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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur kontinuierlichen Beschichtung
von wässrigen
Beschichtungsmassen auf bahnförmigen
Trägern,
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Beschichtungsmasse
bei der Beschichtung eine Temperatur von 30 bis 95°C hat.
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Wässrige Haftklebstoffe
werden in industriellem Maßstab
auf kontinuierlichen Beschichtungsanlagen verarbeitet. Dabei werden
die wässrigen
Haftklebstoffe mit einem geeigneten Beschichtungssystem auf einen
schnell laufenden bahnförmigen
Träger,
z.B. aus Papier oder einem thermoplastischen Polymer (Polymerfolie),
in der gewünschten
Schichtstärke
aufgebracht. Danach muss möglichst
schnell eine Trocknung erfolgen. Der beschichtete Träger durchläuft dazu
mit der gleichen Geschwindigkeit eine Trockenapparatur. Nach der
Trocknung wird der Träger
im allgemeinen aufgewickelt und später zu selbstklebenden Artikel
weiterverarbeitet, insbesondere bedruckt und zugeschnitten.
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Für die Trocknung
ist eine sehr große
Wärmemenge
notwendig. Während
der Trocknung verfilmt das Bindemittel zu einem geschlossenen Polymerfilm;
die Dauer der Trocknung und auch die Trocknungsbedingungen beeinflussen
die Qualität des
erhaltenen Polymerfilms und somit auch die späteren anwendungstechnischen
Eigenschaften der selbstklebenden Artikel.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung war daher ein Beschichtungsverfahren,
bei dem weniger Energie für
die Trocknung benötigt
wird, aber die Filmbildung des Bindemittels und die anwendungstechnischen
Eigenschaften der selbstklebenden Artikel mindestens gleich gut
bleiben, möglichst
sogar noch besser werden.
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Demgemäß wurde
das oben definierte Verfahren gefunden.
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Wesentlicher
Bestandteil einer Beschichtungsmasse ist das Bindemittel. Die wässrige Beschichtungsmasse
enthält
vorzugsweise eine wässrige
Polymerdispersion als Bindemittel.
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Insbesondere
ist das in der wässerigen
Dispersion dispergierte Polymer durch Polymerisation von radikalisch
polymerisierbaren Verbindungen (Monomere) erhältlich. Vorzugsweise wird die
wässrige
Polymerdispersion durch Emulsionspolymerisation hergestellt. Bei
dem in der wässrigen
Dispersion dispergierten Polymer handelt es sich daher vorzugsweise
um ein Emulsionspolymerisat.
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Vorzugsweise
besteht das Polymer zu mindestens 40 Gew.-%, besonders bevorzugt
zu mindestens 60 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt zu mindestens
80 Gew.-% aus sogenannten Hauptmonomeren.
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Die
Hauptmonomeren sind ausgewählt
aus C1-C20-Alkyl(meth)acrylaten,
Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthaltenden Carbonsäuren, Vinylaromaten
mit bis zu 20 C-Atome,
ethylenisch ungesättigten
Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinylethern von 1 bis 10 C-Atome enthaltenden
Alkoholen, aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 8 C-Atomen und 1 oder
2 Doppelbindungen oder Mischungen dieser Monomeren.
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Zu
nennen sind z.B. (Meth)acrylsäurealkylester
mit einem C1-C10-Alkylrest,
wie Methylmethacrylat, Methylacrylat, n-Butylacrylat, Ethylacrylat und
2-Ethylhexylacrylat.
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Insbesondere
sind auch Mischungen der (Meth)acrylsäurealkylester geeignet.
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Vinylester
von Carbonsäuren
mit 1 bis 20 C-Atomen sind z.B. Vinyllaurat, -stearat, Vinylpropionat,
Versaticsäurevinylester
und Vinylacetat.
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Als
vinylaromatische Verbindungen kommen Vinyltoluol a- und p-Methylstyrol,
a-Butylstyrol, 4-n-Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol
in Betracht. Beispiele für
Nitrile sind Acrylnitril und Methacrylnitril.
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Die
Vinylhalogenide sind mit Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch
ungesättigte
Verbindungen, bevorzugt Vinylchlorid und Vinylidenchlorid.
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Als
Vinylether zu nennen sind z.B. Vinylmethylether oder Vinylisobutylether.
Bevorzugt wird Vinylether von 1 bis 4 C-Atome enthaltenden Alkoholen.
