DE19845427A1 - Vorrichtung zum Aufbringen eines fließfähigen Mediums auf eine bewegte Oberfläche und deren Verwendung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zum Aufbringen eines fließfähigen Mediums (2, 2') aus einer Vorratskammer (7, 8) auf eine an der Vorrichtung entlangbewegte Oberfläche (6) sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung beschrieben. Die Vorratskammer (7, 8) deckt die Oberfläche (6) unter Ausbildung eines Dichtspaltes (14) sowie eines Austrittsspaltes (18) teilweise ab. Um die Bildung von Luftbläschen im Medium (2, 2') zu vermeiden, wird vorgeschlagen, die Vorratskammer (7, 8) in eine Vorkammer (7) und eine Hauptkammer (8) zu unterteilen. Zwischen den Kammern ist ein Trennelement (10) angeordnet, daß zusammen mit der Oberfläche (6) einen Trennspalt (15) begrenzt. Hierdurch wird ein Eintreten von Luftbläschen und eine Schaumbildung in der Hauptkammer (8) vermieden. Die Vorrichtung ist insbesondere zum Aufbringen einer Polymerisatdispersion auf die Oberfläche (6) geeignet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen eines fließfähigen Mediums aus einer Vorratskammer auf eine an der Vorrichtung entlang bewegte Oberfläche, wobei die Vorratskammer die Oberfläche unter Ausbildung eines Dichtspaltes sowie eines Austrittsspaltes teilweise abdeckt, sowie deren Verwendung.

Vorrichtungen der genannten Art werden z. B. in weitem Umfang bei der Herstellung von Etiketten eingesetzt, um Bahnen aus Papier oder aus Folie mit Klebemitteln zu beschichten. Ein gängiges Verfahren hierfür ist das sogenannte Gravurwalzen- Auftragsverfahren. Bei diesem Verfahren befindet sich das fließfähige Klebemittel in einer offenen Vorratskammer, deren Öffnung an einer rotierenden Walze anliegt. Die Walze enthält eine Vielzahl von eingravierten Rillen. Im Laufe der Drehung der Walze treten die zunächst leeren Rillen aus dem Außenraum in den Öffnungsbereich der Vorratskammer ein und werden dort mit Klebemittel gefüllt. Beim Austritt der Walze aus dem Öffnungsbereich der Vorratskammer wird überschüssiges Klebemit­ tel von der Oberfläche der Walze mit einer sich über die Breite der Walze erstrec­ kenden Rakel, die den Öffnungsbereich der Vorratskammer begrenzt, abgestreift. Im weiteren Verlauf der Drehung der Walze wird diese mit der zu beschichtenden Bahn aus Papier oder Folie in Berührung gebracht, wodurch das in den Rillen befindliche Klebemittel zumindest teilweise auf die Bahn übertragen wird.

Die Menge des aus der Vorratskammer auf die Walze übertragenen Klebemittels kann innerhalb enger Grenzen durch die Stellung bzw. den Anpressdruck der Rakel am Austrittspunkt der Walze aus dem Öffnungsbereich der Vorratskammer, also letztlich durch die Höhe des durch die Rakel und die Walzenoberfläche gebildeten Austrittsspaltes variiert werden.

Im Bereich des Eintritts der Walze in den Öffnungsbereich des Vorratsbehälters ist in der Regel eine weitere Rakel angebracht, die die Funktion einer Dichtung zwischen dem Vorratsbehälter und der Walzenoberfläche erfüllt. Um ein übermäßiges Heraus­ fließen des Klebemittels an dieser Stelle zu verhindern, muß der zwischen dieser Rakel und der Walzenoberfläche entstehende Dichtspalt eine möglichst geringe Höhe aufweisen.

Der Anpressdruck der Rakel am Dichtspalt sowie die Höhe des Austrittsspaltes kön­ nen bei diesem bekannten Verfahren durch eine Veränderung der Position und Lage der Auftragsvorrichtung relativ zur rotierenden Walze eingestellt werden.

Insbesondere bei hohen Walzenumlaufgeschwindigkeiten ist bei diesem bekannten Verfahren eine vollständige Befüllung der Rillen der Walze nicht mehr gewährlei­ stet, wodurch die Menge des während eines Umlaufes aufgenommenen Klebemittels und damit letztlich das Auftragsgewicht des Klebemittels auf der zu beschichtenden Bahn in unerwünschter Weise sinkt. Des weiteren wird bei höheren Umlaufge­ schwindigkeiten in zunehmendem Maße durch die Walzenrillen Luft in den Vorrats­ behälter eingetragen, die zu einer unerwünschten Schaumbildung im Vorratsbehälter führt. Ein Vorhandensein von Schaum im Vorratsbehälter bewirkt wiederum, daß die Rillen der Gravurwalze nicht vollständig mit Klebemittel, sondern zumindest teil­ weise mit Luft in Form von Bläschen befüllt werden, so daß feine Blasen auf der zu beschichtenden Bahn entstehen, die zu einer unerwünschten Trübung der Klebemit­ telschicht führen.

