EP3755540A1 - Verfahren und vorrichtungen zur herstellung eines verklebte elemente aufweisenden erzeugnisses - Google Patents

Verfahren und vorrichtungen zur herstellung eines verklebte elemente aufweisenden erzeugnisses

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EP3755540A1
EP3755540A1 EP19707758.9A EP19707758A EP3755540A1 EP 3755540 A1 EP3755540 A1 EP 3755540A1 EP 19707758 A EP19707758 A EP 19707758A EP 3755540 A1 EP3755540 A1 EP 3755540A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
chitosan
fiber
adhesive
containing solution
present
Prior art date
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Granted
Application number
EP19707758.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3755540B1 (de
Inventor
Claudia Falcke
Christina Faltl
Julia Diener
Michael Richter
Volker Sieber
Franz Josef Landen
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.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Ribler GmbH
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Ribler GmbH
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Publication date
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Publication of EP3755540A1 publication Critical patent/EP3755540A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3755540B1 publication Critical patent/EP3755540B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B42—BOOKBINDING; ALBUMS; FILES; SPECIAL PRINTED MATTER
    • B42C—BOOKBINDING
    • B42C9/00—Applying glue or adhesive peculiar to bookbinding

Definitions

  • the present invention relates to methods and apparatuses for producing a product comprising at least two elements bonded together, in particular a cellulose product, and to products made therewith.
  • Such adhesive binding methods are binding methods for, for example, books or other printed products, wherein adhesives are applied to the backs of the cut book blocks, which ensure the cohesion of the leaves.
  • Methods for bonding elements can be distinguished according to the operating temperatures used in cold and hot glues.
  • thermoplastic adhesives which are solid at room temperature and liquid when heated, in particular ethylene vinyl acetate copolymers or
  • Hot melt adhesives used.
  • a disadvantage of the hot glueing is a high energy consumption, a high viscosity of the hot melt adhesive and any damage of temperature-sensitive elements to be bonded.
  • the obtained bond has insufficient flexibility. This leads in particular in the binding of books, magazines or magazines to an inflexible impact behavior, in particular the impact is not possible at an angle of 180 ° and open books, magazines or magazines fold by itself again.
  • hot-melt adhesives have been widely used in view of the need to perform such high throughput industrial bonding processes.
  • the adhesive In the field of cold gluing, which is much gentler, the adhesive (usually polymer dispersions with natural or artificial polymers or synthetic or natural resin dispersions in water, for example aqueous formulations based on acrylate) must be liquid at room temperature and the Paper structure, in particular depending on the Viscosity, good to wet.
  • the adhesion or durability of the glued fiber-containing elements with the glue is often too low. Therefore, in mechanical stress, for example, when repeatedly turning a book, a magazine or magazine, so after a short time separate individual leaves from the bandage.
  • the present invention is based on the technical problem of overcoming the above disadvantages, in particular to provide methods which result in a particularly stable bonding of elements to be bonded, in particular when adhesive formulations or cold glues are to be used for bonding.
  • the present invention is also based on the technical problem of providing bonded products, which are characterized by a particularly stable bonding of the elements forming them.
  • the present invention is further based on the technical problem of providing devices which are suitable, in particular adapted, for carrying out the methods according to the invention.
  • the present invention solves the underlying technical problems by providing the subject matters of the independent claims.
  • the present invention solves the underlying problem by providing a process for producing a product comprising at least two elements bonded together comprising a) providing at least a first element comprising at least one fiber-containing surface, at least one second element, at least one chitosan - containing solution and at least one liquid adhesive formulation, b) applying the at least one chitosan-containing solution to at least one surface to be bonded on the at least one fiber-containing surface of the first
  • Elements for obtaining a pretreated gluing zone having the chitosan-containing solution on the first element c) applying the at least one liquid adhesive formulation to the adhesive zone having the pretreated chitosan-containing solution obtained in process step b) and d) contacting the at least one second Element with the adhesive zone of the first element to obtain the bonded product.
  • the invention accordingly provides that in a first method step a) at least two elements to be bonded are provided, of which a first element is characterized in that at least one surface of the element is a fiber-containing surface, ie has fibers, in particular one Having fibers formed surface.
  • the first element may preferably comprise a coating of fibrous material, for example fibers, for example a fibrous coating.
  • the first element can be constructed from the fibers, in particular consist of these.
  • the entire surface of the first element is a fiber-containing surface.
  • it can also be provided that only one surface, in particular a part of one or more surfaces of the first element, is a fiber-containing surface.
  • the fiber-containing surface may in a preferred embodiment consist solely of fibers.
  • the fiber-containing surface in addition to the fibers further components such as synthetic and natural polymers, glues, fillers, dyes, defoamers, dispersants, rheology agents, wetting agents or the like included.
  • the fibers present in the fiber-containing surface of the first element provided in process step a), preferably all fibers, can be present over their entire length, but at least over a substantial fiber length in the form of a fiber composite, ie in a form in which at least parts of the fibers to each other and / or to other components of the element directly direct physical contact, preferably in close physical contact, for example in compressed form.
  • a first method step a at least one second element to be bonded to the first element, at least one chitosan-containing solution and at least one liquid adhesive formulation are provided.
  • the invention further provides that in a second method step b) the at least one chitosan-containing solution is applied to a surface to be bonded, in particular to a region of the at least one fiber-containing surface or to the entire fiber-containing surface of the first element , whereby a gluing zone comprising the chitosan-containing solution is obtained on the first element, for example the entire fiber-containing surface or a region of this surface.
  • adheresive zone is understood to mean the surface of the fiber-containing surface of the first element to which the chitosan-containing solution has been applied and to those in a subsequent process step, in particular without carrying out further steps, in particular intermediate steps , the liquid adhesive formulation is applied.
  • step b) The pretreated, containing the chitosan-containing solution adhesive zone of the first element thus obtained in step b), the chitosan-containing solution therefore still in the provided in step a) liquid form.
  • a third process step c) the at least one liquid adhesive formulation is then applied to the adhesive zone having the pretreated chitosan-containing solution obtained in process step b), for example with a nozzle or roller application, such that a "wet on wet” Application takes place.
  • the invention sees Therefore, in particular, that after process step b) and before process step c), no drying of the applied chitosan-containing solution takes place, but rather, it is brought into contact with the liquid adhesive formulation in its liquid state.
  • no further process step takes place following process step b) and before process step c), in particular it is preferably provided that process step c) takes place immediately after process step b).
  • step d the second element is then brought into contact with the adhesive zone of the first element to obtain the bonded product, optionally under pressure.
  • no further process step is carried out following process step c) and before process step d); in particular, it is provided in a preferred embodiment that process step d) takes place immediately after process step c).
  • the procedure according to the invention leads to a particularly stable adhesion of the elements which, in particular in a tensile test, leads to a cohesive failure and not to an adhesion break.
  • the chitosan-containing solution used according to the invention acts as an agent which, in its liquid form, ie in the wet state, allowing the adhesive formulation to rise and, without being bound by theory, allow the adhesive to be more easily drawn into the adhesive zone, particularly into the depth of the fiber-containing surface, and thus in particular to provide an increased adhesive zone.
  • the chitosan-containing solution gets into even the smallest structurings in and on the surface and draws in the adhesive formulation, thus providing a surface-enlarged adhesive zone against non-pretreatment with chitosan-containing solution.
  • the chitosan and / or chitosan derivative molecules present in the chitosan-containing solution undergo a change in the interface with the fibers in the fiber-containing surface by a change in surface energy.
  • the use according to the invention of the chitosan-containing solution therefore permits, in particular, improved application of an adhesive formulation in the adhesive zone under wet-in-wet conditions.
  • wet-in-wet conditions mean, in particular, that the chitosan-containing solution is completely in the at least one fiber-containing surface of the at least one first element that is, no chitosan-containing solution is more on the at least one fiber-containing surface, but this is completely in the at least one fiber-containing surface, and the chitosan-containing solution while still remaining in the liquid state, the means before applying the at least one liquid adhesive formulation is still liquid.
  • the chitosan-containing solution largely or, preferably, completely absorbs into the at least one fiber-containing surface of the first element. Accordingly, there is preferably little or, preferably, no chitosan-containing solution more on the at least one fiber-containing surface. Rather, it is largely or, preferably, completely present in the at least one fiber-containing surface, specifically in the liquid state.
  • the area to be bonded on the fiber-containing surface before carrying out this preferred process step b) has been supplied to a surface enlargement, in particular a fiber exposure.
  • the application of the at least one chitosan-containing solution in process step b) and the subsequent application of the at least one liquid adhesive formulation in process step c) advantageously also makes possible, in particular, a more flexible development of the bonding technology, since in particular no stable adhesive formulations comprising at least one chitosan or chitosan Derivative must be developed as an ingredient new, but already known adhesive formulations used and can be developed separately, without taking into account the chemical needs and influences of at least one chitosan or chitosan derivative.
  • the present teaching uses the polyamino sugar chitosan, which is available in sufficient quantity as a renewable raw material and is available in large quantities.
  • Chitosan is stable in solution, especially acid solution, and allows sufficient processing time.
  • chitosan is easily processed as a refined waste Available in its structure as a linear unbranched polymer is similar to the sugar chains of cellulose, is soluble at slightly acidic pH and thus easy to work in so-called "wet-in-wet" processes.
  • the fibers comprise at least one polymeric compound, hereinafter also referred to as "polymer”, in particular the fibers consist of at least one polymer.
  • the polymer may in particular be a naturally occurring polymer, preferably a biopolymer, for example a natural fiber, in particular a naturally occurring polymer in plants, in particular cellulose.
  • the fibers are vegetable fibers which preferably contain or consist of cellulose as a polymer.
  • the vegetable fibers may be present in the form of paper, paperboard, in particular solid board and corrugated cardboard, cardboard, mechanical pulp, pulp, semi-pulp or paperboard, in particular in the form of paper.
  • the fibers comprise an artificially produced polymer, in particular the fibers consist of an artificially produced polymer which is in particular a chemically synthesized polymer, in particular a chemically modified polymer based on naturally occurring polymers.
  • the first element provided in process step a) and having at least one fiber-containing surface is a cellulose-containing element, in particular a cellulose product.
  • the first, second, further or all of the elements provided in process step a) are cellulose-containing elements, in particular cellulose products.
  • the first element comprising at least one fiber-containing surface is selected from the group consisting of paper, cardboard, wood, natural fibers and vegetable fiber materials, wherein in a particularly preferred embodiment the fibers contain or consist of cellulose consist.
  • Paper, paperboard, wood, natural fibers or vegetable fiber material may preferably be in the form of wood components, wound dressings, textiles, hygiene articles or absorber / adsorbent materials, wherein in a particularly preferred embodiment the fibers contain or consist of cellulose.
  • the term paper is understood in the context of the present invention, in particular graphic papers, packaging papers, tissue paper and specialty papers. As a graphic papers are preferably all papers for printing, writing and copying, such as photo prints and digital prints.
  • Packaging papers are preferably paper, cardboard and cardboard for packaging purposes.
