DE1960467A1 - Heissklebemasse - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE ^M

DIPL.-INQ. F. THIELEKE __ _FR|C|<. DR.-INQ. R. DDRINQ DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG . MÜNCHEN

Continental Can Company, Inc., 633 Third Avenue, Mew York 17, N.Y./USA

"Heißklebemasse"

Die Erfindung betrifft eine heißschmelzende Klebemasse, insbesondere zum Terbinden von faserartigen bahnenförmigen Werkstoffen , wie Papier, regenerierte Zellulose, textile Gewebe oder dgl.

Bei heißschmelzenden Klebemassen entsteht die Verbindung im Gegensatz zur .Bildung ύοώ Brücken oder zu anderen chemischen Reaktionen durch einfaches Abkühlen. Die Klebemassen bestehen vor dem Erhitzen aus thermoplastischen Substanzen. Die Anwendung heißschmelzender Kleber ist vorteilhaft, weil sie die gewünschten Verbindungen mit hohen Geschwindigkeiten erzeugen und weil vor der Herstellung der Verbindung keine flüchtigen Substanzen verdunsten müssen.

Ein Deicanntes Verfahren, n;jch dem heißschmelzende Klebemasse auf die jeweilige Unterlage aufgetragen werden kann, stellt das sog. "Heißacbmelzextrudierverfahren" dar. Bei diesem Verfahren wird die thermoplastische Klebemasse zunächst

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gescbmolzen. Danach wird das geschmolzene Material durch eine Form extrudiert, um einen Streifen oder Film geschmolzenen Materials zu erzeugen, der dann auf die unterlage aufgetragen wird. Bei einem anderen "bekannten Verfahren zum Auftragen der beißschmelzenden Klebemasse wird ein Auftragsrad oder eine Auftragsrolle verwendet, denen das geschmolzene Material aus einem geeigneten Torratsbehälter zugeführt wird. Bei diesen Verfahren werden Kosten für Lösungsmittel -vermieden. Viel größere Kostenersparnisse ergeben sich jedoch durch die Zeitgewinne, die infolge der Kürze der Zeit zwischen Auftrag und Verfestigung der heißschmelzenden Klebemassen erzielt werden.

Heißschmelzende Klebemassen sind für die Herstellung von Pappoder Kartonbehältern, wie Pappdosen mit Metallenden, Faltkartons, Wellpappkästen und Fibertrommeln, von großer Bedeutung. Bei der Herstellung dieser Behälter wird der Rumpf zunächst in die Quadrat- oder ßohrform überführt. Danach werden bestimmte Kanten des Pappzuschnittes, aus denen der Rumpf gefertigt wird, in Überlappstellung gebracht. Eine dichte Verbindung wird dadurch erzeugt, daß die zuvor mit einem Auftrag geschmolzener Heißklebemasse versehenen überlappten Kanten zusammengepreßt werden. Diese Arbeit kann von geeignet zusammenwirkenden Rollen oder dgl. ausgeführt werden, die zusätzlich je nach Erfordernis beim Herstellen der Klebverbindung gekühlt oder beheizt sein können.

Heißklebemassen für Pappbehälter müssen hohe Bindungskräfte

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gewährleisten, insbesondere auch unter harten Bedingungen, wie Stoß, hohe Feuchtigkeit, Druck und extremen Temperaturen, denen die Behälter "bei Transport und lagerung ausgesetzt sein können. In der !Fachwelt ist man ständig auf der Suche nach Heißklebemassen, die für den Einsatz unter den genannten Bedingungen bessere Eigenschaften aufweisen.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Heißklebeiaasse mit derartigen verbesserten Änwendungseigenschaften. Sie ist erfindungsgemäß als Mischung aus etwa 50 "bis 40 Gewichtsprozent Athylen-Yinylacetat-Copolymer, etwa 20 bis 30 Gewichtsprozent einer diroerisierten Harzsäure, etwa 20 bis 30 Gewichtsprozent eines chlorierten Terphenyles und etwa 8 bis 20 Gewichtsprozent eines Kohlenwasserstoffwachses zusaramengesetzt.

Die erfindungsgemäß zusammengesetzte Heißklebemasse besitzt überdurchschnittlich gute Bindungseigenschaften und ist innerhalb eines sehr weiten Umgebungstemperaturbereiches gegen | Hasse und Luftfeuchtigkeit resistent.