Um die genannten Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, das Klebe­ mittel in der Vorratskammer mit geeigneten Mitteln unter Druck zu setzen (J. Türk, H. Fietzek, H. Hesser und I. Voges, Perspektiven für die Verarbeitung von Disper­ sionshaftklebstoffen, Sonderdruck TI/ED1654d, BASF Ludwigshafen, August 1993). Hierdurch wird auch bei hohen Walzenumlaufgeschwindigkeiten eine vollständige Befüllung der Gravurrillen gewährleistet. Abhängig vom eingestellten Druck wird am Austrittsspalt eine unterschiedliche Menge des Klebemittels auch auf der Ober­ fläche der Walze außerhalb der Gravurrillen aus der Auftragsvorrichtung herausbe­ fördert. Auf diese Weise kann die Menge des auf die Walze aufgebrachten Klebe­ mittels und damit letztlich das Auftragsgewicht des Klebemittels auf der zu be­ schichtenden Bahn innerhalb eines weiteren Bereiches als ohne Druckanwendung eingestellt werden. Durch den höheren Druck in der Vorratskammer wird weiterhin erreicht, daß am Dichtspalt nur eine stark verminderte Menge Luft in den Vorratsbe­ hälter eingetragen wird; auf diese Weise wird übermäßige Schaumbildung verhin­ dert.

Je höher die Walzenumlaufgeschwindigkeit ist, desto höher muß jedoch der Druck in der Vorratskammer gewählt werden, um den Eintrag von Luft in das Klebemittel zu vermeiden. Die maximal erzielbare Umlaufgeschwindigkeit ist dabei dadurch be­ grenzt, daß bei weiterer Druckerhöhung das Klebemittel in unkontrollierter Weise einerseits durch den Dichtspalt und andererseits durch den Austrittsspalt aus dem Vorratsbehälter hinausgedrückt wird. Ein Austreten von Klebemittel durch den Dichtspalt führt zu einer unerwünschten Vorlage von Klebemittel vor diesem Spalt, was zu einer Verschmutzung der Umgebung der Auftragsvorrichtung und zu Be­ triebsstörungen führen kann. Ein unkontrolliertes Austreten von Klebemittel durch den Austrittsspalt wiederum führt zu einem ungleichmäßigen Masseauftrag auf die zu beschichtende Bahn.

Um auch diese Schwierigkeiten zu vermeiden, wurde vorgeschlagen, eine Auftrags­ vorrichtung so zu konstruieren, daß das Klebemittel die Vorratskammer ständig ent­ gegen der Bewegungsrichtung der Walze durchströmt. Auf diese Weise wird in den Vorratsbehälter eingetragene Luft ständig mit dem strömenden Klebemittel von der rotierenden Walze weg transportiert.

Weiterhin wurde vorgeschlagen, in die Vorratskammer ein Drosselelement in einer solchen Weise einzubauen, daß sich zwischen dem Drosselelement und der Wal­ zenoberfläche ein schmaler Drosselspalt von einigen Zentimetern Länge ausbildet, durch welchen das Klebemittel entgegen der Bewegungsrichtung der Walzenoberflä­ che strömt. Auf diese Weise werden die Gravuren besser mit Klebemittel befüllt, eventuell in den Gravurrillen vorhandene Luft wird aus diesen herausgedrückt und mit dem abströmenden Klebemittel von der Walzenoberfläche entfernt. In der Praxis erweist sich allerdings die genaue Justierung des Drosselelements abhängig von den Betriebsparametern, wie z. B. Walzenumlaufgeschwindigkeit, Viskosität und Druck des Klebemittels, als schwierig und nicht ohne weiteres reproduzierbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Auf­ tragen eines fließfähigen Mediums auf eine an der Vorrichtung entlang bewegte Oberfläche zu schaffen, die auch bei hohen Oberflächengeschwindigkeiten zuverläs­ sig arbeitet, bei der eine Bildung von Luftblasen in dem Medium sicher vermieden wird, die einfach konstruiert ist, und die für gegebene Betriebsbedingungen einfach und reproduzierbar eingestellt werden kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Aufbringen eines fließfähigen Mediums aus einer Vorratskammer auf eine an der Vorrichtung entlang bewegte Oberfläche, wobei die Vorratskammer die Oberfläche teilweise abdeckt. Erfindungs­ gemäß ist die Vorratskammer in eine Vorkammer und eine Hauptkammer unterteilt, zwischen welchen ein Trennelement angeordnet ist, das zusammen mit der Oberflä­ che einen Trennspalt begrenzt.

Das zwischen der Vorkammer und der Hauptkammer angeordnete Trennelement verhindert zuverlässig, daß in die Vorkammer eingedrungene Luft in die Hauptkam­ mer transportiert wird und dort zu unerwünschter Schaumbildung führt. Die eigentli­ che Beschichtung der Oberfläche mit der erwünschten Menge des fließfähigen Me­ diums erfolgt dann frei von Luftblasen in der Hauptkammer.