  • Sanitary papers are preferably high volume, high absorbency papers typically used in the sanitary or kitchen area.
  • special papers preferably denotes papers and cardboards for special technical purposes.
  • the invention relates to graphic papers. More preferably, the invention relates to graphic papers which have already been subjected to a printing process, in particular to photographic prints and digital prints. However, it is also possible to use non-printed papers within the scope of the invention.
  • the first element comprising at least one fiber-containing surface is selected from the group consisting of paper, cardboard, wood, vegetable fiber materials, natural fibers and / or combinations thereof.
  • the first element comprising at least one fiber-containing surface is selected from the group consisting of paper, paperboard, wood, vegetable fiber materials, natural fibers and combinations thereof in combination with synthetic polymers.
  • the first element comprising at least one fiber-containing surface is paper, in particular made from fibers of deciduous or softwood, wherein in a particularly preferred embodiment the fibers contain or consist of cellulose.
  • the first element comprising at least one fiber-containing surface is cardboard, wherein in a particularly preferred embodiment the fibers contain or consist of cellulose.
  • the first, at least one fiber-containing surface element comprising wood, especially coniferous or hardwood, wherein in a particularly preferred embodiment, the fibers contain or consist of cellulose.
  • the first element comprising at least one fiber-containing surface is an element of vegetable fiber materials, in particular fibers of coniferous or deciduous trees, wherein in a particularly preferred embodiment the fibers contain or consist of cellulose.
  • the second element is selected from a group consisting of plastic element, paper, cardboard, wood, vegetable fibers, natural fibers or combinations thereof, these in a preferred embodiment as wood components, functional materials, wound dressings, textiles, hygiene articles or Absorber / adsorber materials may be present.
  • the elements are made of different materials.
  • the elements consist of the same materials.
  • the chitosan in the chitosan-containing solution is chitosan or a chitosan derivative.
  • suitable chitosan derivatives are chitosan esters, chitosanamides, chitosan monomers and other chitosan derivatives, such as chitosan conjugates with polyphenols, such as 3,4,5-trihydroxybenzoic acid or oxytalgalate, salts of organic acids, for example citric acid or polyepoxysuccinate, chitosan-PEG-tyramine, Chitosan amylose, chitosan ester and amine derivatives, carboxy-functionalized chitosans, phosphorylated chitosans, glycosylated, etherified, crosslinked and copolymerized chitosan can be used.
  • a chitosan derivative according to the invention in the chitosan-containing solution is a chitosan derivative which can be used in a process according to the invention, in particular in a process according to the invention, if its use according to the invention results in that the adhesive formulation used in process step c) draws in the at least one fiber-containing adhesive zone in a shorter time compared to a direct, that is without prior application of the chitosan-containing solution in a process step b), orders on the at least one fiber containing surface.
  • At least one chitosan-containing solution is provided in process step a), the chitosan-containing solution containing at least one chitosan or chitosan derivative, in particular one to three chitosans or chitosan derivatives, in particular one or two chitosans or chitosan derivatives, in particular a chitosan or chitosan derivative.
  • a chitosan-containing solution is understood in particular to mean a solution which contains at least one chitosan or chitosan derivative, in particular mixtures of chitosans and / or chitosan derivatives.
  • chitosan means deacetylated chitin.
  • the degree of deacetylation may vary.
  • the degree of deacetylation of the chitosan varies from 40 to 100%, in particular 50 to 100%, in particular 60 to 100%, in particular 95 to 100%, in particular 70 to 100%, in particular 80 to 100%, in particular 90 to 100%, in particular 40 to 90%, in particular 40 to 80%, in particular 40 to 70%, in particular 40 to 60%, in particular 40 to 50%, in particular 50 to 90%, in particular 50 to 80%, in particular 50 to 70 %, in particular 50 to 60%, in particular 60 to 90%, in particular 60 to 80%, in particular 60 to 70%, in particular 70 to 90%, in particular 70 to 80%, in particular 80 to 90%.
  • the degree of deacetylation is> 50%, in particular> 90%.
  • the chitosan or chitosan derivative is present as a chitosan oligomer.
  • the chitosan oligomer has a molecular weight of 1 to 50 kDa, in particular 2 to 40 kDa, in particular 1 to 20 kDa, in particular 1 to 2 kDa, in particular 2 to 20 kDa or especially 5 to 20 kDa on.
  • the chitosan or chitosan derivative is present as a chitosan polymer.
  • the chitosan polymer has a molecular weight of 51 to 400 kDa, in particular 51 to 200 kDa, in particular 60 to 100 kDa, in particular 65 to 90 kDa, in particular up to 100 to 200 kDa or in particular 200 to 400 kDa on.
  • the chitosan or chitosan derivative is present in the chitosan-containing solution in a concentration of 0.001 to 10%, in particular 0.001 to 1%, in particular 0.01 to 5%, in particular 0.01 to 3%, 0.01 to 1%, in particular 0.05 to 1%, in particular 0.1 to 1%, in particular 0.5 to 1%, in particular 0.1 to 0.5%, in particular 0.01 to 0.1% , in particular 0.01 to 0.9% (in each case m / v).
  • the chitosan can be present in aqueous solution, in particular in buffered aqueous solution, in particular in acidic buffered solution, in particular in phosphate-buffered solution.
  • the chitosan can be present in an acidic aqueous solution, for example in an aqueous solution having a pH of from 1 to 6.9, in particular from 2 to 6, in particular from 3 to 5.5.
  • the chitosan-containing solution can be present as an aqueous solution, in particular as a buffered aqueous solution, in particular an acid-buffered solution, in particular a phosphate-buffered solution.
  • the chitosan-containing solution can be present as an acidic aqueous solution, for example as an aqueous solution having a pH of from 1 to 6.9, in particular from 2 to 6, in particular from 3 to 5.5.
  • the chitosan-containing solution comprises further additives.
  • the additives are small, Carboxyl group-carrying molecules such as acetic acid and / or citric acid or higher molecular weight, carboxyl-bearing polymers.
  • At least two different chitosan-containing solutions are provided in process step a), in particular at least three, in particular at least four.
  • process step a) exactly one chitosan-containing solution is provided, in particular exactly two, in particular exactly three, in particular exactly four.
  • the chitosan-containing solutions in process step b) are applied simultaneously or successively.
  • the liquid adhesive formulation is a suspension, a dispersion, an emulsion or a solution of at least one adhesive.
  • the adhesive formulation may contain, in addition to the at least one adhesive, at least one further agent selected from the group consisting of synthetic or natural polymers, plasticizers, resins, preservatives, dispersants, fillers, light stabilizers, defoaming agents,
  • Rheology improvers thickeners, crosslinkers, hardeners and combinations thereof.
  • the liquid adhesive formulation is a suspension of at least one adhesive.
  • the liquid adhesive formulation is a dispersion of at least one adhesive.
  • the liquid adhesive formulation is an emulsion of at least one adhesive.
  • the liquid adhesive formulation is a solution, in particular an aqueous solution of at least one adhesive.
  • the adhesive formulation comprises a physical-curing adhesive.
  • the adhesive formulation comprises a chemical-curing adhesive.
  • the adhesive formulation contains at least one adhesive which is commonly used in paper and print finishing, for example adhesives based on natural or semi-natural polymers, starch adhesives containing potato, maize, wheat, cassava, Tapioca and rice starch in native or degraded form, in various degrees of degradation, in cold or warm-soluble form, with different degrees of gelatinization, dextrin adhesives, prepared by thermal or chemical degradation of potato, maize, wheat, cassava, tapioca and Rice starch, gluten glues, starch / dextrin blends, cellulosic glues or cellulose derivative glues.
  • adhesives based on natural or semi-natural polymers starch adhesives containing potato, maize, wheat, cassava, Tapioca and rice starch in native or degraded form, in various degrees of degradation, in cold or warm-soluble form, with different degrees of gelatinization, dextrin adhesives, prepared by thermal or chemical degradation of potato, maize, wheat, cassava, tapioca and Rice starch,
  • hotmelt adhesives based on vinyl acetate hot-melt adhesives
  • PUR reactive adhesives reactive polyurethane hotmelt adhesives
  • polyvinyl alcohol adhesives or dispersion adhesives containing homo- or copolymers of vinyl acetate Ethyl vinyl acetate, acrylates, styrene acrylate and dispersion adhesives containing polyurethane.
  • a dispersion adhesive formulation may be a dispersion of an organic base material, for example a polymer or copolymer of vinyl esters or acrylates in liquid dispersion media, in which the organic base material is insoluble.
  • the dispersion may optionally contain plasticizers, resins or fillers.
  • the adhesive formulation is a dispersion adhesive formulation, especially on an aqueous basis.
  • Aqueous based dispersion adhesive formulations contain water as the solvent portion of the formulation.
  • the dispersion adhesive formulation contains homo- or copolymers of vinyl acetate, ethyl vinyl acetate, acrylates, styrene-acrylate or a polyurethane.
  • Emuldur ® (BASF, Ludwigshafen, Germany) (anionic polyester-polyurethane in aqueous dispersion), adhesin ® A7362 (Henkel, Dusseldorf, Germany), (polyvinyl acetate) or Acronal ® is A508 (BASF, Ludwigshafen, Germany ), (Acrylic acid ester copolymer dispersion) or one which consists partly or wholly of bio-based or renewable raw materials.
  • the adhesive is an adhesive selected from the group consisting of epoxy resin, phenol-formaldehyde resin. Polyurethane, methyl methacrylate, cyanoacrylate, PVC (polyvinyl chloride), polycarbonate, polysulfide, silicone, unsaturated polyester, glutin, casein, starch, methyl cellulose, polyimide, vinyl ester resin, polychloroprene and a combination thereof.
  • the adhesive formulation is a glue, in particular a cold glue, in particular cold glue made from bio-based or renewable raw materials.
  • a glue is a suspension, dispersion, emulsion or solution of an adhesive, in particular of animal, vegetable or synthetic base materials, in a liquid medium, in particular in water.
  • a cold glue is understood to mean a glue which can be processed cold, in particular at room temperature (19 to 21 ° C.), without heating.
  • At least two different adhesive formulations are provided in process step a), in particular at least three, in particular at least four.
  • precisely one liquid adhesive formulation is provided in method step a), in particular exactly two, in particular exactly three, in particular exactly four.
  • the adhesive formulations are applied simultaneously or sequentially.
  • the chitosan-containing solution in step b) can be applied manually, for example with a brush or sponge, or in another preferred embodiment, by machine, for example with a nozzle or rolling machine.
  • the roller of the rolling machine may be constructed of a foam, which in a preferred embodiment is immersed in half in a tank containing the chitosan-containing solution so as to be able to fill the pores of the foam with the chitosan-containing solution.
  • the chitosan-containing solution is applied in a preferred embodiment with the protruding from the basin other half on the at least one surface to be bonded on the at least one laser-containing surface of the first element.
  • the adhesive formulation in method step c) can be applied manually, for example with a brush or sponge, or in another preferred embodiment by machine, for example with a nozzle or a rolling machine.
  • the invention also relates to a device, suitable, in particular adapted, for carrying out a method according to the invention.
