DE1957276B2 - Verfahren zur herstellung eines heiss verklebten schichtstoffes aus mindestens drei schichten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines heiß verklebten Schichtstoffes aus mindestens drei Schichten, die in einem einzigen Walzenspalt vereinigt werden und von denen die außen liegende erste Schicht ein thermoplastischer Film ist, wobei jede Schicht aus einem anderen Material besteht als die ihr benachbarte und die für das heiße Verkleben aller Schichten erforderliche Wärme allein aus dem Wärmeinhalt einer der Schichten geliefert wird.

Ein bekanntes Verfahren der angegebenen Art ist als Sonderfall eines Verfahrensprinzips beschrieben, nach welchem eine Polyoleiinfolie, deren zu verklebende Seite durch bekannte Oberflächenbehandlung polar gemacht ist. auf eine über die Schmelz- oder Heißvcrklebungsiemperatur der Polyolefinfolie erwärmte Substraibahn aufgepreßt wird. In dem genannten Sonderfall erfolgt dies gleichzeitig auf beiden Seiten der Substratbahn mit je einer Polyoleiinfolie. lind zum Zweck der erforderlichen Erwärmung wird die Substratbahn vor dem Eintritt in den Walzenspalt, in welchem die Hcißvcrklebung erfolgt. Irrch ein verhältnismäßig langes gasbeheiztes Rohr geleite¹, und darin auch der polarisierenden Oberflächenbehandlung unterzogen.

Das beschriebene bekannte Verfahren bietet den Vorteil, daß die thermoplastische Folie bis zum Augenblick des Aufsiegelns auf das Substrat formstabil bleibt, so daß man frei laufende Folienbahnen verwenden kann. Sollen nach dem beschriebenen Verfahren weitere Schichten vorgesehen werden, so wird das beim ersten Heißvcrkleben erhaltene Zweischicht-La'i.nat al., Ganzes über die Heißsiegel- oder Schmclztemoeiatui der thermoplastischen Folie erwärmt, und eine weitere Substratbahn wird auf die freie Oberfläche der erweichten thermoplastischen Beschichtung aufgepreßt. In weiterer Fortsetzung des Verfahrens kann als nächste Schicht wieder eine thermoplastische Folie auf die freie Oberfläche der /.weilen Subsliatba!::. aufgepreßt werden, wozu das vorliege;: .!ε Dreischicht-Laminat als Ganzes über die Schmelz- oder Heißverklebungstemperatur der aufzubringenden thermoplastischen Folie erwärmt und die Folie in einem

ίο weiteren Walzvorgang aufgepreßt wird.

Zur Ausführung des beschriebenen bekannten Verfahrens ist für jeden Heißverklebungsschritt cm eigener Walzenspalt mit den zugehörigen Gegendruckwalzen, Führungs- und Vorratsrollen erforderlich. Die Einrichtung ist also verhältnismäßig kompliziert und aulwendig. Der Energieaufwand für die Erwärmung ist beträchtlich, und durch das fortgesetzte Erwärmen der im ersten Heif.Werklebungssehriu aufgesiegelten thermoplastischen Folie während anschließender weiterer Heiß\crklebungs\orgänge zum Aufbringen weiterer Schichten wird das thermoplastische Material thermisch stark beansprucht und unter Umständen durch teilweise Zersetzung in seinen Eigenschaften ungünstig beeinflußt.

Nach einem anderen bekannten Verfahren, dem sogenannten Exirusionsbeschichten. wird ein thermoplastisches Material, insbesondere ein Polyolefin, direkt aus dem Extruder auf ein Substrat aufgebracht: nach diesem Verfahren wurden allenfalls durch Extrusionsbeschichtung beider Seiten des Substrats Dreischicht-Laminate hergestellt. Ebenso wie bei dem weiter vorn beschriebenen bekannten Verfahren war die einleuchtende Voisicllung grundlegend, daß in einem Arbeitsschritt nur jeweils eine Substn.tseite mit

einer thermoplastischen Schicht beiegbar ist, weil nur auf diese Weise die Arbeitsbedingungen optimal einstellbar waren. Den bei der Herstellung von Mehrschicht-Laninaten dementsprechend erforderlichen Mehraufwand an Bauteilen, Kosten und Energie nahm

4« man als unvermeidlich in Kauf.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Art so auszugestalten, daß der Aufwand, insbesondere für die zum Verklebe 1 erforderliche Wärmezufuhr, vcrringert wird. Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, das dadurch gekennzeichnet ist. daß bei Ausbildung der zweiten Schicht mit geringem Wärmewiderstand die erste Schicht als die die Wärme lies'' fernde eingesetzt und mit entsprechendem Wärmeinhalt unmittelbar

dem Extruder in heißem

plastischem Zustand angeliefert wird.