Eine einfache Realisierung der Trennung der Vorkammer und der Hauptkammer ergibt sich, wenn das Trennelement eine Rakel ist. Jedoch sind auch andere Ausfüh­ rungsformen des Trennelements denkbar. Eine besonders wirksame Trennung kann erreicht werden, wenn das Trennelement eine Doppelrakel ist. Wesentlich für die Wahl eines geeigneten Trennelements ist seine die Vorkammer von der Hauptkam­ mer trennende, abdichtende Funktion.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Trennelement so angeordnet ist, daß es die Oberfläche berührt. Hierdurch wird eine vollständige Trennung der Vorkammer und der Hauptkammer erreicht.

In der Praxis wird sich ein vollständiges Berühren oder Aufliegen des Trennelements auf der Oberfläche oft nur bei stillstehender Oberfläche erreichen lassen. Im tatsäch­ lichen Betrieb, d. h. bei bewegter Oberfläche, wird aufgrund unvermeidbarer Schwankungen bei der Führung der Oberfläche meist eine gewisse, wenn auch sehr kleine Spalthöhe vorhanden sein.

Eine besonders wirksame Vermeidung von Luftblasen und ein gleichmäßiger Auf­ trag des Mediums auf die Oberfläche wird auch dann erzielt, wenn das Trennelement so angeordnet ist, daß die Höhe des Trennspaltes zwischen dem Trennelement und der Oberfläche kleiner als 0,1 mm, insbesondere kleiner als 0,08 mm, bevorzugt kleiner als 0,05 mm, besonders bevorzugt kleiner als 0,02 mm ist. Durch eine solche Minimierung der Höhe des Trennspaltes wird ebenfalls eine wirkungsvolle Trennung der Vorkammer und der Hauptkammer erreicht.

Um eine sichere Funktion der Vorrichtung bei unterschiedlichen Betriebsbedingun­ gen zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, das Trennelement verstellbar anzuordnen. Eine Verstellung kann dabei sowohl in einer Veränderung der Lage des Trennele­ ments, z. B. einer Verkippung, einer Verschiebung in oder entgegen der Bewegungs­ richtung der Oberfläche als auch einer Verschiebung auf die Oberfläche zu oder von ihr weg, d. h. einer Veränderung der Höhe des Trennspaltes, bestehen. Betriebsbedin­ gungen, die die optimale Position und Lage des Trennelements beeinflussen, können z. B. die Beschaffenheit und Bewegungsgeschwindigkeit der Oberfläche, der Druck des Mediums in der Vorkammer, der Druck des Mediums in der Hauptkammer oder die Zusammensetzung und die Viskosität des aufzutragenden Mediums sein.

Die Aufteilung der Vorratskammer in eine Vorkammer und eine Hauptkammer er­ möglicht es, einzelne Betriebsparameter für die Vorkammer und für die Hauptkam­ mer getrennt zu beeinflussen. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel vorhanden, mit welchen der Druck des Mediums in der Hauptkammer unab­ hängig vom Druck des Mediums in der Vorkammer eingestellt werden kann. Auf diese Weise kann insbesondere der Druck in der Hauptkammer höher gewählt wer­ den als der Druck in der Vorkammer. So kann einerseits vermieden werden, daß das Medium unkontrolliert durch den Dichtspalt, der die Vorkammer gegen den Außen­ raum abdichtet, aus der Vorkammer hinausgedrückt wird, andererseits wird durch den erhöhten Druck in der Hauptkammer erreicht, daß eventuell durch den Trenn­ spalt hindurchtretende Luftblasen in die Vorkammer zurückgedrückt werden.

Auch umgekehrte Druckverhältnisse in der Vorkammer und der Hauptkammer kön­ nen Vorteile bieten. Wird der Druck in der Vorkammer höher gewählt als in der Hauptkammer, so kann unter Umständen ein Eindringen von Luft durch den Dichtspalt in die Vorkammer von vornherein wirksam vermieden werden. In der Hauptkammer kann dann der Druck ohne die Gefahr von Schaumbildung innerhalb weiter Grenzen variiert werden, um so einen optimalen Schichtauftrag auf die Ober­ fläche zu gewährleisten.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn zwischen der Hauptkammer und dem Tren­ nelement ein Drosselspalt angeordnet ist. Gleichfalls kann es vorteilhaft sein, einen Drosselspalt zwischen der Vorkammer und dem Trennelement anzuordnen. Die Hö­ he des Drosselspaltes ist dabei immer größer als die des Trennspaltes. Ein solcher Drosselspalt kann z. B. durch einen Bereich der Wand zwischen der Vorkammer und der Hauptkammer gebildet werden, der so ausgeführt ist, daß er in geringem Abstand zur bewegten Oberfläche parallel zu dieser verläuft. Weiterhin ist es denkbar, daß ein spezielles Drosselelement an der Wand zwischen der Vorkammer und der Haupt­ kammer angebracht ist. Das den Trennspalt begrenzende Trennelement kann dabei an dem Drosselelement befestigt sein. Das Drosselelement kann in seiner Position und/oder seiner Lage verstellbar angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Höhe und die Form des Drosselspaltes verändert werden. Die Länge des Drosselspaltes kann in weiten Maßen variieren. Insbesondere ist ein Drosselspalt denkbar, dessen Länge ein Vielfaches der Länge des Trennspaltes beträgt. Der Drosselspalt kann sich dabei unmittelbar an den Trennspalt anschließen, er kann aber von diesem auch räumlich getrennt angeordnet sein. Eine wichtige Wirkung des Drosselspaltes ist es, den Druckunterschied zwischen der Vorkammer und der Hauptkammer abzubauen. Der Drosselspalt erfüllt dabei eine die Funktion des Trennspaltes unterstützende ab­ dichtende Funktion. Wenn beispielsweise der Druck in der Hauptkammer höher ge­ wählt wird als der Druck in der Vorkammer, entsteht in dem Drosselspalt ein Druck­ gefälle, wobei der Druck von der Hauptkammer hin zur Vorkammer abgebaut wird. Eventuell von der Vorkammer in den Drosselspalt eindringende Luftblasen werden so im Drosselspalt zusätzlich zurückgehalten.

