EP2125983A1 - Hitze-aktiviert verklebendes flächenelement - Google Patents

Hitze-aktiviert verklebendes flächenelement

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Publication number
EP2125983A1
EP2125983A1 EP08708586A EP08708586A EP2125983A1 EP 2125983 A1 EP2125983 A1 EP 2125983A1 EP 08708586 A EP08708586 A EP 08708586A EP 08708586 A EP08708586 A EP 08708586A EP 2125983 A1 EP2125983 A1 EP 2125983A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channel
adhesive
surface element
heat
bonding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08708586A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Husemann
Frank Hannemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tesa SE
Original Assignee
Tesa SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tesa SE filed Critical Tesa SE
Publication of EP2125983A1 publication Critical patent/EP2125983A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00—Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/40—Adhesives in the form of films or foils characterised by release liners
    • C09J7/403—Adhesives in the form of films or foils characterised by release liners characterised by the structure of the release feature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09J7/30—Adhesives in the form of films or foils characterised by the adhesive composition
    • C09J7/35—Heat-activated
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
    • Y10T428/24628—Nonplanar uniform thickness material
    • Y10T428/24661—Forming, or cooperating to form cells

Definitions

  • the invention relates to a heat-activated bubble-free bonding surface element with at least one heat-activable adhesive having at least one side surface which is aligned parallel to the main extent of the surface element and adapted for bonding the surface element with a substrate, and a method for producing a such heat-activated bubble-free bonding surface element. Furthermore, the invention relates to a method for producing a bubble-free bonding by means of such a heat-activated bubble-free adhesive surface element.
  • adhesions are often used, by means of which compounds are obtained whose properties can be selectively controlled by the choice of the adhesives used.
  • Usual is the use of single-sided or double-sided adhesive surface elements such as adhesive labels, adhesive tapes, adhesive films and the like.
  • Adhesive articles of this kind have adhesive layers of adhesive compositions on one side surface or on both side surfaces, that is to say surface adhesive coatings or adhesive films by means of which adherence of the adhesive article to the substrate is to be achieved, ie on the substrate or the adhesive base.
  • highly specific adhesives has the consequence that many of the systems used as adhesives require special measures for processing, so that the desired bonding can actually be obtained.
  • Reversible heat-activatable adhesives are, for example, those based on thermoplastic polymers, whereas, for example, reactive adhesives are used as irreversible adhesives in which thermally activatable chemical reactions occur, for example crosslinking reactions, so that they are particularly suitable for the permanent high-strength bonding of substrates.
  • the fluid Since the fluid is released in each case in the context of equilibrium reactions, it can not escape at once, but rather is generated in the adhesive during the entire bonding process and then accumulates at the bonding plane between the adhesive and the substrate, ie at the adhesive surface.
  • the fluid accumulations occur there usually in the form of bubble-like inclusions, which reduce the size of the bond area and also mechanically lift the adhesive, so that the strength of the bond is reduced overall.
  • the deterioration of the bonding stability is, of course, the more pronounced the thicker the coating of the adhesive applied to the substrate and the greater the amount of fluid thus produced during activation.
  • An object of the present invention is therefore to provide a heat-activated adhesive surface element which eliminates these disadvantages and which in particular ensures a bubble-free bonding in a simple manner.
  • a surface element of the type mentioned in which the side surface comprises a channel element which comprises at least one adapted for transporting a fluid channel, wherein the at least one channel is recessed open to the side surface in the side surface and continuously from a Edge portion of the side surface extends to a further edge portion of the side surface.
  • the surface element has a planar design, that is to say that its height extent is small with respect to one or both side expansions.
  • a thread-like surface element whose length is substantially greater than the height and width thereof
  • a band-shaped surface element whose length and width substantially greater than its height, wherein in addition its length is greater than its width, and in a film or label-like surface element Length and width substantially greater than its height, the length and width of which are approximately the same order of magnitude.
  • the plane of the surface element along its length and width corresponds to the main extent of the surface element.
  • such a surface element generally has two side surfaces that are aligned parallel to the major extent of the surface element.
  • a bondable surface element is provided with an adhesive layer whose outer side is connected to the substrate.
  • the adhesive layer comprises at least one heat-activatable adhesive which, when activated, is at the activation temperature, at a temperature above the
  • Room temperature to build a high bond strength to the surface of the substrate is capable of and maintains this high bond strength after activation even at temperatures below the activation temperature, for example at room temperature.
  • the side surface is then in direct contact with the surface of the substrate and forms together with this part of the substrate, the surface of the bond, so the bonding plane.
  • a special embodiment of the one side surface of the surface element is now provided by at least one channel element being arranged there. If a gaseous or liquid fluid is present between the adhesive layer and the substrate and forms a bubble, the channel element makes it possible to move this fluid from the interior of the bonding plane to its edge. Transport of fluid (ie, the removal of the fluid) from the bonding plane is accomplished by creating a pressure differential between the interior and exterior of the fluid-filled bladder, such as in the form of external pressure during strikeout, due to the inherent stress of the adhesive layer, or additional Carrier or when applying a vacuum to the volume outside the bladder. As a result of this pressure differential, the fluid present in the bladder within the channel member is exhausted toward the lower total pressure location.
  • the channel element comprises at least one channel which extends in the bonding plane parallel to the main extent and adapted for transporting the fluid through this channel, so that the fluid can then be transported over the channel without the surface element lifts and there to A local separation of the bond comes when the surface element has been bonded to the substrate.
  • the at least one channel is recessed open into the side surface and thus exposed to the side surface, so that any fluid accumulations, which are located in the interface between the substrate and the surface element, enter the channel and so also on this channel to Edge of the surface element can be transported.
  • the at least one channel runs continuously from one edge section of the side face to another edge section of the side face, so that the fluid transported to the edge of the plane element can leave the channel at an edge region and is thus permanently removed from the bonding plane in a simple manner.
  • the channel element has a multiplicity of channels. In this way, it is possible to derive a large amount of fluid quickly and in a particularly simple manner from the bonding plane between the adhesive and the substrate to the edge of the surface element. This is about then Advantage, if within a short period of time a larger amount of fluid in the
  • Bonding layer forms or accumulates and this is therefore easy to remove so as not to affect the strength of the bond as a whole permanently.
  • the channels are interconnected via one or more crossing points.
  • the channels are interconnected via one or more crossing points.
  • the channels have a substantially equal depth and a substantially equal width.
  • a heat-activated adhesive surface element is obtained, which is particularly uniformly resilient, so that it is avoided that a point tears preferentially under uneven loading of the surface element.
  • the channels have different depths and / or different widths, so that the surface element contains, for example, very small, small, medium, large and very large channels.
  • mechanically less loadable sections are created on the surface element by introducing channels with very large dimensions, at which the surface element preferably tears under uneven loading and would not exist in an arrangement of uniformly medium-sized channels. Nevertheless, in this way a stable surface element can be obtained, since overall the number of medium, large and very large channels can be kept low.
  • the width of a channel is at least 100 nm and at most 2 mm.
  • the formation of such small structures with conventional manufacturing techniques consuming and therefore economically not useful.
  • Total area of the channel element in the side surface makes up more than 2% of the total area of the side surface and at most 65% of the total area of the side surface, preferably more than 5% of the total area of the side surface. If the channel element has a total area of less than 2% of the total area of the side surface, then there are only a few channels with a small width overall, so that the
  • the surface element may also comprise a permanent support. As a result, the surface element is given a high overall resilience to mechanical effects.
  • the surface element may have a second side surface, which is arranged opposite the previously described side surface, which is aligned parallel to the main extent of the surface element and which is also adapted for bonding the surface element to a second substrate.
  • this second side surface may have a second channel element which comprises at least one channel adapted for transporting the fluid, which is recessed into the second side surface open towards the second side surface and runs continuously from one edge section of the second side surface to a further edge section of the second side surface.
  • the surface element comprises a temporary carrier which has a raised ridge element which is designed to be complementary to the at least one channel and which engages in the at least one channel.
  • a temporary carrier which has a raised ridge element which is designed to be complementary to the at least one channel and which engages in the at least one channel.
  • this embodiment simplifies the production of the channel element in the adhesive layer, in that the channel element can be produced with the aid of the temporary carrier in a shaping step.
  • this embodiment also provides a particularly simple method for producing the heat-activated bubble-free bonding surface element, in which a heat-activatable adhesive is applied to an upper side of the temporary support such that the ridge elements on the top of the temporary support during application of the adhesive on the temporary carrier in the adhesive form the channel element formed complementary to the ridge elements and thereby engage in the at least one channel of the channel element.
  • the channel element can be produced in a simple manner using the temporary carrier and the burr elements arranged thereon as a casting mold or embossing die without having to carry out separate structuring steps on the adhesive layer.
  • the second channel element can also be embossed onto the second side of the planar element without a separate structuring step by finally winding the surface element connected to the temporary carrier on a roll in such a way that the heat is transferred to a roller.
  • activatable adhesive on the second side surface of the surface element thereby pressed against a second ridge element on a second, the above-described top side opposite top of the temporary carrier whereby the complementary to the second ridge element formed second channel element is embossed into the adhesive and in the at least one channel engages the second channel element.
  • a method for producing a bubble-free bond by means of the previously described heat-activated bubble-free adhesive surface element is therefore proposed. So far, it is customary to promote the accumulating in the connection plane fluid under strong pressure to the edge of the surface element out. This method has some drawbacks in practice, since the pressure to be applied, which is required for fluid transport, must be large enough to temporarily loosen the hot-state bonding locally during the passage of the fluid and then re-bond it
  • a further object of the invention is therefore to provide a method which eliminates the disadvantages mentioned and, in particular, enables a simplified fluid transport along the bond plane, without resulting in a reduction of the bond strength.
  • This object is achieved by a method in which the surface element is applied under pressure to the substrate in a hot lamination step in such a way that fluid trapped in the bonding surface between the surface element and the substrate is conducted away from the bond surface via the channel element.
  • the heat-activated adhesive is formed and also adapted for a bubble-free connection.
  • a bubble-free connection is any full-surface bonding to a substrate in which no bubbles are present in the bond plane, and this can be achieved without aftertreatment, or at most with very simple aftertreatment.
  • the surface element according to the invention is adapted to at least one of the two parallel to the main extent of the surface element aligned side surfaces, optionally on both side surfaces, for bonding the surface element to the substrate.
  • Such an adaptation includes any measure required for bonding, such as the arrangement of an adhesive directly and accessible on this side surface as well as the selection of an adhesive and adhesive coating adapted to the specific substrate, for instance by means of a roughness of the surface of the substrate sufficient thickness of the adhesive layer or adapted to form a large bond strength with the substrate composition of the adhesive can be achieved.
  • Suitable heat-activatable adhesives are all customary heat-activatable adhesives. Such adhesives may have different polymer structures. Below are just some examples of some typical
  • Such monomers are, for example, acrylic monomers comprising acrylic and methacrylic acid esters having alkyl groups consisting of 1 to 14 carbon atoms.
  • Other usable monomers also in small amounts as an additive to the main monomer in question, are
  • Examples of such further monomers are hydroxyethyl acrylate, hydroxypropyl acrylate, hydroxyethyl methacrylate, hydroxypropyl methacrylate, allyl alcohol, maleic anhydride, itaconic anhydride, itaconic acid, acrylamide and glyceridyl methacrylate, benzyl acrylate, benzyl methacrylate, phenyl acrylate, phenyl methacrylate, t-butylphenyl acrylate, t-butylphenyl methacrylate, phenoxyethyl acrylate, phenoxyethyl methacrylate, 2-butoxyethyl methacrylate, 2-butoxyethyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminoethyl acrylate, diethylaminoethyl methacrylate, diethylaminoethyl acrylate, cyano
  • aromatic vinyl compounds wherein the aromatic nuclei are preferably C4 to C18 building blocks and may also contain heteroatoms such as styrene, 4-vinylpyridine, N-vinylphthalimide, methylstyrene, 3,4-dimethoxystyrene or 4 - Vinylbenzoic acid, although this list is not exhaustive.
  • the monomers are chosen so that the resulting polymers can be used as heat-activatable adhesives.
  • the monomers are selected in accordance with the above, and the quantitative composition of the monomer mixture is chosen such that the desired T G, A value for the polymer according to equation (G1) in analogy to the equation presented by Fox (see TG Fox, Bull. Am. Phys. Soc., 1 (1956) 123) as follows:
  • n the running number over the monomers used
  • w n the mass fraction of the respective monomer n (in% by weight)
  • T G the respective glass transition temperature of the homopolymer from the respective monomer n (in K).
  • the adhesives may also be based on polyolefins, in particular poly- ⁇ -olefins, whose softening range is above 30 0 C and which solidify again during cooling after bonding.
  • polyolefin-based adhesives have about static glass transition temperatures T GA or melting points T S, A SUS a range between 35 0 C and 180 0 C.
  • the adhesive power of these polymers can be further increased by targeted addition.
  • polyimide or polyvinyl acetate copolymers can be used as adhesion-promoting additives for this purpose.
  • the static glass transition temperature T GA or the melting point T S, A for the heat-activable adhesive is further limited. If the temperature is too low, there is a risk that the surface element already softens during delivery or during transport at elevated temperatures and merges with underlying webs, so that the surface element can not be detached.
  • the molecular weight and the composition of the comonomers can be varied. In order to set a low static glass transition temperature T G, A or a low melting point T S, A , for example, polymers with a medium or low
  • Polyethylene and polyethylene copolymers can be applied, for example, as aqueous dispersions in the form of a layer.
  • the composition of the particular mixture to be used in turn depends on the desired static glass transition temperature T G, A or the desired melting point T S, A of the resulting heat-activable adhesive.
  • a heat-activatable adhesive can also be formed on the basis of elastomeric base polymers and at least one modification resin.
  • elastomeric base polymer it is possible to use all suitable elastomeric polymers, for example rubbers, nitrile rubbers, epoxidized nitrile rubbers, polychloroisoprenes and polyacrylates.
  • the rubbers may be natural rubbers or synthetic rubbers.
  • synthetic rubber are all conventional synthetic rubber systems in question, such as those based on
  • Polyvinyl butyral polyvinyl formal, nitrile rubbers, nitrile butadiene rubbers, hydrogenated nitrile butadiene rubbers, polyacrylate rubbers, chloroprene rubbers, ethylene-propylene-diene rubbers, methyl-vinyl silicone rubbers, fluorosilicone rubbers, tetrafluoroethylene-propylene copolymer rubbers, butyl rubbers or styrene
  • Butadiene rubbers The synthetic rubbers are usually chosen so that they have a softening or glass transition temperature from a temperature range of -80 0 C to 0 0 C.
  • nitrile butadiene rubbers include Europrene TM from Eni Chem, or Krynac TM from Bayer, or Breon TM and Nipol N TM from Zeon.
  • Polyvinylformals may be obtained, for example, as Formvar TM from Ladd Research.
  • Polyvinyl butyrals are available as Butvar TM from Solutia, under Pioloform TM from Wacker and under Mowital TM from Kuraray.
  • hydrogenated nitrile butadiene rubbers for example, the products Therban TM from Bayer and Zetpol TM from Zeon are available.
  • Polyacrylate rubbers are, for example, commercially available as Nipol AR TM from Zeon.
  • Baypren TM from Bayer is available as chloroprene rubbers.
  • Ethylene-propylene-diene rubbers can be obtained, for example, as Keltan TM from DSM, as Vistalon TM from Exxon Mobil and as Buna EP TM from Bayer.
  • Methyl vinyl silicone rubbers are available as Silastic TM from Dow Corning and Silopren TM from GE Silicones.
  • fluorosilicone rubber for example, Silastic TM GE Silicones in question.
  • Butyl rubbers are available as Esso Butyl TM from Exxon Mobil.
  • Buna S TM from Bayer Europrene TM from Eni Chem and Polysar S TM from Bayer can be used.
  • thermoplastic polymers are preferably selected from the group of the following polymers: polyurethanes, polystyrenes, acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymers, polyesters, hard polyvinyl chlorides, flexible polyvinyl chlorides, polyoxymethylenes, polybutylene terephthalates, polycarbonates, fluorinated polymers such as polytetrafluoroethylene, polyamides, ethylene vinyl acetates, Polyvinyl acetates, polyimides, polyethers, copolyamides, copolyesters, polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polybutene, polyisobutene and poly (meth) acrylates.
