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Die
Erfindung betrifft einen nicht vernetzenden Heißschmelzklebstoff, der bei
Bestrahlung mit Mikrowellen sich erwärmt und seine Klebstoffeigenschaften
verliert. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verkleben
von Verpackungen mit nicht reaktiven Schmelzklebstoffen, wobei die
Verklebung durch Erwärmen
mit Mikrowellen wieder gelöst
werden kann.
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Nicht
reaktive Schmelzklebstoffe sind bekannt. So werden in der
EP 1124911 Schmelzklebstoffe
beschrieben, die auf Basis von Poly-α-Olefinen hergestellt werden.
Diese werden insbesondere für
den Auftrag des Schmelzklebstoffs durch Sprühen beschrieben. Die
EP 388712 beschreibt Schmelzklebstoffe
auf Basis von Ethylen-Acrylsäure-Acrylester-Copolymeren.
Diese Copolymeren dienen zur Verklebung von festen Substraten. Weiterhin
werden in der
EP 890584 Schmelzklebstoffe
beschrieben, die auf Basis von Polyolefinen bestehen, die durch
eine Metallocen-katalysierte Synthese hergestellt werden. Solche
Schmelzklebstoffe zeichnen sich durch eine besonders enge Molekulargewichtsverteilung
und durch einen engen Schmelzbereich aus.
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In
der
EP 498998 wird ein
Verfahren zum Erwärmen
von Polymermaterial beschrieben, wobei das Polymermaterial dispergierte
ferromagnetische Teilchen enthält.
Diese Mischungen können
durch Mikrowellenbestrahlung erwärmt
werden, so dass die Schmelztemperatur des Polymermaterials überschritten
wird. In der
EP 629490 werden
in der Wärme
schmelzbare oder vernetzbare Polymere beschrieben, die fein verteilten
Pulver aus Substanzen enthalten, die Dipole bilden und für Mikrowellenstrahlung
sensibel sind. Die Zusammensetzungen werden nicht weiter spezifiziert.
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Weiterhin
ist die
DE 19 924 138 bekannt,
in der Schmelzklebstoffzusammensetzung beschrieben werden, die nanoskalige
ferromagnetische Teilchen enthalten. Es wird beschrieben, dass solche
Klebverbindungen durch Einwirkung elektromagnetischer Strahlung
erwärmt
werden können,
wobei sich die Klebeverbindung dann leicht lösbar ist.
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Weiterhin
ist die
WO 92/09503 bekannt.
In dieser werden Verpackungseinheiten beschrieben, die für Mikrowellenstrahlung
durchlässig
sind und einen Heißschmelzklebstoff
enthalten, der durch Mikrowellen erwärmbar ist und dann in den flüssigen Zustand übergeht.
Die dort beschriebenen Verfahren, um durch Mikrowellenstrahlung
aktivierbare Schmelzklebstoffe zu erhalten, schließen Additive
ein, die Wasser im Polymeren festhalten oder hygroskopische Wasser
zurückhaltende
Substanzen. Als Nachteil wird festgestellt, dass solche Additive
die Eigenschaften des Schmelzklebstoffs negativ beeinflussen. Weiterhin
werden dort feste Additive beschrieben, wie beispielsweise Ruß, die zugemischt
den Schmelzklebstoff durch Mikrowellenstrahlung erwärmbar machen.
Im Einzelnen werden verschiedene partikelförmige Substanzen aufgeführt, die
als solche durch Mikrowellenstrahlung erwärmt werden können und
dem Schmelzklebstoff beigemischt werden.
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Die
genannten Verfahren haben den Nachteil, dass solche zugesetzten
festen Additive im Allgemeinen das Aussehen des Schmelzklebstoffs
negativ beeinflussen. Weiterhin sind solche Substanzen teuer. Ebenso
sind solche Substanzen häufig
nicht in Verbindung mit Lebensmittelverpackungen gestattet. Das
Festhalten von Wasser im Schmelzklebstoff für zu schlechte Verklebungseigenschaften,
kann beim Erwärmen
Blasen hervorrufen oder die Kohäsion
negativ beeinflussen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist deswegen einen Schmelzklebstoff zur
Verfügung
zu stellen, der zum Verkleben von Verpackungen im Lebensmittelsektor geeignet
ist, der durch Anwendung von Mikrowellenstrahlung erwärmbar ist
und die damit hergestellte Verklebung lösbar ist.
