Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen,
lösungsmittel- und mastikationsfreien Herstellung von druckempfindlichen Selbst
klebemassen auf Basis nicht-thermoplastischer Elastomerer unter Verwendung von
klebrigmachenden Harzen, typischen Kautschukweichmachern, gegebenenfalls
Füllstoffen und thermisch aktivierbaren Vernetzern und ihrer Beschichtung zur
Herstellung von selbstklebenden Artikeln, insbesondere hoch leistungsfähiger
selbstklebender Bänder.
Für das anwendungstechnische Anforderungsprofil von druckempfindlichen Kleber
systemen und den damit hergestellten Haftklebeartikeln sind die zwei physikalischen
Phänomene Adhäsion und Kohäsion der Haftkleberschichten von grundsätzlichem
Inhalt. Die Adhäsion wird im technischen Sprachgebrauch unter den Begriffen
Sofortklebkraft (Tack) und Klebkraft (Peelstrength) behandelt und beschreibt
definitionsgemäß die Begriffe "selbstklebend", "Haftkleber" und/oder "druckempfind
liche Klebebänder", d. h. die dauerhafte Verklebung unter "leichtem Andruck"
("Pressure Sensitive Adhesives").
Diese Eigenschaft wird insbesondere bei den Haftklebern auf Basis Naturkautschuk
durch Einmischen von klebrigmachenden Harzen (Tackifier) und Weichmachern mit
relativ niedrigen Molekulargewichten erzielt.
Die zweite definitionsgemäße Eigenschaft der Haftkleber ist ihre einfache rückstands
freie Wiederablösbarkeit nach dem Gebrauch. Dieses Verhalten ist im wesentlichen
bestimmt durch die hochmolekularen Kautschukanteile als Elastomerkomponente, die
dem System als Kohäsion (innere Festigkeit) die geforderte Festigkeit bei Scherbean
spruchung verleihen, was insbesondere für den Einsatz der Produkte bei höheren
Temperaturen und/oder mechanischer Belastungen Bedeutung erhält. Durch zusätz
liche Vernetzung, zum Beispiel über ionisierende Strahlen, reaktive Harzkomponenten
oder andere chemische Vernetzer, kann diese Eigenschaft verstärkt werden.
Die Leistungsfähigkeit des Haftklebers ist also im wesentlichen bestimmt durch das
ausgewogene Verhältnis von Adhäsions- und Kohäsions-Eigenschaften und durch
Verträglichkeit, Homogenität und Stabilität der Abmischung von Massebestandteilen
mit extrem hohen und relativ niedrigen mittleren Molekulargewichten, was bei der
Masseherstellung in branchenüblichen Misch- und Knetmaschinen unter Verwendung
von Lösemitteln relativ einfach zu erreichen ist.
Die lösungsmittelfreie Compoundierung und Verarbeitung von Selbstklebemassen hat
sich dagegen im wesentlichen nur für die Verarbeitung von schmelzenden,
sogenannten thermoplastischen Elastomeren durchgesetzt.
Der Masseherstellprozeß wird dabei zumeist in Doppelschneckenextrudern bei
höheren Temperaturen in der Schmelze durchgeführt, die Beschichtung erfolgt
zumeist mittels Breitschlitzdüsen.
Der Vorteil der Verwendung thermoplastischer Elastomerer besteht im wesentlichen in
der Vereinfachung des Streichprozesses. Der Verzicht auf brennbare Lösemittel
macht die Trockneranlagen mit ihrem aufwendigen Energieaufwand für das
Verdampfen und Rückgewinnen der Lösemittel und den Einsatz explosions
geschützter Anlagen überflüssig. Hotmeltbeschichtungsanlagen sind kompakt und
erlauben erheblich höhere Streichgeschwindigkeiten. Zudem handelt es sich um eine
umweltfreundliche Technologie, bei der keine Lösemittelemissionen auftreten.
Für die lösungsmittelfreie Compoundierung thermoplastischer Elastomerer werden
gemäß dem Stande der Technik vorwiegend Blockcopolymeren mit Polystyrol
blockanteilen verwendet. Der Vorteil dieser Substanzklasse besteht darin, daß die im
Polymer befindlichen Polystyroldomänen oberhalb von 100°C erweichen, wobei die
Viskosität der Klebemasse stark abfällt und dadurch die leichte Verarbeitbarkeit
gegeben ist. Nach Abkühlung auf Raumtemperatur bilden sich die Polystyroldomänen
zurück und verleihen den auf thermoplastischen Elastomeren basieren den Haft
klebern eine gewisse Scherfestigkeit.
Die thermoplastischen Elastomeren lassen sich mit klebkraftfördernden Kohlen
wasserstoffharzen im Extruderprozeß einwandfrei compoundieren. Auf diese Weise
läßt sich ein gewünschtes Klebkraftniveau relativ einfach erreichen. Die resultieren
den Haftkleber bleiben jedoch empfindlich gegen Temperaturen oberhalb 40°C.
Kritisch ist dieses verbleibende "Kriechverhalten" für die auf dieser Basis hergestellten
Selbstklebebänder für eine unbegrenzte Lagerstabilität (verblocken der Rollen im
Stapel insbesondere beim Transport in wärmere Klimazonen) und für die Anwendung
bei höheren Arbeitstemperaturen (zum Beispiel als Abdeckbänder in der Automobil
lackierung, wo derartige Bänder trotz Nachvernetzung ihre Funktionsfähigkeit
verlieren, indem der Haftkleber erweicht und die Scherfestigkeit zum Fixieren der
Abdeckmaskenpapiere nicht mehr gewährleistet ist).
Aus diesem Grunde haben sich die bekannten Schmelzhaftkleber auf der Basis von
Blockcopolymeren fast ausschließlich für Verpackungsbänder und Etiketten für den
Einsatz bei Raumtemperaturen durchsetzen können.
Mit nicht-thermoplastischen Elastomeren, wie zum Beispiel Naturkautschuk, lassen
sich hingegen die geforderten Scherfestigkeiten erreichen, aber die lösungsmittelfreie
Herstellung und Verarbeitung von Naturkautschuk-Haftklebern stellt den Fachmann
bis heute vor nicht-gelöste Probleme.
Durch die extrem hochmolekularen Anteile des Kautschuks (mit Mw ≧ 1 Million) sind
lösungsmittelfreie Selbstklebemassen mit der Schmelzhaftklebertechnologie
unverarbeitbar oder aber die verwendeten Kautschuke müssen vor der Verarbeitung
so stark in ihrem Molekulargewicht reduziert (abgebaut) werden, daß sie infolge
dieses Abbaus ihre Eignung für leistungsfähige Selbstklebemassen einbüßen.
Der zielgerichtet durchgeführte technische Prozeß des Kautschukabbaus unter der
kombinierten Einwirkung von Scherspannung, Temperatur, Luftsauerstoff wird in der
Fachliteratur als Mastikation (engl.: mastication) bezeichnet und zumeist im Beisein
chemischer Hilfsmittel durchgeführt, welche aus der Fachliteratur als Mastiziermittel
oder Peptizer, seltener auch als "chemische Plastiziermittel" bekannt sind.
Der Mastikationsschritt ist in der Kautschuktechnologie nötig, um eine Erleichterung
der Aufnahme der Zusatzstoffe zu erzielen.
Die Mastikation ist dabei streng zu unterscheiden von dem sich bei allen üblichen
lösungsmittelfreien Polymertechnologien wie Compoundieren, Fördern und
Beschichten in der Schmelze ergebenden Abbau, der Degradation (engl.:
degradation).
Nichtgesteuerte Degradation stellt oft ein unerwünschtes Phänomen dar. Diese kann
durch das Schaffen einer Schutzgasatmosphäre gering gehalten werden.
Verschiedene Wege zur lösungsmittelfreien Herstellung und Verarbeitung von
Kautschuk-Haftklebern wurden beschrieben.
In dem Patent CA 698 518 wird ein Prozeß beschrieben, wie eine Masseherstellung
durch Zusatz hoher Weichmacheranteile und/oder gleichzeitig starker Mastikation des
Kautschuks zu erreichen ist. Zwar lassen sich nach diesem Verfahren Haftkleber mit
extrem hoher Anfaßklebkraft erzielen, durch den relativ hohen Weichmacheranteil
oder auch den starken Abbau der Molekularstruktur des Elastomers auf ein Molekular
gewichtsmittel von Mw ≦ 1 Million ist die anwendergerechte Scherfestigkeit auch mit
anschließender höherer Vernetzung nur eingeschränkt zu erreichen.
Die Verwendung von Polymerblends, wo neben nicht-thermoplastischem Naturkaut
schuk auch Blockcopolymere im Verhältnis von ca. 1 : 1 eingesetzt werden, stellt im
wesentlichen eine unbefriedigende Kompromißlösung dar, da weder hohe
Scherfestigkeiten beim Einsatz der Selbstklebebänder bei höheren Temperaturen,
noch deutliche Verbesserungen gegenüber der im Patent beschriebenen Eigen
schaften ergibt.
