DE19855100A1 - Klebstoff und dessen Verwendung in Verbundwerkstoffen - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Klebstoff und dessen Verwendung, insbesondere
bei der Herstellung eines Verbundwerkstoffs, beispielsweise für einen
mindestens einen Vliesstoff ("nonwoven") enthaltenden Verbundwerkstoff.
Klebstoffe finden in zunehmendem Maße Eingang in viele Bereiche des
täglichen Lebens, da sie in der Regel eine einfache, dauerhafte und sichere
Methode zur Fixierung von Materialien darstellen. Insbesondere bei der
Herstellung von Verbundwerkstoffen haben sich Klebstoffe zum Aufbau
haltbarer Verbunde bewährt. Während die gegenseitige Verklebung von
Materialien mit relativ polarer Struktur und damit in der Regel auch relativ
polarer Oberfläche unter normalen Umständen keine Schwierigkeiten
bereitet, gestaltet sich die Verbindung von Materialien mit wenig polarer
Oberfläche in der Regel problematisch. Noch schwieriger kann sich jedoch
die Verbindung wenig polarer Materialien mit polaren Materialien gestalten,
da der zu verwendende Klebstoff Adhäsion mit beiden, unterschiedlich
polaren Materialien ermöglichen soll.
Probleme bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen können daher z. B.
dann auftreten, wenn wenigstens eines der zu verbindenden Materialien ein
Polyolefin ist. Polyolefine zeigen in der Regel eine schlechte Adhäsion
gegenüber vielen Klebstoffen, was sowohl die Verklebung von Polyolefinma
terialien untereinander als auch die Verklebung von Polyolefinmaterialien mit
andersartigen Materialien in Verbundwerkstoffen schwierig oder z. T. un
möglich macht.
Verbundwerkstoffe, wie sie insbesondere im Bereich der persönlichen
Hygiene vorkommen, sind meist Materialien mit begrenzter
Gebrauchsdauer, die beispielsweise nach einmaliger Benutzung
weggeworfen werden, insbesondere Einmalprodukte. Unter
Berücksichtigung abnehmenden Deponieraums werden daher zunehmend
Verbundwerkstoffe in Betracht gezogen, die über wenigstens einen zumin
dest weitgehend biologisch abbaubaren Bestandteil verfügen, wodurch
Deponieraum langfristig geschont würde.
Insbesondere bei Gegenständen wie Verpackungen, Steckschäumen,
Bindematerialien, Folien, Beuteln, medizinischen Artikeln, beispielsweise
Pflaster oder Verbandmaterial, oder Hygieneartikeln, beispielsweise
Windeln, Tampons oder Binden, zeichnet sich eine Tendenz zu solchen
biologisch mindestens teilweise abbaubaren Systemen ab. Da solche
Gegenstände häufig Verbunde verschiedener Materialien darstellen und in
der Regel mindestens eine Verklebung beinhalten ist es im Hinblick auf eine
Verbesserung der biologischen Abbaubarkeit wünschenswert, wenn die
Klebeverbindung ebenfalls wenigstens weitgehend biologisch abbaubar ist
und trotzdem eine belastbare Verklebung auch unterschiedlicher Materialien
gewährleistet.
So beschreibt die WO 97/04036 einen Klebstoff, der Polyhydroxyalkanoate
als biologisch abbaubare (Co-)Polymere enthält. Der Klebstoff eignet sich
sowohl zur Herstellung von Vliesmaterial als auch zur Herstellung saugfähi
ger Materialien, wie sie beispielsweise in Hygieneartikeln eingesetzt werden.
Die EP-A 0 705 895 betrifft einen Schmelzkleber auf Stärkebasis und dessen
Verwendung zum Verkleben von Vliesstoffen auf ähnliche oder unterschiedli
che Substrate. Der Klebstoff enthält 20 bis 60 Gew.-% eines Stärkeesters mit
mittlerem oder hohem Substitutionsgrad. Wird der Klebstoff im Verbund mit
Wasser einer bestimmten Temperatur in Kontakt gebracht, so läßt sich der
Vliesstoff vom Substrat ablösen.
Die EP-A 0 741 177 betrifft biologisch abbaubare Schmelzklebstoffe aus
Polylactiden. Insbesondere werden Polyhydroxybutyratlpolyhydroxyvalerat-
Polymere genannt, die als Tackifier Sucrosebenzoat enthalten. Die Schmelz
klebstoffe werden zur Verklebung von Verpackungen, beispielsweise Karton
agen, in der Buchbinderei sowie zur Herstellung von Gewebeverbunden
oder Hygieneartikeln zum einmaligen Gebrauch eingesetzt.
Die EP-A 0 741 178 betrifft biologisch abbaubare Schmelzklebstoffe aus
Polyestern, die pro Wiederholungseinheit mindestens eine Hydroxygruppe
tragen. Die beschriebenen Polyester werden mit Zusatzstoffen wie
Tackifiern, Weichmachern oder Stabilisatoren kombiniert. Die Polyester
werden durch Umsetzung von Dicarbonsäuren mit Diglycidylethern
hergestellt.
Die aus dem Stand der Technik bekannten, biologisch abbaubaren
Polymeren weisen bei ihrer Verwendung als Klebstoff Nachteile auf, die
einen Einsatz auf unterschiedlichsten Gebieten verhindern oder zumindest
erschweren, insbesondere dann, wenn an den Klebstoff hohe
Anforderungen in bezug auf thermische oder mechanische Stabilität gestellt
werden. So zeigen beispielsweise Polyhydroxybutyrate, Polyhydroxyvalerate
oder Polylactide nur eine geringe mechanische und thermische Stabilität im
Vergleich zu konventionellen Schmelzklebstoffen, was sie für Anwendungen
unter erhöhter Temperatur ungeeigneter erscheinen läßt und hohe Anforde
rungen an die Verarbeitung in der Schmelze stellt. Weiterhin läßt bei vielen
biologisch abbaubaren Klebstoffen die Stärke der Klebeverbindung bei
niedrigen Temperaturen zu wünschen übrig.
Es war daher eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Klebstoff
zur Verfügung zu stellen, der eine belastbare Verbindung zwischen Materia
lien schaffen kann, von denen wenigstens eines ein Polyolefin enthält, und
zwar möglichst auch dann wenn hautverträgliche Beschichtungen bei
Hygiene-Produkten angewendet werden.
Es war eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen Klebstoff zur Herstellung
von Verbundwerkstoffen zur Verfügung zu stellen, der wenigstens teilweise
biologisch abbaubar ist, hohen Anforderungen bezüglich mechanischer
Stabilität und Wärmestabilität genügt, auch in der Kälte eine belastbare
Klebeverbindung gewährleistet und aus leicht zugänglichen, marktüblichen
Rohstoffen z. B. auf konventionellen Polykondensationsanlagen hergestellt
werden kann.
Gelöst werden diese Aufgaben durch einen Klebstoff, der Komponenten A
und B enthält, wobei es sich bei den Komponenten A und B um im weiteren
Verlauf des Textes näher beschriebene Polyester mit unterschiedlichen
Eigenschaften und/oder unterschiedlicher Zusammensetzung handelt.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Klebstoff enthaltend Komponenten
A und B, bei dem
- a) Komponente A mindestens einen Polyester mit einem Moleku largewicht (Mn) von mindestens 8.000 enthält und eine Ge samtschmelzenthalpie von höchstens 20 mJ/mg aufweist,
und
- b) Komponente B mindestens einen Polyester mit einem Moleku largewicht (Mn) von weniger als 8000, insbesondere 1000 bis 6500, und einer Glasübergangstemperatur von höchstens 60°C, insbesondere von -10 bis 40°C enthält,
wobei der Klebstoff eine Schmelzviskosität von 500 bis 25.000 mPas
(Brookfield RVT DVII, 140°C, Spindel 27) und einen Erweichungspunkt
von 70 bis 100°C (ASTM E28) aufweist.
Unter einem Polyester wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein
Polymeres verstanden, das entweder durch Ringöffnungspolymerisation von
Lactonen, oder durch Polykondensation von Hydroxycarbonsäuren oder
durch Polykondensation von Polyolen und Polycarbonsäuren, vorzugsweise
von Diolen und Dicarbonsäuren, gegebenenfalls mit einem untergeordneten
Anteil an drei- oder höherwertigen Alkoholen und/oder Carbonsäuren,
erhältlich ist.
Nachstehend sind Begriffe definiert, wie sie im Rahmen des vorliegenden
Textes verwendet werden.
