DE102004015736A1 - Verfahren zum Auftragen eines flüssigen Mehrkomponenten -Leimsystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftragen eines flüssigen Mehrkomponenten-Leimsystems auf die Oberfläche von Werkstoffen, bei dem man die Komponenten getrennt voneinander punktförmig auf die Oberfläche der Werkstoffe aufträgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auftagen eines flüssigen Mehrkomponenten-Leimsystems auf die Oberfläche von Werkstoffen.
  • Es sind viele verschiedene Verfahren zum getrennten Auftragen von Leim und Härter auf die Oberflächen von Werkstoffe im Stand der Technik bekannt. Diese Verfahren überwinden weitgehend die Nachteile, die sich ergeben, wenn Leim und Härter als fertiges Gemisch aufgebracht werden. Beispielsweise muss eine derartige Mischung eine der Verarbeitungsdauer angepasste, verhältnismäßig lange Härtungsdauer aufweisen. Ferner treten gehäuft unerwünschte Ausfälle der Produktion auf, da vor allem die Düsen wiederholt verstopfen. Ein weiterer Nachteil ist die ungleichmäßige Verteilung des Leims auf den zu verleimenden Flächen.
  • Die Verfahren zum getrennten Auftrag lassen sich in vier Gruppen einteilen a) flächiges Auftragen b) Auftragen der Komponenten in Form von Schnüren c) Auftragen mittels Versprühen der Komponenten und d) eine Kombination von a) bis c).
  • Das Grundprinzip der getrennten Auftragung ist schon aus der US 3 437 542 bekannt, wobei erst eine flüssige Leimkomponente und danach ein pulverförmiger Härter aufgetragen wurden.
    • a) Die EP-A-16 740 beschreibt eine getrennte Auftragungsweise, in dem erst der Härter mit einer Walze, der eine poröse, absorbierende Oberfläche aufweist, auf die zu verleimende Fläche aufgetragen wird. Kurz vor dem Verpressen wird der Leim auf den Härter mittels einer weiteren Walze aufgetragen. Probleme dieses Verfahrens sind das Absorbieren des Härters in dem Substrat, die Reinigung der Walze sowie eine gleichmäßige Verteilung. In der EP-A-241 891 wird eine Vorrichtung zum Auftragen von Leim und Härter auf Holzteile beschrieben, mit deren Hilfe ein Gießfilm mittels eines Leitorgans gebildet wird. Die DE-A-37 12 347 sieht für dieses Leitorgan noch Verbesserungen in Form von luftstauverhindernden Einrichtungen vor. Das Leim-Harz und der Härter werden getrennt mit jeweils einer dieser Vorrichtungen als Gießfilm auf die Oberfläche der Holzteile aufgetragen.
    • b) Die WO 99/67027 beschreibt eine getrennte Auftragsweise, in dem die Komponenten in Form von Strängen aufgetragen werden, bei dem mehrere Stränge nebeneinander und je Strang die beiden Komponenten nacheinander übereinander oder dicht nebeneinander aufgetragen werden. In der EP-A 690 114 wird ein Verfahren offenbart, bei dem zwei Komponenten nacheinander zumindest teilweise deckungsgleich als Stränge aufgetragen werden, wobei die eine Komponente kontinuierlich und die andere diskontinuierlich aufgetragen wird.
    • c) In der DE-A 100 35 412, CH-A 546 134, DE-A 22 13 269 und in der GB-A 1332 880 werden verschiedene Verfahren zum getrennten Auftragen offenbart, in dem der Leim und der Härter durch Spritzen, bzw. Sprühen aufgetragen werden. Der Leim und der Härter vermischen sich bei diesem Verfahren unmittelbar vor oder direkt nach dem Auftragen auf den Werkstoff.
    • d) Die EP-A 362 742 offenbart ein getrenntes Auftragsverfahren, bei dem die eine Komponente als Gießfilm und die andere als Strang aufgetragen wird. Die WO 89/5221 beschreibt ein Auftragsverfahren, in dem auf eine Oberfläche der Leim und auf die gegenüberliegende Oberfläche der Härter aufgetragen wird. Die Fläche, auf die der Härter aufgetragen wird, muss nicht zwingend vollständig mit dem Härter bedeckt sein, es ist ausreichend, den Härter in Form von Strängen oder Punkten über diese Fläche zu verteilen.
  • Trotz der vielfältigen Verfahren besteht aufgrund der hohen wirtschaftlichen Bedeutung von verleimten Werkstoffen weiter Optimierungsbedarf, insbesondere im Bezug auf eine optimale Klebeleistung.
