DE3731522A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von schmelzklebern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Ge­ biet der Klebstoffe, die bei relativ niedriger Tempe­ ratur schmelzbar sind und die bei Raumtemperatur einen festen oder plastischen Zustand einnehmen, um dann bei Einwirkung von Wärme flüssig zu werden.

Die Erfindung betrifft insbesondere thermoplastische Klebstoffe, die allgemein unter dem Gattungsbegriff "Schmelzklebstoff" (hot melts) bekannt sind.

Die warmschmelzbaren Klebstoffe werden aus mehreren Bestandteilen hergestellt und enthalten im allgemei­ nen ein Polymer, einen Weichmacher, einen Klebrig­ macher (tackifiant), Wachse, einen Stabilisator und Füllstoffe. Diese Komponenten werden zusammen in einen Rührkessel gegeben, der unter Rühren erwärmt wird, so daß durch Aufweichen und Vermengen der Komponenten ein flüssiges homogenes Produkt entsteht.

Wenn dieses Mischverfahren zur Zufriedenheit ausge­ führt wurde, ist es anschließend angebracht, Mittel vorzusehen, die eine Konditionierung des erhaltenen Produkts ermöglichen. Dies ist notwendig, um den Transport, die Lagerung und die Handhabung vor der Verwendung der Klebstoffe in einer Maschine oder einer Vorrichtung zu ermöglichen, in der das Produkt erneut einer Temperaturerhöhung unterworfen wird, um einen flüssigen Zustand zu erhalten, der für die Aufbringung gemäß der vorgesehenen Verwendung not­ wendig ist.

Obwohl derartige Schmelzkleber in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden können, von denen die eine die Produkte umfaßt, die bei Raumtemperatur keine Kleb­ stoffeigenschaften aufweisen und die andere diejenigen Produkte, die im Gegensatz dazu bei Raumtemperatur Klebstoffeigenschaften zeigen, kann man davon aus­ gehen, daß es im Prinzip nur ein tatsächliches Problem hinsichtlich der Aufbereitung dieser Stoffe gibt.

So ist bei denjenigen Schmelzklebern, die bei Raum­ temperatur bereits Klebstoffeigenschaften aufweisen die Möglichkeit der einfachen Handhabung nicht gege­ ben, so daß eine Aufbereitung (Konditionierung) durchgeführt werden muß, die wenigstens die folgenden drei Erfordernisse erfüllt.

Die erste Forderung ist, daß die Verpackung für die Aufbereitung gegenüber der Anwendung einer mäßig er­ höhten Temperatur, die der Schmelztemperatur der verschiedenen Komponenten entspricht, resistent sein muß.

Die zweite Forderung ist, daß ein ausreichender Schutz für die nachfolgenden Handhabungsmaßnahmen gewährleistet sein muß. Die dritte, sicherlich schwierigste Forderung geht dahin, daß die schnelle Entfernung der Verpackung möglich sein muß, ohne daß Reste davon am Produkt kleben bleiben.

Zur Zeit erweist sich diejenige Verpackung als noch am wenigstens nachteilig, die darin besteht, daß man einen Behälter, z. B. aus Papier, verwendet, dessen Innen­ fläche nach entsprechender Behandlung gegenüber dem jeweiligen Klebstoff nicht haftende Eigenschaften aufweist.

Diese Methode zur Konditionierung ist jedoch nicht zu­ friedenstellend, da zunächst ein vorbehandeltes Papier verwendet werden muß, dieses zu Behältern (z. B. in Schiffchenform) geformt werden muß, diese Behälter mit dem flüssigen Klebstoff bei erhöhter Temperatur gefüllt werden müssen und schließlich vor der weite­ ren Handhabung eine natürliche oder herbeigeführte Abkühlung erfolgen muß.

Diese Technik ist auch deshalb nicht zufriedenstel­ lend, weil sie es nicht gestattet, ein Rohmaterial zur Verfügung zu stellen, das ohne weiteres in genaue Mengen aufteilbar ist. Gerade dies ist jedoch auf zahlreichen Anwendungsgebieten eine zwingende Voraus­ setzung.

Eine andere Unzulänglichkeit dieser Methode ergibt sich aus der Schwierigkeit, den Klebstoff oder den verfestigten Kuchen aus dem Verpackungsbehälter zu entnehmen.

Insgesamt gesehen sind somit die bekannten Aufbe­ reitungsmaßnahmen unzulänglich.

