WO2019149944A1 - Strukturierte walzen im kalander - und nachkalandrierprozess - Google Patents

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Bernd Dietz
Karsten Kuss
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Tesa Se
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Definitions

  • antiadhesive treated rolls are used for the processing of highly adhesive formulations. Examples of this are e.g. in EP 2 192 148 B1, p.13, lines 16-41.
  • these rollers usually have the disadvantage that their service lives are limited, since their anti-adhesive effect decreases over time and the antiadhesive components wear over time or be leached out.
  • the selection of a stably functioning in the production process variant is very complex, since so equipped coating rollers to take over the preformed film first from the previous roller well and completely and then have to pass completely residue free again to the next following roller.
  • the process window is therefore very limited and only applies recipe and process specific.
  • Another problem is the anchoring strength of the polymer on the substrate.
  • cost-effective pretreatment with corona, plasma or flame pretreatment often does not produce the desired result.
  • the transfer of the shaped melt film from the last calender roll to the web-shaped carrier material is considered.
  • the known methods in particular with open or structured carrier materials, e.g. in the case of woven and nonwoven materials with small pore sizes, no sufficient bond strength can be achieved since, due to the process, only a limited line pressure can be applied. If this is too low and the viscosity of the polymer melt too high and the hydraulic diameter of the pores too small, then the melt can not penetrate sufficiently into the carrier openings.
  • a calendering device of the type mentioned in the introduction in that at least one of the at least two calendering rolls has an average roughness depth Rz between 5 ⁇ m and 15 ⁇ m, in particular between 9 ⁇ m and 13 ⁇ m.
  • the mean roughness Rz is defined as:
  • At least two of the at least two calendering rollers are calendering rollers in the calendering device.
  • the material used for the roller base body is typically steel.
  • Metallic surfaces are particularly suitable as the surface of the calendering rollers, so that in the case of the calendering device according to the invention at least one of the at least two calendering rollers has a metallic surface.
  • metallic surfaces in particular steel or chromium come into question.
  • Hard-material rolls, in particular those having a surface made of metal carbide, are particularly suitable, as are rolls with a chrome surface.
  • rollers used according to the invention are therefore preferably steel rollers, chromium-plated steel rollers and hard-material rollers with strength-imparting metal carbides.
  • tungsten carbide surfaces may be mentioned here.
  • a particularly good process control in calendering can be achieved if at least one of the at least two calender rolls is designed to be heatable. With a variable roll temperature, another parameter is given which influences the calendering process and thus the resulting product can.
  • the rolling temperatures of the heatable calendering rollers are preferably selected independently of one another in the range from 50 to 150 ° C., in particular in the range from 80 to 120 ° C.
  • the calendering device further comprises at least one polymer counter roll.
  • This serves as a further roll nip and also, in particular, for guiding a carrier material to which the polymer is applied.
  • any fluid polymers can be processed.
  • the calendering device for fluids selected from the group comprising tacky or tackified compositions, in particular pressure-sensitive adhesives based on rubbers, synthetic rubbers, polyurethanes, epoxides, ethylene-vinyl acetates, poly (meth) acrylates and mixtures thereof.
  • the device according to the invention is suitable for highly tacky polymers which can not be processed satisfactorily with conventional calendering devices.
  • the polymers which can be processed particularly advantageous with the inventive device in a viscosity range from 500 to 150,000 Pa * s at the respective coating temperature and 1 rad / s.
  • the object of the present invention is further achieved by a calendering process for processing a tackified or interesting fluid, wherein the processing comprises forming the fluid into a film of defined film thickness, applying the fluid to a substrate, recalendering, or a combination of at least two of comprising the above-mentioned processes, by performing the method on a device as described above.
  • the preferred embodiments of the calendering apparatus also apply to the calendering process and vice versa.
  • the polymer processed by the process according to the invention in particular polyacrylate, can be used outstandingly as a pressure-sensitive adhesive, preferably as a pressure-sensitive adhesive for an adhesive tape, the pressure-sensitive adhesive being present as a single-sided or double-sided film on a carrier film.
  • exemplary applications are technical adhesive tapes, in particular for use in construction, eg Insulating tapes, anti-corrosion tapes, aluminum adhesive tapes, fabric-reinforced tapes, building tapes, eg vapor barriers, assembly tapes, cable wrapping tapes, self-adhesive foils and / or paper labels and applications for the automotive industry for fixing parts or sheathing of cables.
  • the polymer processed by the process according to the invention in particular rubber or synthetic rubber, can be used outstandingly as a pressure-sensitive adhesive, preferably as a pressure-sensitive adhesive for an adhesive tape, the pressure-sensitive adhesive being present as a single-sided or double-sided film on a support film.
  • a pressure-sensitive adhesive preferably as a pressure-sensitive adhesive for an adhesive tape
  • the pressure-sensitive adhesive being present as a single-sided or double-sided film on a support film.
  • Exemplary applications are technical adhesive tapes, in particular for use in construction, e.g. Tissue tapes, tissue-reinforced tape tapes, vapor barriers, but also mounting tapes, cable tapes, as well as applications for fixing parts or sheathing of cables.
  • the calendering device according to the invention and the calendering process according to the invention not only is the processability of the polymer composition improved, in particular because no polymer constituents adhere to the rolls. Rather, an improvement in the properties of the products obtained can be achieved.
  • the anchoring strength of the polymer on the carrier material is improved when the calendering device according to the invention is used.
  • the present invention therefore furthermore relates to an adhesive tape comprising a pressure-sensitive adhesive prepared by the calendering process described above.
  • adhesive tapes contain at least one carrier material.
  • the carrier material used is preferably tissue, in particular cotton fabric, knitted fabric, non-woven or paper in their different embodiments.
  • the bond strength that can be obtained with the device according to the invention and the method according to the invention is preferably at least 17 N / cm.
  • the roughness of the rollers used is measured by means of a profilometer.
  • Test device was the Mahr MarSurf PS1 of Mahr GmbH, Göttingen. The measurement was carried out according to specifications from DIN EN ISO 3274.