  • the thermoplastic polymers are usually so chosen to have a softening or glass transition temperature of one
  • Modification resins which can be used are all resins which influence the adhesive properties of the adhesive, in particular the adhesive force-increasing resins and
  • Reactive resins As the adhesive force-increasing resin, any known tackifier resins can be used.
  • the proportion of the modification resins to the adhesive is usually between 25 and 75 wt .-%, based on the mass of the total mixture of elastomeric polymer and modification resin.
  • thermoplastic material (soluble) resins can be used, in particular aliphatic, aromatic or alkylaromatic hydrocarbon resins, hydrocarbon resins based on pure monomers, hydrogenated hydrocarbon resins, functional hydrocarbon resins and natural resins.
  • the adhesive may comprise a reactive resin which is capable of crosslinking with itself, with other reactive resins and / or with the at least one nitrile rubber of the adhesive.
  • Reactive resins in an adhesive affect the adhesive properties of this adhesive as a result of chemical reactions.
  • all conventional reactive resins can be used as reactive resins, for example epoxy resins, phenolic resins, terpene-phenolic resins, melamine resins, resins with isocyanate groups or mixtures of these resins.
  • the epoxy resins comprise the entire group of epoxy compounds.
  • the epoxy resins may be monomers, oligomers or polymers.
  • Polymeric epoxy resins can aliphatic, cycloaliphatic, aromatic or heterocyclic nature.
  • Epoxy resins usually have at least two epoxide groups which can be used for crosslinking.
  • the molecular weight of the epoxy resins varies from 100 g / mol to at most 10,000 g / mol for polymeric epoxy resins.
  • the epoxy resins include all common epoxides, such as the reaction product of bisphenol A and epichlorohydrin, the reaction product of phenol and formaldehyde (called novolak resins) and epichlorohydrin, glycidyl ester or the reaction product of epichlorohydrin and p-aminophenol.
  • Such epoxy resins are commercially available, for example, as Araldite TM 6010, CY-281 TM, ECN TM 1273, ECN TM 1280, MY 720, RD-2 from Ciba Geigy, as DER TM 331, DER TM 732, DER TM 736, DEN TM 432, DEN TM 438, DEN TM 485 from Dow Chemical, as Epon TM 812, 825, 826, 828, 830, 834, 836, 871, 872,1001, 1004, 1031 etc. and as HPT TM 1071, HPT TM 1079 the latter from Shell Chemical.
  • Examples of commercial aliphatic epoxy resins are, for example, vinylcyclohexanedioxides such as ERL-4206, ERL-4221, ERL 4201, ERL-4289 or ERL-0400 from Union Carbide Corp.
  • novolac resins which can be used are Epi-Rez TM 5132 from Celanese, ESCN-001 from Sumitomo Chemical, CY-281 from Ciba Geigy, DEN TM 431, DEN TM 438, Quatrex 5010 from Dow Chemical, RE 305S from Nippon Kayaku, Epiclon TM N673 from DaiNipon Ink Chemistry or Epikote TM 152 from Shell Chemical.
  • phenolic resins conventional phenolic resins may be used, such as YP 50 from Toto Kasei, PKHC from Union Carbide Corp. or BKR 2620 from Showa Union Gosei Corp. Phenolic resole resins can also be used as reactive resins, alone or in combination with other phenolic resins.
  • terpene phenolic resins all conventional terpene phenolic resins can be used, for example NIREZ TM 2019 from Arizona Chemical.
  • Melamine resins can be any of the common melamine resins, such as Cymel TM 327 and 323 from Cytec.
  • resins with isocyanate groups there can be used conventional resins functionalized with isocyanate groups, for example Coronate TM L from Nippon Polyurethane Ind., Desmodur TM N3300 or Mondur TM 489 from
  • the adhesive may optionally also contain crosslinkers and accelerators.
  • Suitable accelerators are any suitable accelerators known to those skilled in the art, such as imidazoles, commercially available as 2M7, 2E4MN, 2PZ-CN, 2PZ-CNS, P0505 and L07N from Shikoku Chem. Corp. and as Curezol 2MZ from Air Products, as well as amines, especially tertiary amines.
  • Suitable crosslinkers are all suitable crosslinkers known to the person skilled in the art, for example hexamethylenetetramine (HMTA).
  • the adhesive may optionally also contain further constituents, for example plasticizers, fillers, nucleating agents, blowing agents, adhesion-increasing additives and thermoplastic additives, compounding agents and / or anti-aging agents.
  • plasticizers for example plasticizers, fillers, nucleating agents, blowing agents, adhesion-increasing additives and thermoplastic additives, compounding agents and / or anti-aging agents.
  • plasticizers it is possible to use all suitable plasticizers known to the person skilled in the art, for example those based on polyglycol ethers, polyethylene oxides, phosphate esters, aliphatic carboxylic esters and benzoic esters, aromatic carboxylic esters, relatively high molecular weight diols, sulfonamides and adipic acid esters.
  • Fillers which can be used are all suitable fillers known to the person skilled in the art, for example fibers, carbon black, metal oxides such as zinc oxide and titanium dioxide, chalk, silicic acid, silicates, solid spheres, hollow spheres or microspheres made of glass or other materials.
  • anti-aging agents it is possible to use all suitable anti-aging agents known to the person skilled in the art, for example those based on primary and secondary antioxidants or light stabilizers.
  • adhesion-increasing additives it is possible to use all suitable adhesion-increasing additives known to the person skilled in the art, for example polyvinylformal, polyvinylbutyral, polyacrylate rubber, chloroprene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, methyl-vinyl-silicone rubber, fluorosilicone rubber, tetrafluoroethylene.
  • polyvinylformal polyvinylbutyral
  • polyacrylate rubber chloroprene rubber
  • ethylene-propylene-diene rubber methyl-vinyl-silicone rubber
  • fluorosilicone rubber fluorosilicone rubber
  • tetrafluoroethylene tetrafluoroethylene
  • Propylene copolymer rubber butyl rubber or styrene-butadiene rubber.
  • Polyvinylformals are available on Formvar TM from Ladd Research. Polyvinyl butyrals are available as Butvar TM from Solutia, under Pioloform TM from Wacker and under Mowital TM from Kuraray. Polyacrylate rubbers are available under Nipol AR TM from Zeon. Chloroprene rubbers are available under Baypren TM from Bayer. Ethylene-propylene-diene rubbers are available under Keltan TM from DSM, under Vistalon TM from Exxon Mobil and under Buna EP TM from Bayer. Methyl vinyl silicone rubbers are available from Silastic TM from Dow Corning and Silopren TM from GE Silicones.
  • Fluorosilicone rubbers are available under Silastic TM from GE Silicones. Butyl rubbers are available under Esso Butyl TM from Exxon Mobil. Styrene-butadiene rubbers are available under Buna S TM from Bayer, Europrene TM from Eni Chem, and Polysar S TM from Bayer.
  • thermoplastic additives it is possible to use all suitable thermoplastics known to the person skilled in the art, for example thermoplastic materials from the group of polyurethanes, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymers, polyesters, hard polyvinyl chlorides, flexible polyvinyl chlorides, polyoxymethylenes, polybutylene terephthalates, polycarbonates, fluorinated Polymers such as polytetrafluoroethylene, polyamides, ethylene vinyl acetates, polyvinyl acetates, polyimides, polyethers, copolyamides, copolyesters, poly (meth) acrylates and polyolefins such as polyethylene, polypropylene, polybutene and polyisobutene.
  • thermoplastic materials from the group of polyurethanes, polystyrene, acrylonitrile-butadiene-styrene terpolymers, polyesters, hard polyvinyl chlor
  • the adhesive force of the heat-activated adhesive surface element can be increased by further targeted addition, for example by using polyimine copolymers and / or polyvinyl acetate copolymers as adhesion-promoting additives.
  • the surface element comprises at least one channel element on the side surface.
  • This channel element has one or more channels, which may have any suitable arrangements, so that in the simplest case, the channel element thus consists of only a single channel.
  • a channel is meant any substantially elongated groove-like depression, which is suitable for fluid removal.
  • the channel cross section may have all the usual profiles, such as a semicircle, a half oval, a triangle, a rectangle or square, a trapezoid, an irregular shape or the like.
  • the channel or channels are in this case embedded in the adhesive layer, so that the inner
  • Cavity of each channel is exposed on the side surface and is accessible from the side surface. In this way, any fluid that is present in the bonding between the adhesive on the side surface and the surface of the substrate, from there into the at least one channel can get in directly.
  • the at least one channel runs continuously from one edge section of the side face to a further edge section of the side face.
  • each region in an outer edge side surface of the surface element which is arranged substantially perpendicular to the main extent of the surface element.
  • To such edge side surfaces such a channel is not delimited by a wall, but rather open.
  • any fluid can escape via the opening in the edge side surface from the channel space formed by the channel and the substrate surface during the bonding and thus leave the surface element and the bonding plane permanently.
  • the arrangement is of one
  • a channel is considered in which fluid transport may be from one end of the channel to a second end of the channel. At this second end, the fluid can then either leave the surface element directly or be forwarded into further channels, which are connected to the channel and over which it can then leave the surface element.
  • the term “continuous” includes a plurality of channels not connected to each other with blind end sections, through which fluid can be transported only to one open end of each channel, but at least two different edge sections on the outer edge side surfaces of the surface element having such openings at least one channel only has to pass through it until any fluid has been removed from the bonding plane during the bonding of the surface element on the substrate and a bubble-free bond is obtained, after which the channel can either continue to be continuous or become impassable, for example because of this a later viscous flow of the adhesive completely or locally clogged.
  • these can have any suitable geometries. For example, a plurality of parallel mutually extending channels, which are not connected to each other, form the channel element.
  • the channel element may also consist of a multi-branching channel forming a dendrimeric or branched channel system.
  • other arrangements of the channels are also possible, so that, for example, also network or grid-like channel arrangements can form a channel system according to the invention.
  • channels are connected to one another via one or more crossing points, so that the fluid conveyed via the channel element can pass from one channel to another channel.
  • the channel element may also have multiple channel systems side by side.
  • FIGS. 1 to 4. Some typical examples of structures of a channel element according to the invention are shown schematically in FIGS. 1 to 4. Show it
  • Fig. 3 shows a third structure of the channel element
  • the major extent of the surface element is in each case parallel to the representation plane, and the outer edge side surfaces of the rectangular surface element are reproduced as thin outer boundary lines.
  • the thicker black lines represent the arrangement of the channels within the channel element, respectively, and the white areas thus represent the adhesive areas of the side surface of the area element that are in contact with the substrate.
  • a coherent lattice-like structure of a plurality of interconnected channels is shown, which meet at the intersection points at right angles to each other. All channels of this structure have the same width,
  • FIG. 2 likewise shows a coherent lattice-like structure comprising a plurality of interconnected channels.
  • the structure reproduced here is constructed irregularly with respect to that of FIG. 1, so that the channels meet at different points and distances at the crossing points. Also in this structure all channels have the same width.
  • a non-contiguous structure of a plurality of individual channels is shown, which are arranged in a preferred direction. Also, this structure is irregular, so that the channels have partial curves with different radii of curvature. Also in this structure all channels have the same width.
  • FIG. 4 shows a coherent grid-like structure made up of a plurality of interconnected channels which meet at right angles to each other at the points of intersection. In contrast to the structure of FIG. 1, however, the channels of this structure have different widths.
  • channel elements according to the invention can also be constructed trapezoidal, triangular or the like.
  • the channels may have any suitable dimensions;
  • the channels may have a substantially equal depth and a substantially equal width, or different channels may have different depths and / or different widths.
  • the latter embodiment comprises systems with bimodal, trimodal or polymodal channel dimensions in which there are two different, three different or many different channel cross sections.
  • the maximum depth of a channel is thereby limited by the thickness of the adhesive layer, whereas the width of a channel is at least 100 nm and at most 2 mm.
  • the total area of the channel element lying on the side surface should account for more than 2% of the total area of the side surface of the surface element and at most 65% of the total area of the side surface of the surface element, preferably more than 5% of the total area of the side surface.
  • the channels must also be adapted for transporting a fluid. This includes any necessary and / or effective action that enables or enhances fluid transport through the channels of the channel member. This may for example be an adaptation of the geometry of the channel, such as an adjustment of the dimensions of the channel or an adjustment of the shape of the cross section of the channel, as well as an adjustment of the nature of the channel walls. The latter is necessary, for example, if the adhesive is to be heated to such high temperatures for activation that the viscosity of the adhesive decreases sharply.
  • the surface element may comprise a permanent carrier or may be formed without a carrier.
  • a carrier-free training such as a transfer adhesive tape with two different adhesives or with only one adhesive, is useful if the surface element is to have a total as small a height as possible, such as in bonding in the miniature area.
  • the training with an additional carrier for example, particularly favorable when a particularly high mechanical stability of the surface element is required, such as highly loaded compounds and to improve the punchability when using surface elements as stampings.
  • Such a permanent carrier can be made of any materials known to those skilled in the art, for example, polymers such as polyester, polyethylene, polypropylene including modified polypropylene such as biaxially oriented polypropylene (BOPP), polyamide, polyimide, polyvinyl chloride or polyethylene terephthalate, as well as natural products; These can be used as woven, knitted, non-woven, nonwovens, papers, foams, films and be formed or the like of combinations thereof, such as laminates or
  • a permanent carrier when used, it can be provided on one or both sides with an adhesion promoter, a so-called "primer".
  • Conventional primer systems can be used as such adhesion promoters, for example heat-seal adhesives based on polymers such as ethylvinyl acetate or functionalized ethylvinylacetates or also reactive polymers.
  • functional groups it is possible to use all customary adhesion-promoting groups, for example epoxide, aziridine, isocyanate or maleic anhydride groups.
  • the adhesion promoters may also be accompanied by additional crosslinking components, for example melamine resins or melamine-formaldehyde resins.
  • adhesion promoters based on polyvinylidene chloride and copolymers of vinylidene dichloride, in particular with vinyl chloride are well suited (for example Saran from the Dow Chemical Company).
  • the surface element can be equipped either on one side or on both sides adhesive, that is, either only one of the aligned parallel to the main extent of the surface element side surfaces is equipped with an adhesive layer or in addition, the second side surface, in the surface element on the one side surface opposite lying side.
  • the adhesives of the adhesive layers on the two side surfaces may in the latter case be identical or different, depending on the intended use and the substrates to be bonded.
  • an inventive surface element could also represent a carrier-free transfer adhesive tape, which consists of a single adhesive in an adhesive layer.
  • the second adhesive layer may also be suitable
  • Channel element wherein the second channel element may be identical or different from the first channel element.
  • the blended adhesive is applied to a support.
  • the application of the adhesives can directly on the
  • Surface element can be performed - for example, on a permanent support or another, surface spreading adhesive layer.
  • the application may also be indirect, such as using a temporary carrier such as a process liner or a release liner.
  • temporary carrier it is possible to use all temporary carriers known to the person skilled in the art, for example release films, release coatings or release papers.
  • Release films are, for example, adhesion-reduced films based on polyethylene, polypropylene (also oriented polypropylene such as biaxially oriented polypropylene), polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyvinyl chloride, polyester, polyimide or mixtures of these materials.
  • Release varnishes are often silicone varnishes or fluorinated varnishes to reduce adhesion.
  • release papers all known to those skilled suitable release papers, such as those based on high-pressure polyethylene (LDPE) produced in low pressure polyethylene (HDPE), glassine or glassine.
  • the release agent may be additionally equipped with a release layer for further adhesion reduction.
  • Suitable for a release layer are all customary materials known to the person skilled in the art, for example silicone release lacquers or fluorinated release lacquers.
  • one of the two sides of such a release liner to be coated has a lower release force than the other side, so that the adhesive adheres better on this one side.
  • rewinding of the adhesive can be avoided during the unwinding of surface elements mounted on rollers, since it is easier to detach from the other side than from one side.
  • the application of the adhesive to the surface element is carried out by conventional methods by means of conventional devices, such as a melt nozzle or an extrusion die.
  • the surface element is coated on one side with the adhesive.
  • a sheet-like adhesive coating obtained in this way from the applied adhesive can cover the surface element on one side over the entire surface or can only be applied locally.
  • the adhesive can be applied from a solution.
  • Solvents which are preferably used are solvents in which at least one of the components of the adhesive has good solubility.
  • any solvent present may be removed, for example in a concentration extruder under reduced pressure.
  • single-screw extruders or twin-screw extruders can be used which distill off the solvent in the same vacuum stage or in different vacuum stages and optionally have a preheating of the feed.
  • the adhesive can be applied to one side of a carrier and in a second step, the same or a different adhesive to the other side of the carrier.
