DE2823524A1

DE2823524A1 - Klebstoffgemisch

Info

Publication number: DE2823524A1
Application number: DE19782823524
Authority: DE
Inventors: Jun George Otto Orth
Original assignee: Norfin Inc
Current assignee: Norfin Inc
Priority date: 1976-08-05
Filing date: 1978-05-30
Publication date: 1979-12-13
Also published as: GB1576697A; FR2427371A1; US4105611A

Description

Dip!. Phys. Dr. rer. nat. Wolfgang Kempe

PATENTANWALT

Postfach 1273 O 6,

D-68OO Mannheim

Fernsprecher CO621) 381-4744

29. Mai 1978 Si

Norfin, Inc. 526 First Avenue South

Seattle, Washington /USA

"Klebstoffgemisch"

Die Erfindung bezieht sich auf ein in der Wärme schmelzendes Klebstoffgemisch mit einer Viskosität von weniger als 5 0OO cp bei 400⁰K und ein Verfahren zum Verbi] Verwendung dieses Klebstoffgeraisches.

bei 400°K und ein Verfahren zum Verbinden von Papierbögen unter

Bei Mischern, Sortierern und ähnlichen in Buchbindereien benutzten Geräten werden die einzelnen Blätter oder Papierbögen gewöhnlich in getrennten Fächern abgelegt.Oft wird gewünscht, die in jedem Fach gesammelten Blätter zu einem mehrseitigen Dokument, einer

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Broschüre oder einer Werbeschrift zu verbinden. Bei einem indirekten Verfahren zum Verbinden von Bögen oder Blättern werden die Blätter vor dem Verbinden aus ihrem Fach genommen. Bei einem sogenannten "On-line"-Verfahren werden die Blätter innerhalb des Gerätes, also während sie noch in ihrem Fach liegen, . verbunden.

Das On-line-Verfahren erfordert es, daß die Blätter glattgestoßen oder ausgerichtet werden und dann sicher zusammengehalten werden, während sie noch in ihren Fächern liegen. Bei der Entwicklung eines On-line-Klebebinde-verfahrens, wie es in die vorliegende Erfindung eingeschlossen ist, sind eine Reihe spezieller Probleme zu überwinden, wie beispielsweise ein geeignetes Verfahren zum Aufbringen des Klebstoffes auf die Blattränder, die Sicherstellung, daß der Klebstoff zwischen die Blattränder dringt, und ein geeigneter Ansatz für eineiKlebstoff, der nicht nur eine gute Klebewirkung besitzt, sondern auch für das vorgesehene Klebebindeverfahren geeignet ist und die Blättränder in ausreichendem Maße durchdringt.

Ein Klebstoffgemisch der eingangs beschriebenen Art, das die vorgenannten Eigenschaf iEn besitzt und damit alle gestellten Forderungen erfüllt, ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch 30 bis 40 Gew.-% eines Äthylen-Vinylcopolymers, 25 bis 35 (Sew.-% eines Wachses, 20 bis 40 Gew.-% eines modifizierten Harzes und 10 bis 30 Gew.-% eines bei Raumtemperatur flüssigen Klebezusatzes.

Ein zweckmäßiges Verfahren zum Verbinden von Papierbögen unter Verwendung des erfindungsgemäßen Klebstoffgemisches ist nach einem weiteren Vorschlag dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder

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der Papierbögen ausgerichtet werden, die ausgerichteten Papierbögen sodann entlang einer im Abstand von den Rändern und vorzugsweise parallel zu ihnen verlaufenden Linie zusammengepreßt und die Ränder daraufhin mit dem Klebstoffgemisch in Berührung gebracht werden.

Das On-line-Klebebindeverfahren nach der Erfindung erfordert weder eine Bewegung der Fächer noch der Blätter. Das Klebstoffgemisch wird beispielsweise durch ein Endlosband an die Blattränder herantransportiert. Das in der Wärme schmelzende Klebstoffgemisch ist eine thermoplastische Mischung, die weder ein Auflösen noch ein Aushärten oder Trocknen erfordert. Das Klebstoffgemisch ist bei Raumtemperatur fest, besitzt aber bei erhöhter Temperatur eine ausreichend niedrige Viskosität. Es wird in einem Leimbehälter erhitzt und fließt aus diesem Behälter auf das Endlosband. Das Band selbst kann eine eigene Heizvorrichtung aufweisen. Der mit dem Klebstoffgemisch beschichtete Teil des Bandes wird dann mit den Blatträndern in Kontakt gebracht, nachdem die Blätter ausgerichtet worden sind und entlang einer Linie in einem kurzen Abstand von den zu verbindenden Blatträndern zusammengedrückt worden sind, so daß die Ränder selbst ein bißchen fächerförmig auseinanderstehen. Das flüssige Klebstoffgemisch fließt sodann von dem Band in die Zwischenräume zwischen den Blatträndern und verfestigt sich dort unter Bildung eines dichten, aber flexiblen Verbundes.