  • the peel forces against a defined adhesive tape were determined at processing temperatures. If a measurement in the processing conditions was not feasible, the measurements were taken at the next possible temperatures.
  • test strip of the adhesive tape of 19 mm was rolled over onto the tempered roll body by means of a pressure roller (2 kg) in 3 passes at a speed of 5 m / min in the machine running direction and fixed. Immediately thereafter, at a defined speed (0.3 - 5 m / min) at a draft angle of 90 °, the pull-off force was measured in g using a spring balance. Measured value and fracture pattern are documented. Test Method III - Viscosity
  • the viscosity measurement is carried out with a cone-plate system with a diameter of 50 mm with a rheometer of the type ARES (Rheometric Scientific) at 1 15 ° C and at a shear rate of 1 s. 1
  • a 10 mm wide sample of the coating pattern is fixed on a steel plate with a double-sided adhesive tape.
  • the tesa test tape 7476 is then rolled over a total of 10 times using a steel roller weighing 2 kg at a speed of 10 m / min and fixed.
  • the anchoring force of the test tape on the composite is determined on a Zwick tensile testing machine at a peel angle of 180 ° C at 23 ° C / 55% rh and a peel rate of 500 mm / min.
  • the anchoring force is determined in N / cm.
  • the viscosity was determined to be 17,000 Pa * s at 15 ° C and 1 rad / s shear rate.
  • the adhesive was previously prepared in a 25I kneader from AMK and in siliconized cardboard boxes with dimensions 50 * 50 * 1000mm bottled.
  • This strand-shaped adhesive is fed into a melt extruder from Troester (GS60 * 10D) and fed at a temperature of 120 ° C at 45 kg / h throughput in the dosing of a 3-roll L calender.
  • FIG. 1 The structure of the calender used in Examples 1 to 4 is shown in FIG. 1:
  • the 1 . Roller 1, the so-called metering roller is equipped with a polished chrome surface
  • the second roller 2, the transfer roller, and the third roller 3, the transfer roller are equipped with chrome surfaces with averaged roughness Rz of about 1 pm
  • the carrier web 6 of 120 mesh staple wool runs on an 80 ° Sh
  • a polymer backing roll 4 in the nip and is intended to completely remove the adhesive 5 from the transfer roll.
  • the web speed is set at 15 m / min, the application weight on the fabric is 100 g / m 2 .
  • the metering roller 1 is operated stationary, the transfer roller 2, however, with 20% of the web speed, the transfer roller 3 is operated in synchronism with the web.
  • Example 3 Starting from Example 3, rolls 2, 3 with an average roughness depth of about 10 pm were again used in the calender.
  • the carrier material 6 used was a 150 mesh cotton fabric, and the same experimental setup and process parameters as in Example 1 were chosen.
  • the coating of the carrier material succeeds with a closed, uniform adhesive layer with a coating weight of 100 g / m 2 .
  • the desired bond strength is 17 N / cm.
  • FIG. 2 The structure of the calender used in Examples 5 to 7 and the post-calendering plant is shown in FIG. 2:
  • the construction of the calender corresponds to that shown in FIG.
  • the apparatus shown in Fig. 2 comprises a post-calendering unit.
  • Example 4 Starting from Example 4 again rolls 2, 3 were used with an average roughness Rz of about 10pm in the calender.
  • support material 6 a 150 mesh cotton fabric was again used, and the same experimental set-up and the same process parameters as in example 4 were selected.
  • the composite is transported immediately after leaving the calendering plant in a tempered 2-roll nip ("post-calendering mill"). This is positioned with a rubber roller 7 of 90 ° ShA hardness to the back of the carrier web 6 and with the adhesive side of the carrier web 6 to a steel roller 8 with an Rz number of 9pm.
  • the temperatures are 80 and 120 ° C (rolls 7 and 8), the line pressure is 50 N / cm.
  • the coating of the carrier material succeeds with a closed, uniform adhesive layer of 100 g / m 2 coating weight.
  • the material does not stick to the steel roller.
  • For the bond strength values of 17.2 and 18.0 and 17.9 N / cm are determined in the fresh state.
  • the desired bond strength is 17 N / cm.
  • Example 5 Starting from Example 5, rolls 2, 3 with an average roughness Rz of about 10 pm were again used in the calender.
  • a carrier material again a 150mesh cotton fabric was used, otherwise the same experimental setup and the same process parameters as in Example 4 were chosen.
  • the composite is moved immediately after leaving the calendering plant in a Nachkalandrierwerk.
  • This is positioned with a rubber roller 7 of 90 ° ShA hardness to the back of the carrier web 6 and with the adhesive side of the carrier web 6 to a steel roller 8 with an Rz number of 0.2 pm.
  • the temperatures are 80 and 120 ° C (rolls 7 and 8), the line pressure is 50 N / cm.
  • the coating of the carrier material succeeds with a closed, uniform adhesive layer of 100 g / m 2 coating weight. The material adheres but on the steel roller 8, an evaluation of the bond strength is not possible.
  • Example 5 Starting from Example 5, rolls 2, 3 with an average roughness Rz of about 10 pm were again used in the calender.
  • a carrier material again a 150mesh cotton fabric was used, otherwise the same experimental setup and the same process parameters as in Example 4 were chosen.
  • the composite is moved immediately after leaving the calendering plant in a Nachkalandrierwerk. This is positioned with a rubber roller 7 of 90 ° ShA hardness to the back of the carrier web 6 and with the adhesive side of the carrier web 6 to a steel roller 8 with an Rz number of 23 pm.
  • the temperatures are 80 and 120 ° C (rolls 7 and 8), the line pressure is 50 N / cm.
  • the coating of the carrier material succeeds with a closed, uniform adhesive layer with a coating weight of 100 g / m 2 .
  • the material does not stick to the steel roller 8.
  • viscosities in the range of 500 to 150,000 Pa * s can be calendered in a stable and process-reliable manner at 1 rad / s shear rate and processing temperature.

