WO2022234133A1 - Verfahren zum ausformen einer syntaktisch geschäumten polymerschicht - Google Patents

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WO2022234133A1
WO2022234133A1 PCT/EP2022/062372 EP2022062372W WO2022234133A1 WO 2022234133 A1 WO2022234133 A1 WO 2022234133A1 EP 2022062372 W EP2022062372 W EP 2022062372W WO 2022234133 A1 WO2022234133 A1 WO 2022234133A1
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Karsten Kuss
Anika PETERSEN
Axel Burmeister
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Tesa Se
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Definitions

  • the invention relates to a method of forming a syntactically foamed polymer layer. Also disclosed is a multilayer adhesive tape and system for forming a syntactically foamed polymer layer.
  • Pressure-sensitive adhesive tapes in which the adhesive effect is provided by a pressure-sensitive adhesive which is permanently tacky and adhesive under normal ambient conditions are particularly relevant for numerous technical applications.
  • Corresponding pressure-sensitive adhesive tapes can be applied to a substrate by pressure and stick there, but can later be removed again more or less without leaving any residue.
  • LSE surfaces Low Surface Energy surfaces
  • MSE Medium-energy surfaces
  • An improvement in the adhesion properties on untreated MSE/LSE surfaces can be achieved, for example, by using PSAs based on synthetic rubbers and/or poly(meth)acrylates.
  • tacky or intrinsically tacky properties are not typical per se, at least for pure synthetic rubbers and the adhesives obtained therefrom, or are not sufficiently pronounced in the case of some poly(meth)acrylates.
  • the effect of the pressure-sensitive tack in these adhesives is therefore often produced or reinforced in a targeted manner by the addition of so-called tackifying resins.
  • tackifying resins Owing to the sometimes high tackifying resin concentration, however, corresponding pressure-sensitive adhesives regularly have a comparatively high Tg, ie a high glass transition temperature. In many cases, this limits the performance of corresponding pressure-sensitive adhesives and the pressure-sensitive adhesive tapes produced therefrom, for example the resistance to shock stress, at low temperatures.
  • adhesive tapes have recently been developed, among other things, which have a foamed or partially foamed backing layer and/or a foamed or partially foamed adhesive layer.
  • a foamed or partially foamed backing layer and/or a foamed or partially foamed adhesive layer.
  • a foamed or partially foamed backing layer and/or a foamed or partially foamed adhesive layer.
  • the so-called syntactically foamed layers which can be produced in particular through the use of expandable microballoons, are of particular importance here.
  • the implementation of corresponding adhesive tapes with foamed layers not only places high demands on the optimization of the physico-chemical properties of the polymer masses used, but also requires continuous improvement in process technology.
  • Two methods in particular have proven fundamentally suitable for the production of foamed polymer layers.
  • the syntactically foamed layer is produced directly from the melt of the polymer mass, this method also being referred to as “hotmelt” by those skilled in the art.
  • the polymer layer is shaped by a suitable calender, whereby, depending on the process, the microballoons contained in the polymer mass may expand as early as in the melt, during extrusion and/or during the shaping of the layers.
  • syntactically foamed layers are produced from the solution, with a corresponding polymer mass which is at least partially dissolved in solvent being used, into which the expandable microballoons can be stirred.
  • This solution can then be applied to a liner using standard coating systems, where it is dried to remove the solvent.
  • the expansion of the expandable microballoons usually only takes place in a subsequent step.
  • the object of the present invention was therefore to eliminate or at least reduce the disadvantages of the prior art and, in particular, to provide a method for shaping a syntactically foamed polymer layer, with which particularly thin syntactically foamed polymer layers can be formed by directly shaping the polymer mass between two support layers can be obtained which have excellent physicochemical properties, in particular low surface roughness. It was an object of the present invention to provide a method which is suitable for a large number of polymer compositions, in particular for the production of carrier layers and adhesive layers, with the method being particularly suitable for adhesive layers, since the surface properties of these are regularly particularly important are. In this respect, it was an additional object of the present invention that the method should preferably be carried out in a particularly simple and efficient manner and if possible without the need for additional drying steps or the use of solvents.
  • the method to be specified should preferably be able to be carried out using materials which have already been used before in the production of adhesive tapes. In this respect, it was also desirable that the method to be specified should be executable with comparatively small modifications to existing production machines.
  • the inventors of the present invention have now found that the objects defined above can surprisingly be achieved if the roll diameter of the calender rolls used for calendering is reduced compared to the methods known from the prior art.
  • the experiments and calculations of the inventors indicate that the change in the size of the mass bead in the nip and its geometry, i.e. the volume, the liquor size and the liquor geometry, caused by the reduction in the roll diameter, is responsible for this According to the inventors, the reduced residence time of the polymer mass in the nip is responsible for the surprisingly advantageous results or at least contributes to them.
  • the adhesive mass is shaped in particular at the narrowest point in the nip.
  • the volume of the adhesive mass that is in the nip and is to be shaped is determined, inter alia, by the diameter of the calender rolls and the size of the bead of mass.
  • the mass bead size remains the same with an increase in the roll diameter Among other things, an increase in the mass volume to be shaped in the roller gap can be observed.
  • the roll nip angle which is set by the roll geometry (ie roll diameter), is flatter as the roll diameter increases. Due to the wetting surface on the roll, this leads to larger volumes in the mass bead compared to smaller calender rolls with steeper roll nip angles. According to the inventors, the volume of the adhesive mass in the mass bead has a constant
  • Coating speed has a direct influence on the residence time of the adhesive in the mass bead of the calender, so that with a constant liquor size diameter, longer residence times are obtained for larger calender rolls than for smaller calender rolls.
  • the invention relates to a method for shaping a syntactically foamed polymer layer, comprising the steps: a) producing or providing a polymer mass comprising a multiplicity of at least partially expanded microballoons, b) introducing the polymer mass between two carrier layers to produce a layer system, and c) calendering the layer system between two calender rolls of a calender for shaping the syntactically foamed polymer layer between the carrier layers, wherein at least one of the calender rolls has a roll diameter in the range from 200 to 400 mm.
  • a foamed polymer layer e.g. a plastic or adhesive layer, is understood to be a structure made of gas-filled, three-dimensional cells, which are characterized by liquid, semi-liquid, higher-viscosity or solid
  • Cell webs of the polymer layer are limited and which are present in such a proportion that the density of the foamed polymer layer is reduced compared to the density of the matrix material, ie the totality of the non-gaseous materials from which the material is composed.
  • syntactic foamed polymer layers are in the matrix material
  • Hollow bodies for example expandable microballoons, are integrated, whereby the cavities created are separated from one another and from the matrix material by a membrane.
  • the syntactic foaming is achieved through the use of at least partially expanded microballoons, it being preferred that the
  • Polymer layer is exclusively syntactically foamed by at least partially expanded microballoons, so that the polymer layer is a syntactically foamed polymer layer with microballoons.
  • Microballoons are understood to mean elastic hollow microspheres, which are expandable in their basic state and have a thermoplastic
  • spheres are usually filled with low-boiling liquids or liquefied gas.
  • low-boiling liquids or liquefied gas In particular, polyacrylonitrile, PVDC, PVC or poly(meth)acrylates are used as the shell material.
  • Short-chain hydrocarbons, for example isobutane or isopentane, are particularly common as the low-boiling liquid for example as a liquefied gas under pressure in the polymer shell are enclosed.
  • microballoons When the microballoons are heated, for example during processing in the extruder, the outer polymer shell softens. At the same time, the propellant arranged inside expands. In doing so, the microballoons expand essentially irreversibly and expand three-dimensionally. Expansion is complete when the internal and external pressures equalize. Since the polymeric shell is retained, a closed-cell, syntactically foamed foam is achieved. Microballoons are available in a large number of designs, which can essentially be characterized by their size (usually 6 to 45 ⁇ m in diameter d50 in the unexpanded state) and their starting temperatures (e.g. 75 to 220° C.) required for expansion.
  • Unexpanded microballoons are available, for example, as an aqueous dispersion with a microballoon mass fraction of about 40 to 45% or as polymer-bound products, for example in ethylene vinyl acetate, with a microballoon mass fraction of about 65%, and as a dry material.
  • Microballoons which have not yet been thermally activated and which accordingly still have their original expansion are referred to by those skilled in the art as unexpanded microballoons and, in accordance with the understanding of the art, are not regarded as at least partially expanded microballoons.
  • microballoons Due to the inherent dependence of the properties and the morphology of microballoons on the temperature used for expansion and the ambient pressure, or the deformability of the matrix material, at least partially expanded microballoons are spoken of in the context of the present invention. This is to be understood in such a way that the microballoons, compared to the unexpanded microballoons, were treated at a temperature greater than or equal to the respective starting temperature for at least so long that a volume expansion occurs, preferably a volume expansion by more than 25%, preferably more than 50%. , more preferably more than 100%, whole more preferably more than 150%. However, this also means that the expanded microballoons do not necessarily have to be fully expanded.
  • the polymer mass comprises at least partially expanded microballoons in a mass fraction of 0.1 to 10%, preferably 0.2 to 5%, particularly preferably 0.5 to 2.5%, based on the total mass of the polymer mass.
  • the polymer mass which comprises a large number of at least partially expanded microballoons
  • the polymer mass can either be provided, for example because it is obtained as a mixture from a supplier, or it can be produced beforehand, which is expediently done by mixing the polymer mass with unexpanded and/or at least partially expanded microballoons, takes place, in the case of unexpanded microballoons, these must be at least partially expanded, which can be done, for example, by thermal treatment in the extruder.
  • the polymer mass is introduced between two carrier layers, which are also referred to as liners by those skilled in the art, in order to thereby produce a layer system consisting of a carrier layer, the polymer mass and a further carrier layer.
  • the corresponding layer system can be generated separately from the subsequent processing steps in terms of time and space.
  • the layer system is produced by introducing the polymer mass between the two carrier layers directly in the nip of the calender rolls. This can advantageously be realized in that the carrier layers are each guided over one of the two calender rolls, so that when Entering the polymer mass into the nip automatically results in the layer system between the two carrier layers.
  • the polymer mass is introduced in step b) between two carrier layers, which are each guided over one of the calender rolls of the calender through the nip, so that the layer system is produced in the region of the nip of the calender rolls, the polymer mass bead in the region of the nip of the calender rolls, preferably in the cross section viewed orthogonally to the running direction, has an area of less than 800 mm 2 , preferably less than 600 mm 2 , particularly preferably less than 400 mm 2 .
  • step c) the previously produced layer system is calendered. This means that the layer system is guided between two calender rolls whose nip is smaller than the height of the layer system. As a result, the calender rollers exert linear pressure on the layer system, which is thereby formed into a thinner polymer layer, with any previously existing inhomogeneities in the layer thickness or the density of the polymer mass in the layer system being compensated for.
  • one of the calender rolls has a roll diameter in the range of 200 - 400 mm, ie compared to the prior art, in which mostly rolls with a diameter of more than 500 mm are used, have a reduced roller diameter.
  • the required layer thicknesses of 150 ⁇ m and less cannot be realized or cannot be realized in a sufficient quality with larger roller diameters.
  • the inventors have also recognized that the roll diameter, at least in industrially relevant systems, cannot be reduced arbitrarily far. A roll diameter that is too small can lead to reduced stability of the calender rolls with the relevant roll widths, which can consequently experience unwanted deformation in the process and the necessary line pressure cannot be transferred, or not evenly enough, to the layer system to be calendered.
  • the method according to the invention has proven to be particularly efficient for the production of particularly thin syntactically foamed polymer layers. At the same time, it cannot be denied that larger roll diameters also have advantages, especially for the industrially relevant process control, in particular with regard to their stability and lower deformability. Even if the method according to the invention is suitable for basically producing syntactically foamed polymer layers with a greater thickness, this can, however, in some cases be less efficient than the method known from the prior art. In this respect, it is particularly advantageous if the method according to the invention is used to produce particularly thin polymer layers, since the advantages are particularly evident here.
  • a method according to the invention is therefore preferred in which the syntactically foamed polymer layer has an average thickness in the range from 20 to 180 gm, preferably in the range from 30 to 150 gm, particularly preferably in the range from 40 to 120 gm, with the syntactically foamed polymer layer being particularly preferably has an average thickness of less than 100 gm.
  • the great advantage of the method according to the invention is that the polymer layer calendered between two calender rolls of the calender already has the positive properties described above after passing through one calender gap and that the method according to the invention can be carried out in such a way that further calendering is not necessary. It goes without saying, however, that the syntactically foamed one produced is not ruled out
  • polymer layers is the mean surface roughness Ra, which is used in the processes of the prior art is particularly impaired by the at least partially expanded microballoons when they protrude from the polymer mass. If the surface roughness Ra is too great, the correspondingly produced polymer layers are not suitable for many applications.