Die Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Klebstoffgemisches erfordert für einen derartigen Klebebindeprozess bis zu einem gewissen Grade einen Kompromiß zwischen der Einfachheit der Anwendung und der Qualität des Endproduktes. Das Klebstoffgemisch

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muß eine ausreichend geringe Viskosität besitzen, wenn es/erhitzt aus dem Behälter auf das Band und von dem Band in die Zwischenräume zwischen den Blatträndern fließt, ohne daß es dabei Fäden ziehi oder auf dem Band Klumpen bildet. Der unbenutzte Klebstoff sollte darübeihinaug'flüssig bleiben, so daß er zur Wiederverwendung in den Leimbehälter zurückfließen kann. Andererseits muß der Klebstoff eine ausreichende Zugfestigkeit aufweisen, wenn er erkaltet ist. Weitere Forderungen an einen geeigneten Klebstoff sind, daß er nicht vorzeitig abbindet, daß er nicht ausdampft, sich nicht 2ersetzt oder Gerüche von sich gibt, wenn er für eine übliche Zeitdauer auf der Leimbehältertemperatur gehalten wird. Nach der Kontaktierung der Blätter soll er sich möglichst schnell verfestigen. Die Bestandteile des Klebstoffgemisches müssen darüberhinaus untereinander verträglich sein und dürfen sich auch bei den kältesten Temperaturen, denen die verbundenen Blätter beim Gebrauch ausgesetzt sein können, nicht trennen.

Die Vorrichtung, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, sollte eine Reihe von vertikalen, in einer Linie ausgerichtete Fächer aufweisen, in die Blätter oder Bögen durch einen Sortierer oder Mischer befördert werden, ferner Mittel zum Aufstoßen der Blätter, so daß die Blattränder in jedem Fach ausgerichtet v/erden können, Gewichte zum Zusammendrücken der Blätter, einen Leimbehälter und ein Endlosband zur Beförderung des erfindungsgemäßen Klebstoffgemisches. Der Abstand zwischen den Blatträndern und dem Gewicht muß groß genug sein, um ein Auseinanderfächern der Blattränder zu ermöglichen, aber nicht so groß, daß sich die Blätter wellen können, wenn ihre Ränder mit dem mit dem Klebstoff gemisch bes dichteten Band

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in Berührung kommen. Ein bevorzugter Abstand beträgt ca. 6 mm.

Das End-losband kann aus Metall bestehen und von zwei mit einem vertikalen Abstand zueinander angeordneten Rollen getragen werden, von denen die untere als Antriebsrolle dient. Ein Ausflußkanal führt von dem Boden des Leimbehälters zu einem Punkt des Bandes ungefähr auf halbem Wege zwischen der oberen und der unteren Rolle. Der Fluß des Klebstoffgemisches wird durch einen Schieber gesteuert. Die Rollen sind an einem Rahmen mont-iert, der zwischen den Fächern und dem Auslaufkanal eine horizontale Bewegung ausführen kann. Eine Heiz- und Regelvorrichtung hält die Temperatur des Leimbehälters zwischen 400 und 490 K, wobei 460 K bevorzugt werden. Eine weitere Heizvorrichtung kann dazu verwendet werden, das Band auf einerTemperatur von ca. 450 K zu halten.

Die Vorrichtung zur Durchführung des eifindungsgemäßen Verfahrens arbeitet wie folgt. Der Rahmen wird zunächst in eine Lage gebracht, in der sich das Band unter dem Ausflußkanal des Leimbehälters befindet. Dann wird der Schieber geöffnetund gleichzeitig das Band in Bewegung gesetzt,so daß ein Teilstück des Bandes mit dem Klebstoffgemisch beschichtet wird. Der Schieber wird geschlossen, wenn die Länge dieses Teilstückes der Höhe der Fächer entspricht, in denen die zu verbindenden Blätter enthalten sind. Das beschichtete Teilstück wird sodann in diejenige Stellung weiterbewegt, in der es den Fächern gegenübersteht. Es wird sodann auf die Ränder der Blätter in den Fächern zubewegt und nach

ca. 2 see. zurückgezogen. Das Klebstoffgemisch kühlt sich üblicherweise innerhalb von 15 see, nachdem das Band zurückgezogen worden ist, ab und verfestigt sich innerhalb dieser Zeit. Die

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verbundenen Blätter werden daraufhin ausden Fächern genommen . Der nicht verbrauchte Klebstoff wird durch eine Spez-ialvorrichtung von dem Band in den Leimbehälter zurückbefördert.

