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Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Klebstoffauftragsverfahren zur Herstellung von ein- oder doppelseitig klebend ausgerüsteten Klebebändern mittels einer speziellen Rakelstabgeometrie.
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Aus der Fachliteratur und aus der Beschichtungspraxis sind eine Reihe von Auftragsverfahren bei der Klebstoffbeschichtung zur Herstellung von Klebebändern bekannt. Die Auswahl eines geeigneten Auftragsverfahrens hängt wesentlich von der Eigenschaft des zu beschichtenden Klebstoffes ab, wie z.B. von dessen Art, Viskosität und Thixotropie, vom Abbindeverhalten, vom eventuellen Schrumpfverhalten, von Topf- und Abbindezeit oder von Klebrigkeit und Nassklebezeit. Entsprechend diesen Eigenschaften wählt der Fachmann dann ein geeignetes Beschichtungsverfahren aus. Wichtige und bekannte Auftragsverfahren sind der Spritz-oder Sprühauftrag, der Siebdruck, der Walzenauftrag, der Rakelauftrag mit offenen oder geschlossenen Systemen oder auch der Düsenauftrag.
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Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Mayerbar-Auftragsverfahren ist ein volumetrisches Verfahren der Klebstoffbeschichtung, das bereits 1905 von Charles W.Mayer in Rochester, N.Y., erfunden wurde. Dabei wird der Klebstoff mit einer Schöpfwalze aus einer offenen Wanne auf das zu beschichtende Trägermaterial oder auf den zu beschichtenden Release Liner aufgebracht und mit einem mit einem Draht umwickelten Rakelstab abgerakelt - der noch nicht mit einem Draht umwickelte Stab wird dabei als „Seele“ bezeichnet.
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Das Rakelauftragsverfahren eignet sich grundsätzlich für eine sehr große Viskositätsbandbreite. Durch Messerform, Rakelgeometrie, Drahtquerschnitt, Wickelart, Horizontal-, Axial-, Höhen- und Winkelverstellungen, durch Bahngeschwindigkeit, Position des Rakels und Warenbahnspannung, sowie durch den Einsatz diverser unterschiedlicher Oberflächenmaterialien beziehungsweise Beschichtungen ist eine Vielzahl von unterschiedlichen Einstellungen und Verfahrensweisen möglich. Beim Rakelauftrag gibt es grundsätzlich die Möglichkeit, mit einem ebenen Rakel oder einem gezahnten Rakel, einem Zahnspachtel, zu arbeiten. Eine möglichst gleichmäßige Schichtdicke beim Klebstoffauftrag hängt dabei von der Viskosität des Klebstoffs, der Auftragsgeschwindigkeit, der Haftung am Substrat und dem Rakelspalt ab. Beim Rakelprozess wird das zu beschichtende Substrat mit einer gewissen Geschwindigkeit unter einem sogenannten Rakelmesser bewegt, wobei die Beschichtungsmasse mit dem Rakelmesser auf das zu beschichtende Substrat aufgestrichen wird. Der Abstand zwischen Rakelmesser und zu beschichtendem Substrat wird als Rakelspalt mit einer gewissen Rakelhöhe definiert. Ein gleichmäßiger Klebstoffauftrag kann grundsätzlich nur bei gleichmäßigem Rakelspalt erfolgen. Als unterschiedliche Rakelsysteme sind zum Beispiel das Walzenrakel, das Luftrakel, das Kastenrakel, das Gummituchrakel, das Commabar oder das Doppelstreichsystem bekannt.
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Beim Mayerbar-Auftragssystem unterscheidet man grundsätzliche zwischen 2 Stabgeometrien. Das sind zum einen der Glattstab, bei ihm wird Nassfilmdicke über die Bahnspannung definiert und zum anderen der volumetrische Rakelstab, bei welchem die Nassfilmdicke über die Oberflächengeometrie des Rakelstabes definiert wird.
