DE2452584A1 - Schmelzhaftkleber auf der basis von polyisobutylen - Google Patents

Schmelzhaftkleber auf der basis von polyisobutylen

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Description

BA3P Aktiengesellschaft
Unser Zeichen; O. Z. 30 956 Wd/sb 67OO Ludwigshafen, 31-10.1974
Schmelzhaftkleber auf der Basis von Polyisobutylen
Es ist bekannt, daß für die Ausrüstung von selbstklebenden Artikeln wie z.B. Etiketten, Korrosionsschutzbandagen, Bauisolierfolien, Klebemassen auf Basis von Synthese- und Naturkautschuk, Polyvinyläther und Polyisobutylen Verwendung finden. Diese Produkte stellen meist die Hauptbestandteile eines Klebers dar und müssen je nach Anwendungsgebiet noch modifiziert werden.
Bei einem Klebrohstoff sind die Filmfestigkeit (Kohäsion) und di« Oberflächenklebrigkeit voneinander abhängig, d.h. mit zunehmender Oberflächenklebrigkeit verringert sich die Filmfestigkeit,, In der Praxis verfährt man so, daß man, den jeweiligen Anforderungen entsprechend, Klebstoff-Rohstoffe mit hoher Oberflächenklebrigkeit mit solchen hoher Filmfestigkeit abmischt, um so ein Optimum der gewünschten Klebeeigenschaften zu erzielen.
Gute Klebeeigenschaften von Klebern auf Basis von Polyisobutylen erreicht man durch Abmischen von nieder-, mittel- und hochmolekularem Polyisobutylen untereinander. Als Ersatz für niedermolekulares Polyisobutylen können auch klebrigmachende Harze, die mit Polyisobutylen verträglich sind, eingesetzt werden.
Nachteilig bei Klebern auf Basis von Polyisobutylen, die z.B. für Etiketten, Bauisolierfolien, Korrosionsschutzbandagen Verwendung finden, 1st, daß sie unter Mitverwendung von Lösungsmitteln hergestellt und aus der Lösung verarbeitet werden. Auch müssen die Komponenten in diskontinuierlich arbeitenden Mischaggregaten unter erheblichem Zeitaufwand gemischt und in Lösung gebracht werden.
Um die Umwelt möglichst nicht zu verschmutzen und um Unfälle durch
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Brand- und Explosion oder Gesundheitsschäden zu vermeiden, sind beim Arbeiten mit Lösungsmittelklebern apparativ aufwendige Lösungsmittel-Rückgewinnungsanlagen erforderlich. Hinzu kommt die Explosions-Schutzausrüstung der gesamten, für das Arbeiten mit Lösungsmittelklebern notwendigen Einrichtungen. Ein weiterer Nachteil bei Lösungsmittelklebern ist der für eine zufriedenstellende Trocknung des Klebefilms notwendige Mehraufwand an Wärmeenergie, bedingt durch die Lösungsmittelretention der Polymeren» Der Einsatz von Lösungsmittelklebern ist von der Auftragsmenge her begrenzt. Andererseits ist die Beschichtungskapazität wiederum von der Auftragsmenge abhängig. Bei der Herstellung von Etiketten kann in der Regel ein direktes Beschichten mit Lösungsmittelklebern auf Etikettenpapier nicht erfolgen, da das Lösungsmittel bis zur anderen Papierseite durchschlägt und zu dem sogenannten "Vergrauen" der Papiere führt. Das aus diesen Gründen notwendige Transferverfahren kann unter Umständen zu Verankerungsschwierigkeiten des Klebefilms auf dem Etikettenpapier führen.
Es ist weiter bekannt, daß Haftkleber auf Basis von Polyisobutylen eine geringe Dimensionsstabilität aufweisen, die sich mit zunehmender Temperatur noch verschlechtert. Dieser Nachteil kann durch Zumischung von Elastomeren, z.B. von Natur- oder Synthesekautschuk, weitgehend beseitigt werden. Derartige Mischungen werden im allgemeinen gleichfalls aus Lösung verarbeitet. Verarbeitet man solche Mischungen aus der Schmelze, so kommt es infolge Scherbeanspruchung und hoher Temperaturbelastung zu einem unkontrollierbaren Abbau der Elastomeren, der sich auf die Klebeeigenschaften der Mischung nachteilig auswirkt.
