DE2733847A1

DE2733847A1 - Heisschmelzkleber sowie anordnung zu dessen erzeugung und abgabe

Info

Publication number: DE2733847A1
Application number: DE19772733847
Authority: DE
Inventors: Jun John R Janner; Charles H Scholl; Duane O Shuster; William C Stumphauzer
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 1976-08-02
Filing date: 1977-07-27
Publication date: 1978-02-09
Also published as: IT1085599B; AU2723677A; FR2361453B1; NL7708513A; AU514783B2; CH623352A5; JPS603350B2; NL180119B; NL180119C; MX145956A; GB1562562A; SE7708722L; ES461286A1; DD135505A5; FR2361453A1; SE437669B; DE2733847C2; JPS5317645A

Description

Nordson Corporation, eine Gesellschaft nach den Gesetzen des Staates Ohio, Jackson Street, Amherst, Ohio 44001 U. S. A.

Heißschmelzkleber sowie Anordnung zu dessen Erzeugung und Abgabe

Die Erfindung bezieht sich auf einen Heißschmelzkleber sowie ein Verfahren nebst Anordnung zu dessen Erzeugung und Abgabe.

Heißschmelzende thermoplastische Kleber haben in der Industrie eine große Anwendungsbreite, beispielsweise in der VerpackungsIndustrie, wo die schnelle Setzzeit dieses Klebers besondere Vorteile erbringt.

Heißschmelzkleber muß nach dem Auftragen zwischen den Substraten komprimiert werden, damit eine genügend große Berührungsfläche zur Erzielung einer guten Klebeverbindung erreicht wird. Die relative Zähigkeit, Oberflächenspannung und schnelle Setzzeit von Heißschmelzklebern behindern die Verteilung des Klebers über große Oberflächenbereiche, wenn der Kleber als Flüssigkeit auf das Substrat

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aufgetragen wird. Anstatt sich zu verteilen, legt sich die Flüssigkeit als dicke Raupe auf die Unterlage. Bei der schnellen Kompression zwischen beispielsweise zwei Kartondeckeln hat der Kleber Schwierigkeiten, sich zu verteilen. Wenn man zwei miteinander verklebte Oberflachen später auseinanderreißt, kann man sehen, daß die Klebestelle im Grenzbereich zwischen Kleber und Substrat nachgibt. Je größer also der Oberdeckungsbereich oder Oberflächenkontakt ist, desto größer ist die Festigkeit der Klebeverbindung.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mittels der bei einer gegebenen Menge eines bestimmten Heißschmelzklebers mindestens die doppelte Klebkraft gegenüber dem Stand der Technik erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird verfahrensseitig dadurch gelöst, daß ein Kleberschaum erzeugt wird durch Vermischen des heißen Klebers mit einem Gas, Beaufschlagen der Mischung mit einem Druck, wobei das Gas zur Lösung in dem heißen Kleber gezwungen wird, Abgeben der Lösung bei einem niedrigeren Druck, bei dem das Gas aus der Lösung austritt und den Kleberschaum bildet, und Zusammenpressen des heißen Kleberschaumes zwischen zwei Substraten zur Bildung einer Klebestelle zwischen beiden.

Vorrichtungsseitig wird diese Aufgabe durch Einrichtungen zur Bildung einer Mischung aus einem heißschmelzenden thermoplastischen Kleber und einem Gas, Einrichtungen zum Beaufschlagen der Mischung mit einem Druck, so daß das Gas in dem Kleber zur Lösung gebracht wird, und durch Einrichtungen zum Abgeben der Lösung bei einem Druck, der unterhalb des In-Lösung-Halte-Druckes für das Gas und den Kleber liegt, so daß das Gas von der Lösung freigesetzt wird, während die Flüssigkeit abkühlt und einen festen Kleberschaum bildet.

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Die gestellte Aufgabe wird vorteilhaft durch die Erzeugung und Verwendung von geschäumtem Schmelzkleber erreicht. Die verbesserte Klebkraft resultiert zumindest teilweise daraus, daß sich der Schaum über mindestens die doppelte Fläche ausbreitet ηIs bestimmte Kleber im ungeschäumten Zustand unter gleichen Kompressionsverhältnissen. Da die Klebstellen-Festigkeit eine Funktion der Klebstellenfläche ist, kann man durch die Schaumbildung eine bessere Verteilung und damit mindestens die dopptelte Festigkeit der Klebstelle erzielen als beim ungeschäumten, sonst typmäßig gleichen Kleber.

Das liegt daran, daß konventioneller geschmolzener Heißschmelzkleber ähnlich wie Glas relativ zäh ist, während der geschäumte Schmelzkleber weniger zäh ist. Geschmolzener geschäumter Kleber ist aufgrund der darin enthaltenen Gasblasen leichter zusammendrückbar als normaler geschmolzener Schmelzkleber. Die im Schaum enthaltenen Gasblasen Senken die Viskosität und Dichte eines Schmelzklebers und machen ihn leichter kompressibel.

Ferner hat sich herausgestellt, daß geschäumter Schmelzkleber eine längere "Offen"-Zeit hat, das ist der Zeitraum, über den er nach dem Auftragen auf ein Substrat seine Klebefähigkeit behält. Außerdem hat sich gezeigt, daß der geschäumte Schmelzkleber nach dem Komprimieren zwischen zwei Substraten, beispielsweise zwei Kartondeckeln, schneller fest wird. Das ist ein sehr erwünschter Effekt beim Schließen von Kartons, weil man einerseits die Deckel nach dem Auftragen des Klebers nicht sofort schließen muß und andererseits den Schließdruck von den zusammengeklebten Flächen schneller wieder aufheben kann. Außer diesen beiden Charakteristiken sind jetzt größere Herstelltoleranzen möglich, und das erweitert den Anwendungsbereich von Heißschmelzklebern.

