EP1948751A1 - Verfahren zur herstellung von haftklebemassen geringer anisotropie - Google Patents

Verfahren zur herstellung von haftklebemassen geringer anisotropie

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Publication number
EP1948751A1
EP1948751A1 EP06819215A EP06819215A EP1948751A1 EP 1948751 A1 EP1948751 A1 EP 1948751A1 EP 06819215 A EP06819215 A EP 06819215A EP 06819215 A EP06819215 A EP 06819215A EP 1948751 A1 EP1948751 A1 EP 1948751A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
psa
stretching
melt
ratio
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP06819215A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thilo Dollase
Bernd Dietz
Klaus KEITE-TELGENBÜSCHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tesa SE
Original Assignee
Tesa SE
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Filing date
Publication date
Application filed by Tesa SE filed Critical Tesa SE
Publication of EP1948751A1 publication Critical patent/EP1948751A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J133/00Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J133/04Homopolymers or copolymers of esters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/10Adhesives in the form of films or foils without carriers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J7/00Adhesives in the form of films or foils
    • C09J7/20Adhesives in the form of films or foils characterised by their carriers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J9/00Adhesives characterised by their physical nature or the effects produced, e.g. glue sticks
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J2433/00Presence of (meth)acrylic polymer
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/28Web or sheet containing structurally defined element or component and having an adhesive outermost layer

Definitions

  • the present invention relates to a process for the preparation of PSAs with little or no anisotropy, which provides a ground supply, suitable
  • Impact ratio l ⁇ which is characterized by the action time of the stretching process .DELTA.t to the stretching rate R, controlled. Furthermore, the invention relates to the use of this
  • Pressure-sensitive adhesives in pressure sensitive products are pressure sensitive products.
  • pressure-sensitively adhesive products find a variety of applications, for example in the processing industry and in private households.
  • the required property profile of a PSA and thus its usefulness for one or more applications can be controlled by the choice of raw materials and their formulation.
  • Important constituents in a PSA formulation are polymers having a sufficiently low softening point and high molecular weight which give the PSA a suitable viscoelastic character. Examples which may be mentioned at this point are rubbers and polyacrylates.
  • the properties of pressure-sensitive adhesives can be varied by adjusting the state of crosslinking. This results in many possibilities for providing pressure-sensitive adhesives for many such different requirements.
  • the PSA system being processed is typically exposed to flow.
  • flow profiles result, to which shearing flows and / or expansion flows are based to a different extent.
  • the character of a shear flow always prevails when the outer limits of the PSA flow, that is, for example, the channel walls, do not change during the mass transport over a considered path length.
  • Pipe flow can be an example of this ideal case.
  • Elongated flow on the other hand, always occurs when the flow restrictions converge or diverge. This is the case, for example, with all types of tapering of the mass flow.
  • pure shear flow and pure stretch flow rarely prevail in real processes. Rather, for the majority of the process segments in a real PSA coating process, a superposition of shear and extensional flow can be assumed.
  • the production of pressure-sensitively adhesive products always comprises a coating step in which the fluid pressure-sensitive adhesive, for example in the form of its melt or its melt Solution or dispersion is converted into a flat shape.
  • this processing step shearing and / or stretching influencing factors on the fluid to be processed appear in a particularly pronounced manner.
  • PSA solutions are applied to a continuously conveyed carrier material, for example by roller or doctor blade methods.
  • the solvent serves as a processing aid which adjusts the flow properties, ie the viscosity but also the elasticity, of the material to be processed in such a way that a pressure-sensitive adhesive layer of high surface quality results during the coating.
  • coating processes have been developed in the past, which can be completely dispensed with solvents in some cases.
  • Such technologies include hotmelt and extrusion processes in which the pressure-sensitive adhesives are processed from the melt.
  • the high molecular weight polymer constituents in the PSA formulations to be processed thereby place particularly high demands on the processes of exhibiting high melt viscosities owing to their property of being highly meltable.
  • Examples of coating methods described for solvent-free coatings are disclosed in US 3,783,072 by Johnson & Johnson, in DE 199 05 935 by Beiersdorf, and in US 6,455,152 and EP 622,127 by 3M.
  • Such processes often include melt flags, ie free PSA films, which are located between the exit slit of the commissioned work and the laying point of a laying element. It is known that anisotropy in the form of chain stretching and molecular orientation of polymeric constituents of a formulation is produced in such melt lugs. This is the case in particular when a stretching process takes place within the melt flag. Stretching processes always occur when the web speed is higher than the mass exit speed. Such a procedure is useful if the desired layer thickness in the coated web should be lower than the exit slit of the commissioned work itself.
  • polyacrylate-based pressure-sensitive adhesives are used.
  • polyacrylates offer the advantage that they can be flexibly adapted to a required property profile by radical polymerization and the use of different comonomers.
  • they are characterized by good resistance to various external influences.
  • polyacrylate-based PSAs too, there has been a trend in recent years toward solvent-free coating processes and PSA systems which can be coated solvent-free. Examples of these are described in US Pat. No.
  • the process according to the invention for producing pressure-sensitive adhesives having little or no anisotropy comprises an adhesive-based mass supply with supply of the individual components of a pressure-sensitive adhesive system including mixing and delivery units, suitable applicators and lay-on elements.
  • all processing processes for the production of pressure-sensitive adhesives which produce a free melt lug (a melt film) can be used.
  • the solvent-free melt mixing and coating of a carrier material is used.
  • the free melt flag is formed between the exit from the commissioned work and the support point on the laying element, and usually undergoes a stretching process there.
  • the method according to the invention is characterized in that the stretching process of the free melt lug on the active ratio l ⁇ , which is characterized by the action time of the stretching process .DELTA.t to the stretching rate R, specifically influenced and so the production of PSAs is controlled.
  • the action time ( ⁇ t) is defined by the formula 2Lr / [v Ba hn (1 + r)]. i n where L is the length of the melt film, r is the draw ratio, and v web, the speed of the melt film mean.
  • the stretching rate R is defined as the time derivative of the stretching ratio r.
  • the process for the preparation of PSAs of low or no anisotropy is carried out in such a way that the parameters for the active ratio F. be chosen so that it does not exceed a maximum value of 0.008 s 2 , preferably the value should be between at least 0.002 s 2 and at most 0.008 s 2 .
  • the reaction time ⁇ t is preferably at most 1 s and the stretching rate R is preferably at most 100 s -1 .
  • a reduction of the stretching ratio by the configuration of the mass exit gap D in the commissioned work takes place during the coating.
  • PSAs of low anisotropy or complete isotropy are obtained in this way, although they undergo significant shear in the commissioned work.
  • the present invention preferably describes solvent-free processes which, in the production of pressure-sensitively adhesive products, allow PSAs, despite a stretching process during coating, to be provided with little or no degree of anisotropy.
  • PSAs having only a reduced or no degree of anisotropy are formed with the present process control. If necessary, further procedural measures are taken, by which any anisotropy that may be produced can be reduced.
  • the process elements as an adhesive mass supply, a commissioned, lay-on with possibly a medium on which the PSA film is deposited, optionally a crosslinking station and optionally a heating station, such , B. include a thermal channel.
  • Figure 1 schematically shows various preferred process segments that symbolize a preferred procedure. Mean in it
  • Detail (8) is to be understood as a projection of the actually present lay-up line, which results from depositing the melt lobe, ie in principle a surface, on a further surface, namely the surface of the counter roll or the optionally usable deposit medium.
  • a melt lug (detail (3) in FIG. 1) is a PSA film which is free on at least two sides and lies between the exit slit (detail (7)) of the applicator unit or coating unit (detail (2)) on the one hand and the laying point (detail (8)) on the laying element on the other hand.
  • the laying element is understood to mean detail (4) optionally in combination with detail (5).
  • pressure-sensitive adhesives which have anisotropy in a reduced manner.
  • further precautions are integrated into the process, which contribute to a reduction of any anisotropy incurred.
  • the PSA during the coating step is subjected, in general, to a combination of shear and elongation within the mass applicator and, subsequently, within the melt tab, essentially to planar elongation.
  • the shearing impact of the mass applicator generally increases with decreasing height of mass exit gap D at constant throughput. This is because in a mass applicator with a reduced cross-section, which is available to the PSA, the flow rate increases, which is associated with an increase in the shear rate.
  • Anisotropy is caused by stretching in a melt lug.
  • Pressure-sensitive adhesive in the melt flag is stretched planar, then applies in the case of
  • planar strain represents an ideal case for an occurring deformation.
  • there is typically a certain necking of the PSA film during stretching ie a narrowing of the width of the PSA layer after exiting the coating aggregate . If this constriction is small in magnitude compared to the web width in coating processes, then the description of the stretching process can be made about the formalism of planar elongation in a good approximation. All the processes which involve the stretching of a melt lug and which also have a constriction of the PSA film can also be carried out by the process according to the invention.
  • a stretching of the melt lug is given by the ratio of the die gap D (detail (7) in Figure 1) of the applicator and the layer thickness d of the PSA film in the lay-up point (detail (8) in Figure 1).
  • This ratio is here stretch ratio r with
  • v.sub.web is the web speed and v.sub.0 is the speed of the PSA film in point (7).
  • the parameters of the stretching ratio are preset so that thereby only a small effect with respect to the generation of orientation and
  • the invention is based on our own knowledge that a reduction of
  • the inventive method allows the production of pressure-sensitive adhesives with reduced or no anisotropy, wherein the predominantly shearing influence of Massen concludedswerks, especially if it is z. B. are nozzles or similar units, and the stretching character of the melt flag are coordinated accordingly.
  • the process parameters in the area of the coating and the lay-on point are preferably selected so that the pressure-sensitive adhesive undergoes high shear in the mass application unit and during mass exit, but a reduced stretching in the melt flag.
  • the parameters exit gap D and layer thickness d of the PSA film are chosen in the lay-up point so that the lowest possible stretch ratio results.
  • Preferred stretching ratios according to the invention are at most 4: 1, preferably at most 2: 1, very preferably at most 1.5: 1. It is a preferred variant of the invention to realize such a stretching ratio over a particularly small outlet gap D.
  • Desired layer thicknesses d are typically between 1 .mu.m and 2000 .mu.m, preferably between 5 .mu.m and 1000 .mu.m.
  • this exit slit D is preferably at most 300 ⁇ m in size, very preferably at most 150 ⁇ m in size, particularly preferably at most 1 15 ⁇ m in size.
  • the layer thickness d of the deposited PSA film is in this advantageous case at most 300 microns, 150 microns and 1 15 microns.
  • the influence of the melt flag further in terms of a reduction of assets, anisotropy generate and optimize all other process variables that lead to a reduction of anisotropy in the PSA adapt.
  • the length of the melt flag should first be mentioned.
  • this process variable influences the residence time of the PSA in the melt flag .DELTA.t ("time of action") and, on the other hand, the stretching rate R. Both variables can additionally be used to influence the reduction or avoidance of generated anisotropy.
  • the reaction time ⁇ t and the stretching rate R have a different influence on the formation of anisotropy in PSAs during processing.
  • the time of action is the time increment during which a volume element of the PSA is in the melt flag. This time increment is referred to in this context as the action time .DELTA.t and be for the lay-on point (detail (8) in Figure 1)
  • Equation (2) L represents the length of the melt web, v web, the web speed and r is the draw ratio. Equation (2) can be derived from considerations derived for uniformly accelerated motion (see for example H. mackerel (ed.), Handbook of Physics , 2nd edition, 1994, published by Harri Deutsch, Frankfurt am Main, p. 12). The bases are the two laws of motion
  • v (t) at + V 0 (4)
  • s (t) is the time-dependent location coordinate
  • a is the acceleration
  • v 0 is the speed at the beginning of the considered process, ie when the PSA film leaves the coating unit
  • So 0
  • v (t) represents the time-dependent speed.
  • equation (2) can be derived as a determination equation for the time of action.
  • the formalism given here is intended to illustrate the influence of the length of the melt flag on the time of action. It will be apparent to those skilled in the art that stretching processes may differ from the ideal case of uniformly accelerated motion. It is therefore not only those methods according to the invention are applicable, which fully correspond to the above description, but also those which are defined by the further embodiments in this specification and the claims.
  • Web speed is used in combination with a likewise increased and suitably adapted to the web speed throughput, so that also on these process parameters, the action time is reduced.
  • a not too long melt lug then allows these influencing parameters to act only to a limited extent on the PSA or one or more of its constituents, so that advantageously low degrees of anisotropy can be produced by this route according to the invention.
  • the time of action .DELTA.t is preferably at most 1 s, more preferably at most 0.5 s.
  • the influence of the length of the melt lug on the time of action was shown, wherein a not too long melt lug is to be selected for the process according to the invention.
  • the stretching rate R is influenced, because a melt flag length that is not too short leads to reduced stretching rates.
  • the stretching rate R has an influence on the degree of the generated anisotropy of the PSA in the application point, since it acts directly on the time course and the effectiveness of the stretching process and thus the deformation of the PSA film.
  • the stretching rate represents the time derivative of the stretching ratio r. It can be determined for the laying point (detail (8) in Figure 1)
  • Equation (6) also results from one's own considerations for uniformly accelerated motions.
  • Rig rates according to the invention are preferably at most 100 s -1 , more preferably at most 50 s -1 , very preferably at most 10 s -1 .
  • melt flag is then according to the invention if it is preferably in the range between 20 mm and 80 mm inclusive, preferably in the range between 30 mm and 60 mm inclusive, very preferably between 35 mm and 50 mm inclusive.
  • Equation (8) the respective determinative equations for the time of action, equation (2), and the stretching rate, equation (7), then F takes the form
  • Adhesive compositions can be used for which an active ratio F of between inclusive
  • 0.002 s 2 and including 0.008 s 2 , preferably between 0.004 s 2 inclusive and 0.006 inclusive, can be formulated according to the previously described statements and approximations.
  • Equation (9) illustrates the influence of the length of the melt lug L on the inventive active ratio.
  • the process parameter web speed v web has an important influence on the inventive active ratio F.
  • the present invention preferably relates to the preparation of pressure-sensitive adhesives which, in the raw state, ie in the chemically or radiation-chemically uncrosslinked state, are non-Newtonian fluids and in particular those of pseudoplastic nature.
  • Non-Newtonian fluids exhibiting intrinsic viscosity are characterized by exhibiting shear rate dependence of viscosity above critical shear rates.
  • Structural viscosity behavior is associated with a change in the structure of individual constituents of the formulation, especially long-chain polymers with changes in the flow state. For polymers, this behavior can be modeled in such a way that the molecular structure changes depending on the flow state so that a lower flow resistance than the non-deformed polymers is reached.
  • the envelope of a polymer chain can generally be represented by an ellipsoid.
  • Chain extension is associated with a change in ellipsoid geometry such. For example, an elongation is linked ( Figure 2), orientation with the alignment of several such ellipsoids along a preferred direction ( Figure 3).
  • Figure 2 an elongation is linked
  • Figure 3 orientation with the alignment of several such ellipsoids along a preferred direction
  • orientation and chain stretching processes are opposed to relaxation processes.
  • This phenomenon predetermined by nature is advantageously used in a further embodiment of this invention, optionally also in combination with the advantageous method designs described above.
  • Pressure-sensitive adhesives based on low-solvent or non-solvent polymers are above their softening point under processing conditions.
  • the polymers contained therefore have an internal mobility on different length and time scales, which is due to so-called self-diffusion, a statistical movement process.
  • Long-range relaxation processes in the area of entire polymer chains are involved which are degraded mainly by long-term relaxation any Anisotropiezudes.
  • the long-term relaxation behavior is material-dependent and can be described in a simplified manner by the variable ⁇ D.
  • the long-term relaxation is temperature-dependent and can be accelerated by increasing the temperature.
  • Coating temperatures according to the invention depend on the type of PSA to be coated. Typically, such coating temperatures are between 50 ° C and 250 ° C, preferably between 75 ° C and 200 ° C.
  • the temperature of the counter roll (detail (4) in Figure 1) is also chosen as high as possible. Inventively, temperatures of at least 30 ° C. are preferred, in particular of at least 60 ° C. It is advantageous if the PSA film passes a heating zone of any type at any time after leaving the commissioned work.
  • the processes according to the invention may preferably contain a thermocanal as process element in order to expose the coated PSA film to an elevated temperature.
  • Heat is supplied, for example, by electric heating, by fossil fuels heated air and / or infrared radiation. It is preferably operated at at least 60 ° C, very preferably at least 90 ° C. It is according to the invention, when the temperature is preferably constant over the entire length of the thermal channel. It is also possible within the meaning of this invention if a temperature profile is present in the thermocanal, that is, for example, a temperature gradient.
  • the length of the thermal channel is not limited for the purposes of this invention.
  • the melt film can be stored in an advantageous embodiment of this invention on a more temperature-stable transport medium and passed through the thermal channel and only then passed to a desired carrier or liner.
  • a transport medium may advantageously, for example, more temperature-resistant film carrier based on polyester, polyamide or polyimide or papers, circulating conveyor belts, release rollers or other web-like Materials, each advantageously provided with a durable release layer can be used.