Der Begriff "amorph" betrifft Polymere, die keinen oder lediglich einen sehr
geringen Anteil an kristallinen Strukturen aufweisen, also weitgehend isotrop
sind. Mit "amorph" werden daher Polymere bezeichnet, die bei einer Diffe
rentialthermoanalyse (DTA; üblicherweise: Differential Scanning Calorimetry,
DSC) keinen Schmelzübergang zeigen, oder deren Schmelzenthalpie bei
weniger als 20 mJ/mg, vorzugsweise bei weniger als 15 mJ/mg und beson
ders bevorzugt bei weniger als 10 mJ/mg liegt. Demnach können diese
Polymere beispielsweise Schmelzenthalpien von 18, 17, 16, 14, 13, 12, 11, 9
oder 8 mJ/mg aufweisen. Die für die Schmelzenthalpie des jeweiligen
Polymeren gemessenen Werte könne jedoch auch darunter liegen,
beispielsweise bei 5, 4, 3 oder 2 mJ/mg, oder darunter. In einer bevorzugten
Ausführungsform beträgt die Schmelzenthalpie eines solchen Polymeren
etwa 0 mJ/mg. Ebenfalls als Kriterium zur Beurteilung ob ein Polyester als
amorph gilt, kann die dem Fachmann bekannte Beugung von Röntgen-,
Elektronen- oder Neutronenstrahlen am Festkörper benutzt werden.
Der Begriff "teilkristallin" bedeutet, daß das so bezeichnete Polymere einen
Anteil an kristallinen Strukturen aufweist, mithin also nicht vollständig isotrop
ist. Typischerweise sind dies solche, die bei einer Differentialthermoanalyse
(DTA; üblicherweise: Differential Scanning Calorimetry, DSC) einen
Schmelzübergang zeigt dessen Schmelzenthalpie größer als 20 mJ/mg ist.
Unter der "Glasübergangstemperatur" wird der in der Polymerchemie
übliche Begriff für die Temperatur verstanden, bei dem in einem Polymeren
Molekularbewegungen größerer Kettensegmente detektierbar sind. In der
Regel liegt die detektierbare Untergrenze, in Abhängigkeit vom benutzten
Verfahren, bei etwa 5 Kettenatomen im Polymerrückgrat.
Der Begriff "biologisch abbaubar" bezieht sich auf ein Polymeres, das durch
Mikroorganismen oder unter Einwirkung von Enzymen im günstigsten Fall
vollständig zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut wird. Methoden zur
Bestimmung der biologischen Abbaubarkeit finden sich beispielsweise in
den "OECD Guidelines for Testing of Chemicals" 301 A bis F sowie in den
ISO-Normen 10708 und 10708 (modifiziert). Ein Überblick findet sich in
Römpp Lexikon Chemie, 10. Auflage, Band 1(1996), Georg Thieme Verlag,
Stuttgart, New York.
Die im erfindungsgemäßen Klebstoff vorliegende Komponente A enthält
einen amorphen Polyester mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts
(Mn) von mindestens etwa 8000. In einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung weist der in Komponente A enthaltene Polyester ein
Molekulargewicht von mindestens etwa 9000 und höchstens etwa 30.000
auf, wobei ein Polyester mit einem Molekulargewicht (Mn) von etwa 10.000,
12.000, 14.000 16.000 oder 18.000 bevorzugt ist.
Die Komponente A kann beispielsweise nur einen einzigen Typ Polyester,
gegebenenfalls jedoch auch ein Gemisch aus zwei oder mehr
verschiedenen Polyestern mit einem Zahlenmittel des Molekulargewichts
(Mn) von mindestens etwa 8000 enthalten.
Wenn die Komponente A nur einen einzigen Typ Polyester enthält, so ist es
im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, wenn die Schmelzent
halpie des Polyesters höchstens 20 mJ/mg beträgt. Wird als Komponente A
im erfindungsgemäßen Klebstoff ein Gemisch aus zwei oder mehr
Polyestern eingesetzt, so bezieht sich der für die Schmelzenthalpie
angegebene Maximalwert auf die Gesamtschmelzenthalpie der Komponente
A. Enthält die Komponente A beispielsweise ein Gemisch aus zwei Typen
von Polyestern mit einem individuellen Molekulargewicht (Mn) von
mindestens 8.000, so kann einer der beiden Polyester eine
Schmelzenthalpie von mehr als etwa 20 mJ/mg aufweisen, mithin also
teilkristallin sein, sofern die Gesamtschmelzenthalpie der Komponente A
nicht mehr als 20 mJ/mg beträgt. Die gleiche Voraussetzung gilt auch dann,
wenn in Komponente A ein Gemisch aus drei oder mehr Typen von
Polyestern vorliegt. Dabei kann ein Polyester oder können mehrere
Polyester teilkristallin sein, wenn die Gesamtschmelzenthalpie der
Komponente A höchstens 20 mJ/mg beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt die Glasüber
gangstemperatur der Komponente A höchstens 60°C, bevorzugt liegt sie in
einem Bereich von etwa -10 bis etwa 40°C, besonders bevorzugt in einem
Bereich von etwa 5°C bis etwa 20°C.
Die Komponente A weist vorteilhafterweise eine Viskosität von etwa 5000 bis
etwa 100.000 mPas bei 90°C (Brookfield CAP 2000) und etwa 400 bis etwa
15.000 mPas bei 140°C (Brookfield RVT DII, Spindel 27, 10 U/min) auf.
Eine in diesem Bereich liegende Viskosität der Komponente A ergibt, in Ab
hängigkeit von der gesamten Zusammensetzung des erfindungsgemäßen
Klebstoffs, in der Regel eine besonders vorteilhafte Verarbeitungsviskosität.
Besonders bevorzugt ist eine Viskosität von etwa 7.000 bis etwa 20.000
mPas, wobei eine Viskosität von etwa 8.000 bis etwa 15.000 mPas beson
ders bevorzugt ist.
Die OH-Zahl der Komponente A liegt vorteilhafterweise in einem Bereich von
etwa 1 bis etwa 20 mg KOH/g Komponente A. Beispielsweise beträgt die
OH-Zahl etwa 5, 8, 9, 10, 11, 13 oder 15 mg KOH/g.
Der erfindungsgemäße Klebstoff enthält als Komponente B mindestens
einen Polyester mit einem Molekulargewicht (Mn) von weniger als 8000,
insbesondere etwa 400 bis etwa 6500. Bevorzugte Obergrenzen für das
Molekulargewicht (Mn) liegen beispielsweise in einem Bereich bei etwa
5000, etwa 4000 oder etwa 3000, bevorzugte Untergrenzen bei etwa 1000,
etwa 1500 oder etwa 2000. Beispielhaft zum Einsatz in Komponente B
geeignete Polyester weisen Molekulargewichte (Mn) von etwa 1500 bis etwa
3500 auf.
In besonderen Fällen, beispielsweise zum Einstellen einer bestimmten
Schmelzviskosität, kann es vorteilhaft sein, wenn Komponente B einen
niedermolekularen Polyester mit einem Molekulargewicht (Mn) von etwa 400
bis etwa 800, insbesondere von etwa 400 bis etwa 500, enthält.
Die Obergrenze der Glasübergangstemperatur der zum Einsatz in
Komponente B geeigneten Polyester beträgt üblicherweise etwa 60°C.
Vorteilhafterweise liegt die Obergrenze bei etwa 40°C oder darunter, etwa
bei 30°C oder insbesondere bei etwa 20°C. Eine geeignete Untergrenze für
die Glasübergangstemperatur ist etwa -80°C, wobei Untergrenzen von etwa
-40°C oder -30°C, insbesondere etwa -15°C besonders geeignet sind.
Besonders geeignet sind Polyester mit einer Glasübergangstemperatur in
einem Bereich von etwa 5 bis etwa 20°C.
In bestimmten Fällen, beispielsweise um die Flexibilität einer Klebever
bindung auch bei tiefen Temperaturen zu gewährleisten, sind Polyester mit
einer Glasübergangstemperatur in einem Bereich von etwa -40°C bis etwa -15°C
besonders geeignet. In besonderen Fällen eignen sich hierzu auch
Polyester, deren Glasübergangstemperatur bei weniger als -40°C, beispiels
weise zwischen etwa -40°C und etwa -80°C liegt.
