DE2821395C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten von Bahnen mit lösungsmittelhaltigen Beschichtungsmassen, insbesondere Selbstklebemassen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten von Bahnen mit Iösungsmittelhaltigen Beschichtungsmassen, insbesondere Selbstklebemassen. und zum Trocknen der beschichteten Bahnen, wobei die Bahnen nach dem Beschichten durch einen mit Lösungsmitteldampf angereicherten Bereich geführt werden, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zur Beschichtung und Trocknung gehören im Sinne der folgenden Beschreibung alle diejenigen Arbeitsvop gänge, die notwendig sind, um auf einer Bahn eine relativ dünne Schicht aus einer gelösten oder dispergier* ten Masse zu erzeugen Und um das Lösungsmittel aus der Masse zu entfernen- Hierbei ist es üblich, daß die Bahn mit möglichst großer Geschwindigkeit durch eine BeschichtungS'Vorrichtung bewegt wird und dabei die lösungsmittelhaltige Masse auf die Bahn aufgetragen wird und die aufgetragene Masse wiederum von dem Lösungsmitte! durch Trocknen befreit wird.

Beim Beschichten von Bahnen, insbesondere mit hochviskosen Beschichtungsmassen, treten häufig blasenförmige Beschichtungsfehler auf, die aus verschiedenen Gründen sehr unangenehm sind. Diese sind u. a.:

1. Die Kohäsivität der Beschichtungsmasse v\ rringert sich durch Blasen, dadurch kann es z. B. bei Selbstklebebändern zu sog. Umspulerscheinungen kommen.

2. Die Beschichtungsmasse kann schaumig werden. Dadurch ergeben sich Schwierigkeiten beim Schneiden der beschichteten Bahnen, weil die zum Schneiden verwendeten Messer schnell verschmutzen.

3. Sichtbare Blasen werden vom Verbraucher der beschichteten Bahn als Fehler empfunden, wobei insbesondere dann, wenn die Bahn selbst eine andere Farbe als die Beschichtungsmasse hat, die beschichtete Bahn als minderwertig eingestuft wird.

4. In dem Fall, wo es sich bei der Beschichtungsmasse um eine Selbstklebemasse handelt, wirken Blasen dem Klebeeffekt entgegen, weil durch die Blasen die klebende FL"-che verringert wird.

Blasen in Beschichtungen von Bahnen sind auf verschiedene Ursachen zurückzuführen, wie aus der nachfolgenden Aufstellung einiger besonders wichtiger Arten von Blasen hervorgeht.

1. Kochbläschen. Kochbläschen sind gelöste Gase oder mikroskopische Gaseinschlüsse in der Beschichtung, die sich bei der nachfolgenden Trocknung der beschichteten Bahn stark vergrößern.

2. Grenzflächenbläschen. Grenzflächenbläschen sind kleine unbenetzte Stellen zwisrhen der Oberfläche der Bahn und der Beschichtungsmasse. Auch Grenzflächenbläschen vergrößern sich beim nachfolgenden Trocknen und können dazu führen, daß die beschichtete und getrocknete Bahn für den vorgesehenen Verwendungszweck nicht brauchbar ist. Grenzflächenbläschen treten regelmäßig bei der Beschichtung von Gewebebahnen auf und sind bei Bahnen mit glatter Oberfläche seltener.

3. Wasserbläschen. Wasserbläschen treten auf, wenn Bahnen aus l/ygroskopischen Materialien, zum Beispiel Papier und Gewebe, beschichtet werden. Bei der Trocknung der Beschichtungsmasse wird unbeabsichtigt teilweise das hygroskopisch gebundene Wasser der Bahn verdampft und dringt in die teilweise getrocknete Beschichtungsmasse ein. Der dort befindliche Wasserdampf kann aber nicht mehr aus der Beschichtungsmasse austreten, weil sich an der Oberfläche der Beschichtungsmasse bereits eine Haut gebildet hat, die für den Wasserdampf undurchlässig geworden ist.