  • the thermo channel can also be operated in combination with a drying plant to eliminate any solvents used.
  • pressure-sensitive adhesives having little or no anisotropy are prepared.
  • the anisotropy is quantified by numerical data, namely chain extension and molecular orientation. Both phenomena serve as a description of anisotropy that is in principle independent of each other, and for both, a numerically low amount means a low degree of anisotropy.
  • the adhesive composition in the process according to the invention is carried out by customary aggregates for conveying viscous media, preferably by extruders which are customary in plastics processing and the adhesive tape industry, or other suitable units for softening / melting and conveying thermoplastic media.
  • extruders which are customary in plastics processing and the adhesive tape industry, or other suitable units for softening / melting and conveying thermoplastic media.
  • extruders may be, for example, barrel melters, premelters, melt pumps or other melting and conveying devices customary in the adhesive industry, although combinations of different such elements may also be used.
  • the term extruder also means other suitable, above-mentioned melting and conveying elements.
  • the combination of extruder and melt pump according to the invention which can be used advantageously in this case to improve the delivery constancy. Suppliers of such melt pumps are, for example, the companies Maag (Zurich, Switzerland) or Witte (Itzehoe, Germany).
  • a slot die is preferably used as the application method.
  • the extrusion die types used very preferably according to the invention are subdivided into the categories of T die, fish tail die and hanger nozzle. The types mentioned differ by the design of their flow channel, resulting in different residence times and distribution strategies.
  • the PSA film applied in a planar form is preferably deposited on a carrier or release material according to the invention.
  • all film-forming and extrusion-capable polymers can be used to produce the carrier film.
  • polyolefins are used.
  • Preferred polyolefins are prepared from ethylene, propylene, butylene and / or hexylene, it being possible in each case for the pure monomers to be polymerized or for mixtures of the monomers mentioned to be copolymerized.
  • the physical and mechanical properties of the polymer film can be controlled, such. As the softening temperature and / or the tensile strength.
  • polyvinyl acetates are used.
  • polyvinyl acetates may also contain vinyl alcohol as comonomer, it being possible to vary the free alcohol content within wide limits.
  • polyesters are used as carrier film.
  • polyesters based on polyethylene terephthalate (PET) are used.
  • polyvinyl chlorides (PVC) are used as a film.
  • the polymer components contained in these films can be prepared using stiffening comonomers.
  • the films can be crosslinked by radiation in order to obtain the same property improvement.
  • polyamides are used for the production of films.
  • the polyamides may consist of a dicarboxylic acid and a diamine or of several dicarboxylic acids and diamines. In addition to dicarboxylic acids and diamines can also be higher Use functional carboxylic acids and amines also in combination with the above dicarboxylic acids and diamines.
  • aromatic or heteroaromatic starting monomers are preferably used.
  • polymethacrylates are used for the production of films.
  • the choice of monomers can control the glass transition temperature of the film.
  • the polymethacrylates may also contain additives to z. B. increase the flexibility of the film or the glass transition temperature down or increase or minimize the formation of crystalline segments.
  • polycarbonates are used for the production of films.
  • polymers and copolymers based on vinylaromatics and vinyl heteroaromatics can be used for the production of the carrier film.
  • additives and further components which improve the film-forming properties, reduce the tendency to form crystalline segments and / or specifically improve or even worsen the mechanical properties.
  • all film-forming and extrusion-capable polymers can also be used to prepare a release film which is preferred according to the invention.
  • the release film consists in a preferred embodiment of the invention of a carrier film, which is on both sides with a release liner, which is preferably based on silicone equipped.
  • the release varnishes are graduated, ie the release values differ on the upper and lower side. In this way, the unwindability of the double-sided pressure-sensitively adhesive product or pressure sensitive intermediate product is ensured.
  • polyolefins are used as carrier material for the release film.
  • Preferred polyolefins are prepared from ethylene, propylene, butylene and / or hexylene, it being possible in each case for the pure monomers to be polymerized or for mixtures of the monomers mentioned to be copolymerized.
  • the physical and mechanical properties of the polymer film can be controlled, such.
  • various papers, optionally also in combination with a stabilizing extrusion coating come as a carrier material for release materials in question. All of these release carriers obtained by one or more coating courses, for example, with a silicone-based release, their anti-adhesive properties. The order can be done on one or both sides.
  • the film formed in the coating nozzle is, for example, applied in a spacer coating to the carrier or release material, hereinafter referred to as carrier material.
  • carrier material hereinafter referred to as carrier material.
  • the distance between the exit point on the commissioned work and lay-on point on the laying element is greater than the layer thickness in Auflegeddling.
  • a melt lug is formed whose geometry is determined by the distance from the exit point of the applicator (detail (7) in Figure 1) and the lay-on point (detail (8) in Figure 1) on the laying element, optionally on the carrier material.
  • the Auflegeline is generated by a common lay-up technique, this can, for. B. on a suitable air knife, a vacuum box - possibly in combination with an air knife - or via electrostatic lay-up devices.
  • the carrier thus coated is preferably guided over a driven, coolable or temperable roller. But even on arrangements such as conveyor belts, anti-adhesive coated rotating body or rollers provided with a fluid layer, the melt flag can be placed and transferred to the carrier material in a subsequent transfer unit ("laminating").
  • the crosslinking step is optionally followed by the coating step.
  • a suitable crosslinking converts the PSA film into a material that is not only distinguished by good adhesive properties but also by good cohesive properties.
  • the crosslinking step is advantageously used in the process according to this invention at such a time when relaxation has already sufficiently led to any anisotropy being partially, preferably almost completely or very preferably completely degraded.
  • radiation-chemical crosslinking processes that use UV radiation and / or electron beams.
  • Important here is the period of time between storage of the free PSA film on the laying element and the time of crosslinking, since in this period increased relaxation occurs. It is particularly advantageous if the PSA passes through a thermal channel during this period, which corresponds to the above description.
  • a crosslinking station is inventively integrated into the process if the crosslinking process acts on the PSA film after a period of time between mass exit from the applicator unit and crosslinking of at least 1 s, preferably of at least 5 s, very preferably of at least 15 s.
  • crosslinking acts on the PSA film after a period of time between mass exit from the applicator unit and crosslinking of at least 1 s, preferably of at least 5 s, very preferably of at least 15 s.
  • thermal crosslinking including various such crosslinks, and also in combination with radiation-chemical crosslinking processes.
  • Adhesive adhesives which can be used are all linear, star-shaped, branched, grafted or differently shaped polymers, preferably homopolymers, random copolymers or block copolymers, which have a molecular weight of at least 100,000 g / mol, preferably at least 250,000 g / mol of at least 500,000 g / mol. Preference is given to a polydispersity, given as the quotient of weight average and number average molecular weight distribution of at least 2. Preference is also given to a softening temperature of less than 20 ° C.
  • the molecular weight in this context is the weight average molecular weight distribution, as it is accessible, for example, via gel permeation chromatographic investigations.
  • softening temperature is understood as meaning the quasistatic glass transition temperature for amorphous systems and the melting temperature for semicrystalline systems, which can be determined, for example, by dynamic differential calorimetric measurements. If numerical values for softening temperatures are given, then in the case of amorphous systems these relate to the mid-point temperature of the glass step and, in the case of semicrystalline systems, to the temperature with maximum exotherm during the phase transition.
  • PSAs it is possible to use all PSAs known to the person skilled in the art, in particular acrylate, natural rubber, synthetic rubber or ethylene-vinyl acetate-based systems. Combinations of these systems can also be used according to the invention.
  • random copolymers based on unfunctionalized ⁇ , ⁇ -unsaturated esters and random copolymers starting from unfunctionalized ones are advantageous for the purposes of this invention Called alkyl vinyl ethers. Preference is given to ⁇ , ⁇ -unsaturated alkyl esters of the general structure
  • Monomers which are very preferably used in the context of the general structure (I) include acrylic and methacrylic acid esters having alkyl groups consisting of 4 to 18 carbon atoms. Specific examples of such compounds include but are not limited to n-butyl acrylate, n-pentyl acrylate, n-hexyl acrylate, n-heptyl acrylate, n-octyl acrylate, n-nonyl acrylate, lauryl acrylate, stearyl acrylate, stearyl methacrylate, their branched isomers, such as For example, 2-ethylhexyl acrylate and iso-octyl acrylate and cyclic monomers such.
  • acrylic and methacrylic acid esters containing aromatic radicals such as. Phenyl acrylate, benzyl acrylate, benzoin acrylate, phenyl methacrylate, benzyl methacrylate or benzoin methacrylate.
  • vinyl monomers can be optionally used from the following groups: vinyl esters, vinyl ethers, vinyl halides, vinylidene halides, and vinyl compounds containing aromatic cycles or heterocycles in ⁇ -position.
  • monomers which can be used according to the invention for the optionally usable vinyl monomers include: vinyl acetate, vinylformamide, vinylpyridine, ethylvinylether, 2-ethylhexylvinylether, butylvinylether, vinylchloride, vinylidenechloride, acrylonitrile, styrene and .alpha.-methylstyrene.
  • glycidyl methacrylate glycidyl acrylate, allyl glycidyl ether, 2-hydroxyethyl methacrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, 3-hydroxypropyl methacrylate, 3-hydroxypropyl acrylate, 4-hydroxybutyl methacrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid and its esters, crotonic acid and its esters, maleic acid and their esters, fumaric acid and their Esters, maleic anhydride, methacrylamide and N-alkylated derivatives, acrylamide and N-alkylated derivatives, N-methylolmethacrylamide, N-methylolacrylamide, vinyl alcohol, 2-hydroxyethyl vinyl ether, 3-hydroxypropyl vinyl ether and 4-hydroxybutyl vinyl ether.
  • rubber or synthetic rubber as starting material for the PSA, further variations are possible, be it from the group of natural rubbers or synthetic rubbers or be it from any blend of natural rubbers and / or synthetic rubbers, the natural rubber or natural rubbers basically from all available qualities such as for example, crepe, RSS, ADS, TSR or CV grades, depending on the required level of purity and viscosity, and the synthetic rubber or the synthetic rubbers from the group of random copolymerized styrene-butadiene rubbers (SBR), the butadiene rubber.
  • SBR random copolymerized styrene-butadiene rubbers
  • Rubbers (BR), synthetic polyisoprenes (IR), butyl rubbers (MR), halogenated butyl rubbers (XIIR), acrylate rubbers (ACM), ethylene vinyl acetate copolymers (EVA) and polyurethanes and / or rubbers whose blends can be selected.
  • rubbers may preferably be added with thermoplastic elastomers having a weight fraction of from 10 to 50% by weight, based on the total elastomer content.
  • thermoplastic elastomers having a weight fraction of from 10 to 50% by weight, based on the total elastomer content.
  • SIS polystyrene-polyisoprene-polystyrene
  • SBS polystyrene-polybutadiene-polystyrene
  • tackifying resins which can be used as an optional ingredient, all previously known adhesive resins described in the literature can be used without exception. Mention may be made representative of the rosins whose disproportionated, hydrogenated, polymerized, esterified
  • Terpene resins and terpene phenolic resins. Any combination of these and others
  • Resins can be used to adjust the properties of the resulting adhesive as desired.
  • Self-adhesive tape technology known softening substances are used. These include, among others, the paraffinic and naphthenic oils, (functionalized) oligomers such as oligobutadienes and -isoprenes, liquid nitrile rubbers, liquid terpene resins, vegetable and animal fats and oils, phthalates and functionalized acrylates.
  • Pressure-sensitive adhesives as stated above may also contain further constituents, such as rheologically active additives, catalysts, initiators, stabilizers, compatibilizers, coupling reagents, crosslinkers, antioxidants, other anti-aging agents, light stabilizers, flame retardants, pigments, dyes, fillers and / or blowing agents, and optionally solvents contain.
  • the PSAs prepared by the processes according to the invention can be used to build a variety of pressure-sensitively adhesive products.
  • Inventive structures of pressure-sensitively adhesive products are shown in FIG.
  • Each layer in the structures according to the invention of pressure-sensitively adhesive products can optionally be foamed.
  • an adhesive-tacky product of the invention consists of the PSA in a single-layered structure (structure 1).
  • Structure 1 can optionally be single-sided or double-sided with a release liner, eg. B. a release film or a release paper are covered.
  • the layer thickness of the PSA is typically between 1 .mu.m and 2000 .mu.m, preferably between 5 .mu.m and 1000 .mu.m.
  • the PSA may also be on a carrier, in particular a film or paper carrier (structure 2).
  • the support may be pretreated on the side facing the PSA side in accordance with the prior art, so that, for example, an improvement in the pressure-sensitive adhesive anchorage is achieved.
  • the page can be equipped with a functional layer, which can act as a barrier layer, for example.
  • the backing may be pretreated according to the prior art, so that, for example, a release effect is achieved.
  • the carrier back can also be printed.
  • the PSA may optionally be covered with a release paper or release liner.
  • the PSA has a typical layer thickness between 1 .mu.m and 2000 .mu.m, preferably between 5 .mu.m and 1000 .mu.m.
  • Structure 3 is a double-sided pressure-sensitively adhesive product known as
  • Middle class z. B. contains a carrier film, a carrier paper, a fabric or a carrier foam.
  • structure 3 come as upper and lower layers of PSAs of the same or different type and / or the same or different layer thickness for use.
  • the carrier may be pretreated on one or both sides according to the prior art, so that, for example, an improvement of the pressure-sensitive adhesive anchoring is achieved.
  • one or both sides may be provided with a functional layer which may act as a barrier layer, for example.
  • the pressure-sensitive adhesive layers can optionally be covered with release papers or release liners.
  • the pressure-sensitive adhesive layers typically have layer thicknesses of between 1 ⁇ m and 2 000 ⁇ m, preferably between 5 ⁇ m and 1000 ⁇ m, independently of one another.
  • structure 4 is a variant according to the invention.
  • a pressure-sensitive adhesive layer according to the invention carries on one side a further PSA layer which, however, can be of any desired nature and therefore need not be in accordance with the invention.
  • the construction of this pressure-sensitively adhesive product can optionally be covered with one or two release films or release papers.
  • the pressure-sensitive adhesive layers independently of one another, have layer thicknesses of typically between 1 ⁇ m and 2000 ⁇ m, preferably between 5 ⁇ m and 1000 ⁇ m.
  • structure 5 is also a double-sided pressure-sensitively adhesive product which contains a pressure-sensitive adhesive composition according to the invention and any desired further.
  • the two pressure-sensitive adhesive layers in structure 5 are separated from one another by a carrier, a carrier film, a carrier paper, a textile fabric or a carrier foam.
  • the carrier may be pretreated on one or both sides according to the prior art, so that, for example, an improvement of the pressure-sensitive adhesive anchoring is achieved.
  • one or both sides may be provided with a functional layer which may act as a barrier layer, for example.
  • the pressure-sensitive adhesive layers can optionally be covered with release papers or release liners.
  • the pressure-sensitive adhesive layers independently of one another, have layer thicknesses of typically between 1 ⁇ m and 2000 ⁇ m, preferably between 5 ⁇ m and 1000 ⁇ m.
  • the pressure-sensitive adhesive product according to the invention contains a layer of material according to the invention as a middle layer, which is provided on both sides with any desired or different types of pressure-sensitive adhesive.
  • One or both sides of the middle layer may be provided with a functional layer which may act as a barrier layer, for example.
  • the outer pressure-sensitive adhesive layers do not need to be used according to the invention for pressure-sensitive adhesives.
  • the outer pressure-sensitive adhesive layers can optionally be covered with release papers or release liners.
  • the outer pressure-sensitive adhesive layers independently of one another, have layer thicknesses of typically between 1 ⁇ m and 2000 ⁇ m, preferably between 5 ⁇ m and 1000 ⁇ m.
  • the thickness of the middle layer is typically between 1 .mu.m and 2000 .mu.m, preferably between 5 .mu.m and 1000 .mu.m.
  • the pressure-sensitively adhesive products according to the invention are preferably used in the form of self-adhesive tapes or self-adhesive films.
  • Examples of the methods according to the invention for producing low degrees of anisotropy in PSAs according to the invention were obtained by computer simulations and indeed by evaluation of the results of finite element (FE) calculations. Simulations represent experiments on the computer and are therefore comparable to experimental results. The simulation technique is described below [see also T. Dollase et al., Contribution to the PSTC TECH XXVII Global Conference, Orlando, 2004].
  • the simulations were based on the mathematical approach developed by Feigl, Laso and ⁇ ttinger, which was published under the name CONNESSESS (Calculation of Non-Newtonian Flow: Finite Elements and Stochastic Simulation Technique) [K. Feigl, M. Laso, HC Otttinger, Macromolecules, 1995, 28, 3261]. There are seven stages to complete the calculations. This first includes the definition of the design of the manufacturing process to be examined, the process parameters and the type of materials to be processed. Subsequently, the theological profile is experimentally recorded for the materials to be investigated as input for the simulations. Thereafter, the theological data are adapted to a specially selected constitutive equation system.