Weitere Vorteile ergeben sich, wenn Mittel vorhanden sind, mit welchen die Tempe­ ratur des Mediums in der Vorkammer, in der Hauptkammer oder in beiden Kammern unabhängig von der Umgebungstemperatur eingestellt werden kann. So kann z. B. in beiden Kammern die Temperatur deutlich höher als die Umgebungstemperatur ge­ wählt werden. Hierdurch wird einerseits die Viskosität des Mediums erniedrigt und damit seine Fließeigenschaft verbessert, andererseits wird ein sich an den Auftrag des Mediums auf die Oberfläche anschließender Trocknungsprozeß beschleunigt.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn die Temperatur des Mediums in der Haupt­ kammer höher gewählt wird als die des Mediums in der Vorkammer. Hierdurch wird die Viskosität des Mediums in der Hauptkammer gegenüber der Viskosität des Me­ diums in der Vorkammer erniedrigt, was ein Durchdringen geringer Mengen des Mediums von der Hauptkammer in die Vorkammer durch den Trennspalt hindurch erleichtert, dagegen einen Transport des Mediums - und damit auch eventuell vor­ handener Luftblasen - von der Vorkammer in die Hauptkammer erschwert. Umge­ kehrt ist es auch denkbar, die Temperatur in der Vorkammer höher zu wählen als in der Hauptkammer. Hierdurch wird die Viskosität des Mediums in der Vorkammer erniedrigt, was die Dichtfunktion des Dichtspaltes erhöht und wodurch das Eindrin­ gen von Luft vom Außenraum in die Vorkammer wirksam vermieden werden kann. Die Temperatur in der Hauptkammer kann dann unabhängig von der Temperatur in der Vorkammer auf eine solche Weise gewählt werden, daß ein optimaler Masseauf­ trag auf die Oberfläche gewährleistet ist.

Ein besonders sicherer und gleichmäßiger Masseauftrag erfolgt auch für den Fall, daß die bewegte Oberfläche Vertiefungen aufweist, also beispielsweise als Gravur­ walze ausgebildet ist. Unter einer Gravurwalze versteht man eine zylinderförmige Walze, in die in regelmäßigen Abständen feine Rillen eingraviert sind. Die Vertie­ fungen können jedoch auch punktförmig oder von beliebiger anderer geometrischer Gestalt sein. Auch das Profil der Vertiefungen kann beliebige Formen annehmen, z. B. rechteckig oder rund ausgeführt sein.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich zum Aufbringen von Medien ver­ schiedenster Art auf die Oberfläche, z. B. Polymerschmelzen, Lösungen von Polyme­ ren in organischen Lösungsmitteln oder Dispersionen unterschiedlichster Art. Be­ sondere Vorteile ergeben sich bei einer Verwendung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung zum Aufbringen einer Polymerisatdispersion auf die Oberfläche. Im Gegen­ satz zu einer homogenen Lösung stellt eine Dispersion ein heterogenes Gemisch aus einem flüssigen Dispersionsmittel und einem darin fein verteilten dispergierten Stoff dar. Von praktischer Bedeutung sind hierbei vor allem Dispersionen, bei denen das Dispersionsmittel Wasser ist und der dispergierte Stoff aus Polymerisatpartikeln be­ steht. Eine solche Dispersion bezeichnet man auch als eine wäßrige Polymerisatdis­ persion. Wäßrige Polymerisatdispersionen finden weite Verwendung als Klebemittel bei der Herstellung von Etiketten.

