DE3234065A1 - Verfahren zur behandlung von in mischaggregaten hergestellen druckempfindlichen schmelzmassen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Behandlung von in Mischaggregaten herge-
• stellten drurkempfindlichen Schmelzmassen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von in Mischaggregaten hergestellten, anschllessend extrudierten und mit einer Schutzschicht versehenen, durckempfindlichen Schmelzmassen, vorzugsweise Schmelzhaftklebstoffen.
• Schmelzhaftklebstoff-Rezepturen basieren heute -vielfach auf thermoplastischem Kautschuk. Die chemische Struktur dieser Polymere bedingt eine Anfälligkeit gegen mechanische und oxidative, insbesondere jedoch gegen thermische Einflüsse in den verschiedenen Phasen der Herstellung und Verarbeitung. So ist es bekannt, dass Schmelzhaftklebstoffe auf der Basis Styrol-Isopren-Styrol im Primärschritt zur Depolymerisation, also zum Kettenabbau neigen und erst im Sekundärschritt zur Polymerisation.
• Kautschuke auf der Basis Styrol-Butadien-Styrol zeigen bei thermischer Beanspruchung Vernetzungsreaktionen.
• Neben den Basis-Polymeren unterliegen auch die übrigen Komponenten, wie Harze und Weichmacher, einer thermischen Alterung. Somit besteht ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der thermischen Belastung und den Haftungseigenschaften und damit der konstanten Qualität der Schmelzhaftklebstoffe. Es wird daher angestrebt, die thermische Belastung zur Erzielung guter Hafteigenschaften und einer konstanten Qualität möglichst gering zu halten.
• Eine thermische Beanspruchung der druckempfindlichen Schmelzmassen folgt sowohl beim Herstellungsvorgang als auch bei dem oft erst in zeitlichem Abstand daran anschliessenden Verarbeitungsvorgang. In der zwischen beiden Vorgängen liegenden Lager- und Transportphase ist die thermische Beanspruchung in der Regel vernachlässigbar. Beim Herstellungsvorgang ist die Verweilzeit im Mischaggregat, d.h. die eigentliche Herstellungsphase, sowie insbesondere die daran anschliessende Abkühlphase von Bedeutung. Beim Verarbeitungsvorgang wiederum wird die Schmelzmasse in der Aufschmelzphase und während der Verweilzeit im Puffer und unmittelbar während des Auftragsvorganges thermisch belastet.
• Schmelzhaftkleberformulierungen werden heute sowohl diskontinuierlich in Rührwerken;-in Mischdissolvern und in Knetern, als auch kontinuierlich in Mischextrudern hergestellt. Bei der diskontinuierlichen Herstellung beträgt die Verweilzeit in den Rührwerken und Dissolvern je nach Losgrösse ca. 4 bis 8 Stunden und in Knetern ca. 60 bis 90 Minuten. Bei der kontinuierlichen Herstellung von druckempfindlichen Schmelzmassen in Mischextrudern beträgt die Verweilzeit und damit die eigentliche Herstellungsphase nur wenige Minuten. Danach werden die Schmelzhaftklebstoffe in silikonisierte Kartonboxen oder in Fässer abgefüllt. Je nach Gewicht kann die Abkühlphase der in den silikonisierten Kartonboxen hergestellten Blöcke bis zu 2 Tagen in Anspruch nehmen.
• Bei Fässern kann sich die Abkühlphase je nach Gebindegrösse sogar über 5 bis 6 Tage erstrecken.
• Beim Verarbeitungsvorgang wiederum erfordert das Auf-.schmelzen der Blöcke, welches üblicherweise in Rührwerken erfolgt, aufgrund der hohen spezifischen Wärmekapazität häufig eine Zeitspanne bis zu 24 Stunden.
• Beim Aufschmelzen der in den Fässern abgefüllten Schmelzhaftklebstoffe kann durch den Einsatz sogenannter Bulkmelter die Aufschmelzzeit gegenüber der Blockaufschmelzung erheblich herabgesetzt werden. Diese Verringerung der thermischen Belastung beim Aufschmelzvorgang fällt jedoch bei der Fassaufschmelzung aufgrund der sehr langen Abkühlzeit beim Herstellungsvorgang kaum ins Gewicht.
• Durch Schmelzprofilatoren lassen sich für die Patronen-bzw. Kartuschenfüllung geeignete Strangstücke extrudieren. Die Eigenklebrigkeitdieser Strangstücke lässt sich durch eine Schutzschicht aus Trennmittel reduzieren.