  • the one or more adhesives may also be applied to a release agent in a first step and the same or another adhesive in a second coating step from the solution or melt directly to the one adhesive, not the release agent covered side of an adhesive. In the latter way, a carrier-free surface element is obtained, for example a transfer adhesive tape.
  • both adhesive layers are first applied separately to a temporary carrier or a release agent and then joined together in a subsequent step.
  • two adhesive coatings applied to temporary substrates can be laminated directly to one another in a hot lamination process under pressure and temperature, for example by means of a hot roll laminator with one or two heated rolls.
  • both adhesive layers can also be joined directly to each other or to a common carrier in a common process step, for example as part of a coextrusion.
  • the channel element can be introduced in a final step into the surface of the adhesive on the side surface of the surface element by means of conventional structuring methods, such as lithographic processes, wet chemical etching, laser ablation, galvanic process steps or a mechanical process, such as milling or embossing external stamp or embossing rollers.
  • conventional structuring methods such as lithographic processes, wet chemical etching, laser ablation, galvanic process steps or a mechanical process, such as milling or embossing external stamp or embossing rollers.
  • the channel element is transferred to the heat-activatable adhesive via a corresponding inverse or complementary formation of the temporary carrier.
  • a temporary carrier has a raised ridge element which is designed to be complementary to the at least one channel and which engages in the at least one channel.
  • the adhesive may also be applied as an at least partially liquid substance - that is, in a molten state or as a monomer or partially polymerized precursor before crosslinking - onto the structured temporary support and transferred there to the more solid state (such as by cooling or cooling) Post-crosslinking), so that the channel element is formed in this shaping casting step upon solidification of the adhesive in the side surface.
  • the topography of the temporary carrier may in this case be designed in accordance with the channel systems described above and have contiguous elevations as a ridge element, which may have any desired structure, such as round or angular. These surveys occupy at least 2% and at most 65% of the total area of the temporary carrier, preferably more than 5% thereof.
  • the non-raised surface of the temporary carrier may have all the usual structures, with planar formation being practical for most applications. However, according to the desired surface finish of the adhesive layer or easier removability of the temporary support from the adhesive layer, the planar surface may also have a microroughness, but then below the height of the
  • the at least one burr element can be applied to the surface of the temporary carrier by any shaping and shape-changing methods.
  • the structure of the ridge element can be embossed into the surface of the temporary carrier by means of an embossing roller, this embossing optionally being carried out at high temperatures.
  • the at least one burr element can also be produced by other methods, for example in lithographic processes, wet-chemical etching, laser ablation, in galvanic process steps or a mechanical process, for example by means of a milling device. If it is intended to apply a release lacquer to the temporary support to be more easily peeled from the adhesive for use, the release lacquer may be applied either prior to the formation of the structure of the fin element or after the formation of the structure.
  • the release coating can also be used to produce the ridge element, for example, by the paint after the application forms the ridge element itself.
  • the temporary carrier can have on one side such a burr element, so that for a double-sided glued surface element each side surface of the surface element must be provided with its own temporary support (so-called double-liner product).
  • both sides of the temporary carrier can each have a ridge element or a plurality of ridge elements, so that only a single double-sided structured temporary carrier is required for a double-sided adhesive surface element (so-called single-liner product).
  • the production of the channel element via a temporary carrier provided with at least one burr element can be carried out in any suitable manner.
  • the adhesive can be applied directly to the surface of the temporary carrier and thereby form the channel element.
  • the application of the adhesive can be carried out from aqueous or organic solution, wherein any solvent residues can be removed in a drying line, such as a heating channel or IR channel.
  • the heat-activatable adhesive assumes the structure of the channel element complementary to the structure of the ridge element.
  • the heat-activatable adhesive can also be applied from the melt to the structured temporary carrier.
  • the channel element in this case can only be formed in the adhesive if the viscosity of the molten adhesive is low. In the case of a high viscosity of the melt, this can additionally require impressing the flash element into the adhesive with subsequent pressing of the temporary backing onto the adhesive, for example by means of pressure rolls or pressure rolls.
  • the heat-activatable adhesive may also be clad on the structured temporary carrier.
  • the lamination In order to transfer the structure from the burr element to the adhesive under these conditions, the lamination must be carried out under pressure, for example using one or more laminating rollers, such as rubberized rollers.
  • the structure of a ridge element can also be introduced into the adhesive during winding and storage of the surface element in roll form by, for example, winding the surface element provided with the temporary support under high winding tension onto a roll core, so that the structure of the ridge element with high efficiency complementary forms in the adhesive.
  • This method is also suitable for intensifying a weak structuring of the adhesive during storage.
  • the methods described above are also suitable for applying a channel element to the second side surface of the planar element.
  • the temporary carrier is first connected on one side with the surface element according to one of the methods described above and then wound on a roll for storage such that the heat-activatable adhesive on the second side surface of the surface element so strong against the second ridge element on the second top of is pressed temporary carrier that due to the contact pressure, the second channel element in the
  • Adhesive is impressed and thereby forms the second channel element complementary.
  • the sheet-like surface element thus produced can be brought into desired shapes by punching or any other suitable method, such as Rings, bows or stripes.
  • Surface element is depending on the application usually in a range of about 10 microns to about 10 mm, more precisely, from 25 microns and up to 1 mm.
  • a (flat) bonding is carried out by means of hot lamination. If, for example, a first substrate is to be connected to a second substrate, then in a first step the heat-activatable adhesive together with the structured temporary carrier can be laminated onto the first substrate by means of a roll laminator. Subsequently, the temporary carrier is removed and brought the thus exposed second adhesive of the surface element with the second substrate in contact. Finally, the second bond is produced by means of a roll laminator.
  • the individual steps can also be carried out in a different order.
  • the temporary carrier may first be removed and the first substrate, the planar element and the second substrate may be arranged in the desired position relative to each other, and then finally passed through the heating roller laminator as a sandwich-type loose composite for bonding both adhesive surfaces.
  • the throughput speeds are 0.5 to 50 m / min, often 2 to 10 m / min.
  • the heating rollers of the roller laminator can be heated from the inside or else from an external heat source.
  • the composite of substrate or substrates and surface element can also be heated in a first step without pressure - for example, in a heating section - and then joined together by a self-heated roller laminator under pressure.
  • thermoplastic adhesives Two different heat-activatable adhesives were prepared as follows: A solution of a polymer mixture in methyl ethyl ketone was prepared in a kneader.
  • the polymer blend consisted of 50% by weight of a nitrile rubber (Example 1: Breon N36 C80 from Zeon, Example 2: Nipol N1094-80 from Zeon) and 40% by weight of a phenol novolac resin (Durez 33040), which was treated with 8 wt .-% hexamethylenetetramine (Rohm and Haas) and with 10 wt .-% of a phenolic resole resin (9610 LW of Bakelite) was mixed. After a kneading time of 20 h, a solution containing 30% by weight of the polymer mixture was obtained.
  • a structured temporary support was used, which was constructed in three layers.
  • the temporary carrier contained as paper core a glassine paper with a basis weight of 100 g / m 2 .
  • the paper core was coated directly with low-pressure polyethylene (HDPE) with a layer thickness of 20 ⁇ m. Since the adhesive force of the heat-activable adhesive on the temporary support is very low at room temperature, it was coated with an adhesion-promoting silicone-based agent with a mass application of 1.9 g / m 2 , which was sufficient to 20% by weight Contained "blunt" silicone as a so-called controlled release agent.
  • HDPE low-pressure polyethylene
  • Burr element produced by means of an embossing step.
  • the temporary carrier was passed through a gap of a structured metal embossing roller and a rubberized roller so that the polyethylene coated side of the carrier was in contact with the metal embossing roller.
  • the roll temperature of the two rolls was 160 0 C and the pressure of this Gravierrollenlaminators was 8 bar / cm.
  • the metal roll here had a milled diamond-shaped structure whose diamonds had an edge length of 4 mm.
  • a channel system was created on the embossing roll, the channels of which were continuously formed and bounded on both sides by rhombuses.
  • the width of the channels was 50 microns and the depth of the channels 25 microns.
  • a double-sided adhesive surface element provided with a channel element on both sides was prepared as a transfer adhesive tape which contained no permanent support and whose two side surfaces had the same adhesive.
  • the above-described 30% solution of the heat-activable adhesive was spread on the structured side surface of the temporary carrier and dried at 100 0 C for 10 min. After drying, an adhesive layer having a layer thickness of 200 ⁇ m was obtained.
  • a second temporary support which was identical to the first temporary support, was laminated using a Schurollenlaminators at 120 0 C with a contact pressure of 2 bar and a rolling speed of 1 m / min such that the second structured side surface of the second temporary Carrier was directed to the exposed unstructured side of the adhesive.
  • a thermally-bonded surface element provided with two temporary supports was obtained as a double-liner product.
  • the temporary carrier was unilaterally pulled off a square heat-activated adhesive surface element with a side length of 50 cm and the surface element with the thus exposed adhesive mass side on the previously cleaned Surface of the respective substrate launched. Subsequently, the second became temporary
  • a test specimen composite was produced by laminating a transparent polyethylene terephthalate film from SKC with a thickness of 50 ⁇ m by means of a heat-activated adhesive surface element with an aluminum sheet of 0.15 mm thickness. After the hot lamination, the appearance of the bond through the transparent film was inspected for occurrence of fluid inclusions in the joint plane.
  • the peel strength was investigated on a test piece composite of two polyimide-copper laminates.
  • the surface element was laminated on one of its two side surfaces on the polyimide side of a laminate of a polyimide film and a copper foil. Subsequently, on the second exposed side surface of the sheet member, the polyimide side of a second laminate of a polyimide film and a copper foil was laminated. In this way, a test composite of two polyimide-copper laminates was obtained, which were connected to each other via an adhesive joint of a heat-activated adhesive surface element.
  • This test composite was then brought to a measurement temperature of 23 0 C and equilibrated at a humidity of 50%.
  • the test specimen composite was pulled apart at a feed rate of 50 mm / min at a draw angle of 180 ° by means of a tensile load tester (Zwick GmbH & Co. KG).
  • the area-related energy (in N / cm) required to release the bond and separate the test pieces from each other was obtained.
  • the respective data value for the maximum tensile load at this temperature was the average of three individual measurements each.
  • the bond strength as a dynamic shear strength was analogous to
  • DIN EN 1465 determined using two aluminum sheets, each having a thickness of 0.1 mm.
  • the bond strength results as the area-related maximum force (in N / mm 2 ).

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Abstract

Die Erfindung stellt ein Hitze-aktiviert blasenfrei verklebendes Flächenelement mit zumindest einer Hitze-aktivierbaren Klebemasse bereit, dessen eine Seitenfläche ein Kanalelement aufweist. Das Kanalelement umfasst hierbei zumindest einen Kanal, der zum Transport eines Fluids angepasst ist. Der Kanal ist zur Seitenfläche hin offen in die Seitenfläche des Flächenelements eingelassen. Er verläuft durchgängig von einem Randabschnitt der Seitenfläche zu einem weiteren Randabschnitt der Seitenfläche. Über die aus dem zumindest einen Kanal gebildete Kanalstruktur können flüssige oder gasförmige Fluide, die sich in der Klebefläche bilden oder ansammeln, aus der Verklebungsebene abgeleitet werden, so dass hierdurch die Festigkeit der Verklebung verbessert wird. Ferner bietet die Erfindung Verfahren zur Herstellung und Anwendung dieses Flächenelements.

Description

Hitze-aktiviert verklebendes Flächenelement
Die Erfindung betrifft ein Hitze-aktiviert blasenfrei verklebendes Flächenelement mit zumindest einer Hitze-aktivierbaren Klebemasse, das zumindest eine Seitenfläche aufweist, die parallel zu der Hauptausdehnung des Flächenelements ausgerichtet ist und zum Verkleben des Flächenelements mit einem Substrat angepasst ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Hitze-aktiviert blasenfrei verklebenden Flächenelements. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer blasenfreien Verklebung mittels eines solchen Hitze-aktiviert blasenfrei verklebenden Flächenelements.
Zum Verbinden von Werkstücken werden häufig Verklebungen eingesetzt, mittels derer Verbindungen erhalten werden, deren Eigenschaften sich durch die Wahl der eingesetzten Klebemassen gezielt steuern lassen. Üblich ist dabei der Einsatz von einseitig oder doppelseitig klebenden Flächenelementen wie etwa Klebeetiketten, Klebebändern, Klebefolien und dergleichen. Solche Klebeartikel weisen an einer Seitenfläche oder an beiden Seitenflächen Klebeschichten aus Klebemassen auf, das heißt flächige Klebeschichtungen oder Klebefilme, mittels derer ein Anhaften des Klebeartikels auf dem Substrat erreicht werden soll, also auf dem Untergrund oder dem Klebegrund. Die Verwendung von hochspezifischen Klebemassen hat allerdings zur Folge, dass viele der als Klebemassen eingesetzten Systeme besondere Maßnahmen zur Verarbeitung erfordern, damit die gewünschte Verklebung auch tatsächlich erhalten werden kann.
So werden für Verbindungen, die auch bei hohen Temperaturen starken Belastungen ausgesetzt sind, bevorzugt solche Klebemassen eingesetzt, die bei Raumtemperatur keine Eigenklebrigkeit aufweisen, sondern erst unter Einwirkung von Hitze die für eine Verklebung erforderliche Klebkraft zu den Substraten aufbauen. Derartige Hitze- aktivierbare Klebemassen liegen häufig bei Raumtemperatur in fester Form vor und können bei der Verklebung durch Temperatureinwirkung sowie gegebenenfalls durch zusätzlichen Druck entweder reversibel oder irreversibel in einen Zustand hoher Klebkraft überführt werden. Reversible Hitze-aktivierbare Klebemassen sind etwa solche auf der Basis thermoplastischer Polymere, wohingegen als irreversible Klebemassen zum Beispiel Reaktivklebemassen verwendet werden, in denen thermisch aktivierbare chemische Reaktionen auftreten, etwa Vernetzungsreaktionen, so dass diese besonders für die permanente hochfeste Verklebung von Substraten geeignet sind.
Allen diesen Hitze-aktivierbaren Klebemassensystemen ist gemeinsam, dass sie zum Verkleben stark erhitzt werden müssen. Unter diesen Bedingungen werden innerhalb der Klebemasseschicht jedoch häufig auch gasförmige oder flüssige Substanzen wie etwa Wasser, auch Wasserdampf, oder Luft freigesetzt, die etwa als Nebenprodukte einer Vernetzungsreaktion entstehen können, beispielsweise bei einer Kondensationsreaktion, oder die bei Raumtemperatur in der Polymermatrix adsorbiert vorliegen und beim Erhitzen desorbieren. Die so freigesetzten Mengen an gasförmigem oder flüssigem Fluid sind zum Teil beträchtlich: so können Hitze-aktivierbare Klebemassen auf der Basis von Copolyamiden Wasser zu einem Anteil von einigen Masseprozent enthalten, das an das Makromolekülnetzwerk adsorbiert ist und beim Erhitzen entweichen kann.
Da das Fluid jeweils im Rahmen von Gleichgewichtsreaktionen freigesetzt wird, kann es nicht auf einmal entweichen, sondern wird in der Klebemasse vielmehr während des gesamten Verklebungsprozesses generiert und sammelt sich dann an der Verklebungsebene zwischen der Klebemasse und dem Substrat an, also an der Klebefläche. Die Fluidansammlungen treten dort zumeist in Form von blasenartigen Einschlüssen auf, die die Größe der Verklebungsfläche verringern und zudem die Klebemasse mechanisch abheben, so dass die Festigkeit der Verklebung insgesamt vermindert wird. Die Verschlechterung der Verklebungsstabilität ist dabei natürlich um so ausgeprägter, je dicker die auf dem Substrat aufgebrachte Schichtung aus der Klebemasse ist und je mehr Fluid somit bei der Aktivierung entsteht.