  • the method according to the invention it is possible to obtain particularly smooth and thin polymer layers in the hotmelt process, which then also have the advantage that their intrinsic material properties correspond to those inherent in extruded polymers and in some respects to those of solvent-based technology are superior, in particular inclusions of solvents can be avoided.
  • the syntactically foamed polymer layer has an average surface roughness Ra of less than 10 ⁇ m, preferably less than 6 ⁇ m, particularly preferably less than 3 ⁇ m.
  • the surface roughness is determined by means of laser triangulation.
  • the PRIMOS system used for this consists of an illumination unit and a recording unit.
  • the lighting unit uses a digital micro-mirror projector to project lines onto the surface of the examined material. These projected, parallel lines are deflected or modulated by the surface structure.
  • a CCD camera arranged at a certain angle, the so-called triangulation angle, is used to register the modulated lines.
  • the measuring field size is 14.5 ⁇ 23.4 mm 2
  • the profile length is 20.0 mm
  • the surface roughness was determined 1.0 mm from the edge and a third-order polynomial filter was used for filtering.
  • the surface roughness Ra thus represents the average height of the roughness, in particular the average absolute distance from the center line (regression line) of the roughness profile within the evaluation range.
  • Ra is the arithmetic mean roughness, ie the arithmetic mean of all profile values of the roughness profile.
  • the density of syntactically foamed polymer layers or the reduction in density compared to that unfoamed starting material is a measure of the foaming of the polymer layer.
  • the method according to the invention works particularly well, it being shown in particular that a particularly low standard deviation in the density distribution can be achieved if the densities are selected in these ranges.
  • a method according to the invention is preferred in this regard, in which the syntactically foamed polymer layer has a density in the range from 600 to 1000 kg/m 3 , preferably in the range from 700 to 900 kg/m 3 , particularly preferably in the range from 750 to 850 kg/m 3 , having.
  • a method according to the invention is therefore preferred in which the syntactically foamed polymer layer has a density reduced by at least 30 kg/m 3 , preferably at least 50 kg/m 3 , particularly preferably at least 70 kg/m 3 , compared to the unfoamed polymer mass.
  • the syntactically foamed polymer layer has a standard deviation of over the width of the polymer layer Density of less than 30 kg/m 2 , preferably less than 20 kg/m 2 , the syntactically foamed polymer layer particularly preferably having a standard deviation of the density of less than 8%, preferably less than 6, across the width of the polymer layer %, more preferably less than 4%, of the average density.
  • the polymer mass can be provided or produced. However, it has proven to be particularly efficient to produce the polymer mass immediately before the further processing steps. This is preferably done in a mixing unit in which the expandable microballoons, i. H. unexpanded microballoons or microballoons that have not yet fully expanded, expand through the application of temperature during the mixing process.
  • a method according to the invention is therefore preferred in which the polymer mass is produced in step a) by mixing expandable microballoons with the other components of the polymer mass in a mixing unit and then expanding the expandable microballoons.
  • the mixing unit is preferably a continuous mixing unit, particularly preferably a single- or multi-screw extruder, preferably a
  • Planetary roller extruder a twin screw extruder or a ring extruder.
  • the layer system produced in step b) is shaped between two calender rolls of a calender.
  • calender rolls of a calender.
  • the method according to the invention for example, with a Execute four-roll calender, in which only two of the four rolls are used.
  • a method according to the invention is therefore clearly preferred in which the calender is a two-roll calender.
  • a method according to the invention is preferred in which at least one of the calender rolls has a roll diameter in the range from 250 to 350 mm, preferably in the range from 280 to 320 mm.
  • the roll width of the calender rolls also plays a role, particularly in industrially relevant processes, particularly with regard to the stability of the rolls used. To this extent, the inventors were able to identify optimized areas with which particularly good results can be achieved despite the reduced roll diameter, with no indications being found that the service life of the corresponding rolls could be adversely affected.
  • a method according to the invention is preferred, in which at least one of the calender rolls, preferably both calender rolls, has a roll width in the range from 600 to 2000 mm, preferably in the range from 1600 to 1800 mm.
  • Calender rolls have a roll diameter in the range from 200 to 400 mm, preferably in the range from 250 to 350 mm, particularly preferably in the range from 280 to 320 mm, with the two calender rolls very particularly preferably having essentially the same roll diameter.
  • the method according to the invention is particularly advantageous when it is operated as a continuous method, since in this case the advantages with regard to the large production quantities that can be achieved can be utilized particularly efficiently.
  • a process according to the invention is therefore preferred in which the process is operated as a continuous process.
  • the inventors of the present invention were able to identify suitable coating speeds, ie amounts of polymer layer produced per time, at which polymer layers of high quality could be obtained particularly reliably in the operation of the method according to the invention.
  • a method according to the invention is preferred, the method being carried out at a coating speed of 30 m/min or more, preferably 40 m/min or more, particularly preferably 50 m/min or more, very particularly preferably in the range from 100 to 150 m/min , is operated, based on the length of the polymer layer formed per minute.
  • the inventors of the present invention have also identified suitable line pressures with which excellent results, in particular particularly smooth polymer layers, can be obtained with the calender rolls to be used according to the invention.
  • a method according to the invention is preferred, wherein the calendering in step c) is carried out with a line pressure in the range from 100 to 300 N/mm, preferably in the range from 120 to 270 N/mm, particularly preferably in the range from 140 to 240 N/mm, he follows.
  • a method according to the invention is preferred, in which the two calender rolls are operated in such a way that they have essentially the same tangential speed on their surface.
  • the two calender rolls have a temperature in the range from 80 to 190°C, preferably in the range from 120 to 160°C.
  • the inventors have also identified suitable temperature ranges in which good processing properties can be achieved with the usual polymer compositions, in particular with the polymer compositions mentioned below as preferred, with these temperatures being selected in particular so that a suitable Degree of expansion of the at least partially expanded microballoons results.
  • a process according to the invention is preferred in which the polymer mass in step b) has a temperature in the range from 120 to 190° C., preferably in the range from 130 to 160° C.
  • the inventors have recognized that the average residence time of the polymer mass in the area of the nip probably plays a decisive role or an important contribution to the ability to form particularly thin syntactically foamed polymer layers. To this extent, the inventors were able to identify particularly suitable ranges of the mean distribution time, which have led to good results in their own experiments. While longer dwell times can result in the quality of the thin layers produced declining, shorter dwell times associated with a small amount of polymer mass in the nip can result in not being sufficient at all times and/or at every location in the nip Material is present in order to be able to form the polymer layer in the desired thickness, so that the risk of defects in the polymer layer increases.
  • a method according to the invention is therefore preferred, in which the method is operated in such a way that the polymer mass has an average residence time in the region of the nip of the calender rolls in the range from 0.5 to 50 s, preferably 1 to 30 s, particularly preferably 2 to 10 s , lies.
  • the carrier layers have an average thickness in the range from 50 to 100 ⁇ m or in the range from 100 to 150 ⁇ m, preferably in the range from 100 to 150 ⁇ m, particularly preferably in the range from 125 to 150 ⁇ m.
  • the method according to the invention is very flexible with regard to the material of the carrier layers.
  • the material of the carrier layers With a view to the availability of the materials, however, it has proven to be advantageous to use in particular those materials that are regularly used as process liners in the field of adhesive technology.
  • the inventors have recognized that some materials are better suited for the carrier layers, namely precisely those plastics from which carrier layers with particularly homogeneous and smooth surfaces can be produced. This prevents the carrier layers from embossing unwanted structures in the polymer layer to be produced.
  • the carrier layers independently consist of one or more materials selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyester, polyethylene terephthalate, paper, woven fabric and nonwoven fabric, preferably selected from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyester, and polyethylene terephthalate, the support layers preferably being made of the same materials.
  • the process according to the invention can advantageously be used for a large number of polymer compositions, in particular for those which are used to produce carrier layers for multilayer adhesive tapes and/or adhesive layers.
  • the process of the invention is particularly suitable for adhesives and the corresponding production of adhesive layers.
  • pressure-sensitive adhesives are particularly relevant for the process of the invention because syntactic foaming is particularly relevant for them and the advantages of the process of the invention are particularly evident.
  • the polymer composition is an adhesive composition, preferably a pressure-sensitive adhesive composition.
  • a pressure-sensitive adhesive is an adhesive which has pressure-sensitive adhesive properties, i.e. the property of entering into a permanent connection to an adhesion substrate even under relatively slight pressure.
  • the pressure-sensitive adhesive tapes that can be produced in this way can usually be removed from the substrate again after use, essentially without leaving any residue, and are generally permanently intrinsically tacky even at room temperature, which means that they have a certain viscosity and tack, so that they wet the surface of a substrate even with little pressure.
  • the pressure-sensitive tack of a pressure-sensitive adhesive tape results from the fact that a pressure-sensitive adhesive is used as the adhesive.
  • a pressure-sensitive adhesive can be regarded as an extremely highly viscous liquid with an elastic portion, which consequently has characteristic viscoelastic properties that are permanent to the one described above Inherent tack and adhesiveness.
  • mechanical deformation leads both to viscous flow processes and to the build-up of elastic restoring forces.
  • the proportionate viscous flow serves to achieve adhesion, while the proportionate elastic restoring forces are necessary in particular to achieve cohesion.
  • the relationships between rheology and pressure-sensitive tack are known in the prior art and are described, for example, in "Satas, Handbook of Pressure Sensitive Adhesives Technology", Third Edition, (1999), pages 153 to 203.
  • the storage modulus (G') and the loss modulus (G") are usually used to characterize the degree of elastic and viscous content, which can be determined by means of dynamic mechanical analysis (DMA), for example using a rheometer, as is described, for example, in WO 2015/189323 is disclosed.
  • DMA dynamic mechanical analysis
  • an adhesive is preferably understood as pressure-sensitive adhesive and thus as pressure-sensitive adhesive if at a temperature of 23 ° C in the deformation frequency range of 10 ° to 10 1 rad / sec G 'and G "are each at least partially in the range of 10 3 to 10 7 Pa, the storage modulus particularly preferably being in the range from 2 * 10 5 to 4 * 10 5 Pa at a frequency of 0.1 rad/sec (0.017 Hz).
  • the fundamental suitability of the method according to the invention for a large number of polymer compositions also results from the fact that the polymers used for carrier layers and adhesive layers, which usually determine or at least significantly influence the processing properties of the polymer composition, are mostly comparable.
  • the poly(meth)acrylates in particular play a particularly prominent role both in adhesive layers and in backing layers, since these regularly have particularly advantageous physicochemical properties for both applications.
  • the inventors of the present invention have come to the conclusion on the basis of the tests carried out that the method according to the invention can basically be used with essentially all Polymer masses can be carried out, which are commonly used in the field of adhesive technology. However, the inventors were able to identify particularly suitable polymers here, which are particularly suitable for use in the method according to the invention.
  • the polymer composition comprises one or more, preferably two or more, polymers selected from the group consisting of poly(meth)acrylates, polyurethanes and synthetic rubbers, wherein the polymer composition preferably comprises one or more poly(meth ) acrylates.
  • the synthetic rubbers and the poly(meth)acrylate-based system are particularly relevant polymer masses, and in particular also mixtures of these two polymers, so-called blends, since good results can be achieved with these in the process according to the invention.
  • the polymer mass comprises synthetic rubbers with a mass fraction of 20% or more, preferably 40% or more, particularly preferably 60% or more and/or the polymer mass comprises poly(meth)acrylate with a mass fraction of 40% or more, preferably 60% or more, particularly preferably 90% or more, the polymer mass particularly preferably consisting essentially of poly(meth)acrylate apart from the at least partially expanded microballoons.
  • microballoons are distributed as uniformly as possible in the polymer mass produced or provided, with the inventors at least partially expanding suitable diameters
  • Microballoons were able to be identified that, with regard to the desired thicknesses of the polymer layer, lead to particularly smooth surfaces and can be processed regularly in such a way that they do not push out through the surface of the polymer layer produced. Therefore, a method according to the invention is preferred, wherein the at least partially expanded microballoons in
  • the at least partially expanded microballoons particularly preferably one Diameter d50 in the range from 10 to 120 gm, preferably in the range from 15 to 80 gm, particularly preferably in the range from 20 to 40 gm.
  • the polymer composition which in this case is an adhesive composition, comprises adhesive resins with which the adhesive properties can be adjusted in a targeted manner, it being possible for certain adhesive resins to be identified as being particularly suitable.
  • a method according to the invention is therefore preferred in which the polymer mass comprises at least one adhesive resin.
  • the adhesive resin is selected from the group consisting of non-hydrogenated, partially or fully hydrogenated resins based on rosin or rosin derivatives, terpene-phenolic resins, resins based on methacrylates, hydrogenated polymers of dicyclopentadiene, non-hydrogenated, partially selectively or completely hydrogenated hydrocarbon resins based on C5, C5/C9 and C9 monomer streams, and polyterpene resins based on ⁇ -pinene and/or ⁇ -pinene and/or ⁇ -limonene.
