DE29824879U1 - Bonding air-permeable track-shaped material - Google Patents
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- B32B37/153—Methods or apparatus for laminating, e.g. by curing or by ultrasonic bonding characterised by the properties of the layers with at least one layer being manufactured and immediately laminated before reaching its stable state, e.g. in which a layer is extruded and laminated while in semi-molten state at least one layer is extruded and immediately laminated while in semi-molten state
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Abstract
Description
MAIWALD PATENTANWALTS GMBHMAIWALD PATENT LAWYERS GMBH
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Dr. Walter Maiwald (München) Dr. Volker Hamm (Hamburg) Dr. Stefan Michalski (Düsseldorf) Dr. Regina Neuefeind (München) Dipl.-Ing. Udo Preuss (München) Dipl.-Ing. Korbinian Kopf, M.A. (München) Dr. Norbert Hansen (München) Dipl.-Ing. Lutz Kietzmann LL.M. (Düsseldorf) Dr, Martin Huenges (München) Dr, Holger Glas (München)Dr. Walter Maiwald (Munich) Dr. Volker Hamm (Hamburg) Dr. Stefan Michalski (Düsseldorf) Dr. Regina Neuefeind (Munich) Dipl.-Ing. Udo Preuss (Munich) Dipl.-Ing. Korbinian Kopf, M.A. (Munich) Dr. Norbert Hansen (Munich) Dipl.-Ing. Lutz Kietzmann LL.M. (Düsseldorf) Dr, Martin Huenges (Munich) Dr, Holger Glas (Munich)
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Film/Film-Laminierungen mit HeißschmelzklebernFilm/film laminations with hot melt adhesives
Die vorliegende Erfindung betrifft Laminierungen (Laminate) hergestellt durch ein berührungsloses Schlitzdüsen-Beschichtungsverfahren (Schlitzdüsen-Auftragungsverfahren).
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Laminierungen
hergestellt durch ein Verfahren zur kontinuierlichen Beschichtung eines Filme
einschließenden Substrates mit einem geschmolzenen Heißschmelzklebers (Klebstoff) ausgenommen Haftschmelzkleber (hot melt pressure sensitive adhesives), wobei
Haftschmelzkleber Heißschmelzkleber mit dauerhafter Oberflächenklebrigkeit sind, die ein Kleben mit Anpressdruck ermöglichen, welches die durch Partikel verursachteThe present invention relates to laminations (laminates) produced by a non-contact slot die coating process (slot die application process).
The present invention particularly relates to laminations
produced by a process for the continuous coating of a film
enclosing substrate with a molten hot melt adhesive (adhesive) excluding hot melt pressure sensitive adhesives, where
Hot melt adhesives are hot melt adhesives with permanent surface tack that enable bonding with contact pressure, which reduces the adhesion caused by particles.
Streifenbildung verringert und Film-auf-Film-Laminierungen mit nicht reaktiven Heißschmelzklebern ermöglicht. Ferner wird ermöglicht, niedrige Auftragsgewichte aufzutragen.Reduces streaking and enables film-to-film laminations with non-reactive hot melt adhesives. It also enables low application weights.
Es ist unproblematisch, Heißschmelzklebstoffe bei niedrigen Auftraggewichten aufzutragen, vorausgesetzt, dass die Beschichtung nicht vollständig geschlossen, d.h. nicht porös, zu sein braucht. In Zusammenhang mit dieser Beschreibung wird der Begriff "kontinuierlich" verwendet, um einen vollständig geschlossenen, d.h. nicht porösen Film bzw. Beschichtung zu beschreiben. Wenn jedoch eine vollständig geschlossene, d.h. nicht poröse Beschichtung erzeugt werden soll, kann dies nur unter Verwendung üblicher Beschichtungsverfahren durchgeführt werden, wenn das Auftraggewicht des Heißschmelzklebstoffes wesentlich höher ist. Derartig hohe Auftraggewichte sind teuer.It is not a problem to apply hot melt adhesives at low application weights, provided that the coating does not need to be completely closed, i.e. non-porous. In the context of this description, the term "continuous" is used to describe a completely closed, i.e. non-porous film or coating. However, if a completely closed, i.e. non-porous coating is to be produced, this can only be done using conventional coating methods if the application weight of the hot melt adhesive is significantly higher. Such high application weights are expensive.
Bei herkömmlichen Kontakt-Auftragungsverfahren berührt die Schlitzdüse das zu beschichtende Substrat und verstreicht dabei gleichzeitig die aufgetragene Zusammensetzung. Gleichmäßige und kontinuierliche Beschichtungen mit niedrigviskosen Beschichtungszusammensetzungen werden hergestellt, die Schlitzdüse ist möglichst in engem Kontakt mit dem Substrat gehalten. Diese Verfahren zählen daher nicht zu den filmbildenden Verfahren, wobei in diesem Zusammenhang mit filmbildend gemeint ist, dass durch die Düse ein frei hängender Film gebildet wird (short liquid curtain), der anschließend auf das Substrat aufgebracht wird (siehe hierzu auch Stephan F Kistler and Peter M. Schweizer "Liquid Film Coating, Scientific principles and their technological implications" 1997 Chapman & Hall, pages 401 to 403). Die DE 195 46 272 Cl beschreibt ein derartiges Kontakt-Auftragungsverfahren für Heißschmelzkleber.In conventional contact application processes, the slot nozzle touches the substrate to be coated and simultaneously spreads the applied composition. Uniform and continuous coatings with low-viscosity coating compositions are produced, the slot nozzle is kept in as close contact with the substrate as possible. These processes are therefore not film-forming processes, whereby in this context, film-forming means that a freely hanging film is formed by the nozzle (short liquid curtain), which is then applied to the substrate (see also Stephan F Kistler and Peter M. Schweizer "Liquid Film Coating, Scientific principles and their technological implications" 1997 Chapman & Hall, pages 401 to 403). DE 195 46 272 Cl describes such a contact application process for hot melt adhesives.
Nachteilig ist bei solchen Verfahren, dass thermoplastische Zusammensetzungen oft nichtgeschmolzene Teilchen in Form von Verunreinigungen wie etwa Schmutz und Verkohlungen, oder in Form eines teilchenartigen Inhaltsstoffs wie etwa Füllstoffe und Additive enthalten. Wenn diese Teilchen von entsprechender Größe sind und/oder die Schlitzdüse eine relativ kleine Öffnung aufweist, neigen die Teilchen dazu, sich in der Auftragsvorrichtung anzusammeln und die Absetzung der Beschichtung zu stören. Die Teilchen blockieren den Austritt des thermoplastischen Materials und verursachen eine entsprechende Streifenbildung oder Striche auf dem zu beschichtenden Substrat (sieheA disadvantage of such processes is that thermoplastic compositions often contain unmelted particles in the form of impurities such as dirt and char, or in the form of a particulate ingredient such as fillers and additives. If these particles are of a corresponding size and/or the slot nozzle has a relatively small opening, the particles tend to accumulate in the application device and interfere with the deposition of the coating. The particles block the exit of the thermoplastic material and cause corresponding streaking or lines on the substrate to be coated (see
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hierzu auch Edgar B. Gutoff und Edward D. Cohen "Coating and Drying Defects, Troubleshooting Operating Problems" John Wiley & Sons 1995, pages 134 and 135). Besonders problematisch ist die Streifenbildung bei sehr dünnen Beschichtungen, insbesondere wenn die optische Qualität von Bedeutung ist.(see also Edgar B. Gutoff and Edward D. Cohen "Coating and Drying Defects, Troubleshooting Operating Problems" John Wiley & Sons 1995, pages 134 and 135). Streaking is particularly problematic with very thin coatings, especially when optical quality is important.
Zudem führt die direkte Auftragung mit einer Schlitzdüse zu erheblichen mechanischen und thermischen Belastungen der beschichteten Substrate, insbesondere dann, wenn die Schlitzdüse während der Beschichtung beheizt wird.In addition, direct application with a slot nozzle leads to considerable mechanical and thermal stress on the coated substrates, especially if the slot nozzle is heated during coating.
Deshalb können sehr empfindliche Substrate, wie etwa Plastikfolien, nicht immer ohne das Substrat zu beschädigen mit einer heißen Zusammensetzungen aus einer Schlitzdüse in herkömmlicher Weise beschichtet werden.Therefore, very sensitive substrates, such as plastic films, cannot always be coated with a hot composition from a slot die in the conventional manner without damaging the substrate.
Im Gegensatz zu Schlitzdüsen-Kontakt-Auftragungsverfahren werden Extrusions-Beschichtungsverfahren auch ohne Kontakt zum Substrat durchgeführt. Hierbei wird ein geschmolzener Film extrudiert und anschließend auf das Substrat aufgebracht. Im Unterschied zum herkömmlichen Schlitzdüsen-Auftragungsverfahren können hier nur hochviskose Beschichtungsmaterialien wie insbesondere einfache ungemischte Polymerschmelzen beschichtet werden (siehe hierzu auch Edgar B. Gutoff und Edward D. Cohen "Coating and Drying Defects, Troubleshooting Operating Problems" John Wiley & Sons 1995, pages 100). Übliche solche Polymere sind Polyethylen, Polypropylen, EVA's, saure Copolymere, Ionomere, Polyester, Polyamide und Fluoropolymere. Eine stabile Brücke zwischen dem Substrat und der Düse kann nur durch geeignete rheologische Eigenschaften der Beschichtungszusammensetzung (relative hohe Schmelzviskosität korrelierend mit niedrigem "MeIt Index", üblicherweise bis zu lOg/10 Min) ermöglicht werden. EP 0259694 offenbart ein Extrusions-Laminierungsverfahren von ungemischten Polymerschmelzen mit Hilfe eines "T-die". Stabile Filme können danach nicht bei Schmelzviskositäten unter 1000 Poise gebildet werden.In contrast to slot die contact application processes, extrusion coating processes are also carried out without contact with the substrate. Here, a molten film is extruded and then applied to the substrate. In contrast to the conventional slot die application process, only highly viscous coating materials such as simple unmixed polymer melts can be coated here (see also Edgar B. Gutoff and Edward D. Cohen "Coating and Drying Defects, Troubleshooting Operating Problems" John Wiley & Sons 1995, pages 100). Commonly used polymers are polyethylene, polypropylene, EVA's, acidic copolymers, ionomers, polyesters, polyamides and fluoropolymers. A stable bridge between the substrate and the nozzle can only be made possible by suitable rheological properties of the coating composition (relatively high melt viscosity correlating with a low "MeIt Index", usually up to 10g/10 min). EP 0259694 discloses an extrusion lamination process of unmixed polymer melts using a "T-die". Stable films cannot be formed thereafter at melt viscosities below 1000 poise.
Die für die Extrusion von hochviskosen Beschichtungszusammensetzungen üblicherweise verwendeten Düsen (wie z.B. die "T-die"), eignen sich, wie bereits erwähnt, nicht ohne weiteres für niedrig viskose Zusammensetzungen. Diese Düsen sind für hochviskose Beschichtungsmaterialien und entsprechend hohe Drücke ausgelegt (siehe hierzu auchThe nozzles commonly used for the extrusion of high-viscosity coating compositions (such as the "T-die") are, as already mentioned, not readily suitable for low-viscosity compositions. These nozzles are designed for high-viscosity coating materials and correspondingly high pressures (see also
Edgar B. Gutoff und Edward D. Cohen "Coating and Drying Defects, Troubleshooting Operating Problems" John Wiley & Sons 1995, page 148). Niedrigviskose Beschichtungsmaterialien wie die meisten Heißschmelzkleber bilden bei Verwendung solcher Düsen keinen stabilen dünnen Film. Diese Problematik wird in US 4708629 angesprochen. Dort wird eine spezielle Düse für Heißschmelzkleber für die Verwendung in Kontakt-Beschichtungsverfahren offenbart.Edgar B. Gutoff and Edward D. Cohen "Coating and Drying Defects, Troubleshooting Operating Problems" John Wiley & Sons 1995, page 148). Low viscosity coating materials such as most hot melt adhesives do not form a stable thin film when using such nozzles. This problem is addressed in US 4708629. There a special nozzle for hot melt adhesives for use in contact coating processes is disclosed.