Kochbläschen aus der Beschichtungsmasse einer Bahn können beseitigt werden, indem die Beschichtungsmasse in einer zusätzlichen Anlage Vor dem Beschichtungsvorgang entgast wird (DE-OS 26 22 189). Grenzflächenbläschen und auch Wasserbläschen können auf diese Weise jedoch nicht entfernt werden, Überhaupt gibt es bislang keine Möglichkeit, Grenzflä* chenbläschen und/oder Wasserbläschen aus der Be^

Schichtungsmasse von Bahnen zu beseitigen. Man behilft sich in der Praxis dadurch, daß die beschichtete Bahn sehr schonend, d. h. bei niedriger Temperatur und mit geringem Temperaturanstieg, getrocknet wird. Tatsächlich kann dadurch die Zahl der Blasen in einer Beschichtung nicht verringert werden, wohl aber deren Größe, so daß bei schonender Trocknung die Blasen klein bleiben. Diese kleinen Blasen werden wohl oder übel in Kauf genommen, insbesondere wenn sie nicht oder nur mittels eines Vergrößerungsgerätes sichtbar sind. Bei niedrigen Temperaturen hingegen kann nur langsam getrocknet werden, so daß lange Verweilzeiten zum Trocknen von beschichteten Bahnen und damit sehr große langgestreckte Trocknungsanlagen erforderlich sind.

Es ist ein Verfahren zum möglichst spiegelglatten Trocknen von lösungsmiuelhaltigen Lackschichten bekannt (DE-Patentanmeldung 4 00 618, ausgelegt am 12.2.1953J, bei welchem die zu trocknenden Lackschichten im ersten Verfahrensschritt in einen Raum eingebracht werden, der lediglich mit Lösungsmitteln angereichert ist, und in welchem keinerlei Luftströmung herrschen so!!, damit sich keine Runzeln oder Pillen an der Lackoberfläche bilden. Nach einiger Verweilzeit, wenn die Lackschicht an der Oberfläche völlig eben aufgetrocknet ist, kann sie im bewegten Luftstrom fertig getrocknet werden. In diesem ersten Verfahrensabschnitt findet ein langsames Verdunsten des Lösungsmittels statt und keine Entgasung der Lackschicht. Gasförmige Einschlüsse in der Lackschicht können daher nicht mehr beseitigt werden, wenn die Oberfläche der Lackschicht bereits getrocknet oder auch nur angetrocknet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde. Bahnen bläschenfrei unter Anwendung eines flüchtigen Lösungsmittels zu beschichten, und zwar sollen die Beschichtungsmassen auf den Bahnen sowohl von den Kochbläschen als auch von den Grenzflächenbläschen und Wasserbläschen befreit bzw. freigehalten werden.

Dies wird durch ein Verfahren der eingangs genannten /* rt dadurch erreicht, daß die Bahn unmittelbar nach der Beschichtung nicht getrocknet wird, sondern durch einen besonderen Entgasungsbereich über eine geheizte Walze geführt wird, in dem die Umgebungsluft mit Lösungsmitteln gesättigt oder übersättigt ist, und daß daran anschließend die Bahn durch einen vom En;gasungsbereich getrennten Trock· nungsbereich hindurchgeführt wird, aus welchem das gasförmige Lösungsmittel unter dem Einfluß der Schwerkraft in einen Kondensationsbereich hineingeleitet wird.

Nach der Erfindung wird zunächst nach dem Beschichten eine geheizte Walze mit der Bahn in Berührung gebracht, d. h. es wird eine direkte Wärmeübertragung von der geheizten Walze zur beschichteten Bahn durchgeführt, so daß bedingt durch die hohe Temperatur der Walze die Beschichtungsmasse einem mehr oder weniger starken Thermoschock ausgesetzt wird. Als günstigste Temperatur für die Walze erweist sich dabei eine solche, die die Beschichtungsmasse annähernd auf die Siedetemperatur des Lösungsmittels erwärmt-

Im Zusammenhang mit dieser Verfahrensstufe nach der Erfindung ist festzustellen, daß der Fächmann bisher meinte, nur durch langsames schonendes Trocknen können die Nachteile der unvermeidlichen Bläschenbildung, nämlich Unebenheiten der getrockneten Kleben schicht eines Klebebands, möglichst gering gehalten werden.