Es wurde nun gefunden, daß ein Schmelzhaftkleber auf Basis von (A) 50 bis 80 Gewichtsteilen eines Gemisches aus 80 bis 98 Gewichtsteilen Polyisobutylen eines Molekulargewichts nach Staudinger von 10 000 bis 20 000 und 20 bis 2 Gewichtstellen Polyisobutylen eines Molekulargewichts von 100 000 bis I80 000, (B) 10 bis 35 Gewichtsteilen eines thermoplastischen kautschukelastischen Styrol-l,j5-Dien-Blockpolymerisats eines mittleren Molekulargewichts Mn von
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.3.
80 000 bis 250 000 und (C) 10 bis 35 Gewichtsteilen eines klebrigmachenden Harzes eines Erweichungspunktes von 60 bis 1200C eine besonders gute Dimensionsstabilität aufweist und bei der Verarbeitung aus der Schmelze praktisch keinen unkontrollierten Abbau zeigt. Die Zusammensetzung des Polyisobutylenanteils ist für den neuen Schmelzhaftkleber von besonderer Bedeutung. Sie beträgt auf 100 Gewichtsteile des Polyisobutylenanteils vorzugsweise 85 bis 95 Teile eines Polyisobutylene des Molekulargewichts 10 000 bis 20 000 (nach Staudinger) und vorzugsweise 6 bis 10 Teile eines Polyisobutylene eines Molekulargewichts von 100 000 bis- 180 000 (nach Staudinger). Die angegebenen Zahlen für das Molekulargewicht der Polyisobutylen-Typen entsprechen dem Molekulargewicht nach Staudinger in "Die hochmolekularen organischen Verbindungen", Springer Verlag, Berlin, 1932, Seite 170 ff. Das Viskositätsmittel des Molekulargewichts des Polyisobutylene kann aus der Grenzviskosität einer 0,2prozentigen Isooctanlösung bei 200C nach der Gleichung Π, J = 3*06 · 10"^ · N^ berechnet werden. Ein Molekulargewicht nach Staudinger von 10 000 bis 20 000 entspricht einem My 3,9 . ΙΟ2*" bis 1,28 · 105, ein Molekulargewicht nach Staudinger von 100 000 bis I80 000 einem Mv 1,18 · 106 bis 4,5 · 106.
Als Komponente (B) enthält der neue Schmelzhaftkleber ein thermoplastisches kautschukelastisches Styrol-l,3-dien-blockcopolymerisat eines mittleren Molekulargewichts (Zahlendurchschnitt M) von 80 bis 250 000. Als 1,3-Dien enthält das Blockcopolymerisat bevorzugt 4 bis 5 CTAtome enthaltende I,j5-Diene, wie Butadien oder Isopren einpolymerisiert. Sein Gehalt an einpolymerisiertem 1,3-Dien liegt im allgemeinen zwischen 65 und 75 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 68 und 72 Gewichtsprozent, sein Gehalt an einpolymerisiertem Styrol im allgemeinen zwischen 25 und 35 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 28 und J>2 Gewichtsprozent. Die geeigneten Blockcopolymerisate haben vorzugsweise drei Segmente, wobei ein in der Mitte liegendes Butadienpolymerisat-Segment nach außen hin jeweils durch ein Styro!polymerisat-Segment abgeschlossen wird. Derartige Blockcopolymerisate sind im Handel erhältlich und werden im allgemeinen durch anionische Polymerisation beispielsweise unter Verwendung von Butyllithium als Katalysator hergestellt. Ihr 1,3-Dien-
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gehalt, Insbesondere ihr Butadienpolymerisatgehalt hat meist einen Anteil mit 1,2-Struktur von 5 bis 15$, einen Anteil mit 1,4-trans-Struktur von 45 bis 65$ und einen Anteil mit 1,4-cis-Struktur von 25 bis 45$. Produkte, deren Butadienpolymerisat-Segmente zu 8 bis 12$ 1,2-Struktur, zu 50 bis 60$ 1,4-trans-Struktur und zu 30 bis 40$ 1,4-cis-Struktur aufweisen, sind von besonderem Interesse. Die Blockcopolymerisate haben vorzugsweise Molekulargewichte (Zahlendurchschnitt) von 150 000 bis I80 000.
Als klebrigmachende Harze (C) können Naturharze, Kohlenwasserstoff-Harze und modifizierte Kolophonium-Harze verwendet werden. Bevorzugt sind Kolophoniumester, deren Erweichungspunkte (RuK nach ASTME 28-58T) bei 70 bis 900C liegen.