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Als
Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen und ein oder zwei olefinischen
Doppelbindungen seien Butadien, Isopren und Chloropren, Ethylen
oder Propylen genannt. Aus Butadien oder Isopren erhaltene Polymere
oder Copolymere können
auch nachträglich
hydriert werden.
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Als
Hauptmonomere bevorzugt sind Vinylester, vorzugsweise Vinylacetat,
insbesondere auch in Kombination mit Ethylen (kurz Vinylacetat/Ethylen-Copolymere),
Butadien, insbesondere auch in Kombination mit Styrol (kurz Butadien/Styrol-Copolymere) und die
C1- bis C10-Alkylacrylate
und -methacrylate, insbesondere C1- bis
C8-Alkylacrylate und -methacrylate (kurz
Polyacrylate) wobei Polyacrylate jeweils besonders bevorzugt sind.
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Ganz
besonders bevorzugt sind C1 bis C10 Alkyl(meth)acrylate als Hauptmonomere;
genannt seien insbesondere Methylacrylat, Ethylacrylat, n-Butylacrylat,
n-Hexylacrylat, Octylacrylat und 2-Etyhlhexylacrylat sowie Mischungen
dieser Monomere. Das Emulsionspolymerisat besteht vorzugsweise zu
mehr als 40 Gew. %, insbeondere zu mehr als 60 Gew. %, besonders
bevorzugt zu mehr als 80 Gew. % aus C1-C20 Alkyl(meth)acrylaten.
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Neben
den Hauptmonomeren kann das Polymer weitere Monomere enthalten,
z.B. Monomere mit Carbonsäure,
Sulfonsäure
oder Phosphonsäuregruppen.
Bevorzugt sind Carbonsäuregruppen.
Genannt seien z.B. Acrylsäure,
Methacrylsäure,
Itaconsäure,
Maleinsäure
oder Fumarsäure.
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Weitere
Monomere sind z.B. auch Hydroxylgruppen enthaltende Monomere, insbesondere C1-C10-Hydroxyalkyl(meth)acrylate,
(Meth)acrylamid und Ureidogruppen enthaltende Monomere wie Ureido(meth)acrylate.
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Als
weitere Monomere seien darüber
hinaus Phenyloxyethylglykolmono- (meth-) acrylat, Glydidylacrylat,
Glycidylmethacrylat, Amino- (meth-)acrylate wie 2-Aminoethyl(meth)acrylat
genannt.
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Monomere,
die außer
der Doppelbindung noch weitere funktionelle Gruppen tragen, z.B.
Isocyanat-, Amino-, Hydroxy-, Amid- oder Glycidyl-, können z.B.
die Haftung auf Substraten verbessern. In Betracht kommen insbesondere
auch cyclische Lactame wie N-Vinylpyrrolidon oder N-Vinylcaprolactam.
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Bei
der wässrigen
Beschichtungsmasse handelt es sich vorzugsweise um einen Klebstoff,
besonders bevorzugt um einen Haftklebstoff. Unter dem Begriff Haftklebstoff
wird dabei ein bei Raumtemperatur (20°C) permanent klebriger Klebstoff
verstanden.
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Wesentliches
Merkmal eines Haftklebstoffs ist eine ausreichende Adhäsion (Klebrigkeit)
verbunden mit einer notwendigen Kohäsion (innere Festigkeit in
der Klebstoffschicht).
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Der
Haftklebstoff hat bei 21°C
vorzugsweise eine Schälfestigkeit
(als Maß für die Adhäsion) von mindestens
1 N/2,5 cm gemäß nachstehender
Meßmethode.
Vorzugsweise beträgt
die Schälfestigkeit
1 bis 15, besonders bevorzugt 2 bis 12, ganz besonders bevorzugt
3 bis 10 N/2,5 cm.
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Die
Scherfestigkeit als Maß für die Kohäsion ist
vorzugsweise größer als
10 Minuten gemäß nachstehender
Meßmethode.
Vorzugsweise beträgt
die Scherfestigkeit 10 bis 1440 Minuten, besonders bevorzugt 100
bis 1000 Minuten, ganz besonders bevorzugt 200 bis 500 Minuten.
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Zu den Prüfmethoden
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Der
Klebstoff wird mit 20 g/m2 (fest) auf Polethylenfolie beschichtet
und 3 Minuten bei 90°C
getrocknet.