Ein Nachteil von Beschichtungsverfahren oder Laminierungsverfahren mit einfachen ungemischten hochviskosen Polymerschmelzen ist die hohe Verarbeitungstemperatur, die üblicherweise im Bereich von 300 0C und höher liegt, und die geringe Adhäsionskraft der gebildeten Filme an den zu beschichtenden oder zu laminierenden Substraten. Oberflächenbehandlungen der Substrate oder des extrudierten Polymerfilms sind in den meisten Fällen, insbesondere für Filme und Folien, notwendig. Beispiele hierfür sind Korona-Behandlungen (corona treatment), Flammen-Behandlungen und chemisches Grundieren des Substrats oder Anoxidieren des extrudierten Polymerfilms, bevor er mit dem Substrat in Kontakt gebracht wird (siehe hierzu F. Shepherd in "Modern coating thechnology systems, for paper, film and foil" Emap Maclaren Ltd. 1995, Seiten 34 and 35). Hierdurch werden zusätzliche Verfahrensschritte nötig. US 4370187 offenbart das Extrusionsbeschichten und Laminieren von Papier, Filmen und Folien mit Polymerschmelzen, wie beispielsweise Polypropylene, bei Temperaturen um 2400C 3000C. Die Filmoberfläche der extrudierten Polymerschmelze wird mit Ozon anoxidiert um die Adhesion zu fördern. US 5676791 beschreibt ein Extrusionsbeschichtungsverfahren, wobei Polymerschmelzen extrudiert und die Filmoberfläche der extrudierten Schmelze zur Steigerung der Adhesion mit Hilfe einer Sprühelektrode und einer Gegenelektrode Korona-behandelt wird. US 3862869 offenbart ein Laminierungsverfahren für die Herstellung von Polyolefinfilm/Papier Laminierungen wobei ein Polyolefinschmelze als Klebstoff zwischen die beiden Substrate extrudiert wird. Um genügend Adhesion für die Laminierung zu gewährleisten, wird das Papier und der Polyolefinfilm vorbehandelt sowie das als Klebstoff fungierende Polyolefin bei hohen Temperaturen, um 300 0C, zwischen die beiden Substrate extrudiert.A disadvantage of coating or laminating processes using simple unmixed, high-viscosity polymer melts is the high processing temperature, which is usually in the range of 300 ° C and higher, and the low adhesion force of the films formed to the substrates to be coated or laminated. Surface treatments of the substrates or the extruded polymer film are necessary in most cases, especially for films and foils. Examples of this are corona treatments, flame treatments and chemical priming of the substrate or oxidation of the extruded polymer film before it is brought into contact with the substrate (see F. Shepherd in "Modern coating technology systems, for paper, film and foil" Emap Maclaren Ltd. 1995, pages 34 and 35). This makes additional process steps necessary. US 4370187 discloses the extrusion coating and laminating of paper, films and foils with polymer melts, such as polypropylene, at temperatures around 240 0 C - 300 0 C. The film surface of the extruded polymer melt is oxidized with ozone to promote adhesion. US 5676791 describes an extrusion coating process in which polymer melts are extruded and the film surface of the extruded melt is corona-treated with the aid of a spray electrode and a counter electrode to increase adhesion. US 3862869 discloses a lamination process for the production of polyolefin film/paper laminations in which a polyolefin melt is extruded as an adhesive between the two substrates. In order to ensure sufficient adhesion for the lamination, the paper and the polyolefin film are pretreated and the polyolefin acting as an adhesive is extruded between the two substrates at high temperatures, around 300 0 C.
Im Gegensatz zu Extrusionsbeschichtung ist die Vorhangbeschichtung ("curtain coating") ein kontaktloses Beschichtungsverfahren für niedrigviskoseIn contrast to extrusion coating, curtain coating is a contactless coating process for low-viscosity
Beschichtungszusammensetzungen. Hierbei handelt es sich um eine Methode für die Beschichtung verschiedener Materialien, unter anderem Substrate wie nicht poröse Materialien, z.B. Papier, Folien und Filme sowie poröse Materialien wie Textilien und Gewebe. Üblicherweise wird dabei das Substrat horizontal unter einem der Schwerkraft nach unten folgend, frei fließenden flüssigen Vorhang einer dünnflüssigen Beschichtungszusammensetzung, der aus eine Vorhangabgabevorrichtung aus nennenswerter Höhe gebildet wird, durchgeführt. Überschüssiges Material, welches am zu beschichtenden Substrat vorbeifließt, wird in einem Auffanggefäß unterhalb des Substrates aufgefangen und der Vorhangabgabevorrichtung wieder zugeführt. Das Beschichtungsmaterial wird damit in einem großen Kreislauf geführt. Das Beschichtungsgewicht kann durch das Verhältnis der Geschwindigkeit, mit der das Substrat geführt wird, und der Fließgeschwindigkeit des Vorhangs variieren. Für eine gleichmäßige Beschichtung ist die Fluiddynamik der Beschichtungszusammensetzung in den verschiedenen Zonen, wie der filmbildenden Zone, der Vorhangfließzone und der Aufprallzone von großer Bedeutung. Die Viskosität, die Fließgeschwindigkeit und die Substratgeschwindigkeit sind hierbei kritische Parameter (siehe hierzu auch Edgar B. Gutoff und Edward D. Cohen "Coating and Drying Defects, Troubleshooting Operating Problems" John Wiley & Sons 1995, Kapitel lic).Coating compositions. This is a method for coating various materials, including substrates such as non-porous materials, e.g. paper, foils and films, and porous materials such as textiles and fabrics. Typically, the substrate is passed horizontally under a free-flowing liquid curtain of a low-viscosity coating composition, which follows the force of gravity downwards and is formed from a curtain dispenser from a significant height. Excess material which flows past the substrate to be coated is collected in a collecting vessel below the substrate and fed back to the curtain dispenser. The coating material is thus fed in a large circuit. The coating weight can vary depending on the ratio of the speed at which the substrate is fed and the flow rate of the curtain. The fluid dynamics of the coating composition in the various zones, such as the film-forming zone, the curtain flow zone and the impact zone, are of great importance for uniform coating. The viscosity, the flow rate and the substrate speed are critical parameters (see also Edgar B. Gutoff and Edward D. Cohen "Coating and Drying Defects, Troubleshooting Operating Problems" John Wiley & Sons 1995, Chapter lic).
Die Beschichtung mit Schmelzen ist dabei eher ungewöhnlich. "Cutain Coating of Web Stock with Hot Melts" Eugene R. Cox in Tappi Vo. 51, No. 7 1968 beschreibt beispielsweise ein solches Verfahren. Hier werden stabile Filme mit Beschichtungszusammensetzungen gebildet, die eine Viskosität zwischen 0.25 und 150 Poise bei der Verarbeitungstemperatur aufweisen. Um niedrige Beschichtungsgewichte zu erhalten, werden Rakel eingesetzt. Das Beschichtungsmaterial wird in einem großen Kreislauf geführt. Für "inline" Laminierungszwecke wird dieses Verfahren nicht verwendet.Coating with melts is rather unusual. "Cutain Coating of Web Stock with Hot Melts" Eugene R. Cox in Tappi Vo. 51, No. 7 1968 describes such a process. Here, stable films are formed with coating compositions that have a viscosity between 0.25 and 150 poise at the processing temperature. Doctor blades are used to obtain low coating weights. The coating material is fed in a large circuit. This process is not used for "inline" lamination purposes.
Nachteilig ist dabei die Beschränkung auf eine vertikale Führung des Vorhangs sowie die "Neck-in"-Probleme, die sich aus dem relativ großen Abstand zwischen der Vorhang-Abgabevorrichtung und dem Substrat ergeben. Da hier kein kontinuierlicher Film mit ausreichender Kohäsionskraft zwischen Abgabevorrichtung und Substrat gebildet wird, ist die für eine gleichmäßige dünne Beschichtung erforderliche feine Abstimmung der Viskosität der Beschichtungszusammensetzung und die Vorhang-FließgeschwindigkeitThe disadvantage here is the limitation to a vertical guidance of the curtain and the "neck-in" problems that arise from the relatively large distance between the curtain dispenser and the substrate. Since no continuous film with sufficient cohesive force is formed between the dispenser and the substrate, the fine adjustment of the viscosity of the coating composition and the curtain flow rate required for a uniform thin coating is
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bzw. Substrat-Geschwindigkeit kritisch, die (wenn überhaupt) nur ein kleines Operationsfenster ermöglicht. Im Unterschied zur Extrusion wird kein stabiler kontinuierlicher Film mit Kohäsionskraft zwischen Abgabevorrichtung und Substrat gebildet, sondern vielmehr das Substrat mit der Beschichtungszusammensetzung beschüttet. Des weiteren ist eine großes Umpumpsystem notwendig, welches die überschüssige Beschichtungszusammensetzung im Kreislauf führt.or substrate speed is critical, which allows only a small operating window (if any). In contrast to extrusion, no stable continuous film with cohesive force is formed between the dispenser and the substrate, but rather the substrate is covered with the coating composition. Furthermore, a large pumping system is required, which circulates the excess coating composition.
Die vorliegende Erfindung betrifft im Unterschied zu den herkömmlichen Schlitzdüsenauftragungsverfahren, zur Extrusionsbeschichtung und zur Vorhangbeschichtung ein kontaktloses Schlitzdüsenauftragungsverfahren, wobei durch die Schlitzdüse ein kontinuierlicher Film gebildet wird, der den Zwischenraum zwischen der Schlitzdüse und dem zu beschichtenden Substrat ohne Unterstützung durchläuft und dann auf das Substrat aufgetragen wird.The present invention relates to a non-contact slot die application method, in contrast to conventional slot die application methods, extrusion coating and curtain coating, wherein a continuous film is formed by the slot die, which passes through the gap between the slot die and the substrate to be coated without support and is then applied to the substrate.
Die WO 96/25902 der H.B. Fuller Co. in St. Paul, MN, veröffentlicht am 29. August 1996, lehrt ein Verfahren zur Beschichtung, worin bestimmte thermoplastische Zusammensetzungen thermisch fließfähig gemacht werden und von einer Auftragsvorrichtung als kontinuierliche Beschichtung abgegeben werden, ohne dass es zu einem Kontakt zwischen der Auftragsvorrichtung und dem zu beschichtenden Substrat kommt.WO 96/25902 of H.B. Fuller Co. of St. Paul, MN, published August 29, 1996, teaches a coating process wherein certain thermoplastic compositions are rendered thermally flowable and dispensed from an applicator as a continuous coating without contact between the applicator and the substrate to be coated.
Die vorliegende Erfindung betrifft Laminierungen, die in spezifischen Abwandlungen dieses neuartigen Beschichtungsverfahrens von nicht poröser Materialien, insbesondere Film-Film-Laminierungen, hergestellt werden.The present invention relates to laminations produced in specific variations of this novel coating process of non-porous materials, in particular film-film laminations.
Die Aufgabe der Erfindung ist es Laminierungen bereitzustellen, die durch ein Beschichtungsverfahren hergestellt werden, welches erlaubt, Laminierungen "inline" durchzuführen, wobei dünne Filme, metallisierte Folien, hitzeempfindliche Materialien und andere empfindliche Substrate bei verringertem Risiko verwendet werden, fehlerhafte oder brüchige Produkte zu erhalten, sowie niedrige Auftragsgewichte ermöglicht.The object of the invention is to provide laminations produced by a coating process which allows laminations to be carried out "inline" using thin films, metallized foils, heat-sensitive materials and other sensitive substrates with a reduced risk of obtaining defective or brittle products and enables low application weights.
Eine wiederum andere wichtige Aufgabe der Erfindung ist es, Film-auf-Film-Laminierungen verfügbar zu machen, welche nicht die Verwendung reaktiver Klebstoffe benötigen.Yet another important object of the invention is to provide film-on-film laminations which do not require the use of reactive adhesives.
Diese und andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Abhandlung.These and other objects and advantages of the invention will become apparent from the following discussion.