  • the invention also relates to a device for producing a product having at least two elements bonded together, comprising a) a clamping unit for clamping at least a first element containing at least one fiber-containing surface, in particular a book block tongs, b) a fiber exposure device for surface enlargement , in particular
  • Roughening device for roughening, at least one surface to be bonded of the at least one first element having at least one fiber-containing surface, c) a first applicator, in particular a nozzle or roller unit, for applying a chitosan-containing solution from a first reservoir to the at least one surface to be bonded; and d) a second applicator for applying a liquid adhesive formulation from a second reservoir to the one containing the chitosan pre-treated solution
  • the invention also relates to a device for adhesive bonding of paper products, comprising a) a clamping unit for clamping a paper stack, in particular a book block tongs, b) a fiber exposure device for surface enlargement, in particular roughening device for roughening at least one surface of the paper stack to be bonded, c) a first applicator, in particular a nozzle or roller unit, for applying a chitosan-containing solution from a first reservoir to the at least one surface to be bonded; and d) a second applicator for applying a liquid adhesive formulation from a second reservoir to the one containing the chitosan containing solution pretreated adhesive zone.
  • the device for producing a product comprising at least two elements bonded together, in particular for bonding paper products has a further device for bringing the at least one second element into contact with the adhesive zone of the at least one first element.
  • the at least one second element is brought into contact with the adhesive zone of the at least one first element manually.
  • the surface to be bonded on the fiber-containing surface prior to carrying out process step b) in a process step al) an increase in surface area, in particular a fiber exposure, supplied.
  • the fibers of the fiber-containing surface are present in a fiber composite, ie in particular the fibers are arranged either directly, preferably over their entire catches, physically adjacent to one another, for example pressed together, and / or or in optionally present further components of the element, in particular its surface, are embedded, for example in a matrix.
  • method step al) represents roughening of the surface, in particular a fiber exposure, in particular a fiber exposure is carried out when paper or cardboard represent the fiber-containing surface.
  • method step al) takes place in connection with method step a) and before method step b).
  • the surface of at least one fiber-containing surface of the first element, in particular the surface to be bonded is increased in surface area. This is done in a preferred embodiment, characterized in that in the fiber-containing surface, preferably in a fiber composite, present fibers of the first element provided in step a) are fully or partially exposed by the surface enlargement, that is, a fiber exposure takes place.
  • the surface of a fiber-containing surface of an element is formed by the areas of the surface, that is surfaces of the fibers and optionally other surfaces of the surface, for example of other components of the surface, which are not in communication, in particular in physical contact, that is to fibers or components of the element, and wherein these areas of the surface are thus available for contacting, in particular wetting with the chitosan-containing solution available.
  • the areas of the fibers available for contacting with the chitosan-containing solution may be almost the entire surface of the exposed fiber in the case of exposed fibers or, in the case of fibers which, at least partially, are in the fiber composite, those parts of the fiber surface not in contact with other fibers or components of the element.
  • the fibers of the fiber-containing surface are exposed from the fiber composite and thus increase the surface available for contacting the chitosan-containing solution.
  • more than 50%, more than 60%, more than 70%, more than 80% or more than 90%, in particular more than 95% of the fibers are exposed within the surface to be bonded.
  • a surface enlargement means that the area to be bonded is increased by at least 100%, in particular by at least 150%, in particular by at least 200%, in particular by at least 300%, in particular 100 to 450%, in particular by 150 to 450%, in particular increased by 200 to 450%.
  • the extent of the surface enlargement of the surface to be bonded can be determined by means of microscopy, in particular Fichtmikroskopie or electron microscopy. For this purpose, before and after the surface enlargement, the number of exposed fibers or Fasemmaschine per unit area, and their dimensions, in particular the catches and the diameter, detected and calculated using these measures, the respective size of the surface.
  • the measurement of the surface enlargement by means of a Fichtmikroskops is measured.
  • the catches and the diameter of the exposed fibers, optionally partially exposed areas of fibers and optionally present other surfaces of a fiber-containing surface are measured.
  • a fiber is equal to a cylinder
  • the surface area of a cylinder representing the fiber will be determined on the basis of the determined catches as well calculated by the diameter of the fiber.
  • the diameter used for the calculation can be the mean value of the diameter of a representative sample of fibers for the calculation.
  • the sum of the surfaces of the individual cylinders, that is, the exposed fibers, exposed areas of fibers and any other surfaces of the surface gives the size of the roughened surface and is the sum of the surface area of any exposed fibers, exposed areas of fibers as well as any other surfaces of the surface which may be present, that is to say preferably only the flat two-dimensionally suitable surface of the fiber composite, compared to an untreated surface.
  • the surface enlargement also referred to as roughening in connection with the present invention, can be achieved, for example, by means of roughening devices, for example knives or teeth having milling devices, rollers or discs.
  • the roughening can be achieved by means of plate-like roughening devices, in particular tools, these preferably plate-like tool discs provide with small elevations, in particular teeth, which preferably roughened in parallel rotation to be roughened surface and thus achieved as it were a fiber exposure.
  • the product having at least two adhesively bonded elements produced by the method is a book, a booklet, a writing pad, a brochure, a catalog, a magazine or a magazine.
  • the product is a book, a booklet, a writing pad, a brochure, a catalog, a magazine or a magazine
  • the first element is a paper side and the second element as a back, to Example spine, inserted spine, as well as other elements further pages.
  • the term "product” is understood to mean, in particular, a paper product, in particular products produced by the Merging of the above-mentioned paper, so for example, products or intermediates of bookbinding, such as books, brochures, leaflets, magazines, catalogs, writing pads, book blocks, envelopes and magazines.
  • the product having at least two elements bonded together by the method is a book, in particular a photo book.
  • the method according to the invention is preferably used in print finishing.
  • print finishing covers all steps by which the intended products with their respective shapes and properties are manufactured from printed or unprinted preliminary products.
  • these include methods and steps of bookbinding that include bonding, for example, bookbinding, brochures, catalogs, writing pads, gluing, block gluing, book block bookding, gluing envelopes, book cover making, face gluing, back sizing, side sizing, Pasting, gluing cards and samples, laminating, gumming, self-adhesive gumming, adhesive gumming or label making.
  • the method according to the invention is carried out in the context of a lay-flat method.
  • a lay-flat method is understood to mean that paper pages, for example of a book, magazine or magazine, are glued together in such a way that the respective product can be completely opened and the two visible pages are completely opened, this means an angle of 180 °, can be opened and thereby form a flat surface.
  • the invention also relates to a bonded, at least one fiber-containing surface exhibiting product produced according to a method of the invention.
  • FIG. 1 shows a first element (10) having at least one fiber-containing paper edge (150) and having fibers (12) present in a fiber composite (17).
  • FIG. 2 shows the first at least one fiber-containing surface (11)
  • FIG. 2 shows in particular that the fibers (12) have been exposed by the surface enlargement.
  • FIG. 3 shows the first, at least one fiber-containing surface (11) having
  • FIG. 4 shows the liquid applied to the adhesive zone (13) of the element (10)
  • FIG. 5 shows the adhesive zone (13) after the liquid has been applied
  • the liquid adhesive formulation here lies homogeneously in intermediate spaces (31) between the exposed fibers (12) and the chitosan (20).
  • FIG. 6 shows by way of example the two elements bonded together
  • Product (50) comprising a first element (10) having at least one fiber-containing surface, a second element (40) and the adhesive zone (13).
  • Figure 7 shows schematically in time sequences the behavior of an exposed
  • 8 schematically shows an apparatus for bonding paper products comprising a clamping unit (book block tongs) (6), application rail / transport path (2), fiber exposure device, in particular roughening device (milling tool) (3), first applicator (activator application) (7) and second applicator ( Feimcited) (8) and a first applicator (7) associated with the first reservoir (4) and a second applicator (8) associated with the second reservoir (5).
  • a book block (DIN A4, that is, with a back length of 297 mm) was clamped in a book block pliers so that the edge to be bound protrudes about 2 mm freely from the pliers (so-called notice board).
  • This book block was roughened by a milling device (shown schematically in FIGS. 1 and 2). This pretreatment exposes the fibers and increases the surface area by about 300%.
  • a 0.1% (m / v) chitosan-containing solution wherein a chitosan with> 50, in particular> 90% Deacetyltechniksgrad in the solution (aqueous phosphate-buffered solution) is included, applied to the roughened book block back (schematically according to FIG.
  • the adhesive dispersion had a viscosity index which was practicable for the viscosity (measured with Ford cup, 5 mm nozzle) of preferably> 100 s. Subsequently, the book block is integrated into a book block back (schematically Figure 6) and obtained a book.
  • FIG. 7 shows the effect of applying chitosan (20) to a paper edge (150).
  • FIG. 7 shows that, without the use of chitosan (20) (FIG. 7, left), the adhesive (30) on a paper edge (150) to be bonded remains on the edge of the paper and not in the intermediate spaces (31) between the fibers deposited (12) penetrates, but dries out there (time 2).
  • the paper edge (150) is provided with a chitosan-containing solution (20) before application of the adhesive (30) and thus a gluing zone (13) containing chitosan-containing solution, the adhesive (30) sinks "wet on wet” in the paper edge and distributed homogeneously in the spaces (31) ( Figure 7, right) (time 2).
  • the adhesive does not rupture on the paper fiber but inside the adhesive sheath, it is a cohesive failure.
  • the adhesive In the book blocks of the controls, when viewed with a light microscope, it is easy to see that the adhesive is relatively easily detached from the fiber (adhesion breakage). If the book block back was previously treated with a chitosan-containing solution, as described in Example 1, "wet on wet", you can see under the microscope a cohesive failure, that is, the adhesive film separates in the middle and there are adhesive residues to hang on the fiber.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses, insbesondere eines Cellulose-Erzeugnisses sowie damit hergestellte Erzeugnisse.

Description

BESCHREIBUNG
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung eines mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses, insbesondere eines Zellulose-Erzeugnisses sowie damit hergestellte Erzeugnisse.
Verfahren zum Klebebinden von Erzeugnissen, insbesondere Zellulose-Erzeugnissen, sind seit langem bekannt. Derartige Klebebindeverfahren sind Bindeverfahren für zum Beispiel Bücher oder andere Druckerzeugnisse, wobei auf den Rücken geschnittener Buchblöcke Klebstoffe aufgetragen werden, die den Zusammenhalt der Blätter gewährleisten.
Verfahren zum Verkleben von Elementen können gemäß der eingesetzten Arbeitstemperaturen in Kalt- und Heißleimen unterschieden werden.