• Ein Aneinanderkleben unter Druck und Lagertemperatur lässt sich aber nur durch eine Einzelverpackung der Strangstücke verhindern.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vollkommen neuartiges Verfahren zu schaffen, mit dem einerseits ein für die Weiterverarbeitung durch Aufschmelzen in besonderer Weise geeignetes, gut handhabbares Produkt geschaffen wird, andererseits die thermische Belastung sowohl beim Herstellungs- als auch beim Verarbeitungsvorgang entscheidend verringert wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Strang beliebiger Länge erzeugt, mit einer Folie ummantelt und zur Verarbeitung zusammen mit der Folie äufgeschrriolzen wird.
• Erfindungsgemäss wird somit anstelle kurzer, für die Patronen- bzw. Kartuschenfüllung geeigneter Strangstücke ein Strang beliebiger Länge erzeugt, der mit einer Folie ummantelt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Strang entsprechend der jeweils gewünschten und benötigten Länge zu einem Wickel bzw. zu einer Rolle zu wickeln, ohne dass dabei die Gefahr besteht, dass durch den Wickeldruck im Zusammenwirken mit den Lagertemperaturen ein Aneinanderkleben der Stränge erfolgt. Ein Trennmittelüberzug, wie er zum Schutz der mit bekannten Schmelzprofilatoren erzeugten kurzen Strangstücke bereits eingesetzt wird, eignet sich zur Vermeidung eines Aneinanderklebens der Stränge nicht.
• Der besondere Vorteil der erfindungsgemässen Verfahrensweise liegt jedoch in einer bisher nicht erreichten Reduzierung der thermischen Gesamtbelastung beim Herstellungs- und Verarbeitungsvorgang. Da die Verweilzeit in der Herstellungsphase und insbesondere die daran anschliessende Kühlphase aufgrund der nur bei der Strangherstellung gegebenen Kühlmöglichkeiten sehr kurz sind, ist die thermische Belastung beim Herstellungsvorgang, verglichen mit bekannten Verfahrensweisen, verschwindend gering. Da darüberhinaus beim Verarbeitungsvorgang aufgrund der Strangkonfiguration ein Aufschmelzen jeweils nur in dem Masse möglich ist, in dem Schmelzmasse für den Auftragvorgang benötigt wird, ist auch die thermische Belastung in der Aufschmelzphase nur sehr gering. Selbst unter Einbeziehung der thermischen Belastungen der Pufferphase ergibt sich somit erfindungsgemäß eine im Vergleich mit bekannten Verfahrensweisen geringe thermische Gesamtbelastung.
• Die erfindungsgemäss eingesetzten Schmelzhaftkleber stellen im Regelfall solche auf Basis von thermoplastischem Kautschuk, der gegebenenfalls modifiziert sein kann, dar. Aber auch andere Schmelzhaftkleber, z.B. auf Basis von Ethylen-Vinylacetat-Massen oder solche polyamidischer Natur, werden in Betracht gezogen. Diese Basismassen enthalten im allgemeinen Harzzusätze, z.B. modifizierte Naturharze, wie Terpenharze, etc., oder auch Kohlenwasserstoffharze. Als Kohlenwasserstoffharze kommen beispielsweise solche petrochemischen Ursprungs in Frage,die aus geeigneten Fraktionen der Erdölkräckung gewonnen werden können. Als solche können z.B. die sogenannten Escorez-Harze der Esso Chemie, Hamburg, genannt werden, die den Schmelzklebermassen eine auch bei Raumtemperatur bestehende Daueroberflächenklebrigkeit verleihen, die für Schmelzhaftkleber charakteristisch ist.
• Die erfindungsgemässeingesetzte Folie soll im wesentlichen den folgenden drei Bedingungen genügen, nämlich: (a) sie muss mit der ummantelnden Schmelzhaftklebermasse kompatibel sein, d.h. im schmelzflüssigen Zustand mischbar oder lösbar, (b) die Folie muss aufschmelzbar sein, und (c) keine Oberflächenklebrigkeit, zumindest aber keine Oberflächenklebrigkeit im Bereich üblicher Lagertemperaturen besitzen.
• Die Wahl der Folie richtet sich somit nach der Art des zu ummantelnden Schmelzhaftklebers und kann durch den Fachmann in geeigneter Weise vorgenommen werden. Für Schmelzhaftklebemassen auf Basis von Kautschuk kommen vor allem Polyolefinfolien, wie Polyethylenfolien, aber auch Folien aus PVC oder anderen Chlorvinylpolymeren und Polyvinylalkoholfolien in Betracht. Soweit polyamidische Schmelzhaftklebemassen Verwendung finden, kommen beispielsweise Polyamidfolien in Betracht, etc.. Die Folie kann im Einzelfall auch eine geschäumte Folie darstellen, insbesondere dann, wenn die Folie geschlossene Poren enthält.