  • FE meshes are set up for the previously defined process geometries.
  • process parameters such as Temperature and throughput are computed in these FE networks by numerical calculations of temperature, velocity and velocity gradient fields.
  • a processing process can be simulated by flowing a volume element of the PSA through the velocity field, experiencing different temperatures and velocity gradients depending on the location in the process. These external influences cause the material to restructure according to its rheological behavior.
  • anisotropy in terms of molecular orientation and chain extension are obtained.
  • the description of the chain extension is done in the single chain model.
  • the envelope of a considered polymer chain (an ellipsoid as shown in Figure 2) is characterized by the half-axis values a, b and c, which generally have different values.
  • Chain extension leads to a deformation of the ellipsoid so that the semiaxis values assume the values a ', b' and c '.
  • the chain can be stretched maximally as far as it is predetermined by the material size ⁇ max .
  • Molecular orientation is quantified by using eigenvalues of the orientation tensor.
  • the approach involves a multi-chain model. In it, the alignment of all ellipsoids is averaged for an ensemble and examined for any medium preferred direction.
  • the orientation tensor when deformation occurs in the machine direction, is defined by three eigenvectors that are substantially parallel to the machine direction, parallel to the transverse direction, and parallel to the normal direction, respectively.
  • the ratio ⁇ of the eigenvalue describing the magnitude of the eigenvector along the machine direction and the eigenvalue expressing the magnitude of the eigenvector along the transverse direction is a quantitative measure of molecular orientation.
  • the value ⁇ assumes values from 1 in the isotropic state to ⁇ (infinite) in the fully oriented state.
  • Example 1 the influence of the height of the release gap on the generated anisotropy of the PSA in item (8) of FIG. 1 was investigated.
  • the height of the outlet gap was influenced in an inventive manner on the stretch ratio.
  • the length of the melt lug was 40 mm.
  • Example 1 A resin-free polyacrylate according to DE 39 42 232 was coated on a siliconized release paper at 170 ° C by means of an extrusion die with hanger distributor with a working width of 350 mm.
  • the nozzle gap measured 300 microns and the length of the nozzle lip 60 mm.
  • the counter roll had a temperature of 60 ° C.
  • the web speed was 50 m / min, the layer thickness of the deposited PSA film 75 microns and the throughput 73 kg / h.
  • Example 2 A polyacrylate, as used in Example 1, was coated at 170 ° C by means of an extrusion die with hanger distributor with a working width of 350 mm on a siliconized release paper.
  • the nozzle gap measured 150 microns and the length of the nozzle lip 60 mm.
  • the counter roll had a temperature of 60 ° C.
  • the web speed was 50 m / min, the layer thickness of the deposited PSA film 75 microns and the throughput 73 kg / h.
  • EXAMPLE 3 A polyacrylate, as used in Example 1, was coated on a siliconized release paper at 170 ° C. by means of an extrusion nozzle with coat hanger distributor with a working width of 350 mm. The nozzle gap measured 300 microns and the length of the nozzle lip 20 mm. The counter roll had a temperature of 60 ° C. The web speed was 50 m / min, the layer thickness of the deposited PSA film 75 microns and the throughput 73 kg / h.
  • EXAMPLE 4 A polyacrylate, as used in Example 1, was coated on a siliconized release paper at 170 ° C. by means of an extrusion nozzle with coat hanger distributor with a working width of 350 mm. The nozzle gap measured 150 microns and the length of the nozzle lip 20 mm. The counter roll had a temperature of 60 ° C. The web speed was 50 m / min, the layer thickness of the deposited PSA film 75 microns and the throughput 73 kg / h. For Examples 1 to 4, the draw ratio was calculated and the data obtained in the simulation for chain extension ⁇ (8) and orientation ⁇ (8) were recorded at point 8 (see Figure 1). The values are summarized in Table 2.
  • Examples 1 to 4 show that a process according to the invention actually leads to a reduction of the generated anisotropy.
  • a mass exit gap of 150 ⁇ m in each case was selected, while the mass exit gap in Examples 1 and 3 was 300 ⁇ m.
  • the layer thickness in the deposited PSA film was 75 ⁇ m in all cases, so that a reduction of the stretching ratio of 4: 1 (Examples 1 and 3) to 2: 1 (Examples 2 and 4) resulted by reducing the height of the mass exit gap.
  • the shear increases on exiting the coating unit when using an exit gap of 150 microns compared to the use of a 300 micron gap, a further reduced degree of anisotropy is achieved for the deposited PSA film. This is shown by even lower values for the chain extension ⁇ (8) and orientation ⁇ (8) when using the 150 ⁇ m nozzle compared to the use of a 300 ⁇ m nozzle.
  • thermochannel In two further examples, the further reduction of anisotropy was investigated by the use according to the invention of a thermochannel.
  • the thermal channel was integrated into the process in such a way that the PSA film was already in contact point (detail (8)). in Figure 1), and then stretched along the running web over a length given in the examples.
  • the temperature in the channel was a constant value over the entire length.
  • EXAMPLE 5 A polyacrylate, as used in Example 1, was coated on a siliconized release paper at 170 ° C. by means of an extrusion die with coat hanger distributor having a working width of 350 mm. The nozzle gap measured 300 microns and the length of the nozzle lip 60 mm. The length of the melt lug was 40 mm. The counter roll had a temperature of 60 ° C. The web speed was 50 m / min, the layer thickness of the deposited PSA film 75 microns and the throughput 73 kg / h. In addition, a thermo channel was used, which had a length of about 1, 5 m and was operated at a temperature of 60 ° C.
  • EXAMPLE 6 A polyacrylate, as used in Example 1, was coated on a siliconized release paper at 170 ° C. by means of an extrusion die with coat hanger distributor having a working width of 350 mm. The nozzle gap measured 300 microns and the
  • the length of the melt lug was 40 mm.
  • Counter roll had a temperature of 60 ° C.
  • the web speed was 50 m / min, the layer thickness of the deposited PSA film 75 microns and the throughput 73 kg / h.
  • a thermal channel was used, which had a length of about 16 m and was operated at a temperature of 60 ° C.
  • Examples 5 and 6 clearly show that an optionally usable thermocanal has a significant influence on the still existing anisotropy of a PSA film coated according to the invention.
  • a mild temperature of 60 ° C leads to the simulated PSA to a clear and additional reduction of anisotropy, if one compares the results, for example, with those of Example 1.
  • a process design according to Example 6 even leads to an almost complete elimination of anisotropy, which is implied by a chain stretch value of 1.006 and an orientation value of 1.002. Both sizes assume the value 1 in the case of complete isotropy.
  • a higher temperature in the thermal channel would lead to an accelerated relaxation of any anisotropic states present in the PSA film, so that even shorter thermo channels can then be used effectively.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Haftklebemassen geringer oder ohne Anisotropie, welches als Prozesselemente eine Klebmasseversorgung, ein Auftragswerk und ein Auflegeelement umfasst, wobei zwischen Austritt des Auftragswerks und Auflagepunkt auf dem Ablegeelement eine freie Schmelzefahne der Haftklebemasse gebildet wird, die einen Reckprozess erfährt. Es ist vorgesehen, dass das Recken der Haftklebemasse in der freien Schmelzefahne über das Einstellen eines Wirkverhältnisses gesteuert wird, welches als Verhältnis von Wirkzeit ?t des Reckprozesses zur Reckrate R gekennzeichnet ist, und welches auf einen Wert von maximal 0,008 s<SUP>2</SUP> eingestellt wird, wobei die Wirkzeit ?t durch die Formel 2Lr/[v<SUB>Bahn</SUB>(1 +r)] definiert wird, in welcher die Länge der Schmelzefahne, r das Reckverhältnis und vBahn die Geschwindigkeit der Schmelzefahne bedeuten, und die Reckrate R als zeitliche Ableitung des Reckverhältnisses r definiert ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung von Haftklebemassen geringer Anisotropie
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Haftklebemassen mit geringer oder keiner Anisotropie, welches eine Masseversorgung, geeignete
Auftragswerke und geeignete Auflegeelemente umfasst, wobei während des Prozesses eine freie Schmelzefahne der Haftklebemasse gebildet wird, die einen Reckprozess erfährt. Erfindungsgemäß wird der Reckprozess der freien Schmelzefahne über ein
Wirkverhältnis l~, welches durch die Wirkzeit des Reckprozesses Δt zur Reckrate R gekennzeichnet ist, gesteuert. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung dieser
Haftklebemassen in haftklebrigen Produkten.
Dank ihrer permanenten Klebrigkeit finden haftklebrige Produkte vielfältige Einsatzgebiete wie beispielsweise in der verarbeitenden Industrie und in privaten Haushalten. Je nach Anwendung bestehen unterschiedliche Anforderungen an die Kombination aus adhäsiven und kohäsiven Eigenschaften der Haftklebemasse. Typischerweise lässt sich das geforderte Eigenschaftsprofil einer Haftklebemasse und damit ihre Nützlichkeit für eine oder mehrere Anwendungen durch die Auswahl der Rohstoffe und ihrer Formulierung kontrollieren. Wichtige Bestandteile in einer Haftklebemassenrezeptur sind Polymere mit ausreichend geringer Erweichungstemperatur und hoher Molmasse, die der Haftklebemasse einen geeigneten viskoelastischen Charakter verleihen. Als Beispiele seien an dieser Stelle Kautschuke und Polyacrylate genannt. Zudem lassen sich die Eigenschaften von Haftklebemassen durch die Einstellung des Vernetzungszustands variieren. Damit ergeben sich vielfältige Möglichkeiten, Haftklebemassen für viele solcher unterschiedlichen Anforderungen zur Verfügung zu stellen. Es wird eine Fülle verschiedener haftklebriger Produkte angeboten, die zum Teil universell für zahlreiche auch unterschiedliche Anwendungen einsetzbar sind und zum Teil auf spezielle Anwendungen maßgeschneidert sind. Neben dem Einfluss der Rohstoffe kann aber auch die Verarbeitung der Haftklebemasse einen Einfluss auf die späteren Eigenschaften im haftklebrigen Produkt haben. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Struktur der Rohstoffe im beschichteten Haftklebemassenfilm von Prozess zu Prozess oder je nach Prozessführung unterschiedlich sein kann. Dies ergibt sich aus den für einen gegebenen Verarbeitungsprozess charakteristischen Strömungsprofilen, die zu Deformation und Orientierung diesbezüglich beeinflussbarer Bestandteile der Formulierung wie insbesondere Polymerketten durch Scherung und/oder Dehnung führen können [M. Pahl, W. Gleißle, H. -M. Laun, Praktische Rheologie der Kunststoffe und Elastomere, 4. Aufl., 1995, VDI-Verlag, Düsseldorf, S. 337ff]. Ein Resultat solcher Deformation ist die Formierung orientierter Polymerketten [I. M. Ward in Structure and Properties of Oriented Polymers, I. M. Ward (Hrsg.), 2. Aufl., 1997, Chapman & Hall, London]. Der orientierte Zustand ist mit einer strukturellen Anisotropie verknüpft. Unter Anisotropie versteht man den Umstand, dass der Wert einer physikalischen Eigenschaft eines Mediums je nach Betrachtungsrichtung unterschiedliche Werte aufweist und nicht, wie im Falle der Isotropie, in alle Raumrichtungen betrachtet gleich ist.
Innerhalb eines beliebigen Verarbeitungsprozesses ist das zu verarbeitende Haftklebemassensystem typischerweise einer Fließströmung ausgesetzt. Je nach Durchsatz und Geometrie des vom Haftklebemassensystem eingenommenen oder des dem Haftklebemassensystem zur Verfügung gestellten Raums ergeben sich Strömungsprofile, denen in unterschiedlicher Ausprägung Scherströmungen und/oder Dehnströmungen zu Grunde liegen. Der Charakter einer Scherströmung herrscht im Idealfall immer dann vor, wenn sich die äußeren Begrenzungen des Haftklebemassenstroms, also beispielsweise die Kanalwände, während des Massetransports über eine betrachtete Weglänge nicht ändern. Rohrströmung kann ein Beispiel für diesen Idealfall sein. Dehnströmung dagegen tritt immer dann auf, wenn die Strömungsbegrenzungen konvergieren oder divergieren. Dies ist beispielsweise bei allen Arten von Verjüngungen des Massestroms der Fall. Reine Scherströmung und reine Dehnströmung herrschen in realen Prozessen jedoch nur selten vor. Vielmehr ist für den Großteil der Prozesssegmente in einem realen Haftklebemassenbeschichtungsprozess von einer Überlagerung von Scher- und Dehnströmung auszugehen.
Die Herstellung von haftklebrigen Produkten umfasst stets einen Beschichtungsschritt, bei dem die fluide Haftklebemasse zum Beispiel in Form ihrer Schmelze oder deren Lösung oder Dispersion in eine flächige Form überführt wird. Innerhalb dieses Verarbeitungsschritts treten in besonders ausgeprägter Weise scherende und/oder dehnende Einflussfaktoren auf das zu prozessierende Fluid in Erscheinung. In klassischen Verfahren werden Haftklebemassenlösungen beispielsweise durch Walzen- oder Rakelverfahren auf ein kontinuierlich gefördertes Trägermaterial aufgebracht. Das Lösungsmittel dient dabei als Prozesshilfsmittel, das die Fließeigenschaften, also die Viskosität aber auch die Elastizität, des zu verarbeitenden Materials so einstellt, dass bei der Beschichtung eine Haftklebemassenschicht von hoher Oberflächenqualität resultiert. Aus Kostengründen und einem gesteigerten Umweltbewusstsein heraus besteht ein Trend, die im Verarbeitungsprozess eingesetzte Lösungsmittelmenge zu reduzieren oder gänzlich zu eliminieren. Daher wurden in der Vergangenheit Beschichtungsverfahren entwickelt, bei denen zum Teil vollkommen auf Lösungsmittel verzichtet werden kann. Zu solchen Technologien zählen Hotmelt- und Extrusionsprozesse, bei denen die Haftklebemassen aus der Schmelze verarbeitet werden. Die hochmolekularen Polymerbestandteile in den zu verarbeitenden Haftklebemassenformulierungen stellen dabei an die Verfahren, auf Grund ihrer Eigenschaft hohe Schmelzviskositäten aufzuweisen, besonders hohe Anforderungen. Beispiele für Beschichtungsverfahren, die für lösungsmittelfreie Beschichtungen beschrieben werden, sind in US 3,783,072 durch Johnson & Johnson, in DE 199 05 935 durch Beiersdorf sowie in US 6,455,152 und EP 622 127 durch 3M offenbart.
Solche Prozesse beinhalten oft Schmelzefahnen, also freie Haftklebemassenfilme, die sich zwischen dem Austrittsspalt des Auftragswerks und dem Auflegepunkt eines Ablegeelements befinden. Es ist bekannt, dass in solchen Schmelzefahnen Anisotropie in Form von Kettenstreckung und molekularer Orientierung von polymeren Bestandteilen einer Formulierung erzeugt wird. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn innerhalb der Schmelzefahne ein Reckprozess abläuft. Reckprozesse treten immer dann auf, wenn die Bahngeschwindigkeit höher ist als die Massenaustrittsgeschwindigkeit. Eine solche Fahrweise bietet sich an, wenn die gewünschte Schichtdicke in der beschichteten Bahn niedriger sein soll, als der Austrittsspalt des Auftragswerks selbst. Sie hat unter anderem die Vorteile, dass an die Präzision des Auftragswerks geringere Anforderungen gestellt werden, die Einstellbarkeit und Justierbarkeit des Auftragswerks praktikabler wird und der Druckverlust reduziert wird. Dies führt zu einfacher aufgebauten, leichteren und kostengünstigeren Werkzeugen sowie verringerten Beschichtungstoleranzen und damit oft auch zu einer Qualitätssteigerung für die zu produzierenden Produkte. Von Folien- und Faserherstellprozessen wird eine Reckung gezielt genutzt, um Orientierung zur generieren und damit bestimmte mechanische Eigenschaften wie beispielsweise die Reißfestigkeit zu optimieren. Siehe hierzu beispielsweise J. L. White, M. Cakmak "Orientation Processes" in Encyclopedia of Polymer Science and Engineering, Band 10, H. F. Mark, N. M. Bikales, C. G. Overberger, G. Menges, J. I. Kroschwitz (Hrsg.), 2. Aufl., 1985, Wiley, New York.
Für viele hochwertige Anwendungen werden Haftklebemassen auf Polyacrylatbasis eingesetzt. Polyacrylate bieten im Gegensatz zu vielen anderen Elastomeren den Vorteil, dass sie durch radikalische Polymerisation und die Verwendung unterschiedlicher Comonomere auf flexible Weise einem geforderten Eigenschaftsprofil angepasst werden können. Zudem zeichnen sie sich durch gute Beständigkeit gegenüber verschiedenen äußeren Einflüssen aus. Auch für polyacrylatbasierende Haftklebemassen ist in den letzten Jahren ein Trend zu lösungsmittelfreien Beschichtungsverfahren und zu Haftklebemassensystemen, die lösungsmittelfrei beschichtet werden können, zu verzeichnen. Beispiele hierfür sind in US 5,391 ,406 durch National Starch, in EP 377 199 durch BASF, in WO 93/09152 durch Avery Dennison, in DE 39 42 232 und DE 195 24 250 durch Beiersdorf sowie in DE 101 57 154 durch tesa AG beschrieben.