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  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

Mit einer Kalandriervorrichtung, ausgebildet und eingerichtet zum Verarbeiten eines klebrig gemachten oder eigenklebrigen Fluids, wobei das Verarbeiten typischerweise das Ausformen des Fluids zu einem Film definierter Schichtdicke, das Auftragen des Fluids auf ein Trägermaterial, das Nachkalandrieren oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Prozesse umfasst, umfassend eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Fluids, ein Mehrwalzenwerk mit mindestens zwei Kalandrierwalzen und mindestens einem Kalandrierwalzenspalt zum Verarbeiten des Fluids, bei der mindestens eine der mindestens zwei Kalandrierwalzen eine gemittelte Rautiefe Rz zwischen 5 µm und 15 µm, insbesondere zwischen 9 µm und 13 µm, aufweist, wird die Verarbeitung auch von sehr klebrigen Polymeren ermöglicht.

Description

Strukturierte Walzen im Kalander - und Nachkalandrierprozess
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kalandriervorrichtung, ausgebildet und eingerichtet zum Verarbeiten eines klebrig gemachten oder eigenklebrigen Fluids, wobei das Verarbei- ten typischerweise das Ausformen des Fluids zu einem Film definierter Schichtdicke, das Aufträgen des Fluids auf ein Trägermaterial, das Nachkalandrieren oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Prozesse umfasst, umfassend eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Fluids, ein Mehrwalzenwerk mit mindestens zwei Kalandrierwalzen und mindestens einem Kalandrierwalzenspalt zum Verarbeiten des Fluids. Die Erfindung betrifft ferner ein Kalandrierverfahren zum Verarbeiten eines klebrig gemachten oder eigenklebrigen Fluids, wobei das Verarbeiten das Ausformen des Fluids zu einem Film definierter Schichtdicke, das Aufträgen des Fluids auf ein Trägermaterial, das Nachkalandrieren oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Prozesse umfasst, sowie ein Klebeband mit einer nach diesem Verfahren erhaltenen Klebemasse.
Stand der Technik
Der Walzenauftrag umfasst eine Fülle von Technologien, mit denen Polymere mittels zweier oder mehrerer Walzen ausgeformt und aufgewickelt oder aber auf einen Träger aufgetragen werden. So dienen z.B. Beschichtungskalander in der Gummiindustrie der Ausformung und Beschichtung von Polymeren auf bahnförmige Materialien, z.B. auf Gewebe oder Vliese. Hierbei sind die Walzen in der Regel beheizbar ausgeführt, um Temperatur in das Polymer einzutragen. Damit wird typischerweise das Polymer niederviskoser und leichter formbar. Dies ermöglicht eine einfachere Ausführung der Walzen und reduziert die Investitions- und Betriebskosten.
Um geringe Auftragsgewichte erzielen zu können, werden bei hochviskosen Polymeren bevorzugt Mehrwalzenkalander eingesetzt. Hier wird, ausgehend von einem größeren Spalt zwischen den Auftragswalzen, das Auftragsgewicht durch zunehmende Differenz- geschwindigkeiten (Friktion) der Folgewalzen stufenweise bis zum Zielgewicht reduziert.
Schwierigkeiten können auftreten, wenn die Polymere bei Verarbeitungstemperatur klebrig sind und zum Verkleben auf den Walzen neigen. Beispiele hierfür sind bestimmte Gummi- oder PVC-Mischungen und insbesondere auch Klebstoffe. Die in dieser Hinsicht störende Klebrigkeit kann in gewissen Grenzen durch eine gezielte Einstellung der Temperaturen und Friktionen und ggf. weiterer Prozessparameter vermieden werden.
Bei stark klebrigen Systemen, z.B. bei Acrylatsystemen oder harzabgemischten Kautschukrezepten, EVA- oder synthesekautschukbasierten Klebstoffen, stößt man hier aber an Prozessgrenzen.
Für die Verarbeitung stark klebender Rezepturen werden deshalb bevorzugt antiadhäsiv ausgerüstete Walzen eingesetzt. Beispiele hierzu werden z.B. in der EP 2 192 148 B1 , S.13, Zeile 16-41 , genannt. Diese Walzen haben aber in der Regel den Nachteil, dass ihre Standzeiten begrenzt sind, da ihre antiadhäsive Wirkung mit der Zeit nachlässt und die antiadhäsiv wirkenden Komponenten mit der Zeit abnutzen oder ausgelaugt werden. Weiterhin ist die Auswahl einer im Produktionsprozess stabil funktionierenden Variante sehr komplex, da derart ausgerüstet Beschichtungswalzen den vorgeformten Film zunächst von der vorhergehenden Walze gut und vollständig übernehmen sollen und dann wieder komplett rückstandsfrei an die nächstfolgende Walze übergeben müssen. Das Prozessfenster ist also eng begrenzt und gilt nur rezeptur- und prozessspezifisch.
Alternative Systeme wie fluormodifizierte Beschichtungen sind erheblich standfester, weisen aber gegenüber stark klebenden Systemen eine zu geringe antiadhäsive Wirkung auf. Hier kann das zu kalandrierende Polymer zwar hinreichend gut von der betrachteten Walzenoberfläche übernommen werden, eine vollständige Übergabe auf die Folgewalze ist hingegen nicht realisierbar.
Auch der Einsatz typischer, für die Acrylatbeschichtung geeigneter Metall-Rasterwalzen mit ca. 140L/cm und ca. 10pm Stegbreite (vgl. EP 2 192 148 B1 , S.13, Zeilen 43-46), kommt bei stark klebrigen Systemen nicht in Frage, da die Klebmassen von diesen Walzen nicht vollständig übernommen werden können. Es verbleiben Rückstände auf der vorhergehenden Walze, was einen instabilen und nicht produktionstauglichen Prozess zur Folge hat.
Dies führt dazu, dass eine Vielzahl von Rezepturvarianten mit dem Walzenauftragswerk gar nicht oder nicht mit den gewünschten Bahngeschwindigkeiten und/oder Auftrags- gewichten beschichtet werden können.