• Durch-den Einsatz von Folien, insbesondere in geringer Folienstärke, erfolgt keine Beeinträchtigung der Eigenschaften der Schmelzmassen. Dies ist insbesondere dann gewährleistet, wenn der Anteil der Ummantelungsfolie in bezug auf die Schmelzmasse vorteilhaft kleiner als 3 Gew.%, bevorzugt kleiner als 2 Gew.%, gehalten wird.
• Daher ist es nicht erforderlich, dass die Ummantelungsfolie selbstklebende Natur hat, soweit sie mit der umgebenden Schmelzhaftklebemasse mischbar bzw. lösbar ist.
• Die Temperatur, bei der die Ummantelung der Schmelzhaftklebemasse mit der Folie im erfindungsgemässen Verfahren stattfindet, richtet sich nach der Art der Schmelzhaftklebemasse einerseits und der Art der gewählten Folie andererseits. Die Ummantelung wird im Regelfall bei einer Temperatur durchgeführt, die unter der Temperatur liegt, bei der das Schmelzen der Folie beginnt.
• Im allgemeinen wird somit in einem Temperaturbereich von 90 bis 1800C ummantelt. Bevorzugt liegt die Ummantelungstemperatur im Bereich von 95-130 0C, manchmal aber auch über 130 0C, und insbesondere manchmal über 150 0C.
• Das Aufschmelzen des folienummantelten Stranges kann sowohl diskontinuierlich als auch kontinuierlich erfolgt gen. Beim kontinuierlichen Aufschmelzen ist es zweckmässig, Aufschmelzextruder einzusetzen. Das kontinuierliche Aufschmelzen eröffnet darüberhinaus völlig neue Rezeptierungsmöglichkeiten. So wurden wegen der Aufschmelz- und Verarbeitungsprobleme bisher überwiegend Schmelzhaftklebstoffe hergestellt und verarbeitet, deren Viskosität unter 200.000 mPas lag. Verbesserte Scherfestigkeiten bei höheren Temperaturen bedingen jedoch gerade Schmelzhaftkleberformulierungen mit Viskositäten oberhalb 200.000 mPas. Durch Einsatz von Aufschmelzextrudern können nunmehr auch Schmelzhaftkleberformulierungen mit Viskositäten über 200.000 mPas verarbeitet werden. Dadurch kann ein weiterer Anteil der heute bei derartigen Formulierungen noch verwendeten Lösungsmittelsysteme substituiert werden. Dies ist ein weiterer Schritt in Richtung umweltfreundlicher Technologien.
• Durch die erfindungsgemässe Anordnung einer Ummantelungsfolie wird nicht nur ein Verblocken der einzelnen Lagen im Falle der Herstellung von Wickeln bzw. Rollen verhindert, sondern darüberhinaus auch ermöglicht, dass die Schmelzmasse per laufendem Meter gehandelt werden kann. Zweckmässige Längen bei der Herstellung von Wickeln oder Rollen liegen je nach Querschnitt in der Grössenordnung zwischen 1 und 1.000 m, vorzugsweise werden Längen zwischen 10 und 300 m abgegeben.
• Erfindungsgemäss kann der Strang einen runden, quadratischen, rechteckigen oder auch anderen Querschnitt aufweisen.
• Bei einem Strang mit rundem Querschnitt ist es zweckmässig, dass der Druchmesser im Bereich zwischen 1 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 3 und 5 cm, liegt. Bei einem Strang mit rechteckigem Querschnitt ist es vorteilhaft, dass die Stranghöhe im Bereich zwischen 0,5 und 3 cm, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 cm und die Strangbreite im Bereich zwischen 2 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 5 und 8 cm, liegt.
• Die Aufschmelztemperatur des folienummantelten Stranges kann entsprechend der jeweiligen Zusammensetzung der Schmelzmasse unterschiedlich sein. Bei Schmelzhaftklebstoffen mit einer Ummantelung mit Polyolefin-Folie ist es jedoch zweckmässig, die Aufschmelztemperatur im Bereich von 130 bis 2000C, vorzugsweise zwischen 150 und 1800C, zu halten.