  • Die Aufgabe bestand demnach darin, ein getrenntes Auftragsverfahren aufzufinden, das einen gleichmäßigen Auftrag aller Komponenten aufweist bei einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Klebeleistung. Ferner soll für eine praktikable Anwendbarkeit die Zeit zwischen dem Leimauftrag und dem Verpressen möglichst lang sein.
  • Die Aufgabe wurde gelöst mit Hilfe eines Verfahrens zum Auftragen eines flüssigen Mehrkomponenten-Leimsystems auf die Oberfläche von Werkstoffen, bei dem man die Komponenten getrennt voneinander punktförmig aufträgt.
  • Unter punktförmig sind solche fleckartige Auftragungen zu verstehen, die entstehen, wenn ein Tropfen aus einigen Zentimetern Höhe auf den Werkstoff trifft. Diese Punkte weisen nicht zwingend eine regelmäßige oder runde Geometrie auf. Bei den punktförmigen Gebilden kann es sich um längliche, um ganz oder teilweise ovale oder auch um vollständig formlose Figuren handeln.
  • Die punktartigen Gebilde weisen typischerweise ein Volumen von 0,5 bis 500 mm3, insbesondere von 1 bis 100 mm3, auf. Die Punkte derselben Komponente weisen vorteilhaft ähnliche Größen auf.
  • Vorteilhaft werden 100 bis 1 000 000 Punkte pro m2 Werkstoff aufgetragen, bevorzugt 1 000 bis 100 000. Bevorzugt beträgt die Schrittweite zwischen den Auftragungen 2 bis 50 mm, insbesondere 2 bis 20 mm. Unter Schrittweite ist der Abstand zwischen den Schwerpunkten der benachbarten punktförmigen Auftragungen zu verstehen. Pro Minute werden vorteilhaft 5000 bis 100 000 Punkte pro Punktreihe aufgetragen.
  • Vorteilhaft sind die punktförmigen Auftragungen einer Komponente von punktförmigen Auftragungen einer oder mehrerer anderer Komponenten umgeben.
  • Bevorzugt werden die Komponenten alternierend aufgetragen. Der Begriff alternierend muss keine strenge Gleichmäßigkeit beinhalten, er bedeutet, dass alle Komponenten sowohl in Richtung der Werkstofflänge, als auch in Richtung der Werkstoffbreite vorliegen. Bevorzugt liegen die Komponenten abwechselnd vor.
  • Bevorzugt besteht die Alternierung bei einem Zweikomponentensystem in einer netzartigen, matrizenartigen Struktur folgender Art:
    Figure 00030001
  • Die Komponenten können aber auch unregelmäßig abwechselnd aufgetragen werden, diese Auftragsweise ist bei einem starken Ungleichgewicht in der Auftragsmenge der Komponenten von Vorteil. So können nach Bedarf Punkte mit verschiedenen Volumen aufgetragen werden. Beispielsweise kann bei ungleicher Mengenverteilung der Komponenten, die Komponente mit der überwiegenden Menge mit einem größeren Punktvolumen aufgetragen werden oder diese Komponente kann mit einer erhöhten Punktzahl aufgetragen werden.
  • Falls die Menge einer Komponente A doppelt so groß ist wie die einer anderen Komponente B, kann deren Punktzahl verdoppelt werden oder es kann das Volumen der Punkte A verdoppelt werden. Bevorzugt wird die Punktzahl verdoppelt. Es ergibt sich in diesem Fall folgendes schematisches Bild:
    Figure 00040001
  • Bei einer weiteren Erhöhung der Komponentenmenge A wird deren Punktreihe immer seltener durch einen Punkt der Komponente B unterbrochen.
  • Um möglichst lange offenen Zeiten zu erreichen, berühren sich die nebeneinanderliegenden punktförmigen Auftragungen nicht. Der Abstand zwischen den Auftragungsrändern der nebeneinanderliegenden Punkte liegt vorteilhaft zwischen 0,5 und 10 mm.
  • Bei schnellen Reaktionen kann es von Vorteil sein, wenn die punktförmigen Auftragungen der verschiedenen Komponenten teilweise oder vollständig überlappen.
  • Die Komponenten werden vorteilhaft in Form von Tropfen aufgetragen. Die Tropfen lassen sich beispielsweise mit Düsen enthaltenden Vorrichtungen, wie solche auch für andere Auftragstechniken bekannt sind, realisieren. Die Auftragung erfolgt somit nicht sprühend.
  • Die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstoffes, das unter den als Punkte aufgetragenen flüssigen Komponenten durchläuft, beträgt in der Regel mindestens 20 Meter pro Minute, insbesondere 100 bis 400 Meter pro Minute.