Nach dem eründungsaemäßen Verfahren werden somit auf einer Seite der die Wärme liefernden Schicht gleichzeitig zwei weitere übercmanderiiecende Schichten durch Fleißverklebcn aufgesiegelt, ohne daß eine zusätzliche Wärmezufuhr erforderlich ist. Vielmehr wird ausschließlich der vom Extrudieren stammende Wärmeinhalt des thermoplastischen Materials ausgenutzt, und dadurch entfallen auch besondere Heizeinrichtungen, und zwar auch dann, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung mit der der zweiten und dritten Schicht abgewandten Seite der ersten Schicht eine vierte Schicht in demselben Walzenspalt heiß verklebt wird. Man kommt so in einem einzigen Arbeitsgang, mit einem einzigen Walzenspalt und ohne Verwendung besonderer Heizeinrichtungen zu einem heiß verklebten Vierschicht-Laminat.

Das erlindungsgemäße Verfahren sielk sich in degensalz zu dorn den bekannten Verfahren gemeinsamen einleuchtenden Prinzip, daß die Klebestelle dir-jkt an der wärmeliefernden Schicht liegt. Diese Abkehr \on einleuchtenden Grundsätzen des Standes der Technik, verbunden mit einer Auswahlregel hinsiciitiich des Yvärmewiderstandes. dem m dieser Hmsich.l hei dem bekannten Verfahren keine besondere Beachtung geschenkt wird, führt überraschenderweise /Ii den beschriebenen Vorteilen.

Im Hinblick auf den erwünschten niedrigen Wärme-,sidersiand ist eine Ausgestaltung des erfindungsgcmäßen Verfahrens besonders vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet ist. daß für den exirudicrten iliermoplastischen Film ein Polyolefin, als /weite Schicht eine Metallfolie und als dritte Schicht eine l'.i|\olelinfolie eingesetzt werden. Da die Metallfolie <·ιη guter Wärmeleiter ist, wi'd die von der ersten jvjhicht gelieferte Wärme sehr schnell und mit gelingen Verlusten an die dritte Schicht weitergeleitet.

Die erste Schicht wird in der Regel mit einer Temperatur zwischen 93 und 370 C. vorzugsweise zwischen 121 und 332 C, in den Walzenspalt eingeführt. Die laisächlich gewählte Temperatur hängt in erster Linie \on dem Material ab. das für die zweite Schicht ver-ν endet wird, aber auch von der Art der die übrigen Schichten bildenden Materialien.

Wie aus den vorstehenden Ausführungen hervorgeht, beruht die erfinderische Leistung in der vereinigten Anwendung der angegebenen Merkmale; sinngemäß wird auch nur für die Vereinigung dieser Merkmale Schutz begehrt.

Im folgenden wird die Erfindung an (land von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.

Zunä'iist wird eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben. Die Vorrichtung ist in der Zeichnung zu sehen.

Die Zeichnung zeigt eine Grundebcne oder einen Boden 10. auf dem ein Tragrahmen oder Stützgefüge 12 angebracht ist. An dem Stützgefüge ist eine Kühlwalze 14 drehbar befestigt, ferner eine Hallewalze 16 und eine Stützwalze 18. Die Hallcwalze 16 ist so befestigt, daß sie in Druckberührung mit der Kühlwalze an dem Punkt, der mit 20 bezeichnet ist, steht, wobei der Punkt 20 die Hauptstelle zwischen der Haltcwalze und der Kühlwalze ist, wo die Schichten des Schichtstofl'es in feste berührung miteinander gepreßt werden. Der Abstand zwischen den Walzen 14 und 16 ist in der Zeichnung zur Veranschaulichung übertrieben .gezeigt. Es ist so zu verstehen, daß diese beiden Walzen im wesentlichen in dichter Berührung miteinander stehen und daß die verschiedenen Schichten dazwischen in lOstc uCi'UiirLing inilcinancior geprei.it worocn. lviC llaltcwalzc 16 hat normalerweise eine Gummioberllüchc. was später noch näher beschrieben wird.

Die Substratschicht mit 22 bezeichnet, wird von einer nicht gezeigten Vorratsrolle zum Walzenspalt 20 geführt. Außerdem wird ein exirudierter Plasiiklilm .30 zur Haltcwalze 16 geführt; der Film 30 wird \on idem Extruder 32, aus dessen Strangpreßwerkzeug 34 er austritt, zugeführt. Wie bei Extrudern üblich, ist ,das Werkzeug 34 beheizt, und der extrudierte Film 30 ..tritt in heißem, plastischen Zustand aus, wie später ,Hoch beschrieben wird.

Außerdem wird i.och ein die zweite Schicht bilden-• tics Material 40 dem Walzenspalt 20 zugeführt. Diese Schicht kommt ebenfalls \on einer Vorratsrolle (nicht gezeigt). Schließlich wird noch ein eine dritte Schicht 44 bildendes Material von einer Wirralsrolle (niehl gezeigt) zum Walzenspalt 20 geführt.

Das aus Substrat und drei Schichten bes'.ehende. also \ierlagige fertige Produkt läuft nach Pa-.sie.en des Walzenspaltes 20 rund um die Außenlläche der Kühlwalze 14 und dann über Führungsmilen. wie die hier mit 50 und 52 gezeigien. und wird son einer AuI-nahmewalze 60 aufgenommen.