Der neue Schmelzhaftkleber enthält in 100 Gewichtsteilen bevorzugt 55 bis 70 Teile der oben angegebenen Polyisobutylen-Mischung, bevorzugt 15 bis 30 Teile thermoplastisches kautschukelastisches Blockpolymerisat, bevorzugt 15 Ms 30 Teile Kolophoniumester eines Erweichungspunkts im Bereich von 75 bis 850C.
Die erfindungsgemäßen Schmelzhaftkleber weisen eine besonders hohe Kohäsion auf. Ihre Verarbeitung kann daher mit Vorteil mit ihrer Herstellung in der Weise verbunden werden, daß man gemäß der Zeichnung in*feinem Mischer (1) (z.B. einer Universal-Misch- und -Knetmaschine mit Austragsschnecke, z.B. Bauweise der Firma W u. P) die zuvor in einem (in der Zeichnung nicht, gezeigten) herkömmlichen Gummikneter hergestellte Mischung der Polyisobutylene mit dem thermoplastischen kautschukelastischen Styrol-1,3-Dien-Blockpolymerisat und dem klebrigmachenden Harz vorzugsweise in der angegebenen Reihenfolge bei Temperaturen von 80 bis 20O0C, insbesondere von 120 bis l60 C, mischt und den Schmelzhaftkleber dann mit Hilfe der eingebauten Austragsschnecke dem Pufferbehälter bzw. der Dosiereinrichtung (2) zuführt. Aus dem Pufferbehälter (2) kann dann unter ständigem Rühren der Schmelzhaftkleber mit Hilfe einer eingebauten Austragsschnecke kontinuierlich z.B. einer beheizten Schneckenpresse (3) oder einer Spinnpumpe (3a) zugeführt und über eine beheizte
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Breitschlitzdüse (4) als dünner Schmelzhaftkleberfilm auf das zu beschichtende flächige Trägermaterial, das von der Abwicklungsvorrichtung (5) den Auftragswalzen (6) zugeführt wird, aufgebracht werden. Das mit dem Haftkleber beschichtete flächige Gebilde kann zudem in an sich üblicher Weise mit einer üblichen Trennfolie beschichtet und dann anschließend in an sich üblicher Weise aufgewickelt werden. Bei diesem kontinuierlichen Beschichtungsverfahren hat es sich bewährt, den Schmelzhaftkleber in dem Mischer (l) diskontinuierlich herzustellen und ihn dann dem Pufferbehälter (2) in kurzen Zeitabständen zuzuführen. In der Zeichnung bedeutet "8" jeweils eine Knet- bzw. Austragsschnecke. Bei der Vorrichtung zur Herstellung und Verarbeitung der erfindungsgemäßen Schmelzhaftkleber hat es sich bewährt, daß die Austragsschnecke im Pufferbehälter (2) und die Schneckenpresse (j5) bzw. die Spinnpumpe (Ja) mit einem stufenlos regelbaren Antrieb ausgerüstet ist. Durch die Regulierung der Schneckendrehzahlen kann dann die Austrags- bzw. die Auftragsmenge leicht eingestellt werden. Die Filmdicke des Schmelzhaftkleberauftrags wird auf einer Vorrichtung der geschilderten Art über die Spaltweite der Düsen und die Abzugsgeschwindigkeit des beschichteten flächigen Gebildes (7) eingestellt. Durch den im Pufferbehälter (2) fortlaufenden Mischprozeß wird ein Entmischen verhindert. Die Verweilzeit der Klebemasse im Pufferbehälter (2) ist im allgemeinen verhältnismäßig klein, so daß eine thermische Schädigung durch lokale Überhitzungen praktisch ausgeschlossen wird. Me- Kombination von zwei Mischern (1 und 2) mit eingebauter Austragsschnecke macht eine Konfektionierung der Klebemasse zu rieselfähigem Granulat für die Verarbeitung auf der Schneckenpresse überflüssig. Eine derartige Konfektionierung ist jedoch in an sich üblicher Weise möglich. Bei verhältnismäßig großen Auftragsmengen bzw. Filmdicken kann die Breitschlitzdüse auch direkt an die Austragsschnecke der Dosiereinrichtung montiert sein. Auf diese Weise können z.B. Bauisolierfolien beschichtet werden, bei denen die Filmdickentoleranzen nicht sehr eng sind.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung und Verarbeitung der erfindungsgemäßen Schmelzhaftkleber besteht somit aus einem
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heizbaren Mischbehälter (1), der mit Mitteln (8) zum Mischen und Austragen versehen ist und aus einem heizbaren Puffer- bzw. Dosierbehälter (2), der gleichfalls mit Mitteln (8) zum Durchmischen und Austragen versehen ist sowie einer Breitschlitzdüse (4) bzw. (4a), wobei zwischen Breitschlitzdüse und Behälter (2) eine Schneckenpresse (3) oder eine Spinnpumpe (3a) angeordnet sein kann. Bei der Vorrichtung sind die Behälter (1) und (2) derart angeordnet, daß der den Behälter (l) verlassende Austrag dem Behälter (2) zugeführt wird. Bei den Mitteln (8) der Behälter (1) und (2) handelt es sich vorzugsweise um Knet- und Austragsschnecken.
