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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier miteinander zu verbindender Substrate, insbesondere im Zusammenhang mit der Herstellung einer Verpackung.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Nach dem Stand der Technik werden in der Verpackungsindustrie vor allem Schmelzklebstoffe, die auch als Heißleime bezeichnet werden, dazu verwendet, zwei oder mehr Lagen einer Verpackung miteinander zu verbinden. Ein derartiger Schmelzklebstoff ist beispielsweise aus der
DE 102 34 028 A1 bekannt, wobei der dort beschriebene Schmelzklebstoff partikelförmige Additive enthält, um seine physikalischen Eigenschaften zu verbessern.
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Die
EP 22 842 38 B1 befasst sich mit Klebstoffen auf Wasserbasis, die als Etikettierklebstoff für Behälter verwendet werden sollen. Hierbei soll ein Klebstoff auf Wasserbasis auf der Basis von Acrylpolymeren bereitgestellt werden, der in einem Hochgeschwindigkeitsauftragsverfahren als Etikettierklebstoff auf Behälter aufgebracht werden kann, die eine feuchte Oberfläche aus Kondenswasser aufweisen. Gelöst wird die Aufgabe mit einem Klebstoff auf Wasserbasis, umfassend 1 bis 50 Gew .-% eines (Meth)acrylatcopolymers, wobei das Copolymer eine Säurezahl von 0 bis 150 mg KOH / g, 0 bis 40 Gew .-% aufweist, 0,5 bis 30 Gew .-% Harnstoff, 0,1 bis 20 Gew .-% Zusatzstoffe, wobei der Klebstoff 0,05 bis 20 Gew .-% eines wasserquellbaren Polymers enthält. Die Zusammensetzung soll ferner ein wasserquellbares Polymer enthalten. Derartige Polymere sind im Stand der Technik beispielsweise als superabsorbierende Polymere, als Hydrogele oder als Flockungspolymere bekannt.
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Diese Polymere haben die Fähigkeit, große Mengen Wasser in ihre Polymerketten aufzunehmen, ohne sich vollständig in Wasser aufzulösen.
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Die
DE 39 294 00 A1 befasst sich mit einer Celluloseether- Zusammensetzung für wässrige Medien, wobei pulverförmige Celluloseether quell- und saugstarke Superabsorber enthalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von einem Verbindungsverfahren der eingangs genannten Art, ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Substrate bereitstellen zu können, bei dessen Ausführung mit geringeren Kosten gerechnet werden kann.
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Die Aufgabe wird, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung möglich.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vor allem in der Verpackungsindustrie zur Herstellung von Verpackungen wie Faltschachteln, Wellpappkisten, aber auch bei der Sack- und Beutelherstellung verwendet werden. Insbesondere eignet es sich grundsätzlich auch dazu, Kunststofflagen miteinander zu verkleben. Insofern kommt auch ein Einsatz bei der Herstellung von Verpackungen aus Verbundmaterialien infrage.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird insbesondere das technische Vorurteil überwunden, dass Kaltleime im Gegensatz zu Heißleimen bei der Verarbeitung überwiegend mit Nachteilen verbunden wären. Heißleime zeichnen sich nämlich zunächst in vorteilhafter Weise für die Industrie dadurch aus, dass sie kurze Abbindezeiten aufweisen und somit auch kurze Fügezeiten beim Verbinden der entsprechenden Substrate ermöglicht werden. Als weiterer Vorteil können, je nach Anwendungsfall, gegebenenfalls auch größere Spalte mit Heißleim überbrückt werden.
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Es hat sich nunmehr mit der vorliegenden Erfindung herausgestellt, dass diese oben genannten Vorteile von Heißleimen technisch auch mit Kaltleimen erreicht werden können.
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Erfindungsgemäß wird als Kleber also zunächst ein wässriger Kaltleim, also ein mit Wasser vermischter Kaltleim verwendet. Dieser Kleber kann auf eine Fügefläche eines der zu verbindenden Substrate aufgetragen werden. Je nach Anwendung ist auch denkbar, dass die Substanz auf beide miteinander zu verbinden Fügeflächen der Substrate aufgetragen wird.