Wie in der Zeichnung gezeigi. wird die Kühlwalze 14 mit Wasser gekühlt, jedoch können auch andere Strömungsmittel zum Kühlen dieser Walze verwendet werden. Die gekühlte Oberfläche der Walze 14 erleichtert die Abnahme des fertigen Schichlstoffes von der Kühlwalze (zu welcher Zeit das Produkt be- >ch.litten oder son.siv.ie beai heilet weiden kann). Dann läuft es übei die '. .hrungsual/rn 50 und 52 auf die Aufnahmcwalze 60. \vi. der fertige Schichtstoff gesammelt wird.

Es ist noch zu bemerken, daß auch <!'·■: Siüizwal/c Ik mit Wasser oder einem anderen Stiömungsmitiel ge-KÜhlt wird, so daß sie in der Lage ist. die Entfernung von im Walzenspalt gebildeter Wärme zu erleichtern.

Das Substrat kann aus irgendeinem geeigneten Material sein, wie Papier. Gewebe. Metallblech. Polyester. Cellophan. Kraftpapier. Pappe sowie verschiedene Metallfolien, Plastiklilme oder andere Filme oder Verpackungsmaterialien. Das Substrat kann auch irgendeine mit einem Träger versehene Filmtypt sein. So kann z. R. ein filmbildendes flar/ aus einer Polymerisatlösung, z. B. einer Lösung von Zelluloseacetat, Polyester, Polyvinylchlorid-Pol; . inylacetat-Copolymerisat, Polyvinylbutyral, auf einer Trägerfolie, die Gleiteigenschaften hat. vorgegossen werden. Der se gebildete, mit Träger versehene Film kann dann in befriedigender Weise als Substrat benutzt werden, und nach Bildung des Schichtstoffes kann, wenn gewünscht, die Trägerfolie vom Produkt abgezoger werden, z. B. mittels einer Aufwickelmaschine. Be: Benutzung dieses mit Träger \ersehenen Filmes sollte der Film zu einer Dicke unter 0.00254 mm gegosser werden.

Die erste Schicht, der extrudierte thermoplastische Film, ist vorzugsweise ein Polyäthylenlilm. Jedoci können zahlreiche andere zu Filmen extrudierban Plastikmaterialien für den zweiten schiclubildcndei Film verwendet werden, z. B. filmbildende Polyolefine Vinylharze extrudierbare Hcißschmelzkleber um andere extrudierbare Polymerisate und Copolymer] sate. Für ti en Fachmann ergibt sich von selbst, weicht Materialien dafür geeignet sind, so daß hier nich näher darauf eingegangen zu werden braucht.

Die zv~ite Schicht kann ebenfalls von verschie densteii Materialien, wie Metallfolie!!. .Vielallbieeheii Papier, Polyester. Gewebebalmen. bestimmten Artei von Gummibahnen und zahlreichen anderen Plastik und/oder Metallfolien gebildet werden. Das Haupt kriterium, das die Wahl des die zweite Schicht bilden den Material bestimmt, ist, daß es relativ dünn is und die Wärme leitet, die von dem extrudierte! Thermoplastlilm abgegeben wird, so daß die Wärme die durch die zweite Schicht geleitet wird, ausreicht eine Heißverklebung zwischen der zweiten und drittel Schicht zu bewirken. Bevorzugte Materialien für diesi zweite Schicht sind Metallfolien, Papier oder Poly ester. Heutzutage ist das beste Material für die /weit Schieb: eine Metallfolie.

Die dritte Schicht ist vorzugsweise ein Polyolefinfilm, der oberflächcnbchandelt werden kann, d. h. daß er einer elektronischen oder einer Flammbehandlung zum Oxydieren der Oberfläche, die mit der zweiten Schicht in Kontakt kommt, in an sich bekannter Weise unterworfen werden kann: besonders bevorzugt ist oberflächenbehandeltes Polyäthylen.

Obwohl die dritte Schicht vorzugsweise oberflächenbehandelt ist, ist dies doch nicht unbedingt erforderlich, da PVC-Filme, Polyvinylacetat-Polyvinylehlorid-Copolymerisatfilnie, Äthylen-Vi nylacetat-Copolymerisutfilmc und zahlreiche andere filmbildende Polymerisate eine Heißverklebung zwischen den beiden Filmen, die der heißen ersten extrudierten Schicht benachbart sind, auch ohne Oberflächenbehandlung eingehen.

Die Oberflächenbehandlungen des die dritte Schicht bildenden Films kann entweder direkt vor der Laminierung vorgenommen werden oder in einem gesonderten Arbeitsgang, nach welchem der Film aufgerollt und für die Verwendung bei dem Verfahren nach der Erfindung bereitgestellt wird.

Wenn beide Seiten der dritten Schicht oberflächenbehandelt sind, dann kann diese nicht nur mit der zweiten Schicht, sondern auch auf der anderen Seite mit einer oder mehreren weiteren Schicht oder Schichten heiß verklebt werden, so daß ein Produkt von mehr als vier Schichten entsteht, solange die Wärme des die erste Schicht bildenden thermoplastischen Films ausreicht, eine Heißverklebung über die vierte Schicht hinaus zu bewirken. Ein Polyolefinfilm wird für die dritte Schicht bevorzugt, doch können auch zahlreicht andere Materialien benutzt werden, z. B. solche, wie sie in der USA.-Patentschrift 3081214 beschrieben sind. Besonders geeignet sind Polyester, Äthylenglykolterephthalat, Zelluloseester, Viskose, Vinylharze, und allgemein Polymerisate und Copolymerisate können, wo geeignet, ebenfalls eingesetzt werden.