Die vorliegende Erfindung umfasst Laminierungen hergestellt durch ein Verfahren zur Beschichtung eines Substrates mit einem Heißschmelzkleber unter Anwendung eines berührungslosen Beschichtungsverfahrens. Das Verfahren führt zu einer im wesentlichen kontinuierlichen Beschichtung. Das Verfahren ist für eine Vielzahl von Klebstoff- und Beschichtungsanwendungen verwendbar und insbesondere für solche, welche herkömmliche Schlitzauftragstechniken und hitzeempfindliche Substrate einsetzen, niedrige Auftragsgewichte benötigen und/oder Klebstoffe verwenden, welche Partikel enthalten.The present invention encompasses laminations made by a process for coating a substrate with a hot melt adhesive using a non-contact coating process. The process results in a substantially continuous coating. The process is useful for a variety of adhesive and coating applications and particularly for those employing conventional slot application techniques, heat sensitive substrates, requiring low coating weights and/or using adhesives containing particles.
Gemäß einem Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung Laminierungen, hergestellt durch ein Beschichtungsverfahren, worin eine bestimmter Heißschmelzklebstoff, der thermisch fließfähig gemacht wurde, aus einer Auftragsvorrichtung auf ein nicht poröses Substrat ohne Kontakt zwischen der Abgabevorrichtung und dem Substrat als eine im wesentlichen kontinuierliche Beschichtung abgegeben und nachfolgend auf die Oberfläche des Substrats aufgelegt wird.In one aspect, the present invention encompasses laminations made by a coating process wherein a particular hot melt adhesive that has been rendered thermally flowable is dispensed from an applicator onto a non-porous substrate without contact between the dispensing device and the substrate as a substantially continuous coating and subsequently applied to the surface of the substrate.
Gemäß einem anderen Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung Laminierungen, hergestellt durch ein Beschichtungsverfahren, worin ein bestimmter Heißschmelzklebstoff aus einer Auftragsvorrichtung ohne Kontakt zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Substrat als im wesentlichen kontinuierliche Beschichtung auf ein Substrat abgegeben und nachfolgend auf die Oberfläche des Substrats aufgelegt wird, wobei der Abstand zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Substrat größer als 20 mm ist.In another aspect, the present invention includes laminations produced by a coating process wherein a particular hot melt adhesive is dispensed from an applicator onto a substrate as a substantially continuous coating without contact between the applicator and the substrate and is subsequently applied to the surface of the substrate, the distance between the applicator and the substrate being greater than 20 mm.
In einem anderen Aspekt umfaßt die vorliegende Erfindung Laminierungen, hergestellt durch ein Beschichtungsverfahren, worin eine bestimmte, thermisch fließfähig gemachter Heißschmelzklebstoff, in Form eines im wesentlichen kontinuierlichen, nicht porösen Films ohne Kontakt des Films mit einem Substrat bereitgestellt wird, und der Film anschließend auf ein Substrat entweder mittels einer trennbeschichteten Walze in direktem Kontakt mit dem Klebstoffilm aufgetragen wird, wobei diese Walze den Klebstoff und das Substrat zusammenpreßt, oder mittels eines ablösend beschichteten zweiten Substrats,In another aspect, the present invention encompasses laminations made by a coating process wherein a particular thermally flowable hot melt adhesive is provided in the form of a substantially continuous, non-porous film without contact of the film with a substrate, and the film is subsequently applied to a substrate either by means of a release coated roller in direct contact with the adhesive film, which roller presses the adhesive and the substrate together, or by means of a release coated second substrate,
welches auf die Oberfläche Klebstoffs aufgelegt wird, und nicht in Kontakt mit dem ersten Substrat steht, aufgetragen wird, oder mittels eines Transferbeschichtungsverfahrens aufgetragen wird, wobei ein thermisch fließfähig gemachter Heißschmelzklebstoff aus einer Auftragsvorrichtung, beispielsweise auf eine trennbeschichtete Walze als im wesentlichen kontinuierliche Beschichtung, d.h. als nicht poröser Film, ohne Kontakt zwischen der Auftragsvorrichtung und der Walze aufgegeben und nachfolgend auf die Oberfläche des Substrats aufgelegt wird.which is applied to the surface of the adhesive and is not in contact with the first substrate, or is applied by means of a transfer coating process, wherein a thermally flowable hot melt adhesive is applied from an applicator, for example to a release coated roller, as a substantially continuous coating, i.e. as a non-porous film, without contact between the applicator and the roller and subsequently applied to the surface of the substrate.
Gemäß einem anderen Aspekt umfasst die Erfindung Laminierungen, hergestellt durch ein Beschichtungsverfahren, worin eine bestimmter Heißschmelzklebstoff von einer Auftragsvorrichtung ohne Kontakt zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Substrat auf ein erstes Substrat als im wesentlichen kontinuierliche Beschichtung abgegeben und nachfolgend auf die Oberfläche aufgelegt wird, wobei die Beschichtung nachfolgend nacherhitzt und dann mit einem zweiten Substrat in Kontakt gebracht wird.In another aspect, the invention includes laminations made by a coating process wherein a particular hot melt adhesive is dispensed from an applicator without contact between the applicator and the substrate onto a first substrate as a substantially continuous coating and subsequently applied to the surface, the coating being subsequently post-heated and then brought into contact with a second substrate.
Die Erfindung betrifft ferner Laminierungen, speziell Laminierung von Materialien wie etwa eines transparenten Filmmaterials auf ein Substrat, wie Film-auf-Film-Laminierungen, hergestellt durch ein Verfahren welches die oben genannten Nachteile des Standes der Technik vermeidet und die Verwendung nicht reaktiver Heißschmelzklebstoffe für derartige Film-auf-Film-Laminierungen ermöglicht.The invention further relates to laminations, especially lamination of materials such as a transparent film material to a substrate, such as film-on-film laminations, produced by a process which avoids the above-mentioned disadvantages of the prior art and enables the use of non-reactive hot melt adhesives for such film-on-film laminations.
Bei hitzeempfindlichen Substraten wird der Heißschmelzkleber vorzugsweise bei Temperaturen unterhalb von 160°, mehr bevorzugt unterhalb von etwa 125° C und besonders bevorzugt bei weniger als etwa 110° C aufgetragen, um wärmeinduzierte Belastungen der zu beschichtenden Substrate zu verringern. Alternativ kann der Abstand zwischen der Auftragsvorrichtung und dem zu beschichtenden Substrat vergrößert werden, so dass sich der Heißschmelzkleber vor Berührung des hitzeempfindlichen Substrates genügend abkühlt. Dies ist insbesondere vorteilhaft zur Beschichtung und gegenseitigen Verbindung thermisch empfindlicher Substrate.For heat-sensitive substrates, the hot melt adhesive is preferably applied at temperatures below 160°, more preferably below about 125° C, and most preferably at less than about 110° C, in order to reduce heat-induced stresses on the substrates to be coated. Alternatively, the distance between the application device and the substrate to be coated can be increased so that the hot melt adhesive cools sufficiently before touching the heat-sensitive substrate. This is particularly advantageous for coating and mutually bonding thermally sensitive substrates.
Der Heißschmelzkleber weist vorzugsweise bestimmte rheologische Eigenschaften auf, in der Weise, dass die komplexe Viskosität bei Auftragstemperatur bei hohen Scherraten (1,000 rad/s) weniger als etwa 500 Poise beträgt, und die komplexe Viskosität beiThe hot melt adhesive preferably has certain rheological properties such that the complex viscosity at application temperature at high shear rates (1,000 rad/s) is less than about 500 poise, and the complex viscosity at
niedrigen Scherraten (1 rad/s) bei weniger als etwa 1,000 Poise liegt. Für das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung werden gemischt zusammengesetzte Heißschmelzklebstoffe aufgrund ihrer Eignung, die viskoelastischen Eigenschaften, die offene Zeit, etc. in unabhängiger Weise einzustellen, eingesetzt. Gemischt zusammengesetzte Heißschmelzklebstoffe sind ebenso vorteilhaft, um angemessene Haftung auf dem Trägersubstrat oder verzögerten Klebrigkeitsverlustes der Beschichtung nach Anhaften auf dem Substrat zu gewährleisten.low shear rates (1 rad/s) is less than about 1,000 poise. For the process according to the present invention, mixed composition hot melt adhesives are used because of their ability to independently adjust the viscoelastic properties, open time, etc. Mixed composition hot melt adhesives are also advantageous to ensure adequate adhesion to the carrier substrate or delayed tack loss of the coating after adhesion to the substrate.
Die nach diesem Verfahren hergestellte resultierende Beschichtung ist für Anwendungen, bei denen eine gleichmäßige, nicht poröse, im wesentlichen kontinuierliche Beschichtung gewünscht ist, verwendbar. Auftraggewichte von weniger als 10 g/m2 können erreicht werden.The resulting coating produced by this process is useful for applications where a uniform, non-porous, substantially continuous coating is desired. Coating weights of less than 10 g/m 2 can be achieved.
Das Beschichtungsverfahren ist besonders vorteilhaft hinsichtlich der Herstellung, da es weniger Produktionsschritte einsetzt als Beschichtungsverfahren des Standes der Technik. Die Produktivität wie auch die Verringerung des Auftraggewichts pro Fläche führt zu Beschichtungen und entsprechenden Gegenständen, die billiger sind als die des Standes der Technik.The coating process is particularly advantageous in terms of manufacturing as it uses fewer production steps than state-of-the-art coating processes. The productivity as well as the reduction in the application weight per area results in coatings and corresponding articles that are less expensive than those of the state-of-the-art.
Gegenstände wie hier beschrieben umfassen Gegenstände, die mindestens eine erste Schicht umfassen, wobei die erste Schicht ein nicht poröses Substrat ist, und mindestens eine zweite Schicht, wobei die zweite Schicht eine Klebstoffschicht ist sowie eine dritte Schicht, die ein nicht poröses Substrat ist, welche nach den oben beschriebenen Beschichtungsverfahren hergestellt wurde.Articles as described herein include articles comprising at least a first layer, wherein the first layer is a non-porous substrate, and at least a second layer, wherein the second layer is an adhesive layer, and a third layer which is a non-porous substrate prepared by the coating methods described above.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
Die Figuren 1 bis 9 veranschaulichen einige der bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung, worin eine im wesentlichen kontinuierliche Klebstoff-Beschichtung gebildet wird und an ein Substrat gehaftet wird.Figures 1 to 9 illustrate some of the preferred embodiments of the process of the present invention wherein a substantially continuous adhesive coating is formed and adhered to a substrate.
Etwas genauer zeigt Figur IA die Grundstruktur einer Beschichtungs- und Laminiermaschine, die zur Ausführung der Erfindung verwendbar ist;In more detail, Figure IA shows the basic structure of a coating and laminating machine which can be used to carry out the invention;
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Figuren IB und IC zeigen die Grundstruktur ähnlicher Maschinen;Figures IB and IC show the basic structure of similar machines;
Figuren 2 bis 4 zeigen erfindungsgemäße Laminierungen bei verschiedenen Positionen der Auftragsvorrichtung;Figures 2 to 4 show laminations according to the invention at different positions of the application device;
Figuren 5A und B zeigen ein Laminier- und ein Transferbeschichtungsverfahren gemäß der Erfindung;Figures 5A and B show a laminating and a transfer coating process according to the invention;
Figuren 6 bis 9 zeigen erfindungsgemäße Laminierungen, einschließlich von Klebstoff-Reaktivierungslaminierungen. Figures 6 to 9 show laminations according to the invention, including adhesive reactivation laminations.