Die Einhaltung der richtigen Temperatur des Leimbehälters und des Bandes ist von entscheidender Bedeutung, da eine zu hohe Temperatur dazu führt, daß das Klebstoffgemisch sich zersetzt und ausdampft, während eine zu niedrige Temperatur zu einer Klebverbindung führt, die eine unzureichende Festigkeit bei Raumtemp-eratur besitzt.

Bei der vorstehend beschriebenen Maschine muß die Viskosität des geschmolzenen Klebstoffgemisches niedrig genug sein, damit das Gemisch auf das Band fließen kann und von diesem in die Zwischenräume zwischen den aufgefächerten Blatträndern, ohne daß es dabei geliert, Fäden zieht oder Klumpen bildet. Es wurde festgestellt, daß eine Viskosität unter 5.000 cp und vorzugsweise um 1.000 cp notwendig ist, um eine ausreichende Fließfähigkeit des Klebstoffgemisches sicherzustellen. Klebstoffe mit geringer Viskosität tendieren jedoch zu einer langsamen Verfestigung und einer geringen Zugfestigkeit, wenn sie verfestigt sind. Da es jedoch erforderlich ist, daß das Klebstoffgemisch, wenn es einmal verfestigt ist, die Papierblätter selbst nach wiederholtem Umbiegen des KlebstoffVerbundes zusammenhalten soll, ist es wichtig, daß der verfestigte Klebstoff eine beträchtliche Zugfestigkeit besitzt. Diese konkurrierenden Forderungen schalten bei Verwendung von sich bewegenden Bändern oder ähnlichen Einrichtungen ganze Klassen von Klebstoffen als^brauchbar ais. Weitere Begrenzungen werden durch die Forderungen aufgestellt, daßdie

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Komponenten des Klebstoffgemisches untereinander verträglich sein müssen, daß das Gemisch nicht vorzeitig abbindet,bei seiner Schmelztemperatur stabil ist und sich schnell verfestigt. Das erfindungsgemäße Klebstoffgemisch erfüllt alle diese Forderungen.

Das Äthylen-Vinyl-Acetat-Kopolymer sorgt für die grundlegende Festigkeit des Klebstoffgemisches. Der Vinyl-Ace-tat-Anteil des Kopolymers kann zwischen 18 und 33 Gew.-% rangieren. Unterhalb dieses Bereiches zeigt das Kopolymer eine zu geringe Adhäsion. Oberhalb dieses Bereichs, s ist die Kompatibi-lität des Kopolymers mit anderen Komponenten, insbesondere mit dem Wachs unbefriedigend. Der bevorzugte Vinyl-Acetat-Anteil beträgt 28%. Der Schmelzindex des Kopolymeres, ein Maß für sein Molekulargewicht, ist für die vorliegende Erfindung wegen seiner Beziehung zur Viskosität und zur Zugfestigkeit wichtig. Eine Abnahme des Schmelzindexes schließt ein höheres Molekulargewicht, eine höhere Festigkeit und eine höhere Viskosität ein. Die Viskosität des Klebstoffgemisches ist natürlich durch"die Natur und die Konzentratio-oien der neben dem Kopolymer vorhandenen Komponenten bestimmt.Der Schmelzindex des Kopolymeres liegt vorzugsweise im Bereich von 15 bis 30 gm/10 Minuten. Die Konzentration des Polymers in dem Klebstoffgemisch beträgt vorzugsweise 33%.

Die primäre Funktion der Wachskomponente besteht darin, dem Gemisch Antiüock-Eigenschaften zu geben. Unter Blocken versteht man das Zusammenkleben der abgekühlten und verfestigten Teile

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des Klebstoffgeraisches, wenn diese miteinander in Kontakt gebracht werden. Wachse, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Klebstoffgemisch benutzt werden, sind die Paraffinwachse und die mikrokristalli-nen Wachse. Paraffinwachse werden gegenüber den mikrokristalli-nen Wachse bevorzugt, da Klebstoffgemische, bei denen mikrokristalline Wachse verwendet werden, sich so schnell verfestigen, daß sie zur Klumpenbildung auf dem Band tendieren. Darüberhinaus sind Paraffinwachse billiger. Der bevorzugte Wachsanteil beträgt 30%. Der Schmelzpunkt des Wachses liegt im Bereich :
bevorzugt werden.

