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Verfahren zum maschinellen Beschichten von Folien
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum maschinellen Beschichten
von Folien mit hochviskosen Auftragsmassen mit einer Viskosität von mehr als 500
m Psbei Auftragsbedingungen, in geringer Schichtstärke von weniger als 5 g/m2 und
mit hoher Geschwindigkeit von mehr als 50 m/min.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren hat große technische Bedeutung,
z.B. zum Beschichten von Folien mit Klebstoffen oder Lacken. Als Folien kommen die
verschiedensten Materialien in Frage, wie Papier oder sonstige Zellulosederivate,
Kunststoffe, wie Polyolefine, Polyester, Polyamide, Metalle wie Zinn oder Aluminium,
die auch einer Oberflächenbehandlung durch Flämmen oder Dunkelentladung unterworfen
sein können,oder die zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften mit Kunststoffmassen,
z.B. Polyvinylidenchlorid, beschichtet sein können.
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Als Klebstoffsysteme kommen sogenannte Mehrkomponentenkleber oder
Einkomponentenkleber in Frage. Ein Verfahren zum Verbinden von Folien unter Verwendung
von EinkomponenteSçlebern, wobei mindestens eine Folie maschinell mit dem Kleber
beschichtet wird, ist z.B. in der DE-OS 25 49 227 beschrieben. Im einfachsten Falle
erfolgt die Ubertragung der Auftragsmasse auf das bahnförmige Material danach dadurch,
daß in einen
Vorratsbehälter eine Walze eintaucht, die die Auftragsmasse
auf eine Auftragswalze überträgt, von der die Auftragsmasse auf die zu beschichtende
Folie übertragen wird. Die Folie wird dabei durch eine Andruckwalze an die Auftragswalze
gedrückt. Die Auftragswalze ist dabei eine sogenannte Glattwalze. Die Dosierung
der aufzutragenden Menge erfolgt dabei zwischen der in den Vorratsbehälter eintauchenden
Schöpfwalze und der Auftragswalze, und zwar durch den Andruck dieser Walzen zueinander
und die Geschwindigkeitsrelation zwischen diesen Walzen. Bei hohen Viskositäten
können dabei jedoch nicht sehr hohe Geschwindigkeiten erzielt werden. Um dennoch
höhere Geschwindigkeiten zu erzielen, müssen Auftragssysteme mit mehreren Walzen
eingesetzt werden, die mit zunehmender Geschwindigkeit rotieren. Damit ist naturgemäß
ein erheblicher apparativer Aufwand verbunden, da jede Walze einen eigenen steuerbaren
Antrieb haben muß.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit möglichst
einfachen Vorrichtungen hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten in geringer Schichtstärke
bei hohen Viskositäten der Auftragsmassen unter Auftragsbedingungen zu erzielen.
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Gegenstand der Erfindung ist das Verfahren zum maschinellen Beschichten
von Folien mit hochviskosen Auftragsmassen mit einer Viskosität von mehr als 500
m Pas bei Auftragsbedingungen, in geringer Schichtstärke von weniger als 5 g/m2
und mit hoher Geschwindigkeit von mehr als 50 m/min. und gegebenenfalls Verbinden
der so beschichteten Folie mit einer weiteren Folie, dadurch gekennzeichnet, daß
die aufzutragende Masse unmittelbar von einer Glattwalze auf die Folie, die mit
einer Andruckwalze gegen die Glattwalze gedrückt wird, übertragen wird, und daß
vor dem Auftrag überschüssiges Auftragsmaterial mittels eines Rakels von der Glattwalze
abgerakelt wird.
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Als Folien kommen im Sinne der Erfindung die eingangs erwähnten Materialien
in Frage. Als hochviskose Auftragsmassen sind für das Verfahren gemäß der Erfindung
insbesondere die eingangs erwähnten Kleber oder Lacke geeignet. Besonders vorteilhaft
ist
das Verfahren gemäß der Erfindung auf Mehrkomponenten- und EiSromponentenkleber
anwendbar, z.B. Kleber, wie sie in der oben erwähnten DE-OS 25 49 227 beschrieben
sind.