Der in Komponente B eingesetzte Polyester kann amorph oder teilkristallin
sein, ist jedoch vorzugsweise amorph, im Sinne der obigen Definition.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält daher Komponente B einen
amorphen Polyester mit einem Molekulargewicht (Mn) von etwa 1500 bis
etwa 4000, einer Glasübergangstemperatur Tg von etwa 5 bis etwa 20°C
und einer Viskosität von etwa 3.500 bis etwa 25.000 mPas (Brookfield CAP
2000, 90°C, Cone 6, 50 U/min, 25 s Meßzeit) als Komponente B1.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält Komponente B einen
amorphen Polyester mit einem Molekulargewicht (Mn) von 400 bis 4000 und
einer Glasübergangstemperatur Tg von -40 bis -15°C als Komponente B2.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält Komponente B einen
amorphen Polyester mit einem Molekulargewicht (Mn) von weniger als 500
und einer Glasübergangstemperatur Tg von weniger als -40°C als Kom
ponente B3.
Komponente B kann beispielsweise nur einen einzigen Typ Polyester enthal
ten. So kann Komponente B beispielsweise aus einem beliebigen, unter die
allgemeine Definition der Komponente B fallenden Polyester bestehen, ins
besondere aus einem der oben genannten, mit B1, B2 und B3 benannten
Polyester. Gegebenenfalls kann es jedoch zur Erzielung besonders guter
Hafteigenschaften, insbesondere auf Polyolefinoberflächen, bevorzugt sein,
wenn Komponente B mehr als einen Polyester enthält. So kann Komponen
te B beispielsweise eine der Komponenten B1, B2 oder B3 oder ein
Gemisch aus zwei oder mehr davon, und zusätzlich dazu einen weiteren,
unter die allgemeine Spezifikation der Komponente B fallenden Polyester
enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält Komponente B ein Gemisch
aus mindestens zwei Polyestern, die eine unterschiedliche Glasübergangs
temperatur oder ein unterschiedliches Molekulargewicht (Mn) oder beides
aufweisen. Vorzugsweise beträgt der Unterschied der
Glasübergangstemperaturen dabei mindestens etwa 3°C, bevorzugt
mindestens etwa 10°C, während das Molekulargewicht (Mn) sich bevorzugt
um mindestens etwa 500, insbesondere um mindestens etwa 1.000
unterscheidet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält Komponente B ein
Gemisch aus mindestens zwei der Komponenten B1, B2 oder B3. In diesem
Falle ist es möglich, daß mindestens eine der eingesetzten Komponenten
B1, B2 oder B3 amorph ist, und eine weitere der eingesetzten Komponenten
B1, B2 oder B3 teilkristallin ist.
Bei den zum Einsatz im erfindungsgemäßen Klebstoff geeigneten
Polyestern kann es sich grundsätzlich um jede Art von Polyester handeln,
der aufgrund seiner Eigenschaften jeweils die oben angegebenen
Spezifikationen zum Einsatz in Komponente A und Komponente B erfüllt. In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Polyester biologisch abbaubar.
Beispielsweise sind dies durch ringöffnende Polymerisation von Lactonen
oder durch Polykondensation von Hydroxycarbonsäuren hergestellte
Polyester. Hierzu zählen unter anderem Hydroxybutyrat/Hydoxyvalerat
Polyester, Polylactide und/oder Homo- oder Copolyester, die unter Ver
wendung von Lactonen und/oder Hydroxysäuren hergestellt werden können.
Vorzugsweise werden die Polyester jedoch durch Polykondensation von
Alkohol- und Säurekomponenten gewonnen, vorzugsweise durch Polykon
densation einer Dicarbonsäure oder einem Gemisch aus zwei oder mehr
Dicarbonsäuren und einem Diol oder einem Gemisch aus zwei oder mehr
Diolen.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält Komponente A einen Polye
ster, der aus mindestens einer ersten und einer zweiten Säurekomponente
und mindestens einer ersten Alkoholkomponente aufgebaut ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform enthält Komponente B einen
Polyester, der aus mindestens einer ersten und einer zweiten Säurekom
ponente und mindestens einer ersten Alkoholkomponente aufgebaut ist.
Dabei werden die Begriffe "Säurekomponente" oder "Alkoholkomponente"
sowohl im Zusammenhang mit der Synthese eines Polyesters als auch im
Zusammenhang mit dem Polyestermolekül selbst gebraucht.
"Säurekomponente" steht daher nicht nur für die freie Säure oder das Salz
der freien Säure, sondern schließt im Rahmen der Polyestersynthese auch
Derivate freier, zur Polymersynthese geeigneter Säuren mit ein. Solche
Derivate können beispielsweise die Ester der Säure mit aliphatischen C1-4-
Alkoholen oder die Säureanhydride sein. Im Zusammenhang mit den
Polyestermolekülen selbst steht "Säurekomponente" für den über
Esterbindungen im Polymerrückgrat eingebundenen Säurebaustein. Ent
sprechendes gilt für "Alkoholkomponente" im Rahmen des vorliegenden
Textes.
Als eine erste und eine zweite Säurekomponente kommen prinzipiell alle
aliphatischen und aromatischen Polycarbonsäuren in Frage, die sich zum
Aufbau von Polyestern mit den für die Komponenten A und B geforderten
Eigenschaften eignen.
Sowohl als erste als auch als zweite Säurekomponente können dabei
aliphatische oder cycloaliphatische Polycarbonsäuren, die gegebenenfalls
olefinisch ungesättigte Doppelbindungen enthalten können, oder
aromatische Polycarbonsäuren oder Gemische aus zwei oder mehr davon
eingesetzt werden. Bevorzugt sind dabei aliphatische oder cycloaliphatische
Di- oder Tricarbonsäuren oder aromatische Di- oder Tricarbonsäuren oder
Gemische aus zwei oder mehr davon.
Als aliphatische oder cycloaliphatische Polycarbonsäuren können
Polycarbonsäuren mit etwa 4 bis etwa 40 C-Atomen, vorzugsweise etwa 5
bis etwa 25 C-Atomen eingesetzt werden. Insbesondere sind dies
Butandicarbonsäure (Bernsteinsäure), Pentandicarbonsäure (Glutarsäure),
Hexandicarbonsäure (Adipinsäure), Heptandicarbonsäure (Pimelinsäure),
Octandicarbonsäure (Korksäure, Suberinsäure), Nonandicarbonsäure
(Azelainsäure), Decandicarbonsäure (Sebacinsäure) und deren gegebe
nenfalls verzweigte Isomeren und höhere Homologen, sowie Maleinsäure,
Fumarsäure, dimere oder trimere Fettsäuren, Cyclohexandicarbonsäure,
Cyclohexendicarbonsäure, Cyclohexadiendicarbonsäure, Endo
methylenhexahydrophthalsäure oder Cyclohexantricarbonsäure. Im Sinne
des oben gesagten fallen ebenso die Säureanhydride der genannten
Polycarbonsäuren (sofern existent) oder deren Ester mit niederen Alkoholen
mit etwa 1 bis etwa 5 C-Atomen unter "Säurekomponente".
Als aromatische Polycarbonsäuren können Polycarbonsäuren mit etwa 6 bis
etwa 24 Kohlenstoffatomen eingesetzt werden. Insbesondere sind dies
Phthalsäure, Isophthalsäure, Terephthalsäure oder Trimellithsäure.
Es ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt, wenn
Komponente A oder Komponente B oder Komponente A und Komponente B
aus einer aromatischen Säurekomponente als einer ersten
Säurekomponente aufgebaut sind.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es dabei insbesondere
bevorzugt, wenn Komponente A einen Polyester enthält, der aus einer Säure
ausgewählt aus o-Phthalsäure und Isophthalsäure, insbesondere aus
Isophthalsäure, als einer ersten Säurekomponente, aufgebaut ist.
Besonders zum Einsatz als Bestandteil der Komponente A geeignete Polye
ster sind aus einer aliphatischen Dicarbonsäure als einer zweiten
Säurekomponente aufgebaut. Insbesondere sind dies Adipinsäure oder
Sebacinsäure.
Ein besonders zum Einsatz als Bestandteil der Komponente A geeigneter
Polyester ist aus Isophthalsäure als einer ersten Säurekomponente und Adi
pinsäure als einer zweiten Säurekomponente aufgebaut, wobei die erste
Säurekomponente und die zweite Säurekomponente in der Regel in einem
molaren Verhältnis von etwa 0,5 : 1,5 bis etwa 1,5 : 0,5, insbesondere etwa
0,8 : 1,2 bis etwa 1,2 : 0,8 stehen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, wenn Komponente
B einen Polyester enthält, der auf einer Säure ausgewählt aus o-Phthal
säure, Isophthalsäure oder Terephthalsäure, insbesondere Terephthalsäure
oder o-Phthalsäure, als einer ersten Säurekomponente, aufgebaut ist.