Wesentlicher Erfindungsgedanke ist, daß die beschichtete Bahn durch einen Entgasungsbereich geleitet wird, der mit Lösungsmitteldampf gesättigt oder übersättigt ist. Unter diesen Bedingungen kann die Beschichtungsmasse jedoch nicht trocknen, so daß sich an der Oberfläche der Beschichtungsmasse, wo naturgemäß der Trocknungsvorgang zuerst einsetzt, keine Haut bildet. Daher bleibt die Beschichtungsmasse

ίο für alle diejenigen Gase durchlässig, die sich unter dem Einfluß der relativ hohen Temperatur der Bahn bilden bzw. vorhanden sind und entweichen wellen. Auf diese Art und Weise kann z. B. Wasserdampf, der aus Papieren oder Geweben stammt, entweichen. Aber nicht allein diese Bläschen oder Grenzflächenbläschen können entweichen, sondern auch die Kochbläschen, weil sie die noch flüssige Beschichtung im Entgasungsbereich verlassen können. Zwar kann durch Austreten eines Gasbläschens aus der Beschichtung eins kraterförmige Unebenheit in der Beschichtung entstehen, diese kann sich jedoch noch ausgleichen bz·" die Oberfläche kann sich in diesem Bereich glänrn. da sich die Beschichtung selbst noch nicht im Trocknungsprozeß befindet.

Der Fachmann dachte bislang im Zusammenhang mit der Erzeugung von Beschichtungen auf Bahnen, daß unmitteloar an den eigentlichen Beschichtungsvorgang der Trocknungsvorgang stattfinden muß. Nach der Erfindung wird jedoch zwischen Beschichtung und Trocknung ein Entgasungsvorgang eingeschoben, der sich bei genauer Kenntnis der Wärmeübergangswiderstände, der Stoffübergangswiderstände und der Diffusionskonstanten in der Beschichtungsmasse und in der Gasphase als vorteilhaft herausgestellt hat.

Schließlich wird nach der Erfindung das Lösungsmittel in einen Kondensationsbereich geleitet, d. h. das Lösungsmittel wird vom gasförmigen Zustand in den flüssigen Zustand überführt und kann in dieser Form erneut zum Lösen der Beschichtungsmasse eingesetzt werden. Hierbei besteht eine besondere Schwierigkeit darin, daß während des Verfahrens gemäß der ErfiHung oberhalb der oberen Explosionsgrenze des Lösungsmittels gearbeitet wird. Seitens des Fachmanns könnten Bedenken bestehen, einen Trocknungsvorgang oberhalb der oberen Explosionsgrenze eines Lösungsmittels durchzuführen, weil sich dadurch nämlich das treibende Partialdruckgefälle verringert und unter sonst gleichen Bedingungen, die zum Trocknen nötige Verweilzeit und damit die Länge einer Trocknungsvorrichtung erhöht. Tatsächlich hat sich jedoch bei der Durchführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung herausgestellt, daß mit Hilfe dieses Verfahrens eine rasche Trocknung einer beschichteten Bahn möglich ist, wobei hinzukommt, daß diese Bahn blasentrei ist, was im Vergleich mi* auf andere Art und Weise getrockneten beschichteten Bahnen nicht erreicht werden kann.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

Fig. I zeigt ein~ schematische Darstellung einer Vorrichtung ρemäß der Erfindung. Die

Fig. 2, 3 und 4 zeigen Teilquerschnittsansichten der Vorrichtung gemäß der Erfindung, Und zwa'i besondere Ausführungsformen des Rakelauftragswerkes.

Die Bahn 1 wird von der Abrollung 2 über Umlenkwalzen 3, 4 u.id 5 zu einer Streichvorrichtung geführt. Die Streichvorrichtung besteht aus der Streichrakel 6a, an der eine Selbstklebemasse 7 auf die

Bahn aufgetragen wird, und der Streichwalze 6b. Die Selbstklebemasse 7 übernimmt auch eine Abdichtungsfunktion an einem Einlauf 8. Ein enger Spalt 9 dichtet die Streichwalze 6b ab. Die beschichtete Bahn wird anschließend über eine heizbare Walze 10 mit relativ großem Durchmesser umgelenkt, so daß die beschichtete Seite der Bahn 1 nach außen bzw. unten weist. Schließlich wird die Bahn i über Umlenkwalzen 11, 12, 13 und 14 zur Abrollung 15 geführt, und dort aufgewickelt.

