

Ziel dieses Versuches war die Herstellung eines doppelseitigen Klebebandes mit einem 50 µm starken BOPP-Träger und Masseschichten auf beiden Seiten von jeweils 100 µm Dicke mit einer UV-vernetzenden Acrylat-Hotmeltmasse von der Firma BASF (Typ Acronal DS 3458), die ihre Hauptanregung zur Vernetzung bei UVC-Wellenlängen von 250 bis 260 nm hat.
Da die Acrylatklebemasse die UVC-Strahlen in diesem Wellenlängenbereich stark absorbiert, ist UVC-Intensität in Tiefen von 100 µm bereits, wie auch weiter oben beschrieben, so stark abgesunken, daß in diesem Tiefenbereich nur noch eine sehr geringe, nicht ausreichende Vernetzung stattfindet.
Meßtechnisch ließ sich dieses nachweisen mit der folgenden Methode nachweisen. Eine 100 µm dicke Masseschicht die auf einem Releaseliner mit UV bestrahlt wurde, wurde auf eine Temperatur von ca. -30°C gekühlt, und anschließend mit einem Kryo- Mikrotom der Firma Jung in 10 µm starke Schichten geschnitten. Diese Schichten wurden für einen Tag in Flaschen auf einem Schütteltisch in Toluol, und zwar mit einem Gewichtsanteil von 1% zum Toluol, gelegt. Der Flascheninhalt wird dann durch ein Filter gegeben. Der im Filter verbliebene Anteil der Masse ist unlöslich und somit vernetzt. Der prozentuale unlösliche Teil der Vernetzung ist ein Maß für den Grad der Vernetzung.
Die Fig. 3 zeigt die aus den gemessenen Vernetzungsprofilen, bei einseitiger und zweiseitiger Bestrahlung, berechnete UVC-Intensität in den Klebeschichten.

UVC-Intensitäten

Die Standzeiten der Klebeschichten bei Scherung wurden mit der folgenden Meßmethode bestimmt.

Scherstandzeit (Holding-Power, HP)

Die Scherstandzeit gibt die Verklebungsfestigkeit für eine parallel zum verklebten Band angreifende Belastungskraft an. Sie ist die Zeit, die bis zum völligen Abscheren eines belasteten Klebebandes von einer Stahlplatte gemessen wird.
Zur Bestimmung der HP-Werte wird ein 19 mm breiter Prüfstreifen so auf ein vorbehandeltes (siehe 180°-Ablöseadhäsion) Stahlplättchen geklebt, daß eine Verklebungsfläche von 19 × 20 mm² entsteht. An das überstehende Ende des Klebebandes wird mit Hilfe einer Klammer ein 1-kg-Gewicht gehängt, so daß eine senkrechte Zugkraft von 5,15 N pro 1 cm Bandbreite übertragen wird.
Die Messungen wurden bei Raumtemperatur (Rt = 22°C) und zum Teil auch bei 80°C durchgeführt. Die Einheit der Scherstandzeit ist Minuten. Steht vor den Werten ein ">"- Zeichen, bedeutet das, daß die Messungen nach dieser Zeit abgebrochen wurden, da noch keinerlei Scheren zu erkennen war. "(K)" bedeutet Kohäsionsbruch mit Masserückständen, "(A) ist die Abkürzung für Adhäsionsbruch.
Bei der UV-Bestrahlung nach der erfindungsgemäßen Fertigung, bei der, wie in diesem Beispiel beschrieben, die Klebeschichten jeweils beidseitig bestrahlt werden, wurden bei Schichtdicke von 100 µm Scherstandzeiten von ca. 1000 Minuten gefunden.
Bei einer alternativen UV-Bestrahlung nur von einer Seite wurden auch bei Variation der UV-Strahlendosis keine Scherstandzeiten > 200 Minuten gefunden.

Beispiel 3

Ein einseitiges Klebeband wurde in den Arbeitsschritten

a) Auftragen einer ersten Masseschicht von 100 g/m² mit einer Breitschlitzdüse auf eine Auflegewalze, die mit einer Fluidschicht zwischen Masse und Walze belegt ist bei einer Walzengeschwindigkeit von 20 m/min,
b) UV-Bestrahlung der Masse mit einem UV-Strahler über der Auflegewalze bei einer Leistung von 160 W/cm,
c) Transferieren der Masseschicht auf einen 50 µm dicken BOPP-Träger mit einer Andrückwalze,
d) UV-Bestrahlung der Masse auf dem Träger mit einem UV-Strahler über der Masseseite bei einer Leistung von 160 W/cm,
e) Eindecken eines Releaseliners, so daß ein Verbund aus Releaseliner, Masse und Träger entsteht.