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Gemäß der Erfindung wird nach dem Auftragen des Kaltleims ein Superabsorber auf den Bereich aufgetragen, auf dem auch der Kaltleim aufgetragen wird bzw. aufgetragen wurde, um dem Kaltleim das Lösemittel Wasser zu entziehen. Bei Superabsorbern handelt es sich in der Regel um Polymere, die in der Lage sind, ein Vielfaches ihrer Masse an Wasser oder anderen polaren Fluiden aufzunehmen, wobei sie in der Regel unter Bildung eines Gels aufquellen. Grundsätzlich kann es sich bei Superabsorbern auch um modifizierte Naturstoffe handeln. Einige dieser Superabsorber können bis zum Tausendfachen ihrer Masse an Wasser aufnehmen. Mithilfe von Superabsorbern ist somit gemäß der Erfindung ein rascher Wasserentzug möglich, der eine rasche Filmbildung des Kaltleims bzw. eine Klebrigkeit fördert.
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Hierdurch können in vielfältiger Weise Kosten eingespart werden. Zum einen können Kaltleime in der Regel günstiger erworben werden als Heißleime. Zudem ist es beim Fügeprozess grundsätzlich nicht notwendig, Wärmeenergie zuzuführen, d.h. es können Energiekosten eingespart werden. Außerdem können daher die Kosten für ein elektrisches Heizelement und dessen Instandhaltung bei der Verwendung von Kaltleim als Klebstoff im Allgemeinen entfallen, zumal hier auch mit hohen Ersatzteilkosten gerechnet werden müsste.
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Da die Heißleime, die zunächst als Thermoplasten bereitgestellt und dann bei der Verarbeitung erhitzt werden, um eine Verflüssigung zu erzielen, aber auch sehr schnell wieder erkalten und sich verfestigen, führt dies grundsätzlich zu Schwierigkeiten bei der Durchführung des Fügeprozesses. Die Verarbeitung muss schnell und ohne Verzögerungen ablaufen. Ferner können sich vagabundierende Klebstofffäden als unerwünschte Nebenerscheinungen auftreten.
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Die Heißleime besitzen in der Regel keine hohe Viskosität, sodass auch ohne weiteres die bereits genannten vagabundierenden Klebstofffäden umso leichter auftreten können. Diese wiederum können die Verpackungsmaschine verschmutzen oder an den zu führenden Verpackungsmaterialien außerhalb der eigentlichen Flügelfläche anhaften. Das entsprechend mit den Fäden verunreinigte Verpackungsmaterial ist dann Ausschuss. Bei Kaltleim entstehen im Allgemeinen keine derartigen Klebstofffäden, sodass die entsprechenden Verpackungsmaschinen auch davon nicht gereinigt werden müssen.
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Insofern ist bei der Verwendung von Heißleim auch in der Regel ein großer apparativer Aufwand erforderlich, der im Zusammenhang mit Kaltleim unterbleiben kann. Die Fügeverfahren mit Kaltleim sind somit grundsätzlich auch mit geringeren Lebenszykluskosten und Ersatzteilkosten insgesamt verbunden.
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Bei der Arbeit mit Kaltleim ist in der Regel auch ein verbesserter Arbeitsschutz möglich, da Heizelemente, die bei Heißleim zwangsläufig verwendet werden müssen, aufgrund ihrer hohen Arbeitstemperatur nicht berührt werden dürfen und auch als unter Spannung stehendes Gerät eine Gefährdung darstellen können.
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Im Gegensatz zum Heißleim bietet der Kaltleim an sich aber auch einen Vorteil für die entstehende Verpackung, weil sich der Heißleim an bereits miteinander verbundenen Fügestellen unter Wärmeeinwirkung auch wieder lösen kann.