Die in den folgenden Beispielen angegebenen Molekulargewichte des Polyisobutylene wurden nach Staudinger (I.e.),die darin angegebenen Molekulargewichte des Blockcopolymerisates (B) mit Hilfe eines Dampfdruckosmometers als Zahlendurchschnitt Mn nach R.W. Bonnar, M. Dimbat und P.H. Stross, "Number average molecular weights", Interscience N.Y., 1958, bestimmt. Die Erweichungspunkte wurden nach ASTME 28-58T gemessen. Die in den Beispielen angegebenen Teile sind Gewichtsteile.
Beispiel 1
In einem handelsüblichen Gummikneter werden zunächst 94 Teile Polyisobutylen des Molekulargewichts (MG) 15 000 und 6 Teile Polyisobutylen des MG 150 000 bei 150 bis l6o°C gemischt, wobei der Anteil mit MG 150 000 im Kneter vorgelegt und der Polyisobutylenanteil mit MG 15 000 in kleinen Anteilen zugegeben wird. Die fertige Polyisobutylen-Mischung kann nach kurzer Zeit als homogene Masse ausgetragen werden. Sie wird in Mischer (l) (Universal-Misch- und Knetmaschine mit Austragsschnecke) mit 20 Teilen thermoplastischem Kautschuk (MG 150 000 bis I80 000) und 20 Teilen Kolophoniumester, z.B. Glycerinester von hydriertem Kolophonium, Erweichungspunkt 80 C, gemischt. Bei dem thermoplastischen Kautschuk handelt es sich um ein Blockcopolymerisat aus 3 Segmenten, dessen mittleres Segment aus Butadien-Einheiten und dessen beide äußere Segmente aus Styrol-Einheiten aufgebaut sind, wobei der Anteil an Butadien-Einheiten 70$, der Anteil an Styrol-Einheiten 30$, bezogen auf das
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Blockpolymerisat, beträgt und das Polybutadien-Segment 10$ 1,2-Struktur, 55$ 1,4-trans-Struktur und 35$ 1,4-cis-Struktur hat. Beim Mischen werden zunächst 60 Teile des Polyisobutylen-Gemisches in dem auf 1500C geheizten Mischer vorgelegt und dann das Blockpolymerisat und anschließend der Kolophoniumester eingemischt. Bei Einhaltung der angegebenen Einmisch-Reihenfolge ist eine besonders gute Homogenität der Mischung gewährleistet. Die fertige Mischung wird mit Hilfe der Austragsschnecke in den ebenfalls auf 1500C geheizten Pufferbehälter (2) überführt. Hier wird die Klebemasse ' ständig durch 2 Knetschaufeln umgewälzt und gleichzeitig über eine beheizte Austragsschnecke einer nachgeschalteten beheizten Schneckenpresse (3) (z.B. 1 = 15 d, d = 90 mm) zudosiert. Die Zylinderheizung der Schneckenpresse wird bei allen Heizzonen auf l60°C eingestellt. Die Schneckenpresse drückt die Klebemasse durch eine Breitschlitzdüse, deren Spaltweite auf 200 /U eingestellt ist, auf Etikettenpapier, das mit einer Geschwindigkeit von 200 m/min an der
Düse vorbeigeführt wird. Es werden Auftragsmengen von 20 bis ο
200 g/m aufgetragen. Die jeweils gewünschte Auftragsmenge kann über den Produktausstoß an der Schneckenpresse (3) und über die Papierabzugsgeschwindigkeit eingestellt werden. Um ein Verkleben auf den Rollen (6) zu verhindern, wird in üblicher Weise ein Silikonpapier als Trennpapier auf die beschichtete Papierseite zugefahren. Das beschichtete Papier wird über Kühlwalzen geführt und der Klebefilm nach dem Zufahren des Trennpapiers mit einer Anpresswalze auf das Papier gedrückt. Man erhält ein Etikettenpapier, das einen festhaftenden und gleichmäßigen Haftkleberüberzug mit guten selbsthaftenden Eigenschaften aufweist.