Als weiteres Problem taucht die Verankerungsfestigkeit des Polymers auf dem Trägermaterial auf. Hier möchte man aus ökonomischen Gründen auf die Ausrüstung der zu beschichtenden Bahnen mit Haftvermittlern verzichten. Bei Vliesen und Geweben führt eine kosteneffiziente Vorbehandlung mit Corona-, Plasma- oder Flammvorbehandlung oftmals nicht zum gewünschten Ergebnis.
Die Behandlung des mit klebrigem Polymer beschichteten Materials im Prozess („inline“) oder in einem weiteren Arbeitsgang („offline“) mittels Druck und/oder Temperatur („nachkalandrieren“) im Walzenspalt zur Verbesserung der Klebstoffhaftung am Träger- material ist stark limitiert. Insbesondere Haftklebemassen, aber auch andere Polymere wie Polyethylene oder Ethylenvinylacetate weisen bei zweckmäßigen Verarbeitungs- temperaturen eine Klebrigkeit auf, die zu starkem Anhaften auf den berührten Walzen- oberflächen und letztlich zu einem instabilen Prozess führt. Der Einsatz antiadhäsiver Walzenoberflächen ist auch hier wegen der oben bereits beschriebenen Schwierigkeiten im Hinblick auf Werkstoffauswahl und Standzeit limitiert. Polymere Walzen mit anti- adhäsiven Oberflächen können aufgrund limitierter Härten nicht die benötigten Kräfte im Walzenspalt übertragen.
Aus diesen Gründen kommen obige bekannte Walzentypen für ein effizientes, flexibles Walzenauftragsverfahren zur Beschichtung sowie beim Nachkalandrieren zur Veranke- rungsverbesserung stark klebriger Polymere nicht in Frage.
Aufgabenstellung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Verarbeitbarkeit von stark klebrigen Polymeren sowie deren ausreichende Verbundfestigkeiten auf Vliesen und Geweben im Walzenverfahren zu ermöglichen. Dies betrifft zum einen insbesondere die Ausformung der Polymeren zu einem Film definierter Schichtdicke durch Vorformung im Walzenspalt und die Übergabe an eine oder mehrere Folgewalzen mit abgestuften Umdrehungsgeschwindigkeiten. Die bekannten, bereits genannten Stellgrößen zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit reichen hier oftmals nicht aus.
Weiterhin wird der Übertrag des ausgeformten Schmelzefilms von der letzten Kalanderwalze auf das bahnförmige Trägermaterial betrachtet. Hier kann mit den bekannten Verfahren, insbesondere bei offenen oder strukturierten Trägermaterialien, z.B. bei Gewebe- und Vliesmaterialien mit geringen Porengrößen, keine ausreichende Verbundfestigkeit erzielt werden, da prozessbedingt nur eine begrenzte Linienpressung aufgebracht werden kann. Ist diese zu gering und die Viskosität der Polymerschmelze zu hoch sowie der hydraulische Durchmesser der Poren zu klein, dann kann die Schmelze nicht ausreichend in die Trägeröffnungen eindringen.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einer Kalandriervorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine der mindestens zwei Kalandrierwalzen eine gemittelte Rautiefe Rz zwischen 5 pm und 15 pm, insbesondere zwischen 9 pm und 13 pm, aufweist.
Dabei ist die gemittelte Rautiefe Rz definiert als:
Rz= 1/n-(Rzi+Rz2+Rz3+...Rzn), d.h. der Mittelwert der einzelnen, an verschiedenen Punkten gemessenen Rautiefen der jeweiligen Walze, wobei n die Anzahl der Messwerte ist. Die Messung erfolgt nach den Festlegungen aus DIN EN ISO 3274.
Durch diese geeignete Auswahl und Anpassung der Walzenoberflächen an die Prozessbedingungen kann auf wenig belastbare Walzenmaterialien mit reduzierter Standzeit oder unzureichender Festigkeit, die den hohen Ansprüchen, die der Produktionsalltag an Langlebigkeit und Robustheit stellt, nicht genügen und darüber hinaus noch hohe Beschaffungskosten aufweisen, verzichtet werden. Stattdessen wird durch geeignete Auswahl der Walzenrauigkeit von gut verfügbaren und in der Breite eingesetzten Walzenmaterialien ein ausreichendes Prozessfenster für die stabile, robuste Verarbeitung klebriger Materialien ermittelt.
Die gezielte Walzenauswahl mit geeigneten Rauigkeitswerten lässt auch bei stark klebenden Kautschuk- und Synthesekautschuken sowie Gemischen daraus eine Ver- arbeitung im Walzenauftragsverfahren zu. Aber auch PU-, EVA- und weitere, klebrig gemachte oder eigenklebrige Polymere und Polymermischungen können damit verarbeitet und nachkalandriert werden.
Vorzugsweise weisen alle Kalandrierwalzen, und zwar unabhängig voneinander, eine gemittelte Rautiefe Rz zwischen 5 pm und 15 pm, insbesondere zwischen 9 pm und 13 pm, auf, d.h. alle Kalandrierwalzen sind vorzugsweise erfindungsgemäß ausgebildet.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass bei der Kalandriervorrichtung mindestens zwei der mindestens zwei Kalandrierwalzen Nachkalandrierwalzen sind.
Als Material für die Walzengrundkörper kommt typischerweise Stahl zum Einsatz. Als Oberfläche der Kalandrierwalzen sind metallische Oberflächen besonders geeignet, so dass bei der erfindungsgemäßen Kalandriervorrichtung mindestens eine der mindestens zwei Kalandrierwalzen eine metallische Oberfläche aufweist. Als metallische Oberflächen kommen insbesondere Stahl oder Chrom in Frage. Hartstoffwalzen, insbesondere solche mit einer Oberfläche aus Metallcarbid sind dabei besonders geeignet wie auch Walzen mit einer Chromoberfläche.
Diese metallischen Oberflächen sorgen bei den erfindungsgemäßen Walzenprozessen für die typischen hohen Festigkeiten und langen Standzeiten im Prozess. Als Walzen kommen erfindungsgemäß also bevorzugt Stahlwalzen, verchromte Stahlwalzen sowie Hartstoff- walzen mit festigkeitsgebenden Metallcarbiden zum Einsatz. Hier seien insbesondere Wolframcarbid-Oberflächen genannt.