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Zur
der Bestimmung der Schälfestigkeit
(Adhäsion)
wird ein 2,5 cm breiter Prüfstreifen
auf ein chromiertes V2A–Prüfblech geklebt
und mit einer 1 kg schweren Rolle 1 mal angerollt. Er wird dann
mit einem Ende in die oberen Backen einer Zug–Dehnungs– Prüfapparatur eingespannt. Der
Klebestreifen wird mit 300 mm/min unter einem 180° Winkel von
der Prüffläche (V2A–Stahl)
abgezogen d.h. der Klebestreifen wurde umgebogen und parallel zum Prüfblech abgezogen
und der dazu benötigte
Kraftaufwand gemessen. Das Maß für die Schälfestigkeit ist
die Kraft in N/2 cm, die sich als Durchschnittswert aus fünf Messungen
ergab (entspricht AFERA Standard Methode). Die Schälfestigkeit
wird 24 Stunden nach der Verklebung bestimmt.
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Zur
Bestimmung der Scherfestigkeit werden die Prüfstreifen mit einer verklebten
Fläche
von 25 mm2 auf ein chromiertes V2A–Prüfblech geklebt, mit einer 1
kg schweren Rolle 1 mal angerollt, 10 min gelagert (im Normklima,
1 bar, 21°C)
und anschließend hängend mit
einem 0,5 kg Gewicht belastet (im Normklima, 1 bar, 21°C). Das Maß für die Scherfestigkeit
war die Zeit bis zum Abfallen des Gewichts im Minuten; es wird jeweils
der Durchschnitt aus 5 Messungen berechnet (entspricht PSTC Standard
Methode).
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Die
Glasübergangstemperatur
(Tg) des Polymeren (Bindemittel) ist bei Haftklebstoffen im allgemeinen
kleiner 0°C,
vorzugsweise beträgt
sie –65
bis +10°C,
besonders bevorzugt –65
bis 0°C,
ganz besonders bevorzugt –65
bis –10°C, bzw. –65 bis –20°C.
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Die
Glasübergangstemperatur
des Polymeren lässt
sich nach üblichen
Methoden wie Differentialthermoanalyse oder Differential Scanning
Calorimetrie (s. z.B. ASTM 3418/82, sog. "midpoint temperature" bestimmen.
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Die
wässrige
Beschichtungsmasse, insbesondere der wässrige Haftklebstoff kann allein
aus dem Bindemittel bestehen oder auch noch weitere Zusatzstoffe
enthalten. In Betracht kommen bei Haftklebstoffen z.B. sogenannte
klebrigmachende Harze (Tackifier).
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Tackifier
sind z.B. Naturharze, wie Kolophoniumharze und deren durch Disproportionierung
oder Isomerisierung, Polymerisation, Dimerisation, Hydrierung entstehenden
Derivate. Diese können
in ihrer Salzform (mit z.B. ein– oder mehrwertigen
Gegenionen (Kationen) oder bevorzugt in ihrer veresterten Form vorliegen.
Alkohole, die zur Ver-esterung verwendet werden, können ein– oder mehrwertig
sein. Beispiele sind Methanol, Ethandiol, Diethylenglykol, Triethylenglykol,
1,2,3–Propanthiol,
Pentaerythrit.
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Bevorzugte
Tackifier sind natürliche
oder chemisch modifizierte Kolophoniumharze. Kolophoniumharze bestehen
zum überwiegenden
Teil aus Abietinsäure
oder Abietinsäurederivaten.
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Weitere
Additive, welche in der wässrigen Beschichtungsmasse,
insbesondere dem Haftklebstoff enthalten sein können, sind z.B. Antioxidantien, Füllstoffe,
Farbstoffe, Verlaufshilfsmittel.
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Die
wässrige
Beschichtungsmasse, insbesondere der Haftklebstoff, besteht, abgesehen
von Wasser oder sonstigen Lösemitteln,
insbesondere zu mehr als 40 Gew. %, besonders bevorzugt zu mehr als
60 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt zu mehr als 80 Gew.-% aus
dem obigen Polymer als Bindemittel.
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Die
wässrige
Beschichtungsmasse, bzw. Haftklebstoff hat insbesondere einen Feststoffgehalt von
30 bis 80 Gew. %, besonders bevorzugt 40 bis 70 Gew. %, ganz besonders
bevorzugt von 45 bis 60 Gew. %. Das entspricht einem Wassergehalt
von 20 bis 70 Gew. %, bzw. von 30 bis 60 Gew. % bzw. von 40 bis
55 Gew. %.
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Die
Viskosität
der Beschichtungsmasse beträgt
insbesondere 100 bis 3000 mPas, besonders bevorzugt 200 bis 2000
mPas und ganz besonders bevorzugt 400 bis 800 mPas.