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Die längere "Offen^N-Zeit des geschäumten Schmelzklebers gegenüber ungeschäumtem Kleber ist darauf zurücizufuhren, das die im Schaum enthaltenen kleinen Luft- oder Gasblasen eine Wärmebarriere bilden und somit die Verfestigung des flüssigen Klebers verzögern. Wie schon gesagt, verteilt sich geschäumter Schmelzkleber zwischen den gegenüberliegenden Klebstellen-Oberflächen beim Anlegen des Klemmdruckes etwa über die doppelte Fläche wie ungeschäumter Kleber, es gibt also eine größere Klebstellenfläche, der geschäumte Kleber gibt seine Wärme schneller ab als ungeschttumter Kleber.

Bei der Erzeugung des heißen Schmelzkleber-Schaumes wird Luft oder ein Gas wie Stickstoff gründlich mit der Schmelze vermischt und dann unter einem relativ hohen Druck von beispielsweise 21 kg/cm* in Lösung mit dem flüssigen Kleber gebracht. Beim Auftragen des Schmelzkleberechaumes wird die Mischung entspannt, und das zuvor gelöste Gas bildet geschlossene Zellen oder Blasen im Schaum, was die zuvor beschriebenen Vorteile erbringt.

In einem später beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in einer entsprechenden Vorrichtung Luft mit dem geschmolzenen Kleber vermischt und durch eine entweder einstufige oder zweistufige Zahnradpumpe unter Druck gesetzt. Bei der Abgabe bildet sich dann der Schaum, wie bereits gesagt.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Mischung aus thermoplastischem Schmelzkleber und einem Treibmittel auf eine Temperatur beheizt und geschmolzen, die über dem Schmelzpunkt des Klebers, aber unter dem Zersetzungspunkt des Treibmittels liegt. Die Mischung aus dem geschmolzenen Kleber und dem festen Treibmittel wird dann mittels einer Zahnradpumpe mit

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einem Druck von beispielsweise 21 kg/cm² beaufschlagt und zur Abgabeeinrichtung befördert. Zwischen Pumpe und Auslaß der Abgabeeinrichtung erfolgt eine weitere Aufheizung der Mischung auf eine höhere Temperatur, wo sich auch das Treibmittel zersetzt und ein Gas erzeugt, beispielsweise Stickstoff, das bei dem Druck in Lösung mit dem flüssigen Schmelzkleber geht, der dann wie oben beschrieben abgegeben wird.

Es ist schon früher passiert, daß sich große Blasen im thermoplastischen Schmelzkleber bilden, aber diese Blasen waren nicht in Lösung mit dem Kleber, es konnte also nicht die Rede von einem gleichförmigen Kleberschaum sein. Vielmehr waren die großen Blasen einfach zufällig verteilte Fehlstellen im Kleber, begleitet von kleineren Mengen geschäumten Klebers in separaten Tröpfchen, ganz im Gegensatz zur Erfindung, wo regelmäßig verteilte Zellen oder Blasen gleichmäßig verteilt im gesamten extrudierten Kleber vorhanden sind.

Wenn in der Vergangenheit große Luftblasen im Kleber erschienen, dann lag das entweder am vollständigen Verbrauch des Klebervorrates im Reservoir, an Pumpenkavitation oder an Wassereinschlüssen mit Dampfbildung im Kleber. Unter diesen Bedingungen kam es zum Herausspritzen von Kleber aus der Auslaßdüse und zur Erzeugung sehr ungleichmäßiger Abgabemengen des Klebers auf einem Substrat. Sobald diese Erscheinungen auftraten, mußten sofort Maßnahmen zur Beseitigung der Spritz- und Blasenerscheinungen getroffen werden.

Die Erfindung läßt sich anwenden auf fast allen Heißschmelzkleber-Anwendungsgebieten, ganz besonders ist sie jedoch geeignet für die Karton- und Verpackungsindustrie, weil man hier nur begrenzte Kompressionskräfte anwenden kann und eine gute Benetzung großer Substrat-Oberflächen wünscht.

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Die Erfindung ermöglicht in den meisten Fällen eine mindestens 50%ige Kleber-Einsparung bei gleich großer oder besserer Haftfähigkeit gegenüber dem Stand der Technik. Dies wird erreicht ohne zusätzliche Materialkosten, weil das im Schaum vorhandene Gas bzw. die Luft unter sehr geringen Kosten oder überhaupt keinen Mehrkosten verfügbar ist.

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Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Anordnung zur Erzeugung und Abgabe von Heißschmelzkleber in einer teilweise geschnittenen perspektivischen Darstellung,

Fig. 1A einen Ausschnitt aus einer zu der Anordnung von Fig. 1 gehörigen Abgabepistole,

Fig. 1B einen Teilschnitt durch eine Zahnradpumpe von Fig. 1,

Fig. 2 eine geschnittene perspektivische Teildarstellung einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Anordnung,

Fig. 3 eine geschnittene perspektivische Teildarstellung einer zweiten Abwandlung der erfindungsgemäBen Anordnung,

Fig. 4 eine die Abgabe von ungeschäumtem Kleber aus einer Düse zeigende Darstellung,

Fig. 5 eine ähnliche Darstellung wie in Fig. 4,

jedoch wird hier erfindungsgemäB geschäumter Kleber aus der Düse abgegeben,

Fig. 6 einen Querschnitt im Verlauf einer Linie 6-6 von Fig. 4,

Fig. 7 einen Querschnitt im Verlauf einer Linie 7-7 von Fig. 5,

Fig. 8 einen Querschnitt im Verlauf einer Linie 8-8 von Fig. 5,

Fig. 9 einen Schnitt durch zwei Substrate, zwischen denen eine nicht-geschäumte Klebstoffbahn komprimiert ist,

Fig. 10 eine Fig. 9 ähnliche Darstellung, jedoch ist hier mit der gleichen Kraft eine geschäumte Klebstoffbahn komprimiert, und

Fig. 11 eine 20-fache fotografische Vergrößerung

eines Querschnitts durch erfindungsgemäßen Klebstoffschaum.