JP 07 324 182 A2 beschreibt ein mehrstufiges Verfahren, in dem ein doppelseitig
kleben des Band eine Haftkleberschicht auf Basis eines Acrylharzklebers und eine
zweite Schicht aus einem Blend aus Isopren-Styrol-Elastomer, Naturkautschuk und
nicht reaktivem Kohlenwasserstoffharz (Arkon P 100) aufweist. Dieses Band dient als
Teppichverlegeband, wo ebenfalls keine erhöhten Anforderungen an die
Scherfestigkeit bei höheren Temperaturen gestellt sind.
Der Einsatz von nicht-thermoplastischen Elastomeren wird ferner beschrieben in JP 95 331 197,
wobei ein Isocyanat-reaktiver Naturkautschuk (Polyisopren gepfropft mit
Maleinsäureester) mit einem mittleren Molekulargewicht unterhalb 1 Million mit
aliphatischen, nichtreaktiven Kohlenwasserstoffharzen Verwendung findet, der mit
blockierten Isocyanaten (zum Beispiel Desmodur CT) vernetzt wird, wobei die
Mischung bei 150°C fünf Minuten lang vorvernetzt wird und nach anschließendem
Ausstreichen auf PET-Folie bei 180°C mehrere Minuten (zum Beispiel 15 Minuten)
lang ausgehärtet wird. Diese Verfahrensweise macht deutlich, wie aufwendig eine
Nachvernetzung zu erreichen ist, wenn der Naturkautschuk einem zu starken Abbau
während des Herstellprozesses unterworfen wird.
In der Patentanmeldung JP 95 278 509 wird ein Selbstklebeband geschützt, bei
welchem der Naturkautschuk auf ein mittleres Molekulargewicht von Mw = 100.000 bis
500.000 mastiziert wird, um eine streichfähige homogene Mischung mit
Kohlenwasserstoff-, Kolophonium/-derivat-, Terpen-Harzen zu erhalten, die zwischen
140°C und 200°C und einer Streichviskosität von 10 bis 50 × 103 cps gut verarbeitbar
sind, die jedoch eine anschließende extrem hohe ESH-Dosis (40 Mrad) erfordern, um
die für den Gebrauch notwendige Scherfestigkeit zu gewährleisten.
Für Trägermaterialien wie imprägnierte und/oder geleimte Papiere sowie
Gewebeträger auf Basis Zellwolle u.ä. ist das System wenig tauglich, da bei den
erforderlich hohen Strahlendosen eine signifikante Trägerschädigung erfolgt.
Der Einsatz von ausschließlich nicht-thermoplastischen Kautschuken als
Elastomerkomponente in der Haftkleberrezeptierung mit dem bestehenden Kosten
vorteil, den zum Beispiel Naturkautschuke gegenüber den handelsüblichen Block
copolymeren aufweisen, und den herausragenden Eigenschaften, insbesondere der
Scherfestigkeit des Naturkautschuks und entsprechender Synthesekautschuke, wird
auch in den Patenten WO 94 11 175, WO 95 25 774, WO 97 07 963 und
entsprechend US 5,539,033, US 5,550,175 ausführlich dargestellt.
Hierbei werden die in der Haftklebertechnik gebräuchlichen Zusätze wie Tackifier-
Harze, Weichmacher und Füllstoffe beschrieben.
Das jeweils offenbarte Herstellungsverfahren basiert auf einem Doppel
schneckenextruder, der bei der gewählten Prozeßführung über Mastikation des
Kautschuks und anschließender stufenweise Zugabe der einzelnen Zusätze mit einer
entsprechenden Temperaturführung die Compoundierung zu einer homogenen
Haftkleberabmischung ermöglicht.
Ausführlich wird der dem eigentlichen Herstellprozeß vorgeschaltete Mastikations
schritt des Kautschuks beschrieben. Er ist notwendig und charakteristisch für das
gewählte Verfahren, da er bei der dort gewählten Technologie unumgänglich für die
nachfolgende Aufnahme der weiteren Komponenten und für die Extrudierbarkeit der
fertig abgemischten Masse ist. Beschrieben wird auch die Einspeisung von
Luftsauerstoff, wie sie von R. Brzoskowski, J.L. und B. Kalvani in Kunststoffe 80 (8),
(1990), S. 922 ff., empfohlen wird, um die Kautschukmastikation zu beschleunigen.
Diese Verfahrensweise macht den nachfolgenden Schritt der Elektronen
strahlenvernetzung (ESH) unumgänglich, ebenso wie den Einsatz von reaktiven
Substanzen als ESH-Promotoren zum Erzielen einer effektiven Vernetzungsausbeute.
Beide Verfahrensschritte sind in den genannten Patenten beschrieben, die gewählten
ESH-Promotoren neigen aber auch zu unerwünschten chemischen Vernetzungs
reaktionen unter erhöhten Temperaturen, dies limitiert den Einsatz bestimmter
klebrigmachender Harze.
Aufgrund der unvermeidbaren hohen Produkttemperaturen verbietet eine
Compoundierung im Doppelschneckenextruder den Einsatz thermisch aktivierbarer
Substanzen, die zur Vernetzung der Klebmassen geeignet sind, wie zum Beispiel
reaktiver (optional halogenierter) Phenolharze, Schwefel- oder Schwefelabspaltender
Vernetzersysteme, weil es wegen der im Prozeß einsetzenden chemischen
Vernetzungsreaktionen zu so erheblicher Viskositätserhöhung kommt, daß die
resultierende Haftklebemasse ihre Streichfähigkeit einbüßt.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß alle bekannten Verfahren sich
durch extrem starken Kautschukabbau auszeichnen. Dieser erfordert bei der
Weiterverarbeitung der Massen zu Selbstklebebändern extreme Vernetzungs
bedingungen und hat außerdem ein teilweise eingeschränktes Anwendungsprofil,
insbesondere für den Einsatz resultierender Selbstklebebänder bei höheren
Temperaturen, zur Folge.
Viele Aggregate zur kontinuierlichen Herstellung und Verarbeitung von lösemittel
freien Polymersystemen sind bekannt. Zumeist finden Schneckenmaschinen wie
Einschnecken- und Doppelschneckenextruder unterschiedlichster Verfahrenslänge
und Bestückung Verwendung. Es werden aber auch kontinuierlich arbeitende Kneter
verschiedenster Bauart, zum Beispiel auch Kombinationen aus Knetern und
Schneckenmaschinen, oder auch Planetwalzenextruder für diese Aufgabe eingesetzt.
Planetwalzenextruder sind seit längerer Zeit bekannt und fanden zuerst Einsatz in der
Verarbeitung von Thermoplasten wie zum Beispiel PVC, wo sie hauptsächlich zum
Beschicken der Folgeeinheiten wie zum Beispiel Kalander oder Walzwerke verwendet
wurden. Durch ihren Vorteil der großen Oberflächenerneuerung für Material- und
Wärmeaustausch, mit dem sich die über Friktion eingebrachte Energie rasch und
effektiv abführen läßt, sowie der geringen Verweilzeit und des engen Verweil
zeitspektrums hat sich ihr Einsatzgebiet in letzter Zeit u. a. auch auf
Compoundierprozesse erweitert, die eine besonders temperaturkontrollierte
Fahrweise erfordern.
Planetwalzenextruder gibt es je nach Hersteller in verschiedenen Ausführungen und
Größen. Je nach gewünschter Durchsatzleistung liegen die Durchmesser der Walzen
zylinder typischerweise zwischen 70 mm und 400 mm.
Planetwalzenextruder haben in der Regel einen Füllteil und einen Compoundierteil.
Der Füllteil besteht aus einer Förderschnecke, auf die sämtliche Feststoff
komponenten kontinuierlich dosiert werden. Die Förderschnecke übergibt das Material
dann dem Compoundierteil. Der Bereich des Füllteils mit der Schnecke ist vorzugs
weise gekühlt, um Anbackungen von Materialien auf der Schnecke zu vermeiden. Es
gibt aber auch Ausführungsformen ohne Schneckenteil, bei denen das Material direkt
zwischen Zentral- und Planetenspindeln aufgegeben wird. Für die Wirksamkeit des
erfindungsgemäßen Verfahrens ist dies aber nicht von Bedeutung.
Der Compoundierteil besteht aus einer angetriebenen Zentralspindel und mehreren
Planetenspindeln, die innerhalb eines Walzenzylinders mit Innenschrägverzahnung
um die Zentralspindel umlaufen. Die Drehzahl der Zentralspindel und damit die
Umlaufgeschwindigkeit der Planetenspindeln kann variiert werden und ist damit ein
wichtiger Parameter zur Steuerung des Compoundierprozesses.
Die Materialien werden zwischen Zentral- und Planetenspindeln beziehungsweise
zwischen Planetenspindeln und Schrägverzahnung des Walzenteils umgewälzt, so
daß unter Einfluß von Scherenergie und äußerer Temperierung die Dispergierung der
Materialien zu einem homogenen Compound erfolgt.