Besonders zum Einsatz als Bestandteil der Komponente B geeignete Polye
ster enthalten sind auf einer aliphatischen Dicarbonsäure als einer zweiten
Säurekomponente aufgebaut. Insbesondere sind dies Adipinsäure oder
Sebacinsäure.
Ein besonders zum Einsatz als Bestandteil der Komponente B geeigneter
Polyester ist auf o-Phthalsäure oder Terephthalsäure als einer ersten Säure
komponente und auf Adipinsäure als einer zweiten Säurekomponente
aufgebaut, wobei die erste Säurekomponente und die zweite Säurekom
ponente in der Regel in einem molaren Verhältnis von etwa 0,5 : 1,5 bis
etwa 1,5 : 0,5, insbesondere etwa 0,8 : 1,2 bis etwa 1,2 : 0,8 stehen.
In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn ein in Komponente B
vorliegender Polyester aus drei Säurekomponenten aufgebaut ist. Dabei
sind in der Regel eine erste und eine zweite Säurekomponente aromatische
Säurekomponenten, während eine dritte Säurekomponente eine
aliphatische oder eine Cycloaliphatische Säurekomponente ist. Besonders
als erste und zweite Säurekomponente geeignet sind hierbei
Terephthalsäure und Isophthalsäure, während Adipinsäure als dritte
Säurekomponente bevorzugt ist.
Die zum Einsatz in Komponenten A und B geeigneten Polyester sind auf
mindestens einer ersten Alkoholkomponente aufgebaut. Insbesondere für
zum Einsatz in Komponente B geeignete Polyester ist es bevorzugt, wenn
noch eine zweite Alkoholkomponente am Aufbau beteiligt ist. In einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält Komponente B einen
Polyester, der auf nur einer Alkoholkomponente aufgebaut ist,
beispielsweise als Komponente B1, im Gemisch mit einem weiteren
Polyester, der auf zwei Alkoholkomponenten aufgebaut ist, beispielsweise
als Komponente B2.
Sowohl als erste als auch als zweite Alkoholkomponente geeignet sind
polyfunktionelle Alkohole, beispielsweise difunktionelle Alkohole, mit zwei bis
vier C-Atomen. Besonders geeignet sind dabei Ethylenglykol, 1,2-Propylen
glykol, 1,3-Propylenglykol, 1,2-Butylenglykol, 1,3-Butylenglykol, 2,3-Butylen
glykol oder 1,4-Butylenglykol. Ebenfalls geeignet sind difunktionelle Alkohole
mit 5 oder mehr C-Atomen, beispielsweise Neopentylglykol, die isomeren
Pentandiole und Hexandiole, Dianhydrosorbit oder Etheralkohole wie
Diethylenglykol oder Triethylenglykol.
Neben den genannten difunktionellen Alkoholen können im Rahmen der
vorliegenden Erfindung können am Aufbau der zum Einsatz in Komponente
A oder Komponente B vorgesehenen Polyester in untergeordneten Mengen
auch tri- oder höherfunktionelle Alkohole in als Alkoholkomponente beteiligt
sein. Beispielsweise sind dies Glycerin, Trimethylolpropan, Pentaerythrit
oder Zuckeralkohole wie Glucose oder Sorbit. Die Hydroxygruppen der tri- oder
höherfunktionellen Alkohole können dabei teilweise, d. h., bis auf zwei
verbleibende Hydroxygruppen, mit Carbonsäuren mit 1 bis etwa 24 C-
Atomen, insbesondere mit monofunktionellen Fettsäuren, verestert sein.
Als Alkoholkomponente im Sinne der vorliegenden Erfindung sind auch die
Etheralkohole (Hydroxygruppen tragende Ether) der oben genannten
Alkohole geeignet, sowohl Ether die aus der Umsetzung gleicher Alkohole
erhältlich sind als auch gemischte Ether, wie sie bei der Umsetzung
verschiedener Alkohole untereinander entstehen.
Ebenfalls im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz als Alkohol
komponente geeignet sind die Umsetzungsprodukte der oben genannten
Alkohole mit C1-4-Alkylenoxiden, wobei vorzugsweise im Durchschnitt etwa 1
bis etwa 10 Alkylenoxidmoleküle mit jeweils einer OH-Gruppe des Alkohols
reagiert haben.
Als zweite Alkoholkomponente kommen alle Alkohole in Frage, die als erste
Alkoholkomponente eingesetzt werden können. Die erste und die zweite
Alkoholkomponente unterscheiden sich beispielsweise entweder im Moleku
largewicht, d. h., daß die zweite Alkoholkomponente ein höheres Molekular
gewicht aufweist als die erste Alkoholkomponente oder, sofern es sich um
Verbindungen gleichen Molekulargewichts handelt, die zweite Alkoholkom
ponente ein anderes Unterscheidungsmerkmal aufweist, beispielsweise ein
anderes Substitutionsmuster der funktionellen Gruppen oder ein anderes,
beispielsweise ein verzweigtes, Kohlenstoffgerüst.
Die im erfindungsgemäßen Klebstoff als Komponente A oder Komponente B
einsetzbaren Polyester enthalten damit vorzugsweise Polyester, die jeweils
so aufgebaut sind, daß sie
- d) als eine erste Säurekomponente eine Säure ausgewählt aus o- Phthalsäure, Isophthalsäure oder Terephthalsäure,
- e) als eine zweite Säurekomponente, eine Säure ausgewählt aus Adi pinsäure und Sebacinsäure,
- f) als eine erste Alkoholkomponente Ethylenglykol, Neopentylglykol, 1,2-Propylenglykol, 1,3-Propylenglykol, den isomeren Butylen glykolen, Pentandiolen und Hexandiolen, Dianhydrosorbit, Diet hylenglykol, Triethylenglykol, deren reinen oder untereinander ge mischten Ethern, oder deren Umsetzungsprodukten mit C1-4- Alkylenoxiden,
aufweisen.
Bei einem zum Einsatz in Komponente A geeigneten Polyester ist es bevor
zugt, wenn als eine erste Alkoholkomponente Ethylenglykol am Aufbau
beteiligt ist.
Polyester, die zum Einsatz in Komponente B geeigneten sind, können
beispielsweise auf nur einer Alkoholkomponente aufgebaut sein. Es ist
jedoch bevorzugt, wenn Komponente B einen oder mehrere Polyester
enthält, die auf zwei oder mehr Alkoholkomponenten aufgebaut sind.
Insbesondere zum Einsatz in solchen Polyestern geeignet sind
beispielsweise Ethylenglykol, 1,2-Propandiol, 1,4-Butandiol, Neopentylglykol
oder 2,3-Pentandiol, wobei insbesondere im Hinblick auf die biologische
Abbaubarkeit der erfindungsgemäßen Klebstoffe Polyester bevorzugt sind,
die auf Ethylenglykol und 1,2-Propandiol, 2,3-Butandiol, 2,3-Pentandiol oder
Dianhydrosorbit als Alkoholkomponenten aufgebaut sind.
Als Komponente A ist beispielsweise ein Polyester geeignet, der ausgehend
von Isophthalsäure, Adipinsäure, Diethylenglykol und Ethylenglykol
aufgebaut ist.
Als Komponente B1 ist beispielsweise ein Polyester geeignet, der
ausgehend von Adipinsäure, Phthalsäure, 1,2-Propandiol und Ethylenglykol
oder ausgehend von Adipinsäure, Phthalsäure, 2,3-Butandiol und
Ethylenglykol aufgebaut ist.
Als Komponente B2 ist beispielsweise ein Polyester geeignet, der
ausgehend von Terephthalsäure, Isophthalsäure, Adipinsäure und 1,4-
Butandiol aufgebaut ist.
Die erfindungsgemäß in den Komponenten A und B eingesetzten Polyester
können gegebenenfalls in ihrem ursprünglichen Molekulargewicht (Mn) durch
Kettenverlängerung verändert werden. So kann beispielsweise ein in Kom
ponente A einsetzbarer Polyester mit einem Molekulargewicht (Mn) von etwa
4.000 durch entsprechende Kettenverlängerung in seinem Molekulargewicht
(Mn) verdoppelt oder verdreifacht werden, so daß sich schließlich das
erforderliche Molekulargewicht (Mn) von etwa 8.000 oder etwa 12.000 ergibt.