Im Verfahren der vorliegenden Erfindung wird ein Heißschmelzklebstoff anfänglich in Form eines im wesentlichen kontinuierlichen, nicht porösen "Films" bereitgestellt, welcher erst später mit einem Substrat, einer Transferwalze oder einer anderen Art von Unterlage in Kontakt gebracht wird. Im allgemeinen wird die Zusammensetzung von einer Auftragsoder Abgabevorrichtung so abgegeben, dass sie die Vorrichtung in Form eines im wesentlichen kontinuierlichen Films verlässt. Eine typische Auftragsvorrichtung ist eine Schlitzdüse, die zur Beschichtung in direktem Kontakt mit den Substraten verwendet wurde. Daher können die bereits bekannten Auftragsvorrichtungen für Heißschmelzklebstoffe gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, indem die Schlitzdüse vom Substrat abgehoben wird und so justiert wird, dass sie einen geeigneten Abstand von dem Substrat aufweist.In the process of the present invention, a hot melt adhesive is initially provided in the form of a substantially continuous, non-porous "film" which is later brought into contact with a substrate, transfer roll or other type of support. Generally, the composition is dispensed from an applicator or dispensing device so that it leaves the device in the form of a substantially continuous film. A typical applicator is a slot die which has been used for coating in direct contact with substrates. Therefore, the already known applicators for hot melt adhesives can be used according to the process of the present invention by lifting the slot die off the substrate and adjusting it to be an appropriate distance from the substrate.
Wenn der flüssige geschmolzene Klebstoff die Auftragsvorrichtung verlässt, kommt sie nicht mit dem Substrat in Berührung, sondern bewegt sich über eine bestimmte Strecke als ein zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Substrat hängender, kontinuierlicher Film. Die Auftragsvorrichtung kann anfangs mit dem Substrat in Berührung gebracht werden, um den Klebstoff an dem Substrat zu verankern oder anzuheften, vorausgesetzt, dass das Substrat durch den Kontakt mit der Auftragsvorrichtung nicht thermisch oder mechanisch beschädigt wird. Alternativ verlässt der Klebstoff die Düse als ein im wesentlichen kontinuierlicher Film, und fallt bis zur Berührung mit dem Substrat herab. Die vordersteAs the liquid molten adhesive exits the applicator, it does not contact the substrate, but travels a certain distance as a continuous film suspended between the applicator and the substrate. The applicator may initially be brought into contact with the substrate to anchor or adhere the adhesive to the substrate, provided that the substrate is not thermally or mechanically damaged by contact with the applicator. Alternatively, the adhesive exits the nozzle as a substantially continuous film and falls until it contacts the substrate. The foremost
Kante des sich vorschiebenden, im wesentlichen kontinuierlichen Films aus dem Klebstoff heftet sich an oder verankert sich an dem Substrat bei Berührung mit dem Substrat. Im Fall von hitzeempfindlichen Materialien ist es vorteilhaft, das Substrat mittels Antriebsrollen vor der Berührung des Klebstoffs mit dem Substrat voranzubewegen, um eine Ansammlung geschmolzenen Materials zu vermeiden, welches durch das Substrat durchschmelzen würde. Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Maschinen sind schematisch in den Figuren IA, IB und IC gezeigt. Die Figuren IA und IB zeigen eine Ausführung, in der ein Klebstoff von einer Auftragsvorrichtung (3) auf ein erstes Substrat (1) abgegeben wird, und wobei ein zweites Substrat (4) dann auf der freie Oberfläche des aufgetragenen Klebstoffs mittels einer Quetschwalze (5) aufgelegt wird. Es muss verstanden werden, dass diese Anordnung in anderen Ausführungsformen abgewandelt sein kann, speziell darin, dass das zweite Substrat 4 nicht in allen Fällen verwendet werden muss. Dann kann die Quetschwalze (5) zum direkten Andrücken des Klebstoffs an das erste Substrat verwendet werden. Für derartige Ausführungen sollte die Quetschwalze (5) ablösend beschichtet (trennbeschichtet) sein; beispielsweise kann es sich um eine Stahlwalze mit einer Polytetrafluorethylen-Oberflächenbeschichtung handeln.Edge of the advancing substantially continuous film of adhesive adheres or anchors itself to the substrate upon contact with the substrate. In the case of heat sensitive materials it is advantageous to advance the substrate by means of drive rollers prior to contact of the adhesive with the substrate in order to avoid accumulation of molten material which would melt through the substrate. Machinery suitable for carrying out the methods of the invention is shown schematically in Figures 1A, IB and 1C. Figures 1A and 1B show an embodiment in which an adhesive is dispensed from an applicator (3) onto a first substrate (1) and a second substrate (4) is then placed on the free surface of the applied adhesive by means of a nip roll (5). It is to be understood that this arrangement may be modified in other embodiments, in particular in that the second substrate 4 need not be used in all cases. Then the nip roll (5) can be used to press the adhesive directly onto the first substrate. For such designs, the squeezing roller (5) should be release coated (separation coated); for example, it can be a steel roller with a polytetrafluoroethylene surface coating.
Etwas genauer ist in Figur IA und Figur IB gezeigt, wie das Substrat 1(1) über eine Reihe von Leerlaufwalzen (2) verläuft, um sicherzustellen, dass die Bahn passend ausgerichtet ist, bevor sie sich der Auftragsvorrichtung (3) nähert. Das Substrat 2 (4) wird gegebenenfalls mittels einer Quetschwalze (5) an die Beschichtungsoberfläche geklebt. Das Substrat 1 ist definiert als das erste Substrat, welches mit dem im wesentlichen kontinuierlichen Klebstoff-Film in Berührung gebracht wird. Das Substrat 1 kann ein Substrat sein, welches im allgemeinen als Rollenware bereitgestellt wird, wie etwa Papier einschließlich trennbeschichteten Papiers, und kann eine große Bandbreite an Filmen, Folien und anderen Materialien umfassen. Die Ausführung der Figur 1B ist besonders dann geeignet, wenn das Substrat 1 nicht porös ist, was heißt, dass Luft nicht einfach durch das Substrat entweichen kann. Im Fall einer Filmlaminierung stellt das Substrat 1 typischerweise einen Film dar. Das Substrat 2 kann ebenso als Rollenware bereitgestellt werden und kann aus einem verschiedenen Material wie Substrat 1 bestehen. Das Substrat 2 kann ein trennbeschichtetes Bahnmaterial sein, das von der Klebstoffbeschichtung abgezogen werden kann.In somewhat greater detail, Figure 1A and Figure IB show the substrate 1 (1) passing over a series of idler rollers (2) to ensure that the web is properly aligned before it approaches the applicator (3). The substrate 2 (4) is optionally adhered to the coating surface by means of a nip roller (5). The substrate 1 is defined as the first substrate to be contacted with the substantially continuous film of adhesive. The substrate 1 may be a substrate generally supplied in roll form, such as paper, including release coated paper, and may comprise a wide variety of films, foils and other materials. The embodiment of Figure 1B is particularly suitable when the substrate 1 is non-porous, meaning that air cannot easily escape through the substrate. In the case of film lamination, the substrate 1 is typically a film. The substrate 2 may also be supplied in roll form and may be made of a different material from substrate 1. The substrate 2 may be a release coated sheet material that can be peeled away from the adhesive coating.
Figur 1C zeigt eine Ausführung, in der der Klebstoffilm zunächst von der Quetschwalze (5), welche Teil einer Quetscheinrichtung ist, wie sie später durch die Walzen A und B in den Figuren 2 bis 9 gezeigt ist, auf das erste Substrat (1) gedrückt wird.Figure 1C shows an embodiment in which the adhesive film is first pressed onto the first substrate (1) by the squeezing roller (5), which is part of a squeezing device as shown later by the rollers A and B in Figures 2 to 9.
In einer Laminiereinrichtung, gebildet durch die Walzen C und D, wird ein zweites Substrat (4) dann auf die freie Oberfläche aufgelegt, die nicht in Berührung mit dem ersten Substrat (1) ist.In a laminating device formed by rollers C and D, a second substrate (4) is then placed on the free surface which is not in contact with the first substrate (1).
Die Figuren 2 bis 9 veranschaulichen verschiedenste bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, worin ein extrudierter Heißschmelzklebstoff auf ein erstes Substrat aufgebracht wird und dann auf ein zweites Substrat laminiert wird. In jeder dieser Darstellungen ist das Substrat 2 dahingehend als optional anzusehen, dass die Erfindung im weitesten Sinne einfach ein einzelner kontinuierlicher, nicht poröser Film ist, der in einem berührungslosen Auftragsverfahren gebildet und auf ein einzelnes Substrat aufgetragen wird. In Abwesenheit des zweiten Substrats stellt die Figur 5B eine Transferbeschichtungsanwendung dar, da die geschmolzene Zusammensetzung zuerst auf eine ablösend beschichtete Walze aufgebracht wird, welche dann an der Quetschspalte mit einem ersten Substrat in Kontakt gebracht wird.Figures 2 through 9 illustrate various preferred embodiments of the present invention wherein an extruded hot melt adhesive is applied to a first substrate and then laminated to a second substrate. In each of these illustrations, substrate 2 is to be considered optional in that the invention in its broadest sense is simply a single continuous, non-porous film formed in a non-contact application process and applied to a single substrate. In the absence of the second substrate, Figure 5B illustrates a transfer coating application as the molten composition is first applied to a release coated roll which is then brought into contact with a first substrate at the nip.
In Ausführungsformen, bei denen der Heißschmelzklebstoff in Abwesenheit eines zweiten Substrates mit einem ersten Substrat in Berührung gebracht wird, wie in den Figuren 5 bis 9 gezeigt, oder in dem Fall, wenn das zweite Substrat porös ist, ist es wichtig, eine ablösende Beschichtung (Trennbeschichtung) wie etwa Silikon, Teflon oder Trennpapier auf den Walzen vorzusehen, welche in Kontakt mit dem Klebstoff oder dem porösen Substrat kommen, um Anhaften des Klebstoffs an der Walze zu verhindern. Die Quetschwalze drückt die Luft zwischen dem Klebstoff-Beschichtungsfilm und dem Substrat heraus, um sicherzustellen, dass keine Luft zwischen dem ersten Substrat und dem Klebstoff eingeschlossen wird. Die Walze A kann ein Stahlzylinder sein, um den Wärmeübergang zu fördern, wohingegen die Walze B, üblicherweise die Quetschwalze, aus Gummi ist. In einigen Fällen kann es mehr bevorzugt sein, dass die Walze A aus Gummi ist, wogegen die Walze B ein Stahlzylinder mit einer äußeren Trennbeschichtung ist.In embodiments where the hot melt adhesive is contacted with a first substrate in the absence of a second substrate, as shown in Figures 5 to 9, or in the case where the second substrate is porous, it is important to provide a release coating such as silicone, Teflon or release paper on the rollers which come into contact with the adhesive or the porous substrate to prevent adhesion of the adhesive to the roller. The nip roller pushes out the air from between the adhesive coating film and the substrate to ensure that no air is trapped between the first substrate and the adhesive. Roller A may be a steel cylinder to promote heat transfer, whereas roller B, usually the nip roller, is made of rubber. In some cases it may be more preferred that roller A is made of rubber, whereas roller B is a steel cylinder with an outer release coating.
Die Figuren 3 bis 9 veranschaulichen, dass die Position der Düse bezüglich der PositionFigures 3 to 9 illustrate that the position of the nozzle with respect to the position
des Substrates von senkrechten zu parallelen Stellungen verändert werden kann.of the substrate can be changed from vertical to parallel positions.
Die Figuren 6 bis 9 zeigen ein zweites Substrat, welches an das erste Substrat an von der Auftragsvorrichtung entfernter Stelle laminiert wird. In dieser Ausfuhrungsform wird bevorzugt, dass die Walze C beheizt wird, um den Heißschmelzklebstoff vor der Laminierung auf das zweite Substrat zu reaktivieren oder dessen offene Zeit auszudehnen. Die Temperatur der Walze C kann für die Laminierung zwischen den Walzen C und D zwischen etwa 30 bis 100° C variieren. Alternativ kann die Walze C eine Kühlwalze sein, um die Geschwindigkeit der Aushärtung des Heißschmelzklebstoffs zu beschleunigen. Das in der Quetschspalte der Walzen laminierte Substrat kann entweder in Bahnform oder in Form von Bögen vorliegen.Figures 6 to 9 show a second substrate laminated to the first substrate at a location remote from the applicator. In this embodiment, it is preferred that roller C be heated to reactivate or extend the open time of the hot melt adhesive prior to lamination to the second substrate. The temperature of roller C may vary between about 30 to 100°C for lamination between rollers C and D. Alternatively, roller C may be a chill roller to accelerate the rate of curing of the hot melt adhesive. The substrate laminated in the nip of the rollers may be either in web form or in the form of sheets.