  • additives can also be provided in the polymer mass, with which the properties of the polymer mass can be adjusted in a targeted manner.
  • a method according to the invention is preferred in which the polymer mass additionally comprises one or more additives selected from the list consisting of aging inhibitors (antioxidants), light stabilizers, UV absorbers, rheological additives and fillers.
  • a multilayer adhesive tape preferably a pressure-sensitive adhesive tape, comprising a syntactically foamed polymer layer, preferably a syntactically foamed adhesive layer, produced or producible using the method according to the invention, the syntactically foamed polymer layer having a thickness of less than 150 gm, preferably less than 100 gm having.
  • adhesive tape is clear to those skilled in the field of adhesive technology.
  • the term tape designates all thin, flat structures, ie structures with a predominant extent in two dimensions, in particular foils, foil sections and labels, preferably Tapes of extended length and limited width, and corresponding tape sections.
  • An adhesive tape can, for example, be offered in rolled-up form as an adhesive tape roll.
  • Adhesive tapes regularly comprise a carrier layer on which an adhesive layer is arranged on one or both sides.
  • the multilayer adhesive tapes disclosed above are preferred because they can be provided with particularly thin layers and, in addition to a particularly smooth surface, also have the intrinsic properties of polymer layers produced from the melt, so that they have no solvent residues, for example.
  • a system for forming a syntactically foamed polymer layer preferably in a method according to the invention, comprising:
  • a mixing unit for mixing a polymer mass preferably being a continuous mixing unit, particularly preferably a single- or multi-screw extruder, preferably a planetary roller extruder, a twin-screw extruder or a ring extruder, and a calender with at least two calender rolls, preferably a two-roll calender, with at least one of the calender rolls has a roll diameter in the range from 200 to 400 mm.
  • 1 shows a schematic representation of step c) of the method according to the invention
  • 2 shows a schematic comparison of the cross-sectional view of the bulk bead formed during calendering in comparison between two different-sized calender rolls with different diameters of the bulk bead
  • 3 shows an illustration of six exemplary micrographs of sections of syntactically foamed polymer layers.
  • FIG. 4 shows an exemplary micrograph of a syntactically foamed polymer layer in section, which was produced by a method not according to the invention.
  • FIG. 5 is an exemplary cross-sectional micrograph of a syntactically foamed polymer sheet made by a method of the present invention.
  • FIG. 6 shows an exemplary micrograph of a syntactically foamed polymer layer in section, which was produced by a method not according to the invention.
  • FIG. 7 is an exemplary cross-sectional micrograph of a syntactically foamed polymer sheet made by a method of the present invention.
  • 8 is an exemplary cross-sectional micrograph of a syntactically foamed polymer sheet made by a method of the present invention.
  • step c) of the method according to the invention in a preferred embodiment.
  • the two calender rolls 14a, 14b can be seen, over each of which a carrier layer 12a, 12b is guided.
  • the mass bead of the introduced polymer mass 10 is shown in the nip and thus between the two carrier layers 12a, 12b.
  • a layer system is thus produced in the region of the calender gap, which is then shaped between the two calender rolls 14a, 14b of the calender to form a syntactically foamed polymer layer.
  • FIG. 2 shows a schematic comparison of the cross-sectional views of the mass bead formed during calendering in comparison for two calender rolls 14a, 14b of different sizes with different ones diameters of the mass bead. It can be clearly seen here that with the same diameter of the mass bead, small cross-sectional areas of the mass bead result in the case of the smaller calender rolls 14a, 14b.
  • the calenders shown in comparison in FIG. 2 correspond in their size ratio approximately to the comparison of a roll with a roll diameter of 300 mm to a roll diameter of about 520 mm.
  • FIG. 3 shows micrographs of syntactically foamed polymer layers in section (each on the same scale), the two left and the two middle photographs being taken of syntactically foamed polymer layers which were produced using a method according to the invention.
  • the two images on the right correspond to syntactically foamed polymer layers that were produced using the solvent-based technology.
  • FIGS. 4 to 8 show exemplary micrographs of syntactically foamed polymer layers in section, the size scale shown corresponding to 20 gm in each case.
  • the syntactically foamed layers shown in FIGS. 4 and 6 were not produced using a method according to the invention, since only Klander rolls with a larger diameter (520 mm) were used, whereas the layers shown in FIGS. 5, 7 and 8 were produced using the method according to the invention were manufactured. It can be clearly seen that syntactically foamed layers are obtained with the conventional method, the surface roughness of which is significantly increased by the emerging at least partially expanded microballoons. Corresponding syntactically foamed polymer layers are regularly found to be inadequate for use in the field of adhesive technology. In contrast to this, those produced with the method according to the invention show Polymer layers are each of excellent quality, with almost no microballoons protruding from the surface in particular, since they remain almost completely inside the syntactically foamed polymer layer.
  • the measured values entered from the microscope in FIG. 7 are, from left to right, 26.9 ⁇ m, 41.86 ⁇ m, 55.96 ⁇ m and 60.71 ⁇ m.
  • the readings plotted in Figure 8 are, from left to right, 26.31 pm, 38.74 pm, 48.24 pm, 33.11 pm, 22.43 pm, 63.88 pm, 15.41 pm, 19.27 pm and 32.10 pm.
  • FIGS. 3 to 8 show impressions of the performance of the method according to the invention in comparison with the prior art.
  • the exemplary polymer composition used in the experiments disclosed below includes:
  • the corresponding polymer mass was produced in a continuous mixing unit by mixing the polymer mass with the unexpanded microballoons.
  • the polymer mass was used in three different test setups (TA), which differ in terms of the roller diameter and the line pressure applied. The results are compiled in Table 1.
  • Experiments 7 to 12 are experiments according to the invention in which, at different temperatures of the roller and different densities, ie different degrees of foaming, excellently thin layer thicknesses could be realized which are of the same order of magnitude as in comparative experiments 1 to 6.
  • experiments 13 and 14 clearly show that significantly greater layer thicknesses are obtained with the method according to the prior art under otherwise comparable conditions.
  • the inventors changed the size of the mass bead occurring in the calender gap (at the same coating speed) in the otherwise identical structure and using the otherwise identical conditions and use of a roller with a diameter of 300 mm, and in doing so large and a small mass bulge set.
  • coating can be carried out with less back pressure that arises in the calender due to the polymer mass to be coated. This is in particular with regard to the process stability of the microballoons, the actual foaming process, the process stability of the whole Coating process and the mechanical wear on the coating calender advantageous.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausformen einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht, umfassend die Schritte: a) Herstellen oder Bereitstellen einer Polymermasse umfassend eine Vielzahl von zumindest teilweise expandierten Mikroballons, b) Einbringen der Polymermasse zwischen zwei Trägerschichten zum Erzeugen eines Schichtsystems, und c) Kalandrieren des Schichtsystems zwischen zwei Kalanderwalzen eines Kalanders zum Ausformen der syntaktisch geschäumten Polymerschicht zwischen den Trägerschichten, wobei zumindest eine der Kalanderwalzen einen Walzendurchmesser im Bereich von 200 bis 400 mm aufweist.

Description

Verfahren zum Ausformen einer syntaktisch qeschäumten Polymerschicht
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausformen einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht. Offenbart werden zudem ein mehrschichtiges Klebeband und ein System zum Ausformen einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht.
Der Gegenstand der Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen definiert.
Das Fügen separater Elemente ist eines der zentralen Verfahren der Fertigungstechnik. Neben anderen Methoden, wie beispielsweise dem Schweißen und dem Löten, kommt dabei heutzutage insbesondere dem Kleben, d.h. dem Fügen unter Verwendung eines Klebstoffes, eine wichtige Bedeutung zu. Eine Alternative zur Verwendung formloser Klebstoffe, die beispielsweise aus einer Tube appliziert werden, stellen hierbei sogenannte Klebebänder dar.
Für zahlreiche technischen Anwendungen sind insbesondere Haftklebebänder relevant, bei denen eine Haftklebemasse für die Klebwirkung sorgt, die bei üblichen Umgebungsbedingungen dauerhaft klebrig sowie klebfähig ist. Entsprechende Haftklebebänder können durch Druck auf ein Substrat aufgebracht werden und bleiben dort haften, lassen sich später jedoch mehr oder weniger rückstandsfrei wieder entfernen.
Insbesondere im Bereich der Fahrzeugfertigung müssen jedoch regelmäßig auch Bauteile gefügt werden, die über sogenannte niederenergetische Oberflächen (LSE-Oberflächen = Low Surface Energy-Oberflächen) oder mittelenergetische Oberflächen (MSE) verfügen. Auf solchen MSE/LSE-Oberflächen zeigen viele Haftklebebänder nur eine unzureichende Klebewirkung, sodass der richtigen Auswahl der Haftklebebänder eine besondere Bedeutung zukommt. Eine Verbesserung der Hafteigenschaften auf unbehandelten MSE/LSE-Oberflächen lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass Haftklebmassen auf der Basis von Synthesekautschuken und/oder Poly(meth)acrylaten eingesetzt werden. Hierbei besteht jedoch eine Problematik darin, dass haftklebrige bzw. eigenklebrige Eigenschaften zumindest für reine Synthesekautschuke und die hieraus erhaltenen Klebemassen an sich nicht typisch bzw. bei einigen Poly(meth)acrylaten nicht ausreichend ausgeprägt sind. Der Effekt der Haftklebrigkeit wird in diesen Klebemassen deshalb häufig gezielt durch den Zusatz von sogenannten Klebharzen erzeugt bzw. verstärkt. Wegen der teilweise hohen Klebharzkonzentration weisen entsprechende Haftklebemassen aber regelmäßig einen vergleichsweise hohen Tg, d.h. eine hohe Glasübergangstemperatur, auf. Dies limitiert in vielen Fällen die Leistungsfähigkeit entsprechender Haftklebemassen und der daraus hergestellten Haftklebebänder, bspw. die Widerstandskraft gegen Schockbelastung, bei tiefen Temperaturen.
Zur Verbesserung dieser Problematik, insbesondere zur Erhöhung der Kälteschlagfestigkeit, wurden in letzter Zeit u.a. Klebebänder entwickelt, die über eine geschäumte bzw. teilgeschäumte Trägerschicht und/oder über eine geschäumte bzw. teilgeschäumte Klebeschichten verfügen. Hierzu sei beispielhaft auf die Dokumente DE 19730854 A1 , EP 2235098 A1 und WO 2019/076652 A1 verwiesen. Hierbei kommt den sogenannten syntaktisch geschäumten Schichten eine besondere Bedeutung zu, die insbesondere durch den Einsatz von expansionsfähigen Mikroballons erzeugt werden können.
Die Umsetzung entsprechender Klebebänder mit geschäumten Schichten stellt nicht nur hohe Anforderungen an die Optimierung der physikalisch-chemischen Eigenschaften der eingesetzten Polymermassen, sondern verlangt auch nach einer stetigen Verbesserung der Verfahrenstechnik. Zur Herstellung von geschäumten Polymerschichten haben sich vor allem zwei Verfahren als grundsätzlich tauglich erwiesen. In dem ersten Verfahren wird die syntaktisch geschäumte Schicht direkt aus der Schmelze der Polymermasse hergestellt, wobei dieses Verfahren vom Fachmann auch als „Hotmelt“ bezeichnet wird. Die Polymerschicht wird dabei durch ein geeignetes Glättwerk ausgeformt, wobei es je nach Verfahrensführung bereits in der Schmelze, während der Extrusion und/oder beim Ausformen der Schichten zu einer Expansion der in der Polymermasse enthaltenen Mikroballons kommen kann.
In der Zweiten Verfahrensvariante erfolgt die Herstellung syntaktisch geschäumter Schichten aus der Lösung, wobei eine entsprechende zumindest teilweise in Lösungsmittel gelöste Polymermasse eingesetzt wird, in die die expansionsfähigen Mikroballons eingerührt werden können. Diese Lösung kann anschließend mit üblichen Beschichtungssystemen auf einen Liner aufgebracht werden, wo sie getrocknet wird, um das Lösungsmittel zu entfernen. Die Expansion der expansionsfähigen Mikroballons erfolgt zumeist erst in einem nachgeschalteten Schritt.