Die Dicken der verschiedenen Schichten, die den Schichtstoff ausmachen, müssen unter einem Maximum liegen, über welchem die Schichten nicht genügend flexibel wären, um das Verfahren in befriedigender Weise ausführen zu können. Die Schichten können extrem dünn sein, die untere Grenze ist nur durch die Festigkeit des Materials, das verwendet wird, und wie es im Handel zur Verfügung steht, gegeben. Alle nachstehend für das Substrat und die übrigen Schichten gebrachten Zahlenangaben sind nur Richtwerte oder bevorzugte Dicken; die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Werte beschränkt.

Es ist als zweckmäßig befunden worden, daß die Dicke der Substratlage zwischen 0,00254 mm und 2,54 mm liegt: die bevorzugte Dicke ist 0,0127 bis 1,27 mm. Beste Ergebnisse wurden mit Substraten einer Dicke von 0,0127 bis 0,0508 mm erhalten. Es ist auch möglich, Materialien, wie z. B, auf einer Seite gewellte Behälterauskleidungen, Schaumstoffolien od. dgl. als Substrat zu verwenden. In diesem Fall kann das Substrat ohne weiteres eine Dicke über 1,27 mm haben.

Die Dicke der ersten Schicht, die in heißem plastischen Zustand direkt vom Extruder kommend als Schicht zwischen dem Substrat und der zweiten Schicht durch den Walzenspalt 20 hindurchgeführt wird., sollte im Bereich von 0,00254 und 1,27 mm, vorzugsweise zwischen 0,0127 und 0.254 mm liegen. Beste Ergebnisse wurden erreicht, wenn die erste Schicht eine Dicke von 0,0086 bis 0.127 mm hatte. Wenn z. B. das extrudierte filmbildcndc Plastikmaterial ein Treibmittel od. dgl. enthält, kann die extrudierte Schicht im expandierten Zustand eine Dicke von 2,54 bis sogar 6,35 mm haben.

Die Dicke der zweiten Schicht sollte im Bereich von 0,00254 bis 1.27 mm. vorzugsweise von 0.0063 bis 0,127 mm liegen. Die besten Ergebnisse wurden erhalten, wenn die zweite Schicht eine Dicke von

ίο 0,00ö3 bis 0,0508 mm hatte.

Die Dicke der dritten Schicht, vorzugsweise ein oberflächenbehandelter Polyolefinfilm, sollte im Bereich von 0.00254 bis 1.27 mm, vorzugsweise von 0,0127 bis 0,508 mm, liegen. Beste Ergebnisse wurden erzielt, wenn die dritte Schicht eine Dicke von 0.0254 bis 0,254 mm hatte. Die dritte Schicht könnte auch eine mit Träger versehene Folie oder selbst ein Schichtstoff sein, dann kann sie eine Dicke von über 1,27 mm haben. Ferner könnte die dritte Schicht auch

so eine geschäumte Plastikfolie od. dgl. sein, dann könnte ihre Dicke auch erheblich über 1.27 mm liegen. Die vorstehend angegebenen Dicken hängen selbstverständlich von dem besonderen Material ab, das für jede Schicht gewählt wird. Allgemein können diese Dicken über oder unter den oben angegebenen Werten liegen, abhängig vo:n besonderen Material, das für jede der Schichten eingesetzt wird. Die kleinsten und größten Dicken können durch die Verwendung von Trägerfilmen für jede der verschiedenen Schichten ausgeglichen werden.

Die Extruderausstoßkapazität ist für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht besonders kritisch, da (abhängig von der Breite des herzustellenden Schichtstoffs und der linearen Geschwindigkeit pro Minute, mit der das Produkt hergestellt wird) die günstigsten Arbeitsbedingungen, die Wahl des Extruders, seine Größe u. dgl. sie bestimmen werden.

Die lineare Geschwindigkeit, mit der der Schichtstoff nach dem Verfahren der Erfindung hergestellt wird, kann im Bereich zwischen etwa 7,62 bis etwa 762 m/Iviin. liegen. Im unteren Geschwindigkeitsbereich wird gearbeitet, wenn ein schweres oder dichtes Extrudatmaterial für die erste Schicht verwendet wird. Vorzugsweise wird das Veuahren mit einer Geschwindigkeit im Bereich von 30.48 bis 356.76 m/Min, durchgeführt. Die besten Ergebnisse wurden im Bereich von 54,86 bis 106.67 m/Min, erhalten.