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Grundsätzlich kann man sagen, daß die Schwierigkeit einer einwandfreien
maschinellen Beschichtung zunimmt mit Zunahme der Viskosität der Auftragsmasse,
mit Abnahme der aufzutragenden Menge, d.h. der Schichtstärke, und mit Zunahme der
Geschwindigkeit, mit der beschichtet wird. Die Viskosität der Auftragsmasse hängt
naturgemäß von der Temperatur ab, bei der aufgetragen wird. Bei niedrigen Temperaturen
ist die Viskosität bekanntlich höher, gemäß dem Verfahren der Erfindung ist es in
einer überraschend einfachen Weise möglich, bei hoher Viskosität unter Auftragsbedingungen,
geringe Schichtstärken und/oder hohe Auftragsgeschwindigkeiten zu erzielen. Gemäß
der Erfindung ist es möglich, Auftragsmassen mit Viskositäten unter Auftragsbedingungen
von mehr als 1000 m Pa.s, bevorzugt mehr als 5000 m Pa.saufzubringen. Die Schichtstärken
können dabei äußerst gering sein, undweniger als 3 g/m2, vorzugsweise weniger als
2 g/m2, besonders bevorzugt weniger als 1,5 g/m2 betragen.
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Die Geschwindigkeit kann mehr als 80 m pro Minute, in vielen Fällen
gar mehr als 100 m pro Minute oder sogar mehr als 150 m pro Minute betragen.
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Unter Auftragsbedingungen werden im Sinne der vorliegenden Erfindungen
die Bedingungen verstanden, unter denen die Beschichtung der Folie erfolgt. Insbesondere
ist hierbei die Temperatur von Bedeutung, vorzugsweise die Temperatur der aufzutragenden
Masse unmittelbar vor dem Auftrag auf die Folie. Diese Temperatur der Auftragsmasse
kann gesteuert werden durch die Temperatur der Auftragsmasse im Vorratsbehälter,
die Temperatur der Walzen und die Temperatur der umgebenden Luft. Wesentlich gemäß
der Erfindung ist es also, daß die Auftragsmasse die vorstehend definierten Viskositäten
in dem Augenblick hat, in dem sie bei der - wie vorstehend erläutert -angewandten
Temperatur von der Auftragswalze auf die zu beschichtende
Folie
übertragen wird.
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Die obere Grenze für die Viskosität der Auftragsmasse unter Auftragsbedingungen
liegt zweckmäßig bei etwa 100.000 m Pa.s, bevorzugt bei etwa 80.000 m Pa.sund besonders
bevorzugt bei etwa 50.000 m Pa.s.Es können also extrem hochviskose Massen gemäß
dem Verfahren der Erfindung aufgetragen werden.
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Die Temperatur, bei der aufgetragen werden kann, kann in weiten Bereichen
schwan1en. Sie liegt in der Regel nicht unter der Temperatur der umgebenden Luft,
d.h. eine Kühlung ist nicht erforderlich und deshalb nicht zweckmäßig, weil sie
zusätzlichen apparativen Aufwand erfordern würde. Aus Gründen der apparativen Vereinfachung
ist es naturgemäß zweckmäßig, ohne zusätzliche Heizung oder Kühlung zu arbeiten.
Andererseits erbringt eine Erwärmung der Auftragsmasse die Möglichkeit, bei Raumtemperatur
extrem hochviskoses Material noch auftragen zu können, da ja die Viskosität mit
zunehmender Erwärmung sinkt. Ein extrem hochviskoses Material bei Raumtemperatur
ist deshalb gewünscht, weil dann eine relativ hohe Anfangshaftung der Auftragsmasse
an der beschichteten Folie bzw. zwischen den zu verklebenden Folien erzielt wird,
sobald die Folie mit der Auftragsmasse nach dem Beschichten auf Raumtemperatur abkühlt
bzw. abgekühlt wird. Aus diesen Gründen sind Auftragstemperaturen (Auftragsbedingungen)
von mindestens Raumtemperatur, bevorzugt mindestens etwa 300C, besonders bevorzugt
mindestens 0 von etwa 40°C und in manchen Fällen von mindestens etwa 50 C zweckmäßig.
Die Obergrenzen für die Auftragstemperatur (Auftragsbedingungen) liegen bevorzugt
bei etwa 1000C, zweckmäßig bei etwa 80 0C und besonders bevorzugt bei etwa 60°C
und in manchen Fällen sogar nur bei 500C.