Bei der Heißverleimung werden thermoplastische Klebstoffe, welche bei Raumtemperatur fest und bei Erhitzung flüssig sind, insbesondere Ethylenvinylacetat-Copolymere oder
Polyurethanschmelzklebstoffe, verwendet. Nachteilig an der Heißverleimung sind ein hoher Energieaufwand, eine hohe Viskosität des Heißklebstoffes sowie eventuelle Beschädigungen von temperaturempfindlichen zu verklebenden Elementen. Darüber hinaus weist die erhaltene Bindung eine nicht ausreichende Flexibilität auf. Dies führt insbesondere bei der Bindung von Büchern, Zeitschriften oder Magazinen zu einem unflexiblen Aufschlagsverhalten, insbesondere ist das Aufschlagen in einem Winkel von 180° nicht möglich und aufgeschlagene Bücher, Zeitschriften oder Magazine klappen von alleine wieder zu. Für das industrielle Verkleben von Papierkanten, zum Beispiel Buchrücken, finden dennoch mit Blick auf die Notwendigkeit, derartige industrielle Klebeverfahren mit hohem Durchsatz durchzuführen bisher vorwiegend Heißleime Anwendung.
Im Bereich der Kaltverleimung, die wesentlich schonender von statten geht, muss der Klebstoff (meist Polymcr-Dispcrsioncn mit natürlichen oder künstlichen Polymeren oder Kunst- oder Naturharz-Dispersionen in Wasser, zum Beispiel wässrige Formulierungen auf Acrylat-Basis) bei Raumtemperatur flüssig sein und die Papierstruktur, insbesondere in Abhängigkeit von der Viskosität, gut benetzen können. Bei herkömmlichen Kaltleimen ist die Haftung oder Haltbarkeit der verklebten Faser-haltigen Elemente mit dem Leim jedoch oft zu gering. Daher lösen sich bei mechanischen Belastungen, zum Beispiel beim wiederholten Blättern eines Buches, einer Zeitschrift oder Magazins, so schon nach kurzer Zeit einzelne Blätter aus dem Verband. Diese Verfahrensweise lässt sich deswegen ohne sogenannte molekulare Primer praktisch nicht realisieren, welche die Klebe-Grenzfläche so verändern, dass ein intensiveres Benetzen möglich wird und es zur Ausbildung von stabilen Verleimungen kommt. Insbesondere ohne Benetzung der Cellulose ist eine haltbare Verklebung bei wässrigen Systemen nicht möglich. Als molekulare Hilfsmittel werden dafür zum Beispiel hydrophobe Proteine eingesetzt (EP 2 358 837 Bl). Diese sind aber bisher nicht einfach in großtechnischem Maßstab verfügbar und zudem in der Verarbeitung nicht ohne Bedenken für die Gesundheit. Außerdem müssen sie aufwendig mit bestimmten Additiven formuliert werden und bieten somit nicht die idealen Voraussetzungen für eine schnelle Weiterentwicklung solcher Klebe-Systeme.
Eine einfach durchzuführende, kostengünstige, nachhaltige und gesundheitlich unbedenkliche Funktionalisierung und Vorbehandlung für die Verklebung von Oberflächen stellt nach wie vor, insbesondere bei Klebeprozessen, eine große Herausforderung für Forschung und Entwicklung dar. Dabei sind besonders solche Vorbehandlungen von Oberflächen interessant, die zu einer veränderten Grenzfläche führen, sodass eine Verklebung, insbesondere stabile Verklebung, ermöglicht wird. Der vorliegenden Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, die vorstehenden Nachteile zu überwinden, insbesondere Verfahren bereitzustellen, die zu einer besonders stabilen Verklebung von zu verklebenden Elementen führt, insbesondere, wenn Klebstoffformulierungen oder Kaltleime zum Verkleben verwendet werden sollen.
Die vorliegende Erfindung beruht auch auf dem technischen Problem, verklebte Erzeugnisse bereitzustellen, die sich durch eine besonders stabile Verklebung der sie ausbildenden Elemente auszeichnen.
Die vorliegende Erfindung beruht weiterhin auf dem technischen Problem, Vorrichtungen bereitzustellen, die zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren geeignet, insbesondere eingerichtet sind. Die vorliegende Erfindung löst die ihr zugrundeliegenden technischen Probleme durch die Bereitstellung der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche.
Insbesondere löst die folgende Erfindung das ihr zugrundeliegende Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses, umfassend das a) Bereitstellen mindestens eines ersten mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisenden Elements, mindestens eines zweiten Elements, mindestens einer Chitosan- haltigen Lösung und mindestens einer flüssigen Klebstoffformulierung, b) Aufbringen der mindestens einen Chitosan-haltigen Lösung auf mindestens eine zu verklebende Fläche auf der mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche des ersten
Elements zum Erhalt einer vorbehandelten, die Chitosan-haltige Lösung aufweisenden Klebezone auf dem ersten Element, c) Aufbringen der mindestens einen flüssigen Klebstoffformulierung auf die gemäß Verfahrensschritt b) erhaltene, die vorbehandelte Chitosan-haltige Lösung aufweisende Klebezone und d) Inkontaktbringen des mindestens einen zweiten Elementes mit der Klebezone des ersten Elementes zum Erhalt des verklebten Erzeugnisses.
Die Erfindung sieht demgemäß vor, dass in einem ersten Verfahrensschritt a) mindestens zwei zu verklebende Elemente bereitgestellt werden, von denen ein erstes Element sich dadurch auszeichnet, dass zumindest eine Oberfläche des Elements eine Faser-haltige Oberfläche ist, also Fasern aufweist, insbesondere eine aus Fasern gebildete Oberfläche aufweist. Bevorzugt kann das erste Element zum Beispiel eine Beschichtung aus faserhaltigem Material, zum Beispiel aus Fasern, zum Beispiel eine faserige Beschichtung aufweisen. Bevorzugt kann das erste Element aus den Fasern aufgebaut sein, insbesondere aus diesen bestehen. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die gesamte Oberfläche des ersten Elementes eine Faser-haltige Oberfläche ist. Erfindungsgemäß kann auch vorgesehen sein, dass lediglich eine Oberfläche, insbesondere ein Teil einer oder mehrerer Oberflächen des ersten Elementes eine Faser-haltige Oberfläche ist. Die Faser-haltige Oberfläche kann in einer bevorzugten Ausführungsform alleine aus Fasern bestehen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Faser-haltige Oberfläche neben den Fasern noch weitere Komponenten wie synthetische und natürliche Polymere, Leime, Füllstoffe, Farbstoffe, Entschäumer, Dispergiermittel, Rheologiemittel, Netzmittel oder dergleichen enthalten. In bevorzugter Ausführungsform können die in der Faser-haltigen Oberfläche des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten ersten Elements vorhandenen Fasern, vorzugsweise alle Fasern, über ihre gesamte Länge, zumindest aber über eine wesentliche Faserlänge in Form eines Faserverbundes vorliegen, also in einer Form, in der zumindest Teile der Fasern zueinander und/oder zu anderen Komponenten des Elementes unmittelbar direkten physischen Kontakt, vorzugsweise in engen physischem Kontakt vorliegen, beispielsweise in gepresster Form.
Darüber hinaus werden in einem ersten Verfahrensschritt a) mindestens ein zweites Element, welches mit dem ersten Element zu verkleben ist, mindestens eine Chitosan-haltige Lösung und mindestens eine flüssige Klebstoffformulierung bereitgestellt.
Die Erfindung sieht weiterhin vor, dass in einem zweiten Verfahrensschritt b) die mindestens eine Chitosan-haltige Lösung auf eine zu verklebende Fläche, insbesondere auf einen Bereich der mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche oder auf die gesamte Faser-haltige Oberfläche des ersten Elementes, aufgebracht wird, wobei dadurch eine die Chitosan-haltige Lösung aufweisende Klebezone auf dem ersten Element erhalten wird, beispielsweise die gesamte Faser haltige Oberfläche oder ein Bereich dieser Oberfläche.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff„Klebezone“ die Fläche der Faser-haltigen Oberfläche des ersten Elements verstanden, auf den die Chitosan- haltige Lösung aufgebracht wurde und auf die in einem nachfolgenden Verfahrensschritt, insbesondere ohne Durchführung weiterer Schritte, insbesondere Zwischenschritte, die flüssige Klebstoffformulierung aufgebracht wird.
Die in Verfahrensschritt b) erhaltene vorbehandelte, die Chitosan-haltige Lösung aufweisende Klebezone des ersten Elementes weist die Chitosan-haltige Lösung daher nach wie vor in der in Verfahrensschritt a) bereitgestellten flüssigen Form auf.
In einem dritten Verfahrensschritt c) wird sodann die mindestens eine flüssige Klebstoffformulierung auf die in Verfahrensschritt b) erhaltene, die vorbehandelte Chitosan- haltige Lösung aufweisende Klebezone aufgebracht, beispielsweise mit einer Düse oder Walzenauftrag, und zwar so, dass eine„nass in nass“-Aufbringung erfolgt. Die Erfindung sieht daher insbesondere vor, dass nach Verfahrensschritt b) und vor Verfahrensschritt c) kein Trocknen der aufgebrachten Chitosan-haltigen Lösung stattfindet, sondern diese vielmehr in ihrem flüssigen Zustand mit der flüssigen Klebstoffformulierung in Kontakt gebracht wird. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt in Anschluss an Verfahrensschritt b) und vor Verfahrensschritt c) kein weiterer Verfahrensschritt, insbesondere ist bevorzugt vorgesehen, dass Verfahrensschritt c) unmittelbar in Anschluss an Verfahrensschritt b) erfolgt.
In einem vierten Verfahrensschritt d) wird sodann das zweite Element mit der Klebezone des ersten Elementes zum Erhalt des verklebten Erzeugnisses in Kontakt gebracht, optional unter Druckausübung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt in Anschluss an Verfahrensschritt c) und vor Verfahrensschritt d) kein weiterer Verfahrensschritt, insbesondere ist in bevorzugter Ausführungsform vorgesehen, dass Verfahrensschritt d) unmittelbar im Anschluss an Verfahrensschritt c) erfolgt.
Die erfindungsgemäße Verfahrensweise führt zu einer besonders stabilen Verklebung der Elemente, die insbesondere bei einer Zugprüfung zu einem Kohäsionsbruch und nicht zu einem Adhäsionsbruch führt. Anders als bei einem Chitosan-basierten Priming, bei dem eine Chitosan- haltige Lösung auf Oberflächen appliziert, abgetrocknet und dann als Haftvermittler genutzt wird, füngiert die erfindungsgemäß eingesetzte Chitosan-haltige Lösung als ein Agens, das in seiner flüssigen Form, also im Nasszustand, das Aufziehen der Klebstoffformulierung ermöglicht und, ohne durch die Theorie gebunden zu sein, ein verbessertes Aufziehen des Klebstoffs in die Klebezone, insbesondere in die Tiefe der Faser-haltigen Oberfläche ermöglicht, und damit insbesondere eine vergrößerte Klebezone bereitgestellt wird. Die Chitosan-haltige Lösung gelangt in auch kleinste Strukturierungen in und auf der Oberfläche und zieht dort die Klebstoffformulierung hinein, mithin stellt sie eine oberflächenvergrößerte Klebezone gegenüber einer Nichtvorbehandlung mit Chitosan-haltiger Lösung bereit. Ohne an die Theorie gebunden zu sein, findet durch die in der Chitosan-haltigen Lösung vorhandenen Chitosan- und/oder Chitosan-Derivat-Moleküle eine Änderung der Grenzfläche an den Fasern in der Faser-haltigen Oberfläche durch eine Änderung der Oberflächenenergie statt. Die erfindungsgemäße Verwendung der Chitosan-haltigen Lösung erlaubt insbesondere also ein verbessertes Aufziehen einer Klebstoffformulierung in die Klebezone unter„nass in nass“-Bedingungen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird in bevorzugter Ausführungsform unter „nass in nass“-Bedingungen insbesondere verstanden, dass die Chitosan-haltige Lösung in die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche des mindestens einen ersten Elements vollständig einzieht, das heißt, dass sich keine Chitosan-haltige Lösung mehr auf der mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche befindet, sondern diese sich vollständig in der mindestens einen Faser haltigen Oberfläche befindet, und die Chitosan-haltige Lösung dabei noch im flüssigen Zustand verbleibt, das heißt vor dem Aufbringen der mindestens einen flüssigen Klebstoffformulierung noch flüssig ist.