Derartige Fluideinschlüsse und Fluidblasen sind daher bei den meisten Verklebungen unerwünscht. Besonders wichtig ist eine blasenfreie (d.h. vollflächige) Verbindung bei solchen Verklebungen, von denen eine technisch einheitliche Höhe verlangt wird, bei denen die visuelle Qualität der Verklebung von Bedeutung ist oder die eine gleichmäßig hohe Stabilität der Verklebung unter Belastung erfordern. Bislang sind jedoch keine Hitze-aktiviert verklebenden Flächenelemente bekannt, die auf einfache Weise eine hochfeste blasenfreie Verklebung auch bei hohen Temperaturen ermöglichen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hitze-aktiviert verklebendes Flächenelement zur Verfügung zu stellen, das diese Nachteile beseitigt und das insbesondere auf einfache Weise ein blasenfreies Verkleben gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Flächenelement der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Seitenfläche ein Kanalelement aufweist, das zumindest einen zum Transport eines Fluids angepassten Kanal umfasst, wobei der zumindest eine Kanal zur Seitenfläche hin offen in die Seitenfläche eingelassen ist und durchgängig von einem Randabschnitt der Seitenfläche zu einem weiteren Randabschnitt der Seitenfläche verläuft.
Das Flächenelement weist eine flächenförmige Ausbildung aus, das heißt, dass dessen Höhenausdehnung gegenüber einer oder beiden Seitenausdehnungen gering ist. So ist bei einem fadenförmigen Flächenelement dessen Länge wesentlich größer als dessen Höhe und dessen Breite, bei einem bandförmigen Flächenelement dessen Länge und Breite wesentlich größer als dessen Höhe, wobei zusätzlich dessen Länge größer ist als dessen Breite, und bei einem folien- oder etikettartigen Flächenelement dessen Länge und Breite wesentlich größer als dessen Höhe, wobei dessen Länge und Breite in etwa dieselbe Größenordnung aufweisen. Die Ebene des Flächenelements entlang seiner Länge und Breite entspricht hierbei der Hauptausdehnung des Flächenelements. Somit weist ein derartiges Flächenelement allgemein zwei Seitenflächen auf, die parallel zu der Hauptausdehnung des Flächenelements ausgerichtet sind.
An zumindest einer dieser zwei Seitenflächen ist ein verklebbares Flächenelement mit einer Klebeschicht versehen, deren äußere Seite mit dem Substrat verbunden wird. Die Klebeschicht umfasst zumindest eine Hitze-aktivierbare Klebemasse, die im aktivierten Zustand bei der Aktivierungstemperatur, bei einer Temperatur oberhalb der
Raumtemperatur, eine hohe Klebkraft zu der Oberfläche des Substrats aufzubauen in der Lage ist und diese hohe Klebkraft nach der Aktivierung auch bei Temperaturen unterhalb der Aktivierungstemperatur beibehält, beispielsweise bei Raumtemperatur. In einer Verklebung des Flächenelements mit dem Substrat steht die Seitenfläche dann in direktem Kontakt mit der Oberfläche des Substrats und bildet zusammen mit diesem Teil des Substrats die Fläche der Verklebung, also die Verklebungsebene.
Erfindungsgemäß ist nun eine besondere Ausbildung der einen Seitenfläche des Flächenelements vorgesehen, indem dort zumindest ein Kanalelement angeordnet ist. Befindet sich ein gasförmiges oder flüssiges Fluid zwischen der Klebeschicht und dem Substrat und bildet eine Blase, so ermöglicht es das Kanalelement, dieses Fluid vom Inneren der Verklebungsebene zu deren Rand hin zu bewegen. Ein Transport von Fluid (d.h. die Abfuhr des Fluids) aus der Verklebungsebene wird dadurch erreicht, dass zwischen dem Inneren und dem Äußeren der fluidgefüllten Blase eine Druckdifferenz erzeugt wird, etwa im Form eines äußeren Druckes beim Ausstreichen, infolge der Eigenspannung der Klebeschicht oder eines zusätzlichen Trägers oder beim Anlegen eines Vakuums an das Volumen außerhalb der Blase. Infolge dieses Druckunterschieds wird das in der Blase vorhandene Fluid innerhalb des Kanalelements in Richtung zu dem Ort mit geringerem Gesamtdruck hin abgeführt.
Hierfür umfasst das Kanalelement zumindest einen Kanal, der in der Verklebungsebene parallel zur Hauptausdehnung verläuft und zum Transport des Fluids über diesen Kanal angepasst ist, so dass das Fluid auch dann über den Kanal transportiert werden kann, ohne dass sich das Flächenelement abhebt und es dort zu einer lokalen Trennung der Verklebung kommt, wenn das Flächenelement mit dem Substrat verklebt wurde. Zu diesem Zweck ist der zumindest eine Kanal offen in die Seitenfläche eingelassen und liegt damit zur Seitenfläche hin frei, so dass etwaige Fluidansammlungen, die sich in der Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Flächeelement befinden, in den Kanal eintreten und so auch über diesen Kanal zum Rand des Flächenelements hin transportiert werden können. Ferner verläuft der zumindest eine Kanal durchgängig von einem Randabschnitt der Seitenfläche zu einem anderen Randabschnitt der Seitenfläche, so dass das zum Rand des Flächenelements transportierte Fluid an einem Randbereich den Kanal verlassen kann und auf einfache Weise so aus der Verklebungsebene dauerhaft entfernt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform weist das Kanalelement eine Vielzahl an Kanälen auf. Auf diese Weise ist es möglich, eine große Menge an Fluid schnell und auf besonders einfache Weise aus der Verklebungsebene zwischen der Klebemasse und dem Substrat an den Rand des Flächenelements abzuleiten. Dies ist etwa dann von Vorteil, wenn sich innerhalb eines kurzen Zeitraums eine größere Menge an Fluid in der
Verklebungsebene bildet oder ansammelt und dieses daher schnell zu entfernen ist, um die Festigkeit der Verklebung insgesamt nicht dauerhaft zu beeinträchtigen.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Kanäle über einen oder mehrere Kreuzungspunkte untereinander verbunden sind. Somit ist es möglich, einen möglichst effizienten Transport des Fluids aus der Verklebungsebene heraus unter Benutzung von den jeweils kürzesten Transportwegen zu gewährleisten, die sich beim Ausstreichen als Weg mit geringeren Strömungswiderständen resultieren.
Günstig ist es ferner, wenn die Kanäle eine im Wesentlichen gleiche Tiefe und eine im Wesentlichen gleiche Breite aufweisen. Hierdurch wird ein Hitze-aktiviert verklebendes Flächenelement erhalten, das besonders gleichmäßig belastbar ist, so dass vermieden wird, dass eine Stelle bei ungleichmäßiger Belastung des Flächenelements bevorzugt einreißt.
Kommt es hingegen nicht zuvorderst auf eine gleichmäßige Belastbarkeit an, so ist es natürlich auch möglich, dass die Kanäle unterschiedliche Tiefen und/oder unterschiedliche Breiten aufweisen, so dass das Flächenelement etwa sehr kleine, kleine, mittlere, große und sehr große Kanäle enthält. Zwar werden durch Einbringen von Kanälen mit sehr großen Abmessungen mechanisch weniger belastbare Abschnitte an dem Flächenelement erzeugt, an denen bei ungleichmäßiger Belastung das Flächenelements bevorzugt einreißt und die bei einer Anordnung von gleichmäßig mittelgroßen Kanälen nicht gegeben wäre. Dennoch kann auf diese Weise ein im Ergebnis stabiles Flächenelement erhalten werden, da insgesamt die Anzahl an mittleren, großen und sehr großen Kanälen gering gehalten werden kann. Dies ist etwa bei einer dendrimeren Ausgestaltung des Kanalelements möglich, in der viele sehr kleine Kanäle das Fluid aus der Klebemasse zu einer geringeren Anzahl an kleinen Kanälen abführen, die in einer noch geringeren Anzahl mittlerer Kanäle münden, die wiederum ein Ableiten in wenige große Kanäle ermöglichen, über die das Fluid dann zu den einzelnen sehr großen Kanälen gelangen kann, aus denen es das Flächenelement an den Randabschnitten verlässt.
Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn die Breite eines Kanals mindestens 100 nm und höchstens 2 mm beträgt. Die Verwendung von Kanälen mit Breiten von mehr als 2 mm beeinträchtigt selbst bei großen Flächenelementen mit einer Verklebungsfläche von einigen Quadratmetern die Belastbarkeit der Verklebung zu stark, wohingegen bei Kanälen mit Breiten von weniger als 100 nm der für einen Fluidtransport erforderliche Druck überproportional ansteigt. Bei solchen Systemen kann sich aufgrund der bei geringen Kanalquerschnitten großen Wechselwirkung mit den Kanalwandungen kein laminares Strömungsprofil ausbilden. Zudem ist die Ausbildung von derartig kleinen Strukturen mit üblichen Fertigungstechniken aufwändig und daher wirtschaftlich nicht sinnvoll.
Besonders geeignet ist das Hitze-aktiviert verklebende Flächenelement, wenn die
Gesamtfläche des Kanalelements in der Seitenfläche mehr als 2 % der Gesamtfläche der Seitenfläche und höchstens 65 % der Gesamtfläche der Seitenfläche ausmacht, vorzugsweise mehr als 5 % der Gesamtfläche der Seitenfläche. Weist das Kanalelement eine Gesamtfläche von weniger als 2 % der Gesamtfläche der Seitenfläche auf, dann existieren insgesamt nur wenige Kanäle mit einer geringen Breite, so dass die
Transportkapazität des Kanalelements insgesamt sehr niedrig ist und das Fluid nicht zügig aus der Verklebungsebene abgeleitet werden kann. Eine deutliche Verminderung des zum Fluidtransport aufzuwendenden Drucks wird bei einer Gesamtfläche des Kanalelements von mehr als 5 % der Gesamtfläche der Seitenfläche beobachtet. Beträgt die Gesamtfläche des Kanalelements jedoch mehr als 65 % der Gesamtfläche der Seitenfläche, dann ist die Haftung des Flächenelements auf dem Substrat sehr gering.
Das Flächenelement kann zudem einen permanenten Träger umfassen. Hierdurch wird dem Flächenelement insgesamt eine hohe Belastbarkeit gegenüber mechanischen Einwirkungen verliehen.
Ferner kann das Flächenelement eine zweite Seitenfläche aufweisen, die der zuvor beschriebenen Seitenfläche gegenüberliegend angeordnet ist, die parallel zu der Hauptausdehnung des Flächenelements ausgerichtet ist und die außerdem zum Verkleben des Flächenelements mit einem zweiten Substrat angepasst ist. Diese zweite Seitenfläche kann dabei ein zweites Kanalelement aufweisen, das zumindest einen zum Transport des Fluids angepassten Kanal umfasst, der zur zweiten Seitenfläche hin offen in die zweite Seitenfläche eingelassen ist und von einem Randabschnitt der zweiten Seitenfläche zu einem weiteren Randabschnitt der zweiten Seitenfläche durchgängig verläuft. Auf diese Weise wird ein doppelseitig verklebbares Flächenelement erhalten, bei dem beide Klebeschichten je ein Kanalelement zur Fluidabfuhr aus den
Verklebungsebenen aufweisen, so dass auf diese Weise beidseitig blasenfrei verklebende Flächenelemente gewonnen werden können.
Vorteilhaft ist es des Weiteren, wenn das Flächenelement einen temporären Träger umfasst, der ein zu dem zumindest einen Kanal komplementär ausgebildetes erhabenes Gratelement aufweist, das in den zumindest einen Kanal eingreift. Durch eine solche Ausbildung wird bei der Lagerung des Flächenelements im Verbund mit einem derartigen komplementären Träger sichergestellt, dass die Funktionalität des Kanalelements in der Klebeschicht auch bei höheren Temperaturen erhalten bleibt. In Gegenwart des temporären Trägers kann keine Klebemasse in die Kanäle einkriechen und das Kanalelement bleibt somit durchgängig.
Außerdem vereinfacht diese Ausbildung die Herstellung des Kanalelements in der Klebeschicht, indem das Kanalelement unter Zuhilfenahme des temporären Trägers in einem formgebenden Schritt erzeugt werden kann. So stellt diese Ausbildung auch ein besonders einfaches Verfahren zur Herstellung des Hitze-aktiviert blasenfrei verklebenden Flächenelements bereit, bei dem eine Hitze-aktivierbare Klebemasse auf eine Oberseite des temporären Trägers derart aufgetragen wird, dass die Gratelemente an der Oberseite des temporären Trägers beim Auftragen der Klebemasse auf den temporären Träger in der Klebemasse das zu den Gratelementen komplementär ausgebildete Kanalelement formen und dabei in den zumindest einen Kanal des Kanalelements eingreifen. Auf diese Weise kann in der Klebeschicht des Flächenelements das Kanalelement unter Verwendung des temporären Trägers und der darauf angeordneten Gratelemente als Gussform oder Prägestempel auf einfache Weise erzeugt werden, ohne dass gesonderte Strukturierungsschritte an der Klebeschicht durchgeführt werden müssen.
Besonders günstig ist bei der Herstellung eines doppelseitig verklebbaren Flächenelements die Verwendung eines ebenfalls doppelseitig mit Gratelementen ausgerüsteten temporären Trägers, da so obiges Herstellungsverfahren noch stärker vereinfacht werden kann. Hierbei kann das zweite Kanalelement auf die zweite Seite des Flächenelements ebenfalls ohne einen separaten Strukturierungsschritt eingeprägt werden, indem das einseitig mit dem temporären Träger verbundene Flächenelement abschließend derart zur Lagerung auf eine Rolle aufgespult wird, dass die Hitze- aktivierbare Klebemasse an der zweiten Seitenfläche des Flächenelements dabei gegen ein zweites Gratelement auf einer zweiten, der zuvor beschriebenen Oberseite gegenüberliegend angeordneten Oberseite des temporären Trägers gedrückt wird wodurch das zu dem zweiten Gratelement komplementär ausgebildete zweite Kanalelement in die Klebemasse eingeprägt wird und in den zumindest einen Kanal des zweiten Kanalelements eingreift.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird demnach ein Verfahren zur Herstellung einer blasenfreien Verklebung mittels des zuvor beschriebenen Hitze- aktiviert blasenfrei verklebenden Flächenelements vorgeschlagen. Bislang ist es üblich, das sich in der Verbindungsebene ansammelnde Fluid unter starkem Druck zum Rand des Flächenelements hin zu fördern. Dieses Verfahren weist in der Praxis einige Nachteile auf, da der aufzubringende Druck, der zum Fluidtransport erforderlich ist, groß genug sein muss, um die Verklebung im heißen Zustand lokal während der Passage des Fluids kurzzeitig zu lösen und anschließend wieder zu knüpfen, wobei das
Flächenelement dann häufig schlechter auf dem Substrat haftet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, das die genannten Nachteile beseitigt und insbesondere einen vereinfachten Fluidtransport entlang der Verklebungsebene ermöglicht, ohne dass es dabei zu einer Verringerung der Klebkraft kommt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem das Flächenelement in einem Heißlaminierschritt unter Druck auf das Substrat derart aufgebracht wird, dass in der Verklebungsfläche zwischen dem Flächenelement und dem Substrat eingeschlossenes Fluid aus der Verklebungsfläche über das Kanalelement abgeleitet wird. Durch
Verwendung des Kanalelements wird ein Ausleiten des Fluids bereits unter geringem Druck möglich. Ein lokales Lösen der bereits erzielten Verklebung ist nicht mehr erforderlich.
Als Hitze-aktiviert blasenfrei verklebendes Flächenelement wird vorliegend jedes
Flächengebilde verstanden, das Hitze-aktiviert verklebend ausgebildet ist und außerdem für eine blasenfreie Verbindung angepasst ist. Eine blasenfreie Verbindung ist vorliegend jede vollflächige Verklebung mit einem Substrat, bei der in der Verklebungsebene keine Blasen vorhanden sind, wobei dies ohne Nachbehandlung zu erreichen ist, oder allenfalls mit sehr einfacher Nachbehandlung. Das erfindungsgemäße Flächenelement ist zumindest an einer der beiden parallel zur Hauptausdehnung des Flächenelements ausgerichteten Seitenflächen, gegebenenfalls an beiden Seitenflächen, zum Verkleben des Flächenelements mit dem Substrat angepasst. Eine derartige Anpassung beinhaltet jede Maßnahme, die zum Verkleben erforderlich ist, etwa die Anordnung einer Klebemasse unmittelbar und zugänglich an dieser Seitenfläche sowie die Auswahl einer auf das konkrete Substrat abgestimmten Klebemasse und Klebemasseschichtung, was etwa durch eine in Bezug auf die Rauhigkeit der Oberfläche des Substrats hinreichende Dicke der Klebeschicht oder eine zum Ausbilden einer großen Klebkraft mit dem Substrat angepasste Zusammensetzung der Klebemasse erreicht werden kann.