Die lineare Geschwindigkeit des Substrats oder des Schichtstoffes, was praktisch das Gleiche ist. wird als bestimmendes Kriterium für die Durchiaufgeschwindigkeit der verschiedenen Schichten durch die Vorrichtung benutzt, nicht z. B. die Spannung in dei verschiedenen Filmen, welche die Schichten bilden Dem Fachmann sind die notwendigen Techniken zu Regelung der Spannung der verschiedenen die Schich ten bildenden Filme, welche zum Walzenspalt 21 geführt werden, bekannt. Die Spannungsregulierun; kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren am bestei durch Regulierung der Drehgeschwindigkeit der vei schiedenen Zuführwalzen mittels Friktionsbrerrsen au den Achsen dieser Walzen vorgenommen werden.

Die Temperatur des extrudierten thermoplastische

G3 Films nach Verlassen der Extruderdüse und unmitte bar vor Auflegen auf die Oberfläche der zweite Schicht 40 an dem in der Zeichnung mit 40a bezeiel neten Punkt sollte im allgemeinen innerhalb d(

Bereiches son 93 bis 370 C. sor/ugsweise im Bereich von 121 bis 332 C liegen: beste [Ergebnisse sind erhalten worden, wenn der thermoplastische Film eine Temperatur von 310 bis 327 C unmittelbar nach Verladen des Hxtruders aufwies.

Das übergeordnete und sehr wichtige bestimmende Kriterium, welches /wangläufi» die Temperatur des extrudieren Films festlegt, ist. daß die Temperatur des Exirudates genügend hoch sein muß. um Wärme abzugeben, so daß die dritte Schicht 44 mit der zweiten Schicht heiß verklebt wird, d. h. daß die vorzugsweise behandelte oder oxydierte Oberfläche 44α der dritten Schicht in geeigneter Weise mit der zweilen Schicht 40 heiß verklebt wird.

Die Temperatur der Kühl walze ist ebenfalls wichtig, die Kühlwalzenoberfläche sollte ausreichend kalt sein, so daß der fertige Schichtstoff !eicht von ihr entfernbar oder abnehmbar ist und dann über die notwendigen Führungsrollen geführt werden kann, um besäumt zu werden u. dgl., bevor er auf der Aufnahmewalze 60 gesammelt wird. Wenn die Oberfläche der Kühlwalze zu warm wird, ist es schwer, den fertigen Schichtstoff von der Kühlwalze abzunehmen.

Die Kühlwalze dient auch zur Reduzierung der Temperatur des fertigen Schichtstoffes, welcher den Walzenspalt 20 verläßt, so daß das fertige Produkt wenigstens etwas abgekühlt ist, bevor es auf die Aufnahmewalze kommt.

Allgemein gesagt, sollte die Kühlwalze eine Temperatur unter etwa 49⁰C im Bereich von 32 bis 49"C haben. Dieser Temperaturbereich stellt jedoch keine Begrenzung bezüglich der Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung dar.

Kin weiterer wichtiger Aspekt des hierin beschriebenen Verfahrens ist die Aufbringung eines extrudieren, die erste Schicht bildenden Films, wobei der Film gleichzeitig das Substrat mit der zweiten Schicht 'crklcbt. Der Film wird durch Extrudieren eines geschmolzenen filmbildenden Materials durch eine Breitschlitzdüse hergestellt und dann von der Düse in «!en Spalt der Walzen 14 und 16, der direkt unter der Düse j4 liegt, gezogen. Das Substrat 22 wird über die Ciummiwalze oder Druckwalze 16 eingeführt und gegen den heißen extrudieren Film in dem Kontaktgebiet 20 gepreßt. Gleichzeitig verfestigt sich der extrudierte thermoplastische Film und kühlt sich durch die Kühlwalze 14 ab. Wenn das extrusionsbeschichtcie Substrat in indirektem Kontakt oder relativer Nahe zur Kühlwalze 14 weiterläuft, kühlt 5'ch das Hxtrudat weiter ab und verfestigt sich unter Bildung der ersten Schicht des Schichtstoffes, bevor es auf die Aufnahmewalze 60 aufläuft. Die Extrusionsbcschichtunc bildet einen Teil des sehr komplexen Verfahrens, das aus vielen Veränderlichen besteht, von denen jedes die Qualität des fertigen Stoffes mitbestimmt. Diese einzelnen Variablen sind weiter oben in gewissem Umfang näher betrachtet worden, jedoch ist p.iunden worden, daß das sehr komplexe Verf■.' ren ausgeführt werden kann mit dem Ergebnis, 'i.-i!.i es ein außerordentlich zufriedenstellendes FcrtigproduU wird, solange das feine Aufeinander-Einwirken der <i enangegebencn Variablen in geeigneter Weise gereiicit wird. So läßt sich vielseitig verwendbarer und ·■■ Mischaftlicher Schichtstoff durch einen einzigen Arbeitsgang herstellen.

Zur weiteren Beschreibung der Extrusionsbeschichtuncstechnik wird hier auf den Aufsatz »Polyethylene Extrusion Coatings« in »Modern Packaging·», April

1957. und den Aufsatz »New Developments in Extrusion Coating'· in der Zeitschrift »Plastics Technology«. September 1966. verwiesen. Fs wird nochmals betont, daß. obwohl Polyäthylen das bester Material für die erste Schicht darstellt, zahlreiche andere Materialien ebenfalls verwendet werden können.