Bei der Kettenverlängerung ist zu beachten, daß der Polyester anschließend
immer noch die Kriterien bezüglich Molekulargewicht (Mn) und
Glasübergangstemperatur erfüllt.
Eine solche Kettenverlängerung läßt sich am besten mit Polyestern durch
führen, die terminal, d. h. am Ende der Polymerkette, entweder jeweils eine
OH-Gruppe oder jeweils eine Carbonsäuregruppe tragen. Besonders gut
sind Polyester mit terminalen OH-Gruppen zur Kettenverlängerung geeignet.
Die Kettenverlängerung selbst wird mit Hilfe von Kettenverlängerungsmitteln
ausgeführt, die in der Lage sind, mit zwei terminalen Gruppen des Polye
sters zu reagieren und damit eine Verknüpfung zwischen zwei
Polyestermolekülen unter Erhöhung des Molekulargewichts (Mn) zu
bewirken. Hierzu gut geeignet sind Moleküle mit mindestens zwei
Epoxidgruppen, beispielsweise Diglycidylether aus difunktionellen Alkoholen
und Epichlorhydrin.
Besonders gut geeignet sind auch Verbindungen mit mindestens zwei
Isocyanatgruppen im Molekül, beispielsweise die üblichen zur
Polyurethanherstellung eingesetzten Di-isocyanate wie Toluylendiisocyanat
(TDI), Hexamethylendiisocyanat (HDI), die isomeren
Diphenylmethandiisocyanate oder Isophorondiisocyanat (IPDI).
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die in den
Komponente A und B eingesetzten Polyester daher mit Diisocyanaten
kettenverlängert. Das Molverhältnis von Polyester zu Diisocyanat beträgt
dabei mindestens etwa 4 : 3 (entsprechend einer durchschnittlichen Vervierfa
chung des Molekulargewichts (Mn) des Polyesters), so daß durchschnittlich
jede Polymerkette etwa 6 Urethangruppen aufweist. Die Obergrenze für das
Verhältnis Polyester zu Diisocyanat liegt bei etwa 5 : 1, insbesondere etwa 3 : 1
oder 2 : 1, was im letztgenannten Fall etwa einer durchschnittlichen Verdopp
lung des Molekulargewichts (Mn) mit durchschnittlich 2 Urethangruppen pro
Polyestermolekül entspricht. Zwischen diesen Grenzen sind entsprechend
alle Zwischenwerte im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht Komponente A
aus einem oder zwei Polyestern, welche die o.g. Kriterien für einen Einsatz
in Komponente A erfüllen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
besteht Komponente B aus zwei oder drei Polyestern, welche die o.g.
Kriterien für einen Einsatz in Komponente B erfüllen.
Die Komponenten A und B können im erfindungsgemäßen Klebstoff in
unterschiedlichen Anteilen am gesamten Klebstoff vorliegen. In der Regel ist
es vorteilhaft, wenn die Komponente A einen Anteil von etwa 20 Gew.-% bis
etwa 95 Gew.-% am gesamten Klebstoff aufweist. Bevorzugt ist ein Anteil
von etwa 30 bis etwa 75 Gew.-%, in einer besonders bevorzugten
Ausführungsform ein Anteil von etwa 35 bis etwa 45 Gew.-%.
Komponente B hat am gesamten Klebstoff vorteilhafterweise einen Anteil
von etwa 80 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-%. Bevorzugt ist ein Anteil von etwa
70 bis etwa 25 Gew.-%. In einer bevorzugten Ausführungsform hat die
Komponente B einen Anteil von etwa 55 bis etwa 65 Gew.-%.
Gegebenenfalls kann der erfindungsgemäße Klebstoff noch Zusatzstoffe
enthalten. Die Zusatzstoffe haben am gesamten Klebstoff einen Anteil von
bis zu etwa 60 Gew.-%.
Zu den im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbaren Zusatzstoffen
zählen beispielsweise Weichmacher, Wachsverdünner, Stabilisatoren,
Antioxidantien, Farbstoffe oder Füllstoffe.
Als Weichmacher werden beispielsweise Weichmacher auf Basis von
Phthalsäure eingesetzt, insbesondere Dialkylphthalate, wobei als
Weichmacher Phthalsäureester bevorzugt sind, die mit einem etwa 6 bis
etwa 12 Kohlenstoffatomen aufweisenden, linearen Alkanol verestert
wurden. Besonders bevorzugt ist hierbei das Dioctylphthalat.
Ebenfalls als Weichmacher geeignet sind Benzoatweichmacher,
beispielsweise Sucrosebenzoat, Diethylenglykoldibenzoat und/oder
Diethylenglykolbenzoat, bei dem etwa 50 bis etwa 95% aller
Hydroxylgruppen verestert worden sind, Phosphat-Weichmacher,
beispielsweise t-Butylphenyldiphenylphosphat, Polyethylenglykole und deren
Derivate, beispielsweise Diphenylether von Poly(ethylenglykol), flüssige
Harzderivate, beispielsweise der Methylester von hydriertem Harz,
pflanzliche und tierische Öle, beispielsweise Glycerinester von Fettsäuren
und deren Polymerisationsprodukte. Es ist im Rahmen der vorliegenden
Erfindung besonders bevorzugt, wenn der eingesetzte Weichmacher oder
das eingesetzte Gemisch aus Weichmachern wenigstens weitgehend
biologisch abbaubar ist.
Verschiedene Klebstoffanwendungen können Wachsverdünner erfordern,
um die Schmelzviskosität zu vermindern oder die Kohäsion des
Schmelzklebstoffs zu verändern, ohne die Klebeeigenschaften zu
vermindern.
Geeignete Wachse umfassen beispielsweise N-(2-Hydroxyhexyl)-12-hydroxy
stearamid, hydriertes Rizinusöl, oxidierte, synthetische Wachse, N,N'-Ethy
lenbisstearamid, Poly(ethylenoxid) mit einem Molekulargewicht (Mn) von
mehr als etwa 1.000 und funktionalisierte synthetische Wachse wie
Escomer® H101 (Hersteller: Exxon). Wenn im Rahmen der vorliegenden
Erfindung Wachskomponenten als Zusatzstoffe eingesetzt werden, so der
Einsatz von biologisch abbaubaren Wachskomponenten bevorzugt.
Eine Wachskomponente und eine Weichmacherkomponente können als
Zusatzstoffe nebeneinander vorliegen.
Zu den im Rahmen der Erfindung als Zusatzstoffe einsetzbaren Stabilisa
toren oder Antioxidantien, zählen gehinderte Phenole hohen Molekularge
wichts (Mn), polyfunktionelle Phenole und schwefel- und phosphorhaltige
Phenole. Im Rahmen der Erfindung als Zusatzstoffe einsetzbare Phenole
sind beispielsweise 1,3,5-Trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyben
zyl)benzol; Pentaerythrittetrakis-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphe
nyl)propionat; n-Octadecyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat; 4,4-
Methylenbis(2,6-di-tert-butyl-phenol); 4,4-Thiobis(6-tert-butyl-o-cresol); 2,6-
Di-tert-butylphenol; 6-(4-Hydroxyphenoxy)-2,4-bis(n-octyl-thio)-1,3,5-triazin;
Di-n-Octadecyl-3,5-di-tert-butyl-hydroxybenzylphosphonate; 2-(n-
Octylthio)ethyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzoat; und Sorbithexa[3-(3,5-di
tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat].
Weitere Zusatzstoffe können in die erfindungsgemäßen Klebstoffe mit aufge
nommen werden um bestimmte Eigenschaften zu variieren. Darunter
können beispielsweise Farbstoffe wie Titandioxid, Füllstoffe wie Talcum, Ton
und-dergleichen sein. Gegebenenfalls können in den erfindungsgemäßen
Klebstoffen geringe Mengen an thermoplastischen Polymeren vorliegen,
beispielsweise Ethylenvinylacetat (EVA), Ethylenacrylsäure,
Ethylenmethacrylat und Ethylen-n-butylacrylatcopolymere, die dem Klebstoff
gegebenenfalls zusätzliche Flexibilität, Zähigkeit und Stärke verleihen. Es ist
ebenfalls möglich, und im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt,
bestimmte hydrophile Polymere zuzugeben, beispielsweise Polyvinylalkohol,
Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose, Polyvinylmethylether,
Polyethylenoxid, Polyvinylpyrrolidon, Polyethyloxazoline oder Stärke oder
Celluloseester, insbesondere die Acetate mit einem Substitutionsgrad von
weniger als 2,5, welche die Benetzbarkeit der Klebstoffe erhöhen.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Klebstoffe kann durch übliche dem
Fachmann, im Rahmen der Herstellung von polymeren Mischungen bekann
ten Techniken erfolgen.