Unter den Hotmelt-Verfahren sind aus prozesstechnischer Sicht solche Verfahren besonders vorteilhaft, bei denen die syntaktisch geschäumte Polymerschicht im Anschluss an die Extrusion unmittelbar durch zwei Walzen eines Walzwerks zwischen zwei Linern ausgeformt werden kann. Im Vergleich zu anderen Verfahren, die eine geschmolzene Polymermasse einsetzen, ist dieses Verfahren besonders zeit- und kosteneffizient sowie durch den vergleichsweise einfachen Aufbau auch besonders robust. Zudem werden mit diesem Verfahren regelmäßig syntaktisch geschäumte Polymerschichten erzielt, die über besonders gute Eigenschaften verfügen, wobei insbesondere besonders glatte Oberflächen erhalten werden können. Insbesondere im Vergleich mit der lösungsmittelbasierten Technologie zeigen sich viele Vorteile, insbesondere die niedrigeren Kosten, die höhere Arbeitssicherheit aufgrund des nicht benötigten Lösungsmittels, die höhere Energieeffizienz durch den Wegfall von Trocknungsschritten, die leichtere Umsetzung einer kontinuierlichen Prozessführung, die apparativ einfachere Umsetzung sowie der geringere Verbrauch an Chemikalien. Trotz der zahlreichen beschriebenen Vorteile wird dieses Hotmelt- Verfahren für einige Anwendungen auch als nachteilig empfunden. Tatsächlich ist es mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau nicht möglich, syntaktisch geschäumte Polymerschichten mit sehr geringen Schichtdicken zu erzeugen, zumindest nicht solche, die den branchenüblichen Anforderungen an die Qualität der hergestellten Schicht gerecht werden. Dem Fachmann ist bekannt, dass diese an sich vorteilhaften Hotmelt-Verfahren in Abhängigkeit von ihrem spezifischen Aufbau und der eingesetzten Polymermassen in der Praxis eine minimal zu erreichende Schichtdicke aufweisen, die üblicherweise im Bereich von etwa 170 bis 190 gm liegen, und dass sich entsprechende dünnere Schichten in diesen Systemen auch nicht durch eine Erhöhung des Liniendrucks erreichen lassen. Dies wird als nachteilig empfunden, weil für viele Anwendungsbereiche, insbesondere im Bereich der Elektrotechnik, regelmäßig Klebebänder mit Schichtdicken von weniger als 150 gm angefragt werden. Bislang lassen sich solche Klebebänder lediglich über die lösungsmittelbasierte Technologie hersteilen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es somit, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen oder zumindest zu verringern und insbesondere ein Verfahren zum Ausformen einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht bereitzustellen, mit denen besonders dünne syntaktisch geschäumte Polymerschichten auf dem Wege der direkten Ausformung der Polymermasse zwischen zwei Trägerschichten erhalten werden können, die überausgezeichnete physikalisch-chemische Eigenschaften, insbesondere eine niedrige Oberflächenrauigkeit, verfügen. Es war eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, welches für eine große Vielzahl an Polymermassen, insbesondere für die Herstellung von Trägerschichten und Klebeschichten, geeignet ist, wobei das Verfahren insbesondere für Klebeschichten tauglich sein sollte, da bei diesen die Oberflächeneigenschaften regelmäßig besonders wichtig sind. Insoweit war es eine ergänzende Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das Verfahren vorzugsweise besonders einfach und effizient ausgeführt werden können sollte und wenn möglich ohne die Notwendigkeit von zusätzlichen Trocknungsschritten oder den Einsatz von Lösungsmitteln auskommen sollte.
Dabei sollte das anzugebende Verfahren vorzugsweise unter Einsatz solcher Materialien durchführbar sein, welche bereits zuvor bei der Herstellung von Klebebändern eingesetzt wurden. Insoweit war es auch wünschenswert, dass das anzugebende Verfahren mit vergleichsweise kleinen Modifikationen an bestehenden Produktionsmaschinen ausführbar sein sollte.
Es war eine ergänzende Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass das anzugebende Verfahren hinsichtlich der erreichbaren Schäumungsgrade in der Polymerschicht sehr flexibel sein sollte.
Darüber hinaus war es wünschenswert, wenn das anzugebende Verfahren idealerweise auch zu homogeneren Schichten führen würde als die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben nunmehr gefunden, dass sich die vorstehend definierten Aufgaben überraschenderweise lösen lassen, wenn der Walzendurchmesser der zum Kalandrieren verwendeten Kalanderwalzen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren reduziert wird.
Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, deuten die Experimente und Berechnungen der Erfinder darauf hin, dass die durch die Verringerung des Walzendurchmessers verursachte Veränderung der Größe des im Walzenspalt befindlichen Massenwulstes und dessen Geometrie, d.h. dem Volumen der Flottengröße und der Flottengeometrie hierfür verantwortlich ist, wobei nach Einschätzung der Erfinder wohl insbesondere die hierdurch reduzierte Verweilzeit der Polymermasse im Walzenspalt für die überraschend vorteilhaften Ergebnisse verantwortlich ist oder hierzu zumindest beiträgt.
Die Ausformung der Klebmasse erfolgt letztlich insbesondere an der schmälsten Stelle im Walzenspalt. Das Volumen der im Walzenspalt befindlichen und auszuformenden Klebmasse ergibt sich dabei u.a. über den Durchmesser der Kalanderwalzen und die Größe des Massewulstes. Hierbei ist bei gleichbleibender Massewulstgröße mit einem Anstieg des Walzendurchmessers u. a. ein Anstieg hinsichtlich des auszuformenden Massevolumens im Walzenspalt zu beobachten. Der Walzennippwinkel, der sich durch die Walzengeometrie (d.h. Walzendurchmesser) einstellt, ist bei steigendem Walzendurchmesser flacher. Dies führt aufgrund der Benetzungsfläche an der Walze zu größeren Volumina im Massewulst im Vergleich zu kleineren Kalanderwalzen mit steilerem Walzennippwinkeln. Das Volumen der Klebmasse im Massewulst hat nach Erkenntnis der Erfinder bei konstanter
Beschichtungsgeschwindigkeit einen direkten Einfluss auf die Verweilzeit der Klebmasse im Massewulst des Kalanders, sodass bei konstantem Flottengrößendurchmesser für größere Kalanderwalzen längere Verweilzeiten erhalten werden als für kleinere Kalanderwalzen.
Die vorstehend genannten Aufgaben werden somit durch ein Verfahren zum Ausformen einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht gelöst, wie es in den Ansprüchen definiert ist. Bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den nachfolgenden Ausführungen.
Solche Merkmale erfindungsgemäßer Verfahren, die nachfolgend als bevorzugt bezeichnet sind, werden in besonders bevorzugten Ausführungsformen mit anderen als bevorzugt bezeichneten Merkmalen kombiniert. Ganz besonders bevorzugt sind somit Kombinationen von zwei oder mehr der nachfolgend als besonders bevorzugt bezeichneten Ausführungsformen. Ebenfalls bevorzugt sind Ausführungsformen, in denen ein in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnetes Merkmal mit ein oder mehreren weiteren Merkmalen kombiniert wird, die in irgendeinem Ausmaß als bevorzugt bezeichnet werden. Merkmale mehrschichtiger Klebebänder und Systeme ergeben sich aus den Merkmalen bevorzugter Verfahren.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausformen einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht, umfassend die Schritte: a) Herstellen oder Bereitstellen einer Polymermasse umfassend eine Vielzahl von zumindest teilweise expandierten Mikroballons, b) Einbringen der Polymermasse zwischen zwei Trägerschichten zum Erzeugen eines Schichtsystems, und c) Kalandrieren des Schichtsystems zwischen zwei Kalanderwalzen eines Kalanders zum Ausformen der syntaktisch geschäumten Polymerschicht zwischen den Trägerschichten, wobei zumindest eine der Kalanderwalzen einen Walzendurchmesser im Bereich von 200 bis 400 mm aufweist.
Unter einer geschäumten Polymerschicht, bspw. eine Kunststoff- oder Klebeschicht, wird ein Gebilde aus gasgefüllten, dreidimensionalen Zellen verstanden, welche durch flüssige, halbflüssige, höherviskose oder feste
Zellstege der Polymerschicht begrenzt werden und welche in einem solchen Anteil vorliegen, dass die Dichte der geschäumten Polymerschicht gegenüber der Dichte des Matrixmaterials, also der Gesamtheit der nicht gasförmigen Materialien, aus denen das Material aufgebaut ist, verringert ist. Bei syntaktischen geschäumten Polymerschichten sind im Matrixmaterial
Hohlkörper, bspw. expansionsfähige Mikroballons, eingebunden, wodurch die geschaffenen Hohlräume voneinander und vom Matrixmaterial durch eine Membran abgetrennt werden. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die syntaktische Schäumung durch den Einsatz von zumindest teilweise expandierten Mikroballons erreicht, wobei es bevorzugt ist, dass die
Polymerschicht ausschließlich durch zumindest teilweise expandierte Mikroballons syntaktisch geschäumt wird, so dass die Polymerschicht eine mit Mikroballons syntaktisch geschäumte Polymerschicht ist.
Unter „Mikroballons“ werden elastische und somit in ihrem Grundzustand expandierbare Mikrohohlkugeln verstanden, die eine thermoplastische
Polymerhülle aufweisen. Diese Kugeln sind zumeist mit niedrigsiedenden Flüssigkeiten oder verflüssigtem Gas gefüllt. Als Hüllenmaterial finden insbesondere Polyacrylnitril, PVDC, PVC oder Poly(meth)acrylate Verwendung. Als niedrigsiedende Flüssigkeit sind insbesondere kurzkettige Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Isobutan oder Isopentan gebräuchlich, die beispielsweise als verflüssigtes Gas unter Druck in der Polymerhülle eingeschlossen sind.
Durch Erwärmung der Mikroballons, beispielsweise während der Verarbeitung im Extruder, erweicht die äußere Polymerhülle. Gleichzeitig expandiert die im Inneren angeordnete Treibsubstanz. Dabei dehnen sich die Mikroballons im Wesentlichen irreversibel aus und expandieren dreidimensional. Die Expansion ist beendet, wenn sich der Innen- und der Außendruck ausgleichen. Da die polymere Hülle erhalten bleibt, erzielt man so einen geschlossenzelligen, syntaktisch geschäumten Schaum. Mikroballons sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen erhältlich, die sich im Wesentlichen über ihre Größe (zumeist 6 bis 45 pm Durchmesser d50 im unexpandierten Zustand) und ihre zur Expansion benötigten Starttemperaturen (bspw. 75 bis 220 °C) charakterisieren lassen. Unexpandierte Mikroballons sind beispielsweise als wässrige Dispersion mit einem Mikroballonmassenanteil von ca. 40 bis 45 % oder als polymergebundene Produkte, zum Beispiel in Ethylenvinylacetat, mit einem Mikroballonmassenanteil von ca. 65 %, sowie als trockenes Material erhältlich.
Mikroballons, die noch nicht thermisch aktiviert wurden und die entsprechend noch ihre ursprüngliche Ausdehnung aufweisen, werden vom Fachmann als unexpandierte Mikroballons bezeichnet und werden in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis nicht als zumindest teilweise expandierte Mikroballons angesehen.
Bedingt durch die inhärente Abhängigkeit der Eigenschaften und der Morphologie von Mikroballons von der zur Expansion verwendeten Temperatur und dem Umgebungsdruck, bzw. der Verformbarkeit des Matrixmaterials, wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung von zumindest teilweise expandierten Mikroballons gesprochen. Dies ist so zu verstehen, dass die Mikroballons gegenüber den unexpandierten Mikroballons zumindest so lange bei einer Temperatur größer oder gleich der jeweiligen Starttemperatur behandelt wurden, dass es zu einer Volumenexpansion kommt, vorzugsweise zu einer Volumenexpansion um mehr als 25 %, bevorzugt mehr als 50 %, besonders bevorzugt mehr als 100 %, ganz besonders bevorzugt mehr als 150 %. Dies bedeutet aber auch, dass die expandierten Mikroballons nicht zwingend vollständig expandiert sein müssen.
Auch wenn die präzise Definition der expandierten Mikroballons, wie bei allen amorphen Materialien, deren Eigenschaften maßgeblich durch den zur Herstellung verwendeten Prozess bestimmt werden, herausfordernd sein kann, ist die Unterscheidung zwischen zumindest teilweise expandierten und unexpandierten Mikroballons für den Fachmann in der Praxis erfreulicherweise zuverlässig, mit einer in der Branche akzeptablen Fehlertoleranz, durchzuführen.
Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Polymermasse zumindest teilweise expandierte Mikroballons in einem Massenanteil von 0,1 bis 10 %, bevorzugt 0,2 bis 5 %, besonders bevorzugt 0,5 bis 2,5 %, umfasst, bezogen auf die Gesamtmasse der Polymermasse.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann die Polymermasse, die eine Vielzahl von zumindest teilweise expandierten Mikroballons umfasst, entweder bereitgestellt werden, beispielsweise weil sie als Mischung von einem Zulieferer bezogen wird, oder zuvor selbst hergestellt werden, was zielführenderweise durch das Vermischen der Polymermasse mit unexpandierten und/oder zumindest teilweise expandierten Mikroballons, erfolgt, wobei im Fall von unexpandierten Mikroballons diese zumindest teilweise expandiert werden müssen, was beispielsweise durch die thermische Behandlung im Extruder erfolgen kann.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Polymermasse zwischen zwei Trägerschichten, die vom Fachmann auch als Liner bezeichnet werden, eingebracht, um hierdurch ein Schichtsystem aus einer Trägerschicht, der Polymermasse und einer weiteren Trägerschicht zu erzeugen. Prinzipiell kann das entsprechende Schichtsystem zeitlich und räumlich von den späteren Verarbeitungsschritten getrennt erzeugt werden. Aus Gründen der Effizienz und Prozesssicherheit hat es sich jedoch als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Schichtsystem durch das Einbringen der Polymermasse zwischen die zwei Trägerschichten unmittelbar im Walzenspalt der Kalanderwalzen erzeugt wird. Dies kann vorteilhafterweise dadurch realisiert werden, dass die Trägerschichten jeweils über eine der zwei Kalanderwalzen geführt werden, sodass sich beim Eingeben der Polymermasse in den Walzenspalt automatisch das Schichtsystem zwischen den zwei Trägerschichten ergibt.
Bevorzugt ist somit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Polymermasse in Schritt b) zwischen zwei Trägerschichten eingebracht wird, die jeweils über eine der Kalanderwalzen des Kalanders durch den Walzenspalt geführt werden, so dass das Schichtsystem im Bereich des Walzenspalts der Kalanderwalzen erzeugt wird, wobei die Polymermassenwulst im Bereich des Walzenspalts der Kalanderwalzen vorzugsweise im orthogonal zur Laufrichtung betrachteten Querschnitt eine Fläche von weniger als 800 mm2, bevorzugt weniger als 600 mm2, besonders bevorzugt weniger als 400 mm2 aufweist.
In Schritt c) wird das zuvor erzeugte Schichtsystem kalandriert. Dies bedeutet, dass das Schichtsystem zwischen zwei Kalanderwalzen geführt wird, deren Walzenspalt kleiner ist als die Höhe des Schichtsystems. Hierdurch üben die Kalanderwalzen einen Liniendruck auf das Schichtsystem aus, welches dadurch zu einer dünneren Polymerschicht ausgeformt wird, wobei etwaige zuvor bestehende Inhomogenitäten in der Schichtdicke bzw. der Dichte der Polymermasse im Schichtsystem ausgeglichen werden.
Wie vorstehend erläutert haben die Erfinder erkannt, dass die vorstehend definierten Aufgaben dadurch gelöst werden können, dass eine der Kalanderwalzen einen Walzendurchmesser im Bereich von 200 - 400 mm aufweist, d.h. einen gegenüber dem Stand der Technik, in dem zumeist Walzen mit einem Durchmesser von mehr als 500 mm eingesetzt werden, verringerten Walzendurchmesser aufweisen. In den Experimenten der Erfinder hat sich herauskristallisiert, dass mit größeren Walzendurchmessern die geforderten Schichtdicken von 150 pm und weniger nicht bzw. nicht in einer ausreichenden Qualität realisiert werden können. Gleichzeitig haben die Erfinder jedoch auch erkannt, dass der Walzendurchmesser, zumindest in industriell relevanten Systemen, nicht beliebig weit reduziert werden kann. Ein zu kleiner Walzendurchmesser kann bei den relevanten Walzenbreiten zu einer verringerten Stabilität der Kalanderwalzen führen, die infolgedessen im Verfahren eine ungewollte Deformation erfahren können und den notwendigen Liniendruck nicht oder nicht gleichmäßig genug auf das zu kalandrierende Schichtsystem übertragen können.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich als besonders effizient für die Herstellung besonders dünner syntaktisch geschäumter Polymerschichten erwiesen. Gleichzeitig ist nicht zu verleugnen, dass auch größere Walzendurchmesser insbesondere für die industriell relevante Verfahrensführung durchaus Vorteile aufweisen, insbesondere hinsichtlich ihrer Stabilität und der geringeren Verformbarkeit. Auch wenn das erfindungsgemäße Verfahren geeignet ist, grundsätzlich syntaktisch geschäumte Polymerschichten mit einer größeren Dicke herzustellen, kann dies jedoch in manchen Fällen weniger effizient sein als das aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren. Insoweit ist es besonders vorteilhaft, wenn das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von besonders dünnen Polymerschichten eingesetzt wird, da sich hierdie Vorteile besonders deutlich zeigen. Bevorzugt ist daher ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die syntaktisch geschäumte Polymerschicht eine mittlere Dicke im Bereich von 20 bis 180 gm, bevorzugt im Bereich von 30 bis 150 gm, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 120 gm, aufweist, wobei die syntaktisch geschäumte Polymerschicht besonders bevorzugt eine mittlere Dicke von weniger als 100 gm aufweist. Der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass die zwischen zwei Kalanderwalzen des Kalanders kalandrierte Polymerschicht bereits nach dem Durchlauf des einen Kalanderspalts die vorstehend beschriebenen positiven Eigenschaften hat und dass das erfindungsgemäße Verfahren so geführt werden kann, dass ein weiteres Kalandrieren nicht notwendig ist. Selbstverständlich ist jedoch nicht ausgeschlossen, die hergestellte syntaktisch geschäumte
Polymerschicht nach Durchlaufen des Schrittes c) weiter zu kalandrieren. Dies ist jedoch mit Blick auf die Effizienz des Verfahrens und auf ökonomische Aspekte explizit nicht bevorzugt.
Ein wesentliches Gütekriterium für die Bewertung der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbaren syntaktisch geschäumten
Polymerschichten ist die mittlere Oberflächenrauigkeit Ra, die in den Verfahren des Standes der Technik insbesondere durch die zumindest teilweise expandierten Mikroballons beeinträchtigt wird, wenn diese aus der Polymermasse herausragen. Wenn die Oberflächenrauigkeit Ra zu groß ist, sind die entsprechend hergestellten Polymerschichten für viele Anwendungen nicht geeignet. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, auch im Hotmelt-Verfahren besonders glatte und dünne Polymerschichten zu erhalten, die dann zudem den Vorteil aufweisen, dass ihre intrinsischen Materialeigenschaften denen entsprechen, die extrudierten Polymeren zu eigen ist und die in mancher Hinsicht denen der lösungsmittelbasierten Technologie überlegen sind, wobei insbesondere Einschlüsse von Lösungsmitteln vermieden werden können. Bevorzugt ist somit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die syntaktisch geschäumte Polymerschicht eine mittlere Oberflächenrauigkeit Ra von weniger als 10 gm, bevorzugt von weniger als 6 gm, besonders bevorzugt von weniger als 3 pm, aufweist. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Oberflächenrauigkeit mittels Lasertriangulation bestimmt. Das hierfür verwendete PRIMOS-System besteht aus einer Beleuchtungseinheit und einer Aufnahmeeinheit. Die Beleuchtungseinheit projiziert mithilfe eines digitalen Mikro-Spiegel-Projektors Linien auf die Oberfläche des untersuchten Materials. Diese projizierten, parallelen Linien werden durch die Oberflächenstruktur abgelenkt bzw. moduliert. Für die Registrierung der modulierten Linien wird eine, in einem bestimmten Winkel, dem sog. Triangulationswinkel, angeordnete CCD-Kamera eingesetzt. Die Messfeldgröße beträgt 14,5 x 23,4 mm2, die Profillänge 20,0 mm, die Flächenrauigkeit wurde 1 ,0 mm vom Rand entfernt bestimmt und als Filterung kam ein Polynomfilter dritter Ordnung zum Einsatz. Die Oberflächenrauigkeit Ra stellt somit die durchschnittliche Höhe der Rauheit dar, insbesondere die durchschnittliche Absolutentfernung von der Mittellinie (Regressionslinie) des Rauheitsprofils innerhalb des Auswertungsbereichs. In anderen Worten ist Ra die arithmetische Mittenrauigkeit, d. h. der arithmetische Mittelwert aller Profilwerte des Rauheitsprofils.
Dem Fachmann ist bekannt, dass die Dichte von syntaktisch geschäumten Polymerschichten bzw. die Verringerung der Dichte gegenüber dem ungeschäumten Ausgangsmaterial ein Maß für die Schäumung der Polymerschicht ist. In den Versuchen der Erfinder konnten insoweit Dichtebereiche identifiziert werden, in denen das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut funktioniert, wobei sich insbesondere gezeigt hat, dass eine besonders geringe Standardabweichung in der Dichteverteilung erzielt werden kann, wenn die Dichten in diesen Bereichen gewählt werden. Bevorzugt ist insoweit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die syntaktisch geschäumte Polymerschicht eine Dichte im Bereich von 600 bis 1000 kg/m3, bevorzugt im Bereich von 700 bis 900 kg/m3, besonders bevorzugt im Bereich von 750 bis 850 kg/m3, aufweist.
Über die vorstehenden Ausführungen hinaus ist festzustellen, dass die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens vor allen Dingen dann zum Tragen kommen, wenn zumindest ein gewisser Schäumungsgrad, d. h. eine gewisse Dichteverringerung auftritt. Bei kleineren Dichteverringerungen ist es insbesondere mit Blick auf industriell relevante Prozesse für einige
Ausgestaltungen zielführender, die aus dem Stand der Technik bekannten, größeren Kalanderwalzen einzusetzen, um von der höheren Robustheit zu profitieren. Bevorzugt ist somit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die syntaktisch geschäumte Polymerschicht eine gegenüber der ungeschäumten Polymermasse um zumindest 30 kg/m3, bevorzugt zumindest 50 kg/m3, besonders bevorzugt zumindest 70 kg/m3, verringerte Dichte aufweist.
Wie vorstehend erläutert, können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren überraschenderweise nicht nur dünnere Schichten erzielt werden, sondern auch solche Polymerschichten, die über ein homogeneres Dichteprofil verfügen, d. h. bei denen die Standardabweichung der Dichte geringer ausfällt. Solche
Verfahren sind besonders bevorzugt, da die hiermit hergestellten Polymerschichten über besonders homogene physikalisch-chemische Eigenschaften verfügen und beispielsweise in Klebebänder mit besonders gleichmäßigen Klebeigenschaften überführt werden können, was für zahlreiche Anwendungen bevorzugt ist. Bevorzugt ist vor diesem Hintergrund ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die syntaktisch geschäumte Polymerschicht über die Breite der Polymerschicht eine Standardabweichung der Dichte von weniger als 30 kg/m2, bevorzugt von weniger als 20 kg/m2, aufweist, wobei die syntaktisch geschäumte Polymerschicht über die Breite der Polymerschicht besonders bevorzugt eine Standardabweichung der Dichte in Höhe von weniger als 8 %, bevorzugt weniger als 6 %, besonders bevorzugt weniger als 4 %, der mittleren Dichte aufweist.
Die Polymermasse kann grundsätzlich bereitgestellt oder hergestellt werden. Es hat sich jedoch als besonders effizient erwiesen, die Polymermasse unmittelbar vor den weiteren Verarbeitungsschritten herzustellen. Dies erfolgt bevorzugt, in einem Mischaggregat, in welchen die expansionsfähigen Mikroballons, d. h. unexpandierte Mikroballons oder noch nicht vollständig expandierte Mikroballons, durch Temperaturbeaufschlagung während des Mischprozesses expandieren. Bevorzugt ist also ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Polymermasse in Schritt a) durch Vermischen von expansionsfähigen Mikroballons mit den übrigen Komponenten der Polymermasse in einem Mischaggregat und anschließendes Expandieren der expansionsfähigen Mikroballons hergestellt wird.
Auch wenn das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich der einzusetzenden Mischaggregate flexibel ist, haben sich kontinuierlich arbeitende Mischaggregate besonders bewährt, da mit diesen der große Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgenutzt werden kann, dass dieses besonders effizient ebenfalls kontinuierlich geführt werden kann. In den Experimenten der Erfinder konnten hierfür besonders geeignete Extruder identifiziert werden, mit denen sehr zuverlässig besonders gute Verfahrensergebnisse erzielt werden konnten. Bevorzugt ist nämlich ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Mischaggregat bevorzugt ein kontinuierliches Mischaggregat ist, besonders bevorzugt ein Ein- oder Mehrwellennextruder, vorzugsweise ein
Planetwalzenextruder, ein Doppelschneckenextruder oder ein Ringextruder.
Für das erfindungsgemäße Verfahren ist es lediglich erforderlich, dass das in Schritt b) erzeugte Schichtsystem zwischen zwei Kalanderwalzen eines Kalanders ausgeformt wird. Der Fachmann weiß, dass Kalander mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Walzenanzahlen existieren. Grundsätzlich ist es insoweit möglich, das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise mit einem Vier-Walzen-Kalander auszuführen, bei dem lediglich zwei der vier Walzen verwendet werden. Mit Blick auf den apparativen Aufbau, die Robustheit des Verfahrens und den Energiebedarf ist es jedoch ganz besonders bevorzugt, von vorneherein lediglich einen Zwei-Walzen-Kalander zu verwenden und damit das einfachste möglichste Verfahrensdesign zu realisieren. Klar bevorzugt ist deshalb ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei der Kalander ein Zwei-Walzenkalander ist.