Besonders geeignet ist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufbringen einer Haftklebedispersion auf die Oberfläche. Unter einer Haftklebedispersion ist eine Dispersion zu verstehen, die ein druckempfindliches und selbstklebendes Polymer enthält, dessen Filmbilde-Temperatur unterhalb der Raumtemperatur liegt. Die Film­ bilde-Temperatur ist diejenige Temperatur, bei der die dispergierten Teilchen zu ei­ nem transparenten, rißfreien Film verschmelzen. Eine niedere Filmbilde-Temperatur kann dadurch erreicht werden, daß ein weiches Polymer, d. h. ein Polymer mit einer tiefen Glasübergangstemperatur, oder ein hartes Polymer, dem ein Weichmacher als Additiv zugesetzt wurde, verwendet wird. Weite Verwendung finden hier Polymere auf der Basis von Acryl- und/oder Methacrylsäureestern, die in Wasser als Disper­ sionsmittel dispergiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung nä­ her erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zum Beschichten einer Bahn mit einem fließfähigen Medium und

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Auftragsvorrichtung im Schnitt.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Beschichten der Bahn 1 mit einem fließ­ fähigen Medium 2, 2' besteht im wesentlichen aus einer Auftragsvorrichtung 3, einer Gravurwalze 4 und einer Gegenwalze 5. Das Medium 2, 2' wird in der Auftragsvor­ richtung 3 auf die Oberfläche 6 der rotierenden Gravurwalze 4 aufgetragen und von dieser zur Bahn 1 transportiert. Die Bahn 1 wird von der Gegenwalze 5 unter Druck­ ausübung über die Oberfläche 6 der Gravurwalze 4 hinweg bewegt, wobei das Medi­ um 2, 2' auf die zu beschichtende Bahn 1 übertragen wird.

Die in Fig. 2 in Vergrößerung dargestellte Auftragsvorrichtung 3 weist eine Vorrats­ kammer 7, 8 auf, die durch eine Trennwand 9 und eine mittlere Rakel 10 als Tren­ nelement in eine Vorkammer 7 und eine Hauptkammer 8 unterteilt ist. Durch Öff­ nungen 11, 12 wird der Vorkammer 7 und der Hauptkammer 8 jeweils getrennt das aufzubringende Medium zugeführt. Die Auftragsvorrichtung 3 wird durch die rotie­ rende Gravurwalze 4 abgedeckt, wobei sich die Oberfläche 6 der Gravurwalze 4 im Uhrzeigersinn über die Auftragsvorrichtung 3 hinweg bewegt. Eine vordere Rakel 13 begrenzt die Vorkammer 7 an der Stelle des Eintritts der Walzenoberfläche 6 in die Auftragsvorrichtung 3 unter Ausbildung eines Dichtspaltes 14. Die vordere Rakel 13 erfüllt damit die Funktion einer Dichtlippe. Die mittlere Rakel 10 begrenzt zusam­ men mit der Oberfläche 6 einen Trennspalt 15. Weiterhin begrenzt die Trennwand 9 zusammen mit der Oberfläche 6 einen Drosselspalt 16, dessen Höhe deutlich größer ist als diejenige des Trennspaltes 15 und dessen Länge ein Vielfaches der Länge des Trennspaltes 15 beträgt. Schließlich begrenzt eine hintere Rakel 17 die Hauptkam­ mer 8 im Bereich des Austrittes der Walzenoberfläche 6 aus der Auftragsvorrich­ tung 3 unter Ausbildung eines Austrittsspaltes 18.

Im Betrieb wird mittels nicht dargestellter Pumpen das Medium 2, 2' durch die Öff­ nung 11 in die Vorkammer 7 und durch die Öffnung 12 in die Hauptkammer 8 ge­ pumpt. Der Druck in der Vorkammer 7 und der Hauptkammer 8 wird mittels nicht näher dargestellten Regulierungseinrichtungen, z. B. Reduzierventilen, jeweils ge­ trennt eingestellt. Zudem kann in der Zuleitung zur Vorkammer 7 und zur Haupt­ kammer 8 jeweils eine Beheizungsvorrichtung vorgesehen werden, um die Tempe­ ratur in der Vorkammer 7 und der Hauptkammer 8 getrennt einzustellen.

Die Gravurwalze 4 weist an ihrer Oberfläche 6 eine Vielzahl von Vertiefungen in Form von eingravierten Gravurnllen 19 auf. Die Richtung der Gravurrillen 19 auf der Oberfläche 6 der Walze 4 weist sowohl eine axiale als auch eine tangentiale Komponente, bezogen auf die Walzenachse, auf Hierbei ist die tangentiale Kompo­ nente in der Regel deutlich kleiner als die axiale Komponente, d. h. die Gravurrillen verlaufen schraubenförmig mit einer Steigung, die in der Regel ein Vielfaches der Breite der Walze beträgt. Der Abstand der Rillen auf der Oberfläche liegt je nach gewünschtem Auftragsgewicht typischerweise zwischen 0,2 mm und 0,5 mm, ihre Tiefe und Breite typischerweise um 0,1 mm.