Die Auftragsvorrichtung ist mit einem Abstand von mindestens 0,5 mm, vorzugsweise wenigstens 2 mm vom Substrat (oder der trennbeschichteten Walze im Falle von Transferbeschichtung in Abwesenheit eines zweiten Substrats - Figur 5B) angebracht. Der maximale Abstand, in dem die Auftragsvorrichtung von dem Substrat angebracht werden kann, ist ausschließlich durch praktische Anforderungen beschränkt, insbesondere dann, wenn die Auftragsvorrichtung im wesentlichen in vertikaler Weise positioniert wird. Der Abstand beträgt vorzugsweise weniger als etwa 5 m, bevorzugt weniger als etwa 3 m, mehr bevorzugt weniger als etwa 1 m, noch mehr bevorzugt weniger als etwa 500 mm, und insbesondere bevorzugt zwischen etwa 2 bis 20 mm, abhängig von den Eigenschaften des Heißschmelzklebstoffs, die aufzutragen ist. Typischerweise ist es vorteilhaft, den Bereich zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Substrat während der Beschichtung vor Luftverunreinigungen und Luftströmungen abzuschirmen, um eine Verwindung der Beschichtung vor der Berührung mit dem Substrat zu verhindern. Dies ist insbesondere der Fall, wenn der Abstand zwischen der Auftragsvorrichtung und dem Substrat größer als etwa 500 mm ist.The applicator is mounted at a distance of at least 0.5 mm, preferably at least 2 mm from the substrate (or the release coated roller in the case of transfer coating in the absence of a second substrate - Figure 5B). The maximum distance at which the applicator can be mounted from the substrate is limited solely by practical requirements, particularly when the applicator is positioned in a substantially vertical manner. The distance is preferably less than about 5 m, preferably less than about 3 m, more preferably less than about 1 m, even more preferably less than about 500 mm, and most preferably between about 2 to 20 mm, depending on the properties of the hot melt adhesive to be applied. Typically, it is advantageous to shield the area between the applicator and the substrate from air contaminants and air currents during coating to prevent distortion of the coating before contact with the substrate. This is particularly the case when the distance between the applicator and the substrate is greater than about 500 mm.
Der Abstand wird weitestgehend diktiert von der Viskosität und der offenen Zeit des aufzutragenden Heißschmelzklebstoffs. Im Falle der Herstellung von Sperrfilmen auf diese Weise ist zu vermuten, dass der Heißschmelzklebstoff in hängendem Zustand ausreichend abkühlt, so dass sie eine solche Viskosität und Kohäsionskraft entwickelt hat, dass irgendwelche Fädchen oder Fasern auf der Oberfläche des Substrats diese BeschichtungThe distance is largely dictated by the viscosity and open time of the hot melt adhesive being applied. In the case of barrier films being produced in this way, it is assumed that the hot melt adhesive will cool sufficiently in the suspended state so that it has developed such a viscosity and cohesive force that any threads or fibers on the surface of the substrate will not break this coating.
nicht durchdringen können, wobei der Heißschmelzklebstoff jedoch noch schmelzflüssig genug ist, um in entsprechender Weise auf dem Substrat zu haften. Je größer der Abstand zwischen der Auftragsvorrichtung und der Quetschwalze ist, desto mehr wird der Heißschmelzklebstoff vor der Berührung mit dem ersten Substrat abkühlen. Bei einigen Klebstoffzusammensetzungen wird diese Abkühlung die Haftung (oder die Verankerung) auf dem Substrat nachteilig beeinflussen. Deshalb kann das Substrat vor der Quetschung über eine beheizte Walze geführt werden, oder es kann eine beheizte Quetschwalze eingesetzt werden, wenn der Abstand zwischen der Quetschwalze und der Auftragsvorrichtung bewirkt, dass die Beschichtung oder der Klebstoff in solchem Maße abkühlt, dass eine angemessene Haftung oder Verankerung auf dem Substrat nicht länger gewährleistet ist.cannot penetrate, but the hot melt adhesive is still molten enough to adequately adhere to the substrate. The greater the distance between the applicator and the nip roll, the more the hot melt adhesive will cool before contacting the first substrate. For some adhesive compositions, this cooling will adversely affect adhesion (or anchoring) to the substrate. Therefore, the substrate may be passed over a heated roll prior to nip, or a heated nip roll may be used if the distance between the nip roll and the applicator causes the coating or adhesive to cool to such an extent that adequate adhesion or anchoring to the substrate is no longer assured.
Die Beschichtung kann das Substrat in beliebigem Winkel berühren (vergleiche z.B. Figur 3 und 4). Es hat sich jedoch bei einigen Anwendungen, wie z.B. bei Sperrfilmen, als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Beschichtung letztlich mit dem Substrat in einer im wesentlichen horizontalen Richtung, wie in den Figuren IA, IB, 2, 6 und 8 in Berührung kommt. Um dies zu ermöglichen, kann in der Bewegungsrichtung des Substrates eine Walze vorgesehen werden, um dem Substrat eine im wesentlichen vertikale, aufwärts gerichtete Richtung zu geben, wenn das Substrat die Auftragsvorrichtung passiert. Zudem kann die Auftragsvorrichtung, wie etwa eine Schlitzdüse, im wesentlichen in horizontaler Weise neben der Walze angeordnet sein, so dass sich die Beschichtung von der Seite auf die Oberfläche des Substrates zu bewegt.The coating may contact the substrate at any angle (see, for example, Figures 3 and 4). However, in some applications, such as barrier films, it has been found particularly advantageous for the coating to ultimately contact the substrate in a substantially horizontal direction, as in Figures 1A, 1B, 2, 6 and 8. To facilitate this, a roller may be provided in the direction of travel of the substrate to give the substrate a substantially vertical, upward direction as the substrate passes the applicator. In addition, the applicator, such as a slot die, may be arranged substantially horizontally adjacent to the roller so that the coating moves from the side toward the surface of the substrate.
Der Durchmesser der Auftragswalze beträgt vorzugsweise etwa 15 mm bis etwa 50 mm, wobei die Düse leicht oberhalb der Mitte der Auftragswalze liegt, so dass der Winkel, mit dem der Heißschmelzklebstoff das Substrat berührt, geringer als etwa 60° ist, wenn sich das Substrat von der Düse weg bewegt. Der Auftragskopf wird von einem Fachmann so justiert werden, dass der gleichmäßige Fluss und die Verteilung des Heißschmelzklebstoffs über die gesamte Breite der Anwendung optimiert wird.The diameter of the applicator roll is preferably about 15 mm to about 50 mm, with the nozzle located slightly above the center of the applicator roll so that the angle at which the hot melt adhesive contacts the substrate is less than about 60° as the substrate moves away from the nozzle. The applicator head will be adjusted by a professional to optimize the even flow and distribution of the hot melt adhesive across the entire width of the application.
Danach kommt die in ausreichender Weise abgekühlte Beschichtung mit der Oberfläche des Substrats in Berührung und haftet auf der Oberfläche, ohne tief in das Substrat einzudringen.Afterwards, the sufficiently cooled coating comes into contact with the surface of the substrate and adheres to the surface without penetrating deeply into the substrate.
Die Beschichtung wird "in Reihe" (inline) unmittelbar vor der weiteren Verarbeitung durchgeführt. Ein Beispiel für einen Reihenprozeß, für den die Erfindung besonders gut geeignet ist, kann in der DE 195 46 272 Cl der Billhöfer Maschinenfabrik GmbH gefunden werden, welche hiermit in den Offenbarungsgehalt einbezogen wird. Die vom Substrat wegzeigende Oberfläche der Beschichtungsschicht kann ausreichend klebrig sein, so daß sie als Konstruktionsklebstoff oder für die Laminierung auf andere Substrate verwendet werden kann, und deshalb kann sie auch zur Verbindung des beschichteten Substrats mit einer anderen Substratschicht dienen. Substrate, die in dieser Weise gleichzeitig verbunden oder laminiert werden können, umfassen Absorber, superabsorbierendes Polymer, Elastomerstränge oder -bahnen, Gewebe, Filme, Folien, Papier, Karton, Metall, wie auch verschiedenste durchlässige Umschlagpapier-Materialien, wie etwa Vliese oder perforierte Filme. Diese Materialien können in Form von Rollenware, Bögen oder Teilen vorliegen.The coating is carried out "inline" immediately before further processing. An example of a series process for which the invention is particularly well suited can be found in DE 195 46 272 Cl of Billhöfer Maschinenfabrik GmbH, which is hereby incorporated into the disclosure. The surface of the coating layer facing away from the substrate can be sufficiently tacky so that it can be used as a construction adhesive or for lamination to other substrates, and therefore it can also serve to bond the coated substrate to another substrate layer. Substrates that can be simultaneously bonded or laminated in this way include absorbers, superabsorbent polymer, elastomer strands or webs, fabrics, films, foils, paper, cardboard, metal, as well as various permeable wrapping paper materials such as nonwovens or perforated films. These materials can be in the form of rolls, sheets or parts.
Typische derartige Filmmaterialen mit einer Dicke von etwa 5 &mgr;&eegr;&igr; bis etwa 50 &mgr;&eegr;&igr; umfassen glatte oder geprägte Filme, welche zumindestens im wesentlichen aus Polyethylen oder Polyestern wie etwa Mylar®, Polyacetat, Nylon, Zelluloseacetat usw. gemacht sind. Verbundmaterialien werden üblicherweise unter Einschluß von Film-auf-FiIm-Verbünden hergestellt; auch metallisierte Substrate werden gewöhnlich für Laminate verwendet. Diese Laminatarten sind üblicherweise in solchen Industrien wie der Graphik- und Verpackungsindustrie zu finden. Unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens können derartige Laminate mit nicht reaktiven Heißschmelzklebstoffen, anstelle der gewöhnlich benutzten Reaktivklebstoffe, hergestellt werden.Typical such film materials having a thickness of about 5 μm to about 50 μm include smooth or embossed films made at least substantially of polyethylene or polyesters such as Mylar®, polyacetate, nylon, cellulose acetate, etc. Composite materials are commonly made including film-on-film composites; metallized substrates are also commonly used for laminates. These types of laminates are commonly found in such industries as the graphic arts and packaging industries. Using the process of the present invention, such laminates can be made with non-reactive hot melt adhesives instead of the reactive adhesives commonly used.
Im allgemeinen wird die Austrittstemperatur des Heißschmelzklebstoffs bei weniger als etwa 240° C liegen, und daher bei viel niedrigeren als den typischen Polymerextruktionstemperaturen, die in der Größenordnung von etwa 300° C liegen. Obwohl die Temperatur des Heißschmelzklebstoffs, wenn sie die Auftragsvorrichtung verlässt, zwischen etwa 80° C und etwa 180° C oder mehr liegen kann, erlaubt das berührungslose Beschichtungssystem der vorliegenden Erfindung, dass die Beschichtung bei extrem niedrigen Temperaturen durchgeführt werden kann. Für diese Ausführungsform ist es bevorzugt, dass Heißschmelzklebstoff bei einer Temperatur von weniger als 160° C, mehrGenerally, the exit temperature of the hot melt adhesive will be less than about 240°C, and therefore much lower than typical polymer extrusion temperatures which are on the order of about 300°C. Although the temperature of the hot melt adhesive as it exits the applicator may be between about 80°C and about 180°C or more, the non-contact coating system of the present invention allows coating to be carried out at extremely low temperatures. For this embodiment, it is preferred that hot melt adhesive be applied at a temperature of less than 160°C, more
bevorzugt bei weniger als etwa 140° C, noch mehr bevorzugt bei weniger als 120° C und besonders bevorzugt bei weniger als etwa 110° C aufgetragen werden kann. Wie bereits erwähnt, können auf diese Weise auch hitzeempfindliche Materialien beschichtet werden, etwa durch Einsatz hoher Auftragstemperaturen in Kombination mit der Vergrößerung des Abstandes zwischen der Auftragsvorrichtung und dem zu beschichtenden Substrat, was ausreichende Abkühlung ermöglicht. Materialien, die mechanisch und/oder thermisch zu empfindlich sind für herkömmliche Beschichtungsverfahren (z.B. Filme sehr geringer Stärke), können deshalb unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschichtet werden. Derartige empfindliche Materialien umfassen Polyethylenmaterialien geringer Stärke, Vliese mit geringem Basisgewicht und dergleichen.preferably at less than about 140°C, even more preferably at less than 120°C, and most preferably at less than about 110°C. As already mentioned, heat-sensitive materials can also be coated in this way, for example by using high application temperatures in combination with increasing the distance between the applicator and the substrate to be coated, which allows sufficient cooling. Materials that are mechanically and/or thermally too sensitive for conventional coating processes (e.g. very low-thickness films) can therefore be coated using the process according to the invention. Such sensitive materials include low-thickness polyethylene materials, low basis weight nonwovens, and the like.
Ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass im wesentlichen kontinuierliche Beschichtungsschichten aus Heißschmelzklebstoffen mit sehr niedrigen Auftraggewichten hergestellt werden können. Sogar mit herkömmlichen, kommerziell erhältlichen Heißschmelzklebstoffen können kontinuierliche Schichten bei Auftragsgewichten im Bereich von etwa 0,5 g/m2 bis etwa 50 bis 60 g/m2, vorzugsweise mit weniger als 10 g/m2 hergestellt werden. Auftraggewichte von mehr als 60 g/m2 können jedoch für andere Anwendungen nützlich sein, bei welchen die Verringerung der mechanischen und hitzeinduzierten Belastungen von hauptsächlicher Bedeutung ist.A significant advantage of the present invention is that substantially continuous coating layers can be made from hot melt adhesives at very low coating weights. Even with conventional, commercially available hot melt adhesives, continuous layers can be made at coating weights in the range of about 0.5 g/m 2 to about 50 to 60 g/m 2 , preferably less than 10 g/m 2 . However, coating weights of more than 60 g/m 2 may be useful for other applications where the reduction of mechanical and heat-induced stresses is of primary importance.
Die sehr dünnen Beschichtungen, die gemäß der Erfindung hergestellt werden können, tragen nicht nur zu den ökonomischen Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens bei, sondern machen es auch möglich, eine sehr stark reduzierte Steifigkeit des Materials zu erreichen, welches daher in seinen Eigenschaften unbeschichteten Substraten viel näher kommt.The very thin coatings that can be produced according to the invention not only contribute to the economic advantages of the process according to the invention, but also make it possible to achieve a very greatly reduced stiffness of the material, which therefore comes much closer in its properties to uncoated substrates.
Es können gemäß der vorliegenden Erfindung verschiedenste thermoplastische Materialien verwendet werden, wie etwa verschiedene thermoplastische Polymere einschließlich Polyethylen, Polypropylen; Kopolymere von Olefinen, speziell Ethylen und (Methacrylsäure; Kopolymere von Olefinen, speziell Ethylen, und (Meth-)acrylsäurederivaten, speziell (Meth-)acrylsäureester; Kopolymere von Olefinen, speziell Ethylen und Vinylverbindungen, speziell Vinylcarboxylate wie Vinylacetat; thermoplastische Elastomere (oder synthetische Gummis) wie etwa Styrol-Isopren-Styrol, Styrol-Butadien-A wide variety of thermoplastic materials can be used according to the present invention, such as various thermoplastic polymers including polyethylene, polypropylene; copolymers of olefins, especially ethylene and (methacrylic acid; copolymers of olefins, especially ethylene, and (meth)acrylic acid derivatives, especially (meth)acrylic acid esters; copolymers of olefins, especially ethylene, and vinyl compounds, especially vinyl carboxylates such as vinyl acetate; thermoplastic elastomers (or synthetic rubbers) such as styrene-isoprene-styrene, styrene-butadiene-
Styrol, Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol und Styrol-Ethylen / Propylen-Styrol-Block-Kopolymere, im Handel erhältlich unter den Markennamen Kraton®, Solpren® und Stereon®; Metallocen-katalysierte Polymere, insbesondere basierend auf Ethylen und/oder Propylen; Polyolefine wie etwa Ethylen, Polypropylen und amorphe Polyolefine (ataktische Poly-Alpha-Olefine) wie etwa Vestoplast® 703 (Hüls); Polyester, Polyamide, Ionomere und entsprechende Kopolymere; und Mischungen davon. Derartige thermoplastische Materialien können im Beschichtungsverfahren der vorliegenden Erfindung vermischt in Form von Heißschmelzklebstoffen eingesetzt werden, die sich aufgrund ihrer Fähigkeit, in unabhängiger Weise ihre viskoelastischen Eigenschaften, die offene Zeit, die Klebrigkeit und verschiedene andere Eigenschaften maßzuschneidern eignen. Heißschmelzklebstoffe weisen üblicherweise Schmelzflussindizes auf, die für derartige Verarbeitungsvorgänge bereits bei niedrigen Temperaturen benötigt werden. Typische Heißschmelzklebstoffe sind bei Temperaturen im Bereich von etwa 60° C bis etwa 175° C für derartige Verarbeitungs-Vorgänge flüssig genug. Zudem werden verschiedenste bekannte, feuchtigkeitshärtende Heißschmelzzusammensetzungen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ins Auge gefasst.Styrene, styrene-ethylene/butylene-styrene and styrene-ethylene/propylene-styrene block copolymers, commercially available under the brand names Kraton®, Solpren® and Stereon®; metallocene-catalyzed polymers, in particular based on ethylene and/or propylene; polyolefins such as ethylene, polypropylene and amorphous polyolefins (atactic poly-alpha-olefins) such as Vestoplast® 703 (Hüls); polyesters, polyamides, ionomers and corresponding copolymers; and mixtures thereof. Such thermoplastic materials can be used in the coating process of the present invention mixed in the form of hot melt adhesives, which are suitable due to their ability to independently tailor their viscoelastic properties, open time, tack and various other properties. Hot melt adhesives usually have melt flow indices that are required for such processing operations even at low temperatures. Typical hot melt adhesives are fluid enough for such processing operations at temperatures ranging from about 60°C to about 175°C. In addition, a variety of known moisture-curing hot melt compositions are contemplated for use in the present invention.
Mit geeigneten Heißschmelzklebstoffen, wie etwa den in der DE-A-41 21716 beschriebenen, ist es auch möglich Materialien herzustellen, die undurchlässig sind für flüssiges Wasser, dabei jedoch wasserdampfdurchlässig sind, was der Beschichtung "Atmungseigenschaften" verleiht. Zusätzlich zu den üblichen bekannten Heißschmelzklebstoffen sind thermoplastische Zusammensetzungen, welche ein wasserlösliches, salinisch (Körperfiüssigkeits-) unlösliches Polymer umfassen, wie etwa Eastman AQ Kopolyester, kommerziell erhältlich von Eastman, auch insbesondere nützlich zur Erzeugung von Sperrfilmen, die undurchlässig sind für Körperflüssigkeiten, jedoch gut wasserlöslich sind. Dieses Merkmal ist von besonderem Interesse zur Herstellung wegspülbarer und kompostierbarer Wegwerfhygieneartikel. Zudem kann es Anwendungen geben, bei welchen Wasserdurchlässigkeit erwünscht ist. Dementsprechend kann dieses Beschichtungsverfahren auch geeignet sein zur Beschichtung wasserlöslicher und/oder biologisch abbaubarer thermoplastischer Materialien.With suitable hot melt adhesives, such as those described in DE-A-41 21716, it is also possible to produce materials that are impermeable to liquid water but are permeable to water vapor, giving the coating "breathing" properties. In addition to the usual known hot melt adhesives, thermoplastic compositions comprising a water-soluble, saline (body fluid) insoluble polymer, such as Eastman AQ copolyester, commercially available from Eastman, are also particularly useful for producing barrier films that are impermeable to body fluids but are highly water-soluble. This feature is of particular interest for producing flushable and compostable disposable hygiene articles. In addition, there may be applications where water permeability is desired. Accordingly, this coating process may also be suitable for coating water-soluble and/or biodegradable thermoplastic materials.
Im Fall der Laminierklebstoffe für transparente Substrate sind thermoplastische Polymere bevorzugt, die im wesentlichen ein oder mehrere Ethylen/MethacrylacrylatpolymereIn the case of laminating adhesives for transparent substrates, thermoplastic polymers are preferred which essentially comprise one or more ethylene/methacrylate polymers
(EMA's) und/oder Ethylen/n-Butylacrylat Kopolymere (EnBA's) umfassen. EnBA Kopolymere sind die gegenwärtig meist Bevorzugten von diesen Polymeren.(EMA's) and/or ethylene/n-butyl acrylate copolymers (EnBA's). EnBA copolymers are currently the most preferred of these polymers.
Stärker bevorzugt weist der Heißschmelzklebstoff bestimmte Theologische Eigenschaften auf, etwa derart, dass eine im wesentlichen kontinuierliche Beschichtung mit Auftraggewichten von weniger als etwa 10 g/m2 hergestellt werden kann. Im allgemeinen fallen die Theologischen Eigenschaften in ein Theologisches Fenster, worin die komplexe Viskosität bei Beschichtungstemperatur und hohen Scherraten (1,000 rad/s) bei weniger als etwa 500 Poise, und bei niedrigen Scherraten (< 1 rad/s) bei weniger als etwa 1,000 Poise liegt. Mit anderen Worten, bevorzugter Heißschmelzklebstoff weist bei niedrigen Scherraten Newtonische Bereiche und Scherentzähung bei höheren Scherraten auf. Heißschmelzklebstoffe mit weiten Anwendungsfenstern sind solche, in denen die Zusammensetzung die angemessenen Theologischen Eigenschaften bei einer Vielzahl von Anwendungseinstellungen, speziell bei niedrigen Anwendungstemperaturen, zeigt. Enge Anwendungsfenster sind solche, in welchen die Theologischen Parameter nur unter sehr speziellen Bedingungen getroffen werden.More preferably, the hot melt adhesive has certain rheological properties, such as such that a substantially continuous coating can be produced at coating weights of less than about 10 g/m 2 . Generally, the rheological properties fall within a rheological window wherein the complex viscosity is less than about 500 poise at coating temperature and high shear rates (1,000 rad/s), and less than about 1,000 poise at low shear rates (< 1 rad/s). In other words, preferred hot melt adhesives exhibit Newtonian regimes at low shear rates and shear thinning at higher shear rates. Hot melt adhesives with wide application windows are those in which the composition exhibits the appropriate rheological properties at a variety of application settings, especially at low application temperatures. Narrow application windows are those in which the rheological parameters are met only under very specific conditions.
Die Anmelder vermuten, dass die komplexe Viskosität und die hohe Scherung mit den Verarbeitungsbedingungen am schlitzförmigen Auslass zusammenhängen. Eine Zusammensetzung mit einer zu hohen komplexe Viskosität bei 1,000 rad/s würde zum Verlassen der Auftragsvorrichtung einen unangemessen hohen Druck erfordern. Zur Verarbeitung dieser Materialien könnte eine Form mit einem Keilspalt größer als 3 mm verwendet werden, daraus würde jedoch ein höheres Auftraggewicht resultieren.Applicants believe that the complex viscosity and high shear are related to the processing conditions at the slotted outlet. A composition with too high a complex viscosity at 1,000 rad/s would require an unreasonably high pressure to exit the applicator. A mold with a wedge gap greater than 3 mm could be used to process these materials, but this would result in a higher coating weight.
Die komplexe Viskosität und die niedrige Scherung hängen mit der Ablagerung der Beschichtung auf dem Substrat nach der Zeit, in der sie über dem Substrat aufgehängt ist, zusammen. Wenn der niedrige Scherwert zu hoch ist, könnte die Beschichtung nicht hinreichend auf dem Substrat haften und/oder die Heißschmelzklebstoffe häuft sich an der Düse an und verursacht eine gestreifte, diskontinuierliche Beschichtung. Wenn die niedrige Scherviskosität zu niedrig ist, könnte die Beschichtung in das Substrat einsickern, was schlechte Barriereneigenschaften verursacht.The complex viscosity and low shear are related to the deposition of the coating on the substrate after the time it is suspended above the substrate. If the low shear value is too high, the coating may not adhere adequately to the substrate and/or the hot melt adhesives will pile up at the nozzle causing a streaky, discontinuous coating. If the low shear viscosity is too low, the coating may seep into the substrate causing poor barrier properties.