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Die
Erfindung wird gelöst
durch einen nicht reaktiven thermoplastischenSchmelzklebstoff, der
durch Mikrowellenstrahlung erwärmbar
ist, dadurchgekennzeichnet, dass mindestens 50 Gew.-% bezogen auf
die Menge der Basispolymeren eines thermoplastischen Polymeren aus
Ethylen-Vinylacetat enthalten sind, ggf. zusätzlich thermoplastische, polare
Gruppen enthaltende Polymere, sowie 0,5 bis 15 Gew.-% von Polyolen
mit einem Siedepunkt oberhalb von 120°C.
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Weiterhin
wird ein Verfahren zum Verkleben von Substraten mit durch Mikroesellenstrahlung
erwärmbaren
nicht reaktiven Schmelzklebstoffen beschrieben, wobei der Schmelzklebstoff
mindestens 50 Gew.-% Ethylenvinylacetatcopolymere enthält, ggf.
zusätzlich
thermoplastische Polymere enthält,
die polare Gruppen aufweisen, sowie 0,5 bis 15 Gew.-% von Polyolen
mit einem Siedepunkt oberhalb von 120°C, wobei die Verklebung durch
Bestrahlen der verklebten Substrate mit Mikrowellenstrahlung lösbar ist.
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Nicht
vernetzende Schmelzklebstoffe enthalten üblicherweise 15 bis 80 Gew.-%
an thermoplastischen Basispolymeren, die dem Klebstoff die Grundeigenschaften
verleihen, wie Schmelzviskosität
und Schmelzverhalten, Haftung und Stabilität. Es ist erfindungswesentlich,
dass mindestens 50 Gew.-% der Basispolymeren aus Ethylenvinylacetat-Copolymeren
bestehen. Insbesondere sind Schmelzklebstoffe geeignet, die zu mindestens
70 Gew.-% thermoplastischen EVA-Polymere enthalten, bezogen auf
die Menge der Basispolymere.
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Ethylenvinylacetat(EVA-)Polymere
sind allgemein verbreitet. Es handelt sich dabei um Copolymere auf
Basis von Vinylacetat und Ethylen, die ggf. noch weitere einpolymerisierbare
Monomere enthalten können. Diese
sollen im allgemeinen kristallin oder teilkristallin sein und einen
Erweichungspunkt oberhalb von 50°C aufweisen.
Dabei soll der Vinylacetatgehalt zwischen 10 bis 50 Gew.-% liegen,
be vorzugt zwischen 15 und 40 Gew.-%. Durch die Auswahl der Monomeren
können
wichtige funktionelle Parameter wie Glasübergangstemperatur (TG), Schmelzpunkt oder Erweichungspunkt beeinflusst
werden.
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Zusätzlich können weitere
Monomere enthalten sein, wie beispielsweise C3 bis
C10 ungesättigte Carbonsäuren, wie
Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Crotonsäure,
Isocrotonsäure; α-β-ungesättigte C4 bis C10-Alkylendicarbonsäuren, wie
Maleinsäure,
Fumarsäure
oder Itaconsäure.
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Weitere
Monomere, die in dem EVA einpolymerisiert sein können, sind beispielsweise C1 bis C15 Alkylvinylester,
C1 bis C15 Alkyl(meth)acrylat,
C1 bis C15 Alkylester
von Dicarbonsäuren,
beispielsweise wie Alkylfumerat, Methyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrlyat,
2-Ethylhexyl(meth)acrylat; C1 bis C6 Hydroxyalkyl(meth)acrylat, wie Hydroxyethyl-
oder Hydroxypropyl(meth)acrylat; Acrylnitril, Acrylamid, Methacrylamid, N-methylol-Acrylamid.
Solche Monomere können
in Mengen von 0,2 bis 10 Gew.-%, insbesondere bis 5 Gew.-% in dem
EVA-Copolymeren enthalten sein. Das Molekulargewicht (MN)
solcher EVA-Polymere beträgt üblicherweise
zwischen 3000 bis 200000 g/mol, insbesondere bis zu 100000 g/mol
(zahlenmittleres Molekulargewicht (MN),
wie durch Gelpermeationschromatographie erhältlich).
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Die
Auswahl der EVA-Polymere, Verfahren zu ihrer Herstellung und geeignete
Comonomere sind dem Fachmann bekannt. Er kann sie nach anwendungstechnischen
Eigenschaften, z. B. der Schmelztemperatur, Schmelzviskosität, Haftungseigenschaften
oder Verträglichkeit
mit anderen Bestandteilen, auswählen.