Bei den erfindungsgemäßen Klebstoffen handelt es sich vorzugsweise um
Schmelzklebstoffe. Die Klebstoffe können haftklebrige Eigenschaften auf
weisen, es ist jedoch ebenso möglich und im Rahmen der vorliegenden
Erfindung vorgesehen, die Klebstoffe als Schmelzklebstoffe zu formulieren,
die keine haftklebrigen Eigenschaften aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe weisen in der Regel eine
Schmelzviskosität von etwa 500 bis etwa 25.000 mPas (Brookfield RVT
DVII, 140°C, Spindel 27) auf. Geringere Schmelzviskositäten sind möglich,
in der Regel gestaltet sich ein Auftrag auf das zu verbindende Substrat dann
jedoch schwierig, wenn nicht geeignete Auftragsmöglichkeiten benutzt
werden. Auch höhere Schmelzviskositäten können bei den
erfindungsgemäßen Klebstoffen möglich sein, wobei dann jedoch in der
Regel eine höhere Verarbeitungstemperatur gewählt werden muß, was für
viele zu verklebende Substrate jedoch nachteilig sein kann.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe weisen einen Erweichungspunkt von
etwa 70 bis etwa 100°C (bestimmt nach der "Ring and Ball" Methode, ASTM
E28) auf. Besonders bevorzugte Erweichungspunkte liegen beispielsweise
bei etwa 75, 80, 85, 90 oder 95 °C.
Der erfindungsgemäße Klebstoff ist hydrophil, und zwar in dem Sinne, daß
seine Kontaktwinkel gegenüber Wasser im Bereich von 20 bis 50,
vorzugsweise von 27 bis 38° liegt. Zur Messung des Kontaktwinkels wird
eine 100 bis 200 µm dicke Klebstoffschicht auf Silikonpapier aufgerakelt und
nach folgender Methode geprüft:
Die Messungen werden mit einem "Kontaktwinkelmeßgerät G2" der Fa. Krüss durchgeführt. Hierzu wird jeweils ein Tropfen von vier Testflüssigkeiten (Wasser, Glycerin, Diethylenglykol, Dekalin) mit jeweils bekannter Oberflächenspannung mit einer Spritze auf einen Hotmelt-Film gegeben und der Kontaktwinkel Theta bei Raumtemperatur gemessen. Dazu wartet man so lange, bis sich der Winkel zeitlich nicht mehr ändert (statischer Kontaktwinkel).
Die Messungen werden mit einem "Kontaktwinkelmeßgerät G2" der Fa. Krüss durchgeführt. Hierzu wird jeweils ein Tropfen von vier Testflüssigkeiten (Wasser, Glycerin, Diethylenglykol, Dekalin) mit jeweils bekannter Oberflächenspannung mit einer Spritze auf einen Hotmelt-Film gegeben und der Kontaktwinkel Theta bei Raumtemperatur gemessen. Dazu wartet man so lange, bis sich der Winkel zeitlich nicht mehr ändert (statischer Kontaktwinkel).
Die Hydrophilie des Klebstoffes beruht auf der Hydrophilie der Polyester. Sie
kann durch Variation von deren Endgruppen-Konzentration und/oder
Verwendung von Polyethylenglykol als Alkohol-Komponente verändert
werden. Die Hydrophilie des Klebstoffes kann natürlich auch durch Zusätze
beeinflußt werden, z. B. durch Tenside.
Hydrophile Klebstoffe sind in der Hygieneprodukt-Industrie erwünscht, da
erwartet wird, daß sie den Flüssigkeitstransport z. B. in der Windel
verbessern. Der erfindungsgemäße Klebstoff ist hydrophil und erzielt
zusätzlich noch eine ausreichende Klebkraft zwischen der Polyolefin-Folie
und dem Vlies.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines
Verbundwerkstoffs aus mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen
Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß ein Klebstoff enthaltend Kom
ponenten A und B, bei dem
- a) Komponente A einen amorpher Polyester mit einem Molekularge wicht (Mn) von mindestens 8.000, wobei Komponente A eine Gesamtschmelzenthalpie von höchstens 20 mJ/mg aufweist, und,
- b) Komponente B einen amorphen Polyester mit einem Molekularge wicht (Mn) von weniger als 8000, insbesondere 1000 bis 6500, und einer Glasübergangstemperatur von höchstens 60°C, insbesonde re von -25 bis 40°C
enthält, wobei der Klebstoff eine Schmelzviskosität von 500 bis 25.000 mPas
(Brookfield RVT DVII, 140°C, Spindel 27) und einen Erweichungspunkt von
70 bis 100°C (ASTM E28) aufweist, eingesetzt wird.
Im Rahmen der erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Klebstoff in der
Regel in einer Menge von etwa 0,1 bis etwa 10 g/m2, vorzugsweise in einer
Menge von etwa 1 bis etwa 6 g/m2 und insbesondere in einer Menge von
etwa 3 bis etwa 5 g/m2 zumindest in Teilbereichen auf eines der zu
verklebenden Substrate aufgetragen. Vorzugsweise erfolgt der Auftrag
jedoch vollflächig.
Der erfindungsgemäße Klebstoff wird dabei auf eine Temperatur von etwa
100 bis etwa 180°C erwärmt. Die Klebstofftemperatur richtet sich dabei nach
der Viskosität und dem verwendeten Auftragsverfahren. Beispielsweise kann
der Klebstoffauftrag über eine Schlitzdüse erfolgen. In diesem Fall hat sich
beispielsweise eine Klebstofftemperatur von etwa 130 bis etwa 150°C
bewährt. Eine weitere Möglichkeit den erfindungsgemäßen Klebstoff auf das
zu verklebende Substrat aufzutragen bietet das Spiralsprühverfahren sowie
auch das Control-Coat-Verfahren, wobei sich Klebstofftemperaturen von
etwa 150 bis etwa 170°C bewährt haben.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zum Verbinden
unterschiedlichster Materialien. So lassen sich Materialien wie
Polyolefinfolien, beispielsweise Polyethylenfolien oder Polypropylenfolien,
Polyolefinvliese, beispielsweise Polyethylenvliese oder Polypropylenvliese,
Polyurethanfolien, Polyurethanschäume, Folien oder Formkörper aus
Cellulosederivaten, beispielsweise aus Zellstoff (Tissues), Folien oder
Formkörper aus Polyacrylaten oder Polymethacrylaten, Folien oder
Formkörper aus Polyester untereinander verbinden. Eine Verbindung ist
dabei sowohl unter gleichen Materialien als auch unter verschiedenen
Materialien möglich.
Unter dem Gesichtspunkt der biologischen Abbaubarkeit sind Folien und
Fasern (sowohl Endlos- als auch Stapel-Fasern), einschließlich der daraus
hergestellten Vliese, aus folgenden Materialien bevorzugt: Polyester,
insbesondere Polylactid, Polyhydroxybutyrat, Polyhydroxyvalerat,
Polycaprolacton, Polyesterurethan, Polyesteramid sowie Materialien auf der
Basis von Stärke und Cellulose, z. B. thermoplastische Stärke und Viskose.
Daraus hergestellte Gebrauchsgegenstände sind zusammen mit dem
erfindungsgemäßen Klebstoff besonders gut biologisch abbaubar, z. B.
Verpackungen, Beutel, Steckschäume, medizinische Artikel wie Pflaster oder
Verbandmaterial und Hygieneartikel wie Windel, Tampons, Slip-Einlagen
oder Binden.
Vorzugsweise werden im Rahmen der erfindungsgemäßen Verfahren bahn- oder
bogenförmige Materialien miteinander verbunden. Der auf diese Weise
hergestellte Verbundwerkstoff kann zwei oder mehr Lagen aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist mindestens eines der mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen
Materialien ein Polyolefin. So eignet sich als Substrat beispielsweise eine
Polyolefinfolie, insbesondere eine Polethylenfolie. Die Substratdicke kann in
weiten Bereichen variieren. Beispielsweise als Substrat geeignet sind
Polyethylenfolien mit einer Dicke von etwa 10 bis etwa 50 µm, insbesondere
etwa 20 bis etwa 30 µm.