Eine besonders gute Prozessführung beim Kalandrieren lässt sich erreichen, wenn mindestens eine der mindestens zwei Kalandrierwalzen beheizbar ausgebildet ist. Mit einer variablen Walzentemperatur ist ein weiterer Parameter gegeben, mit dem auf den Kalandrierprozess und damit auf das entstehende Produkt Einfluss genommen werden kann. Die Walzentemperaturen der beheizbar ausgebildeten Kalandrierwalzen werden dabei vorzugsweise unabhängig voneinander im Bereich von 50 bis 150°C, insbesondere im Bereich von 80 bis 120°C, gewählt.
Vorzugsweise umfasst die Kalandriervorrichtung weiterhin mindestens eine Polymer- gegenwalze. Diese dient als weiterer Walzennipp und zudem insbesondere zur Führung eines Trägermaterials, auf das das Polymer aufgebracht wird.
Mit der erfindungsgemäßen Kalandriervorrichtung lassen sich beliebige fluidförmige Poly- mere verarbeiten. Insbesondere geeignet ist die Kalandriervorrichtung für Fluide, ausge- wählt aus der Gruppe, umfassend klebende oder klebrig gemachte Massen, insbesondere Haftklebemassen auf Basis von Kautschuken, Synthesekautschuken, Polyurethanen, Epo- xiden, Ethylenvinylacetaten, Poly(meth)acrylaten und deren Mischungen. Gerade für be- sonders stark klebrige Polymere, die mit herkömmlichen Kalandriervorrichtungen nicht zu- friedenstellend verarbeitet werden können, ist die erfindungsgemäße Vorrichtung geeignet.
Was die Viskositäten der verarbeitbaren Polymere betrifft, so liegen die Polymere, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders vorteilhaft verarbeitet werden können, in einem Viskositätsbereich von 500 bis 150.000 Pa*s bei der jeweiligen Beschichtungs- temperatur und 1 rad/s.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird darüber hinaus durch ein Kalandrierverfahren zum Verarbeiten eines klebrig gemachten oder eigenklebrigen Fluids, wobei das Verarbeiten das Ausformen des Fluids zu einem Film definierter Schichtdicke, das Aufträgen des Fluids auf ein Trägermaterial, das Nachkalandrieren oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Prozesse umfasst, gelöst, indem das Verfahren auf einer vorstehend beschriebenen Vorrichtung durchgeführt wird. Die bevorzugten Ausführungsformen der Kalandriervorrichtung gelten auch für das Kalandrierverfahren und umgekehrt.
Das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitete Polymer, insbesondere Poly- acrylat kann hervorragend als Haftklebemasse verwendet werden, bevorzugt als Haft- klebemasse für ein Klebeband, wobei die Haftklebemasse als ein- oder doppelseitiger Film auf einer Trägerfolie vorliegt. Beispielhafte Anwendungen, ohne Anspruch auf Vollständig- keit, sind technische Klebebänder, insbesondere für den Einsatz im Bauwesen, z.B. Isolierbänder, Korrosionsschutzbänder, Aluminiumklebebänder, gewebeverstärkte Folien- klebebänder (Duct-Tapes), Bauspezialklebebänder, z.B. Dampfsperren, Montageklebe- bänder, Kabelwickelbänder, selbstklebende Folien und/oder Papieretiketten sowie Anwen- dungen für die Automobilindustrie zur Fixierung von Teilen oder Ummantelung von Kabeln.
Weiterhin kann das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitete Polymer, insbe- sondere Kautschuk oder Synthesekautschuk, hervorragend als Haftklebemasse verwen- det werden, bevorzugt als Haftklebemasse für ein Klebeband, wobei die Haftklebemasse als ein- oder doppelseitiger Film auf einer T rägerfolie vorliegt. Beispielhafte Anwendungen, ohne Anspruch auf Vollständigkeit, sind technische Klebebänder, insbesondere für den Einsatz im Bauwesen, z.B. Gewebebänder, gewebeverstärkte Folienklebebänder (Duct- Tapes), Dampfsperren, aber auch Montageklebebänder, Kabelwickelbänder, sowie Anwendungen zur Fixierung von Teilen oder Ummantelung von Kabeln.
Mit der erfindungsgemäßen Kalandriervorrichtung und dem erfindungsgemäßen Kalan- drierverfahren wird jedoch nicht nur die Verarbeitbarkeit der Polymermasse verbessert, indem insbesondere keine Polymerbestandteile an den Walzen haften bleiben. Vielmehr kann auch eine Verbesserung der Eigenschaften der erhaltenen Produkte erreicht werden. So ist insbesondere im Falle von Klebebändern die Verankerungsfestigkeit des Polymers auf dem Trägermaterial verbessert, wenn die erfindungsgemäße Kalandriervorrichtung zum Einsatz kommt. Die vorliegende Erfindung betrifft daher des Weiteren ein Klebeband, enthaltend eine Haftklebemasse, die nach dem vorstehend beschriebenen Kalandrier- verfahren hergestellt ist. Hierbei kann es sich sowohl um ein- wie auch um doppelseitige Klebebänder handeln. Solche Klebebänder enthalten mindestens ein Trägermaterial. Da- bei kommen als Trägermaterial vorzugsweise Gewebe, insbesondere Baumwollgewebe, Gewirke, Vlies oder Papier in ihren unterschiedlichen Ausbildungsformen zum Einsatz.