Vor dem Eintritt der Oberfläche 6 in die Auftragsvorrichtung 3 befindet sich in den Gravurrillen 19 eine Restmenge des Mediums 2, 2' und eine gewisse Menge Luft. Sowohl die Restmenge des Mediums 2, 2' als auch ein Teil der Luft wird durch den Dichtspalt 14 in die Vorkammer 7 der Auftragsvorrichtung 3 eingetragen. Der Dichtspalt 14 ist dabei so ausgelegt, daß die Menge der eingetragenen Luft minimal gehalten wird. Dies kann z. B. dadurch geschehen, daß die vordere Rakel 13 unter Druckausübung auf die Oberfläche 6 der Gravurwalze 4 gepreßt wird. Eine weitere Verbesserung der Dichtfunktion ergibt sich dadurch, daß der Druck des Mediums 2 in der Vorkammer 7 höher gewählt wird als der Umgebungsdruck. Hierdurch werden ständig geringe Mengen des Mediums 2 durch den Dichtspalt 14 in den Außenraum transportiert, wobei das Medium 2 die in den Gravurrillen 19 vorhandene Luft ver­ drängt. Der in der Vorkammer 7 zu wählende Überdruck liegt vorzugsweise unter­ halb von 1 bar, insbesondere unterhalb von 500 mbar. Besonders gute Ergebnisse wurden mit einem Überdruck im Bereich von 100-200 mbar erzielt. Bei einem zu hohen Druck in der Vorkammer 7 wird das Medium übermäßig und unkontrolliert durch den Dichtspalt 14 in den Außenraum gedrückt, was zu einer störenden Masse­ vorlage vor dem Dichtspalt 14 fährt.

Um zu verhindern, daß durch den Dichtspalt oder an anderer Stelle austretendes Me­ dium in unkontrollierter Weise auf die Oberfläche tropft, ist es zweckmäßig, die Auftragsvorrichtung 3 vertikal unterhalb der Gravurwalze 4 anzuordnen. Gleichfalls ist es zweckmäßig, die Gegenwalze 5 vertikal oberhalb der Gravurwalze 4 anzuord­ nen.

In der Vorkammer 7 wird eventuell noch in den Gravurrillen 19 vorhandene Luft aus den Gravurrillen 19 herausgedrückt, wodurch die Gravurrillen 19 vollständig mit dem Medium 2 gefüllt werden. Die so gefüllten Gravurrillen 19 werden am Trenn­ spalt 15 und am Drosselspalt 16 vorbei durch die Rotationsbewegung der Gravur­ walze in die Hauptkammer 8 befördert. Durch die den Trennspalt 15 begrenzende mittlere Rakel 10 werden dabei eventuell in der Vorkammer 7 vorhandene Luftbla­ sen wirkungsvoll zurückgehalten.

Der Druck in der Hauptkammer 8 ist höher gewählt als der Druck in der Vorkammer 7, insbesondere höher als der Druck im Außenraum. Besonders geeignet ist auch hier ein Überdruck von weniger als 1 bar gegenüber dem Außenraum. Bei zu hohem Druck in der Hauptkammer 8 wird das Medium auf unkontrollierte Weise durch den Austrittsspalt 18 in den Außenraum gedrückt, was zu einer ungleichmäßigen Be­ schichtung der Oberfläche 6 der Gravurwalze 4 und damit der zu beschichtenden Bahn 1 führt. Bewährt hat sich ein Druck im Bereich von 300-600 mbar. Das Ver­ hältnis des Überdrucks in der Hauptkammer 8 zu dem Überdruck in der Vorkammer 7 liegt dabei vorzugsweise im Bereich 1,1 : 1 bis 10 : 1, besonders bevorzugt im Be­ reich 2 : 1 bis 5 : 1. Durch den höheren Druck in der Hauptkammer 8 können durch den Drosselspalt 16 und durch den Trennspalt 15 geringe Mengen des Mediums 2' von der Hauptkammer 8 in die Vorkammer 7 gelangen. Hierdurch werden eventuell von der Vorkammer 7 durch den Trennspalt 15 hindurch gelangte geringe Mengen Luft zurück in die Vorkammer 7 transportiert. Die Menge des von der Hauptkammer 8 in die Vorkammer 7 transportierten Mediums 2' ist dabei äußerst gering, insbesondere deutlich geringer als die Menge des Mediums 2', die bei alleinigem Vorhandensein des Drosselspaltes 16 ohne die Anwesenheit der mittleren Rakel 10 von der Haupt­ kammer 8 in die Vorkammer 7 transportiert werden würde.