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Die bisher bekannten Varianten dieses Auftragssystems sind in den 1-3 dargestellt, die wesentliche erfindungsgemäße Variante ist in 4 ersichtlich. Die verwendeten Ziffern in den 1 bis 4 bezeichnen dabei:
- 1:
- Seele Rakelstab
- 2:
- Draht / geometrische Form
- 3:
- Fluidvolumen gering
- 4:
- Wulstbildung Fluid-Randbereich
- 5:
- Fluidfilm
- 6:
- Träger / Release Liner
- 7:
- Kontakt Wicklung
- 8:
- Spalt Wicklung
- 9:
- Fluidvolumen groß (Spalt / geometrische Form)
- 10:
- Spaltvolumen (geometrische Form)
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Beim volumetrischem Rakelstab definiert zum Beispiel der um den Rakelstab (1) gewickelte Draht (2) mit seinem Durchmesser und seinen Wicklungsabständen das Volumen bzw. die Nassfilmdicke, welche schließlich auf das zu beschichtenden Substrat - den Träger oder Release Liner (6) - übertragen wird. Ein dünner, eng gewickelter Wickeldraht (2) erzeugt einen geringen und damit dünnen Nassfilmauftrag (5) - vgl. 1. Der Vorteil bei diesem Wickelverfahren liegt darin, dass sich bei diesen relativ geringen und gleichmäßigen Schichtdicken kein störender Wulst (4) bildet.
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Mit einem dickeren Draht (2) wie in 2 dargestellt wird entsprechend auch ein dickerer Nassfilmauftrag (5) erzeugt. Je dicker jedoch der Draht (2), umso stärker ist die Störung durch die größere Kontaktfläche des Drahtes (2) im Nassfilmauftrag. Um eine solche Störung zu vermeiden, hat man z.B. die dünnen Drähte (2) auf Spalt gewickelt. Nun ist es häufig so, dass die Oberflächenspannungen der eingesetzten Materialien dazu führen, dass die Beschichtungsflüssigkeit im Randbereich zusammen läuft und dort eine Art Wulst (4) bildet. Beim Aufwickeln des beschichteten Materials auf eine Rolle kumuliert sich dieser Wulst bei jeder Wicklung und führt nach wenigen Laufmetern zu ungleichmäßigen Wicklungen mit starker Faltenbildung in der Rolle bis hin zu Material einrissen. Das Material ist dann in diesen Bereichen Ausschuss und muss komplett verworfen werden.
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Unter anderem aus diesen Gründen hat das Mayerbar-Auftragsverfahren in den letzten Jahren an Bedeutung verloren und wurde in vielen Anwendungen durch geschlossene Auftragsverfahren wie z.B. das Druckkammerrakel oder das Breitschlitzdüsen-Auftragsverfahren abgelöst. Verwendung findet es aber noch in Bereichen, in denen andere Auftragsverfahren keine befriedigenden Ergebnisse erbringen, insbesondere in solchen, in denen sehr dünne Nassfilme übertragen werden, so beispielsweise beim Papierstreichen. Hier wird jedoch heute mit solch hohen Auftragsgeschwindigkeiten beschichtet, dass als Folge davon die drahtgewickelten Rakelstäbe (1) nur eine sehr geringe Standzeit bzw. Kontaktzeit erreichen und dementsprechend nur noch bedingt eingesetzt werden können. Aus diesem Grund wurden sie weiter entwickelt und durch geformte Rakelstäbe (1) abgelöst (vgl. 3).
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Heute werden überwiegend solche geformten Rakelstäbe (1) eingesetzt. Der Nachteil der geformten Rakelstäbe ist jedoch der Gleiche wie bei den mit dickerem Draht gewickelten Stäben - wie im Absatz vorher beschrieben: Verwendet man geformte Rakelstäbe mit hohem Übertragungsvolumen stellt sich im Randbereich die Problematik der Wulstbildung ein. Auf Spalt gewickelte Rakelstäbe (1) findet man kaum noch in der Produktion, im Laborbereich werden sie jedoch noch häufig eingesetzt. Dadurch wiederum wird ein Scale Up von solcherart im Laborbereich hergestellten Produkten auf ein eigentliches Massenproduktionsverfahren zumindest stark erschwert oder letztlich sogar unmöglich gemacht.
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Auch in der Patentliteratur wird das Mayerbar-Auftragsverfahren lediglich noch am Rande als ein mögliches Auftragsverfahren bei der Beschichtung von Klebstoffen erwähnt, so z.B. in
EP 1239001 A1 , die ein Verfahren zur Herstellung von Versandumschlägen beschreibt, bei dem ein antistatischer Styrolharzfilm auf das Papier für die Versandumschläge z.B. mittels Mayerbar-Auftragsverfahren aufgebracht wird.