Vorzugsweise weist ein solches Klebeband ein Flächengewicht zwischen 55 und 120 g/m2 auf. Das Flächengewicht bezieht sich dabei auf den Masseauftrag der Klebeschicht, nicht auf das gesamte Klebeband mit Träger. Solche Flächengewichte waren mit den bekannten Verfahren und Vorrichtungen bei den beschriebenen, besonders klebrigen Polymeren und/oder offenen oder strukturierten Trägermaterialien nicht dauerhaft prozessstabil im Kalandrierprozess erreichbar. Erfindungsgemäße Klebebänder, die mindestens einen Träger aufweisen, zeichnen sich durch eine hohe Verbundfestigkeit von Haftklebemasse und Trägermaterial aus. Die Verbundfestigkeit, auch als Verankerungsfestigkeit bezeichnet, beschreibt die Kraft, die erforderlich ist, um die Klebmasse vom Trägermaterial zu lösen. Die Verbundfestigkeit sollte immer höher sein als die Kohäsion der Klebmasse und die Adhäsion von Klebmasse zum Substrat. So ist gewährleistet, dass ein Ablösen des Klebebandes vom Substrat möglich ist, ohne dass dabei das Klebeband zerstört wird oder störende Rückstände auf dem Substrat verbleiben. Die Verbundfestigkeit, die mit erfindungsgemäßer Vorrichtung und erfindungsgemäßem Verfahren erhalten werden kann, beträgt vorzugsweise mindestens 17 N/cm.
Ausführungsbeispiele
Prüfmethoden
Testmethode I - Rautiefe Rz
Die Messung der Rautiefe der verwendeten Walzen erfolgt mittels Profilometer. Testgerät war das Mahr MarSurf PS1 der Mahr GmbH, Göttingen. Die Messung erfolgte nach Festlegungen aus DIN EN ISO 3274.
Testmethode II - Abzugskraft
Zur Charakterisierung der adhäsiven Eigenschaften der verwendeten Walzen gegenüber klebrigen Polymeren wurden die Abzugskräfte gegenüber einem definierten Klebeband bei Verarbeitungstemperaturen bestimmt. War eine Messung bei den Verarbeitungsbedingungen nicht durchführbar, so wurde bei den nächstmöglichen Temperaturen gemessen.
Hierzu wurde ein Teststreifen des Klebebands von 19 mm auf den temperierten Walzen- körper mittels Andruckwalze (2kg) 3-fach mit einer Geschwindigkeit von 5 m/min in Maschi- nenlaufrichtung überrollt und fixiert. Unmittelbar im Anschluss wurde bei definierter Ge- schwindigkeit (0,3 - 5 m/min) in einem Abzugswinkel von 90° mittels Federwaage die Abzugskraft in g gemessen. Messwert und Bruchbild werden dokumentiert. Testmethode III - Viskosität
Die Viskositätsmessung wird mit einem Rheometer des Typs ARES (Rheometric Scientific) bei 1 15°C und bei einer Schergeschwindigkeit von 1 s 1 mit einem Kegel-Platte-System mit einem Durchmesser von 50 mm durchgeführt.
Testmethode IV - Verankerungskraft
Zur Bestimmung der Verankerungskraft wird eine 10mm breite Probe des Beschich- tungsmusters mit einem doppelseitigen Klebeband auf einer Stahlplatte fixiert. Auf die offene Klebstoffseite der Probe wird im Anschluss das tesa-Testband 7476 mithilfe einer Stahlrolle mit einem Gewicht von 2kg bei einer Geschwindigkeit von 10m/min insgesamt 10-fach überrollt und fixiert. Die Verankerungskraft des Testbands auf dem Verbund wird an einer Zugprüfmaschine des Typs Zwick in einem Abzugswinkel von 180°C bei 23°C/55% rh und einer Abzugsgeschwindigkeit von 500mm/min bestimmt. Die Veran- kerungskraft wird in N/cm bestimmt.
Beispiele Eingesetzte Rohstoffe
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Tabelle 1 : eingesetzte Rohstoffe Beispiel 1: Walzen mit Rz von ca. 1 pm
Es wurde eine kautschukbasierte Klebmasse mit den Komponenten:
15 Gew.-% Naturkautschuk V145
15 Gew.-% Synthesekautschuk Europrene Sol T 190
38 Gew.-% Kohlenwasserstoffharz Regalite R 1 125
31 Gew.-% Kreide MS40
1 Gew.-% Antioxidanz Irganox 1726
im Walzenauftragsverfahren kalandriert.
Die Viskosität wurde mit 17.000 Pa*s bei 1 15°C und 1 rad/s Schergefälle bestimmt.
Die Klebmasse war zuvor in einem 25I-Kneter der Firma AMK hergestellt und in silikonisierte Kartons mit den Abmessungen 50*50*1000mm abgefüllt. Diese strangförmige Klebmasse wird in einen Schmelzextruder der Firma Troester (GS60 * 10D) eingespeist und mit einer Temperatur von 120°C bei 45 kg/h Durchsatz in den Dosierspalt eines 3- Walzen-L-Kalanders eingespeist.
Der Aufbau des in den Beispielen 1 bis 4 verwendeten Kalanders ist in der Fig. 1 gezeigt:
Die 1 . Walze 1 , die sog. Dosierwalze ist mit einer polierten Chrom-Oberfläche ausgestattet, die 2. Walze 2, die Übertragungswalze, sowie die 3. Walze 3, die Übergabewalze, sind mit Chrom-Oberflächen mit gemittelten Rautiefen Rz von ca. 1 pm bestückt. Die Trägerbahn 6 aus 120mesh-Zellwollgewebe läuft auf einer 80° Sh A-Polymergegenwalze 4 in den Nip und soll den Klebstoff 5 von der Übergabewalze vollständig abnehmen. Die Bahngeschwindigkeit wird mit 15m/min eingestellt, das Auftragsgewicht auf dem Gewebe beträgt 100 g/m2.
Die Dosierwalze 1 wird feststehend betrieben, die Übertragungswalze 2 hingegen mit 20% der Bahngeschwindigkeit, die Übergabewalze 3 wird im Gleichlauf mit der Bahn betrieben.
Bei Temperaturen von W1 =120°C, W2=120°C, W3=1 10°C, Gegenwalze=80°C gelingt eine vollflächige Klebstoffausformung auf Walze 2, jedoch kein rückstandsfreier Klebstoff- transfer von Walze 2 auf 3 sowie im Beschichtungsnip von Walze 3 auf die Trägerbahn 6. Die Walzenoberflächen der Walzen 2 und 3 sind nicht geeignet. Beispiel 2: Walzen mit Rz von 23pm
Es wurden der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel
1 gewählt. Lediglich die Walze 3 wurde gegen einen Typ mit einer raueren Oberfläche mit einer gemittelten Rautiefe Rz von 23pm ausgetauscht.