Das für dieerfindungsgemäß ausgebildete Heißklebemasse verwendete Äthylen-Yinylacetat-CopolyEier muß 10 bis 25% des Copolymergewichtes an eopolymerisiertem Vinylacetat enthalten. Klebemeassen mit einem Äthylen-Yinylacetat-Copolymer, das mehr als 28 Gewichtsprozent ^polymerisierten Vinylacetats enthält, erweisen sich als zn weich und weisen eine abnehmende Ver-

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BAD

träglichkeit mit Wachs und schlechtere Drucksetzeigenschaften auf. Die Verwendung eines Äthylen-Vinylacetat-Copolymeres mit weniger als 10 Gewichtsprozent copolymerisierten Vinylacetates führt zu Heißklebemassen mit geringer Elastizität und unzureichendem Dichtvermögen. Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Heißklebemasse werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn das Äthylen-Vinylacetat-Copolymer etwa 15 bis 20 Gewichtsprozent copolymerisierten Vinylacetats enthält.

Me für die erfindungsgemäß ausgebildete Heißklebemasse verwendeten Äthylen-Vinylacetat-Copolymere haben allgemein einen Schmelzindex im Bereich zwischen 50 bis 500 Gramm/ 10 Minuten (nach der ASIM-Methode B-1238-57 T bestimmt). A'tbylen-Yinylacetat-Copolymere mit einem über 500 liegenden Schmelzindex besitzen ein zu niedriges Molekulargewicht, um für die erfindungsgemäß ausgebildete Heißkleberaasse verwendet werden zu können. Pur die erfindungsgemäß ausgebildete Heißklebemasse bevorzugt verwendbare Äthylen-Vinylacetat— Copolymere besitzen einen Schmelzindex im Bereich zwischen i'OO bis 200.

Äthylen-Vinylacetat-Copolyraerbarze, die für die erfindungsgemäß ausgebildete Heißklebemasse verwendet werden können, sind im Handel erhältlich. Als Beispiel sei das Äthylen-Vinylacetat-Copolymerharz genannt, das unter der Bezeichnung "ELVAX 420" von der E.J.duPont Company erhältlich ist und die folgenden physikalischen Eigenschaften besitzt:

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Schmelzindex (ASTM D-1238) 125 - 175

^σ/ο Vinylacetat 18 - 20

Eigenviskosität bei 30⁰G . 0.54

Dichte bei 23°C 0.937 - 0.940 '

Erweichungspunkt (ASTM E-28) 100⁰G.

Die für die erfindungsgemäß ausgebildete Heißklebemasse verwendbaren chlorierten Terphenyle sind feste Harze, die etwa 50 bis 70 Gewichtsprozent chemisch gebundenen Chlors enthalten. Besonderen Vorzug beim Zusammensetzen der erfindungsgemäß ausgebildeten Heißklebemasse genießen chlorierte Terphenyle im Zustande fester Harze, mit e.twa 58 bis 68 Gewichtsprozent •Chlorgehalt und Erweichungspunkten im Bereich zwischen 95 bis 160⁰C.

Chlorierte Terphenyle für die Zusammensetzung der erfindungsgemäß ausgebildeten Heißklebemasse sind im Handel erhältlich. Ein Beispiel für ein handelsübliches,für die erfindungsgemäß ausgebildete Heißklebemasse verwendbares chloriertes Terphe-nyl ist das unter dem Namen "aROCHLOR 5460" von der Monsanto Chemical Company erhältliche Erzeugnis. Dieses Produkt ist ein festes harziges Material mit folgenden physikalischen Eigenschaften:

% Chlor . 58.5 bis 60.6

Säuregrad (mg KOH/g raax) 0.05

Erweichungspunkt ⁰C (ASTM E-28) 98-105

Dichte bei 25⁰C 1.670

Destillationsbereich ⁰G (ASTM D-20) 280 - 335

(5 mm Hg). _₆_

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Die Kohlenwasserstoffwachse, die für die Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Heißklebemasse verwendet werden können, haben im Bereich zwischen 65 bis 12Q⁰C liegende Schmelzpunkte. Sie umfassen Paraffin und mikrokristalline Wachse, synthetische Wachse und Mischungen derselben. Paraffinwachs ist ein Gemisch fester Kohlenwasserstoffe, das durch fraktionierte Überkopfdestillation "bei der Destillation von Petroleum erhalten wird. Nach der Reinigung enthält das Paraffinwachs Kohlenwasserstoffe, die unter folgende Formel fallen:

^G23^H48 ~ ^C35^H72.