Die Höhe des Trennspaltes 15 kann innerhalb gewisser Grenzen variieren. Die sinn­ voll zu wählende Höhe hängt von einer Vielzahl von Parametern wie der Oberflä­ chenstruktur der Gravurwalze 4, insbesondere der Tiefe und dem Abstand der Gra­ vurrillen 19, der Zusammensetzung und Viskosität des Mediums 2, 2' und des Druc­ kes des Mediums 2,2' in der Vorkammer 7 und der Hauptkammer 8 ab. In der Praxis ist es sinnvoll, die Höhe des Trennspaltes 15 geringer als 0,1 mm, insbesondere ge­ ringer als 0,08 mm zu wählen. Besonders gute Ergebnisse werden mit Spalthöhen von weniger als 0,05 mm erzielt. Unter bestimmten Voraussetzungen kann es auch sinnvoll sein, die mittlere Rakel 10 so anzuordnen, daß sie die Oberfläche der Gra­ vurwalze 4 zwischen den Gravurrillen 19, ggf. unter der Ausübung von Druck auf die Oberfläche 6 der Gravurwalze 4, berührt. Auf diese Weise findet ein Austausch des Mediums zwischen der Vorkammer 7 und der Hauptkammer 8 lediglich durch die Gravurrillen 19 statt.

In der Hauptkammer 8 wird die Oberfläche 6 gleichmäßig mit dem Medium 2' unter dem dort vorhandenen Druck belegt. Die Menge des auf die Oberfläche 4 aufge­ brachten Mediums 2' wird dabei vor allem durch die Stellung der hinteren Rakel 17, die den Austrittsspalt 18 begrenzt, bestimmt. Je nach Stellung wird eine mehr oder weniger große Menge des Mediums auch auf die Oberfläche 6 der Gravurwalze 4 zwischen den Gravurrillen 19 aufgetragen.

Die beschriebene Vorrichtung findet insbesondere Anwendung in der Etikettenher­ stellung bei der Beschichtung von Bahnen aus Papier oder Folie mit Klebemitteln. Die Klebemittel können verschiedener Natur sein. Beispielsweise finden Polymer­ schmelzen Verwendung, die bei erhöhter Temperatur auf die Bahn aufgetragen und danach abgekühlt werden. Weite Verwendung finden auch Kautschuk-Harz- Mischungen und Lösungen synthetischer Polymere.

Eine wichtige Bedeutung kommt Dispersionen zu. Hierbei werden Partikel, vor­ zugsweise aus einem Polymerisat, in einem Dispersionsmittel, vorzugsweise Wasser, dispergiert. Nach dem Auftrag der Dispersion auf die zu beschichtende Bahn wird in einer Trocknungsanlage das Dispersionsmittel entfernt, wodurch die Partikel mitein­ ander verschmelzen und die selbstklebende Oberfläche bilden.

Bei den in der Etikettenherstellung verwendeten Dispersionen handelt es sich um sogenannte Haftklebedispersionen, d. h. um Dispersionen, bei denen die Filmbilde- Temperatur des dispergierten Polymerisates unterhalb der Raumtemperatur liegt. Als dispergierte Polymerisate finden vor allem Polymere auf der Basis von (Meth)acrylsäureestern und, in geringerem Umfang, Vinyletherpolymere Verwen­ dung. Abhängig von der genauen Zusammensetzung der Monomere sind solche Po­ lymere drucksensitiv und selbstklebend, ohne daß ihnen Additive beigemischt wer­ den. Bevorzugt sind hierbei sogenannte weiche Polymere, d. h. Polymere mit einer niederen Glasübergangstemperatur.

Verfahren zur Herstellung solcher Polymere sind dem Fachmann hinlänglich be­ kannt. Ein gängiges Verfahren ist die sogenannte Emulsionpolymerisation, bei der polymerisierbare, olefinisch ungesättigte Verbindungen (sogenannte Monomere) in Wasser mit Hilfe von grenzflächenaktiven Verbindungen emulgiert und unter Ver­ wendung von wasserlöslichen Initiatoren polymerisiert werden.

Von technischer Bedeutung sind insbesondere sogenannte Hauptmonomere, ausge­ wählt aus C₁-C₂₀-Alkyl(meth)acrylaten, Vinylestern von bis zu 20 C-Atome enthal­ tenden Carbonsäuren, Vinylaromaten mit bis zu 20 C-Atomen, ethylenisch ungesät­ tigten Nitrilen, Vinylhalogeniden, Vinylethern von 1 bis 10 C-Atomen enthaltenden Alkoholen, aliphatischen Kohlenwasserstoffen mit 2 bis 8 C-Atomen und 1 oder 2 Doppelbindungen oder Mischungen dieser Monomeren.

Zu nennen sind z. B. (Meth)acrylsäurealkylester mit einem C₁-C₁₀-Alkylrest, wie Methylmethacrylat, Methylacrylat, n-Butylacrylat, Ethylacrylat und 2-Ethylhexyl­ acrylat. Insbesondere sind auch Mischungen der (Meth)acrylsäurealkylester geeignet.

Vinylester von Carbonsäuren mit 1 bis 20 C-Atomen sind z. B. Vinyllaurat, -stearat, Vinylpropionat, Versaticsäurevinylester und Vinylacetat.

Als vinylaromatische Verbindungen kommen Vinyltoluol, α- und p-Methylstyrol, α- Butylstyrol, 4-n-Butylstyrol, 4-n-Decylstyrol und vorzugsweise Styrol in Betracht. Beispiele für Nitrile sind Acrylnitril und Methacrylnitril.