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Sobald der Superabsorber Wasser aufnimmt, entsteht unter Aufquellen ein sogenanntes Hydrogel. Da zu einer derartigen Bildung von Hydrogelen grundsätzlich alle vernetzten Polymere mit ausreichend polaren Gruppen in der Lage sind, können je nach Verwendungszweck und Bedarf die Superabsorber, die bei einer Ausführungsvariante der Erfindung zum Einsatz kommen können, aus einer Vielzahl von Polymeren ausgewählt werden, zum Beispiel Polyacrylamid, Polyvinylpyrrolidon oder natürliche Polymere wie zum Beispiel Amylopektin, Gelatine, Cellulose und deren Derivate. Die Auswahl kann sich grundsätzlich an der verlangten Fügezeit orientieren, gegebenenfalls auch daran, ob der Superabsorber selbst eine bestimmte Klebrigkeit aufweisen soll, etwa als Unterstützung zum eigentlichen Klebstoff (Kaltleim) usw., was dadurch erreicht werden kann, dass klebrige Bestandteile des Kaltleims am Superabsorber anhaften oder die Oberfläche des Superabsorbers in Kontakt mit Wasser selbst klebrig wird.
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Wie bereits oben dargestellt, ist der Superabsorber nach dem Auftragen des Kaltleims mit diesem zu vermengen.
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Um hinreichend zu gewährleisten, dass der Superabsorber wirksam in eine Klebstoffspur eindringt, kann dieser in den Kaltleim bzw. in die Kaltleimspur eingebracht werden. Dies passiert vorzugsweise unter Druck, um zu gewährleisten, dass eine hinreichende Vermischung von Kaltleim und Superabsorber bzw. eine homogene Verteilung des Superabsorbers im Kaltleim gewährleistet ist. Auf diese Weise kann ein erhöhter, aber auch homogener Flüssigkeitsentzug erfolgen, sodass rasch eine Filmbildung des Kaltleims stattfinden und die Klebrigkeit sich schnell ausbildet. Es ist auch denkbar, die Superabsorber unter Druck während des Auftragens des Kaltleims zuzufügen, so dass bereits die fertige Mischung von Kleber und wasserentziehendem Mittel auf das Substrat aufgetragen wird, ohne noch einmal mechanisch in die Kaltleimspur eingreifen zu müssen.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann somit noch grundsätzlich ein weiterer Vorteil ausgenutzt werden. Klebrige Bestandteile legen sich in der Regel an den Superabsorber an. Beim Aufquellen des Superabsorbers bei der Aufnahme von Wasser und Bildung eines Hydrogels und der damit verbundenen Volumenzunahme können Spalten zwischen den miteinander zu verbindenden Substraten sehr gut überbrückt werden. Da das Quellenmaterial insgesamt klebrige Eigenschaften aufweist, ist somit eine dauerhafte Überbrückung von Spalten möglich.
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Es ist aber auch denkbar, dass der Superabsorber drucklos auf dem Kaltleim aufgebracht wird. In vorteilhafter Weise können hierzu Standardgeräte wie zum Beispiel übliche Partikelförderer eingesetzt werden. Eine solche Art des Auftragens zeichnet sich beispielsweise bei der Verwendung im Zusammenhang mit dünnen Kaltleimspuren aus.
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Um wie bereits beschrieben, nicht mehr mechanisch in eine Kaltleimspur eingreifen zu müssen, können Superabsorber und Kaltleim vor dem Auftragen vermischt werden. Dies kann beispielsweise über einen statischen Mischer geschehen. Aber auch ein Mischen von Kaltleim und Superabsorber in der Düse oder durch Injektion in den Austrittsstrahl ist denkbar, wobei das Mischen in der Düse bzw. durch Injektion im Austrittsstrahl den Vorteil mit sich bringt, dass der wässrige Kaltleim und der Superabsorber nur sehr geringe Zeit miteinander in Kontakt sind, bevor sie auf das Substrat aufgetragen werden und somit ein wesentlicher Teil des Wasserentzugs auch erst dann erfolgt, wenn das Gemisch mit dem Substrat in Kontakt kommt.