Dieses Paraffinwachs ist ein nahezu farbloses, hartes und lichtdurchlässiges Material, dessen Schmelzpunkt gewöhnlich zwischen 51 und 73⁰C liegt. Mikrokristallines Wachs erhält man aus den nicbtdestillierbaren Rückständen der fraktionierten Destillation des Petroleums. Es unterscheidet sich vom Paraffinwachs dadurch, daß es Kohlenwasserstoffzweige höheren Molekulargewichtes "besitzt. Es ist wesentlich plastischer als Paraffinwachs, und der Schmelzpunkt liegt gewöhnlich zwischen 65 und 92⁰G.

i'ür die Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Heißklebemasse ist bevorzugt ein Kohlenwasserstoffwachs verwendbar, das als synthetisches Wachs duxoh die Hydrierung von Kohlenmonoxyd nach dem Pischer-Tropsch-Verfahren gewonnen wird. Bei Wachsen dieser Art liegt der Schmelzpunkt zwischen 81 und 103⁰C. Ein Beispiel für ein im Handel erbauliches Kohlenwasserstoffwachs, das nach dem Fischer-Tropsch^Verfahren hergestellt

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wird, ist das unter dem Hamen "Paraflint RG-" erhältliche Erzeugnis der Moore and Munger Inc. Dieses Erzeugnis hat folgende Eigenschaften:

Schmelzpunkt 153°C

Erstarrungspunkt 95 C

Nadelpenetration hei 23⁰C 1,5

Dichte hei 23⁰C . 0*945

Viskosität hei 120⁰C 9.5 Centipoise

% Ölgehalt 0.5 (j

Säurezahl Ni 1.

Die für die Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Heißklehemasse verwendeten dimerisierten Harz- oder KoIophonsäuren besitzen, wie angenommen wird, folgende Strukturformel:

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Dimerisierte Harz- oder Kolophonsäuren, die für die erfindungsgemäß ausgebildete Heißklebemasse verwendet werden können, sind fertig im Handel erhältlich. Ein derartiges Produkt ist

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das unter dem Namen "Dymerex Harz" von der Hercules Inc. erhältliche Erzeugnis. Es besitzt die folgenden physikalischen Eigenschaften?

Erweichungspunkt (ASTM Ring und Kugel) 141⁰C Säurezahl 135

Verseifungszahl 145

Dichte bei 20⁰C 1.069.

Bei der Herstellung der erfindungsgemäß ausgebildeten Heißklebemasse ist es ein kritischer Gesichtspunkt der Erfindung, daß die Zusammensetzung etwa 50 bis 40 Gewichtsprozent Ithylen-Vinylacetat-Gopolymer und etwa 20 bis 30 Gewichtsprozent dimerisierte Harz- bzw. Kolophonsäure enthält. Wenn der Anteil an Äthylen-Vinylacetat-Copolymer und an dimerisierter Harz- bzw. iColophonsäure unter dem angegebenen Bereich liegt, dann ergeben sich Heißklebemassen, deren Flexibilitätsverhalten und Zugeigenschaften im Hinblick auf die für die praktischen Einsatzbedingungen erforderliche Drucksetzeigenschaft nicht annehmbar, d.h. unzulässig 'sind. Wenn die genannten Materialien hingegen in oberhalb der angegebenen Grenzen liegenden Anteilen verwendet werden, dann entstehen Heißklebemassen mit zu schlechter Viskosität und zu schlechten FließeigenscbaftenjUm die günstigsten Widerstandswerte gegen .Feuchtigkeit auf der Pappunterlage zu erzielen.

Die.erfindungsgemäß zusammengesetzte Heißklebemasse muß

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tHSP£CT£D

wenigstens 8 Gewichtsprozent,generell zwischen 8 und 20 Gewichtsprozent, iCohlenwasserstoffwachs enthalten, damit annehmbare Dampfdiffusionseigenscbaften erzielt werden.