liegt im Bereich zwischn 320° und 35O°K, wobei 333° bis 336°K

Das modifizierte Harz dient dazu, die Adhäsion zu steigern und die Viskosität des Klebstoffgemisches herabzusetzen. Der Ausdruck "modifiziert" bezieht sich hier auf die Ausscheidung der Öle und anderen nicht harzigen Substanzen aus dem Naturharz. Darüberhinaus kann es eine Stabilisation einschließen, beispielsweise durch Hydrierung, um das Harz wiederstaiösfähiger gegen Alterung, vorzugsweise bei der erhöhten Temperatur des Leimbehälters zu machen. Geeignete modifizierte Harze enthalten Pentaerithrytal und Glyzerinesther der hoch hydrierten Harze und verwandte Verbindungen mit ähnlichen Viskositätseigenschaften. Die bevorzugte Konzentration des modifizierten Harzes in dem erfindungsgemäßen Klebstoffgemisch beträgt 24 Gew.-%. Der Erwichsungspunkt des modifizierten Harzes liegt vorzugsweise zwiwchen 250 und 380 K.

Die Funktion des Klebezusatzes erkennt man, wenn man das Gemisch betrachtet, wie es bis hier-hin ohne den Klebezusatz beschrieben

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ist. Das Klebstoffgemisch wäre in zweierlei Hinsicht mangelhaft. Erstens müßte dem Gemisch so viel Harz zugefügt werden, um die Viskosität des geschmolzenen Klebstoffgemisches auf eine geeignete Höhe abzusenken, daß die Zugfestigkeit des Gemisches unbefriedigend wäre. Zweitens wäre das Gemisch zu spröde und würde deshalb bei wiederholter Biegebeanspruchung abbröckeln. Um beiden Problemen zu begegnen, ohne die Adhäsion zu opfern, wird ein Klebezusatz zugefügt. Der Klebezusatz muß so geschaffen sein, daß er die Viskosität und die Sprödigkeit des Gemisches reduziert, ohne in so großen Konzentrationen zugegen zu sein, daß die Festigkeit geopfert wird. Diese Forderung wird am besten von solchen Klebezusätzen erfüllt, die bei Raumtemperatur flüssig sind. DEr Klebezusatz muß darüberhinaus kompatibel mit den anderen Komponenten sein, d. h. er darf sich auch bei den niedrigsten Temperaturen, denen die Klebeverbindung ausgesetzt sein wird, nicht von den anderen Komponenten absetzen. Geeignete Klebezusätze sind synthetischen flüssigen Polyterpene, Dibut-ylphthälat; Dioctylphthalat und Tricresylphospha.t. Die synthetischen flüssigen Polyterapene sind vollständig kompatibel mit den anderen Komponenten und werden bevorzugt. Der bevorzugte Anteil des Klebezusatzes beträgt 12 Gew.-%.

Das in der Wärme schmelzende Klebstoffgemisch enthält häufig geringe Anteile eines Anti-Oxydationsmittels, wie beispielsweise butyliertes Hydro ytol öl, um den Abbau bei der Schmelztemperatur so gering wie möglich zu halten. Es hat sich jedoch gezeigt, daß geringe Konzentrationen dieses Anti -Oxydationsmittels in dem erfindungsgemäßen Klebstoffgemisch wenig Wirkung auf die Stabilität haben, aber zueiner bemerkenswerten Abnahme der Festigkeit des Klebstoffes führen . Die Verwendung dieses Zusatzes wird

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deshalb nicht bevorzugt, zumal das erfindungsgemäße Klebstoffgemisch auch ohne das Anti-Oxydationsmittel eine ausreichende Stabilität besitzt.

Die folgenden Beispiele, sollendie spezifischen Einzelheiten die Erfindung lediglich verdeutlichen, denSchutzbereich der Erfindung abernicht beschränken.

Beispiel I; Ein Klebstoffgemisch wurde duch Erhitzen von 33 Gew.-% eines Äthylen-Vinyl-Acetat-Kopo-lymers mit einem Schmelzindex von 20 g/10 Minuten und einem Vinylacetatanteil von 28 Gew.-% (verkauft von Union Carbide Corporation unter dem Namen "Co-Mer EVA-505"), 30 Gew.-% eines Paraffinwachses mit einem Schmelzpunkt zwischen 335° und 336 K, 24 Gew.-% eines Pentaerythritolesters eines hochstabilisierten Harzes mit einem Erweichungspunkt von 377°K (verkauft unter der Bezeichnung "Foral 105" von Hercules Inc.) und 12 Gew.-% eines Polyterpenharzes mit einem Molekulargewicht von 490 und einem Ervidchungspunkt zwischen 283 und 288 K (verkauft unter der Bezeichnung "Wingpack 10" durch die Goodyear Tire and Rubber Company) angesetzt.