  • Das Leimsystem besteht bevorzugt aus Komponenten, die für sich keine die Werkstoffe verbindende Eigenschaften aufweisen und bei gegenseitigem Kontakt ein die Werkstoffe verbindendes Reaktionsprodukt ergeben.
  • Alle Komponenten können auf nur einer der zu verleimenden Oberflächen aufgetragen werden oder die Komponenten können auf den sich gegenüberliegenden Oberflächen aufgetragen werden. Ferner kann pro Oberfläche nur eine Komponente aufgetragen werden, so dass die Punkte des Mehrkomponentensystems beim Zusammenbringen der Oberflächen jeweils auf Lücke gesetzt sind.
  • Das Mehrkomponenten-Leimsystem ist bevorzugt ein Zweikomponentensystem, wobei eine Komponente A vorteilhaft ein Leim und eine Komponente B vorteilhaft ein Härter ist.
  • Vorteilhaft wird ein Gewichtsverhältnis von Leim und Härter von 100:20 bis 100:100, bevorzugt 100:50 bis 100:100, insbesondere von 100:80 bis 100:100 verwendet. Pro m2 wird vorteilhaft eine Gesamtmenge (Leim und Härter) von 150 bis 600 g, bevorzugt 200 bis 500 g, insbesondere 400 bis 450 g, aufgetragen.
  • Als Komponente A (Leim) können Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harze, veretherte Melamin-Formaldehyd-Harze, Phenol-Harze, Phenol-Formaldehyd-Harze, Resorcin-Phenol-Formaldehyd-Harze, Polyurethan-Harze, Polyvinylacetat-Harze, Emulsionen oder Dispersionen von Isocyanat-Harzen oder Mischungen aus zwei oder mehreren Komponenten verwendet werden. Bevorzugt werden Aminoplastharze eingesetzt, insbesondere Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harze, veretherte Melamin-Formaldehyd-Harze, Harnstoff-Formaldehyd-Harze oder Mischungen hieraus. Besonders bevorzugt werden Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harze und/oder veretherte Melamin-Formaldehyd-Harz verwendet, wobei der Anteil der veretherten Komponente vorteilhaft bei > 50 %, insbesondere bei > 75 % liegt. Der Veretherungsgrad liegt vorteilhaft bei 1 bis 95 %, bevorzugt bei 15 bis 80, insbesondere bei 30 bis 65 %.
  • Die Komponente B ist vorteilhaft ein Härter enthaltend eine Säure, ein saures Salz und/oder eine Säure bildendes Salz.
  • Der Härter hat üblicherweise einen pH-Wert von 1 bis 6,5, insbesondere 1,3 bis 3. Die Viskosität des Härters liegt bevorzugt über 300 mPas, besonders bevorzugt über 1000 mPas (bei Raumtemperatur und einer Scherrate von 100 s–1). Er zeigt vorteilhaft ein pseudoplastisches Verhalten.
  • Die Wahl der Säure, bzw. des Salzes hängt mit den Charakteristika des Härters zusammen, beispielsweise, wie schnell die Aushärtung nach dem Vermischen des Aminoplasts und des Härters erfolgen soll.
  • Typischerweise werden als Säuren organische Säuren, wie beispielsweise Maleinsäure, Zitronensäure oder Ameisensäure, oder anorganische Säuren, wie beispielsweise Phosphorsäure oder Sulfamidsäure oder Mischungen hieraus, verwendet. Bevorzugt sind organische Säuren, insbesondere Ameisensäure.
  • Unter sauren Salzen werden solche verstanden, die in Wasser eine saure Lösung bilden. Vorteilhaft werden Aluminiumphosphat, Aluminiumsulfat oder Aluminiumchlorid oder Mischungen hieraus verwendet.
  • Unter einem eine Säure bildendes Salz werden solche Salze verstanden, die durch Reaktion mit einer Komponente des Bindemittelsystems eine Säure generieren. Vorteilhaft werden Ammoniumsalze verwendet, wie beispielsweise Ammoniumphosphat, Ammoniumsulfat und/oder Ammoniumchlorid.
  • Ferner kann der Härter zusätzlich ein Polymer in Form einer Dispersion und/oder als wasserlösliche Polymerlösung und/oder Mischungen von verschiedenen Polymerdispersionen oder wässrigen Polymerlösungen enthalten.