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In
einem erfindungsgemäß geeigneten
Schmelzklebstoff können
noch anteilig zusätzliche
Schmelzklebstoff-Basispolymere, von EVA-Polymeren unterschiedliche
Polymere, enthalten sein. Unter solchen Schmelzklebstoff-Basispolymeren
werden thermoplastische synthetische Polymere verstanden, die für Schmelzklebstoffe
wichtige Eigenschaften wie Haftung, Festigkeit und Temperaturverhalten
im wesentlichen bestimmen. Beispiele für solche Polymere sind Polyamidharze,
Copoly amide, Polyetheramide, Polyesteramide, Polyester, Polyether,
Polycarbonate; thermoplastische Elastomere; reaktive und nicht reaktive
lineare oder verzweigte thermoplastische Polyurethane; Polymerisate,
wie Ethylen/Acrylat-, Propylen/Hexen-, SIS-, SBS-, SEBS-Copolymere;
Polyolefine, wie amorphe α-Olefin-Copolymere (APAO),
semikristalline Polyolefine, insbesondere Propylen-(PP) oder Ethylen-(PE)Copolymere.
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Für erfindungsgemäß geeignete
Schmelzklebstoffe sind insbesondere nicht reaktiven polare Schmelzklebstoff-Basispolymere
geeignet, beispielsweise polar modifiziertes Polyethylen oder Polypropylen,
Polyamide, Polyester, Polyesteramide, durch Metallocenkatalyse hergestellte
Polyolefin-Copolymere, Polyurethane. Insbesondere geeignet sind
Polymere, die eine hohe Anzahl von polare Gruppen in der Struktur
aufweisen. Beispiele für
solche Strukturen sind Urethan- oder Harnstoffgruppen, Carboxyl-,
Ester- oder Amidgruppen, OH- oder NH-Gruppen. Solche Polymere sind
dem Fachmann bekannt.
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Der
Schmelzklebstoff kann in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen zusätzlich mindestens ein
thermoplastisches Basispolymer, ausgewählt aus den oben angegebenen
Klassen, mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 200000 g/mol enthalten.
Es ist jedoch darauf zu achten, dass die verschiedenen Polymere
eine im Wesentlichen homogene Mischung bei der Verarbeitung und
bei der Verklebung ergeben, d. h. beim Aufschmelzen oder Lagerung
soll keine Phasentrennung auftreten, so dass eine homogene Verklebung sichergestellt
ist. Die Menge der zusätzlichen
thermoplastischen Basispolymere soll 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt
0-30 Gew.-% bezogen auf den Basispolymeranteil betragen.
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Insbesondere
werden solche Polymere ausgewählt,
die keine gesundheitlichen bedenklichen Substanzen enthalten, unter
anderem auch wenig niedermolekulare migrationsfähige Substanzen. Diese sollen bevorzugt
für eine
Verwendung in der Lebensmittelindustrie zugelassen sein.
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Erfindungsgemäß ist es
wesentlich, dass der Schmelzklebstoff zwischen 0,5 bis 15% mindestens
eines Polyols enthält,
der einen Siedepunkt oberhalb von 120°C aufweist. Als Polyole kommen
die üblichen
bekannten zwei, drei oder mehrfach funktionellen Alkohole in Frage.
Sie können
bei Raumtemperatur fest sein oder sie sind flüssig. Beispiele für solche
Alkohole sind Diole oder Triole, wie Glykol, Dietylenglykol, Triethylenglykol,
Glycerin, ethoxylierte Glycerinderivate, Neopentylglykol, Trimetylolpropan,
Trimethylolethan, Pentaerythrit, Hexantriol oder Zuckeralkohole
auf Basis von Hexosen oder Pentosen, wie Glucose, Mannitol, Sorbitol,
Xylose, Arabinose. Es können
auch Gemische verschiedener Alkohole eingesetzt werden. Es können auch niedrigmolekulare
Polyvinylalkohole eingesetzt werden.
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Der
Siedepunkt der eingesetzten Polyole sollen insbesondere so gewählt werden,
dass er oberhalb der Schmelztemperatur des Schmelzklebstoffs liegt.
Insbesondere soll er oberhalb von 150°C betragen, insbesondere oberhalb
von 200°C.
Die Obergrenze kann bis zu 350°C
betragen oder der Alkohol zersetzt sich bei hoher Temperatur. Es
ist zweckmäßig, wenn
die ausgewählten
Polyole bei der Verwendung von Verpackungen und Klebstoffe für Verpackungen
für die
Lebensmittelindustrie zugelassen sind.
