DE102009041375A1

DE102009041375A1 - Laminierverfahren und dazu gehörige Vorrichtung

Info

Publication number: DE102009041375A1
Application number: DE102009041375A
Authority: DE
Inventors: Thomas Walther
Original assignee: Steinemann Technology AG
Current assignee: Steinemann Technology AG
Priority date: 2009-09-12
Filing date: 2009-09-12
Publication date: 2011-03-31

Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laminieren zweier Lagen mit einem feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoff, wobei dieser vor dem eigentlichen Laminiervorgang mit einer elektrostatischen Befeuchtungseinrichtung befeuchtet wird. Die Vorteile der elektrostatischen Befeuchtung eines feuchtigkeitsvernetzenden Klebstofffilms liegen auf der Hand. Durch die in dem elektrostatischen Feld gerichtete Befeuchtung können keine oder nur in einem geringen Maße vagabundierende Aerosole auftreten, die zu unerwünschten Nebenreaktionen, z. B. im Klebstoffauftragswerk, führen. Ferner werden die Feuchtigkeitsaerosole in dem elektrischen Feld beschleunigt, so dass sie in den Klebstofffilm eindringen und somit für eine gleichmäßigere Durchfeuchtung ohne störende Feuchtigkeitsfilmbildung sorgen. Dies führt zu einer schnelleren und gleichmäßigeren Vernetzung des feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoffs, ohne dass es zu Anhaftungsproblemen des Klebstofffilms an einer der Materiallagen durch störende Feuchtkeitsfilme kommt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kaschieren zweier Lagen von Materialien mit einer geringen Wasserdampfdurchlässigkeit.
Aus dem Stand der Technik sind Kaschieranlagen bekannt, bei denen auf eine Folienbahn ein Polyurethanklebstoff (PUR-Klebstoff) aufgetragen wird, die mit Klebstoff beschichte Folienbahn anschliessend in einen Kaschierspalt geführt und im Kaschierspalt unter Druckeinwirkung mit einer zweiten Materialbahn bzw. Materialbogen verbunden wird. Eine solche Anlage wird unter anderem von der Firma Steinemann Technology AG, St. Gallen Schweiz unter dem Handelsnamen Lotus SF angeboten.
Polyurethan-Klebstoffe sind als 1- oder 2-Komponenten-Klebstoffe erhältlich, welche durch Polykondensation oder Polyaddition aushärten können. Die Einkomponenten-PUR-Klebstoffe härten unter Zugabe von Luftfeuchtigkeit und/oder Wärme aus. Es besteht die Möglichkeit, beide Aushärtemechanismen zu verbinden, so dass eine erste Handlingsfestigkeit durch die Luftfeuchtigkeitshärtung, die Endfestigkeit der Verklebung aber erst unter Wärmeinwirkung eintritt
Einkomponenten-Klebstoffe auf Basis Polyurethan reagieren folglich mit Wasser bzw. Wasserdampf aus. Sie sind reaktive, feuchtigkeitsvernetzende Klebstoffe. Prinzipiell lässt sich die Notwendigkeit einer ausreichenden Feuchtigkeitszufuhr auch bei anderen feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoffen feststellen. Bei der Kaschierung von Folie auf Papier und Karton, wie Sie in der Veredelung von Druckprodukten angewandt wird, reicht die Papier bzw. Karton enthaltene Feuchtigkeit für eine Reaktion aus.
Kritischer stellt sich die Lage dar, wenn beide Materialien, die zu einem Laminat verbunden werden, nicht oder nur in einem geringen Masse hygroskopisch bzw. beide Materialien eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit aufweisen. Dies ist unterem der Fall, wenn die Materialkombination Kunststofffolie/Kunststofffolie oder Kunststofffolie/Metallblech miteinander zu einem Laminat verbunden werden. Eine Aushärtung des Klebstoffs auf der Basis von Polyurethan findet dann in der Regel nicht statt oder die Trocknung wird auf das wirtschaftliche Mass hinaus verlängert. So wird von Aushärtzeiten feuchtigkeitsvernetzender Klebstoffe bis zu 3 Tage berichtet. Da das Laminat bis zu dem Zeitpunkt ausreichender Härtung nicht weiter verarbeitet werden kann, ist die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens durch lange Durchlaufzeiten und grosse Zwischenlager beeinträchtigt.
In diesem Fall empfiehlt die EP 0 346 512 A1 auf einen oder beide Lagen, die später zu einem Laminat verbunden werden sollen, mit einer Sprühdüse Wasserdampf oder Wasser aufgetragen wird. Bei der Lage, die den Klebstoff trägt, kann der Feuchtigkeitsauftrag vor oder nach dem Kleberauftrag erfolgen.