Eine Durchmischung der mindestens einen Chitosan-haltigen Lösung mit der mindestens einen flüssigen Klebstoffformulierung bevor die Klebstoffformulierung in die Klebezone, insbesondere in die Tiefe der Faser-haltigen Oberfläche aufzieht, findet demgemäß vorzugsweise nicht statt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist daher in Verfahrensschritt b) vorgesehen, dass die Chitosan-haltige Lösung nach dem Aufbringen auf die mindestens eine zu verklebende Oberfläche in die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche des ersten Elementes weitgehend oder, vorzugsweise, vollständig einzieht. Bevorzugt befindet sich demgemäß kaum oder, vorzugsweise, keine Chitosan-haltige Lösung mehr auf der mindestens einen Faser haltigen Oberfläche. Diese liegt vielmehr weitgehend oder, vorzugsweise, vollständig in der mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche vor und zwar in flüssigem Zustand. In bevorzugter Ausführungsform ist die zu verklebende Fläche auf der Faser-haltigen Oberfläche vor Durchführung dieses bevorzugten Verfahrensschritts b) einer Oberflächenvergrößerung, insbesondere einer Faserfreilegung, zugeführt worden.
Die Aufbringung der mindestens einen Chitosan-haltigen Lösung in Verfahrensschritt b) und die anschließende Aufbringung der mindestens einen flüssigen Klebstoffformulierung in Verfahrensschritt c) ermöglicht in vorteilhafter Weise insbesondere auch eine flexiblere Weiterentwicklung der Verklebungstechnologie, da insbesondere keine stabilen Klebstoffformulierungen umfassend mindestens ein Chitosan oder Chitosan-Derivat als Inhaltsstoff neu entwickelt werden müssten, sondern schon bekannte Klebstoffformulierungen verwendet sowie separat, ohne Berücksichtigung der chemischen Bedürfnisse sowie Einflüsse des mindestens einen Chitosans oder Chitosan-Derivats, weiterentwickelt werden können.
Vorteilhafterweise verwendet die vorliegende Lehre den Polyaminozucker Chitosan, welcher in ausreichender Menge als nachwachsender Rohstoff zur Verfügung steht und in großer Menge erhältlich ist. Chitosan ist in Lösung, insbesondere saurer Lösung, stabil und erlaubt eine ausreichende Verarbeitungszeit. Gegenüber Proteinen, die erst durch biotechnologische Prozesse und Aufschlussverfahren erhalten werden müssen, ist Chitosan als veredelter Abfallstoff leicht verfügbar, ähnelt in seiner Struktur als lineares unverzweigtes Polymer den Zuckerketten der Cellulose, ist bei leicht saurem pH löslich und somit gut in sogenannten„nass in nass“-Prozessen zu bearbeiten.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Fasern mindestens eine polymere Verbindung, im Folgenden auch als„Polymer“ bezeichnet, insbesondere bestehen die Fasern aus mindestens einem Polymer.
Das Polymer kann insbesondere ein natürlicherweise vorkommendes Polymer, bevorzugt ein Biopolymer, zum Beispiel eine Naturfaser, insbesondere ein natürlicherweise in Pflanzen vorkommendes Polymer, insbesondere Zellulose sein. In besonders bevorzugter Ausführungsform sind die Fasern pflanzliche Fasern, die bevorzugt als Polymer Zellulose enthalten oder daraus bestehen.
In besonders bevorzugter Ausführungsform können die pflanzlichen Fasern in Form von Papier, Pappe, insbesondere Vollpappe und Wellpappe, Karton, Holzstoff, Zellstoff, Halbzellstoff oder Pappmasche vorliegen, insbesondere in Form von Papier.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfassen die Fasern ein künstlich erzeugtes Polymer, insbesondere bestehen die Fasern aus einem künstlich erzeugten Polymer, welches insbesondere ein chemisch synthetisiertes Polymer, insbesondere ein chemisch modifiziertes Polymer, basierend auf natürlicher Weise vorkommenden Polymeren, ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das im Verfahrensschritt a) bereit gestellte erste, das mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element ein Zellulose-haltiges Element, insbesondere ein Zellulose-Erzeugnis.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind das erste, das zweite, weitere oder alle in Verfahrensschritt a) bereitgestellte Elemente Zellulose-haltige Elemente, insbesondere Zellulose-Erzeugnisse.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Papier, Pappe, Holz, Naturfasern und pflanzliche Fasermaterialien, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform die Fasern Zellulose enthalten oder aus dieser bestehen. Papier, Pappe, Holz, Naturfasern oder pflanzliches Fasermaterial können bevorzugt in Form von Holzbauteilen, Wundverbänden, Textilien, Hygieneartikeln oder Absorber-/ Adsorber- Materialien vorliegen, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform die Fasern Zellulose enthalten oder aus dieser bestehen. Unter dem Begriff Papier werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere grafische Papiere, Verpackungspapiere, Hygienepapiere und Spezialpapiere verstanden. Als grafische Papiere sind vorzugsweise alle Papiere zum Bedrucken, Beschreiben und Kopieren anzusehen, z.B. Fotodrucke und Digitaldrucke. Unter Verpackungspapieren sind vorzugsweise Papiere, Karton und Pappe für Verpackungszwecke zu verstehen. Hygienepapiere sind vorzugsweise Papiere mit hohem Volumen und hoher Saugkraft, die typischerweise im Sanitär- oder Küchenbereich Anwendung finden. Der Begriff Spezialpapiere bezeichnet vorzugsweise Papiere und Pappen für spezielle technische Verwendungszwecke.
Bevorzugt betrifft die Erfindung grafische Papiere. Besonders bevorzugt betrifft die Erfindung graphische Papiere, welche bereits einen Druckprozess unterworfen wurden, insbesondere auf Fotodrucke und Digitaldrucke. Es können aber auch nicht bedruckte Papiere im Rahmen der Erfindung verwendet werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Papier, Pappe, Holz, pflanzliche Fasermaterialien, Naturfasern und/oder Kombinationen davon.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Papier, Pappe, Holz, pflanzliche Fasermaterialien, Naturfasern und Kombinationen davon in Kombination mit synthetischen Polymeren. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element Papier, insbesondere hergestellt aus Fasern von Laub- oder Nadelholz, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform die Fasern Zellulose enthalten oder aus dieser bestehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste, die mindestens eine Fasem-haltige Oberfläche aufweisende Element Pappe, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform die Fasern Zellulose enthalten oder aus dieser bestehen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element Holz, insbesondere Nadel- oder Laubholz, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform die Fasern Zellulose enthalten oder aus dieser bestehen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das erste, die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisende Element ein Element aus pflanzlichen Fasermaterialien, insbesondere Fasern aus Nadel- oder Laubhölzem, wobei in besonders bevorzugter Ausführungsform die Fasern Zellulose enthalten oder aus dieser bestehen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das zweite Element ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Kunststoffelement, Papier, Pappe, Holz, pflanzliche Fasern, Naturfasern oder Kombinationen davon, wobei diese in bevorzugter Ausführungsform als Holzbauteile, Funktionsmaterialien, Wundverbände, Textilien, Hygieneartikel oder Absorber-/ Adsorber-Materialien vorliegen können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die Elemente aus verschiedenen Materialien.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die Elemente aus den gleichen Materialien.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Chitosan in der Chitosan-haltigen Lösung Chitosan oder ein Chitosanderivat. Als Chitosanderivate können zum Beispiel Chitosanester, Chitosanamide, Chitosanmonomere und andere Chitosanderivate wie zum Beispiel Chitosan-Konjugate mit Polyphenolen, wie 3,4,5-Trihydroxybenzoesäure oder Ocytlgallat, Salze aus organischen Säuren, zum Beispiel Citronensäure oder Polyepoxysuccinat, Chitosan-PEG-Tyramin, Chitosan-Amylose, Chitosan-Ester- und -Amin-Derivate, Carboxy- funktionalisierte Chitosane, phosphorylierte Chitosane, glycosylierte, veretherte, vernetzte und copolymerisiertes Chitosan eingesetzt werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein erfindungsgemäßes Chitosan-Derivat in der Chitosan-haltigen Lösung ein Chitosan-Derivat, welches in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, insbesondere in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden kann, wenn seine erfindungsgemäße Verwendung dazu führt, dass die in Verfahrensschritt c) eingesetzte Klebstoffformulierung in die mindestens eine Faser-haltige Klebezone in kürzerer Zeit einzieht, im Vergleich zu einem direkten, das heißt ohne vorherige Aufbringung der Chitosan-haltigen Lösung in einen Verfahrensschritt b), Aufträgen auf die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Verfahrensschritt a) mindestens eine Chitosan-haltige Lösung bereitgestellt, wobei die Chitosan- haltige Lösung mindestens ein Chitosan oder Chitosanderivat enthält, insbesondere ein bis drei Chitosane oder Chitosanderivate, insbesondere ein bis zwei Chitosane oder Chitosanderivate, insbesondere ein Chitosan oder Chitosanderivat.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer Chitosan-haltigen Lösung insbesondere eine Lösung verstanden, welche mindestens ein Chitosan oder Chitosanderivat, insbesondere Mischungen von Chitosanen und/oder Chitosanderivaten, enthält.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter Chitosan deacetyliertes Chitin verstanden. Der Grad der Deacetylierung kann hierbei variieren. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung variiert der Deacetylierungsgrad des Chitosans von 40 bis 100 %, insbesondere 50 bis 100 %, insbesondere 60 bis 100 %, insbesondere 95 bis 100 %, insbesondere 70 bis 100 %, insbesondere 80 bis 100 %, insbesondere 90 bis 100 %, insbesondere 40 bis 90 %, insbesondere 40 bis 80 %, insbesondere 40 bis 70 %, insbesondere 40 bis 60 %, insbesondere 40 bis 50 %, insbesondere 50 bis 90 %, insbesondere 50 bis 80 %, insbesondere 50 bis 70 %, insbesondere 50 bis 60%, insbesondere 60 bis 90 %, insbesondere 60 bis 80 %, insbesondere 60 bis 70 %, insbesondere 70 bis 90 %, insbesondere 70 bis 80 %, insbesondere 80 bis 90 %. In bevorzugter Ausführungsform liegt der Deacetylierungsgrad bei >50 %, insbesondere >90%.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Chitosan oder Chitosanderivat als Chitosan-Oligomer vor. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Chitosan-Oligomer ein Molekulargewicht von 1 bis 50 kDa, insbesondere 2 bis 40 kDa, insbesondere 1 bis 20 kDa, insbesondere 1 bis 2 kDa, insbesondere 2 bis 20 kDa oder insbesondere 5 bis 20 kDa auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Chitosan oder Chitosanderivat als Chitosan-Polymer vor.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung weist das Chitosan-Polymer ein Molekulargewicht von 51 bis 400 kDa, insbesondere 51 bis 200 kDa, insbesondere 60 bis 100 kDa, insbesondere 65 bis 90 kDa, insbesondere bis 100 bis 200 kDa oder insbesondere 200 bis 400 kDa auf.
In einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung liegt das Chitosan oder Chitosanderivat in der Chitosan-haltigen Lösung in einer Konzentration von 0,001 bis 10 %, insbesondere 0,001 bis 1 %, insbesondere 0,01 bis 5 %, insbesondere 0,01 bis 3 %, 0,01 bis 1 %, insbesondere 0,05 bis 1 %, insbesondere 0,1 bis 1 %, insbesondere 0,5 bis 1 %, insbesondere 0,1 bis 0,5 %, insbesondere 0,01 bis 0,1 %, insbesondere 0,01 bis 0,9 % (jeweils m/v) vor.
In besonders bevorzugter Ausfuhrungsform kann das Chitosan in wässriger Lösung vorliegen, insbesondere in gepufferter wässriger Lösung, insbesondere in saurer gepufferter Lösung, insbesondere in Phosphat-gepufferter Lösung. In bevorzugter Ausführungsform kann das Chitosan in saurer wässriger Lösung, zum Beispiel in einer wässrigen Lösung mit einem pH von 1 bis 6,9, insbesondere 2 bis 6, insbesondere 3 bis 5,5 vorliegen.
In besonders bevorzugter Ausführungsform kann die Chitosan-haltige Lösung als eine wässrige Lösung vorliegen, insbesondere als eine gepufferte wässrige Lösung, insbesondere eine sauer gepufferte Lösung, insbesondere eine Phosphat-gepufferte Lösung. In bevorzugter Ausführungsform kann die Chitosan-haltige Lösung als eine saure wässrige Lösung, zum Beispiel als eine wässrige Lösung mit einem pH von 1 bis 6,9, insbesondere 2 bis 6, insbesondere 3 bis 5,5 vorliegen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Chitosan-haltige Lösung weitere Zusatzstoffe. Bevorzugt sind die Zusatzstoffe kleine, Carboxylgruppen tragende Moleküle wie Essigsäure oder/und Citronensäure oder höhermolekulare, Carboxylgruppen-tragende Polymere.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in Verfahrensschritt a) mindestens zwei unterschiedliche Chitosan-haltige Lösungen bereitgestellt, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Verfahrensschritt a) genau eine Chitosan-haltige Lösung bereitgestellt, insbesondere genau zwei, insbesondere genau drei, insbesondere genau vier.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden, sofern mindestens zwei unterschiedliche Chitosan-haltige Lösungen bereit gestellt werden, die Chitosan- haltigen Lösungen in Verfahrensschritt b) gleichzeitig oder nacheinander aufgetragen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die flüssige Klebstoffformulierung eine Suspension, eine Dispersion, eine Emulsion oder eine Lösung mindestens eines Klebstoffes.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Klebstoffformulierung neben dem mindestens einen Klebstoff mindestens ein weiteres Agenz ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus synthetischen oder natürlichen Polymeren, Weichmachern, Harzen, Konservierungsmitteln, Dispergiermitteln, Füllstoffen, Lichtschutzmitteln, Entschäumungsmitteln,
Rheologieverbesserem, Verdickungsmitteln, Vernetzern, Härtem und Kombinationen davon aufweisen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die flüssige Klebstoffformulierung eine Suspension mindestens eines Klebstoffes.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die flüssige Klebstoffformulierung eine Dispersion mindestens eines Klebstoffes.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die flüssige Klebstoffformulierung eine Emulsion mindestens eines Klebstoffes. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die flüssige Klebstoffformulierung eine Lösung, insbesondere eine wässrige Lösung mindestens eines Klebstoffes.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Klebstoffformulierung einen physikalisch-härtenden Klebstoff auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Klebstoffformulierung einen chemisch-härtenden Klebstoff auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Klebstoffformulierung mindestens einen Klebstoff, der in der Papier- und Druckweiterverarbeitung üblicherweise eingesetzt wird, zum Beispiel Klebstoffe auf Basis von natürlichen oder halbnatürlichen Polymeren, Stärkeklebstoffe, enthaltend Kartoffel-, Mais-, Weizen-, Manioka-, Tapioka- und Reisstärke in nativer oder abgebauter Form, in verschiedenen Abbaugraden, in kalt- oder warmlöslicher Form, mit verschieden eingestellten Verkleisterungsgraden, Dextrinklebstoffe, hergestellt durch thermischen oder chemischen Abbau von Kartoffel-, Mais-, Weizen-, Manioka-, Tapioka- und Reisstärke, Glutinleime, Stärke/Dextrin-Mischleime, Zellulose- Klebstoffe oder Zellulose-Derivat-Klebstoffe.
Einsetzbar sind auch Klebstoffe auf Basis von synthetischen Polymeren, beispielsweise Schmelzklebstoffe beispielsweise auf Vinylacetat-Basis (Hot-melt-Klebstoffe), Reaktive Polyurethan-Schmelzklebstoffe (PUR-Reaktivklebstoffe), Polyvinylalkohol-Klebstoffe, oder Dispersions-Klebstoffe enthaltend Homo- oder Copolymere aus Vinylacetat, Ethylvinylacetat, Acrylaten, Styrol- Acrylat sowie Dispersions-Klebstoffe enthaltend Polyurethan.
Eine Dispersions-Klebstoffformulierung im Sinne der Erfindung kann eine Dispersion eines organischen Grundstoffes sein, beispielsweise einem Polymer oder Copolymer aus Vinylester oder Acrylaten in flüssigen Dispersionsmitteln, in denen der organische Grundstoff unlöslich ist. Die Dispersion kann gegebenenfalls Weichmacher, Harze oder Füllstoffe enthalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Klebstoffformulierung eine Dispersions-Klebstoffformulierung, insbesondere auf wässriger Basis. Dispersions- Klebstoffformulierungen auf wässriger Basis enthalten Wasser als Lösemittelanteil der Formulierung. Insbesondere bevorzugt enthält die Dispersions-Klebstoffformulierung Homo- oder Copolymere aus Vinylacetat, Ethylvinylacetat, Acrylaten, Styrol-Acrylat oder ein Polyurethan.
Ganz besonders bevorzugt ist als Klebstoffformulierung Emuldur® (BASF, Ludwigshafen, Deutschland), (anionisches Polyester-Polyurethan in wässriger Dispersion), Adhesin®A7362 (Henkel, Düsseldorf, Deutschland), (Polyvinylacetat) oder Acronal®A508 (BASF, Ludwigshafen, Deutschland), (Acrylsäureester-Copolymer-Dispersion) oder eine, die teilweise oder vollständig aus biobasierten oder nachwachsenden Rohstoffen besteht, geeignet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Klebstoff ein Klebstoff ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Epoxidharz, Phenol-Formaldehydharz. Polyurethan, Methylmethacrylat, Cyanacrylat, PVC (Polyvinylchlorid), Polycarbonat, Polysulfid, Silikon, ungesättigte Polyester, Glutin, Casein, Stärke, Methylzellulose, Polyimid, Vinylesterharz, Polychloropren und einer Kombination davon.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Klebstoffformulierung ein Leim, insbesondere ein Kaltleim, insbesondere Kaltleim aus biobasierten oder nachwachsenden Rohstoffen.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist ein Leim eine Suspension, Dispersion, Emulsion oder Lösung eines Klebstoffes, insbesondere aus tierischen, pflanzlichen oder synthetischen Grundstoffen, in einem flüssigen Medium, insbesondere in Wasser.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Kaltleim ein Leim verstanden, der kalt, insbesondere bei Raumtemperatur (19 bis 21° C), ohne Erhitzung verarbeitet werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden in Verfahrensschritt a) mindestens zwei unterschiedliche Klebstoffformulierungen bereitgestellt, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens vier. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in Verfahrensschritt a) genau eine flüssige Klebstoffformulierung bereitgestellt, insbesondere genau zwei, insbesondere genau drei, insbesondere genau vier. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden, sofern mindestens zwei unterschiedliche Klebstoffformulierungen bereitgestellt werden, die Klebstoffformulierungen gleichzeitig oder nacheinander aufgetragen.
In besonders bevorzugter Ausführungsform kann die Chitosan-haltige Lösung in Verfahrensschritt b) manuell, zum Beispiel mit einem Pinsel oder Schwamm, oder in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, maschinell, zum Beispiel mit einer Düse oder Walzmaschine, aufgetragen werden. In besonders vorteilhafter Weise kann die Walze der Walzmaschine aus einem Schaumstoff aufgebaut sein, der in bevorzugter Ausführungsform hälftig in ein die Chitosan-haltige Lösung aufweisendes Becken eintaucht, umso die Poren des Schaumstoffs mit der Chitosan-haltigen Lösung füllen zu können. Die Chitosan-haltige Lösung wird in bevorzugter Ausführungsform mit der aus dem Becken herausragenden anderen Hälfte auf die mindestens eine zu verklebende Lläche auf der mindestens einen Laser-haltigen Oberfläche des ersten Elementes aufgetragen.