Wenn die Bahn 1 mit der lösungsmittelhaltigen Selbstklebemasse beschichtet und anschließend erwärmt wird, entstehen Lösungsmitteldämpfe. Diese Dämpfe sind schwerer als Luft (z. B. ist Dampf von Butanon rund 2'/₂ma\ so schwer wie Luft). Die Dumpfe fallen deshalb schnell nach unten. Diese Eigenschaft von Lösungsmitteldämpfen wird genutzt, um den Transport der Lösungsmitteldämpfe durch die verschiedenen Zonen der Anlage zu bewirken.

Die Vorrichtung nach der Erfindung weist zuoberst eine Entgasungszone oder einen Entgasungsbereich auf. die bzw. der in Fig. 1 mit E bezeichnet ist. Darunter folgt ein Trocknungsbereich T. ein Strömungsgleichrichterbereich G und schließlich ein Kondensationsbereich K. Schließlich gibt es zwischen den Umlenkwalzen 13 und 14 einen Abkühlbereich A.

In dem Entgasungsbereich wird die beschichtete Bahn 1 von der beheizten Walze 10 erwärmt Gegenüber der beheizten Walze 10 befindet sich das Maschinengehäuse bzw. eine Wand 16, welches/welche gegebenenfalls ebenfalls beheizbar sein kann und durch eine Isolierschicht isoliert ist so daß praktisch keine Wärme nach außen abgeführt werden kann. Wird z. B. die Bahn 1 auf 352" K aufgeheizt so belädt sich die Luft bis in den Sättigungsbereich. Eine Trocknung der Beschichtungsmasse ist unter diesen Bedingungen nicht möglich. Für eine Entgasung herrschen dagegen ideale Voraussetzungen. Unterhalb des Entgasungsbereiches ist eine Drosseleinrichtung 17 in Form einer Drosselklappe angeordnet.

Sie wird so eingestellt, daß im Entgasungsbereich möglichst wenig Lösungsmitteldampf nach unten entweichen kann, nach oben hin ist der Entgasungsbereich durch den Streichrakel 6a und die Beschichtungsmasse 7, zu den Seiten durch das isolierte Maschinengehäuse und nach hinten durch die heizbare Walze 10 abgedichtet

Eine gleichmäßige Erwärmung der Bahn 1 im Entgasungsbereich ist auch dann gewährleistet wenn die Bahn 1 nicht besonders gut mit der Walze 10 in Kontakt gebracht werden kann, da auch diejenigen Teile der Bahn, die die Walze nicht berühren, schnell durch kondensierende Lösungsmitteldämpfe aufgewärmt werden.

Im Entgasungsbereich beträgt die Sättigungsbeladung der Atmosphäre je nach Temperatur und Lösungsmittel zwischen 2 und 10 kg Lösungsmittel je m*.

Es ist weder notwendig noch möglich, zu verhindern, daß geringe Mengen des Losungsmitteidampfes von der Bahn 1 aus dem Entgasungsbereich heraus mitgeschleppt werden. Andererseits kann die Bahn 1 aus dem Entgasungsbereich nicht sofort ins Freie geführt werden, weil die mitgeschleppten Lösungsmitteldämpfe sofort eine explosible Gaswolke bilden würden. Deswegen ist es notwendig, daß die beschichtete und entgaste Bahn 1 in einem sich dem Entgasungsbereich anschließenden Teil der Anlage getrocknet wird, wo die Konzentration des Lösungsmilleldampfes in der Luft so hoch ist, daß die Mischung nicht explodieren kann.