Die Oberflächenbehandlung des Materials für die dritte Seliicht kann nach zwei Methoden vorgenommen werden, nämlich durch Flammbehandlung und elekironische Behandlung: jede dieser Behandlungen oxydiert die Oberfläche des Pol·,olefins und macht die Oberfläche so für die Bindung oder die Hcißvere klcbung mit der zweiten Schicht geeigneter. Dielektronische Oberflächenbehandlung ist in der USA.-Patentschrift 3 018 189. und die Fkimmbehandlung eines Polvolefinmaterials ist in der IiSA.-Patentschrift 3 075 868 beschrieben.

Wie oben beschrieben, sollte die Temperatur des extrudieren Films unmittelbar vor Inkontaktkomtnen mit der zweiten Schicht an dem in der Zeichnung mit 40« bezeichneten Punkt im Bereich von 93 bis 371 C liegen. Für die Durchführung der Erfindung ist es wichtig, daß die Wärme, die von der ersten Schicht abdachen wird, ausreichend gro3 st, so daß die behandelte oxydierte Oberfläche der dritten Schicht auf eine Temperatur gebracht wird, die nicht unter 66^r C, vorzugsweise auf eine Tempcatur von 93 C gebracht wird. Beste Ergebnisse sind erhalten worden, wenn die oxydierte Oberfläche der dritten Schicht durch die von der ersten Schicht abgegebene Wärme auf eine Temperatur von mindestens 121 C oder darüber gebracht worden ist. Diese Wärme, die vom extrudieren Material abgegeben wird, ist wesentlich zur Erhaltung einer geeigneten Bindung oder Heißverklebung der dritten mit der zweiten Schicht, so daß das ganze Verfahren, das hier beschriebi η ist. in einer einzigen Stufe durch Hindurchführen des Substrats und der drei Schichten durch den Walzenspalt 20, der zwischen den zwei Walzen 14 und 16 gebildet ist, hindurchgeführt werden kann. Es ist gefunden worden, daß ohne geeignete Einstellung und Äufrechterhaltung der von der ersten Schicht abgegebenen Wärme das Verfahren nicht in befriedigender Weise ausgeführt werden kann.

Bei der Herstellung des Vierschichtstoffes, im allgemeinen vorstehend beschrieben, wird als Haltewalze 16 eine solche verwendet, die mit Gummi oder einem anderen federnden Material oberflächenbeschichtct ist. Allgemein gesagt, kann diese Gunimioberfläche eine Härte im Bereicli von etwa 60 bis etwa 90 Durometer-Härtegrade haben. Die untere Grenze von 60 Durometer-Härtegraden ist nicht geeignet, wenn z. B. ein weiche? geschäumtes Materia! als erste Schicht oder als Substrat verwendet wird. Ir diesem Fall sollte die Halte- oder Druckwalze svesent lieh weicher sein, die Härte sollte zwischen der vor Schaumgummi bis zu 60 Durometer liegen. Vorzugs weise sollte bei der Herstellung eines Vierscniclit stoffes, wie das eben beschriebene, eir.c Walze mi einer Gummioberfläche oder einem anderen federndei Material als Oberfläche mit einer Härte von etwa 61 bis etwa 70 Durometer-Häre haben; die Destei Ergebnisse wurden mit Oberflächenhärten von 65 bi 70 Durometer Härtegraden erhalten. H: ist gefunde worden, daß eine mit Gummi oder einsin federnde Material überzogene Walze, wie oben beschrieber wenn sie, abhängig von den verschiedenen Materialie; welche als die verschiedenen Schichten des Produkts

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verwendet werden, ausgewählt ist. einen Kcntaktduuer oder Verweilzeil zwischen den zwei Walzen im Walzen>paltc.b^ehnitt 20 -.on etwa 2.54 bis etwa 3.81cm. vorzugsweise und im allgemeinen zwischen etwa '.27 und 5.0S cm. schafft. Bei höheren Bahnge-chwindigkeiten oder höheren Geschwindigkeiten, mit denen der Schichtstoff nach der Erfindung hergestellt wird, kann eine einzige Haltewalze nicht ausreichen, um die notwendige Druckkontaktzeit zwischen den Schichten des Produktes zu erhalten, weshalb es zweckmäßig sein kann, ein oder mehrere zusätzliche Haltewalzen (nicht gezeigt) nach dem ersten Kontakt, »eicher zwischen der Haitewaize 16 und der Waize i4 stattfindet, aber bevor das fertige Produkt von der Walze 14 abgenommen wird, einzusetzen. Hiermit ist gemeint, daß allgemein eine bestimmte Zeit erforderlich ist. damit die Wärme der ersten Schicht die im Walzenspalt benachbarte Schicht durchdringt und ein Heißverkleben zwischen dieser benachbarten Schicht und der Schicht, mit welcher diese in Kontakt ist. zu bewirken. Bei hohen Bahngeschwindigkeiten kann die Zeit nicht ausreichen, daß die benachbarte Schicht in der Walzenspaltspanne von der Wärme durchdrungen wird, und was zusätzliche Haltewalzen notwendig ν erden läßt.