  • Das Polymer ist typischerweise ein Homopolymer oder ein Copolymer hergestellt aus einem oder mehreren ethylenisch ungesättigten Monomeren. Beispiele vorteilhafter ethylenisch ungesättigter Monomere sind Vinylmonomere, wie Vinylester, zum Beispiel Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat und Comonomere hiervon; Polyacrylate wie beispielsweise Alkylester von acrylischen oder methacrylischen Säuren, wie Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat etc.; Butadien-Styrol und Derivate wie beispielsweise carboxyliertes Butadien-Styrol; substituiertes oder unsubstituiertes Mono- und Dialkylester der alpha, beta- ungesättigten (Di)carboxylsäuren wie beispielsweise substituierte und unsubstituierte Mono- und Dibutyl- und Mono- und Diethylester der Maleinsäure oder die korrespondierenden Ester der Fumarsäure, Zitronensäure oder Itaconsäure, Crotonsäure, (Meth)Acrylsäure, Polyvinylalkohol, Polyurethane. Bevorzugt sind Polyvinylacetate und Vinylacetat-Copolymere, insbesondere Ethylen-Vinylacetat-Copolymere. Vorteilhaft enthält das Polymer mindestens 50 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Monomeren, Polyvinylacetat.
  • Die Polymere können gegebenenfalls nachvernetzbare Gruppen enthalten. Diese nachvernetzbaren Gruppen können via Copolymerisation in das Polymer eingeführt werden, in dem ein oder mehrere ethylenisch ungesättigte Monomere mit mindestens einem Monomer beinhaltend mindestens eine nachvernetzbare Gruppe umgesetzt wird. Das Polymer enthält bevorzugt 0 bis 10 Gew.-% an Monomeren mit nachvernetzbaren Gruppen, bevorzugt 0 bis 5 Gew.-%. Mischungen aus Polymeren mit nachvernetzbaren Gruppen und Polymeren ohne nachvernetzbaren Gruppen sind ferner bevorzugt, insbesondere Homo- oder Copolymere von Polyvinylacetat. Unter nachvernetzbaren Gruppen werden solche verstanden, die von geringerer Reaktivität sind als ungesättigte Gruppen und somit nicht an der ersten Polymerisationsreaktion beteiligt sind, sondern nur unter bestimmten Bedingungen, beispielsweise unter sauren Bedingungen, mit anderen reaktiven Gruppen, vorteilhaft am Copolymer und/oder am Aminoplast, reagieren.
  • Geeignete nachvernetzbare Gruppen sind vorteilhaft N-Alkylol-, N-Alkoxymethyl-, Carboxylate- und/oder Glycidyl-Gruppen, beispielhaft sind hier die in der WO 0180898 und WO 02/068178 genannten erwähnt.
  • In der Komponente A und/oder in der Komponente B können vorteilhaft übliche Additive enthalten sein. Hierzu zählen Füllstoffe (siehe Zeppenfeld, Klebstoffe in der Holz- und Möbelindustrie, Buchverlag Leipzig, 1. Auflage) wie beispielsweise Erdalkalisilikate, Aluminiumsilikate wie Kaolin, Kieselerde, pyrogene und gefällte Kieselsäuren, Erdalkalicarbonate, Erdalkalisulfate, Metalloxide, Fasern wie beispielsweise Glas, Glim mer, Cellulose. Weitere Zusatzstoffe sind vorteilhaft Mehle, Stärken, modifizierte Stärke, Polyvinylalkohol, modifizierte Cellulose, beispielsweise Methylcellulose, Carboxylmethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Verdicker wie in der WO 02/068178 genannt, Farbstoffe, Formaldehydfänger, Tenside, Entschäumer, Lösungsmittel wie beispielsweise Diethylengylkol sowie weitere dem Fachmann bekannte Additive. Bevorzugt werden Kaolin, Kieselsäuren, Cellulosederivate, Glykole und Tenside verwendet.
  • Das wässrige Bindemittelsystem bestehend aus Komponente A und B beinhaltet in der Regel 5 bis 70 Gew.-% bezogen auf das Gesamtsystem (Komponente A + B, Feststoff und Wasser), Aminoplastharz, bevorzugt 15 bis 65 Gew.-%, insbesondere 25 bis 60 Gew.-%. Ferner beinhaltet das Bindemittelsystem vorteilhaft 0,5 bis 30 Gew.-% bezogen auf das Gesamtsystem Säure, Säuresalz und/oder säurefreisetzendes Salz, bevorzugt 1 bis 20 Gew.-%, insbesondere 1,5 bis 15 Gew.-%. Weiterhin beinhaltet das Bindemittelsystem bevorzugt 0,5 bis 25 Gew.-% Polymer, insbesondere 2 bis 20 Gew.%, besonders bevorzugt 4 bis 25 Gew.-% bezogen auf das Gesamtsystem.