Grundsätzlich weisen alle Formulierungen, die langkettige Polymere enthalten, das Potenzial auf, anisotrope Strukturen auszubilden. Solche Strukturen können durch Deformation, die zu Kettenstreckung und molekularer Orientierung führt, erzeugt werden. Jedoch ist die Existenz von Anisotropie in haftklebrigen Produkten nicht immer wünschenswert, da mit ihr ein Schrumpfpotenzial verknüpft ist, was sich besonders bei trägerlosen Haftklebemassefilmen in bestimmten Fällen als ungünstig erweisen kann.
Der Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Verfügung zu stellen, die es erlauben, auf bevorzugt lösungsmittelfreie Weise Haftklebemassen so bereitzustellen, dass haftklebrige Produkte mit hohem Leistungsprofil aber nur geringer oder keiner Anisotropie zugänglich werden.
Es wurde überraschenderweise gefunden, dass diese Aufgabe gelöst werden kann, wenn die Verfahren zur Herstellung von Haftklebemassen im Verstreckungsprozess durch ein vorteilhaft eingestelltes definiertes Verhältnis l~, das durch Wirkzeit Δt zur Reckrate R in der Schmelzefahne gekennzeichnet ist, gesteuert werden. Um Haftklebemassen mit möglichst geringer Anisotropie zu erhalten, werden erfindungsgemäße Verfahren so gestaltet, dass die Kombination von scherenden und dehnenden Einflüssen von im Herstellungsprozess zum Einsatz kommenden Verfahrenselementen reduziert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Haftklebemassen mit geringer oder keiner Anisotropie umfasst eine Kleb-Masseversorgung unter Zuführung der einzelnen Komponenten eines Haftklebesystems einschließlich Misch- und Förderaggregaten, geeignete Auftragswerke und Auflegeelemente. Erfindungsgemäß sind alle Verarbeitungsprozesse zur Herstellung von Haftklebemassen einsetzbar, die eine freie Schmelzefahne (einen Schmelzefilm) erzeugen. Vorzugsweise wird das lösungsmittelfreie Schmelzmischen und Beschichten eines Trägermaterials angewandt. Die freie Schmelzefahne wird zwischen Austritt aus dem Auftragswerk und dem Auflagepunkt auf dem Ablegeelement gebildet, und erfährt in der Regel dort einen Reckprozess. Das Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Reckprozess der freien Schmelzefahne über das Wirkverhältnis l~, welches durch die Wirkzeit des Reckprozesses Δt zur Reckrate R gekennzeichnet ist, gezielt beeinflusst und so die Produktion von Haftklebemassen gesteuert wird.
Die Wirkzeit (Δt) wird definiert durch die Formel 2Lr/[vBahn(1 +r)]. in welcher L die Länge des Schmelzefilms, r das Reckverhältnis und vBahn die Geschwindigkeit des Schmelzefilms bedeuten. Die Reckrate R ist als zeitliche Ableitung des Reckverhältnisses r definiert. Auf die einzelnen Komponenten wird im Weiteren noch näher eingegangen.
Das Verfahren zur Herstellung von Haftklebemassen geringer oder keiner Anisotropie wird so durchgeführt, dass die Parameter für das erfindungsgemäße Wirkverhältnis F . so gewählt werden, dass es einen maximalen Wert von 0,008 s2 nicht überschreitet, vorzugsweise sollte der Wert zwischen mindestens 0,002 s2 und höchstens 0,008 s2 liegen. Die Wirkzeit Δt beträgt vorzugsweise maximal 1 s und die Reckrate R vorzugsweise maximal 100 s"1.
In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird das Wirkverhältnis F über das Reckverhältnis r beeinflusst, welches durch D/d = vBahn/vo definiert ist, wobei D die Austrittsspalthöhe des Austrittsspalts des Auftragswerks bedeutet und d die Schichtdicke des auf dem Ablegeelement abgelegten Haftklebemassefilms ist sowie v0 die Geschwindigkeit am Austrittspalt darstellt. Bevorzugt erfolgt eine Reduktion des Reckverhältnisses durch die Ausgestaltung des Massenaustrittsspalts D im Auftragswerk während der Beschichtung. Überraschend werden auf diese Weise Haftklebemassen geringer Anisotropie oder kompletter Isotropie erhalten, obwohl sie eine deutliche Scherung im Auftragswerk erfahren. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie es weiter in der Beschreibung, den Beispielen und den Ansprüchen detailliert dargestellt ist, werden auf vorteilhafte Weise und gegebenenfalls in Kombination mit zusätzlichen Prozessparametereinstellungen haftklebrige Produkte hergestellt, die Haftklebemassen mit geringer oder keiner Anisotropie enthalten.
Wie schon ausgeführt, beschreibt die vorliegende Erfindung bevorzugt lösungsmittelfreie Verfahren, die es bei der Herstellung von haftklebrigen Produkten erlauben, Haftklebemassen trotz eines Reckprozesses während der Beschichtung mit einem nur geringen oder sogar keinem Grad an Anisotropie auszustatten. Erfindungsgemäß entstehen mit der vorliegenden Verfahrensführung Haftklebemassen mit nur verringerter oder gar keinem Grad an Anisotropie. Gegebenenfalls werden weitere Verfahrensvorkehrungen getroffen, durch die etwaig entstandene Anisotropie abgebaut werden kann.
Für die erfindungsgemäße Herstellung der gewünschten Haftklebemassen kommen an sich bekannte Beschichtungsprozesse zum Einsatz, die als Prozesselemente eine Kleb- Masseversorgung, ein Auftragswerk, Auflegeelemente mit ggf. einem Medium, auf dem der Haftklebemassenfilm abgelegt wird, gegebenenfalls eine Vernetzungsstation und gegebenenfalls eine Heizstation, wie z. B. einen Thermokanal umfassen.
In Abbildung 1 sind schematisch verschiedene bevorzugte Prozesssegmente dargestellt, die einen bevorzugten Verfahrensablauf symbolisieren. Darin bedeuten
(1 ) Klebmassezuführung;
(2) Auftragswerk oder Beschichtungsaggregat;
(3) Schmelzefahne;
(4) Gegenwalze;
(5) optional einsetzbares separat zugeführtes Ablegemedium; (6) optional einsetzbare Vernetzungsstation; (7) Austrittsspalt;
(8) Auflegepunkt;
(9) optional aber vorteilhaft einsetzbarer Thermokanal;
(10) Austrittspunkt des Massefilms aus dem Thermokanal.
Detail (8) ist dabei als Projektion der eigentlich vorliegenden Auflegelinie zu verstehen, die sich aus dem Ablegen der Schmelzefahne, also im Prinzip einer Fläche, auf einer weiteren Fläche, nämlich der Oberfläche der Gegenwalze oder des optional einsetzbaren Ablegemediums, ergibt.
Die schematische Darstellung in Abbildung 1 beschreibt eine Vorzugsvariante und ist nicht als ausschließliche Auslegungsform von Prozesselementen und -Segmenten für ein erfindungsgemäßes Verfahren zu verstehen. Vielmehr kann die Anordnung einzelner Segmente relativ zueinander sowie deren Form anders sein als dargestellt. Winkel und Abmessungen sind nicht maßstabsgetreu.
Wie bereits erwähnt, kann das erfindungsgemäße Verfahren mit allen Verarbeitungsprozessen für Haftklebemassen, in denen beim Beschichtungsprozess eine Schmelzefahne involviert ist, durchgeführt werden. Unter einer Schmelzefahne (Detail (3) in Abbildung 1 ) ist im Sinne dieser Erfindung ein an zumindest zwei Seiten freier Haftklebemassenfilm zu verstehen, der sich zwischen dem Austrittsspalt (Detail (7)) des Auftragswerks oder Beschichtungsaggregats (Detail (2)) einerseits und dem Auflegepunkt (Detail (8)) auf dem Ablegeelement andererseits befindet. Unter Ablegeelement sei im Sinne dieser Erfindung Detail (4) optional in Kombination mit Detail (5) verstanden.
In einem solchen Herstellprozess findet bekanntermaßen durch Wahl einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Massenstrom beim Austritt aus dem Auftragswerk und dem Auflegepunkt ein Reckvorgang statt. Dieser Reckprozess ist mit einer Deformation des Haftklebemassenfilms verbunden. Die Natur der Deformation ist dabei im Wesentlichen durch Dehnung gegeben. Die Reckung von Filmen kann genutzt werden, um Schichtdicken einzustellen, wenn keine Austrittsspalte mit der gewünschten Abmessung zu Verfügung stehen oder kleinere Ausstrittsspalte aus anderen Gründen, wie z.B. einem unzulässigem Druckaufbau im Beschichtungsaggregat, nicht eingesetzt werden (weitere Gründe sind weiter oben im Zusammenhang mit den Vorteilen von in Prozessen integrierten Schmelzefahnen aufgeführt). Zusätzlich tritt aber innerhalb des Films auch molekulare Orientierung strukturell anisotroper Formulierungsbestandteile sowie Kettenstreckung flexibler Polymermoleküle auf, so dass ein anisotroper Haftklebemassenfilm resultiert. Im Kleb-Massenauftragswerk kommt es je nach Art des Beschichtungsaggregats zu Scherung und/oder Dehnung der
Haftklebemassenformulierung. Auch Scherung und falls existent auch in Kombination mit Dehnung führen im Massenauftragswerk zu einer Orientierung strukturell anisotroper Formulierungsbestandteile sowie Kettenstreckung flexibler Polymermoleküle. Wichtig ist schließlich der Grad an Anisotropie, den die Haftklebemasse im Auflegepunkt (Detail 8 in Abbildung 1 ) oder aber insbesondere vor einer Vernetzung aufweist, da über einen Vernetzungsschritt ein gegebenenfalls vorliegender Ansiotropiezustand "eingefroren" werden kann, was im Sinne der Aufgabe dieser Erfindung nachteilig ist.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird dieser Grad an Anisotropie im Auflegepunkt oder vor einem optional durchführbaren Vernetzungsschritt minimiert, was zu einer
Reduktion der anisotropen Eigenschaften der Haftklebemasse und/oder eines oder mehrerer ihrer Bestandteile führt. Erfindungsgemäß werden Haftklebemassen bereitgestellt, die in reduzierter Weise Anisotropie besitzen. Darüber hinaus werden erfindungsgemäß gegebenenfalls weitere Vorkehrungen in das Verfahren integriert, die zu einem Abbau etwaig entstandener Anisotropie beitragen.
In den erfindungsgemäßen Verfahren wird die Haftklebemasse während des Beschichtungsschritts zum einen innerhalb des Massenauftragswerks im Allgemeinen einer Kombination aus Scherung und Dehnung und zum anderen anschließend innerhalb der Schmelzefahne im Wesentlichen einer planaren Dehnung unterworfen. Der scherende Einfluss des Massenauftragswerks nimmt im Allgemeinen mit abnehmender Höhe des Massenaustrittsspalts D bei konstantem Durchsatz zu. Dies liegt daran, dass in einem Massenauftragswerk mit reduziertem Querschnitt, der der Haftklebemasse zur Verfügung steht, die Strömungsgeschwindigkeit ansteigt, was mit einer Erhöhung der Scherrate einhergeht.
In einer Schmelzefahne entsteht Anisotropie durch Dehnung. Nimmt man an, dass die
Haftklebemasse in der Schmelzefahne planar gedehnt wird, dann gilt für den Fall der
Inkompressibilität der Haftklebemasse, dass diejenige Dimension eines Volumenelements der Haftklebemasse, die zur Dehnrichtung parallel ist (im Verfahren durch die Maschinenrichtung gegeben), im selben Verhältnis zunimmt, um das eine weitere Dimension reduziert wird (im Prozess die normale Richtung, Filmdicke), während die dritte Dimension (im Prozess die transversale Richtung, Bahnbreite) unverändert bleibt.
Tatsächlich stellt die planare Dehnung einen Idealfall für eine auftretende Deformation dar. In realen Prozessen findet neben einer Schichtdickenreduktion typischerweise eine gewisse Einschnürung ("Neck-in") des Haftklebemassenfilms während der Reckung, also eine Verjüngung der Breite der Haftklebemassenschicht nach Austritt aus dem Beschichtungsaggregat statt. Ist diese Einschnürung dem Betrag nach im Vergleich zur Bahnbreite in Beschichtungsprozessen klein, dann kann die Beschreibung des Reckprozesses über den Formalismus der planaren Dehnung in guter Näherung erfolgen. Es sind auch alle diejenigen Prozesse mit dem erfindungsgemäßen Verfahren durchführbar, die die Reckung einer Schmelzefahne beinhalten und die außerdem eine Einschnürung des Haftklebemassenfilms aufweisen.
Eine Reckung der Schmelzefahne ist durch das Verhältnis aus dem Austrittsspalt D (Detail (7) in Abbildung 1 ) des Auftragswerks und der Schichtdicke d des Haftklebemassenfilms im Auflegepunkt (Detail (8) in Abbildung 1 ) gegeben. Dieses Verhältnis sei hier Reckverhältnis r mit
r = D/d = Veahn/Vo (1 )
genannt. In Gleichung (1 ) ist vBahn die Bahngeschwindigkeit und v0 die Geschwindigkeit des Haftklebemassenfilms in Punkt (7). Je höher der Wert des Reckverhältnisses, desto höher ist die Dehnbeanspruchung des Haftklebemassenfilms in der Schmelzefahne. Das verdeutlicht den qualitativen Einfluss der Schichtdicke des Haftklebemassenfilms im
Auflegepunkt und des Austrittsspalts des Auftragswerks. In einer bevorzugten Variante der Erfindung werden die Parameter des Reckverhältnisses so voreingestellt, dass dadurch nur ein geringer Effekt im Hinblick auf die Erzeugung von Orientierung und
Kettenstreckung ausgeht.
Der Erfindung liegt dabei die eigene Erkenntnis zugrunde, dass eine Reduktion der
Scherung im Massenauftragswerk durch Vergrößerung des Austrittsspalts gleichzeitig zu einer Erhöhung der Dehnbeanspruchung der Haftklebemasse in der Schmelzefahne durch eine Steigerung des Reckverhältnisses führt, wenn die endgültige Schichtdicke unverändert bleiben soll. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung von Haftklebemassen mit reduzierter oder ohne Anisotropie, wobei der vor allem scherende Einfluss des Massenauftragswerks, insbesondere wenn es sich dabei z. B. um Düsen oder ähnliche Aggregate handelt, und der dehnende Charakter der Schmelzefahne entsprechend aufeinander abgestimmt sind.
Bevorzugt werden die Prozessparameter im Bereich der Beschichtung und dem Auflegepunkt so ausgewählt, dass die Haftklebemasse zwar eine hohe Scherung im Massenauftragswerk und beim Massenaustritt erfährt, jedoch eine reduzierte Reckung in der Schmelzefahne.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens werden deshalb die Parameter Austrittsspalt D und Schichtdicke d des Haftklebemassenfilms im Auflegepunkt so gewählt, dass ein möglichst geringes Reckverhältnis resultiert. Bevorzugte erfindungsgemäße Reckverhältnisse liegen bei höchstens 4:1 , bevorzugt bei höchstens 2:1 , sehr bevorzugt bei höchstens 1 ,5:1. Es ist eine bevorzugte Variante der Erfindung, ein solches Reckverhältnis über einen besonders kleinen Austrittsspalt D zu realisieren.
Gewünschte Schichtdicken d liegen typischerweise zwischen 1 μm und 2000 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 1000 μm.
Dieser Austrittsspalt D ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Erfindung bevorzugt höchstens 300 μm groß, sehr bevorzugt höchstens 150 μm groß, besonders bevorzugt höchstens 1 15 μm groß. Die Schichtdicke d des abgelegten Haftklebemassenfilms liegt in diesem vorteilhaften Fall bei höchstens 300 μm, 150 μm bzw. 1 15 μm.
- Tabelle 1 -
Es ist weiterhin eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens, den Einfluss der Schmelzefahne weiter im Hinblick auf eine Reduktion des Vermögens, Anisotropie zu generieren, zu optimieren, und alle weiteren Prozessgrößen, die zu einer Verminderung von Anisotropie in der Haftklebemasse führen, anzupassen. In diesem Zusammenhang ist zunächst die Länge der Schmelzefahne zu nennen. Diese Prozessgröße beeinflusst zum einen die Verweilzeit der Haftklebemasse in der Schmelzefahne Δt ("Wirkzeit") sowie zum anderen die Reckrate R. Über beide Größen kann zusätzlich vorteilhaft Einfluss auf die Verringerung oder Vermeidung erzeugter Anisotropie genommen werden. Die Wirkzeit Δt und die Reckrate R haben einen unterschiedlichen Einfluss auf die Entstehung von Anisotropie in Haftklebemassen während des Prozessierens. Während die Reckrate direkt mit der tatsächlichen Dehnung der Haftklebemasse verknüpft ist, und zwar je höher die Reckrate, desto stärker ausgeprägt ist die resultierende Anisotropie, stellt die Wirkzeit eine Zeitspanne dar, über die diese Anisotropie überhaupt erst aufgebaut werden kann. Im Sinne dieser Erfindung werden möglichst geringe Reckraten genutzt. Darüber hinaus ist außerdem besonders vorteilhaft, wenn im Prozess möglichst auch geringe Wirkzeiten realisiert werden. Diese qualitativen Aussagen sollen im Folgenden formelmäßig untermauert werden.