Das Verfahren, das hier beschrieben ist, wird allgemein zur Bildung eines Schichtstoffes aus vier oder

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Beschreibung einer anderen Au^führungsform des Verfahrens der Erfindung gegeben, nämlich die Herstellung eines aus drei Schichten bestehenden Schichtstoffes.

Wie in der beigefügten Figur zu sehen, wird, wenn das Substrat 22 beim Durchgang durch den Walzenspaltabschnitt weggelassen wird. d. h. wenn das Substrat 22 überhaupt weggelassen wird, ein Dreischichtsi,»ff entstehen, bestehei.d aus der Schicht 40 und der Schicht, welche durch den extrudierten Film 30 gebildet wird. Solch ein Dreischichtprodukt macht von der Erfindung Gebrauch dadurch, daß der heiße extrudierte FiTm 30, welcher eine wesentliche Menge Wärme (wie weiter oben geschildert) abgibt und ein ausreichendes Erhitzen der Schicht 40 verursacht, so daß die Wärme durch die Schicht 40 hindurchgeht und ausreicht, ein Heißverkleben oder Heißversiegeln zwischen der behandelten Oberfläche 44a der Schicht 44 zu bewirken, so daß die behandelte Oberfläche 44a mit der Schicht 40 verbunden wird. Das Verfahren zur Herstellung eines Dreischichts;offes ist im wesentlichen, das gleiche, wie oben beschrieben, ausgenommen, daß das Substrat 22 weggelassen wird. Die Herstellung solch eines Dreischichtstoffes nach der Erfindung brinet viele Vorteile, wie weiter unten noch beschrieben werden wird. In einer einzigen Stufe und auf wirtschaftliche Weise wird ein Produkt erhallen, welches bei geeigneter Wahl der Materialien für d.e Schichten 30 lind 44 auf seinen beiden Außenseiten heiß verklebbar ist. Ferner ist diese Art von Dreischichtstoff wesentlich verschieden von den üblichen, durch Extrusionsbeschichtung hergestellten Drei-SJiichtstoff, indem erfindungsgemäß die Wärme des extrudierten Films zum He.jverkleben einer zweiten und dritten Schicht verwendet wird, während der extrudierte Film gleichzeitig die erste Schicht des Produktes bildet.

Wesentlich bei der Bildung eines Dreischichtstoffes, wie eben beschrieben, ist. daß die Oberfläche der Haltewalze ausgezeichnete Gleiteigenschaften besitzt, da infolge Fehfens des Substrates 22 der heiße und relativ klebrige extrudierte Film 30 direkt mit der Haltcwalze 16 in Kontakt kommt. Lm der Haitewaize 16 eine Oberflä.'iie nut einen Gleiteisenschaften zu verleihen, wird ihre Oberfläche mit einem Streifen ; aus Polvietrafluoräthvlen (Teflon) od. dgl. überzogen, soweit die Oberfläche der Haitewaize mit dem heißen extrudierten Fiim 39 in Kontakt kommt. Selbstverständlich muß. wenn ein Material mit guten Gleiteigenschaften zum Überziehen der Haltewalze 16 verwendet wird, dieses Material normalerweise auch ausreichend flexibel sein, so daß die Haltewalze 16 die oben beschriebenen Rückfederung*- oder Härteeigenschaften aufweist.

Eine andere Art zur Bildung eines Produktes aus

ιό drei oder mehr Schichten als vorstehend beschrieben, besteht darin, daß eine Plastikfolie direkt über die Haltewalze geführt wird und eine Schicht aus z. B. Papier. Metallfolie. Cellophan usw. ebenfalls über die Haltewalze geführt wird, so daß sie in Kontakt mit der behandelten Obernächenseite der Plastikfolie (wenn sie eine behandelte Oberfläche hat) gebracht wird und dann diese beiden Schichten in Kontakt mit dem extrudierten Film gebracht werden, so daß der Dreischichtstoff derart gebildet wird, daß der extrudiene Film Kontakt mit der Stützwalze 18 und nicht mit der Haltewalze 16 hat.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung zur Bildung eines Produktes ai!** drei oder rnchr Schicht!¹, besteht darin, ein Substrat, z. B. ein wärmcempfindliches Material, direkt über die Haltewiil/e zu führen, während gleichzeitig oder im wesentlichen gleichzeitig ein Plastikfilm über die Haltewalze läuft ^vobei die Plastikfolie das Substrat überlagert), und dann die dritte Schicht von dem heißen extrudieren Film gebildet wird, welcher mit der Plastikfolie auf der einen Seite und mit der Kühlwalze oder der -nderen Schicht bzw. Schichten Kontakt hat. Der Zweck dieser besonderen Ausführungsform besteht darin, extrem temperaturempfindliche Materialien als Substrate verwenden zu können. Beispiele sind bestimmte Typen von Cellophan. Polyester. VinyUilme. Polyester-Filme. Wenn z. B. gewünscht wird, eine 0.050S bis 0.0782 mm dicke PoIvolefinschicht auf eine Seite eines solchen tompenUurempfindlichen Substrates aufzubringen, könnte, um eine zufriedenstellende Verklebung des Polyoletintilmcs mit dem Substrat zu erreichen, dies in folgender Weise ausgeführt werden. Zuerst wird ein Polyolefinfilm einer Dicke von etwa 0.0127 bis 0,254 mm bei einer Schmelztemperatur von etwa 177 bis 232 C exirudicrt. Dieser extrudierte Film wirci dann in Koniakt mn mindestens zwei anderen Filmen /wischen rotierenden Oberflächen gebracht. Diese beiden anderen Filme sind z. B. ein temperaturempfindliches Substrat einer Dicke von mindestens 0.0063 mm, welches direkt über dit Haitewaize läuft und z. B. ein Polyolefinfilm. der aiii der Seite, welche mit dem Substrat Kontakt hat stark oberfiächenbehandelt ist; diese /weile Schieh: hat eine Dicke von etwa 0.0127 bis etwa 0.172 mm Das Substrat und die zweite Schicht werden dircki über die Haltewalze geführt, wobei das Substrat mii der Haltewalze Kontakt hat. Die erste Schicht (odei weitere Schichten, wenn gewünscht), die extrudie u Polyolefinschicht, welche mit der zweiten Polyolefin schicht Kontakt hat und genügend Wärme übertrag!