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Insbesondere
sollen die Polyole ein Molekulargewicht unter 1000 aufweisen, bevorzugt
unter 700, insbesondere unter 400. Sie können insbesondere bei 20°C fest sein,
es kann sich jedoch auch um flüssige
Substanzen handeln. Das Dipolmoment der Polyole soll hoch sein,
beispielsweise oberhalb von 1,85 Debye, insbesondere oberhalb von
2,3 Debye. Eine besondere Ausführungsform
setzt drei- bis
sechswertige Alkohole ein.
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Zusätzlich zu
den erfindungsgemäß notwendigen
Bestandteilen, wie EVA-Polymer,
ggf. zusätzlichen thermoplastischen
Polymeren, und Polyolen mit einem Siedepunkt oberhalb von 120°C, können die
Schmelzklebstoffe weitere Bestandteile enthalten. In einer bevorzugten
Ausführungsform
enthält
der erfindungsgemäße Schmelzklebstoff
mindestens ein klebrigmachendes Harz.
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Das
Harz bewirkt eine zusätzliche
Klebrigkeit und verbessert die Verträglichkeit der Schmelzklebstoff-Komponenten.
Es handelt sich dabei insbesondere um Harze, die einen Erweichungspunkt
von 70 bis 140°C
(Ring-Ball-Methode, DIN 52011) besitzen. Es sind dieses beispielsweise
aromatische, aliphatische oder cycloaliphatische Kohlenwasserstoff-Harze,
sowie modifizierte oder hydrierte Versionen davon. Beispiele hierfür sind aliphatische
oder alicyclische Petroleum-Kohlenwasserstoffharze
und hydrierte Derivate. Weitere, im Rahmen der Erfindung geeignete
Harze sind Hydroabietylalkohol und seine Ester, insbesondere seine
Ester mit aromatischen Carbonsäuren
wie Terephthalsäure
und Phthalsäure;
vorzugsweise modifizierte Naturharze, wie Harzsäuren aus Balsamharz, Tallharz
oder Wurzelharz, z. B. vollverseiftes Balsamharz oder Alkylester
von gegebenenfalls teilhydriertem Kolophonium mit niedrigen Erweichungspunkten
wie z. B. Methyl-, Diethylenglykol-, Glycerin- und Pentaerythrit-Ester;
Terpen-Harze, insbesondere Copolymere des Terpens, wie Styrol-Terpene, α-Methyl-Styrol-Terpene,
Phenol-modifizierte Terpenharze sowie hydrierte Derivate davon;
Acrylsäure-Copolymerisate, vorzugsweise
Styrol-Acrylsäure-Copolymere
und Umsetzungsprodukte auf Basis funktioneller Kohlenwasserstoffharze.
Bevorzugt ist es, partiell polymerisiertes Tallharz, hydrierte Kohlenwasserstoffharze
oder Kolophoniumglycerinester einzeln oder im Gemisch einzusetzen.
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Das
Harz besitzt ein niedriges Molekulargewicht von unterhalb 2000 g/mol,
insbesondere unterhalb von 1500 g/mol. Es kann chemisch inert sein
oder sie kann ggf. noch funktionelle Gruppen enthalten, wie beispielsweise
OH-Gruppen, Carboxylgruppen oder Doppelbindungen. Die Menge des
Harzes soll zwischen 0 bis 40 Gew.-% bezogen auf den Schmelzklebstoff
betragen, insbesondere 5 bis 30 Gew.-%. Mit den Harzen kann auch
eine Verträglichkeit
der Polyol-Bestandteile mit den Basispolymeren verbessert werden.
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Als
weitere Bestandteile sind in dem erfindungsgemäßen Schmelzhaftklebstoff Additive
enthalten, die bestimmte Eigenschaften des Klebstoffs beeinflussen
können,
wie z. B. Kohäsionsfestigkeit,
Viskosität,
Erweichungspunkt oder Verarbei tungsviskosität. Darunter sind beispielsweise
Weichmacher, Stabilisatoren, Wachse, Haftvermittler, Antioxidantien
oder ähnliche
Zusatzstoffe zu verstehen. Die Menge soll bis zu 30 Gew.-% betragen.
Es können
auch mehrere Additive als Gemisch eingesetzt werden. Weiterhin können Füllstoffe
zur Festigkeitserhöhung
eingesetzt werden.