Die Vinylhalogenide sind mit Chlor, Fluor oder Brom substituierte ethylenisch unge­ sättigte Verbindungen, bevorzugt Vinylchlorid und Vinylidenchlorid.

Als Vinylether zu nennen sind z. B. Vinylmethylether oder Vinylisobutylether. Be­ vorzugt wird Vinylether von 1 bis 4 C-Atome enthaltenden Alkoholen.

Als Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 8 C-Atomen und zwei olefinischen Doppelbindun­ gen seien Butadien, Isopren und Chloropren genannt.

Neben diesen Hauptmonomeren können weitere Monomere, z. B. Hydroxylgruppen enthaltende Monomere, insbesondere C₁-C₁₀-Hydroxyalkyl(meth)acrylate, (Meth)acrylamid, ethylenisch ungesättigte Säuren, insbesondere Carbonsäuren, wie (Meth)acrylsäure oder Itaconsäure, Dicarbonsäuren und deren Anhydride oder Hal­ bester, z. B. Maleinsäure, Fumarsäure und Maleinsäureanhydrid im Polymeren Ver­ wendung finden.

Übliche Emulsionspolymerisate bestehen im allgemeinen zu mindestens 40, vor­ zugsweis zu mindestens 60, besonders bevorzugt zu mindestens 80 Gew.-% aus den obigen Hauptmonomeren. Besonders bevorzugte Hauptmonomere sind (Meth)acrylsäureester und vinylaromatische Verbindungen und deren Mischungen.

Wäßrige Polymerisatdispersionen werden in der Regel mit Feststoffgehalten von 15 bis 75 Gew.-%, bevorzugt von 40 bis 60 Gew.-% verwendet. Die typische Teilchen­ größe der dispergierten Polymerisatpartikel liegt im Bereich von 150 bis 3000 nm, vorzugsweise 150 bis 900 nm. Die Viskosität liegt typischerweise im Bereich von 15 bis 500 mPa.s, vorzugsweise 15 bis 200 mPa.s bei 23°C nach DIN EN ISO 3219 bei einem Geschwindigkeitsgefälle von 100 l/s.

Insbesondere für die Beschichtung einer Bahn oder Folie mit einer wäßrigen Polyme­ risatdispersion hat es sich bewährt, Kunststoffmaterialien wie z. B. Polyethylen als Material für die mittlere Rakel 10 zu verwenden. Die Länge des Trennspaltes 15 ist hierbei vorzugsweise kleiner als 5 mm, inbesondere kleiner als 2 mm. Die Länge des Drosselspaltes zwischen dem Trennspalt und der Hauptkammer beträgt vorzugsweise 2 bis 10 cm, insbesondere etwa 5 cm, seine Höhe vorzugsweise mehr als 0,2 mm, insbesondere mehr als 0,5 mm.

Mit der erfindungsgemäßen Auftragsvorrichtung 3 konnte ein gleichmäßiger Auftrag von wäßrigen Polymerisatdispersionen mit einem Flächengewicht zwischen 10 und 30 g/m² auf silikonisiertes Papier oder Folie bei einer Oberflächengeschwindigkeit der Gravurwalze zwischen 250 und 600 m/min erzielt werden. Der resultierende Klebstofffilm auf dem silikonisierten Papier bzw. der Folie war von gleichmäßiger, reproduzierbarer Dicke und frei von Lufteinschlüssen. Insbesondere wies der Film eine hervorragende Transparenz auf.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Aufbringen eines fließfähigen Mediums (2, 2') aus einer Vorratskammer (7, 8) auf eine an der Vorrichtung entlangbewegte Oberfläche (6), wobei die Vorratskammer (7, 8) die Oberfläche (6) teilweise abdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorratskammer (7, 8) in eine Vorkammer (7) und eine Hauptkammer (8) unterteilt ist, zwischen welchen ein Trennelement (10) angeordnet ist, das zusammen mit der Oberfläche (6) einen Trennspalt (15) begrenzt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (10) eine Rakel ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (10) so angeordnet ist, daß es die Oberfläche (6) berührt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (10) so angeordnet ist, daß die Höhe des Trennspaltes (15) zwischen dem Trennelement (10) und der Oberfläche (6) kleiner als 0,1 mm ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennelement (10) verstellbar angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, mit welchen der Druck des Mediums in der Hauptkammer (8) unabhängig vom Druck des Mediums in der Vorkammer (7) eingestellt werden kann.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hauptkammer (8) und dem Trennelement (10) ein Drosselspalt (16) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vorkammer (7) und dem Trennelement (10) ein Drosselspalt (16) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorhanden sind, mit welchen die Temperatur des Mediums in der Vorkammer (7), in der Hauptkammer (8) oder in beiden Kammern unabhängig von der Umgebungstemperatur eingestellt werden kann.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (6) Vertiefungen aufweist.

11. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Aufbringen einer Polymerisatdispersion auf die Oberfläche (6).

12. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zum Aufbringen einer Haftklebedispersion auf die Oberfläche (6).