Bei den Stoffen, die bei Raumtemperatur keine Kleb­ stoffeigenschaften aufweisen, kommen anders geartete Schwierigkeiten in Betracht. Der größte Teil dieser Stoffe hat eine unbestimmte oder jedenfalls relativ lange Abkühlungszeit, so daß es notwendig ist, nach der Extrusion aus der Mischvorrichtung den Stoff über eine große Strecke zu transportieren, indem man ihn langsam fließen läßt, bevor eine Granulie­ rung oder Zerteilung vorgenommen werden kann.

Die zur Zeit bekannte Technik besteht darin, daß man am Ausfluß der Mischvorrichtung auf einem Förderband eine Art Streifen erzeugt, wobei das Förderband als Auflage dient und die Abkühlung des Produkts ermög­ licht, um dem Strang eine angemessene mechanische Festigkeit zu verleihen, so daß er in eine Granulations­ vorrichtung eingebracht werden kann. Um die Länge des im flüssigen Zustand aus der Mischvorrichtung austre­ tenden Streifens zu vermindern, wird manchmal empfoh­ len, den Streifen durch einen Kühlzylinder zu führen, der schnell eine große Wärmemenge aufnehmen kann, um so dem Strang auf einer relativ kurzen Strecke und in kürzerer Zeit mechanische Festigkeit zu verleihen. In beiden Fällen ist die Einrichtung für das Pressen des aus der Mischvorrichtung austretenden Bandes notwen­ digerweise platzraubend, kompliziert und hinsichtlich der Herstellung sowie Instandhaltung wenig praktisch. Außerdem ist offensichtlich keine große Anpassungsfä­ higkeit hinsichtlich des Leistungsvermögens einer solchen Einrichtung zu erzielen, da sie zwangsläufig dem langsamen Fließen bzw. der Vorwärtsbewegung des Streifens während einer ausreichenden Abkühlungszeit Rechnung tragen muß.

Insgesamt gesehen ist somit das herkömmliche Verfah­ ren, das für die Stoffe geeignet ist, die bei Raum­ temperatur keine Klebstoffeigenschaften aufweisen, ebenso unbefriedigend wie das Verfahren, das für die Stoffe angewandt wird, die bei Raumtemperatur Kleb­ stoffeigenschaften haben.

Mit anderen Worten, die Produktion von Schmelzklebern oder "hot melts" stellt immer ein Problem hinsichtlich einer praktischen, schnellen, sicheren Aufbereitung dar, die es zudem ermöglicht, genaue Dosierungen, Volumina und Massen oder auch ein granuliertes Roh­ material für die nachfolgende Anwendung zur Verfügung zu stellen.

Es ist Gegenstand der Erfindung, dieses allgemeine Problem zu lösen, indem ein neues Verfahren zur Kon­ ditionierung warmschmelzender Klebstoffe sowie eine Vorrichtung zur Anwendung dieses Verfahrens zur Ver­ fügung gestellt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung ein neues Verfahren zur Verfügung zu stellen, daß ohne Unterschied für die Stoffe mit oder ohne Klebstoffeigenschaften bei Raum­ temperatur anwendbar ist, das es erlaubt, konditionierte Produkte in relativ kurzer Zeit nach der Mischphase zu erhalten, ohne daß dabei hinsichtlich der Erste­ hung und Wartung aufwendige und komplizierte Vorrich­ tungen notwendig sind.

Weiter ist es Aufgabe der Erfindung eines neues Ver­ fahren zur Verfügung zu stellen, daß eine praktische Aufbereitung von Schmelzklebern ermöglicht, unter Verminderung der Kosten sowie der schädlichen Belastungen, die für die Arbeitskräfte bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren dieser Art gewöhnlich auftreten.

Zur Lösung der oben genannten Aufgabe, ist das er­ findungsgemäße Konditionierungsverfahren dadurch ge­ kennzeichnet, daß es umfaßt:

• - Vermengen des Gemischs unter Einführung einer kälteerzeugenden Flüssigkeit in den Rühr­ kessel,
• - Fortsetzen des Mischvorgangs bis zum Absen­ ken der Temperatur des Gemischs, bis dieses in einen nahezu kautschukartigen Zustand überführt ist,
• - das kontinuierliche Abziehen des Gemischs aus dem unteren Teil des Rührkessels unter Fort­ führung des Mischvorgangs,
• - das Überführen des abgezogenen Gemischs in einen Extruder,
• - und schließlich das Erzeugen eines kontinuier­ lichen Strangs mittels des Extruders, der dann eine Schneidvorrichtung durchläuft.