Das Aufsprühen von Wasserdampf bzw. Wasser, wie es in der EP 0 346 512 A1 , vorgeschlagen wird, erweist sich aber prozesstechnisch als sehr kritisch. Der Wasserdampf der Sprühdüsen kann verwirbeln und in die Umgebungsluft vagabundieren. Dies kann zu einer langsamen Steigerung des Feuchtegehalts der Umgebungsluft führen und somit zu unerwünschten Neben-Reaktionen, z. B. im Klebstoffauftragswerk, führen.
Prinzipiell kann dieses Vagabundieren des Wasserdampfs während des Feuchtmittelauftrags mit Sprühdüsen durch eine Umgebungs-Absaugung vermieden werden, was aber bei den geringen benötigten Auftragsmengen und der damit geringen Tröpfchengrösse technisch schwierig zu realisieren ist. Ein Grossteil des feinen Feuchtigkeitsnebels würde durch die Absaugung verwirbelt und sogar abgesaugt werden. Dies führt zu einer partiell ungleichmässigen Benetzung und somit zu ungleichförmigen Aushärtungsvorgängen.
Ein weiteres Problem bei hohen Bahngeschwindigkeiten der Folie stellt die laminare Luft-Strömung auf der Folienbahnoberfläche dar, die verhindert, dass der Wasserdampf ungehindert auf die Bahn- oder Substratoberfläche gelangt.
Das Aufsprühen eines Wasserfilms auf beide oder eine Lage des Laminats vor dem Klebstoffauftrag birgt Gefahren, da bei einem zu hohen Feuchtigkeitsauftrag einen geschlossenen Feuchtfilm bilden kann, der die Klebstoffannahme auf der jeweiligen Lage beeinflussen kann. Ziel sollte es daher sein, nicht nur an einer Grenzlage Feuchtigkeit aufzutragen, sondern den Polyurethan-Klebstofffilm mit einer geringen Menge Feuchtigkeit vollständig zu durchdrängen.
Vorrichtungen zu Befeuchtung einer Materialbahn in einem elektrostatischen Feld sind in der Druckindustrie für das Wiederbefeuchten von getrockneten Papierbahnen bestens bekannt. Dem Papier muss die entnommene Feuchtigkeit wieder zugeführt werden, damit es seine Elastizität wieder erhält. Ansonsten würde in dem Druckvorgang nachgeordneten Weiterverarbeitungsvorgängen, zum Beispiel beim Falzvorgang, das Papier brechen. Ein gattungsgemässer Vertreter dieser Art von Wiederbefeuchtungsanlagen ist unter anderem in der EP 1 233 834 B1 offenbart.
Diese Applikation von Feuchtigkeit auf eine Materialbahn führt zu einem Eindringen der Feuchtigkeit in die Materialbahn und auch bei hohen applizierten Wassermengen von 2,5 g/m2 zu keinerlei Oberflächenwasser auf der Materialbahn. Der Wassernebel wird durch das elektrostatische Feld influenziert und auf die Materialbahn gelenkt. Vagabundierende Feuchtigkeitsaerosole aufgrund der laminaren Strömung auf der Materialbahnoberfläche und sonstige äussern Einwirkungen auf das versprühte Medium werden vermieden. Diffizil einzustellende Absaugungen können entfallen.
Ziel der Erfindung ist es daher für den Bereich der Bildung eines Laminats aus mindestens zwei Lagen mit einem Feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoffs, z. B. eines Polyurethanklebstoffes, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die den Klebstofffilm auf einer ersten Materiallage vor dem Zusammenfügen mit der zweiten Lage derart mit Feuchtigkeit versorgt, dass der Klebstofffilm benetzt und ein gewisser Anteil des Feuchtigkeit in den Klebstofffilm eindringt. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine dazu gehörige Vorrichtung nach Anspruch 11 erfindungsgemäss durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.
Zweckmässige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die erfindungsgemässe Lösung wurde gefunden, indem das bekannte Verfahren der elektrostatischen Wiederbefeuchtungen von Materialbahnen in einem neuen Anwendungsgebiet angewandt wird. Die Befeuchtung eines feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoffilm vor dem Laminiervorgang in einem Kaschierspalt einer Laminiermaschine ist in der Regel nur notwendig, wenn beide Materiallagen, die später das Laminat bilden, geringe hygroskopische Eigenschaften und/oder eine geringe Wasserdampfdurchlässigkeit aufweisen. Das Ziel der Wiederbefeuchtung ist daher nicht, wie in der EP 1 233 834 B1 eine Befeuchtung der Materialbahn, sondern des darauf befindlichen feuchtigkeitsvernetzenden Klebstofffilms. Die Materialbahn (Lage) selber kann in diesem Fall keine oder nur in einem geringen Masse Feuchtigkeit aufnehmen.