Als Hitze-aktivierbare Klebemassen kommen hierbei alle üblichen Hitze-aktivierbaren Klebemassen in Frage. Derartige Klebemassen können dabei unterschiedliche Polymerstrukturen aufweisen. Im Folgenden sind rein exemplarisch einige typische
Systeme Hitze-aktivierbarer Klebemassen beschrieben, die sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung als besonders vorteilhaft herausgestellt haben, nämlich solche auf der Basis von Polyacrylaten, von Polyolefinen sowie von elastomeren Basispolymeren und zumindest einem Modifikationsharz.
Hitze-aktivierbare Klebemassen auf der Basis von Polyacrylaten und/oder Polymethacrylaten (im folgenden kurz als „Poly(meth)acrylate" bezeichnet) umfassen als Hauptmonomer zu 70 bis 100 Gew.-% einen Acrylsäureester und/oder Methacrylsäureester und/oder eine freie Säure dieser Verbindungen mit der allgemeinen Formel CH2 = C(R1)(COOR2), wobei R1 ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend H und/oder CH3 und R2 ausgewählt wird aus der Gruppe umfassend H und/oder Al ky I ketten mit 1 bis 30 C-Atomen. Derartige Monomere sind etwa Acrylmomonere, umfassend Acryl- und Methacrylsäureester mit Alkylgruppen bestehend aus 1 bis 14 C-Atomen. Als spezifische Beispiele hierfür, ohne sich durch diese Aufzählung einschränken zu wollen, seien Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacrylat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, n-Butylacrylat, n-Butylmethacrylat, n-Pentylacrylat, n-Hexylacrylat, n- Hexylmethacrylat, n-Heptylacrylat, n-Octylacrylat, n-Nonylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, Stearylmethacrylat, Behenylacrylat sowie deren verzweigte Isomere genannt, zum Beispiel 2-Ethylhexylacrylat. Weitere einsetzbare Monomere, die ebenfalls in geringen Mengen als Zusatz zum Hauptmonomer in Frage kommen, sind
Cyclohexylmethacrylat, Isobornylacrylat und Isobornylmethacrylat.
Derartige Polymere können optional als weitere Monomere zu maximal 30 Gew.-% olefinische ungesättigte Monomere mit zusätzlichen funktionellen Gruppen enthalten, die die allgemeine Formel CH2 = C(R3)(COOR4) aufweisen, wobei R3 gewählt wird aus der Gruppe umfassend H und/oder CH3 und OR2 eine funktionelle Gruppe darstellt oder zumindest beinhaltet, die eine nachfolgende Vernetzung der Klebemasse bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht unterstützt, etwa dadurch, dass diese funktionelle Gruppe eine H- Donor-Wirkung aufweist.
Beispiele für derartige weitere Monomere sind Hydroxyethylacrylat, Hydroxypropylacrylat, Hydroxyethylmethacrylat, Hydroxypropylmethacrylat, Allylalkohol, Maleinsäureanhydrid, Itaconsäureanhydrid, Itaconsäure, Acrylamid und Glyceridylmethacrylat, Benzylacrylat, Benzylmethacrylat, Phenylacrylat, Phenylmethacrylat, t-Butylphenylacrylat, t- Butylphenylmethacrylat, Phenoxyethylacrylat, Phenoxyethylmethacrylat, 2- Butoxyethylmethacrylat, 2-Butoxyethylacrylat, Dimethylaminoethylmethacrylat, Dimethylaminoethylacrylat, Diethylaminoethylmethacrylat, Diethylaminoethylacrylat, Cyanoethylmethacrylat, Cyanoethylacrylat, Glycerylmethacrylat, 6- Hydroxyhexylmethacrylat, N-tert-Butylacrylamid, N-Methylolmethacrylamid, N-
(Butoxymethyl)methacrylamid, N-Methylolacrylamid, N-(Ethoxymethyl)acrylamid, N- Isopropylacrylamid, Vinylessigsäure, Tetrahydrofurfurylacrylat, ß- Acryloyloxypropionsäure, Trichloracrylsäure, Fumarsäure, Crotonsäure, Aconitsäure und Dimethylacrylsäure, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.
Andere Beispiele für derartige weitere Monomere sind etwa aromatische Vinylverbindungen, wobei die aromatischen Kerne bevorzugt aus C4- bis C18-Bausteinen bestehen und auch Heteroatome enthalten können, etwa Styrol, 4- Vinylpyridin, N-Vinylphthalimid, Methylstyrol, 3,4-Dimethoxystyrol oder 4- Vinylbenzoesäure, wobei auch diese Aufzählung nicht abschließend ist.
Zur Polymerisation werden die Monomere dermaßen gewählt, dass die resultierenden Polymere als Hitze-aktivierbare Klebemassen eingesetzt werden können. Für die vorliegenden Anforderungen ergibt sich etwa ein Polymer mit einer statischen Glasübergangstemperatur TG,A von mehr als 30 0C. Zur Erzielung einer solchen Glasübergangstemperatur TG,A von mindestens 30 0C werden entsprechend dem vorstehend Gesagten die Monomere derart ausgesucht und die mengenmäßige Zusammensetzung der Monomermischung derart gewählt, dass sich der gewünschte TG,A-Wert für das Polymer nach Gleichung (G1 ) in Analogie zu der von Fox vorgestellten Gleichung (vgl. T. G. Fox, Bull. Am. Phys. Soc. 1 (1956) 123) wie folgt ergibt:
Hierin stellt n die Laufzahl über die eingesetzten Monomere dar, wn den Massenanteil des jeweiligen Monomers n (in Gew.-%) und TG,n die jeweilige Glasübergangstemperatur des Homopolymers aus dem jeweiligen Monomer n (in K).
Anstelle solcher acrylatbasierenden Klebemassen können die Klebemassen auch auf Polyolefinen basieren, insbesondere auf Poly-α-olefinen, deren Erweichungsbereich oberhalb von 30 0C liegt und die sich während des Abkühlens nach der Verklebung wieder verfestigen. Derartige Polyolefin-basierenden Klebemassen weisen etwa statische Glasübergangstemperaturen TG A oder Schmelzpunkte TS,A SUS einem Bereich zwischen 35 0C und 180 0C auf. Die Klebkraft dieser Polymere kann durch gezielte Additivierung noch weiter gesteigert werden. So lassen sich zu diesem Zweck als klebkraftfördernde Zusätze zum Beispiel Polyimin- oder Polyvinylacetat-Copolymere einsetzen.
Zur Erzielung der gewünschten statischen Glasübergangstemperatur TG,A oder des Schmelzpunktes TS,A werden die eingesetzten Monomere sowie deren Mengen auch hier derart gewählt, dass sich der gewünschte Temperaturwert für das Polymer nach Gleichung (G1 ) in Analogie zu der von Fox vorgestellten Gleichung ergibt.
Zur besseren Handhabbarkeit wird die statische Glasübergangstemperatur TG A oder der Schmelzpunkt TS,A für die Hitze-aktivierbare Klebemasse darüber hinaus noch eingeschränkt. Sollte die Temperatur zu niedrig liegen, so besteht die Gefahr, dass das Flächenelement während der Auslieferung oder während des Transports bei erhöhten Temperaturen bereits erweicht und mit darunter liegenden Bahnen verschmilzt, so dass sich das Flächenelement nicht mehr ablösen lässt. Zum Bestimmen des optimalen Temperaturbereichs dafür kann das Molekulargewicht sowie die Zusammensetzung der Comonomere variiert werden. Um eine niedrige statische Glasübergangstemperatur TG,A oder einen niedrigen Schmelzpunkt TS,A einzustellen, werden zum Beispiel Polymere mit einem mittleren oder niedrigen
Molekulargewicht eingesetzt. Auch können hierbei niedermolekulare und hochmolekulare Polymere miteinander gemischt werden. Als günstig hat sich hierbei eine Verwendung von Polyethenen, Polypropenen, Polybutenen, Polyhexenen oder Copolymerisaten aus diesen Polymeren herausgestellt.
Polyethylen und Polyethylen-Copolymere können beispielsweise als wässrige Dispersionen in Form einer Schicht aufgetragen werden. Die Zusammensetzung der jeweils einzusetzenden Mischung ist wiederum abhängig von der gewünschten statischen Glasübergangstemperatur TG,A oder dem gewünschten Schmelzpunkt TS,A der resultierenden Hitze-aktivierbaren Klebemasse.
Als Poly-α-olefine sind von der Firma Degussa unter dem Handelsnamen Vestoplast™ unterschiedliche Hitze-aktivierbare Polymere erhältlich. Propenreiche Polymere werden unter den Bezeichnungen Vestoplast™ 703, 704, 708, 750, 751 , 792, 828, 888 und 891 angeboten. Diese weisen Schmelzpunkte TS,A aus einem Bereich von 99 bis 162 0C auf. Butenreiche Polymere sind unter den Bezeichnungen Vestoplast™ 308, 408, 508, 520 und 608 erhältlich. Diese besitzen Schmelzpunkte TS,A aus einem Bereich von 84 bis 157 0C.
Weitere Beispiele für Hitze-aktivierbare Haftklebemassen sind in den US-Patenten 3,326,741 , 3,639,500, 4,404,246, 4,452,955, 4,404,345, 4,545,843, 4,880,683 und 5,593,759 offenbart. In diesen Dokumenten sind zudem weitere Temperatur-aktivierbare Haftklebemassensysteme beschrieben.
Eine Hitze-aktivierbare Klebemasse kann aber auch auf der Basis von elastomeren Basispolymeren und zumindest einem Modifikationsharz ausgebildet sein. Als elastomeres Basispolymer können alle geeigneten elastomeren Polymere zum Einsatz gelangen, beispielsweise Kautschuke, Nitrilkautschuke, epoxidierte Nitrilkautschuke, Polychlorisoprene und Polyacrylate. Bei den Kautschuken kann es sich um natürliche Kautschuke oder um Synthesekautschuke handeln. Als Synthesekautschuk kommen alle üblichen Synthesekautschuksysteme in Frage, etwa solche auf der Basis von
Polyvinylbutyral, Polyvinylformal, Nitrilkautschuke, Nitrilbutadienkautschuke, hydrierte Nitrilbutadienkautschuke, Polyacrylatkautschuke, Chloroprenkautschuke, Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuke, Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuke, Fluorsilikonkautschuke, Tetrafluorethylen-Propylen-Copolymer-Kautschuke, Butylkautschuke oder Styrol-
Butadien-Kautschuke. Die Synthesekautschuke werden üblicherweise so gewählt, dass sie eine Erweichungs- oder Glasübergangstemperatur aus einem Temperaturbereich von -80 0C bis 0 0C aufweisen.
Handelsübliche Beispiele für Nitrilbutadienkautschuke sind etwa Europrene™ von Eni Chem, oder Krynac™ von Bayer, oder Breon™ und Nipol N™ von Zeon. Polyvinylformale können etwa als Formvar™ von Ladd Research bezogen werden. Polyvinylbutyrale sind unter Butvar™ von Solutia, unter Pioloform™ von Wacker und unter Mowital™ von Kuraray erhältlich. Als hydrierte Nitrilbutadienkautschuke sind beispielsweise die Produkte Therban™ von Bayer und Zetpol™ von Zeon verfügbar. Polyacrylatkautschuke sind zum Beispiel als Nipol AR™ von Zeon im Handel. Als Chloroprenkautschuke ist etwa Baypren™ von Bayer erhältlich. Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuke können zum Beispiel als Keltan™ von DSM, als Vistalon™ von Exxon Mobil und als Buna EP™ von Bayer bezogen werden. Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuke sind etwa unter Silastic™ von Dow Corning und unter Silopren™ von GE Silicones verfügbar. Als Fluorsilikonkautschuk kommt beispielsweise Silastic™ von GE Silicones in Frage. Butylkautschuke sind etwa als Esso Butyl™ von Exxon Mobil erhältlich. Als Styrol- Butadien-Kautschuke können etwa Buna S™ von Bayer, Europrene™ von Eni Chem und Polysar S™ von Bayer dienen.
Zusätzlich zu den rein elastomeren Polymeren können auch Mischungen von thermoplastischen Polymeren mit elastomeren Basispolymeren eingesetzt werden. Thermoplastischen Materialien werden bevorzugt aus der Gruppe der folgenden Polymere gewählt: Polyurethane, Polystyrole, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymere, Polyester, Hart-Polyvinylchloride, Weich-Polyvinylchloride, Polyoxymethylene, Polybutylenterephthalate, Polycarbonate, fluorierte Polymere wie etwa Polytetrafluorethylen, Polyamide, Ethylenvinylacetate, Polyvinylacetate, Polyimide, Polyether, Copolyamide, Copolyester, Polyolefine wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Polybuten, Polyisobuten und Poly(meth)acrylate. Auch diese Aufzählung besitzt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Die thermoplastischen Polymere werden üblicherweise so gewählt, dass sie eine Erweichungs- oder Glasübergangstemperatur aus einem
Temperaturbereich von 60 0C bis 125 0C aufweisen.
Als Modifikationsharze können alle Harze dienen, die die klebtechnischen Eigenschaften der Klebemasse beeinflussen, insbesondere die Klebkraft steigernde Harze und
Reaktivharze. Als die Klebkraft steigerndes Harz können sämtliche bekannten Klebharze verwendet werden. Der Anteil der Modifikationsharze an der Klebemasse beträgt üblicherweise zwischen 25 und 75 Gew.-%, bezogen auf die Masse der Gesamtmischung aus elastomeren Polymer und Modifikationsharz.
Als klebkraftsteigernde oder klebrigmachende Harze - so genannte Klebharze - sind ausnahmslos alle bekannten und in der Literatur beschriebenen Klebharze einsetzbar, beispielsweise Pinenharze, Indenharze und Kolophoniumharze, deren disproportionierte, hydrierte, polymerisierte und veresterte Derivate und Salze, die aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffharze, Terpenharze und Terpenphenolharze und C5-, C9- sowie andere Kohlenwasserstoffharze. Diese und weitere Harze können einzeln oder in beliebigen Kombinationen eingesetzt werden, um die Eigenschaften der resultierenden Klebemasse wunschgemäß einzustellen. Im allgemeinen lassen sich alle mit dem entsprechenden thermoplastischen Material kompatiblen (löslichen) Harze einsetzen, insbesondere aliphatische, aromatische oder alkylaromatische Kohlenwasserstoffharze, Kohlenwasserstoffharze auf Basis reiner Monomere, hydrierte Kohlenwasserstoffharze, funktionelle Kohlenwasserstoffharze sowie Naturharze. Auf die Darstellung des Wissensstandes im „Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology" von Donatas Satas (van Nostrand, 1989) sei ausdrücklich hingewiesen.
Ferner kann die Klebemasse ein Reaktivharz aufweisen, das zur Vernetzung mit sich selbst, mit anderen Reaktivharzen und/oder mit dem zumindest einen Nitrilkautschuk der Klebemasse befähigt ist. Reaktivharze beeinflussen in einer Klebemasse die klebtechnischen Eigenschaften dieser Klebemasse infolge von chemischen Reaktionen. Als Reaktivharze können vorliegend alle üblichen Reaktivharze verwendet werden, beispielsweise Epoxidharze, Phenolharze, Terpenphenolharze, Melaminharze, Harze mit Isocyanatgruppen oder Mischungen aus diesen Harzen.
Die Epoxidharze umfassen die gesamte Gruppe der Epoxidverbindungen. So können die Epoxidharze Monomere, Oligomere oder Polymere sein. Polymere Epoxidharze können aliphatischer, cycloaliphatischer, aromatischer oder heterocyclischer Natur sein. Die
Epoxidharze weisen üblicherweise zumindest zwei Epoxidgruppen auf, die zur Vernetzung genutzt werden können.
Das Molekulargewicht der Epoxidharze variiert von 100 g/mol bis maximal 10.000 g/mol für polymere Epoxidharze.
Die Epoxidharze umfassen alle üblichen Epoxide, etwa das Reaktionsprodukt aus Bisphenol A und Epichlorhydrin, das Reaktionsprodukt aus Phenol und Formaldehyd (so genannte Novolakharze) und Epichlorhydrin, Glycidylester oder das Reaktionsprodukt aus Epichlorhydrin und p-Aminophenol.
Derartige Epoxidharze sind kommerziell erhältlich, beispielsweise als Araldite™ 6010, CY-281 ™, ECN™ 1273, ECN™ 1280, MY 720, RD-2 von Ciba Geigy, als DER™ 331 , DER™ 732, DER™ 736, DEN™ 432, DEN™ 438, DEN™ 485 von Dow Chemical, als Epon™ 812, 825, 826, 828, 830, 834, 836, 871 , 872,1001 , 1004, 1031 etc. und als HPT™ 1071 , HPT™ 1079, letztere von Shell Chemical.