Ebenso ist Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung zur Ausführung des oben genannten Verfahrens, dadurch gekennzeichnet, daß diese umfaßt:

• - eine Mischvorrichtung mit einem Behälter, einer darin befindlichen Rührvorrichtung, einer Heiz­ vorrichtung, Mitteln zur Regulierung der Tempera­ tur sowie Mitteln zum Abstich im Behälterboden,
• - eine Düse zur Erzeugung von Kohlensäureschnee, angeordnet oben auf dem Behälter und bedient über ein Hahn, der wiederum über die Einrich­ tung zur Regulierung der Temperatur bedient wird,
• - und einen Extruder, der über die Abstichvorrich­ tung versorgt wird.

Verschiedene weitere Merkmale gehen aus der nachfolgen­ den Beschreibung hervor, die auf die beiliegenden Zeich­ nungen Bezug nimmt, die sich auf Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen, ohne diese zu be­ schränken.

Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Änderung der mecha­ nischen Eigenschaften der warmschmelzenden Klebstoffe kennzeichnet.

Fig. 2 ist ein erläuterndes Schema einer Einrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Fig. 3 und 4 sind Schemata, die zwei Varianten der Ausführung der Erfindung erläutern.

Wenn man die Entwicklung der mechanischen Eigenschaf­ ten von thermoplastischen Klebstoffen untersucht, die hier durch den globalen Term des Moduls M definiert sein sollen, in Abhängigkeit von der Temperatur T, erkennt man in Abhängigkeit von deren Kristallinitäts­ grad ein allgemeines Verhalten, wie es die Fig. 1 deutlich macht, die aus der Veröffentlichtung "GUIDE DES MATIERES PLASTIQUES EN MECANIQUE, Kapitel 1 "Structure et propri´t´s", Seite B6, CETIM 1976, stammt.

Diese Änderungen der mechanischen Eigenschaften kenn­ zeichnen den Zustand des Stoffs zwischen einer Tempe­ ratur des Übergangs in einen glasartigen Zustand T _g , unterhalb derer der Stoff sich im festen Aggregat­ zustand I befindet und einer Schmelztemperatur T _f jenseits derer der Stoff sich im flüssigen Aggregat­ zustand II befindet. Die Darstellung dieser verschiede­ nen Aggregatzustände liefert die Fig. 1, die für das gegebene Modul M die Änderung der mechanischen Eigen­ schaften verschiedener Stofftypen zusammenfaßt, die im Hinblick auf ihre Struktur klassifiziert sind und denen jeweils die Kurven C ₁ bis C ₄ entsprechen, wobei C ₁ ein Produkt mit erhöhter Kristallinität verkörpert, C ₂ ein Produkt mit mäßiger Kristallini­ tät, C ₃ ein Produkt mit geringer Kristallinität und C ₄ ein amorphes Produkt.

Es kann im allgemeinen davon ausgegangen werden, daß ein warmschmelzbarer Klebstoff ausgehend von einer Temperatur T _g in Abhängigkeit von der Erhöhung der Temperatur, die auf diesen einwirkt einen plasto­ elastischen Zustand III durchläuft, auf den ein kautschukartiger Zustand IV folgt, auf den wiederum ein viskoser Zustand V und schließlich wenn die Schmelztemperatur erreicht ist ein flüssiger Zu­ stand folgt.

Die Erfindung stützt sich auf diese nachfolgenden Veränderungen des stofflichen Zustands und schlägt ein Verfahren vor, daß das oben genannte Problem unter Berücksichtigung dieser Fakten löst.

Die verschiedenen Bestandteile eines thermoplastischen Klebstoffs werden in einen Rührkessel 1 eingebracht, der gemäß der Darstellung von Fig. 2 einen Behälter 2 aufweist in dem sich ein Rührer oder eine Mischvor­ richtung 3 befindet, mit z. B. einer horizontalen Ro­ tationsachse x-x′. Die Form des Behälters 2 sowie diejenige des Rührers 3 sind nicht Gegenstand der Erfindung und sind aus diesem Grunde in der Fig. 2 lediglich schematisch dargestellt. Der Rührer 3 wird normalerweise mit Hilfe einer Motor-Getriebe-Ein­ heit 4 in Rotation versetzt.

Das Gefäß 2 ist mit einer Heizvorrichtung versehen, so daß die in dem Gefäß befindlichen Komponenten erwärmt werden können. Es kann sich dabei um elek­ trische Widerstände im Gefäß handeln oder aber um eine wärmeübertragende Flüssigkeit, die zwischen dem Gefäß 2 und einem die Gefäßwand verdoppelnden Mantel zirkuliert. Diese Heizvorrichtung ist jedoch nicht Gegenstand der Erfindung.