Auch die Dehnungsviskosität, welche nicht gemessen wurde, kann die Schmelzenfestigkeit sehr stark beeinflussen. Höhere Verzweigungsgrade oder der Zusatz einer geringen Konzentration hochmolekulargewichtigen Materials kann die Schmelzenfestigkeit in höchstem Maße beeinflussen. Bevorzugter sind Zusammensetzungen, welche die angepeilten Theologischen Parameter bei niedrigen Anwendungstemperaturen von weniger als etwa 177° C, vorzugsweise weniger als etwa 160° C, mehr bevorzugt weniger als 140° C, noch mehr bevorzugt weniger als etwa 125° C und insbesondere bevorzugt bei weniger als etwa 110° C erreichen.Also, extensional viscosity, which was not measured, can greatly affect melt strength. Higher levels of branching or the addition of a small concentration of high molecular weight material can greatly affect melt strength. More preferred are compositions that achieve the targeted rheological parameters at low application temperatures of less than about 177°C, preferably less than about 160°C, more preferably less than 140°C, even more preferably less than about 125°C, and most preferably less than about 110°C.
Dementsprechend sind viele bekannte Heißschmelzklebstoff-Zusammensetzungen bestens geeignet zur Verwendung im Beschichtungsverfahren dieser Erfindung. Heißschmelzklebstoffe umfassen typischerweise wenigstens ein thermoplastisches Polymer, wenigstens einen Weichmacher und wenigstens ein klebrigmachendes Harz. Vorzugsweise umfassen derartige geeignete Heißschmelzklebstoffe bis zu 50 Gew-% eines thermoplastischen Polymers, bis zu 40 Gew-% eines Weichmachers und bis zu 70 Gew-% eines klebrigmachenden Harzes sowie im allgemeinen Wachs in Konzentrationen von bis zu etwa 30 Gew%.Accordingly, many known hot melt adhesive compositions are well suited for use in the coating process of this invention. Hot melt adhesives typically comprise at least one thermoplastic polymer, at least one plasticizer, and at least one tackifying resin. Preferably, such suitable hot melt adhesives comprise up to 50% by weight of a thermoplastic polymer, up to 40% by weight of a plasticizer, and up to 70% by weight of a tackifying resin, and generally wax in concentrations of up to about 30% by weight.
Im allgemeinen werden die Heißschmelzklebstoffe der Erfindung zusätzlich ein oder mehrere klebrigmachende Harze, Weichmacher, oder Öle und Wachse sowie übliche Additive und Hilfsstoffe, wie etwa Stabilisatoren, Antioxidantien, Pigmente, UV-Stabilisatoren oder Absorber, Füllstoffe etc. enthalten. Weichmacher und klebrigmachende Harze die in Heißschmelzklebstoffen verwendet werden, sind bekannt.In general, the hot melt adhesives of the invention will additionally contain one or more tackifying resins, plasticizers, or oils and waxes as well as conventional additives and auxiliaries such as stabilizers, antioxidants, pigments, UV stabilizers or absorbers, fillers, etc. Plasticizers and tackifying resins used in hot melt adhesives are known.
Öle, wie etwa naphthenische Öle, sind bevorzugte Weichmacher. Im Fall der klebrigmachenden Harze sind die für diese Zwecke bereits bekannten Harze im allgemeinen geeignet, insbesondere aliphatische, cycloaliphatische und/oder aromatische Kohlenwasserstoffharze, Esterharze und andere derartige verträgliche Harze. Gegenwärtig wird die Verwendung entweder aliphatisch oder aromatisch modifizierter Kohlenwasserstoffharze bevorzugt. Bevorzugte aliphatische Harze sind hydrierte aliphatische Kohlenwasserstoffharze, beispielsweise die Escorez® 5000 Serie erhältlich von Exxon Chemical Co. in Houston, TX; sowie die Arkon® P und M Serien erhältlich von Arakawa Chemical Co. und die Regalite® Serie erhältlich von Hercules Inc. in Wilmington, DE.Oils such as naphthenic oils are preferred plasticizers. In the case of tackifying resins, the resins already known for these purposes are generally suitable, particularly aliphatic, cycloaliphatic and/or aromatic hydrocarbon resins, ester resins and other such compatible resins. At present, the use of either aliphatic or aromatic modified hydrocarbon resins is preferred. Preferred aliphatic resins are hydrogenated aliphatic hydrocarbon resins, for example, the Escorez® 5000 series available from Exxon Chemical Co. of Houston, TX; as well as the Arkon® P and M series available from Arakawa Chemical Co. and the Regalite® series available from Hercules Inc. of Wilmington, DE.
Kolophonium und Kolophoniumesterharze sind in der vorliegenden Erfindung ebenso verwendbar. Eines dieser hydrierten Resinosäureklebharze ist Foral® AX, erhältlich von Hercules. Modifizierte Kohlenwasserstoffharze, wie etwa modifizierte Terpene einschließlich der Styrolderivate von Terpenen, wie etwa die Zonatac® Serien, erhältlich von Arizone Chemical Co., Panama City, FL und die Kristalex® Serien der Alphamethylstyrolharze, erhältlich von Hercules, Inc. und die Uratack® Serie, erhältlich von Arizona Chemical, sind in der vorliegenden Erfindung ebenso verwendbar. Die Komponenten werden in üblicher Weise vermischt und verarbeitet, um die Heißschmelzklebstoffe herzustellen, die erfindungsgemäß verwendet werden können.Rosin and rosin ester resins are also useful in the present invention. One such hydrogenated resino acid adhesive resin is Foral® AX, available from Hercules. Modified hydrocarbon resins such as modified terpenes including the styrene derivatives of terpenes such as the Zonatac® series available from Arizone Chemical Co., Panama City, FL and the Kristalex® series of alphamethylstyrene resins available from Hercules, Inc. and the Uratack® series available from Arizona Chemical are also useful in the present invention. The components are mixed and processed in a conventional manner to prepare the hot melt adhesives which can be used in the present invention.
Wachse sind in der vorliegenden Erfindung auch verwendbar. Diese umfassen synthetische Wachse mit hohem Schmelzpunkt, wie etwa Fischer-Tropsch Wachse, erhältlich von Sasol (Südafrika) unter dem Markennamen Paraflint® oder von Shell Malaysia unter dem Markennamen Petrolit, und hochdichte niedrigmolekulare Polyethylenwachse, erhältlich von Marcus Chemical Co. unter dem Markennamen Marcus®. AC 8 ist ein anderes verwendbares Polyethylenwachs, erhältlich von Allied Chemical. Mikrokristalline Wachse und Paraffinwachse sind in der vorliegenden Erfindung auch verwendbar.Waxes are also useful in the present invention. These include high melting point synthetic waxes such as Fischer-Tropsch waxes available from Sasol (South Africa) under the brand name Paraflint® or from Shell Malaysia under the brand name Petrolit, and high density low molecular weight polyethylene waxes available from Marcus Chemical Co. under the brand name Marcus®. AC 8 is another useful polyethylene wax available from Allied Chemical. Microcrystalline waxes and paraffin waxes are also useful in the present invention.
Laminierklebstoffe werden vorzugsweise bis zu 100 % von wenigstens einem thermoplastischen Polymer wie oben beschrieben umfassen, daneben 0 bis 50 % eines aliphatischen Kohlenwasserstoffharzes, 0 bis 20 % eines aromatischen Kohlenwasserstoffharzes, 0 bis 40 % Kolophonium und 0 bis 20 % Wachs, wobei die Komponenten und deren Menge so gewählt werden, daß der Klebstoff in Reihe (inline) auf ein Laminiermaterial und/oder ein Laminiersubstrat zur nachfolgenden in-Reihe-Laminierung des Laminiermaterials auf das Substrat aufgetragen werden kann.Laminating adhesives will preferably comprise up to 100% of at least one thermoplastic polymer as described above, plus 0 to 50% of an aliphatic hydrocarbon resin, 0 to 20% of an aromatic hydrocarbon resin, 0 to 40% rosin and 0 to 20% wax, the components and their amounts being selected so that the adhesive can be applied in-line to a laminating material and/or a laminating substrate for subsequent in-line lamination of the laminating material to the substrate.
Mehr bevorzugt wird im Falle der Filmlaminierung der Klebstoff die folgenden Komponenten umfassen: bis zu 100 % wenigstens eines EMA und/oder EnBA Kopolymers, 0 bis 50 % hydriertes aliphatisches Kohlenwasserstoffharz, 0 bis 20 % alpha-Methylstyrolharz, 0 - 40 % hydriertes Kolophonium und 0 bis 20 % Polyethylenwachs.More preferably, in the case of film lamination, the adhesive will comprise the following components: up to 100% of at least one EMA and/or EnBA copolymer, 0 to 50% hydrogenated aliphatic hydrocarbon resin, 0 to 20% alpha-methylstyrene resin, 0-40% hydrogenated rosin and 0 to 20% polyethylene wax.
Der zu Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare Heißschmelzklebstoff kann im einfachsten Fall im wesentlichen, oder sogar vollständig aus einem oder mehrerenThe hot melt adhesive used to carry out the process according to the invention can, in the simplest case, consist essentially or even entirely of one or more
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Klassen von EMA- oder EnBA-Kopolymeren bestehen. EMA und EnBA Kopolymere sind erhältlich von Elf Atochem unter dem Markennamen Lotryl®, von Quantum Chemical Co. und von Exxon Chemical Co. unter dem Markennamen Optema®. Eine Vielzahl verschiedener Klassen von EMA- und EnBA-Kopolymeren sind erhältlich. Sie unterscheiden sich hauptsächlich im Estergehalt, im Schmelzflußindex (MFI) und im Schmelzpunkt.Classes of EMA or EnBA copolymers exist. EMA and EnBA copolymers are available from Elf Atochem under the brand name Lotryl®, from Quantum Chemical Co. and from Exxon Chemical Co. under the brand name Optema®. A variety of different classes of EMA and EnBA copolymers are available. They differ mainly in ester content, melt flow index (MFI) and melting point.
In gegenwärtig bevorzugten speziellen Ausfülirungsformen besteht der Heißschmelzklebstoff im wesentlichen aus 35 bis 60 % EnBA oder EMA, 30 bis 50 % hydriertem aliphatischem Kohlenwasserstoffharz oder etwa 10 % alpha-Methylstyrolharz, 0 bis 30 % hydriertem Kolophonium und 0 -10 % Polyethylenwachs, plus geringe Mengen Stabilisator. In einigen bevorzugten Ausführuiigsformen ist das thermoplastische Polymer des Heißschmelzklebstoffs eine einzelne Klasse von EnBA-Kopolymeren, üblicherweise am unteren Ende des MFI-Bereichs (z.B. MFI weniger als 10 g/10 min). In anderen bevorzugten Ausführungsformen umfaßt das thermoplastische Polymer mehr als eine Klasse von EnBA, und in diesen Fällen zwei oder drei verschiedene Klassen, wobei wenigstens zwei der Klassen vorzugsweise MFI's aufweisen, die mindestens um einen Faktor 4 und bis zu einem Faktor 10 abweichen (z.B. weist eine Klasse einen MFI von mehr als 4 mal dem der anderen Klasse auf).In presently preferred specific embodiments, the hot melt adhesive consists essentially of 35 to 60% EnBA or EMA, 30 to 50% hydrogenated aliphatic hydrocarbon resin or about 10% alpha-methylstyrene resin, 0 to 30% hydrogenated rosin, and 0-10% polyethylene wax, plus minor amounts of stabilizer. In some preferred embodiments, the thermoplastic polymer of the hot melt adhesive is a single grade of EnBA copolymers, usually at the lower end of the MFI range (e.g., MFI less than 10 g/10 min). In other preferred embodiments, the thermoplastic polymer comprises more than one grade of EnBA, and in these cases two or three different grades, with at least two of the grades preferably having MFI's that differ by at least a factor of 4 and up to a factor of 10 (e.g., one grade has an MFI greater than 4 times that of the other grade).