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Die Erfindung ermöglicht neue Produkte durch die Kompression von Heißschmelzkleber-Schaum zwischen zwei Substraten, die miteinander verklebt werden sollen. Beschrieben werden auch ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung des Klebstoffschaumes.

Der in Fig. 11 fotografisch vergrößert dargestellte thermoplastische Heißschmelzkleber-Schaum 10 wurde hergestellt aus einen handelsüblichen Heiöschmelzkleber, nämlich Eastabond A-3-Kleber, einem von der Eastman Chemical Company of Rochester, New York, U.S.A., hergestellten Material auf Polyäthylen-Basis. In dem Schaum 10 befinden sich in regelmäßiger Verteilung Luftzellen 11, die durch Einschluß von Luftblasen entstanden sind, verursacht durch eine Lössung von Luft in dem flüssigen geschmolzenen Kleber. Die Luftzellen 11 sind entstanden nach der Abgabe der flüssigen Kleber-Luft-Lösung aus einer konventionellen Hochdruck-HeiBschmelzkleber-Abgabepistole 12 (Fig. 1A). Wie Fig. 11 erkennen läßt, sind die Luftzellen 11 relativ gleichmäßig durch den Schaum 10 verteilt und haben alle etwa die gleiche Größe. Bei dem dargestellten Ausführungebeispiel schwankt die Luftzellengröße zwischen 0,1 mm bis 0,7 mm im Durchmesser. Bei anderen Anwendungsbeispielen hatte zufriedenstellender Heißschmelzkleber-Schaum gleichmäßig verteilte und im Durchmesser regelmäßige Luftzellen von etwa 0,1 mm Durchmesser bis herauf zu 0,7 mm Durchmesser. Die Größe der Luftzellen 11 in dem Schaum 10 ist nicht kritisch, solange der Schaum homogen und die Luftzellen gleichmäßig darin verteilt sind. Selbstverständlich dürfen die Luftzellen nicht so groß sein, daß sie bei der anschließenden Druckanwendung zwischen den beiden Substraten, wie in Fig. 10 dargestellt, platzen können, denn dadurch würden Fehlstellen erzeugt werden, die sich vollständig durch den komponierten Kleber erstrecken.

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Zu dem in Fig. 1 dargestellten bevorzugten AusfUhrungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gehören ein Schmelztank 15, eine Zahnradpumpe 16, eine Luft- oder Gaszuführeinrichtung 17, ein Filter 18 und die bereits erwähnte Abgabepistole 12. Im Betrieb wird fester thermoplastischer Kleber in Form von Pillen, Blöcken oder Klumpen in den Schmelztank 15 eingegeben und darin durch Heiselemente 19 geschmolzen, welche sich in der Bodenwand des Schmelztanks 15 befinden, wahrend der geschmolzene thermoplastische Kleber durch die Schwerkraft einem Einlaß 20 der Zahnradpumpe 16 zufließt, wird ein Niederdruckgas, beispielsweise Luft mit einem geringfügig über dem atmosphärischen Druck liegenden Druck gleichzeitig von der Gaszuführeinrichtung 17 durch eine Leitung 21 zu einer Einlaßöffnung 21a der Zahnradpumpe 16 zugegeben. Die beiden gleichseitig durch die Einlasse 20 bzw. 21a ankommenden Ströme aus Kleber bsw. aus Luft oder Gas werden innerhalb der Zahnradpumpe durch die miteinander kämmenden Zähne sweier Zahnräder 36a und 37a gründlich miteinander vermischt (in gleicher Weise wie man durch Zusatz von Luft aus Schlagsahne Schlagschaum herstellen kann) und dann mit Oberdruck in eine flüssige Kleber-Gas-Lösung, nämlich den Heißschmelzkleber-Schaum 10, verwandelt. Diese Mischung fließt dann vom Pumpenauslaß durch eine Leitung 22, den Filter 18, Auslässe 23 eines Leitungeblockes 24 und durch Schläuche 25 in die Abgabepistole 12. Die Zahnradpumpe 16 ist so gewählt bzw. eingestellt, daß sie den Druck der Lösung aus dem Gas und dem geschmolzenen Kleber auf einen Druck von etwa 21 kg/cm^a bringt, und dieser Druck bleibt innerhalb der Leitungen 23 des Leitungsblockes und der Schläuche 25 bis zur Abgabepistole 12 erhalten. Bei diesem Druck bleibt die bzw. das in dem geschmolzenen Kleber enthaltene Luft bzw. Gas in Lösung mit dem geschmolzenen Kleber, und dieser Zustand bleibt aufrecht bis zur Abgabe aus der Pistole 12.