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Die Weiterbearbeitung der beschichteten Folie hängt ab von der Art
der Beschichtung. Wenn die aufzutragende Masse ein Lack ist, ist es zweckmäßig,
daß dieser Lack möglichst schnell härtet. Die Art der Erhärtung hängt ab von der
Art des Lackes,
d.h. ob es ein wärmehärtender, strahlungshärtender
bzw. durch Katylisatoren bzw. durch Reaktion der Komponenten härtender Lack ist.
Die Härtungsmechanismen und Bedingungen sind dem Fachmann bekannt. Es muß also z.B.
erwärmt, bestrahlt oder in sonstiger Weise Energie zugeführt werden, wenn dies für
die Härtung erforderlich ist. Die beschichtete Folie kann auch mit einer Schutzfolie
abgedeckt werden, ehe sie dann aufgewickelt, gelagert, versandt und gebraucht wird.
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Wenn es sich bei der aufzutragenden Masse um einen Klebstoff handelt,
ist es zweckmäßig, die so beschichtete Folie mit einer weiteren Folie zu verbinden,
d.h. ein Laminat bzw. eine Verbundfolie herzustellen. Die weitere mit der beschichteten
Folie zu verbindende Folie kann aus dem gleichen oder einem anderen Material bestehen
als die beschichtete Folie. Auch hierbei können die auf dem Gebiet des Verbindens
von Folien üblichen und dem jeweiligen Klebstoff angepaßten Bedingungen angewandt
werden. Besonders bevorzugt ist das Verfahren gemäß der Erfindung anwendbar auf
dieses Beschichten und unmittelbar danach erfolgende Verbinden der beschichteten
Folie und einer anderen Folie zu einer Verbundfolie, wie dies z.B. in der DE-OS
25 49 227 beschrieben ist.
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Die gemäß der Erfindung verwendete Glattwalze zum Auftragen der Masse
auf die bahnförmigen Materialien besteht in der Regel aus Metall und besitzt eine
polierte Oberfläche. Die zu beschichtende Folie wird mit einer Andruckwalze gegen
die Glattwalze gedrückt. Die Umfangsgeschwindigkeit der Auftragswalze und die Bahngeschwindigkeit
der Folie können gleich oder geringfügig verschieden sein. Im allgemeinen ist es
nicht zweckmäßig, daß die Bahn schneller als 10 %, vorzugsweise schneller als 5
%, besonders bevorzugt schneller als 2 96 relativ zur Umfanggeschwindigkeit der
Auftragswalze läuft.
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Die zu beschichtende Folie kann auch die gleiche Geschwindigkeit wie
die Umfangsgeschwindigkeit der Auftragswalze haben.
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Die Andruckwalze hat die gleiche Geschwindigkeit wie die Folie.
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Der wesentliche Erfindungsgedanlce liegt darin, daß vor dem Auftrag
überschüssiges Auftragsmaterial mittels eines Rakels von der Glattwalze abgerakelt
wird. Es wird eine solche Menge Auftragsmasse von der Glattwalze abgerakelt, daß
auf der Folie die gewünschte Sohichtstärke erhalten wird. Aufgrund der hohen Viskosität
der Auftragsmasse wird in den meisten Fällen nämlich nicht die gesamte nach dem
Abrakeln auf der Glattwalze verbleibende Menge Auftragsmaterial auf die Folie übertragen,
sondern es verbleibt nach dem Beschichten der Folie eine Restmenge Auftragsmasse
auf der Glattwalze. Durch wenige Versuche kann der Fachmann feststellen, wie weit
er das überschüssige Auftragsmaterial abrakelt, um die im jeweiligen speziellen
Fall gewünschte Schichtstärke auf der Folie zu erhalten. Es ist bekannt, von Rasterwalzen
überschüssiges Auftragsmaterial mittels eines Ralcels vor dem Auftrag abzurakeln,
so daß nur das Material auf die zu beschichtende Folie übertragen wird, das sich
in den Rasternäpfchen befindet. Bei diesem sogenannten Tiefdruckverfahren wird also
von den glatten Teilen der Walze kein Auftragsmaterial auf die Folie übertragen.