Die erfindungsgemäßen Heißschmelzklebstoffe können bei Anwendungstemperaturen (oder Verarbeitungstemperaturen) verwendet werden, die niedrig genug sind, um Verzerrungen solcher hitzeempfindlichen Kunstoffilme zu verhindern, welche gleichzeitig ausgezeichnete Fließeigenschaften bei derartig niedrigen Temperaturen zeigen. Es ist beispielsweise möglich, den erfindungsgemäßen Heißschmelzklebstoff auf die zu laminierenden Materialien aufzutragen und zu beschichten. Berührungslose Auftragung ist besonders vorteilhaft bei hitzeempfindlichen Filmen. Es werden ausgezeichnete Filmbildungseigenschaften erreicht, und die beschichteten Produkte zeigen hohen Glanz.The hot melt adhesives of the invention can be used at application temperatures (or processing temperatures) low enough to prevent distortion of such heat-sensitive plastic films, which at the same time exhibit excellent flow properties at such low temperatures. For example, it is possible to apply and coat the hot melt adhesive of the invention onto the materials to be laminated. Non-contact application is particularly advantageous for heat-sensitive films. Excellent film-forming properties are achieved and the coated products exhibit high gloss.
Die Beschichtungsklebstoffe der Erfindung ergeben gute Transparenz der Heißschmelzbeschichtung, so dass starker Glanz erreicht wird, während die Lesbarkeit und Farbwiedergabe beispielsweise von Drucken auf dem Substrat nicht beeinträchtigt wird.The coating adhesives of the invention provide good transparency of the hot melt coating so that high gloss is achieved while the readability and color reproduction of, for example, prints on the substrate are not impaired.
Die erfindungsgemäßen Heißschmelzklebstoffe zeigen exzellente (hohe) Heißklebrigkeit und Offenzeiteigenschaften, wie auch Abbindeeigenschaften im Verfahren der vorliegenden Erfindung. Sie erfüllen die Erfordernisse des Maschinenzustands, von inReihe-Prägung und -Schnitt, z.B. in der graphischen Industrie.The hot melt adhesives according to the invention show excellent (high) hot tack and open time properties, as well as setting properties in the process of the present invention. They meet the requirements of machine conditions, in-line embossing and cutting, e.g. in the graphic industry.
Erfindungsgemäße Laminierungen zeigen hohe Hitzebeständigkeit und hohe UV-Beständigkeit und dementsprechend geringe Delaminierung oder Vergilbung. Auch nach Hitzeformung und Prägung wird keine Schichtablösung beobachtet, wenn die Heißschmelzformulierungen dieser Erfindung verwendet werden.Laminations according to the invention exhibit high heat resistance and high UV resistance and accordingly little delamination or yellowing. Even after heat forming and embossing, no delamination is observed when the hot melt formulations of this invention are used.
Die folgenden nicht beschränkenden Beispiele unterstützen im weiteren die Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung. Die folgenden Beispiele illustrieren, unabhängig davon welcher Typ Heißschmelzkleber und welches Substrate oder welche Substrate eingesetzt werden, die Erfindung und sind auf die für die Laminierungen der vorliegenden Erfindung verwendeten Materialien, sofern andere Materialien verwendet werden, übertragbar.The following non-limiting examples further help to illustrate the present invention. The following examples illustrate the invention regardless of which type of hot melt adhesive and which substrate or substrates are used and are applicable to the materials used for the laminations of the present invention if other materials are used.
Es wurden Heizschmelzklebstoffe mit verschiedenen thermoplastischen Polymeren, Klebern und Weichmachern hergestellt, wie in Tabelle 1 unten angegeben:Hot melt adhesives were prepared using various thermoplastic polymers, adhesives and plasticizers as shown in Table 1 below:
Beispiele 1-8: Tabelle I Examples 1-8: Table I
EnBA CopolymerLotryl® 17 BA 07
EnBA copolymer
EnBA CopolymerLotryl® 35 BA 40
EnBA copolymer
EnBA CopolymerLotryl® 35 BA 320
EnBA copolymer
EVA CopylmerEscorene®UL150-19
EVA Copylmer
PolyethylenwachsAC-8
Polyethylene wax
PolyethylenwachsParaflint® C 80
Polyethylene wax
ParaffinwachsMobil Wax 145
Paraffin wax
KohlenwasserstoffharzEscorez® 5300
Hydrocarbon resin
ReosinsäureharzForal® AX
Reosinic acid resin
AlphamethlystyrolharzKristalex® F 85
Alphamethylstyrene resin
Heißschmelzklebstoffe entsprechend den Zusammensetzungen wie in den Beispielen 1 und 7 gezeigt wurden unter Verwendung einer modifizierten PAK 600 Laminiermaschine von Kroenert, Hamburg, Deutschland, auf Substrate aufgetragen. Der Aufbau dieser Maschine ist grundsätzlich ähnlich dem in Figur IB gezeigten. Mit dieser Art von Maschine ist es möglich, den Klebstoffilm direkt auf das erste Substrat (1) mittels einer Quetschwalze (5) aufzupressen, oder ein zweites Substrat (4) auf das erste Substrat und den Klebstoff wiederum mittels einer Quetschwalze (5) aufzupressen. In den Tests wurden beide Verfahren ausprobiert. Die Abgabetemperatur des Heißschmelzklebstoffs betrug 140° C für die Zusammensetzung des Beispiels 1 und 110° C für die Zusammensetzung des Beispiels 7. Diese Zusammensetzungen zeigen günstige niedrige Viskositäten, wie dem beigefügten Diagramm Abbildung 5 zu entnehmen ist. Dieses Diagramm veranschaulicht die Viskositäten der Beispiele 1 und 7.Hot melt adhesives according to the compositions shown in Examples 1 and 7 were applied to substrates using a modified PAK 600 laminating machine from Kroenert, Hamburg, Germany. The design of this machine is basically similar to that shown in Figure IB. With this type of machine it is possible to press the adhesive film directly onto the first substrate (1) by means of a nip roll (5), or to press a second substrate (4) onto the first substrate and the adhesive again by means of a nip roll (5). Both methods were tried in the tests. The dispensing temperature of the hot melt adhesive was 140°C for the composition of Example 1 and 110°C for the composition of Example 7. These compositions show advantageous low viscosities as can be seen in the attached diagram Figure 5. This diagram illustrates the viscosities of Examples 1 and 7.
Beschichtungen wurden auf Polyesterfilm (Polyester RN 36, hergestellt von Pütz Folien, Taunusstein-Wehen, Deutschland) und hochdichten Polyethylenfolien (HDPE KC 3664.00, erhalten von Mildenberger + Willing, Gronau, Deutschland) hergestellt.Coatings were prepared on polyester film (Polyester RN 36, manufactured by Pütz Folien, Taunusstein-Wehen, Germany) and high-density polyethylene films (HDPE KC 3664.00, obtained from Mildenberger + Willing, Gronau, Germany).
Als zweites Substrat (wo verwendet) sind diese Folien ebenso verwendet worden. In anderen Experimenten wurde stattdessen Silikonpapier verwendet. Es wurden auch Tests mit bedruckten Papierbögen als zweitem Substrat durchgeführt.These films were also used as a second substrate (where used). In other experiments, silicone paper was used instead. Tests were also carried out with printed paper sheets as a second substrate.
Auftraggewichte von 5 bis 6 g/m2 bei Maschinengeschwindigkeiten von näherungsweise 70 m/min wurden angewendet.Coating weights of 5 to 6 g/m 2 at machine speeds of approximately 70 m/min were used.
Der Klebstoffilm wurde von der Auftragsschlitzdüse bei verschiedenen Abständen zwischen dem zu beschichtenden ersten Substrat (1) und dem Klebstoff in einer Vielzahl von Tests abgegeben. In einer anderen Reihe von Experimenten mit vertikaler Konfiguration (ähnlich zu den Figuren 3 bis 5, 7 und 9) wurde gefunden, dass der Abstand der Schlitzdüse vom Substrat zwischen einigen Millimetern und bis 500 mm und mehr variiert werden konnte, ohne die Qualität der Beschichtung in materieller Weise zu beeinflussen.The adhesive film was dispensed from the slot nozzle at various distances between the first substrate (1) to be coated and the adhesive in a variety of tests. In another series of experiments with a vertical configuration (similar to Figures 3 to 5, 7 and 9) it was found that the distance of the slot nozzle from the substrate could be varied between a few millimetres and up to 500 mm and more without materially affecting the quality of the coating.
WM:ES:perWM:ES:per
In diesen Experimenten, in welchen der Klebstoffilm von der Auftrageschlitzdüse direkt auf das erste Substrat mittels einer Quetschwalze (5), die mit einer ablösenden Beschichtung ausgestattet war, abgegeben wurde, wurde gefunden, dass der Klebstoff nicht an der Quetschwalze haftet. Der Quetschdruck wurde nicht gemessen, aber die Quetschwalze wurde mit einem Laminierdruck von 7 bis 8 bar gegen das Substrat gepresst.In these experiments, in which the adhesive film was dispensed from the slot die directly onto the first substrate by means of a nip roll (5) equipped with a release coating, it was found that the adhesive did not adhere to the nip roll. The nip pressure was not measured, but the nip roll was pressed against the substrate with a laminating pressure of 7 to 8 bar.
Es wurde gefunden, dass der auf das erste Substrat aufgetragene Klebstoff die Quetscheinrichtung ohne zwischen dem Klebstoff und dem ersten Substrat eingeschlossene Luft verließ.It was found that the adhesive applied to the first substrate exited the squeezer without air trapped between the adhesive and the first substrate.
In anderen Tests wurde mittels eines zweiten Satzes von Walzen, die in Fließrichtung des Substrats stromaufwärts der Quetschwalze (5) platziert waren, ein zweites Substrat auf die Klebstoffschicht auflaminiert. Auch diese Beschichtungen unter Verwendung der gleichen Filme, oder trennbeschichtetem Papier wie oben erwähnt, wurden bezüglich Streifenbildung, eingeschlossener Luft und anderen Laminierungsfehlern untersucht.In other tests, a second substrate was laminated to the adhesive layer using a second set of rollers placed upstream of the nip roll (5) in the direction of substrate flow. These coatings, using the same films or release coated paper as mentioned above, were also tested for streaking, entrapped air and other lamination defects.
Die so hergestellten Laminierungen waren alle mangelfrei. Es wurde keine Streifenbildung, eingeschlossene Luft oder irgendwelche anderen Fehler beobachtet.The laminations produced in this way were all defect-free. No streaking, trapped air or any other defects were observed.
In ähnlicher Weise wurden unter Verwendung der gleichen Art von Filmen Laminierungen hergestellt, jedoch wurden die anderen Klebstoffe aus den Beispielen 2 bis 6 der Tabelle 1 verwendet. Die Ergebnisse waren ebenso gut wie jene, die mit den Klebstoffzusammensetzungen der Beispiele 1 und 7 erzielt wurden.Similarly, laminations were made using the same type of films, but using the other adhesives from Examples 2 to 6 of Table 1. The results were as good as those obtained with the adhesive compositions of Examples 1 and 7.
25 a25 a
Substrat 1 (1) Substrat 2 (4) Leerlaufwalzen (2) Auftragsvorrichtung (3) Quetschwalze (5)Substrate 1 (1) Substrate 2 (4) Idle rollers (2) Application device (3) Squeeze roller (5)
• ··
• ··
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102019115222A1 (en) * | 2019-06-05 | 2020-12-10 | Hochschule München | Method and device for bonding with hot melt adhesive to increase the bond strength |
-
1998
- 1998-03-18 DE DE29824879U patent/DE29824879U1/en not_active Expired - Lifetime
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DE102019115222A1 (en) * | 2019-06-05 | 2020-12-10 | Hochschule München | Method and device for bonding with hot melt adhesive to increase the bond strength |
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