Die zum Trocknen notwendige Wärme wird durch Wärmestrahlung von oben her in Richtung der -> unbeschichleten Seite der Bahn 1 eingebracht. Zur Erzeugung der Wärmestrahlung sind am Maschinenge^ häuse Halbrohre 18 angebracht, die von einem Wärmeträger (z. B. Wärmeträgeröl, Dampf, Wasser) durchströmt werde'n. Eine Wärmezufuhr durch Kontaktbeheizung ist nicht empfehlenswert, weil die iti Frage kommenden Bahnen oft uneben sind (z, B. ungleichmäßig gereckte Folien), so daß zwischen einer ebenen oder eine gewölbten Fläche und einer unebenen Bahn nicht überall ein ausreichender Kontakt erzeugt werden kann.

Zum Trocknen ist weiterhin zwischen der beschichteten Bahn 1 und der Umgebung ein ausreichendes Partialdruckgefälle erforderlich, das sich ohne weiteres bei Stillstand der Bahn 1 oder sehr geringen Produktionsgeschwindigkeiten von selbst einstellt, weil dann die Lösungsmitteldämpfe ungestört nach unten fallen. Das gilt nicht für höhere Produktionsgeschwindigkeiten.
Wird eine Bahn 1 in gasförmiger Umgebung bewegt.

r> so schleppt sie Gase dieser Umgebung, wie Luft oder Lösungsmitteldämpfe, mit sich. Diese Schleppströmung stört den freien Fall der Lösungsmitteldämpfe so lange nicht, wie die Strömung laminar bleibt. Bei hohen Produktionsgeschwindigkeiten, jedenfalls bei Bahnge-

JO schwindigkeiten von 10 m/min und mehr wird die Strömung turbulent. Lösungsmitteldämpfe werden durch die Turbulenzen in unerwünschter Weise gegen die Bahn 1 geschleudert, wo sie das Partialdruckgefälle und damit die Trocknungsleistung verringern.

Aufgabe des Strömungsgleichrichterbereiches C ist es. die turbulente Strömung des Trocknungsbereiches in eine laminare Strömung zu verwandeln, die nach unten gerichtet ist. Nach der Erfindung besteht der Strömungsgleichrichterbereich aus einem Plattenpaket, wobei einzelne Strömungsleitbleche 19 im Abstand von wenigen Zentimetern voneinander angeordnet sind. Unter den Umlenkwalzen 11,12 und 13 sind Staubleche 20, 21 und 22 angeordnet Sie bewirken, daß die Schleppströmung in den einzelnen Abschnitten des Trocknungsbereiches umgelenkt wird.

Die Lösungsmitteldämpfe verlassen den Strömungsgleichrichterbereich als laminare Strömung. Die Dämpfe sind schwerer als Luft. Sie fallen deshalb nach unten und bewirken eine Strömung in Richtung auf Kondensatoren.

Diese Gasströmung wird durch die Sogwirkunr der Kondensatoren unterstützt Sie erklärt sich dadurch, daß mit der Verflüssigung der Lösungsmitteldämpfe eine starke Volumenreduktion verknüpft ist

Die Gasströmung v/ird durch schräg angeordnete Umlenkbleche 23 und Stutzen 24 geleitet und anschließend den wassergekühlten Röhrenbündelküh-Iern 25 zugeführt Dort kondensieren die Lösungsmitteldämpfe. Das Kondensat verläßt den Kondensationsbereich durch Stutzen 26 und gelangt in eine Kondensat-Sammelleitung 27 mit einem Auslaß 28.

Der Wärmeübergang bei Kondensation wird stark von der Lösungsmitteldampfkonzentration beeinflußt Bei reinen Dämpfen ist die Wärmeübergangszahl 1—2

f" Zehnerpotenzen höher als bei Dampf-Luftgemischen. Schwerkraft und Sogwirkung der Kondensatoren bewirken, daß an den tiefsten Teilen der Anlage, wo die Kondensatoren angeordnet sind, eine hohe Lösungsmit-

teldampfkonzentralion herrscht. Dadurch ergeben sich hohe Wärmeübergangsziffern und kleine Kondensator flächen.