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Weichmacher
werden vorzugsweise zum Einstellen der Viskosität oder der Flexibilität verwendet
und sind im allgemeinen in einer Konzentration von 0-20 Gew.-%,
vorzugsweise von 2-15 Gew.-% enthalten. Geeignete Weichmacher sind
beispielsweise medizinische Weißöle, naphtenische
Mineralöle,
Polypropylen-, Polybuten-, Polyisopren-Oligomere, hydrierte Polyisopren-
und/oder Polybutadien-Oligomere,
Benzoatester, Phthalate, Adipate, pflanzliche oder tierische Öle und deren
Derivate. Hydrierte Weichmacher werden beispielsweise ausgewählt aus
der Gruppe der paraffinischen Kohlenwasserstofföle. Auch Polypropylenglykol und
Polybutylenglykol, sowie Polymethylenglykol sind geeignet. Ggf.
werden auch Ester als Weichmacher eingesetzt, z. B. flüssige Polyester
und Glycerinester oder Weichmacher auf Basis aromatischer Dicarbonsäureester.
Ebenso können
auch Alkylmonoamine und Fettsäuren
mit vorzugsweise 8 bis 36 C-Atomen geeignet sein.
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Gegebenenfalls
können
dem Schmelzklebstoff Wachse in Mengen von 0 bis 20 Gew.-% zugegeben werden.
Die Menge ist dabei so bemessen, dass einerseits die Viskosität auf den
gewünschten
Bereich abgesenkt wird, andererseits aber die Adhäsion nicht
negativ beeinflusst wird. Das Wachs kann natürlichen oder synthetischen
Ursprungs sein. Als natürliche
Wachse können
pflanzliche Wachse, tierische Wachse, Mineralwachse oder petrochemische
Wachse eingesetzt werden. Als chemisch modifizierte Wachse können Hartwachse
wie Montanesterwachse, Sarsolwachse usw. eingesetzt werden. Als
synthetische Wachse finden Polyalkylenwachse sowie Polyethylenglykolwachse
Verwendung. Vorzugsweise werden petrochemische Wachse wie Petrolatum,
Mikrowachse sowie synthetische Wachse, insbesondere Polyethylenwachse,
Polypropylenwachse, ggf. PE oder PP- Copolymere, Fischer-Tropsch-Harze, Paraffinwachse
oder mikrokristalline Wachse eingesetzt.
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Eine
weitere Gruppe von Additiven sind Stabilisatoren. Sie haben die
Aufgabe, die Polymere während der
Verarbeitung vor Zersetzung zu schützen. Hier sind insbesondere
die Antioxidantien zu nennen. Sie werden üblicherweise in Mengen bis
zu 3 Gew.-%, vorzugsweise in Mengen von etwa 0,1 bis 1,0 Gew.-%
dem Schmelzhaftklebstoff beigefügt.
Solche Additive sind dem Fachmann im Prinzip bekannt. Er kann eine
Auswahl nach den erwünschten
Eigenschaften des Schmelzklebstoffs treffen.
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Eine
besondere Ausführungsform
der Erfindung setzt in einem erfindungsgemäßen Schmelzklebstoff zusätzlich zu
dem Polyol oder dem Polyolgemisch Pigmente ein, die für Mikrowellenstrahlung
empfindlich sind. Beispiele für
solche Pigmente sind Ruß,
Eisenoxidpigmente, fein verteilte Eisenpigmente. Es kann sich dabei um übliche fein
verteilte Pigmente handeln mit einer Korngröße zwischen 0,2 bis 5 μm, oder es
handelt sich um nanoskalige Pigmente. Diese können in einer Menge von 0,5
bis 10 Gew.-%, insbesondere 1 bis 5 Gew.-% bezogen auf den gesamten
Schmelzklebstoff eingesetzt werden.
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Die
Herstellung der Schmelzklebstoffe geschieht nach bekannten Verfahren.
Beispielsweise können die
Polymere vorgelegt und geschmolzen werden, danach werden dann die
Harze und/oder die Polyole zugegeben. Anschließend können die Additiven zugemischt
werden. Ein Mischen kann mit bekannten Mischaggregaten, z. B. beheizten
Rührkesseln
oder Dissolvern stattfinden, ebenso ist es möglich, dass in Knetern oder
in Extrudern die Komponenten des Schmelzklebstoffs geschmolzen und
gemischt werden. Solche Verfahren sind dem Fachmann bekannt und
bedürfen
keiner näheren
Erläuterung.
Nach dem Mischen kann der Schmelzklebstoff abgekühlt, portioniert und verpackt
werden.
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Durch
die Auswahl der Polyole mit hohem Siedepunkt wird sichergestellt,
dass bei der Herstellung oder bei dem Applizieren des Schmelzklebstoffs
keine Blasen ent stehen. Damit wird eine Verschmutzung der Applikationsgeräte vermieden,
ebenso wird eine einheitliche Klebeschicht und eine ausreichende
Verklebung sichergestellt.