Es gelingt eine vollflächige Klebstoffausformung auf Walze 2, jedoch verbleiben erhebliche Rückstände beim Klebmassetransfer von Walze 2 auf 3, sodass kein geschlossener Be- schichtungsfilm auf dem Gewebe erzeugt werden kann. Die Walzenoberflächen der Walze
2 in Kombination mit Walze 3 sind nicht geeignet.
Beispiel 3: Walzen mit Rz von ca. 10pm
Es wurde der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 1 gewählt. Lediglich die Walzen 2 und 3 wurden gegen Typen mit einer mittleren Rauigkeit (Rz ca.10pm) ausgetauscht.
Überraschenderweise gelingt mit dieser Walzenanordnung eine vollflächige Klebstoff- ausformung auf Walze 2 und ein rückstandsfreier Klebstofftransfer von Walze 2 auf 3 sowie im Beschichtungsnip von Walze 3 auf die Trägerbahn 6.
Beispiel 4: Verbundfestigkeit bei 1 SOmesh-Gewebe
Ausgehend von Beispiel 3 wurden wieder Walzen 2, 3 mit einer gemittelten Rautiefe von ca. 10pm im Kalander eingesetzt. Als Trägermaterial 6 wurde ein 150mesh-Baumwoll- gewebe eingesetzt, im Übrigen wurden der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 1 gewählt.
Die Beschichtung des Trägermaterials gelingt mit einer geschlossenen, gleichmäßigen Klebstoffschicht mit 100g/m2 Auftragsgewicht. Für die Verbundfestigkeit werden im Frisch- zustand Werte von 12,6 sowie 12,1 und 12,7N/cm ermittelt. Die angestrebte Verbund- festigkeit liegt bei 17N/cm. Beispiel 5: Verbundfestigkeit bei 150mesh-Gewebe und Walze5 mit Rz=9pm
Der Aufbau des in den Beispielen 5 bis 7 verwendeten Kalanders und des Nach- kalandrierwerks ist in der Fig. 2 gezeigt:
Der Aufbau des Kalanders entspricht dem in Fig. 1 gezeigten. Zusätzlich umfasst die in Fig. 2 gezeigte Vorrichtung ein Nachkalandrierwerk.
Ausgehend von Beispiel 4 wurden wieder Walzen 2, 3 mit einer gemittelten Rautiefe Rz von ca. 10pm im Kalander eingesetzt. Als Trägermaterial 6 wurde wieder ein 150mesh- Baumwollgewebe eingesetzt, und es wurden der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 4 gewählt. Zusätzlich wird der Verbund unmittelbar nach Verlassen des Kalanderwerks in einen temperierten 2-Walzen-Spalt („Nachkalandrier- werk“) gefahren. Dieses ist mit einer Gummiwalze 7 von 90° ShA Härte zur Rückseite der Trägerbahn 6 und mit der klebenden Seite der Trägerbahn 6 zu einer Stahlwalze 8 mit einer Rz-Zahl von 9pm positioniert. Die Temperaturen betragen 80 bzw. 120°C (Walzen 7 und 8), der Liniendruck beträgt 50N/cm.
Die Beschichtung des Trägermaterials gelingt mit einer geschlossenen, gleichmäßigen Klebstoffschicht von 100g/m2 Auftragsgewicht. Das Material verklebt nicht auf der Stahlwalze. Für die Verbundfestigkeit werden im Frischzustand Werte von 17,2 sowie 18,0 und 17,9 N/cm ermittelt. Die angestrebte Verbundfestigkeit liegt bei 17N/cm.
Beispiel 6: Verbundfestigkeit bei 150mesh-Gewebe und Walze 5 mit Rz=0,2 pm
Ausgehend von Beispiel 5 wurden wieder Walzen 2, 3 mit einer gemittelten Rautiefe Rz von ca. 10pm im Kalander eingesetzt. Als Trägermaterial wurde erneut ein 150mesh- Baumwollgewebe eingesetzt, ansonsten wurden der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 4 gewählt.
Erneut wird der Verbund unmittelbar nach Verlassen des Kalanderwerks in ein Nachkalandrierwerk gefahren. Dieses ist mit einer Gummiwalze 7 von 90° ShA Härte zur Rückseite der Trägerbahn 6 und mit der klebenden Seite der Trägerbahn 6 zu einer Stahlwalze 8 mit einer Rz-Zahl von 0,2 pm positioniert. Die Temperaturen betragen 80 bzw. 120°C (Walzen 7 und 8), der Liniendruck beträgt 50N/cm. Die Beschichtung des Trägermaterials gelingt mit einer geschlossenen, gleichmäßigen Klebstoffschicht von 100g/m2 Auftragsgewicht. Das Material verklebt aber auf der Stahlwalze 8, eine Auswertung der Verbundfestigkeit ist nicht möglich.
Beispiel 7: Verbundfestigkeit bei 150mesh-Gewebe und Walze 5 mit Rz=23 pm
Ausgehend von Beispiel 5 wurden wieder Walzen 2, 3 mit einer gemittelten Rautiefe Rz von ca. 10pm im Kalander eingesetzt. Als Trägermaterial wurde erneut ein 150mesh- Baumwollgewebe eingesetzt, ansonsten wurden der gleiche Versuchsaufbau und die gleichen Prozessparameter wie in Beispiel 4 gewählt.
Erneut wird der Verbund unmittelbar nach Verlassen des Kalanderwerks in ein Nachkalandrierwerk gefahren. Dieses ist mit einer Gummiwalze 7 von 90° ShA Härte zur Rückseite der Trägerbahn 6 und mit der klebenden Seite der Trägerbahn 6 zu einer Stahlwalze 8 mit einer Rz-Zahl von 23 pm positioniert. Die Temperaturen betragen 80 bzw. 120°C (Walzen 7 und 8), der Liniendruck beträgt 50N/cm.