Beispiel 2
Eine Mischung aus
50 Teilen Polyisobutylen-Gemisch der in Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung,
30 Teilen thermoplastischem Kautschuk der in Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung und
20 Teilen Kolophoniumester, Erweichungspunkt 80°C
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wird wie in Beispiel 1 angegeben hergestellt und über die Austragsschnecke des Pufferbehälters (2) einer beheizten Spinnpumpe (Ja) zudosiert. Mit Hilfe der beheizten Spinnpumpe und einer nachgeschalteten Breitschlitzdüse wird die l6o C heiße Klebemasse mit Filmdicken von 100 bis 200/U auf eine Polyäthylen-Flachfolie aufgebracht. Nach dem Auftrag der Klebemasse wird die beschichtete Folie sofort über Kühlwalzen geführt; dadurch wird ein Schrumpfen der Folie durch die hohe Produkttemperatur verhindert. Es werden Selbstklebebänder mit sehr guten Klebeeigenschaften erhalten.
Vergleichsversuch
Wie in Beispiel 1 angegeben, wird eine Mischung auf 50 Teilen eines Gemisches aus 70 Teilen Polyisobutylen des MG 15 000 mit 30 Teilen Polyisobutylen des MG 150 000, 30 Teilen thermoplastischem Kautschuk der in Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung und
20 TeilenlKäophoniumester des Erweichungspunkts 8O0C
hergestellt.· Mit der Mischung wird, wie in Beispiel 1 angegeben, Etikettenpapier beschichtet. Man erhält Etikettenpapier, dessen Klebewerte unterschiedlich schlecht sind, und in jedem Fall unter denen des nach den Angaben von Beispiel 1 hergestellten Etikettenpapiers liegen.
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Claims (3)

- 9 - O.Z. 30 956 Patentansprüche
1. Schmelzhaftkleber auf Basis von
(A) 50 bis 8o Gewichtsteilen eines Gemisches aus 80 bis 98 Gewichtsteilen Polyisobutylen eines Molekulargewichts nach Staudinger von 10 000 bis 20 000 und 20 bis 2 Gewichtsteilen Polyisobutylen eines Molekulargewichts von 100 000 bis I80 000,
(B) 10 bis 35 Gewichtsteilen eines thermoplastischen kautschukelastischen Styrol-1,3-Dien-Blockpolymerisats eines mittleren Molekulargewichts M von 80 000 bis 250 000 und
(C) 10 bis 35 Gewichtsteilen eines klebrigmachenden Harzes eines Erweichungspunkts von 60 bis 120°C.
2. Vorrichtung zur Herstellung und Verarbeitung von Schmelzhaftklebern auf Basis von Gemischen aus Polyisobutylen, thermoplastischen kautschukelastischen Styrol-1,3-Dien-Blockpolymerisaten und klebrigmachenden Harzen,- bestehend aus einem heizbaren, mit Misch- und Austragsschnecken sowie einem Austragsstutzen versehenen Mischbehälter (1), einem mit dem Austragsstutzen von (l) verbundenen, heizbaren, mit Misch- und Austragsschnecken sowie einem Austragsstutzen verbundenen Puffer- bzw. Dosierbehälter (2) und einer mittelbar oder unmittelbar mit dem Austragsstutzen von (2) versehenen Breitschlitzdüse (4).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Puffer- bzw. Dosierbehälter (2) und Breitschlitzdüse (4) eine Schneckenpresse (3) oder eine Spinnpumpe (3a) derart angeordnet ist, daß der Austragsstutzen von (2) mit der Produktzuführungsöffnung von (3) bzw. (3a) und die Breitschlitzdüse (4) mit der Produkt aus trag soff nung von (3) bzw. (3a) verbunden sind.
Zeichn. BASF Aktiengesellschaft
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