Als zweites, mit dem Substrat zu verklebendes Material eignet sich ins
besondere eine Vliesstofflage, vorzugsweise eine Vliesstofflage die ein
Polyolefin enthält oder aus einem Polyolefin besteht.
Unter einer "Vliesstofflage" wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein
flexibles Flächengebilde verstanden, das nicht durch die klassische Methode
der Gewebebindung von Kette und Schuß oder durch Maschenbildung,
sondern durch Verschlingung und/oder kohäsive und/oder adhäsive Verbin
dung von Textilfasern hergestellt wird. Unter Vliesstoffen werden damit
lockere Materialien aus Spinnfasern oder Filamenten, meist aus Poly
propylen, Polyester oder Viscose hergestellt, verstanden, deren Zusammen
halt im allgemeinen durch die den Fasern eigene Haftung gegeben ist. Hier
bei können die Einzelfasern eine Vorzugsrichtung aufweisen (orientierte
oder Kreuzlage-Vliese) oder ungerichtet sein (Wirrvliese). Die Vliese können
mechanisch verfestigt werden durch Vernadeln, Vermaschen oder durch
Verwirbeln mittels scharfer Wasserstrahlen (sog. spunlaced Vliese). Adhäsiv
verfestigte Vliese entstehen durch Verkleben der Fasern mit flüssigen Binde
mitteln (beispielsweise Acrylat-Polymere, SBR/NBR, Polyvinylester- oder
Polyurethan-Dispersionen) oder durch Schmelzen bzw. Auflösen von soge
nannten Bindefasern, die dem Vlies bei der Herstellung beigemischt wurden.
Bei der kohäsiven Verfestigung werden die Faseroberflächen durch
geeignete Chemikalien gelöst und durch Druck verbunden oder bei erhöhter
Temperatur verschweißt. Vliese aus sogenannten Spinnvliesen, d. h. durch
Verspinnen und anschließendes Ablegen, Aufblasen oder Aufschwemmen
auf ein Transportband hergestellte Flächengebilde, nennt man
Spinnvliesstoffe. Zusätzliche Fäden, Gewebe oder Gewirke enthaltende
Vliesstoffe gelten als verstärkte Vliesstoffe.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird der Klebstoff zur Herstellung eines mindestens eine Vliesstofflage
enthaltenden Verbundwerkstoffs eingesetzt. Besonders bevorzugt ist es,
wenn als Vliesstofflage ein Polypropylen-Spinnvlies mit einem
Flächengewicht von etwa 10 bis etwa 30 g/m2, insbesondere etwa 15 bis
etwa 20 g/m2 eingesetzt wird.
Die erfindungsgemäßen Klebstoffe können in einer Reihe von
Anwendungen zum Einsatz kommen. Beispielsweise bei der Verpackung
von Gegenständen. Besonders bevorzugt ist allerdings der Einsatz bei der
Herstellung von Verbundwerkstoffen, z. B. Folie/Folie-, Folie/Vlies- und
Vlies/Vlies-Verbunden, insbesondere zur Herstellung mindestens einen
Vliesstoff enthaltenden Verbundwerkstoffen. Hierzu gehören insbesondere
Wegwerfartikel, beispielsweise Windeln, Krankenhaustextilien, Binden,
Bettauflagen und dergleichen, vorzugsweise im Hygiene- und Medikal-
Bereich.
Hierfür eignen sich die erfindungsgemäßen Klebstoffe u. a. auch wegen ihrer
Lotionresistenz. Um die "Skin-Care"-Eigenschaften von z. B. Windeln zu
verbessern, werden deren Top-Sheets mit hautverträglichen Lotionen
ausgerüstet. Solche lotionsbeschichtete Windeln stellen besondere
Anforderungen an den Klebstoff, da dadurch die Haftwerte des
Klebeverbundes vermindert werden können. So wurde z. B. bei bekannten
Klebstoffen auf der Basis von SIS-Kautschuk eine starke Reduktion der
Haftwerte von Vlies/Folien-Laminaten festgestellt, nachdem ca. 4 g/m2 einer
Lotion auf der Basis von Fettalkohol aufgebracht wurde. Die Reduktion lag
im Bereich von 30 bis 70% nach 24 Stunden bei Raumtemperatur und im
Bereich von 40 bis 90% nach 4 Stunden bei 40°C.
Derartige Lotionen sind z. B. in der WO 96/16682 beschrieben. Ihr
diesbezüglicher Inhalt wird ausdrücklich in die vorliegende Anmeldung
übernommen. Es handelt sich dabei um bei 20°C halbfeste bis feste
Stoffgemische mit Linderungsmittel auf der Basis von Fettsäureestern,
Alkylethoxylaten, ethoxylierten Fettsäureestern, Fettalkoholen, Polysiloxanen
und Erdöl-basierten Produkten sowie deren Mischung, mit
immobilisierenden Mitteln wie Polyhydroxyfettsäureestern,
Polyhydroxyfettsäureamiden, C14-C22-Fettalkoholen, -Fettalkoholethoxylaten,
-Fettsäuren und Paraffinwachsen sowie deren Mischungen.
Gewünschtenfalls können noch Hilfsstoffe anwesend sein, um weitere
Effekte zu bewirken, z. B. hydrophile oberflächenaktive Stoffe,
Viskositätsregler, Duftstoffe, Desinfektionsmittel, Filmbildner usw.
Die Lotionen sollten zweckmäßigerweise im Bereich von ca. 40 bis ca. 70°C
schmelzen.
Gegenüber derartigen Lotion zeigen die erfindungsgemäßen Klebstoffe eine
wesentlich bessere Beständigkeit der Haftwerte.
Das folgende Beispiel dient der näheren Erläuterungen der Erfindung.
Als Komponente A wurde ein hochmolekularer amorphen Polyester, erhält
lich aus der Umsetzung von Diethylenglykol, Ethylenglykol, Isophthalsäure
und Adipinsäure mit einem Molekulargewicht (Mn) von mehr als 10.000 und
einer Glasübergangstemperatur Tg von 2,6°C eingesetzt. Der als
Komponente A verwendete Polyester wies bei 100°C eine Viskosität von 50
Pas und bei 140°C ein Viskosität von 9,9 Pas, eine Säurezahl von 6 und
eine OH-Zahl von 9 auf.
Als Komponente B1 wurde ein Polyester bestehend aus Phthalsäure,
Adipinsäure, Ethylenglykol und 1,2-Propandiol im Verhältnis von 3,5 : 1,4
2,1 : 3,1 eingesetzt. Der Polyester wies eine Glastemperatur von 13°C und
eine Viskosität von 21,7 Pas bei 90°C (Brookfield CAP 2000, 90°C, Cone 6,
50 U/min, 25 s Meßzeit) auf.
Als Komponente B2 wurde ein Polyester bestehend aus Terephthalsäure,
Adipinsäure, Isophthalsäure und 1,4-Butandiol im Verhältnis von 1 : 1,1 : 1 : 3,3
eingesetzt. Der Polyester wies eine Glasübergangstemperatur Tg von
-20°C und eine Erweichungstemperatur von 90°C auf.
Die Komponenten A, B1 und B2 wurden in einem Verhältnis von 1 : 0,5 : 1
gemischt.
Der Klebstoff hat einen Kontaktwinkel gegenüber Wasser von 31°C.
Mit dem so erhältlichen Klebstoff wurde eine Verklebung von Vliesstoff
(Polypropylen-Spinnvlies, Flächendichte: 17 g/m2) auf Polyethylenfolie
(Dicke: 25 µm), vorgenommen. Hierzu wurde der Klebstoff mit einer
Temperatur von 140°C in einer Menge von 4 g/m2 vollflächig auf die
Polyethylenfolie durch eine Schlitzdüse bei einer Auftragsgeschwindigkeit
von 20 m/min aufgetragen und anschließend das Vlies mit einem Kaschier
druck von 4-6 bar aufgebracht.
Anschließend wurde ein Versuch zur Bestimmung des Haftwerts durchge
führt. Hierzu wurde ein etwa 50 mm breiter Streifen des so erhaltenen
Verbundmaterials für 24 h in einer Klimakammer bei 20°C und einer rel.