Als Vergleich dazu wurde eine einseitige UV-Bestrahlung bei verschiedenen Schichtdicken durchgeführt, wobei die UVC-Dosis für jede Schichtdicke so optimiert wurde, daß eine maximale Scherfestigkeit der Masseschicht erreicht wurde.
Gemessenen wurden die Scherfestigkeiten aus Scherstandzeiten nach der in Beispiel 2 beschriebenen Methode.
Verwendet wurde eine selbstentwickelte Acrylathotmelt-Masse mit einpolymerisierten Benzoinacrylat als Vernetzer, der bei UV-Wellenlängen im Bereich von 250 bis 260 nm empfindlich ist.
Die folgende Tabelle zeigt die gefundenen Scherstandzeiten bei optimierten UV-Dosen bei verschiedenen Schichtdicken.
Bei einer UV-Bestrahlung nach dem Stand der Technik fallen die bei Schichtdicken > 60 µm drastisch ab und bei 100 µm werden typischerweise nur noch Zeiten von ca. 200 Minuten gefunden.
Bei der UV-Bestrahlung nach der erfindungsgemäßen Fertigung, bei der, wie in diesem Beispiel beschrieben, die Klebeschichten jeweils beidseitig bestrahlt werden, wurden bei Schichtdicken von 100 µm Scherstandzeiten um 3000 Minuten gefunden.

Claims

1. Verfahren zur Bestrahlung von bahnförmigen Material mittels Elektronenstrahlen und/oder UV-Strahlen, wobei
das Material auf eine Transportvorrichtung aufgebracht wird,
das Material auf der Transportvorrichtung durch eine erste Bestrahlung geführt wird, in der das Material auf der offenen Seite bestrahlt wird,
das Material von der Transportvorrichtung auf ein Substrat transferiert wird,
das Material auf dem Substrat durch eine zweite Bestrahlung geführt wird, in der das Material auf der zweiten offenen, bisher nicht bestrahlten Seite bestrahlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit einer Düse, insbesondere Breitschlitzdüse, Zwei- oder Mehrkanaldüse oder Adapterdüse, bahnförmig ausgeformt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Material in einem Zwei- oder Mehrwalzenauftragsystem bahnförmig ausgeformt wird,
die erste Bestrahlung des Materials auf einer der Walzen des Zwei- oder Mehrwalzenauftragsytems erfolgt,
mittels einer weiteren Transferwalze, über die das Substrat läuft, das Material auf das Substrat übertragen wird.

4. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung antiadhäsiv ausgerüstet ist und/oder der Transport des Materials über die Transportvorrichtung mittels einer antiadhäsiven Unterlage erfolgt.

5. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportvorrichtung eine Walze mit einer antiadhäsiven Beschichtung ist.

6. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die antiadhäsive Unterlage ein antiadhäsives Trägertuch, insbesondere Endlostuch, oder ein Fluid ist, mit der die Transportvorrichtung, insbesondere Walze, oder das Trägertuch befeuchtet wird.

7. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus einer oder mehreren Schichten besteht und/oder das Material aus einer oder mehreren Schichten besteht, wobei mindestens eine der Schichten klebend ist.

8. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat ein Releaseliner ist und das Material, bestehend aus einer erster Klebemasse, Träger und einer zweiten Klebemasse, aus einer Dreikanal- oder Adapterdüse ausgetragen wird.

9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bahnförmige Material ein einseitiges, doppelseitiges und/oder trägerloses Klebeband ist.

10. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägermaterialien solche aus MOPP, BOPP, HDPE, LDPE, Polyester, PVC, Papier, Vliese oder Schäume eingesetzt werden.

11. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebmassen eingesetzt werden Acrylate und Kautschuke aus Lösung, aus Dispersion oder Hotmelt-Klebemassen, die vorzugsweise gefüllt, gefärbt und/oder geschäumt sind.

12. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestrahlung mit UV- und/oder Elektronenstrahlen eine Vernetzung und/oder eine Polymerisation des Materials bewirkt.

13. Verfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die resultierenden Strahlendosen in den Klebemassen bis zu 100 kGy und mehr betragen und/oder ES-Beschleunigungsspannungen von 40 bis 500 kV gewählt werden.

14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Beschichtungen unterschiedliche Strahlendosen erhalten.