Der Grund hierfür liegt darin, daß für dieses Tiefdruckverfahren ein relativ niedrigviskoses
Auftragsmaterial eingesetzt wird.
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Wenn man versucht,Auftragsmaterial mit niedriger Viskosität mittels
einer Glattwalze auf eine Folie zu übertragen und überschüssiges Auftragsmaterial
mittels eines Rakels von der Glattwalze abrakelt, findet man, daß dies nicht möglich
ist, es wird dabei nämlich ein vollständiges Abrakeln erzielt und ein gleichmäßiger
Auftrag ist nicht möglich. Dies ist wahrscheinlich der Grund dafür, daß man bisher
in der Technik bei Anwendung von Glattwalzennicht mit Rakeln gearbeitet hat, wenn
man extrem dünne Schichten von der Glattwalze übertragen will. Es ist für den Fachmann
außerordentlich überraschend, daß gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung
bei Anwendung von Auftragsmassen mit einer hohen Viskosität ein Abrakeln von Glattwalzen
möglich ist, obwohl ein extrem niedriges und gleichmäßiges Auftragsgewicht von weniger
als 5 g/m2 erzielt wird, wobei sehr hohe Auftragsgeschwindigkeiten möglich sind.
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Die Rakel kann als Positiv- oder Negativ-Rakel eingesetzt werden.
Der Andruck der Rakel wird unter Berücksichtigung der obigen Darlegungen gewählt,
d.h. derart, daß die gewünschte Schichtstärke auf der Folie erhalten wird.
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Die Glattwalze kann das Auftragsmaterial von einer Vordosiereinrichtung
aufnehmen. Als Vordosiereinrichtung können eine oder mehrere Dosiervralzen dienen,
wie sie nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Besonders bevorzugt gemäß
der vorliegenden Erfindung ist die Vordosiereinrichtung eine Walze, die in die in
einem Vorratsbehälter befindliche Auftragsmasse eintaucht. Besonders bevorzugt ist
jedoch, daß die Glattwalze unmittelbar in die in einem Vorratsbehälter befindliche
Auftragsmasse eintaucht. Die Glattwalze ist dabei also zugleich Schöpf- und Auftragswalze.
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Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung wird
also neben der Andruckwalze, die die zu beschichtende Folie an die Auftragswalze
andrückt, nur eine einzige Walze benötigt. Dies stellt eine extreme apparative Vereinfachung
dar. Es ist außerordentlich überraschend, daß mit einer derartig einfachen Ausführungsform
unter den oben definierten Anforderungen sehr hohe Beschichtungsgeschwindigkeiten
erzielt werden können.
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Als Vorratsbehälter können im Sinne der Erfindung die üblichen auf
dem Gebiet der Walzenbeschichtung eingesetzten torratsbehälter verwendet werden.
Im einfachsten Falle ist dies eine Wanne, in die die Walze eintaucht. Es ist aber
auch möglich, daß der Vorratsbehälter so angeordnet ist, daß die Rakel die eine
Wand des Vorratsbehälters bildet, die Rakel an der Walze anliegt und die Auftragsmasse
im Auftragsbehälter über die im wesentlichen senkrecht stehende Rakel steht, so
daß die Auftragsmasse seitlich an die Walze gelangt.
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung weiter erläutert: Fig. 1 ist
eie schematische Darstellung des Beschichtungsverfahrens gemäß der Erfindung. Die
Rolle, von der das zu beschichtende bahnförmige Material abgewickelt wird, ist mit
1 bezeichnet. In der Wanne 4 befindet sich die Auftragsmasse gemäß der Erfindung,
z.B. ein Kleber. Diese Masse wird über die Tauchwalze bzw. Schöpfwalze 5 und die
Glattwalze 6 einseitig auf die von der Rolle 1 ablauf ende Folienbahn aufgetragen,
wobei die Preßwalze 7 die Folie gegen die Auftragswalze 6 drückt. Die Rakel 8, die
sich in Negativstellung befindet, rakelt vor dem Auftrag überschüssiges Auftragsmaterial
ab.
