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Beschreibung[de]

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 ⎾, welches durch die Wirkzeit des Reckprozesses &Dgr;t 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, N. 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 ⎾, das durch Wirkzeit &Dgr;t 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 ⎾, welches durch die Wirkzeit des Reckprozesses &Dgr;t zur Reckrate R gekennzeichnet ist, gezielt beeinflusst und so die Produktion von Haftklebemassen gesteuert wird.

Die Wirkzeit (&Dgr;t) 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 ⎾ 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 &Dgr;t beträgt vorzugsweise maximal 1 s und die Reckrate R vorzugsweise maximal 100 s-1.

In einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung wird das Wirkverhältnis ⎾ über das Reckverhältnis r beeinflusst, welches durch D/d = vBahn/v0 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 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 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 ) 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 ) 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 ) des Auftragswerks und der Schichtdicke d des Haftklebemassenfilms im Auflegepunkt (Detail (8) in ) gegeben. Dieses Verhältnis sei hier Reckverhältnis r mit r = D/d = vBahn/v0(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 &mgr;m und 2000 &mgr;m, bevorzugt zwischen 5 &mgr;m und 1000 &mgr;m.

Dieser Austrittsspalt D ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Erfindung bevorzugt höchstens 300 &mgr;m groß, sehr bevorzugt höchstens 150 &mgr;m groß, besonders bevorzugt höchstens 115 &mgr;m groß. Die Schichtdicke d des abgelegten Haftklebemassenfilms liegt in diesem vorteilhaften Fall bei höchstens 300 &mgr;m, 150 &mgr;m bzw. 115 &mgr;m.

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 &Dgr;t ('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 &Dgr;t 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 &Dgr;t bezeichnet und sei für den Auflegepunkt (Detail (8) in ) durch &Dgr;t = 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 + v0t + 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 , dann geht t in &Dgr;t, s(t = &Dgr;t) in L und v(t = &Dgr;t) in vBahn über. Setzt man diese Randbedingungen ein, dann ergibt sich nach einiger Algebra L = vBahn &Dgr;t (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 &Dgr;t 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 ) 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 ), an dem t = &Dgr;t, s(t = &Dgr;t) = L und v(t = &Dgr;t) = vBahn gelten, dabei nur von der Differenzgeschwindigkeit, die in der Schmelzefahne vorherrscht, also &Dgr;v = vBahn – v0, ab. Für diesen Punkt lässt sich R = &Dgr;v/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 ⎾, das durch ⎾ = &Dgr;t/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 ⎾ die Form ⎾ = 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 ⎾. Erfindungsgemäß sind alle Beschichtungsprozesse für Haftklebemassen einsetzbar, für die ein Wirkverhältnis ⎾ 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 ⎾ hat. Diese Parameter werden daher vorteilhafterweise in Kombination mit der Länge der Schmelzefahne im Beschichtungsprozess so ausgewählt, dass von ihnen ein optimaler Effekt auf ⎾ 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 (), Orientierung mit der Ausrichtung mehrerer solcher Ellipsoide entlang einer Vorzugsrichtung (). 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 rheologische 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 rheologische Verhalten solcher Haftklebemassen durch vier Materialparameter beschrieben, den Plateaumodul GN D, die längste Relaxationszeit &tgr;D, den Verschlaufungsgrad pro Polymerkette Z und die maximale Kettenstreckbarkeit &lgr;max. Eine genauere Beschreibung dieser Größen geben Fang et al. [J. Fang, M. Kröger, 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 &tgr;D 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 ) 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 Kalandenverfahren 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. Kuhne, 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 ) und dem Auflegepunkt (Detail (8) in ) 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 Ethylenvinylacetatbasierende 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 &agr;,&bgr;-ungesättigter Estern und statistische Copolymere ausgehend von unfunktionalisierten Alkylvinylethern genannt. Bevorzugt werden &agr;,&bgr;-ungesättigte Alkylester der allgemeinen Struktur CH2=CH(R1)(COOR2)(1)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 (1) 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 &agr;-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 &agr;-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 (IIR), 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 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 &mgr;m und 2000 &mgr;m, bevorzugt zwischen 5 &mgr;m und 1000 &mgr;m.

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 &mgr;m und 2000 &mgr;m, bevorzugt zwischen 5 &mgr;m und 1000 &mgr;m 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 &mgr;m und 2000 &mgr;m, bevorzugt zwischen 5 &mgr;m und 1000 &mgr;m 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 &mgr;m und 2000 &mgr;m, bevorzugt zwischen 5 &mgr;m und 1000 &mgr;m 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 &mgr;m und 2000 &mgr;m, bevorzugt zwischen 5 &mgr;m und 1000 &mgr;m 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 &mgr;m und 2000 &mgr;m, bevorzugt zwischen 5 &mgr;m und 1000 &mgr;m auf. Die Dicke der Mittelschicht beträgt typischerweise zwischen 1 &mgr;m und 2000 &mgr;m, bevorzugt zwischen 5 &mgr;m und 1000 &mgr;m.