Beispiele für kommerzielle aliphatische Epoxidharze sind zum Beispiel Vinylcyclohexandioxide wie ERL-4206, ERL-4221 , ERL 4201 , ERL-4289 oder ERL-0400 von Union Carbide Corp.
Als Novolakharze können beispielsweise Epi-Rez™ 5132 von Celanese, ESCN-001 von Sumitomo Chemical, CY-281 von Ciba Geigy, DEN™ 431 , DEN™ 438, Quatrex 5010 von Dow Chemical, RE 305S von Nippon Kayaku, Epiclon™ N673 von DaiNipon Ink Chemistry oder Epikote™ 152 von Shell Chemical eingesetzt werden.
Als Phenolharze können herkömmliche Phenolharze verwendet werden, etwa YP 50 von Toto Kasei, PKHC von Union Carbide Corp. oder BKR 2620 von Showa Union Gosei Corp.. Als Reaktivharze lassen sich auch Phenolresolharze alleine oder in Kombination mit anderen Phenolharzen einsetzen. Als Terpenphenolharze können alle üblichen Terpenphenolharze eingesetzt werden, zum Beispiel NIREZ™ 2019 von Arizona Chemical. Als Melaminharze lassen sich alle üblichen Melaminharze einsetzen, beispielsweise Cymel™ 327 und 323 von Cytec. Als Harze mit Isocyanatgruppen können übliche Harze dienen, die mit Isocyanatgruppen funktionalisiert sind, beispielsweise Coronate™ L von Nippon Polyurethan Ind., Desmodur™ N3300 oder Mondur™ 489 von
Bayer.
Um die Reaktion zwischen den beiden Komponenten zu beschleunigen, kann die Klebemasse optional auch Vernetzer und Beschleuniger enthalten. Als Beschleuniger eignen sich alle dem Fachmann bekannten geeigneten Beschleuniger, etwa Imidazole, kommerziell erhältlich als 2M7, 2E4MN, 2PZ-CN, 2PZ-CNS, P0505 und L07N von Shikoku Chem. Corp. und als Curezol 2MZ von Air Products, sowie Amine, insbesondere tertiäre Amine. Als Vernetzer eignen sich alle dem Fachmann bekannten geeigneten Vernetzer, beispielsweise Hexamethylentetramin (HMTA).
Zusätzlich kann die Klebemasse optional auch weitere Bestandteile enthalten, beispielsweise Weichmacher, Füllstoffe, Keimbildner, Blähmittel, Klebkraft-steigernde Additive und thermoplastische Additive, Compoundierungsmittel und/oder Alterungsschutzmittel.
Als Weichmacher können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Weichmacher verwendet werden, beispielsweise solche auf Basis von Polyglykolethern, Polyethylenoxiden, Phosphatestern, aliphatischen Carbonsäureestern und Benzoesäureestern, aromatischen Carbonsäureestern, höhermolekularen Diolen, Sulfonamiden und Adipinsäureestern.
Als Füllstoffe können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Füllstoffe verwendet werden, beispielsweise Fasern, Ruß, Metalloxide wie Zinkoxid und Titandioxid, Kreide, Kieselsäure, Silikate, Vollkugeln, Hohlkugeln oder Mikrokugeln aus Glas oder anderen Materialien.
Als Alterungsschutzmittel können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Alterungsschutzmittel verwendet werden, beispielsweise solche auf der Basis von primären und sekundären Antioxidantien oder Lichtschutzmitteln.
Als Klebkraft-steigernde Additive können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Klebkraft-steigernde Additive verwendet werden, beispielsweise Polyvinylformal, Polyvinylbutyral, Polyacrylatkautschuk, Chloroprenkautschuk, Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuk, Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuk, Fluorsilikonkautschuk, Tetrafluorethylen- Propylen-Copolymer-Kautschuk, Butylkautschuk oder Styrol-Butadien-Kautschuk.
Polyvinylformale sind unter Formvar™ von Ladd Research erhältlich. Polyvinylbutyrale sind unter Butvar™ von Solutia, unter Pioloform™ von Wacker und unter Mowital™ von Kuraray erhältlich. Polyacrylatkautschuke sind unter Nipol AR™ von Zeon erhältlich. Chloroprenkautschuke sind unter Baypren™ von Bayer erhältlich. Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuke sind unter Keltan™ von DSM, unter Vistalon™ von Exxon Mobil und unter Buna EP™ von Bayer erhältlich. Methyl-Vinyl-Silikon-Kautschuke sind unter Silastic™ von Dow Corning und unter Silopren™ von GE Silicones erhältlich. Fluorsilikonkautschuke sind unter Silastic™ von GE Silicones erhältlich. Butylkautschuke sind unter Esso Butyl™ von Exxon Mobil erhältlich. Styrol-Butadien-Kautschuke sind unter Buna S™ von Bayer, unter Europrene™ von Eni Chem und unter Polysar S™ von Bayer erhältlich.
Als thermoplastische Additive können alle geeigneten, dem Fachmann bekannten Thermoplaste verwendet werden, beispielsweise thermoplastische Materialien aus der Gruppe der Polyurethane, Polystyrol, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Terpolymere, Polyester, Hart-Polyvinylchloride, Weich-Polyvinylchloride, Polyoxymethylene, Polybutylenterephthalate, Polycarbonate, fluorierten Polymere wie etwa Polytetrafluorethylen, Polyamide, Ethylenvinylacetate, Polyvinylacetate, Polyimide, Polyether, Copolyamide, Copolyester, Poly(meth)acrylate sowie Polyolefine wie etwa Polyethylen, Polypropylen, Polybuten und Polyisobuten.
Überdies kann die Klebkraft des Hitze-aktiviert verklebenden Flächenelements durch weitere gezielte Additivierung gesteigert werden, etwa durch Verwendung von Polyimin- Copolymeren und/oder Polyvinylacetat-Copolymeren als klebkraftfördernde Zusätze.
Erfindungsgemäß umfasst das Flächenelement an der Seitenfläche zumindest ein Kanalelement. Dieses Kanalelement weist einen Kanal oder mehrere Kanäle auf, die beliebige zweckdienliche Anordnungen besitzen können, so dass im einfachsten Fall das Kanalelement also aus nur einem einzigen Kanal besteht. Als Kanal wird jegliche im Wesentlichen länglich ausgebildete rinnenartige Vertiefung verstanden, die zur Fluidabfuhr geeignet ist. Somit kann der Kanalquerschnitt alle üblichen Profile aufweisen, etwa die eines Halbkreises, eines halben Ovals, eines Dreiecks, eines Rechtecks oder Quadrats, eines Trapezes, eine unregelmäßige Form oder dergleichen. Der Kanal oder Kanäle sind hierbei in die Klebeschicht eingelassen, so dass der innere
Hohlraum jedes Kanals an der Seitenfläche frei liegt und von der Seitenfläche aus zugänglich ist. Auf diese Weise kann etwaiges Fluid, das bei der Verklebung zwischen der Klebemasse an der Seitenfläche und der Oberfläche des Substrats vorliegt, von dort in den zumindest einen Kanal direkt hineingelangen.
Der zumindest eine Kanal verläuft durchgängig von einem Randabschnitt der Seitenfläche zu einem weiteren Randabschnitt der Seitenfläche. Als Randabschnitt der Seitenfläche gilt jeder Bereich in einer äußeren Randseitenfläche des Flächenelements, die im Wesentlichen senkrecht zur Hauptausdehnung des Flächenelements angeordnet ist. Zu diesen Randseitenflächen hin ist ein solcher Kanal nicht durch eine Wandung abgegrenzt, sondern vielmehr offen. Dadurch kann etwaiges Fluid über die Öffnung in der Randseitenfläche aus dem von dem Kanal und der Substratoberfläche bei der Verklebung gebildeten Kanalraum austreten und so das Flächenelement und die Verklebungsebene dauerhaft verlassen. Die Anordnung ist dabei von einem
Randabschnitt der Seitenfläche zu einem weiteren Randabschnitt der Seitenfläche durchgängig, wobei der eine Randabschnitt und der weitere Randabschnitt an derselben äußeren Randseitenfläche angeordnet sein kann oder aber an unterschiedlichen äußeren Randseitenflächen.
Als durchgängig im Sinne dieser Erfindung wird ein Kanal angesehen, in dem ein Fluidtransport von einem Ende des Kanals zu einem zweiten Ende des Kanals erfolgen kann. An diesem zweiten Ende kann das Fluid dann entweder direkt das Flächenelement verlassen oder wird in weitere Kanäle weitergeleitet, die mit dem Kanal verbunden sind und über die es dann das Flächenelement verlassen kann. Ebenso umfasst der Begriff „durchgängig" mehrere untereinander nicht verbundene Kanäle mit blind endenden Endabschnitten, durch die zwar ein Fluidtransport nur jeweils zu einem offenen Ende jedes Kanals erfolgen kann, wobei jedoch zumindest zwei unterschiedliche Randabschnitte an den äußeren Randseitenflächen des Flächenelements solche Öffnungen aufweisen. Der zumindest eine Kanal muss dabei lediglich solange durchgängig sein, bis etwaiges Fluid bei der Verklebung des Flächenelements auf dem Substrat aus der Verklebungsebene entfernt wurde und eine blasenfreie Verklebung erhalten wurde. Danach kann der Kanal entweder weiterhin durchgängig bleiben oder auch unpassierbar werden, etwa indem dieser infolge eines späteren viskosen Flusses der Klebemasse vollständig oder lokal verstopft. Hinsichtlich der Anordnung mehrerer Kanäle können diese beliebige geeignete Geometrien aufweisen. Beispielsweise können mehrere parallele zueinander verlaufende Kanäle, die untereinander nicht verbunden sind, das Kanalelement bilden. Das Kanalelement kann aber auch aus einem sich mehrfach verzweigenden Kanal bestehen, der ein dendrimeres oder verästeltes Kanalsystem bildet. Überdies sind ebenfalls andere Anordnungen der Kanäle möglich, so dass beispielsweise auch netz- oder gitterartige Kanalanordnungen ein erfindungsgemäßes Kanalsystem bilden können. In letzteren Fällen sind Kanäle untereinander über einen oder mehrere Kreuzungspunkte verbunden, so dass das über das Kanalelement geförderte Fluid, von einem Kanal in einen anderen Kanal gelangen kann. Natürlich kann das Kanalelement auch mehrere Kanalsysteme nebeneinander aufweisen.
Einige typische Beispiele für Strukturen eines erfindungsgemäßen Kanalelements sind in Fig. 1 bis Fig. 4 schematisch dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 eine erste Struktur des Kanalelements,
Fig. 2 eine zweite Struktur des Kanalelements,
Fig. 3 eine dritte Struktur des Kanalelements und
Fig. 4 eine vierte Struktur des Kanalelements.
Die Hauptausdehnung des Flächenelements liegt jeweils parallel zur Darstellungsebene, und die äußeren Randseitenflächen des rechteckigen Flächenelements sind als dünne äußere Begrenzungslinien wiedergegeben. Die dickeren schwarzen Linien geben jeweils die Anordnung der Kanäle innerhalb des Kanalelements wieder und die weißen Flächen somit die klebenden Bereiche der Seitenfläche des Flächenelements, die mit dem Substrat in Kontakt stehen.
In Fig. 1 ist eine zusammenhängende gitterartige Struktur aus mehreren untereinander verbundenen Kanälen dargestellt, die in den Kreuzungspunkten rechtwinklig aufeinander treffen. Alle Kanäle dieser Struktur weisen dieselbe Breite auf,
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91)
IC A/CD In Fig. 2 ist ebenfalls eine zusammenhängende gitterartige Struktur aus mehreren untereinander verbundenen Kanälen dargestellt. Die hier wiedergegebene Struktur ist gegenüber der aus Fig. 1 jedoch unregelmäßig aufgebaut, so dass die Kanäle in den Kreuzungspunkten unter verschiedenen Winkeln und Abständen aufeinander treffen. Auch in dieser Struktur weisen alle Kanäle dieselbe Breite auf.
In Fig. 3 ist eine nicht zusammenhängende Struktur aus mehreren einzelnen Kanälen dargestellt, die in einer Vorzugsrichtung angeordnet sind. Auch diese Struktur ist unregelmäßig aufgebaut, so dass die Kanäle bereichsweise Teilkurven mit unterschiedlichen Krümmungsradien aufweisen. Auch in dieser Struktur weisen alle Kanäle dieselbe Breite auf.
In Fig. 4 ist eine zusammenhängende gitterartige Struktur aus mehreren untereinander verbundenen Kanälen dargestellt, die in den Kreuzungspunkten rechtwinklig aufeinander treffen. Im Unterschied zu der Struktur aus Fig. 1 weisen die Kanäle dieser Struktur jedoch unterschiedliche Breiten auf.
Diese Beispiele sind hierbei lediglich illustrativ gewählt und sollen den Umfang der Erfindung nicht beschränken. So können natürlich erfindungsgemäße Kanalelemente auch trapezförmig, dreieckig oder dergleichen aufgebaut sein.
Die Kanäle können beliebige geeignete Abmessungen aufweisen; so können die Kanäle eine im Wesentlichen gleiche Tiefe und eine im Wesentlichen gleiche Breite aufweisen oder aber unterschiedliche Kanäle unterschiedliche Tiefen und/oder unterschiedliche Breiten besitzen. Letztere Ausbildung umfasst Systeme mit bimodalen, trimodalen oder polymodalen Kanalabmessungen, in denen zwei verschiedene, drei verschiedene bzw. viele unterschiedliche Kanalquerschnitte vorliegen. So ist es etwa möglich, Kanalsysteme mit einem Hauptkanal von großem Querschnitt und mehreren kleineren, in den Hauptkanal einmündenden Nebenkanälen von kleineren Querschnitten zu erzeugen, wobei die Nebenkanäle ihrerseits von Nebenkanälen mit noch kleinerem Querschnitten gespeist werden usw. oder aber Kanalsysteme mit sich zu den entsprechenden Öffnungen in den äußeren Randseitenflächen hin verjüngenden oder erweiternden Querschnitten zu erzeugen. Die maximale Tiefe eines Kanals wird dabei von der Dicke der Klebeschicht begrenzt, wohingegen die Breite eines Kanals mindestens 100 nm und höchstens 2 mm beträgt. Hinsichtlich der relativen Verhältnisse der Gesamtfläche der Seitenfläche des Flächenelements und der des darin eingelassenen Kanalelements sollte die an der Seitenfläche liegende Gesamtfläche des Kanalelements mehr als 2 % der Gesamtfläche der Seitenfläche des Flächenelements und höchstens 65 % der Gesamtfläche der Seitenfläche des Flächenelements ausmachen, vorzugsweise mehr als 5 % der Gesamtfläche der Seitenfläche.
Die Kanäle müssen ferner zum Transport eines Fluids angepasst sein. Dies umfasst jegliche notwendige und/oder wirksame Maßnahme, die einen Fluidtransport durch die Kanäle des Kanalelements ermöglicht oder verbessert. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Anpassung der Geometrie des Kanals handeln, etwa eine Anpassung der Abmessungen des Kanals oder eine Anpassung der Form des Querschnitts des Kanals, wie auch eine Anpassung der Beschaffenheit der Kanalwandungen. Letzteres ist etwa dann erforderlich, wenn die Klebemasse zum Aktivieren auf derart hohe Temperaturen zu erwärmen ist, dass die Viskosität der Klebemasse stark abnimmt. Unter diesen Umständen würde ohne eine separate Anpassung der Kanalwandung - etwa in Form einer Beschichtung oder lokalen Vorvernetzung der Klebemasse nur im Bereich der Kanalwandung - der Kanalquerschnitt drastisch sich verringern, da bei diesen Temperaturen ein viskoser Fluss der Klebemasse nicht vernachlässigt werden kann, so dass ein Fluidtransport über das Kanalelement erschwert oder sogar unmöglich würde.