Die Vorteile der elektrostatischen Befeuchtung eines feuchtigkeitsvernetzenden Klebstofffilms liegen auf der Hand. Durch die in dem elektrostatischen Feld gerichtete Befeuchtung können keine oder nur in einem geringen Masse vagabundierende Aerosole auftreten, die zu unerwünschten Nebenreaktionen, z. B. im Klebstoffauftragswerk führen. Ferner werden die Feuchtigkeitsaerosole in dem elektrischen Feld beschleunigt, so dass sie in den Klebstofffilm eindringen und somit für eine gleichmässigere Durchfeuchtung ohne störende Feuchtigkeitsfilmbildung sorgen. Dies führt zu einer schnelleren und gleichmässigeren Vernetzung des Feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoffs, ohne dass es zu Anhaftungsproblemen des Klebstofffilms an einer der Materiallagen durch störende Feuchtigkeitsfilme kommt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung (1) erläutert, die ein schematisches Funktionsbild durch die die erfindungsgemässe Vorrichtung darstellt.
In einer ersten erfindungsgemässen Laminiervorrichtung wird ein bahnförmiges Beschichtungsmaterial (Lage 1 des späteren Laminats) (1) in einer Beschichtungseinrichtung (2) einseitig mit einem Klebstoff versehen, wobei das bahnförmige Beschichtungsmaterial (1) mit dem darauf befindlichen Klebstoffilm in den Kaschierspalt eines Kaschierwerkes, gebildet aus Kaschier- (9) und Gegendruckwalze (10), eingeführt wird und dort unter Druck und gegebenenfalls Wärmeeinwirkung mit einem zweiten Trägermaterial (Lage 2 des späteren Laminat) (11) mit Hilfe des auf dem bahnförmigen Materials (Lage 1) (1) befindlichen Klebstoffilm verklebt wird. Das Trägermaterial (Lage 2) (11) wird von einer zweiten Zuführeinrichtung (nicht dargestellt) dem Kaschierspalt zugeführt.
Alternativ kann der Klebstoffilm auch auf das Trägermaterial (Lage 2 des späteren Laminats) (11) oder auf beide Lagen (1, 11) durch eine Beschichtungseinrichtung aufgetragen werden (nicht zeichnerisch dargestellt).
Die Beschichtungseinrichtung (2) ist in diesem Fall als ein Walzenauftragswerk dargestellt, kann aber auch eine Breitschlitzdüse, eine Sprühdüse oder ein anders für den Anwendungszweck geeignetes Auftragswerk sein.
Das bahnförmige Beschichtungsmaterial (Lage 1) (1) mit dem darauf befindlichen Klebstoffilm wird in der ersten erfindungsgemässen Ausführung unter einer Corona-Station, bestehend aus einer Ladeelektrode (3) und einer Gegenelektrode (4), wobei dem bahnförmigen Beschichtungsmaterial (1) mit dem drauf befindlichen Klebstofffilm hindurchgeführt, wobei dem bahnförmigen Beschichtungsmaterial (Lage 1) (1) mit dem darauf befindlichen Klebstofffilm eine vorzugsweise positive Ladung aufgeprägt wird. Es ist aber auch möglich eine umgekehrte Polarität einzusetzen. Durch die Aufladung ergibt sich das mit 5 bezeichnete elektrische Feld. Das elektrisch geladene bahnförmige Beschichtungsmaterial (1) mit dem darauf befindlichen Klebstofffilm wird dann vorzugsweise geerdeten Wassersprühkopf (6) bzw. Wassersprühköpfen (6) zugeführt, die gegen die Bahnseite des bahnförmigen Beschichtungsmaterials (Lage 1) (1) wirken, die den Klebstofffilm trägt. Der Wassersprühkopf (6) bzw. die Wassersprühköpfe (6) bilden einen schematisch dargestellten Sprühkegel (7). Infolge der Influenz wirkt auf die Wasseraerosole eine mit 8 bezeichnete Feldkraft F ein, die diese förmlich in das Innere des auf dem bahnförmigen Beschichtungsmaterials (Lage 1) (1) befindlichen Klebstofffilms zieht. Das erfinderische Ziel einer gleichmässigen Durchfeuchtung des Klebstofffilms ohne das störende Vernebeln von Wasseraerosolen wird somit erreicht.