Die Anzahl der in jedem Walzenzylinder umlaufenden Planetenspindeln kann variiert
und somit den Erfordernissen des Prozesses angepaßt werden. Die Spindelanzahl
beeinflußt das freie Volumen innerhalb des Planetwalzenextruders, die Verweilzeit
des Materials im Prozeß und bestimmt zudem die Flächengröße für den Wärme- und
Materialaustausch. Die Anzahl der Planetenspindeln hat über die eingeleitete
Scherenergie Einfluß auf das Compoundierergebnis. Bei konstantem Walzen
zylinderdurchmesser läßt sich mit größerer Spindelanzahl eine bessere Homogenisier-
und Dispergierleistung beziehungsweise ein größerer Produktdurchsatz erzielen.
Die maximale Anzahl an Planetenspindeln, die sich zwischen Zentralspindel und
Walzenzylinder einbauen läßt, ist abhängig vom Durchmesser des Walzenzylinders
und vom Durchmesser der verwendeten Planetenspindeln. Bei Verwendung größerer
Walzendurchmesser, wie sie zum Erzielen von Durchsatzraten im Produktions
maßstab notwendig sind, beziehungsweise kleinerer Durchmesser für die Planeten
spindeln können die Walzenzylinder mit einer größeren Anzahl an Planetenspindeln
bestückt werden. Typischerweise werden bei einem Walzendurchmesser von D=70
mm bis zu sieben Planetenspindeln verwendet, während bei einem Walzendurch
messer von D=200 mm zum Beispiel zehn und bei einem Walzendurchmesser von
D=400 mm beispielsweise 24 Planetenspindeln verwendet werden können.
In diesem Zusammenhang wird auf die Patentanmeldungen beziehungsweise das
Gebrauchsmuster DE 196 31 182, DE 94 21 955, DE 195 34 813, DE 195 18 255, DE 44 33 487
verwiesen, die eine Übersicht zum Stande der Technik auf dem Gebiete
der Planetwalzenextruder darstellen.
So wird darüber hinaus in DE 39 08 415 A1 die Verarbeitung von Gummimischungen
beziehungsweise gummiähnlichen Mischungen mittels Planetwalzenextruder
beschrieben. Vorbatche oder Fertigmischungen werden zum Zwecke einer Weiter
verarbeitung auf Folgeeinrichtungen auf einem Planetwalzenextruder mastiziert und
plastifiziert. Ebenfalls ist die Herstellung von Fertigmischungen im Planetwalzen
extruder beschrieben: Hierbei werden zu den Gummivormischungen Vulkanisationssysteme
und andere Komponenten zudosiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen,
mit dem sich, gegebenenfalls unter Verwendung von thermisch reaktiven
Komponenten, druckempfindliche Selbstklebemassen auf der Basis nicht-thermo
plastischer Elastomere lösemittelfrei kontinuierlich herstellen und gegebenenfalls
inline beschichten lassen, ohne daß der Kautschuk eigenschaftsschädigend mastiziert
werden muß.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren, wie es im Hauptanspruch dargelegt
ist. Gegenstand der Unteransprüche sind dabei vorteilhafte Weiterbildungen des
Verfahrens. Schließlich umfaßt der Erfindungsgedanke auch Selbstklebebänder, die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden.
Demgemäß betrifft die Erfindung ein Verfahren zur kontinuierlichen lösungs
mittelfreien und mastikationsfreien Herstellung von Selbstklebemassen auf Basis von
nicht-thermoplastischen Elastomeren in einem kontinuierlich arbeitenden Aggregat mit
einem Füll- und einem Compoundierteil, bestehend aus den folgenden Schritten
- a) Aufgabe der Festkomponenten der Selbstklebemasse wie Elastomere und
Harze in den Füllteil des Aggregats,
gegebenenfalls Aufgabe von Füllstoffen, Farbstoffen und/oder Vernetzern,
- b) Übergabe der Festkomponenten der Selbstklebemasse aus dem Füllteil in den
Compoundierteil,
- c) Zugabe der Flüssigkomponenten der Selbstklebemasse wie Weichmacher,
Vernetzer und/oder weiterer klebrig machender Harze gegebenenfalls in
geschmolzenem Zustand in den Compoundierteil,
- d) Herstellung einer homogenen Selbstklebemasse im Compoundierteil und
- e) Austragen der Selbstklebemasse.
Als besonders vorteilhaft hat sich die Verwendung eines Planetwalzenextruders als
kontinuierlich arbeitendes Aggregat herausgestellt, wobei dessen Compoundierteil
vorzugsweise zumindest aus zwei, besonders bevorzugt aber aus drei gekoppelten
Walzenzylindern besteht, wobei jeder Walzenzylinder einen oder mehrere separate
Temperierkreise aufweisen kann.
Im Unterschied zu sonst üblichen Herstellungsverfahren erfolgt insbesondere im
Planetwalzenextruder gemäß dem Verfahren vorliegender Erfindung keine eigen
schaftsschädigende Mastikation der nicht-thermoplastischen Elastomeren, da diese
hier nicht separat dem Einfluß hoher Scherenergie unterworfen werden, sondern stets
zusammen mit einer oder mehreren flüssigen Komponenten verarbeitet werden.
Diese Flüssigkomponenten können sowohl Weichmacher wie zum Beispiel Öle sein,
aber auch Harze, die erst während des Compoundierprozesses bei Einwirken von
Scherenergie und/oder äußerer Temperierung aufschmelzen. Durch die Anwesenheit
dieser Flüssigkomponenten wird das Ausmaß an Friktionsenergie derartig limitiert,
daß die Mastikation des Kautschuks, d. h. der Molekulargewichtsabbau der
Elastomeren, sowie hohe resultierende Compoundierungstemperaturen vermieden
werden können.
Zudem weisen Planetwalzenextruder außerordentlich große Flächen auf, an denen es
zum Materialabtausch und Oberflächenerneuerung kommt, mit der die über Friktion
eingebrachte Scherenergie schnell abgeführt werden kann und auf diese Weise
unerwünscht hohe Produkttemperaturen vermieden werden.
Der Füllteil des Walzenzylinders besteht aus einer Förderschnecke, auf die sämtliche
Feststoffkomponenten kontinuierlich dosiert werden. Die Förderschnecke übergibt das
Material dann dem Compoundierteil. Der Bereich des Füllteils mit der Schnecke ist
vorzugsweise gekühlt, um Anbackungen von Materialien auf der Schnecke zu
vermeiden. Es gibt aber auch Ausführungsformen ohne Schneckenteil, bei denen das
Material direkt zwischen Zentral- und Planetenspindeln aufgegeben wird. Für die
Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dies aber nicht von Bedeutung.
Die Anzahl der Planetenspindeln hat, wie bereits ausgeführt, über die eingeleitete
Scherenergie Einfluß auf das Compoundierergebnis: Bei konstantem Walzen
zylinderdurchmesser läßt sich mit größerer Spindelanzahl eine bessere Homogenisier-
und Dispergierleistung beziehungsweise ein größerer Produktdurchsatz erzielen.
Gemäß vorliegender Erfindung sind zum Erzielen eines guten Verhältnisses von
Compoundiergüte zu Produktrate vorzugsweise mindestens die Hälfte, besonders
bevorzugt sogar mindestens 3/4 der möglichen Anzahl an Planetenspindeln
einzusetzen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es vorteilhaft, einen Planetwalzenextruder
zu verwenden, dessen Compoundierteil durch Zusammenschalten von mindestens
zwei Walzenzylindern verlängert ist. Zum einen ist dadurch trotz Anwesenheit
friktionsreduzierender Komponenten zur Vermeidung der Kautschukmastikation ein
vollständiges Aufschließen der Elastomerkomponenten sowie die gewünschte
Homogenisier- und Dispergierleistung bei wirtschaftlichen Durchsatzraten möglich;
zum anderen ermöglicht das Zusammenschalten vorzugsweise separat temperierter
Walzenzylinder eine ausgewogene Temperaturführung des Prozesses, die die
Verwendung von thermisch aktivierbaren Vernetzersystemen erlaubt.
Während im vorderen Compoundierteil des Planetwalzenextruders die Walzenzylinder
vorteilhafterweise mit Temperaturen oberhalb des Schmelzpunkts der verwendeten
Harze beheizt werden, wird der hintere Compoundierteil vorteilhafterweise zum
Absenken der Produkttemperatur gekühlt. Dadurch wird die Verweilzeit der
Selbstklebemasse bei höheren Temperaturen möglichst kurz gehalten, so daß eine
Aktivierung der in der Selbstklebemasse enthaltenen thermischen Vernetzersysteme
vermieden wird.
Selbstverständlich kann jeder Walzenzylinder hinsichtlich Anzahl und Art der
Planetenspindeln unterschiedlich bestückt sein und so den jeweiligen rezepturiellen
und verfahrenstechnischen Anforderungen angepaßt sein.