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Darüber hinaus ist denkbar, dass der Superabsorber auf dem Substrat oder vor dem Auftragen auf das Substrat selbst mit Wasser vermischt wird, um bei dieser Ausführungsform der Erfindung das Volumen des Superabsorber zu vergrößern bzw. den Superabsorber selbst klebrig zu machen. Der Superabsorber kann bei dieser Ausführungsform somit auch die Funktion eines Klebstoffs übernehmen. Ferner können Spalte überbrückt werden, wenn das somit gebildete gequollene Hydrogel aufgetragen ist.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Superabsorber auf dem Substrat oder vor dem Auftragen zusätzlich auch mit dem verwendeten Kaltleim oder einem anderen Kaltleim vermischt werden, sodass der gleiche Effekt erzielt werden kann: Es wird die Klebrigkeit des Superabsorbers vergrößert, wobei Bestandteile des Kaltleims am Superabsorber anheften können. Außerdem kann bei dieser Mischung das Volumen des Superabsorbers vergrößert werden.
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Die Fügung kann bei der Weiterbildung dadurch zustande kommen, dass die Substrate an den Fügeflächen gegeneinander gepresst werden, sodass die Fügezeit verkürzt werden kann.
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Bei Ausführungsformen der Erfindung können Festkörperdosierer und/oder Fluiddosierer eingesetzt werden. Für den oftmals in Partikelform vorliegenden Superabsorber kann grundsätzlich ein Festkörperdosierer, wie zum Beispiel ein Partikelförderer verwendet werden. Als Fluiddosierer können solche mit einer Ausgabevorrichtung in Form einer Düse eingesetzt werden. Dabei ist es auch genauso möglich, Kaltleim und Superabsorber gleichzeitig zu dosieren oder über eine Düse den Superabsorber in den Kaltleim zu injizieren. Ein Injizieren in den Kaltleim nach dessen Auftrag kann beispielsweise durch zwei hintereinandergeschaltete Düsen erfolgen, wobei in Auftragsrichtung die erste Düse den Kaltleim ausgibt und die zweite, räumlich nachfolgende Düse den Superabsorber.
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Eine kostengünstige und zuverlässig haltende Verpackung oder Schicht aus wenigstens zwei miteinander zu verklebenden Kunststofflagen kann durch das vorgenannte Verfahren gemäß der Erfindung bzw. durch ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass der Kaltleim auch im Zusammenhang mit Kunststoffen vorteilhaft eingesetzt werden kann, obwohl diese oftmals eine eher wasserabweisende Oberfläche besitzen, denn durch die Aufnahme des Wassers im Superabsorber ist ein schnelles Verkleben mit der Oberfläche zu beobachten.
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Durch die Verkürzung der Abbindezeiten können auch Pressstrecken verkürzt werden oder sogar ganz entfallen. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt somit eine wirtschaftlich vorteilhafte Alternative für Fügeverfahren dar, bei denen üblicherweise bislang im Stand der Technik nur Heißleime eingesetzt wurden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend unter Angabe weiterer Einzelheiten und Vorteile näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
- 1: ein Verbindungsverfahren gemäß der Erfindung, bei dem wässriger Kaltleim und Superabsorber nacheinander aufgetragen werden und der Superabsorber in den Kaltleim bzw. in die Kaltleimspur injiziert wird,
- 2: ein Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem Kaltleim und Superabsorber nacheinander aufgetragen werden, wobei der Superabsorber mithilfe eines Partikelförderers auf den Kaltleim appliziert bzw. beflockt wird,
- 3: eine schematische Darstellung eines Verfahrens gemäß der Erfindung, bei dem innerhalb der Düse der Superabsorber in den Kaltleim injiziert und vermengt wird, sowie
- 4 ein Verfahren gemäß der Erfindung, bei dem Superabsorber und Kaltleim vor dem Auftragen in einem separaten Mischer vermischt werden.