Die Beschichtung des Trägermaterials gelingt mit einer geschlossenen, gleichmäßigen Klebstoffschicht mit 100g/m2 Auftragsgewicht. Das Material verklebt nicht auf der Stahlwalze 8.
Für die Verbundfestigkeit werden im Frischzustand Werte von 15,1 sowie 14,6 und 14,7 N/cm ermittelt. Die angestrebte Verbundfestigkeit liegt bei 17N/cm.
Die Versuche belegen, dass zur Erzielung einer ausreichenden Verbundfestigkeit nach der Kalanderbeschichtung klebstoffberührende Metallwalzen mit Oberflächenrauigkeiten geeignet sind, die gemittelte Rautiefen von \ < Rz <23pm aufweisen.
Die Abzugskräfte der verwendeten Walzen in Abhängigkeit von der Temperatur und der Walzenoberfläche sind in Fig. 3 wiedergegeben. Wie aus der Figur 3 ersichtlich, nehmen die Abzugskräfte mit zunehmender Rauigkeit sowie mit zunehmender Temperatur ab.
Die Beispiele zeigen, dass besonders glatte Walzen mit entsprechend geringen Rauigkeiten (z.B. Rz ca. 1 pm) nicht geeignet sind, klebrige Schmelzen wie z.B. PSA oder andere Polymere im Kalanderprozess vollständig zu übernehmen und an die nachfolgende Walze abzugeben. Selbst die Übergabe an gut benetzbare trägerförmige Materialien wie Papiere, Vliese oder Gewebe erfolgt nicht vollständig, so dass Walzen mit solchen Rautiefen nicht für den Produktionsprozess geeignet sind. Auch raue Walzen mit Rz-Werten von 15pm und größer sind im Kalanderprozess nicht geeignet, eine vollständige Übernahme und Übergabe der klebrigen Polymere sicherzu- stellen. Hier ist vielfach schon die vollständige Übernahme des zu verarbeitenden Poly- mers der Schwachpunkt, der einen Einsatz im Produktionsprozess verbietet. Überraschenderweise haben sich Oberflächen mit Rz-Werten von 5-15pm als besonders geeignet herausgestellt. Sie weisen gute Eigenschaften hinsichtlich vollständiger Übernahme und Übergabe der verarbeiteten Polymere auf.
Hiermit können Viskositäten im Bereich von 500 bis 150.000 Pa*s bei 1 rad/s Schergefälle und Verarbeitungstemperatur stabil und prozesssicher kalandriert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kalandriervorrichtung, ausgebildet und eingerichtet zum Verarbeiten eines klebrig gemachten oder eigenklebrigen Fluids, wobei das Verarbeiten typischerweise das Ausformen des Fluids zu einem Film definierter Schichtdicke, das Aufträgen des Fluids auf ein Trägermaterial, das Nachkalandrieren oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Prozesse umfasst, umfassend eine Zuführeinrichtung zum Zuführen des Fluids, ein Mehrwalzenwerk mit mindestens zwei Kalandrierwalzen und mindestens einem Kalandrierwalzenspalt zum Verarbeiten des Fluids,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der mindestens zwei Kalandrier- walzen eine gemittelte Rautiefe Rz zwischen 5 pm und 15 pm, insbesondere zwischen 9 pm und 13 pm, aufweist.
2. Kalandriervorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass alle Kalandrierwalzen, und zwar unabhängig voneinander, eine gemittelte Rautiefe Rz zwischen 5 pm und 15 pm, insbesondere zwischen 9 pm und 13 pm, aufweisen.
3. Kalandriervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der mindestens zwei Kalandrierwalzen Nachkalandrierwalzen sind.
4. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der mindestens zwei Kalandrierwalzen eine metallische Ober- fläche, insbesondere eine Metallcarbidoberfläche, aufweist.
5. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der mindestens zwei Kalandrierwalzen beheizbar ausgebildet ist.
6. Kalandriervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen- temperaturen der beheizbar ausgebildeten Kalandrierwalzen unabhängig vonein- ander mindestens im Bereich von 50 bis 150°C, insbesondere mindestens im Bereich von 80 bis 120°C, gewählt werden können.
7. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin mindestens eine Polymergegenwalze umfasst.
8. Kalandriervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ausgewählt ist aus der Gruppe, umfassend klebende oder klebrig ge- machte Massen, insbesondere Haftklebemassen auf Basis von Kautschuken, Syn- thesekautschuken, Polyurethanen, Epoxiden, Ethylenvinylacetaten, Poly(meth)acry- laten und deren Mischungen.
9. Kalandrierverfahren zum Verarbeiten eines klebrig gemachten oder eigenklebrigen Fluids, wobei das Verarbeiten das Ausformen des Fluids zu einem Film definierter Schichtdicke, das Aufträgen des Fluids auf ein Trägermaterial, das Nachkalandrieren oder eine Kombination von mindestens zwei der vorgenannten Prozesse umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf einer Vorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis 8 durch geführt wird.
10. Klebeband, enthaltend eine Haftklebemasse, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftklebemasse nach dem Kalandrierverfahren nach Anspruch 9 hergestellt ist.
1 1. Klebeband nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Klebeband ein Flächengewicht zwischen 55 und 120 g/m2 aufweist.
12. Klebeband nach Anspruch 10 oder 11 , weiterhin enthaltend mindestens ein Träger- material.
13. Klebeband nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Gewebe, insbesondere Baumwoll- gewebe, Gewirke, Vlies und Papier.
14. Klebeband nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das die Verbund- festigkeit von Haftklebemasse und Trägermaterial mindestens 17 N/cm beträgt.
PCT/EP2019/052675 2018-02-05 2019-02-04 Strukturierte walzen im kalander - und nachkalandrierprozess WO2019149944A1 (de)

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EP19703677.5A EP3749463A1 (de) 2018-02-05 2019-02-04 Strukturierte walzen im kalander - und nachkalandrierprozess

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