Alternativ kann das bahnförmige Beschichtungsmaterial (Lage 1) (1) vor der Beschichtungseinrichtung (2), die zum Auftragen des Klebstofffilms dient, aufgeladen werden.
In einer zweiten erfindungsgemässen Ausführung (nicht zeichnerisch dargestellt) wird das Trägermaterial (Lage 2) (11) in einer Beschichtungseinrichtung mit einem Klebstoffilm überzogen, das Trägermaterial (11) der Beschichtungseinrichtung in Produktionsflussrichtung nachgeordnet elektrisch aufgeladen und in einer gegenpolig geerdeten Wassersprühkopf besprüht. Das Trägermaterial wird nach dem Sprühvorgang in dem Kaschierspalt, gebildet aus Kaschier- (9) und Gegendruckwalze (10), eingeführt wird und dort unter Druck und gegebenenfalls Wärmeeinwirkung mit dem bahnförmigen Materials (Lage 1) (1) verklebt wird. In einer dritten erfindungsgemässen Ausführung tragen das bahnförmige Beschichtungsmaterial (Lage 1) (1) und das Trägermaterial (Lage 2) (11) einen Klebstoffilm, der mit elektrostatischer Unterstützung mit Wasseraerosolen besprüht wird.
Das Trägermaterial (11) kann ein tafelförmiges oder bahnförmiges Material darstellen. Es ist entweder ein Kunststoff- oder ein metallisches Substrat. Typische Materialien sind Metallbleche oder Kunststofftafeln. Das Trägermaterial kann selber schon ein Laminat darstellen, zum Beispiel eine Metall-Kunststoffverbindung oder eine Kunststoff-/Kunststoffverbindung,
Der bahnförmige Beschichtungsstoff (1) kann eine PVC-Folie, eine OPP-Folie oder eine jede andere für das Laminierverfahren geeignete Kunststofffolie sein. Alternativ kann das Beschichtungsmaterial auch ein bahnförmiges dünnes Blech, wie z. B. eine Aluminium oder Kupferblech sein.
Der erfindungsgemässe Klebstofffilm wird aus einem teilweise oder vollständig feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoffen gebildet. Im Wesentlichen sind dies Einkomponenten-PUR-Klebstoffe oder PUR-Hotmeltklebstoffe. Diese härten unter Zugabe von Luftfeuchtigkeit und/oder Wärme aus. Es besteht die Möglichkeit, beide Aushärtemechanismen zu verbinden, so dass eine erste Handlingsfestigkeit durch die Luftfeuchtigkeitshärtung, die Endfestigkeit der Verklebung aber erst unter Wärmeinwirkung eintritt
Einkomponenten-Klebstoffe auf Basis Polyurethan reagieren folglich mit Wasser bzw. Wasserdampf aus. Sie sind reaktive, feuchtigkeitsvernetzende Klebstoffe. Prinzipiell lässt sich die Notwendigkeit einer ausreichenden Feuchtigkeitszufuhr auch bei anderen feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoffen feststellen.
Die erfindungsgemässe Lösung ermöglicht das schnelle und Nebenwirkungsfreie Durchhärten von feuchtigkeitsvernetzenden Klebstofffilmen in Laminiermaschine. Dadurch können Laminate schneller weiter verarbeitet werden, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Laminierverfahrens wesentlich gesteigert wird.