Beim Experimentieren mit den Walzendurchmessern der Kalanderwalzen haben die Erfinder erkannt, dass ein gewisser Zielkonflikt besteht. Kleinere Walzendurchmesser machen insgesamt dünnere Schichtdicken leichter zugänglich und/oder erhöhen die Qualität der erzeugten dünnen Schichten. Gleichzeitig nimmt die Stabilität mit sinkendem Walzendurchmesser ab, wodurch die Kalanderwalzen im Betrieb leichter verformen und es zu ungleichmäßigen Applikationen des Liniendrucks kommen kann, wobei darüber hinaus nicht ausgeschlossen werden kann, dass es bei dünnen Walzen schneller zu Materialermüdung kommt und entsprechend ein höherer Wartungs- und Instandhaltungsaufwand entsteht. Infolge dieses Zielkonflikts konnten die Erfinder Unterbereiche identifizieren, bei denen sich ein besonders vorteilhaftes Verhältnis zwischen den vorstehend genannten Aspekten einstellt. Nach Einschätzung der Erfinder dürfte das lokale Maximum der Leistungsfähigkeit bei üblichen Walzenbreiten wohl etwa bei 300 mm liegen. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zumindest eine der Kalanderwalzen einen Walzendurchmesser im Bereich von 250 bis 350 mm, bevorzugt im Bereich von 280 bis 320 mm, aufweist. Wie vorstehend erläutert, spielt insbesondere bei industriell relevanten Prozessen auch die Walzenbreite der Kalanderwalzen eine Rolle, insbesondere mit Blick auf die Stabilität der verwendeten Walzen. Insoweit konnten die Erfinder optimierte Bereiche identifizieren, mit denen sich trotz des verringerten Walzendurchmessers besonders gute Ergebnisse erzielen lassen, wobei keine Anzeichen dafür gefunden wurden, dass die Standzeit der entsprechenden Walzen nachteilig beeinflusst sein könnte. Bevorzugt ist insoweit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei zumindest eine der Kalanderwalzen, bevorzugt beide Kalanderwalzen, eine Walzenbreite im Bereich von 600 bis 2000 mm, bevorzugt im Bereich von 1600 bis 1800 mm, aufweist.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich, wie vorstehend erläutert, bereits dann, wenn zumindest eine der Kalanderwalzen einen reduzierten Walzendurchmesser aufweist. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, wird angenommen, dass die bereits hierdurch zu erzielende Veränderung der Flottengeometrie und der Verweilzeit im Walzenspalt als Beitrag ausreichend ist. Tatsächlich ist es für einige Anwendungen sogar besonders vorteilhaft, lediglich eine der Kalanderwalzen mit einem reduzierten Walzendurchmesser auszuführen, da dadurch die Eigenschaften des Kalanders ganz spezifisch auf die zu verarbeitenden Substanzen eingestellt werden können, wobei es möglich ist, die Vorteile der stabilen dickeren Walzen mit den gemäß der vorliegenden Erfindung zu verwendenden kleineren Walzen zu kombinieren. Nach Einschätzung der Erfinder ist es jedoch für die überwiegende Zahl von Anwendungen bevorzugt, beide Kalanderwalzen mit einem verringerten Durchmesser auszuführen, da sich hierdurch besonders günstige
Flottengeometrien im Walzenspalt erreichen lassen, was sich positiv auf die erzielbaren Schichtdicken auswirkt. Als ganz besonders bevorzugt erachten es die Erfinder, wenn die beiden Walzen im Wesentlichen den gleichen Walzendurchmesser aufweisen. Dies hat zur Folge, dass die entstehende Flottengeometrie sehr symmetrisch ist, was regelmäßig zu besonders gleichmäßigen Polymerschichten führt. Bevorzugt ist im Lichte dieser Erkenntnisse ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die beiden
Kalanderwalzen einen Walzendurchmesser im Bereich von 200 bis 400 mm, bevorzugt im Bereich von 250 bis 350 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 280 bis 320 mm, aufweisen, wobei die beiden Kalanderwalzen ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen den gleichen Walzendurchmesser aufweisen.
Wie vorstehend erläutert, ist das erfindungsgemäße Verfahren dann besonders vorteilhaft, wenn es als kontinuierliches Verfahren betrieben wird, da hierbei die Vorteile bzgl. der großen erzielbaren Produktionsmengen besonders effizient ausgenutzt werden können. Bevorzugt ist also ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Verfahren als kontinuierliches Verfahren betrieben wird. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung konnten geeignete Beschichtungsgeschwindigkeiten, d. h. Mengen der hergestellten Polymerschicht pro Zeit, identifizieren, bei denen sich im Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders zuverlässig Polymerschichten in einer hohen Qualität erhalten ließen. Bevorzugt ist diesbezüglich ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Verfahren mit einer Beschichtungsgeschwindigkeit von 30 m/min oder mehr, bevorzugt 40 m/min oder mehr, besonders bevorzugt 50 m/min oder mehr, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 m/min, betrieben wird, bezogen auf die pro Minute ausgeformte Läge der Polymerschicht. Zusätzlich haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung auch geeignete Liniendrücke identifiziert, mit denen sich bei den erfindungsgemäß einzusetzenden Kalanderwalzen ausgezeichnete Ergebnisse, insbesondere besonders glatte Polymerschichten, erhalten lassen. Bevorzugt ist nämlich ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Kalandrieren in Schritt c) mit einem Liniendruck im Bereich von 100 bis 300 N/mm, bevorzugt im Bereich von 120 bis 270 N/mm, besonders bevorzugt im Bereich von 140 bis 240 N/mm, erfolgt.
Auf wenn es grundsätzlich denkbar ist, die Kalanderwalzen mit zumindest leicht unterschiedlichen Tangentialgeschwindigkeiten zu betreiben, ist es für die Mehrzahl der Anwendungen bevorzugt, wenn die Kalanderwalzen im Wesentlichen gleich schnell betrieben werden. Bevorzugt ist demnach ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die zwei Kalanderwalzen so betrieben werden, dass diese an ihrer Oberfläche im Wesentlichen die gleiche Tangentialgeschwindigkeit aufweisen.
Für die Verarbeitung zahlreicher Polymermassen hat es sich zum Erhalt von dünnen Schichten als wichtig erwiesen, sicherzustellen, dass die im Schichtsystem angeordneten Polymermassen über eine ausreichende Viskosität verfügen, um beim Kalandrieren effizient ausgeformt zu werden. Um diesen Schritt zu unterstützen, hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Kalanderwalzen selbst zu temperieren. Bevorzugt ist nämlich ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die zwei Kalanderwalzen eine Temperatur im Bereich von 80 bis 190 °C, bevorzugt im Bereich von 120 bis 160 °C, aufweisen.
Im Lichte der vorstehenden Offenbarung haben die Erfinder auch geeignete Temperaturbereiche identifiziert, in denen sich mit den üblichen Polymermassen, insbesondere den nachfolgend als bevorzugt genannten Polymermassen, gute Verarbeitungseigenschaften erzielen lassen, wobei diese Temperaturen insbesondere so gewählt sind, dass sich im Zuge des Abkühlens ein geeigneter Expansionsgrad der zumindest teilweise expandierten Mikroballons ergibt. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Polymermasse in Schritt b) eine Temperatur im Bereich von 120 bis 190 °C, bevorzugt im Bereich von 130 bis 160 °C, aufweist.
Wie vorstehend erläutert haben die Erfinder erkannt, dass die mittlere Verweilzeit der Polymermasse im Bereich des Walzenspalts wohl eine entscheidende Rolle bzw. einen wichtigen Beitrag zu der Fähigkeit leistet, besonders dünne syntaktisch geschäumte Polymerschichten auszuformen. Insoweit konnten die Erfinder besonders geeignete Bereiche der mittleren Verteilzeit identifizieren, die in eigenen Experimenten zu guten Ergebnissen geführt haben. Während größere Verweilzeiten dazu führen können, dass die Qualität der hergestellten dünnen Schichten abnimmt, können kürzere Verweilzeiten, die mit einer geringen Menge der Polymermasse im Walzenspalt verbunden sind, dazu führen, dass nicht zu jeder Zeit und/oder nicht an jedem Ort des Walzenspalts ausreichend Material vorhanden ist, um die Polymerschicht in der gewünschten Dicke ausbilden zu können, sodass die Gefahr von Fehlstellen in der Polymerschicht zunimmt. Bevorzugt ist also ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Verfahren so betrieben wird, dass sich für die Polymermasse eine mittlere Verweilzeit im Bereich des Walzenspalts der Kalanderwalzen im Bereich von 0,5 bis 50 s, bevorzugt 1 bis 30 s, besonders bevorzugt 2 bis 10 s, liegt.
Im Zuge der Entwicklung der vorliegenden Erfindung haben die Erfinder eine weitere bemerkenswerte Beobachtung gemacht. In Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis werden für die Trägerschichten regelmäßig solche Träger eingesetzt, deren Dicke im Bereich von 50 - 100 pm liegt. Insoweit waren die Erfinder überrascht, festzustellen, dass der Einsatz von dickeren Trägern in dem erfindungsgemäßen Verfahren darin resultiert, dass noch kleinere Schichtdicken der Polymerschicht realisiert werden können, ohne dass die physikalisch-chemischen Eigenschaften dieser Polymerschicht nachteilig beeinflusst werden. Dies war nicht zu erwarten, da die Spaltöffnung des Kalanders aufgrund der sich einstellenden Spaltlast eigentlich trägerunabhängig erfolgt. Neben der weiteren Reduktion der Schichtdicke wurden durch den Einsatz dickerer Trägerschichten zusätzlich eine Stabilisierung des Beschichtungsprozesses bzgl. der sich einstellenden höheren Zuglasten auf das Material, erreicht. Im Ergebnis konnten in dieser bevorzugten Ausführungsform besonders dünne und homogene syntaktisch geschäumte Polymerschichten erhalten werden. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Trägerschichten eine mittlere Dicke im Bereich von 50 bis 100 gm oder im Bereich von 100 bis 150 gm, bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 pm, besonders bevorzugt im Bereich von 125 bis 150 pm, aufweisen.
Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich des Materials der Trägerschichten sehr flexibel. Mit Blick auf die Verfügbarkeit der Materialien hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, insbesondere solche Materialien einzusetzen, die im Bereich der Klebetechnologie regelmäßig als Prozessliner eingesetzt werden. Jedoch haben die Erfinder erkannt, dass sich einige Materialien besser für die Trägerschichten eignen, nämlich eben solche Kunststoffe, aus denen sich Trägerschichten mit besonders homogenen und glatten Oberflächen hersteilen lassen. Hierdurch wird verhindert, dass die Trägerschichten ungewollte Strukturen in die herzustellende Polymerschicht einprägen. Bei diesen Materialien wurde zudem als vorteilhaft gefunden, dass sie regelmäßig den aus der Polymerschicht hinausstrebenden expandierten Mikroballons einen hinreichenden Widerstand entgegensetzen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Trägerschichten unabhängig voneinander aus ein oder mehreren Materialien bestehen, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyester, Polyethylenterephthalat, Papier, Gewebe und Vliesstoff, bevorzugt ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polyester, und Polyethylenterephthalat, wobei die Trägerschichten vorzugsweise aus den gleichen Materialien bestehen.
Wie vorstehend erläutert, ist das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise für eine Vielzahl von Polymermassen einsetzbar, insbesondere für solche, die der Herstellung von Trägerschichten für mehrschichtige Klebebänder und/oder von Klebeschichten dienen. Aufgrund der in der Praxis an die entsprechenden Schichten gestellten Anforderungen ist jedoch festzustellen, dass das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für Klebemassen und die entsprechende Herstellung von Klebeschichten geeignet ist. Insoweit sind insbesondere Haftklebemassen für das erfindungsgemäße Verfahren besonders relevant, weil bei diesen die syntaktische Schäumung eine besonders hohe Relevanz hat und die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders deutlich zum Tragen kommen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Polymermasse eine Klebemasse, bevorzugt eine Haftklebemasse, ist. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Polymerschicht eine Klebeschicht, bevorzugt eine Haftklebeschicht, ist.
Eine Haftklebemasse ist in Übereinstimmung mit dem fachmännischen Verständnis eine Klebemasse, welche über haftklebrige Eigenschaften verfügt, d.h. über die Eigenschaft bereits unter relativ schwachem Andruck eine dauerhafte Verbindung zu einem Haftgrund einzugehen. Die hieruas herstellbaren Haftklebebänder sind üblicherweise nach Gebrauch im Wesentlichen rückstandsfrei vom Haftgrund wieder ablösbar und in der Regel schon bei Raumtemperatur permanent eigenklebrig, was bedeutet, dass sie eine gewisse Viskosität und Anfassklebrigkeit aufweisen, sodass sie die Oberfläche eines Untergrunds bereits bei geringem Andruck benetzen.