• Im folgenden sind zwei bekannte Verfahrensweisen anhand von Zeit/Temperatur-Diagrammen näher erläutert: Fig. 1 zeigt ein Zeit/Temperatur-Diagramm für die bekannte "Blockverarbeitung", Fig. 2 zeigt ein Zeit/Temperatur-Diagramm für die bekannte "Fassverarbeitung", und Fig. 3 zeigt ein Zeit/emperatur-Diagramm für die Strangçerarbeitung nach dem erfindungsgemässen Verfahren.
• In allen drei Diagrammen ist lediglich der Herstellungsvorgang und der Verarbeitungsvorgang dargestellt. Die zwischen beiden Vorgängen liegende, hinsichtlich der thermischen Belastung vernachlässigbare Lager- und Transportphase ist nicht dargestellt.
• In allen drei Diagrammen ist ferner der Herstellungsvorgang durch die Bereiche (a) und (b) und der Verarbeitungsvorgang durch die Bereiche (c) und (d) gekennzeichnet. Der Bereich (a) beinhaltet die Herstellungsphase, d.h. die Verweilzeit im jeweiligen Mischaggregat. Mit (b) wiederum ist die daran anschliessende Abkühlphase bezeichnet.
• Der Buchstabe (c) kennzeichnet den Bereich der Aufschmelzphase und (d) die Verweilzeit in der Pufferphase beim Verarbeitungsvorgang. Die Auftragsphase, d.h. der Auftragsvorgang der Schmelzmasse auf das jeweilige Werkstück ist bei den heutigen Herstellungsverfahren in bezug auf die Zeit vernachlässigbar klein und daher in der Pufferphase (d) mit enthalten.
• Bei der in Fig. 1 dargestellten bekannten Blockverarbeitung erfolgt die Herstellung der Schmelzmasse, d.h.
• das Vermischen der verschiedenen Komponenten, in einem Kneter innerhalb weniger Stunden (Herstellungsphase a).
• Die Abkühlung in der AS phase (b) nach dem Einfüllen der fertiggemischten Schmelzmassen in silikonisierte Kartönboxen erfolgt im vorliegenden Beispiel innerhalb eines Zeitraumes von etwas mehr als 40 Stunden, so dass der Herstellungsvorgang insgesamt 50 Stunden umfasst (Summe aus a und b). Die Schmelzmasse ist somit bereits beim Herstellungsvorgang 50 Stunden lang einer thermischen Belastung ausgesetzt.
• Beim Verarbeitungsvorgang wird die Schmelzmasse ca. 12 Stunden aufgeschmolzen XAufschmelzphase c). Zur über brückung von Fertigungsschwankungen und anderer Einflüsse bei der Fertigung ist ferner eine ca. 5 Stunden betragende Pufferphase (Bereich d) notwendig, in der die aufgeschmolzene Schmelzmasse auf Verarbeitungstemperatur (1600C) gehalten wird. Insgesamt ergibt sich somit bei der Blockverarbeitung gemäss Beispiel nach Fig. 1 eine thermische Belastung der Schmelzmasse über einen Zeitraum von etwas unter 70 Stunden.
• Bei der in Fig. 2 dargestellten bekannten Fassverarbeitung erstreckt sich die Herstellungsphase (a) über den gleichen Zeitraum wie im Falle des Beispiels nach Fig. 1.
• Bei der angenommenen Gebindegrösse ist wegen der hohen spezifischen Wärmekapazität jedoch für die Abkühlphase (b) ein erheblich längerer Zeitraum erforderlich. Bei der im vorliegenden Beispiel gewählten Gebindegrösse beträgt die Gesamtzeit des Herstellungsvorganges (Summe aus a und b) ca. 100 Stunden.
• Beim Verarbeitungsvorgang wird im Beispiel gemäss Fig. 2 ein sogenannter "Bulkmelter" eingesetzt. Derartige Bulkmelter schmelzen die in dem Fass enthaltene Schmelzmasse kontinuierlich lediglich auf einer Stirnseite ab. Dadurch wird jeweils nur die zur Auffüllung des Puffers notwendige Schmelzmassenmenge aufgeschmolzen und nicht - wie im Falle der Blockverarbeitung gemäss Fig. 1 - die gesamte Masse. Die thermische Belastung beim Aufschmelzvorgang (c) ist daher beim Einsatz eines Bulkmelters relativ gering. Die aus Fertigungsgründen notwendige Pufferphase (d) entspricht der Pufferphase in Fig. i. Trotz Einsatz eines sogenannten Bulkmelters wird jedoch bei der Fassverarbeitung eine entscheidende Verbesserung der thermischen Belastung nicht erzielt, da die Abkühlphase (b) - wie ein Vergleich der Fig. 1 und 2 zeigt - bei dieser Verfahrensweise dominierend und daher in erster Linie massgeblich für die thermische Belastung ist.