Zwischen zwei zusammengeschalteten Walzenzylindern befindet sich im allgemeinen
ein Anlaufring, durch dessen freien Querschnitt die Zentralspindel führt und der die
Planetenspindeln eines Walzenzylinders ortsfest hält. Anlaufringe können
verschiedene freie Querschnitte aufweisen, womit der Rückstau des Produkts und
damit der Füllgrad beziehungsweise das Ausmaß an Scherenergie variiert und an die
Prozeßanforderungen angepaßt werden kann. Zusätzlich können die Anlaufringe mit
radialen Bohrungen versehen sein, über die Flüssigkeiten wie zum Beispiel
Weichmacheröle oder auch Schutzgase wie Stickstoff, Argon, Kohlendioxid o. ä. dem
Compoundierteil des Planetwalzenextruders zugeführt werden können.
Die Zentralspindel sowie jeder Walzenzylinder sollte vorzugsweise über einen oder
mehrere separate Temperier- beziehungsweise Kühlkreise verfügen, um ein
Temperaturregime zu ermöglichen, das den Einsatz thermisch aktivierbarer
Vernetzungssysteme erlaubt. In Fällen, wo dies nicht erforderlich ist, können die
Temperierkreise zusammengeschalteter Walzenzylinder auch miteinander verbunden
werden, um die Anzahl an Temperiergeräten möglichst gering zu halten.
Im Sinne der Erfindung sollten der Füllteil des Planetwalzenextruders und die
Zentralspindel vorzugsweise nicht beheizt, sondern gekühlt werden, um ein Anbacken
von Material auf der Füllschnecke zu vermeiden sowie einen effektiven Wärme
austausch mit der Klebemasse zu gewährleisten.
Im Verfahren gemäß vorliegender Erfindung werden alle Feststoffkomponenten wie
Elastomere, Füll- und Zuschlagstoffe, Harze, Alterungsschutzmittel usw. gemeinsam
in den Einfüllbereich des Planetwalzenextruders eindosiert. Dabei können diese
Stoffe sowohl als jeweils separate Komponenten, wie auch als gemeinsamer Premix
oder auch als Teilvormischungen dem Compoundieraggregat zugegeben werden. Die
Dosierung der Komponenten als Premix eignet sich besonders, wenn die
Komponenten ähnliche Darreichungsformen beziehungsweise ähnliche Schüttdichten
aufweisen, so daß sich auf diese Weise die Anzahl der Dosiersysteme gering halten
läßt. Premixe lassen sich auf einfache Weise zum Beispiel in Pulvermischern
herstellen. Zur Dosierung der einzelnen Festkomponenten eignen sich volumetrisch
und gravimetrisch arbeitende Dosiersysteme in gängigen Ausführungen. Auch besteht
die Möglichkeit, die Flüssigkomponenten oder auch nur Teile hiervon, wie zum
Beispiel Weichmacheröl, einem Premix zuzugeben.
Die zudosierten Materialien werden von der Schnecke des Füllteils in den ersten
Walzenzylinder des Planetwalzenextruders transportiert. Zwischen jedem Walzen
zylinder können über Bohrungen in den Anlaufringen flüssige Komponenten wie zum
Beispiel Weichmacheröle, Weichharze oder Harzschmelzen zugegeben werden. Über
die Menge an Flüssigkeit, die bereits vor Einfluß an Scherenergie zugegeben wird,
lassen sich sowohl Abbaugrad der Elastomere wie auch Compoundierungstemperatur
der druckempfindlichen Klebemasse beeinflussen. Beispielsweise wird ein besonders
geringer Molekulargewichtsabbau der Elastomeren erhalten, wenn ein flüssiger
Weichmacher bereits dann zugegeben wird, wenn noch keinerlei Einfluß von
Friktionsenergie erfolgte, also dieser entweder einem Feststoffpremix zugegeben
wird, oder das Weichmacheröl zwischen Füllschnecke und erstem Walzenzylinder
kontinuierlich zudosiert wird. Auch ein Aufteilen der Flüssigkomponenten als
sogenannter split-feed über die Verfahrenslänge ist möglich und ist ein weiterer
Parameter zur Steuerung des Prozesses hinsichtlich Elastomerabbau und
Produkttemperatur.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Herstellung von hochleistungsfähigen
Selbstklebemassen und insbesondere im Verbund mit einer nachgeschalteten
Beschichtungs- und Vernetzungseinheit die Herstellung von hochleistungsfähigen
Selbstklebebändern unter Erlangung besonderer Kostenvorteile.
Es besteht im wesentlichen aus den bereits dargelegten Verfahrensschritten, welche
optional unter einet Schutzgasatmosphäre zur Vermeidung von oxidativem Polymer
abbau durchgeführt werden können.
Im ersten Verfahrensschritt wird eine Masse aus den Elastomeren und den für die
Herstellung von selbstklebenden Massen benötigten bekannten Zuschlagstoffen wie
Füllstoffe, Alterungsschutzmittel, Weichmacher und Klebharze in einem Planet
walzenextruder lösungsmittelfrei hergestellt, wobei die Masse eine Endtemperatur von
weniger als 150°C, bevorzugt weniger als 130°C, ganz besonders bevorzugt
zwischen 70°C und 110°C aufweist. Die Gesamtverweilzeit der Masse im
Planetwalzenextruder sollte nicht einen Wert von drei Minuten überschreiten. Die
resultierende Hotmelt-Klebmasse weist eine Viskosität zwischen 300 und 1500 Pa.s,
insbesondere eine Viskosität zwischen 800 und 1200 Pa.s bei 130°C und einem
Schergefälle von 100 rad/s auf.
Im zweiten, vorteilhafterweise im Verbund mit dem Compoundierschritt im
Planetwalzenextruder erfolgenden Verfahrensschritt wird die erfindungsgemäß
hergestellte, druckempfindliche Hotmelt-Klebemasse mit einem Auftragswerk auf
einen bahnförmigen Träger lösemittelfrei beschichtet.
Je nach Viskosität der Selbstklebemasse eignen sich verschiedene Verfahren zur
Beschichtung der bahnförmigen Materialien. Selbstklebemassen mit Viskositäten bis
5000 Pa.s bei einem Schergefälle von 1 rad/s, wie sie beispielsweise bei Verwendung
höherer Anteile an Weichmacherölen oder durch Zusatz von thermoplastischen
Elastomeren zu den nicht-thermoplastischen Elastomeren erhalten werden, lassen
sich mittels einer dem Planetwalzenextruder nachgeschalteten Extrusionsdüse
beschichten, und zwar wird bevorzugt als Extrusionsdüse eine Kleiderbügel
verteilkanaldüse eingesetzt. Um einen definierten, vollflächigen Masseauftrag auf
dem bahnförmigen Material zu erhalten, ist es vorteilhaft, daß die Selbstklebemasse
vor Eintritt in die Beschichtungsdüse einer Entgasung unterworfen wird, was
besonders wichtig ist im Falle der Verwendung von Schutzgasen während des
Compoundierprozesses im Planetwalzenextruder.
Gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erfolgt die Entgasung unter
Einfluß von Vakuum vorzugsweise in Schneckenmaschinen, die zugleich die Druck
verluste der Rohrleitungen und Beschichtungsdüse überwinden können. Hierfür
werden Einschneckenextruder besonders bevorzugt, die zudem über eine Druck
regelung verfügen, so daß die Beschichtung der bahnförmigen Trägermaterialien mit
Masseaufträgen sehr geringer Schwankungsbreite erfolgen kann.
Eine weitere Möglichkeit zur Beschichtung der bahnförmigen Trägermaterialien mit
der nach erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Selbstklebemasse ist die Ver
wendung von Walzenbeschichtungsauftragswerken oder Mehrwalzen-Beschichtungs
kalandern, die aus vorzugsweise drei, besonders bevorzugt aus vier Beschichtungs
walzen bestehen, wobei die Selbstklebemasse bei Durchgang durch einen oder
mehrere Walzenspalte vor Übergabe auf das bahnförmige Material auf die
gewünschte Dicke geformt wird. Dieses Beschichtungsverfahren wird besonders dann
bevorzugt, wenn die Viskositäten der Selbstklebemasse Werte von 5000 Pa.s bei
einem Schergefälle von 1 rad/s übersteigt, da dann eine Beschichtung mit Extrusions
düsen nicht mehr die erforderte Genauigkeit im Masseauftrag liefert.
Je nach Art des zu beschichtenden bahnförmigen Trägermaterials kann die Beschich
tung im Gleichlauf- oder Gegenlaufverfahren erfolgen.
Die Beschichtung ist auf Walzenbeschichtungsauftragswerken oder Mehrwalzen-
Beschichtungskalandern bei Temperaturen unterhalb von 100°C möglich, so daß
auch Selbstklebemassen beschichtet werden können, die thermisch aktivierbare
Vernetzer enthalten. Zum Zwecke erhöhter Gasblasenfreiheit der beschichteten
Klebmasse kann zwischen Planetwalzenextruder und Auftragswerk eine Vakuument
gasung, zum Beispiel eine Vakuumkammer, ein Entgasungsextruder oder ähnliches
installiert sein.
Vorteilhafterweise im Verbund mit Masseherstellung und Beschichtung erfolgt in
einem dritten Verfahrensschritt die Vernetzung der Selbstklebemasse auf dem Träger
durch ionisierende Strahlung, wie zum Beispiel Elektronenstrahlen, so daß das
resultierende Selbstklebeband scherfest und temperaturstabil wird. Auch UV-Strahlen
können für die Vernetzung eingesetzt werden, hierbei müssen der Selbstklebemasse
entsprechende UV-Promotoren zugesetzt werden.