  • Die üblichen Additive, bzw. Füllstoffe, liegen in einer Menge von 0 bis 25 Gew.-% vor. Sie können sowohl im Leim als auch im Härter vorliegen, vorteilhaft 0 bis 10 Gew.-% bezogen auf das Gesamtsystem in dem Härter und zu 0 bis 10 Gew.-% in dem Aminoplastharz.
  • Der Feststoffgehalt bzw. Wirkstoffgehalt des Bindemittelsystems liegt in der Regel bei 25 bis 75 Gew.-%, bevorzugt bei 40 bis 65 Gew.-%, der restliche Anteil besteht aus Wasser.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht beschränkt auf eine spezielle Anwendung, jedoch wird es vorteilhaft in der Holzindustrie verwendet. Das Verfahren wird bevorzugt zum getrennten Auftrag beim Verleimen von Holz verwendet, beispielsweise bei nicht tragenden Anwendungen wie bei Parkett, Rollenheißkaschierungen (Folien auf beispielsweise Spanplatten), Furnieren, Sperrholz, Einschichtplatten, Mehrschichtplatten, Schalungsplatten. Ferner wird das Verfahren vorteilhaft bei tragenden Anwendungen verwendet, wie beispielsweise bei Brettschichtholz, Duo- oder Triobalken (siehe auch WO 02/068178 oder EP-A 860 251).
  • Das Verpressen der mit den beiden Komponenten beschichteten Werkstoffe erfolgt im allgemeinen unter Anwendung eines Drucks von 0,6 bis 1,0 N/mm2. Dieser Druck wird im allgemeinen für eine Zeitdauer, die der Leim zum Aushärten benötigt, aufrecht erhalten. Die Aushärtung erfolgt typischerweise bei Raumtemperatur, bei höheren Temperaturen verkürzt sich die Aushärtezeit entsprechend.
  • Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Auftragung von Mehrkomponentensysteme liegt im Vergleich zu den bekannten getrennten Auftragsverfahren in der sehr hohen Klebeleistung nach dem Verpressen. Darüber hinaus führt das erfindungsgemäße Verfahren zu geringerem Leimverbrauch und geringerem Reinigungsaufwand im Vergleich zu den Verfahren, die im Stand der Technik beschrieben sind. Es lassen sich ferner ausreichend lange offene und/oder geschlossene Antrocknezeiten bis zum Pressvorgang bei reaktiven Leimsystemen mit kurzer Presszeit realisieren. Weiterhin kann die Härterflotte schärfer eingestellt werden bzw. die Härtermenge erhöht werden, wodurch der Leim schneller und bei niedrigeren Temperaturen aushärtet.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Auftragen eines flüssigen Mehrkomponenten-Leimsystems auf die Oberfläche von Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Komponenten getrennt voneinander punktförmig aufträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Punkte ein Volumen von 0,5 bis 500 mm3 aufweisen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man 100 bis 1 000 000 Punkte pro m2 Werkstoff aufbringt.
  4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittweite zwischen den Auftragungen 2 bis 50 mm beträgt.
  5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine punktförmige Auftragung einer Komponente von punktförmigen Auftragungen einer oder mehrerer anderer Komponenten umgeben ist.
  6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten alternierend auf dem Werkstoff vorliegen.
  7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Zweikomponenten-Leimsystem aus einem Leim A und einem Härter B aufträgt.
  8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man als Komponente A Harnstoff-Formaldehyd-Harze, Melamin-Formaldehyd-Harze, Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harze, veretherte Melamin-Formaldehyd-Harze, Phenol-Harze, Phenol-Formaldehyd-Harze, Resorcin-Phenol-Formaldehyd-Harze, Polyurethan-Harze, Polyvinylacetat-Harze, Emulsionen oder Dispersionen von Isocyanat-Harzen oder Mischungen aus zwei oder mehreren Komponenten verwendet.
  9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass man als Komponente B eine Säure, ein saures Salz und/oder eine Säure bildendes Salz verwendet.
  10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass man als Komponente A Melamin-Formaldehyd-Harze und gegebenenfalls übliche Additive verwendet und als Komponente B Ameisensäure in einer Dispersion aus Polyvinylacetat und gegebenenfalls übliche Additive verwendet.
  11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass man den Leim und den Härter in einem Gewichtsverhältnis von 100:20 bis 100:100 aufträgt.
  12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man pro m2 eine Gesamtmenge von 150 bis 600 g aus Leim und Härter aufbringt.
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