Luftfeuchte von 50% gelagert und anschließend in einem Tensile-Tester mit
einer Zugrichtung von 180° bei einer Zuggeschwindigkeit von 300 mm/min
auf Haftfähigkeit untersucht. Hierbei trat ein Materialriß im Vliesstoff auf, die
Klebeverbindung zwischen Folie und Vliesstoff wurde nicht beschädigt.
Das Folien/Vlies-Laminat wurde mit 4 g/m2 Fett-Partialglyceriden mit
einem Schmelzpunkt von a) ca. 40 und b) ca. 70°C gleichmäßig
beschichtet. Nach 24 Stunden bei RT waren die Haftwerte nahezu
unverändert hoch und nach 4 Stunden bei 40°C nur um 0 bis zu 30%
reduziert, d. h. ca. 30%, bezogen auf den Reiß-Wert des Vliesstoffes.
In einem modifizierten Bodis-Test (ISO 10708) auf vollständige biologische
Abbaubarkeit zeigte der erfindungsgemäße Klebstoff doppelt so hohe Ab
baubarkeitswerte, wie konventionelle Klebstoffe auf Basis von Kautschuk
oder APP.
Es wurde ein Klebstoff hergestellt, indem die folgenden Polyester in den
angegebenen Mengen gemischt wurden:
- - 2 Teile eines Polyesters aus Terephthalsäure, Adipinsäure, Isophthalsäure und 1,4-Butandiol im Verhältnis von 1 : 1,1 : 1 : 3,3. Der Polyester wies eine Glasübergangstemperatur Tg von -20°C und eine Erweichungstemperatur von 90°C auf.
- - 1,5 Teile eines Polyesters aus Phthalsäure, Adipinsäure, Ethylenglykol und 1,2-Propandiol im Verhältnis von 3,5 : 1,4 : 2,1 : 3,1. Der Polyester wies eine Glastemperatur von 13°C und eine Viskosität von 21,7 Pas bei 90°C (Brookfield CAP 2000, 90°C, Cone 6, 50 U/min, 25 s Meßzeit) auf und
- - 2 Teile Polyester aus Diethylenglykol, Ethylenglykol, Isophthalsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, OH-Zahl 6, Säurezahl 4, Glasübergangstemperatur Tg ca. -1,8°C.
Der Kontaktwinkel betrug 30°.
Es wurden Laminate aus einer Folie auf der Basis von thermoplastischer
Stärke einerseits und derselben Folie bzw. einem Vlies auf der Basis von
Milchsäure andererseits durch Control-Coat-Auftrag des
erfindungsgemäßen Klebstoffes gemäß Beispiel 1 auf das Vlies bzw. der
Folie bei 140°C ohne Probleme hergestellt.
Die Haftwerte dieser Laminate waren im Falle von Folie/Folie-Laminat so
hoch, daß sich nicht gemessen werden konnten. Im Falle des Folie/Vlies-
Laminates lagen sie nahezu auf den Werten von Laminaten üblicher (nicht
abbaubarer) Substrate.
Der Klebstoff und der geschredderten Laminate wurden gemäß
DIN 54900, Teil 2 (Entwurf) kompostiert, wobei für den Klebstoff Kieselgel
als Träger diente, und zwar 20% Klebstoff auf Kieselgel.
Der erfindungsgemäße Klebstoff wurde bereits innerhalb von 45 Tagen
nahezu vollständig abgebaut, wofür die prüfmuster-bezogenen CO2-
Bildungsraten sprachen. Die geschredderten Laminate waren ebenfalls
innerhalb von 45 Tagen nahezu vollständig abgebaut, wofür die
prüfmuster-bezogenen CO2-Bildungsraten sowie die zusätzliche visuelle
Wertung des Versuchsmaterials sprach. Es war nämlich kein Rückstand
von den Prüfmustern zu sehen.
Claims (18)
1. Klebstoff enthaltend Komponenten A und B, bei dem
- a) Komponente A mindestens einen Polyester mit einem Moleku largewicht (Mn) von mindestens 8.000 enthält und eine Ge samtschmelzenthalpie von höchstens 20 mJ/mg aufweist, und
- b) Komponente B mindestens einen Polyester mit einem Moleku largewicht (Mn) von weniger als 8000, insbesondere 1000 bis 6500, und einer Glasübergangstemperatur von höchstens 60°C, insbesondere von -25 bis 40°C enthält,
2. Klebstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente
A einen Polyester enthält, der aus mindestens einer ersten und einer
zweiten Säurekomponente und mindestens einer ersten Alkoholkom
ponente aufgebaut ist.
3. Klebstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kom
ponente B einen Polyester enthält, der aus mindestens einer ersten und
einer zweiten Säurekomponente und mindestens einer ersten Alkohol
komponente aufgebaut ist.
4. Klebstoff nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der jeweilige Polyester so aufgebaut ist, daß er
- d) als eine erste Säurekomponente eine Säure ausgewählt aus o-Phthalsäure, Isophthalsäure oder Terephthalsäure,
- e) als eine zweite Säurekomponente, eine Säure ausgewählt aus Adipinsäure und Sebacinsäure
- f) als eine erste Alkoholkomponente Ethylenglykol, Neopentyl glykol, 1,2-Propylenglykol, 1,3-Propylenglykol, den isomeren Butylenglykolen, Pentandiolen und Hexandiolen, Dianhydrosorbit, Diethylenglykol, Triethylenglykol, deren reinen oder untereinander gemischten Ethern, oder deren Umsetzungsprodukten mit C1-4-Alkylenoxiden,
5. Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß Komponente B einen amorphen Polyester mit einem Molekularge
wicht (Mn) von 1500 bis 4000, einer Glasübergangstemperatur Tg von 5
bis 20°C und einer Viskosität von 5.000 bis 25.000 mPas (Brookfield
CAP 2000, 90°C, Cone 6, 50 U/min, 25 s Meßzeit) als Komponente B1
enthält.
6. Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß Komponente B einen amorphen Polyester mit einem Molekularge
wicht (Mn) von 400 bis 4000 und einer Glasübergangstemperatur Tg von
-40 bis -15°C als Komponente B2 enthält.
7. Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß Komponente B einen amorphen Polyester mit einem Molekularge
wicht (Mn) von weniger als 500 und einer Glasübergangstemperatur Tg
von weniger als -40 °C als Komponente B3 enthält.
8. Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Komponente B ein Gemisch aus mindestens zwei Polyestern
enthält, die eine unterschiedliche Glasübergangstemperatur oder ein
unterschiedliches Molekulargewicht (Mn) oder beides aufweisen.
9. Klebstoff nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Komponente
B ein Gemisch aus mindestens zwei der Komponenten B1, B2 oder B3
enthält.
10. Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß er 30 bis 95 Gew.-% der Komponente A und 5 bis 75 Gew.-% der
Komponente B sowie 0 bis 45 Gew.-% Zusatzstoffe enthält.
11. Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klebstoff gemäß DIN 54900, Teil 2 (Entwurf) biologisch
abbaubar ist, vorzugsweise innerhalb von 90 Tagen.
12. Klebstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klebstoff einen Kontaktwinkel im Bereich von 20 bis 50° hat.
13. Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs aus mindestens
zwei gleichen oder unterschiedlichen Materialien, dadurch gekenn
zeichnet, daß ein Klebstoff enthaltend Komponenten A und B, bei dem
- a) Komponente A einen amorpher Polyester mit einem Moleku largewicht (Mn) von mindestens 8.000, wobei Komponente A eine Gesamtschmelzenthalpie von höchstens 20 mJ/mg aufweist, und,
- b) Komponente B einen amorphen Polyester mit einem Moleku largewicht (Mn) von weniger als 8000, insbesondere 1000 bis 6500, und einer Glasübergangstemperatur von höchstens 60°C, insbesondere von -10 bis 40°C
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
eines der mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen Materialien
ein Polyolefin ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eines der mindestens zwei gleichen oder unterschiedlichen
Materialien ein Vliesstoff ist.
16. Verwendung eines Klebstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zur
Herstellung eines Verbundwerkstoffs aus zwei gleichen oder
unterschiedlichen Materialien.
17. Verwendung nach Anspruch 16 zur Herstellung von Hygieneartikeln,
insbesondere mit einer hautverträglichen Beschichtung des Top-Sheets.
18. Verbundwerkstoff, hergestellt unter Verwendung eines Klebstoffs gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 12 oder hergestellt nach einem Verfahren
gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15.
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8141 | Disposal/no request for examination |