WO 2011155546 A1 beansprucht ein alkylmodifiziertes Vinylalkoholpolymer u.a. als Beschichtungsmaterial für Papier bzw. zur Herstellung eines klebenden Films, auch hier wieder mit dem Mayerbar-Verfahren als möglichem Auftragsverfahren.
EP 1050566 B1 schließlich behandelt die Herstellung eines wiederverschliessbaren Selbstklebeverschlusses, die Beschichtung wurde im Mayerbar-Auftragsverfahren durchgeführt.
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Mit dem bisher nicht beschriebenen erfindungsgemäßen modifizierten Mayerbar-Auftragsverfahren mit drahtgewickelten Rakelstäben konnten nun überraschenderweise die oben beschriebenen Nachteile der bisher bekannten Verfahren überwunden werden und es konnte ein reproduzierbarer, relativ dicker Nassfilm (5) mit gleichmäßiger Verteilung und ohne störende Wulstbildung (4) hergestellt werden.
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So wurden im vorliegenden Anwendungsfall hohe Nassfilmdicken, d.h. von 40 µm bis 400 µm, einer wasserbasierenden Klebstoffflüssigkeit mit einem Standard-Rakelstab (drahtgewickelt oder geformt) (1) auf einen silikonisierten Release Liner (6) aufgebracht. Die dabei vorhandenen Oberflächenspannungen der Materialien führten zu den bereits angesprochenen Problemen mit Wulstbildung(4), Faltenbildung und mit Einrissen beim Aufwickeln. Da die Oberflächenspannungen die Eigenschaften des Endproduktes definieren und daher nicht variierbar sein dürfen, musste eine Möglichkeit gefunden werden, ein qualitativ hochwertiges Produkt ohne Wulstbildung (4) mittels Rakelauftragsverfahren herzustellen. Überraschenderweise wurde diesbezüglich eine Lösung gefunden (vgl. 4), die es ermöglichte, einen reproduzierbaren, dicken Nassfilm (40 µm bis 400 µm (5) ohne störende Wulstbildung (4) bzw. einer Wulstbildung (4), die niedriger war, als die eigentliche Beschichtungshöhe des Nassfilms (5) mit einer enormen Gleichverteilung (< 2%) sowohl im Querprofil als auch im Längsprofil herzustellen. Hierzu wurde ein drahtgewickelter Rakelstab (1) mit einer bestimmten Wicklung eingesetzt. Diese Wicklung bestand aus einer Kombination aus einem eng gewickelten (7) und einem auf Spalt (8) gewickelten Draht (2): Im mittleren Bereich der Auftragsbreite war der Draht (2) auf Spalt (8) gewickelt, um die notwendige Nassfilmdicke (5) zu erreichen. In den beiden Randbereichen war er jedoch eng gewickelt(7), so dass jeweils ein niedrigerer Nassfilmauftrag (5) erfolgte. Dieser dünnere Nassfilm (5) fixierte so in gewisser Weise den dickeren Nassfilmauftrag (5). Dadurch kam es in den Randbereichen auch nicht zu einer störenden Wulstbildung (4) und somit beim Aufwickeln des beschichteten Materials auch nicht zu Faltenbildungen, Materialeinrissen oder sonstigen störenden Auswirkungen. Diese dünneren Randbereiche werden bei der Weiterverarbeitung der Rolle abgeschnitten, ein üblicher Vorgang bei der Weiterverarbeitung von beschichteten Materialien.
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Mit diesem grundsätzlichen Verfahren ist es auch möglich, einen Rakelstab (1) mit unterschiedlichen Wickelarten und/oder unterschiedlichen Drahtstärken nebeneinander einzusetzen. Mit diesem Rakelstab könnten dann auch unterschiedliche Nassfilmdicken nebeneinander auf einen Träger / Release Liner aufgebracht werden. Auf diese Weise können dann auch in gewisser Weise strukturierte Klebstoffoberflächen hergestellt werden, z.B. solche, bei denen Rillen in der Klebstoffoberfläche vorhanden sind, die eine Luftableitung aus der Verklebungsgrenzfläche bei Applikation des Klebebands ermöglichen. Grundsätzlich denkbar ist es auch, entsprechend geformte Rakelstäbe einzusetzen und mit Ihnen ähnliche Ergebnisse und Effekte zu erzielen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1239001 A1 [0011]
- WO 2011155546 A1 [0011]
- EP 1050566 B1 [0011]