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Der
erfindungsgemäße Schmelzklebstoff
soll im Wesentlichen frei von Wasser oder niedrigsiedenden Alkoholen
sein. Solche Substanzen sollen nur im dem Maße vorhanden sein, wie sie
als Verunreinigungen bei den Ausgangsrohstoffen enthalten sind.
Eine weitere Verminderung dieser Verunreinigungen kann auch durch den
Herstellungsprozess erzielt werden, wobei die Mischungen auf Temperaturen
oberhalb von 100°C
erwärmt
werden und/oder im Vakuum entgast werden.
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Das
Applikationsverfahren ist abhängig
von der Art des zu verklebenden Substrats und den geeigneten Maschinen
dafür.
Es kann sich um punktförmigen
Auftrag, flächenförmigen Auftrag
oder streifenförmigen Auftrag
handeln. Das Auftragen kann durch bekannte Apparaturen geschehen,
beispielsweise durch Applikation über Sprühdüsen oder Auftragsdüsen, durch
Breitschlitzdüsen,
Rakel oder durch Walzenauftragssysteme geschehen.
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Die
erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe
weisen eine Viskosität
auf, die auf das Auftragsverfahren abgestimmt sind. Dabei besitzen
die Schmelzklebstoffe eine Viskosität von 100 bis 30000 mPas, vorzugsweise 300
bis 20000 mPas, insbesondere 500 bis 10000 mPas bei einer Temperatur
von 160°C
(Viskosität
gemessen mit Brookfield Thermosel, Spindel 27, bei angegebener Temperatur).
Besonders geeignet sind Schmelzklebstoffe, die bei Applikationstemperatur,
z. B. bei 100 bis 150°C,
eine Viskosität
zwischen 500 bis 10000 mPas aufweisen, insbesondere bis 5000 mPas.
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Bei
der Anwendung ist es zweckmäßig, einen
Schmelzklebstoff mit möglichst
geringer Viskosität
bei Applikationstemperatur zu verwenden. Dadurch wird eine bessere
Auftragbarkeit sowie eine leichtere Förderbarkeit des Schmelzklebstoffs
gewährleistet.
Ebenso wird die Benetzung des Substrats dadurch gefördert. Nach dem
Auftragen auf eine Substratoberfläche muss die der Luft zugewandte
Seite des Schmelzklebstoffs möglichst
lange klebrig und haftfähig
bleiben. Durch die Auswahl der erfindungsgemäß einzusetzenden Polymerkomponenten
wird eine lange Offenzeit erhalten, d. h. auch ein Verbinden mit
der zweiten Substratoberfläche
ist noch nach einem größeren Zeitraum
gegeben. Nachdem beide Substrate auf den Schmelzklebstoff gepresst
wurden, wird eine relativ kurze Abbindezeit des Schmelzklebstoffs
erzielt.
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Die
erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe
zeigen unter Mikrowellenbestrahlung eine schnelle Aufheizrate. Die
Aufheizrate ist auch in dünnen
Schichten zu erzielen. Die Aufheizrate soll gemessen in einer Schicht
von 1 mm Schichtstärke
in einem handelsüblichen
Mikrowellenofen mit einer Leistung von 700 Watt mindestens 20°C pro Minute
betragen, insbesondere mindestens 30°C pro Minute. Dabei sollen Temperaturen über 80°C, insbesondere über 100°C, besonders über 150°C erzielt
werden.
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Die
erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe
werden zum Verkleben von Substraten wie unlackiertes oder beschichtetes
Papier bzw. entsprechende Pappen, Folien, Kunststoffe oder Glas
verwendet, sowie für
andere Substrate. Daraus können
insbesondere Behälter,
wie Faltschachteln, Umkartons, trays, folienförmige Verpackung hergestellt
werden. Die erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe
zeichnen sich insbesondere durch eine sehr gute Adhäsion auf
den vorgenannten Substraten aus. Eine besondere Eignung ist für solche
Verklebungen festzustellen, die tiefen Temperaturen bei Lagerung
ausgesetzt werden. Die so verklebten Flächen bleiben auch bei niedriger
Temperatur flexibel. Zusätzlich
zeigen die mit einem erfindungsgemäßen Klebstoff hergestellten
Verklebungen eine gute Verbundfestigkeit ohne an Flexibilität zu verlieren,
zu kriechen oder einen spürbaren
Kohäsionsverlust
aufzuweisen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Verfügung zu
stellen, um verklebte Verpackungen durch Mikrowellenstrahlung wieder
zu öffnen.