Das chlorierte Terpbenyl wird der Mischungszusammensetzung als Verträglicbkeitsagenz hinzugefügt. Es sollte in einer Menge von wenigstens 20 Gewichtsprozent, generell etwa im Anteil von 20 Ms 30 Gewichtsprozent, "beigefügt werden, um aus dem Äthylen-Yinylacetat-Copolymer, der dimerisierten Harz- bzw. Kolphonsäure und dem Kohlenwasserstoffwachs ein homogenes Gemisch erzeugen zu können.

Die erfindungsgemäß ausgebildeten Zusammensetzungen sind homogene Gemische, die dadurch erzeugt werden können, daß die einzelnen Komponenten in herkömmlichen Mischern verarbeitet werden. Hierzu können ummantelte Knetmischer, RoIlmiecher oder JPlügelradmiscber dienen, in die die Polymere durch Extrudieren oder Einfließen bei Temperaturen zwischen 100 bis 200⁰C eingebaut werden. I

Zum Auftragen auf eine Papierunterläge, wie etwa Rumpfpappe, wird die Heißklebemasse auf eine Temperatur im Bereich zwischen 175 und 200⁰G erhitzt und auf eine der beiden zu verbindenden Oberflächen aufgetragen. Die Dicke, in welcher der Film der Heißklebemasse aufgetragen wird, kann im Bereich zwischen 39 und 5Ö.5 gr pro Quadratmeter liegen.

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- ίο -

Die erfindungsgemäß zusammengesetzten Heißklebemassen können zahlreiche Additive enthalten, z.B. Füller, organische und anorganische Pigmente und Antioxydationsmittel. Solche Additiva sind hinlänglich bekannt und können der erfindungsgemäß zusammengesetzten Heißklebemasse in Mengen, die dem Fachmann geläufig sind, zugefügt werden, ohne die Bindungseigenschaften der Heißklebemasse zu beeinträchtigen. Beispiele für derartige Additiva sind: Butylhydroxytoluol, 2,2-Metbylen-bis (4-Methyl, 6-Textbutyl)phenyl, Aluminiumpuder, Kaolin", Titandioxyd und dgl.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne sie jedoch in irgendeiner Weise einzuschränken.

Es wurd eeine Heißklebemasse bereitet, die sich aus den folgenden Ingredienzien in den genannten Mengenanteilen zusammensetzte:

Ätbylen-Yinylacetat

Copolymer (ELVAX 420) 33.3$

Dimerisierte Harzsäure

(DYMEREX RESIN - 25.0«/)

Chloriertes Terphenyl

(AROCHLOR 5460) 25.0^-

Kohlenwasserstoffwachs

(PARAi¹LINT RG) 16..7#.

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Herstellen wurde zunächst eine Mischung aus Kohlenwasserst off wachs und chloriertem lerphenyl in einem Kessel, der mit einem langsam laufenden Mischer ausgerüstet war, auf 120⁰C erhitzt. Das Mischen wurde 30 Minuten lang fortgesetzt, his sich eine blasenfreie lösung ergah. Zu dieser Mischung wurde dann die dimerisierte Harzsäure hinzugefügt und die Temperatur im Kessel auf 150⁰C gesteigert. Das Geroisch wurde hei dieser Temperatur so lange vom Mischer bearbeitet, bis die dimerisierte Harzsäure zerteilt und aufgelöst war.

Dem Gemisch, das die aufgelöste Harzsäure enthielt, wurde dann das Athylen-Vinylacetat-Copolymer hinzugefügt. Danach wurde erneut für die Dauer von 30 Minuten gerührt, um alle Materialien sorgfältig zu vermischen. Das homogene Gemisch wurde dann in die 3?orm von Barren vergossen, indem das geschmolzene Gemisch in Pfannen mit Tetrafluoräthylenbeschichtung gekippt und durch Abkühlung zum Erstarren gebracht A

wurde. Es ergab sich eine Heißklebemasse in lOrm eines festen homogenen Gemisches mit folgenden Eigenschaften:

Brookfield-Viskosität (20 BPM) Centipoise

19O⁰C 1350

180⁰C 1720

170⁰C 2200

160⁰C 2900

150°C 3700

HO⁰C 4ö00

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Erweichungspunkt (Ring und Kugel) 1O5°C

Spezifische Wärme 0.5 kcal/kg°G

Wärmeleitfähigkeit 0.496 kcal/mb ⁰O

Flammpunkt (nach Cleveland

offener Becher) 268°C

feuchtigkeits-Dampfdiffusionsgeschwindigkeit in (Gramm/645.16 cm /24 b
"bei 37,4⁰C und 95$ relativer Luftfeuchtigkeit "bei einem 1 mm dicken PiIm) . 0.72 bis 0.74.