Die Wirkzeit ist dasjenige Zeitinkrement, während dessen sich ein Volumenelement der Haftklebemasse in der Schmelzefahne befindet. Dieses Zeitinkrement wird in diesem Zusammenhang als Wirkzeit Δt bezeichnet und sei für den Auflegepunkt (Detail (8) in Abbildung 1 ) durch
Δt = 2Lr / [vBahn (1 + r)] (2)
gegeben. In Gleichung (2) stellt L die Länge der Schmelzefahne, vBahn die Bahngeschwindigkeit und r das Reckverhältnis dar. Gleichung (2) lässt sich aus Überlegungen zur gleichmäßig beschleunigten Bewegung ableiten (siehe hierzu beispielsweise H. Stöcker (Hrsg.), Taschenbuch der Physik, 2. Auflage, 1994, Verlag Harri Deutsch, Frankfurt a. M., S. 12). Grundlagen bilden die beiden Bewegungsgesetze
s(t) = at2/2 + vot + S0 (3)
und
v(t) = at + V0 (4) wobei s(t) die zeitabhängige Ortskoordinate ist, a die Beschleunigung, v0 die Geschwindigkeit zu Beginn des betrachteten Prozesses, also bei Austritt des Haftklebemassenfilms aus dem Beschichtungsaggregat, So = 0 gesetzt wird und v(t) die zeitabhängige Geschwindigkeit darstellt. Durch Verwendung von Gleichung (4) lässt sich a in Gleichung (3) eliminieren. Betrachtet man den Auflegepunkt (8) in Abbildung 1 , dann geht t in Δt, s(t = Δt) in L und v(t = Δt) in vBahn über. Setzt man diese Randbedingungen ein, dann ergibt sich nach einiger Algebra
L = vBahn Δt (r + 1 ) / 2r (5)
woraus sich Gleichung (2) als Bestimmungsgleichung für die Wirkzeit ableiten lässt. Der hier angegebene Formalismus soll zur Verdeutlichung des Einflusses der Länge der Schmelzefahne auf die Wirkzeit dienen. Dem Fachmann ist offensichtlich, dass Reckprozesse vom Idealfall der gleichförmig beschleunigten Bewegung abweichen können. Es sind daher nicht nur solche Verfahren erfindungsgemäß anwendbar, die der obigen Beschreibung vollständig entsprechen, sondern auch solche, die durch die weiteren Ausführungen in dieser Beschreibung und den Ansprüchen definiert sind.
Im Sinne der hier besprochenen Auslegung dieser Erfindung ist es besonders vorteilhaft, alle anderen Prozessparameter, die über die Wirkzeit einen positiven Einfluss auf die
Vermeidung oder Verringerung der Vermögens der Anisotropieerzeugung haben, in optimierter Weise einzustellen. Diese eigene Erkenntnis lässt sich vorteilhaft weiterentwickeln, indem im Prozess eine auf ein optimales Maß erhöhte
Bahngeschwindigkeit in Kombination mit einer auf einen ebenfalls erhöhten und auf geeignete Weise an die Bahngeschwindigkeit angepassten Durchsatz verwendet wird, so dass auch über diese Verfahrensparameter die Wirkzeit verringert wird. Eine nicht zu lange Schmelzefahne erlaubt dann, dass diese Einflussparameter nur eingeschränkt auf die Haftklebemasse oder einen oder mehrere ihrer Bestandteile wirken kann, so dass über diesen erfindungsgemäßen Weg vorteilhaft geringe Anisotropiegrade erzeugt werden können.
In erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Wirkzeit Δt vorzugsweise höchstens 1 s, besonders bevorzugt höchstens 0,5 s. In der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführung dieser Erfindung wurde der Einfluss der Länge der Schmelzefahne auf die Wirkzeit dargestellt, wobei eine nicht zu lange Schmelzefahne für das erfindungsgemäße Verfahren zu wählen ist. Es ist jedoch in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung dieser Erfindung günstig, die gewünschte reduzierte Anisotropieerzeugung in Haftklebemassen dadurch zu realisieren, dass eine nicht zu kurze Schmelzefahne zum Einsatz kommt. In diesem Fall wird die Reckrate R beeinflusst, denn eine nicht zu kurze Schmelzefahnenlänge führt zu reduzierten Reckraten. Über diese reduzierten Reckraten lassen sich reduzierte Grade an Anisotropie in Haftklebemassen erzeugen.
Die Reckrate R hat einen Einfluss auf den Grad der erzeugten Anisotropie der Haftklebemasse im Auflegepunkt, da diese direkt auf den zeitlichen Verlauf und die Effektivität des Dehnprozesses und damit die Deformation des Haftklebemassenfilms einwirkt. Je niedriger die Reckrate, desto niedriger ist der Grad an Anisotropie, den die Haftklebemassen im Auflegepunkt innehat. Allgemein stellt die Reckrate die zeitliche Ableitung des Reckverhältnisses r dar. Sie lässt sich für den Auflegepunkt (Detail (8) in Abbildung 1 ) durch
R = vBahn (r - 1 ) / (Lr) (6)
wiedergeben, wobei vBahn die Geschwindigkeit des Ablegeelements beschreibt, L die Länge der Schmelzefahne und r das Reckverhältnis. Wie schon Gleichung (2) resultiert auch Gleichung (6) aus den eigenen Überlegungen zu gleichmäßig beschleunigten Bewegungen. Die Reckrate R hängt im Auflegepunkt (Detail (8) in Abbildung 1 ), an dem t = Δt, s(t = Δt) = L und v(t = Δt) = vBahn gelten, dabei nur von der Differenzgeschwindigkeit, die in der Schmelzefahne vorherrscht, also Δv = vBahn - v0, ab. Für diesen Punkt lässt sich
R = Δv / L = (vBahn - V0) / L (7)
formulieren. Statt V0 wird vBahn/r verwendet, so dass schließlich Gleichung (6) resultiert. Wie zuvor für die Wirkzeit basiert der hier vorgestellte Formalismus auf der Annahme, dass sich der erfinderische Prozess durch eine gleichförmig beschleunigte Bewegung darstellen lässt. Jedoch dient diese Ausführung lediglich dazu, die Intention dieser Erfindung zu untermauern und zu erläutern. Die Verwendung dieses Formalismus zu diesem Zweck beschränkt dabei nicht die Menge der erfinderisch anwendbaren Prozesse auf diejenigen Verfahren, die sich vollständig darüber beschreiben lassen. Vielmehr sind auch alle Varianten erfindungsgemäß einsetzbar, die in den weiteren Ausführungen noch definiert sind.
Im Sinne der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, alle anderen Prozessparameter, die über die Reckrate einen positiven Einfluss auf die Vermeidung oder Verringerung des Vermögens, Anisotropie zu erzeugen, in optimierter Weise einzustellen. Als Beispiel sei diesbezüglich eine geringe Bahngeschwindigkeit genannt.
Erfindungsgemäße Reckraten betragen vorzugsweise höchstens 100 s~1, besonders bevorzugt höchstens 50 s"1, sehr bevorzugt höchstens 10 s"1.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass eine geringe Wirkzeit und eine geringe Reckrate unabhängig voneinander oder auch in Kombination vorteilhaft im Sinne dieser Erfindung sind. Für eine erfindungsgemäß niedrige Wirkzeit wird vorzugsweise eine nicht zu große Länge der Schmelzefahne eingestellt. Für eine erfindungsgemäß niedrige Reckrate wird eine nicht zu kurze Länge der Schmelzefahne gewählt. Es ergibt sich also ein Wertebereich für erfindungsgemäß vorteilhaft einsetzbare Schmelzefahnenlängen. Eine Schmelzefahne ist dann erfindungsgemäß, wenn sie vorzugsweise im Bereich zwischen einschließlich 20 mm und einschließlich 80 mm, bevorzugt im Bereich zwischen einschließlich 30 mm und einschließlich 60 mm, sehr bevorzugt zwischen einschließlich 35 mm und einschließlich 50 mm liegt.
Im vorstehenden Teil dieser Beschreibung wurde gezeigt, wie auf erfinderische und vorteilhafte Weise über die Länge der Schmelzefahne in einem Beschichtungsprozess Einfluss auf die reduzierte Erzeugung von Anisotropie in Haftklebemassen genommen werden kann. Dabei hat die Länge der Schmelzefahne einen unterschiedlichen Effekt auf die Größen Wirkzeit und Reckrate, die beide für sich, aber auch in Kombination mit der jeweils anderen und/oder optional auch in Kombination mit weiteren Verfahrensparametern zur Entstehung von Anisotropie in Haftklebemassen führen können.
Diese beiden Größen lassen sich wie bereits ausgeführt zu dem neuen Kriterium vereinen, dem erfinderischen Wirkverhältnis l~, das durch r = Δt / R (8)
gegeben ist. Setzt man in Gleichung (8) die jeweiligen Bestimmungsgleichungen für die Wirkzeit, Gleichung (2), und die Reckrate, Gleichung (7), ein, dann nimmt F die Form
r = 2(Lr)2 / [vBahn2 (r2 - 1 )] (9)
an. Entsprechend den zuvor gemachten Ausführungen ergibt eine Reduktion der Wirkzeit niedrigere Anisotropiegrade. Ebenso führt auch eine Reduktion der Reckrate zu niedrigeren Anisotropiegraden. Nach Gleichung (9) gibt es einen vorteilhaften
Wertebereich für F. Erfindungsgemäß sind alle Beschichtungsprozesse für
Haftklebemassen einsetzbar, für die ein Wirkverhältnis F von zwischen einschließlich
0,002 s2 und einschließlich 0,008 s2, bevorzugt zwischen einschließlich 0,004 s2 und einschließlich 0,006 entsprechend den zuvor gemachten Ausführungen und Näherungen formuliert werden kann.
Gleichung (9) verdeutlicht den Einfluss der Länge der Schmelzefahne L auf das erfinderische Wirkverhältnis. Zudem erkennt man aus Gleichung (9), dass auch der Verfahrensparameter Bahngeschwindigkeit vBahn einen wichtigen Einfluss auf das erfinderische Wirkverhältnis F hat. Diese Parameter werden daher vorteilhafterweise in Kombination mit der Länge der Schmelzefahne im Beschichtungsprozess so ausgewählt, dass von ihnen ein optimaler Effekt auf F und damit die Vermeidung oder Verringerung von Anisotropie in Haftklebemassen ausgehen kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt die Herstellung von Haftklebemassen, die im Rohzustand, also im chemisch oder strahlenchemisch unvernetzten Zustand, nicht- newtonsche Fluide und zwar insbesondere solche, strukturviskoser Natur darstellen. Nicht-newtonsche Fluide, die Strukturviskosität aufweisen, zeichnen sich dadurch aus, dass sie oberhalb kritischer Scherraten eine Scherratenabhängigkeit der Viskosität zeigen. Strukturviskoses Verhalten ist mit einer Änderung der Struktur einzelner Bestandteile der Formulierung, insbesondere langkettiger Polymere bei Änderungen des Fließzustands verbunden. Für Polymere lässt sich dieses Verhalten modellhaft so beschreiben, dass sich die molekulare Struktur je nach Strömungszustand so ändert, dass ein gegenüber den nicht deformierten Polymeren geringerer Strömungswiderstand erreicht wird. Dies erfolgt zum einen durch Streckung einzelner Ketten sowie auch durch molekulare Orientierung. Die Einhüllende einer Polymerkette lässt sich allgemein durch einen Ellipsoid darstellen. Kettenstreckung ist mit einer Änderung der Ellipsoidgeometrie wie z. B. einer Elongation verknüpft (Abbildung 2), Orientierung mit der Ausrichtung mehrerer solcher Ellipsoide entlang einer Vorzugsrichtung (Abbildung 3). Auf Möglichkeiten zur Quantifizierung von Kettenstreckung und molekularer Orientierung und wie diese Größen als Kriterium für Anisotropie genutzt werden können, wird im Abschnitt "Beispiele" eingegangen. Ändert sich der Strömungszustand, dann passen sich die Struktur der Polymerketten und die Orientierung den neu gegebenen Verhältnissen an. Orientierungsprozessen und Kettenstreckungen sind Relaxationsvorgänge entgegengestellt, so dass beim Anhalten des Fließvorgangs ohne weitere äußere Stimulation eine Restrukturierung der Haftklebemasse abläuft und sich in Folge dessen wieder der strukturelle Gleichgewichtszustand einstellt, der auch vor Beginn des Fließprozesses vorherrschte. Diese "Rückreaktion" erfolgt allerdings nur, wenn das System eine gewisse innere Beweglichkeit behält. Entscheidend für das Orientierungs-, Kettenstreckungs- und Relaxationsverhalten von Polymeren in Haftklebemassen ist das nichtlineare Theologische Verhalten unter stationären Bedingungen, aber auch, da sich das Haftklebemassesystem in realen Prozessen typischerweise in einem sich ändernden Strömungsprofil bewegt, unter transienten Bedingungen. In guter Näherung wird das Theologische Verhalten solcher Haftklebemassen durch vier Materialparameter beschrieben, den Plateaumodul GN 0, die längste Relaxationszeit τD, den Verschlaufungsgrad pro Polymerkette Z und die maximale Kettenstreckbarkeit λmax. Eine genauere Beschreibung dieser Größen geben Fang et al. [J. Fang, M. Kroger, H. C. Öttinger, J. Rheol., 2000, 44, 1293].
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass Orientierungs- und Kettenstreckungsprozessen Relaxationsvorgänge entgegengestellt sind. Dieses von der Natur vorgegebene Phänomen wird in einer weiteren Ausgestaltung dieser Erfindung vorteilhaft genutzt, optional auch in Kombination mit den zuvor beschriebenen vorteilhaften Verfahrensauslegungen. Haftklebemassen, die auf lösungsmittelarmen oder -freien Polymeren basieren, befinden sich unter Verarbeitungsbedingungen oberhalb ihrer Erweichungstemperatur. Die enthaltenen Polymere weisen daher eine innere Beweglichkeit auf verschiedenen Längen- und Zeitskalen auf, die auf sogenannte Selbstdiffusion, einem statistischen Bewegungsprozess, zurückzuführen ist. Dabei sind langreichweitige Relaxationsprozesse im Bereich gesamter Polymerketten involviert, über die vor allem durch Langzeitrelaxation etwaige Anisotropiezustände abgebaut werden. Das Langzeitrelaxationsverhalten ist materialabhängig und kann vereinfacht durch die Größe τD beschrieben werden. Wie alle Relaxationsvorgänge ist auch die Langzeitrelaxation temperaturabhängig und lässt sich durch Temperaturerhöhung beschleunigen.
Im Sinne dieser Erfindung wird daher bevorzugt bei möglichst hohen Temperaturen beschichtet. Erfindungsgemäße Beschichtungstemperaturen hängen von der Art der zu beschichtenden Haftklebemasse ab. Typischerweise befinden sich solche Beschichtungstemperaturen zwischen 50 °C und 250 °C, bevorzugt zwischen 75 °C und 200 °C. Die Temperatur der Gegenwalze (Detail (4) in Abbildung 1 ) wird ebenfalls so hoch wie möglich gewählt. Erfinderisch sind Temperaturen von mindestens 30 °C bevorzugt, insbesondere von mindestens 60 °C. Es ist vorteilhaft, wenn der Haftklebemassenfilm zu einem beliebigen Zeitpunkt nach Verlassen des Auftragswerks eine Heizzone beliebiger Art passiert.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können dazu vorzugsweise einen Thermokanal als Prozesselement enthalten, um den beschichteten Haftklebemassenfilm einer erhöhten Temperatur auszusetzen. Wärme wird beispielsweise durch elektrische Heizung, durch fossile Energieträger erhitzte Luft und/oder Infrarot-Strahlung zugeführt. Er wird bevorzugt bei mindestens 60 °C, sehr bevorzugt bei mindestens 90 °C betrieben. Dabei ist es erfindungsgemäß, wenn die Temperatur über die gesamte Länge des Thermokanals hinweg vorzugsweise konstant ist. Es ist im Sinne dieser Erfindung ebenfalls möglich, wenn im Thermokanal ein Temperaturprofil vorliegt, also beispielsweise ein Temperaturgradient. Die Länge des Thermokanals ist im Sinne dieser Erfindung nicht eingeschränkt. Bevorzugt wird im Sinne dieser Erfindung zwischen Auflegen der Schmelzefahne auf das Ablegeelement und einem Vernetzungsschritt geheizt, um die Relaxation eines etwaig erzeugten anisotropen Zustands zu beschleunigen. Da die eingesetzten Träger- oder Linermaterialien nicht beliebig temperaturstabil sind, kann der Schmelzefilm in einer vorteilhaften Auslegung dieser Erfindung auf ein temperaturstabileres Transportmedium abgelegt und durch den Thermokanal geführt werden und erst im Anschluss daran an einen gewünschten Träger oder Liner übergeben werden. Als Transportmedium können vorteilhaft beispielsweise temperaturstabilere Folienträger auf Basis von Polyester, Polyamid oder Polyimid oder Papiere, umlaufende Transportbänder, Releasewalzen oder weitere bahnförmige Materialien, jeweils vorteilhaft mit einer beständigen Releaseschicht versehen, eingesetzt werden. Der Thermokanal kann auch in Kombination mit einer Trockenanlage zur Eliminierung von eventuell eingesetzten Lösungsmitteln betrieben werden.