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1 zeigt ein Verfahren, bei dem der mit Wasser vermengte Kaltleim 1 vor dem Superabsorber 2 aufgetragen wird. Dazu wird ein Applikationskopf 3 zum Auftragen des Kaltleims 1 und Superabsorber 2 verwendet, der sich relativ zu einem Substrat 4 bewegt. Der nacheinander erfolgende Auftrag wird dadurch realisiert, dass am Kopf 3 die Düsen 5 und 6 in Auftragsrichtung bzw. Verfahrrichtung hintereinander geschaltet sind. In 1 verläuft die Auftragsrichtung somit von links nach rechts. Zunächst trägt die Düse 5 den wässrigen Kaltleim 1 auf, anschließend taucht die Düse 6 in die Kaltleimspur ein und bringt dort den Superabsorber 2 aus. Dieses Einbringen des Superabsorbers 2 über die Düse 6 kann unter Druck erfolgen, um eine homogenere Verteilung des Superabsorbers in der Kaltleimspur zu erzielen.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 1 eignet sich grundsätzlich auch für den Auftrag eines Superabsorbers, der zuvor bereits mit Wasser oder mit Kaltleim vermischt wurde und erst dann in die Kaltleimspur appliziert wird.
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Hierbei sei darauf hingewiesen, dass der Superabsorber 2, einmal mit Wasser gemischt, bereits vollständig oder teilweise als Klebemittel dient und nicht zwangsläufig mit Kaltleim vermischt werden muss. Bei stark ausgeprägten klebrigen Eigenschaften einer Superabsorberoberfläche ist gegebenenfalls der Kontakt mit Wasser ausreichend. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen kann statt Kaltleim 1 bei einem geeigneten Superabsorber 2 beispielsweise, und bei Beachtung möglicher Viskositätsunterschiede im Vergleich zum Kaltleim, Wasser eingesetzt werden, wodurch das Verfahren weiter vereinfacht werden kann.
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In 2 ist ein ähnliches Verfahren wie in 1 dargestellt, bei dem der Kaltleim 1 ebenfalls vor dem Superabsorber 2 auf das Substrat 4 aufgebracht wird. Zum Auftrag des Kaltleims 1 ist eine Düse 15 vorgesehen. Zum Auftragen des Superabsorbers 2 jedoch ist ein Partikelförderer 16 vorgesehen, der im gleichen Beschichtungskopf 13 angeordnet sein kann. Durch diesen Partikelförderers 16 wird die Klebespur des Kaltleims 1 mit Superabsorber 2 beflockt. Diese Ausführungsform gemäß 2 eignet sich insbesondere dann zur Beflockung mit Superabsorber, wenn es sich um eine vergleichsweise dünne Kaltleimspur handelt und der Superabsorber zum effektiven und homogenen Wasserentzug nicht tief in das Kaltleimmaterial 1 eindringen muss. Darüber hinaus kann der Superabsorber 2 auch selbst durch seine Klebrigkeit als Klebstoff dienen, die entweder durch Anlagerung klebriger Bestandteile des Kaltleims oder durch Bildung einer klebrigen Oberfläche, die beim Kontakt des Superabsorbers mit Wasser entsteht, zustande kommt.
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In 3 ist eine Düse 20 dargestellt, welche über zwei Zuführkanäle 21 und 22 verfügt. Über den Kanal 21 gelangt wässriger Kaltleim 1 in die Düse 20, während über den Kanal 22 Superabsorber 2 dem Kaltleim 1 beimengt wird. Somit erfolgt eine Durchmischung von Kaltleim 1 und Superabsorber 2 unmittelbar vor dem Auftrag auf dem Substrat 4.
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4 wiederum zeigt eine Ausführungsform, bei der auf das Substrat 4 gleichzeitig ein Gelmenge aus Kaltleim 1 und Superabsorber 2 über die Düse 30 aufgetragen wird. Die Düse 30 wiederum wird gespeist aus einem statischen Mischer 31, in dem Kaltleim 1 und Superabsorber 2 sowie Wasser vermengt werden.