Das Klebstoffgemisch wurde in einen Leimbehälter eines Bindegerätes gefüllt, wie es oben beschrieben worden ist. Der Betrieb des Gerätes lief folgendermaßen ab. Der Rahmen wurde zunächst in eine Stellung bewegt, in der sich das Band unterhalb des Auslauf kanales des Leimbehälters befand. Dann wurde gleichzeitig der Schieber geöffnet und das Band in Bewegung gesetzt, so daß ein Teilstück des Bandes mit dem Klebstoffgemisch beschichtet wurde.Der Schieber wurde geschlossen, als die Länge dieses Teil-

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Stückes der Höhe der Fächer entsprach, in denen die zu verbindenden Blätter enthalten waren. Das beschichtete Teilstück des Bandes wurde sodann in diejenige Lage bewegt, in der es diesen Fächern gegenüberstand, woraufhin der Rahmen so verschoben wurde, daß das beschichtete Teilstück des Bandes mit den Blatträndern in Kontakt trat. Nach ungefähr 2 see. wurde der Rahmen zurückgezogen. Das Klebstoffgemisch kühlte sich ab und verfestigte sich innerhalb von ungefähr 15 see. Während des gesamten Betriebes wurde der Leimbehälter auf einer Temperatur von 460 K und die Bandtempratur auf 450 K gehalten. Während der gesamten Anwendung zog das Kunststoffgemisch keine Fäden und bildete keine Klumpen auf dem Band. Es dampfte nicht aus. oder gab Gerüche von sich, als es heiß war; seine Komponeten trennten sich auch nicht, als es auf Raumtemperatur abgekühlt wurde. Das abgekühlte Klebstoff gemisch hatte einen starken, flexiblen Verbund zwischen den Blättern ergeben, der keine Blockerscheinungen bei Raumtemperatur zeigte.

Beispiel II; Das Klebstoffgemisch gemäß Beispiel I wurde durch Variation der Kopolymer-Konzentration zwischen 30 und 40 Gew.-%, der Wachskonzentration zwischen 25 und 35 Gew.-%, der modifizierten Harzkonzentration zwischen 20 und 40 Gew.-% und der PoIyterpenharz-Konzentration zwischen 10 und 30 Gew.-% modifiziert. Alle Mischungen innerhalb dieser Bereiche konnten in zufiedenstellender Weise in dem im Beispiel I beschriebenen Gerät verwendet "werden.

Beispiel III: Bei dem Klebstoffgemisch gemäß Beispiel I wurde das "Foral 105" durch "Foral 85",einem Glyzerinesther eines hochstabilisierten Harzes mit einem Erweichungspunkt von 355 K

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ersetzt. Bei einer anderen Probe wurde das "Foral 105" durch "Staybelite Ester 10", einem Glyzerin-Ester eines hydrierten Harzes mit einem Erweichungspunkt von 356 K (ebenfalls von Hercules Inc. verkauft) ersetzt. Beide Modifikationen erzielten zufriedenstellende Leistungen in dem Gerät gem. Beispiel I.

Beispiel IV: Das Klebstoffgemisch gemäß Beispiel I wurde variiert, indem das "Wingtack 1o" durch jede der folgenden Substanzen ersetzt wurde: Dibutylphthalat, Dioctylpht-halat, Tricresylphosphat und Hercolyn D, einem flüssigen hydrierten Methylester eines Harzes (ebenfalls verkauft durch Hercules Inc.). Alle Mischungen erbrachten zufriedenstellende Leistungen in dem Gerät gemäß Beispiel I.

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Claims

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1. In der Wärme schmelzendes Klebstoffgemisch mit einer Viskosität von weniger als 5.000 cp bei 400⁰K, gekennzeichnet durch 30 bis 40 Gew.-% eines Äthylen-Vinyl-Azetatpolymers, 25 bis 35 Gew.-% eines Wachses, 2o bis 40 Gew.-% eines modifizierten Harzes und 10 bis 30 Gew.-% eines bei Raumtemperatur flüssigen Klebezusatzes.

2. Verfahren zum Verbinden von Papierbögen unter Verwendung

des Klebstoffgemisches gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ränder der Papierbögen ausgerichtet werden, die ausgerichteten Papierbögen sodann entlang einer im Abstand von den Rändern und vorzugsweise parallel zu ihnen verlaufenden Linie zusammengepreßt und die Ränder daraufhin mit dem Klebstoffgemisch in Berührung gebracht werden.

ORIGINAL INSPECTED