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Die in Fig. 1Ά dargestellte Abgabepistole 12 enthält ein Durchfluß-Steuerventil 26 mit einem pneumatisch betätigbaren Kolben 12P. Wird Druckluft durch eine Einlaßleitung in die Pistole gegeben, dann verdrängt sie den Kolben 12P gegen die Kraft einer Feder 28 nach oben und öffnet somit das Durchfluß-Steuerventil 26, so daß der Heißschmelzkleber-Schaum mit dem Druck von etwa 21 kg/cm² ausströmen kann. Die geschmolzene Kleber-Gas-Lösung tritt zunächst als dünner klarer flüssiger Strom aus, der schnell expandiert, wobei sich kleine Gasbläschen bilden. Diese Gasblasen werden zuerst sichtbar, und die Lösung nimmt zuerst das Aussehen einer an der Auslaßdüse etwa 12 mm dicken Schaumraupe an. Während der Verfestigung des Klebers vergrößern sich die kleinen Gasbläschen und bleiben dabei eingeschlossen innerhalb des geschmolzenen Klebers, während sich dieser verfestigt, und dabei entsteht der in Fig. 11 dargestellte Schaum 10 mit Zellenstruktur.

Schmelztank 15 und Zahnradpumpe 16 der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung 13 befinden sich innerhalb eines Metallblechgehäuses 30, das in zwei Abschnitte unterteilt ist, einen Steuerabschnitt 31 und einen Reservoirabschnitt 32. Zwischen beiden Abschnitten befindet sich eine wärmeisolierende Trennwand 33, welche die im Steuerabschnitt 31 enthaltene elektrische Apparatur vor der Hitze des Schmelztanks 15 schützt. Der Steuerabschnitt enthält wie üblich Temperaturüberwachungs-Thermostaten und Meßeinrichtungen.

Bodenwände 34 und 35 des konventionell oben offen ausgebildeten Schmelztanks 15 verlaufen schräg nach unten in Richtung auf den Pumpeneinlaß 20. Die von den Heizelementen im Boden abgegebene und thermostatisch geregelte Wärme liegt gewöhnlich im Temperaturbereich zwischen 80° C und 178° C für die meisten Heißschmelzkleber.

Die konventionelle einstufige Zahnradpumpe 16 saugt wie üblich den flüssigen Kleber an ihrem Einlaß 20 an,

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zusätzlich wird jedoch, wie bereits beschrieben, durch die Gaseinlaßleitung 21 zur Einlaßöffnung 21a ein Gas wie Luft oder Stickstoff zugeführt.

Die beiden miteinander kämmenden Zahnräder 36a und 37a der Zahnradpumpe 16 sitzen auf parellelen Wellen 36 bzw. 37, von denen die Welle 36 beispielsweise durch einen pneumatischen Motor 38 angetrieben wird, während die andere Welle 37 leer mitläuft.

eine andere für das Fachgebiet geeignete Zahnradpumpe ist vom gleichen Anmelder in der US-PS 3,964,645 eingehend beschrieben worden.

Bei der in Fig. 2 dargestellten und zur Durchführung der Erfindung geeigneten abgewandelten Zahnradpumpe fehlen die Gaseinlaßleitung 21 und die Einlaßöffnung 21a, statt dessen saugt diese Pumpe einfach Luft aus einer Luftkammer an, die sich oberhalb des geschmolzenen Klebers befindet. Bei dieser abgewandelten Ausführung sind miteinander kämmende Flügel 41 auf Naben 42 und 4 3 befestigt, welche unverdrehbar auf der treibenden Welle 36 bzw. der leerlaufenden Welle 37 verkeilt sind. Im Betrieb überstreichen die Flügel 41 rotierend den Einlaß 20 der Pumpe 16, während die Wellen 36 und 37 rotieren. Durch das laufende überstreichen des Pumpeneinlasses 20 durch die Flügel 41 wird verhindert, daß sich Luftwirbel bilden und Luft in Abwesenheit einer ausreichenden Menge von flüssigem Kleber in die Pumpe gesaugt wird. Mit anderen Worten: Die Flügel 41 bewirken die Zerstörung etwaiger Luftwirbel oder Lufttaschen und die zwangsweise Zuführ des flüssigen Schmelzklebers in die Einlaßöffnung zusammen mit der Luft, die durch die Saugwirkung der Pumpenzahnräder in den Einlaß mit eingesaugt wird.

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In beinden Ausführungen von Fig. 1 und 2 wird im Schmelztank 15 fester thermoplastischer Kleber in Form von Pillen, Blöcken oder Klumpen geschmolzen und bildet dort einen Vorrat an geschmolzenem Material. Bei der Ausführung von Fig. 1 wird das Gas in Form von Luft oder Stickstoff oder einem anderen gegenüber dem flüssigen Kleber inerten Gas mit leichtem Oberdruck, beispielsweise einem Druck von 0,35 kg/cm* durch die Gaseinlaßleitung 21 in die Einlaßöffnung 21a zugeführt. Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 wird Luft aus der Luftkammer oberhalb des flüssigen Schmelzklebers im Schmelztank durch den Pumpeneinlaß 20 mit angesaugt. Die Zahnradpumpe 16 mischt Gas und flüssigen Kleber gründlich durch und drückt die entstandene Lösung in die Leitung 22, wo sie mit einem Druck von etwa 21 kg/cm² bereitsteht. Bei diesem Druck geht das Gas in Lösung mit dem flüssigen Kleber. Die im Leitungssystem durch den Filter 18 gefilterte Lösung wird durch öffnen des Durchfluß-Steuerventils 26 der Abgabepistole 12 als zunächst klare transparente Lösung abgegeben. Sobald sich die Lösung ein kurzes Stück, beim bevorzugten Ausführungsbeispiel etwa 12 mm von der Düse entfernt hat, schäumt die Lösung mit kleinen Gasbläschen oder Zellen auf, und die Lösung erhält ein weißes schaumiges Aussehen. Dieser Zustand ist in Fig. 5 dargestellt, wo mit 44 eine Zwischenzone zwischen klarer Flüssigkeit 45 einerseits und weißem Schaum 46 andererseits bezeichnet ist. Die Zwischenzone liegt oberhalb der Stelle, wo der Kleberschaum auf ein Substrat 47 aufgetragen wird. Während sich die Klebstoffraupe weiter von der Abgabedüse fortbewegt, erhöhen sich Anzahl und Größe der Zellen oder Blasen. Auch wenn die Klebstoffraupe bereits auf das Substrat aufgetragen ist, wachsen die Blasen eine gewisse Zeit noch in Breite und Höhe, beispielsweise bis zu einer Minute nach Kontakt des Substrates 47. Dieses Blasen-Wachstum ist in den Fig. 7 und 8 dargestellt.