Dabei werden gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
zwei Substratflächen
durch einen erfindungsgemäßen Schmelzklebstoff
verklebt. Dabei ist es möglich
die verklebten Flächen
durch eine punktweise Verklebung zu fixieren, ebenso ist es möglich einen
geschlossenen Film zwischen beiden zu verklebenden Substratflächen zu
erzeugen, es kann auch eine Öffnung
in einer Substratfläche
mit einem Klebstofftropfen verschlossen werden. Für den Fall,
dass die verklebte Naht eine Verpackung verschließt, wirkt
die Klebstoffschicht gegen Diffusion von Flüssigkeit oder Gasen zwischen
dem Inneren der Verpackung und der Außenseite als Abdichtung. Eine
Verunreinigung zwischen Innen- und Außenseite soll verhindert werden.
Die Klebstoffschicht zeigt eine gute Adhäsion zu beiden Substraten,
so dass diese unter üblichen
Herstell- und Lagertemperaturen zwischen –30 und +50°C aneinanderhaften. Die Klebstoffschicht wird
in einer Dicke von 1 bis 500 μm
aufgebracht.
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Wird
die aufgetragene Schicht des Schmelzklebstoffs nach Lagerung mit
elektromagnetischer Strahlung im Mikrowellenbereich bestrahlt, heizt
sich die dünne
Klebstoffschicht auf. Dadurch wird Kohäsion oder Adhäsion des
Klebstoffs zum Substrat geschwächt,
und es ist möglich
die Klebeverbindung zu öffnen.
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Im
Gegensatz zu den bekannten Schmelzklebstoffen ist es überraschend,
dass auch eine dünne Schicht
des Schmelzklebstoffs sich in kurzer Zeit durch Mikrowellenstrahlung
soweit erwärmen
lässt,
dass die Kohäsions/Adhäsionskraft
deutlich vermindert wird. Die Erwärmung soll dabei auf eine Temperatur
zwischen 80 bis 250°C
geschehen, insbesondere auf eine Temperatur zwischen 100 und 180°C. Die Erwärmung kann je
nach Ausgestaltung der Strahlungsquelle in einer Zeit zwischen 30
Sekunden bis zu 20 Minuten geschehen.
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Insbesondere
sind der erfindungsgemäße Schmelzklebstoff
und das Verfahren zum Verschließen
von zwei Substratteilen einer Verpackung geeignet, die Lebensmittel
oder ähnliche
Gegenstände
enthalten. Es ist dann möglich
solche Verpackungen insgesamt mit Mikrowellenstrahlung zu erwärmen, wobei
die mit dem erfindungsgemäßen Klebstoff
verklebten Substratteile erwärmt
werden und wieder zu öffnen
sind. Gegebenenfalls ist es auch möglich nur die verklebte Fläche mit
Mikrowellenstrahlung zu Erwärmen
und nur dort die dünne Klebstoffschicht
zu erweichen.
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Der
Schmelzklebstoff für
das erfindungsgemäße Verfahren
soll keine unter diesen Bedingungen schnell verdampfenden Substanzen
enthalten. Damit kann sichergestellt werden, dass beim Erwärmen keine Blasenbildung
und Spritzer erfolgen und durch die Schmelzklebstoffnaht keine Verunreinigung
des Inhalts der Verpackung geschieht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist insbesondere zum Verkleben von Verpackungen geeignet, die wieder
geöffnet
werden sollen. Die erfindungsgemäßen Schmelzklebstoffe
können
durch Erwärmen
in Mikrowellenstrahlung einfach wieder über ihren Erweichungspunkt
erhitzt werden, auch in Gegenwart des Füllguts. Dabei wird die Kohäsion der
Klebstoffschicht zwischen den beiden Substratteilen vermindert.
Danach ist es möglich,
die beiden verklebten Substratteile mechanisch voneinander zu trennen.
Es ist in einer anderen bevorzugten Ausführungsform auch möglich, dass
durch das Erwärmen
der Verpackung zwischen den beiden verklebten Substratteilen eine
mechanische Spannung auftritt. In diesem Falle ist es möglich, dass
aufgrund der entstehenden Spannungen die verklebte Stelle ohne zusätzlich mechanische
Einwirkung von selbst wieder aufgeht. Die Spannung kann durch die
Erwärmung
der Verpackung durch das Substratmaterial entstehen, es ist auch
möglich,
dass eine konstruktive Spannung dauerhaft vorliegt, die im verklebten
Zustand durch die Klebestelle fixiert wird.