Das Gefäß 2 weist im unteren Teil eine Extrusions­ vorrichtung 5 auf, die z. B. aus einer Schraube (Schnecke) besteht, die mit Hilfe einer eigenen Motor-Getriebe-Einheit 6 in kontinuierliche oder un­ terbrochene Rotation versetzt werden kann. Der Aus­ gang der Extrusionsschnecke 5 ist mit einem Mund­ stück oder mit einer Düse 7 versehen, deren Funk­ tion aus den nachfolgenden Ausführungen deutlich wird. Das Mundstück bzw. die Düse 7 setzt sich in einem starren Mantel 8 fort, der eine Fördervor­ richtung darstellt, zur Beförderung des extrudier­ ten Materials in Richtung auf eine Schneidvorrich­ tung 9.

Gemäß der Erfindung nimmt man zunächst die Aufhei­ zung der verschiedenen Komponenten vor, derart, daß man diese allmählich auf die Schmelztemperatur T _f bringt. Wenn diejenige Temperatur erreicht ist, daß sich das Komponentengemisch oberhalb der Über­ gangstemperatur T _g in den glasartigen Zustand be­ findet, wird der Rührer 3 in Drehung versetzt, um für die Durchmischung durch Kneten bzw. Vermengen der verschiedenen Komponenten zu sorgen, und somit, wenn die Temperatur T _f erreicht, ist ein flüssiges homogenes Gemisch zu erhalten.

Wenn sicher ist, daß eine homogene Mischung vor­ liegt, geht man erfindungsgemäß dazu über, mit Hilfe der Düse oder einer Drosselkammer 10, die oben auf dem Gefäß 2 angebracht ist, Kohlensäureschnee in das Gefäß 2 einzulassen. Die Drosselkammer 10 ist mit einem Injektionsrohr 11 ausgestattet, das über einen Hahn 12 mit einer Versorgungsleitung 13 für flüssiges Kohlendioxid in Verbindung steht.

Das Vermengen (Kneten) wird während der Zugabe des Kohlensäureschnees mit Hilfe des Rührers 3 fortge­ setzt, so daß eine allmähliche Abkühlung des Ge­ mischs erzielt wird, bis ein viskos elastischer oder kautschukartiger Zustand erreicht ist. Dieser Zustand wird durch Messung der Temperatur mittels einer Sonde 14, mit der das Gefäß 2 ausgestattet ist, festgestellt. Die Sonde 14 löst ein Relais 15 aus, das die Aufgabe hat, die Schließung des Hahns 12 zu veranlassen und gleichzeitig die Versorgung des Motors 6 vornimmt, um die Extrusionsschnecke 5 in Umdrehung zu versetzen.

Das abgekühlte Gemisch wird somit durch die Düse oder das Mundstück 7 gedrückt, so daß sich in der Fördervorrichtung 8 ein Strang 16 aus abgekühltem warmschmelzbaren Klebstoff bildet, der eine aus­ reichende mechanische Festigkeit aufweist, um ohne zu verziehen oder zu brechen den Beanspruchun­ gen beim Kriechen und den Reibungs- und/oder Zug­ kräften, denen er bei der Fortwärtsbewegung in Richtung auf die Schneidvorrichtung 9 ausgesetzt ist, standzuhalten.

Wenn es sich um einen warmschmelzbaren Klebstoff handelt, der bei der Extrusionstemperatur keine Klebstoffeigenschaften aufweist, wird der erzeugte Strang 16 direkt zu einer Granulationsmaschine oder Trennvorrichtung befördert, die Granulat, Stäbchen, Stangen, Tabletten usw. liefert, die dann direkt im Hinblick auf ihren Transport und die nachfolgen­ de Konditionierung gelagert werden können.

Wenn es sich um einen warmschmelzbaren Klebstoff handelt, der bei Raumtemperatur Klebstoffeigenschaf­ ten aufweist, wird der Strang 16 zunächst zu einer Umhüllungsvorrichtung 17 (Fig. 3) befördert, in der er einen Überzug aus einem absorbierenden und isolierenden Stoff erhält, wie z. B. aus Calcium­ carbonat oder einem pulverförmigen oder flüssigen Wachs. Das Ummanteln kann durch Eintauchen des Strangs 16 in ein Vorratsgefäß erfolgen, durch Auf­ bringen eines pulverförmigen Produkts oder auch durch jede andere der Natur des warmschmelzenden Klebstoffs entsprechende Methode. Der Strang 16, der auf diese Weise seine Sofortklebeeigenschaft verloren hat, wird dann mit Hilfe der Fördervor­ richtung 8 in Richtung auf die Schneidvorrichtung 9 befördert.