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Der erfindungsgemäß erzeugte Heißschmelzkleber-Schaum hat eine wesentliche Charakteristik gezeigt: Er behält nämlich seine Wärme und seine "offene" Zeit (während der er seine Klebeigenschaften behält) wesentlich länger als der in Fig. gegenüberstellend dargestellte übliche Klebstoff-Faden aus einem identischen Heißschmelzkleber, der unter ähnlichen Bedingungen, jedoch ohne Zusatz von Luft- oder Gaszellen in der Flüssigkeit aufgetragen wird. Diese längere "offene" Zeit macht es möglich, den Kleberschaum wesentlich länger auf einem Substrat verbleiben zu lassen als den gleichen Kleber im ungeschäumten Zustand. Wie ferner aus Fig. 10 gegenüber Fig. 9 erkennbar ist, wird bei der Kompression des geschäumten Klebers gemäß Fig. 10 zwischen zwei Substraten 47 und 47A ein größerer Gasanteil aus dem Schaum gequetscht, so daß sich der Schaum über eine größere Breite W im Klebstellen-Bereich verteilt als bei dem ungeschäumten Schmelzkleber in Fig. 9, wo der unter den gleichen Kompressionskraft-Bedingungen zwischen zwei Substraten 49 und 49A gepreßte Klebstoff-Faden 48 nur etwa die halbe Klebstellen-Breite W' ergibt. Die bessere Ausbreitung des geschäumten Schmelzklebers bei Druckanwendung im Vergleich zum ungeschäumten Kleber ist besonders bei Anwendungen in der Verpackungsindustrie erwünscht, wo man auf Substrate wie zu verklebende Pappen oder Wellpappen nur einen begrenzten Druck aufbringen kann. In einigen Anwendungsfällen gestattet diese größere Kompressibilität des geschäumten Schmelzklebers, der beispielsweise unter einem Druck von 0,28 kg/cm^J auf eine so kleine Restdicke wie 0,23 mm komprimierbar ist, mit nur etwa der Hälfte der sonst üblichen Klebstoffmenge eine gleich gute oder bessere Bindung zwischen zwei Substraten, verglichen auf die sonst bei ungeschäumtem Kleber notwendige Klebstoffmenge.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel gelangt ein in einem Schmelzklebertank 51 verflüssigter Schmelz-

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kleber-Vorrat 50 über eine angedeutete Leitung 52 zum Klebstoff-Einlaß einer zweistufigen Zahnradpumpe 54, und gleichzeitig wird, ähnlich wie bei der Ausführung von Fig. 1, Luft oder ein Gas mit relativ geringem Druck, beispielsweise 0,35 kg/cm², in den Gaseinlaß der Zahnradpumpe 54 eingeführt. In der ersten Stufe der Zahnradpumpe 54 werden das Gas und der geschmolzene Kleber gründlich vermischt und durch eine Leitung 56 in den Einlaß der zweiten Stufe 58 der Pumpe 54 überführt. Die zweite Stufe hat eine größere Kapazität als die erste Stufe. Von der zweiten Stufe 58 wird eine Lösung aus dem geschmolzenen Kleber und der zugeführten Luft bzw. dem Gas durch eine Auslaßöffnung und eine Leitung in einen Leitungsblock 55 überführt. Dieser Leitungsblock ist angebohrt und nimmt zwei koaxial geführte Leitungen 61 und 62 in sich auf. Die innere Leitung 61 leitet die flüssige Kleber-Luft-Lösung zu einem Leitungsblock 65 einer mit Zirkulation arbeitenden Abgabepistole 71. Durch einen Kanal im Leitungsblock 65 gelangt die flüssige Lösung zu einem Auslaßventil 70 der Abgabepistole 71. Ferner sind Rückfluß-Kanäle 73 vorhanden, durch welche die flüssige Kleber-Gas-Lösung durch die äußere Leitung 62, den Leitungsblock 55 und einen Schlauch 75 zum Einlaß der Zahnradpumpe 54 zurückführbar ist. Dieses Klebstoff-Umlaufsystem hat zwei Vorteile: Man kann eine größere Luft- oder Gasmenge in die Lösung pressen, und man kann eine gleichförmigere Lösung durch die Vorrichtung hindurchbewegen, als bei nichtzirkulierenden Systemen.

Wie bei den vorab beschriebenen Ausführungen von Fig. 1 und Fig. 2 bezieht auch die Vorrichtung gemäß Fig. 3 ihren später geschäumten Schmelzkleber aus in fester Form in den Schmelzklebertank 51 eingegebenem Klebermaterial, welches dort durch elektrische Heizelemente 81 im Boden des Schmelzklebertanks verflüssigt, auf dem bereits beschriebenen Weg zum Einlaß der zweistufigen Zahnradpumpe 54 überführt und von der Pumpe angesaugt wird. Die an der Einlaßseite der