Zwischen den Umlenkwalze!! ί3 und 14 wird die Bahn gekühlt. Deshalb werden Halbrohre 29 des Maschinengehäuses in diesem Bereich Von Kühlwasser durchströmt. Bei der Umlenkwalze 14 verläßt die Bahn das Maschinefgehäuse durch einen Spalt 30, der etwa die Höhe des tünlaüfes 8 hat.

Die hohen Temperaturen und Lösungsnriitteldampfkonzentratiorien im Entgasungsbereich führ°n dazu, daß Lösungsmittel auch am Auftagswerk kondensieren kann und daß sich das Auftragswerk erwärmt. Bei ungleichmäßiger Erwärmung kann sich das Auftfägswerk verziehen, so daß ungleichmäßige Beschichtungsdicken die Folge sind.

In Fig.2 ist ein Rakelauftragswerk gezeigt. Als Werkstoff für den Streichrakel 6a und die Streichwalze Sb wird ein Material mit einer relativ geringen Wärmeleitfähigkeit eingesetzt, z. B. austenilischer Stahl. Sowohl der Streichrakel 6a als auch die Streichwalze 6b sind hohl ausgeführt. Innen sind sie zur Isolierung mit Schaum 31 ausgefüllt.

F i g. 3 zeigt Hohlräume 32 und 33 von Streichrakel 6a und Streichwalze 6b, die nicht ausgeschäumt sind, sondern mittels eines Wärmeträgers (z. B. Wasser)

beheizt sind.

F i g. 4 zeigt eine Breitschlitzdüse 7 als Auftragswerk.

In diesem Fall ist die Streichwalze 6b isoliert, nicht jedoch die Breitschlitzdüse 7, die im Gegenteil sogar durch die Beschichtungsmasse gekühlt wird. Die Kühlung führt dazu, daß an der Seite der Breitschlitzdüse, die dem Entgasungsbereich zugewandt ist, sich ein

'*> Lösungsmittelfilm 35 kondensiert. Dieser Film legt sich auf die Beschichtung, was in Fällen, wo die Beschich* tungsmasse besonders stark zur bereits beschriebenen Hautbildung neigt. Vorteilhaft ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Beschichten von Bahnen mit Iösungsmittelhaltigen Beschichtungsmassen, insbesondere Selbstklebemassen, und ?um Trocknen der beschichteten Bahnen, wobei die Bahnen nach dem Beschichten durch einen mit Lösungsmitteldampf angereicherten Bereich geführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnen unmittelbar nach der Beschichtung nicht getrocknet, sondern in einem Entgasungsbereich, in dem die Umgebungsluft mit Lösungsmitteln gesättigt oder übersättigt ist, über eine beheizte Walze geführt werden, und die Bahnen anschließend durch einen vom Entgasungsbereich getrennten Trocknungsbereich hindurchge- is führt werden, aus welchem das verdampfte Lösungsmittel unter dem Einfluß der Schwerkraft in einen Kondensationsbereich hineingeleitet wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Beschuhten von Bahnen mit lösungsmittelhaltigen Beschichtungsmassen, insbesondere Selbstklebemassen, und zum Trocknen der beschichteten Bahnen nach Anspruch 1, mit einer Streichvorrichtung und mit einem Lösungsmitteldampf enthaltenden Raum zur Aufnahme der beschichteten Bahnen, dadurch gekennzeichnet, daß der der Entgasung dienende Raum oben durch die Beschichtungsmasse (7) an der Streichvorrichtung (6a, 6b), seitlich durch eine Wand (16) bzw. eine beheizte Walze (10) und unten durch eine die beschichteten Bahnen (1) durchlassende Drosseleinrichtung (17) abgeschlossen ist und daö anschließend an den Entgasungsraum ein TrocknungsbereicL vorge .-hen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abdichtenden Teile der Wand (16) nach außen thermisch isoliert sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abdichtenden Teile der Wand (16) an der Innenseite beheizt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Trocknungsbereiches Strömungsleitbleche (19), vorzugsweise in Form eines Plattenpakets, angeordnet sine/.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß unter Umlenkwalzen (11, 12, 13) für die beschichteten Bahnen (1) in dem Trocknungsbereich Staubleche (20, 21, 22) angeordnet sind.