• Erfindungsgemäss wird nun gemäss Fig. 3 ebenfalls in einem herkömmlichen Kneter die Schmelzmasse aus den einzelnen Komponenten hergestellt. Die Verweilzeit während der Herstellungsphase (a) ist mit Fig. 1 und 2 vergleichbar.
• Im Vergleich zu der in den vorangegangenen Beispielen erläuterten Block- bzw. Fassverarbeitung hat der durch ein Strangpresswerk erzeugte Strang einen relativ kleinen Querschnitt, der ohne grossen technischen Aufwand vergleichsweise sehr schnell abgekühlt werden kann.
• Die thermische Belastung in der Abkühlphase (b) kann daher wegen der kurzen Abkühlzeit entscheidend reduziert werden.
• Beim diskontinuierlichen und insbesondere beim kontinuierlichen Aufschmelzen mittels eines Aufschmelzextruders ist erfindungsgemäss darüberhinaus auch die Aufschmelzphase (c) sehr karz, da vom erzeugten Strang lediglich eine solche Menge aufgeschmolzen wird, wie sie zur Aufrechterhaltung einer bestimmten Menge im Puffer (Phase d) notwendig ist. Für die Pufferphase (d) wurde zum besseren Vergleich eine den Pufferphasen in den Fig. 1 -und 2 entsprechende Zeitspanne angenommen.
• Zusammenfassend ergibt sich somit, dass durch das erfindungsgemässe Verfahren aufgrund der Reduzierung der Abkühlphase (b) und der Aufschmelzphase (c) eine Verringerung der thermischen Belastung der Schmelzmassen in einem bisher noch nicht erreichten Umfang erzielt wird.
• Beispiel Eine Schmelzhaftklebemasse aus 50 Gew.% Styrol-Isopren-Styrol-Kautschuk mit 50 Gew.% eines ESCOREZ-Harz-Gemisches (Gewichtsverhältnis 1:1) aus ESCOREZ-5300 tit ESCO#EZ-1 401 (Vertrieb: ESSO-Chemie, Hamburg) wird durch eine Düse eines Strangpresswerkes zu einem Strang eines Durchmessers von 20 bis 25 mm bei einer Temperatur von 120 bis 1300C ausgepresst. Über den Düsenkopf wird ein Folienschlauch geführt, der durch eine Isolierung, die gegebenenfalls zusätzlich kühlbar ist, gegen eine vorzeitige Erwärmung durch den Düsenkopf geschützt ist. Der Folienschlauch stellt eine handelsübliche 50 #m-Polyethylen-Folie dar, der durch die austretende Klebermasse gefüllt und hiernach durch Eintritt in ein Wasserbad gekühlt wird. Der Strang wird nach Erkalten zu einer Rolle aufgewickelt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Behandlung von in Mischaggregaten hergestellten druckempfindlichen Schmelzmassen PATENTANSPRUCHE I U Verfahren zur Behandlung von in Mischaggregaten hergestellten, anschliessend extrudierten und mit einer Schutzschicht versehenen druckempfindlichen Schmelzmassen, vorzugsweise Schmelzhaftklebstoffen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Strang beliebiger Länge erzeugt, mit einer Folie ummantelt und zur Verarbeitung zusammen mit der Folie aufgeschmolzen wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass ein Strang bestimmter Länge zu einem Wickel bzw. zu einer Rolle gewickelt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Strang zusammen mit der Folie kontinuierlich aufgeschmolzen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e å c h n e t , dass für die Ummantelung eine Polyolefinfolie eingesetzt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Strang mit rundem Querschnitt erzeugt wird, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass der Durchmesser im Bereich zwischen 1 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 3 und 5 cm, liegt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem ein Strang mit einem rechteckigen Querschnitt erzeugt wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass die Stranghöhe im Bereich zwischen 0,5 und 3 cm, vorzugsweise zwischen 1 und 1,5 cm, und die Strangbreite im Bereich zwischen 2 und 10 cm, vorzugsweise zwischen 5 und 8 cm, liegt
7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, 3 oder 4, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , dass das Volumen der Folie 1 bis 3 % des Volumens der Schmelzmasse beträgt.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , dass die Stranglänge zur Herstellung von Wickeln oder Rollen in der Grössenordnung zwischen 1 und 1.000 m, vorzugsweise zwischen 10 und 300 m, liegt.
9. 9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , dass die Aufschmelztemperatur im Bereich von 130 und 2000C, vorzugsweise zwischen 150 und 1800C, liegt.