Die Haftklebrigkeit eines Haftklebebandes ergibt sich daraus, dass als Klebemasse eine Haftklebemasse verwendet wird. Ohne an diese Theorie gebunden sein zu wollen, wird häufig davon ausgegangen, dass eine Haftklebemasse als extrem hochviskose Flüssigkeit mit einem elastischen Anteil betrachtet werden kann, die demzufolge charakteristische viskoelastische Eigenschaften aufweist, die zu der vorstehend beschriebenen dauerhaften Eigenklebrigkeit und Haftklebefähigkeit führen. Man geht davon aus, dass es bei entsprechenden Haftklebemassen bei mechanischer Deformation sowohl zu viskosen Fließprozessen als auch zum Aufbau elastischer Rückstellkräfte kommt. Der anteilige viskose Fluss dient dabei zur Erzielung von Adhäsion, während die anteiligen elastischen Rückstellkräfte insbesondere zur Erzielung von Kohäsion notwendig sind. Die Zusammenhänge zwischen der Rheologie und der Haftklebrigkeit sind im Stand der Technik bekannt und beispielsweise in „Satas, Handbook of Pressure Sensitive Adhesives Technology“, Third Edition, (1999), Seiten 153 bis 203, beschrieben. Zur Charakterisierung des Maßes an elastischem und viskosem Anteil werden üblicherweise der Speichermodul (G‘) und der Verlustmodul (G“) herangezogen, die mittels dynamisch mechanischer Analyse (DMA), beispielsweise unter Verwendung eines Rheometers, ermittelt werden können, wie es beispielsweise in der WO 2015/189323 offenbart wird. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird eine Klebemasse vorzugsweise dann als haftklebrig und somit als Haftklebemasse verstanden, wenn bei einer Temperatur von 23 °C im Deformationsfrequenzbereich von 10° bis 101 rad/sec G‘ und G“ jeweils zumindest zum Teil im Bereich von 103 bis 107 Pa liegen, wobei der Speichermodul besonders bevorzugt bei einer Frequenz von 0,1 rad/sec (0,017 Hz) im Bereich von 2*105 bis 4*105 Pa liegt.
Die grundsätzliche Eignung des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Vielzahl von Polymermassen ergibt sich auch daraus, dass die für Trägerschichten und Klebeschichten eingesetzten Polymere, die zumeist die Verarbeitungseigenschaften der Polymermasse bestimmen oder zumindest maßgeblich beeinflussen, zumeist vergleichbar sind. Insbesondere den Poly(meth)acrylaten kommt sowohl in Klebeschichten als auch in Trägerschichten eine besonders prominente Rolle zu, da diese für beide Anwendungen regelmäßig über besonders vorteilhafte physikalisch-chemische Eigenschaften verfügen. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung sind auf Grundlage der durchgeführten Versuche zu der Einschätzung gekommen, dass das erfindungsgemäße Verfahren grundsätzlich mit im Wesentlichen allen Polymermassen durchgeführt werden kann, die im Bereich der Klebetechnik üblicherweise eingesetzt werden. Hierbei konnten die Erfinder jedoch besonders geeignete Polymere identifizieren, die für den Einsatz im erfindungsgemäßen Verfahren besonders geeignet sind. Bevorzugt ist entsprechend ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Polymermasse ein oder mehrere, bevorzugt zwei oder mehrere, Polymere umfasst, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Poly(meth)acrylaten, Polyurethanen und Synthesekautschuken, wobei die Polymermasse bevorzugt ein oder mehrere Poly(meth)acrylate umfasst. Von diesen Polymeren sind insbesondere die Synthesekautschuke und die Poly(meth)acrylat-basierten System besonderes relevante Polymermassen, sowie insbesondere auch Mischungen dieser beiden Polymere, sogenannte Blends, da sich mit diesen im erfindungsgemäßen Verfahren gute Ergebnisse erzielen lassen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Polymermasse Synthesekautschuke mit einem Massenanteil von 20 % oder mehr, bevorzugt 40 % oder mehr, besonders bevorzugt 60 % oder mehr, umfasst und/oder wobei die Polymermasse Poly(meth)acrylat mit einem Massenanteil von 40 % oder mehr, bevorzugt 60 % oder mehr, besonders bevorzugt 90 % oder mehr, umfasst, wobei die Polymermasse besonders bevorzugt abgesehen von den zumindest teilweise expandierten Mikroballons im Wesentlichen aus Poly(meth)acrylat besteht.
Mit Blick auf die erzielbare Qualität der Polymerschichten hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Mikroballons möglichst gleichmäßig in der hergestellten oder bereitgestellten Polymermasse verteilt sind, wobei die Erfinder geeignete Durchmesser der zumindest teilweise expandierten
Mikroballons identifizieren konnten, die mit Blick auf die angestrebten Dicken der Polymerschicht zu besonders glatten Oberflächen führen und regelmäßig so verarbeitet werden können, dass sie nicht durch die Oberfläche der hergestellten Polymerschicht hinausdrückten. Bevorzugt ist daher ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die zumindest teilweise expandierten Mikroballons im
Wesentlichen homogen in der Polymermasse verteilt vorliegen, wobei die zumindest teilweise expandierten Mikroballons besonders bevorzugt einen Durchmesser d50 im Bereich von 10 bis 120 gm, bevorzugt im Bereich von 15 bis 80 gm, besonders bevorzugt im Bereich von 20 bis 40 gm, aufweisen.
Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn die Polymermasse, bei der es sich in diesem Fall um eine Klebemasse handelt, Klebharze umfasst, mit denen die Klebeigenschaften gezielt eingestellt werden können, wobei bestimmte Klebharze als besonders geeignet identifiziert werden konnten. Bevorzugt ist also ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Polymermasse zumindest ein Klebharz umfasst. Bevorzugt ist insoweit ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei das Klebharz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus nicht hydrierten, partiell oder vollständig hydrierten Harzen auf Basis von Kolophonium oder Kolophoniumderivaten, Terpenphenolharzen, Harzen auf Basis von Methacylaten, hydrierten Polymerisaten des Dicyclopentadiens, nicht hydrierten, partiell, selektiv oder vollständig hydrierten Kohlenwasserstoffharzen auf Basis von C5-, C5/C9- und C9-Monomerströmen, und Polyterpenharzen auf Basis von a-Pinen und/oder ß-Pinen und/oder ö-Limonen.
Neben Klebharzen können in der Polymermasse auch weitere Additive vorgesehen sein, mit denen sich die Eigenschaften der Polymermasse gezielt einstellen lassen. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, wobei die Polymermasse zusätzlich ein oder mehrere Additive umfasst, die ausgewählt sind aus der Liste bestehend aus Alterungsschutzmitteln (Antioxidantien), Lichtschutzmitteln, UV-Absorbern, rheologischen Additiven und Füllstoffen.
Offenbart wird zudem ein mehrschichtiges Klebeband, bevorzugt ein Haftklebeband, umfassend eine syntaktisch geschäumte Polymerschicht, bevorzugt eine syntaktisch geschäumte Klebeschicht, hergestellt oder herstellbar mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei die syntaktisch geschäumte Polymerschicht eine Dicke von weniger als 150 gm, bevorzugt von weniger als 100 gm aufweist.
Der Begriff Klebeband ist für den Fachmann im Bereich der Klebetechnik klar. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Ausdruck Band alle dünnen, flächigen Gebilde, d.h. Gebilde mit einer überwiegenden Ausdehnung in zwei Dimensionen, insbesondere Folien, Folienabschnitte und Etiketten, bevorzugt Bänder mit ausgedehnter Länge und begrenzter Breite sowie entsprechende Bandabschnitte. Ein Klebeband kann beispielsweise in aufgerollter Form als Klebebandrolle angeboten werden. Klebebänder umfassen regelmäßig eine Trägerschicht, auf der einseitig oder beidseitig eine Klebeschicht angeordnet ist. Die vorstehend offenbarten mehrschichtigen Klebebänder sind bevorzugt, weil Sie mit besonders dünnen Schichten bereitgestellt werden können und neben einer besonders glatten Oberfläche auch die intrinsischen Eigenschaften von aus der Schmelze hergestellten Polymerschichten aufweisen, sodass sie beispielsweise keine Lösungsmittelrückstände aufweisen. Offenbart wird auch ein System zum Ausformen einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht, vorzugsweise in einem erfindungsgemäßen Verfahren, umfassend:
Ein Mischaggregat zum Mischen einer Polymermasse, wobei das Mischaggregat bevorzugt ein kontinuierliches Mischaggregat ist, besonders bevorzugt ein Ein- oder Mehrwellenextruder, vorzugsweise ein Planetwalzenextruder, ein Doppelschneckenextruder oder ein Ringextruder, und einen Kalander mit zumindest zwei Kalanderwalzen, vorzugsweise einen Zwei-Walzenkalander, wobei zumindest eine der Kalanderwalzen einen Walzendurchmesser im Bereich von 200 bis 400 mm aufweist.
Nachfolgend wir die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen weiter erläutert. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des Schrittes c) des erfindungsgemäßen Verfahrens; Fig. 2 einen schematischen Vergleich der Querschnittsansicht der sich beim Kalandrieren ausbildenden Massenwulst im Vergleich zwischen zwei unterschiedlich großen Kalanderwalzen bei unterschiedlichen Durchmessern der Massenwulst; Fig. 3 eine Darstellung von sechs beispielhaften Mikroskopaufnahmen von Anschnitten von syntaktisch geschäumten Polymerschichten.
Fig. 4 eine beispielhafte Mikroskopaufnahme einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht im Anschnitt, die mit einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Fig. 5 eine beispielhafte Mikroskopaufnahme einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht im Anschnitt, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Fig. 6 eine beispielhafte Mikroskopaufnahme einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht im Anschnitt, die mit einem nicht erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Fig. 7 eine beispielhafte Mikroskopaufnahme einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht im Anschnitt, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Fig. 8 eine beispielhafte Mikroskopaufnahme einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht im Anschnitt, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Schrittes c) des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform. Zu erkennen sind die zwei Kalanderwalzen 14a, 14b über die jeweils eine Trägerschicht 12a, 12b geführt wird. Im Walzenspalt und damit zwischen den zwei Trägerschichten 12a, 12b ist der Massenwulst der eingebrachten Polymermasse 10 dargestellt. Im Bereich des Kalanderspaltes wird somit ein Schichtsystem erzeugt, welches anschließend zwischen den zwei Kalanderwalzen 14a, 14b des Kalanders zu einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht ausgeformt wird.
Fig. 2 zeigt einen schematischen Vergleich der Querschnittsansichten der sich beim Kalandrieren ausbildenden Massenwulst im Vergleich für zwei unterschiedlich große Kalanderwalzen 14a, 14b bei unterschiedlichen Durchmessern der Massenwulst. Hierbei ist deutlich zu erkennen, dass sich bei gleichem Durchmesser der Massenwulst im Falle der kleineren Kalanderwalzen 14a, 14b kleine Querschnittsflächen der Massenwulst ergeben. Die in Fig. 2 im Vergleich dargestellten Kalander entsprechen in ihrem Größenverhältnis dabei in etwa dem Vergleich einer Walze mit einem Walzendurchmesser von 300 mm zu einem Walzendurchmesser von etwa 520 mm.
Fig. 3 zeigt lediglich beispielhaft Mikroskopaufnahmen von syntaktisch geschäumten Polymerschichten im Anschnitt (jeweils gleicher Maßstab), wobei die zwei linken und die zwei mittleren Aufnahmen an syntaktisch geschäumten Polymerschichten aufgenommen wurden, die mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugt wurden. Die zwei rechten Aufnahmen entsprechend hingegen syntaktisch geschäumten Polymerschichten, die mit der lösungsmittelbasierten Technologie hergestellt wurden. Aus diesem Vergleich ist ersichtlich, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafter- und überraschenderweise dünne Schichten mit Oberflächenrauigkeiten erhalten werden können, die mit den Oberflächenrauigkeiten von Schichten vergleichbar sind, die mittels der lösungsmittelbasierten Technologie hergestellt wurden (Ra von weniger als 1 bis 3 gm).