Für eine darüber hinaus verbesserte Leistungsfähigkeit oder im Falle ESH-sensibler
Träger kann die Vernetzung auch durch thermisch aktivierbare Vernetzer unter
Temperatureinwirkung erfolgen.
Die hierzu notwendige Erwärmung der druckempfindlichen Hotmelt-Klebemasse kann
mit Hilfe der vorbekannten Techniken erfolgen, insbesondere mit Hilfe von Hoch
temperatur-Kanälen, aber auch mit Hilfe von Infrarot-Strahlern oder mittels hoch
frequenter magnetischer Wechselfelder, beispielsweise HF- UHF- oder Mikrowellen.
Die Vernetzung der druckempfindlichen Hotmelt-Klebemasse kann weiterhin mittels
einer Kombination von ionisierender Strahlung und thermisch aktivierbaren
chemischen Vernetzern durchgeführt werden.
Es resultiert eine sehr scherfeste druckempfindliche Selbstklebemasse, die in ihren
Eigenschaften gleichartigen, im Lösemittelverfahren hergestellten Selbstklebemassen
vergleichbar ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sind fast ausnahmslos alle vorbekannten und
in der Literatur beschriebenen Komponenten von kautschukbasierenden Selbstklebe
massen lösemittelfrei verarbeitbar.
Vorteilhafterweise ist das nicht-thermoplastische Elastomer gewählt aus der Gruppe
der Naturkautschuke oder der Synthesekautschuke oder es besteht aus einem
beliebigen Blend aus Naturkautschuken und/oder Synthesekautschuken, wobei der
Naturkautschuk oder die Naturkautschuke grundsätzlich aus allen erhältlichen
Qualitäten wie zum Beispiel Crepe-, RSS-, ADS-, TSR- oder CV-Typen, je nach
benötigtem Reinheits- und Viskositätsniveau, und der Synthesekautschuk oder die
Synthesekautschuke aus der Gruppe der statistisch copolymerisierten Styrol-Bu
tadien-Kautschuke (SBR), der Butadien-Kautschuke (BR), der synthetischen
Polyisoprene (IR), der Butyl-Kautschuke (IIR), der halogenierten Butyl-Kautschuke
(XIIR), der Acrylatkautschuke (ACM), der Etylen-Vinylacetat-Copolymeren (EVA) und
der Polyurethane und/oder deren Blends gewählt werden können.
Weiterhin vorzugsweise können den nicht-thermoplastischen Elastomeren zur Ver
besserung der Verarbeitbarkeit thermoplastische Elastomere mit einem Gewichts
anteil von 10 bis 50 Gew.-% zugesetzt werden, und zwar bezogen auf den
Gesamtelastomeranteil.
Stellvertretend genannt seien an dieser Stelle vor allem die besonders verträglichen
Styrol-Isopren-Styrol- (SIS) und Styrol-Butadien-Styrol- (SBS) -Typen.
Als klebrigmachende Harze sind ausnahmslos alle vorbekannten und in der Literatur
beschriebenen Klebharze einsetzbar. Genannt seien stellvertretend die Kolophonium
harze, deren disproportionierte, hydrierte, polymerisierte, veresterte Derivate und
Salze, die aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffharze, Terpenharze und
Terpenphenolharze. Beliebige Kombinationen dieser und weiterer Harze können
eingesetzt werden, um die Eigenschaften der resultierenden Klebmasse wunsch
gemäß einzustellen. Auf die Darstellung des Wissensstandes im "Handbook of
Pressure Sensitive Adhesive Technology" von Donatas Satas (van Nostrand, 1989)
sei ausdrücklich hingewiesen.
Als Weichmacher können alle aus der Klebebandtechnologie bekannten weich
machenden Substanzen eingesetzt werden. Dazu zählen unter anderem die
paraffinischen und naphthenischen Öle, (funktionalisierte) Oligomere wie
Oligobutadiene, -isoprene, flüssige Nitrilkautschuke, flüssige Terpenharze, pflanzliche
und tierische Öle und Fette, Phthalate, funktionalisierte Acrylate.
Zum Zwecke der thermisch induzierten chemischen Vernetzung sind bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren alle vorbekannten thermisch aktivierbaren chemischen
Vernetzer wie beschleunigte Schwefel- oder Schwefelspendersysteme, Isocyanat
systeme, reaktive Melamin-, Formaldehyd- und (optional halogenierter) Phenol-
Formaldehydharze beziehungsweise reaktive Phenolharz- oder Diisocyanat
vernetzungssysteme mit den entsprechenden Aktivatoren, epoxidierte Polyester- und
Acrylat-Harze sowie deren Kombinationen einsetzbar.
Die Vernetzer werden vorzugsweise aktiviert bei Temperaturen über 50°C,
insbesondere bei Temperaturen von 100°C bis 160°C, ganz besonders bevorzugt
bei Temperaturen von 110°C bis 140°C.
Die thermische Anregung der Vernetzer kann auch durch IR-Strahlen oder hoch
energetische Wechselfelder erfolgen.
Des weiteren ist vom Erfindungsgedanken auch ein Selbstklebeband umfaßt, das
unter Zuhilfenahme der druckempfindlichen Haftschmelzklebemasse hergestellt wird,
indem auf ein bahnförmiges Material zumindest einseitig die Selbstklebemasse
aufgetragen wird.
Als bahnförmige Trägermaterialien für die erfindungsgemäß hergestellten und
verarbeiteten Selbstklebemassen sind je nach Verwendungszweck des Klebebandes
alle bekannten Träger, gegebenenfalls mit entsprechender chemischer oder
physikalischer Oberflächenvorbehandlung der Streichseite sowie antiadhesiver
physikalischer Behandlung oder Beschichtung der Rückseite geeignet. Genannt seien
beispielsweise gekreppte und ungekreppte Papiere, Polyethylen-, Polypropylen-,
mono- oder biaxial orientierte Polypropylenfolien, Polyester-, PVC- und andere Folien,
bahnförmige Schaumstoffe, beispielsweise aus Polyethylen und Polyurethan,
Gewebe, Gewirke und Vliese.
Schließlich kann das bahnförmige Material ein beidseitig antiadhäsiv beschichtetes
Material sein wie Trennpapiere oder Trennfolien.
Die Dicke der Selbstklebemasse auf dem bahnförmigen Material kann zwischen 10
µm und 2000 µm betragen, vorzugsweise zwischen 15 µm und 150 µm.
Schließlich kann auf einem Trennpapier die Selbstklebemasse in einer Dicke von 800
µm bis 1200 µm aufgetragen sein. Eine derartige Klebmassenschicht ist,
insbesondere nach Vernetzung, als trägerloses doppelseitiges Selbstklebeband
vielseitig anwendbar.
Aufgrund des hohen Molekulargewichts der nichtmastizierten Elastomere besteht mit
dem erfindungsgemäßen Verfahren erstmalig die Möglichkeit, entweder vollständig
auf eine Vernetzung der druckempfindlichen Klebemasse verzichten zu können oder
aber eine effektive Vernetzung, die zum Beispiel Hochtemperaturanwendungen der
nach diesem Verfahren hergestellten Klebebänder erlaubt, über energiereiche
Strahlung durchführen zu können, ohne daß dafür Promotoren erforderlich sind.
Weiterhin ist durch die Temperaturführung auf niedrigem Niveau jetzt auch erstmalig
die Verwendung von thermisch aktivierbaren Vernetzern bei der Herstellung von
lösungsmittelfreien Selbstklebemassen auf der Basis nicht-thermoplastischer
Elastomere möglich.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Selbstklebemassen sind
hoch scherfest. Die eingesetzten Kautschuke werden nicht einer Mastikation
unterworfen, allerdings treten in den einzelnen Verfahrensschritten Degradations
prozesse auf, die die Eigenschaften der Selbstklebemasse aber nicht nachhaltig
verschlechtern. Darüber hinaus sind diese Prozesse durch da erfindungsgemäß
Verfahren eingeschränkt und beherrschbar.
Anhand der folgenden Beispiele soll die Erfindung näher beschrieben werden, ohne
damit die Erfindung einschränken zu wollen.
Die eingesetzten Prüfmethoden sind im folgenden kurz charakterisiert:
Die Klebkraft (Schälfestigkeit) der Massen wurde nach AFERA 4001 bestimmt.
Die Scherfestigkeit der untersuchten Klebmassen wurde nach PSTC 7 (Holding
Power) bestimmt. Alle angegebenen Werte wurden bei Raumtemperatur und den
angegebenen Belastungen von 10 oder 20 N, mit einer Verklebungsfläche von 20 × 13
mm2 bestimmt. Die Ergebnisse sind in Minuten Haltezeit angegeben.
In den Beispielen wurde ein Planetwalzenextruder der Firma ENTEX Rust & Mitschke
verwendet. Der Durchmesser eines Walzenzylinders betrug 70 mm, seine
Verfahrenslänge ist zwischen 400 mm und 1200 mm variiert worden.