Es werden erfindungsgemäß Haftklebemassen mit geringer oder keiner Anisotropie hergestellt. Die Anisotropie wird anhand numerischer Daten quantifiziert, nämlich anhand der Kettenstreckung und molekulare Orientierung. Beide Phänomene dienen als vom jeweils anderen prinzipiell unabhängige Beschreibungsgröße für Anisotropie, wobei für beide gilt, dass ein zahlenmäßig niedriger Betrag einen niedrigen Grad an Anisotropie bedeutet.
Die Kleb-Masseversorgung in erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt durch übliche Aggregate zum Fördern viskoser Medien, bevorzugt durch in der Kunststoffverarbeitung sowie Klebebandindustrie gebräuchliche Extruder oder andere geeignete Aggregate zum Erweichen/Schmelzen und Fördern thermoplastischer Medien. Dies können zum Beispiel in der Klebstoffindustrie übliche Fassschmelzer, Premelter, Schmelzepumpen oder andere Schmelz- und Förderorgane sein, wobei auch Kombinationen verschiedener solcher Elemente zum Einsatz kommen können. Unter dem Begriff Extruder sind im Sinne dieser Beschreibung auch andere geeignete, oben genannte Schmelz- und Förderorgane zu verstehen. Auch die Kombination von Extruder und Schmelzepumpe ist erfindungsgemäß, die in diesem Falle vorteilhaft zur Verbesserung der Förderkonstanz eingesetzt werden kann. Lieferanten solcher Schmelzepumpen sind zum Beispiel die Firmen Maag (Zürich, Schweiz) oder Witte (Itzehoe, Deutschland).
Als Auftragsverfahren kommt im Sinne dieser Erfindung bevorzugt eine Schlitzdüse zum Einsatz. Die erfindungsgemäß sehr bevorzugt verwendeten Extrusionsdüsentypen unterteilt man in die Kategorien T-Düse, Fischschwanz-Düse und Kleiderbügel-Düse. Die genannten Typen unterscheiden sich durch die Gestaltung ihres Fließkanals, woraus unterschiedliche Verweilzeiten und Verteilungsstrategien resultieren. Zur Herstellung von erfindungsgemäßen Beschichtungen auf Basis von Polyacrylaten kommen bevorzugt Bügeldüsen zum Einsatz, wie sie z. B. von den Firmen Extrusion Dies, Inc. (Chippewa Falls, USA) oder Reiffenhäuser (Troisdorf, Deutschland) angeboten werden. Aber auch andere Beschichtungsverfahren, die mit einer Schmelzefahne arbeiten, wie z. B. das Hotmelt Curtain-Coating-Verfahren (Fa. Inatech, Langenfeld, Deutschland oder Fa. Nordson, Lüneburg, Deutschland) sind im erfindungsgemäßen Sinn einsetzbar. Ebenso sind Kombinationen aus einem Extrusionswerkzeug und einem Kalanderverfahren oder abgeleiteten Walzenauftragsverfahren wie Glättwerken oder weiteren Aggregaten mit Schmelzefahne gemeint, die mittels Extrusionswerkzeug eine Schmelzevordosierung in einen Kalanderspalt nutzen. Als Beispiele seien hier Roller-Head-Anlagen der Fa. Troester, Hannover, oder Kunststofffolienanlagen und Kunststoffplattenanlagen der Fa. Kühne, St. Augustin, zu nennen.
Der in flächige Form ausgebrachte Haftklebemassenfilm wird erfindungsgemäß bevorzugt auf ein Träger- oder Releasematerial abgelegt.
Prinzipiell können zur Herstellung der Trägerfolie alle filmbildenden und extrusionsfähigen Polymere eingesetzt werden. In einer bevorzugten Auslegung werden Polyolefine eingesetzt. Bevorzugte Polyolefine werden aus Ethylen, Propylen, Butylen und/oder Hexylen hergestellt, wobei jeweils die reinen Monomere polymerisiert werden können oder Mischungen aus den genannten Monomeren copolymerisiert werden. Durch das Polymerisationsverfahren und durch die Auswahl der Monomere lassen sich die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Polymerfolie steuern, wie z. B. die Erweichungstemperatur und/oder die Reißfestigkeit.
In einer weiteren bevorzugten Auslegung dieser Erfindung werden Polyvinylacetate eingesetzt. Polyvinylacetate können neben Vinylacetat auch Vinylalkohol als Comonomer enthalten, wobei der freie Alkoholanteil in weiten Grenzen variiert werden kann. In einer weiteren bevorzugten Auslegung dieser Erfindung werden Polyester als Trägerfolie eingesetzt. In einer besonders bevorzugten Auslegung dieser Erfindung werden Polyester auf Basis von Polyethylenterephthalat (PET) eingesetzt. In einer weiteren bevorzugten Auslegung dieser Erfindung werden Polyvinylchloride (PVC) als Folie eingesetzt. Zur Steigerung der Temperaturstabilität können die in diesen Folien enthaltenen Polymerbestandteile unter Verwendung versteifender Comonomere hergestellt werden. Weiterhin können die Folien im Zuge des erfinderischen Prozesses strahlenvernetzt werden, um eine ebensolche Eigenschaftsverbesserung zu erhalten. Kommt PVC als Folienrohstoff zum Einsatz, kann es optional plastifizierende Komponenten enthalten (Weichmacher). In einer weiteren bevorzugten Auslegung dieser Erfindung werden Polyamide zur Herstellung von Folien eingesetzt. Die Polyamide können aus einer Dicarbonsäure und einem Diamin oder aus mehreren Dicarbonsäuren und Diaminen bestehen. Neben Dicarbonsäuren und Diaminen lassen sich auch höher funktionelle Carbonsäuren und Amine auch in Kombination mit den oben genannten Dicarbonsäuren und Diaminen einsetzen. Zur Versteifung der Folie werden bevorzugt zyklische, aromatische oder heteroaromatische Ausgangsmonomere eingesetzt. In einer weiteren bevorzugten Auslegung dieser Erfindung werden Polymethacrylate zur Herstellung von Folien eingesetzt. Hier kann durch die Wahl der Monomere (Methacrylate und z. T. auch Acrylate) die Glasübergangstemperatur der Folie gesteuert werden. Weiterhin können die Polymethacrylate auch Additive enthalten, um z. B. die Flexibilität der Folie zu erhöhen oder die Glasübergangstemperatur herab- oder heraufzusetzen oder die Ausbildung von kristallinen Segmenten zu minimieren. In einer weiteren bevorzugten Auslegung dieser Erfindung werden Polycarbonate zur Herstellung von Folien eingesetzt. Ferner können in einer weiteren Auslegung dieser Erfindung auf Vinylaromaten und Vinylheteroaromaten basierende Polymere und Copolymere zur Herstellung der Trägerfolie eingesetzt werden. Zur Herstellung eines folienförmigen Materials kann es auch hier angebracht sein, Additive und weitere Komponenten hinzuzugeben, die die filmbildenden Eigenschaften verbessern, die Neigung zur Ausbildung von kristallinen Segmenten vermindern und/oder die mechanischen Eigenschaften gezielt verbessern oder auch gegebenenfalls verschlechtern.
Zur Herstellung einer erfindungsgemäß bevorzugten Releasefolie können prinzipiell ebenfalls alle filmbildenden und extrusionsfähigen Polymere eingesetzt werden. Die Releasefolie besteht in einer bevorzugten Auslegung der Erfindung aus einer Trägerfolie, die beidseitig mit einem Releaselack, der bevorzugt auf Silikon basiert, ausgestattet ist. In einer sehr bevorzugten Auslegung der Erfindung sind die Releaselacke abgestuft, d. h. die Trennwerte unterscheiden sich auf der oberen und unteren Seite. Auf diesem Wege wird die Abrollbarkeit des doppelseitigen haftklebrigen Produkts oder haftklebrigen Zwischenprodukts gewährleistet. In einer bevorzugten Auslegung dieser Erfindung werden als Trägermaterial für die Releasefolie Polyolefine eingesetzt. Bevorzugte Polyolefine werden aus Ethylen, Propylen, Butylen und/oder Hexylen hergestellt, wobei jeweils die reinen Monomere polymerisiert werden können oder Mischungen aus den genannten Monomeren copolymerisiert werden. Durch das Polymerisationsverfahren und durch die Auswahl der Monomere lassen sich die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Polymerfolie steuern, wie z. B. die Erweichungstemperatur und/oder die Reißfestigkeit. Weiterhin kommen diverse Papiere, optional auch in Kombination mit einer stabilisierenden Extrusionsbeschichung, als Trägermaterial für Releasematerialien in Frage. Alle genannten Release-Träger erhalten durch einen oder mehrere Beschichtungsgänge beispielsweise mit einem Silikon-basierenden Release, ihre antiadhäsiven Eigenschaften. Der Auftrag kann dabei ein- oder beidseitig erfolgen.
Der in der Beschichtungsdüse ausgeformte Film wird beispielsweise in einer Distanzbeschichtung auf das Träger- oder Releasematerial, im Nachfolgenden nur noch Trägermaterial benannt, aufgelegt. Hierbei ist die Distanz zwischen Austrittspunkt am Auftragswerk und Auflegepunkt auf dem Auflegeelement größer als die Schichtdicke im Auflegepunkt. Es bildet sich eine Schmelzefahne aus, deren Geometrie durch den Abstand vom Austrittspunkt des Auftragswerks (Detail (7) in Abbildung 1 ) und dem Auflegepunkt (Detail (8) in Abbildung 1 ) auf dem Ablegeelement, optional auf dem Trägermaterial, festgelegt ist. Die Auflegelinie wird durch eine gebräuchliche Auflegetechnik erzeugt, dies kann z. B. über ein geeignetes Luftmesser, eine Vakuumbox - ggf. in Kombination mit einem Luftmesser - oder über elektrostatische Auflegevorrichtungen erfolgen. Der so beschichtete Träger wird bevorzugt über eine angetriebene, kühl- oder temperierbare Walze geführt. Aber auch auf Anordnungen wie beispielsweise Transportbänder, antiadhäsiv beschichtete Rotationskörper oder mit einer Fluidschicht versehene Walzen kann die Schmelzefahne aufgelegt werden und dem Trägermaterial in einer nachfolgenden Übertragungseinheit („Kaschierstation") übergeben werden.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn sich an den Beschichtungsschritt gegebenenfalls ein Vernetzungsschritt anschließt. Eine geeignete Vernetzung überführt den Haftklebemassenfilm in ein Material, dass sich nicht nur durch gute adhäsive sondern auch durch gute kohäsive Eigenschaften auszeichnet. Der Vernetzungsschritt kommt im Prozess im Sinne dieser Erfindung vorteilhaft an einem solchen Zeitpunkt zu Einsatz, wenn Relaxation bereits in ausreichendem Maße dazu geführt hat, dass etwaige Anisotropie teilweise, bevorzugt fast vollständig oder sehr bevorzugt vollständig abgebaut wurde. Besonders gut einsetzbar sind strahlenchemische Vernetzungsverfahren, die UV- Strahlung und/oder Elektronenstrahlen nutzen. Wichtig ist dabei die Zeitdauer zwischen Ablage des freien Haftklebemassenfilms auf dem Ablegeelement und dem Zeitpunkt der Vernetzung, da in diesem Zeitraum verstärkt Relaxation auftritt. Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Haftklebemasse in diesem Zeitraum einen Thermokanal durchläuft, der der obigen Beschreibung entspricht. Eine Vernetzungsstation ist erfinderisch im Prozess integriert, wenn der Vernetzungsprozess nach einer Zeitspanne zwischen Massenaustritt aus dem Auftragswerk und Vernetzung von mindestens 1 s, bevorzugt von mindestens 5 s, sehr bevorzugt von mindestens 15 s auf den Haftklebemassenfilm einwirkt. Es kann jedoch auch jedwede Form von thermischen Vernetzungen, auch verschiedener solcher Vernetzungen und auch in Kombination mit strahlenchemischen Vernetzungsverfahren zur Anwendung kommen.
Als Haftklebemassen können alle linearen, sternförmigen, verzweigten, gepfropften oder andersartig gestalteten Polymere, bevorzugt Homopolymere, statistische Copolymere oder Blockcopolymere, zum Einsatz kommen, die eine Molmasse von mindestens 100 000 g/mol, bevorzugt von mindestens 250 000 g/mol, sehr bevorzugt von mindestens 500 000 g/mol aufweisen. Bevorzugt wird eine Polydispersität, gegeben als Quotient aus Massenmittel und Zahlenmittel der Molmassenverteilung von mindestens 2. Bevorzugt wird außerdem eine Erweichungstemperatur von kleiner als 20 °C. Als Molmasse ist in diesem Zusammenhang das Gewichtsmittel der Molmassenverteilung, wie sie beispielsweise über gelpermeationschromatographische Untersuchungen zugänglich ist, zu verstehen. Unter Erweichungstemperatur sei in diesem Zusammenhang die quasistatische Glasübergangstemperatur für amorphe Systeme und die Schmelztemperatur für semikristalline Systeme verstanden, die beispielsweise durch dynamisch differentialkalorimetrische Messungen bestimmt werden können. Sind Zahlenwerte für Erweichungstemperaturen angegeben, dann beziehen sich diese bei amorphen Systemen auf die Mittelpunktstemperatur der Glasstufe und bei semikristallinen Systemen auf die Temperatur bei maximaler Wärmetönung während des Phasenübergangs.
Als Haftklebemassen können alle dem Fachmann bekannten Haftklebemassen, insbesondere Acrylat-, Naturkautschuk-, Synthesekautschuk- oder Ethylenvinylacetat- basierende Systeme eingesetzt werden. Auch Kombinationen dieser Systeme sind erfindungsgemäß einsetzbar.
Als Beispiele, aber ohne eine Einschränkung vornehmen zu wollen, seien als vorteilhaft im Sinne dieser Erfindung statistische Copolymere ausgehend von unfunktionalisierten α,ß-ungesättigter Estern und statistische Copolymere ausgehend von unfunktionalisierten Alkylvinylethern genannt. Bevorzugt werden α,ß-ungesättigte Alkylester der allgemeinen Struktur
CH2=CH(R1KCOOR2) (I)
verwendet, wobei R1 = H oder CH3 und R2 = H oder lineare, verzweigte oder ringförmige, gesättigte oder ungesättigte Alkylreste mit 1 bis 30, insbesondere mit 4 bis 18 Kohlenstoffatomen darstellt.
Monomere, die sehr bevorzugt im Sinne der allgemeinen Struktur (I) eingesetzt werden, umfassen Acryl- und Methacrylsäureester mit Alkylgruppen bestehend aus 4 bis 18 C- Atomen. Spezifische Beispiele für entsprechende Verbindungen sind, ohne sich durch diese Aufzählung einschränken zu wollen, n-Butylacrylat, n-Pentylacrylat, n-Hexylacrylat, n-Heptylacrylat, n-Octylacrylat, n-Nonylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, Stearylmethacrylat, deren verzweigte Isomere, wie z. B. 2-Ethylhexylacrylat und iso- Octylacrylat sowie cyclische Monomere wie z. B. Cyclohexyl- oder Norbornylacrylat und Isobornylacrylat.
Ebenfalls einsetzbar als Monomere sind Acryl- und Methacrylsäureester, die aromatische Reste enthalten, wie z. B. Phenylacrylat, Benzylacrylat, Benzoinacrylat, Phenylmethacrylat, Benzylmethacrylat oder Benzoinmethacrylat.
Weiterhin können optional Vinylmonomere aus den folgenden Gruppen eingesetzt werden: Vinylester, Vinylether, Vinylhalogenide, Vinylidenhalogenide, sowie Vinylverbindungen, die aromatische Zyklen oder Heterozyklen in α-Stellung enthalten. Für die optional einsetzbaren Vinylmonomere seien beispielhaft ausgewählte erfindungsgemäß einsetzbare Monomere genannt: Vinylacetat, Vinylformamid, Vinylpyridin, Ethylvinylether, 2-Ethylhexylvinylether, Butylvinylether, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, Acrylnitril, Styrol und α-Methylstyrol.