so daß die entgegengesetzte Oucrflächcnbehandeln Seite der zweiten Schiebt mit dem temperaturemptind liehen Substrat heiß verklebt wird. Bei Durchführung dieser besonderen Ausführungsform der Herstellung

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fines Dreischichtstoffes ist zu bemerken, daß der ex-Irudierte Polyolefinfilm, die erste Schicht, und der lOlyolefinfilm, die zweite Schicht, von gleichem Material sein können, z. B. aus Polyäthylen, so daß eine Bindung zwischen beiden Schichten entstehen würde, leibst wenn die Schmelztemperatur des extrudierten Polyäthylens beträchtlich unter 31O⁰C, der üblichen Temperatur, bei welcher extrudicrtcs Polyäthylen mit einer anderen Schicht heiß verklebt wird, wenn diese eine oxydierte oder behandelte Oberfläche hat, liegt. Bei diesem Beispiel ist es die oxydierte oder oberfiächenbehandelte Seite der zweiten Schicht, welcne mit dem Substrat verklebt wird, und dieses besondere Verkleben zwischen dem Substrat und der zweiten Schicht findet bei Temperaturen zwischen 93 und 149° C statt, was wesentlich unter dem Erweichungsoder Schmelzpunkt vieler temperaturempfmdlicher Substrate ist. Ein Vorteil dieser Ausführungsform der Erfindung ist der, daß beim Extrudieren bestimmter thermoplastischer Polymerisate, die die hohen Extrusionstemperaturen nicht ohne Verschlechterung oder Zersetzung aushalten, wie: ÄthylenVinylacetat-

Copolymerisate, Vinylchlorid. Vinylchlor-Acetat-Copolymcrisate, Styrol, Acrylate u. dgl., auf ein Substrat, gleichgültig, ob es wärmeempfindlich ist oder nicht, eine gute Bindung oder Verklebung mit dem Substrat bei den bei Anwendung der oben beschriebenen oberflächenbehandelten Polyoleiintilinen erforderlich niedrigen Temperaturen stattfindet, ■■■. ährend gleichzeitig die Temperaturen wesentlich unter der Zersetzungstempetatur des F.xtrudates liegen.

ίο Für das Verfahren und die danach erhaltenen Produkte gemäß der Erfindung ergeben sich zahlreiche und verschiedenartige Anwenditngsmöglichkeiteii. Da; Verfahren kann z. B. zur Herstellung von Verpackungs materialien für Lebensmittel oder zur Erzeugung vor Materialien, aus welchen Päckchen, z. B. für Ziga retten, Streichhölzer, Kaugummi und zahlreicht andere Gegenstände gefertigt werden, angewand werden. Ferner ist das Verfahren zur Herstellung vor Sperrschichten für luftdichte und/oder wasserun durchlässige Verpackungen u. dgl. geeignet. Weiten Anwendungsgebiete für das erfindungsgemäße Ver fahren ergaben sich für den Fachmann von selbst

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines heiß verklebten Schichtstoffes aus mindestens drei Schichten, die ίπ ci.icm cm/igen *> iiizenspait vereinigt werden und von denen die auHeη liegende erste Schicht ein thermoplastischer Film ist, wobei jede Schicht aus einem anderen Material besteht als die ihr benachbarte und die für das heiße Verkleben aller Schichten erforderliche Wärme allein aus dem Würmeinhalt einer der Schichten geliefert wird, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h net. daß bei Ausbildung der zweiten Schicht mit geringem Wärmewiderstand die erste Schicht als die die Wärme liefernde Schicht eingesetzt und mit entsprechendem W iirmeinhalt unmittelbar aus dem Extruder in heißem plastischem Zustand angeliefert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der der /weiten und dritten Schicht abgewandlen Seite der ersten Schicht eine \icrte Schicht in demselben Walzenspalt heiß \erklebt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß für den exlrudierten thermoplastischen Film "in Polyolefin, als zweite Schicht eine Metallfolie und als dritte Schicht eine PoIyolelinfolie eingesetzt werden.