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Zahnradpumpe wirksame Saugkraft zieht die Luft oder das Gas und den flüssigen Schmelzkleber in die erste Stufe der Pumpe ein, wo eine sorgfältige Vermischung erfolgt. Die Mischung gelangt dann durch die Leitung 56 zur zweiten Stufe 58 der Pumpe, wo das flüssige Kleber-Gas-Gemisch mit einem genügenden Druck beaufschlagt wird, der das Gas in gelöster Form in den Klebstoff übergehen läßt. Ober die beschriebenen Leitungen wird das heiße Gemisch dann der Abgabepistole 71 zugeführt. Bei Betätigung eines pneumatischen Motors 82 in der Pistole wird das Auslaßventil veranlaßt zu öffnen, so daß die Kleber-Gas-Lösung durch eine Düse 80 der Pistole abgegeben wird. Kurz nach Verlassen der Düse und unter atmosphärischen Druckverhältnissen tritt das in der Flüssigkeit enthaltene Gas aus der Lösung aus und bildet kleine Bläschen oder geschlossene Zellen innerhalb des Schmelzklebers. Zu diesem Zeitpunkt erscheint der Schmelzkleber als ein Schaum, dessen Umfang mit wachsender Zellengröße in Breite und Höhe zunimmt, wie dies in den Fig. 7 und 8 angedeutet ist. Sobald der Schmelzkleber fest geworden ist, kann man feststellen, daß diese Bläschen im Durchmesserbereich zwischen 0,1 und 0,7 mm liegen.

Im Betrieb der Vorrichtung von Fig. 3 befindet sich immer eine Teilmenge der Kleber-Gas-Lösung auf dem Umlauf- bzw. Rückflußwege, der aus der Leitung 61 über die Rückflußkanäle 73 über die Leitungen 62, 74 und 75 zum Einlaß der Pumpe führt. Dort wird die zurückgeführte Lösung mit frischem heißem flüssigem Schmelzkleber aus dem Schmelzklebertank 51 vermischt. Dieser kontinuierliche Rückfluß des. Klebers gewährleistet, daß die flüssige Kleber-Gas-Lösung in der Nähe der Abgabepistole immer genügend Gas enthält, welches die Bildung von Schaum nach Austritt aus der Düse der Pistole ermöglicht. Die flüssige Lösung sitzt niemals so lange in Leitung 61, daß das Gas seine gelöste Form in dem flüssigen Kleber aufgeben könnte.

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In der Beschreibung und den Ansprüchen wird der Ausdruck "Lösung" benutzt, um die unter hohem Druck der Abgabepistole zugeführte flüssige Kleber-Gas-Dispersion zu beschreiben, die nach Verlassen der Abgabedüse bei atmosphärischem Druck abkühlt und einen Kleber-Schaum bildet. Die Anmelder sind der Meinung, daß diese Mischung eine echte Lösung ist, in welcher die Moleküle des gelösten Gases zwischen den Molekülen des flüssigen Schmelzklebers verteilt sind. Dennoch soll dieser in der Beschreibung und in den Ansprüchen benutzte Ausdruck wesentlich breiter und ganz allgemein eine Lösung definieren, die aus einem in geschmolzenem flüssigem Kleber homogen verteilten Gas besteht, ganz gleich, ob nun die Moleküle des gelösten Gases tatsächlich eine Dispersion mit denen des Schmelzklebers eingehen oder nicht.

Ein Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß man heißen Schmelzkleber-Schaum billig und ohne Verwendung teurer Gase oder teurer Maschinerie erzeugen kann. Das bei der Schaumerzeugung verwendete Gas ist entweder überall vorhandene Luft oder relativ billiger Stickstoff. Auch Gase, die sich neutral gegenüber dem Schmelzkleber verhalten, sind ebenfalls verwendbar.

Verwendet man bei der Erfindung Blas- oder Treibmittel, dann mischt man im Schmelztank 15 100 Gewichtsteile festen thermoplastischen Heißschmelzkleber und 1 Teil pulverisiertes Treibmittel, und dann schmilzt man den Kleber mit Hilfe der im Tankboden befindlichen Heizelemente 19. Kleber und Treibmittel sind so gewählt, daß letzteres nicht zersetzt oder bei Schmelztemperatur des Klebers Gas abgibt. Die Mischung aus dem thermoplastischen Kleber und dem festen pulverisierten Treibmittel fließt dann unter Schwerkrafteinfluß in den Einlaß 20 der Zahnradpumpe 16. Dort wird die Mischung auf hohen Druck von beispielsweise 21 kg/cm² und mit diesem Druck durch den Pumpenauslaß und Leitung 22, Filter 18,

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Leitung 23 und durch beheizte Leitungen oder Schläuche 25 zur Abgabepistole 12 befördert. Die Abgabepistole 12 ist eine konventionelle beheizte Pistole mit eingebauter, durch einen Thermostaten regulierter Widerstandsheizung. Die Heizelemente für die Schläuche bzw. Leitungen und die Abgabepistole sind so eingestellt, daß die geschmolzene Kleber-Treibmittel-Mischung auf die Anwendungstemperatur des Schmelzklebers gebracht wird, und diese Temperatur liegt oberhalb der Zersetzungs-Temperatur des Treibmittels, so daß sich dieses zersetzt und Gas entwickelt, beispielsweise Stickstoff, der mit dem geschmolzenen Kleber zwischen Pumpenauslaß und Abgabedüse in Lösung geht. Bei dem in einem bevorzugten AusfUhrungsbeispiel bei 21 kg/cm² liegenden Druck im Bereich der Pumpe 16 wird das vom Treibmittel erzeugte Gas in Lösung mit dem geschmolzenen Kleber gebracht und in Lösung gehalten, bis der Schmelzkleber aus der Düse der Abgabepistole 12 austritt. Dort tritt die flüssige Lösung erst als flüssiger klarer Strom aus und schäumt dann auf, wie dies zuvor bereits beschrieben worden ist.