In besonders bevorzugter Ausführungsform kann die Klebstoffformulierung in Verfahrensschritt c) manuell, zum Beispiel mit einem Pinsel oder Schwamm, oder in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform maschinell, zum Beispiel mit einer Düse oder Walzmaschine, aufgetragen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung, geeignet, insbesondere eingerichtet, für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses, umfassend a) eine Einspanneinheit zum Einspannen mindestens eines ersten mindestens eine Faser haltige Oberfläche aufweisenden Elements, insbesondere eine Buchblockzange, b) eine Faserfreilegungsvorrichtung zur Oberflächenvergrößerung, insbesondere
Aufrauvorrichtung zum Aufrauen, mindestens einer zu verklebenden Fläche des mindestens einen ersten mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisenden Elements, c) einen ersten Applikator, insbesondere eine Düse oder Walzeinheit, zum Aufbringen einer Chitosan-haltigen Lösung aus einem ersten Vorratsbehälter auf die mindestens eine zu verklebende Fläche und d) einen zweiten Applikator zum Aufbringen einer flüssigen Klebstoffformulierung aus einem zweiten Vorratsbehälter auf die mit der Chitosan-haltigen Lösung vorbehandelte
Klebezone.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Klebebinden von Papiererzeugnissen, umfassend a) eine Einspanneinheit zum Einspannen eines Papierstapels, insbesondere eine Buchblockzange, b) eine Faserfreilegungsvorrichtung zur Oberflächenvergrößerung, insbesondere Aufrauvorrichtung zum Aufrauen, mindestens einer zu verklebenden Fläche des Papierstapels, c) einen ersten Applikator, insbesondere eine Düse oder Walzeinheit, zum Aufbringen einer Chitosan-haltigen Lösung aus einem ersten Vorratsbehälter auf die mindestens eine zu verklebende Fläche und d) einen zweiten Applikator zum Aufbringen einer flüssigen Klebstoffformulierung aus einem zweiten Vorratsbehälter auf die mit der Chitosan-haltigen Lösung vorbehandelte Klebezone. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung zur Herstellung eines mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses, insbesondere zum Klebebinden von Papiererzeugnissen, eine weitere Vorrichtung zum Inkontaktbringen des mindestens einen zweiten Elements mit der Klebezone des mindestens einen ersten Elements auf. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das mindestens eine zweite Element manuell mit der Klebezone des mindestens einen ersten Elements in Kontakt gebracht. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die zu verklebende Fläche auf der Faser-haltigen Oberfläche vor Durchführung von Verfahrensschritt b) in einem Verfahrensschritt al) einer Oberflächenvergrößerung, insbesondere einer Faserfreilegung, zugeführt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Fasern der Faser-haltigen Oberfläche in einem Faserverbund vorliegen, insbesondere also die Fasern entweder, vorzugsweise über ihre gesamte Fänge, unmittelbar physisch aneinander angrenzend zueinander angeordnet sind, zum Beispiel verpresst vorliegen, und/oder in optional vorliegenden weiteren Komponenten des Elements, insbesondere dessen Oberfläche, eingebettet sind, zum Beispiel in einer Matrix.
In bevorzugter Ausführung stellt Verfahrensschritt al) ein Aufrauen der Oberfläche dar, insbesondere eine Faserfreilegung, insbesondere wird eine Faserfreilegung durchgeführt, wenn Papier oder Pappe die Faser-haltige Oberfläche darstellen.
Vorzugsweise findet Verfahrensschritt al) in Anschluss an Verfahrensschritt a) und vor Verfahrensschritt b) statt.
Erfindungsgemäß ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine Faser-haltige Oberfläche des ersten Elementes, insbesondere die zu verklebende Fläche, oberflächenvergrößert wird. Dies geschieht in bevorzugter Ausführungsform dadurch, dass die in der Faser-haltigen Oberfläche, bevorzugt in einem Faserverbund, vorliegenden Fasern des in Verfahrensschritt a) bereitgestellten ersten Elementes durch die Oberflächenvergrößerung vollständig oder teilweise freigelegt werden, das heißt eine Faserfreilegung stattfindet.
Die Oberfläche einer Faser-haltigen Oberfläche eines Elementes wird gebildet durch die Bereiche der Oberfläche, das heißt Oberflächen der Fasern und gegebenenfalls weiteren Flächen der Oberfläche, zum Beispiel von weiteren Komponenten der Oberfläche, die nicht in Verbindung, insbesondere in physischem Kontakt zueinander, das heißt zu Fasern oder Komponenten des Elementes, stehen und wobei diese Bereiche der Oberfläche damit für ein Inkontaktbringen, insbesondere Benetzen mit der Chitosan-haltigen Fösung zur Verfügung stehen. Die für ein Inkontaktbringen mit der Chitosan-haltigen Fösung zur Verfügung stehenden Flächen der Fasern können im Fall freigelegter Fasern nahezu die gesamte Oberfläche der freigelegten Faser sein oder im Fall von Fasern, die, zumindest teilweise, im Faserverbund sind, diejenigen Teile der Faseroberfläche, die nicht mit anderen Fasern oder Komponenten des Elementes in Kontakt stehen. Durch eine Faserfreilegung aus einem Faserverbund einer Faser-haltigen Oberfläche wird die Fläche der Faser-haltigen Oberfläche vergrößert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen nahezu sämtliche, insbesondere sämtliche, Fasern der Faser-haltigen Oberfläche des ersten in Verfahrensschritt a) bereitgestellten Elementes in einem Faserverbund vor.
Durch den erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehenen Verfahrensschritt al), gemäß dem eine Oberflächenvergrößerung durchgeführt wird, werden die Fasern der Faser-haltigen Oberfläche aus dem Faserverbund freigelegt und vergrößern somit die für das Inkontakttreten mit der Chitosan-haltigen Fösung zur Verfügung stehende Oberfläche. In besonders bevorzugter Ausführungsform werden mehr als 50 %, mehr als 60 %, mehr als 70 %, mehr als 80 % oder mehr als 90 %, insbesondere mehr als 95 % der Fasern innerhalb der zu verklebenden Fläche freigelegt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einer Oberflächenvergrößerung verstanden, dass die zu verklebende Fläche um mindestens 100 % vergrößert wird, insbesondere um mindestens 150 %, insbesondere um mindestens 200 %, insbesondere um mindestens 300 %, insbesondere 100 bis 450 %, insbesondere um 150 bis 450 %, insbesondere um 200 bis 450 % vergrößert wird.
Das Ausmaß der Oberflächenvergrößerung der zu verklebenden Fläche kann mittels Mikroskopie, insbesondere Fichtmikroskopie oder Elektronenmikroskopie, festgestellt werden. Hierzu werden vor und nach der Oberflächenvergrößerung die Anzahl der freiliegenden Fasern oder Fasemteile pro Flächeneinheit, sowie deren Maße, insbesondere die Fänge und der Durchmesser, erfasst und mithilfe dieser Maße die jeweilige Größe der Oberfläche berechnet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Messung der Oberflächenvergrößerung mittels eines Fichtmikroskops. Hierbei werden die Fänge und der Durchmesser der freiliegenden Fasern, gegebenenfalls teilweise freiliegender Bereiche von Fasern sowie gegebenenfalls vorliegender anderer Flächen einer Faser-haltigen Oberfläche gemessen. Unter der Annahme, dass eine Faser einem Zylinder gleicht, wird für jede Faser die Mantelfläche eines Zylinders, welcher die Faser darstellt, anhand der ermittelten Fänge sowie des Durchmessers der Faser berechnet. Als Durchmesser kann für die Berechnung der Mittelwert der Durchmesser einer repräsentativen Probe an Fasern für die Berechnung verwendet werden.
Die Summe der Oberflächen der einzelnen Zylinder, das heißt der freiliegenden Fasern, von freiliegenden Bereichen von Fasern sowie von gegebenenfalls vorliegenden anderen Flächen der Oberfläche ergibt die Größe der aufgerauten Oberfläche und wird mit der Summe der Oberfläche gegebenenfalls vorliegender freiliegender Fasern, von freiliegenden Bereichen von Fasern sowie von gegebenenfalls vorliegenden anderen Flächen der Oberfläche, also bevorzugt allein der ebenen zweidimensional angemessenen Oberfläche des Faserverbunds, einer unbehandelten Oberfläche verglichen. Die Oberflächenvergrößerung, im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auch als Aufrauung bezeichnet, kann dabei beispielsweise mittels Aufrauvorrichtungen, zum Beispiel, insbesondere Messer oder Zähne aufweisenden, Fräsvorrichtungen, Walzen oder Scheiben erreicht werden.
In besonders bevorzugter Ausführungsform kann die Aufrauung mittels tellerartiger Aufrauvorrichtungen, insbesondere Werkzeugen erreicht werden, wobei diese bevorzugt tellerartige Werkzeugscheiben mit kleinen Erhebungen, insbesondere Zähne vorsehen, die vorzugsweise bei paralleler Rotation zur aufzurauenden Oberfläche diese aufraut und damit gleichsam eine Faserfreilegung erreicht.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das mit dem Verfahren hergestellte mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisende Erzeugnis ein Buch, eine Broschüre, ein Schreibblock, ein Prospekt, ein Katalog, eine Zeitschrift oder ein Magazin.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, gemäß der das Erzeugnis ein Buch, eine Broschüre, ein Schreibblock, ein Prospekt, ein Katalog, eine Zeitschrift oder ein Magazin ist, ist das erste Element eine Papierseite und das zweite Element ein als Rücken, zum Beispiel Buchrücken, eingesetzter Papierrücken, sowie weitere Elemente weitere Papierseiten.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff „Erzeugnis“ insbesondere ein Papiererzeugnis verstanden, insbesondere Produkte, die durch das Zusammenfügen von oben genanntem Papier entstanden sind, also beispielsweise Produkte oder Zwischenprodukte der Buchbinderei, wie Bücher, Broschüren, Prospekte, Zeitschriften, Kataloge, Schreibblöcke, Buchblöcke, Umschläge und Magazine.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das mit dem Verfahren hergestellte mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisende Erzeugnis ein Buch, insbesondere ein Fotobuch.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise in der Druckweiterverarbeitung angewendet. Der Begriff Druckweiterverarbeitung umfasst alle Arbeitsschritte, durch welche aus bedruckten oder auch unbedruckten Vorprodukten die vorgesehenen Erzeugnisse mit ihren jeweiligen Formen und Eigenschaften gefertigt werden. Insbesondere sind darunter Verfahren und Schritte der Buchbinderei zu verstehen, welche eine Verklebung beinhalten, zum Beispiel das Klebebinden von Büchern, Broschüren, Katalogen, Schreibblocks, das Ableimen, Blockleimen, Einhängen von Buchblocks, Ankleben von Umschlägen, Buchdeckenherstellung, Vorsatzklebung, Rückenableimung, Seitenbeleimung, Hinterkleben, Einkleben von Karten und Warenproben, Kaschieren, Gummierung, Selbstklebegummierung, Haftklebegummierung oder Etikettenherstellung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen eines Lay-Flat- Verfahrens durchgeführt.
Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird unter einem Lay-Flat- Verfahren verstanden, dass Papierseiten zum Beispiel eines Buchs, einer Zeitschrift oder Magazins so miteinander verklebt werden, dass das jeweilige Erzeugnis komplett aufgeschlagen werden kann und die beiden sichtbaren Seiten vollständig, dies bedeutet in einem Winkel von 180°, aufgeklappt werden können und dabei eine plane Fläche bilden können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung auch ein verklebtes, mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisendes Erzeugnis herstellbar gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beispiele und beispielhaften Figuren näher erläutert. Figuren
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäß bereitgestelltes erstes, mindestens eine Faser-haltige als Papierkante (150) ausgeführte Oberfläche (11) aufweisendes Element (10) mit in einem Fasemverbund (17) vorliegenden Fasern (12). Figur 2 zeigt das erste mindestens eine Faser-haltige Oberfläche (11) aufweisende
Element (10) in Anschluss an eine erfindungsgemäß bevorzugte Oberflächenvergrößerung. Figur 2 zeigt dabei insbesondere, dass die Fasern (12) durch die Oberflächenvergrößerung freigelegt wurden.
Figur 3 zeigt das erste, mindestens eine Faser-haltige Oberfläche (11) aufweisende
Element (10), mit freigelegten Fasern (12), nach Zugabe der Chitosan-haltigen Fösung (20) auf die zu verklebende Zone. Schematisch dargestellt ist hierbei die Interaktion des Chitosans (20) mit den freigelegten Fasern (12) in der Klebezone (13).