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Wesentliches
Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass die Temperatur der
Beschichtungsmasse bei dem Beschichtungsvorgang 30 bis 95°C, vorzugsweise
60 bis 95°C
und besonders bevorzugt 75 bis 95°C
beträgt.
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Die
Beschichtungsmasse kann durch beliebige Verfahren auf diese Temperatur
aufgeheizt werden. Vorzugsweise wird die wässrige Beschichtungsmasse kontinuierlich
durch einen Wärmetauscher geführt und
in diesem Wärmetauscher
auf die entsprechende Temperatur aufgeheizt. Die Temperatur kann
auch höher
sein, um gegebenenfalls einem Abkühlen der Beschichtungsmasse
auf dem Weg zum Auftragssystem entgegenzuwirken. Die Leitungen, bzw.
Schläuche,
durch welche die Beschichtungsmasse zum Auftragssystem fließt, werden
vorzugsweise isoliert.
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Die
Beschichtung selbst kann durch beliebige Auftragssysteme erfolgen.
In Betracht kommen Rollen-Auftragssysteme oder Düsenauftragssysteme. Bei Düsenauftragssystemen
kann die Düse
Kontakt mit dem bahnförmigen
Träger
haben, es kommen aber auch kontaktfreie Verfahren, z.B. Vorhangbeschichtungsverfahren,
in Betracht. Bei Vorhangbeschichtungsverfahren (curtain coating)
ist der Abstand der Düse
zum bahnförmigen
Träger
größer als die
erhaltene Schichtdicke der Beschichtungsmasse, im allgemeinen größer als
10 insbesondere größer als
50 mm, so dass sich ein frei fallender Vorhang der Beschichtungsmasse
ausbilden kann. Zum Beispiel kann der Abstand von 10 bis 500 mm,
insbesondere von 50 bis 200 mm betragen. Besonders bevorzugt erfolgt
die Beschichtung mit einem frei fallenden Vorhang der Beschichtungsmasse
(curtain coating).
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Das
Auftragssystem selbst kann ebenfalls beheizt oder zumindest isoliert
werden. Insbesondere kann der Beschichtungskopf (Düse) beheizt
werden. Um ein zu starkes Abkühlen
der Beschichtungsmasse durch den bahnförmigen Träger zu verhindern, wird der
bahnförmige
Träger
vorzugsweise ebenfalls beheizt. Dazu wird insbesondere die Walze, über welche
der bahnförmige
Träger
bei der Beschichtung geführt
wird (kurz Gießwalze),
entsprechend beheizt.
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In
einer besonderen Ausführungsform
sollte die Beschichtungsmasse, bzw. die erhaltene Beschichtung,
die obige Temperatur beibehalten bis der beschichtete Träger den
Trockner erreicht. Dazu sollte der Weg der beschichteten Bahn bis
zum Trockner möglichst
kurz sein. Gegebenenfalls kommt auch ein weiteres Beheizen der beschichteten
Bahn, insbesondere durch Beheizen der Walzen, auf denen der Träger transportiert
wird, in Betracht.
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Als
Trockner können übliche Trockeneinheiten
verwendet werden. Die Trocknungstemperaturen können z.B. 80 bis 140°C betragen.
Die Trocknung kann z.B. mit heißer
Luft erfolgen. Als Trockner sind z.B. Schwebetrockner geeignet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist ein kontinuierliches Beschichtungsverfahren. Die Geschwindigkeit
des bahnförmige
Trägers
beträgt
vorzugsweise 100 bis 2000 Meter/Minute. Das erfindungsgemäße Verfahren
erlaubt insbesondere hohe Bahngeschwindigkeiten von mehr als 300
Meter/Minute, besonders bevorzugt mehr als 500 Meter/Minute, ganz
besonders bevorzugt mehr als 700 Meter/Minute oder gar mehr als
1000 Meter/Minute. Die Bahngeschwindigkeiten können z.B. zwischen 500 bis 1500
Meter/Minute liegen. Bei dieser Bahngeschwindigkeit erfolgt die
Beschichtung mit der Beschichtungsmasse und anschließend die
Trocknung.