Die Fig. 4 bis 8 zeigen beispielhafte Mikroskopaufnahmen von syntaktisch geschäumten Polymerschichten im Anschnitt, wobei der eingezeichnete Größenmaßstab jeweils 20 gm entspricht. Die in Fig. 4 und 6 gezeigten syntaktisch geschäumten Schichten wurden dabei nicht mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, da ausschließlich Klanderwalzen mit einem größeren Durchmesser (520 mm) eingesetzt wurden, wohingegen die in Fig. 5, 7 und 8 gezeigten Schichten mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. Es ist deutlich zu erkennen, dass mit dem herkömmlichen Verfahren syntaktisch geschäumte Schichten erhalten werden, deren Oberflächenrauigkeit durch die hinaustretenden zumindest teilweise expandierten Mikroballons deutlich erhöht ist. Entsprechende syntaktisch geschäumte Polymerschichten werden für den Einsatz im Bereich der Klebetechnologie regelmäßig als unzureichend empfunden. Im Gegensatz hierzu zeigen die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Polymerschichten jeweils eine ausgezeichnete Qualität, bei der insbesondere nahezu keine Mikroballons aus der Oberfläche hinausstechen, da diese nahezu vollständig im Inneren der syntaktisch geschäumten Polymerschicht verbleiben.
Die in Fig. 7 vom Mikroskop eingetragenen Messwerte sind, von links nach rechts, 26,9 gm, 41 ,86 pm, 55,96 pm und 60,71 pm. Die in Fig. 8 eingetragenen Messwerte sind von links nach rechts 26,31 pm, 38,74 pm, 48,24 pm, 33,11 pm, 22,43 pm, 63,88 pm, 15,41 pm, 19,27 pm und 32,10 pm.
Die Fig. 1 und 2 veranschaulichen somit das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens, wohingegen die Fig. 3 bis 8 Eindrücke über die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit dem Stand der Technik zeigen.
Während die grundsätzlichen Machbarkeitsstudien und Stichproben mit verschiedenen Polymermassen und expansionsfähigen Mikroballons unterschiedlicher Größe durchgeführt wurden, wurden die systematischen Experimente zur Untersuchung der Zusammenhänge in branchenüblicher Weise mit einem für entsprechende Messreihen etablierten Polymermasse durchgeführt, die aufgrund ihrer Verarbeitungseigenschaften für entsprechende Versuche besonders geeignet ist.
Die in den nachfolgend offenbarten Experimenten eingesetzte beispielhafte Polymermasse umfasst:
49% Polyacrylat, 25% Vinylaromatenblockcolpolymer (Kraton 1118), Terpenphenpolharz (Dertophene T105), 0,3% Irganox 1726, 1 ,6% Levanyl N-FL, 0,1% Uvacure. sowie zumindest teilweise expansionsfähige Mikroballons der Sorte Expancel 920DU40 zu einem Anteil von 1 ,5%.
Die entsprechende Polymermasse wurde in einem kontinuierlichen Mischaggregat durch Vermischen der Polymermasse mit den unexpandierten Mikroballons hergestellt. Zunächst wurde die Polymermasse in drei verschiedenen Testaufbauten (TA) eingesetzt, die sich hinsichtlich der Walzendurchmesser und des applizierten Liniendrucks unterscheiden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Tabelle 1
Figure imgf000029_0001
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass sich mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren auch bei hohen Liniendrücken keine Schichtdicken von weniger als 175 gm realisieren lassen, zumindest nicht in einer für die weiteren Anwendungen akzeptablen Qualität. Im klaren Gegensatz hierzu ist zu erkennen, dass der Einsatz einer 300 mm durchmessenden Walze es selbst bei einem gegenüber den anderen Testaufbauten verringerten Liniendruck ermöglicht, sogar minimale Schichtdicken von lediglich 50 gm zu erreichen.
Anschließend wurden für unterschiedliche Walzendurchmesser und unterschiedliche Temperaturen der Walze bzw. der Polymermasse Experimente durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengestellt.
Tabelle 2
Figure imgf000030_0001
Die Experimente 1 bis 6 wurden bei einem Walzendurchmesser von 300 mm durchgeführt. Wie an der Dichte zu erkennen ist, handelt es sich jedoch nicht um syntaktisch geschäumte Polymerschichten, sodass die Experimente 1 bis 6 nicht das erfindungsgemäße Verfahren repräsentieren, sondern lediglich die grundsätzliche Machbarkeit von geringen Schichtdicken auch für ungeschäumte Systeme verdeutlichen. Die in Tabelle 2 zusammengestellten Daten für die Vergleichsexperimente 1 bis 6 zeigen nach Einschätzung der Erfinder auch, dass der Einsatz verkleinerter Walzendurchmesser möglicherweise auch für ungeschäumte Systeme vorteilhaft sein kann und die Darstellung von dünnen Schichtdicken in hoher Qualität auch in ungeschäumten System vorteilhaft beeinflussen kann. Die Experimente 7 bis 12 sind erfindungsgemäße Experimente, in denen bei unterschiedlichen Temperaturen der Walze und unterschiedlichen Dichten, d. h. unterschiedlichen Schäumungsgraden, ausgezeichnet dünne Schichtdicken realisiert werden konnten, die in der gleichen Größenordnung liegen wie in den Vergleichsexperimenten 1 bis 6. Im klaren Kontrast zu den vorteilhaften Schichtdicken, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren realisiert werden können, zeigen die Experimente 13 und 14 deutlich, dass mit dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik bei ansonsten vergleichbaren Bedingungen deutlich größere Schichtdicken erhalten werden. Um den Aspekt der Dichteverteilung zu untersuchen, haben die Erfinder in dem ansonsten gleichen Aufbau und unter Verwendung der ansonsten gleichen Bedingungen und Einsatz einer Walze mit einem Durchmesser von 300 mm die Größe der sich im Kalanderspalt einstellenden Massenwulst (bei gleicher Beschichtungsgeschwindigkeit) verändert und dabei eine große und eine kleine Massenwulst eingestellt. Dabei wurde beobachtet, dass die Standardabweichung der entlang der Beschichtungsbreite bestimmten Dichte bei kleineren Massenwülsten abnimmt, nämlich von etwa 39 kg/m3 für die große Massenwulst bis hin zu einer Standardabweichung von lediglich etwa 15 kg/m3 für die kleine Massenwulst. Bei diesen Experimenten haben die Erfinder realisiert, wie groß der Unterschied in der Verweilzeit im Kalanderspalt für unterschiedliche Flottendurchmesser der Massen im Kalanderspalt ist. Unter Annahme einer Walze mit einem Durchmesser von 300 mm bedeutet ein Flottendurchmesser von 10 mm eine Verweilzeit von etwa 5 Sekunden, wohingegen ein Flottendurchmesser der Masse im Kalanderspalt von 50 mm bereits einer Verweilzeit von knapp 70 Sekunden entspricht.
In weiteren Experimenten der Erfinder hat sich bestätigt, dass die Schäumung der Polymermasse und der Schäumungsprozess umso homogener verlaufen, je geringer die Massenwulst und dabei die Verweilzeit der Klebmasse im Walzenspalt ist, die sich über den Walzendurchmesser beeinflussen lassen. Über den Aspekt von guten Oberflächeneigenschaften und dünnen mittleren Schichtdicken hinaus, erweist sich das erfindungsgemäße Verfahren somit auch in dieser Hinsicht als besonders vorteilhaft. In Experimenten mit einer konstanten Beschichtungsgeschwindigkeit und einem konstanten Liniendruck wurde eine syntaktisch geschäumte Polymerschicht hergestellt, deren Dichte an verschiedenen Stellen entlang der syntaktisch geschäumten Polymerschicht, im Abstand von 4 cm zueinander, bestimmt wurde. Insoweit wurden zwei Durchgänge für ein herkömmliches Verfahren gemäß dem Stand der Technik durchgeführt, welches bei beiden Walzen einen Walzendurchmesser von 520 mm aufweist und ein erfindungsgemäßes Beispiel, in dem zwei Kalanderwalzen mit einem Durchmesser von 300 mm eingesetzt wurden. Im Vergleichsbeispiel 1 lag die bestimmte Dichte zwischen 906 und 825 kg/m3. Die Standardabweichung der Dichte betrug etwa 15 kg/m3. Im zweiten Vergleichsbeispiel lag die bestimmte Dichte zwischen 818 und 898 kg/m3, wobei die Standardabweichung etwa 17 kg/m3 betrug. Im klaren Gegensatz hierzu betrug die Spanne der im erfindungsgemäßen Verfahren bestimmten Dichte 781 bis 801 kg/m3 und die Standardabweichung der Dichte lediglich etwa 7 kg/m3.
Aus diesen Daten ist ersichtlich, dass die Standardabweichung hinsichtlich der Schichtdichte durch den Einsatz kleinerer Kalanderwalzen halbiert werden konnte. Im Zuge dieser Experimente haben die Erfinder auch erkannt, dass die kurze Verweilzeit der Polymermasse im Kalanderspalt insbesondere für temperatursensitive Polymermassen, beispielsweise solche, die noch nachvernetzen, bei denen die Massentemperatur nicht beliebig hoch gewählt werden kann, ohne dass es zu unerwünschten Eigenschaftsänderungen kommt, vorteilhaft ist.
Als weiterer Vorteil hat sich erwiesen, dass durch das geringere Massenvolumen im Kalanderspalt mit weniger Gegendruck beschichtet werden kann, der durch die zu beschichtende Polymermasse im Kalander entsteht. Dies ist insbesondere mit Blick auf die Prozessstabilität der Mikroballons, den eigentlichen Schäumungsprozess, die Prozessstabilität des gesamten Beschichtungsprozesses und die mechanische Abnutzung am Beschichtungskalander vorteilhaft.
Bezuaszeichen
10 Polymermasse 12a-b Trägerschichten
14a-b Kalanderwalzen

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Ausformen einer syntaktisch geschäumten Polymerschicht, umfassend die Schritte: a) Herstellen oder Bereitstellen einer Polymermasse (10) umfassend eine Vielzahl von zumindest teilweise expandierten Mikroballons, b) Einbringen der Polymermasse (10) zwischen zwei Trägerschichten (12a, 12b) zum Erzeugen eines Schichtsystems, und c) Kalandrieren des Schichtsystems zwischen zwei Kalanderwalzen (14a, 14b) eines Kalanders zum Ausformen der syntaktisch geschäumten Polymerschicht zwischen den Trägerschichten (12a, 12b), wobei zumindest eine der Kalanderwalzen (14a, 14b) einen
Walzendurchmesser im Bereich von 200 bis 400 mm aufweist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die syntaktisch geschäumte Polymerschicht eine mittlere Oberflächenrauigkeit Ra von weniger als 10 pm, bevorzugt von weniger als 6 pm, besonders bevorzugt von weniger als 3 pm, aufweist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Kalander ein Zwei-Walzenkalander ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die beiden Kalanderwalzen (14a, 14b) einen Walzendurchmesser im Bereich von 200 bis 400 mm, bevorzugt im Bereich von 250 bis 350 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 280 bis 320 mm, aufweisen, wobei die beiden Kalanderwalzen (14a, 14b) ganz besonders bevorzugt im Wesentlichen den gleichen Walzendurchmesser aufweisen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Trägerschichten (12a, 12b) eine mittlere Dicke im Bereich von 50 bis 100 pm oder im Bereich von 100 bis 150 pm, bevorzugt im Bereich von 100 bis 150 pm, aufweisen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren so betrieben wird, dass sich für die Polymermasse (10) eine mittlere Verweilzeit im Bereich des Walzenspalts der Kalanderwalzen (14a, 14b) im Bereich von 0,5 bis 50 s, bevorzugt 1 bis 30 s, besonders bevorzugt 2 bis 10 s, liegt
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Polymermasse (10) eine Klebemasse, bevorzugt eine Haftklebemasse, ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Polymermasse (10) zumindest teilweise expandierte Mikroballons in einem Massenanteil von 0,1 bis 10 %, bevorzugt 0,2 bis 5 %, besonders bevorzugt 0,5 bis 2,5
%, umfasst, bezogen auf die Gesamtmasse der Polymermasse (10).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die syntaktisch geschäumte Polymerschicht eine mittlere Dicke im Bereich von 20 bis 180 gm, bevorzugt im Bereich von 30 bis 150 gm, besonders bevorzugt im Bereich von 40 bis 120 pm, aufweist, wobei die syntaktisch geschäumte
Polymerschicht besonders bevorzugt eine mittlere Dicke von weniger als 100 pm aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Polymermasse (10) in Schritt b) zwischen zwei Trägerschichten (12a, 12b) eingebracht wird, die jeweils über eine der Kalanderwalzen (14a, 14b) des Kalanders durch den Walzenspalt geführt werden, so dass das Schichtsystem im Bereich des Walzenspalts der Kalanderwalzen (14a, 14b) erzeugt wird, wobei die Polymermassenwulst im Bereich des Walzenspalts der Kalanderwalzen (14a, 14b) im orthogonal zur Laufrichtung betrachteten Querschnitt vorzugsweise eine Fläche von weniger als 800 mm2, bevorzugt weniger als 600 mm2, besonders bevorzugt weniger als 400 mm2 aufweist.
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