Je nach den jeweils erforderlichen Eigenschaften kann das Flächenelement einen permanenten Träger umfassen oder aber trägerfrei ausgebildet ist. Eine trägerfreie Ausbildung, etwa als Transferklebeband mit zwei unterschiedlichen Klebemassen oder mit nur einer Klebemasse, ist sinnvoll, wenn das Flächenelement insgesamt eine möglichst geringe Höhe aufweisen soll, etwa bei Verklebungen im Miniaturbereich. Demgegenüber ist die Ausbildung mit einem zusätzlichen Träger zum Beispiel besonders günstig, wenn eine besonders hohe mechanische Stabilität des Flächenelements erforderlich ist, etwa bei hochbelasteten Verbindungen sowie zur Verbesserung der Stanzbarkeit bei Verwendung von Flächenelementen als Stanzteile. Ein derartiger permanenter Träger kann aus allen dem Fachmann geläufigen Materialien bestehen, beispielsweise aus Polymeren wie Polyester, Polyethylen, Polypropylen einschließlich modifiziertem Polypropylen wie etwa biaxial orientiertem Polypropylen (BOPP), Polyamid, Polyimid, Polyvinylchlorid oder Polyethylenterephthalat sowie aus Naturstoffen; diese können als Gewebe, Gewirke, Gelege, Vliese, Papiere, Schaumstoffe, Folien und dergleichen ausgebildet sein oder auch aus Kombinationen daraus, etwa Laminaten oder
Gewebefolien.
Zur Verbesserung der Haftung kann bei Verwendung eines permanenten Trägers dieser einseitig oder beidseitig mit einem Haftvermittler versehen sein, einem so genannten "Primer". Als derartige Haftvermittler lassen sich übliche Primersysteme einsetzen, etwa Heißsiegelkleber auf der Basis von Polymeren wie Ethylvinylacetat oder funktionalisierte Ethylvinylacetate oder auch Reaktivpolymere. Als funktionelle Gruppen lassen sich alle üblichen haftungssteigernden Gruppen einsetzen, etwa Epoxid-, Aziridin-, Isocyanat- oder Maleinsäureanhydridgruppen. Überdies können den Haftvermittlern auch zusätzliche vernetzende Komponenten beigefügt sein, beispielsweise Melaminharze oder Melamin-Formaldehyd-Harze. So sind unter anderem Haftvermittler auf der Basis von Polyvinylidenchlorid und Copolymerisaten von Vinylidendichlorid, insbesondere mit Vinylchlorid, gut geeignet (etwa Saran der Dow Chemical Company).
Ferner kann das Flächenelement entweder einseitig oder aber beidseitig klebend ausgerüstet sein, das heißt, dass entweder nur eine der parallel zur Hauptausdehnung des Flächenelements ausgerichteten Seitenflächen mit einer Klebeschicht ausgerüstet ist oder zusätzlich auch die zweite Seitenfläche, die sich im Flächenelement auf der der einen Seitenfläche gegenüber liegenden Seite befindet. Die Klebemassen der Klebeschichten an den beiden Seitenflächen können in letzterem Fall je nach Anwendungszweck und den zu verbindenden Substraten identisch oder unterschiedlich sein. Somit könnte also ein erfindungsgemäßes Flächenelement auch ein trägerfreies Transferklebeband darstellen, das aus einer einzigen Klebemasse in einer Klebeschicht besteht. Erfindungsgemäß kann die zweite Klebeschicht ebenfalls ein geeignetes
Kanalelement aufweisen, wobei das zweite Kanalelement identisch oder unterschiedlich zu dem ersten Kanalelement ausgebildet sein kann.
Zur Herstellung eines Flächenelements wird die abgemischte Klebemasse auf einen Träger aufgetragen. Die Auftragung der Klebemassen kann direkt auf das
Flächenelement durchgeführt werden - etwa auf einen permanenten Träger oder eine andere, flächig ausgebreitete Klebeschicht. Stattdessen kann die Auftragung auch indirekt erfolgen, etwa unter Verwendung eines temporären Trägers wie etwa einem Prozessliner oder einem Releaseliner. Als temporärer Träger können alle dem Fachmann bekannten temporärer Träger eingesetzt werden, etwa Trennfolien, Trennlacke oder Trennpapiere. Trennfolien sind beispielsweise haftungsverminderte Folien auf der Basis von Polyethylen, Polypropylen (auch orientiertes Polypropylen wie etwa biaxial orientiertes Polypropylen), Polyethylenterephthalat, Polyethylennaphthalat, Polyvinylchlorid, Polyester, Polyimid oder von Mischungen dieser Materialien. Bei Trennlacken handelt es sich häufig um Silikonlacke oder fluorierte Lacke zur Haftungsverminderung. Als Trennpapiere werden alle dem Fachmann bekannten geeigneten Trennpapiere verstanden, etwa solche auf der Basis von in Hochdruckverfahren hergestellten Polyethylen (LDPE), in Niederdruckverfahren hergestelltem Polyethylen (HDPE), Pergamin oder Glassine. Die Trennmittel können zur weiteren Haftungsverminderung zusätzlich mit einer Trennschicht ausgerüstet sein. Für eine Trennschicht eignen sich alle üblichen, dem Fachmann bekannten Materialien, etwa Silikontrennlacke oder fluorierte Trennlacke.
Bei der Auswahl des geeigneten Materials für den temporären Träger ist eine hinreichende Hitzebeständigkeit zu berücksichtigen, so dass in etwaigen weiteren Verarbeitungsschritten wie etwa einem Heißlaminieren keine Schädigung des temporären Trägers eintritt.
Sinnvoll ist es dabei zudem, wenn eine der beiden zu beschichtenden Seiten eines derartigen Releaseliners eine geringere Trennkraft aufweist als die andere Seite, so dass die Klebemasse auf dieser einen Seite besser haftet. Hierdurch kann beim Abspulen von auf Rollen gelagerten Flächenelementen ein Umspulen der Klebemasse vermieden werden, da sich diese von der anderen Seite leichter ablöst als von der einen Seite.
Das Auftragen der Klebemasse auf das Flächenelement erfolgt nach herkömmlichen Verfahren mittels üblicher Vorrichtungen, etwa über eine Schmelzdüse oder eine Extrusionsdüse. Bei dieser Auftragung wird das Flächenelement jeweils einseitig mit der Klebemasse beschichtet. Eine so aus der aufgetragenen Klebemasse erhaltene flächenförmige Klebeschichtung kann das Flächenelement einseitig vollflächig bedecken oder aber lediglich lokal aufgetragen sein.
So kann die Klebemasse etwa aus einer Lösung aufgetragen werden. Zum Lösen werden bevorzugt solche Lösemittel eingesetzt, in denen zumindest eine der Komponenten der Klebemasse eine gute Löslichkeit aufweist. Für eine Auftragung der Klebemasse aus der Schmelze kann etwaig vorhandenes Lösemittel abgezogen werden, zum Beispiel in einem Aufkonzentrationsextruder unter vermindertem Druck. Hierzu können beispielsweise Einschneckenextruder oder Doppelschneckenextruder eingesetzt werden, die das Lösemittel in der gleichen Vakuumstufe oder in verschiedenen Vakuumstufen abdestillieren und gegebenenfalls über eine Vorwärmung der Einspeisung verfügen.
Zur Herstellung eines Flächenelements in einem direkten Verfahren kann beispielsweise in einem ersten Schritt die Klebemasse auf die eine Seite eines Trägers aufgetragen werden und in einem zweiten Schritt dieselbe oder eine andere Klebemasse auf die andere Seite des Trägers. Alternativ kann in einer direkten Beschichtung etwa auch die eine Klebemasse in einem ersten Schritt auf ein Trennmittel aufgetragen werden und dieselbe oder eine andere Klebemasse in einem zweiten Beschichtungsschritt aus der Lösung oder aus der Schmelze direkt auf die eine Klebemasse, nämlich auf die nicht von dem Trennmittel bedeckte Seite der einen Klebemasse. Auf letztere Weise wird ein trägerfreies Flächenelement erhalten, beispielsweise ein Transferklebeband.
Bei einer indirekten Auftragung werden beide Klebemasseschichtungen zunächst getrennt voneinander auf einen temporären Träger oder ein Trennmittel aufgetragen und erst in einem anschließenden Schritt miteinander verbunden. Um eine besonders effiziente Haftung der beiden Klebemasseschichtungen aneinander zu erzielen, können im letzten Schritt zwei auf temporäre Träger aufgetragene Klebeschichtungen in einem Heißlaminierverfahren unter Druck und Temperatur direkt aufeinander kaschiert werden, etwa mittels eines Heiss-Roll-Laminators mit einer oder zwei beheizten Walzen.
Selbstverständlich können beide Klebemasseschichtungen auch in einem gemeinsamen Verfahrensschritt direkt miteinander oder mit einem gemeinsamen Träger verbunden werden, etwa im Rahmen einer Coextrusion.
Zur Herstellung größerer Schichtdicken ist es zudem auch möglich, mehrere Klebemassenschichten miteinander in einem Laminierschritt zu verbinden. Ein derartiger Laminierschritt findet üblicherweise unter Einbringung von Wärme und Druck statt. Das Produkt kann dann als Doppelliner-Produkt weiterverarbeitet werden, also beidseitig temporäre Träger aufweisen. Alternativ kann einer der beiden temporären Träger wieder auskaschiert werden.
Bei den zuvor beschriebenen Verfahren kann das Kanalelement in einem abschließenden Schritt in die Oberfläche der Klebemasse an der Seitenfläche des Flächenelements mittels herkömmlicher Strukturierungsverfahren eingebracht, etwa über lithographische Prozesse, nasschemisches Ätzen, Laserablation, galvanische Verfahrensschritte oder einem mechanischen Prozess, etwa in Fräsverfahren oder Prägeverfahren mittels externer Stempel oder Prägewalzen.
Besonders günstig ist es allerdings, wenn das Kanalelement über eine entsprechende inverse oder komplementäre Ausbildung des temporären Trägers auf die Hitze- aktivierbare Klebemasse übertragen wird. Ein derartiger temporärer Träger weist ein zu dem zumindest einen Kanal komplementär ausgebildetes erhabenes Gratelement auf, das in den zumindest einen Kanal eingreift. Mittels Aufdrücken des komplementär ausgebildeten temporären Trägers auf eine flache unstrukturierte Klebeschicht wird dann das Kanalelement in die Seitenfläche des Flächenelements eingeprägt. Alternativ kann die Klebemasse auch als zumindest teilweise flüssige Substanz - das heißt in einem geschmolzenen Zustand oder aber als Monomere oder nur teilweise polymerisierte Vorstufe vor einer Vernetzung - auf den strukturierten temporären Träger aufgetragen werden und dort in den festeren Zustand überführt werden (etwa durch Abkühlen oder Nachvernetzen), so dass sich das Kanalelement in diesem formgebenden Gussschritt beim Erstarren der Klebemasse in der Seitenfläche ausbildet.
Die Topographie des temporären Trägers kann hierbei entsprechend zu den oben beschriebenen Kanalsystemen ausgebildet sein und zusammenhängende Erhebungen als Gratelement aufweisen, die beliebig aufgebaut sein können, etwa rundlich oder eckig. Diese Erhebungen nehmen dabei mindestens 2 % und höchstens 65 % der Gesamtfläche des temporären Trägers ein, vorzugsweise mehr als 5 % davon. Die nicht erhabene Fläche des temporären Trägers kann alle üblichen Strukturen aufweisen, wobei für die meisten Anwendungen eine planare Ausformung praktisch ist. Entsprechend der erwünschten Oberflächenbeschaffenheit der Klebeschicht oder einer leichteren Ablösbarkeit des temporären Trägers von der Klebeschicht kann die planare Fläche aber auch eine Mikrorauhigkeit aufweisen, die dann jedoch unterhalb der Höhe des
Gratelements liegen sollte.
Das zumindest eine Gratelement kann über beliebige formgebende und formverändernde Verfahren auf die Oberfläche des temporären Trägers aufgebracht werden. So kann etwa die Struktur des Gratelements mittels einer Prägewalze in die Oberfläche des temporären Trägers eingeprägt werden, wobei diese Prägung gegebenenfalls bei hohen Temperaturen durchgeführt wird. Das zumindest eine Gratelement kann aber auch mit anderen Verfahren erzeugt werden, zum Beispiel in lithographischen Prozessen, nasschemischem Ätzen, über Laserablation, in galvanischen Verfahrensschritten oder einem mechanischen Prozess, etwa mittels einer Fräseinrichtung. Sofern beabsichtigt ist, einen Trennlack auf den temporären Träger aufzutragen, damit dieser sich für einen Gebrauch leichter von der Klebemasse ablöst, so kann der Trennlack entweder vor der Erzeugung der Struktur des Gratelements oder nach der Erzeugung der Struktur aufgebracht werden. Natürlich kann der Trennlack auch zur Erzeugung des Gratelements genutzt werden, etwa, indem der Lack nach dem Auftrag das Gratelement selbst ausbildet.
Der temporäre Träger kann dabei einseitig ein derartige Gratelement aufweisen, so dass für ein doppelseitig verklebbares Flächenelement jede Seitenfläche des Flächenelements mit einem eigenen temporären Träger versehen sein muss (so genanntes Doppelliner- Produkt). Natürlich können auch beide Seiten des temporären Trägers je ein Gratelement oder mehrere Gratelemente aufweisen, so dass für ein doppelseitig verklebbares Flächenelement nur ein einziger doppelseitig strukturierter temporärer Träger erforderlich ist (so genanntes Singleliner-Produkt).
Das Erzeugen des Kanalelements über einen mit zumindest einem Gratelement versehenen temporären Träger kann auf alle geeigneten Arten ausgeführt werden. So kann die Klebemasse direkt auf die Oberfläche des temporären Trägers aufgetragen werden und dabei das Kanalelement formen. Die Auftragung der Klebemasse kann aus wässriger oder organischer Lösung erfolgen, wobei etwaige Lösemittelreste in einer Trockenstrecke entfernt werden können, etwa einem Heizkanal oder IR-Kanal. Nach dem Trocknen nimmt die Hitze-aktivierbare Klebemasse die zu der Struktur des Gratelements komplementäre Struktur des Kanalelements an. Natürlich kann die Hitze-aktivierbare Klebemasse aber auch aus der Schmelze auf den strukturierten temporären Träger aufgetragen werden. Ohne weitere Maßnahmen kann sich das Kanalelement hierbei in der Klebemasse nur dann ausbilden, wenn die Viskosität der geschmolzenen Klebemasse niedrig ist. Bei einer hohen Viskosität der Schmelze kann hierfür zusätzlich ein Einprägen des Gratelements in die Klebemasse bei anschließendem Andrücken des temporären Trägers an die Klebemasse erforderlich sein, etwa mittels Anpresswalzen oder Druckwalzen.
Stattdessen kann die Hitze-aktivierbare Klebemasse auf den strukturierten temporären Träger auch umkaschiert werden. Um unter diesen Bedingungen die Struktur von dem Gratelement auf die Klebemasse zu übertragen, muss das Umkaschieren unter Druck erfolgen, zum Beispiel unter Verwendung einer oder mehrerer Kaschierwalzen, etwa gummierter Walzen.
Anstelle dessen oder zusätzlich dazu kann die Struktur eines Gratelements auch beim Aufspulen und Lagern des Flächenelements in Rollenform in die Klebemasse eingebracht werden, indem etwa das mit dem temporären Träger versehene Flächenelement unter hoher Wickelspannung auf einen Rollenkern aufgespult wird, so dass sich die Struktur des Gratelements mit hoher Effizienz komplementär in der Klebemasse abbildet. Dies Verfahren ist auch geeignet, eine schwache Strukturierung der Klebemasse während der Lagerung zu intensivieren.
Die zuvor beschriebenen Verfahren eignen sich wie die anderen Verfahren selbstverständlich auch entsprechend zum Aufbringen eines Kanalelements auf die zweite Seitenfläche des Flächenelements. Hierfür wird der temporäre Träger zunächst einseitig mit dem Flächenelement nach einem der zuvor beschriebenen Verfahren verbunden und dann derart zur Lagerung auf eine Rolle aufgespult, dass die Hitze- aktivierbare Klebemasse an der zweiten Seitenfläche des Flächenelements so stark gegen das zweite Gratelement auf der zweiten Oberseite des temporären Trägers gedrückt wird, dass infolge des Anpressdrucks das zweite Kanalelement in die
Klebemasse eingeprägt wird und sich dadurch das zweite Kanalelement komplementär ausbildet.
Abschließend kann das so erzeugte bahnförmige Flächenelement durch Stanzen oder beliebige andere geeigneten Verfahren in gewünschte Formen gebracht werden, etwa Ringe, Bögen oder Streifen. Die Gesamtstärke des Hitze-aktiviert verklebenden
Flächenelements liegt je nach Anwendungszweck üblicherweise in einem Bereich von etwa 10 μm bis etwa 10 mm, genauer, von 25 μm und bis 1 mm.