Weitere erfindungsgemäß einsetzbare Monomere sind Glycidylmethacrylat, Glycidylacrylat, Allylglycidylether, 2-Hydroxyethylmethacrylat, 2-Hydroxyethylacrylat, 3- Hydroxypropylmethacrylat, 3-Hydroxypropylacrylat, 4-Hydroxybutylmethacrylat, 4- Hydroxybutylacrylat, Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure und deren Ester, Crotonsäure und deren Ester, Maleinsäure und deren Ester, Fumarsäure und deren Ester, Maleinsäureanhydrid, Methacrylamid sowie N-alkylierte Derivate, Acrylamid sowie N-alkylierte Derivate, N-Methylolmethacrylamid, N-Methylolacrylamid, Vinylalkohol, 2- Hydroxyethylvinylether, 3-Hydroxypropylvinylether und 4-Hydroxybutylvinylether.
Bei Kautschuk oder Synthesekautschuk als Ausgangsmaterial für die Haftklebemasse sind weitere Variationsmöglichkeiten gegeben, sei er aus der Gruppe der Naturkautschuke oder der Synthesekautschuke oder sei er aus einem beliebigen Verschnitt aus Naturkautschuken und/oder Synthesekautschuken, wobei der Naturkautschuk oder die Naturkautschuke grundsätzlich aus allen erhältlichen Qualitäten wie zum Beispiel Crepe-, RSS-, ADS-, TSR- oder CV-Typen, je nach benötigtem Reinheits- und Viskositätsniveau, und der Synthesekautschuk oder die Synthesekautschuke aus der Gruppe der statistisch copolymerisierten Styrol-Butadien- Kautschuke (SBR), der Butadien-Kautschuke (BR), der synthetischen Polyisoprene (IR), der Butyl-Kautschuke (MR), der halogenierten Butyl-Kautschuke (XIIR), der Acrylat- Kautschuke (ACM), der Ethylenvinylacetat-Copolymere (EVA) und der Polyurethane und/oder deren Verschnitten gewählt werden können.
Weiterhin können Kautschuken zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit vorzugsweise thermoplastische Elastomere mit einem Gewichtsanteil von 10 bis 50 Gew.-% bezogen auf den Gesamtelastomeranteil zugesetzt werden. Stellvertretend seien an dieser Stelle vor allem die besonders verträglichen Typen Polystyrol-Polyisopren-Polystyrol (SIS) und Polystyrol-Polybutadien-Polystyrol (SBS) genannt.
Als optional einsetzbare klebrigmachende Harze sind ausnahmslos alle vorbekannten und in der Literatur beschriebenen Klebharze einsetzbar. Genannt seien stellvertretend die Kolophoniumharze, deren disproportionierte, hydrierte, polymerisierte, veresterte
Derivate und Salze, die aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffharze,
Terpenharze und Terpenphenolharze. Beliebige Kombinationen dieser und weiterer
Harze können eingesetzt werden, um die Eigenschaften der resultierenden Klebmasse wunschgemäß einzustellen.
Als ebenfalls optional einsetzbare Weichmacher können alle aus der
Selbstklebebandtechnologie bekannten weichmachenden Substanzen eingesetzt werden. Dazu zählen unter anderem die paraffinischen und naphthenischen Öle, (funktionalisierte) Oligomere wie Oligobutadiene und -isoprene, flüssige Nitrilkautschuke, flüssige Terpenharze, pflanzliche und tierische Fette und Öle, Phthalate und funktionalisierte Acrylate. Haftklebemassen, wie sie oben angegeben sind, können zudem weitere Bestandteile wie rheologisch wirksame Additive, Katalysatoren, Initiatoren, Stabilisatoren, Kompatibilisatoren, Kopplungsreagenzien, Vernetzer, Antioxidantien, weitere Alterungsschutzmittel, Lichtschutzmittel, Flammschutzmittel, Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe und/oder Blähmittel sowie optional Lösungsmittel enthalten.
Die durch die erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Haftklebemassen lassen sich zum Aufbau verschiedenartiger haftklebriger Produkte nutzen. Erfindungsgemäße Aufbauten haftklebriger Produkte sind in Abbildung 4 dargestellt. Jede Schicht in den erfindungsgemäßen Aufbauten haftklebriger Produkte kann wahlweise geschäumt sein.
Im einfachsten Fall besteht ein erfindungsgemäßes haftklebriges Produkt aus der Haftklebemasse in einschichtigem Aufbau (Aufbau 1 ). Aufbau 1 kann optional einseitig oder beidseitig mit einem Trennliner, z. B. einer Trennfolie oder einem Trennpapier eingedeckt werden. Die Schichtdicke der Haftklebemasse beträgt typischerweise zwischen 1 μm und 2000 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 1000 μm.
Die Haftklebemasse kann sich ferner auf einem Träger, insbesondere einem Folien- oder Papierträger befinden (Aufbau 2). Der Träger kann dabei auf der zur Haftklebemasse zeigenden Seite dem Stand der Technik entsprechend vorbehandelt sein, so dass beispielsweise eine Verbesserung der Haftklebemasseverankerung erzielt wird. Ebenso kann die Seite mit einer funktionalen Schicht ausgerüstet sein, die beispielsweise als Sperrschicht fungieren kann. Die Trägerrückseite kann dem Stand der Technik entsprechend vorbehandelt sein, so dass beispielsweise eine Trennwirkung erreicht wird. Die Trägerrückseite kann ferner bedruckt sein. Die Haftklebemasse kann optional mit einem Trennpapier oder einer Trennfolie eingedeckt werden. Die Haftklebemasse weist eine typische Schichtdicke zwischen 1 μm und 2000 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 1000 μm auf.
Bei Aufbau 3 handelt es sich um ein doppelseitiges haftklebriges Produkt, das als
Mittelschicht z. B. eine Trägerfolie, ein Trägerpapier, ein textiles Flächengebilde oder einen Trägerschaum enthält. In Aufbau 3 kommen als obere und untere Schicht erfindungsgemäße Haftklebemassen gleicher oder verschiedener Art und/oder gleicher oder verschiedener Schichtdicke zur Anwendung. Der Träger kann dabei auf einer oder beiden Seiten dem Stand der Technik entsprechend vorbehandelt sein, so dass beispielsweise eine Verbesserung der Haftklebemassenverankerung erzielt wird. Ebenso können eine oder beide Seiten mit einer funktionalen Schicht ausgerüstet sein, die beispielsweise als Sperrschicht fungieren kann. Die Haftklebemasseschichten können optional mit Trennpapieren oder Trennfolien eingedeckt werden. Typischerweise weisen die Haftklebemasseschichten unabhängig voneinander Schichtdicken zwischen 1 μm und 2000 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 1000 μm auf.
Als weiteres doppelseitiges haftklebriges Produkt ist Aufbau 4 eine erfindungsgemäße Variante. Eine erfindungsgemäße Haftklebemasseschicht trägt auf einer Seite eine weitere Haftklebemassenschicht, die aber beliebiger Natur sein kann und daher nicht erfindungsgemäß sein braucht. Der Aufbau dieses haftklebrigen Produkts kann optional mit einem oder zwei Trennfolien oder Trennpapieren eingedeckt sein. Die Haftklebemasseschichten weisen unabhängig voneinander Schichtdicken zwischen typischerweise 1 μm und 2000 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 1000 μm auf.
Wie in Aufbau 4 handelt es sich auch bei Aufbau 5 um ein doppelseitiges haftklebriges Produkt, das eine erfindungsgemäße Haftklebemasse enthält sowie eine beliebige weitere. Die beiden Haftklebemasseschichten sind in Aufbau 5 jedoch durch einen Träger, eine Trägerfolie, ein Trägerpapier, ein textiles Flächengebilde oder einen Trägerschaum voneinander getrennt. Der Träger kann dabei auf einer oder beiden Seiten dem Stand der Technik entsprechend vorbehandelt sein, so dass beispielsweise eine Verbesserung der Haftklebemassenverankerung erzielt wird. Ebenso können eine oder beide Seiten mit einer funktionalen Schicht ausgerüstet sein, die beispielsweise als Sperrschicht fungieren kann. Die Haftklebemasseschichten können optional mit Trennpapieren oder Trennfolien eingedeckt werden. Die Haftklebemasseschichten weisen unabhängig voneinander Schichtdicken zwischen typischerweise 1 μm und 2000 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 1000 μm auf.
Das erfindungsgemäße haftklebrige Produkt nach Aufbau 6 enthält eine Schicht erfindungsgemäßen Materials als Mittelschicht, die auf beiden Seiten mit beliebigen Haftklebemassen gleicher oder verschiedener Art ausgestattet ist. Eine oder beide Seiten der Mittelschicht können mit einer funktionalen Schicht ausgerüstet sein, die beispielsweise als Sperrschicht fungieren kann. Bei den äußeren Haftklebemasseschichten brauchen keine erfindungsgemäßen Haftklebemassen zum Einsatz kommen. Die äußeren Haftklebemasseschichten können optional mit Trennpapieren oder Trennfolien eingedeckt werden. Die äußeren Haftklebemasseschichten weisen unabhängig voneinander Schichtdicken zwischen typischerweise 1 μm und 2000 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 1000 μm auf. Die Dicke der Mittelschicht beträgt typischerweise zwischen 1 μm und 2000 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 1000 μm.
Die erfindungsgemäßen haftklebrigen Produkte kommen bevorzugt in Form von Selbstklebebändern oder Selbstklebefolien zur Anwendung.
Die Erfindung wird anschließend an Beispielen näher erläutert, auf die sie jedoch nicht beschränkt werden soll.
Ausführungsbeispiele
Beispiele für die erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung von erfindungsgemäß niedrigen Graden an Anisotropie in Haftklebemassen wurden durch Computer- Simulationen und zwar durch Auswertung der Ergebnisse Finiter-Elemente (FE) Berechnungen erhalten. Simulationen stellen Experimente am Computer dar und sind daher mit experimentellen Ergebnissen vergleichbar. Die simulationstechnische Vorgehensweise wird im Folgenden beschrieben [siehe auch T. Dollase et al., Beitrag zur PSTC TECH XXVII Global Conference, Orlando, 2004].
Als Grundlage der Simulationen diente der von Feigl, Laso und Öttinger entwickelte rechnerische Ansatz, der unter dem Namen CONNFFESSIT (Calculation of Non- Newtonian Flow: Finite Elements and Stochastic Simulation Technique) publiziert wurde [K. Feigl, M. Laso, H. C. Öttinger, Macromolecules, 1995, 28, 3261]. Zur Durchführung der Rechnungen werden sieben Stufen durchlaufen. Hierzu zählt zunächst die Definition des Designs des zu untersuchenden Herstellprozesses, der Prozessparameter und der Art der zu prozessierenden Materialien. Anschließend wird für die zu untersuchenden Materialien als Input für die Simulationen das Theologische Profil experimentell aufgenommen. Danach werden die Theologischen Daten an ein speziell ausgewähltes konstitutives Gleichungssystem angepasst. Außerdem werden für die zuvor definierten Prozessgeometrien FE-Netze aufgestellt. In Kombination mit Prozessparametern wie Temperatur und Durchsatz werden in diesen FE-Netzen durch numerische Kalkulationen Temperatur-, Geschwindigkeits- und Geschwindigkeitsgradientenfelder erstellt. Schließlich kann ein Verarbeitungsprozess simuliert werden, indem ein Volumenelement der Haftklebemasse durch das Geschwindigkeitsfeld fließt und dabei je nach Ort im Prozess unterschiedliche Temperaturen und Geschwindigkeitsgradienten erfährt. Diese äußeren Einflüsse führen dazu, dass sich das Material entsprechend seines rheologischen Verhaltens umstrukturiert. Im letzten Schritt der Simulation erhält man Daten zur Anisotropie in Form der molekularen Orientierung und der Kettenstreckung.
Im Folgenden werden sechs Beispiele vorgestellt, die die Vorteile bevorzugter Auslegungen dieser Erfindungen verdeutlichen und untermauern sollen. Für alle sechs Beispiele wurden Simulationen nach dem oben beschriebenen Ablauf durchgeführt. Daten zur Rheologie des Haftklebemassensystems umfassten dynamisch-mechanische Analysen zur Untersuchung des linear viskoelastischen Verhaltens unter Scherung, Messungen zum stationären Fließverhalten unter Scherung, zum zeitabhängigen Fließverhalten zu Beginn einer neu einsetzenden Scherbeanspruchung sowie des zeitabhängigen Fließverhaltens unter Dehnung. Weitere Daten, denen experimentelle Bestimmungen zu Grunde lagen und als Materialgrößen den Simulationen eingegeben wurden, waren die Temperaturabhängigkeit der Dichte, der Wärmeleitfähigkeit und der spezifischen Wärmekapazität. Diese Daten wurden an ein konstitutives Gleichungssystem angepasst, das zur Beschreibung des nicht-linearen Fließverhaltens verschlaufter Polymerschmelzen besonders geeignet ist [H. C. Öttinger, J. Rheol., 1999, 43, 1461 ; J. Fang, M. Kroger, H. C. Öttinger, J. Rheol., 2000, 44, 1293]. Es resultierten die vier Materialgrößen GN 0, Z, TD und λmax sowie ihre Temperaturabhängigkeit.
Nachdem für die gewünschten Prozessgeometrien FE-Netze erstellt und die Temperatur- , Geschwindigkeits- und Geschwindigkeitsgradientenfelder berechnet worden waren, wurden die eigentlichen FE-Simulationen gestartet. Hierzu wurde ein System, das 30 000 Polymerketten enthielt, betrachtet und im simulativen Fließprozess verfolgt, wie sich die Struktur dieses statistischen Ensembles während des Prozesses änderte, d. h. wie Anisotropie entstand bzw. relaxierte. Das statistische Ensemble wurde im Zentrum des Massestroms am Ende der Massezuführung und im Eingangsbereich des Beschichtungsaggregats platziert. Während der FE-Simulationen bewegte sich das Ensemble entlang von Strömungslinien, die aus den zuvor berechneten Geschwindigkeitsfeldern resultierten. Die Anisotropie in Form von Kettenstreckung und molekularer Orientierung wurde inkrementell an Punkten entlang der Strömungslinien registriert. Entscheidend waren die Werte, die für die verschiedenen untersuchten Prozesse und für die untersuchte Haftklebemasse im Auflagepunkt auf dem Ablegeelement (Punkt 8 in Abbildung 1 ) bzw. beim Austritt des Haftklebemassenfilms aus einem Thermokanal (Punkt 10 in Abbildung 1 ) gefunden wurden. Niedrige Werte für molekulare Orientierung und Kettenstreckung deuten an, dass über die durchgeführte Prozessauslegung niedrige Grade an Anisotropie erzeugt werden.
Um Anisotropie quantifizieren zu können und damit Ergebnisse verschiedener Prozessfahrweisen miteinander vergleichen zu können, werden numerische Daten benötigt, die Kettenstreckung und molekulare Orientierung zahlenmäßig beschreiben. Jedes dieser beiden Phänomene dient als vom jeweils anderen prinzipiell unabhängige Beschreibungsgröße für Anisotropie. Beide Phänomene verfolgen dabei denselben Trend, nämlich dass ein niedriger Betrag einen niedrigen Grad an Anisotropie bedeutet.
Die Beschreibung der Kettenstreckung erfolgt im Einkettenmodell. Für Kettenstreckung im Gleichgewichtszustand ist der Wert λ = 1 definiert. In diesem Zustand ist die Einhüllende einer betrachteten Polymerkette (einem Ellipsoid wie in Abbildung 2 dargestellt) durch die Halbachsenwerte a, b und c charakterisiert, die im Allgemeinen verschiedene Werte aufweisen. Kettenstreckung führt zu einer Deformation des Ellipsoids, so dass die Halbachsenwerte die Beträge a', b' und c' annehmen. Die Kette kann maximal soweit gestreckt werden, wie es durch die Materialgröße λmax vorgegeben ist. Die Größe λ, die den Zustand der Kettenstreckung beschreibt, kann damit beliebige Werte von 1 bis λmax annehmen. Der Wert λ = 1 impliziert Isotropie.
Molekulare Orientierung wird über die Verwendung von Eigenwerten des Orientierungstensors quantifiziert. Der Ansatz beinhaltet ein Mehrkettenmodell. In ihm wird für ein Ensemble die Ausrichtung aller Ellipsoide gemittelt und auf eine etwaige mittlere Vorzugsrichtung hin untersucht. Der Orientierungstensor wird, wenn Deformation in Maschinenrichtung auftritt, durch drei Eigenvektoren aufgespannt, die im Wesentlichen parallel zur Maschinenrichtung, parallel zur transversalen Richtung bzw. parallel zur normalen Richtung liegen. Das Verhältnis Ω aus demjenigen Eigenwert, der den Betrag des Eigenvektors entlang der Maschinenrichtung beschreibt, und demjenigen Eigenwert, der den Betrag des Eigenvektors entlang der transversalen Richtung ausdrückt, ist ein quantitatives Maß für molekulare Orientierung. Der Wert Ω nimmt Werte von 1 im isotropen Zustand bis ∞ (unendlich) im vollständig orientierten Zustand an.