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Die
Menge der Beschichtungsmasse (trocken, ohne Wasser) kann z.B. 0,5
bis 200 g/Quadratmeter, vorzugsweise 2 bis 100 g/Quadratmeter betragen.
Die erhaltenen Schichtdicken (trocken) können z.B. im Bereich von 1 μm bis 2 mm
liegen.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
kann ein bahnförmiger
Träger
aus beliebigem Material verwendet werden. Üblich sind insbesondere Träger aus Papier
oder Polymer folien oder auch textile Träger aus synthetischen oder
natürlichem
Material, z.B. aus Baumwolle. Bei den Polymerfolien handelt es sich
z.B. um Polyacetatfolien, Polyesterfolien, Polyolefinfolien, wie
Polyethylen-, Polypropylen- (insbesondere orientiertes Polypropylen)
oder auch Polyvinylchloridfolien.
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Der
Träger
kann mit einer Antihaftschicht beschichtet sein.
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Antihaftschichten
bestehen üblicherweise aus
Silikon, es handelt sich daher vorzugsweise um eine Silikonschicht.
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Bei
selbstklebenden Artikeln wird die Haftklebstoffschicht im allgemeinen
mit einer entfernbaren sogenannten Releaseschicht als Schutzschicht abgedeckt.
Der Haftklebstoff haftet nicht an dieser Releaseschicht. Selbstklebende
Artikel sind daher im Prinzip wie folgt aufgebaut (die Reihenfolge
der Schichten entspricht der räumlichen
Anordnung):
- a) Träger mit Antihaftschicht (Release-schicht, entfernbar)
- b) Haftklebstoffschicht
- c) Träger
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
kann der Träger
c) mit dem Haftklebstoff beschichtet werden und danach mit einer
Releaseschicht versehen werden. Alternativ kann aber auch ein Träger mit
Antihaftschicht a) beschichtet werden und anschließend die
Haftklebstoffschicht auf den Träger
c), an den der Haftklebstoff dann haftet, übertragen werden (Transferverfahren).
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Der
beschichtete Träger
kann dann zu selbstklebenden Artikeln verarbeitet werden, d.h. gegebenenfalls
bedruckt oder zugeschnitten werden.
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Als
Selbstklebende Artikel kommen Etiketten, Klebebänder oder Klebefolien in Betracht.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird bei der Trocknung der Beschichtungsmasse weniger Energie benötigt. Auch
größere Bahngeschwindigkeiten
sind möglich.
Gleichzeitig verbessert sich die Filmbildung. Aufgrund der besseren
Verfilmung verbessern sich auch die anwendungstechnischen Eigenschaften,
bei Haftklebstoffen insbesondere die Adhäsion und Kohäsion. Es
werden weniger Zusatzstoffe für
eine gute Verfilmung benötigt.
Insbesondere kann die Menge der Benetzungshilfsmittel in der Beschichtungsmasse
verringert werden. Das wiederum bewirkt im allgemeinen eine bessere
Wasserbeständigkeit
der erhaltenen Beschichtung.
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Ausführungsbeispiel:
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Es
wurde ein wässriger
Haftklebstoff kontinuierlich auf einen bahnförmigen Träger beschichtet.
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Angaben zum wässrigen Haftklebstoff:
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- Feststoffgehalt: 54 Gew. %
- Bindemittel: Acronal® V 215, eine Polyacrylatdispersion
der BASF für
Haftklebstoffe
- Zusatzstoffe: Kolophoniumharz und Rheologiehilfsmittel
- Träger:
Silikonisiertes Papier, Breite 550 mm
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Der
Haftklebstoff wurde in einem Wärmetauscher
auf 70°C
aufgeheizt. Die Schläuche
zum Beschichtungskopf waren isoliert. Die Beschichtung erfolgte
mit einem frei fallenden Vorhang der Beschichtungsmasse auf den
bahnförmigen
Träger,
der eine Geschwindigkeit von 600 Meter/Minute hatte. Die Beschichtungsmenge
betrug 18 g/Quadratmeter (trocken).
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Die
Trocknung erfolgte bei 110°C
in einem Schwebetrockner.
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Der
erhaltene beschichtete Träger
eignet sich für
selbstklebende Artikel. Der ausgebildete Klebstoff-film ist sehr
gleichmäßig. Die
anwendungstechnischen Eigenschaften sind gut.