™ Die Klebeeigenschaften dieser Heißklebemasse wurde durch folgende Versuche erprobt:

Der erste Versuch war der Reißversuch. Es wurde dazu eine Probe aus 21-kg Kraftpapier,· das in Streifen von 2,54 x 15,24 cm Größe zerschnitten wurde, verwendet. Ein Streifen wurde auf einer Seite mit einer 2 mm starken Schicht der heißen Heißklebemasse versehen. Der Auftrag besaß eine Länge von 5«08 cm und eine Breite von 2.54 cm. Es wurde ein zweiter ti* Papierstreifen aufgelegt. Die so erhaltene Probe bestand aus zwei Papierstreifen, die längs ihrer Berührungsfläche auf

ρ
einer Fläche von 12.9 cm Größe miteinander verbunden waren. Zur Bestimmung der Klebeigenschaften wurden die freien Enden der Probe bzw. der Papierstreifen erfaßt und langsam in entgegengesetzter Richtung rechtwinklig zur Klebverbindung auseinandergebogen. Eine reißfeste Klebverbindung liegt dann vor, wenn bei dieser Probe das Kraftpapier, nicht aber.die Klebverbindung, nachgibt. Der Versuch wurde sowohl bei Raumtemperatur als auch bei einer Semperatur von -32 C durch-

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geführt. Die letztgenannte Temperatur wurde gewählt, um die Sprödigkeit bei der tiefsten Temperatur zu erfassen, der die Klebverbindung ausgesetzt werden könnte.

Der zweite Versuch wurde als Ablösungskriechprobe durchgeführt. Bei diesem Versuch wurde eine 5.08 cm Überlappverbindung von 2.54 x 15.24 cm großen Streifen des 21 kg-Kraftpapiers hergestellt. Die Probe wurde auf einer Fläche von

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12.9 cm geklebt, die Dicke des Klebauftrages betrug 1 bis 2 mm. Der Streifen wurde an einem Ende für die Dauer einer halben Stunde in einem Ofen bei 59.4°C aufgehängt und ein Gewicht von 300 gr an den anderen Streifen gehängt. Dabei darf sich kein Anzeichen einer Lösung der beiden Papiere zeigen, wenn die Probe den Versuch erfolgreich bestanden baben soll.

Die Heißklebemasse in der im Beispiel angegebenen Zusammensetzung wurde auf das 21 kg-Kraftpapier aufgetragen und den genannten beiden Prüfungen unterzogen. Beim Heißversuch ergab sich sowohl bei Zimmertemperatur als auch bei -32⁰C eine gute Reißfestigkeit.

Bei der Kriechprobe konnte nach einer halben Stunde bei 59.4°0 kein Anzeichen einer Ablösung festgestellt werden.

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Claims (5)

1. -H-

   Patentansprüche

   Heißklebemasse in Form eines homogenen Gemisches, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung ι

   a) etwa 30 bis 40 Gewichtsprozent eines Ätbylen-Yinylacetat-Copolymeres

   b) etwa 20 bis 30 Gewichtsprozent dimerisierte Harzbzw. Kolophonsäure

   c) etwa 20 bis 30 Gewichtsprozent chloriertes Terphenyl

   d) etwa 8 bis 20 Gewichtsprozent Kohlenwasserstoffwachs.
2. 2. Klebemasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des Ätbylen-Yinylacetat-Copolymeres zwischen 15 bis 25 Gewichtsprozent beträgt.
3. 3. Klebemasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Chlorgehalt des chlorierten Terphenyles 58 bis 68°/> beträgt.
4. 4. Klebemasse nach Anspruch 1, d durch gekennzeichnet, daß als Kohlenwasserstoffwachs ein synthetisches Wachs mit einem Schmelzpunkt zwischen 81 mid 103°C vorgesehen ist, das durch die Hydrierung von Kohlenmonoxyd nach dem IPischer-Tropsch-Yerfahren gewonnen wird.
5. 5. Schichtkörper, dadurch gekennzeichn et, daß er im wesentlichen aus Papierunterlagen besteht, die

   - mittels einer Klebemasse nach Anspruch 1 verbunden sind.

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   BAD ORSGiHAL