In den Beispielen 1 bis 4 wurde der Einfluss der Höhe des Austrittsspalts auf die erzeugte Anisotropie der Haftklebemasse in Punkt (8) der Abbildung 1 untersucht. Über die Höhe des Austrittsspalts wurde auf erfinderische Weise Einfluss auf das Reckverhältnis genommen. Die Länge der Schmelzefahne betrug 40 mm.
Beispiel 1: Ein harzfreies Polyacrylat nach DE 39 42 232 wurde bei 170 °C mittels einer Extrusionsdüse mit Kleiderbügelverteiler mit einer Arbeitsbreite von 350 mm auf ein silikonisiertes Trennpapier beschichtet. Der Düsenspalt maß 300 μm und die Länge der Düsenlippe 60 mm. Die Gegenwalze hatte eine Temperatur von 60 °C. Die Bahngeschwindigkeit betrug 50 m/min, die Schichtdicke des abgelegten Haftklebemassenfilms 75 μm und der Durchsatz 73 kg/h.
Beispiel 2: Ein Polyacrylat, wie es auch im Beispiel 1 zum Einsatz kam, wurde bei 170 °C mittels einer Extrusionsdüse mit Kleiderbügelverteiler mit einer Arbeitsbreite von 350 mm auf ein silikonisiertes Trennpapier beschichtet. Der Düsenspalt maß 150 μm und die Länge der Düsenlippe 60 mm. Die Gegenwalze hatte eine Temperatur von 60 °C. Die Bahngeschwindigkeit betrug 50 m/min, die Schichtdicke des abgelegten Haftklebemassenfilms 75 μm und der Durchsatz 73 kg/h.
Beispiel 3: Ein Polyacrylat, wie es auch im Beispiel 1 zum Einsatz kam, wurde bei 170 °C mittels einer Extrusionsdüse mit Kleiderbügelverteiler mit einer Arbeitsbreite von 350 mm auf ein silikonisiertes Trennpapier beschichtet. Der Düsenspalt maß 300 μm und die Länge der Düsenlippe 20 mm. Die Gegenwalze hatte eine Temperatur von 60 °C. Die Bahngeschwindigkeit betrug 50 m/min, die Schichtdicke des abgelegten Haftklebemassenfilms 75 μm und der Durchsatz 73 kg/h.
Beispiel 4: Ein Polyacrylat, wie es auch im Beispiel 1 zum Einsatz kam, wurde bei 170 °C mittels einer Extrusionsdüse mit Kleiderbügelverteiler mit einer Arbeitsbreite von 350 mm auf ein silikonisiertes Trennpapier beschichtet. Der Düsenspalt maß 150 μm und die Länge der Düsenlippe 20 mm. Die Gegenwalze hatte eine Temperatur von 60 °C. Die Bahngeschwindigkeit betrug 50 m/min, die Schichtdicke des abgelegten Haftklebemassenfilms 75 μm und der Durchsatz 73 kg/h. Für die Beispiele 1 bis 4 wurde das Reckverhältnis berechnet und die in der Simulation erhaltenen Daten zur Kettenstreckung λ(8) und Orientierung Ω(8) im Punkt 8 (siehe Abbildung 1 ) aufgezeichnet. Die Werte sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
- Tabelle 2 -
Die Beispiele 1 bis 4 zeigen, dass eine erfindungsgemäße Prozessführung tatsächlich zu einer Erniedrigung der erzeugten Anisotropie führt. In den Beispielen 2 und 4 wurde ein Massenaustrittsspalt von jeweils 150 μm gewählt, während der Massenaustrittsspalt in den Beispielen 1 und 3 bei 300 μm lag. Die Schichtdicke im abgelegten Haftklebemassenfilm betrug in allen Fällen 75 μm, so dass sich durch Reduktion der Höhe des Massenaustrittsspalts eine Reduktion des Reckverhältnisses von 4:1 (Beispiele 1 und 3) auf 2:1 (Beispiele 2 und 4) ergab. Obwohl die Scherung beim Austritt aus dem Beschichtungsaggregat bei Verwendung eines Austrittsspalts von 150 μm gegenüber der Verwendung eines 300 μm Spalts zunimmt, wird für den abgelegten Haftklebemassenfilm ein um ein weiteres reduzierter Grad an Anisotropie erreicht. Dies zeigt sich in noch niedrigeren Werten für die Kettenstreckung λ(8) und Orientierung Ω(8) bei Verwendung der 150 μm Düse im Vergleich zur Verwendung einer 300 μm Düse.
In zwei weiteren Beispielen wurde die weitere Reduktion von Anisotropie durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Thermokanals untersucht. Der Thermokanal war so in den Prozess integriert, dass der Haftklebemassenfilm bereits im Auflegepunkt (Detail (8) in Abbildung 1 ) in ihn eintrat, und sich dann entlang der laufenden Bahn über eine in den Beispielen angegebene Länge erstreckte. Die Temperatur im Kanal betrug über die gesamte Länge hinweg einen konstanten Wert.
Beispiel 5: Ein Polyacrylat, wie es auch im Beispiel 1 zum Einsatz kam, wurde bei 170 °C mittels einer Extrusionsdüse mit Kleiderbügelverteiler mit einer Arbeitsbreite von 350 mm auf ein silikonisiertes Trennpapier beschichtet. Der Düsenspalt maß 300 μm und die Länge der Düsenlippe 60 mm. Die Länge der Schmelzefahne betrug 40 mm. Die Gegenwalze hatte eine Temperatur von 60 °C. Die Bahngeschwindigkeit betrug 50 m/min, die Schichtdicke des abgelegten Haftklebemassenfilms 75 μm und der Durchsatz 73 kg/h. Zusätzlich kam ein Thermokanal zum Einsatz, der eine Länge von etwa 1 ,5 m hatte und bei einer Temperatur von 60 °C betrieben wurde.
Beispiel 6: Ein Polyacrylat, wie es auch im Beispiel 1 zum Einsatz kam, wurde bei 170 °C mittels einer Extrusionsdüse mit Kleiderbügelverteiler mit einer Arbeitsbreite von 350 mm auf ein silikonisiertes Trennpapier beschichtet. Der Düsenspalt maß 300 μm und die
Länge der Düsenlippe 60 mm. Die Länge der Schmelzefahne betrug 40 mm. Die
Gegenwalze hatte eine Temperatur von 60 °C. Die Bahngeschwindigkeit betrug 50 m/min, die Schichtdicke des abgelegten Haftklebemassenfilms 75 μm und der Durchsatz 73 kg/h. Zusätzlich kam ein Thermokanal zum Einsatz, der eine Länge von etwa 16 m hatte und bei einer Temperatur von 60 °C betrieben wurde.
Für die Beispiele 5 und 6 wurde das Reckverhältnis berechnet und die in der Simulation erhaltenen Daten zur Kettenstreckung λ(10) und Orientierung Ω(10) im Punkt 10 (siehe Abbildung 1 ), also nach Austritt aus dem Thermokanal, aufgezeichnet. Die Werte sind in Tabelle 3 zusammengefasst.
- Tabelle 3 -
Die Beispiele 5 und 6 zeigen deutlich auf, dass ein optional einsetzbarer Thermokanal einen signifikanten Einfluss auf die noch vorhandene Anisotropie eines erfindungsgemäß beschichteten Haftklebemassenfilms hat. Bereits eine milde Temperatur von 60 °C führt für die simulierte Haftklebemasse zu einer klaren und zusätzlichen Reduktion der Anisotropie, wenn man die Ergebnisse beispielsweise mit denen aus Beispiel 1 vergleicht. Eine Verfahrensauslegung nach Beispiel 6 führt sogar zu einer fast vollständigen Eliminierung von Anisotropie, was durch einen Kettenstreckungswert von 1 ,006 und einen Orientierungswert von 1 ,002 impliziert wird. Beide Größen nehmen im Falle vollständiger Isotropie den Betrag 1 an. Eine höhere Temperatur im Thermokanal würde zu einer beschleunigten Relaxation etwaig vorliegender anisotroper Zustände im Haftklebemassenfilm führen, so dass dann auch kürzere Thermokanäle effektiv einsetzbar sind.
Bezugszeichenliste
1 Klebmassezuführung 2 Auftragswerk oder Beschichtungsaggregat
3 Schmelzefahne
4 Gegenwalze
5 optional einsetzbares separat zugeführtes Ablegemedium
6 optional einsetzbare Vernetzungsstation 7 Austrittsspalt
8 Auflegepunkt
9 optional aber vorteilhaft einsetzbarer Thermokanal
10 Austrittspunkt des Massefilms aus dem Thermokanal

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Haftklebemassen geringer oder ohne Anisotropie, welches als Prozesselemente eine Klebmasseversorgung, ein Auftragswerk und ein Auflegeelement umfasst, wobei zwischen Austritt des Auftragswerks und
Auflagepunkt auf dem Ablegeelement eine freie Schmelzefahne der Haftklebemasse gebildet wird, die einen Reckprozess erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass das Recken der Haftklebemasse in der freien Schmelzefahne über das Einstellen eines Wirkverhältnisses l~ gesteuert wird, welches als Verhältnis von Wirkzeit Δt des Reckprozesses zur Reckrate R gekennzeichnet ist, und welches auf einen Wert von maximal 0,008 s2 eingestellt wird, wobei die Wirkzeit Δt durch die Formel 2Lr/[vBahn(1 +r)] definiert wird, in welcher L die Länge der Schmelzefahne, r das Reckverhältnis und vBahn die Geschwindigkeit der Schmelzefahne bedeuten, und die Reckrate R als zeitliche Ableitung des Reckverhältnisses r definiert ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkverhältnis l~ auf einen Wert von 0,002 s2 bis 0,008 s2 eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkverhältnis l~ auf einen Wert von 0,004 s2 bis 0,006 s2 eingestellt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reckverhältnis r, welches durch D/d = vBahn/vo definiert ist, wobei D die Austrittsspalthöhe des Austrittsspalts des Auftragswerks bedeutet und d die
Schichtdicke des auf dem Ablegeelement abgelegten Haftklebemassefilms ist sowie V0 die Geschwindigkeit am Austrittspalt ist, höchstens 4:1 beträgt, vorzugsweise höchstens 2:1 , besonders bevorzugt höchstens 1 ,5:1.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das
Reckverhältnis durch Variation und bevorzugt durch Reduktion der Höhe D des Austrittsspalts an die Schichtdicke d der auf dem Ablegeelement abgelegten Haftklebemasse eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe D des Massenaustrittsspaltes höchstens 300 μm beträgt, vorzugsweise höchstens 150 μm, besonders bevorzugt höchstens 115 μm beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schichtdicke d zwischen 1 und 2000 μm, bevorzugt zwischen 5 μm und 1000 μm gewählt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Haftklebemasse in der Schmelzefahne das Verhältnis l~ so realisiert wird, dass die Länge der Schmelzefahne zwischen mindestens 20 mm und höchstens 80 mm, bevorzugt zwischen mindestens 30 mm und höchstens 60 mm, sehr bevorzugt zwischen mindestens 35 mm und höchstens 50 mm beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
Wirkzeit Δt einen Wert von maximal 1 s, vorzugsweise von maximal 0,5 s aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftklebemasse in der Schmelzefahne einer Reckrate R von maximal 100 s~1, vorzugsweise von maximal 50 s"1, besonders bevorzugt von maximal 10 s"1 ausgesetzt wird.
1 1. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtungstemperatur zwischen mindestens 50 °C und höchstens 250 °C, bevorzugt zwischen mindestens 75 °C und höchstens 200 °C liegt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Beschichtung vorzugsweise eine Gegenwalze eingesetzt wird, deren Temperatur mindestens 30 °C, bevorzugt mindestens 60 0C beträgt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur weiteren Anisotropieverminderung die - ggf. auf einem Transportmedium abgelegte - Haftklebemasse auf eine Temperatur von mindestens 60 °C, bevorzugt auf mindestens 90 °C erhitzt wird, wobei vorzugsweise ein Thermokanal eingesetzt wird, der zwischen Austritt aus dem Massenauftragswerk und Eintritt in eine optional einsetzbare Vernetzungsstation angeordnet ist.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Masseversorgung solche Systeme eingesetzt werden, die entweder einzeln oder in Kombination bevorzugt lösungsmittelfreie Schmelzhaftkleber bei Bedarf ausreichend stark erweichen oder temperieren und fördern, vorzugsweise Fassschmelzsysteme, Premelter und/oder Extruder, ggf. gekoppelt mit Schmelzepumpen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass als Auftragswerk eine Beschichtungseinheit eingesetzt wird, die als kontaktloses Verfahren eine Schmelzefahne ausbildet, vorzugsweise Schlitzdüsen wie Extrusionsdüsen oder Vorhang-Beschichtungsdüsen wie beispielsweise Gießdüsen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Ablegeelemente bevorzugt Rollen- oder Walzenkörper eingesetzt werden, die geeignet sind, eine Warenbahn zu führen, wobei der Auflegepunkt entweder auf jedem Oberflächenpunkt eines einzelnen zylindrischen Körpers oder im Spalt zwischen zwei Walzenkörpern liegen kann und wobei der freie Haftklebemassenfilm dabei entweder direkt auf ein Trägermaterial aufgelegt wird oder zunächst auf eine geeignete antiadhäsive Oberfläche als Transportmedium und erst im weiteren Prozessverlauf auf das produktbildende Träger- oder Linermaterial transferiert wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Auflegen des Haftklebemassenfilms auf dem Ablegemedium dieser getrocknet wird, vorzugsweise in einem Trockenkanal.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Beschichtungsschritt eine Vernetzung der Haftklebemasse ggf. nach thermischer Vorbehandlung anschließt, wobei die Vernetzung bevorzugt mindestens 1 s nach dem Austritt des Haftklebemassenfilms aus dem Auftragswerk, vorzugsweise mindestens 5 s nach dem Austritt des Haftklebemassenfilms aus dem Auftragswerk, besonders bevorzugt mindestens 15 s nach dem Austritt des Haftklebemassenfilms aus dem Auftragswerk erfolgt, vorzugsweise mittels UV-Strahlung, Elektronenstrahlung und/oder thermischer Energie.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftklebemassen unter den Prozessbedingungen beim Austritt aus dem Auftragswerk nicht-newtonsche Fluide mit strukturviskosem Charakter darstellen.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die
Haftklebemasse linearer, verzweigter, gepfropfter oder anderer Gestalt ist, bevorzugt ein Homopolymer, statistisches Copolymer oder Blockcopolymer ist, eine Molmasse von mindestens 100 000 g/mol, bevorzugt von mindestens 250 000 g/mol, sehr bevorzugt von mindestens 500 000 g/mol aufweist und/oder eine Erweichungstemperatur bevorzugt von höchstens 20 °C aufweist.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftklebemasse auf Acrylatcopolymeren, Naturkautschuken, Synthesekautschuken oder Ethylenvinylacetat-Copolymeren oder Gemischen daraus basiert.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Haftklebemasse weitere Bestandteile wie Harze, Weichmacher, rheologisch wirksame Additive, Katalysatoren, Initiatoren, Stabilisatoren, Kompatibilisatoren,
Kopplungsreagenzien, Vernetzer, Antioxidantien, weitere Alterungsschutzmittel, Lichtschutzmittel, Flammschutzmittel, Pigmente, Farbstoffe, Füllstoffe und/oder Blähmittel sowie optional Lösungsmittel enthält.
23. Haftklebrige Produkte unfassend mindestens eine Schicht basierend auf
Haftklebemassen hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 22.
24. Verfahren zur Steuerung der Anisotropie in Haftklebemassen bei deren
Herstellung, welches als Prozesselemente eine Klebmasseversorgung, ein Auftragswerk und ein Ablegeelement umfasst, wobei zwischen Austritt des Auftragswerks und Auflagepunkt auf dem Ablegeelement eine freie Schmelzefahne der Haftklebemasse gebildet wird, die einen Reckprozess erfährt, dadurch gekennzeichnet, dass das Recken der Haftklebemasse in der freien Schmelzefahne über ein Wirkverhältnis l~ gesteuert wird, welches als Verhältnis von Wirkzeit Δt des
Reckprozesses zur Reckrate R gekennzeichnet ist, wobei die Wirkzeit Δt durch die Formel 2Lr/[vBahn(1 +r)] definiert wird, in welcher L die Länge der
Schmelzefahne, r das Reckverhältnis und vBahn die Geschwindigkeit der
Schmelzefahne bedeuten, und die Reckrate R als zeitliche Ableitung des Reckverhältnisses r definiert ist.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der freien Schmelzefahne als Stellgröße verwendet wird.
26. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur
Vermeidung von Anisotropie in Haftklebemassen ein geringes Reckverhältnis der freien Schmelzefahne als Stellgröße verwendet wird.
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