Bezugszeichenliste

1: Bahnförmige Beschichtungsstoff
2: Klebstoffauftragsvorrichtung
3: Corona-Elektrode
4: Gegenelektrode
5: Feldkraft
6: Wassersprühdüse
7: Sprühkegel
8: Kraft
9: Kaschierwalze
10: Gegendruckwalze
11: Trägermaterial
12: Laminat

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0346512 A1 [0006, 0007]
EP 1233834 B1 [0011, 0015]

Claims

Verfahren zum Beschichten eines Trägermaterials (11) mit einem bahnförmigen Beschichtungsmaterial (1), wobei das Trägermaterial (11) mit dem bahnförmigen Beschichtungsmaterial (1) unter Aufbringung von Druckkräften und gegebenenfalls Wärme in einem Kaschierspalt eines Kaschierwerkes, gebildet aus einer Kaschier- (9) und einer Gegendruckwalze (10), mittels eines teilweise oder vollständig feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoffes verklebt wird, gekennzeichnet dadurch, dass vor dem Kaschiervorgang in dem Kaschierspalt des Kaschierwerkes der feuchtigkeitsvernetzende Klebstofffilm unter Einwirkung eines elektrostatischen Feldes, das von einer Vorrichtung zum elektrostatischen Aufladen erzeugt wird, von Wassersprühköpfen besprüht wird,
Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass der Klebstoff mittels einer Klebstoffauftragsvorrichtung (2) auf den bahnförmigen Beschichtungsstoff (1) und/oder auf das Trägermaterial aufgetragen wird,
Verfahren und dazu gehörige Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass Klebstofffilm mit einer Breitschlitzdüse, einer oder mehreren Sprühdüse/n, einem Walzenwerk oder einem Rakelwerk aufgetragen wird,
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Vorrichtung zum elektrischen Aufladen des bahnförmigen Beschichtungsstoff (1) und/oder des Trägermaterials (11), im Folgenden als Material bezeichnet, aus einer Ladeelektrode (3), die der Materialseite zugewandt ist, die den Klebstoffilm trägt, und einer Gegenelektrode (4) die unterhalb des Materials angeordnet ist, besteht, wobei das mit dem Klebstoff beschichtete Material zwischen Ladeelektrode (3) und Gegenelektrode (4) hindurch läuft,
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2 und 4, gekennzeichnet dadurch, dass der bzw. die Wasserprühkopf/-köpfe vorzugsweise geerdet sind,
Verfahren nach Anspruch 1 und mindestens einem weiteren der Ansprüche 2–5, gekennzeichnet dadurch, dass der bahnförmige Beschichtungsstoff (1) eine Folienbahn, zum Beispiel eine PVC- oder OPP-folie darstellt, die mit einem metallischen tafelförmigen Material, zum Beispiel einem Stahlblech, zu einem Laminat verbunden wird,
Verfahren nach Anspruch 1 und mindestens einem weiteren der Ansprüche 2–5, gekennzeichnet dadurch, dass der bahnförmige Beschichtungsstoff (1) eine Folienbahn, zum Beispiel eine PVC- oder OPP- Folie darstellt, die mit einem tafelförmigen Kunststoffmaterial zu einem Laminat verbunden wird,
Verfahren nach Anspruch 1 und mindestens einem weiteren der Ansprüche 2–5, gekennzeichnet dadurch, dass der bahnförmige Beschichtungsstoff (1) eine Folienbahn, zum Beispiel eine PVC- oder OPP-Folie darstellt, die mit einem tafelförmigen Glas- oder Keramikmaterial zu einem Laminat verbunden wird,
Verfahren nach Anspruch 1 und mindestens einem weiteren der Ansprüche 2–5, gekennzeichnet dadurch, dass der bahnförmige Beschichtungsstoff (1) eine Folienbahn, zum Beispiel eine PVC- oder OPP- Folie darstellt, die mit einem tafelförmigen Holzplatte zu einem Laminat verbunden wird,
Verfahren nach Anspruch 1 und mindestens einem weiteren der Ansprüche 2–9, gekennzeichnet dadurch, dass es sich bei dem feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoff um eine Polyurethan-(PUR-) oder Polyurethanschmelzklebstoff (PUR-Hotmelt) handelt,
Laminiermaschine, die zur Lamination eines Trägermaterials (11) mit einem bahnförmigen Beschichtungsmaterial (1) dient, wobei das Trägermaterial (11) mit dem bahnförmigen Beschichtungsmaterial (1) unter Aufbringung von Druckkräften und gegebenenfalls Wärme in einem Kaschierspalt eines Kaschierwerkes, gebildet aus einer Kaschier- (9) und einer Gegendruckwalze (10), mittels eines teilweise oder vollständig feuchtigkeitsvernetzenden Klebstoffes verklebt werden, der von einer Klebstoffauftragsvorrichtung (2) auf das bahnförmige Beschichtungsmaterial (1) und/oder das Trägermaterial (11) aufgetragen wird, gekennzeichnet dadurch, dass die Laminiermaschine eine oder mehrere Vorrichtungen zum elektrostatischen Laden des bahnförmigen Beschichtungsstoffes (1) und/oder des Trägermaterials (11) aufweist, wobei die Vorrichtung zum elektrostatischen Laden der Klebstoffauftragsvorrichtung (2) in Produktionsflussrichtung vor- oder nachgeordnet ist, und zusätzlich mindestens eine Sprüheinrichtung (6) aufweist, die einen Wasseraerosole auf die Klebstoffschicht aufbringt,
Laminiermaschine nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass sie eine Entstapelungseinrichtung zum Vereinzeln von stapelförmigen zugeführten tafelförmigen Trägermaterialien (11) aufweist,
Laminiermaschine nach Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, dass die Laminiereinrichtung eine Ausrichtstation aufweist, die es erlaubt die tafelförmigen Trägermaterialien (11) in Bewegungsrichtung und/oder seitlich auszurichten.