Figur 4 zeigt die auf die Klebezone (13) des Elements (10) aufgetragene flüssige
Klebstoffformulierung (30) vor dem Aufziehen.
Figur 5 zeigt die Klebezone (13) nach dem Aufziehen der flüssigen
Klebstoffformulierung (30). Die flüssige Klebstoffformulierung liegt hierbei homogen in Zwischenräumen (31) zwischen den freiliegenden Fasern (12) und dem Chitosan (20). Figur 6 zeigt beispielhaft das zwei miteinander verklebte Elemente aufweisende
Erzeugnis (50), umfassend ein erstes, mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisendes Element (10), ein zweites Element (40) und die Klebezone (13).
Figur 7 zeigt schematisch in zeitlichen Abfolgen das Verhalten von auf eine freiliegende
Fasern (12) aufweisende Papierkante (150) aufgebrachte Klebstoff (30) ohne Verwendung von Chitosan (20) (links) und unter Verwendung von Chitosan (rechts) (Zeitpunkt 1 : unmittelbar nach Aufbringen des Klebstoffes, Zeitpunkt 2: späterer Zeitpunkt). Figur 8 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Klebebinden von Papiererzeugnissen umfassend eine Einspanneinheit (Buchblockzange) (6), Auftragsschiene/Transportstrecke (2), Faserfreilegungsvorrichtung, insbesondere Aufrauvorrichtung (Fräswerkzeug) (3), ersten Applikator (Aktivatorauftrag) (7) und zweiten Applikator (Feimauftrag) (8) sowie einen dem ersten Applikator (7) zugeordneten ersten Vorratsbehälter (4) und einem dem zweiten Applikator (8) zugeordneten zweiten Vorratsbehälter (5).
Bezugszeichenliste
1 Buchblock (Papierstapel)
2 Auftragsschiene/Transportstrecke
3 Faserfreilegungsvorrichtung (Fräswerkzeug)
4 Erster Vorratsbehälter
5 Zweiter Vorratsbehälter
6 Einspanneinheit (Buchblockzange)
7 Erster Applikator (Aktivatorauftrag)
8 Zweiter Applikator (Leimauftrag)
10 Erstes, eine Faser-haltige Oberfläche aufweisendes Element
11 Faser-haltige Oberfläche
12 Fasern
13 Klebezone
17 Faserverbund
20 Chitosan
30 Flüssige Klebstoffformulierung
31 Zwischenräume zwischen den Fasern
40 Zweites Element 50 Erzeugnis
150 Papierkante
Beispiele Beispiel 1 : Herstellung von Klebebindungen
Ein Buchblock (DIN A4, das heißt mit einer Rückenlänge von 297 mm) wurde in eine Buchblock-Zange eingespannt, so dass die zu bindende Kante etwa 2 mm frei aus der Zange herausragt (sogenannter Aushang). Dieser Buchblock wurde durch eine Fräsvorrichtung aufgeraut (aus Fig. 1 und 2 schematisch ersichtlich). Durch diese Vorbehandlung werden die Fasern freigelegt und die Oberfläche um etwa 300 % vergrößert. Danach wird beispielsweise eine 0,1 % (m/v) Chitosan-haltige Fösung, wobei ein Chitosan mit >50, insbesondere >90% Deacetylierungsgrad in der Fösung (wässrige Phosphat-gepufferte Fösung) enthalten ist, auf den aufgerauten Buchblockrücken aufgebracht (schematisch gemäß Figur 3). Anschließend wird unmittelbar ohne Trocknen der in die Klebezone aufgebrachten Chitosan-Fösung in einer Buchklebemaschine vom Typ Ribler Junior Binder oder Ribler Express Binder (Hersteller Ribler, Stuttgart, DE) über eine Düse eine Klebstoff-Dispersion auf Styrolacrylatbasis„nass in nass“ aufgetragen (schematisch gemäß Figuren 4 und 5).
Die Klebstoff-Dispersion wies eine für die Viskosität praktikable Kennzahl (gemessen mit Fordbecher, 5 mm Düse) von vorzugsweise > 100 s auf. Anschließend wird der Buchblock in einen Buchblockrücken eingebunden (schematisch Figur 6) und ein Buch erhalten.
Figur 7 zeigt den Effekt des Aufbringens von Chitosan (20) auf eine Papierkante (150). Figur 7 lässt erkennen, dass ohne Verwendung von Chitosan (20) (Figur 7, links) auf einer zu verklebenden Papierkante (150) der Klebstoff (30) auf der Papierkante stehen bleibt und nicht in die Zwischenräume (31) zwischen den ff eigelegten Fasern (12) eindringt, sondern dort eintrocknet (Zeitpunkt 2). Wird dagegen die Papierkante (150) vor dem Aufbringen des Klebstoffes (30) mit einer Chitosan-haltigen Fösung (20) versehen und damit eine Chitosan- haltige Fösung aufweisende Klebezone (13) erhalten, sinkt der Klebstoff (30)„nass in nass“ in die Papierkante ein und verteilt sich homogen in den Zwischenräumen (31) (Figur 7, rechts) (Zeitpunkt 2).
Beispiel 2: Beurteilung Kohäsionsbruch (KOH) und Adhäsionsbruch (ADH)
Es wurden Buchblöcke von jeweils 2 cm Dicke aus verschiedenen Papiersorten (Nr. 1 bis Nr. 5) wie in Beispiel 1 beschrieben verklebt. Als Kontrolle wurden Buchblöcke ohne Chitosan- Vorbehandlung, ebenfalls von 2 cm Dicke, analog zu den oben beschriebenen Verfahren aufgeraut und in einer Bindemaschine vom Typ Ribler Junior Binder oder Ribler Express Binder (Hersteller Ribler, Stuttgart, DE) über eine Düse mit der oben beschriebenen Klebstoffformulierung verklebt. Zur Beurteilung von Adhäsion und Kohäsion wurde die Klebebindung plan aufgeschlagen und unter einem Lichtmikroskop betrachtet. Es wurde an einer Blattkante gezogen, um die Klebstoffnaht zu dehnen. Falls sich dabei der Klebstoff von der Papierfaser löst, handelt es sich um einen Adhäsionsbruch. Falls dagegen der Klebstoff nicht an der Papierfaser, sondern innerhalb der Klebstoffhaht aufreißt, handelt es sich um einen Kohäsionsbruch. Bei den Buchblöcken der Kontrollen ist bei der Betrachtung mit einem Lichtmikroskop leicht zu erkennen, dass sich der Klebstoff relativ leicht von der Faser löst (Adhäsionsbruch). Wurde der Buchblock-Rücken vorab mit einer Chitosan-haltigen Lösung, wie in Beispiel 1 beschrieben, „nass in nass“ behandelt, kann man unter dem Mikroskop einen Kohäsionsbruch erkennen, das heißt der Klebstoff-Film trennt sich in der Mitte und es bleiben Klebstoffreste an der Faser hängen.
Kontrollversuche ohne Chitosan im Lösungsmittel führten nicht zu einer Klebebindung, die mit den Eigenschaften, die durch Anwendung von Chitosanlösungen erreicht wurden, vergleichbar waren.

Claims

ANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Herstellung eines mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses (50), umfassend das a) Bereitstellen mindestens eines ersten mindestens eine Faser-haltige Oberfläche (11) aufweisenden Elements (10), mindestens eines zweiten Elements (40), mindestens einer Chitosan-haltigen Lösung (20) und mindestens einer flüssigen Klebstoffformulierung (30), b) Aufbringen der mindestens einen Chitosan-haltigen Lösung auf mindestens eine zu verklebende Fläche auf der mindestens einen Faser-haltigen Oberfläche (11) des ersten
Elements (10) zum Erhalt einer vorbehandelten, die Chitosan-haltige Lösung (20) aufweisenden Klebezone (13) auf dem ersten Element (10), c) Aufbringen der mindestens einen flüssigen Klebstoffformulierung (30) auf die gemäß Verfahrensschritt b) erhaltene, die vorbehandelte Chitosan-haltige Lösung (20) aufweisende Kleb ezone (13) und d) Inkontaktbringen des mindestens einen zweiten Elementes (40) mit der Klebezone (13) des ersten Elementes (10) zum Erhalt des verklebten Erzeugnisses (50).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste, das zweite, weitere oder alle Elemente Zelluloseerzeugnisse sind. 3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das erste mindestens eine Faser-haltige Oberfläche (11) aufweisende Element (10) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Papier, Pappe, Holz, pflanzliche Fasermaterialien, Naturfasern, Wundverbänden, Textilien, Hygieneartikel, Absorber-/ Adsorber-Materialien oder Kombinationen davon.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Element (40) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Kunststoffelement, Papier, Pappe, Holz, pflanzliche Fasermaterialien, Naturfasern, Wundverbänden, Textilien, Hygieneartikel, Absorber-/ Adsorber-Materialien oder Kombinationen davon.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elemente aus verschiedenen oder gleichen Materialien aufgebaut sind.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Chitosan Chitosan oder ein Chitosanderivat ist. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Chitosan als Oligomer oder Polymer vorliegt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klebstoffformulierung (30) einen physikalisch härtenden Klebstoff oder einen chemisch härtenden Klebstoff aufweist. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Klebstoffformulierung
(30) ein Kaltleim ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Chitosan-haltige Lösung (20) eine Chitosan-Konzentration von 0,001 bis 10 % (m/v) aufweist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Verfahrensschritt al) die zu verklebende Fläche vor Durchführung von Verfahrensschritt b) einer
Oberflächenvergrößerung zugeführt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Element eine Papierseite und das zweite Element ein Papierrücken ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugnis ein Buch ist. 14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren im Rahmen eines Lay-Flat- Verfahrens durchgeführt wird.
15. Verklebtes, mindestens eine Faser-haltige Oberfläche aufweisendes Erzeugnis (50) herstellbar gemäß einem der Verfahren der Ansprüche 1 bis 14.
16. Vorrichtung zur Herstellung eines mindestens zwei miteinander verklebte Elemente aufweisenden Erzeugnisses (50), umfassend a) eine Einspanneinheit (6) zum Einspannen mindestens eines ersten mindestens eine Faser haltige Oberfläche (11) aufweisenden Elements (10), insbesondere eine Buchblockzange, b) eine Faserfreilegungsvorrichtung (3) zur Oberflächenvergrößerung mindestens einer zu verklebenden Fläche des mindestens einen ersten mindestens eine Faser-haltige Oberfläche (11) aufweisenden Elements ( 10), c) einen ersten Applikator (7), insbesondere eine Düse oder Walzeinheit, zum Aufbringen einer Chitosan-haltigen Fösung (20) aus einem ersten Vorratsbehälter (4) auf die mindestens eine zu verklebende Fläche und d) einen zweiten Applikator (8) zum Aufbringen einer flüssigen Klebstoffformulierung (30) aus einem zweiten Vorratsbehälter (5) auf die mit der Chitosan-haltigen Fösung (20) vorbehandelte Klebezone (13).
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