In einem bevorzugten Anwendungsfall wurden 100 Gewichtsanteile des bereits oben erwähnten Eastabond A-3-Klebers in fester Pillenform mit einem Gewichtsanteil "Celogen AZ", einem durch die Uniroyal Chemical Division of Uniroyal, Inc. U.S.A., vertriebenen Treibmittel, gemischt. Der Eastabond A-3-Kleber hat eine Schmelztemperatur zwischen 81° C und 94° C sowie eine Anwendungstemperatur von etwa 190° C. "Celogen AZ" zersetzt sich und gibt Stickstoffgas in einem Temperaturbereich zwischen 180° C und 210° C ab. Der pillenförmige Eastabond A-3-Kleber und das pulverisierte Celogen AZ-Treibmittel werden im festen Zustand im oben angegebenen Mischungsverhältnis in den Schmelztank 15 eingegeben und dort auf etwa 120° C aufgeheizt. Bei dieser Temperatur bildet sich ein geschmolzener Kleber-Vorrat mit darin vermischtem festem Treibmittel im Schmelztank. Diese Mischung fließt in den Einlaß der Zahnradpumpe 16, und diese

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pumpt die Mischung mit relativ hohem Druck, der in der Größenordnung von 21 kg/cm² liegt und bis zur Abgabe an der Düse der Abgabepistole erhalten bleibt, in Richtung auf die Pistole weiter. Dabei durchfließt die Mischung den Filter 18, die Auslässe 23 und die beheizten Schläuche in Richtung auf die Abgabepistole 12. Beim Durchfluß durch die beheizten Schläuche 25. wird die Mischungstemperatur auf etwa 190° C erhöht. Wenn die Mischung die Temperatur von 180° C erreicht, zersetzt sich das Treibmittel, und Stickstoff gas tritt in die Mischung aus. Bei dem innerhalb der Schläuche 25 vorhandenen Leitungsdruck geht der Stickstoff unmittelbar in Lösung in den geschmolzenen Kleber über. Diese flüssige Kleber-Stickstoffgas-Lösung bleibt stabil, bis die Lösung an der Abgabepistolen-Mündung ins Freie tritt.

Die zur Durchführung der Erfindung erforderliche Apparatur ist billig und weitgehend konventionell. Man braucht also nur sehr wenig zusätzlich zu investieren, um die Erfindung in der Praxis anzuwenden.

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Anwendung liegt in dem daraus resultierenden Klebstoff-Produkt. Der Kleberschaum hat etwa die halbe Dichte des gleichen Klebers im ungeschäumten Zustand. Der Schaum hat eine größere Oberfläche als der ungeschäumte Kleber. Außerdem hat der Schaum eine größere "Offen"-Zeit gegenüber dem gleichen Kleber im ungeschäumten Zustand. Dadurch lassen sich die Klebstoff-Kosten für viele Anwendungsfälle auf mindestens 50 % reduzieren, ohne daß ein Festigkeitsverlust an den Klebestellen auftritt.

Vorteilhaft ist auch die thixotropische Eigenschaft des geschäumten Klebers. Ungeschäumte Kleber pflegen ähnlich wie Wassertropfen an senkrechten Flächen herabzulaufen.

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Beim Herablaufen an senkrechten Flächen bilden ungeschäumte Materialien oberseitig einen dünnen Film und in Bodenrichtung einen Film mit zunehmender Dicke. Aus dieser unterschiedlichen Materialdicke ergibt sich eine unterschiedliche "Offen"-Zeit, und daraus resultiert oft eine unterschiedliche Klebstellen-Qualität. Im Gegensatz dazu neigt geschäumter Kleber wegen seiner größeren thixotropischen Eigenschaft nicht zum Herablaufen oder Durchängen auf senkrechten Oberflächen, und deshalb wird auch auf einer solchen Oberfläche eine bessere und gleichmäßigere vollwertige Klebebindung erzielt.

Wenn wir in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen von "heißschmelzendem thermoplastischem Kleber" sprechen, dann ist darunter ein lösungsmittelfreier Kleber gemeint, der im geschmolzenen Zustand aufgetragen wird und nach Abkühlung im festen Zustand bindet oder klebt.

Zusammenfassung: Die Erfindung bezieht sich auf ein neuartiges Verfahren sowie eine neuartige Vorrichtung zur Erzeugung eines neuen Klebeproduktes. Dieses Klebeprodukt ergibt sich durch Verwendung von geschäumtem Kleber, welcher zwei Substrate durch Kompression des Schaumes miteinander verbindet. Der Kleberschaum kann erzeugt werden durch inniges Vermischen von Luft oder einem anderen neutralen Gas mit thermoplastischem Kleber, während sich der Kleber im flüssigen Zustand befindet, und dann wird die flüssige Kleber-Gas-Mischung so weit komprimiert, daß das Gas in Lösung in dem flüssigen Kleber übergeht. Wenn anschließend der flüssige Kleber dem atmosphärischen Druck ausgesetzt wird, dann tritt das Gas aus der Lösung aus, es bildet sich ein homogene geschlossene Zellen enthaltender Kleberschaum. Außerdem besteht die Möglichkeit, den Schaum dadurch zu erzeugen, daß man zuerst dem festen Heißschmelzkleber ein chemisches Treibmittel, wie pulverförmiges Azodicarbonamid, beimischt,

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und zwar unterhalb der Zersetzungstemperatur des Treibmittels, und anschließend die Mischung auf eine Temperatur aufheizt, die über der Schmelztemperatur des Klebers und über der Zersetzungstemperatur des Treibmittels liegt. Auch diese Mischung wird unter einen Druck gesetzt, damit das durch die Zersetzung erzeugte Treibgas in Lösung in dem flüssigen Kleber übergehen kann, bevor bei der Abgabe der Schaum entsteht.