In der Regel umfaßt die Herstellung des warmschmelzen­ den Klebstoffs oder der Heißschmelzmassen (hot melts) eine Schmelze- und Rührphase bei der man eine Temperatur von im allgemeinen zwischen 100 und 220°C anwendet, je nach Art des Polymers, das man für die Zusammensetzung des Klebstoffs verwendet. Das Erreichen eines kautschuk­ artigen oder viskoelastischen Zustands, das in der Abkühlungs-Misch-Phase gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt wird, sollte ermöglichen nach der Extrusion einen Strang zu erhalten, der eine ausrei­ chende mechanische Festigkeit im Hinblick auf die nachfolgenden Handhabungen zeigt. Diese Bedingung kann man als erfüllt ansehen, wenn in der Misch-Abkühlungs­ phase die Temperatur des Gemischs auf zwischen 60 und 20°C abgesenkt wird.

Um mehr Weichheit (Geschmeidigkeit) zu erzielen, kann man bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zwei Gefäße 2 hintereinander schalten. In einem solchen Fall, umfaßt die Vorrichtung gemäß der Darstellung von Fig. 4 ein Gefäß 2 für den Schmelz-Misch-Vorgang, das mit den Bauelementen, wie sie oben beschrieben sind, versehen ist, abgesehen von der Kammer 10 und der Düse 7. Das Gefäß 2 ist so angeordnet, daß über den Ausgang seiner Schnecke 5 ein Einfülltrichter 18 des weiteren Gefäßes 2 a gespeist wird, wobei das Gefäß 2 a den gleichen Aufbau aufweist wie das Gefäß 2 und die Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, die zusätzlich den Index ª aufweisen. Dieses Gefäß 2 ª ist mit einer Kammer 10, den Einrichtungen 14, 15, der Düse 7 und der Fördervorrichtung 8 versehen.

Die Erfindung ist in keiner Weise auf die beschrie­ benen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können diese auf vielfältige Weise abgewandelt werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Aufbereitung von Schmelzklebern, die durch Mischung von n Komponenten in der Wärme erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte umfaßt:

• - Vermengen des Gemisches bei gleichzeitiger Ein­ führung einer kälteerzeugenden Flüssigkeit in den Rührkessel,
• - Fortsetzen des Mischvorgangs bis die Tempera­ tur des Gemisches soweit gesenkt ist, daß es in einen nahezu kautschukartigen Zustand über­ führt ist,
• - kontinuierliches Abziehen des Gemisches aus dem unteren Teil des Rührkessels unter Fortführung des Mischvorgangs,
• - Überführen des abgezogenen Gemisches in einen Extruder,
• - und Erzeugung eines kontinuierlichen Strangs mittels des Extruders, der anschließend eine Schneidvorrichtung durchläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die warme Mischung bis auf eine Tempe­ ratur zwischen 60°C und 20°C abgekühlt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gemisch durch Abzug von Kohlensäure gekühlt wird, die in flüssiger Form dem Rührkessel zugeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß man den aus dem Ex­ truder austretenden Strang einen Behälter passie­ ren läßt, in dem eine Ummantelung mit einem Stoff mit absorbierenden und isolierenden Eigen­ schaften erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ummantelung dadurch vorgenommen wird, daß man den Strang durch ein Bad mit einem pulverförmigen oder flüssigen Stoff hindurch­ gehen läßt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ummantelung dadurch erfolgt, daß man den Strang an Bestäubungsdüsen vorbeiziehen läßt.

7. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß sie aufweist:

• - einen Rührkessel mit einem Behälter (2), einer darin angeordneten Rührvorrichtung (3), Mitteln zur Aufheizung und Regulierung der Temperatur und Mitteln zum Abstich (5, 6), die im Boden des Behälters angeordnet sind,
• - eine Düse (10) zur Erzeugung von Kohlensäure­ schnee, die auf dem Behälter angeordnet ist und über einen Hahn (12) bedient wird, der von den Mitteln zur Regulierung der Temperatur (14, 15) gesteuert wird,
• - und einen Extruder (7), der über die Abstich­ vorrichtung versorgt wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Extruder am Ausgang der Abstichvor­ richtung angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß sie eine Vorrichtung zur Ummantelung (17) aufweist, die am Ausgang des Extruders an­ geordnet ist.