Eine der Planetwalzenextruder-Konfigurationen, wie sie in den nachfolgenden
Beispielen verwendet wurde, zeigt Fig. 1.
Der Planetwalzenextruder hat einen Füllteil (2) und einen Compoundierteil (5), der aus
drei hintereinander geschalteten Walzenzylindern (5a-5c) bestand. Innerhalb eines
Walzenzylinders tauschen die durch die Umdrehung der Zentralspindel (6)
angetriebenen Planetenspindeln (7) die Materialien zwischen Zentralspindel (6) und
Planetenspindeln (7) beziehungsweise zwischen Planetenspindeln (7) und der
Wandung des Walzenzylinders (5a-5c) ab. Die Drehzahl der Zentralspindel (6) konnte
stufenlos bis 110 Umdrehungen pro Minute eingestellt werden.
Am Ende jedes Walzenzylinders (5a-5c) befindet sich ein Anlaufring (8), der die
Planetenspindeln (7) ortsfest hält.
Über die Füllöffnung (1) wurden alle Feststoffkomponenten der lösungsmittelfreien
Selbstklebemasse wie Elastomere, Harze, Füllstoffe, Antioxidantien usw. auf die
Förderschnecke (3) des Füllteils (2) des Planetwalzenextruders dosiert. Die
Förderschnecke (3) übergibt die Materialien danach auf die Zentralspindel (6) des
ersten Walzenzylinders (5a). Zur Verbesserung des Materialeinzugs zwischen
Zentralspindel (6) und Planetenspindeln (7) wurden im ersten Walzenzylinder (5a)
sechs Planetenspindeln (7) mit alternierend unterschiedlichen Längen verwendet.
Die innen hohle Förderschnecke (3) und Zentralspindel (6) sind kraftschlüssig
miteinander verbunden und besitzen einen gemeinsamen Temperierkreis. Jeder
Walzenzylinder (5a-5c) des Compoundierteils (5) verfügte über zwei separate
Temperierkreise. Über einen weiteren Temperierkreis wurde das Füllteil (2) gekühlt.
Als Temperiermedium wurde Druckwasser verwendet, die Kühlung erfolgte mit
Kühlwasser von 15°C bis 18°C.
Die separate Dosierung von Flüssigkeiten wie Weichmacheröl beziehungsweise
Vernetzer erfolgte über den Einspritzring (4) vorm ersten Walzenzylinder (5a)
beziehungsweise über die mit Bohrungen versehenen Anlaufringe (8a, 8b) oder in
Kombination beider Möglichkeiten.
Die Temperatur der Selbstklebemasse wurde mittels Einstechfühler im Produktaustritt
(9) ermittelt.
Weiterhin soll das erfindungsgemäße Verfahren mittels weiterer Figuren näher
erläutert werden, ohne damit die Erfindung unnötig einschränken zu wollen. Es zeigen
Fig. 2 den Weg des Selbstklebemasse aus dem vorgeschalteten
Aggregat, vorzugsweise einem Planetwalzenextruder bis zur
Beschichtung auf ein Trägermaterial und
Fig. 3 eine Übersicht über das gesamte Verfahren in einer besonders
vorteilhaften Ausführungsform.
Gemäß Fig. 2 kommt der Strang (11) der Selbstklebemasse aus dem
vorgeschalteten Aggregat, vorzugsweise einem Planetwalzenextruder, in einen
Förderextruder (12). In diesem wird die Selbstklebemasse über eine Öffnung (16) mit
Hilfe von Vakuum von Luft befreit und in eine Beschichtungsdüse mit einen
Kleiderbügelverteilkanal (13) gefördert, mit der die Selbstklebemasse auf das über
eine Kühlwalze (14) laufende Trägermaterial (15) aufgetragen wird.
Die Fig. 3 bietet schließlich eine Übersicht über das gesamte Verfahren in einer
besonders vorteilhaften Ausführungsform. Im ersten Verfahrensschritt erfolgt dabei
die Compoundierung der Selbstklebemasse (28) in einem Planetwalzenextruder (21).
Die fertige Selbstklebemasse (28) wird in eine Schmelzepumpe (22) gefördert, die die
Selbstklebemasse (28) in ein Walzenauftragswerk überführt.
Nach Compoundierung unter Schutzgasatmosphäre befindet sich zum Zwecke des
Erzielens einer luftblasenfreier Selbstklebemasse (28) zwischen Schmelzepumpe (22)
und Walzenauftragswerk ein Entgasungsextruder (23).
Das Walzenauftragswerk wird gebildet von einer Dosierwalze (24), einer Rakelwalze
(25), die die Dicke der Selbstklebeschicht (28) auf dem Trägermaterial (29) bestimmt
und einer Übertragungswalze (26). Auf einer Auflegewalze (27) werden schließlich die
Selbstklebemasse (28) und das Trägermaterial (29) zusammengeführt und bilden
somit ein Laminat (30).
Beispiele
Vergleichsbeispiele 1 bis 3
Die Effizienz eines Planetwalzenextruders hinsichtlich des erzielbaren Durchsatzes
bei Verwendung von mehreren hintereinander geschalteten Walzenzylindern für das
erfindungsgemäße Verfahren der lösungsmittelfreien Herstellung von Selbstklebe
massen auf Basis nicht-thermoplastischer Elastomeren zeigen Vergleichsbeispiele 1
bis 3. Verwendet wurde ein Planetwalzenextruder wie in Fig. 1 prinzipiell
beschrieben. Mit gleicher Rezeptur und unter sonst konstanten Bedingungen wurde
der Planetwalzenextruder jeweils mit ein, zwei oder drei Walzenzylindern betrieben,
wobei jeder Walzenzylinder mit 6 Planetenspindeln bestückt war und zwischen jedem
Walzenzylinder ein Anlaufring mit einem freien Querschnitt von 44 mm verwendet
wurde. Die Drehzahl der Zentralspindel wurde auf 100 Umdrehungen/min eingestellt.
Es wurde die maximale Produktrate (Qmax) für jede Planetwalzenextruder-
Konfiguration ermittelt, bis zu der ein homogener Compound erhalten wurde.
In den Beispielen 1 bis 3 wurde die Rezeptur A verwendet. In diesem und allen
folgenden Beispielen wurden die nicht-thermoplastischen Elastomeren in
Granulatform mit mittleren Teilchengrößen von 8 mm verwendet. Um das Granulat
dosierfähig zu halten, wurde es talkumiert. Zur Granulatherstellung wurde eine
Schneidmühle der Fa. Pallmann verwendet.
Aus sämtlichen Rezepturkomponenten wurde in einem 50-kg-Pulvermischer ein
Premix hergestellt, der über einen volumetrisch arbeitenden Dosier in den Füllteil des
Planetwalzenextruders dosiert wurde. Die Temperierkreise für die Zentralspindel und
das Füllteil (TK1 und TK2) waren wassergekühlt, jedes Walzenteil wurde mit 100°C
beheizt. Die Tabelle zeigt in Abhängigkeit der Anzahl an Walzenzylindern die maximal
erzielten Produktraten.
Beispiel 4
Zur Herstellung von Masking tapes auf Papierträgerbasis diente die Rezeptur A aus
den Beispielen 1-3. Die Masse wurde analog Beispiel 3 im Planetwalzenextruder
hergestellt. Die Masseaustrittstemperatur betrug 112°C.
Die so erhaltene Klebmasse wurde unmittelbar nach dem Herstellprozeß auf einen
schwachgekreppten, nach branchenüblichen Verfahren imprägnierten, mit bekannten
Release- und Primerschicht ausgerüsteten Papierträger, welcher ein Flächengewicht
von 68 g/m2 aufweist, mit einer Schichtdicke von 40 µm aufgebracht.
Die Beschichtung der Klebemasse erfolgte mit Hilfe eines 4-Walzen
kalanderauftragswerkes der Fa. Farrel in einer Arbeitsbreite von 1200 mm mit
Massezuführung durch einen Einschneckenförderextruder. Die Beschichtung erfolgte
im Gleichlauf, d. h. mit Hilfe einer bahnführenden Anlegewalze (Gummi) wurde von der
dritten auftragsbestimmenden Kalanderwalze der Klebstoffauftrag auf das gekreppte
Papier übertragen.
Der aus einem Förderextruder austretende Klebstoff wurde mit Hilfe eines
Förderbandes changierend in den oberen Walzenspalt des Kalanders gefördert.
Durch den eingestellten Spalt zwischen den beiden oberen Walzen des Kalanders
wird eine Massevordosierung erreicht, die einen etwa 2 bis 3 cm dicken Klebstoff-Film
erzeugt. Dieser vorgeformte Massefilm wird durch die dritte Walze abgenommen und
durch den zur dritte Walze eingestellten Spalt auf den gewünschten Masseauftrag
ausgeformt. Die dritte Walze übergibt mit Bahngeschwindigkeit im Gleichlauf an das
über eine Anlegewalze geführte Substrat.