Mit Hilfe des so hergestellten erfindungsgemäßen Flächenelements können auf einfache Weise blasenfreie Verklebungen erhalten werden, wobei dies sogar bei großflächigen Verklebungen oder nicht ebenen Verklebungsflächen möglich ist.
Bei Verwendung Hitze-aktivierbarer Klebemassen wird eine (ebene) Verklebung mittels Heißlaminierung durchgeführt. Soll beispielsweise ein erstes Substrat mit einem zweiten Substrat verbunden werden, so kann in einem ersten Schritt die Hitze-aktivierbare Klebemasse zusammen mit dem strukturierten temporären Träger auf das erste Substrat mittels eines Rollenlaminators auflaminiert werden. Anschließend wird der temporäre Träger entfernt und die so freigelegte zweite Klebemasse des Flächenelements mit dem zweiten Substrat in Kontakt gebracht. Abschließend wird auch die zweite Verklebung mittels eines Rollenlaminators erzeugt. Sinnvoll ist es hierbei, wenn die Bewegungsrichtung, in der der Rollenlaminator jeweils über die Kompositstruktur aus Substrat und Flächenelement geführt wird, parallel zu der Richtung der Kanäle des jeweiligen Kanalelements verläuft, so dass gleichzeitig mit dem Laminieren etwaige Fluidansammlungen aus der Verklebungsfläche über das Kanalelement abgeleitet und dadurch entfernt werden.
Die einzelnen Schritte können auch in abweichender Reihenfolge durchgeführt werden. So kann etwa zuerst der temporäre Träger entfernt und das erste Substrat, das Flächenelement sowie das zweite Substrat in der gewünschten Position relativ zueinander angeordnet werden, um dann zuletzt als sandwichartiger lockerer Verbund zur Verklebung beider Klebeflächen durch den Heizrollenlaminator geführt zu werden.
Üblich ist bei derartigen Heißlaminierungen je nach der Zusammensetzung der Klebemassen und deren Aktivierungstemperatur ein Anpressdruck des
Heizrollenlaminators von 1 bis 10 bar bei einer Temperatur von 40 bis 250 0C. Die Durchlaufgeschwindigkeiten betragen 0,5 bis 50 m/min, häufig 2 bis 10 m/min. Die Heizrollen des Rollenlaminators können von Innen oder aber von einer äußeren Wärmequelle beheizt sein. Der Verbund aus Substrat oder Substraten und Flächenelement kann aber auch in einem ersten Schritt ohne Druck erwärmt werden - zum Beispiel in einer Wärmestrecke - und erst anschließend durch einen selbst nicht beheizten Rollenlaminator unter Druck zusammengefügt werden. Überdies ist es auch möglich, mehrere Heizrollenlaminatoren zu kombinieren.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten gehen aus den folgenden
Ausführungsbeispielen hervor. Hierfür wurden zwei unterschiedliche Hitze-aktivierbare Klebemassen wie folgt hergestellt: In einem Kneter wurde eine Lösung einer Polymermischung in Methylethylketon hergestellt. Die Polymermischung bestand aus 50 Gew.-% eines Nitrilkautschuks (Beispiel 1 : Breon N36 C80 von Zeon; Beispiel 2: Nipol N1094-80 von Zeon) und 40 Gew.-% eines Phenol-Novolak-Harzes (Durez 33040), das mit 8 Gew.-% Hexamethylentetramin (Rohm und Haas) sowie mit 10 Gew.-% eines Phenolresolharzes (9610 LW von Bakelite) abgemischt war. Nach einer Knetdauer von 20 h wurde so eine Lösung mit 30 Gew.-% der Polymermischung erhalten.
Zur Ausbildung des Kanalelements in der Klebemasse wurde ein strukturierter temporärer Träger verwendet, der dreischichtig aufgebaut war. Der temporäre Träger enthielt als Papierkern ein Glassinepapier mit einem Flächengewicht von 100 g/m2. Auf einer Seite wurde der Papierkern direkt mit in Niederdruckverfahren hergestelltem Polyethylen (HDPE) mit einer Schichtdicke von 20 μm beschichtet. Da die Klebkraft der Hitze-aktivierbaren Klebemasse auf dem temporären Träger bei Raumtemperatur sehr gering ist, wurde dieser mit einem die Adhäsion erhöhenden Mittel auf Silikonbasis mit einem Masseauftrag von 1 ,9 g/m2 beschichtet, das zu 20 Gew.-% ein hinreichend „stumpfes" Silikon als so genanntes Controlled Release Agent enthielt.
Schließlich wurde auf der einen Seite des temporären Trägers ein erhabenes
Gratelement mittels eines Prägeschritts erzeugt. Hierfür wurde der temporäre Träger so durch einen Spalt aus einer strukturierten Metallprägewalze und eine gummierten Walze hindurchgeführt, dass die mit Polyethylen beschichtete Seite des Trägers mit der Metallprägewalze in Berührung stand. Die Walzentemperatur beider Walzen betrug 160 0C und der Anpressdruck dieses Gravierrollenlaminators betrug 8 bar/cm.
Die Metallwalze wies hierbei eine eingefräste rautenförmige Strukturierung auf, deren Rauten eine Kantenlänge von 4 mm besaßen. Hierdurch entstand auf der Prägewalze ein Kanalsystem, dessen Kanäle durchgängig ausgebildet und beidseitig von Rauten begrenzt waren. Die Breite der Kanäle betrug 50 μm und die Tiefe der Kanäle 25 μm. Nachdem der unstrukturierte temporäre Träger den Walzenspalt mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m/min passiert hatte, wies er einseitig das erwünschte erhaben eingeprägte Gratelement auf.
Aus den obigen Klebemassen wurde ein doppelseitig klebendes, beidseitig mit einem Kanalelement versehenes Flächenelement als Transferklebeband hergestellt, das keinen permanenten Träger enthielt und dessen beide Seitenflächen dieselbe Klebemasse aufwiesen. Hierfür wurde die oben beschriebene 30 %-ige Lösung der Hitze-aktivierbaren Klebemasse auf die strukturierte Seitenfläche des temporären Trägers ausgestrichen und bei 100 0C für 10 min getrocknet. Nach der Trocknung wurde eine Klebeschicht mit einer Schichtdicke von 200 μm erhalten.
Anschließend wurde ein zweiter temporärer Träger, der identisch zu dem ersten temporären Träger ausgebildet war, unter Verwendung eines Heizrollenlaminators bei 120 0C mit einem Anpressdruck von 2 bar und einer Rollgeschwindigkeit von 1 m/min derart hinzukaschiert, dass die zweite strukturierte Seitenfläche des zweiten temporären Trägers zu der frei liegenden unstrukturierten Seite der Klebemasse gerichtet war. Auf diese Weise wurde ein mit zwei temporären Trägern versehenes Hitze-aktiviert verklebendes Flächenelement als Doppellinerprodukt erhalten.
Als Referenzbeispiele wurden Systeme Hitze-aktiviert verklebender Flächenelemente hergestellt, die dieselben Klebemassen enthielten (Referenzbeispiel 1 mit der Klebemasse aus Beispiel 1 , Referenzbeispiel 2 mit der Klebemasse aus Beispiel 2), wobei als temporäre Träger jedoch beidseitig je ein herkömmliches unstrukturiertes Glassine-Trennpapier der Firma Laufenberg mit einem Flächengewicht von 78 g/m2 eingesetzt wurde.
Zur Überprüfung der klebtechnischen Eigenschaften der so erhaltenen Hitze-aktiviert verklebenden Flächenelemente wurden Beispiele und Referenzbeispiele unterschiedlichen Testverfahren unterzogen.
Hierfür wurde von einem quadratischen Hitze-aktiviert verklebenden Flächenelement mit einer Seitenlänge von 50 cm der temporäre Träger einseitig abgezogen und das Flächenelement mit der so freigelegten Klebemassenseite auf die zuvor gereinigte Oberfläche des jeweiligen Substrats aufgelegt. Anschließend wurde der zweite temporäre
Träger manuell abgezogen und das zweite Substrat auf die nunmehr freigelegte zweite Seitenfläche des Flächenelements aufgelegt. Der so erhaltene lockere Verbund wurde als Sandwichstruktur mit einem Anpressdruck von 1 ,5 bar und einer Laminiergeschwindigkeit von 3 m/min bei einer Laminiertemperatur von 1 10 0C durch einen Heizrollenlaminator gefahren.
Zur qualitativen Beurteilung einer mit diesen Flächenelementen erhaltenen Verklebung wurde ein Prüfkörperverbund hergestellt, indem eine transparente Polyethylenterephthalatfolie der Firma SKC mit einer Stärke von 50 μm mittels eines Hitze-aktiviert verklebenden Flächenelements mit einem Aluminiumblech von 0,15 mm Stärke zusammenlaminiert wurde. Nach der Heißlaminierung wurde das Erscheinungsbild der Verklebung durch die transparente Folie hindurch hinsichtlich eines Auftretens von Fluideinschlüssen in der Verbindungsebene begutachtet.
Die Abschälfestigkeit wurde an einem Prüfkörperverbund aus zwei Polyimid-Kupfer- Laminaten untersucht. Hierfür wurde das Flächenelement an einer seiner beiden Seitenflächen auf die Polyimidseite eines Laminats aus einer Polyimidfolie und einer Kupferfolie auflaminiert. Anschließend wurde auf die zweite frei liegende Seitenfläche des Flächenelements die Polyimidseite eines zweiten Laminats aus einer Polyimidfolie und einer Kupferfolie auflaminiert. Auf diese Weise wurde ein Prüfkörperverbund aus zwei Polyimid-Kupfer-Laminaten erhalten, die miteinander über eine Klebefuge aus einem Hitze-aktiviert verklebenden Flächenelement verbunden waren.
Dieser Prüfkörperverbund wurde anschließend auf eine Messtemperatur von 23 0C gebracht und bei einer Luftfeuchtigkeit von 50 % equilibriert. Zur Messung des Abschälverhaltens wurde der Prüfkörperverbund mittels eines Zugbelastungsprüfgeräts (Fa. Zwick GmbH & Co. KG) mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 50 mm/min in einem Zugwinkel von 180 ° auseinander gezogen. Als Ergebnis wurde die flächenbezogene Energie (in N/cm) erhalten, die erforderlich war, um die Verklebung zu lösen und die Prüfkörper voneinander zu trennen. Der jeweilige Datenwert für die maximale Zugbelastung bei dieser Temperatur ergab sich als Mittelwert aus jeweils drei Einzelmessungen. Schließlich wurde die Verklebungsfestigkeit als dynamische Scherfestigkeit analog zu
DIN EN 1465 unter Verwendung zweier Aluminiumbleche mit jeweils einer Stärke von 0,1 mm bestimmt. Die Verklebungsfestigkeit ergibt sich als flächenbezogene maximale Kraft (in N/mm2).
Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde bestätigt, dass die Referenzbeispiele 1 und 2 nach dem Laminieren stets deutlich erkennbar Fluideinschlüsse in der Verklebungsebene zeigten. Dieselben Klebemassen zeigten hingegen in den Beispielen 1 und 2 ein glattes Laminierbild und keine derartigen Fluidblasen.
Die Ergebnisse aus der Bestimmung der Abschälfestigkeit und der Verklebungsfestigkeit sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle 1
Anhand dieser Ergebnisse wurde festgestellt, dass die klebtechnischen Eigenschaften bei den Referenzbeispielen 1 und 2 durchgängig niedriger ausfielen als bei den Systemen aus Beispiel 1 und 2. Dies wird auf das Auftreten von Fluidansammlungen in der Verklebungsfläche bei den Referenzbeispielen zurückgeführt, die bei den Beispielen jeweils nicht beobachtet wurden. So war die Verklebungsfestigkeit insgesamt stets höher bei Systemen, die das erfindungsgemäße Kanalelement aufwiesen. Der im Rahmen dieser Untersuchungen festgestellte Unterschied in der Verklebungsfestigkeit zwischen den Beispielen und den Referenzbeispielen fällt insgesamt zwar nur gering aus, da infolge der Fluideinschlüsse die Klebefläche auch nur um ein Weniges verringert wird. Dennoch ist der durch die Verwendung der Kanalelemente erzielte Effekt signifikant und dient insgesamt zur Verbesserung der Beständigkeit einer Klebeverbindung.

Claims

Patentansprüche
1. Hitze-aktiviert blasenfrei verklebendes Flächenelement mit zumindest einer Hitze- aktivierbaren Klebemasse,
wobei das Flächenelement zumindest eine Seitenfläche aufweist, die parallel zu der Hauptausdehnung des Flächenelements ausgerichtet ist und zum Verkleben des Flächenelements mit einem Substrat angepasst ist,
d a d u rc h g e k e n n z e i c h n et , d a s s
die Seitenfläche ein Kanalelement aufweist,
das zumindest einen zum Transport eines Fluids angepassten Kanal umfasst,
wobei der zumindest eine Kanal zur Seitenfläche hin offen in die Seitenfläche eingelassen ist und durchgängig von einem Randabschnitt der Seitenfläche zu einem weiteren Randabschnitt der Seitenfläche verläuft.
2. Flächenelement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kanalelement eine Vielzahl an Kanälen aufweist.
3. Flächenelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle über einen oder mehrere Kreuzungspunkte untereinander verbunden sind.
4. Flächenelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle eine im Wesentlichen gleiche Tiefe und eine im Wesentlichen gleiche Breite aufweisen.
5. Flächenelement nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle unterschiedliche Tiefen und/oder unterschiedliche Breiten aufweisen.
6. Flächenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite eines Kanals mindestens 100 nm und höchstens 2 mm beträgt.
7. Flächenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtfläche des Kanalelements in der Seitenfläche mehr als 2 % der Gesamtfläche der Seitenfläche und höchstens 65 % der Gesamtfläche der Seitenfläche ausmacht, vorzugsweise mehr als 5 % der Gesamtfläche der Seitenfläche.
8. Flächenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement einen permanenten Träger umfasst.
9. Flächenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement eine der zuvor beschriebenen Seitenfläche gegenüberliegend angeordnete zweite Seitenfläche aufweist, die parallel zu der Hauptausdehnung des Flächenelements ausgerichtet ist und zum
Verkleben des Flächenelements mit einem zweiten Substrat angepasst ist, wobei die zweite Seitenfläche ein zweites Kanalelement aufweist, das zumindest einen zum Transport des Fluids angepassten Kanal umfasst, der zur zweiten Seitenfläche hin offen in die zweite Seitenfläche eingelassen ist und von einem Randabschnitt der zweiten Seitenfläche zu einem weiteren Randabschnitt der zweiten Seitenfläche durchgängig verläuft.
10. Flächenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement einen temporären Träger umfasst, der ein zu dem zumindest einen Kanal komplementär ausgebildetes erhabenes
Gratelement aufweist, das in den zumindest einen Kanal eingreift.
1 1. Verfahren zur Herstellung eines Hitze-aktiviert blasenfrei verklebenden
Flächenelements nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hitze- aktivierbare Klebemasse auf eine Oberseite des temporären Trägers derart aufgetragen wird, dass die Gratelemente an der Oberseite des temporären Trägers beim Auftragen der Klebemasse auf den temporären Träger in der Klebemasse das zu den Gratelementen komplementär ausgebildete
Kanalelement formen und dabei in den zumindest einen Kanal des Kanalelements eingreifen.
12. Verfahren nach dem auf Ansprüche 9 und 10 rückbezogenen Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das einseitig mit dem temporären Träger temporär verbundene Flächenelement abschließend derart zur Lagerung auf eine Rolle aufgespult wird, dass die Hitze-aktivierbare Klebemasse an der zweiten Seitenfläche des Flächenelements dabei gegen ein zweites Gratelement auf einer zweiten, der zuvor beschriebenen Oberseite gegenüberliegend angeordneten
Oberseite des temporären Trägers gedrückt wird und dass das zu dem zweiten Gratelement komplementär ausgebildete zweite Kanalelement in die Klebemasse eingeprägt wird und in den zumindest einen Kanal des zweiten Kanalelements eingreift.
13. Verfahren zur Herstellung einer blasenfreien Verklebung mittels eines Hitzeaktiviert blasenfrei verklebenden Flächenelements nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement in einem Heißlaminierschritt unter Druck auf das Substrat derart aufgebracht wird, dass in der Verklebungsfläche zwischen dem Flächenelement und dem Substrat eingeschlossenes Fluid aus der Verklebungsfläche über das Kanalelement abgeleitet wird.
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