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Claims

-ρ - Ansprüche

1. Verfahren zum Kleben mit einem heißschmelzenden thermoplastischen Kleber, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kleberschaum erzeugt wird durch Vermischen des heißen Klebers mit einem Gas, Beaufschlagen der Mischung mit einem Druck, wobei das Gas zur Lösung in dem heißen Kleber gezwungen wird, Abgeben der Lösung bei einem niedrigeren Druck, bei dem das Gas aus der Lösung austritt und den Kleberschaum bildet, und Zusammenpressen des heißen Kleberschaumes zwischen zwei Substraten zur Bildung einer Klebestelle zwischen beiden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung mit einem Druck von mindestens 6,3 kg/cm² beaufschlagt wird, um das Gas in Lösung zu zwingen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Mischung einem Druck von etwa 21 kg/cm² unterworfen wird, um das Gas in Lösung zu zwingen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung erzeugt wird durch mechanisches Bewegen einer heißen Schmelze in Anwesenheit eines Gases.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung erzeugt wird durch Beheizen eines festen Klebers und eines Treibmittels.

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Kleberschaum zwischen den beiden Substraten vor seiner Abkühlung komprimiert wird, und daß die Klebestelle durch anschließendes Abkühlen des Kleberschaumes erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzkleber in Anwesenheit von Luft mechanisch bewegt wird, so daß eine Lösung der Luft in dem Kleber erreicht wird, und daß die Lösung bei atmosphärischem Druck abgegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

daß die Lösung auf ein erstes Substrat bei atmosphärischem Druck abgegeben wird, wobei die Luft den Lösungszustand verläßt und einen Kleberschaum bildet, und daß der Kleberschaum zwischen den beiden Substraten so komprimiert wird, daß ein Teil der Luft aus dem Schaum austritt und beim Abkühlen des Schaumes ein Zusammenkleben der beiden Substrate eintritt.

9. Erzeugnis, dadurch gekennzeichnet, daß dieses unter Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1-8 hergestellt ist.

10. Erzeugnis nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleberschaum eine Dicke von etwa 0,23 mm aufweist, nachdem er einem Druck von 0,28 kg/cm² unterworfen wurde, während er sich im offenen Zustand befand.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung bei atmosphärischem Druck auf ein Substrat aufgetragen wird, wobei das gelöste Gas aus der Lösung austritt und einen zellularen Kleberschaum von verlängerter

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"Offen"-Zeit bildet, und daß der zellulare Kleberschaum zwischen den Substraten so komprimiert wird, daß ein beträchtlicher Anteil des im Schaum eingeschlossenen Gases in die Atmosphäre abgegeben wird und die Setzzeit des Kleberschaums durch die Kompression wesentlich reduziert wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressionsdruck von 0,28 kg/cm² den Kleberschaum zu einem dünnen Kleberschaumfilm von etwa 0,23 mm Dicke zwischen den beiden Substraten zusammendrückt.

13. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung aus dem festen thermoplastischen Kleber und dem Treibmittel beheizt wird, um den Kleber zu verflüssigen und das Treibmittel zur Abgabe eines Gases zu veranlassen, und daß der flüssige Kleber und das Gas so mit einem Druck beaufschlagt werden, daß das Gas zur Lösung in dem flüssigen Kleber gezwungen wird.

14. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung eine Mixtur aus einem Hochtemperatur-Treibmittel und einem heißschmelzenden Kleber ist.

15. Vorrichtung zur Herstellung eines Heißschmelz-Thermoplast-Kleberschaumes, gekennzeichnet durch Einrichtungen (15, 16, 21 ...) zur Bildung einer Mischung aus einem heißschmelzenden thermoplastischen Kleber und einem Gas, Einrichtungen (16, 25, 26 ...) zum Beaufschlagen der Mischung mit einem Druck, so daß das Gas in dem Kleber zur Lösung gebracht wird, und durch Einrichtungen (12) zum Abgeben der Lösung bei einem Druck, der unterhalb des In-Löeung-Halte-Druckes für das Gas und den Kleber liegt, so daß das Gas von der Lösung freigesetzt wird, während die Flüssigkeit abkühlt und einen festen Kleberschaum bildet.

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16. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Heizeinrichtungen (19 ...) zur Bildung der Mischung aus einem festen thermoplastischen Kleber und einem Treibmittel.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch Mittel (16; 41 ...) zum Bewegen des Gases in der Schmelze.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Mitteln zur Druckerzeugung eine Zahnradpumpe (z.B. 16) gehört.

19. Vorrichtung nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch ein beheiztes Reservoir (15; 51) zur Aufnahme und zum Schmelzen von festem thermoplastischem Kleber.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Abgabeeinrichtungen eine Abgabepistole (12) mit einer Auslaßdüse und einem selektiv offensetzbaren Steuerventil (26) zur Steuerung des Abgabestromes aus der Pistole gehört.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Abgabepistole (z.B. 71) sich eine zweite Heizeinrichtung befindet.

22. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungs- und Druckerzeugungs-Einrichtung eine zweistufige Zahnradpumpe (58) enthält.

23. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabepistole (71) so ausgebildet ist, daß darin ein kontinuierlicher Kreislauf der aus Gas und flüssigem Kleber bestehenden Lösung stattfindet, wenn das Auslaßventil (70) geschlossen ist.

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24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem kontinuierlichen Kreislaufsystem ein Leitungspaar (61, 62) gehört, in welchem der Kreislaufstrom der Lösung aus flüssigem Kleber und Gas zwischen der Druckerzeugungseinrichtung (58) und der Pistole stattfindet.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Leitung (61) innerhalb der anderen Leitung (62) des Paares enthalten ist.

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