Zwischen den Walzen wurde eine Differenzgeschwindigkeit eingestellt im Verhältnis
6 : 1. Alle Walzen waren auf 113°C temperiert. Die Beschichtungsgeschwindigkeit
betrug 150 m/min.
Das so erhaltene Klebeband weist eine Klebkraft von 3,5 N/cm, Scherstandzeiten
(10N) von < 1000 min, und eine Eignung als Abdeckband mit kurzzeitiger
Temperaturbelastbarkeit bis zu 80°C auf.
Die auf dem so erhaltenen Klebeband aufgebrachte Klebmasse wurde nach der
Beschichtung durch Elektronenstrahlen vernetzt. Die Bestrahlung wurde an einem
Scanning-Beschleuniger der Fa. POLYMER PHYSIK Tübingen bei einer
Beschleunigungsspannung von 175 kV und einer Strahlendosis von 20 kGy
durchgeführt.
Bei unveränderter Klebkraft erhöhten sich die nach gleicher Weise gemessenen
Scherstandzeiten (10N) auf < 5000 min, und das resultierende Band wies eine
Eignung als Abdeckband mit kurzzeitiger Temperaturbelastbarkeit bis zu 120°C auf.
Beispiel 5
Zur Herstellung eines Hochtemperatur-Masking tapes auf Papierträgerbasis diente die
folgende Beispielrezeptur B.
Die Masseherstellung erfolgte in einem Planetwalzenextruder gemäß Fig. 1 mit drei
Walzenzylindern. Der erste Walzenzylinder wurde mit sechs, der zweite und dritte
Walzenzylinder jeweils mit sieben Planetenspindeln bestückt. Als
Zentralspindeldrehzahl wurden 110 rpm gewählt.
Die Temperierkreise 1 bis 3 und 7 bis 8 wurden mit Kühlwasser von 18°C betrieben,
die Temperierkreise 4 bis 6 wurden mit 95°C beheizt. Die Masseaustrittstemperatur
wurde zu 99°C bestimmt.
Alle Komponenten wurden zu einem Premix vorgemischt und in den Füllteil des
Planetwalzenextruders kontinuierlich mit einer Rate von 66 kg/h zudosiert.
Die so erhaltene Klebmasse wurde unmittelbar nach dem Herstellprozeß auf einen
mittelgekreppten, nach branchenüblichen Verfahren imprägnierten, mit bekannten
Release- und Primerschichten ausgerüsteten Papierträger, welcher ein
Flächengewicht von 85 g/m2 aufwies, mit einer Schichtdicke von 55 µm aufgebracht.
Die Beschichtung der Klebemasse analog Beispiel 4 in einer Arbeitsbreite von 500
mm. Alle Walzen waren auf 113°C temperiert. Die Beschichtungsgeschwindigkeit
betrug 60 m/min.
Die auf dem so erhaltenen Klebeband aufgebrachte Klebmasse wurde nach der
Beschichtung durch Elektronenstrahlen gemäß Beispiel 4 vernetzt. Die Strahlendosis
betrug 25 kGy.
Das so erhaltene Klebeband wies eine Klebkraft von 4,5-5 N/cm, Scherstandzeiten
(10N) von größer 10 000 min, und eine Eignung als Abdeckband mit kurzzeitiger
Temperaturbelastbarkeit bis zu 140°C auf.
Beispiel 6
Der Kleber des gemäß Beispiel 5 hergestellten Klebebandes wurde nicht mit
Elektronenstrahlen, sondern unter Einwirkung von Temperatur chemisch vernetzt.
Die Vernetzung erfolgte in einem Vulkanisationskanal mit effektiver Verweilzeit von
4 min/120°C.
Die Temperaturbelastbarkeit des so erhaltenen Bandes erhöhte sich auf 160°C.
Beispiel 7
Zur Herstellung von Verpackungsband-Prototypen auf Folienbasis diente die folgende
Beispielrezeptur C.
Die oben genannten Komponenten wurden separat über volumetrisch arbeitende
Dosiersysteme dem Füllteil des Planetwalzenextruders kontinuierlich zugeführt. Die
Verfahrensparameter entsprachen ansonsten Beispiel 4. Die Produktaustritts
temperatur wurde zu 122°C gemessen.
Die so erhaltene Klebmasse wurde unmittelbar nach dem Herstellprozeß auf eine
branchenübliche 30 µm starke BOPP-Folie, welche mit einer branchenüblichen
Primerschicht auf Isocyanatbasis und einer branchenüblichen Releaseschicht auf
Carbamatbasis versehen ist, mit einer Schichtdicke von 20 µm aufgebracht.
Die aus einem Förderextruder austretende Klebstoffmasse wurde mit Hilfe eines
biegesteifen 2-Walzenauftragswerks beschichtet. Die Beschichtung des Klebefilms
auf die geprimerte Folienseite erfolgte direkt. Zwischen der ersten und der zweiten
bahnführenden Beschichtungswalze wurde gemäß der Auftragsdicke ein
Beschichtungsspalt eingestellt. Die erste Walze war auf 100°C temperiert, die
bahnführende Walze auf 90°C. Die aus dem Förderextruder austretende
Klebemasse besaß eine Temperatur von 120°C. Die Beschichtung erfolgte mit 50
m/min.
Die so erhaltenen Klebebänder weisen eine Klebkraft von 3-4 N/cm, und Scherstand
zeiten (20N) von < 10 000 min auf, sie sind als Klebebänder für Verpackungszwecke
geeignet.
Beispiel 8
Zur Herstellung von beidseitig klebenden Bändern auf Folienträgerbasis diente die
folgende Beispielrezeptur D.
Die Masseherstellung erfolgte analog Beispiel 7. Darüber hinaus wurde der flüssige
Weichmacher über den Einspritzring vor dem ersten Walzenzylinder mit Hilfe einer
Membrankolbenpumpe kontinuierlich zudosiert. Die Produktaustrittstemperatur wurde
zu 105°C gemessen. Die Produktrate betrug 68 kg/h.
Die so erhaltene Klebmasse wurde unmittelbar nach dem Herstellprozeß beidseitig
auf eine handelsübliche, 38 µm starke E-PVC Folie mit einer Schichtdicke von 2 × 40
µm aufgebracht.
Die Beschichtung erfolgte mit Hilfe des Auftragswerkes aus Beispiel 5. Die
Klebemasse wurde indirekt im Gegenlauf auf die E-PVC-Folie aufgetragen. Die
Beschichtung wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 m/min durchgeführt. Die
Übertragungswalze wurde mit 85% der Bahngeschwindigkeit betrieben. Walze 1 und
Walze 2 waren mit 100°C beziehungsweise 80°C temperiert. Die bahnführende
Walze war auf 30°C temperiert. Unmittelbar nach der Beschichtung wurde die
klebende Seite mit einem doppelseitigen Silikonpapier abgedeckt. Der Verbund wurde
dann nach dem gleichen Verfahren wie die erste Seite beschichtet und aufgerollt.
Die so erhaltenen Klebebänder weisen eine Klebkraft von 7,5 N/cm, und
Scherstandzeiten (10N) von < 5 000 min auf, sie sind als doppelseitige Klebebänder
für verschiedenste Zwecke, so zum Beispiel für die Klischeeverklebung in der
Druckindustrie geeignet.
Beispiel 9
Zur Herstellung eines doppelseitigen Teppichverlegebandes auf Gewebeträgerbasis
diente die folgende Beispielrezeptur E.
Die Masseherstellung erfolgte mit einer Planetwalzenextruderkonfiguration wie in
Beispiel 5 genannt, bei einer Zentralspindeldrehzahl von 95 rpm. Die Anlaufringe nach
dem ersten und zweiten Walzenzylinder waren zum Zwecke der Flüssigdosierung mit
radialen Bohrungen versehen. Die freien Querschnitte in den Anlaufringen betrugen in
diesem Beispiel 46 beziehungsweise 44 mm.
Die Walzenzylinder wurden über die Temperierkreise 4 bis 6 mit 105°C beheizt, die
Temperierkreise 1 bis 3 und 7 bis 8 waren mit Wasser gekühlt, das eine Temperatur
von 15°C hatte.
Die Dosierung der Rezepturkomponenten erfolgte mit Ausnahme der Harze Escorez
und Dercolyte über separate volumetrische Dosierer. Von den beiden Harzen wurde
vorab im Pulvermischer Premix hergestellt, der dann zudosiert wurde. Das zähflüssige
Weichharz Wingtack 10 wurde zur leichteren Dosierbarkeit auf 60°C vorgewärmt und
über eine Rohrleitung mit elektrischer Begleitheizung in den Einspritzring vor dem
ersten Walzenzylinder eindosiert. Als Dosierpumpe wurde eine doppelt wirkende
Kolbendosierpumpe verwendet, deren Vorratsbehälter einen beheizten und
wärmeisolierten Doppelmantel aufwies, der auf 60°C temperiert war. Die
Produktaustrittstemperatur wurde zu 109°C gemessen. Die Produktrate betrug 65
kg/h.
Die so erhaltene Klebmasse wurde unmittelbar nach dem Herstellprozeß beidseitig
auf ein handelsübliches Zellwollgewebe (Fadendichte 19/17) mit einer Schichtdicke
von 2 × 120 µm aufgebracht.