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In
einer Ausgestaltung der zu verklebenden Substrate ist es ebenfalls
möglich,
Verpackungen herzustellen, die bei üblichen Lagerbedingungen verschlossen
sind, an einer Stelle jedoch eine mit einem erfindungsgemäßen Klebstoff
verschlossenen Öffnung
aufweisen. Wird eine Verpackung, die zumindest teilweise mit einem
erfindungsgemäßen Schmelzklebstoff
verklebt ist oder eine entspre chende Öffnung aufweist, mit dem Inhalt
erwärmt,
so kann sich im Inneren durch den Verpackungsinhalt einen Überdruck
aufbauen. Durch die verminderte Kohäsion/Adhäsion der Verklebung ist es
möglich,
dass der Innendruck an vorgegebenen Bruchstellen die verklebten
Substratteile voneinander trennt und so der Überdruck in die Umgebung entlassen wird.
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Nach
dem Entfernen der Verpackung aus dem Bereich der Mikrowellenstrahlung
kann der Schmelzklebstoff wieder abkühlen und er verliert seine
Klebrigkeit. So kann ein Tropfen, Verschmieren, Anhaften an andere
Oberflächen
vermieden werden. Durch die Auswahl der geeigneten Rohstoffe, die
lebensmittelrechtlich oder arzneimittelrechtlich zugelassen sind,
können
erfindungsgemäße Klebstoffe
in der Verpackung für
entsprechende Produkte eingesetzt werden.
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Der
erfindungsgemäße Schmelzklebstoff
zeichnet sich durch eine gute Verarbeitbarkeit und Haftung der Verklebungen
aus, auch ist die Kälteflexibilität hoch.
Durch ein erfindungsgemäßes Verklebungsverfahren wird
ein gutes Verschließen
der Klebestellen sichergestellt, wobei diese Verklebungen in der
Wärme durch kurzzeitigen
Energieeintrag durch Mikrowellenstrahlung wieder gelöst werden
können.
Dabei sind die Substratflächen
leicht lösbar,
alternativ trennen sich die verklebten Stellen durch vorgesehen
Spannungen zwischen den Substratteilen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend durch Beispiele näher erläutert.
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Beispiele:
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Alle
Mengenangaben in %.
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Die
Bestandteile werden durch Erwärmen
und Homogenisieren zu einem Schmelzklebstoff gemischt.
| EVA | Escorene
UL 40028 |
| Harz | Escorez
5300 |
| Wachs | Sasolwachs
H1 |
| Additiv/Stabilisator | Irganox
1010 |
| Nr. | EVA | Harz | Wachs | Additiv | Polyol | Pigment |
| 1. | 30 | 45 | 24,9 | 0,1 | | Vergleich |
| 2. | 35 | 40 | 19,9 | 0,1 | | Vergleich |
| 3. | 30 | 42,5 | 22,4 | 0,1 | 5
Glycerin | |
| 4. | 35 | 37,5 | 17,4 | 0,1 | 5
Glycerin | |
| 5. | 30 | 42,5 | 19,9 | 0,1 | 2,5
Glycerin | 2,5
Eisenoxidpulver |
| 6. | 30 | 45 | 24,9 | 0,1 | 5
Polyvinylalkohol | |
Viskosität (160°C, mPas)
| 1. | 2. | 3. | 4. |
| 950 | 1300 | 900 | 1250 |
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Ein
Karton wird mit einem Schmelzklebstoff gemäß den Beispiele 1 bis 6 beschichtet
und mit einem gleichen Substrat in einer Breite von 1 cm verklebt.
Die Verklebung ist nach dem Abkühlen
fest, die Substrate sind durch Reißen mit der Hand nicht mehr
zu Trennen ohne Substratbruch.
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Analog
werden PE-Folienstücke
verklebt. Der Verbund ist auch in der Kälte flexibel.
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Der
entsprechende Verbund wird in eine Mikrowelle für eine Zeit von 5 min. gelegt.
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Die
Mikrowellenquelle hat eine Leistung von 700 Watt.
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Nachdem
Entfernen der Verklebung aus der Mikrowellenstrahlung sind die verklebten
Substrate durch Ziehen von Hand voneinander zu trennen.
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Eine
Probe der Beispiele 1 bis 6 (50 g) wird in einer Mikrowellenquelle
erwärmt
und die Temperatur gemessen. Es ist eine verbesserte Aufheizrate
zu beobachten. Temperatur
100°C:
| 1. | 2. | 3. | 4. | 5. | 6. |
| 5 min | 5
min | 1,5
min | 2
min | 1,5
min | 3,5
min |