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Die Folienbahn läuft dann weiter zwischen die Walzen 10 und 12. Dort
wird sie vereinigt mit einer weiteren Folienbahn 13, die von der Vorratswalze 2
abgewickelt und über Umlenkwalzen 3 zugeführt wird. Nach dem Verbinden wird die
nunmehr ein Laminat bildende Verbundfolie 14 über Umlenkrollen 3 auf der Aufrollstation
11 aufgerollt.
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Fig. 2 ist eine schematische Darstelliing der besonders bevorzugten
Ausführungsform gemäß der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist die Glattwalze
6 gleichzeitig Schöpf- und Auftragswalze. Die Rakel 8 bildet in diesem Fall eine
Wand des Vorratsbehälters 15, in dem sich die Auftragsmasse befindet. (In gleicher
Weise kann die Glattwalze 6 in einen Auftragsbehälter 4 üblicher Art eintauchen,
wie er in Fig. 1 dargestellt ist.) Bei dieser Ausführungsform muß die Rakel 8 in
Negativstellung angeordnet sein. Wenn dagegen die Glattwalze 6 in einen üblichen
stehenden Vorratsbehälter 4 eintaucht, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, kann -
wie auch bei der Ausführungsform von Fig. 1 - die Rakel 8 auch in Positivstellung
angeordnet sein. Von der Glattwalze 6 wird das Auftragsmaterial auf die Folienbahn
9 übertragen, die wiederum mit der Andruckwalze 7 gegen die Glattwalze 6 gedrückt
wird. Wenn die Auftragsmasse ein Kleber ist, kann die weitere Durchführung des Verfahrens,
d.h. das Verbinden mit einer weiteren Folie 13 wie bei Fig. 1 beschrieben erfolgen.
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In der Fig. 2 ist dies jedoch nicht dargestellt, da als Auftragsinasse
ein Lack verwendet wird. Dieser wird im Trockenkanal 16 ausgehärtet, und die lackierte
Folie wird in der Aufrollstation 11 aufgewickelt.
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Beispiel 1 In die Wanne 4 einer Kaschiermaschine gemäß Fig. 1 wird
ein lösungsmittelfreier Kaschierkleber gefüllt, der bei 500C eine Viskosität von
16 000 m Pa.saufweist. über die Schöpfwalze 5 wird der Klebstoff auf die Auftragswalze
6 übertragen. Mittels eines Rakels 8, das negativ eingestellt ist, wird die Klebstoffschicht
so weit abgerakelt, daß die auf die Folienbahn 9 übertragene Menge 0,8 g/m2 beträgt.
Auftragsgeschwindigkeit ist 100 m/min.
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Vergleichs,beissiel 1 Es wird wie in Beispiel 1 gearbeitet, jedoch
mit dem Unterschied, daß kein Rakel zum Abrakeln der Auftragswalze 6 benutzt wird.
Es ergibt sich bei einer Auftragsgeschwindigkeit von 100 m/min ein Klebstoffauftragsgewicht
von A20 g/m2 bei streifigem Auftrag.
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Beispiel 2 In die Wanne 4 der Kaschiermaschine gemäß Fig. 1 wird eine
Beschichtungsmasse gegeben, die bei 50°C eine Viskosität von 38 000 m Pa.shat. Bei
einer Auftragsgeschwindigkeit von 110 m/min erzielt man bei negativ eingestelltem
Rakel ein Auftragsgewicht von 1,0 g/m².
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Vergleichsbeispiel 2 Bei Verarbeitung desselben Beschichtungsmaterial
unter vergleichbaren Bedingungen ohne Rakel wurden 28 g/m2 aufgetragen.
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Durch Verminderung der Auftragsgeschwindigkeit auf 12 m/min konnte
das Auftragsgewicht auf 19 g/m2 verringert werden.
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Erst durch eine Erhöhung der Auftragstemperatur auf 95°C, d.h. bei
einer Viskosität von 400 m Pa.s, ergab sich ein Auftragsgewicht von 1,1 g/m2 bei
einer Geschwindigkeit von 15 m/min.
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Beispiel 3 Auf einer Maschine gemäß Fig. 2 wurde mit einem Lack mit
einer Viskosität von 8.300 m Pa.s bei 40°C beschichtet. Das Auf-tragsgewicht bei
100 m/min betrug 0,6 g/m2.
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