Die Herstellung eines doppelseitigen Teppichverlegebandes auf Gewebeträgerbasis
erfolgte mit Hilfe der Transferbeschichtung. Ein beidseitig silikonisiertes Trennpapier
wurde über das Verfahren aus Beispiel 4 mit 120 µm direkt beschichtet. Über eine
Kaschierstation wurde das handelsübliche Zellwollrohgewebe zukaschiert und der
Verbund in einem zweiten Arbeitsgang auf die offene Seite ebenfalls direkt mit 120
µm Klebstoffauftrag beschichtet. Die Temperatur der Klebemasse betrug 103°C. Die
Beschichtungswalzen waren auf 90°C temperiert. Das Zellwollrohgewebe wurde über
eine beheizte Kaschierstation zugeführt, wobei die erste Kaschierwalze eine
silikonisierte Oberflächenbeschichtung aufwies und die bahnführende zweite
Kaschierwalze auf 80°C temperiert war. Die Beschichtung erfolgte mit einer
Geschwindigkeit von 30 m/min.
Die so erhaltenen Klebebänder weisen eine Klebkraft von < 7 N/cm, und
Scherstandzeiten (10N) von größer 200 min auf, sie sind als doppelseitige
Klebebänder für verschiedenste Zwecke, besonders für Teppichverlegearbeiten,
geeignet.
Beispiel 10
Zur Herstellung von Allzweckklebebändern mit verschiedenen Gewebeträgern diente
die folgende Beispielrezeptur F.
Zur Herstellung dieser Selbstklebemasse wurde der gleiche Versuchsaufbau wie in
Beispiel 9 verwendet.
Aus den beiden Festharzen, den beiden pulverförmigen Komponenten und den
beiden Elastomeren wurden jeweils Vormischungen hergestellt, die über volumetrisch
arbeitende Dosiergeräte separat in den Füllteil des Planetwalzenextruders zugegeben
wurden. Das Weichmacheröl wurde mit Hilfe einer Membrankolbenpumpe über den
Einspritzring vor dem ersten Walzenzylinder, das auf 60°C vorgewärmte Weichharz
über den Anlaufring nach dem ersten Walzenzylinder mittels einer doppelt wirkenden
Kolbendosierpumpe zugegeben. Die Dosierung aller Komponenten erfolgte so, daß
eine Produktrate von 62 kg/h erhalten wurde. Die Produktaustrittstemperatur wurde zu
105°C gemessen.
Die so erhaltene Klebmasse wurde auf ein Polyester-/Baumwoll-Mischgewebe mit
einer Fadendichte 22/10 mit zulaminierter 80 µm Polyethylenschicht, welche rückseitig
mit einem branchenüblichen Carbamat-Release-Lack ausgerüstet ist, mit einer
Schichtdicke von 120 µm aufgebracht.
Die Herstellung von Allzweckgewebebändern erfolgte nach dem Verfahren aus
Beispiel 4. Anstelle der Papierträgerbahn wurde hier das Polyester/Baumwoll-Misch
gewebe und die Polyethylenfolie über die Anlegewalze geführt und auf das
Polyester/Baumwoll-Mischgewebe die über den Walenbeschichtungskalander
ausgeformte 120 µm dicke Klebstoffschicht beschichtet. Die Beschichtung erfolgte mit
155 m/min in einer Arbeitsbreite von 1200 mm. Die Beschichtungswalzen wurden im
Verhältnis von 6 : 1 betrieben.
Das so hergestellte Band hat eine Klebkraft von < 5 N/cm, und ist als
Allzwecklebeband für verschiedenste Zwecke geeignet.
Beispiel 11
Eine Klebemasse nach Beispielrezeptur G wurde hergestellt.
Die Masseherstellung erfolgte in einem Planetwalzenexdruder gemäß Fig. 1 mit drei
Walzenzylindern und einer Bestückung an Planetenspindeln wie in Beispiel 5. Die
Drehzahl der Zentralspindel wurde auf 100 rpm eingestellt.
Zu Herstellung der thermischen Vernetzer enthaltenen Selbstklebemasse wurden die
Temperierkreise 1 bis 3 und 7 bis 8 mit Kühlwasser von 16°C betrieben, während die
Temperierkreise 4 bis 5 mit 110°C und der Temperierkreis 6 mit 95°C beheizt
wurden. Mit diesem Temperaturregime wurde eine Masseaustrittstemperatur von
98°C erhalten.
Alle Festkomponenten wurden zu einem dosierfähigen Premix vorgemischt und in den
Füllteil des Planetwalzenextruders kontinuierlich eindosiert. Das Flüssigharz Wingtack
10 wurde analog Beispiel 9 mittels Kolbendosierpumpe vorgewärmt zugegeben. Um
die Verweilzeit des thermischen Vernetzers Rhenocure HX bei höheren Temperaturen
möglichst kurz zu halten, wurde dieser über den zweiten Anlaufring, also vor dem
dritten Walzenzylinder kontinuierlich mittels Schlauchpumpe zudosiert. In diesem
Beispiel wurde mit einer Produktrate von 75 kg/h gefahren.
Die so erhaltene Klebmasse wurde unmittelbar nach dem Herstellprozeß auf ein
übliches Trennpapier mit beidseitiger Releasebeschichtung aufgebracht, und zwar mit
einer Schichtdicke von 1000 µm.
Das beidseitig silikonisierte Trennpapier wurde über das Verfahren aus Beispiel PACK
mit 1000 µm direkt beschichtet. Die Beschichtung erfolgte mit einer Geschwindigkeit
von 30 m/min.
Anschließend wurde die Vernetzung in einem Vulkanisationskanal mit effektiver
Verweilzeit von 4 min/80°C durchgeführt.
Das so erhaltene beschichtete Trennpapier stellt ein vielseitig verwendbares
doppelseitiges Klebeband dar. Es kann beispielsweise als Montierhilfe, zur
selbstklebenden Ausrüstung von Fügeteilen oder Profilen sowie zum Transfer der
Klebeschicht auf andere Träger benutzt werden.
Beispiel 12
Die Herstellung eines doppelseltigen Teppichverlegebandes auf Gewebeträgerbasis
erfolgte mit der Beispielrezeptur H.
Die Herstellung der Selbstklebemasse erfolgte in einem Planetwalzenextruder gemäß
Fig. 1 mit drei Walzenzylindern und einer Bestückung an Planetenspindeln wie in
Beispiel 5 genannt. Der Planetwalzenextruder wurde mit einer Zentralspindeldrehzahl
von 110 rpm betrieben.
Die Temperierkreise 1 bis 3 und sowie Temperierkreis 8 wurden mit Kühlwasser von
16°C betrieben. Die Temperierkreise 4 bis 5 wurden mit 120°C und die
Temperierkreise 6 bis 7 mit 100°C beheizt. Dabei wurde eine Massetemperatur am
Ausgang des Planetwalzenextruders von 112°C erhalten.
Analog Beispiel 11 wurden alle Festkomponenten zu einem dosierfähigen Premix
vorgemischt, der in die Füllöffnung des Planetwalzenextruders eindosiert wurde. Der
zähflüssige Plasticizer Nipol wurde zur leichteren Dosierbarkeit auf 75°C vorgewärmt
und über den Anlaufring vor dem zweiten Walzenzylinder mit Hilfe der doppelt
wirkenden Kolbendosierpumpe aus Beispiel 9 zugegeben. Die eingestellte
Produktrate betrug 81 kg/h.
Die Klebmasse wurde mit Hilfe der Transferbeschichtung beidseitig auf einen
handelsüblichen Schaumstoff auf Polyethylenbasis mit einer Dicke von 1000 µm und
einem Raumgewicht von 95 kg/m3 mit einer Schichtdicke von 2 × 55 g/m2 aufgebracht.
Die Herstellung eines doppelseitigen Teppichverlegebandes auf Gewebeträgerbasis
erfolgte. Ein beidseitig silikonisiertes Trennpapier wurde über das Verfahren aus
Beispiel 8 mit 55 µm direkt beschichtet. Über eine Kaschierstation wird der PE-Schaum
stoff zukaschiert und der Verbund in einem zweiten Arbeitsgang auf die
offene Seite ebenfalls direkt mit 55 µm Klebstoffauftrag beschichtet. Die Temperatur
der Klebemasse betrug 100°C. Die Beschichtungswalzen waren auf 90°C temperiert.
Der PE-Schaumstoff wurde über eine beheizte Kaschierstation zugeführt, wobei die
erste Kaschierwalze eine silikonisierte Oberflächenbeschichtung aufwies und die
bahnführende zweite Kaschierwalze auf 80°C temperiert war. Die Beschichtung
erfolgte mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min.
Die so erhaltenen Klebebänder weisen eine Klebkraft von < 3,5 N/cm, und
Scherstandzeiten (10N) von < 250 min auf, sie sind als doppelseitige Klebebänder mit
toleranzausgleichenden und dämpfenden Eigenschaften für verschiedenste Zwecke
geeignet.