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 rheologischen 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 [N. C. Öttinger, J. Rheol., 1999, 43, 1461; J. Fang, M. Kröger, H. C. Öttinger, J. Rheol., 2000, 44, 1293]. Es resultierten die vier Materialgrößen GN 0, Z, &tgr;D und &lgr;max sowie ihre Temperaturabhängigkeit.

Nachdem für die gewünschten Prozessgeometrien FE-Netze erstellt und die TemperaturGeschwindigkeits- 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 ) bzw. beim Austritt des Haftklebemassenfilms aus einem Thermokanal (Punkt 10 in ) 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 &lgr; = 1 definiert. In diesem Zustand ist die Einhüllende einer betrachteten Polymerkette (einem Ellipsoid wie in 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 &lgr;max vorgegeben ist. Die Größe &lgr;, die den Zustand der Kettenstreckung beschreibt, kann damit beliebige Werte von 1 bis &lgr;max annehmen. Der Wert &lgr; = 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 &OHgr; 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 &OHgr; 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 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 &mgr;m 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 &mgr;m 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 &mgr;m 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 &mgr;m 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 &mgr;m 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 &mgr;m 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 &mgr;m 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 &mgr;m 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 &lgr;(8) und Orientierung &OHgr;(8) im Punkt 8 (siehe ) aufgezeichnet. Die Werte sind in Tabelle 2 zusammengefasst.

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 &mgr;m gewählt, während der Massenaustrittsspalt in den Beispielen 1 und 3 bei 300 &mgr;m lag. Die Schichtdicke im abgelegten Haftklebemassenfilm betrug in allen Fällen 75 &mgr;m, 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 &mgr;m gegenüber der Verwendung eines 300 &mgr;m Spalts zunimmt, wird für den abgelegten Haftklebemassenfilm ein um ein weiteres reduzierter Grad an Anisotropie erreicht. Dies zeigt sich in noch 20 niedrigeren Werten für die Kettenstreckung &lgr;(8) und Orientierung &OHgr;(8) bei Verwendung der 150 &mgr;m Düse im Vergleich zur Verwendung einer 300 &mgr;m Düse.

In zwei weiteren Beispielen wurde die weitere Reduktion von Anisotropie durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines Thermokanals untersucht. Der Thermokanal war so in 25 den Prozess integriert, dass der Haftklebemassenfilm bereits im Auflegepunkt (Detail (8) in ) 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 &mgr;m 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 &mgr;m 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 &mgr;m 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 &mgr;m 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 &lgr;(10) und Orientierung &OHgr;(10) im Punkt 10 (siehe ), also nach Austritt aus dem Thermokanal, aufgezeichnet. Die Werte sind in Tabelle 3 zusammengefasst.

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.

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


Anspruch[de]
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 ⎾ gesteuert wird, welches als Verhältnis von Wirkzeit &Dgr;t des Reckprozesses zur Reckrate R gekennzeichnet ist, und welches auf einen Wert von maximal 0,008 s2 eingestellt wird, wobei die Wirkzeit &Dgr;t 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. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkverhältnis ⎾ auf einen Wert von 0,002 s2 bis 0,008 s2 eingestellt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wirkverhältnis ⎾ auf einen Wert von 0,004 s2 bis 0,006 s2 eingestellt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Reckverhältnis r, welches durch D/d = vBahn/v0 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. 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. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe D des Massenaustrittsspaltes höchstens 300 &mgr;m beträgt, vorzugsweise höchstens 150 &mgr;m, besonders bevorzugt höchstens 115 &mgr;m beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke d zwischen 1 und 2000 &mgr;m, bevorzugt zwischen 5 &mgr;m und 1000 &mgr;m gewählt wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Haftklebemasse in der Schmelzefahne das Verhältnis ⎾ 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. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkzeit &Dgr;t einen Wert von maximal 1 s, vorzugsweise von maximal 0,5 s aufweist. 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. 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. 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 °C beträgt. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Haftklebemasse auf Acrylatcopolymeren, Naturkautschuken, Synthesekautschuken oder Ethylenvinylacetat-Copolymeren oder Gemischen daraus basiert. 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. Haftklebrige Produkte umfassend mindestens eine Schicht basierend auf Haftklebemassen hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 22. 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 ⎾ gesteuert wird, welches als Verhältnis von Wirkzeit &Dgr;t des Reckprozesses zur Reckrate R gekennzeichnet ist, wobei die Wirkzeit &Dgr;t 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. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der freien Schmelzefahne als Stellgröße verwendet wird. 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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